CH617719A5 - Process for the preparation of cellulosic fibres containing enzymes - Google Patents

Description

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la preparazione di fibre cellulosiche inglobanti enzimi.

È noto che moltissime reazioni, che altrimenti non potrebbero essere realizzate o necessiterebbero di condizioni operative più drastiche, sono invece effettuabili quando vengono catalizzate da enzimi.

È parimenti noto l'impiego di enzimi inglobati in fibre i quali esplicano la loro attività catalitica senza disperdersi nella massa di reazione.

L'inglobamento dall'enzima è realizzato mediante l'impiego di una fibra di materiale polimerico artificiale o sintetico.

Le fibre inglobanti enzima possono essere preparate a partire da soluzioni di polimero capace di dare fibre nelle quali vengono dispersi preparati enzimatici in forma di minutissime goccioline dell'ordine di grandezza delle emulsioni.

L'emulsione così ottenuta può essere filata ad umido o a secco per dare una fibra che presenta nel suo interno piccolissime cavità nelle quali si dispongono gli enzimi che sono separati dall'ambiente da una sottilissima membrana. Le fibre inglobanti enzimi fino ad ora impiegate, e che costituiscono l'oggetto del brevetto italiano n. 836 462 a nome della stessa richiedente, vengono ottenute a partire da polimeri capaci di dare fibre quali ad esempio derivati della cellulosa, ma non è noto che esse possano essere preparate a partire direttamente dalla cellulosa non rigenerata per le difficoltà che quest'ultima presenta quando sottoposta ai successivi processi di filatura.

L'uso di fibre cellulosiche inglobanti gli enzimi presenta il vantaggio rispetto agli altri tipi di fibre di una maggiore attività rispetto alle reazioni enzimatiche, dovuta all'aumento di permeabilità della fibra stessa. L'azione catalitica degli enzimi contenuti nelle fibre è condizionata infatti dai processi diffusivi per cui l'attività enzimatica è funzione della permeabilità.

Non sempre si ottengono fibre inglobanti enzima ad elevata permeabilità operando semplicemente sulle condizioni di preparazione della fibra, in quanto si è notato che, quando la concentrazione dell'enzima è alta, la permeabilità è ancora un fattore limitante.

È stato ora trovato, ciò che costituisce un oggetto della presente invenzione, che è possibile preparare fibre cellulosiche inglobanti enzimi partendo da polimeri cellulosici contenenti sostituenti i quali vengono emulsionati opportunamente con le soluzioni enzimatiche, quindi filati e infine le fibre cosi ottenute sono sottoposte a reazioni che causano la rimozione del sostituente, generando così una fibra a base cellulosica non sostituita inglobante l'enzima presentante permeabilità di gran lunga superiore a quella della stessa fibra a base di cellulosa sostituita.

Il procedimento per la preparazione di fibre cellulosiche inglobanti enzimi è definito nella rivendicazione 1.

Il procedimento della presente invenzione si basa dunque essenzialmente su una modifica chimica a carico del materiale fibrogeno di partenza per l'azione di agenti riducenti e di condizioni operative tali da non danneggiare l'enzima.

Il procedimento oggetto della presente invenzione permette di superare tutti i citati inconvenienti e le fibre inglobanti enzimi, ottenute dopo il processo di riduzione e che costituiscono a loro volta un secondo oggetto dell'invenzione definito nella rivendicazione 7, hanno tutte un elevato grado di permeabilità.

Il materiale di partenza impiegato consiste essenzialmente di nitrocellulosa ad alto peso molecolare e con un contenuto in azoto tale da rendere sostanzialmente solubile il materiale in solventi organici e preferibilmente superiore al 5 %.

