DD297453A5

DD297453A5 - A NEW METHOD FOR THE CONTINUOUS IMPLEMENTATION OF ENZYMATIC IMPLEMENTATIONS WITH IMMOBILIZED BIOCATALYZERS

Info

Publication number: DD297453A5
Application number: DD90343369A
Authority: DD
Inventors: Hans U Geyer
Original assignee: Solvay Enzymes Gmbh U. Co Kg,De
Priority date: 1989-08-11
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1992-01-09
Also published as: JPH0387189A; DE3926609A1; KR910004799A; FI903957A0; EP0412467A1

Abstract

Beschrieben wird ein vollkontinuierliches Verfahren zur Umsetzung einer Substratloesung an einem immobilisierten Biokatalysator. Hierzu wird die Substratloesung am Katalysator mit Enzym-Aktivitaet in einem Rohrreaktor umgesetzt, wobei der Katalysator derart entlang des von der Substratloesung durchstroemten Rohrreaktors wandert, dasz laengs dieses Rohrreaktors ein zeitlich im wesentlichen konstantes Aktivitaetsprofil aufrecht erhalten wird. Dieses Verfahren ermoeglicht die Einhaltung einer weitgehend gleichbleibenden Raumgeschwindigkeit der Substratloesung bzw. einen gleichmaeszigen Produktstrom mit im wesentlichen gleichbleibendem Umwandlungsgrad.A fully continuous process for reacting a substrate solution on an immobilized biocatalyst is described. For this purpose, the substrate solution is reacted on the catalyst with enzyme activity in a tubular reactor, wherein the catalyst migrates along the tubular reactor which is permeated by the substrate solution, so that a temporally substantially constant activity profile is maintained along this tubular reactor. This method makes it possible to maintain a largely constant space velocity of the substrate solution or a uniform product stream with a substantially constant degree of conversion.

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren zur kontinuierlichen Durchführung enzymatischer Umsetzungen, bei dem eine Lösung des herzustellenden Produktes erhalten wird, indem eine Substratlösung an einem immobilisierten Biokatalysator mit Enzymaktivität für die Substrat-Produkt-Umwandlung in einem Rohrreaktor umgesetzt wird. Quasikontinuierlich ausführbare industrielle Verfahren zur enzymatischen Umwandlung von Substraten, bei denen die Substratlösung einen Reaktor durchströmt, der einen immobilisierten Biokatalysator enthält, sind bereits bekannt. Bei diesen bekannten Verfahren bestehen jedoch Problome, da die Enzym&ktivität des Biokatalysators in der Regel mit fortschreitender Betriebszeit des Reaktors mehr oder weniger schnell abnimmt.The invention relates to a novel process for continuously carrying out enzymatic reactions, in which a solution of the product to be produced is obtained by reacting a substrate solution on an immobilized biocatalyst having enzyme activity for substrate-product conversion in a tubular reactor. Quasi-continuous industrial processes for the enzymatic conversion of substrates in which the substrate solution flows through a reactor containing an immobilized biocatalyst are already known. In these known methods, however, problems exist because the enzyme activity of the biocatalyst generally decreases more or less rapidly as the operating time of the reactor increases.

Es muß daher zum Ausgleich des Aktivitätsverlustes die Einwirkzeit des immobilisierten ßiokatalysators auf die Substratlösung erhöht werden, indem man die Raumgeschwindigkeit der Substratlösung (Volumen Substratlösung vom Katalysator in Anspruch genommenes Reaktorvolumen pro Stunde = v/«h) vermindert und dadurch an die sinkende Enzymaktivität anpaßt. Die Raumgeschwindigkeit der Substratlösung kann aus technischer und wirtschaftlicher Sicht jedoch nicht beliebig weit vermindert werden, sondern sie wird durch praxisgerechte Mindestgeschwindigkeiten zu unteren Werten hin begrenzt. Dieses bedeutet, daß nicht die gesamte, in den Reaktor eingebrachte Enzymaktivität ausgenutzt werden kann. Beim Erreichen der Mindestraumgeschwindigkeit ist eier eingesetzte immobilisierte Biokatalysator keinesfalls vollständig aufgebraucht (d. h. bereits ohne Aktivität), sondern er weist in der Regel eine an sich noch beachtliche Restaktivität von etwa 20% der Anfangsaktivität auf. Diese nach den bekannten Verfahren nicht nutzbare Restaktivität wird in der Regel verworfen. Darüber hinaus ist die vorgenannte Verfahrensweise aus verfahrenstechnischer Sicht auch deshalb nachteilig, weil sie einen ungleichmäßigen Produktstrom bedingt, zu dessen Ausgleich eine Vielzahl von Reaktoren erforderlich ist.It is therefore necessary to compensate for the loss of activity, the exposure time of the immobilized ßiokatalysators be increased to the substrate solution by reducing the space velocity of the substrate solution (volume substrate solution catalyst volume taken by the reactor per hour = v / "h) and thereby adapts to the decreasing enzyme activity. However, the space velocity of the substrate solution can not be arbitrarily reduced from a technical and economic point of view, but it is limited by practical minimum speeds to lower values. This means that not all of the enzyme activity introduced into the reactor can be utilized. When the minimum space velocity is reached, the immobilized biocatalyst used is by no means completely used up (that is to say already without activity), but as a rule it has a still considerable residual activity of about 20% of the initial activity. This residual activity which can not be used according to the known methods is generally discarded. In addition, the aforementioned method is also disadvantageous from a process engineering point of view, because it causes a non-uniform product flow, to compensate for a variety of reactors is required.

Es bestand daher die Aufgabe, ein kontinuierliches Verfahren zurenzymatischen Umwandlung von Substraten mit immobilisierten Biokatalysatoren (im folgenden auch Katalysator mit Enzymaktivität oder kurz Katalysator genannt) zur Verfugung zu stellen, welches mit einer im wesentlichen gleichbleibenden Raumgeschwindigkeit der Substratlösung arbeitet und somit einen im wesentlichen gleichmäßigen Strom einer das enzymatische Umwandlungsprodukt enthaltenden Lösung mit im wesentlichen gleichbleibendem Umwandlungsgrad ermöglicht. Die Aufgabe wii d gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren.It was therefore an object to provide a continuous process for the enzymatic conversion of substrates with immobilized biocatalysts (hereinafter also referred to as enzyme activity catalyst or catalyst for short), which operates at a substantially constant space velocity of the substrate solution and thus a substantially uniform stream allowing a solution containing the enzymatic conversion product of substantially constant degree of conversion. The problem wii d solved by the inventive method.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Lösung eines enzymatisch herstellbaren Produktes durch Umsetzung einer Substratlösung an einem immobilisierten Biokatalysator mit Enzymaktivität für die Substrat-Produkt-Umwandlung in einem Rohrreaktor, bei dem man de>t immobilisierten Biokatalysator längs des von der Substratlösung durchströmten Rohrreaktors derart bewegt, daß längs dieses Rohrreaktors ein zeitlich im wesentlichen konstantes Aktivitätsprofil aufrechterhalten wird.The invention relates to a process for the continuous production of a solution of an enzymatically producible product by reacting a substrate solution on an immobilized biocatalyst with enzyme activity for substrate-product conversion in a tubular reactor, in which de> t immobilized biocatalyst along the tubular reactor through which the substrate solution moved so that a temporally substantially constant activity profile is maintained along this tube reactor.

