DE2717965A1 - POROESE CELLULOSE BEADS - Google Patents

POROESE CELLULOSE BEADS

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Description

Die Erfindung betrifft poröse Zelluloseperlen, die sich als Träger für Enzyme und andere biologisch aktive Agentien eignen, und ein Verfahren zu deren Herstellung. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Zelluloseperlen zur Immobilisierung von Enzymen, zur Entfernung von Metallionen aus Lösungen und zur Trennung und Reinigung von Enzymen, Proteinen, Nukleinsäuren und ähnlichen Verbindungen. The invention relates to porous cellulose beads which are suitable as carriers for enzymes and other biologically active agents, and a method for their production. The invention also relates to the use of those produced according to the invention Cellulose beads for immobilizing enzymes, removing metal ions from solutions, and for separation and purification of enzymes, proteins, nucleic acids and similar compounds.

Poröse Zelluloseperlen stellen ein verhältnismäßig billiges stabiles Material mit vielseitigen chemischen Eigenschaften dar. So eignen sie sich z.B. als Träger für immobilisierte Enzyme und andere aktive biologische Agentien.Porous cellulose beads make a relatively inexpensive stable one Material with versatile chemical properties. For example, they are suitable as carriers for immobilized enzymes and other active biological agents.

Wenngleich gewöhnliche Zelluloseteilchen und regenerierte Zellulosepulver die meisten der an gute Träger für immobilisierte Enzyme gestellten Anforderungen erfüllen, weisen sie strukturelle Nachteile auf, die bewirken, daß die Packung von Reaktoren zu fest wird, was wiederum zu einer Verringerung des Durchflusses und manchmal zu Kanalbildung und somit zu einem unzulänglichen Kontakt zwischen den immobilisierten Enzymen und dem strömendem Reaktionsmedium führt. Die Immobilisierung von Enzymen auf einem unlöslichen Träger ist eine weit verbreitete Verfahrensweise zur praktischen Anwendung von Enzymen, um zu vermeiden, daß bei jedem Einsatz frische Enzyme verwendet werden müs-Albeit common cellulose particles and regenerated cellulose powder meet most of the requirements placed on good supports for immobilized enzymes, they are structural Disadvantages that cause the packing of the reactors to become too tight, which in turn leads to a reduction in the flow rate and sometimes channeling and hence insufficient contact between the immobilized enzymes and the flowing one Reaction medium leads. Immobilization of enzymes on an insoluble support is a common practice for the practical use of enzymes to avoid having to use fresh enzymes each time they are used.

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sen. Durch die Immobilisierung der Enzyme wird eine Stabilisierung erreicht, die eine effektive Verwendung von Enzymen und den Einsatz von kontinuierlich arbeitenden Enzymreaktoren ermöglicht. sen. The immobilization of the enzymes provides a stabilization achieved, which allows an effective use of enzymes and the use of continuously operating enzyme reactors.

Die erfolgreiche Anwendung von immobilisierten Enzymen hängt zu einem großen Teil von den Eigenschaften des für die Immobilisierung verwendeten Trägers ab. Dementsprechend soll ein guter Träger billig sein und eine solche Form besitzen, die für die Verwendung in Reaktoren geeignet ist. Hinsichtlich dieser Erfordernisse sind kugelförmige Perlen besonders erwünscht, da sie sich besonders für Festbetten, Wirbelbetten, expandierte Betten, Rührkessel und andere übliche Reaktortypen eignen. Ein solcher Träger soll außerdem eine geeignete physikalische und mechanische Festigkeit besitzen, so daß er nicht zerbricht oder deformiert wird, wenn er in eine hohe Säule gepackt wird. Das Zerfallen und die Deformation des Trägers in der Säule führen zu einem zu fest gepackten Bett, wodurch der Durchfluß flüssiger Reagenzien durch die Säule behindert wird und die Effektivität des Reaktors sich vermindert. Geeignete Träger sollen ferner vielseitige chemische Eigenschaften besitzen, so daß die Immobilisierung von Enzymen und anderen biologischen Agentien auf dem Träger durch ionische oder kovalente Bindung oder auch durch Oberflächenadsorption leicht erreicht werden kann. Dementsprechend soll der Träger eine hohe Kapazität zur Bildung einer großen Zahl von Bindungen besitzen, so daß jede Trägereinheit große Mengen des gewünschten Enzyms immobilisieren kann. BesondersThe successful application of immobilized enzymes depends in large part on the properties of the agent used for immobilization used carrier. Accordingly, a good carrier should be inexpensive and have a shape suitable for the Use in reactors is suitable. In view of these requirements, spherical beads are particularly desirable because they are particularly suitable for fixed beds, fluidized beds, expanded beds, stirred tanks and other common types of reactors. Such a The carrier should also have adequate physical and mechanical strength so that it does not break or deform when packed in a tall column. The disintegration and deformation of the support in the column lead to one too tightly packed bed, which hinders the flow of liquid reagents through the column and reduces the effectiveness of the Reactor decreases. Suitable carriers should also have versatile chemical properties, so that the immobilization of enzymes and other biological agents on the carrier by ionic or covalent bonding or by Surface adsorption can be achieved easily. Accordingly, the carrier should have a large capacity to form a large one Have number of bonds so that each carrier unit can immobilize large amounts of the desired enzyme. Particularly

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geeignet ist also ein Träger mit hoher Porosität und gleichmäßig verteilten inneren Poren. Eine solche Porosität erlaubt eine gute Diffusion von chemischen Reagentien oder Reaktionsprodukten in die inneren Poren der Zelluloseperlen und ebenfalls aus diesen heraus. Träger sollen chemisch stabil, physikalisch fest und aus einem inerten Material hergestellt sein, das mikrobiologischen Angriffen, die eine Zerstörung des Trägers bewirken, widerstehen, um ein immobilisiertes Enzymsystem mit einer verlängerten Lebensdauer zu liefern.a carrier with high porosity and uniformity is therefore suitable distributed inner pores. Such porosity allows good diffusion of chemical reagents or reaction products into and out of the inner pores of the cellulose beads. Carriers should be chemically stable, physically be solid and made of an inert material that is microbiological attacking a destruction of the wearer effect, resist, to provide an immobilized enzyme system with an extended lifespan.

Zur Zeit werden für die Immobilisierung von Enzymen poröse Glas- und Keramikteilchen verwendet. Wenngleich solche Teilchen die meisten Anforderungen erfüllen, sind sie jedoch verhältnismäßig teuer. Darüber hinaus ist die Zahl der chemischen Reaktionen, die für die Immobilisierung von Enzymen auf Glas- und Keramikträgern verwendet werden können, begrenzt.For the immobilization of enzymes, porous glass and ceramic particles are used. While such particles meet most of the requirements, they are proportionate expensive. In addition, the number of chemical reactions necessary for the immobilization of enzymes on glass and ceramic substrates can be used, limited.

In den US-Patentschriften 3 947 325, 3 905 954, 3 573 277, 3 505 299, 3 501 419, 3 397 198, 3 296 000, 3 251 824, 3 236 669, 2 843 583, 2 773 027, 2 543 928 und 2 465 343 wird die Herstellung einer Vielzahl von Zellulosematerialien in einer Vielzahl von Formen beschrieben, von denen einige für die Fixierung biologisch aktiver Materialien wie Enzyme oder von Ionenaustauschgruppen geeignet sein sollen. Diese Verfahren haben haben jedoch auch den Nachteil, daß sie teuer sind und die Produkte eine für die Verwendung in solchen chemischen Reaktoren wie Festbetten und Wirbelbetten unerwünschte Körperform besitzen. Insbeson-In U.S. Patents 3,947,325, 3,905,954, 3,573,277, 3,505,299, 3,501,419, 3,397,198, 3,296,000, 3,251,824, 3,236,669, 2,843,583, 2,773,027, 2,543,928 and 2,465,343 will manufacture a variety of cellulosic materials in a variety of forms described, some of which are used for the fixation of biologically active materials such as enzymes or of ion exchange groups should be suitable. However, these methods also have the disadvantage that they are expensive and the products are one have undesirable body shape for use in such chemical reactors as fixed beds and fluidized beds. In particular

