DE19803415A1 - Separation of mixtures using polysaccharides - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Stoffgemischen, insbesondere Enantiomeren, unter Einsatz von Polysacchariden als Trennmaterial.The invention relates to a method for separating mixtures of substances, especially enantiomers, using polysaccharides as Release material.
Die Chromatographie ist eine effektive Methode zur vollständigen Trennung von Komponenten einer Mischung, insbesondere zur Auftrennung von Mischungen ähnlicher Verbindungen, z. B. von Stereoisomeren. Aufgrund des steigenden Interesses an reinen Enantiomeren für pharmazeutisch und biochemisch wirksame Substanzen und Pflanzenschutzmittel ist die chromatographische Trennung enantiomerer Verbindungen von besonderem Interesse. Für die Aufreinigung dieser Verbindungen werden ständig verbesserte Verfahren entwickelt und bessere Trennmaterialien gesucht, insbesondere auf der Basis der Polysaccharide Cellulose und Stärke, zwei leicht zugänglichen und kostengünstigen Polymeren mit chiralen Atomen.Chromatography is an effective method for complete separation of components of a mixture, in particular for the separation of Mixtures of similar compounds, e.g. B. of stereoisomers. Because of the increasing interest in pure enantiomers for pharmaceutical and biochemically active substances and pesticides is the chromatographic separation of enantiomeric compounds of particular Interest. For the purification of these compounds are constantly developed improved processes and searched for better separation materials, especially based on the polysaccharides cellulose and starch, two easily accessible and inexpensive polymers with chiral atoms.
So schildert der Artikel Chromatographie 65, LaborPraxis, 730-738 (1990) die Verwendung von mikrokristalliner Tribenzoylcellulose mit Korngrößen von 10 bis 20 µm im Vergleich zu Triacetylcellulose als Sorbens für die Enantiomerentrennung in der Chromatographie. Beide Substanzen können für analytische und präparative Trennungen verwendet werden. Sie sind durch Derivatisierung von Cellulose zugänglich. Unmodifizierte Polymere kommen nicht zum Einsatz. Die Einführung kleinerer Korngrößen bis zu 5 µm, um Totvolumina und eine im Verlauf des Betriebs auftretende Verdichtung der Säule zu vermeiden, wird als wünschenswert beschrieben.The article describes Chromatographie 65, LaborPraxis, 730-738 (1990) the use of microcrystalline tribenzoyl cellulose with grain sizes of 10 to 20 µm compared to triacetyl cellulose as a sorbent for the Enantiomer separation in chromatography. Both substances can be used for analytical and preparative separations can be used. you are through Derivatization of cellulose accessible. Unmodified polymers are coming not used. The introduction of smaller grain sizes down to 5 µm to Dead volumes and a compression of the Avoiding the pillar is described as desirable.
Auch WO 95/05 879 behandelt die Trennung von Enantiomeren durch Flüssigkeitschromatographie. Besondere Aufmerksamkeit wird hier der mobilen Phase zur Verbesserung der Trennleistung gewidmet. Als stationäre Phase werden Carbamat-Derivate von Cellulose und Amylose und Ester- Derivate von Cellulose verwendet.WO 95/05 879 also deals with the separation of enantiomers Liquid chromatography. Particular attention is paid here to dedicated to the mobile phase to improve separation performance. As a stationary Phase are carbamate derivatives of cellulose and amylose and ester Derivatives of cellulose used.
DE-A 43 17 139 beschreibt ein spezielles Verfahren zur Enantiomerentrennung von Inhalationsanästhetika mittels präparativer Gaschromatographie. Als stationäre Phase werden mit Estergruppierungen derivatisierte Cyclodextrine in Polysiloxanlösung auf porösem Trägermaterial (Chromosorb) verwendet. Um geeignetes Trennmaterial zu erhalten, müssen die Cyclodextrine chemisch modifiziert, in Polysiloxan gelöst und auf einem geeigneten Trägermaterial fixiert werden.DE-A 43 17 139 describes a special method for Enantiomer separation of inhalation anesthetics using preparative Gas chromatography. As a stationary phase with ester groups derivatized cyclodextrins in polysiloxane solution on porous support material (Chromosorb) used. In order to obtain suitable separating material, the cyclodextrins chemically modified, dissolved in polysiloxane and on a suitable carrier material can be fixed.
Auch in US 5,403,898 werden Cyclodextrinderivate enthaltende polymere Siloxane als chirale stationäre Phase in der analytischen und präparativen Gaschromatographie (GC), Chromatographie mit superkritischen Flüssigkeiten (SFC) und Flüssigkeits-Chromatographie (LC) eingesetzt. Diese Peralkyl-Cyclodextrine werden chemisch an die Polysiloxane gebunden. Das verwendete Material wird also durch chemische Modifizierung der Cyclodextrine und anschließende chemische Fixierung an Polysiloxane erhalten.Polymers containing cyclodextrin derivatives are also described in US Pat. No. 5,403,898 Siloxanes as chiral stationary phase in the analytical and preparative Gas chromatography (GC), chromatography with supercritical Liquids (SFC) and liquid chromatography (LC) are used. This Peralkyl cyclodextrins are chemically bound to the polysiloxanes. The The material used is therefore modified by chemical modification Cyclodextrins and subsequent chemical fixation to polysiloxanes receive.
In US 5,302,633 wird, um eine Unlöslichkeit der chiralen stationären Phase zu erreichen, ein Vinylderivat eines Polysaccharids (z. B. Cellulose) auf der Oberfläche eines porösen Trägers (z. B. Kieselgel) erst adsorbiert, dann polymerisiert. Eine zweite Variante ist die Copolymerisation eines Vinylgruppen enthaltenden porösen Trägers (z. B. modifiziertes Kieselgel) mit einem Vinylderivat eines Polysaccharids. Auch hier sind chemische Modifizierungen notwendig, um geeignetes Trennmaterial zu erhalten.In US 5,302,633 to insolubility of the chiral stationary phase achieve a vinyl derivative of a polysaccharide (e.g. cellulose) on the Surface of a porous support (e.g. silica gel) first adsorbed, then polymerized. A second variant is the copolymerization of one Porous carrier containing vinyl groups (e.g. modified silica gel) a vinyl derivative of a polysaccharide. Here are chemical too Modifications necessary to obtain suitable release material.