Während bei oen Verfahren gemäß Stand der Technik der Katalysator als nicht bewegte, stationäre Phase im Reaktor vorliegt und nur der Substrat/Produkt-Strom als mobile Phase den Reaktor durchströmt, wandert beim Verfahren der Erfindung auch der immobilisierta Biokatalysator mit Enzymaktivität durch den Reaktor. Da3 erfindungsgemäße Verfahren arbeitet also mit zwei mobilen Phasen, die relativ zueinander durch den Reaktor bewegt werden. Der Substrat/Produkt-Strom kann hierbei prinzipiell sowohl im Gleichstrom als auch im Gegenstrom zum mobilen Katalysator mit Enzymaktivität geführt werden. DerTransport der beiden mobilen Phasen kann durch an sich bekannte Maßnahmen bewirkt werden. Bezogen auf die mobile Festphase des Katalysators kann der Transport z. B. durch Einwirkung der Schwerkraft, eines hydrodynamischen Druckes oder durch konventionelle mechanische Transportelemente bewerkstelligt werden.While in the prior art the catalyst is present as a non-moving, stationary phase in the reactor and only the substrate / product stream flows through the reactor as a mobile phase, in the method of the invention the immobilized biocatalyst with enzyme activity also migrates through the reactor. The inventive method thus operates with two mobile phases, which are moved through the reactor relative to each other. In principle, the substrate / product stream can be conducted both in cocurrent and in countercurrent to the mobile catalyst with enzyme activity. The transport of the two mobile phases can be effected by measures known per se. Based on the mobile solid phase of the catalyst, the transport z. B. be effected by the action of gravity, a hydrodynamic pressure or by conventional mechanical transport elements.

Das Verfahren der Erfindung unterscheidet sich von denen gemäß Stand der Technik durch ein zeitlich im wesentlichen konstantes Aktivitätsprofil längs des Rohrreaktors. Unter Aktivitätsprofil wird hier der räumliche Verlauf der Aktivität des immobilisierten Biokatalysators längs des Reaktors jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt dar Durchführung des Verfahrens verstanden. Bei den Verfahren gemäß Stand der Technik verändert sich das Aktivitätsprofil aufgrund der sich an jedem Ort des Reaktors mit zunehmender Verfahrensdauer vermindernden Enzymaktivität. Es liegt bei den bekannten Verfahren ein zeitlich nicht konstantes Aktivitätsprofil und eine Abnahme der Gesamtenzymaktivität im Reaktor vor, die eine Anpassung der Raumgeschwindigkeit dor Substratlösung durch ständiges Vermindern derselben erzwingt.The process of the invention differs from those of the prior art by a temporally substantially constant activity profile along the tubular reactor. Activity profile is understood here to be the spatial course of the activity of the immobilized biocatalyst along the reactor, in each case at a certain point in time, to carry out the process. In the prior art processes, the activity profile changes due to the enzyme activity decreasing with increasing duration of the process at each site of the reactor. There is in the known methods a temporally not constant activity profile and a decrease in the total enzyme activity in the reactor, which forces an adaptation of the space velocity of the substrate solution by constantly reducing the same.

Die Enzymaktivität der einzelnen Katalysatorteilchan nimmt zwar auch beim erfindungsgemäßen Verfahren ab, doch werden die Katalysatorteilchen entsprechend ihrer Aktivitätsabnahme durch den Reaktor bewegt, so daß sie jeweils aus einer Zone des Reaktors mit der höheren Aktivität in eine benachbarte Zone mit niedrigerer Aktivität befördert werden. Hierdurch wird in jeder Zone eine definierte, stationäre Enzymaktivität eingestellt und somit entlang des Reaktors ein zeitlich im wesentlichen konstantes Aktivitätsprofil aufrechterhalten. Die Gesamtenzymaktivität des Reaktors bleibt im wesentlichen konstant, und das Verfahren kann demgemäß mit einer weitgehend gleichbleibenden Raumgeschwindigkeit der Substratlö sung durchgeführt werden. In einer Variante des erfindungsqemäßen Verfahrens wird das AktivitätsprofiI aufrechterhalten, indem man ständig frischen immobilisierten Biokatalysator zu- und inaktiven Katalysator abführt. Hierzu wird der Rohrreaktor an einem Ende ständig mit frischem, immobilisiertem Biokatalysator befüllt, welcher dann mit gegebener Geschwindigkeit durch den Rohrreaktor wandert, und am anderen Ende des Reaktors wird schließlich die äquivalente Volumenmenge an inaktivem immobilisiertem Biokatalysator entfernt. Zufuhr und Abfuhr erfolgen im wesentlichen synchron und können durch an sich bekannte Maßnahmen bewerkstelligt werden.Although the enzyme activity of the individual Katalysatorteilchan also decreases in the process according to the invention, but the catalyst particles are moved according to their activity decrease by the reactor so that they are each transported from one zone of the reactor with the higher activity in a neighboring zone with lower activity. As a result, a defined, stationary enzyme activity is set in each zone and thus maintain a temporally substantially constant activity profile along the reactor. The total enzyme activity of the reactor remains substantially constant, and the process can accordingly be carried out with a substantially constant space velocity of the substrate solution. In a variant of the process according to the invention, the activity profile is maintained by continuously adding fresh immobilized biocatalyst and removing inactive catalyst. For this purpose, the tube reactor is constantly filled at one end with fresh, immobilized biocatalyst, which then migrates at a given rate through the tubular reactor, and at the other end of the reactor, the equivalent volume amount of inactive immobilized biocatalyst is finally removed. Supply and removal take place substantially synchronously and can be accomplished by measures known per se.