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dere liefern die bekannten Verfahren keine kugelförmigen Zelluloseperlen mit einer gleichmäßigen Porenverteilung über die gesamte Oberfläche und einem großen, aus gleichförmigen Poren bestehenden, inneren Porenvolumen. Darüber hinaus besitzen die bekannten Zelluloseteilchen und -pulver im allgemeinen so kleine Teilchengrößen, daß sie für die Verwendung in chemischen Reaktoren nicht geeignet sind. Außerdem besitzen die bekannten Zellulosepulver und -teilchen oft eine harte Oberflächenschicht, die eine ernsthafte Behinderung der Diffusion und eine uneffektive Verwendung in chemischen Reaktoren bewirkt.However, the known processes do not produce spherical cellulose beads with a uniform pore distribution over the entire surface and a large one with uniform pores existing, internal pore volume. In addition, the known cellulose particles and powders generally have such small particle sizes that they are unsuitable for use in chemical reactors. In addition, the well-known Cellulose powder and particles often have a hard surface layer, which is a serious obstacle to diffusion and an ineffective one Use in chemical reactors causes.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, billige, hochporöse, stabile Teilchen mit vielseitigen chemischen Eigenschaften, die sie als Träger für immobilisierte Enzyme oder andere biologisch aktive Materialien geeignet machen, zu liefern. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, poröse Zelluloseperlen mit verbesserter physikalischer und mechanischer Stabilität und ausreichend großer Oberfläche für eine hohe Immobilisierungskapazität für Enzyme zu liefern.The invention is now based on the task of cheap, highly porous, stable particles with versatile chemical properties, which make them suitable as carriers for immobilized enzymes or other biologically active materials. Another object of the invention is to provide porous cellulose beads with improved physical and mechanical properties To provide stability and a sufficiently large surface area for a high immobilization capacity for enzymes.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von porösen Zelluloseperlen, die sich als Träger für Enzyme und andere biologisch aktive Agentien eignen, dadurch gekennzeichnet, daß manThe invention accordingly relates to a method of production of porous cellulose beads, which are suitable as carriers for enzymes and other biologically active agents, characterized in, that he

(a) ein hydrolysierbares Zellulosederivat in einem inerten, mit Wasser mischbaren Lösungsmittel in einem Verhältnis von(a) a hydrolyzable cellulose derivative in an inert, water-miscible solvent in a ratio of

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1:20 bis 1:3 Gewicht/Volumen zu einer Lösung mit größerer Dichte als die Ausfällungslösung auflöst,1:20 to 1: 3 weight / volume dissolves to a solution with a greater density than the precipitation solution,

(b) die so hergestellte Lösung in Form von Tröpfchen in einer Ausfällungslösung verteilt und dadurch das Zellulosederivat in Form von gleichmäßigen porösen Perlen ausfällt,(b) the solution thus prepared is distributed in the form of droplets in a precipitation solution and thereby the cellulose derivative precipitates in the form of uniform porous beads,

(c) die ausgefällten Perlen von der Lösung abtrennt,(c) separating the precipitated beads from the solution,

(d) die abgetrennten porösen Perlen mit Wasser wäscht,(d) washing the separated porous beads with water,

(e) die gewaschen Perlen zur Umwandlung in Zellulose und zur Vermehrung der aktiven Stellen für die Kopplung mit Enzymen und anderen biologisch aktiven Agentien hydrolisiert und(e) the washed beads to convert to cellulose and to increase the active sites for coupling with Enzymes and other biologically active agents hydrolyzed and

(f) die hydrolisierten Perlen unter Erhalt poröser Zelluloseperlen mit gleichmäßig verteilten Poren und einem Porenvolumen von mehr als 50 Vol.% wäscht.(f) the hydrolyzed beads to give porous cellulose beads Washes with evenly distributed pores and a pore volume of more than 50% by volume.

Die erfindungsgemäßen hochporösen Zelluloseperlen mit einer gleichförmigen Porosität eignen sich besonders für die Immobilisierung von Enzymen. Darüber hinaus sind sie auch geeignet zur Reinigung und Trennung von Enzymen, Proteinen, Nukleinsäuren und ähnlichen Verbindungen sowie zur Abtrennung von Metallionen aus verdünnten Lösungen. Aufgrund ihrer Porosität und ihrer guten mechanischen Stabilität liefern die erfindungsgemäßen Zelluloseperlen bei Verwendung in Festbettreaktoren einen hervorragenden Durchgang von Flüssigkeiten und unterliegen keinen Zerfalls- und Deformierungserscheinungen. The highly porous cellulose beads according to the invention with a uniform porosity are particularly suitable for immobilization of enzymes. In addition, they are also suitable for cleaning and separating enzymes, proteins and nucleic acids and similar compounds as well as for the separation of metal ions from dilute solutions. Because of their porosity and their good mechanical stability are provided by those according to the invention Cellulose beads provide excellent passage of liquids when used in fixed bed reactors and are not subject to any signs of disintegration or deformation.

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Das erfindungsgemäße Verfahren liefert poröse Zelluloseperlen, die sich als Träger für Enzyme und andere biologisch aktive Agentien eignen. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Veränderung der chemischen und physikalischen Eigenschaften von aus Zellulosederivaten hergestellten porösen Perlen. Wenngleich gewöhnlich mikrokristalline Zellulose- und andere aus Zellulose hergestellte Teilchen viele der wesentlichen Erfordernisse für geeignete Enzymträger erfüllen, neigen diese Teilchen jedoch dazu, unter Druck eine zu dichte Packung zu ergeben, und liefern außerdem keine ausreichende Porosität, um ausreichend große Enzymmengen daran zu koppeln. Zellulosederivate sind im allgemeinen billig und liefern bei erfindungsgemäßer Verarbeitung ein sehr vielseitiges, im allgemeinen biologisch inertes Material für chemische Reaktionen. Dementsprechend besitzen die erfindungsgemäßen Zelluloseperlen viele für die Verwendung als Träger von immobilisierten Enzymen erwünschte Eigenschaften.The method according to the invention provides porous cellulose beads, which are suitable as carriers for enzymes and other biologically active agents. The method according to the invention also enables the change in the chemical and physical properties of porous beads made from cellulose derivatives. Although usually microcrystalline cellulosic and other particles made from cellulose, many of the essentials However, when meeting requirements for suitable enzyme carriers, these particles tend to pack too closely under pressure and do not provide sufficient porosity to couple sufficiently large amounts of enzyme thereto. Cellulose derivatives are generally inexpensive and, when processed according to the invention, provide a very versatile, generally speaking biologically inert material for chemical reactions. Accordingly, the cellulose beads of the present invention have many desirable properties for use as a carrier for immobilized enzymes.

Durch das erfindungsgemäße Auflösen eines Zellulosederivats in einem ausgewählten Lösungsmittel und das Verteilen desselben in einer ausgewählten Ausfällungslösung ist es möglich, Zelluloseperlen mit sehr gleichförmiger Porosität und überlegenen chemischen und physikalischen Eigenschaften herzustellen. Die erfindungsgemäß hergestellten Perlen sind hoch porös, wobei die Poren im allgemeinen gleichmäßig über die Oberfläche und im Inneren der Perlen verteilt sind. Durch geeignete Auswahl der Lösungsmittel und der Ausfällungslösungen kann dieBy dissolving a cellulose derivative according to the invention in a selected solvent and the distribution of the same in a selected precipitation solution, it is possible Manufacture cellulose beads with very uniform porosity and superior chemical and physical properties. The beads produced according to the invention are highly porous, with the pores generally being uniform over the surface and distributed inside the pearls. By suitable selection of the solvents and the precipitation solutions, the

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Porengröße reguliert werden. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß sowohl die Porengröße als auch die Porenverteilung kontrolliert werden kann. Aus den Figuren 2, 4a und b geht hervor, daß die Porenöffnungen gleichmäßig über die Perlenoberfläche verteilt sind und etwa 1000 8 groß sind, was eine geeignete Größe für die Bewegung von Enzym- und Reagenzmolekülen in den Poren ist.Pore size can be regulated. A particular advantage of the invention The method is that both the pore size and the pore distribution can be controlled. From the figures 2, 4a and b it can be seen that the pore openings are evenly distributed over the pearl surface and are about 1000 8 in size, what is a suitable size for the movement of enzyme and reagent molecules in the pores.

