DE3416142A1 - Process for the production of immobilised biological material in bead form - Google Patents
Process for the production of immobilised biological material in bead formInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung von immobilisiertem biolo-Process for the production of immobilized biological
gischem Material in Perlform Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von immobilisiertem biologischem Material durch Einschluß in polymerisierte Verbindungen in Perlform, das nacht diesen Verfahren erhältliche immobilisierte biologische Material und dessen Verwendung zu Biotransformationen.Chemical material in pearl form The invention relates to methods for Manufacture of immobilized biological material by inclusion in polymerized Compounds in bead form, the immobilized obtained by this method biological material and its use for biotransformation.
Die Immobilisierung von Biokatalysatoren führt in der Regel zu verfahrenstechnischen und wirtschaftlichen Vorteilen. Es lassen sich chemische und physikalische Eigenschaften, manchmal auch Selektivität und Spezifität des Biokatalysators durch die Immobilisierung modifizieren.The immobilization of biocatalysts usually leads to process engineering and economic benefits. It can be chemical and physical properties, sometimes the selectivity and specificity of the biocatalyst as a result of the immobilization modify.
Die Methoden zur Immobilisierung lassen sich allgemein in folgende Gruppen einteilen - Adsorption an vorgefertigte Träger - Kovalente Bindung an Träger - Quervernetzung - Einschluß in eine Polymermatrix.The methods of immobilization can be broadly divided into the following Allocate groups - adsorption on prefabricated carriers - covalent bonding to carriers - Cross-linking - inclusion in a polymer matrix.
Das Einschlußverfahren beruht darauf, daß das Biomaterial hinsichtlich seines Bewegungsraumes während der Polymerisation in ein Netzwerk mehr oder minder einheitlicher Maschen- und Porenweite eingeschlossen wird. Dieses Polymernetzwerk sollte für den Biokatalysator unpassierbar sein, während das Netzwerk dem Substrat und dem Produkt einer an diesem Katalysator durchgeführten Umsetzung praktisch keinen Widerstand bieten sollte.The containment method relies on the biomaterial in terms of its range of motion during the polymerization in a network more or less uniform mesh and pore size is included. This polymer network should be impassable for the biocatalyst, while the network is the substrate and the product of a reaction carried out on this catalyst practically none Should offer resistance.
Herkömmliche Verfahren verwenden niedermolekulare, hydrophile Monomere zum Aufbau des Netzwerkes, wie beispielsweise Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, Acrylamid u.a., die mit der wäßrigen Lösung oder Dispersion des Biomaterials gemischt und anschließend polymerisiert werden.Conventional processes use low molecular weight, hydrophilic monomers to build up the network, such as hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, Hydroxypropyl acrylate, hydroxypropyl methacrylate, acrylamide, and others, those with the aqueous Solution or dispersion of the biomaterial mixed and then polymerized will.
Zum Beispiel werden in der PS-US 3 788 950 monofunktionelle Acrylsäurederivate wie Acrylamid mit einer geringen Menge an Vernetzer wie N,N-Methylenbisacrylamid verwendet.For example, in US Pat. No. 3,788,950, monofunctional acrylic acid derivatives are disclosed such as acrylamide with a small amount of crosslinking agent such as N, N-methylenebisacrylamide used.
In der US-PS 3 859 169 werden z.B. Monoester der Acrylsäure mit Glykolen in Verbindung mit einem Vernetzer und einem löslichen Polymer verwendet. Bei all diesen Verfahren können jedoch nur durch äußere Formgebung Materialien wie Filme, Folien, Gußteile u.a. erhalten werden. Zur Verwendung dieser Materialien ist oftmals ein nachträgliches Bearbeiten notwendig, womit sich jedoch die für Katalysatoren günstige Kugelform kaum erreichen läßt.For example, US Pat. No. 3,859,169 discloses monoesters of acrylic acid with glycols used in conjunction with a crosslinker and a soluble polymer. With all However, these processes can only be used by external shaping of materials such as films, Films, castings, etc. are obtained. There is often a need to use these materials Subsequent processing is necessary, which, however, is the case for catalytic converters favorable spherical shape can hardly be achieved.