In einer anderen günstigen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Aktivitätsprofil aufrechterhalten, indem man intervallweise frischen immobilisierten Biokatalysator zu- und inaktiven Katalysator abführt. Hierzu wird z. B. der Rohrreaktor zu Beginn eines Zeitinteivalls an einem Ende mit einer definierten Volumenmenge an frischem, immobilisiertem Biokatalysator befüllt, weicher dann intervallweise den Rohrreaktor durchwandert, und am anderen Ende des Reaktors wird schließlich die äquivalente Volumenmenge an inaktivem Katalysator entfernt. Zufuhr und Abfuhr können dabei im wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt erfolgen und durch an sich bekannte Maßnahmen bewerkstelligt werden. Es ist aber auch möglich, die intervallweise Zufuhr und Abfuhr zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchzuführen. Zu Beginn eines oder einiger aufeinanderfolgender Zeitintervalle wird dann zunächst nur frischer immobilisierter Biokatelysator zugeführt, abe r noch kein inaktiver Katalysator abgeführt. Die Abfuhr des inaktiven Katalysators wird erst zu Beginn eines späteren Zeitintervalle vorgenommen, wobei dann eine entsprechend größere Volumenmenge an inaktivem Katalysator aus dem Reaktor abgezogen wird. Die Zu· und Abfuhr von Katalysator zu unterschiedlichen Zeitpunkten zeigt keine Auswirkungen auf die Form und die Konstanz des Aktivitätsprofils, mit der Einschränkung, daß es sich in dem Maße, wie sich der inaktive Katalysatorpfrorjfen am Ende des Reaktors aufbaut oder dieser entfernt wird, nur insgesamt längs des Reaktors entsprechend verschiebt. Dieses asynchrone Vorgehen hat verfahrenstechnisch den Vorteil, daß ggf. weniger häufig Entnahmen von inaktivem Katalysator aus dem Reaktor in den Betriebsablauf einzuplanen sind und der Füllstand des Reaktors den Betriebserfordernissen besser angepaßt werden kann. In einer Abwandlung der intervallweisen Durchführung des Verfahrens kann man auch so vorgehen, daß nur der inaktive Katalysator intervallweise abgeführt wird, frischer immobilisierter Biokatalysator dagegen ständig zugeführt wird. Die Abfuhr des inaktiven Katalysators kann dabei zu gegebenen Zeitpunkten erfolgon, spätestens jedoch, wenn jeweils der maximale Füllstand des Reaktors erreicht ist.In another favorable variant of the method according to the invention, the activity profile is maintained by adding fresh immobilized biocatalyst to and inactive catalyst at intervals. For this purpose, z. B. the tubular reactor at the beginning of a Zeitinteivalls at one end filled with a defined volume of fresh, immobilized biocatalyst, softer then intermittently through the tube reactor, and at the other end of the reactor, the equivalent volume amount of inactive catalyst is finally removed. Supply and removal can take place at substantially the same time and be accomplished by measures known per se. But it is also possible to carry out the intermittent supply and removal at different times. At the beginning of one or several successive time intervals, only fresh immobilized biocatalytic agent is initially supplied, but no inactive catalyst is removed. The removal of the inactive catalyst is made only at the beginning of a later time intervals, in which case a correspondingly larger volume of inactive catalyst is withdrawn from the reactor. The introduction and removal of catalyst at different times shows no effect on the shape and consistency of the activity profile, with the restriction that the extent to which the inactive catalyst pyrolysis builds up at the end of the reactor or removes it only in total along the reactor moves accordingly. This asynchronous procedure has the procedural advantage that possibly less frequent withdrawals of inactive catalyst from the reactor are scheduled in the operation and the level of the reactor can be better adapted to the operating requirements. In a modification of the intervalwise implementation of the method can also proceed so that only the inactive catalyst is removed at intervals, fresh immobilized biocatalyst, however, is constantly supplied. The removal of the inactive catalyst can be successful at given times, but at the latest when each of the maximum level of the reactor is reached.

Beim vorstehend beschriebenen Intervallverfahren sinkt in jeder Zone des Reaktors die Enzymaktivität innerhalb der festgelegten Zeitintervalle zunächst von einem Anfangswert zu Beginn des Intervalls auf einen niedrigeren Endwert am Ende des Intervalls ab. Da jedoch zu Beginn eines jeden neuen Zeitintervalls Katalysatorteilchen entsprechend ihrer Aktivitätsabnahme aus jeweils einer Zone des Reaktors mit einer höheren Aktivität in eine benachbarte Zone mit niedrigerer Aktivität befördert werden, wird in jeder Zone eine definierte, im Mittel quasistationäre Enzymaktivität eingestellt. Durch diese mittleren Enzymaktivitäten wird entlang des Reaktors dann das zeitlich im wesentlichen konstante Aktivitätsprofil definiert. Das Interval !verfahre η kann demgemäß mit einer im Mittel gleichbleibenden Raumgeschwindigkeit der Substratlösung, die an die im Mittel im wesentlichen konstante Gesamtenzymaktivität des Reaktors angepaßt ist, durchgeführt werden. Die Raumgeschwindigkeit nimmt zu Beginn eines Intervalles von einem Anfangswert auf einen niedrigeren Endwert ab und wird zu Beginn des nächsten Intervalls wieder auf den Anfangswert angehoben.In the interval method described above, in each zone of the reactor, the enzyme activity within the specified time intervals first decreases from an initial value at the beginning of the interval to a lower final value at the end of the interval. However, since, at the beginning of each new time interval, catalyst particles are transported from one zone of the higher activity reactor to an adjacent lower activity zone according to their activity decrease, a defined average quasi-stationary enzyme activity is set in each zone. As a result of these mean enzyme activities, the temporally substantially constant activity profile is then defined along the reactor. The interval η can accordingly be carried out with an average spatial velocity of the substrate solution, which is adapted to the average, essentially constant overall enzyme activity of the reactor. The space velocity decreases from an initial value to a lower final value at the beginning of an interval and is raised again to the initial value at the beginning of the next interval.

Prinzipiell können der immobilisierte Biokatalysator und die Substratlösung sowohl im Gegenstrom als auch im Gleichstrom zueinander durch den Reaktor bewegt werden. In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens führt man den Katalysator im Gleichstrom zur Substratlösung durch den Rohrreaktor.In principle, the immobilized biocatalyst and the substrate solution can be moved through the reactor both countercurrently and in direct current with one another. In a preferred variant of the process according to the invention, the catalyst is passed in cocurrent to the substrate solution through the tubular reactor.

Grundsätzlich kann man den Rohrreaktor beliebig anordnen, in einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der immobilisierte Biokatalysator jedoch entlang eines vertikal angeordneten Rohrreaktors bewegt. Der Transport des Katalysators kann entweder durch Wirkung der Gravitation oder z. B. durch Transportelemente bewirkt werden, die die Katalysatorteilchen über die Höhe des Katalysatorbettes vom oberen Ende der Reaktorsäule langsam zum unteren EndeIn principle, it is possible to arrange the tube reactor as desired, but in a particularly preferred variant of the method according to the invention, the immobilized biocatalyst is moved along a vertically arranged tubular reactor. The transport of the catalyst can either by action of gravity or z. B. caused by transport elements, the catalyst particles over the height of the catalyst bed from the upper end of the reactor column slowly to the lower end

