DD141978A3 - PROCESS FOR PREPARING WATER-SOLUBLE ENZYME BY BINDING TO SILICA GEL - Google Patents

PROCESS FOR PREPARING WATER-SOLUBLE ENZYME BY BINDING TO SILICA GEL Download PDF

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DD141978A3
DD141978A3 DD19398576A DD19398576A DD141978A3 DD 141978 A3 DD141978 A3 DD 141978A3 DD 19398576 A DD19398576 A DD 19398576A DD 19398576 A DD19398576 A DD 19398576A DD 141978 A3 DD141978 A3 DD 141978A3
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Jens Fischer
Alfred Schellenberger
Frank Janowski
Wolfgang Heyer
Friedrich Wolf
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Jens Fischer
Alfred Schellenberger
Frank Janowski
Wolfgang Heyer
Friedrich Wolf
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung wasserunlöslicher Enzyme durch Bindung an Kieselgel für den Einsatz in der chemischen, pharmazeutischen und Lebensmittelindustrie sowie in der Medizin. Ziel der Erfindung ist es, in einfacher ökonomischer Weise unlösliche und stabile Enzym-Träger-Komplexe auf der Basis von Kieselgei mit hoher Aktivität herzustellen, was durch eine geeignete Modifizierung des Kieseigels vor der Bindung mit dem Enzym erreicht wird. Die Modifizierung des Kieselgels erfolgt durch eine Säurebehandlung bei 30 bis 100 °C, vorzugsweise bei 90 °C, mit 1 bis 6 N HCl, vorzugsweise mit 3 N HCl, zwischen 1 und 20 h, vorzugsweise 6 h. Als besonders geeignet erweist sich ein Kieselgel mit einer Oberfläche von 200 bis 400 m7/g. Die v Bindung der Enzyme an den Träger kann auf bekannte Weise vorgenommen werden.The invention relates to a process for the preparation water-insoluble enzymes by binding to silica gel for use in the chemical, pharmaceutical and food industries as well in the medicine. The aim of the invention is to be in a simple economic Way, based on insoluble and stable enzyme-carrier complexes from kieselgei with high activity produce, which by a suitable modification of the Kieseigels before binding with the Enzyme is achieved. The modification of the silica gel is carried out by an acid treatment at 30 to 100 ° C, preferably at 90 ° C, with 1 to 6 N HCl, preferably with 3 N HCl, between 1 and 20 h, preferably 6 h. Proves to be particularly suitable a silica gel with a surface area of 200 to 400 m7 / g. The v Binding of the enzymes to the carrier can be done in a known manner become.

Description

193 985193 985

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die wasserunlöslichen Snzyme eignen sich, für den Einsatz in der chemischen, pharmazeutischen und Lebensmittelindustrie sowie in der Medizin.The water-insoluble Snzyme are suitable for use in the chemical, pharmaceutical and food industries as well as in medicine.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Die Sindung von biologisch wirksamen Substanzen an unlösliche Matrices hat in den letzten Jahren große Bedeutung erlangt« Vorteilhaft ist besonders die Herstellung immobilisierter Enzyme, weil diese Präparate entweder in kontinuierlichen-Verfahren eingesetzt oder aber bei diskontinuierlichen Prozessen mehrfach verwendet werden können. Ihre Anwendung kann daher in bestimmten Bereichen .der Medizin, der chemischen und pharmazeutischen Industrie und in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie technologische Vorteile bewirken und zu Kosteneinsparungen führen. Als Trägermaterielien wurden "bisher natürliche oder modifizierte Polysaccharide, synthetische organische Polymere oder anorganische Verbindungen wie poröses Glas und Metalloxide verwendet (G. P. Royer, I. P. Andrews, H. Uy Enzyme technol. Dig., Vol. I 99-138 ßSTtfi M. Uelboeck5 D. Jaworek Chimia 2%, 109 /T9757), .Characteristic of the Known Technical Solutions The binding of biologically active substances to insoluble matrices has become very important in recent years. It is particularly advantageous to produce immobilized enzymes because these preparations can either be used in continuous processes or can be used repeatedly in discontinuous processes. Their application can therefore bring about technological advantages in certain areas of medicine, the chemical and pharmaceutical industry and in the food and beverage industry and lead to cost savings. As a carrier supply materials natural or modified polysaccharides, synthetic organic polymers or inorganic compounds, such as porous glass and metal oxides IP Andrews H. Dig Uy enzymes, Vol were "previously used (GP Royer, technol... I 99-138 ßSTtfi M. Uelboeck 5 D Jaworek Chimia 2%, 109 / T9757),.