Die US-PS 3 860 490 erwähnt die Möglichkeit der Herstellung von Perlen durch Suspensionspolymerisation in einem inerten Medium, jedoch ist das Verfahren durch die Verwendung niedermolekularer Hydroxy-alkylacrylate und -methacrylate nachteilig, da - wie bei allen oben erwähnten Verfahren - Schwierigkeiten bei der Steuerung und Reproduzierbarkeit der Permeabilitäten für das biologische Material sowie für dessen Substrate und Produkte auftreten. Für eine Eignung als Immobilisierungsmaterial sind diese Größen jedoch essentiell. Außerdem ist die Verwendung niedermolekularer Acrylsäurederivate wegen ihrer Toxizität nachteilig. Es kann während der Polymerisation zu einer Schädigung des Biokatalysators kommen, oder im Polymerisat befindliche Restmonomere schränken die Verwendung des immobilisierten Biokatalysators zur Herstellung von Produkten für die Nahrungsmittelindustrie oder für die pharmazeutische Industrie stark ein.U.S. Patent 3,860,490 mentions the possibility of making pearls by suspension polymerization in an inert medium, however, the process is disadvantageous due to the use of low molecular weight hydroxy-alkyl acrylates and methacrylates, because - as with all of the methods mentioned above - difficulties in the control and reproducibility of the permeabilities for the biological material as well as for whose substrates and products occur. For suitability as an immobilization material However, these sizes are essential. In addition, the use of low molecular weight Acrylic acid derivatives disadvantageous because of their toxicity. It can be used during polymerization damage to the biocatalyst or those in the polymer Residual monomers limit the use of the immobilized biocatalyst for production of products for the food industry or for the pharmaceutical industry strong one.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von immobilisiertem biologischem Material durch Einschluß in polymerisierte Verbindungen gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine wäßrige Lösung oder Dispersion eines biologischen Materials mit einer wäßrigen Lösung von gut wasserlöslichen höhermolekularen polymerisierbaren Verbindungen, die zwei oder mehr polymerisierbare funktionelle Gruppen pro Molekül und ein Molekulargewicht von über 400 besitzen, gemischt wird und diese Mischung in einem inerten flüssigen Medium zu Perlen zerteilt und polymerisiert wird. Als Inertphase können insbesondere mit Wasser nicht mischbare Stoffe wie z.B.There has now been a method of making immobilized biological Material found by inclusion in polymerized compounds, which is characterized is that an aqueous solution or dispersion of a biological material with a aqueous solution of highly water-soluble, high molecular weight polymerizable compounds, the two or more polymerizable functional groups per molecule and a molecular weight of over 400, is mixed and this mixture in an inert liquid Medium is divided into pearls and polymerized. As an inert phase, in particular Substances that cannot be mixed with water such as
aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe wie z.B. Hexan, Cyclohexan, Toluol sowie auch halogenierte Derivate derselben, desweiteren Alkohol, Ether, Ester oder sonstige, nicht wassermischbare Stoffe wie auch Siliconöle und Paraffinöle dienen, bzw.aliphatic, cycloaliphatic and aromatic hydrocarbons how e.g. hexane, cyclohexane, toluene and also halogenated derivatives thereof, furthermore Alcohol, ethers, esters or other non-water-miscible substances as well as silicone oils and paraffin oils are used, or
auch Gemische derselben untereinander.also mixtures of these with one another.
Durch die Verwendung der höhermolekularen, zwei oder mehr ungesättigte Gruppen enthaltenden, härtbaren wasserlöslichen Verbindungen läßt sich eine bessere Steuerung und Reproduzierbarkeit der Permeabilitäten erreichen, da sich diese Eigenschaften im wesentlichen durch die höhermolekularen wasserlöslichen Verbindungen ergeben.By using the higher molecular weight, two or more unsaturated Group-containing, curable water-soluble compounds can be better Control and reproducibility of the permeabilities achieve, as these properties essentially result from the higher molecular weight water-soluble compounds.
Außerdem besteht durch die Verwendung von höhermolekularen polymerisierbaren Verbindungen kein Toxizitätsproblem. Niedermolekulare toxische Verunreinigungen können außerdem vor dem Mischen mit dem biologischen Material entfernt werden.It also consists of the use of higher molecular weight polymerizable Compounds no toxicity problem. Low molecular weight toxic impurities can also be removed prior to mixing with the biological material.
Die gut wasserlöslichen erfindungsgemäßen Verbindungen können zunächst in einer gewissen Menge Wasser, Pufferlösung, Salzlösung und ähnlichem aufgelöst werden, womit die Polymerlösung der wäßrigen Lösung oder Dispersion des biologischen Materials hinsichtlich bestimmter Eigenschaften wie pH-Wert, Salzkonzentration, Viskosität u.a. angepaßt werden kann. Besonders empfindliche Biokatalysatoren erleiden dadurch keine abrupte Änderung des umgebenden Mediums und es können auf diese Weise Aktivitätseinbußen vermieden werden.The readily water-soluble compounds according to the invention can initially dissolved in a certain amount of water, buffer solution, saline solution and the like be, making the polymer solution of the aqueous solution or dispersion of the biological Material with regard to certain properties such as pH value, salt concentration, Viscosity, among other things, can be adjusted. Particularly sensitive biocatalysts suffer thereby no abrupt change in the surrounding medium and it can in this way Loss of activity can be avoided.
Ein weiterer Vorteil ist die mit der guten Wasserlöslichkeit einhergehende große Aufnahmekapazität des Polymeren für wäßrige Lösungen und Suspensionen. Es sind Gewichtsverhältnisse von wäßrigem biologischem Material zu festem Polymer zwischen 1:1 und 30:1 möglich und vorteilhaft, besonders geeignet sind Verhältnisse zwischen 4:1 und 20:1.Another advantage is that it is readily soluble in water large absorption capacity of the polymer for aqueous solutions and Suspensions. There are weight ratios of aqueous biological material too solid polymer between 1: 1 and 30: 1 possible and advantageous, particularly suitable are ratios between 4: 1 and 20: 1.
