Введение к работе
Актуальность проблемы. Аминокислоты являются мономерами при ітезе белков, а белки занимают центральное иесто в структуре ^ой материи и играют важнейшую роль в ее функционировании. При-1ныс продуценты в настоящее время не в состоянии обеспечить че-зечество белковой пищей, и поэтому проблема получения аминокис-г является особенно актуальной,
Биотехнология ставит задачу восполнить дефицит белкового пиния. Ее стадиями являются очистка аминокислот от минеральных зеств, вводтшх при гидролітае первичной белковой масси, а также зделенио смесей аминокислот. Для решения этих проблем обычно именявт перекристаллизации и ионный обмен» Малая разница'вели-н'расгворимостей аминокислот приводит к необходимости многосту-нчагого процесса. Ионный обмен требует для химической-регенэра-к избыток кислот или щелочей» которые затеи попадают в .стдчнив . да. В данной работе для очистки и разделения аминокислот кс-льзояан электродиализ с ионообменными мембранами, который иск-ічает применение дополнительных химических реагентов и. является ілее выгодным с точки зрения экологии..
Работа выполнена по открытому плану на кафедре аналитической
імии Воронежского госуниверситета п соответствии с координацией-
или планами НИР Научного Совета по хроматографии АН СССР и РАН'
) проблеме "Хроматография, Электрофорез" и теме 2,15.11.- - ''.
'заработка сорбциошшх способов выделения аминокислот к пептидов
5 микробиологического сырья я гндролизатов" (1986-199) я.по
іучно-техническоЯ программе "Университеты как центры;Фундаисн-
ільїшх исследований. Фундаментальные исследования в химии" {n.I
Кимия ионного обмена"). ":-.-'.'
Цель работа; установление'закономерностей транспорта амино-ислот через ионообменные мембрага из растворов различного соста~ а при электродиализе в широком диапазоне изменения плотности т.о-а; исследование барьерного 'эффекта,, позволяющего разделять .av.to»-.' итн и неамфолитн при плотностях тока выше .предельных-.,. ;
В соответствии с. поставленной целью-задачами работы явилось';
изучение влияния плотности тока па транспорт аминокислоты п.
предельного состояния па поноо-бмешшх .мембранах,, при' электродиа
лйзе раствора ачі!'?Олі.'слотм> "". . . ." -
измерен.'?;? .".'її^ег.-'р^іїїГ'.її'ннх ппо-;:и.те!"' растворов в секциях. j;"":d: '-
ЗаЦПЧ 0.^-:^^-^^.7---^.-^-1 - л' і -* г;--"^- "\ ~ г; ":"-"Я П^.Х^'^*1^'.-"I?ri"'i',v " -' ?
исследование гидратации мембран в аминокислотных формах;
изучение сопряжения транспорта амфолитов и неамфолитов через мембрану при протекании постоянного электрического тока и условий эффективного электродиализного разделения смесей, содержащих аминокислоты. ^
Научная новизна. Исследованием транспорта аминокислот через ионоселективные мембраны под действием электрического поля доказано, что до достижения предельной плотности тока электромассопе-ренос в однокомпонентних растворах при рЯ близком изоэлектричес-кой точке (рЗ) проходит за счет миграции катионов и анионов аминокислот, получающихся при. взаимодействии биполярных ионов с водородными и гидроксилышми ионами, .образующимися при диссоциации воды. Установлено, что в растворе .секции деионизации.при элекцро-диализе с чередующимися катиои.ообмен'иъши и анионообменнши мембранами однокомпонентних растворов аминокислот, при лревыйелии предельной плотности тока диффузионные пограничные слои ^становятся препятствиями для'их миграции вследствие перезарядки ионов-: катионов - в биполярные ионы и анионы у .поверхности к'атиоиробмепной "мембраны и.анионов - в биполярные ионы и катиоїш у поверхности анисГнообменной .мембраны. Это явление .названо барьерным аффектом. Прямое доказательство барьерного эффекта -било'впервые получено нами методом лазерной интерферометрии регистрацией увеличения межфазной, концентрации при плотности тока -выше продельной.
Изучен транспорт аминокислот через ионообменные монбраїш при электродиализе растворов;'содержащих минеральную соль и аминокислоту; установлено, что в' потоки аминокислот -и при .рН ?=рЗ ' вхо-г диг 'элект-ромиграционная составляющая. Измеренные нами феноменологические' коэффициенты проводимости показывают "сопоставимость электромиграционной-и электроосмотической составляющих потока. Электроосмотическая составляющая является следствием электростатического взаимодействия ионов сильного электролита с биполярными ионами аминокислот.
Получены зависимости коэффициентов разделения аминокислотных смесей от плотности тока, исследовано влияние барьерного эффекта на разделение. Показана неоднозначность изменения эффективности, разделения с.ростом плотности тока, определяемая как составом -смеси, так и р"] исходного раствора.
Практическая ценность. Полученные нами закономерности электромембранного транспорта аминокислот могут быть реализованы для-
ішения практических задач биотехнологии при очистке аминокислот минеральных веществ и разделении аминокислотных смесей. Прове-. !ние деминерализации растворов амфолитов при плотности-тока, пре- ішающей предельную, позволяет осуществить процесс при сокращении ітерь продукта без использования концентрированиих растворов,кис-. it и щелочей, а значит, с более высокой экологичностью. ..
Положения, выносимые на защиту: -.'
Барьерный эффект при электродиализе растворов аминокислот,'ограничивающий их электромиграцию через мембраны вследствие перезарядки, ионов в диффузионных пограничных'слоях секции обессо'ли-вания при плотностях тока выше предельных. Доказательство барьерного эффекта методом лазерной'интерферометрии, позволившим ' . зарегистрировать повышение межфазной концентрации аминокислот '.
. при. превышении предельной плотности тока. ''"'. ; Механизм электромассопереноса аминокислот через ионообменные'-' ' мембраны из растворов, содержащих сильные электролиты, позволяющий, определять соотношоние электромиграцнонного и электроосмотического потоков количественно в виде отношения прямых 'й-со- _' '
'пряженных феноменологических' коэффициентов проводимости'линейной неравновесной термодинамики. '-. ';.'.
. Анализ-факторов эффективности .разделения двух- и тре.хкомпонент-
них смесей аминокислот, выявивший определяющую'роль-разности , "' изо'электрических точек, рН и плотности тока, а также влияние'. -. сопряженности потоков компонентов на разделение. . ' ''; ' . ' *
Публикации: по' материалам диссертации опубликовано 'б работ.'.
Апробация:.результаты диссертационной, {заботы доложены на УН-есоюзной конференции "Применение ионообменных материалов в про-шлешшети и аналитической химии" (Воронеж, 1991); XIX. и''XX Меж- . народных конференциях по мембранной электрохимии (Краснодар'—' ana, 1993,199); I региональной научно-технической конференции . роблепн химии и-химической технологии Центрального Черноземья. ссийской Федерации" (Липецк,- 1993) и на ежегодных научные сес-ях'Воронежского госуниверситета (І99І-И93).-
Структура диссертации: введение» пять глав, 'выводи, список тературы (118 наши). Работа изложена на 169 стр., содержит 62 сунка-и 6. таблиц. .
'I
