DD249921A1

DD249921A1 - METHOD FOR THE PRODUCTION OF IMMONIZED ENZYMES ON SILICATE TRAITER MATERIALS

Info

Publication number: DD249921A1
Application number: DD29132586A
Authority: DD
Inventors: Frank Janowski; Gunter Fischer; Wolfgang Heyer; Rolf Schirner; Udo Brix
Original assignee: Ve Kom Staerke Und Kartoffel V
Priority date: 1986-06-16
Filing date: 1986-06-16
Publication date: 1987-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Enzym-Traeger-Komplexen auf der Basis von silicatischen Materialien. Die Erfindung hat das Ziel, in einem einfachen und praktikablen Verfahren mit geringen finanziellen und apparativen Aufwendungen kostenguenstige Enzym-Traeger-Komplexe herzustellen, die hochwirksam sind und die fuer eine Vielzahl enzymtechnischer Verfahren universell eingesetzt werden koennen. Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Immobilisierung von nativen Enzymen an feste silicatische Traeger zu entwickeln, wobei die resultierenden Enzym-Traeger-Komplexe eine hohe Gesamtaktivitaet haben, eine hohe operationale Stabilitaet aufweisen, eine gegenueber den ueblichen silicatischen Traegern gesteigerte Abriebfestigkeit sowie eine verbesserte hydrolytische Bestaendigkeit besitzen und darueber hinaus durch eine guenstige aeussere Form hydrodynamisch vorteilhafte Eigenschaften zeigen. Die Aufgabe wurde dadurch geloest, dass Enzyme an Formkoerper, wie Granulate beliebiger Gestalt, Platten, Hohlkoerper, Staebe oder Rohre, Hohlfasern sowie Pellets, die aus einer hochgefuellten poroesen thermoplastischen Formmasse hergestellt werden, bestehend aus einem homogenen Gemisch:a) 10...80 Ma.-% eines poroesen silicatischen Fuellstoffes, bevorzugt poroese Glaeser, mit definierter Hohlraumstruktur, wie enge Porengroessenverteilung in einem Bereich von 0,6...1 000 nm, bevorzugt zwischen 20 und 100 nm, Porenvolumen von mindestens 0,15 cm3/g und einer Oberflaeche groesser als 10 m2/g, dessen Oberflaeche gegebenenfalls mit reaktionsfaehigen funktionellen Gruppen in bekannter Weise derivatisiert wird und dessen Poren mit einer extrahierbaren Verbindung, bevorzugt Polyethylenglykol bzw. Polyethylenoxid, gefuellt wurden,b) 20...90 Ma.-% eines thermoplastischen Polymeren,c) 30...50 Ma.-% eines Weichmachers und/oder Loesungsmittelsd) uebliche Zusaetze in ueblichen Konzentrationen,das einer Extraktion in waessrigen oder nicht mit Wasser mischbaren organischen Loesungsmitteln bei Temperaturen unterhalb des Siedepunktes der Extraktionsmittel unterworfen wird, fixiert werden.The invention relates to the preparation of enzyme-carrier complexes based on silicate materials. The aim of the invention is to produce cost-effective enzyme-carrier complexes which are highly effective and which can be used universally for a large number of enzymatic processes in a simple and practicable process with low financial and equipment costs. The object of the invention is to develop a process for the immobilization of native enzymes on solid silicate carriers, wherein the resulting enzyme-carrier complexes have a high overall activity, have a high operational stability, an increased abrasion resistance compared to the conventional silicate carriers and an improved hydrolytic stability and, moreover, show hydrodynamically advantageous properties by means of a favorable external form. The object was achieved by using enzymes on shaped bodies, such as granules of any shape, plates, hollow bodies, bars or tubes, hollow fibers and pellets, which are produced from a highly filled porous thermoplastic molding composition consisting of a homogeneous mixture: 80% by mass of a porous siliceous filler, preferably porous glass, with defined void structure, such as narrow pore size distribution in a range from 0.6 to 1000 nm, preferably between 20 and 100 nm, pore volume of at least 0.15 cm 3 / g and a surface greater than 10 m 2 / g, the surface of which is optionally derivatized with reactive functional groups in a known manner and whose pores were filled with an extractable compound, preferably polyethylene glycol or polyethylene oxide, b) 20 ... 90 Ma. % of a thermoplastic polymer, c) 30 to 50% by weight of a plasticizer and / or solvent d) all additives in usual concentrations, the it is subjected to extraction in aqueous or water-immiscible organic solvents at temperatures below the boiling point of the extractant, are fixed.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Enzym-Träger-Komplexen durch die Fixierung von mikrobiellen, pflanzlichen und tierischen Enzymen an silicatischen Trägermaterialien.The invention relates to the preparation of enzyme-carrier complexes by the fixation of microbial, plant and animal enzymes to silicate carrier materials.

Characteristic of the known technical solutions

Verfahren zur enzymatischen Stoffwandlung finden in der Lebensmittelindustrie, der pharmazeutischen Industrie, der Chemieindustrie, der Getränkeindustrie sowie der Landwirtschaft und in der Medizin bei der Lösung bzw. Bearbeitung industrieller und wissenschaftlicher Aufgabenstellungen zunehmende Beachtung und Anwendung. Der Einsatz von Enzymen erfolgt überwiegend in nativer Form. Damit ist jedoch die Notwendigkeit der Entfernung des Enzymsaus den umgesetzten Substraten bzw. den erhaltenen Produkten verbunden. Aus dieser Verfahrensweise, die in der Regel eines Inaktivierung des Enzymes beinhaltet, resultiert die einmalige Verwendung des nativen Enzyms. Durch Immobilisierung von nativen Enzymen an inerte Trägermaterialien kann man Enzyme mehrfach nutzen und durch die Reduzierung des spezifischen Enzymverbrauches die Verfahrenskosten senken.Enzymatic conversion processes are receiving increasing attention and application in the food, pharmaceutical, chemical, beverage, agricultural, and medical industries in solving and addressing industrial and scientific problems. The use of enzymes is predominantly in native form. However, this involves the necessity of removing the enzyme from the reacted substrates or products. This procedure, which usually involves inactivating the enzyme, results in the single use of the native enzyme. By immobilizing native enzymes on inert carrier materials, enzymes can be used multiple times, reducing process costs by reducing specific enzyme consumption.

Mit dem Einsatz im mobilierter Enzyme eröffnen sich weitere Möglichkeiten zur Verbesserung der technischen Reaktionsführung bei entsprechenden enzymatisch katalysierten Verfahren, z. B. durch eine kontinuierliche Verfahrensgestaltung, differenzierte Temperaturführung usw.The use in mobilized enzymes opens up further possibilities for improving the technical reaction behavior in corresponding enzymatically catalyzed processes, eg. B. by a continuous process design, differentiated temperature control, etc.

Die chemische Zusammensetzung, äußere Form und physikalisch-chemische Eigenschaften des jeweiligen Trägermaterials sowie die Wechselwirkung Träger-Enzym und die daraus resultierende veränderte Enzymkinetik limitieren die Möglichkeiten zur Optimierung der technischen Reaktionsführung und sind bestimmend für die technisch-ökonomische Effizienz von Verfahren mit enzymatischer Stoffwandlung.The chemical composition, external form and physico-chemical properties of the respective carrier material as well as the interaction carrier enzyme and the resulting altered enzyme kinetics limit the possibilities for optimizing the technical reaction and are decisive for the technical-economic efficiency of processes with enzymatic conversion.