EP-B-0 157 365 beschreibt stationäre Phasen zur Enantiomeren- und Isomerentrennung und für die Gelpermeationschromatographie auf der Basis von Polysaccharid-Carbamat-Derivaten. Als Polysaccharide sind Cellulose, Amylose, Chitosan, Xylan, Dextran und Inulin geeignet. Hierbei kann das hergestellte Pulver mit einem Partikeldurchmesser von 1 µm bis 300 µm direkt oder nach physikalischer oder chemischer Fixierung auf einem porösen Träger eingesetzt werden. Es ist also eine chemische Modifizierung notwendig, um geeignetes Trennmaterial zu erhalten.EP-B-0 157 365 describes stationary phases for enantiomer and Isomer separation and for gel permeation chromatography based of polysaccharide carbamate derivatives. The polysaccharides are cellulose, Amylose, chitosan, xylan, dextran and inulin are suitable. Here it can manufactured powder with a particle diameter of 1 µm to 300 µm directly or after physical or chemical fixation on a porous Carrier can be used. So it's a chemical modification necessary to obtain suitable separating material.
In DE-C 26 55 292 und DE-C 26 55 361 werden poröse Gele aus Dextranderivaten als Trennungsmedien in elektrophoretischen Trennungsmaterialien eingesetzt. Um eine Unlöslichkeit zu erzielen, müssen vinylgruppenhaltige Dextranderivate durch radikalische Polymerisation vernetzt werden.In DE-C 26 55 292 and DE-C 26 55 361 porous gels are made Dextran derivatives as separation media in electrophoretic Separation materials used. To achieve insolubility, you must Dextran derivatives containing vinyl groups by radical polymerization be networked.
Es sind also bereits zahlreiche Polysaccharide bekannt, die in chromatographischen Trennverfahren eingesetzt werden. Diese müssen jedoch immer, um eine gute Trennleistung, Korngrößenverteilung, Lösungsmittelstabilität und -resistenz zu erzielen, chemisch und/oder physikalisch modifiziert werden. Dies ist immer mit einer Erhöhung der Kosten verbunden.So there are already numerous polysaccharides known in chromatographic separation processes are used. However, these must always to ensure good separation performance, grain size distribution, Achieve solvent stability and resistance, chemically and / or be physically modified. This is always with an increase in Associated costs.
Unter chemischen und/oder physikalischen Modifizierungen sind insbesondere Derivatisierungen durch die Einführung spezieller Gruppen, kovalente Fixierungen auf einem Trägermaterial sowie nachträgliche chemische und/oder physikalische Vernetzungen zu verstehen.Are under chemical and / or physical modifications especially derivatization through the introduction of special groups, covalent fixations on a carrier material as well as subsequent understand chemical and / or physical networking.
Aufgabe der Erfindung ist daher eine Vereinfachung und Verbilligung des Chromatographieverfahrens durch Umgehung von chemischen und physikalischen Modifizierungen des eingesetzten Chromatographiematerials.The object of the invention is therefore to simplify and reduce the cost Chromatography bypassing chemical and physical modifications of the chromatography material used.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur chromatographischen Trennung von Stoffgemischen unter Einsatz von sphärischen Mikropartikeln aus chemisch und physikalisch unmodifizierten, wasserunlöslichen, linearen Polysacchariden als Trennmaterial gelöst.This task is accomplished using a chromatographic separation technique of mixtures of substances using spherical microparticles chemically and physically unmodified, water-insoluble, linear Polysaccharides dissolved as a separating material.
Unter sphärischen Mikropartikeln sind Mikropartikel, die annähernd
Kugelform besitzen, zu verstehen. Bei Beschreibung einer Kugel durch von
einem gemeinsamen Ursprung ausgehende, in den Raum gerichtete Achsen
gleicher Länge, die den Radius der Kugel in allen Raumrichtungen definieren,
ist für die sphärischen Mikropartikel eine Abweichung der Achsenlängen vom
Idealzustand der Kugel von 1% bis 40% möglich. Bevorzugt werden
sphärische Mikropartikel mit Abweichungen bis 25%, besonders bevorzugt
bis 15% erhalten. Die Oberfläche der sphärischen Mikropartikel kann
makroskopisch mit der einer Himbeere verglichen werden, wobei die Tiefe
der "Eindellungen" oder "Einschnitte" maximal 20% des mittleren
Durchmessers der sphärischen Mikropartikel betragen soll. Die Fig. 1a bis
d zeigen Rasterelektronenmikroskopaufnahmen (REM) (Camscan S-4) der
verwendeten sphärischen Mikropartikel.
1a: Rasterelektronenmikroskopaufnahme der verwendeten sphärischen
Mikropartikel in 5000x Vergrößerung
1b: Rasterelektronenmikroskopaufnahme der verwendeten sphärischen
Mikropartikel in 10000x Vergrößerung
1c: Rasterelektronenmikroskopaufnahme der verwendeten sphärischen
Mikropartikel in 5000x Vergrößerung
1d: Rasterelektronenmikroskopaufnahme der verwendeten sphärischen
Mikropartikel in 20000x Vergrößerung
Durch die Umgehung von chemischen und physikalischen Modifizierungen
der linearen Polysaccharide können zusätzliche kostenintensive
Verfahrensschritte vermieden und dadurch die Wirtschaftlichkeit des
Chromatographieverfahrens erhöht werden. Ein weiterer Vorteil ist die sehr
gute Reproduzierbarkeit des Chromatographieprozesses.Spherical microparticles are to be understood as meaning microparticles which are approximately spherical in shape. If a sphere is described by axes of the same length, starting from a common origin, which point into the space and define the radius of the sphere in all spatial directions, the spherical microparticles may deviate from the ideal length of the sphere by 1% to 40%. Spherical microparticles with deviations of up to 25%, particularly preferably up to 15%, are preferably obtained. The surface of the spherical microparticles can be compared macroscopically with that of a raspberry, the depth of the "indentations" or "incisions" should not exceed 20% of the average diameter of the spherical microparticles. Figs. 1a to d show scanning electron micrographs (SEM) (Camscan S-4) of the spherical microparticles used.