der Reaktorsäule transportieren, wo sie schließlich die mechanischen Austragungselemente erreichen und aus der Reaktorsäule entfernt werden. Bevorzugt geschieht der Transport der Katalysatorteilchen durch Einwirkung der Gravitation. Ein derart betriebener Reaktor hat dann ein Katalysatorbett, an dessen oberem Ende frischer immobilisierter Biokatalysator mit in etwa ständig 100% Anfangsaktivität vorliegt. In den darunterliegenden Katalysatorbettschichten nimmt die Aktivität bis zum unteren Ende des Katalysatorbettes ständig ab. Am Reaktorausgang liegt im wesentlichen nur noch Katalysator ohne Aktivität vor. Führt man das Verfahren der Erfindung in einem vertikal angeordneten Reaktor durch, so wird zu Beginn des Verfahrens das zeitlich im wesentlichen konstante Aktivitätsprofil aufgebaut, indem man in einer Anfangsphase die Umsetzung zunächst mit einer Grundschüttung aus immobilisiertem Biokatalysator in der Reaktorsäule in an sich bekannter Weise beginnt und dann, sobald die Enzymaktivität dieser ürundschüttung auf einen unteren Grenzwert abgesunken ist, ständig oder intervallweise frischen immobilisierten Biokatalysator bis zum Erreichen einer gewünschten oder der maximalen Höhe der Schüttung zugibt. In der Praxis geht man dabei so vor, daß man am oberen Ende der Reaktorsäule frischen immobilisierten Biokatalysator vorzugsweise im Gleichstrom in den Substratstrom einspeist oder direkt in den Reaktor einfüllt. Der zugeführte Katalysator mi! Enzymaktivität .linkt dann auf das Anfangsbett ab, wobei das Katalysatorbett allmählich erhöht wird. Im Hinblick auf eine hohe Kapazitätsausnutzung des Reaktors ist es günstig, mit der Zufuhr von frischem immobilisiertem Biokatalysator bereits zu beginnen, sobald die Aktivität auf einen Wert unter 95%, vorzugsweise auf einen wert zwischen 70 bis 90% der Anfangsaktivität abgesunken ist. Die Menge des neu zugeführten immobilisierten Biokatalysators wird dabei so bemessen, daß die darin enthaltene Aktivitätsmenge derjenigen äquivalent ist, die inaktiviert wurde. Durch die Kompensation des Inaktivierungsverlustes durch frischen immobilisierten Biokatalysator wird die bei Verfahren gemäß Stand der Technik erforderliche Absenkung der Raumgeschwindigkeit der Substratlösung beim Verfahren der Erfindung weitgehend vermieden. Die Reaktorsäule wird also mit im wesentlichen konstanter Raumgeschwindigkeit und gleichbleibendem Umwandlungsgrad gefahren. Sobald aufgrund der Katalysatorzufuhr die Schüttung des Katalysators eine vorgegebene oder die maximale Füllhöhe der Reaktorsäule erreicht, ist die Anfangsphase mit dem Aufbau des Aktivitätsprofils in der Reaktorsäule abgeschlossen. Das Verfahren geht nun in den erfindungsgemäß kontinuierlichen Betrieb über. Unter Beibehaltung der ständigen oder inlervallweisen Zufuhr von frischem immobilisiertem Biokatalysator wird nun auch mit der ständigen oder intervallweisen Entfernung von bereits inaktivem Katalysator am unteren Ende der Reaktorsäule begonnen.transport the reactor column, where they eventually reach the mechanical Austragungselemente and are removed from the reactor column. The transport of the catalyst particles preferably takes place by the action of gravity. A reactor operated in this way then has a catalyst bed at whose upper end there is fresh immobilized biocatalyst with approximately 100% initial activity at all times. In the underlying catalyst bed layers the activity decreases continuously to the lower end of the catalyst bed. Essentially only catalyst without activity is present at the reactor outlet. If the process of the invention is carried out in a vertically arranged reactor, the temporally substantially constant activity profile is established at the start of the process by starting the reaction in a manner known per se with an initial charge of immobilized biocatalyst in the reactor column in an initial phase and then, as soon as the enzyme activity of this uranium bulk has dropped to a lower limit, constantly or intermittently adding fresh immobilized biocatalyst until a desired or maximum height of the bed is reached. In practice, the procedure is such that at the upper end of the reactor column fresh immobilized biocatalyst is preferably introduced into the substrate stream in direct current or introduced directly into the reactor. The supplied catalyst mi! Enzyme activity then lingers to the initial bed, gradually increasing the catalyst bed. In view of a high capacity utilization of the reactor, it is favorable to start with the supply of fresh immobilized biocatalyst as soon as the activity has dropped to a value below 95%, preferably to a value between 70 and 90% of the initial activity. The amount of newly added immobilized biocatalyst is thereby designed so that the amount of activity contained therein is equivalent to that which has been inactivated. By compensating for the loss of inactivation by fresh immobilized biocatalyst, the reduction in the space velocity of the substrate solution required in the process according to the prior art is largely avoided in the process of the invention. The reactor column is thus driven at a substantially constant space velocity and constant degree of conversion. As soon as due to the catalyst feed, the catalyst bed reaches a predetermined or the maximum filling height of the reactor column, the initial phase is completed with the establishment of the activity profile in the reactor column. The method now goes into the inventively continuous operation. While maintaining the constant or inlervallweise supply of fresh immobilized biocatalyst is now started with the constant or interval removal of already inactive catalyst at the bottom of the reactor column.

Der Reaktor kann auch ohne Ausnutzung der vollen Kapazität, z. B. bei schwächerer Produktnachfrage, gefahren werden. Dann wird in der Anfangsphase mit der Zufuhr von frischem immobilisiertem Biokatalysator erst dann begonnen, wenn die Aktivität des Reaktors auf niedrigere Werte der Anfangsaktivität, als oben für volle Kapazitätsauslastung angegeben, abgesunken ist. Hierbei können bis zu einer vom jeweiligen Biokatalysator abhängigen, technisch und wirtschaftlich noch sinnvollen Untergrenze beliebige Prozentwerte der Anfangsaktivität im Reaktor eingestellt und in Analogie zu den oben beschriebenen Verfahrensweisen, durch ständige bzw. intervallweise Zu- und Abfuhr von immobilisiertem Biokatalysator aufrechterhalten werden.The reactor can also without the full capacity, z. B. at weaker product demand driven. Then, in the initial phase, the supply of fresh immobilized biocatalyst is begun only when the activity of the reactor has dropped to lower levels of initial activity than indicated above for full capacity utilization. In this case, any percentage of the initial activity in the reactor can be adjusted up to a technically and economically still useful lower limit depending on the respective biocatalyst and, in analogy to the above-described procedures, maintained by continuous or intermittent supply and removal of immobilized biocatalyst.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es somit möglich, den Arbeitspunkt, d. h. das Aktivitätsniveau des, Reaktors dem Produktbedarf in weiten Grenzen exakt anzupassen.The inventive method, it is thus possible, the operating point, d. H. to adjust the activity level of the reactor to the product requirements within wide limits.

Es versteht sich von selbst, daß die Einstellung eines gegebenen Aktivitätsniveaus nicht nur während der vorstehend beschriebenen Anfangsphasen zum Aufbau des Aktivitätsprofils erfolcen kann, sondern auch zu jedem Zeitpunkt der erfindungsgomäß kontinuierlichen Betriebsphase des Reaktors. So kann durch entsprechende Verzögerung oder Unterbrechung der Zufuhr von frischem immobilisiertem Biokatalysator von hohen auf niedrigere Aktivitätsnivoaus übergegangen werden oder im umgekehrten Falle durch zusätzliche Zufuhr von frischem immobilisiertem Biokatalysator auch von niedrigen auf höhere Aktivitätsniveaus umgestellt werden.It goes without saying that the adjustment of a given level of activity can be achieved not only during the initial phases described above for the establishment of the activity profile, but also at any time of the erfindungsgomäß continuous operating phase of the reactor. Thus, by appropriate delay or interruption of the supply of fresh immobilized biocatalyst can be transferred from high to lower Aktivivivoivoaus or vice versa by additional supply of fresh immobilized biocatalyst and low to higher levels of activity are converted.