Als Trägermaterialien oder Matrizes für Enzyme ist eine große Zahl natürlicher, organischer oder anorganischer Materialien engesetzt worden (Gutcho, S. J.: Immobilized Enzymes Preparation and Engineering Techniques. Noyes Data Corporation, Park Ridge, N. Y. 1975).As support materials or matrices for enzymes, a large number of natural, organic or inorganic materials have been used (Gutcho, S.J .: Immobilized Enzymes Preparation and Engineering Techniques, Noyes Data Corporation, Park Ridge, N.Y., 1975).

Die natürlichen Trägermaterialien (Polysaccharide, Proteine) und auch organische Träger auf der Basis synthetischer Polymere besitzen besonders im Hinblick auf einen technischen Einsatz bedeutende Nachteile. Sie sind mikrobiell leicht angreifbar, schlecht oder gar nicht regenerierbar und ihre hydrodynamischen Eigenschaften in gepackten Reaktoren sind schlecht. Aus diesen Gründen wird bei neueren Entwicklungen oft anorganischen Trägern der Vorzug gegeben.The natural support materials (polysaccharides, proteins) and also organic supports based on synthetic polymers have significant disadvantages, especially with regard to a technical use. They are microbially easily attackable, poor or not regenerable and their hydrodynamic properties in packed reactors are poor. For these reasons, newer developments often give preference to inorganic supports.

Aus der großen Zahl der möglichen anorganischen Träger für Enzyme heben sich deutlich die silicatischen Materialien heraus, die in Form von Kieselgelen, Gläsern, porösen Gläsern und SiO₂-Keramiken in bezug auf ihre Trägerfunktion optimiert wurden (Eaton, D. L.: The Physica-Chemical Properties of Siliceous Enzyme Supports and Their Effects on Composite Performace.Of the large number of possible inorganic carriers for enzymes, the silicatic materials which have been optimized in terms of their carrier function in the form of silica gels, glasses, porous glasses and SiO ₂ ceramics stand out clearly (Eaton, DL: The Physica-Chemical Properties of Siliceous Enzyme Supports and Their Effects on Composite Performace.

Midland Macromolecular Symp. on Silylated Surfaces, Midland, Mich., 1978, S.201).Midland Macromolecular Symp. On Silylated Surfaces, Midland, Mich., 1978, p.201).

Während Fällungskieselsäuren und natürlichen Kieselguren der Nachteil einer zu geringen Bindungskapazität für Proteine anhaftet, sind Silica-Xerogele bekanntermaßen nicht abriebfest. Solche Träger für immobilisierte Enzyme können daher nicht zur Durchführung verfahrenstechnischer Aufgaben in Rührreaktoren verwendet werden. Darüber hinaus ist Kieselgel relativ spröde und wenig druckfest, insbesondere dann, wenn die notwendige makroporöse Textur bei der Synthese eingestellt wird, so daß auch die Verwendung in Festbettreaktoren nicht möglich ist. Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zur Bindung von Enzymen, wie z. B. Glucoamylase an poröse Keramiken. Diese Keramiken, die überwiegend aus S1O2 bestehen, werden durch thermische Sinterung von silicatischen Ausgangsmaterialien hergestellt. Die Herstellung einer Sinterkeramik mit definierter makroporöser Struktur erfordert einen relativ hohen Aufwand, so daß die Trägerkosten die Ökonomie der Herstellung und Anwendung von Enzym-Träger-Komplexen eingeschränkt wird.While precipitated silicas and natural diatomaceous earths adhere to the disadvantage of too low a binding capacity for proteins, silica xerogels are not known to be resistant to abrasion. Such carriers for immobilized enzymes can therefore not be used to carry out process engineering tasks in stirred reactors. In addition, silica gel is relatively brittle and less pressure resistant, especially when the necessary macroporous texture is set in the synthesis, so that the use in fixed bed reactors is not possible. Also known is a method for binding enzymes such. B. glucoamylase on porous ceramics. These ceramics, which mainly consist of S1O2, are produced by thermal sintering of silicate starting materials. The production of a sintered ceramic with a defined macroporous structure requires a relatively high cost, so that the carrier costs the economy of the production and application of enzyme-carrier complexes is limited.

Weiter ist bekannt, daß poröse Gläser und insbesondere makroporäse Gläser zur Bindung von Enzymen in vorteilhafter Weise geeignet sind. Nachteilig wirkt sich bei dem technischen Einsatz entsprechender Enzym-poröses Glas-Komplex die begrenzte hydrolytische Stabilität von SiGvMaterialien in wäßrigen Medien aus. Die Hydrolyse der Träger, d. h., die Ablösung von SiO₂, bedeutet gleichzeitig eine Ablösung der fixierten Enzyme — also Aktivitätsverlust —; der hydrolytische Angriff erfolgt, wie allgemein bekannt ist, besonders bei pH-Werten oberhalb 7 (Weetall, H.H. et. al. in: Weetall, H.H., Suzuki, I. [Herausgeber] Immobilized Enzymes Technology. Plenum Press, New York 1975). Außerdem sind poröse Gläser wegen der verschiedenen Teilprozesse umfassenden aufwendigen Herstellung verhältnismäßig teuer, so daß dadurch der technische Einsatz auf Grenzen stößt.It is also known that porous glasses and in particular macroporous glasses are advantageously suitable for binding enzymes. The disadvantage of the technical use of corresponding enzyme-porous glass complex is the limited hydrolytic stability of SiGv materials in aqueous media. The hydrolysis of the carrier, ie, the detachment of SiO ₂ , means at the same time a detachment of the fixed enzymes - ie loss of activity -; the hydrolytic attack is generally known, especially at pH values above 7 (Weetall, HH et al.: Weetall, HH, Suzuki, I. [Editor] Immobilized Enzymes Technology, Plenum Press, New York 1975). In addition, porous glasses are relatively expensive because of the various sub-processes extensive production, so that thereby the technical application encounters limits.

Insgesamt gesehen bestehen die Nachteile silicatischer, d.h. SiCyhaltiger Träger vor allem in der geringen mechanischen Stabilität, der eingeschränkten hydrolytischen Stabilität sowie der zumeist sehr geringen Partikelgröße.Overall, the disadvantages are silicatic, i. SiCyhaltiger carrier especially in the low mechanical stability, the limited hydrolytic stability and the usually very small particle size.

Nach dem US-PS 4.102.746 und 4.169.014 werden Enzyme an feinverteilte mikroporöse Fällungskieselsäuren, die in einer Polymermatrix verteilt sind, gebunden und in Form von dünnen Scheiben eingesetzt.According to US Pat. Nos. 4,102,746 and 4,169,014, enzymes are bound to finely divided microporous precipitated silicas distributed in a polymer matrix and used in the form of thin slices.

Die Porenverteilung der porösen Polymermatrix ist unspezifisch und liegt in einem Porengrößenbereich von 0,01... 100 (im.The pore distribution of the porous polymer matrix is nonspecific and is in a pore size range of 0.01 to 100 (im.