1a: scanning electron microscope image of the spherical used
Microparticles in 5000x magnification
1b: Scanning electron microscope image of the spherical microparticles used in 10000x magnification
1c: scanning electron microscope image of the spherical microparticles used in 5000x magnification
1d: Scanning electron microscope image of the spherical microparticles used in 20000x magnification
By avoiding chemical and physical modifications of the linear polysaccharides, additional cost-intensive process steps can be avoided and the economic efficiency of the chromatography process can thereby be increased. Another advantage is the very good reproducibility of the chromatography process.
Unter physikalischen Modifizierungen sind nicht die üblichen Standardprozeduren der Labortätigkeit wie Rühren, Zentrifugieren, Aufschlämmen, Waschen, Filtrieren, Trocknen usw. zu verstehen.Physical modifications are not the usual ones Standard laboratory procedures such as stirring, centrifuging, To understand slurries, washing, filtering, drying, etc.
Lineare Polymere gemäß der vorliegenden Erfindung können Polyglucane oder andere lineare Polysaccharide wie Pullulane, Pektine, Mannane oder Polyfructane sein. Besonders bevorzugt ist Poly-(1,4-α-D-glucan).Linear polymers according to the present invention can be polyglucans or other linear polysaccharides such as pullulans, pectins, mannans or Be polyfructans. Poly (1,4-α-D-glucan) is particularly preferred.
Das Material kann erfindungsgemäß zur chromatographischen Trennung von Substanzgemischen, besonders bevorzugt Stereoisomeren, ganz besonders bevorzugt Enantiomeren eingesetzt werden. Daher ist besonders der Einsatz als Chromatographiematerial in der präparativen und analytischen Chromatographie wie Gaschromatographie, präparativer und analytischer Dünnschichtchromatographie und besonders bevorzugt in der Säulenchromatographie, insbesondere High Performance Liquid Chromatography (HPLC), von Interesse. Weiterhin ist die Verwendung des Materials in der Gelpermeationschromatographie (GPC) bei der Auftrennung von Polymeren verschiedener Molekulargewichte von Interesse. Eine Anwendung, die ebenfalls in den Bereich der Erfindung fällt, ist die Abtrennung von Substanzen aus Lösungen, Emulsionen oder Suspensionen durch spezifische oder unspezifische Wechselwirkungen mit niedermolekularen oder polymeren Verbindungen. Aber auch ionische Verbindungen, insbesondere Metallkationen, sind von Interesse für die Anwendung. Spezielle Effekte sind insbesondere aufgrund der strukturellen Ähnlichkeit zu Polysacchariden bei der Abtrennung von Monosacchariden, Disacchariden und Oligosacchariden erzielbar. Weiterhin ist auch die Behandlung von Wasser, insbesondere Abwasser, die Aufarbeitung und Analyse von Blut, bzw. die Auftrennung bzw. Abtrennung von Erbgutmaterial oder verwandten Verbindungen (z. B. Oligonucleotide, Peptide, Proteine) von Interesse.According to the invention, the material can be used for the chromatographic separation of Mixtures of substances, particularly preferably stereoisomers, very particularly preferably enantiomers are used. Therefore, the use is special as chromatographic material in preparative and analytical Chromatography such as gas chromatography, preparative and analytical Thin layer chromatography and particularly preferably in the Column chromatography, especially high performance liquid Chromatography (HPLC), of interest. Furthermore, the use of the Material in gel permeation chromatography (GPC) during separation of polymers of different molecular weights of interest. A Application that also falls within the scope of the invention is Separation of substances from solutions, emulsions or suspensions through specific or non-specific interactions with low molecular weight or polymeric compounds. But also ionic Compounds, especially metal cations, are of interest to the Application. Special effects are particularly due to the structural Similarity to polysaccharides in the separation of monosaccharides, Disaccharides and oligosaccharides can be achieved. Furthermore, the Treatment of water, especially wastewater, treatment and Analysis of blood, or the separation or separation of genetic material or related compounds (e.g. oligonucleotides, peptides, proteins) from Interest.
Unter Chromatographie versteht man im Sinne der Erfindung physikalische Trennverfahren, bei denen die Stofftrennung durch Verteilung zwischen einer stationären und einer mobilen Phase geschieht. Eine Einteilung ermöglicht die Kombination der Phasenzustände fest, flüssig und gasförmig für die mobile und stationäre Phase.Chromatography means physical in the sense of the invention Separation processes in which the separation of substances by distribution between a stationary and a mobile phase happens. A division enables the Combination of the phase states solid, liquid and gaseous for the mobile and stationary phase.
Unter HPLC (High Performance (oder) High Pressure Liquid Chromatography) ist die Hochleistungs- (oder) Hochdruckflüssigkeits chromatographie zu verstehen. Man arbeitet bei der HPLC mit sehr feinem Material (3-10 µm), da die Trennleistung einer Säule mit abnehmender Korngröße der stationären Phase zunimmt. Die Feinteiligkeit der Trennmaterialien erfordert hohe Drucke (bis zu 400 bar).Under HPLC (High Performance (or) High Pressure Liquid Chromatography) is the high performance (or) high pressure liquid understand chromatography. One works with the HPLC with very fine Material (3-10 µm), because the separation performance of a column decreases Grain size of the stationary phase increases. The fineness of the Separating materials require high pressures (up to 400 bar).
Bei der Gelpermeationschromatographie (GPC), auch Ausschluß chromatographie, die auch als HPLC betrieben werden kann, besteht die stationäre Phase aus Perlen mit einem heteroporösen gequollenen Netzwerk, dessen Porengrößenverteilung über mehrere Größenordnungen variiert, so daß die Fraktionierung nach Molekulargröße erfolgt, was die rasche Bestimmung der molekularen Größenverteilung von Polymeren gestattet.In gel permeation chromatography (GPC), also exclusion chromatography, which can also be operated as HPLC, exists stationary phase from beads with a heteroporous swollen network, whose pore size distribution varies over several orders of magnitude, so that fractionation by molecular size is done, which is the rapid determination the molecular size distribution of polymers allowed.