Das vom immobilisierten Biokatalysator umzuwandelnde Substrat wird im erfindungsgemäßen Verfahren in Form einer klaren Lösung, wie sie im allgemeinen auch bei konventionellen Verfahren Verwendung findet, in den Reaktor eingebracht. Als Lösungsmittel für das Substrat können Wasser und an sich alle mit dem jeweiligen Biokatalysator verträglichen, ggf. sogar aktivierenden und/oder stabilisierenden organischen Lösungsmittel verwendet werden. Geeignete organische Lösungsmittel sind z. B. geradkettige oder verzweigte aliphatische C1 - bis C10-Alkohole, vorzugsweise C1 - bis C 5-Alkohole wie Methanol, Ethanol, Isopropanol, Butanole oder Pentanole, und andere organische Lösungsmittel wie Ether, Dioxan, Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid, Pyridin etc. Besonders geeignet sind Wasser und solche organischen Lösungsmittel, die mit Wasser, vollständig oder wenigstens teilweise mischbar sind. Es versteht sich von selbst, daß auch Gemische der geeigneten Lösungsmittel eingesetzt werden können.The substrate to be converted by the immobilized biocatalyst is introduced into the reactor in the process according to the invention in the form of a clear solution, which is generally also used in conventional processes. As the solvent for the substrate, water and, in general, all organic solvents which are compatible with the particular biocatalyst and may even be activated and / or stabilized can be used. Suitable organic solvents are, for. B. straight-chain or branched aliphatic C 1 - to C 10 -alcohols, preferably C 1 - to C 5 -alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, butanols or pentanols, and other organic solvents such as ethers, dioxane, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, pyridine, etc. Particularly suitable are water and those organic solvents which are completely, or at least partially miscible with water. It goes without saying that mixtures of suitable solvents can be used.

Im erfindungsgomäßen Verfahren können an sich beliebige immobilisierte Biokatalysatoren eingesetzt werden. Unter immobilisierten Biokatalysatoren werden hier sowohl immobilisierte Enzyme als auch immobilisierte Mikroorganismen verstanden. In besonderem Maße eignet sich das Verfahren jedoch für solche Enzyme, die ein flüssiges, klares Substrat bzw. eine klare Lösung eines Substrates in einem geeigneten Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemisch verlangen. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen dabei insbesondere bei solchen Enzymen zum Tragen, die zu beschleunigter Desaktivierung neigen und demgemäß bei konventionellen Verfahren in nachteiligerweise nur eine beschränkte Nutzungsdauer der Reaktorfüllung zulassen. Beispiele für die im ertindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Enzyme sind Cellulasen, Glucoamylasen, alpha-Arr.ylasen, Glucosidasen, Glucoseoxidasen, Glucoseisomerasen, Lactasen, Invertasen, Lipasen, Esterasen, Acylasen, Proteasen etc. Werden demgegenüber Mikroorganismen als Biokatalysatoren oingesetzt, so können diese insbesondere Hefen, Pilze oder Bakterien sein, die die vorgenannten Enzyme besitzen und somit die entsprechenden enzymatischen Reaktionen ausführen können.In erfindungsgomäßen method can be used in any immobilized biocatalysts. Immobilized biocatalysts are understood here to mean both immobilized enzymes and immobilized microorganisms. However, the process is particularly suitable for those enzymes which require a liquid, clear substrate or a clear solution of a substrate in a suitable solvent or solvent mixture. The advantages of the process according to the invention are particularly noticeable in those enzymes which tend to accelerate deactivation and accordingly allow only a limited useful life of the reactor charge in conventional processes in a disadvantageous manner. Examples of the enzymes which can be used in the process according to the invention are cellulases, glucoamylases, alpha-arr.ylases, glucosidases, glucose oxidases, glucose isomerases, lactases, invertases, lipases, esterases, acylases, proteases etc. On the other hand, if microorganisms are used as biocatalysts, they can in particular be yeasts , Fungi or bacteria that possess the aforementioned enzymes and thus can perform the corresponding enzymatic reactions.

In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beispielsweise immobilisierte Glucoseisomerase als Katalysator mit Enzym aktivität zur Umwandlung von Glucose zu Fructose eingesetzt, indem man eine glucosehaltige Substratiösung durch die weiter oben beschriebene Reaktorsäule, d. h. über das Wanderbett mit gerichtet bewegten Enzymträgerteilchen und mit zeitlich im wesentlichen konstantem Aktivitätsprofil leitet.In a specific embodiment of the method according to the invention, for example, immobilized glucose isomerase is used as a catalyst with enzyme activity to convert glucose to fructose by passing a glucose-containing substrate solution through the reactor column described above, i. H. via the moving bed with directionally moved enzyme carrier particles and with a temporally substantially constant activity profile.

Je nach Art der eingesetzten Glucoseisomerase werden bei der Durchführung des Verfahrens die im Stand der Technik «an sich bekannten Reaktionsbedingungen wie Temperatur, pH-Wert, Raumgeschwindigkeit oder sonstige Parameter der Substratlösung usw. singehalten und sofern erwünscht, können darüber hinaus auch weitere im Stand der Technik bekannte Maßnahmen wie beispielsweise Zugabe bestimmter Ionen oder Cofaktoren zur Substratlösung, Zugabe einer stabilisierendenDepending on the type of glucose isomerase used in the implementation of the method known in the art «known per se reaction conditions such as temperature, pH, space velocity or other parameters of the substrate solution, etc., and if desired, can also further in the state of Technique known measures such as adding certain ions or cofactors to the substrate solution, adding a stabilizing

Amount of an antioxidant to the substrate solution or other known pretreatment measures of the substrate solution

ergriffen werden. Konkrete Bedingungen lassen sich diesbezüglich insbesondere den deutschen Patentschriften DE 3405035 und DE 3148603 entnehmen.be taken. Concrete conditions can be found in this regard, in particular the German patents DE 3405035 and DE 3148603.

To carry out the process of the invention with glucose isomerase, for a given level of activity of the reactor

in die Raumgeschwindinkeit der Substratlösung zweckmäßigerweise so auf die Geschwindigkeit des Katalysators abgestimmt, daß sich die Substratlo jng und der Katalysator mit einer relativen Geschwindigkeit zueinander bewegen, die derin the Raumgeschwindinkeit the substrate solution suitably tuned to the speed of the catalyst so that the Substratlo jng and the catalyst move at a relative speed to each other, the

Space velocity of the substrate solution at a comparable level of activity of a conventional reactor Method corresponds. This relative space velocity is adjusted so that the expiring product solution, based

auf die Trockensubstanz, z. B. einen Gehalt an Fructose von 42,5 ± 0,5Gew.-% aufweist. Je nach Glucosegehalt des Substrates muß dazu ein Isomerisierungsgrad zwischen 43 und 47% eingestellt werden.on the dry matter, z. B. has a content of fructose of 42.5 ± 0.5Gew .-%. Depending on the glucose content of the substrate must be adjusted to an isomerization degree between 43 and 47%.

