Способ обработки содержащей полисахарид культуральной жидкости хаnтномоnаs самреsтris

 

Изобретение относится к биотехнологии и касается обработки водного раствора .гетерополисахарида,который может быть использован в процессах вторичного и третичного извлечения нефти. Целью изобретения является повьшение качества обработки за счет улучшения физико-хиьшческих свойств раствора. Способ заключается в oм, что культуральную жидкость Xanthomo- nas campestris подвергают энзимотической обработке препаратом Новозим 234, который содержит сбалансированное соотношение различных видов гидролитических ферментов. При этом перед введением ферментного препарата культуральную жидкость предварительно; -прогревают. Полученный раствор обладает лучшими фильтруемостью, прозрачностью и впрыскиваемостью. 5 табл. g

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:ц

К ПАТЕНТУ

ggg р::

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (il) 3785901/28-13 (22) 29.08.84 (31) 8313885 (32) 30..08.83 (33) FR (46) 07.10.88. Бюл. ¹ 37 (71) Рон-Пуленк Спесьялитз Шимик (FR) (72) Жан-Пьер Гозар, Алэн Жарри и Алэн Люссиони (FR) (53) 663.15(088.8) (56) ЕР № 39962, кл. С )2 P 19/06, 1981. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СОДЕРЖАЩЕЙ

ПОЛИСАХАРИД КУЛЬТУРАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ

XANTH0N0NAS CAMPESTRIS (57) Изобретение относится к биотехнологии и касается обработки водного

„„SU „„1429938 А3

15@ 4 С 12 N 1/02, С 12 P 1 /06// (С 12 P 19/06, С 12 R 1:64) раствора .гетерополисахарида,который

Г может быть использован в процессах вторичного и третичного извлечения нефти. Целью изобретения является повышение качества обработки за счет улучшения физико-химических свойств раствора. Способ заключается в том, что культуральную жидкость Xanthomonas campestral.s подвергают энзимотической обработке препаратом Новозим

234, который содержит сбалансированное соотношение различных видов гидролитических ферментов. При этом перед введением ферментного препарата культуральную жидкость предварительно:, прогревают, Полученный раствор об- Я ладает лучшими фильтруемостью, прозрачностью и впрыскиваемостью. 5 табл °.1429938

Изобретение относится к биотехнологии и касается обработки водного

:;раствора гетерополисахарида, который может быть использован в процессах

5 вторичного и третичного извлечения нефти.

Цель изобретения — повышение качества обработки за счет улучшения физико-химических свойств раствора.

Растворы полисахаридов, представляющие собой гидрофильные коллоиды, ;:получают в результате ферментации, бактерий вида Xanthomonas campestris на углеводном сырье. Пригодные для

::использования с этой целью углеводы— глюкоза, сахароза, фруктоза,мальтоэа, лактоза,крахмал.Сбраживание углевода ,осуществляется, как правило, в водной

:.среде, содержащей до 100 г/л углево:, :да. Среда брожения может, кроме того, :, содержать источник фосфора, источник .;магния, который является активатором, энзимов, и источник азота, который может быть органического, минерально" 25

; го или смешанного, органоминерально rо,происхождения.

В результате процесса брожения и производства полисахарида культуральная жидкость (сусло) обычно содержит 30 примерно 15-50 г/л полимера, а та различные составляющие, включая клетки бактерий, клеточные остатки, остаточные протеины, и минеральные ионы.

Биополимер может быть извлечен из сусла посредством осаждения с помощью агента осаждения, например изопропанола, фильтрации и сушки.

Способ согласно изобретению можно применять к растворам, полученным посредством разведения коммерческого биополимера в порошке, однако наиболее целесообразной с целью дальнейшего применения для извлечения нефти . использовать культуральную жидкость. 45

Содержащий мутаназу энзим добавляют к водному раствору, содержащему

0,15 — 30 мас.7. полисахарида, и смесь выдерживают при перемешивании или без него при температуре от температуры о окружающей среды до бО С, предпочтио тельно 25 — 55 С, в течение 4 — 24 ч и более при рН 3,5-7. Целесообразно установить рН равным 4-5,8 посредством добавления минеральной или орга55 нической кислоты, например серной, фосфорной, азотной, уксусной, муравьиной.

Если подлежащий обработке раствор приготовлен-из выделенного из бро- . дильного сусла порошок, целесообразно, чтобы концентрация полисахарида была 0,25-1,57.

Если обрабатывают цельное бродильное сусло, концентрация полисахарида, как правило, составляет 1,5-20 мас.7., Цельное сусло может быть продуктом, непосредственно полученным в результате брожения, в этом случае концентрация составляет 1,5-57.. Или это может быть сусло, сконцентрированное традиционными методами до содержания полисахарида.примерно 207..