Die Gaschromatographie (GC) dient zur Trennung von Stoffgemischen, die gasförmig vorliegen oder sich unzersetzt verdampfen lassen, wobei als mobile Phase ein Gas dient. Die gaschromatographische Analyse beginnt mit dem Aufbringen eines Gases, einer verdampfbaren Flüssigkeit oder eines verdampfbaren Feststoffes auf die thermostatisierte Trennsäule. Mit Hilfe des Trägergases (He, N2 oder H2) werden die Substanzen durch die Säule transportiert, wo die chromatographische Trennung stattfindet. Gas chromatography (GC) is used to separate mixtures of substances that are in gaseous form or that can be vaporized without decomposition, with a gas serving as the mobile phase. Gas chromatographic analysis begins with the application of a gas, an evaporable liquid or an evaporable solid to the thermostatted separation column. With the help of the carrier gas (He, N 2 or H 2 ) the substances are transported through the column, where the chromatographic separation takes place.
Lineare Polysaccharide sind Polysaccharide, die aus Monosacchariden, Disacchariden oder anderen monomeren Bausteinen (Monomer) derart aufgebaut sind, daß die Monosaccharide, Disaccharide oder anderen monomeren Bausteine stets in der gleichen Art miteinander verknüpft sind. Jede so definierte Grundeinheit oder Baustein hat genau zwei Verknüpfungen, jeweils eine zu einem anderen im Polymer eingebauten "Monomer" (Wiederholungseinheit im Polymer). Davon sind die beiden Grundeinheiten ausgenommen, die den Anfang und das Ende des Polysaccharids bilden. Diese Grundeinheiten haben nur eine Verknüpfung zu einem weiteren "Monomer". Bei drei Verknüpfungen (kovalente Bindungen) spricht man von einer Verzweigung. Verzweigungen treten nicht oder nur in untergeordnetem Maß auf, so daß sie bei sehr kleinen Verzweigungsanteilen den herkömmlichen analytischen Methoden nicht zugänglich sind.Linear polysaccharides are polysaccharides made from monosaccharides, Disaccharides or other monomeric building blocks (monomer) such are built up that the monosaccharides, disaccharides or others monomeric units are always linked together in the same way. Each basic unit or module defined in this way has exactly two links, one each to another "monomer" built into the polymer (Repeating unit in the polymer). The two are basic units except which form the beginning and the end of the polysaccharide. This Basic units have only one link to another "monomer". With three links (covalent bonds) one speaks of one Branch. Branches do not occur or only to a minor extent on, so that they are the conventional with very small branch proportions analytical methods are not accessible.
Unter naturidentischen Polysacchariden sind dabei Polymere zu verstehen, die entweder so in der Natur nicht auftreten oder aber nur in einer Mischung mit anderen Verbindungen, die auch andere Polymere sein können. Die Herstellung solcher naturidentischen Polymere ist durch Verfahren möglich, die unter den im breitesten Sinn zu definierenden Begriff der bio- und gentechnologischen Verfahren fallen. Darunter sind einerseits biotechnische Verfahren oder Prozesse zu verstehen, wie sie weiter unten definiert werden, aber auch solche, die durch die Verwendung und Modifikation von zum Beispiel Bakterien, Pilzen oder Algen zu entsprechenden Verbindungen führen. Andererseits fallen unter den Begriff aber auch zum Beispiel Polysaccharide, die dadurch zu gewinnen sind, daß bio- oder gentechnische Verfahren auf höhere Pflanzen angewendet werden, so daß eine Separation aus der Pflanze erfolgen kann. Zu solchen Pflanzen gehören insbesondere die Kartoffel, Mais, Getreidearten, Maniok, Reis und Erbsen. Aber auch andere Pflanzen, die Polysaccharide produzieren sind unter dem erfindungsgemäßen Aspekt in diese Kategorie einzuordnen. Nature-identical polysaccharides are understood to mean polymers that either not occurring in nature or only in a mixture with other compounds, which can also be other polymers. The Such nature-identical polymers can be produced by processes which under the broadest definition of the term bio- and genetic engineering processes fall. On the one hand, there are biotechnological ones Understand procedures or processes as defined below but also those which, through the use and modification of the Example bacteria, fungi or algae to corresponding compounds to lead. On the other hand, the term also includes, for example Polysaccharides that can be obtained by biotechnological or genetic engineering Procedures can be applied to higher plants so that separation can be done from the plant. Such plants include, in particular Potatoes, corn, cereals, cassava, rice and peas. But others too Plants that produce polysaccharides are among those of the present invention Classify aspect in this category.
Im Rahmen der Erfindung werden bevorzugt lineare, wasserunlösliche Polysaccharide verwendet, welche in einem biotechnischen, insbesondere einem biokatalytischen, auch biotransformatorischen, oder einem fermentativen Prozeß hergestellt werden.Linear, water-insoluble are preferred in the context of the invention Polysaccharides used in a biotechnical, in particular a biocatalytic, also biotransformatory, or a fermentative process.
Unter biotechnische Prozesse fallen sämtliche biokatalytischen, (= biotransformatorischen Verfahren, also Verfahren, die mit Enzymen oder in der Kombination mit Organismen, die intra- oder extrazellulär Proteine bilden, die diese Aufgabe übernehmen, durchgeführt werden können) oder fermentative Verfahren, die mit in der Natur vorkommenden oder rekombinanten Organismen durchgeführt werden können.All biocatalytic processes (= biotransformer processes, that is, processes involving enzymes or in combining with organisms that have intra- or extracellular proteins form who can take on this task, can be carried out) or fermentative processes that occur with or in nature recombinant organisms can be carried out.
Lineare Polysaccharide hergestellt durch Biokatalyse (auch: Biotransformation) im Rahmen dieser Erfindung bedeutet, daß das lineare Polysaccharid durch katalytische Reaktion von monomeren Grundbausteinen wie oligomeren Sacchariden, z. B. von Mono- und/oder Disacchariden, hergestellt wird, indem ein sogenannter Biokatalysator, üblicherweise ein Enzym, unter geeigneten Bedingungen zum Einsatz für die Umsetzung genutzt wird.Linear polysaccharides produced by biocatalysis (also: Biotransformation) in the context of this invention means that the linear Polysaccharide through catalytic reaction of monomeric building blocks such as oligomeric saccharides, e.g. B. of mono- and / or disaccharides, is produced by a so-called biocatalyst, usually a Enzyme, under suitable conditions for use in the implementation is being used.
