Способ получения красителя

 

Сущность изобретения: краситель получают путем культивирования пигментсодержащего гриба Hypomyces rosellus штамм 94/77 в питательной среде, представляющей собой водный состав, содержащий отходы производства на основе углеводсодержащего сырья - 0,4 - 6%, фосфорнокислый или сернокислый аммоний - 0,2 - 0,4%, сульфат магния - 0,05%, сульфат железа - 0,001% или сульфат марганца - 0,05%. Мицелий подвергается в процессе культивирования ферментативному гидролизу и выделение красителя ведут из культуральной жидкости. В качестве органического растворителя используют смесь бензола с этанолом или хлороформа с изопропаном, или хлороформа с метанолом в объемном соотношении 1:2. Выход красителя составляет 35 - 40% от массы сухих клеток мицелия.

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается получения натуральных красителей, которые могут найти применение для окраски хлопчатобумажных, шерстяных, химических тканей и волокон, кожи, стекла.

Известен способ получения антрахинонового пигмента скирина из микроскопического гриба Hypomyces lactifluorum путем измельчения плодовых тел гриба-хозяина [1] Недостатком данного способа является низкая эффективность процесса выделения целевого продукта.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения красного пищевого красителя из Penicillium rubrum [2] Краситель с выходом 2,3% получают путем культивирования пигментсодержащего гриба Penicillium rubrum на агаризованной среде, содержащей пентон и глюкозу в течение 5 7 дней с последующей многоступенчатой экстракцией водно-спиртовым раствором и сушкой.

Известный способ имеет ограниченную сырьевую базу и обеспечивает незначительный выход красителя.

Цель изобретения: удешевление процесса производства и увеличение выхода красителя.

Техническим результатом является то, что, согласно способу, культивирование гриба Hypomyces rosellus осуществляют на дешевой питательной среде, включающей в состав отходы целлюлозобумажной, крахмальной, сахарной промышленности, а также, используя способность гриба к биосинтезу внеклеточных гидролитических ферментов, краситель выделяют непосредственно из культуральной жидкости. При необходимости краситель экстрагируют органическими растворителями, подвергают очистке и кристаллизации. Выход красителя составляет 35 50% от веса сухих клеток мицелия.

Пример 1. Штамм Hypomyces rosellus 94/77 выращивают в пробирках на известной агаризованной среде (4^o по Баллингу сусло, рН 6,0 в течение 10 12 суток при температуре 24 26^oC). Затем мицелий гриба вносят в одну из посевных питательных сред: среда 1: сусло 4^o по Баллингу, рН 6,0 6,2; среда 2: мелассный раствор с содержанием сахара в 1 л 40 г, рН 6,0; среда 3: раствор сульфитного щелока с содержанием сахара в 1 л 10 г, рН 6,0.

Посевной материал выращивают на качалке (220 200 об/мин) в колбах Эрленмеера емкостью 750 мл со 100 мл среды в течение 48 часов при 24 - 26^oC. Затем посевной материал в количестве 5 10% по объему используют для инокулирования ферментера мешалочного типа емкостью 26 л, с рабочим объемом среды 10 л, содержащей среду следующего состава, сульфитный щелок - 0,4 2,0; фосфорно-кислый аммоний 0,3; магний сернокислый 0,05; железо сернокислое 0,001 или марганец сернокислый 0,05; кальций углекислый 0,3, вода водопроводная, рН 6,0 6,2. С целью индуцирования гидролитических ферментов в состав среды может быть введена измельченная фильтровальная бумага в количестве 1 2% Процесс ведут при температуре 24 26^oC. Воздух для аэрации подается ступенчато: в течение первых 6 часов 0,1 0,2 л/л среды в мин, а затем 0,3 0,5 л при скорости перемешивания 120 об/мин, а через 18 часов до окончания культивирования 1 л/л среды в мин при скорости перемешивания 250 300 об/мин. После культивирования в течение 3 суток мицелий отделяют от культуральной жидкости фильтрацией или при помощи центрифугирования. Выделение красителя в зависимости от способа выращивания ведут или из фильтрата культуральной жидкости, или из разрушенных при глубоком замораживании при помощи Френч-пресса, гомогенизатора, кварцевого песка или ультразвукового дезинтегратора клеток мицелия экстракцией смесью хлороформ-изопропанол, хлороформ-метанол, бензол-этанол в объемном соотношении 1:2 при объемном соотношении осадка и растворителя 1:3. Хлороформный или бензольный слой отделяют, фильтруют через стеклянный фильтр N1 и высушивают на пленочном испарителе при температуре 50^oC, конденсат в хлороформе многократно переосаждают серным эфиром, очистку красителя ведут адсорбционной колоночной хроматографией на силикагеле, в качестве элюента используют смесь хлороформ изопропанол в соотношении 12:1 или бензол этанол в соотношении 10:1. Получаем 2 фракции красителя с Rf 0,4 красная и Rf 0,3 желтая. Фракции красителя легко кристаллизуются серным эфиром.