Способ обработки растворов полисахаридов включает энзиматическую обработку и заключается во введении в контакт этих растворов с эффективным количеством сложного энзима, содержащего мутанозу.

Мутанозы представляют семейство энзимов, главное общее свойство которых заключается в их способности воздействовать на 1,3-глюкозидные связи в положении альфа. Мутаназы получают посредством культивации соответствующих микроорганизмов на среде, основным источником углерода которой является мутан, выделяемый каким-либо стрептоккоком, например Streptococcus

mutans СВ S У 350-71. Микроорганизмы, генерирующие мутаназы, это Trichod erma hargi amum, Peni c i l 1i um f uniculosum, Penici ilium melinii, Penici11ium janthine1lum.

Содержащий мутаназу продукт, который предпочтительно используется в предлагаемом способе, получают из

Trichoderma hargianum. Культивацию

Trichoderma hargianum осуществляют с целью получения 0(-1,3-глюконазы (мутаназы), способной гидролизовать Ы—

1,3-глюкан.

В ходе энзиматических микробных е брожений в отсутствие особых .опти.-.. мальных условий получают несколько родственных энзиматических составляющих при сравнительно постоянных соотношениях. Промышленный продукт, Который используется согласно изобретению, продается под торговой маркой

Новозим 234 фирмой Novo lndustri

А/$. Этот энзим прояви;Isaò, помимо главной матаназной активности, иеллу— лазную, JIBMHHaðèíàзн,т, ксилаHàзную, хатиназную и прс тенназную активность.

1429938

Количество сложного энзима, добавляемого к водному раствору, должно быть достаточным для обеспечения разложения нерастворимых полисахаридов. и бактериальных клеточных остатков.

Это количество одновременно зависит от энзиматической активности комплекса, от содержания в подлежащем обработке растворе нерастворимых ве- 10 ществ и от условий энзиматической обработки.

При использовании комплекса Новозим 234 обычно достаточно количества

0,1 — 3 мас.X по отношению к массе ксантеновой смолы., Рациональное количество может также быть расчитано по отношению к азоту, содержащемуся в среде и исходящему главным обраэом- иэ биомассы. Энзима i в количестве 20- 20

150 r, предпочтительно 40-100 r, на

100 г азота, как правило, достаточно для разрушения и бактериальных остатков, и нерастворимых веществ небактериального происхождения. 25

Энзиматическую обработку можно также проводить с растворами полисахаридов, которые предварительно ос-.< . ветлены известными методами, например посредством пастеризации, центрифуги- 30 рования, фильтрации через диатомные земли и т.д.

Раствор полисахарида, который 1 представляет собой цельное бродильное сусло, до энзиматической обработки подвергается нагреванию до 60—

150 С в течение от 5 мин до 2 ч. Установлено, что сочетание термической обработки с знэиматической обработкой приводит к заметному осветлению 40 растворов ксантановой смолы. Лучшие результаты с точки зрения свойств агента вязкости, фильтруемости и впрыскиваемости получены с помощью термической обработки бродильного сус- 45 ла при рН 3,5 — 6,2, предпочтительно

4 — 5,5, при температуре 60-110 С, о предпочтительно 80-100 С, в течение

5-60 мин, предпочтительно 15-30 мин, за которой следует обработка комплек50 сным энзимом.

Получаемые в результате знзиматической обработки растворы гетерополи-. сахаридов, а также выделенные из этих растворов порошки могут быть использованы во всех случаях, когда требу55 ются осве тленные продукты, например при вторичном и третичном извлечении нефти. Слабоконцентрированный раствор экономически невыгодно транспортировать. При испльзовании полимера в порошке возникает проблема повторного растворения на месте пользования. Вопределенных случаях целесообразно производить концентрирование раствора биополимера. Концентрация может быть осуществлена с . помощью традиционньтх приемов, например выпаривания или ультрафильтрации. Последний метод является предпочтительным, так как он более экономичен и позволяет разде.— лять в промьппленных условиях молекулы с низким и высоким молекулярным весом и концентрировать полимеры без изменения их реологических свойств. Установлечо, что ультрафильтрация даже при высоком градиенте скорости не изменяет свойств агента вязкости и фильтруемости растворов.

