DE2414035B2 - Verfahren zum herstellen von enzyme einschliessenden bzw. umhuellenden fasern auf cellulosebasis - Google Patents
Verfahren zum herstellen von enzyme einschliessenden bzw. umhuellenden fasern auf cellulosebasisInfo
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Description
Es ist bekannt, daß viele Reaktionen, die normalerweise
nicht ablaufen würden oder drastische Arbeitsbedingungen erfordern würden, durchführbar sind, wenn
*ie durch Enzyme katalysiert werden.
Es ist auch bekannt, daß Fasern Verwendung finden können, die Enzyme einschließen, die ihre katalytische
Aktivität ausüben, ohne sich in die Reaktionsmasse zu verteilen bzw. ohne in die Reaktionsmasse auszutreten.
Der Einschluß der Enzyme wird durch Verwendung einer Faser durchgeführt, die aus einem künstlichen
oder synthetischen polymeren Material besteht.
Die Enzyme einschließenden Fasern können ausgehend von Polymerlösungen hergestellt werden, die darauf
ausgerichtet sind, Fasern zu ergeben, worin enzyrnatische Verbindungen in der Form von sehr kleinen
Tropfen in der Größenordnung bzw. im Ausmaß von Emulsionen dispergiert sind.
Die so erhaltene Emulsion kann naß oder trocken unter Bildung einer Faser versponnen werden, die in
ihrem Inneren sehr kleine Höhlungen aufweist, die die
Enzyme enthalten, so daß sie von der Umgebung durch eine sehr dünne Membrane getrennt sind.
Enzyme einschließende Fasern, die bisher verwendet wurden und den Gegenstand der italienischen Patentschrift
8 36 462 (bzw. der deutschen Patentschrift 19 32 426) der gleichen Anmelderin bilden, werden ausgehend
von Polymeren erhalten, die zur Bildung von Fasern angepaßt sind, beispielsweise Cellulosederivate.
Es ist jedoch nichts darüber bekannt, daß sie direkt ausgehend von nicht regenerierter Cellulose hergestellt
werden können, da letztere Schwierigkeiten bereitet, wenn sie dem nachfolgenden Spinnverfahren unterzo
gen wird.
Die Verwendung von die Enzyme einschließenden Cellulosefasern weist hinsichtlich anderer Faserarten
auf Grund des Permeabilitätsanstiegs der Faser selbst den Vorteil einer höheren Akiiviiäi der enzyrnaiischcn
Reaktionen auf. Tatsächlich wird die katalytische Aktivität der in Fasern enthaltenen Enzyme durch den Verteilungs-
bzw. Ausbreitungsvorgang beeinflußt; daher hängt die enzymatische Wirksamkeit von der Perrnea-
iG bilitä'i ab.
Man erhält nicht immer Enzyme einschließende Fasern mit hoher Permeabilität, wenn man einfach die Bedingungen
zur Faserherstellung einhält; dies beruht darauf, daß bei hohen Enzymkonzentrationen die Per-
is meabilität noch ein einschränkender Faktor ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Herstellen von Enzyme einschließenden bzw. umhüllenden
Fasern auf Cellulosebasis, wobei Nitrocellulose in einem in Wasser unlöslichen Lösungsmittel gelöst,
mit einer wäßrigen Enzymlösung vereinigt und die erhaltene Emulsion zu Fasern versponnen wird, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß man durch Behandeln der erhaltenen Fasern mit einem Reduktionsmittel unter
Arbeitsbedingungen, die das Enzym nicht zerstören bzw. schädigen, die aus Nitrocellulose bestehenden Fasern
unter Abspaltung des Nitro-Substituenten zu enzymhaltigen Celluloselasern regeneriert. Man erhält so
eine Faser auf der Basis von nicht substituierter Cellulose, die das Enzym einschließt, die eine Permeabilität
aufweist, die weit über der der substituierten Faser auf Cellulosebasis liegt. Das erfindungsgemäßc Verfahren
basiert im wesentlichen auf einer chemischen Modifikation der Ausgangsfasermaterialien durch Einwirkung
von Reduktionsmitteln und derartigen Vbeitsbcdingungen, daß das Enzym nicht geschädigt bzw. zerstört
wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Ausschaltung der vorstehend aufgezeigten Nachteile,
und die nach dem Reduktionsverfahren erhaltenen, Enzyme einschließenden Fasern, die einen zweiten Gegenstand
der vorliegenden Erfindung bilden, weisen einen hohen Permeabilitätsgrad auf.