Die durch dieses Verfahren direkt erhaltene Perlform besitzt besondere Vorteile bei der Verwendung des immobilisierten Biomaterials. Einerseits eignet sich die Kugelform besonders zur Füllung von Säulenreaktoren, wobei eine gute Durchströmung gewährleistet ist, Verstopfungen vermieden werden können und gleichzeitig durch die große Oberfläche eine gute Reaktionsgeschwindigkeit für die Umsetzung am Biokatalysator resultiert.The pearl shape obtained directly by this process has a special one Advantages of using the immobilized biomaterial. On the one hand, it is suitable The spherical shape is particularly suitable for filling column reactors, with good flow is guaranteed, blockages can be avoided and at the same time through the large surface a good reaction speed for the conversion on the biocatalyst results.
Auch in strömenden Systemen ist die Kugelform auf Grund der hydrodynamischen Eigenschaften besonders geeignet.Even in flowing systems, the spherical shape is due to the hydrodynamic Properties particularly suitable.
Ferner stellt das vorliegende Verfahren eine Vereinfachung und Verbesserung der bisherigen Verfahren dar.Furthermore, the present method represents a simplification and improvement of the previous procedures.
Die Kugelform wird direkt bei der Polymerisation erhalten und ist durch die Verfahrensbedingungen gut steuerbar.The spherical shape is obtained directly during the polymerization and is easily controllable by the process conditions.
Zum Beispiel kann die Polymerisation in Form einer Dispersion des noch nicht polymerisierten biologischen Materials in einem inerten, flüssigen Medium wie z.B. aliphatischen, cycloaliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, funktionellen Derivaten derselben oder auch Siliconölen, Paraffinölen, durchgeführt werden, wobei in Abhängigkeit von der Verteilung, die durch Rühren, Einleiten von Inertgas, z.B. Stickstoff, oder sonstiges Zudosieren der wäßrigen Phase, z.B. durch Einpumpen oder Einsprühen in die inerte Phase erreicht werden kann, die Größe der Perlen sehr variabel ist. Weiterhin kann durch Zusätze zur Wasser- oder Inertphase deren Viskosität, Dichte, Oberflächenspannung usw. verändert werden, was ebenfalls den Perldurchmesser beeinflußt.For example, the polymerization can be in the form of a dispersion of the not yet polymerized biological material in an inert, liquid medium such as aliphatic, cycloaliphatic and aromatic hydrocarbons, functional derivatives of the same or also silicone oils, paraffin oils be, depending on the distribution, by stirring, introducing Inert gas, e.g. nitrogen, or other Adding the aqueous Phase, e.g. by pumping or spraying into the inert phase can, the size of the pearls is very variable. Furthermore, additives to the water or inert phase whose viscosity, density, surface tension etc. are changed, which also affects the pearl diameter.
Es sind auf diese Weise mittlere Perldurchmesser von 0,05 mm bis 5 mm möglich, wobei Perlen größeren Durchmesser, z.B. größer 2 mm, der gewünschten Reaktion einen hohen Diffusionswiderstand entgegensetzen. Vorteilhaft sind besonders Perlen eines mittleren Durchmessers von 0,2 mm bis 2 mm.In this way, the mean bead diameters are from 0.05 mm to 5 mm possible, with pearls having a larger diameter, e.g. larger than 2 mm, the desired Oppose the reaction with a high diffusion resistance. Are particularly advantageous Pearls with an average diameter of 0.2 mm to 2 mm.
Neben der Einfachheit der Herstellung der Perlen ergeben sich Vorteile für die Immobilisierung hinsichtlich der Handhabung unter Sterilbedingungen des Biomaterials, da das Verfahren vom Mischen bis zum fertigen immobilisierten Material in einem geschlossenen System durchgeführt werden kann. Das immobilisierte Biomaterial kann anschließend leicht durch Filtration gewonnen werden. Es ist jedoch auch möglich, die gesamte Mischung unter OOC abzukühlen, um das Material dadurch längere Zeit lagern zu können. Das Abkühlen kann auch über den Erstarrungspunkt des äußeren Mediums hinaus durchgeführt werden, wobei dessen Erstarrungspunkt ebenfalls durch Zusätze oder Beimengen von anderen Stoffen erniedrigt werden kann.In addition to the simplicity of production of the pearls, there are advantages for the immobilization in terms of handling under sterile conditions of the Biomaterials as the process from mixing to the finished immobilized material can be carried out in a closed system. The immobilized biomaterial can then easily be recovered by filtration. However, it is also possible to cool the entire mixture under OOC to allow the material to last longer to be able to store. The cooling can also take place above the freezing point of the external medium can also be carried out, the freezing point of which is also due to additives or the addition of other substances can be reduced.
Zur Immobilisierung wurden wasserlösliche, höhermolekulare, polymerisierbare Verbindungen, die zwei oder mehr polymerisierbare funktionelle Gruppen pro Molekül und ein Molekulargewicht von über 400, insbesondere zwischen 1.000 und 10.000, besitzen, insbesondere Verbindungen mit ethylenisch ungesättigten Gruppen, verwendet.Water-soluble, higher molecular weight, polymerizable ones were used for immobilization Connections that are two or more polymerizable functional Groups per molecule and a molecular weight of over 400, especially between 1,000 and 10,000, especially compounds with ethylenically unsaturated Groups, used.
