ТЕХНОЛОГІЧНІ ТА ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ОТРИМАННЯ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CHEMISTRY

ТЕХНОЛОГ1ЧН1 ТА ЕКОЛОГ1ЧН1 АСПЕКТИ ОТРИМАННЯ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН

О. В. Османова, кафедра Безпека прац та навколишнього середовища, Нацюнальний техшчний университет «Харювський полШехтчний гнститут», Харюв, Украгна, ORCIDID: https://orcid.org/0000-0002-2572-5900

DOI: https://doi.org/10.31435/rsglobal_sr/30122020/7298 ARTICLE INFO ABSTRACT

Received 10 October 2020 Surfactants are used in various industries: in foods, pharmaceuticals, textiles,

Accepted 26 November 2020 personal care products, detergents, polymers, paints and coatings, etc. Published 30 December 2020 Scientific researches of technological and ecological aspects of surfactants

- (sugars fatty acids esters) production are carried out. Traditionally, sugars

KEYWORDS fatty acids esters are synthesized by chemical methods (using high

temperature and pressure, in the presence of basic or acid catalysts and surfactants, organic solvents). Replacing chemical catalysts with enzymes is an example

enzymatic esterificati°n, of "green" production. Various approaches to the use of a non-aqueous

lipas^ medium for biocatalytic esterification are reviews. The most ecological

non-aqueous mediu^ approach is determined - esterification in a solvent-free environment, which

sugar fatty acid esters. ensures improved enzyme activity retention, the absence of costs associated

with solvent usage and recovery, facilitates further product purification, reduces the impact on the environment, increases safety in the workplace.

Citation: Osmanova O. V. (2020) Technological and Ecological Aspects of Surfactants Production. Science Review. 8(35). doi: 10.31435/rsglobal_sr/30122020/7298

Copyright: © 2020 Osmanova O. V. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.

Вступ. Поверхнево-активш речовини - xiMi4Hi продукти, що споживаються у великш кшькосп у св^овому масштаба Поверхнево-активш речовини використовуються в pi3H^ галузях промисловосп: в харчовш, фармацевтичнш, текстильнш, у виробнищга засобiв особисто! ппени, миючих засобiв, полiмерiв, фарб та покритпв та шшь На вщмшу вщ мила та миючих засобiв, виготовлених до початку XX столотя, бшьшють з яких виготовлялися з тваринних жирiв або рослинних олш, поверхнево-активш речовини, вироблеш протягом останшх ста роюв, все бшьше залежать вщ нафти.

З тих шр, як стало вщомо, що поверхнево-активш речовини можуть несприятливо впливати на водне довкшля, здатшсть ПАР до бюлопчного розкладання та бюлопчна сумюшсть стали такими ж важливими для споживача, як i !х функщональш властивостi [1-2].

Останшм часом у екологiв та науковщв викликае стурбованiсть довгострокова еколопчна стiйкiсть ПАР на основi викопних вцщв палива, що призводить до вщновлення iнтересу до бюлопчно! сировини. Джерелом бюлопчно! сировини, який найчастше використовуеться для виготовлення поверхнево-активних речовин, е жирна ацильна група, отримана з рослинних олiй. Пдрофшьна частина поверхнево-активних речовин також може бути отримана з поновлюваних джерел, таких як цукри, глiцерин, амшокислоти та !х похiднi.

Мета роботи. Проведення аналiтичного огляду способiв отримання поверхнево-активних речовин - складних ефiрiв жирних кислот й цу^в. Визначення найбiльш екологiчного й технолопчно обгрунтованого пiдходу для отримання жирнокислотних ефiрiв цукрiв.

ÄHa^i3 ochobhhx gocarHeHb i .mTepaTypn. noBepxHeBo-aKTHBHi penoBHHH Tpagu^KHo BuroTOBnaroTb 3a gonoMororo xiMinHux процесiв, aKi cno^HBaroTb BenuKy KinbKicTb eHeprii, HanpuKnag, npn TeMnepaTypax, ^o nepeBH^yroTb 100 °C, BHMararoTb bhcokoi KucnoTHocri a6o ny^Hocri pea^iKHoro cepegoBH^a a6o BHKopucraHHa opramnHHx po3nuHHHKiB. 3aMiHa xiMinHux пpoцеciв Ha ^epMeHTHi, e npuKnagoM "3eneHoro внpo6ннцтвaм.

BuKopucTaHHa ^epMeHTHux KaTani3aTopiB Mae pag nepeBar y nopiBHaHHi 3 xiMinHHMu: -3HH^yeTbca TeMnepaTypa пpoцеciв, (6inbm HH3bKe eHeprocno^HBaHHa, ^o npu3BogHTb go 3HH^eHHa BHKugiB CO2 Ta rnmux napHHKoBHx ra3iB b HaBKonumHe cepegoBH^e).

-3MeHmyeTbca KinbKicTb BigxogiB внpo6ннцтвa Ta no6inHux npogyKTiB, Bigcyrai tokchhh MeTaninm KaTani3aTopu, KucnoTH Ta nyru (nigBH^yeTbca 6e3neKa Ha po6onoMy мicцi Ta y HaBKonumHboMy cepegoBH^i).

