Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

Znaleziono wyników: 1

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: modyfikacja zależności Michaelisa-Menten

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Enzymatyczna deacetylacja chitozanu

Jaworska M.M.

Prace Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej

2011

Vol. 35, z. 3

3-119

Enzymatyczna deacetylacja chitozanu jest procesem, który może w najbliższej przyszłości stać się interesującą alternatywą dla chemicznej modyfikacji tego polimeru. Proces enzymatyczny, podobnie jak chemiczny, prowadzi do przekształcenia merów N-acetyloglukozoaminy w mery glukozoaminy, lecz prowadzony jest w warunkach znacznie łagodniejszych i nie jest związany z jednoczesną hydrolizą łańcucha polimeru. Modyfikacja enzymatyczna pozwala także na prowadzenie procesu w warunkach kontrolowanych, co umożliwiłoby produkowanie chitozanu o z góry określonym stopniu acetylacji. W badaniach stosowano deacetylazę chitynową wydzieloną z biomasy grzybów strzępkowych Absidia orchidis vel coerulea NCAIM F 00642. W pracy scharakteryzowano enzym wykazując, że ma on maksymalną aktywność przy pH wynoszącym 4.0, (pH-stabilność w zakresie od 1.0 do 9.0) oraz w temperaturze 55°C. Zaproponowano także model opisujący termostabilność deacetylazy chitynowej w temperaturze pracy (50°C). Badania kinetyczne wykazały, że enzymatyczna deacetylacja chitozanu może być opisana za pomocą modelu zaproponowanego przez Michaelisa-Menten, z tym, że enzym podlega jednocześnie inhibicji współzawodniczącej wywołanej przez uwalniany kwas octowy. Równanie kinetyczne skorelowano z aktywnością preparatu enzymatycznego, co dawało lepszą zgodność z danymi doświadczalnymi niż oryginalna zależność oparta na stężeniu enzymu. Przeprowadzono badania mające na celu dobór właściwego nośnika do immobilizacji deacetylazy chitynowej oraz określenie kinetyki deacetylacji chitozanu przez enzym immobilizowany. Stwierdzono, że najlepsze efekty daje immobilizacja na nośniku DEAE-Granocel aktywowanym diwinylosulfonem w środowisku alkalicznym (pH 8.0). Warunki, przy których preparat wykazywałmaksymalną aktywność, były zbliżone do tych dla enzymu natywnego : pH = 4.0 i temperatura 45°C. Stwierdzono także, że enzymatyczna deacetylacja chitozanu z wykorzystaniem enzymu immobilizowanego może być również opisana za pomocą zależności zaproponowanej przez Michaelisa-Menten. Wykazano jednak, że otrzymany preparat stracił aktywność po trzykrotnym zastosowaniu w reaktorze okresowym, przy prowadzeniu doświadczeń w odstępach dwudziestoczterogodzinnych. Na końcowym etapie prac zbadano możliwość zastosowania reaktora membranowego do enzymatycznej deacetylacji chitozanu. Określono parametry w istotny sposób wpływające na badany proces. Analiza uzyskanych danych wykazała, że w obszarze przepływów laminarnych cieczy (Recm do 1700) oraz w obszarze mieszania w reaktorze zbiornikowym z mieszadłem w zakresie przejściowym między laminarnym a burzliwym (Rem do 1150) deacetylaza chitynowa nie ulega inaktywacji. Stwierdzono, że tworzenie się w układzie pęcherzy powietrza jest zjawiskiem bardzo niekorzystnym, prowadzącym do całkowitego zahamowania procesu. Wzrost lepkości mieszaniny reakcyjnej powodował spadek ilości zdeacetylowanych merów GlcNAc, a zatem zmniejszał wydajność procesu. Dezaktywacja termiczna enzymu okazała się czynnikiem najsilniej wpływającym na proces. Porównano także dane doświadczalne uzyskane w trakcie enzymatycznej deacetylacji chitozanu w reaktorze membranowym z modelem wykorzystującym zaproponowane równanie kinetyczne przy uwzględnieniu dezaktywacji termicznej enzymu, wykazując ich zgodność.

Enzymatic deacetylation of chitosan is a process that can be an interesting alternative to chemical deacetylation. In both processes the linkage between the acetyl and amine groups in the N-acetylglucosamine units (GlcNAc) in chitosan in broken and the GlcNAc units are transformed into glucosamine units (GlcN) and acetic acid is released. Contrary to the chemical method, enzymatic deacetylation can be carried out under mild conditions and is not connected with parallel hydrolysis of the polymer chain. Additionally, by controlling the conditions of the enzymatic process, chitosan can be tailored to certain purposes. Chitin deacetylase from Absidia orchidis vel coerulea NCAIM F 00642 was used in the present work. This enzyme is not commercially available, and was separated from biomass by the author. Characterization of the enzyme showed that it has maximal activity at a pH of 4.0 (pH stability in the range from 1.0 to 9.0) and temperature 55°C. The model of thermal deactivation of chitin deacetylase at working temperature (50°C) was also proposed. Kinetics experiments indicated that enzymatic deacetylation of chitosan can be described by the Michaelis-Menten equation with competitive inhibition by acetic acid released during the deacetylation reaction.The kinetics equation was correlated with the specific activity of the enzyme, and this gave a much better approximation of experimental data than correlation with the enzyme concentration as in the original equation. In the next step of the work, the possibility of immobilization of chitin deacetylation on a carrier was investigated. It was shown that the best results were obtained for DEAE-Granocel activated with divinyl sulfone in alkaline conditions (pH 4.0 and T=45°). The kinetics of enzymatic deacetylation of chitosan by the immobilized enzyme was also described by the Michaelis-Menten equation. Unfortunately, the preparation lost its activity after the third usage. The last part of the work was dedicated to an investigation of the application of a membrane reactor for enzymatic deacetylation of chitosan. The parameters influencing the process were indicated. It was shown that chitin deacetylase stays active for laminar flow (up to Re = 1100) and for mixing in the range of the transition stage between laminar and turbulent flow (up to Re = 1150). The presence of air bubbles in the reaction mixture caused complete inactivation of chitin deacetylase. The increase in viscosity of the solution increased the stability of the enzyme, but also caused a decrease in the number of deacetylated GlcNAc units that influenced the effectiveness of the process. Thermal deactivation was the most important phenomenon that influenced enzymatic deacetylation of chitosan. The experimental data from the membrane reactor were compared to the models that used the propsed kinetics equation and/or lack of thermal deactivation of chitin deacetylase. The model with thermal deactivation gave a much better approximation than that without deactivation.