Bevorzugt seien genannt - mit ungesättigten Carbonsäuren modifizierte Umsetzungsprodukte von Polyetherpolyolen, besonders bevorzugt Polyethylenglykole, mit di- oder mehrfunktionellen Isocyanaten, besonders bevorzugt Isophorondiisocyanat, Toluylendiisocyanat, Desmodur N oder Desmodur L.Preferred are those modified with unsaturated carboxylic acids Reaction products of polyether polyols, particularly preferably polyethylene glycols, with di- or polyfunctional isocyanates, particularly preferably isophorone diisocyanate, Tolylene diisocyanate, Desmodur N or Desmodur L.
- Umsetzungsprodukte von Polyetherpolyolen, bevorzugt Polyethylenglykolen, mit ungesättigten Carbonsäuren, bevorzugt Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, und/oder mit isocyanatgruppenhaltigen Derivaten, bevorzugt Isocyanatoethylmethacrylat, Isocyanatoethylacrylat, - sowie Umsetzungsprodukte von Urethan-modifizierten, ungesättigten Carbonsäuren mit Polyetherdiolen.- Reaction products of polyether polyols, preferably polyethylene glycols, with unsaturated carboxylic acids, preferably acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, and / or with derivatives containing isocyanate groups, preferably isocyanatoethyl methacrylate, Isocyanatoethyl acrylate and reaction products of urethane-modified, unsaturated Carboxylic acids with polyether diols.
Die Polymerisation kann unter Inertgas durchgeführt und in Gegenwart üblicher Radikalstarter wie Azo-bis(isobutyronitril), t-Butylperoctoat, Benzoylperoxid, Dicyclohexylperoxydicarbonat, Methylethylketonperoxid, Cumolhydroperoxid, Acetyl-cyclohexansulfonyl-peroxid oder Dicumylperoxid sowie durch Redoxsysteme wie Kaliumperoxodisulfat-Riboflavin, Kaliumperoxodisulfat-Natriumbisulfit, Wasserstoffperoxid-Verbindungen des zweiwertigen Eisens erfolgen. Als Beschleuniger können ebenfalls zahlreiche Verbindungen dienen, z .B. N,N,N',N' -Tetramethylethylendiamin.The polymerization can be carried out under an inert gas and in the presence common free radical initiators such as azo-bis (isobutyronitrile), t-butyl peroctoate, benzoyl peroxide, Dicyclohexyl peroxydicarbonate, methyl ethyl ketone peroxide, cumene hydroperoxide, acetyl cyclohexanesulfonyl peroxide or dicumyl peroxide as well as redox systems such as potassium peroxodisulfate riboflavin, Potassium peroxodisulfate-sodium bisulfite, hydrogen peroxide compounds of the bivalent Made of iron. Numerous compounds can also serve as accelerators, e.g. N, N, N ', N' -tetramethylethylenediamine.
Eine weitere Möglichkeit der Polymerisation besteht in der Bestrahlung der Mischung mit aktinischem Licht. Es eignen sich beispielsweise Hochdruckquecksilberlampen, Niederdruckquecksilberlampen, Fluoreszenzlampen, Xenonlampen, Kohlelichtbögen sowie Sonnenbestrahlung.Another possibility for polymerization is irradiation the actinic light mixture. For example, high-pressure mercury lamps are suitable, Low pressure mercury lamps, fluorescent lamps, xenon lamps, charcoal arcs as well Exposure to sunlight.
Eine Bestrahlung mit Elektronenstrahlen oder Gammastrahlen ist ebenfalls möglich, jedoch muß mit einer gewissen Schädigung des biologischen Materials gerechnet werden. Ferner kann die Photopolymerisation durch Photosensibilisatoren beschleunigt werden. Es können bekannte Photosensibilisatoren wie o6 -Carbonylalkohole, z.B. Benzoin oder Acetoin, Acyloinether wie Benzoinmethylether, Benzoinethylether, Benzoinisopropylether, o -substituierte Acyloine wie -Methylbenzoin und i -Methoxybenzoin u.a. sowie durch ionische Gruppen wie z.B. Carbonsäure-, Sulfonsäure- oder Aminogruppen modifizierte und dadurch wasserlöslich gemachte Derivate verwendet werden.Irradiation with electron beams or gamma rays is also possible possible, but a certain damage to the biological material must be expected will. Furthermore, the photopolymerization can be accelerated by photosensitizers will. Known photosensitizers such as carbonyl alcohols, e.g. Benzoin or acetoin, acyloin ethers such as benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin isopropyl ether, o -substituted acyloins such as -methylbenzoin and i -methoxybenzoin and others as well as through modified ionic groups such as carboxylic acid, sulfonic acid or amino groups and thereby water-solubilized derivatives are used.
Desweiteren können polycyclische aromatische Verbindungen wie Naphthol und Hydroxyanthracen, Azoamide wie beispielsweise 2-Cyano-2-butylazoformamid sowie Metallsalze wie Uranylnitrat und Eisenchlorid, wie auch Mercaptane, Disulfide, Halogenide und Farbstoffe verwendet werden.Furthermore, polycyclic aromatic compounds such as naphthol and hydroxyanthracene, azoamides such as 2-cyano-2-butylazoformamide as well Metal salts such as uranyl nitrate and iron chloride, as well as mercaptans, disulfides, halides and dyes can be used.