In this embodiment of the method according to the invention, each can be attached to an inorganic or organic carrier

adsorptiv oder kovalent gebundene Glucoseisomerase verwendet werden. Bevorzugt werden solche an sich bekanntenadsorptively or covalently bound glucose isomerase. Preference is given to those known per se

Catalysts used with glucose isomerase activity in which the glucose isomerase on porous silica or

porösem Aluminiumoxid immobilisiert vorliegt. Geeignete Katalysatoren dieser Art sind z. B. solche, die gemäß der DE 2726188 durch Immobilisierung von Glucoseisomerase gewonnen werden können und die z. B. auch in bekannten Verfahren gemäßimmobilized in porous alumina. Suitable catalysts of this type are, for. B. those which can be obtained according to DE 2726188 by immobilization of glucose isomerase and the z. B. in known methods according to

DE 3148603 and 3405035 find use. The glucose-fructose solution obtained by the process according to the invention can be prepared in a manner known per se

endgültigen Verwendung zugeführt werden. Beispielsweise kann es empfehlenswert oder erwünscht sein, während desfinal use. For example, it may be advisable or desirable during the

Procedure introduced but z. 8. tasting ionic components by cation and To remove anion exchange from the product. Possibly. The solution can be concentrated to syrup (isosine or isoglucose)

oder zu Lösungen mit geringeren oder höheren Fructosegeholten als 42 Gew.-% verarbeitet werden.or to solutions having lower or higher fructose contents than 42% by weight.

The fundamental advantage of the method according to the invention is that the activity of the immobilized Biocatalyst can be fully utilized. By contrast, in the prior art methods, there remains a residual activity

von ca. 20% der Anfangsaktivität ungenutzt.of about 20% of the initial activity unused.

The process according to the invention also makes possible a fully continuous conversion of substrate at

wesentlichen konstanter Raumgeschwindigkeit des Substrat/Produkt-Stromes und somit eine konstante Produktivität desSubstantial constant space velocity of the substrate / product stream and thus a constant productivity of the

Reactor per unit time. It is very advantageous that the constant space velocity also a constant short Used Verwsilzeit the sensitive substrate / product mixture in Reaktoi. The formation of unwanted by-products,

wie;.B. Hydroxymethylfurfural (HMF), Acetaldehyd oder Psicose sowie eine unerwünschte Farbe der Substrat/Produktlösung wird dadurch vei mieden.as .B. Hydroxymethylfurfural (HMF), acetaldehyde or psicose, as well as unwanted color of the substrate / product solution is thereby avoided.

The reactor can be in an advantageous variant with a constant throughput on a high Aktivi'.äts- and Driving space velocity level, whereby the safety of the system against microbial contamination considerably

erhöht wird. Weiterhin kann der Reaktor bei jedem technisch und wirtschaftlich sinnvollen Niveau der Aktivität desis increased. Furthermore, the reactor can at any technically and economically reasonable level of activity of the

Biocatalyst are driven, with a change between different levels of activity is readily possible. If enough fresh immobilized biocatalyst is fed to the reactor frequently, a given level of activity in

engen Grenzen aufrechterhalten werden. Beispielsweise ist es bei einer Inaktivierungsrate von ca. 3% in 100 Stunden bereits ausreichend, wenn dem Reaktor etwa zweimal pro Woche frischer immobilisierter Biokatalysator zugeführt wird.narrow limits are maintained. For example, with an inactivation rate of about 3% in 100 hours, it will be sufficient if fresh immobilized biocatalyst is added to the reactor about twice a week.

In addition, there are considerable procedural and apparatus advantages. Thus, the invention allows Method a fully continuous loading and unloading of the reactor during the reaction. Compared to the state of the art

entfallen Stillstände zum Be- und Entchargen. Die Zahl der benötigten Reaktoren (im Stand der Technik üblicherweise 6 bis 10) kann sogar bis auf einen Reaktor reduziert werden. Damit werden Investitions- und Unterhaltungskosten außerordentlich gesenkt und die betriebliche Kontrolianalytik sehr vereinfacht.There are no standstills for loading and unloading. The number of reactors required (usually 6 to 10 in the prior art) can even be reduced to one reactor. This greatly reduces investment and maintenance costs and simplifies operational control analytics.

The following examples serve to illustrate the invention without, however, limiting its scope. Examples

1. Allgemeine Bedingungen und Materialien1. General conditions and materials

1.1 Als Versuchsreaktor wurde eine temperierbare Glassäule mit einem Innendurchmesser von 0,7 cm vertikal in abwärts gerichteter Fließrichtung betrieben.1.1 As a test reactor, a temperature-controllable glass column with an inner diameter of 0.7 cm was operated vertically in a downward flow direction.

1.2 Zur Durchführung des Verfahrens wurde ein immobilisierter Biokatalysator mit Glucoseisomerase-Aktivität vom Typ Optisweet H (Miles Kali-Chemie GmbH & Co. KG) mit einer Anfangsaktivität, die (bis Raumgeschwindigkeit ausgedrückt) 7,4v/vh (60⁰C) betrug, eingesetzt.1.2 To perform the process, an immobilized biocatalyst with glucose isomerase activity was measured (& Co. KG Miles Kali-Chemie GmbH) / vh was type Opti Sweet H with an initial activity (expressed by space velocity) 7.4 V (60 ⁰ C), used.

1.3 Das eingesetzte Substrat hatte folgende Zusammensetzung:1.3 The substrate used had the following composition:

Glucose: 45% by weight Magnesium: 120ppm

SO₂: 600 ppmSO ₂ : 600 ppm

pH-Wert: 7,5pH value: 7.5

Magnesium was in the form of magnesium sulfate and SO; added in the form of sodium sulfite.

1.4 Um das Verfahren der Erfindung in einem vertretbaren Zeitrahmen demonstrieren zu können, wurde nicht bei der an sich üblichen Verfahrenstemperatur von 60°C, sondern bei erhöhter Temperatur von 75⁰C gearbeitet. Die Anfangsaktivität des Katalysators bei 75⁰C ist 2,5fach höher als bei 60⁰C, die hier bewußt angestrebte hohe Inaktivierungsrate bei 75⁰C ist ca.1.4 In order to demonstrate the process of the invention in a reasonable time frame, it was not at the usual process temperature of 60 ° C, but at an elevated temperature of 75 ⁰ C worked. The initial activity of the catalyst at 75 ⁰ C is 2.5 times higher than at 60 ⁰ C, which deliberately targeted high inactivation rate at 75 ⁰ C is about

10fach größer als bei 60°C. Die nachfolgenden Meßergebnisse konnten so in einem vertretbaren Zeitraum erhalten werden.10 times larger than at 60 ° C. The subsequent measurement results could be obtained within a reasonable time.