Краситель представляет собой желтые, красные, малиновые, коричневые и фиолетовые кристаллы или мелкий порошок, растворимый в хлороформе, хлористом метилене, бензоле, относительно растворимый в большинстве органических растворителей и не растворимый в воде и эфирах. Температура плавления красителя > 360^oC. Краситель термоустойчив, светостабилен. Антибиотическими свойствами не обладает. Запаха не имеет. Окрашенный мицелий пигментсодержащего гриба H. rosellus и культуральная жидкость не обладают острой токсичностью по отношению к крысам белой масти при внутрибрюшинном введении в количестве 10 мл на 1 кг веса (наблюдение вели в течение 14 дней в шести повторностях).

Пример 2. Процесс культивирования и выделение красителя осуществляют по методике примера 1, но с тем отличием, что в качестве среды для культивирования используется водный состав, меласса 0,4 3,0; фосфорнокислый аммоний 0,3; магний сернокислый 0,05; железо сернокислое - 0,001 или марганец сернокислый 0,05; кальций углекислый 0,3, рН 6,0 - 6,2. Краситель проявляет такие же физико-химические и биологические свойства, что краситель по примеру 1.

Пример 3. Процесс культивирования и выделение красителя осуществляют по методике примера 1, но с тем отличием, что в качестве среды для культивирования используется среда водная состава, картофельная мезга 2, фосфорнокислый аммоний 0,3, магний сернокислый 0,05, железо сернокислое - 0,001 или марганец сернокислый 0,05, кальций углекислый 0,3, рН 6,0.

Пример 4. Процесс культивирования и выделение красителя осуществляют по методике примера 1, но с тем отличием, что в качестве среды для культивирования гриба используется водный состав, углеводсодержащее сырье - 0,4 3,0; фосфоpнокислый аммоний 0,3; магний сернокислый 0,05; железо сернокислое 0,001 или марганец сернокислый 0,05; измельченная фильтровальная бумага 1 2, кальций углекислый 0,3, рН 6,0 6,2.

После культивирования гриба в течение трех суток проводят ферментативный гидролиз клеточных стенок при 37^oC в течение 24 ч. Уровень активности ферментов миколитического комплекса составил в фильтрате культуральной жидкости: 1,3 β-глюконазы; 1,6 b-глюконазы соответственно 1,6 ед/мл и 0,5 ед/мл. В результате воздействия внеклеточных гидролитических ферментов произошел выход красителя в культуральную жидкость. После проведения гидролиза мицелий отделяют фильтрованием, а выделение красителя ведут из центрифугирования культуральной жидкости. Краситель проявляет те же биологические и физико-химические свойства, что по примеру 1.

Краситель представляет собой кристаллический продукт (или раствор) карминно-красного цвета, с температурой плавления > 360^oC, растворимый в большинстве органических растворителей и не растворимый в воде и эфирах. Устойчивость красителя и способность окрашивать текстильные волокна обусловлены его химической природой, представляющей собой смесь производных антрахинона (триокси- и тетраоксиантрахинонов).

Были выделены следующие составляющие красителя.

Компонент 1. C₁₆H₁₂O₅. В УФ-спектре наблюдается поглощение при 237 нм, 285 нм, 455 нм. В ИК-спектре (KBr) наблюдаются интенсивные полосы при 1681, 1634 см^-1. В спектре ПМР (CDCl₃): 12,30 м.д. 12,09 м.д. 7,60 м.д. 7,34 м.д. 7,05 м. д. 6,66 м.д. 3,94 м.д. 2,42 м.д. Анализ масс-спектров определил величины м/е молекулярных ионов, равные М⁺ 284.