Das verwendete Ausgangsmaterial besteht grundlegend aus Nitrocellulose mit einem hohen Molekulargewicht
mit einem derartigen Stickstoffgehalt, daß das Material im wesentlichen in organischen Lösungsmitteln
löslich ist, der vorzugsweise über 5% liegt.
Es wird in einem mi' Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel gelöst, das aus n-Butylacetat, bis-Butyl-
phtalat, Methyl-amylketon, Äthyl-amylketon und anderen,
die allein oder in geeigneter Weise durch aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Pentan, Hexan, Heptan,
Octan, aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol und Xylol, oder Kohlenwasserstoffgemische, wie Ligroin
verdünnt, verwendet werden können.
Die Celluloselösung wird mit der wäßrigen, die Enzyme, die aus einer weiten Klasse gewählt sein können,
enthaltenden Lösung versetzt. Beispielsweise können verwendet werden Urease, Invertase, Lactase, Acylase,
*" Transaminase, Glucose-oxidase, Catalase, Papin, Penicillinacylase
und viele andere. Die Emulsion wird anschließend nach bekannten bzw. üblichen Techniken
durch Anwendung bekannter Koagulantien, wie beispielsweise den in der vorstehend genannten italienisehen
bzw. deutschen Patentschrift genannten, versponnen. Außer dem Verfahren der Emulsionsdispersion
des Enzyms in die Polymerlösung können andere Verfahren zur Herstellung von Fasern, die das Enzym
umschließen, durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Enzym als Pulver in das Polymere dispergiert wer
den, welches anschließend nach bekannten bzw. übli chen Methoden versponnen wird. Die so erhaltene Fa
ser wird mit einem Reduktionsmittel umgesetzt, das die Nitrogruppe entfernt, wobei die das Enzym umschließende
Cellulosefaser gebildei wird.
Als Reduktionsmittel werden Ammoniumsulfhydrai-
lösungen bzw. Ammoniumhydrosulfidlösungen mit oder ohne überschüssiges Ammoniak oder überschuss!-
ges Schwefelwasserstoff verwendet.
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung; aus ihnen sind weitere Arbeitsdetails ersichtlich.
15 Beispiel j
1000 g Nitrocellulose wurden in einer Lösung von 6900 g n-Butylacetal und 4 600 g Toluol gelöst. Es wurden
anschließend 1 600 g einer wäßrigen Lösung züge- setzt, die das Enzym Invertase enthielt.
Unter Rühren erhielt man eine Emulsion, die durch öffnungen mit einem Durchmesser von 125 μ unter
Verwendung eines Koaguliermittels gesponnen wurde, das aus einer Mischung von gesättigten Kohlenwasser-
stoffen mit Siedepunkten im Bereich von 40 bis 700C
bestand. Man erhielt etwa 2 600 g Faser, die das Enzym einschlo3.
1 000 g dieser Faser, eingetaucht in eine 20%ige Saccharoselösung
von pH-Wert 4,5 ergaben eine Inversion von 40 g Zucker/min.
1 000 g der Faser wurden mit einer 2%igen Ammoniaklösung behandelt, die mit Schwelelwasserstoff bis
zu einem pH-Wert von 8,5 gesättigt worden war.
Nach 6 Reaktionsstunden wurde diese zweite Faser gewaschen. Beim Eintauchen in eine 20%ige Saccharoselösung
vom pH-Wert 4,5 erhielt man eine Inversion von 490 g Zucker/min.
40
1000 g Nitrocellulose wurden bei Raumtemperatur
in einer Mischung aus 7 000 g n-Butylacetat und 3 750 g Toluol gelöst. 2 000 g einer wäßrigen Lösung des Enzyms
Inveriase wurden zu der erhaltenen Lösung gefügt.
Man erhielt unter Rühren eine Emulsion, die bei I0C
durch öffnungen mit einem Durchmesser von 125 μ ge
sponnen wurde und bei 200C in einer Mischung von gesättigten Kohlenwasserstoffen mit Siedepunkten im
Bereich von 60 bis 8O0C koagulierte. Man erhielt etwa
3 000 g Faser.
1 000 g dieser Faser ergaben beim Eintauchen in eine 20%ige Saccharoselösung vom pH-Wert 4,5 eine Inversion
von 505 g Zucker/min.
Weitere 1 000 g der Faser wurden 6 Std. mit einer wie im Beispiel 1 mit Schwefelwasserstoff gesättigten
Ammoniaklösung behandelt. Nach der Behandlung ergab die resultierende Faser, eingetaucht in die gleiche
Saccharoselösung wie im vorstehenden Beispiel, eine Inversion von 1 890 g Zucker/min.