Lineare Polysaccharide aus Fermentationen sind im Sprachgebrauch der Erfindung lineare Polysaccharide, die durch fermentative Prozesse unter der Verwendung in der Natur vorkommender Organismen, wie zum Beispiel Pilze, Algen oder Bakterien oder unter der Verwendung von in der Natur nicht vorkommenden Organismen, aber unter Zuhilfenahme von gentechnischen Methoden allgemeiner Definition modifizierten natürlichen Organismen, wie zum Beispiel Pilze, Algen oder Bakterien gewonnen werden oder unter Einschaltung und Mithilfe von fermentativen Prozessen gewonnen werden können. Linear polysaccharides from fermentations are used in the Invention of linear polysaccharides by fermentative processes under the Use of organisms occurring in nature, such as Fungi, algae or bacteria or not using in nature occurring organisms, but with the help of genetic engineering Methods of general definition modified natural organisms, such as for example, fungi, algae or bacteria can be obtained from or under Activation and with the help of fermentative processes can.
Darüber hinaus können lineare Polysaccharide zum Erzielen der in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Effekte auch dadurch erhalten werden, daß nicht-lineare Polysaccharide, die Verzweigungen enthalten, derart mit einem oder mehreren Enzymen behandelt werden, daß die Verzweigungen vom Rückgrat des Polysaccharids abgespalten werden, so daß nach ihrer Abtrennung lineare Polysaccharide vorliegen. Bei diesen Enzymen handelt es sich beispielsweise um Amylasen, iso-Amylasen, Pullulanasen oder auch Gluconohydrolasen.In addition, linear polysaccharides can be used to achieve that in the effects described in the present invention can also be obtained by that non-linear polysaccharides containing branches, so with one or more enzymes are treated that the branches are split off from the backbone of the polysaccharide, so that after their Separation linear polysaccharides are present. It is with these enzymes are for example amylases, iso-amylases, pullulanases or Gluconohydrolases.
Das bevorzugt zum Einsatz gelangende Poly-(1,4-α-D-glucan) kann auf verschiedene Weisen hergestellt werden. Eine sehr vorteilhafte Methode wird in der WO 95/31 553 beschrieben. Auf die Offenbarung der Schrift wird sich hier ausdrücklich bezogen. Darin wird das Poly-(1,4-α-D-glucan) mittels eines biokatalytischen (biotransformatorischen) Prozesses mit Hilfe von Amylosucrase hergestellt. Weiterhin kann das Poly-(1,4-α-D-glucan) unter Verwendung von Polysaccharidsynthasen, Stärkesynthasen, Glycol transferasen, α-1,4-Glucantransferasen, Glycogensynthasen oder Phosphorylasen mittels eines biokatalytischen Prozesses hergestellt werden.The preferred poly- (1,4-α-D-glucan) can be used different ways are made. It will be a very beneficial method described in WO 95/31 553. The revelation of Scripture will explicitly related here. In it the poly (1,4-α-D-glucan) is used a biocatalytic (biotransformatory) process with the help of Amylosucrase manufactured. Furthermore, the poly- (1,4-α-D-glucan) under Use of polysaccharide synthases, starch synthases, glycol transferases, α-1,4-glucan transferases, glycogen synthases or Phosphorylases are produced using a biocatalytic process.
Die prioritätsältere nicht-vorveröffentlichte Anmeldung DE-A 197 37 481 beschreibt die Herstellung von sphärischen Mikropartikeln aus linearen wasserunlöslichen Polysacchariden, sowie deren Molekulargewichte und Durchmesser. Auf die oben genannte Anmeldung wird hier Bezug genommen.The earlier priority unpublished application DE-A 197 37 481 describes the production of spherical microparticles from linear water-insoluble polysaccharides, and their molecular weights and Diameter. Reference is made here to the above-mentioned application.
Die Herstellung der sphärischen Mikropartikel erfolgt durch Lösen des wasserunlöslichen, linearen Polysaccharids, insbesondere des Poly-(1,4-α-D- glucans), in einem Lösungsmittel, besonders bevorzugt in DMSO, Einbringen der Lösung in ein Fällungsmittel, bevorzugt Wasser, Kühlen des dabei entstehenden Gemisches auf vorzugsweise 10°C bis -10°C und Abtrennen der gebildeten Mikropartikel.The spherical microparticles are produced by dissolving the water-insoluble, linear polysaccharide, especially of the poly- (1,4-α-D- glucans), in a solvent, particularly preferably in DMSO the solution in a precipitant, preferably water, cooling the resulting mixture to preferably 10 ° C to -10 ° C and separating the formed microparticles.
Durch Mitverwendung geeigneter Zusatzstoffe läßt sich auf die Eigenschaften der Partikel wie Größe, Struktur der Oberfläche, Porosität usw. sowie auf die Prozeßführung Einfluß nehmen. Geeignete Zusatzstoffe sind beispielsweise oberflächenaktive Stoffe wie Natriumdodecylsulfat oder N- Methylgluconamid, Zucker, z. B. Fructose, Saccharose, Glucose.The properties can be determined by using suitable additives of the particles like size, structure of the surface, porosity etc. as well as on the Litigation influence. Suitable additives are, for example surfactants such as sodium dodecyl sulfate or N- Methyl gluconamide, sugar, e.g. B. fructose, sucrose, glucose.
Die Molekulargewichte Mw der erfindungsgemäß verwendeten linearen Polysaccharide können in einem weiten Bereich von 103 g/mol bis 107 g/mol variieren. Für das vorzugsweise verwendete lineare Polysaccharid Poly-(1,4- α-D-glucan) werden bevorzugt Molekulargewichte Mw im Bereich von 104 g/mol bis 105 g/mol, insbesondere 2 × 104 g/mol bis 5 × 104 g/mol verwendet. Das Molekulargewicht Mw beschreibt das Gewichtsmittel des Molekulargewichts und wird mittels Gelpermeationschromatographie im Vergleich zu einer Eichung mit Pullulanstandards ermittelt.The molecular weights M w of the linear polysaccharides used according to the invention can vary within a wide range from 10 3 g / mol to 10 7 g / mol. Molecular weights M w in the range from 10 4 g / mol to 10 5 g / mol, in particular 2 × 10 4 g / mol to 5 ×, are preferred for the preferably used linear polysaccharide poly- (1,4-α-D-glucan) 10 4 g / mol used. The molecular weight M w describes the weight average of the molecular weight and is determined by means of gel permeation chromatography in comparison to a calibration using pullulin standards.