Die Porosität bzw. das Porensystem der Polymermembranen oder der thermoplastischen porösen Formmassen wird durch die Zwischenräume der Füllstoffteilchen, durch die Grenzschicht zwischen den Füllstoffteilchen und der Polymermatrix sowie durch die nach der Entfernung von Weichmachern oder Lösungsmitteln entstehenden Hohlräumen in dem entsprechenden Polymeren (US-PS 3.351.495,4.169.014) gebildet.The porosity or pore system of the polymer membranes or the thermoplastic porous molding compounds is determined by the interstices of the filler particles, by the boundary layer between the filler particles and the polymer matrix, and by the voids or solvents resulting from the removal of plasticizers or solvents in the corresponding polymer (USP 3,351 .495.4.169.014).

Für die unterschiedlichen Einsatzgebiete der porösen thermoplastischen Formmassen, wie z. B. als Batterieseparatoren, semipermeable Membranen und vor allem als Träger für Enzyme, ist es ein Nachteil der porösen Materialien, wenn eine unspezifische Porenverteilung, d.h. über einen großen Porengrößenbereich vorliegt. .For the different applications of porous thermoplastic molding compositions, such. As a battery separator, semipermeable membranes, and especially as a carrier for enzymes, it is a disadvantage of the porous materials, when a nonspecific pore distribution, i. is present over a large pore size range. ,

Es ist besonders wichtig, in porösen thermoplastischen Polymeren, die SiO₂-Füllstoffe enthalten, an denen biologisch aktive Materialien wie Enzyme fixiert werden sollen, definierte Hohlraumsysteme mit Makroporen und hohen spezifischen Oberflächen einzusetzten.It is particularly important in porous thermoplastic polymers containing SiO ₂ fillers to which biologically active materials such as enzymes are to be fixed to use defined cavity systems with macropores and high specific surface areas.

Die bisher eingesetzten Fällungskieselsäuren oder SiO2-Hydrogele erfüllen diese Anforderungen nach hohen Oberflächen, großen Porenvolumen und definierten Porengrößen nicht.The precipitated silicas or SiO 2 hydrogels used hitherto do not fulfill these requirements for high surfaces, large pore volumes and defined pore sizes.

Object of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, in einem einfachen und praktikablen Verfahren mit geringen finanziellen und apparativen Aufwendungen kostengünstige Enzym-Träger-Komplexe herzustellen, die hochwirksam sind und die für eine Vielzahl enzymtechnischer Verfahren universell eingesetzt werden können und bei ihrer Anwendung in vielfältiger Weise zur Minimierung der Gesamtkosten einschließlich der hergestellten Zwischen- und Endprodukte beitragen.The invention has the goal to produce in a simple and practical method with low financial and equipment costs cost enzyme-carrier complexes that are highly effective and can be used universally for a variety of enzyme technology and their use in many ways to minimize the Total costs including the manufactured intermediate and end products contribute.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Immobilisierung von nativen Enzymen an feste silicatische Trägermaterialien zu entwickeln, wobei die resultierenden Enzym-Träger-Komplexe eine hohe Gesamtaktivität haben, eine hohe operationale Stabilität aufweisen, eine gegenüber den üblichen silicatischen Trägern gesteigerte Abriebfestigkeit sowie eine verbesserte hydrolytische Beständigkeit besitzen und darüber hinaus durch eine günstige äußere Form hydrodynamisch vorteilhafte Eigenschaften zeigen.The invention has for its object to develop a process for the immobilization of native enzymes to solid silicate support materials, wherein the resulting enzyme-carrier complexes have a high overall activity, have high operational stability, compared to the usual silicate supports increased abrasion resistance and a have improved hydrolytic resistance and also show by a favorable external shape hydrodynamically advantageous properties.

Die Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß Enzyme an Formkörpern, wie Granulate beliebiger Gestalt, Platten, Hohlkörper, Stäbe oder Rohre, Hohlfasern sowie Pellets, die aus einer hochgefüllten porösen thermoplastischen Formmasse hergestellt werden, bestehend aus einem homogenen Gemisch:The object was achieved in that enzymes on moldings, such as granules of any shape, plates, hollow bodies, rods or tubes, hollow fibers and pellets, which are made of a highly filled porous thermoplastic molding composition consisting of a homogeneous mixture:

a) 1O...80Ma.-% eines porösen silicatischen Füllstoffes, bevorzugt poröse Gläser mit definierter Hohlraumstruktur, wie enge Porengrößenverteilung in einem Bereich von 0,6... 1 OOOnm, bevorzugt zwischen 20 und 100nm, Porenvolumen von mindestens 0,15cm³/g und einer Oberfläche größer als 10m²/g, dessen Oberfläche gegebenenfalls mit reaktionsfähigen, funtionellen Gruppen in bekannter Weise derivatisiert wird und deren Poren mit einer extrahierbaren Verbindung, bevorzugt Polyethylenglykol bzw. Polyethylenoxid, gefüllt wurden,a) 1O ... 80Ma .-% of a porous siliceous filler, preferably porous glasses with a defined cavity structure, such as narrow pore size distribution in a range of 0.6 ... 1000nm, preferably between 20 and 100nm, pore volume of at least 0.15cm ³ / g and a surface area greater than 10m ² / g, the surface of which is optionally derivatized with reactive, funtionellen groups in a known manner and the pores were filled with an extractable compound, preferably polyethylene glycol or polyethylene oxide,

b) 2O...9OMa.-% eines thermoplastischen Polymeres,b) 2O ... 9OMa .-% of a thermoplastic polymer,

c) 30...50Ma.-% eines Weichmachers und/oder Lösungsmittelsc) 30 ... 50Ma .-% of a plasticizer and / or solvent

d) übliche Zusätze in üblichen Konzentrationen,d) customary additives in conventional concentrations,

das einer Extraktion in wäßrigen oder nicht mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmitteln bei Temperaturen unterhalb des Siedepunktes der Extraktionsmittel unterworfen wird, fixiert werden.which is subjected to extraction in aqueous or water-immiscible organic solvents at temperatures below the boiling point of the extractant, are fixed.

Unter Formmassen werden ungeformte oder geformte Massen verstanden, die nach bekannten Verfahren unter spanlosem Formen innerhalb bestimmter Temperaturbereiche zu geformten Formteilen verarbeitet werden können.Molding compounds are understood to mean unshaped or shaped masses which can be processed into shaped moldings by means of known processes under non-cutting shaping within specific temperature ranges.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung stellen hochgefüllte poröse Formmassen homogene Gemische aus thermoplastischen Kunststoffen, silicatischen Füllstoffen, bevorzugt makroporöse Gläser, deren Oberflächen gegebenenfalls mit geeigneten Liganden derivatisiert werden, Weichmachern und/oder Lösungsmitteln und gegebenenfalls üblichen Zusätzen dar, aus denen nach derthermoplastischen Verformung Weichmacher und/oder Lösungsmittel extrahiert werden.In the context of the solution according to the invention, highly filled porous molding compositions are homogeneous mixtures of thermoplastics, siliceous fillers, preferably macroporous glasses whose surfaces are optionally derivatized with suitable ligands, plasticizers and / or solvents and optionally conventional additives, from which after the thermoplastic deformation plasticizer and / or or solvents are extracted.

Die Mischungskomponente a) besteht aus einem porösen Si0₂-Füllstoff mit definierter Hohlraumstruktur, bevorzugt kugelförmige poröse Gläser mit einem Teiichengrößenbereich zwischen 0,1 ...500 μιτι.The mixture component a) consists of a porous Si0 ₂ filler with a defined cavity structure, preferably spherical porous glasses with a Teiichengrößenbereich between 0.1 ... 500 μιτι.

