Никотиновая кислота (NA) представляет собой водорастворимый комплексный витамин B; обладают антипаллергенной, антидиарейной и антидепрессивной активностью. Это новое активное вещество против смертельной болезни рака и диабета. Это важное соединение, используемое в пищевой, фармацевтической и биохимической промышленности. Исследование восстановления NA исследуют с использованием три-н-октиламина (TOA) в смеси додекана и додеканола в соотношении 1: 1 (вес / вес). Исследование токсичности н-додекана (log Pa = 6,6) показывает, что он является наиболее подходящим разбавителем для одновременного извлечения продуктов во время ферментации. Однако также можно использовать 1-додеканол (log Pa = 5,0), который обеспечивает очень низкую токсичность на фазовом уровне с очень высокой способностью к выделению для экстракции и смешивания нетоксичного разбавителя (додекана) с менее токсичным разбавителем (деканолом) в соотношении 1: 1. (вес / вес) дает биосовместимый разбавитель с хорошей эффективностью экстракции. Равновесное исследование NA (0,014-0,083 моль.кг-1) проводят путем варьирования различных параметров, таких как влияние концентраций TOA (0,148 – 1,21 моль.кг-1), влияние начального значения pH водного раствора (2,5-6) и эффекта температуры (298- 328 К). Используя данные равновесия, рассчитывают коэффициент распределения (KD), эффективность извлечения (% E) и коэффициент загрузки (z). Максимальное значение KD получают как 10,8 с использованием оптимального TOA (0,706 мол. Кг-1) и концентрации кислоты (0,055 мол. Кг-1) с 91,53% извлечения NA. Максимальная экстракция наблюдается около рН 3,3. Он оказывает незначительное влияние на комплекс NA-TOA 1: 1, основываясь на модельных значениях и спектрах FT-IR. Термодинамические параметры, энтальпия (ΔH0) и энтропия (ΔS0) определяются в интервале температур от 298 до 318K. Число теоретических стадий (NTS) для противоточной экстракции при оптимальных условиях оказалось равным 4. Кроме того, было обнаружено, что скорость обратной экстракции была достигнута 99,0% при использовании 0,05 моль кг -1 NaOH в качестве десорбера.
Ключевые слова: никотиновая кислота, реактивная экстракция, три-н-октиламин, равновесие, pH, температура, конструкция колонки.
Введение
Ниацин или никотиновая кислота (пиридин-3-карбоновая кислота) представляет собой водорастворимый витамин B-комплекса, который участвует в образовании коферментов NAD и NADP. Эти коферменты участвуют в катаболизме углеводов, жиров и белков с выработкой энергии, наряду с синтезом жирных кислот и холестерина 1-3. Никотиновая кислота широко используется в пищевой, фармацевтической и биохимической промышленности. Кислота играет ключевую роль в восстановлении ДНК и помогает в образовании стероидных гормонов в надпочечниках. Дефицит никотиновой кислоты может привести к пеллагре, красному языку, диарее, апатии, депрессии, дезориентации и даже потере памяти 4, 5. Никотиновая кислота также играет ключевую роль в причинах и лечении других заболеваний, таких как рак 6, 7, диабет 8, 9 и сердечно-сосудистые заболевания, связанные с высоким уровнем холестерина 10, 11. Поскольку человеческий организм не способен самостоятельно производить никотиновую кислоту, следовательно, для поддержания ее идеальной концентрации в организме ее следует принимать в форме пищи, такой как яйца , рыба и зеленые листовые овощи или пищевые добавки. Тем не менее, общее производство никотиновой кислоты во всем мире достигло примерно 22 000 тонн в год, 12, 13, и еще больше внимания уделяется увеличению ее производительности.