Die Partikel können mittlere Durchmesser (Zahlenmittelwert) aufweisen wie 1 nm bis 100 µm, bevorzugt 100 nm bis 10 µm, besonders bevorzugt 1 µm bis 5 µm. Die Verteilung der Durchmesser zeichnet sich durch eine hohe Einheitlichkeit aus.The particles can have average diameters (number average) such as 1 nm to 100 µm, preferably 100 nm to 10 µm, particularly preferably 1 µm to 5 µm. The distribution of the diameters is characterized by a high one Uniformity.
Die Mikropartikel aus Poly-(1,4-α-D-glucan) zeichnen sich durch eine spezifische Oberfläche von 1 m2/g bis 100 m2/g, besonders bevorzugt 3 m2/g bis 10 m2/g aus. The microparticles made of poly (1,4-α-D-glucan) are distinguished by a specific surface area of 1 m 2 / g to 100 m 2 / g, particularly preferably 3 m 2 / g to 10 m 2 / g.
Versuche zur Stabilität der Mikropartikel in verschiedenen Lösungsmitteln zeigen, daß eine große Vielfalt an Lösungsmitteln für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Chromatographieverfahren geeignet sind. Als Lösungsmittel, in Funktion des Elutionsmittels, werden z. B. n-Hexan, Dichlormethan, Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, Ethanol, Aceton, Acetonitril, Methanol, n-Heptan und Wasser verwendet.Experiments on the stability of the microparticles in different solvents show that a wide variety of solvents for use in the Chromatography methods according to the invention are suitable. As Solvents, as a function of the eluent, are e.g. B. n-hexane, Dichloromethane, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, ethanol, acetone, acetonitrile, Methanol, n-heptane and water are used.
Im Chromatographieverfahren werden erfindungsgemäß Mikropartikel aus linearen Polysacchariden, besonders bevorzugt Poly-(1,4-α-D-glucan), insbesondere in einem Lösungsmittel, z. B. n-Heptan, aufgeschlämmt, mittels eines Ultraturrax aufgewirbelt und im Ultraschallbad entgast. Die Suspension wird in eine Säule gefüllt und durch ständiges Klopfen an der Säule, ständiges Schütteln in Kombination mit kurzzeitiger Behandlung im Ultraschallbad gleichmäßig und dicht gepackt, so daß totvolumenarme Packungen entstehen. Die Trennungen werden in einer dem Stand der Technik entsprechenden Chromatographie-Anlage für die HPLC durchgeführt. Dabei beträgt die Probenkonzentration 2,0 bis 0,025 mg/l Lösungsmittel, besonders bevorzugt 0,25 bis 0,05 mg/l Lösungsmittel. Die Elutionsgeschwindigkeit beträgt 2,0 bis 0,25 ml/min, bevorzugt 1,0 bis 0,4 ml/min, besonders bevorzugt 0.5 ml/min. Diese Angaben können in Abhängigkeit von dem verwendeten Lösungsmittel variieren. Die verwendeten Drucke sind stark von der Polarität des Lösungsmittels abhängig. Sie liegen i. a. in einem Bereich zwischen 30 bar und 200 bar. Es wurden beispielsweise die folgenden Drucke gemessen: 138 bis 159 bar für Acetonitril, etwa 100 bar für Essigester, etwa 62 bar für t- Butyl-methyl-ether und 54 bis 70 bar für n-Heptan. Es kann ein innerer Standard, z. B. 1,3,5-Tri-tert-butylbenzol, verwendet werden.According to the invention, microparticles are formed in the chromatography process linear polysaccharides, particularly preferably poly (1,4-α-D-glucan), especially in a solvent, e.g. B. n-heptane, slurried, by means of whirled up in an Ultraturrax and degassed in an ultrasonic bath. The suspension is filled into a column and by constantly knocking on the column, constant Shake in combination with brief treatment in an ultrasonic bath evenly and tightly packed, so that dead volume packs are created. The separations are in a state of the art Chromatography system for the HPLC performed. The is Sample concentration 2.0 to 0.025 mg / l solvent, particularly preferred 0.25 to 0.05 mg / l solvent. The elution rate is 2.0 to 0.25 ml / min, preferably 1.0 to 0.4 ml / min, particularly preferably 0.5 ml / min. This information may vary depending on the solvent used vary. The prints used are strong on the polarity of the Solvent dependent. You lie i. a. in a range between 30 bar and 200 bar. For example, the following pressures were measured: 138 up to 159 bar for acetonitrile, about 100 bar for ethyl acetate, about 62 bar for t Butyl methyl ether and 54 to 70 bar for n-heptane. It can be an inner Standard, e.g. B. 1,3,5-tri-tert-butylbenzene can be used.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung näher.The following examples explain the invention in more detail.
In-vitro-Produktion eines linearen wasserunlöslichen Polysaccharids in einem biokatalytischen Prozeß am Beispiel des Poly-(1,4-α-D-glucans) mit Amylosucrase.In vitro production of a linear water-insoluble polysaccharide in a biocatalytic process using the example of poly- (1,4-α-D-glucan) Amylosucrase.
In ein sterilisiertes (Dampfsterilisation) 15 l Gefäß werden 10 l einer 20 %igen Saccharose Lösung gegeben. Der Enzymexktrakt, Amylosucrase enthaltend, wird in einer Portion zugegeben. Die Enzymaktivität beträgt in diesem Experiment 20 units (1 unit = 1 µmol Saccharose × min-1 × mg Enzym). Die Apparatur wird mit einem ebenfalls sterilisierten KPG-Rührer versehen. Das Gefäß wird verschlossen, bei 37°C aufbewahrt und gerührt. Bereits nach einer Zeit von wenigen Stunden bildet sich ein weißer Niederschlag. Die Reaktion wird nach einer Zeitdauer von 96 Stunden beendet. Der Niederschlag wird abfiltriert und zur Abtrennung niedermolekularer Zucker mehrfach mit Wasser gewaschen. Der im Filter verbleibende Rückstand wird bei 40°C im Trockenschrank unter Anlegung eines Vakuums mit Hilfe einer Membranpumpe (Firma Vacuubrand GmbH & Co, CVC 2) getrocknet. Die Masse beträgt 651 g (Ausbeute 65%).10 l of a 20% sucrose solution are placed in a sterilized (steam sterilization) 15 l container. The enzyme extract, containing amylosucrase, is added in one portion. The enzyme activity in this experiment is 20 units (1 unit = 1 µmol sucrose × min -1 × mg enzyme). The apparatus is equipped with a KPG stirrer, also sterilized. The vessel is closed, stored at 37 ° C and stirred. A white precipitate forms after only a few hours. The reaction is stopped after 96 hours. The precipitate is filtered off and washed several times with water to separate off low-molecular sugar. The residue remaining in the filter is dried at 40 ° C. in a drying cabinet by applying a vacuum with the aid of a membrane pump (Vacuubrand GmbH & Co, CVC 2). The mass is 651 g (yield 65%).