Einbm HH3bKi TeMnepaTypu 3HH^yroTb He6a^am no6inm pea^ii, TaKi aK gerpaga^a nogBiÖHHx 3B'a3KiB y HeHacuneHux aцнnbннx rpynax. 3aMiHa MeTaneBux, KucnoTHux a6o ny^Hux KaTani3aTopiB Ha ^epMeHTHi 3MeHmye BHKug Ba^Kux MeTaniB i rnmux noTeH^KHo mKignuBux penoBHH y HaBKonumHe cepegoBH^e, a TaKo^ ix BMicT y кiнцeвoмy npogyKTi. KpiM Toro, nepe3 BHcoKy ceneKTHBHicTb 6ioKaTani3aTopiB po3nogin npogyKTiB nacTo 3By^yeTbca nopiBHaHo 3 xiMinHHMH CHHTe3aMH. npu BHKopHcraHHi cTexioMeTpunHux nponop^ö cy6cTpaTiB y ^epMeHTaTHBHHx npo^cax 3MeHmyeTbca KinbKicTb HeBHKopHcraHHx cy6cTpaTiB y KiH^BoMy npogyKTi, TaKHM hhhom 3MeHmyeTbca HaBama^eHHa gna onu^eHHa [3].

flo HegoniKiB ^epMeffraoro oTpuMaHHa noBepxHeBo-aKTHBHHx penoBHH Mo^Ha BigHecTH HacTynHi: BHcoKa BapTicTb ^epMemiB, HH3bKa mBHgKicTb peaK^i, Heo6xigHicTb BHKopucTaHHa bhcoko onH^eHHx BHxigHHx MaTepianiB, o6Me^eHHa onepa^ÖHux yMoB, a caMe TeMnepaTypHoro iHTepBany Ta 3HaneHHa pH. ^ HegoniKH cTpuMyroTb cynacHe BHKopucTaHHa ^epMeHTHux пpoцeciв, ocKinbKH bohh BHMararoTb nonepegHix пpoцeciв onu^eHHa Ta craoproroTb o6Me^eHHa po6onux yMoB (TeMnepaTypa HH^ne 100 °C, ^o6 yHHKHyTH geHaTypa^i ^epMemiB). HoBi gocarHeHHa b rany3i eH3HMonorii, TaKi aK po3po6Ka TexHonorii' iMMo6ini3a^i ^epMemiB, oTpuMaHHa 6inbm aKTHBHHx Ta cTa6inbHHx ^epMeHTHux npenapaTiB go3BonaroTb 36inbmuTH TepMiH ix BHKopucTaHHa i 3po6uTH ^epMeHTaTHBHi TexHonorii' 6inbm npuBa6nuBHMH i nepcneKTHBHHMH [3].

E^ipu ^KpiB Ta ^upHHx KucnoT Bupo6naroTbca 3 BigHoBnroBaHux pecypciB, TaKHx aK ^Kpu Ta ^upm KHcnoTH. Bohh 6ionorinHo po3KnagaroTbca, He MaroTb 3anaxy, He tokchhhi, He BHKnuKaroTb nogpa3HeHHa, 3HaögeHo ix mupoKe 3acTocyBaHHa b xapnoBiH, KocMeTHHHiM Ta $apMa^BTHHHiM rany3ax. CKnagHi e^ipu цyкpiв Ta ^upHux KucnoT Mo^yTb 6yTH cHHTe3oBaHi mnaxoM eTepu^iKa^i ^hphhmh KucnoTaMH a6o nepeeTepu^iKa^i 3 Kap6oHoBHMH e^ipaMH y HeBogHux cepegoBH^ax gna 3ano6iraHHa Mo^nuBoro rigponi3y e^ipHoro npogyKTy.

Tpagu^KHo e^ipu цyкpiв h ^upHux KucnoT cume3yroTbca xiMinHHMu MeTogaMH b eKcTpeManbHHx yMoBax (3 3acTocyBaHHaM bhcokoi TeMnepaTypu h TucKy, y npHcyraocri ny^Hux a6o KucnoTHux KaTani3aTopiB [4-5]. TaK, cuHTe3 cKnagHux e^ipiB cop6iTaHy Ta ^upHux KucnoT BKnronae gBocTagiÖHHH пpoцec, ^o cKnagaeTbca 3 gerigpaTa^i' cop6iTaHy b npucyTHocTi NaH2PÜ3 npu 150200 °C, a noTiM b npucyTHocTi KaTani3aTopa Kap6oHaTy HaTpiro eтepн^iкaцia ^hphhmh KucnoTaMH npu 200-250 °C [6]. E^ipu caxapo3H cuHTe3yroTb y npucyTHocTi KaTani3aTopa Kap6oHaTy Kaniro пepeeтepн^iкaцiero 3 MeTunoBHM e^ipoM ^upHoi KHcnoTH b guMeTun^opMaMigi npu 90 °C [6-7].