Durch die hohe Aufnahmekapazität für Wasser - besonders gut eignen sich Gewichtsverhältnisse von wäßriger Lösung oder Suspension des biologischen Materials zu festen Polymer zwischen 4:1 und 20:1 -, die das immobilisierte Material vor und nach der Polymerisation besitzt, ergeben sich auch Vorteile hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Dadurch können einerseits große Mengen an wäßrigen Lösungen oder Dispersionen des biologischen Materials in einer relativ kleinen Menge der polymerisierbaren Verbindungen eingeschlossen werden, andererseits können dadurch Fermenterbrühen direkt oder nach Konzentrierung z.B. durch Mikrofiltration oder Zentrifugieren immobilisiert werden.Due to the high capacity for water - particularly suitable weight ratios of aqueous solution or suspension of the biological material to solid polymer between 4: 1 and 20: 1 - which the immobilized material before and after the polymerization, there are also advantages in terms of economy of Procedure. On the one hand, this allows large amounts of aqueous solutions or dispersions of the biological material in a relatively small amount of the polymerizable Compounds are included, on the other hand it can fermenter broths immobilized directly or after concentration, e.g. by microfiltration or centrifugation will.
Desweiteren ist es jedoch vor und nach der Immobilisierung auch möglich, geringere Mengen an Wasser oder wäßrigen Lösungen zu verwenden, sowie einen Teil des Anteils an Wasser gegen andere Flüssigkeiten wie z.B. Alkohole zu ersetzen. Es ist auch möglich, die immobilisierten biologischen Materialien in anderen als wäßrigen Lösungen, z.B. in aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, einzusetzen.Furthermore, before and after the immobilization, it is also possible to use smaller amounts of water or aqueous solutions, as well as a part to replace the proportion of water with other liquids such as alcohols. It is also possible to use the immobilized biological materials in other than aqueous solutions, e.g. in aliphatic or aromatic hydrocarbons, to use.
Die nach vorstehendem Verfahren immobilierten biologischen Materialien, insbesondere Zellen oder Enzyme, lassen sich als Biokatalysatoren zu Biotransformationen einsetzen.The biological materials immobilized according to the above procedure, in particular cells or enzymes can be used as biocatalysts for biotransformations insert.
Als interessante Mikroorganismen für die erfindungsgemäße Immobilisierung kommen die folgenden in Frage: Aspergillus niger, Gluconobacter suboxydans, Gluconobacter oxydans, Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Protaminobacter rubrum Serratia plymuthica, Pseudomonas putida, Cunninghamella elegans, Olostridien wie z.B. Clostridium thermoaceticum, Clostridium kluyveri, Clostridium butyricum, Clostridium sporogenes, Bacillus licheniformis, Streptomyces olivaceus.As interesting microorganisms for the immobilization according to the invention The following are possible: Aspergillus niger, Gluconobacter suboxydans, Gluconobacter oxydans, Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Protaminobacter rubrum Serratia plymuthica, Pseudomonas putida, Cunninghamella elegans, Olostridia such as Clostridium thermoaceticum, Clostridium kluyveri, Clostridium butyricum, Clostridium sporogenes, Bacillus licheniformis, Streptomyces olivaceus.
Beispiele Beispiel A Immobilisierung von Alkoholdehydrogenase 48,7 g Polyethylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 800 (hergestellt von den Chemischen Werken Hüls) wurde mit 4,7 g Acrylsäure unter Zusatz von 0,54 g p-Toluolsulfonsäure und 50 mg Di-tert. -butylhydrochinon sowie 50 mg p-Methoxyphenol in Toluol verestert.Examples Example A Immobilization of alcohol dehydrogenase 48.7 g polyethylene glycol with an average molecular weight of 800 (manufactured by the chemical works Hüls) was with 4.7 g of acrylic acid with the addition of 0.54 g of p-toluenesulfonic acid and 50 mg di-tert. -butylhydroquinone and 50 mg p-methoxyphenol esterified in toluene.
25,0 g dieses Esters wurden mit 3,9 g Isocyanatoethylmethacrylat (hergestellt von Dow Chemicals) unter Zusatz von 4 mg Desmorapid S0 (Rheinchemie Rheinau GmbH) umgesetzt.25.0 g of this ester were prepared with 3.9 g of isocyanatoethyl methacrylate ( from Dow Chemicals) with the addition of 4 mg Desmorapid S0 (Rheinchemie Rheinau GmbH) implemented.
1 g des so erhaltenen polymerisierbaren Harzes wurden mit 50 mg 1 ,2-Diphenyl-2-hydroxy-3N(N-methyl)pyrollidinium7-propan-1-on-methylsulfat gemischt und mit 15 g Phosphat-Puffer (0,01 M, pH 7) versetzt. In dieser Lösung wurde 200 mg Alkoholdehydrogenase (aus Hefe, Fa. Boehringer, Mannheim, enthaltend 120 mg Enzymprotein, 400 U/mg) gelöst und die Lösung in 100 g einer Mischung aus Silikonöl/Paraffinöl mit einer spez. Dichte von 0,9 g/cm3 getropft, wobei sich durch intensives Rühren und Durchleiten von Stickstoff Perlen ausbildeten, die durch 15 minütige Bestrahlung mittels einer Hg-Hochdrucklampe polymerisiert wurden.1 g of the polymerizable resin thus obtained was 50 mg of 1 , 2-Diphenyl-2-hydroxy-3N (N-methyl) pyrollidinium7-propan-1-one-methylsulfate mixed and 15 g of phosphate buffer (0.01 M, pH 7) are added. In this solution was 200 mg alcohol dehydrogenase (from yeast, Boehringer, Mannheim, containing 120 mg enzyme protein, 400 U / mg) and the solution in 100 g of a mixture of silicone oil / paraffin oil with a spec. Density of 0.9 g / cm3 dripped, with vigorous stirring and bubbling with nitrogen formed beads, which were formed by irradiation for 15 minutes polymerized using a high pressure mercury lamp.