Es werden 2 mg des Poly-(1,4-α-D-glucans) aus Beispiel 1 bei Raumtemperatur in Dimethylsulfoxid (DMSO, p.a. von Riedel-de-Haen) gelöst und filtriert (2 µm Filter). Ein Teil der Lösung wird in eine Gelpermeationschromatographie Säule injiziert. Als Elutionsmittel wird DMSO verwendet. Die Signalintensität wird mittels eines RI-Detektors gemessen und gegen Pullulanstandards (Firma Polymer Standard Systems) ausgewertet. Die Flußrate beträgt 1.0 ml pro Minute. Die Messung ergibt ein Zahlenmittel des Molekulargewichts (Mn) von 7.000 g/mol und ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw) von 34.000 g/mol.2 mg of the poly- (1,4-α-D-glucan) from Example 1 are dissolved in dimethyl sulfoxide (DMSO, pa von Riedel-de-Haen) at room temperature and filtered (2 μm filter). Part of the solution is injected into a gel permeation chromatography column. DMSO is used as the eluent. The signal intensity is measured using an RI detector and evaluated against pullulan standards (company Polymer Standard Systems). The flow rate is 1.0 ml per minute. The measurement gives a number average molecular weight (M n ) of 7,000 g / mol and a weight average molecular weight (M w ) of 34,000 g / mol.
a)
400 g Poly-(1,4-α-D-glucan) werden in 2 l Dimethylsulfoxid (DMSO, p.a.
von Riedel-de-Haen) bei 60°C innerhalb von 1,5 h gelöst. Dann wird eine
Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Die Lösung wird in 20 l bidestilliertem
Wasser unter Rühren durch einen Tropftrichter über einen Zeitraum von 2 h
hinzugegeben. Der Ansatz wird für 44 h bei 4°C gelagert. Es bildet sich eine
feine Suspension aus. Die Partikel werden abgetrennt, indem zunächst der
Überstand abdekantiert wird. Der Bodensatz wird aufgeschlämmt und in
kleinen Portionen zentrifugiert (Ultrazentrifuge RC5C: je 5 Minuten bei 5000
Umdrehungen pro Minute). Der feste Rückstand wird insgesamt drei Mal mit
bidestilliertem Wasser aufgeschlämmt und erneut zentrifugiert. Die Feststoffe
werden gesammelt und die Suspension von ca. 1000 ml gefriergetrocknet
(Christ Delta 1-24 KD). Es werden 283 g weißer Feststoff isoliert (Ausbeute
71%).
b)
Die gesammelten Überstände werden bei einer Temperatur von 18°C über
Nacht verwahrt. Die Aufarbeitung erfolgt wie beschrieben. Es werden weitere
55 g des weißen Feststoffs isoliert (Ausbeute 14%).a) 400 g of poly- (1,4-α-D-glucan) are dissolved in 2 l of dimethyl sulfoxide (DMSO, pa from Riedel-de-Haen) at 60 ° C. within 1.5 h. Then it is stirred for one hour at room temperature. The solution is added in 20 l of bidistilled water with stirring through a dropping funnel over a period of 2 h. The mixture is stored at 4 ° C. for 44 h. A fine suspension is formed. The particles are separated by first decanting the supernatant. The sediment is slurried and centrifuged in small portions (RC5C ultracentrifuge: 5 minutes each at 5000 revolutions per minute). The solid residue is slurried three times with bidistilled water and centrifuged again. The solids are collected and the suspension of approx. 1000 ml freeze-dried (Christ Delta 1-24 KD). 283 g of white solid are isolated (yield 71%).
b) The collected supernatants are kept at a temperature of 18 ° C overnight. The processing takes place as described. A further 55 g of the white solid are isolated (yield 14%).
Die Gesamtausbeute dieses Prozesses beträgt somit 85%. The overall yield of this process is 85%.
Zur Charakterisierung der Partikel werden Rasterelektronen mikroskopaufnahmen (REM) (Camscan S-4) durchgeführt. Die Fig. 1a bis d zeigen Aufnahmen der Partikel, die verdeutlichen, daß es sich um sphärische, sehr einheitliche Partikel hinsichtlich der Form, Größe und Oberflächenrauigkeit handelt.Scanning electron microscope images (SEM) (Camscan S-4) are used to characterize the particles. Figs. 1a to d show images of the particles, which make it clear that it is spherical, highly uniform in terms of particle shape, size and surface roughness.
Zur Charakterisierung der Größenverteilungen der Partikel aus den Beispielen 3 wurden Untersuchungen mit einem Mastersizer durchgeführt (Fa. Malvern Instraments). Die Untersuchung erfolgte im Fraunhofer Modus (Auswertung: multimodal, Anzahl) unter Annahme einer Dichte von 1,080 g/cm3 und einer Volumenkonzentration im Bereich von 0,012% bis 0,014%.To characterize the size distributions of the particles from Examples 3, investigations were carried out using a Mastersizer (from Malvern Instruments). The investigation was carried out in Fraunhofer mode (evaluation: multimodal, number) assuming a density of 1.080 g / cm 3 and a volume concentration in the range from 0.012% to 0.014%.