Poröse Gläser sind in besonderer Weise zur Adsorption, Anreicherung, Trennung und Immobilisierung von biologisch aktiven Verbindungen bzw. Bio-Polymeren (Haller, W. in: Solid Phase Biochemistry — Analytical and Chemical Aspects, W. H. Scouten [Ed.], Wiley, J., New York 1983, S. 535) geeignet.Porous glasses are particularly useful for the adsorption, enrichment, separation and immobilization of biologically active compounds or bio-polymers (Haller, W. in: Solid Phase Biochemistry - Analytical and Chemical Aspects, WH Scouten [Ed.], Wiley, J. , New York 1983, p. 535).

Poröse Gläser bzw. insbesondere makroporöse Gläser, die durch Silanisierung mit bifunktionellen Organosilanen, wiez. B. y-Aminopropyltriethoxysilan oder -y-Glycidoxypropyltriemethoxysilan^unktionalisiert wurden, bilden den Ausgangspunkt für zahlreiche bichemische Oberflächenreaktionen, die für die Festphasen-Biochemie charakteristisch sind, wie z. B. die Immobilisierung von Enzymen, die Synthese von Peptiden, Polynucleotiden oder Polysacchariden sowie anderen Bio-Polymeren, die der Fixierung oder Abbau- bzw. Aufbaureaktionen unterworfen werden.Porous glasses or in particular macroporous glasses by silanization with bifunctional organosilanes, such as. B. y-aminopropyltriethoxysilane or -y-Glycidoxypropyltriemethoxysilan ^ unktionalisiert, form the starting point for numerous Bichemische surface reactions that are characteristic of solid-phase biochemistry, such as. As the immobilization of enzymes, the synthesis of peptides, polynucleotides or polysaccharides and other bio-polymers that are subjected to fixation or degradation or construction reactions.

Bedingt durch diese spezifischen Eigenschaften, die sie von allen anderen porösen SiO₂-Materialien unterscheiden und durch die Möglichkeit des Einsatzes sphärischer Teilchen, sind poröse Gläser besonders zur Herstellung hochgefüllter poröser thermoplastischer Formmassen geeignet.Due to these specific properties, which distinguish them from all other porous SiO ₂ materials and the possibility of using spherical particles, porous glasses are particularly suitable for producing highly filled porous thermoplastic molding compositions.

Poröse Gläser, die erfindungsgemäß eingesetzt werden, sind Extraktionsprodukte der Alkaliborosilicatgläser, die zur Phasentrennung in einer natriumboratreiche und eine SiO₂-reiche Phase fähig sind, und die mit geeigneten Extraktionsmitteln, wie z. B. Wasser, Säuren, Salzlösungen oder Alkohlen extrahiert werden können, so daß ein poröses SiGyGerüst mit definierter Hohlraumstruktur übrig bleibt.Porous glasses, which are used in the invention, are extraction products of Alkaliborosilicatgläser which are capable of phase separation in a sodium borate-rich and a SiO ₂ -rich phase, and with suitable extraction agents, such as. As water, acids, salt solutions or alcohols can be extracted, so that a porous SiGyGerüst remains with a defined cavity structure.

Die Zusammensetzungsbereiche für Alkaliborosilicatgläser, die zu einer derartigen Phasentrennung geeignet sind, werden durch die in US 2.221.709, 2.106.744 sowie 3.923.688 angegebenen Zusammensetzungen der Ausgangsgläser charakterisiert und umfassen Ausgangsglaszusammensetzungen mit 5O...7OMa.-% SiO₂,15...40Ma.-% B₂0₃und 3... 10Ma.-% Alkalioxid. Die Hohlraumstruktur poröser Gläser, gekennzeichnet durch die Parameter Porengröße und^orengrößenverteilung sowie Oberfläche und Porenvolumen, ist von den Herstellungsparametern poröser Gläser abhängig und in weiten Grenzen variabel. Eine Übersicht der für die erfindungsgemäßen hochgefüllten porösen thermoplastsichen Formmassen einsetzbaren porösen Gläser ist in Janowski, F., Heyer, W.: Poröse Gläser-Herstellung, Charakterisierung und Anwendung, Leipzig, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1982, gegeben.The compositional ranges for alkali borosilicate glasses suitable for such phase separation are characterized by the compositions of the starting glasses given in US 2,221,709, 2,106,744 and 3,923,688 and include starting glass compositions having 5O ... 7OMa% SiO ₂ , 15 ... 40Ma .-% B ₂ 0 ₃ and 3 ... 10Ma .-% alkali oxide. The void structure of porous glasses, characterized by the parameters pore size and particle size distribution as well as surface area and pore volume, depends on the production parameters of porous glasses and can be varied within wide limits. An overview of the porous glasses which can be used for the highly filled porous thermoplastic molding compositions according to the invention is given in Janowski, F., Heyer, W .: Porous glasses production, characterization and application, Leipzig, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1982.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der Verwendung poröser Gläser in Kugelform als Mischungskomponente a).A particularly preferred embodiment of the solution according to the invention consists in the use of porous glasses in spherical form as a mixture component a).

Die Herstellung sphärischer abriebfester poröser Gläser ist in den DD-WP B01 J/264438, 264439 sowie C03B/259554 beschrieben.The production of spherical abrasion-resistant porous glasses is described in DD-WP B01 J / 264438, 264439 and C03B / 259554.

Kugelförmige poröse Gläser weisen gegenüber solchen in Granulatform insbesondere hydrodynamische und wie allgemein "bekannt ist, rheologische Vorteile bei der Herstellung hochgefüllter thermoplastischer Formmassen auf. Es ist daherfür die erfindungsgemäße Lösung kennzeichnend, daß sphärische poröse Gläser mit den allgemein bekannten engen Porengrößenverteilungen im Bereich zwischen 0,6... 1 OOOnm je nach der gewünschten Porengröße als Mischungskomponente a) eingesetzt werden.Spherical porous glasses have rheological advantages in the production of highly filled thermoplastic molding compositions compared to those in granular form, in particular hydrodynamic and generally known. It is therefore characteristic of the solution according to the invention that spherical porous glasses with the well-known narrow pore size distributions range between 0, 6 ... 1 000nm depending on the desired pore size as a mixture component a) are used.

Es ist weiter für die erfindungsgemäße Lösung kennzeichnend, daß die eingesetzten porösen Gläser.in funktionalisierter Form, wie z.B. mit Amino-, Epoxy- oder Mercaptogruppen, als Mischungskomponente a) eingesetzt werden.It is further characteristic of the solution according to the invention that the porous glasses used are in functionalized form, e.g. with amino, epoxy or mercapto groups, as a mixture component a) are used.

Die erfindungsgemäß resultierenden Formkörper auf der Basis hochgefüllter thermoplastischer poröser Formmassen sind dann direkt für die Fixierung biospezifischer Liganden bzw. für festphasenbiochemische Reaktionen einzusetzen. Grundsätzlich.können im Sinne der erfindungsgemäßen Lösung auch andere makroporöse silicatische Materialien, wie Kieselgele, Sinterkermiken oder Gläser, die die Texturanforderungen in den angegebenen Grenzen erfüllen und deren Oberfläche einer Aktivierung durch Derivatisierung zugänglich ist als Füllstoffe für die hochgefüilten porösen thermoplastischen Formmassen verwendet werden.The inventively resulting moldings based on highly filled thermoplastic porous molding compositions are then used directly for the fixation of biospecific ligands or for solid-phase biochemical reactions. In principle, other macroporous siliceous materials, such as silica gels, sintered crystals or glasses, which fulfill the texture requirements within the specified limits and whose surface is accessible to activation by derivatization, can also be used as fillers for the highly porous thermoplastic molding compositions.