В настоящее время сложные методы химического синтеза становятся непривлекательными из-за осведомленности всего мира о растущих экологических проблемах. Следовательно, производство никотиновой кислоты усиливается путем биосинтеза или ферментативной конверсии 3-цианопиридина. Успешное производство никотиновой кислоты (Lonza, Швейцария, Китай) в промышленных масштабах с использованием фермента нитрилазы доказало его промышленное применение 14, 15-17. В природе он широко присутствует в бактериях, нитчатых грибах и растениях 18, 19. Однако последующая обработка биопродуктов стоит около 60% от общей стоимости производства 20. Следовательно, для крупномасштабного производства это не является предпочтительным по сравнению с химическим синтезом. маршрут. Таким образом, требуется альтернативный эффективный метод для его извлечения из разбавленного ферментационного бульона по пути биосинтеза 21. Реактивная экстракция является одной из эффективных альтернатив для непрерывного удаления ценных органических кислот / биосоединений из водной среды с использованием подходящей системы органических экстрагентов / разбавителей 22. – 24. Токсичность разбавителей в биореакторе является основной проблемой, когда метод in situ используется при разделении. Молекулярная токсичность вследствие растворения растворителя обычно вызывает меньшее повреждение клетки, чем фазовая токсичность, поскольку первая ограничена растворимостью растворителя в водной фазе. Лучший возможный способ снизить токсичность экстрагирующей среды – смешать нетоксичные разбавители (log Pa ≥6) с менее токсичными разбавителями (6 ≥ log Pa ≥4) 25,26.
Ранее несколько исследований по равновесным и кинетическим исследованиям никотиновой кислоты проводились разными исследователями. Однако в последнее время не было опубликовано никакой литературы о конструкции колонок никотиновой кислоты с использованием биосовместимой смеси разбавителей. Ранее Кумар и Бабу 27 рассмотрели различные процессы производства никотиновой кислоты. Включает как химический, так и ферментативный метод. Они обнаружили, что отделение никотиновой кислоты путем реактивной экстракции ферментативным путем является многообещающим методом с точки зрения увеличения производства никотиновой кислоты. Sushil и соавторы 28 сообщили об исследовании равновесия никотиновой кислоты с использованием фосфорорганического экстрагента, растворения TOPO и TBP в различных инертных и активных разбавителях, таких как н-гептан, н-декан, керосин, 1-октанол, 1-деканол, MIBK и т. Д. Максимальная экстракция Выход получается путем растворения ТОПО в МИБК. Они обнаружили, что механизм реакции контролируется типом экстрагента и полярностью растворителя. Однако чистые растворители без экстрагента не способны эффективно извлекать никотиновую кислоту. Депалой и соавт. изучение равновесного и кинетического исследования никотиновой кислоты с использованием TOA в MIBK 29. Результаты равновесия показывают образование кислотно-аминного комплекса как 1: 1, так и 2: 1. Кинетические исследования показывают, что скорость перемешивания не оказывает влияния, однако скорость экстракции увеличивается с увеличением объемного соотношения фаз. Эта группа также провела исследование равновесия бензойной кислоты и никотиновой кислоты с использованием TOA и TBP, растворенных в различной бинарной смеси 30. Результаты показывают, что экстракция сильно зависит от полярности и ионизирующей силы кислоты. Deliang et al. Изучение реактивной экстракции никотиновой кислоты с помощью ТОА в н-октаноле 31. Установлено, что протонодонорный н-октанол является эффективным разбавителем, когда триалкиламин (N235) используется для экстракции никотиновой кислоты. Благоприятными условиями работы являются равновесный водный рН от 4,2 до 5,5.
В настоящей статье сообщается об определении подходящей колонки и ее разработке для оптимизации промышленного извлечения никотиновой кислоты из разбавленного водного / ферментационного бульона. Это основано на экспериментальном определении данных равновесия путем варьирования различных параметров. Никотиновую кислоту выделяют методом реактивной экстракции с использованием три-н-октиламина (ТОА) в качестве растворителя, растворенного в лауриловом спирте (log Pa = 5,032) + додекан (log Pa = 6,633) в соотношении 1: 1 (мас. / Мас.) На протяжении экспериментов. , Однако совместное использование разбавителя с полярным модификатором также положительно влияет на выход при экстракции. Тем не менее, с увеличением числа углеродных цепей, токсичность спирта и алкана уменьшается. Следовательно, комбинация додекана и лаурилового спирта в качестве системы разбавителя создаст нетоксичную, биосовместимую экологически чистую органическую фазу с хорошей эффективностью экстракции. Наконец, регенерацию растворителя проводят с использованием раствора NaOH (десорбента) с различной концентрацией.