-a- IfS 985-a- IfS 985

Die natürlichen Trägematerialien (Polysaccharide, Proteine) besitzen besonders im Hinblick auf eine technische Anwendung Nachteile, Sie sind mikrobiell leicht angreifbar, und ihre hydrodynamischen Eigenschaften in gepackten Reaktoren sind schlecht. Oft wird eine Anwendung immobilisierter Enzyme auch durch die hohen Kosten bei der Herstellung und Punktionalisierung von Trägermaterialien (z· B. poröses Glas und synthetische organische Polymere) limitiert·The natural carrier materials (polysaccharides, proteins) have disadvantages, especially with regard to a technical application, they are easily susceptible to microbial attack, and their hydrodynamic properties in packed reactors are poor. Often, an application of immobilized enzymes is also limited by the high cost of producing and purifying support materials (eg, porous glass and synthetic organic polymers).

Als Matrix zur Enzymbindung wurde auch mehrfach Kieselgel benutzt· Bei diesem Verfahren wird das Protein an der Oberfläche kolloider pyrogen hergestellter Kieselgel-Partikel adsorbiert und kann.anschließend durch chemische Reagentien stabilisiert werden. Wegen seiner geringen Partikelgröße ist eine Anwendung des kolloiden Kieselgels in'einem Kolonnenreaktor nicht möglich (R. Haynes, K· A. falsch, Biochem· Biophys. Res· Commum· ^36, 235 /T9697)Silica gel was also used several times as a matrix for enzyme binding. In this process, the protein is adsorbed on the surface of colloidal pyrogenically prepared silica gel particles and can subsequently be stabilized by chemical reagents. Because of its small particle size, use of the colloidal silica gel in a column reactor is not possible (R. Haynes, K.A. False, Biochem. Biophys. Res. Commum. 36, 235 / T9697).

Der Einsatz von Fällungskieselgelen wird durch die geringe Aktivität der resultierenden Enzym-Träger-Komplexe begrenzt.The use of precipitated silica gels is limited by the low activity of the resulting enzyme-carrier complexes.

Ziel der Erfindung -Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, in einfacher ökonomischer Weise unlösliche und stabile Enzym-Träger-Komplexe mit hoher Aktivität herzustellen·The aim of the invention is to produce insoluble and stable enzyme-carrier complexes with high activity in a simple economic manner.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kieselgel so zu modifizieren, daß nach Bindung des Enzyms ein Enzym-Träger-Komplex mit hoher Aktivität resultiert. The invention has for its object to modify silica gel so that after binding of the enzyme results in an enzyme-carrier complex with high activity.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß Kieselgel mit einer Oberfläche von 200 bis 400 m /g als Träger verwendet wird, das zuvor einer Säurebehandlung unterworfen wurde. Die Säurebehandlung des Kieselgels erfolgt bei 30 bis 1000G, vorzugsweise bei 900C, mit 1 bis 6 Έ HCl,vorzugsweise mit 3 H HCl, zwischen 1 und 20 Ji, vorzugsweise 6 tu Das Aufbringen der Enzyme auf den Träger erfolgt nach bekannten Methoden·In the present invention, this is achieved by using silica gel having a surface area of from 200 to 400 m / g as a carrier which has been previously subjected to acid treatment. The acid treatment of the silica gel is carried out at 30 to 100 0 G, preferably at 90 0 C, with 1 to 6 Έ HCl, preferably with 3 H HCl, between 1 and 20 Ji, preferably 6 tu The application of the enzymes on the support is carried out according to known · methods

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Ein Träger-Enzym-Komplex wird beispielsweise hergestellt, indem das Enzym in gepufferter Lösung an das säurebehandelte Kieselgel adsorbiert und. nach, einem Waschprozeß mit Glutardialdehyd vernetzt wird·A carrier-enzyme complex is prepared, for example, by adsorbing the enzyme in buffered solution to the acid-treated silica gel and. after a washing process with glutaric dialdehyde is crosslinked ·