Eine besondere ökonomische Form der erfindungsgemäßen Lösung ist daher der Einsatz makroporöser Si0₂-Xerogele als Füllstoffkomponente. Dabei ist die Anwendung von Kieselgelen mit Porengrößen oberhalb 20nm und Porenvolumen oberhalb 0,6cm³/g besonders geeignet.A particular economical form of the solution according to the invention is therefore the use of macroporous Si0 ₂ -erogels as filler component. The use of silica gels with pore sizes above 20 nm and pore volume above 0.6 cm ³ / g is particularly suitable.

Die Mischungskomponente b) besteht aus thermoplastischen Kunststoffen, bevorzugt aus Polyolefinen oder Polyvinylchlorid bzw. den entsprechenden Copolymeren oder auch Polymermischungen.The mixture component b) consists of thermoplastics, preferably of polyolefins or polyvinyl chloride or the corresponding copolymers or polymer blends.

Die Mischungskomponente c) besteht aus einem Weichmacher und/oder Lösungsmittel; wobei diese Komponenten entweder in wäßrigen oder in organischen Lösungsmitteln löslich sein müssen, damit die Extrahierbarkeit aus der Formmasse gewährleistet ist.The mixture component c) consists of a plasticizer and / or solvent; wherein these components must be soluble in either aqueous or organic solvents, so that the extractability is ensured from the molding composition.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, Polyethylenglykolebzw. Polyethylenoxide als Weichmacher einzusetzen. Dabei kann ein Teil des Weichmachers zur Füllung des Porenvolumens des Füllstoffes bzw. der porösen Gläser verwendet werden, um das Eindringen der thermoplastischen Polymeren während der Verformumg zu verhindern bzw. funktioneile Oberflächengruppen zu schonen. Dazu werden zweckmäßigerweise niedermolekulare Polyethylenglykole (Molmassen zwischen 300... 800), die flüssig sind, eingesetzt. Der andere Teil des Weichmachers besteht aus festem Polyethylenoxid mit Molmassen oberhalb 1 000, bevorzugt 4000.A preferred embodiment of the solution according to the invention consists in Polyethylenglykolebzw. Use polyethylene oxides as plasticizers. In this case, a part of the plasticizer can be used to fill the pore volume of the filler or of the porous glasses in order to prevent the penetration of the thermoplastic polymers during the deformation or to save functional surface groups. For this purpose, advantageously low molecular weight polyethylene glycols (molecular weights between 300 ... 800), which are liquid, used. The other part of the plasticizer consists of solid polyethylene oxide with molecular weights above 1 000, preferably 4000.

Neben dem bevorzugten Polyethylenglykol als Weichmacher bzw. wäßrig extrahierbarer Komponente, können als wasserlösliche Weichmacher auch Ethylenglykol, Polypropylenglykol, Glycerin und seine Ester, Alkylphosphate sowie Polyvinylalkohol oder Polyacrylsäure eingesetzt werden.In addition to the preferred polyethylene glycol as plasticizer or aqueous extractable component, water-soluble plasticizers also ethylene glycol, polypropylene glycol, glycerol and its esters, alkyl phosphates and polyvinyl alcohol or polyacrylic acid can be used.

Für eine Extraktion mit organischen Lösungsmitteln, die nicht mit Wasser mischbar sind, eignet sich der Einsatz von Weichmachern auf der Basis der Ester organischer Säuren, wie z. B. Phthalate, Sebacate, Adipate oder Stearate sowie Wachse, Paraffine, Kohlenwasserstoffe, Öle oder niedermolekulare Polymere.For extraction with organic solvents that are not miscible with water, the use of plasticizers based on the esters of organic acids, such as. As phthalates, sebacates, adipates or stearates and waxes, paraffins, hydrocarbons, oils or low molecular weight polymers.

Die Mischungskomponente d) enthält bzw. kann gegebenenfalls enthalten übliche Zusätze für thermoplastische Formmassen, wie Verarbeitungshilfsmittel, Polymerstabilisatoren, Farbstoffe, Flammschutzmittel, bakteriostatische oder bakteriozide Mittel und gegebenenfalls Treibmittel, in üblichen Konzentrationen.The mixture component d) optionally contains conventional additives for thermoplastic molding compositions, such as processing aids, polymer stabilizers, dyes, flame retardants, bacteriostatic or bactericidal agents and optionally blowing agents, in conventional concentrations.

Die Herstellung einer homogenen Mischung der einzelnen Komponenten erfolgt in bekannter Weise nach bekannten Techniken. Desgleichen erfolgt die thermoplastische Verformung bzw. Verarbeitung der Mischungen der Komponenten nach bekannten Prozessen durch Extrusion, Calandrieren, Spritzgießen oder Pressen.The preparation of a homogeneous mixture of the individual components is carried out in a known manner by known techniques. Likewise, the thermoplastic deformation or processing of the mixtures of the components by known processes by extrusion, calendering, injection molding or pressing.

Anschließend werden die erhaltenen hochgefüllten Formmassen einer Extraktion mit Wasser im Falle der Verwendung wasserlöslicher Weichmacher oder in organischen Lösungsmitteln im Falle der Verwendung nicht in Wassser löslicher Weichmacher, wobei chlorsubstituierte Kohlenwasserstoffe bevorzugt werden, unterworfen.Subsequently, the obtained highly filled molding compositions are subjected to extraction with water in the case of using water-soluble plasticizers or in organic solvents in the case of use of non-water-soluble plasticizers, with chlorine-substituted hydrocarbons being preferred.

-4- 24a SZl-4- 24a SZl

Die Extraktion mit Wasser erfolgt zweckmäßigerweise bei 293... 343 K zwischen 1 ...20 Stunden, während die Extraktion mit organischen Lösungsmitteln unterhalb des Siedepunktes derselben, bevorzugt unterhalb 323K, zwischen 0,5 und 10 Stunden erfolgt.The extraction with water is advantageously carried out at 293 ... 343 K between 1 and 20 hours, while the extraction with organic solvents below the boiling point thereof, preferably below 323K, takes place between 0.5 and 10 hours.

Die erfindungsgemäß hergestellten hochgefüllten porösen Formkörper können, wenn nicht bereits derivatisierte Füllstoffe eingesetzt wurden, mit den bekannten Agenzien, wie Organosilanen, aktiviert werden, so daß eine direkte oder indirekte Kopplung mit Enzymen nach bekannten Verfahren erfolgen kann.The highly filled porous shaped articles produced according to the invention can, if not already derivatized fillers have been used, be activated with the known agents, such as organosilanes, so that a direct or indirect coupling with enzymes can be carried out by known processes.

Eine besonders bevorzugte Variante für die Enzymkopplung ist die kovalente Bindung mit Glutardialdehyd über die mit-y-Aminopropyltriethoxysilanen derivatisierten porösen Formkörper.A particularly preferred variant for the enzyme coupling is the covalent bond with glutaric dialdehyde via the porous molded articles derivatized with -γ-aminopropyltriethoxysilanes.

Es ist für die erfindungsgemäße Lösung kennzeichnend, daß die Formkörper aus der hochgefüllten porösen thermoplastischen.It is characteristic of the inventive solution that the moldings of the highly filled porous thermoplastic.