РЕАКТИВНАЯ ХЕМОДЕЛЬ ДОБЫЧИ
Растворитель додекан + лауриловый спирт и экстрагент (три-н-октиламин), используемые в этом исследовании, плохо растворимы в воде. Растворимость алкана и спирта уменьшается с увеличением числа углеродных цепей. Следовательно, никаких изменений в объеме в водной и экстрактной фазах не учитывается, и все расчеты выполняются с учетом незначительной растворимости растворителей в водной фазе. Кроме того, растворитель или органическая фаза совместно экстрагируют воду в незначительном количестве 34, 35.
Случай I: n = 1. Выделение никотиновой кислоты из ферментационного бульона с помощью ТОА, растворенного в смеси додекана и лаурилового спирта (1: 1 мас. / мас.), показано в уравнении. (1), предполагая, что молекула кислоты реагирует с одной молекулой TOA (T) с соответствующей константой равновесия (KE).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ
<Р> Материалы. Никотиновую кислоту (SRL Pvt. Ltd, Мумбаи, Индия), три-н-октиламин (Spectrochem, Mumbai, India), лауриловый спирт (Alfa Aesar), додекан (Spectrochem, Mumbai, India) использовали без какой-либо предварительной обработки. Все водные фазы были приготовлены с использованием воды Millipore (Milli-Q Advance A 10 TOC, Flix, Bangalore). pH водного раствора поддерживают с помощью раствора NaOH и H2SO4. Физиологические свойства химических веществ, использованных в экспериментальном исследовании, приведены в таблице 1.
Таблица 1. Физическая характеристика реагентов, использованных в экспериментальном исследовании.
Реагенты ИЮПАК название поставщика Чистота (% мас.) Мол. мас.
(кг.кмоль-1) M.P
(K) Плотность
(кг.м-3) Вязкость
(мПа.с) дипольный момент
(D) Диэлектрическая проницаемость
Никотиновая кислота Пиридин-3-карбоновая кислота
SRL Pvt. ООО 99 123,11 509,6 1470 – 0,219 –
Три-н-октиламин N, N, диоктилооктан-1-амин Spectrochem, Мумбаи, (Индия)
95 353,67 134 809 8,32
(296 К) – –
Лауриловый спирт 1-Додеканол Альфа Аесар 98 186,33 299 830 18,8
(293 К)
1,60 6,50
<Р> п –
Додекан Додекан Spectrochem, Мумбаи, (Индия) 99 170,34 263 750 1,40
(293 K) 0 2
<Р> Равновесие. Исходный раствор NA готовят путем добавления взвешенной никотиновой кислоты в воду Millipore. Различные концентрации 0,0136, 0,0341, 0,0548 и 0,0825 моль-кг никотиновой кислоты готовят разбавлением маточного раствора. Органическую фазу готовят растворением три-н-октиламина (ТОА) в различных концентрациях в смеси (1: 1 мас. / Мас.) Н-додеканола с додеканом. Эксперименты по экстракционному равновесию проводят на шейкере с постоянной температурой на водяной бане (Daihan Labtech co. Ltd) в течение 6 ч при 120 ± 5 об / мин в колбах Эрленмейера на 100 мл с завинчивающейся крышкой, отбирая равные объемы (20 мл) водной и органической фаз при 298 ± 1 К. После достижения равновесия смеси давали отстояться в течение 120 мин в 60 мл разделительной воронке в инкубаторе (REMI CIS-24 plus), выдерживали при этой температуре для достижения полного разделения. Концентрацию кислоты в водной фазе определяли на спектрофотометре UV-Vis (Shimadzu UV-3600 plus) при 262 нм. Кроме того, эксперименты проводились при различных температурах, 288, 298, 308 и 318 ± 1 К. Химикаты фазы экстракта, используемые в этом исследовании, имеют незначительную растворимость в водном растворе.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Физическая экстракция. Ранее было известно, что низкомолекулярные разбавители смешиваются с водой, а высокомолекулярные разбавители – нет. Однако смешивание нетоксичных разбавителей с полярным модификатором также повышает эффективность экстракции и снижает токсичность. Степень токсичности растворителя определяется параметром logPa, который является логарифмом распределения растворителя между 1-октанолом и водой. Для токсичных растворителей значение logPa меньше 4, а для нетоксичного растворителя значение logPa больше 6. В этом исследовании мы использовали додекан и додеканол в соотношении 1: 1 (вес / вес) на протяжении экспериментов. LogPa значения додекана и додеканола составляют 6,6 и 5,13 соответственно. Однако физическая экстракция фазы экстракта также изучена, как показано в Таблице 2. Максимальная эффективность экстракции составляет всего 18,76% при 0,034 моль / кг NA. Поэтому, чтобы повысить эффективность экстракции экстрагента, исследуют также TOA для его дальнейшего извлечения.
