6.3. Промышленные процессы с использованием иммобилизованных ферментов

В настоящее время лишь несколько процессов с использованием иммобилизованных ферментов имеют крупномасштабное применение. Эти процессы следующие:

1. Получение 6-аминопенициллановой кислоты с помощью иммо­билизованной пенициллинамидазы (Россия, Япония, Финляндия).

2. Получение глюкозо-фруктозных сиропов с использованием им­мобилизованной глюкозоизомеразы (США, Великобритания, Голлан­дия, Финляндия, Дания, Япония).

3. Разделение рацемических смесей аминокислот с использовани­ем иммобилизованной аминоацилазы (Япония).

4. Получение безлактозного молока с использованием иммобили­зованной лактазы (Чехия, США, Италия).

6.3.1. Разделение рацемических смесей аминокислот

Потребность в L-аминокислотах для производства пищевых про­дуктов и в медицинских целях постоянно возрастает. В связи с этим большое внимание уделяется разработке как микробиологических, так и химических методов получения L-аминокислот. Недостатком химиче­ских методов является рацемическая природа синтетических аминокис­лот. В общем случае D-аминокислоты не имеют питательной ценности, поэтому желательно получать только физиологически активные L- аминокислоты.

Указанная цель была достигнута в процессе, разработанном фир­мой Tanabe Seiyaku Co., Ltd. (Япония), в котором впервые в промыш­ленном масштабе применялись иммобилизованные ферменты. Основой процесса является метод разделения оптических изомеров в соответ­ствии со следующей реакцией, катализируемой ферментом аминоацила- зой:

nhcor

аминоацилаза

i

dl- r—c—cooh + h₂o h

dl-аминокислота

nhcor₁ nhcor-i

i ¹ i ¹ l- r-c-cooh + d- r—c—cooh hh

l-аминокислота d-ациламинокислота

Эту реакцию осуществляют в реакторах колонного типа с иммо­билизованной аминоацилазой. Общая схема процесса приведена на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Технологическая схема процесса с применением иммобилизо­ванной аминоацилазы

Для разделения смеси рацемическую аминокислоту переводят в ацилированную форму и подвергают действию фермента аминоацила- зы, разрушающего ацильную связь и высвобождающего свободную аминокислоту. Фермент гидролизует амидную связь только L-изомера. В результате получается смесь свободной L-аминокислоты и ацилиро- ванной D-аминокислоты. Эти вещества, как правило, имеют разную растворимость (чаще всего в воде, иногда в других растворителях), по­этому их довольно легко разделить путем дробной кристаллизации. Оставшийся после разделения D-изомер нагревают, в результате чего он рацемизуется, после этого разделение повторяют до тех пор, пока весь изомер не перейдет в L-форму (обычно выходы превосходят 90 %).

Промышленный процесс заключается в следующем. Через колон­ну, заполненную аминоацилазой, иммобилизованной ионными связями на DEAE-сефадексе, пропускают раствор рацемической модифициро­

ванной по аминогруппе аминокислоты. После колонны раствор осто­рожно упаривают в вакууме: при концентрировании раствора первым выпадает в осадок менее растворимый компонент (как правило, это ацилированный D-изомер). Далее раствор фильтруют и упаривают еще раз для выделения свободной L-аминокислоты. D-Изомер растворяют и нагревают, при этом он рацемизуется, и его возвращают в колонну. В итоге добиваются высокой концентрации L-аминокислоты. Фермент аминоацилаза мало чувствителен к типу аминокислоты, поэтому одна установка с иммобилизованным ферментом может использоваться для получения самых разных аминокислот. Когда активность фермента па­дает, добавляют порцию свежего катализатора (один раз в несколько лет).