flna oTpuMaHHa e^ipiB цyкpiв h ^upHux KucnoT 3 BHKopucTaHHaM ^epMeHTHux npenapaTiB b na6opaTopHoMy MacmTa6i y HeBogHux cepegoBH^ax aBTopu 3acTocoByBanu opraHinHi po3nuHHHKH, HagKpuTHHHHK gioKcuH вyгneцro, ioHHi piguHH, eBTeKTHHHi cyMimi Ta cepegoBH^a, ^o He MicTaTb po3nuHHHKiB. OepMeHTH KaTani3yroTb peaкцil b HeBogHoMy cepegoBH^i 3a M'aKux yMoB, go3BonaroTb oTpuMaTH By3bKHH po3nogin npogyKTiB npu nopiBHaHo bhcokhx mBugKocTax peaкцil [8]. Po3hhhhhkh 3a3BHHaö BHKopucToByroTb gna ^epMeHTHoro cuHTe3y e^ipiB цyкpiв h ^upHux KucnoT y na6opaTopHux MacmTa6ax, ^o6 gonoMorTH conro6ini3yBaTH peaкцiннy cyMim. Tun po3nuHHHKa nuHHTb pi3HHH BnnuB Ha ^epMeHTHy pea^iro. B niTepaTypi 6araTo npuKnagiB nopiBHaHHa BHKopucTaHHa pi3Hux TuniB po3nuHHHKiB (a^TOH, gioKcaH, 2-MeTun-2-6yTaHon, eTunMeTunKeToH, TeTparigpo^ypaH, a^TomTpin, renTaH, Tonyon Ta iHmi) Ta g^epen ninoniTHHHux ^epMeHTiB gna onTHMi3a^i' mBugKocTi peaкцil Ta Buxogy e^ipiB [9-17].

CuHTe3 moho- Ta gie^ipiB Tperano3H KanpunoBoi, naypuHoBoi Ta nanbMiTHHoBoi KucnoT KaTani3yBanu nina3oro Fermase CALB ™ 10000. AKTHBHicTb ^epMeHTy cunbHo 3ane^HTb Big npupogu po3nuHHHKa. Einbmicrb ^epMeHTiB geMoHcTpyroTb Kpa^y cTa6inbHicTb y HenonapHux

розчинниках а отже, i високу активнють. Однак неполярнi розчинники не е кращим реакцiйним середовищем для етерифшацп через низьку розчиннють полярних сполук, таких як дисахариди. Отже, вiдповiдний розчинник дав би кращий вихiд цукрового ефiру, демонструючи кращу розчиннiсть дисахариду та / або демонструючи кращу стабшьнють ферменту. Оскшьки етерифiкацiя е реакцiею депдратаци, реакцiйне середовище для опосередкованого лшазою синтезу ефiрiв жирних кислот мае бути неводним. 1деальним розчинником для синтезу ефiрiв цукрових жирних кислот буде той, який показуе максимальну розчиннють обох реагентiв i не перешкоджае активностi ферментiв. Серед дослщжуваних розчинникiв лише ацетон показав перетворення трегалози в складнi ефiри жирних кислот. Жоден з шших розчинниюв не виявив шяко! етерифшаци. Синтез моно- та дiефiрiв трегалози був усшшно проведений в ацетонi з використанням дипдрату трегалози та пальмгтиново! кислоти. Оптимiзоване молярне перетворення 35% трегалози в li складнi ефiри пальмiтату було отримано в ацетош при 60 °C з молярним сшввщношенням трегалоза: пальмiтинова кислота 1: 5 за 4 год. [18].

Двi iмобiлiзованi лiпази з Candida antarctica (SP 382) i C. Cylindracea були використанi для синтезу нових ацетильованих ефiрiв жирних кислот та глюкози з пентаацетатом глюкози та рослинним маслом (80 % оле!ну) як субстратами в оргашчних розчинниках. Вiдносний вихiд продуктiв реакцп склав 6,4-52 %, а включення олешово! кислоти в глюкозу становила 31100 %. Крiм того, щ два фермента змогли каталiзувати синтез складних ефiрiв жирних кислот i глюкози з вiльною глюкозою як субстратом. [19].

Walsh M.K. порiвнював рiзнi лiпази (з Pseudomonas cepacia, R. miehei, Candida antarctica i Thermomyces lanuginosus) та розчинники (2-метил-2-бутанол, ацетон i метилетилкетон) у ферментному сиш^ монолаурату лактози та монолаурату сахарози. Оптимальнi умови синтезу спостерпались при використаннi 2-метил-2-бутанолу та лшази R. miehei (Lipozyme IM, Novozymes) при 61°С, при початковому мольному спiввiдношенню вiнiллаурат : лактоза 3,8:1, з виходом 99,3 % [9].

В робой Sabeder S. M. та ш. дослщжено вплив оргашчних розчинниюв (2-метил-2-бутанола, третбутанола, ацетона, метилетилкетона) на синтез пальмгату фруктози. Стушнь перетворення 82 % було отримано для метилетилкетона за 72 години при 40 °С з використанням 10 % массових молекулярних сит для видалення реакцшно! води. Iммобiлiзованi препарати лiпази Candida antarctica B (SP 435 та SP 382 вщ Novozymes) усшшно каталiзували етерифкащю фруктози та пальмгтиново! кислоти з отриманням 53 % та 44 % пальмгату фруктози в 2-метил-2-бутанолi при 40°С, швидкосп перемiшування 600 об/хв з додаванням молекулярних сит [20]. ЕфГри лактози жирних кислот були ферментативно синтезоваш з жирних кислот та лактози з використанням лшази Candida antarctica B (CALB) в оргашчних розчинниках. Результати показали, що гексан та ацетоштрил забезпечують юйвищГ показники перетворення як вшьних, так i Тммобшзованих лiпаз, до 77% та 93% вщповщно. Швидкють перетворення етерифшаци залежить в^ц розчинника для вшьно! лiпази; стушнь перетворення iммобiлiзовано! лшази демонструе залежнiсть в^ц розчинника, але в меншiй мГрГ [21].