Das inerte, organische, mit Wasser mischbare Lösungsmittel kann eine einzige Flüssigkeit oder eine Kombination von Flüssigkeiten sein. Es ist wichtig, daß man eine richtige Kombination von inertem, organischem Lösungsmittel und Ausfällungslösung verwendet, um poröse Zelluloseperlen mit der gewünschten Form und Porosität zu erhalten. Das inerte, organische, mit Wasser mischbare Lösungsmittel kann eine Kombination von Flüssigkeiten sein, die zusammen mit dem Zellulosederivat eine Lösung liefern, die beim Vermischen mit der Ausfällungslösung zu einer Phaseninversion führt, wodurch das Zellulosederivat in Form von porösen Perlen koaguliert. Das inerte organische Lösungsmittel enthält dementsprechend eine Komponente (a), die gekennzeichnet ist als eine Flüssigkeit, die in der Lage ist, das Zellulosederivat, wie beispielsweise Zelluloseacetat, aufzulösen und in der Ausfällungslösung löslich ist.The inert, organic, water-miscible solvent can be a single liquid or a combination of liquids be. It is important to use the correct combination of inert organic solvent and precipitation solution, to obtain porous cellulose beads with the desired shape and porosity. The inert, organic, water-miscible Solvent can be a combination of liquids that, together with the cellulose derivative, provide a solution that when mixed with the precipitation solution leads to a phase inversion, whereby the cellulose derivative in the form of porous Pearls coagulate. The inert organic solvent accordingly contains a component (a) which is identified as a liquid capable of dissolving the cellulose derivative such as cellulose acetate and in the precipitating solution is soluble.

Eine zweite Komponente (b) des Lösungsmittelsystems ist eine Flüssigkeit, die in der Komponente (a) und auch in der Ausfällungslösung löslich ist und die in der Lösungsmittellösung in einer ausreichenden Menge vorhanden ist, so daß die Dichte derA second component (b) of the solvent system is one Liquid which is soluble in component (a) and also in the precipitation solution and which is in the solvent solution in is present in sufficient quantity so that the density of the

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fertigen Lösungsmittellösung (einschließlich des Zellulosederivats) ausreichend höher als die Dichte der Ausfällungslösung ist und beim Verteilen der Lösungsmittellösung in Form von Tröpfchen in der Ausfällungslösung die Zellulose koaguliert und als poröse Perlen mit der gewünschten Größe und Porosität ausfällt. Die Komponente (b) des Lösungsmittels wird zur Regulierung der Oberflächenaktivität der Lösungsmittellösung verwendet, so daß die Lösungsmittellösungstropfen ihre Form beim Kontakt mit der Ausfällungslösung behalten. Die Komponente (b) dient ferner dazu, Porengröße und die Porosität der ausgefällten Perlen zu regulieren. In einigen Fällen können die Komponente (a) und die Komponente (b) gleich sein. In anderen Fällen kann es von Vorteil sein, zur Herstellung von Komponente (a) und/ oder Komponente (b) eine oder mehrere Flüssigkeiten zu verwenden. finished solvent solution (including the cellulose derivative) is sufficiently higher than the density of the precipitation solution and when distributing the solvent solution in the form of Droplets in the precipitation solution coagulate the cellulose and precipitate as porous beads with the desired size and porosity. Component (b) of the solvent is used to regulate the surface activity of the solvent solution, so that the solvent solution droplets keep their shape upon contact with the precipitating solution. Component (b) serves also to regulate the pore size and the porosity of the precipitated pearls. In some cases the component (a) and component (b) be the same. In other cases it can be advantageous to prepare component (a) and / or component (b) to use one or more liquids.

Der Begriff "Ausfällungslösung" ist definiert als eine flüssige Lösung, die kein Lösungsmittel für das Zellulosederivat und mit dem obigen inerten, organischen, mit Wasser mischbaren Lösungsmittel mischbar ist. Die Ausfällungslösung kann beispielsweise Wasser oder eine wäßrige Lösung sein. Die Ausfällungslösung ist also sowohl mit der Komponente (a) als auch mit der Komponente (b) mischbar. Wenn man also das Zellulosederivat in dem organischen Lösungsmittel auflöst und anschließend einen Tropfen der resultierenden Lösungsmittellösung zu der Ausfällungslösung gibt, koaguliert das Zellulosederivat und fällt aufgrund der Phaseninversion unter Bildung der gewünschten porösen Zelluloseperle aus.The term "precipitation solution" is defined as a liquid one Solution that is not a solvent for the cellulose derivative and with the above inert, organic, water-miscible solvent is miscible. The precipitation solution can be, for example, water or an aqueous solution. The precipitation solution is therefore miscible with both component (a) and component (b). So if you put the cellulose derivative in dissolves the organic solvent and then one drop of the resulting solvent solution to the precipitation solution there, the cellulose derivative coagulates and falls due to the phase inversion to form the desired porous cellulose bead.

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Natürlich kann das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung poröser Zelluloseperlen in verschiedener Weise variiert werden. Außer Zelluloseacetat können auch andere Zellulosederivate als Ausgangsmaterial für die Herstellung von porösen Perlen, wie z.B. Zellulosenitrat und Methylzellulose verwendet werden. Die Bezeichnungen "Zellulosederivat" und "hydrolisierbares Zellulosederivat" schließen solche Materialien ein, aus denen Zellulose beispielsweise durch Hydrolyse oder Hydrierung regeneriert werden kann.Of course, the method described above for making porous cellulose beads can be varied in various ways. In addition to cellulose acetate, other cellulose derivatives can also be used as a starting material for the production of porous beads, such as e.g. cellulose nitrate and methyl cellulose can be used. The terms "cellulose derivative" and "hydrolyzable cellulose derivative" include those materials from which cellulose is regenerated, for example by hydrolysis or hydrogenation can.

Die organischen Lösungsmittelkomponenten (a) und (b) für das Zellulosederivat sollen gegenüber dem Zellulosederivat chemisch inert sein und vollständig oder im wesentlichen mit der Ausfällungslösung mischbar sein. Es ist von besonderer Bedeutung, daß die Dichte der durch Zugabe des Zellulosederivats zum inerten Lösungsmittel gebildeten Lösungsmittellösung größer ist als die der Ausfällungslösung, in der sie verteilt wird, so daß beim Verteilen der Lösungsmittellösungströpfchen in der Ausfällungslösung die Tröpfchen nach unten sinken, wenn die wäßrige Lösung nicht gerührt wird. Geeignete einzelne Lösungsmittel bei Verwendung einer wäßrigen Ausfällungslösung sind u.a. Dimethylsulfoxid und Methylacetat. Es sei darauf hingewiesen, daß im Handel erhältliche Materialien als Lösungsmittelkomponenten (a) und/oder (b) verwendet werden können und daß diese Materialien Feuchtigkeit enthalten können, was sich in einigen Fällen als vorteilhaft erwiesen hat. The organic solvent components (a) and (b) for the cellulose derivative should be chemically inert towards the cellulose derivative and should be completely or essentially miscible with the precipitation solution. It is of particular importance that the density of the solvent solution formed by adding the cellulose derivative to the inert solvent is greater than that of the precipitation solution in which it is distributed, so that when the solvent solution droplets are distributed in the precipitation solution, the droplets sink down when the aqueous Solution is not stirred. Suitable individual solvents when using an aqueous precipitation solution include dimethyl sulfoxide and methyl acetate. It should be noted that commercially available materials can be used as solvent components (a) and / or (b) and that these materials may contain moisture, which has proven advantageous in some cases.

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Bei Verwendung einer wäßrigen Ausfällungslösung kann man vorteilhafterweise als Lösungsmittelkomponente (a) Aceton, Formamid, eine Mischung von Aceton und Methanol oder Ethanol, Methylacetat, eine Mischung von Methylendichlorid und Methanol, Methylethylketon und/oder Dimethylsulfoxid verwenden. Die Lösungsmittelkomponente (b) kann dementsprechend aus folgenden
Lösungsmitteln gewählt werden: Dimethylsulfoxid, Formamid,
Methylacetat, Cyclohexanon, Methylendichlorid, Ethylendichlorid, eine Mischung von Methylendichlorid und Methanol und/oder eine Mischung von Ethylendichlorid und Methanol.
When using an aqueous precipitation solution, acetone, formamide, a mixture of acetone and methanol or ethanol, methyl acetate, a mixture of methylene dichloride and methanol, methyl ethyl ketone and / or dimethyl sulfoxide can advantageously be used as solvent component (a). The solvent component (b) can accordingly be selected from the following
Solvents can be selected: dimethyl sulfoxide, formamide,
Methyl acetate, cyclohexanone, methylene dichloride, ethylene dichloride, a mixture of methylene dichloride and methanol and / or a mixture of ethylene dichloride and methanol.