Die Messungen der spezifischen Oberfläche werden mit einem Sorptomatic 1990 (Fa. Fisons Instraments) hergestellt. Zur Auswertung wird die "default method sorptomatic"-Methode angewendet. Für die Untersuchung werden die Proben bei 80°C im Vakuum (Membranpumpe der Firma Vacuubrand GmbH & Co, CVC 2) über Nacht getrocknet. Die Kartoffelstärke und das direkt aus der Biotransformation gewonnene Poly-(1,4-α-D-glucan) werden zuvor gemahlen, so daß die Masse der Partikel im Bereich kleiner 200 Mikrometer liegt. Hierzu wird eine handelsübliche Mühle verwendet (Fa. Waring®).The measurements of the specific surface are carried out with a Sorptomatic 1990 (Fisons Instraments). The "default method sorptomatic "method. For the investigation, the Samples at 80 ° C in a vacuum (membrane pump from Vacuubrand GmbH & Co, CVC 2) dried overnight. The potato starch and that straight out the biotransformation obtained poly- (1,4-α-D-glucan) beforehand ground so that the mass of the particles in the range less than 200 microns lies. A commercially available mill is used for this (Waring®).
Zur Austestung der Eignung verschiedener Lösungsmittel in der chromatographischen Anwendung mit Mikropartikeln aus Poly-(1,4-α-D- glucan) wird wie folgt verfahren: 100 mg der Partikel aus Beispiel 3 werden in einem Rollrandgläschen mit jeweils 3 ml des Lösungsmittels überschichtet. Die Beobachtungszeit beträgt 24 Stunden. In stundenweisen Abständen werden die Partikel nach Veränderungen untersucht. Zu diesem Zweck wird das Reaktionsgefäß geschwenkt. To test the suitability of various solvents in the chromatographic application with microparticles made of poly (1,4-α-D- The procedure is as follows: 100 mg of the particles from Example 3 are Covered in a crimp-top vial with 3 ml of the solvent. The observation time is 24 hours. At hourly intervals the particles are examined after changes. For this purpose the reaction vessel is pivoted.
Die Ergebnisse zeigen, daß eine hohe Vielfalt an Lösungsmitteln für die hier beschriebene chromatographische Verwendung zum Einsatz kommen kann. Auszuschließen sind nur Toluol, Essigester und Dimethylsulfoxid. Im nicht aufgeführten Einzelfall muß das Lösungsmittel zunächst auf seine Verwendbarkeit hin überprüft werden. Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle 3 festgehalten. Dabei wurden die Dielektrizitätskonstanten, sowie das Dipolmoment und/oder der Polaritätsindex nach Snyder angegeben, um einen Anhaltspunkt für die Polarität des Lösungsmittels zu geben.The results show that a wide variety of solvents for the here described chromatographic use can be used. Exclude only toluene, ethyl acetate and dimethyl sulfoxide. I'm not Listed individual case, the solvent must first on its Usability to be checked. The results of the tests are in Table 3 recorded. The dielectric constants, as well as the Dipole moment and / or the Snyder polarity index given by a To give an indication of the polarity of the solvent.
5 g der Partikel aus Beispiel 3a werden in ca. 60 ml Heptan aufgeschlämmt. Mittels eines Ultraturrax (Fa. Ika) wird die Suspension kurz aufgewirbelt und anschließend in einem Ultraschallbad (Sonorex Super RK510H) entgast. Die Suspension wird dann unter Maximalfluß in eine Säule mit den Maßen 125 mm Länge und 4 mm Durchmesser (Hibar® Fertigsäule der Firma Merck AG) gefüllt. Ständiges Klopfen an der Säule, bzw. ständiges Schütteln der Säule in Kombination mit kurzzeitiger, etwa einminütiger Behandlung im Ultraschallbad gewährleistet eine dichte und gleichmäßige Packung des Trennmaterials, so daß totvolumenarme Packungen entstehen.5 g of the particles from Example 3a are slurried in about 60 ml of heptane. The suspension is briefly whirled up using an Ultraturrax (Ika) and then degassed in an ultrasonic bath (Sonorex Super RK510H). The The suspension is then transferred to a column with dimensions 125 under maximum flow mm length and 4 mm diameter (Hibar® finished column from Merck AG) filled. Constant tapping on the column, or constant shaking of the column in Combination with short-term, approximately one-minute treatment in Ultrasonic bath ensures a tight and even packing of the Separating material, so that low-volume packs are created.
Die Trennungen werden in einer Chromatographie-Anlage Lichograph® der Firma Merck durchgeführt. Die einzelnen Bauteile sind: eine Gradentienpumpe L 6200 A, ein UV-Detektor L-4000 (Messung bei 254 mn), ein Chromato-Integrator D-2500 und eine Trennsäule Hibar® Fertigsäule RT- 125-4. Die Probenkonzentration beträgt idealerweise 0,05 bis 0,1 mg/ml Lösungsmittel. Als innerer Standard kann 1,3,5-Tri-tert.-butylbenzol (Fa. Fluka) verwendet werden. The separations are carried out in a Lichograph® chromatography system Carried out by the Merck company. The individual components are: one Gradient pump L 6200 A, a UV detector L-4000 (measurement at 254 mn), a Chromato integrator D-2500 and a separation column Hibar® finished column RT- 125-4. The sample concentration is ideally 0.05 to 0.1 mg / ml Solvent. As an internal standard, 1,3,5-tri-tert-butylbenzene (Fa. Fluka) can be used.
Die Chromatographiesäule ist mit n-Heptan (Aldrich zur HPLC) vorbereitet.
Die Anlage wird mit n-Heptan gefahren. Die Elutionsgeschwindigkeit beträgt
0,5 ml/min. Der Druck beträgt 54 bar. Die zu trennenden Substanzen sind:
Indol und 2-Methylindol.The chromatography column is prepared with n-heptane (Aldrich for HPLC). The plant is operated with n-heptane. The elution rate is 0.5 ml / min. The pressure is 54 bar. The substances to be separated are:
Indole and 2-methylindole.
Der Versuch wird wie in Beispiel 10 beschrieben durchgeführt. The test is carried out as described in Example 10.
Der Versuch wird analog zu Beispiel 10 durchgeführt. In diesem Beispiel liegt der Druck bei ca. 70 bar. Die Konzentration der Proben beträgt 0,25 mg/ml Lösungsmittel. The test is carried out analogously to Example 10. In this example lies the pressure at approx. 70 bar. The concentration of the samples is 0.25 mg / ml Solvent.
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