1,0 g der so erhaltenen Perlen wurden in 50 ml Erlenmeyerkolben mit 10 ml 0,1 M Kaliumphosphat pH 8,5, 10 mM NADH, 1 % Acetaldehyd auf der Rundschüttelmaschine, 230 rpm, bei 300C inkubiert.1.0 g of the beads thus obtained were in 50 ml Erlenmeyer flasks with 10 ml 0.1 M potassium phosphate pH 8.5, 10 mM NADH, 1% acetaldehyde on the rotary shaker, 230 rpm, incubated at 300C.
Nach 6 h waren etwa 50 % des eingesetzten NADH, 50 FMol, zu NAD oxidiert, die Initialgeschwindigkeit betrug dabei 0,23 mol/min.After 6 h, about 50% of the NADH used, 50 FMol, was oxidized to NAD, the initial speed was 0.23 mol / min.
Beispiel B Immobilisierung von L-Lactat Dehydrogenase 25,0 g des hergestellten Esters aus Beispiel A wurden mit 2,3 g Desmodur N (BAYER AG Leverkusen) und 1,4 g Isophorondiisocyanat unter Zusatz von 7,5 mg Desmorapid (Rheinchemie Rheinau GmbH) umgesetzt.Example B Immobilization of L-lactate dehydrogenase 25.0 g of the prepared Esters from Example A were made with 2.3 g of Desmodur N (BAYER AG Leverkusen) and 1.4 g isophorone diisocyanate with the addition of 7.5 mg desmorapid (Rheinchemie Rheinau GmbH) implemented.
Analog Beispiel A wurden 0,6 mg L-Lactat-Dehydrogenase (aus Schweinemuskel, Fa. Boehringer, Mannheim, enthaltend 2 mg Enzymprotein, ca. 550 U/mg) anstelle der Alkohol-Dehydrogenase in Perlform immobilisiert.Analogously to Example A, 0.6 mg L-lactate dehydrogenase (from pig muscle, Boehringer, Mannheim, containing 2 mg enzyme protein, approx. 550 U / mg) instead of the Alcohol dehydrogenase immobilized in pearl form.
Die erhaltenen Perlen wurden in einem 100 ml Erlenmeyerkolben mit 20 ml 0,1 M Kaliumphosphat-Puffer, pH 8,0, 10 mM NADH, 0,05 M Pyruvat-Na-Salz bei 300C, 200 rpm, inkubiert.The pearls obtained were in a 100 ml Erlenmeyer flask with 20 ml of 0.1 M potassium phosphate buffer, pH 8.0, 10 mM NADH, 0.05 M pyruvate sodium salt 300C, 200 rpm, incubated.
Entnommene Proben wurden nach Verdünnung photometrisch auf die NADH-Abnahme gegen eine Blindprobe getestet.After dilution, taken samples were photometrically for the NADH decrease tested against a blank sample.
Nach 3 h war die gesamte Menge an NADH zu NAD oxidiert.After 3 hours, the entire amount of NADH was oxidized to NAD.
Die Initialgeschwindigkeit betrug 1,4 Mol/min.The initial speed was 1.4 mol / min.
Beispiel C Immobilisierung von Bäckerhefe 100,0 g Polyethylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 1000 (Chemische Werke Hüls) wurde mit 7,2 g Acrylsäure unter Zusatz von 0,92 g p-Toluolsulfonsäure und 0,1 g Di-tert.-butylhydrochinon sowie 0,1 g p-Methoxyphenol in Toluol verestert.Example C Immobilization of Baker's Yeast 100.0 g of polyethylene glycol with an average molecular weight of 1000 (Chemische Werke Hüls) was 7.2 g of acrylic acid with the addition of 0.92 g of p-toluenesulfonic acid and 0.1 g of di-tert.-butylhydroquinone and 0.1 g of p-methoxyphenol esterified in toluene.
75,0 g des so erhaltenen Esters wurde mit 8,3 g Isophorondiisocyanat unter Zusatz von 9 mg Desmorapid S0 umgesetzt.75.0 g of the ester thus obtained was mixed with 8.3 g of isophorone diisocyanate implemented with the addition of 9 mg Desmorapid S0.