Висока активнють ферментiв та стабiльнiсть досягаеться при використанш неполярних розчинниюв, яю також придатнi для ферментно! переетерифшаци олш та жирГв [22], однак розчиннють цу^в у них дуже низька. 1снуе обмежена кГлькГсть оргашчних розчинниюв, що можуть бути ефективно використаш для синтезу складних ефiрiв цукрГв та жирних кислот: трет-бутанол, трет-пентанол, ацетон i тетрагiдрофуран. Бшьш полярнГ розчинники, незважаючи на !х здатнiсть солюбiлiзувати цукри, працюють погано, оскшьки призводять до втрати ферментно! активносп завдяки здатностi видаляти молекули води з мшросередовища ферменту, та сприяють гГдролГзу ефiрних продуктГв i утворенню по6Гчних продуктГв, зменшують вихщ цГльового продукту [23-24]. ОкрГм полшшення солюбiлiзацi! i вГдсутностГ iнактивацi! ферменту, щеальне органiчне середовище повинно бути еколопчно чистим i легко вщновлюватися i перероблятися пГсля завершення реакци [25-26]. Серед розчинникГв середньо! полярносп, якГ найкраще пГдходять для ферментно! етерифшаци цукрГв жирними кислотами, ацетон найбшьш вiдповiдае умовам iдеального розчинника [27]. Корисними для синтезу були системи розчинниюв, що поеднують два або бшьше оргашчних розчинниюв. Бшарна система розчинниюв 2-метил-2 бутанол: диметилсульфоксид (4:1) була використана для етерифшаци глюкози, сахарози та мальтози в присутносп лiпази з Candida antarctica i Thermomyces lanuginosus шляхом поеднання невелико! частки розчинника, що значно покращуе

conro6ini3a^ro e^ipiB (guMerancynb^oKcug) 3 6inbmoro nacTKoro po3HHHHHKa, ^o go3Bonae 36eperTH BucoKy aKTHBHicTb ^epMemiB, ane noraHo conro6ini3ye aкцeптop aцнny (2-MeTHn-2-6yTaHon). 3a gonoMororo TaKoro nigxogy Buxig MoHonaypaTy caxapo3H craHoBHTb 6inbme 80 % [28]. Xona BHKopucTaHHa oprarnnHHx po3HHHHHKiB y ^epMeHraoMy cuHTe3i Mae neBHe 3HaneHHa, icHye geKinbKa HegoniKiB gna ix mupoKoMacmTa6Horo BnpoBag^eHHa y npoMucnoBoMy cuHTe3i, TaKi aK BTpaTa aKTHBHocri ^epMemiB, aKy bohh nacTo cnpunuHaroTb, Typ6oTa npo BnnuB Ha eKonoriro Ta oco6ucTy 6e3neKy. TaKHM hhhom, Heo6xigHo BecTH nomyKH anbTepHaTHBHux nigxogiB.

iHmuH nigxig, BHHaögeHHK gna ^epMeHraoro cHHTe3y cKnagHHx e^ipiB цyкpiв Ta ^upHux KucnoT, nonarae y BHKopHcraHHi nepeBa^Ho TBepgo$a3Hoi chckmh, ^o cKnagaeTbca 3 цyкpiв, ^upHoi KucnoTH Ta npogyKTy pea^ii y npHcyraocri HeBenuKoi KinbKocTi opraHinHoro po3HHHHHKa, HanpuKnag, TpeT-6yTaHony a6o aцeтoнy [29]. nopiBHaHo 3 pea^iaMH b cepegoBH^i opraHinHoro po3HHHHHKa nonaTKoBa mBugKicrb pea^ii Ta 3aranbHa npogyKTHBHicrb peaK^i b TBepgiH $a3i nacTo BH^a b KinbKa pa3iB [11]. Ycnix TaKoro nigxogy Mo^Ha noacHHTH TBepgo$a3Horo nigKnagKoro, ^o gie aK «pe3epByap» gna nonoBHeHHa pigKo$a3Horo cy6cTpaTy, ^o nepeTBoproeTbca y npogyKT. KpiM Toro, ocag^eHHa npogyKTy cnpo^ye noganbme onu^eHHa npogyKTy i Mo«e nocunuTH Bu6ipKoBicTb npogyKTy. HanpuKnag, MoHoe^ip caxapo3H Ta ^upHoi KucnoTH, yrBopeHHH y TBepgo$a3HoMy cepegoBH^i, nerKo Bunagae b ocag, 3MeHmyronu 3gaTHicTb nina3H Karani3yBaTH yTBopeHHa gue^ipiB. EBTeKTHHHa cyMim, ^o cKnagaeTbca 3 TBepgoi Ta pigKoi $a3H, 3a6e3nenye cnoci6, npu aKoMy 3MeHmyeTbca TeMnepaTypa nnaBneHHa cyMimi. OpraHinHHH po3hhhhhk 3a3BHnaH 3MeHmye TeMnepaTypy nnaBneHHa, ^o npu3BoguTb go eBTeKTHHHoi cyMimi npu KiMHaTHiH TeMnepaTypi a6o HH^ne [29]. EBTeKTHHHa cyMim MicTHTb nepeBa^Ho MoneKynu cy6cipaTy i HeBenuKy KinbKicTb opraHinHoro po3HHHHHKa. EBTeKTHnm cepegoBH^a geMoHcTpyroTb cTa6inbHy 6ioKaTaniTHnHy pigKy $a3y 3 Hag3BHnaÖHo BucoKoro кoнцeнтpaцiero cy6cTpaTiB. HaÖHH^na TeMnepaTypa nnaBneHHa Ha3HBaeTbca eBTeKTHHHoro TonKoro, aKy Mo^Ha BH3HanHTH 3a neBHHM cKnagoM cyMimi. 3aBgaKH BHKopHcraHHro HeBenHKoi KinbKocTi oprarnnHHx po3nHHHHKiB y eBTeKTHHHoMy cepegoBH^i, ix Mo^Ha BBa^aTH 6inbm 6iocyMicHHMH Ta cnpuaTnHBHMH gna ^epMeHTHHx peaK^M, Hm y nucroMy opraHinHoMy po3nHHHHKy [30-31]. B pe3ynbTaTi aцнnroвaннa ß-D-rnroKo3H nanbMiTHHoBoro KucnoToro y TpeT-6yTaHoni y npHcyraocri nina3H 3 Candida antarctica B y TBepgo$a3mM cucreMi 6yB cuHTe3oBaHHH e$ip 3 BucoKoro ceneKTHBHicTro (98 % мoнoaцнnroвaннa). CeneKTHBHicTb b aцнnroвaннi cyrreBo noB'a3aHi 3 TunoM opraHinHoro po3HHHHHKa. Мoнoaцнnroвaннa Big6yBanocb b npHcyraocri MeHm rigpo$o6Horo po3nHHHHKa, HanpuKnag, TpeT-6yraHony [32]. Xona chhi€3 e^ipiB ^upHux KucnoT b TBepgo$a3mM cucreMi geMoHcipye BucoKy mBHgKicrb peaкцii, KinbKicHHH Buxig e^ipiB цyкpiв Ta ^upHHx KucnoT, BucoKy ceneKTHBHicTb peaкцii, BiH e pea^iero Ha ocHoBi oprarnnHHx po3HHHHHKiB, ^o Bege go 36inbmeHHa BapTocri пpoцecy Ta HeraTHBHo no3HanaeTbca Ha 6e3nepepBHocri пpoцecy.