1 000 g Nitrocellulose wurden in einer Mischung aus 7 000 g n-Butylacetat und 3 750 g Toluol gelöst.
Anschließend wurden 2 000 g einer wäßrigen Lösung des Enzyms Penicillinacylase zugesetzt, und das Ganze
wurde zu einer Emulsion verrührt.
Die Emulsion wurde gemäß Beispiel 1 versponnen,
und man erhielt 3 000 g Faser. 1 500 g Fasern wurden in 37,51 einer lO^'m-Kaliumphosphatlösung vom pH-Wert
8,0, die 1 500 g Peniciliin-G-Kalium enthielt, bei 37°C eingetaucht. Das in der Faser enthaltene Enzym
katalysierte die Hydrolyse von Penillin zu 6-Aminopenicillansäure und Phenylessigsäure.
Während der Reaktion wurde der pH-Wert durch Zusatz von Natriumhydroxid konstant gehalten. Auf
solche Weise wurde eine 90%ige Umwandlung von Penillin nach 227 Minuten erzielt.
2 000 g einer wäßrigen Lösung des Enzyms Penillinacylase wurden gemäß den vorstehenden Ausführungen
von 1000 g Nitrocellulose umhüllt und anschließend in der mit Schwefelwasserstoff gesättigten Ammoniaklösung
gemäß Beispiel 1 behandelt.
Eine gleiche Lösung von Penicillinacylase wurde in eine Lösung dispergiert, die durch Auflösen von 1 000 g
Cellulosetriacetat in 13 30Og Methylenchlorid hergestellt worden war. Diese Emulsion wurde gemäß Beispiel
1 versponnen, wobei als Koagulans Toluol diente.
1 000 g der ersten Faser, eingetaucht in 25 I einer 10/lm-Kaliumphosphatlösung vom pH-Wert 8,0, die
10% Penicillin-G-Kalium enhielt, hydrolysierten 90%
des Penicillins während 219 Minuten bei 37°C.
Die zweite Faser hydrolysierte unter den gleichen Bedingungen 90% des Penicillins wahrend 298 Minuten.
Weitere 1500 g Fasern wurden mit der mit Schwefelwasserstoff
gesättigten Ammoniaklösung gemäß Beispiel 1 behandelt. Anschließend beschleunigten sie unter
den gleichen Bedingungen wie die nicht behandelten Fasern die Umwandlung von 90% Penicillin auf 56
Minuten.
Es ist ersichtlich, daß die vorstehenden, Fasern betreffenden Ausführungen auch auf Filme, Mikrokapseln
oder ähnliche Enzyme enthaltende Produkte angewendet werden können.
Claims (4)
1. Verfahren zum Hersteüen von Enzyme einschließenden
bzw. umhüllenden Fasern auf Cellulosebasis, wobei Nitrocellulose in einem in Wasser unlöslichen
Lösungsmittel gelöst, mit einer wäßrigen Enzymlösung vereinigt und die erhaltene Emulsion
zu Fasern versponnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Behandeln der erhaltenen
Fasern mit einem Reduktionsmittel unter Arbeitsbedingungen, die das Enzym nicht zerstören
bzw. schädigen, die aus Nitrocellulose bestehenden Fasern unter Abspaltung des Nitro-Substituenten
zu enzymhaltigen Cellulosefasern regeneriert.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Reduktionsmittel eine Ammoniumsulfhydratlösung
bzw. Ammoniumhydrogensulfidlösung als solche oder mit einem Gehalt eines leichten Überschusses von Ammoniak oder Schwefelwasserstoff
verwendet.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Nitrocellulose in n-Butylacetat, bis-Butylphthalat, Methylamylketon oder Äthylamy!keton
löst.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Nitrocellulose
in einem in Wasser unlöslichen Lösungsmittel löst, das mit aliphatischen Kohlenwasserstoffen,
aromatischen Kohlenwasserstoffen oder Mischungen von Kohlenwasserstoffen als Verdünnungsmittel
versetzt wurde.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IT21944/73A IT987038B (it) | 1973-03-22 | 1973-03-22 | Fibre cellulosiche ad alta per meabilita contenenti enzini e procedimento per la loro prepa razione |
IT2194473 | 1973-03-22 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2414035A1 DE2414035A1 (de) | 1974-10-03 |
DE2414035B2 true DE2414035B2 (de) | 1976-03-25 |
DE2414035C3 DE2414035C3 (de) | 1976-11-11 |
Family
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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