5,0 g des polymerisierbaren Harzes wurde mit 0,1 g Phenylglyoxylsäure und 1,0 g Pufferlösung (0,01 M, pH 7) gemischt. Zu dieser Lösung wurde eine Mischung aus 13,7 g Bäckerhefe (25 % Feststoffgehalt) und 13,7 g Pufferlösung pH 7 gegeben. Die so erhaltene Mischung wurde anschließend in 200 ml einer Mischung aus Paraffinöl und Siliconöl mit einer spez. Dichte von 0,9 g/cm3 unter Rühren und Durchleiten von Stickstoff in Perlen zerteilt und mittels einer Quecksilberhochdrucklampe polymerisiert.5.0 g of the polymerizable resin was mixed with 0.1 g of phenylglyoxylic acid and 1.0 g of buffer solution (0.01 M, pH 7) mixed. A mixture became this solution from 13.7 g of baker's yeast (25% solids content) and 13.7 g of pH 7 buffer solution. The mixture thus obtained was then poured into 200 ml of a mixture of paraffin oil and silicone oil with a spec. Density of 0.9 g / cm3 while stirring and passing through divided into pearls by nitrogen and polymerized using a high-pressure mercury lamp.
15 g dieser Perlen wurden in einem 200 ml Erlenmeyerkolben mit 50 ml 0,01 M Kaliumphosphat, pH 8,0, 1 mM NADH (Grad II, Fa. Boehringer, Mannheim) bei 25"C auf einer Rundschüttelmaschine bei 230 rpm inkubiert.15 g of these pearls were in a 200 ml Erlenmeyer flask with 50 ml 0.01 M potassium phosphate, pH 8.0, 1 mM NADH (grade II, Boehringer, Mannheim) incubated at 25 "C on a rotary shaker at 230 rpm.
Die NADH-Oxidase Aktivität der immobilisierten Hefezellen wurde über die Abnahme des NADH-Gehalts photometrisch gegen eine Blindprobe ohne Hefezellen bestimmt.The NADH oxidase activity of the immobilized yeast cells was over the decrease in the NADH content photometrically against a blank sample without yeast cells certainly.
15 g immobilisiertes Präparat besaß eine Aktivität von 0,24 U (1 U = 1 ßMol NADH/min. oxidiert).15 g of immobilized preparation had an activity of 0.24 U (1 U = 1 µmole NADH / min. oxidized).
Diese Rekation ist zur NAD-Regenerierung in gekoppelten Enzymsystemen anwendbar.This reaction is used for NAD regeneration in coupled enzyme systems applicable.
Beispiel D Immobilisierung von Bäckerhefe 218,9 g Polyethylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 1550 (Chemische Werke Hüls) wurden mit 9,8 g Acrylsäure unter Zusatz von 2,3 g p-Toluolsulfonsäure, 0,23 g Di-tert.-butylhydrochinon sowie 0,23 g p-Methoxyphenol in Toluol verestert.Example D Immobilization of Baker's Yeast 218.9 g of polyethylene glycol with an average molecular weight of 1550 (Chemische Werke Hüls) were with 9.8 g of acrylic acid with the addition of 2.3 g of p-toluenesulfonic acid, 0.23 g of di-tert-butylhydroquinone and 0.23 g of p-methoxyphenol esterified in toluene.
165,8 g des so erhaltenen Esters wurden mit 18,2 g Isocyanatoethylmethacrylat (Dow Chemicals) unter Zusatz von 36 mg Desmorapid SO umgesetzt.165.8 g of the ester thus obtained were mixed with 18.2 g of isocyanatoethyl methacrylate (Dow Chemicals) implemented with the addition of 36 mg Desmorapid SO.
9,0 g dieses polymerisierbaren Harzes wurden mit 90 mg Phenylglyoxylsäure gemischt und mit 2,70 g Phosphatpuffer (0,01 M, pH 7) versetzt.9.0 g of this polymerizable resin was mixed with 90 mg of phenylglyoxylic acid mixed and mixed with 2.70 g of phosphate buffer (0.01 M, pH 7).
Diese so erhaltene Lösung wurde zu einer Mischung aus 20,0 g Bäckerhefe und 20,0 g Phosphatpuffer (0,01 M, pH 7) gegeben und daraus analog Beispiel C Perlen hergestellt.This solution thus obtained became a mixture of 20.0 g of baker's yeast and 20.0 g of phosphate buffer (0.01 M, pH 7) are added and pearls are made from them analogously to Example C manufactured.
15 g feuchte Perlen wurden in einem 200 ml Erlenmeyerkolben mit 50 ml 0,01 M Kaliumphosphat pH 8,0, 1 mM NADH (Fa. Boehringer, Mannheim) bei 250C auf einer Rundschüttelmaschine, 230 rpm, inkubiert. Aufgrund der photometrischen NADH-Bestimmung besaßen 15 g Perlen eine Aktivität von 0,14 U.15 g of moist pearls were placed in a 200 ml Erlenmeyer flask with 50 ml of 0.01 M potassium phosphate pH 8.0, 1 mM NADH (Boehringer, Mannheim) at 250C a rotary shaker, 230 rpm, incubated. Based on the photometric NADH determination 15 g of pearls had an activity of 0.14 U.
Beispiel E Immobilisierung von Protaminobacter rubrum Zur Produktion von Sucrose Mutase wird der Stamm Protaminobacter rubrum (CBS 574.77) verwendet.Example E Immobilization of Protaminobacter rubrum for production the strain Protaminobacter rubrum (CBS 574.77) is used by sucrose mutase.