Formmasse wie reine disperse SiO₂-Materialien bei der Derivatisierung der Oberfläche oder der kovalenten Enzymbindung behandelt werden können.Molding materials such as pure disperse SiO ₂ materials can be treated in the derivatization of the surface or the covalent enzyme bond.

An die erfindungsgemäß vorbereiteten Formkörper auf der Basis einer hochgefüllten porösen thermoplastischen Formmasse kann man ein breites Enzymspektrum aus der Gruppe der Hydrolasen, Lipasen, Racemasen u.a. fixieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders für die Kopplung industriell wichtiger Enzyme, wie Glucosidasen, Proteasen und Isomerasen geeignet.A broad range of enzymes from the group of hydrolases, lipases, racemases and the like can be prepared on the moldings prepared on the basis of a highly filled, porous thermoplastic molding composition according to the invention. fix. The process according to the invention is particularly suitable for the coupling of industrially important enzymes, such as glucosidases, proteases and isomerases.

Auf der Grundlage der erfindungsgemäßen Lösung können mit den hochgefüllten porösen thermoplastischen Form körpern, die im wesentlichen aus silicatischen Trägern bzw. Füllstoffen, wie porösen Gläsern oder makroporösen SiGvXerogelen mit definierten Hohlraumsystemen bestehen, immobilisierte Enzyme hergestellt werden, deren Eisatzform verfahrenstechnischen Parametern optimal angepaßt werden kann.On the basis of the inventive solution can immobilized enzymes are produced with the highly filled porous thermoplastic mold bodies, which consist essentially of siliceous carriers or fillers, such as porous glasses or macroporous SiGvXerogelen with defined void systems whose Eisatzform procedural parameters can be optimally adapted.

Mit der Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine neue Technik zur Herstellu ng und Applikation immobilisierter Enzyme geschaffen. Durch die erfindungsgemäßen Formkörper werden die Vorzüge silicatischer Träger für Enzyme wirksam, während gleichzeitig durch die thermoplastische polymere Matrix die Nachteile von SiGvMaterialien, wie limitierte hydrolytische Stabilität und geringe Abriebfestigkeit, aufgehoben bzw. signifikant eingeschränkt werden.With the development of the method according to the invention, a new technique for the production and application of immobilized enzymes is created. The moldings according to the invention make the advantages of silicate carriers for enzymes effective, while at the same time the disadvantages of SiGv materials, such as limited hydrolytic stability and low abrasion resistance, are eliminated or significantly limited by the thermoplastic polymer matrix.

Diese Eigenschaften verleihen dem neuen Verbundträger universelle Eigenschaften. Da der neue Träger in beliebiger Gestalt und Ausführungsform herstellbar und da er nicht hydrodynamisch limitiert ist, kann er in verschiedensterweise eingesetzt werden.These properties give the new composite support universal properties. Since the new carrier can be produced in any desired shape and embodiment, and since it is not hydrodynamically limited, it can be used in various ways.

Die Herstellung der Formkörper als Enzymträger ist realtiv einfach und kann nach bekannten technischen Verfahren erfolgen. Die Rohstoffe bzw. Ausgangsmaterialien sind preiswert verfügbar.The preparation of the shaped body as an enzyme carrier is realtiv simple and can be done by known technical methods. The raw materials or starting materials are available at low cost.

Von besonderer ökonomischer Bedeutung ist, daß der erschöpfte Enzym-Verbundträger, hergestellt nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, regeneriert werden kann, d.h., er ist in mehreren Regenerations- und Einsatzzyklen zu nutzen. Damit lassen sich die Trägerkosten bei Verfahren, die den Einsatz immobilisierter Enzyme beinhalten, drastisch senken.Of particular economic importance is that the depleted enzyme composite carrier prepared according to one embodiment of the invention can be regenerated, i.e., utilized in several regeneration and use cycles. Thus, the carrier costs can be drastically reduced in processes involving the use of immobilized enzymes.

embodiments example 1

33g eines lufttrockenen, sphärischen porösen Glases mit einem Teilchendurchmesser von 0,1 ...0,3 mm, hergestellt gemäß WP B01J/269438 mit einem Porendurchmesser von 50nm, einem Porenvolumen von 0,5cm³/g und einer Oberfläche von 80m²/g, werden mit 200 ml einer 10%igen wäßrigen Lösung von -Aminopropyltriethoxysilan, deren pH-Wert auf 3,5 eingestellt wurde, 6 Stunden unter Rühren auf 323 K erhitzt, danach abfiltriert und mehrmals mit Wasser und anschließend mit 50 ml Aceton gewaschen. Nachfolgend wird das erhaltene derivatisierte poröse Glas 2,5 Stunden bei 393K im Trockenschrank getrocknet. Danach werden zu dem Aminopropylglas 11g Polyethylenglykol 800 gegeben. Nach dem Aufsaugen des flüssigen Glykols wird in einem Mischer das mit Polyethylenglykol belandene poröse Glas mit 12g Polyethylenpulver (PE-HD : MFI₄₆3_Ki6kp = 19g/ 10min) sowie 10g weiterem Polyethylenoxid 4000 zu einer homogenen Mischung verarbeitet.33 g of an air-dry, spherical porous glass having a particle diameter of 0.1 to 0.3 mm, prepared according to WP B01J / 269438 with a pore diameter of 50 nm, a pore volume of 0.5 cm ³ / g and a surface area of 80 m ² / g, with 200 ml of a 10% aqueous solution of -Aminopropyltriethoxysilan, the pH was adjusted to 3.5, heated for 6 hours with stirring to 323 K, then filtered off and washed several times with water and then with 50 ml of acetone. Subsequently, the obtained derivatized porous glass is dried for 2.5 hours at 393K in a drying oven. Thereafter, 11g of polyethylene glycol 800 are added to the aminopropyl glass. After sucking up the liquid glycol, the polyethylene glass-loaded porous glass is processed in a mixer with 12 g polyethylene powder (PE-HD: MFI ₄₆ 3 _Ki6kp = 19 g / 10 min) and 10 g more polyethylene oxide 4000 to a homogeneous mixture.

Die hergestellte Mischung wird dann in einem BRABENDER-Plastographen bei 433 K mit 30 U/min für 10 Minuten compoundiert. Das compoundierte Material wird anschließend bei 433K in Wasser extrahiert. Die anschließendeTrocknung erfolgt bei 373K. Als Resultat werden poröse Platten erhalten, die zu 73% aus porösem Glas bestehen. Die mit Hilfe eines Quecksilberporosimeters ermittelte Poren verteil u ng der porösen Platten weist bei 50 η mein scha rf es Maximum aus, während im Bereich von 0,1... 100/xm eine breite unspezifische Porenverteilung auftritt.The prepared mixture is then compounded in a BRABENDER Plastograph at 433K at 30 rpm for 10 minutes. The compounded material is then extracted at 433K in water. Subsequent drying is at 373K. As a result, porous plates are obtained, which consist of 73% of porous glass. The pore distribution of the porous plates, determined with the help of a mercury porosimeter, shows my maximum at 50 η, while in the range of 0.1 ... 100 / xm a broad nonspecific pore distribution occurs.

Die Beladungsdichte mit Aminopropy!gruppen wurde nach der Chloridtitrationsmethode — nach CCY. LEE und G. M. LONDON: Anal. Biochem. 94 (1979) S.60...64 — mit 80/xmol/g bestimmt.The loading density with aminopropyl groups was determined by the chloride titration method - according to CCY. LEE and G.M. LONDON: Anal. Biochem. 94 (1979) p.60 ... 64 - determined with 80 / xmol / g.