HagKpuTHHHHH ByrneKucnuH ra3 - npuBa6nuBe anbTepHaTHBHe cepegoBH^e gna cHHTe3y e^ipiB цyкpiв i ^upHux KucnoT. BiH Mae pag nepeBar y nopiBHaHHi 3 opraHinHHMH po3HHHHHKaMH aK peaK^HHe cepegoBH^e nepe3 Bigcyraicrb ToKcunHocri, HeropronicTb nopiBHaHo 3 Tpagu^HHHMH nigxogaMH xiMinHoro cuHre3y. Po6onuH craH: TeMnepaTypa 6inbme 31°C, thck 6inbm 7,3 Mna. noTy^mcrb po3HHHHHKa HagKpuTHHHoro CO2 KoHTponroeTbca 3a gonoMororo perynroBaHHa TeMnepaTypu Ta TucKy. npocruH npo^c BigHoBneHHa npogyKTiB i nacTHHoK ^epMeHraoro npenapaTy 3 peaкцii npegcTaBnae gogaTKoBy nepeBary [33]. EKcnepuMeHTH geMoHcTpyroTb 3agoBinbHy cTa6inbHicTb ^epMeHTiB y HagKpuTHHHoMy CO2 y nopiBHaHHi 3i cTa6inbHicTro ^epMemiB b opraHinHHx po3nuHHHKax [34]. OraopeHo npucTpiH 3 nepeMimyBaHHaM gna eTepu^iKa^i ^pyKTo3H nanbMiTHHoBoro KucnoToro 3 KaTani3aTopoM nina3oro Candida antarctica B (Hobo3hm 435) b HagKpuTHHHoMy gioKcugi вyгneцro. Eyno oTpuMaHo cTyniHb nepeTBopeHHa 60 % npu 60°C Ta 10 Mna 3a 24 roguHH [35]. Xona HagKpuTHHHHH ByrneKucnuH ra3 e KopucHoro Ta nepcneKTHBHoro 3aMiHoro oprarnnHHx po3HHHHHKiB y cuHTe3i cKnagHHx e^ipiB цyкpiв Ta ^upHHx KucnoT, icHyroTb gBa ochobhhx HegoniKH, aKi Heo6xigHo nogonaTH npu BHKopucTaHHi TaKoro pea^iÖHoro cepegoBH^a: HH3bKa po3HHHHicTb HenonapHux cnonyK Ta BenHKi KaniTanbHi 3aTpaTH Ta eKcnnyaTa^öm BHTpaTH [36].