Essa viene disciolta in un solvente che non sia solubile in acqua scelto tra normalbutilacetato, dibutilftalato, metilamilchetone, etilamilchetone ed altri, i quali possono essere impiegati come tali oppure opportunamente diluiti con idrocarburi alifatici come pentano, esano, eptano, ottano, idrocarburi aromatici come toluolo e xilolo, oppure miscele di idrocarburi come etere di petrolio. Alla soluzione di nitrocellulosa viene aggiunta la soluzione acquosa contenente l'enzima il quale può essere scelto da una vasta gamma di nomi. Ad esempio si possono impiegare ureasi, invertasi, lattasi, acilasi, transaminasi, glucosio-ossidasi, catalasi, papaina, penicillina, acilasi ed altri. L'emulsione viene poi filata secondo le tecniche note utilizzando coagulanti noti quali ad esempio quelli riportati nel brevetto italiano prima citato. Oltre al procedimento di dispersione in emulsione dell'enzima nella soluzione del polimero, altri procedimenti possono essere previsti per preparare fibre contenenti inglobato l'enzima. Ad esempio detto enzima può essere disperso come polvere nel polimero che verrà poi filato secondo metodi noti. La fibra in questo modo ottenuta viene fatta reagire con un agente riducente che elimina il nitrogruppo dando così origine alla fibra cellulosica inglobante l'enzima oggetto della presente invenzione.

Come agenti riducente vengono impiegate soluzioni di solfidrato ammonico contenenti o no lievi eccessi di ammoniaca o idrogeno solforato.

Ulteriori dettagli operativi risulteranno più evidenti dall'esame degli esempi qui di seguito riportati.

Esempio 1

1.000 g di nitrocellulosa vongono sciolti in una soluzione costituita da 6.900 g di normalbutilacetato e 4.600 g di toluolo. Quindi vengono aggiunti 1.600 g di una soluzione acquosa contenente l'enzima invertasi.

Per agitazione si ottiene una emulsione che viene filata s

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attraverso fori del diametro di 125 (a, utilizzando come coagulante una miscela di idrocarburi saturi aventi punti di ebollizione compresi tra 40 e 70° C.

Si ottengono circa 2.600 g di fibra avente l'enzima inglobato.

1.000 g di questa fibra immersi in una soluzione di saccarosio al 20 % a pH 4.5 invertono 40 g di zucchero al minuto.

1.000 g di fibra vengono trattati con una soluzione di ammoniaca al 2 % che è stata saturata con idrogeno solforato fino ad ottenere un pH di 8.5.

Dopo 6 ore di reazione questa seconda fibra viene lavata e quando è immersa nella soluzione di saccarosio al 20 % a pH 4.5 inverte 490 g di zucchero al minuto.

Esempio 2

In una miscela costituita da 7.000 g di normal-butilacetato e 3.750 g di toluolo vengono sciolti 1.000 g di nitrocellulosa a temperatura ambiente. Ottenuta la soluzione si aggiungono 2.000 g di una soluzione acquosa dell'enzima inventasi.

Per agitazione si ottiene una emulsione che viene ad 1 ° C filata attraverso fori del diametro di 125 [a e coagulata a 20° C in una miscela di idrocarburi saturi aventi i punti di ebollizione compresi tra 60 e 80° C. Si Ottengono circa 3.000 g di fibra.

1.000 g di quest'ultima fibra immersi in una soluzione di saccarosio al 20 % a pH 4.5 convertono 505 g di zucchero al minuto.

Altri 1.000 g di fibra vengono trattati per 6 ore con una soluzione di ammoniaca saturata con idrogeno solforato come descritto nell'esempio 1. Dopo il trattamento questa seconda porzione di fibra, immersa in una soluzione di saccarosio uguale a quella della prima porzione convertono 1.890 g di zucchero al minuto.

Esempio 3

In una miscela costituita da 7.000 g di normal-butilacetato e 3.750 g di toluolo si sciolgono 1.000 g di nitrocellulosa.

Si aggiungono quindi 2.000 g di una soluzione acquosa dell'enzima penicillina-amidasi e si agita ottenendo una emulsione.

Si fila l'emulsione come descritto nell'esempio 1 ottenendo circa 3.000 g di fibra.