2. Durchführung des Verfahrens2. Implementation of the procedure

2 ml des Katalysators mit Glucoseisomerase-Aktivität und den unter 1.2 beschriebenen Eigen» haften wurden als Grundschüttung in den Reaktor eingebracht (Füllhöhe 5,2cm). Durch diesen Reaktor wurde mi. liner Dosierpumpe die vortemperierte (75°C)-Substratlösung geleitet und der Durchsatz dabei so eingestt Ht und ggf. nachreguliert, daß der Momerisierungsgrad über die gesamte Betriebszeit konstant 46,5% betrug (Arbeiten bei konstantem Isomerisierungsgrad);2 ml of the catalyst with glucose isomerase activity and the properties described under 1.2 were introduced into the reactor as a base charge (filling height 5.2 cm). Through this reactor was mi. liner dosing pump, the pre-tempered (75 ° C) substrate solution passed and set the throughput while Ht and possibly readjusted that the Momerisierungsgrad over the entire operating time was constantly 46.5% (working at a constant degree of isomerization);

Anfangsgeschwindigkeit = 18,5 v/vh. Nachfolgend wurde nach vorgegebenen Zeitintervallen („Intervallverfahren") jeweils eine bestimmte Menge an frischem Katalysator mit Glucoseisomerase-Aktivität auf die im Reaktor vorgelegte Schüttung bis zum Erreichen der maximalen Füllhöhe des Reaktors zugegeben (Ende der Aufbauphase und Begin.' des vollkoritinuierlichen Betriebes). Die Katalysatorzugaben erfolgten jeweils bei Werten zwischen 75% bis 50% für die Restaktivität, wobei die zugefühlten Mengen jeweils etwa das Anfangsniveau (100%) der Enzymaktivität wiederherstellten. (Bei einem größer ausgelegtem Reaktor ist eine wesentlich kleinere Abstufung der zugeführten Katalysatormenge technisch möglich. Be! den Reaktordimensionen des vorliegenden Beispiels konnten aus Gründen der Genauigkeit keine feineren Abstufungen gewählt werden, da dann die jeweils zuzuführende Katalysatormenge zu gering ausgefallen wäre.) Die zugegebene Katalysatormenge wurde in ml abgemessen und zur Erhöhung der Genauigkeit aus der Zunahme der Aktivität exakt in Gramm berechnet. Insgesamt wurde während des Verlaufs des Versuches achtmal frischer immobilisierter Biokatalysator nachgefüllt.Initial speed = 18.5 v / vh. Subsequently, after predetermined time intervals ("interval method"), in each case a certain amount of fresh catalyst with glucose isomerase activity was added to the charge introduced in the reactor until the maximum fill level of the reactor had been reached (end of the build-up phase and commencement of fully-continuous operation) Catalyst additions were made at values of between 75% to 50% for the residual activity, with the amounts sensed each recovering approximately the initial level (100%) of enzyme activity. (For a larger sized reactor, a much smaller grading of the amount of catalyst fed is technically possible. For the sake of accuracy, the finer dimensions of the reactor dimensions of the present example could not be selected as the amount of catalyst to be added would have been too small.) The amount of catalyst added was measured in ml and increased in accuracy of activity calculated exactly in grams. Overall, eight times fresh immobilized biocatalyst was replenished during the course of the experiment.

Die Entnahme von inaktivem Katalysator am Reaktorauslauf erfolgte während der vollkontinuierlichen Betriebsphase insgesamt zweimal nach jeweils 4 Nachfüllungen zu den Zeitpunkten 410h (Entnahme 1 g) und 700h (Entnahme 1,483g). Im Anschluß an die letzte Katalysatorentnahme nach einer Betriebszeit von 700h wurde die Zugabe von frischem immobilisiertem Biokatalysator eingestellt und der Reaktor bis zum Erreichen einer Restaktivität von 20% weiter betrieben. Diese letzte Phase entspricht dem Herunterfahren des Betriebsniveaus der Enzymaktivität im Reaktor. Wird während dieser Phase bei einem Aktivitätsniveau oberhalb 20% wieder mit der Zugabe von frischem immobilisierten Biokat.iysator begonnen, bestellt die Möglichkeit, den Reaktor auf einem frei wählbaren Betriebsniveau der Aktivität oberhalb von 20% weiterzufahren.The removal of inactive catalyst at the reactor outlet was carried out during the fully continuous operating phase a total of twice after every 4 refills at the times 410h (removal 1 g) and 700h (removal 1.483g). Following the final catalyst removal after 700 hours of operation, the addition of fresh immobilized biocatalyst was discontinued and the reactor continued to operate until a residual activity of 20% was reached. This last phase corresponds to shutting down the level of enzyme activity activity in the reactor. If the addition of fresh immobilized biocatalyst is restarted during this phase at an activity level above 20%, the ability to continue the reactor at an arbitrary operating level above 20% will be ordered.

Die Ergebnisse dieses Beispiels sind als Verlauf der Enzymaktivität im Reaktor in % der Anfangsaktivität über die Betriebszeit angegeben. Die Betriebsdaten und -ergebnisse sind im einzelnen in der Tabelle 1 und in den Figuren 1 und 2 aufgeführt.The results of this example are given as the course of the enzyme activity in the reactor in% of the initial activity over the operating time. The operating data and results are shown in detail in Table 1 and Figures 1 and 2.

3. Betriebsdaten und Ergebnisse 3.1 Tabelle 13. Operating data and results 3.1 Table 1

Activity profile as a function of operating time and supplied or removed catalyst and throughput and Productivity (determined by integration over the refill sections)

Betriobs-Betriobs- 0-730-73 Aktivitäts-activity Durchsatz inThroughput in g/Etg / Et 12541254 Katalysatorcatalyst Reakreak EntEnt (g)(G) zeit-Time- 73-17173-171 spannespan g HFS-TSg HFS TS -- 2820,92,820.9 NachfüllRefill torgate nahmeacceptance -- raumroom 171-265171-265 4402,04,402.0 menge undamount and inhaltcontent __ 265-339265-339 5638,35,638.3 -zeit-Time t(h)t (h) (g)(G) -- (h)(H) 33&-41033 -410 (%)(%) g/Atg / At 6851,36,851.3 θθ -- 11 -- toto 410410 100100 -- -- 7373 1,25381.2538 -- 410-506410-506 100-73,1100-73.1 1 254,01 254.0 8354,98,354.9 0,2538.2538 171171 1,70261.7026 -- 506-578506-578 101,5-61,5101.5 to 61.5 1 566,91 566.9 9550,49,550.4 0,4488.4488 265265 2,12102.1210 1,00"1.00 " 578-700578-700 112,2-60,9112.2 to 60.9 '581,1'581.1 11298,811,298.8 0,4184.4184 339339 2,48332.4833 -- 760760 104,6-65,4104.6 to 65.4 1 236,31 236.3 0,3623.3623 410410 2,83012.8301 -- 700-940700-940 103,S-71,5103, S-71.5 1 213,01 213.0 13661,413,661.4 0,3468.3468 1,83011.8301 -- HFS =HFS = 506506 2,29142.2914 1,483"1.483 " TSTS 106,7-58,0106.7 to 58.0 1 503,61 503.6 0,4613.4613 578578 2,62602.6260 -- tt 102,5-66,0102.5 to 66.0 1195,51,195.5 0,3346.3346 700700 3,20683.2068 95,6-47,595.6 to 47.5 1748,41,748.4 0,5808.5808 1,72381.7238 -- 1,72381.7238 105,6-17,8105.6 to 17.8 2362,62,362.6 -- hochfructosehaltiger SirupHigh fructose syrup Trockensubstanzdry matter Zeit Ih)Time Ih)