Weiter können die erfindungsgemäßen Träger-Enzym-Komplexe durch kovalente Bindung erhalten werden, wie z· B. Azokupplung, der mit Silanen, wie z.B. )r -Amino.-propyltriäthoxysilan, oberflächen-modi£izierten säurebehandelten Kieselgele mit Enzymen«Furthermore, the carrier-enzyme complexes according to the invention can be obtained by covalent bonding, such as, for example, azo coupling with silanes, such as, for example, r -aminopropyltriethoxysilane, surface-modified acid-treated silica gels with enzymes.

Die erfindungsgemäßen Träger-Enzym-Komplexe auf der Basis säurebehandelter Kieselgele zeigen im Vergleich zu den unbehandelten Kieselgelen eine wesentlich hölB?e katalytische Aktivität. Ihre Herstellung ist einfach, und ihre Korngröße ist über einen weiten Bereich variierbar, so daß sie in gepackten Reaktoren vorteilhaft einsetzbar sind· Da für die Herstellung der Träger-Enzym-Komplexe handelsübliche Ausgangsmaterialien verwendet werden, zeichnen sich, die erfindungsgemäßen Komplexe gegenüber anderen Trägermaterialien, wie z. B. poröses Glas und organische Polymere, durch einen geringen Kostenaufwand aus.The carrier-enzyme complexes based on acid-treated silica gels according to the invention show a substantially high catalytic activity in comparison with the untreated silica gels. Their preparation is simple and their particle size can be varied over a wide range, so that they can be used advantageously in packed reactors. Since commercial starting materials are used for the preparation of the carrier-enzyme complexes, the complexes according to the invention are distinguished from other support materials. such as As porous glass and organic polymers, by a low cost.

Ausführungsbeispieleembodiments

nachfolgende wird die Darstellung der Träger-Enzym-Komplexe en 5 Beispielen beschrieben.The following is a description of the preparation of the carrier-enzyme complexes in Examples.

Beispiel 1example 1

100 g Kieselgel mit einer Oberfläche von 200-400 nT/g und mit.100 g of silica gel with a surface of 200-400 nT / g and with.

einem Korndurchmesser von 0,8-1,25 mm werden mit 2 1 JE HCla grain diameter of 0.8-1.25 mm with 2 1 JE HCl

bei 9O0C gerührt. Nach 6 h. wird die Säure heiß abdekandiert und das erhaltene säurebehandelte Kieselgel mit destilliertem Wasser säurefrei gewaschen. Danach wird das Kieselgel an der Luft getrocknet.stirred at 9O 0 C. After 6 h. the acid is hot-decanted and the resulting acid-treated silica gel is washed acid-free with distilled water. Thereafter, the silica gel is dried in air.

Das säurebehandelte Kieselgel wird auf eine Korngröße von 0,2-0,4 irjn zerkleinert und klassiert»The acid-treated silica gel is comminuted to a particle size of 0.2-0.4 inches and classified »

. .....-.; . -η- ι y$ ^85, .....- .; , -η- ι y $ ^ 85

Beispiel 2Example 2

1 g säurebehandeltes Kieselgel (hergestellt nach. Beispiel 1, 0,2-0,4 ram Korngröße) wird mit 100 mg Glucoamylase in 15 ml Acetatpuffer pH 5,0 1 h bei Raumtemperatur gerührt, anschließend wird"der Enzym-Kieselgel-Komplex abgesaugt, mit Wasser gewaschen und 2 h mit ca. 2,5-^-iger Glutaraldehydlösung bei Raumtemperatur gerührt. Danach, wird mit Acetatpuffer pH 5,0/1 M NaCl gewaschen. Das Präparat wird unter Wasser im Kühlschrank aufbewahrt· 1 g acid-treated silica gel (prepared according to Example 1, 0.2-0.4 ram grain size) is stirred with 100 mg glucoamylase in 15 ml acetate buffer pH 5.0 at room temperature for 1 h, then the enzyme-silica gel complex is filtered off with suction washed with water and stirred for 2 hours with about 2.5% glutaraldehyde solution at room temperature, then it is washed with acetate buffer pH 5.0 / 1 M NaCl, the preparation is kept under water in the refrigerator.