1.500 g di fibra vengono immersi in 37,5 litri di una soluzione di fosfato di potassio 10-i molare a pH 6.0 contenente 1.500 g di penicillina G potassica a 37° C.

L'enzima contenuto nella fibra catalizza l'idrolisi (iella penicillina con conseguente formazione di acido 6-amminopeni-cillanico ed acido fenilacetico.

Durante la reazione il pH viene mantenuto costante con aggiunta di soda.

In questo modo si ha la conversione del 90 % della penicillina dopo 227 minuti.

2.000 g di una soluzione acquosa dell'enzima penicillina-amidasi vengono inglobati in 1.000 g di nitrocellulosa analogamente a quanto descritto sopra e quindi trattati nella soluzione ammoniacale saturata con idrogeno solforato come descritto nell'esempio 1.

Una identica soluzione di penicillina-amidasi viene dispersa in una soluzione ottenuta sciogliendo 1.000 g di triacetato di cellulosa in 13.300 g di cloruro di metilene.

Questa emulsione viene filata come descritto nell'esempio 1 utilizzando come coagulante il toluolo.

1.000 g della prima fibra, immersi a 37° C in 25 litri di una soluzione di fosfato di potassio IO-1 molare a pH 8.0 contenente penicillina G potassica al 10 %, idrolizzano il 90 % della penicillina in 219 minuti.

La seconda fibra nelle stesse condizioni idrolizza il 90 % della penicillina in 298 minuti.

Altri 1.500 g di fibra vengono trattati con la soluzione di ammoniaca saturata di idrogeno solforato come descritto nell'esempio 1. Quindi nelle stesse condizioni della fibra non trattata causa la conversione del 90 % della penicillina in 56 minuti.

È ovvio che quanto detto per le fibre potrebbe essere esteso a films, microcapsule o prodotti analoghi contenenti enzimi.

Solo il grande interesse della richiedente nel campo specifico delle fibre ha spinto la stessa a non estendere oltre l'esemplificazione, ma sarà semplice per l'esperto dell'arte applicare i principi dell'invenzione ad altri materiali senza tuttavia uscire dall'ambito della stessa.

Analogamente sarà semplice per chiunque conosca il campo passare a trattare materiali polimerici di partenza diversi dalla nitrocellulosa, alla quale ci siamo particolarmente riferiti, allo scopo di meglio' esemplificare l'invenzione stessa.

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Claims (7)

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1. Procedimento per la preparazione di fibre cellulosiche inglobanti enzimi consistente nel disciogliere un derivato sostituto della cellulosa in un solvente insolubile in acqua, aggiungere alla soluzione una soluzione acquosa dell'enzima, sottoporre l'emulsione a condizioni di filatura e coagulo e trattare infine la fibra ottenuta con un agente riducente, allontanando così il sostituente in condizioni operative che non danneggino l'enzima.

2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il derivato sostituito della cellulosa è nitrocellulosa.

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RIVENDICAZIONI

3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'agente riducente è costituito da soluzioni di solfidrato ammonico, come tale e contenente un lieve accesso di ammoniaca o idrogeno solforato.

4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il derivato sostituito della cellulosa viene disciolto in un solvente insolubile in acqua scelto tra normalbutilacetato, dibutilftalato, metilamilchetone ed etilamilcheto-ne.

5. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 e 4, caratterizzato dal fatto che il derivato sostituito della cellulosa viene sciolto in un solvente insolubile in acqua aggiunto di un diluente scelto tra idrocarburi alifatici, idrocarburi aromatici o miscele di idrocarburi.

6. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'enzima è scelto tra urcasi, invertasi, lattasi, acilasi, transaminasi, glucosio-ossidasi, catalasi, papaina, trin-tofansintetasi e penicillina-amidasi.

7. Fibre cellulosiche contenenti enzimi atti ad esemplificare attività catalitica in reazioni enzimatiche e presentanti una elevata permeabilità, prodotti mediante il procedimento secondo la rivendicazione 1.