IoHHi pigHHH, ^o cKnagaroTbca 3 opraHinHHx coneH, aKi 3HaxogaTbca b pigKiH $a3i npu TeMnepaTypi HaBKonumHboro cepegoBH^a, npegcraBnaroTb yHiKanbHHH Knac HeBogHHx Ta nonapHHx cepegoBH^ po3nuHHHKiB, ^o npuBepTaroTb Bce 6inbme yBaru b opraHinHoMy cuHTe3i nepe3 BigcyTHicTb TucKy napiB Ta BigMiHHy xiMinHy Ta TepMinHy cra6inbHicTb [36-38]. Hepe3 HH3bKi TeMnepaTypu nnaBneHHa Ta HeneTyny npupogy ioHHi pigHHH , aKi Ha3HBaroTbca «3eneHHMH» po3HHHHHKaMH, e npuBa6nuBoro anbTepHaTHBoro neTKHM opraHinHHM po3HHHHHKaM [39]. KpiM Toro,

ïx широко регульоваш властивост щодо полярностi, пдрофобносп, характеру змiшуваностi можна змiнити, вибравши xÎMÎ4Hy структуру ïx катiонниx та анюнних фрагментiв [40]. Для бшьшосп неводних дослiджень в ензимологiï вщносно неполярнi iоннi рiдини, такi як 1 -бутил-3-метил iмiдазолiй гексафторфосфат або 1-бутил-3-метил iмiдазолiй тетрафторборат ([Bmim][PF6], [Bmim][BF4] вiдповiдно) можуть бути використаш як замiнники органiчниx розчинникiв. Було дослщжено, що лiпаза В Candida antarctica та термолiзiн не виявляють рiзницi в стабiльностi та селективносп в iонниx рiдинаx порiвняно з гексаном, тетрапдрофураном та ацетонiтрiлом у бюкатал^ичнж реакцiяx [38, 41]. Було виявлено, що лшаза В Candida antarctica, модифшована ковалентним приеднанням полiетиленглiколю, каталiзyвала етерифiкацiю глюкози та жирниx кислот у чистому [Bmim] [BF4] та [Bmim] [PF6] 3i ступенем перетворення 30 % та 35 % вщповщно. Хоча стушнь перетворення 30 % та 35 % е низьким, додавання трет-бутанолу до юннж рщин з утворенням двофазноï системи, збiльшило стyпiнь перетворення до 89 % [42]. Селективний каталiзований лшазою синтез ефiрiв глюкози жирнж кислот у двофазниx системаx, що складаються з iонноï рiдини (1-бутил-3-метилiмiдазолiй тетрафторборат [BMIM] [BF4] або 1-бутил-3-метил iмiдазолiй гексафторфосфат [BMIM] [PF6]) та т-бутанол як органiчний розчинник. Найкращим ферментом була комерцiйно доступна лшаза B з Candida antarctica. Пюля ретельно1' оптимiзацiï кiлькоx умов реакци (довжина ланцюга та тип донора ацилу, температура, час реакци, вiдсоток спiврозчинника) можна досягти перетворень до 60%, використовуючи вiнiловий ефiр жирниx кислот як донорiв ацилу в [BMIM] [PF6] у присутност 40% t-BuOH з CAL-B при 60°C [24]. Lee S.H. та сшвавтори дослiджyвали етерифiкацiю перенасиченого розчину D-глюкози в iонниx рiдинаx, що каталiзyеться лiпазою. Отримано виxiд моноефiрy (6-О-лаурош- D-глюкози) 96 %. Високу початкову швидкють у [Bmim] [TfO] було досягнуто при застосyваннi перенасиченого розчину глюкози у юннш рщиш. Цi результати вказують на кориснють перенасичениx розчинiв для ферментно1' етерифшацп цyкрiв з жирними кислотами [43].

Реакцшне середовище, що не мютить розчинника, бажано для синтезу складна ефiрiв цyкрiв та жирниx кислот, що каталiзyються лiпазою завдяки низькш вартостi, пiдвищенiй безпецi експлуатацп та покращенiй бiосyмiсностi для застосування в xарчовiй, косметичнiй, фармацевтичнiй галyзяx [44-45].

Ефiри цyкрiв та жирниx кислот були синтезованi при молярному сшввщношенш ацильно1' групи жирниx кислот до акцептора ацилу цукру 1:1 та 2:1 при зниженому тиску для видалення побiчниx продyктiв (води або метанолу, що утворюються при використанш вiльноï жирно1' кислоти або метилового ефiрy жирно1' кислоти як донора ацилу вщповщно) [46]. Складш ефiри теxнiчного класу оле1'ново1' кислоти та саxарози та фруктози були синтезоваш бiокаталiтично без розчинника при 65°С без подальшого очищення. Для збшьшення ступеня перетворення олеату саxарози та фруктози, отриманого ранiше бюкатал^ичною етерифiкацiею без розчинника у присутност лiпази Rhizomucor miehei (з виxодом 81 % та 83 % вщповщно), умови ферментативно1' реакцiï продовжували у присyтностi сульфату кальцiю i лшази В Candida antarctica з пдрофобною матрицею для забезпечення низько1' водно1' активностi, та з гомогешзащею пiд високим тиском для утворення метастабшьно1' сyспензiï саxаридниx частинок розмiром 2,0-3,3 мкм у рiдкофазномy реакцшному середовищi. Це призвело до збшьшення вмюту складниx ефiрiв саxарози i фруктози до 89 % та 96 % вщповщно. Це дослщження демонструе важливють контролю активностi води бiокаталiзаторiв для досягнення високого ступеня перетворення [47].

Для застосування посилено1' змiшyваностi в сиш^ ефiрниx продyктiв цyкрiв D.G. Hayes та його колеги розробили системи бiореакторiв для етерифшаци жирниx кислот та цyкрiв, каталiзованиx лшазою у середовищi без розчинникiв при температyрi 65 °С [48-49]. Високий вжщ (85%) був досягнутий при використанш бюреактора з упакованим шаром з безперервною рециркулящею.