Концентрация путем ультрафильтрации может осуществляться с использованием известных технологий и оборудования, например с помощью аппаратов с фильтровальными патронами, спиралями, тру- бами. Предпочтительно использовать аппараты с рифленными фильтровальными патронами, в которых полимер может быть подвержен высоким градиентам скорости (1000 — 10000 с ),значи-. тельно снижающим реальную вязкость продукта, что позволяет осуществить .быструю транспортировку в промьпплен, ных аппаратах с большой поверхностью (10-50 м ) и улучшенный перенос. Для данного процесса можно использовать мембранные фильтры, например, из целлюлозы, полиамида, полибензимидазола, акрилового сополимера, полиакрилоннтрила, полисульфона, полифторида винилидена, сложных комплексных полиэлектролитов, пороги фильтрации которых 10 — 100000.

Расход зависит от температуры, давления, скорости прохождения, а также от вязкости и концентрации биополимера и составляет 5-50 луч м)при линейной скорости 0,5-5 м/с. Темггература может быть от температуры окружающей о среды до 80 С, давление — порядка 1—

15 бар, предпочтительно 1-6 бар.

Обычно ультрафильтрация позволяет получить концентрацию 70-180 г биополимера на 1 кг сусла. Если сложный энзим добавляют до ультрафильтрацни, энзиматическая реакция продолжается во время фазы концентрации полимера.,1429938

Возможна очистка раствора полисахарида с помощью диафилвтрации пос-. редством постоянного или периодического добавления воды во время или

5 после ультрафильтрации со скоростью, s значительной мере соответствующей скорости отбора ультрафильтрата. Молекулы с низкой молекулярной массой, получаемые в результате реакции эн- 1О :зиматического разложения, удаляются в пермеат. Очищенный таким образом продукт обладает улучшенными свойствами по вязкости.

Термическая обработка в кислой .среде в сочетании с энзиматической обработкой позволяет улучшить показатели ультрафильтрации по сравнению с необработанным термически суслом, или с суслом, которое подвергнуто об- 20 работке в условиях нейтрального или щелочного рН. В частности, при той же потере напряжения на контактах ультра- .

:фильтрата термическая обработка в кислой среде позволяет получить более 25, концентрированные растворы биополиме;ра при более значительных расходах питания. Таким образом, можно полу-. чить концентрацию 200 и даже 300 г па

1 кг сусла. 30

Пример 1, Используют бродильное сусло с содержанием ксантено- . вой смолы 18 г/л, полученное в результате брожения Xanthomonas campestris

Одну фракцию сусла концентрируют посредством ультрафильтрации, используя прибор UFP 10, снабженныймембранными патронами I RIS 3038 (торговые марки инофирмы "Рон Пуленк Решерш"), 40 до концентрации 112 r биополимера на кг сусла.

Устанавливают рН второй фракции

5, 5, добавляя концентрированную серную кислоту, затем эту фракцию нагре- >5 вают до 100 С в течение 15 мин. После охлаждения сусло концентрируют ультрафильтрацией, как и первую фракцьпо, до концентрации 11? r/êã.

К 1 кг каждой фракции концентриро50 ванного сусла добавляют 1,1 г Новозима ?34 (торговая марка фирмы Novo

In us tr> А/S) . Смесь выдерживают 14 ч

d при 30 С при перемешивании, затем охлаждают до температуры окружающей сре55 ды ° "пя обработанного таким образом сусла определяют вязкость раствора с концентрацией ксантановой смолы

1000 м.д., содержащего 5 г/л NaCI а также мутность раствора при

1000 м,д °

Измерения вязкости осуществляется с помощью вискозиметра Брукфилда, о снабженного приставкой UI,, при 25 С для степени сдвига 7,3 с

Мутность определяют посредством измерения оптической плотности при

650 нм для оптического пути 4 см.

Результаты представлены в табл.l.

Таблица 1

Сусло

Вя экос ть, Оптическая мПа"с плотность

Обработано

Новозимом

234 без термической обработки

42,5

0,4) 5

Обработано при 100 С, рН 5,5, затем обработано Новозимом 234

0,144

Обработано при

100 С, рН 5,5 не обработано (контроль) 0,749

59,5

Пример 2. Используют бродильное сусло, содержащее 80 г ксантановой смолы на 1 кг сусла, которое сконцентрировано непрерывным способом с помощью ультрафильтрации из неочищенного сусла с концентрацией

15,6 к/кг, обработанного при рН 5,5 в течение 15 мин при !00 С, и без термической обработки.

К 1 кг концентрированного сусла добавляют 1 r Новозима 23 Г. Смесь вы Ъ держивают 14 ч при 40 С при перемешивании, затем охлаждают до температуры окружающей среды.

Эффективность обработки относительно способности к фильтруемости и

4. А ° впрыскиваемости определяется по тестам„ которые опиг аны ниже, в сравнении с таким же суслом, не полверже энзиматической обработке.