Eine bevorzugte Lösungsmittelkomponente (a) ist Aceton, aber
auch andere Lösungsmittel sind geeignet. Bei Verwendung einer wäßrigen Ausfällungslösung kann man eine Lösungsmittelkomponente (a) aus den folgenden Materialien auswählen (die Verhältnisse der Mischungen sind das jeweils erwünschte minimale Verhältnis auf Volumenbasis):
A preferred solvent component (a) is acetone, however
other solvents are also suitable. When using an aqueous precipitation solution, one solvent component (a) can be selected from the following materials (the ratios of the mixtures are the minimum desired ratio on a volume basis):

Komponente (a) Minimales Verhältnis Component (a) Minimum Ratio

(Volumen)(Volume)

Aceton acetone

Aceton + Methanol 60 : 40Acetone + methanol 60:40

Aceton + Ethanol 60 : 40Acetone + ethanol 60:40

Methylacetat Methyl acetate

Methylendichlorid + Methanol 80 : 20Methylene dichloride + methanol 80:20

Dimethylsulfoxid Dimethyl sulfoxide

Methylethylketon Methyl ethyl ketone

Formamid Formamide

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Wie schon oben angegeben, besteht die Hauptfunktion der Komponente (a) darin, das Zellulosederivat aufzulösen. Der Zusatz der Komponente (b) ist notwendig, um eine Lösungsmittellösung mit der erforderlichen Dichte zu liefern, so daß das Zellulosederivat in der Ausfällungslösung ausfällt. Die Komponente (b) ermöglicht außerdem die Kontrolle der Porengröße und der gleichmäßigen Porosität der Perlen.As stated above, the main function is the component (a) In dissolving the cellulose derivative. The addition of component (b) is necessary to make a solvent solution with the required density so that the cellulose derivative precipitates in the precipitation solution. The component (b) also allows control of the pore size and the uniform porosity of the beads.

Die Lösungsmittelkomponente (b) liefert also das gewünschte spezifische Gewicht der Lösungsmittellösung. Bei Verwendung einer wäßrigen Ausfällungslösung wird bevorzugt Dimethylsulfoxid als Komponente (b) verwendet. In einigen Fällen können KomponenteThe solvent component (b) thus provides the specific desired Weight of the solvent solution. When using an aqueous precipitation solution is preferred as dimethyl sulfoxide Component (b) used. In some cases, Component

(a) und Komponente (b) gleich sein, d.h. Dimethylsulfoxid, Formamid oder Methylacetat, wenn wäßrige Ausfällungslösungen verwendet werden. Verschiedene Materialien, die bei Verwendung einer wäßrigen Ausfällungslösung in geeigneter Weise als Komponente(a) and component (b) be the same, i.e. dimethyl sulfoxide, formamide or methyl acetate if aqueous precipitation solutions are used will. Various materials that can be suitably used as a component when an aqueous precipitating solution is used

(b) verwendet werden können, sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben: (b) are shown in the following table:

Komponente (b) Minimales Verhältnis Component (b) Minimum Ratio

(Volumen)(Volume)

Dimethylsulfoxid Dimethyl sulfoxide

Ethylendichlorid + Methanol 60 : 40Ethylene dichloride + methanol 60:40

Methylendichlorid + Methanol 60 : 40Methylene dichloride + methanol 60:40

Ethylendichlorid Ethylene dichloride

Methylendichlorid Methylene dichloride

Formamid Formamide

Cyclohexanon Cyclohexanone

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Die Lösung von Zellulosederivat und inertem Lösungsmittel soll ein kontrolliertes Zellulosederivat-Lösungsmittel-Verhältnis besitzen, da dieses einen Effekt auf die endgültige Porosität der hergestellten Perlen hat. Im allgemeinen führt ein kleines Verhältnis (größerer Gehalt an Lösungsmittel) zu Perlen mit einer größeren Porosität. Ein Zellulose-Lösungsmittel-Verhältnis von 1:20 und 1:3 (Gewicht/Volumen; einschließlich der Komponenten (a) und (b)) hat sich als geeignet für die Herstellung von Zelluloseperlen mit verschiedenen bestimmten Anwendungsmöglichkeiten erwiesen. Vorzugsweise wird ein Zellulosederivat-Lösungsmittel-Verhältnis von 1:10 bis 1:6 (Gewicht/Volumen) verwendet, um eine leicht handhabbare Lösung zu erhalten, die zu Zelluloseperlen mit den gewünschten Eigenschaften und mit einem Porenvolumen von mindestens 50 VoI.%, vorzugsweise 75 bis 95 und insbesondere 75 bis 80 Vol.% führt. Perlen mit höherer Porosität haben im allgemeinen einen größeren Anteil an gleichmäßig verteilten inneren Poren und somit geringerer Diffusionsbehinderung, sind allerdings etwas schwächer hinsichtlich der physikalischen Festigkeit als Perlen mit geringerer Porosität.The solution of cellulose derivative and inert solvent should have a controlled cellulose derivative-solvent ratio as this has an effect on the final porosity of the pearls produced. In general, a little leads Ratio (greater solvent content) to beads with greater porosity. A cellulose to solvent ratio 1:20 and 1: 3 (weight / volume; including components (a) and (b)) has been found to be suitable for manufacture of cellulose beads have been shown to have various specific uses. A cellulose derivative / solvent ratio is preferred from 1:10 to 1: 6 (weight / volume) used to get an easy to use solution that to cellulose beads with the desired properties and with a pore volume of at least 50% by volume, preferably 75% Up to 95 and in particular 75 to 80% by volume leads. Higher porosity beads generally have a greater proportion of uniformity distributed inner pores and thus less diffusion hindrance, however, are somewhat weaker in terms of the physical strength than pearls with lower porosity.

Die bevorzugte Ausfällungslösung, in der die Lösung des Zellulosederivats verteilt wird, besteht im allgemeinen aus Wasser, kann aber auch eine wäßrige Lösung sein, die geeignete Mengen an nichtionischen oder ionischen Tensiden enthält, um die Oberflächenspannung zu verringern und die Bildung der porösen Perlen zu erleichtern. Die Ausfällungslösung kann außerdem eine Mischung von Wasser und Methanol oder Ethanol (VolumenverhältnisThe preferred precipitation solution in which the solution of the cellulose derivative is distributed, consists generally of water, but can also be an aqueous solution, the appropriate amounts of Contains nonionic or ionic surfactants in order to reduce the surface tension and the formation of the porous beads to facilitate. The precipitation solution can also be a mixture of water and methanol or ethanol (volume ratio

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50 : 5O) enthalten. Es ist auch möglich, daß die Ausfällungslösung nicht wäßrig ist, solange das Zellulosederivat darin unlöslich ist und die Erfordernisse hinsichtlich der Dichte erfüllt sind. Demgemäß können Kohlenwasserstofflösungen wie Cyclohexan, Hexan, Decan, Benzol und ähnliche solange verwendet werden wie sie flüssig sind, eine geringere Dichte als das inerte organische Lösungsmittel besitzen und mit letzterem mischbar sind. Wenn die Zellulosederivatlösung durch Sprühen mittels einer geeigneten Vorrichtung wie einer Sprühdüse verteilt wird, führen der Druckabfall und die Mischbarkeit des inerten Lösungsmittels mit der wäßrigen Lösung zu einer Dispersion und schließlich zur Ausfällung poröser Zellulosederivatperlen.50: 5O) included. It is also possible that the precipitation solution is not aqueous as long as the cellulose derivative is insoluble therein and meets the density requirements are. Accordingly, hydrocarbon solutions such as cyclohexane, Hexane, decane, benzene and the like are used as long as they are liquid, a lower density than the inert one Have organic solvents and are miscible with the latter. If the cellulose derivative solution is sprayed by means of a suitable device such as a spray nozzle, the pressure drop and the miscibility of the inert solvent result with the aqueous solution to a dispersion and finally to the precipitation of porous cellulose derivative beads.