Die Nährlösung besteht aus 5 % Dicksaft, 2 % Maisquellwasser und 0,05 % (NH4)2 HPO4, der pH-Wert beträgt 7,1.The nutrient solution consists of 5% syrup, 2% corn steep water and 0.05 % (NH4) 2 HPO4, the pH value is 7.1.
Mit 1 ml einer Protaminobacter Abschwemmung werden in einem 1 1 Erlenmeyerkolben 200 ml Nährlösung beimpft.With 1 ml of a Protaminobacter wash-off are placed in a 1 1 Erlenmeyer flask Inoculated 200 ml of nutrient solution.
Die Fermentation läuft 15 h bei 310C auf der Rundschüttelmaschine. Mit dieser Vorkultur werden in einem 30 1 Fermenter 20 Liter obiger Nährlösung angeimpft und 16 h bei 310C fermentiert. Die Fermentationslösung wird durch Mikrofiltration konzentriert bis zu einem Feststoffgehalt von 5 %.The fermentation runs for 15 hours at 310C on the rotary shaker. With this preculture, 20 liters of the above nutrient solution are inoculated in a 30 l fermenter and fermented for 16 h at 310C. The fermentation broth is made by microfiltration concentrated to a solids content of 5%.
10 g des in Beispiel D erhaltenen polymerisierbaren Acrylatharzes wurden mit 3,0 g Phosphatpuffer 0,01 M pH 7 und 500 mg Irgacure (Ciba-Geigy) gemischt. Zu dieser Lösung wurden 70 g einer durch Mikrofiltration konzentrierten Fermenterbrühe, die Protaminobacter rubrum Zellen enthält, gegeben und diese Mischung in 460 g eines Siliconöles mit einer spez.10 g of the polymerizable acrylate resin obtained in Example D. were mixed with 3.0 g of phosphate buffer 0.01 M pH 7 and 500 mg of Irgacure (Ciba-Geigy). To this solution, 70 g of a fermenter broth concentrated by microfiltration, which contains Protaminobacter rubrum cells and this mixture in 460 g of one Silicone oils with a spec.
Dichte von 0,95 g/cm3 getropft. Durch intensives Rühren und durch Stickstoffeinleitung wurde eine Zerteilung der obigen zellenthaltenden Mischung in Perlen erreicht, die mittels 2 Quecksilberhochdrucklampen und 1/2-stündiger Bestrahlung polymerisiert wurden.Density of 0.95 g / cm3 dripped. Through intensive stirring and through Nitrogen introduction became a division of the above cell-containing mixture achieved in pearls using 2 high pressure mercury lamps and 1/2 hour irradiation have been polymerized.
6,0 g der so erhaltenen Perlen wurden in 200 ml Erlenmyerkolben mit 50 ml 50 % Sucrose-Lösung, pH 7,0, auf der Rundschüttelmaschine bei 230 rpm inkubiert.6.0 g of the pearls thus obtained were in 200 ml conical flasks with 50 ml 50% sucrose solution, pH 7.0, incubated on the rotary shaker at 230 rpm.
Die Analyse der Reaktionslösung erfolgte per HPLC.The reaction solution was analyzed by HPLC.
Die immobilisierten Protaminobacter Zellen setzten 0,32 g/h Sucrose um.The immobilized Protaminobacter cells put 0.32 g / h of sucrose around.
Beispiel F Immobilisierung von Protaminobacter rubrum Die Anzucht von Protaminobacter rubrum (CBS 574.77) erfolgte analog Beispiel E.Example F Immobilization of Protaminobacter rubrum. Cultivation of Protaminobacter rubrum (CBS 574.77) was carried out analogously to Example E.
110 g des Esters aus Beispiel D wurden mit 7,4 g Isophorondiisocyanat unter Zusatz von 15 mg Desmorapid S0 umgesetzt.110 g of the ester from Example D were mixed with 7.4 g of isophorone diisocyanate implemented with the addition of 15 mg Desmorapid S0.
10 g des so erhaltenen polymerisierbaren Acrylatharzes wurden mit 4 g Phosphatpuffer 0,01 M, pH 7,0 und 500 mg 1,2-Diphenyl-2-hydroxy-3/Ñ(N-methyl)pyrrolidinium7-propan-1-on-methylsulfat und 35 g konzentrierter Fermenterbrühe gemischt und zu 300 g eines Siliconöl-Paraffinöl-Gemisches mit einer spez. Dichte von 0,9 g/cm3 gegeben und analog Beispiel E Perlen hergestellt.10 g of the polymerizable acrylate resin thus obtained were with 4 g phosphate buffer 0.01 M, pH 7.0 and 500 mg 1,2-diphenyl-2-hydroxy-3 / Ñ (N-methyl) pyrrolidinium-7-propan-1-one-methylsulfate and 35 g of concentrated fermenter broth mixed with 300 g of a silicone oil-paraffin oil mixture with a spec. Given a density of 0.9 g / cm3 and produced beads analogously to Example E.
6,0 g der so erhaltenen Perlen wurden analog Beispiel A mit 50 % Sucroselösung getestet. Die immobilisierten Protaminobacter Zellen setzten 0,69 g/h Sucrose um.6.0 g of the beads thus obtained were analogous to Example A with 50% sucrose solution tested. The immobilized Protaminobacter cells convert 0.69 g / h of sucrose.
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