Результаты представлены в табл.2..1429938

Таблньпа 2

Оптическая

ПЛОТНОСТЬ астворов

1000 .сь об прыскиааемость прн 3 бар — время> диаметре пор, мкм

Фильтруемость прн постоя ном расяоде - Ыр, мбар, прн диаметре пор, мам

15 мнн

pEi 5, (з $5 ман О, 848

l0 мнн 10 мнн

50 44 (22,5мл)

35, 11,5

Нет (260 ) (645мл) 07 с

1 мин 32с

21 с

0, 111

1,8 10 ьп,и

9 мнн

18 с (0,10 мл) 10 мин 10 мнн 10 мин (210 мл) (450 мл) (740 мл)

Засорение

0,390

48 с

50 289 3 } (83 мл) 0,860

Засорение

Нет

Нет и перемалывают. 20

Испытание истечения или фильтруемости с постоянным расходом позволяет установить явление засорения, которое может проявиться при впрыскивании разведенного раствора биополимера в залежи нефти и, следовательно, измерить пригодность раствора биополимера для применения в ходе сопутствующего извлечения нефти.

Принцип этого испытания заключает- 30 ся в том, что растворы с постоянным расходом пропускают через калиброванный фильтр. Потеря давления (лР) на контактах фильтра, вызванная прохождением раствора биополимера, ха35 рактеризует пригодность к фильтрации.

Для соблюдения условий, имеющихся в месте применения, растворы испытывают . с одинаковой вязкостью (а не с одинаковой концентрацией).

Испытания осуществляют в следующих условиях; температура 30 С, расход 22,5 мл/ч; фильтры марки Nilli.—

pore диаметром 47 мм, с диаметром пор 3, 8 и 12 мкм.

Приготовление растворов. Сусло разводится в содержащей соли воде (50 г/л NaC1 и 5 г/л СаС1 ) так, чтобы полученный раствор имел вязкость 35 мПа с (измеряется вискозо50 метром Брукфилда с приставкой UL npu

30 С, степень сдвига 7,3 с

Потеря давления Р измеряется, когда 350 мл раствора оказь}ваются отфильтрованными. Если давление превышает 50 мбар, число в скобках указывает объем раствора, который был профильтрован при достижении давления

50 мбар.

Испытание впрыскивания при постоянном давлении позволяет установить свойства BIIpb}cKHBB.e}ioñòè разведенных растворов биополимера. Принцип заключается в том„ что растворы под постоянным давлением пропускают через калиброванный фильтр. Истекающий в зависимости от времени объем характеризуе: впрыскиваемость.

Испытание проводят в следующих условиях: фильтры марки Nillipore диаметром 47 мм с диаметром пор 0,88 мкм; давление 3 бар, приготовление растворов идентично приготовленио растворов в испытании на фильтруемость с постоянным расходом. Вязкость рав" на 35 мПа ° с (Брукфилд с приставкой

UL, 30 С, 7 2 с ).

Фиксируют время, израсходованное н-= протекание 1000 мл раствора. Если это время преьосходит 10 мин, величина в скобках указывает объем раствора, который был профильтрован.

П р и,.м е р 3. Влияние энзимати-. ческой обработки на впрыскиваемость разведенных растворов, полученных из порошка ксантановой смолы, который: бьл осажден из обработанного сусла.

Иэ сусла, обработанного Новозимом .

234 по примеру 2, выделяют биополимер посредством осаждения с помощью изопропанола. Волокна промь}вают, сушат

Для сравнения биополимер выделяют из фракции того же сусла, но до энзиматической обработки. в

Разводят 5 r порошка водой, содержащей соли, с помощью смесителя марки

1429938

Таблица 3

Испытуемый раствор

Впрыскиваемость при постоянном давлении 3 бар — время для прохождения 1000 мл раствора с 35 мПа с через приоритетные фильтры, мкм

0,8 1,2 3

Волокна необработанного сусла

Волокна сусла, обработанного

Новозимом 234

10 мин 1 мин 32 с

52 с (580 мл) 19 с

11агп1р 131ender так, чтобы вязкость полученного раствора была равна

35 мПа с, а концентрация солей 50 г/л

NaCI и 5 г/л СаСI

Пример 4. 20 кг бродильного сусла, содержащего 15,6 г ксантеноной смолы на 1 кг смолы, термически обрабатывают в течение 15 мин при 100 С рН 5,5.

К 5 кг обработанного и охлажденно-.