Компонент 2. C₁₆H₁₂O₆. В УФ-спектре наблюдается поглощение при 255 нм, 490 нм, 524 нм. В ИК-спектре (KBr) наблюдается поглощение при 1603 см^-1. В спектре ПМР (CDCl₃): 13,38 м.д. 12,44 м.д. 12,36 м.д. 7,41 м.д. 7,18 м.д. 6,70 м. д. 3,96 м.д. 2,36 м.д. Анализ масс-спектров определил величины м/е молекулярных ионов, равные 300 М⁺ и 271 М⁺.

Компонент 3. C₁₆H₁₂O₆. В УФ-спектре (этанол) наблюдается поглощение при 230 нм, 280 нм, 300 нм, 495 нм, 528 нм. В ИК-спектре (KBr): 1590, 1437, 1353, 1230, 1200, 1116, 980, 958 см^-1. ПМР-спектр (CDCl₃) характеризуется наличием 13,32 м.д. 13,22 м.д. 7,78 м.д. 7,17 м.д. 4,06 м.д. 2.39 м.д. 2,35 м. д. Масс-спектр характеризуется наличием молекулярных ионов М⁺ 300, 282, 254.

Компонент 4. C₁₅H₁₀O₆. В УФ-спектре наблюдается поглощение при 232 нм, 280 нм, 303 нм, 512 нм, 525 нм. ИК-спектр (KBr) 1603 см^-1. ПМР-спектр (CDCl₃) 13,42 м.д. 12,44 м.д. 9,38 м.д. 7,40 м.д. 7,14 м.д. 6,73 м.д. 2,37 м.д. Масс-спектр характеризуется наличием молекулярных ионов м/е 286.

Компонент 5. C₃₀H₂₀O₁₀. В УФ-спектре наблюдается поглощение при 462 нм, 300 нм, 260 нм. ИК-спектр (KBr) 1625, 1680 см^-1. ПМР-спектр (CDCl₄): 1,90 м. д. 2,40 м.д. 2,49 м.д. 7,18 м.д. 7,40 м.д. 7,76 м.д. Масс-спектр характеризуется наличием молекулярного иона М⁺ 515.

С целью испытания красителя на свойство окрашивать хлопчатобумажные, шерстяные и синтетические ткани, а также кожу и стекло проводили окрашивание образцов в 1% -ном растворе красителя в хлороформе или другом органическом растворителе, а также непосредственно из культуральной жидкости. Хлопчатобумажная и шерстяные ткани обладают способностью окрашиваться фильтратом культуральной жидкости, содержащим краситель. Для окрашивания образца кожи образец погружали в 1%-ный раствор красителя в органическом растворителе, крашение вели сначала при температуре 25 30^oC, а в конце повышали до 70^oC в течение 1 часа. Размеры образцов 10 см², вес образца кожи 50 г. Окрашивание стекла проводили в 2%-ном растворе органического растворителя 30х2 см образца. Краситель проявляет устойчивость к воздействию моющих средств, кипячения, светоустойчивость согласно ГОСТ 10793-64, ГОСТ 9733-61, ГОСТ 11151-77 группе прочная.

Формула изобретения

1. Способ получения красителя путем культивирования пигментсодержащего гриба в питательной среде с последующим выделением целевого продукта с использованием экстракции органическим растворителем, отличающийся тем, что в качестве пигментсодержащего гриба используют Hypomyces rossellus штамм 94/77, в качестве питательной среды состав, содержащий, мас.

Отходы производства на основе углеводосодержащего сырья 0,4 3,0 Фосфорно- или сернокислый аммоний 0,2 0,4 Сульфат магния 0,05 Сульфат железа 0,001 или
Сульфат марганца 0,05
Вода Остальное
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выделение красителя ведут из культуральной жидкости.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что выделение красителя из культуральной жидкости ведут экстракцией хлороформа с изопропанолом или метанолом или бензола с этанолом при объемном соотношении 1:2 соответственно.