Natürlich muß eine ausreichende Menge an Lösungsmittelkomponente (b) vorhanden sein, damit das das Zellulosederivat enthaltende Lösungsmittel die erforderliche höhere Dichte als die Ausfällungslösung hat. In Tabelle 1 sind eine Reihe von inerten organischen Lösungsmitteln für die Ausfällung eines Zellulosederivats in einer wäßrigen Lösung angegeben. Die angegebenen Verhältnisse sind die minimalen erforderlichen Verhältnisse, um eine Lösungsmittellösung zu erhalten, die eine größere Dichte als Wasser hat. Je größer das spezifische Gewicht der Komponente (b) ist, desto weniger Komponente (b) ist erforderlich, um die minimale Dichte zu erreichen.Of course, there must be a sufficient amount of solvent component (b) present for that containing the cellulose derivative Solvent has the required higher density than the precipitation solution. In Table 1 are a number of inert organic Solvents indicated for the precipitation of a cellulose derivative in an aqueous solution. The specified ratios are the minimum ratios required to obtain a solvent solution that has a greater density than water Has. The greater the specific gravity of component (b), the less component (b) is required to achieve the minimum To achieve density.

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Tabelle 1Table 1

Lösungsmittelsolvent

Komponente (a) Komponente (b)Component (a) component (b)

Minimales VoIu
menverhältnis
a:b
Minimum volume
ratio
away
3030th
7070 2O2O 8080 : 20: 20 8080 2525th 7575 5555 4545 6565 3535

Aceton DimethylsulfoxidAcetone dimethyl sulfoxide

Aceton EthylendichloridAcetone ethylene dichloride

Aceton MethylendichloridAcetone methylene dichloride

Aceton FormamidAcetone formamide

Aceton CyclohexanonAcetone cyclohexanone

Aceton MethylacetatAcetone methyl acetate

Nach Herstellung der porösen Perlen wird die Zellulose durch Hydrolyse aus dem Derivat regeneriert, um mehr aktive Stellen für die Enzymankopplung zu schaffen. Zur Regenerierung der Zellulose aus dem Zellulosederivat nach der Bildung der Perlen kann man die substituierten Gruppen (wie Acetat bei Zelluloseacetat) entfernen, um alle normalerweise im Zellulosematerial vorhandenen Hydroxylgruppen zu regenerieren. Je höher der Regenerationsgrad ist, desto stabiler erweisen sich die resultierenden Perlen. In einigen Fällen, in denen Enzyme auf den Zelluloseperlenträgern immobilisiert werden sollen, ist es erwünscht, die Hydroxy- oder andere Substituentengruppen in funktioneile chemische Gruppen wie Aminogruppen umzuwandeln, die die Ankopplung von Enzymen erleichtern.After the production of the porous beads, the cellulose is hydrolyzed regenerated from the derivative to create more active sites for enzyme coupling. To regenerate the cellulose the substituted groups (like acetate in cellulose acetate) can be removed from the cellulose derivative after the formation of the beads, to regenerate all hydroxyl groups normally present in the cellulosic material. The higher the degree of regeneration the more stable the resulting pearls will be. In some cases where enzymes are on the cellulose bead supports are to be immobilized, it is desirable to convert the hydroxy or other substituent groups into functional chemical groups how to convert amino groups that facilitate the coupling of enzymes.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden; es zeigen:In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the figures will; show it:

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Figur 1 eine graphische Darstellung der Teilchengrößeverteilung der porösen Perlen;FIG. 1 is a graph showing the particle size distribution of the porous beads;

Figur 2 eine elektronenmikroskopische Rasteraufnahme einer porösen Zelluloseperle;FIG. 2 shows an electron microscopic raster image of a porous Cellulose bead;

Figur 3 eine graphische Darstellung der Druckabfalleigenschaften der porösen Zelluloseperlen;Figure 3 is a graph showing the pressure drop properties of the porous cellulose beads;

Figur 4(A) eine elektronenmikroskopische Rasteraufnahme der Oberfläche einer porösen Zelluloseperle (20 000 x)FIG. 4 (A) is an electron microscopic raster image of the surface a porous cellulose bead (20,000 x)

Figur 4 (B) eine elektronenmikroskopische Rasteraufnahme des Inneren einer porösen Zelluloseperle (20 000 x).FIG. 4 (B) is an electron microscopic raster image of the interior a porous cellulose bead (20,000 x).

Die Graphik in Figur 1 zeigt die Teilchengrößeverteilung der fertigen porösen Perlen, die erhalten werden, wenn man eine Zellulosederivatlösung mittels einer Sprühdüse gemäß dem weiter unten ausführlich beschriebenen Verfahren verteilt. Perlen, die je nach vorgesehener Verwendung zu groß oder zu klein sind, können gesammelt werden und gegebenenfalls wieder in dem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst werden. Für die Verwendung in einem Säulenreaktor werden im allgemeinen Perlen mit gleichmäßiger Größe bevorzugt. Die gewünschte Teilchengröße kann je nach vorgesehener Verwendung der Perlen, z.B. je nach dem zu immobilisierenden Enzym, verschieden sein.The graph in FIG. 1 shows the particle size distribution of the finished porous beads which are obtained when a cellulose derivative solution is distributed by means of a spray nozzle according to the method described in detail below. Beads that are too large or too small depending on the intended use can be collected and, if necessary, redissolved in the appropriate solvent. For use in a column reactor, beads of uniform size are generally preferred. The desired particle size can vary depending on the intended use of the beads, for example depending on the enzyme to be immobilized.

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Die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten porösen Zelluloseperlen haben im allgemeinen eine sehr hohe Porosität und eine kontrollierte Porengröße im Bereich von 0,05 bis 30,u. Wenn ein Zellulose-Lösungsmittel-Verhältnis von 1:10 (Gewicht/ Volumen) zur Herstellung der Zellulose/Lösungsmittel-Lösung verwendet wird, besitzen die fertigen Perlen eine hohe Porosität mit einem Porenvolumen von etwa 90 %. Eine elektronenmikroskopische Rasteraufnahme einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten porösen Zelluloseperle ist in den Figuren 2, 4(A) unf 4(B) gezeigt. Aus diesen Aufnahmen sind verschiedene wichtige Merkmale der erfindungsgemäßen Zelluloseperlen ersichtlich. Erstens sind die Perlen im allgemeinen kugelförmig, und die Porenöffnungen sind gleichmäßig über die Perlenoberfläche verteilt. Für die meisten Anwendungen ist dies erwünscht, da man einen immobilisierten Enzymkatalysator mit gleichmäßiger Aktivität erhält. Die Hohlraumphase der Zelluloseperlen ist kontinuierlich. Dies ist ein erwünschtes Merkmal, da eine diskontinuierliche, diskrete "Blase" zu einem unbrauchbaren und nicht zugänglichen toten Raum in einem immobilisierten Enzymsystem führen würde. Drittens ist auf der Perlenoberfläche keine harte Schicht vorhanden. Eine harte Oberflächenschicht würde die Diffusion ernsthaft behindern. Schließlich sind die Porengrößen sehr gleichmäßig, so daß die gesamte innere Oberfläche des inneren Porenvolumens der Perlen für die Enzymimmobilisierung und für enzymkatalysierte Reaktionen zugänglich ist. Sowohl die hohe Porosität als auch die anderen genannten Merkmale verleihen den erfindungsgemäßen porösen Zelluloseperlen eine einzigartige Eignung zur Immobilisierung von Enzymen und anderen biologisch aktiven Agentien.The porous cellulose beads produced by the process described above generally have a very high porosity and a controlled pore size ranging from 0.05 to 30, u. If a cellulose / solvent ratio of 1:10 (weight / Volume) is used to produce the cellulose / solvent solution, the finished beads have a high porosity with a pore volume of about 90%. An electron microscopic raster image of a according to the method according to the invention produced porous cellulose bead is shown in Figures 2, 4 (A) and 4 (B). There are several of these recordings important features of the cellulose beads according to the invention can be seen. First, the beads are generally spherical in shape and the pore openings are uniform across the bead surface distributed. For most applications this is desirable because you can use an immobilized enzyme catalyst with more uniformity Activity receives. The void phase of the cellulose beads is continuous. This is a desirable feature because a discontinuous, discrete "bubble" to an unusable and inaccessible dead space in an immobilized enzyme system would lead. Third, there is no hard layer on the pearl surface. A hard surface layer would seriously hinder diffusion. After all, the pore sizes are very uniform, so that the entire inner surface of the inner pore volume of the beads is accessible for enzyme immobilization and for enzyme-catalyzed reactions. Both the high porosity and the other features mentioned give the porous cellulose beads according to the invention a unique ability to immobilize enzymes and other biologically active agents.