О

ro до 40 С сусла добавляют 1 г Ново-зим 234 и выдерживают раствор в тео чение 10 ч при 40 С. Сусло затем концентрируют посредством ультрафильтрации на UFP 2 (торговая марка фирмы

"Po«-Пуленк Решерш"), снабженной мембранными .фильтрами IRIS 3038 А из акрилонитрила с фильтрующей поверхнос2 тью 0,022 м . Сусло концентрируется до содержания 80 г íà l кг сусла.

Отбирают 100 г сусла для испытания на нпрыскинаемость при постоянном расходе.

Каждый из этих растворов подверга ется тесту впрыскивания при постоянном давлении, описанному в предыдущем примере. Результаты нредстанлены в табл.З.

10 мин 10 мин 30 с ъ (220 мл) (905 мл) Оставшееся сусло промывают известным способом (диафильтрация) при о

55 С проточной водой н количестве, в 5 раз превьш ающем нес сусла, на том же аппарате, а затем вновь концентри35 руют до 80 г/кг. По мере промывки конечная концентрация азота в оставшемся веществе уменьшается, достигая в конце операции 20 от начального содержания.

40 . Результаты теста на нпрыскиваемость с постоянным расходом представлены в табл, 4 в сравнении с суслом, которое концентрировалось посредст45 ном ультрафильтрации беэ термической обработки и беэ энэиматической обра\ ботки (контрольная «роба) .

1429938

Табл и ц а 4

Испытуемый раствор

Вид сусла

1 язкость 3 мПа с

Концентрация, м.д, 35

50

815

Концентрация sa UF (22,5 мл) 1,7

12,!

35 3 37

1 8

11,4

35,1

37,2

750

Т а б л и ц а 5

Образец

ОптичесВязкость ильтрумость, мл/5 мин 73 с с кая

l4 с плотность при

660 нм

Не обработанный со сдвигом 0,55 беэ сдвига 0,6

200

3,6

3,2

120

3 5

3,2

Обработанный

Алкалас со сдвигом

0i030 1100

0,033 540

3,?

3,15 без сдвига

3,5

3,15

Обработано Новозимом

234, концентрация на UF- 815

Обработано Новозимом

234, концентрация на

UF; диафильтрация

Пример 5. Для определения эффективности комплексного ферментного,25 препарата Новозим 234 по сравнению с ферментным препаратом Киталаэя используется ксантановая смола Кильзан.

Ксантановую смолу разводят в воде, содержащей соли, перемешивая при

25 С дляполучения ксантанового раство0 ра 6000 ч. на млн. Добавляют 25 ч. на млн Алкалазы или 25 ч. на млн Новозима 234. Раствор, содержащий Новозим доводится до рН 6 (рН, способст- 35 вующий ферментной активности), Каждая смесь перемешивается при 25 С в течение 4 ч.

Фильтруемость при постоянном расходе — ЬР, мбар, при диаметре пор., мкм

В конце обработки часть растворов подвергают усилиям сдвига в соплах при Р порядка 30 бар. Каждый образец разбавляют водой USBR для ксантановой концентрации 300 4. на млн. Измеряют оптическую плотность, Фильтруемость определяется на фильтре 1,2 мм путем измерения количества раствора, отфильтрованного на 5 мин при давлении

l,4 бар. Вязкость измеряется прибором Брукфилда.

Результаты испытаний представлены в табл.5..

)429938

) 4

Продолжение табл. 5

Образец

Фильтруемость, мл/5 мнн

Вязкость птичес ая

73 с 14 с от»

CTb и

О нм

Об раб о та нный со сдвигом 0,007 1420 без сдвига 0,003 600

3,7

3,20

3,6

3,20

Формула изобретения

Редактор В,Петраш Техред М.Дидык 1 оРРектоР В.Гирняк

Заказ 5148/58 Тираж 520 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ))(-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ обработки содержащей поли- 20 сахарид культуральной жидкости Xanthompnas campe5tris, предусматривающий введение в нее комплексного ферментного препарата, обладающего целлюлозолитической, Р =1,3-глюконазной и 25 п отеазной активностями, с последующйм инкубированием, о т л и ч а ю щ .и и с я тем, что, с целью повыше,ння качества обработки за счет улучшения физико †химическ свойств раст- 30 вора, в качестве комплексного фер-.. ментного препарата используют Новоь зим 234, обладающий дополнительно

М-1,3-глюконазной активностью, кото) рый вводят в количестве 0,1-3 мас. в расчете на 0,15-30 мас. полисахарида культуральной жидкости, при этом инкубирование осуществляют при о

30-60 С в течение 4-14 ч, а перед введением ферментного перпарата на культуральную жидкость предварительо но прогревают при 60-100 С в течение

5-60 мин и устанавлив ают при 3, 5-6, 2 .