Висновки. Розробка новиx екологiчно чистиx поверxнево-активниx речовин залишаеться актуальним питанням. Отримання складна ефiрiв жирниx кислот й цу^в бiокаталiтичною етерифiкацiею за допомогою лшаз призводить до зменшення споживання розчинниюв, зниження температури та зниження вiдxодiв. Бiльш екологiчний пiдxiд у середовищi без використання розчинника забезпечуе збереження активностi ферментiв, мiнiмальнi вимоги до подальшого очищення, вщсутнють витрат, пов'язанж з використанням та вiдновленням розчинника.

REFERENCES

1. Infante, M.R., Perez L., Pinazo A. (2004), "Amino acid-based surfactants", Comptes Rendus Chimie. 7, 583-592.

2. Clapes, P., Infante, M. R. (2002), "Amino Acid-based Surfactants: Enzymatic Synthesis, Properties and Potential Applications", Biocatalysis and Biotransformation, 20 (4), 215-233.

3. Hayes D. G. (2012), "Using enzymes to prepare biobased surfactants". Retrieved from https://www.aocs.org/stay-informed/inform-magazine/featured-articles/using-enzymes-to-prepare-biobased-surfactants-july/august-2012

4. Feuge, R.O., Zerinque, H.J., Weiss, T.J., Brown, M. (1970), "Preparation of Sucrose Esters by Interesterification", Journal of the American Oil Chemists Society, 47 (2), 56-60.

5. Cauglia, F., Canepa, P. (2008), "The enzymatic synthesis of glucosylmyristate as a reaction model for general considerations on 'sugar esters' production", Bioresource Technology, 99 (10), 4065 -4072.

6. Hill, K., Rhode O. (1999), "Sugar-based surfactants for consumer products and technical applications", Fett-Lipid, 101 (1), 25-33.

7. Polat, T. and Linhardt R.J. (2001), "Synthesis and applications of sucrose-based esters", Journal of Surfactants and Detergents, 4, 415-421.

8. Lee, M.Y. and. Dordick, J.S. (2002), "Enzyme activation for nonaqueous media", Current Opinion in Biotechnology, 13 (4), 376-384.

9. Walsh, M.K., et al. (2009), "Synthesis of lactose monolaurate as influenced by various lipases and solvents", Journal of Molecular Catalysis B-Enzymatic, 60 (3- 4), 171-177.

10. Arcos, J.A., Bernabe, M., Otero, C. (1998), "Quantitative enzymatic production of 6- O-acylglucose esters", Biotechnology and Bioengineering, 57 (5), 505- 509.

11. Cao, L.Q., et al. (1997), "Lipase-catalyzed solid phase synthesis of sugar fatty acid esters", Biocatalysis and Biotransformation, 14 (4), 269-283.

12. Khaled, N., et al. (1991), "Fructose Oleate Synthesis in a Fixed Catalyst Bed Reactor", Biotechnology Letters, 13(3), 167-172

13. Ward, O.P., Fang, J.W., Li, Z.Y. (1997), "Lipase-catalyzed synthesis of a sugar ester containing arachidonic acid", Enzyme and Microbial Technology, 20 (1), 52-56.

14. Oguntimein, G.B., Erdmann, H., Schmid, R.D. (1993), "Lipase Catalyzed Synthesis of Sugar Ester in Organic-Solvents", Biotechnology Letters, 15 (2), 175- 180.

15. Yadav, G.D. and Lathi, P.S. (2005), "Lipase catalyzed transesterification of methyl acetoacetate with n-butanol", Journal of Molecular Catalysis B-Enzymatic, 32 (3), 107-113.

16. Xiaoming, Z., et al. (2002), "Lipase-catalyzed synthesis of 6-O-vinylacetyl glucose in acetonitrile", Biotechnology Letters, 24 (13), 1097- 1100.

17. Ren, K., Lamsal, B. P. (2017), "Synthesis of some glucose-fatty acid esters by lipase from Candida Antarctica and their emulsion functions", Food Chemistry, 214(1), 556-563.

18. Marathe, S.J., Shah, N.N., Singhal, R.S. (2020), "Enzymatic synthesis of fatty acid esters of trehalose: Process optimization, characterization of the esters and evaluation of their bioactivities", Bioorganic Chemistry, 94, 103460.

19. Akoh, C.C. (1994), "Enzymatic synthesis of acetylated glucose fatty acid esters in organic solvent", Journal of the American Oil Chemists' Society, 71, 319-323.

20. Sabeder, S., Habulin, M., Knez, Z. (2006), "Lipase-catalyzed synthesis of fatty acid fructose esters", Journal of Food Engineering, 77(4), 880-886.

21. Yijing, M., Gong, Y., Goddard, J.M., Abbaspourrad, F. (2018), "Synthesis and characterization of lactose fatty acid ester biosurfactants using free and immobilized lipases in organic solvents", Food Chemistry, 266 (15), 508-513.

22. Carrea, G., Ottolina, G., Riva, S. (1995), "Role of Solvents in the Control of Enzyme Selectivity in Organic Media", Trends in Biotechnology, 13 (2), 63-70.

23. Hayes, D.G. (2004), "Enzyme-catalyzed modification of oilseed materials to produce eco-friendly products", Journal of the American Oil Chemists Society, 81 (12), 1077-1103.

24. Ganske, F., Bornscheuer, U.T. (2005), "Optimization of lipase-catalyzed glucose fatty acid ester synthesis in a two-phase system containing ionic liquids and t-BuOH", Journal of Molecular Catalysis B-Enzymatic, 36 (1-6), 40-42.