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Eine wichtige Eigenschaft eines Enzymträgers ist der Druckverlust, den er bei verschiedenen Flüssigkeitsdurchsätzen durch einen den Träger enthaltenden Enzymreaktor hervorruft. Industriell wird zur Zeit beispielsweise DEAE-Zellulose als Enzymträger bei der Umwandlung von Glucose in Fructose verwendet. Bei DEAE-Zellulose ist der Druckabfall jedoch sehr hoch, und dementsprechend können nur flache Betten verwendet werden, um einen vernünftigen Flüssigkeitsdurchsatz zu erhalten. Die Druckabfalleigenschaften der erfindungsgemäßen porösen Zelluloseperlen bei Verwendung in einer gepackten Säule sind in Figur 3, Kurve A, wiedergegeben. Die nominale lineare Durchflußgeschwindigkeit ist berechnet durch Division des volumetrischen Durchsatzes an Einsatzflüssigkeit durch die Säule durch die Säulenquerschnittsfläche. In der Praxis beträgt die nominale lineare Durchflußgeschwindigkeit in industriellen Säulenreaktoren weniger als 0,5 cm/Sekunde. Bei einem Reaktor mit einem Durchmesser von 60,96 cm entspricht eine lineare Durchflußgeschwindigkeit von 0,5 cm/Sekunde beispielsweise einem volumetrischen Durchsatz von 5254 1/Std. Bei einer typischen industriellen Verfahrensdurchführung zur Herstellung von Fructose aus Glucose beträgt die Zuckerkonzentration im Einsatzstrom etwa 0,5 kg/1. Die obige Durchflußgeschwindigkeit ergibt mehr als 27 Mio kg Produkt je 61 cm Säule pro Jahr. Aufgrund der erforderlichen Verweilzeit bei der enzymatischen Reaktion beträgt die lineare Durchflußgeschwindigkeit gewöhnlich weniger als 0,5 cm/Sekunde. Daraus ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen porösen Zelluloseperlen hinsichtlich des Druckabfalls keine ernsten verfahrenstechnischenAn important property of an enzyme carrier is the pressure loss, which it produces at different liquid throughputs through an enzyme reactor containing the carrier. Industrial For example, DEAE cellulose is currently used as an enzyme carrier in the conversion of glucose to fructose. With DEAE cellulose, however, the pressure drop is very high and accordingly only flat beds can be used to obtain a reasonable fluid flow rate. The pressure drop properties of the porous cellulose beads according to the invention when used in a packed column are shown in FIG. Curve A, reproduced. The nominal linear flow rate is calculated by dividing the volumetric flow rate of feed liquid through the column by the column cross-sectional area. In practice, the nominal linear flow rate in industrial column reactors is less than 0.5 cm / second. A linear flow rate corresponds to a 60.96 cm diameter reactor of 0.5 cm / second, for example, a volumetric throughput of 5254 1 / hour. In a typical industrial process implementation for the production of fructose from glucose, the sugar concentration in the feed stream is about 0.5 kg / l. The above Flow rate results in more than 27 million kg of product per 61 cm column per year. Because of the dwell time required in the enzymatic reaction the linear flow rate is usually less than 0.5 cm / second. From it is It can be seen that the porous cellulose beads of the present invention do not have serious procedural issues with respect to pressure drop

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Probleme mit sich bringen, wenn sie als Träger für Enzyme und andere biologisch aktive Agentien in Säulenreaktoren verwendet werden. Wenn die erfindungsgemäßen porösen Zelluloseperlen nach entsprechender Derivatbildung für andere mögliche Anwendungen (z.B. Entfernung von Tannin aus Fruchtsaft, Wein oder Bier sowie von Metallionen aus verdünnten Lösungen) verwendet werden, kann die Durchflußgeschwindigkeit durch einen Säulenreaktor sehr viel größer als die bisher angegebenen 0,5 cm/Sekunde sein.Pose problems when used as a carrier for enzymes and other biologically active agents in column reactors will. If the porous cellulose beads according to the invention after appropriate derivative formation for other possible applications (e.g. removal of tannin from fruit juice, wine or beer as well as metal ions from dilute solutions), the flow rate through a column reactor can be very much greater than the previously specified 0.5 cm / second.

Die Strömungseigenschaften und andere physikalische und mechanische Eigenschaften der porösen Zelluloseperlen können durch Vernetzung mit bi- und/oder multifunktionalen Verbindungen verbessert werden. Kurve B in Figur 3 zeigt den Druckabfall bei den porösen Zelluloseperlen nach Behandlung mit Tolylen-2,4-diisocyanat und anschließender Enzymimmobilisierung. Oberhalb einer nominalen linearen Durchflußgeschwindigkeit von 2 cm/ Sekunde werden die unbehandelten Zelluloseperlen (Kurve A) zusammengepreßt und erheblich deformiert, was zu einer drastischen Zunahme des Druckabfalls führt. Kurve B hingegen zeigt nur eine geringe Krümmung, was, wenn überhaupt vorhanden, eine nur geringe Deformation der behandelten Perlen anzeigt.The flow properties and other physical and mechanical Properties of the porous cellulose beads can be improved by crosslinking with bi- and / or multifunctional compounds will. Curve B in Figure 3 shows the pressure drop in the porous cellulose beads after treatment with tolylene-2,4-diisocyanate and subsequent enzyme immobilization. Above a nominal linear flow rate of 2 cm / Second, the untreated cellulose beads (curve A) are compressed and significantly deformed, resulting in a drastic Increase in pressure drop. Curve B, on the other hand, shows only a slight curvature, which, if present at all, shows a indicates only slight deformation of the treated beads.

Die Behandlung der porösen Zelluloseperlen mit einem Vernetzungsmittel, entweder vor oder nach der Hydrolyse der Perlen, führt zu einer Erhöhung ihrer physikalischen Festigkeit. Auch die Ankopplung von Enzymen erhöht ihre physikalische Festigkeit. Nach der Behandlung mit beispielsweise einem Diisocyanat (z.B.The treatment of the porous cellulose beads with a crosslinking agent, either before or after hydrolysis of the pearls, leads to an increase in their physical strength. Also the Coupling of enzymes increases their physical strength. After treatment with, for example, a diisocyanate (e.g.

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Tolylen-2,4-Diisocyanat oder Hexamethylendiisocyanat) werden die Perlen in der Tat sehr hart und fest. Die Vernetzung mit Epichlorhydrin verbessert die physikalischen Eigenschaften der porösen Zelluloseperlen ebenfalls. Die Chemie der Vernetzung von Polysacchariden, einschließlich Zellulose und Stärke, ist gut bekannt. Weitere geeignete Vernetzungsmittel sind u.a. Formaldehyd in Salzsäurelösung oder Glutaraldehyd. Viele andere Vernetzungsmittel für Kohlehydrate sind bekannt und z.B. in der US-PS 3 905 954 beschrieben.Tolylene-2,4-diisocyanate or hexamethylene diisocyanate) the pearls are in fact very hard and firm. Crosslinking with epichlorohydrin improves the physical properties the porous cellulose beads as well. The chemistry of the crosslinking of polysaccharides, including cellulose and Strength is well known. Other suitable crosslinking agents include formaldehyde in hydrochloric acid solution or glutaraldehyde. Many other crosslinking agents for carbohydrates are known and are described, for example, in U.S. Patent 3,905,954.