Таблица 2. Физическая экстракция никотиновой кислоты в додекане плюс лауриловый спирт в 1: 1
(вес / вес) при температуре 298 ± 1 К и давлении 101,325 ± 1 кПа.
<Р> Cin
(мол. кг-1) CHNc
<Р> (mol.kg-1)
(мол. кг-1) кД
-% E
<Р> –
0,014 0,0120 0,0020 0,166 14,26
0,034 0,0276 0,0064 0,231 18,76
0,055 0,0454 0,0096 0,213 17,54
0,082 0,0688 0,0132 0,191 16,05
a Относительная стандартная неопределенность моляльности, ur (mHNc) = 0,1; стандартные неопределенности в температуре, u (t) = 1 K; стандартные неопределенности в pH, u (pH) = 0,01; стандартные неопределенности в давлении, u (p) = 1 мПа
Влияние концентрации TOA. Равновесное исследование NA проводили путем варьирования различных концентраций кислоты (0,0136, 0,0341, 0,0548 и 0,0825 моль.кг-1) и TOA (0,148, 0,313, 0,499, 0,706, 0,943 и 1,20 моль. кг-1) в смеси додекана и лаурилового спирта (в 1: 1 мас. / мас.) при 298 ± 1 К и давлении 101,325 ± 1 кПа. Эффекты обоих этих параметров наблюдаются одновременно. Однако концентрации исследуемого NA основаны на его концентрации в ферментационном бульоне [ref].
Влияние концентрации TOA наблюдается в шести различных точках от понижающего значения 0,148 моль.кг-1 до более высокой концентрации в 1.2011 моль.кг-1, как показано на рисунке 1. Максимальная эффективность экстракции NA наблюдается при 0,943 мол.кг-1 и при дальнейшем движении наблюдается небольшое снижение степени извлечения на 1.2011 мол.кг-1. Уменьшение может быть связано с увеличением физических параметров, таких как плотность, вязкость и т. Д. Однако очень небольшое увеличение степени извлечения достигается, когда концентрация TOA повышается с 0,706 до 0,943 моль / кг. Следовательно, было обнаружено, что 0,706 моль-кг концентрации ТОА является оптимальной концентрацией для экономически эффективного процесса восстановления.
Тем не менее, влияние концентраций кислоты также исследуется в этом исследовании, и было обнаружено, что при переходе от более низкой к более высокой концентрации TOA наблюдается сходимость в степени извлечения, или эффект является более преобладающим при более низкой концентрации TOA, чем при более высокой Концентрация TOA, как показано на рисунке 1. Тем не менее, далее в …
Полимеры представляют собой большие молекулы и имеют одну и ту же структурную единицу, повторяющуюся снова и снова, и эти повторяющиеся единицы известны как мономеры. Эти
Пероксидазы – это оксидоредуктазы, созданные рядом растений и микроорганизмов. Уменьшение количества пероксидаз в непосредственной близости от субстрата, дающего электроны, делает пероксидазы ценными в многочисленных бизнес-приложениях.
Размер первичных частиц ND, полученных методом детонации, хорошо подходит для биомедицинских исследований, продукты детонации должны быть тщательно очищены. В зависимости от материалов и матриц, присутствующих