25. Villeneuve, P. (2007), "Lipases in lipophilization reactions", Biotechnology Advances, 25 (6), 515-536.

26. Chang, S.W., Shaw, J.F. (2009), "Biocatalysis for the production of carbohydrate esters", New Biotechnology, 26 (3-4), 109-116.

27. Degn, P. and Zimmermann, W. (2001), "Optimization of carbohydrate fatty acid ester synthesis in organic media by a lipase from Candida Antarctica", Biotechnology and Bioengineering, 74 (6), 483-491.

28. Ferrer, M., et al. (2005), "Synthesis of sugar esters in solvent mixtures by lipases from Thermomyces lanuginosus and Candida antarctica B, and their antimicrobial properties", Enzyme and Microbial Technology, 36 (4), 391-398.

29. Gill, I., Vulfson, E. (1994), "Enzymatic Catalysis in Heterogeneous Eutectic Mixtures of Substrates", Trends in Biotechnology, 12 (4), 118-122.

30. Gill, I., Vulfson, E.N. (1993), "Enzymatic-Synthesis of Short Peptides in Heterogeneous Mixtures of Substrates", Journal of the American Chemical Society, 115 (8), 3348-3349.

31. Cao, L.Q., Bornscheuer, U.T., Schmid, R.D. (1996), "Lipase-catalyzed solid phase synthesis of sugar esters", Fett-Lipid, 98 (10), 332-335.

32. Cao, L.Q., Bornscheuer, U.T., Schmid, R.D. (1999), "Lipase-catalyzed solid-phase synthesis of sugar esters. Influence of immobilization on productivity and stability of the enzyme", Journal of Molecular Catalysis B-Enzymatic, 6 (3), 279-285.

33. Sabeder, S., Habulin, M., Knez, Z. (2005), "Comparison of the esterification of fructose and palmitic acid in organic solvent and in supercritical carbon dioxide", Industrial & Engineering Chemistry Research, 44 (25), 9631- 9635.

34. Tai, H.P., Brunner, G. (2009), "Sugar fatty acid ester synthesis in high-pressure acetone-CO2 system", Journal of Supercritical Fluids, 48 (1), 36-40.

35. Tsitsimpikou, C., et al. (1998), "Acylation of glucose catalysed by lipases in supercritical carbon dioxide", Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 71 (4), 309-314.

36. Kragl, U., Eckstein, M., Kaftzik, N. (2002), "Enzyme catalysis in ionic liquids", Current Opinion in Biotechnology, 13 (6), 565-571.

37. van Rantwijk, F., Lau, R.M., Sheldon, R.A. (2003), "Biocatalytic transformations in ionic liquids", Trends in Biotechnology, 21 (3), 131-138.

38. Park, S., Kazlauskas, R.J. (2003), "Biocatalysis in ionic liquids - advantages beyond green technology", Current Opinion in Biotechnology, 14 (4), 432-437.

39. Sureshkumar, M., Lee, C.K. (2009), "Biocatalytic reactions in hydrophobic ionic liquids", Journal of Molecular Catalysis B-Enzymatic, 60 (1-2), 1-12.

40. Gangu, S.A., Weatherley, L.R., Scurto, A.M. (2009), "Whole-Cell Biocatalysis with Ionic Liquids", Current Organic Chemistry, 13 (13), 1242-1258.

41. Kaar., J.L. (2003), "Impact of Ionic Liquid Physical Properties on Lipase Activity and Stability". Journal of the American Chemical Society, 125 (14), 4125- 4131.

42. Ganske, F. Bornscheuer, U.T. (2005), "Lipase-catalyzed glucose fatty acid ester synthesis in ionic liquids", Organic Letters, 7 (14), 3097-3098.

43. Ye, Ran (2011), "Bioreactor system design for lipase-catalized synthesis of saccharide-fatty acid esters in solvent-free media".

44. Foresti, M.L., et al. (2007), "Multiple effects of water on solvent-free enzymatic esterifications", Enzyme and Microbial Technology. 41 (1-2). 62-70.

45. Ogawa, S., Endo, A., Kitahara, N., et al. (2019), "Factors determining the reaction temperature of the solvent-free enzymatic synthesis of trehalose esters", Carbohydrate Research, 482 (8), 107-139.

46. Fregapane, G., Sarney, D.B., Vulfson, E.N. (1991), "Enzymatic Solvent-Free Synthesis of Sugar Acetal Fatty-Acid Esters", Enzyme and Microbial Technology, 13 (10). 796-800.

47. Ye, Ran, Hayes, D.G., Burton, R., Liu, A. (2016), "Solvent-Free Lipase-Catalyzed Synthesis of Technical-Grade Sugar Esters and Evaluation of Their Physicochemical and Bioactive Properties", Catalysts, 6 (6), 78-82.

48. Pyo, S.H., Hayes, D.G. (2008), "Desorption of Fructose from a Packed Column to an Oleic Acid/Fructose Oleate Mixture for Employment in a Bioreactor System", Journal of the American Oil Chemists Society, 85 (11), 1033-1040.

49. Pyo, S.H., Hayes, D.G. (2009), "Designs of Bioreactor Systems for Solvent-Free Lipase-Catalyzed Synthesis of Fructose-Oleic Acid Esters", Journal of the American Oil Chemists Society, 86 (6), 521-529.