Im allgemeinen werden die erfindungsgemäßen porösen Zelluloseperlen nach folgenden Verfahrensstufen hergestellt: In general, the porous cellulose beads according to the invention are produced according to the following process steps:

a) Zellulose in einer hydrolisierbaren Form wird in einem inerten, organischen, mit Wasser mischbaren Lösungsmittel gelöst, wobei das Verhältnis von Zellulosederivat zu Lösungsmittel im allgemeinen im Bereich von 1:20 bis 1:3 (Gewicht: Volumen) liegt, um eine Lösungsmittellösung herzustellen. Das verwendete Lösungsmittel soll ganz oder im wesentlichen mischbar sein mit der Ausfällungslösung, und die Dichte der Lösungsmittellösung soll ausreichend sein, so daß beim Kontakt mit der Ausfällungslösung das Lösungsmittel leicht mit dieser mischbar ist und das Zellulosederivat ausfällt.a) cellulose in a hydrolyzable form is dissolved in an inert, organic, water-miscible solvent, where the ratio of cellulose derivative to solvent is generally in the range from 1:20 to 1: 3 (weight: Volume) to make a solvent solution. The solvent used should be wholly or essentially miscible be with the precipitation solution, and the density of the solvent solution should be sufficient so that upon contact with the precipitation solution easily dissolves the solvent with this is miscible and the cellulose derivative precipitates.

b) Eine Lösungsmittellösung wird in Form von Tröpfchen (z.B. durch Sprühen) in einer Ausfällungslösung verteilt. Beim Kontakt mit der Ausfällungslösung, die ein Tensid enthalten kann,b) A solvent solution is in the form of droplets (e.g. by spraying) distributed in a precipitation solution. Upon contact with the precipitation solution, which may contain a surfactant,

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wird das Lösungsmittel in der Ausfällungslösung dispergiert, und es bilden sich poröse Zelluloseperlen durch Koagulation. Diese sinken auf den Boden des Behälters für die Ausfällungslösung. Die Zellulosederivatlösung kann geeigneterweise unter Druck durch eine Sprühdüse in ein Ausfällungslösungsbad gesprüht werden. Falls erwünscht, kann das Bad zur Beschleunigung der Perlenbildung gerührt werden.the solvent is dispersed in the precipitating solution and porous cellulose beads are formed by coagulation. These sink to the bottom of the container for the precipitation solution. The cellulose derivative solution can suitably under Pressure can be sprayed through a spray nozzle into a precipitation solution bath. If desired, the bath can be used to speed up the bead formation are stirred.

c) Nach erfolgtem Waschen werden die ausgefällten Perlen zur Regenerierung von Zellulose hydrolisiert, wobei poröse Zelluloseperlen mit aktiven Stellen für die Enzymankopplung erhalten werden. Falls erwünscht, können die Perlen zur Verbesserung der Stabilität oder für den Erhalt geeigneter Reaktionsstellen in verschiedener Weise chemisch modifiziert werden. So können die Perlen z.B. vernetzt werden, um eine größere Stabilität und eine vergrößerte physikalische Festigkeit zu erhalten. Man kann auch zur Veränderung der Oberflächenabsorptionseigenschaften der Zelluloseperlen entweder positiv geladene oder negativ geladene Gruppen durch Substitution in die Perlen einbringen. Die Zellulose selbst ist im allgemeinen hydrophil, und dementsprechend kann man durch Veränderung der Reaktionsstellen deren hydrophile Eigenschaften verändern.c) After washing, the precipitated beads are hydrolyzed to regenerate cellulose, being porous Cellulose beads with active sites for enzyme coupling can be obtained. If desired, the pearls can be used for enhancement the stability or to obtain suitable reaction sites chemically modified in various ways will. For example, the pearls can be crosslinked for greater stability and increased physical strength to obtain. One can also change the surface absorption properties of the cellulose beads either positively charged or negatively charged groups by substitution insert into the pearls. The cellulose itself is generally hydrophilic and, accordingly, one can change it of the reaction sites change their hydrophilic properties.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren, nach dem Enzyme und andere biologisch aktive Agentien durch Ankopplung an die erfindungsgemäßen porösen Zelluloseperlen immobilisiert werdenThe invention also relates to a method by which enzymes and other biologically active agents are immobilized by coupling to the porous cellulose beads of the invention

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können. So kann man z.B. die erfindungsgemäßen porösen Zelluloseperlen zu Diethylaminoethyl (DEAE) Zellulose umwandeln, indem man die Perlen mit N,N-Diethyl-2-chlorethylaminhydrochlorid in herkömmlicher Weise umsetzt. Die so erhaltenen Perlen enthalten DEAE-Zellulose und sind erfolgreich zur Ankopplung von Glucoseisomerase verwendet worden, die aus Streptomyces-Kulturen erhalten wurde. Es ist ebenfalls eine Verfahrensweise unter Verwendung von Bromcyan zur Immobilisierung von Glucoseisomerase verwendet worden.can. For example, one can use the porous cellulose beads of the present invention Convert cellulose to diethylaminoethyl (DEAE) by treating the beads with N, N-diethyl-2-chloroethylamine hydrochloride implemented in a conventional manner. The pearls obtained in this way contain DEAE cellulose and are successful for coupling of glucose isomerase obtained from Streptomyces cultures. It is also one Procedure using cyanogen bromide for immobilization of glucose isomerase has been used.

Bei einer anderen Verfahrensweise zur Enzymimmobilisierung auf porösen Zelluloseperlen wird Tolylen-2,4-diisocyanat verwendet. Diisocyanat wurde zur Vernetzung der Zellulose eingesetzt, um die physikalische Festigkeit der porösen Perlen zu verbessern. Es wurde jedoch gefunden, daß erfindungsgemäße poröse Zelluloseperlen nach Behandlung mit Diisocyanat Enzyme auf ihre Oberfläche immobilisieren können, indem man einfach die mit Diisocyanat behandelten Perlen und eine Enzymlösung zusammenmischt. Wenn beispielsweise Glucoamylase verwendet wurde, wurden mehr als 1000 internationale Einheiten des Enzyms je g trockene Perlen an den mit Diisocyanat behandelten Perlen angekoppelt und immobilisiert. Angesichts der verbesserten physikalischen Festigkeit der Perlen wird angenommen, daß eine erhebliche Vernetzung eintritt, wenn man trockene poröse Zelluloseperlen in trockenem Aceton in Gegenwart eines Katalysators (z.B. Triethylamin) mit Tolylen-2,4-diisocyanat zusammenbringt. Nach einer ausreichend langen ReaktionszeitAnother procedure for enzyme immobilization tolylene 2,4-diisocyanate is used on porous cellulose beads. Diisocyanate was used to crosslink the cellulose in order to increase the physical strength of the porous beads to enhance. However, it has been found that porous cellulose beads according to the invention after treatment with diisocyanate enzymes Can immobilize on their surface by simply adding the diisocyanate treated beads and an enzyme solution mixes together. For example, when glucoamylase was used, more than 1000 international units of the Enzyme coupled and immobilized per g of dry beads on the beads treated with diisocyanate. Given the improved The physical strength of the beads is believed to result in significant crosslinking when dry porous cellulose beads in dry acetone in the presence of a catalyst (e.g. triethylamine) with tolylene-2,4-diisocyanate brings together. After a sufficiently long reaction time

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wurden die Perlen mit trockenem Aceton gewaschen, um die freien Diisocyanatrückstände zu entfernen. Die Zelluloseperlen scheinen eine große Anzahl von gebundenen Isocyanatgruppen zu besitzen. Beim Mischen der behandelten Perlen mit einer wäßrigen Enzymlösung scheinen die Enzymmoleküle durch die Isocyanatgruppen kovalent an die Zelluloseperlen gebunden zu werden. Es wurde weiterhin gefunden, daß beim Waschen der Perlen mit Wasser die Isocyanatgruppen zu Aminogruppen umgewandelt werden. Auf diese Weise gelang die Immobilisierung eines Enzyms, Glucoamylase, auf Aminozelluloseperlen mit Glutaraldehyd, der bekannt ist für seine Fähigkeit, mit Aminogruppen (auf den Perlen und in den Enzymen) zu reagieren und diese zu vernetzen.the beads were washed with dry acetone to remove the free Remove diisocyanate residues. The cellulose beads appear to have a large number of isocyanate groups attached. When the treated beads are mixed with an aqueous enzyme solution, the enzyme molecules appear through the isocyanate groups to be covalently bound to the cellulose beads. It was also found that when the pearls were washed with water the isocyanate groups are converted to amino groups. In this way the immobilization of an enzyme, glucoamylase, on aminocellulose beads with glutaraldehyde, which is known for its ability to interact with amino groups (on the beads and in the enzymes) to react and to network them.

Die erfindungsgemäßen porösen Zelluloseperlen eignen sich außerdem zur Trennung und Reinigung von Enzymen, Proteinen, Nukleinsäuren und ähnlichen Verbindungen. Die erfindungsgemäßen Zelluloseperlen können zur Herstellung von porösen DEAE-Zelluloseperlen derivatisiert werden. Derartige Perlen besitzen ausgezeichnete Durchflußeigenschaften und sind dennoch in der Lage, Enzyme, Proteine, Nukleinsäuren und ähnliche Verbindungen wirksam zu trennen. Die Wirksamkeit solcher Verfahren entspricht ohne weiteres den zur Zeit üblichen säulenchromatographischen Verfahren.The porous cellulose beads according to the invention are also suitable for the separation and purification of enzymes, proteins, nucleic acids and similar compounds. The invention Cellulose beads can be derivatized to produce porous DEAE cellulose beads. Own such pearls excellent flow properties and yet are able to effectively separate enzymes, proteins, nucleic acids and similar compounds. The effectiveness of such procedures corresponds to the currently customary column chromatographic procedures.