Das erhaltene poröse Material kann in dieser Form aufbewahrt werden oder zur kovalenten Bindung von biologisch aktiven Materialien, wie z. B. Enzyme, eingesetzt werden.The resulting porous material can be stored in this form or for covalent bonding of biologically active materials, such as. As enzymes are used.

Example 2

1 kg Kieselgel mit der Teilchengröße 0,1 ...0,4 mm und einem Porendurchmesser von 20 nm, einer Oberfläche von 260m²/g sowie einem Porenvolumen von 0,8cm³/g werden mit 0,360kg Polyelthylenpulver (PE-HD : MFUe3K.5kp = 19g/10min) und 0,750kg Polyethylenglykol 4000 in einem 101 Intensivmischer 5 Minuten bei einer Drehzahl von 2300U/min gemischt. Das erhaltene Mischgut wird anschließend auf einem Einschneckenextruder (020 mm; L/D = 20) bei Zylindertemperatur von 408...413 K über eine 3 mm Runddüse zur Strängen extrudiert, die auf einem Transportband einem Schneidgranulator zugeführt werden. Das erhaltene Zylindergranualt hat eine Abmessung von 3 χ 3mm.1 kg of silica gel with a particle size of 0.1... 0.4 mm and a pore diameter of 20 nm, a surface area of 260 m ² / g and a pore volume of 0.8 cm ³ / g are mixed with 0.360 kg of polyethylene powder (PE-HD: MFUe3K.5kp = 19g / 10min) and 0.750kg polyethylene glycol 4000 mixed in a 101 intensive mixer for 5 minutes at a speed of 2300rpm. The resulting mixed material is then extruded on a single-screw extruder (020 mm, L / D = 20) at a cylinder temperature of 408 ... 413 K through a 3 mm round die to strands, which are fed to a cutting granulator on a conveyor belt. The obtained cylinder granules have a dimension of 3 χ 3mm.

Ein Teil des erhaltenen Granulats wird auf einem Extruder vom Typ UP 30 (030 mm; L/D = 14) bei Temperaturen von 403... 413 K über eine Ringdüse zu Rohren mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Wanddicke von 2 mm verarbeitet. Mit diesen Parametern werden glatte, gut kalibierte mattglänzende Rohre erhalten. Ein anderer Teil des Granulats wird auf einer Spritzgießmaschine vom Typ Monomat bei Temperaturen von 413...433Kzu Platten der Größe 150 χ 150 χ 1 mm verspritzt. Die hergestellten Formkörper, die aus Granulat, Rohren und Platten bestehen, werden mit Wasser bei 343K im Verlauf von 25 Stunden extrahiert und anschließend bei 363 K getrocknet.A portion of the granules obtained is processed on an extruder of the type UP 30 (030 mm, L / D = 14) at temperatures of 403 ... 413 K via an annular die into tubes with a diameter of 10 mm and a wall thickness of 2 mm , With these parameters, smooth, well-calibrated matt-glossy tubes are obtained. Another part of the granules is sprayed on a Monomat injection molding machine at temperatures of 413 ... 433K into 150 χ 150 χ 1 mm plates. The moldings produced, which consist of granules, pipes and plates, are extracted with water at 343 K over the course of 25 hours and then dried at 363 K.

Die Derivatisierung mit -Aminopropyltriethoxysilan der hergestellten hochporösen Formkörper kann in bekannter Weise mit einer 10%igen Lösung des Si I a ns in Wasser bei einem pH-Wert zwischen 2 und 5 bei 323...373Kdurch eine mehrstündige entsprechende Behandlung erfolgenThe derivatization with aminopropyltriethoxysilane of the highly porous shaped bodies produced can be carried out in a known manner with a 10% solution of the silica in water at a pH of between 2 and 5 at 323... 373K by treatment for several hours

Die nach Beispiel 1 ermittelte Aminopropylgruppen-Kapazität beträgt 94/xmol/g. The determined according to Example 1 aminopropyl group capacity is 94 / xmol / g.

Example 3

Wie in Beispiel 2 beschriebe^werden 1,2 kg eines porösen Glases nach Beispiel 1 mit 0,436kg PE-HD-Pulver (MFl = 2 g/min) und 1,018 kg Polyethylenglykol 4000 in einem 10-1-1 ntensivmischer gemischt.As described in Example 2, 1.2 kg of a porous glass according to Example 1 are mixed with 0.436 kg of PE-HD powder (MFl = 2 g / min) and 1.018 kg of polyethylene glycol 4000 in a 10-1-1 ntensive mixer.

Die Mischung wird anschließend auf einem Doppelschneckenextruder vom Typ ZSK30 (030 mm; L/D = 25) bei Temperaturen von 408...418K zu Strängen extrudiert und wie in Beispiel 2 beschrieben granuliert.The mixture is then extruded into strands on a twin-screw ZSK30 extruder (030 mm, L / D = 25) at temperatures of 408-418 K and granulated as described in Example 2.

Aus dem erhaltenen Zylindergranulat werden auf einer Spritzgießmaschine vom Typ Monomat bei Temperaturen von 423...443K Platten der Größe 150 χ 150 χ 1 mm gespritzt.From the obtained cylindrical granules, plates of the size 150 × 150 × 1 mm are sprayed on an injection molding machine of the type Monomat at temperatures of 423 ... 443K.

Granulat und Platten werden gemäß Beispiel 2 zu porösen Formkörpern durch eine Heißwasserbehandlung extrahiert.Granules and plates are extracted according to Example 2 to porous moldings by a hot water treatment.

Die Aktivierung bzw. Derivatisierung mit-Aminopropylsilan kann gemäß Beispiel 1 und 2 durchgeführt werden. !The activation or derivatization with aminopropylsilane can be carried out according to Examples 1 and 2. !

Die gemäß Beispiel 1 und 2 ermittelte Aminopropylgruppen-Kapazität beträgt 110/xmol/g. :The determined according to Example 1 and 2 aminopropyl group capacity is 110 / xmol / g. :

Example 4

100g eines nach Beispiel 1 ...3 erhaltenen aminogruppenhaltigen Formkörpers oder eines Granulates werden mit 250cm³ einer 3%igen Glutardialdhydlösung in 0,15 molaren Phosphatpuffer, pH6,5, versetzt und 5 Stunden bei 308Kgehalten.100 g of a obtained according to Example 1 ... 3 amino-containing molded body or granules are mixed with 250cm ^{3 of} a 3% Glutardialdhydlösung in 0.15 molar phosphate buffer, pH 6.5, and held at 308K for 5 hours.

Dabei wird das Gemisch gerührt, wobei die Formkörper oder das Granulat eine rötliche Farbe annehmen.The mixture is stirred, the moldings or the granules assume a reddish color.

Nach der Reaktion wird überschüssiger Glutardialdehyd mit 0,05 molarem Phosphatpuffer, pH 6,5, ausgewaschen.After the reaction, excess glutaric dialdehyde is washed out with 0.05M phosphate buffer pH 6.5.