eingesetzte Enzym-Aktivität: 2000 E .used enzyme activity: 2000 E.

ausgewaschene Aktivität: . 1200 E spezifische Aktivität: 250 E/gwashed-out activity:. 1200 E specific activity: 250 U / g

relative Aktivität: 31 %relative activity: 31%

Beispiel 3Example 3

Ein Träger-Enzym-Komplex gemäß Beispiel 2 auf der Basis eines handelsüblichen Kieselgels als "Vergleich, weist eine spezifische Aktivität von 65 E/g auf. ·A carrier-enzyme complex according to Example 2 based on a commercially available silica gel as a "comparison" has a specific activity of 65 U / g.

Beispiel 4Example 4

1 g säurebehandeltes Kieselgel·, hergestellt nach. Beispiel 1, wird mit 5-/S-iger ^-Aminopropyltriäthoxysilan-Lösung in ' Toluol silyliert, mit p-ITitrobenzoylchlorid umgesetzt, anschließend mit Na2S2°4 reduziert und danach, diazotiert . (H. H. Weetall Science 166, 6151 g acid-treated silica gel, prepared according to. Example 1, is silylated with 5- / S-iger ^ -Aminopropyltriäthoxysilan solution in 'toluene, reacted with p-ITitrobenzoylchlorid, then with N a 2 S 2 ° 4 reduced and then diazotized. (HH Weetall Science 166, 615

Zu dem Kieselgel-Diazonium-Salz werden 100 mg Glucoamylase in 10 ml Phosphatρuffer pH 7,0 gegeben und 3 h bei 4°C gerührt Es wird wie unter Beispiel 2 gewaschen. Der Komplex weist eine spezifische Aktivität von 200 E/g auf.100 mg of glucoamylase in 10 ml of phosphate buffer pH 7.0 are added to the silica gel diazonium salt and the mixture is stirred at 4 ° C. for 3 h. The mixture is washed as in Example 2. The complex has a specific activity of 200 U / g.

Beispiel 5Example 5

Ein Enzym-Träger-Komplex aus säurebehandeltem Kieselgel und Bakterien-Alpha-Amylase wird nach. Beispiel 1 und 2 hergestellt Spezifische Aktivität: 92 E/g .An enzyme-carrier complex of acid-treated silica gel and bacterial alpha-amylase will decrease. Examples 1 and 2 prepared Specific Activity: 92 U / g.

Claims (2)

-* - 193 985 Erfindungsanspruch: .- * - 193 985 Claim for invention:. 1. Verfahren zur,Herstellung wasserunlöslicher Enzyme durch.1. A method for, producing water-insoluble enzymes by. Bindung an Kieselgel, dadurch gekennzeichnet, daß KieselgelBinding to silica gel, characterized in that silica gel mit einer Oberfläche von 200 bis 400 in /g einer Säurebehandlung unterworfen wird und danach tiie Enzyme auf bekannte Weise an das Kieselgel gebunden werden«subjected to acid treatment with a surface area of from 200 to 400 in / g, and then the enzymes are bound to the silica gel in a known manner. " 2. Verfahren nach Pmürt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die· Säurebehandlung des Kieselgels bei 30 bis 100 C, vorzugsweise bei 9O0C, mit 1 bis 6 IT HCl, vorzugsweise mit 3 N HCl, zwischen 1 und 20 h, vorzugsweise 6 h, erfolgt·2. The method according to Pmürt 1, characterized in that the acid treatment of the silica gel at 30 to 100 C, preferably at 9O 0 C, with 1 to 6 IT HCl, preferably with 3 N HCl, between 1 and 20 h, preferably 6 h , he follows·
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992018623A1 (en) * 1991-04-22 1992-10-29 Kemira Oy Solid support medium for microbe preparations and a method for cultivation of microbes

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WO1992018623A1 (en) * 1991-04-22 1992-10-29 Kemira Oy Solid support medium for microbe preparations and a method for cultivation of microbes

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