Устройство для гидролиза водных растворов биополимеров

Заявляемое техническое решение относится к биотехнологии и может быть использовано в медицине, пищевой промышленности и сельском хозяйстве.
Известно, что для гидролиза водных растворов белков существуют самые разнообразные установки. Например, для этой цели часто используются колонные реакторы с помещенным внутрь реактора иммобилизованным ферментом - технологическим биокатализатором (Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии, 1989. - М.: Мир, с. 255). Недостатком этих устройств является постепенное уплотнение катализатора и за счет этого снижение скорости протекания процесса.
Для гидролиза водных растворов белков также известно использование реакторов с перемешиванием (Пат. RU 163602 U1). В этом случае основными недостатками реакторов являются периодичность процесса гидролиза, его существенная длительность, а также наличие мембранных блоков для удаления низкомолекулярных веществ, которые при длительной работе имеют свойство снижать производительность за счет забивания фильтрующих элементов.
Кроме того, все эти виды реакторов не позволяют получать растворы продукта с заданной степенью гидролиза.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является устройство, для гидролиза (ПАТЕНТ НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ. RU 167833 U1), представляющее собой реактор для раствора биополимеров, включающее емкостный ферментер со штуцерами для подачи раствора белка и фермента, приспособление для перемешивания в виде механической мешалки и ультрафильтрационную мембрану для отвода продукта гидролиза - пермеата, расположенную в днище ферментера. Недостатком данного устройства является малая скорость превращения биополимера в низкомолекулярные продукты из-за неэффективности перемешивания компонентов, а также низкая скорость массообмена при высоком гидросопротивлении мембраны, что лимитирует скорость всего процесса гидролиза. Степень конверсии недостаточна из-за низкой эффективности гидродинамического перемешивания.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности работы устройства за счет интенсификации процесса в условиях пленочного испарения жидкости.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что для гидролиза водных растворов биополимеров используется устройство, включающее: реактор (стеклянная колба или металлический барабан с крышкой и днищем) - 1, вращающийся при помощи электромотора - 2, устройство для вакуумирования - 3. Реактор содержит трубчатый патрубок для ввода реагентов - 4, трубчатый патрубок - 5, для удаления продуктов - 6, а также устройство для подогрева - 7.
Принципиальная схема предлагаемого устройства для гидролиза водных растворов биополимеров приведена на фиг. 1.
Устройство работает следующим образом. В реактор 1, обогреваемый при помощи устройства для обогрева 7 до необходимой температуры, подается смесь реагентов, представляющую собой раствор смеси биополимера (белков или полисахаридов или жиров), фермента или кислоты, через штуцер 5. Например, подают 1%-ный водный раствор белка с рН=7,0, содержащий 0,01% фермента пептидазы. При помощи электромотора 2 устанавливают необходимую скорость вращения реактора, например 200 об/мин. Скорость вращения подбирают таким образом, чтобы при вращении образовывался равномерный пристеночный слой жидкости. При помощи устройства 3 из загруженного реактора откачивают воздух до остаточного давления 10-20 мм рт. ст., обеспечивающее равномерное испарение влаги при вращении реактора. В режиме вращения реактора при заданной температуре, вакуумировании и умеренном пленочном кипении жидкой фазы, выдерживают смесь необходимое время, которое устанавливают по контролю за степенью гидролиза продукта, периодически отбирая пробы через патрубок 4. Через штуцер 5, нижний конец которого расположен в непосредственной близости от вращающейся стенки реактора, осуществляют отбор продукта и по необходимости отбор проб.
Например, степень гидролиза белка 60%, реализуемая в условиях пат. RU 163602 U1 достигается за 4 часа, по условиям пат. RU 167833 U1 - за 3 часа, в заявляемом устройстве 60%-ная конверсия достигается за 1-1,5 часа.