Die Formkörper oder das Granulat werden nun mit 125cm³ einer gepufferten (0,2 molarer Phosphatpuffer, pH 6,5) Lösung von Glucoamylase (Aspergillus n.), deren Proteingehalt 3 mg/cm³ beträgt, versetzt.The shaped bodies or granules are then mixed with 125 cm ^{3 of} a buffered (0.2 molar phosphate buffer, pH 6.5) solution of glucoamylase (Aspergillus n.), Whose protein content is 3 mg / cm ³ .

Das Gemisch wird 4 Stunden bei 308K gerührt. Nach der Bindung des Enzyms an die Formkörper oder das Granulat wird überschüssiges Protein mit Puffer ausgewaschen und der hergestellte Enzym-Träger-Komplex in Pufferlösung (0,05 molarer Phosphatpuffer, pH 6,5) auf bewahrt.The mixture is stirred for 4 hours at 308K. After binding of the enzyme to the moldings or granules, excess protein is washed out with buffer and the prepared enzyme-carrier complex is stored in buffer solution (0.05 molar phosphate buffer, pH 6.5).

Example 5

Zur Charakerisierung der Aktivität eines nach Beispiel 4 hergestellten Enzym-Träger-Komplexes auf der Basis des gemäß Beispiel 2 erhaltenen Granulates (Teilchengröße 2...5 mm) und Glucoamylase (Aspergillus niger) werden 5 ml (2,5g) mit 115cm³ eines 30%igen Maisstärkehydrolysates (säureverflüssigt, DE-Wert30%, Dichte 1,13) in einem 500cm³ Dreihalskolben bei 323K intensiv gerührt.To characterize the activity of an enzyme-carrier complex prepared according to Example 4 on the basis of the obtained according to Example 2 granules (particle size 2 ... 5 mm) and glucoamylase (Aspergillus niger) 5 ml (2.5g) with 115cm ^{3 of} a 30% strength corn starch hydrolyzate (acidified, DE value 30%, density 1.13) in a 500 cm ³ three-necked flask at 323K stirred vigorously.

Jeweils nach einer Stunde wird eine kleine Probe zur DE-Wert-Bestimmung (Glucoseoxidase/Peroxidase) entnommen. Folgende DEzWerte wurden gemessen:After one hour each, a small sample is taken for determining DE value (glucose oxidase / peroxidase). The following values were measured:

Zeit in StundenTime in hours DE-Wertin%DE-value in% 00 3535 11 6262 22 7474 33 8282 55 9090 66 9494 88th 9595

Nach 10 Stunden wurde das Substrat vom Enzym-Träger-Komplex abgetrennt und durch frisches Substrat ersetzt. Die gefundenen DE-Werte in Abhängigkeit von der Zeit wurden mehrmals reproduziert.After 10 hours, the substrate was separated from the enzyme-carrier complex and replaced with fresh substrate. The found DE values as a function of time were reproduced several times.

Example 6

Zum Nachweis der verbesserten hydrolytischen Stabilität der erfindungsgemäßen Träger auf der Basis silicatischer poröser Füllstoffe wurden jeweils Formkörper, hergestellt nach Beispiel i, jedoch ohne vorherige Derivatisierung des Füllstoffes mit -Aminopropyltriethoxysilan, mit einem Gewicht von 3,0g an einem Rührer befestigt und bei 298K in einem Volumen von 2I Wasser, dessen pH-Wert auf 4 bzw. 9 mit HCI bzw. NaOH eingestellt wurde, für 77 Stunden gerührt. Die pH-kontrollierten Wasservolumina wurden jeweils nach 6 Stunden erneuert.In order to demonstrate the improved hydrolytic stability of the supports according to the invention on the basis of silicate porous fillers, moldings prepared according to Example i but without prior derivatization of the filler with aminopropyltriethoxysilane, having a weight of 3.0 g, were attached to a stirrer and 298K in a Volume of 2I water, whose pH was adjusted to 4 or 9 with HCl or NaOH, stirred for 77 hours. The pH-controlled volumes of water were renewed every 6 hours.

Danach wurden die Formkörper-Platten (Dicke 1 mm) bei 373 K für 2 Stunden getrocknet und der Gewichtsverlust wurde gravimetrisch ermittelt.Thereafter, the molded sheets (thickness 1 mm) were dried at 373 K for 2 hours, and the weight loss was determined gravimetrically.

Zum Vergleich wurde dieselbe Prozedur mit einem makroporösen kugelförmigen Glas (Oberfläche 35m²/g, Porendurchmesser 50 nm) — dem silicatischen Füllstoff, der zur Herstellung der Formkörper nach Beispiel 1 eingesetzt wurde, wiederholt. Dabei befanden sich 1,5g poröses Glas in einem am Rührer befestigten Nylonnetz. Die Teilchengröße betrug 1 ...0,2 mm. Die Gewichtsdifferenz wurde ebenfalls nach einer Rührzeit von 44 Stunden ermittelt.For comparison, the same procedure was repeated with a macroporous spherical glass (surface 35m ² / g, pore diameter 50 nm) - the siliceous filler used to make the moldings of Example 1. In this case, there were 1.5 g of porous glass in a nylon net attached to the stirrer. The particle size was 1 ... 0.2 mm. The weight difference was also determined after a stirring time of 44 hours.

Nachfolgend sind die ermittelten Gewichtsdifferenzen, die auf eine Ablösung von SiO₂ zurückzuführen sind, angegeben:In the following, the determined weight differences attributable to a detachment of SiO ₂ are indicated:

Träger Gewichtsverlust in mg/g TrägerCarrier weight loss in mg / g carrier

pH = 4 pH = 9pH = 4 pH = 9

PorösesGlas 23 75Porous glass 23 75

TrägernachTrägernach

Beispiel 1 (Platte) 9 - 16Example 1 (plate) 9-16

Die Gewichtsdifferenz der Träger nach Beispiel 1 wurden auf die reine silicatische Komponente (Füllgrad 73%) bezogen. Die geringe Ablöserate der erfindugnsgemäßen Träger, insbesondere im alkalischen Milieu, ist signifikant.The difference in weight of the carrier according to Example 1 were based on the pure silicate component (degree of filling 73%). The low rate of removal of the carrier according to the invention, especially in the alkaline medium, is significant.

Claims

1. A process for the preparation of immobilized enzymes on silicate support materials, characterized in that enzymes on moldings, such as granules of any shape, plates, hollow bodies, rods or tubes, hollow fibers and pellets, which are made of a highly filled porous thermoplastic molding composition, consisting of a homogeneous Mixture:

a) ... 1O 8OMa .-% of a porous siliceous filler preferably porous glasses, having a defined cavity structure as narrow pore size distribution in a range of 0.6 ... 1 OOOnm, preferably between 20 and 100 nm, pore volume of at least 0.15 cm ³ / g and a surface area greater than 10m ² / g, the surface of which is optionally derivatized with reactive functional groups in a known manner and the pores are filled with an extractable compound, preferably polyethylene glycol or polyethylene oxide.

b) 20 ... 90Ma .-% of a thermoplastic polymer

c) 30 ... 50Ma .-% of a plasticizer and / or solvent

d) usual additives in usual concentrations

which is subjected to extraction in aqueous or otherwise water-miscible organic solvents at temperatures below the boiling point of the extractants.

2. The method according to item 1, characterized in that the porous siliceous fillers of the mixture component

a) are spherical porous glasses with particle sizes of 10 ... 300 μπα.

3. The method according to item 1, characterized in that the porous siliceous fillers of the mixture component

a) SiO ₂ xerogels with particle sizes of 10 ... 300 μΐη are.