1) in to vorgelegte Menge1) quantity presented in to

2) erste bis vierte Nachfüllmenge2) first to fourth refill quantities

Die in der Spalte g/Et angegebenen Durchsätze entsprechen der Produktivität P₁, für deren Ermittlung folgende Beziehung gilt:The throughputs given in the column g / Et correspond to the productivity P ₁ , for the determination of which the following applies:

(Do = Durchsatz in g/h zur Zeit t₀; D = Durchsatz in g/h zur Zeit t; k = [In Do - In D,)/[t_o - t|) 3.2 Figur 1(Do = throughput in g / h at time t ₀ ; D = throughput in g / h at time t; k = [In Do - In D,) / [t _o - t |) 3.2 Figure 1

Course of the catalyst activity over the operating life of the reactor

(1) Grundschüttung im Reaktor zum Zeitpunkt t = 0 (h)(1) Base bed in the reactor at time t = 0 (h)

(2) bis (5), (7) und (8) Zugabe von frischem immobilisiertem Biokatalysa\or mit Giucoseisornerase-Aktivität am Kopf des Reaktors(2) to (5), (7) and (8) addition of fresh immobilized biocatalyst with glucosic isornerase activity at the top of the reactor

(6) und (9) Zugabe von frischem immobilisiertem Biokatalysator mit Glucoseisomerase-Aktivität am Kopf des Reaktors und(6) and (9) Addition of fresh immobilized biocatalyst with glucose isomerase activity at the top of the reactor and

gleichzeitige Entnahme von inaktivem Katalysator am Fuß des Reaktors K = KatalysatoraktivitätSimultaneous removal of inactive catalyst at the bottom of the reactor K = catalyst activity

Phase I: start-up of the reactor and construction of the activity profile along the column of heaters; (1) to (5). Phase II: Continuous operating phase at high activity level; (5) to (9). Phase III: Henbfahren of the reactor for adjusting a low level of enzyme activity or for the purpose of

Außerbetriebnahme; ab (9)Decommissioning; from (9)

3.3 Figur 2 3.3 Figure 2

Used amount of catalyst and reactor productivity

(a) Produkt in kg HFS-TS(a) Product in kg HFS-TS

(b) Katalysator, eingesetzte Menge in g(b) catalyst, amount used in g

4. Produktivität des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zur Produktivität des konventionellen Verfahrens4. Productivity of the process of the invention compared to the productivity of the conventional process

Für einen konventionellen Reaktor, der mit eine η Katalysatorfestbett aus immobilisierter Glucoseisomerase und ansonsten unter gleichen Bedingungen (75⁰C; konstanter Isomerisierungsgrad von 46,5%) wie das obige erfindungsgemäße Beispiel von einer Anfangsaktivität von 100% bis zu einer Re&taktivität von 20% gefahren wird, ergibt sich eine Produktivität von 3,11 kg HFS-TS/g eingesetzten Katalysators.For a conventional reactor operated with an immobilized glucose isomerase fixed catalyst bed and otherwise under the same conditions (75 ^° C., constant isomerization degree of 46.5%) as the above inventive example from an initial activity of 100% to a reactivity of 20% results in a productivity of 3.11 kg HFS-TS / g of catalyst used.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich für die vollkontinuierliche Betriebsphase Il (hier z.B. 340-70Oh), also fürden Gleichgewichtszustand des Reaktorsystems, ausder in dieserPhase produzierten Menge an HFS-TS von11,6 - 5,7 = 5,9 kg und der während dieser Phase zugeführten Katalysatormenge von 4,15 - 2,55 = 1,6g für den Gleichgewichtszustand des Systems eine Produktivität von 3,69 kg HFS-TS/fi eingesetzten Katalysators.In the method according to the invention results for the fully continuous operating phase II (here 340-70Oh), ie for the equilibrium state of the reactor system, from the amount of HFS-TS produced in this phase of 11.6 - 5.7 = 5.9 kg and during this phase 4.15 - 2.55 = 1.6 g of catalyst equilibrium state a productivity of 3.69 kg HFS-TS / fi catalyst used.

Aus dem Verhältnis des Produktivitätswertes des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Produktivitätsweit des konventionellen Verfahrens ergibt sich, daß die Produktivität beim erfindungsgemäßen Verfahren um 19% (bezogen auf die Produktivität des konventionellen Verfahrens als 100%) höher ausfällt. Die Aktivität des Biokatalysators im erfindungsgemäßen Verfahren wird also vollständig ausgenutzt.From the ratio of the productivity value of the method according to the invention to the productivity of the conventional process, it can be seen that the productivity in the process according to the invention is higher by 19% (based on the productivity of the conventional process than 100%). The activity of the biocatalyst in the process according to the invention is thus fully utilized.

Claims

1. A process for the continuous production of a solution of an enzymatically producible product by reacting a substrate solution on an immobilized biocatalyst with enzyme activity for the substrate-product conversion in a tubular reactor, characterized in that the immobilized biocatalyst along the flowed through by the substrate solution tubular reactor so moves in that a temporally substantially constant activity profile is maintained along the tube reactor.

2. The method according to claim 1, characterized in that the activity profile is maintained by continuous supply of fresh and removal of inactive immobilized biocatalyst.

3. ancestor according to claim 1, characterized in that the activity profile is maintained by intermittent supply of fresh and removal of inactive immobilized biocatalyst.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that one moves the immobilized biocatalyst in cocurrent to the substrate solution through the tubular reactor.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the immobilized Biokatalyeator along a vertically arranged tubular reactor, d. H. moved along a reaction column using gravity.

6. The method according to claim 5, characterized in that the activity profile is built up in an initial phase of the reaction by starting the reaction with a base of immobilized biocatalyst in the reactor column in a conventional manner and, as soon as the enzyme activity to a predetermined lower limit the initial activity has dropped, constantly or at intervals adding fresh immobilized biocatalyst until reaching a desired or maximum level of inhibition.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as glucose-containing and fructose-containing solution is prepared by reacting glucose-containing substrate solution on an immobilized biocatalyst with Glucoseisomeraseaktivität as enzymatically producible product.

8. The method according to claim 7, characterized in that one uses as an immobilized biocatalyst immobilized on a porous silica or porous alumina glucose isomerase.