Man kann die erfindungsgemäßen porösen Zelluloseperlen auch mit anderen als DEAE-Gruppen in situ-derivatisieren. Dadurch sind die erfindungsgemäßen Zelluloseperlen für eine Vielzahl von spezifischen Anwendungen geeignet. So kann man z.B. eineThe porous cellulose beads of the invention can also be used derivatize in situ with groups other than DEAE. Through this the cellulose beads according to the invention are suitable for a large number of specific applications. For example, you can use a

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spezielle funktioneile Gruppe an die porösen Zelluloseperlen ankoppeln und die so derivatisierten Perlen dann verwenden, um z.B. Tannin aus Fruchtsaft zu entfernen, indem man Fruchtsaft durch ein Bett von derivatisierten, porösen Zelluloseperlen mit Protein leitet. attach special functional groups to the porous cellulose beads and then use the beads derivatized in this way, e.g. to remove tannin from fruit juice by passing fruit juice through a bed of derivatized, porous cellulose beads with protein.

Auf ähnliche Weise kann man Metallionen aus verdünnten Lösungen entfernen. Solche Verfahren können z.B. zur Gewinnung von wertvollen Metallionen (z.B. Kupfer- und Goldionen) aus verdünnten Minenlösungen und -abwassern dienen und wurden sich insbesondere für heute übliche Lösungstechniken eignen, bei denen Metalle mittels Säurelösungen aus Erze»v extrahiert werden. Similarly, one can get metal ions from dilute solutions remove. Such processes can be used, for example, to obtain valuable metal ions (e.g. copper and gold ions) from dilute Mine solutions and wastewater are used and were particularly suitable for solution techniques that are common today where metals are extracted from ores using acid solutions.

Beispiel 1example 1

50 g Zelluloseacetat (Vise 3 von Eastman Kodak Chemicals) wurden in 4OO ml Lösungsmittel A (zusammengesetzt aus Aceton und Dimethylsulfoxid in einem Volumenverhältnis von 6:4) unter Bildung einer 12,5 %-igen (Gewicht/Volumen) Lösung aufgelöst. Die Zelluloselösung wurde dann mit einer Spritzpistole (Farbspritzpistole von Sears Roebuck & Co.) unter einem Luftdruck von 1,41 kg/cm in Form feiner Tröpfchen in einen Wassertank gesprüht, der 151 1 Wasser und 4 Tropfen eines üblichen Haushaltsspülmittels enthielt. Beim Kontakt mit der Wasseroberfläche koagulieren die Zelluloseacetattröpfchen zu porösen Perlen und sinken auf den Behälterboden. Die porösen Perlen wurden50 g of cellulose acetate (Vise 3 from Eastman Kodak Chemicals) was added in 4OO ml of solvent A (composed of acetone and dimethyl sulfoxide in a volume ratio of 6: 4) under Dissolved to form a 12.5% (weight / volume) solution. The cellulose solution was then sprayed with a spray gun (paint spray gun from Sears Roebuck & Co.) under an air pressure of 1.41 kg / cm in the form of fine droplets in a water tank sprayed, the 151 1 water and 4 drops of a common household detergent contained. When they come into contact with the surface of the water, the cellulose acetate droplets coagulate to form porous beads and sink to the bottom of the container. The porous pearls were

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dann gesammelt und gewaschen. Die gewaschenen Perlen wurden dann über Nacht bei Raumtemperatur mit einer etwa 0,15 η Natriumhydroxidlösung deacetyliert. Die deacetylierten Perlen wurden dann gewaschen und sauggetrocknet. Die so erhaltenen porösen Zelluloseperlen besaßen ein Porenvolumen von mehr als 50 Vol.% und waren für die Enzymimmobilisierung einsatzbereit. Figur 1 gibt die Teilchengrößeverteilung der erhaltenen porösen Perlen wieder. Elektronenmikroskopische Aufnahmen ergaben, daß die Perlen im allgemeinen kugelförmig waren und das Innere und die Oberfläche der Kugeln die gleiche Struktur besaßen. Die Porengrößen waren sehr gleichmäßig, und die Poren waren gleichmäßig über die gesamten Perlen, wie in den Figuren 2, 4(A) und 4(B) gezeigt, verteilt. Die Porengröße der Perlen wurde mit Hilfe von elektronenmikroskopischen Rasteraufnahmen bestimmt. Die Aufnahme von elektronenmikroskopischen Rasteraufnahmen erfordert trockene Proben, und da das Trocknen der Perlen in Luft zu einer Schrumpfung führt, wurden die Perlen nach der kritischen Punkt-Technik (critical point technique) mit flüssigem Kohlendioxid getrocknet. Die Porengröße wurde zu etwa 10OO 8 bestimmt.then collected and washed. The washed beads were then washed overnight at room temperature with an approximately 0.15 η sodium hydroxide solution deacetylated. The deacetylated beads were then washed and suction dried. The so obtained porous cellulose beads had a pore volume of more than 50% by volume and were ready for enzyme immobilization. FIG. 1 shows the particle size distribution of the porous beads obtained. Electron microscope images showed that the beads were generally spherical in shape and that the inside and the surface of the balls had the same structure. The pore sizes were very uniform, and the pores were uniform over the entire beads, as in Figures 2, 4 (A) and 4 (B). The pore size of the pearls was determined with the help of electron microscopic raster images. The recording of electron microscopic raster images requires dry samples, and since air drying the beads causes shrinkage, the beads were dried using liquid carbon dioxide using the critical point technique. The pore size was determined to be about 10OO 8.

Beispiel 2Example 2

Gemäß der Verfahrensweise von Beispiel 1 wurden unter Verwendung einer 10 %-igen (Gewicht/Volumen) Zelluloseacetatlösung in Lösungsmittel A ebenfalls poröse Perlen hergestellt. Auch diese Perlen eigneten sich gut für die Enzymimmobilisierung.Following the procedure of Example 1 were using a 10% (weight / volume) cellulose acetate solution in solvent A also made porous beads. Even these beads worked well for enzyme immobilization.

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- 3ο -- 3ο -

Beispiel 3Example 3

Es wurde eine 10 %-ige (Gewicht/Volumen) Zelluloseacetatlösung (Vise 3 von Eastman Kodak Chemicals) in Lösungsmittel B (Aceton und Formamid in einem Volumenverhältnis von 7:3) hergestellt. Die Zelluloseacetatlösung wurde dann nach der Verfahrensweise gemäß Beispiel 1 versprüht und hydrolisiert. Es wurden hochporöse Zelluloseperlen mit einem Porenvolumen von mehr als 5O Vol.% erhalten.A 10% (w / v) cellulose acetate solution (Vise 3 from Eastman Kodak Chemicals) in solvent B (acetone and formamide in a volume ratio of 7: 3). The cellulose acetate solution was then made according to the procedure sprayed according to Example 1 and hydrolyzed. The result was highly porous cellulose beads with a pore volume of more than 50 Vol.% Preserved.

Beispiel 4Example 4

Beispiel 2 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß eine Lösung mit Zelluloseacetat vom Typ Vise 45 (erhältlich bei Eastman Kodak Chemicals) hergestellt wurde. Die erhaltenen porösen Perlen besaßen ausgezeichnete Eigenschaften für die Enzymimmobilisierung. Example 2 was repeated with the difference that a solution with cellulose acetate of the Vise 45 type (available from Eastman Kodak Chemicals). The porous beads obtained were excellent in enzyme immobilization properties.

Beispiel 5Example 5

Die Verfahrensweise gemäß Beispiel 2 wurde unter Verwendung einer 10 %-igen (Gewicht/Volumen) Lösung von Zellulosetriacetat (erhältlich von Eastman Kodak Chemicals) in Lösungsmittel A wiederholt. Die resultierenden Perlen besaßen eine ausgezeichnete Porosität für die Enzymimmobilisierung.The procedure of Example 2 was carried out using a 10% (weight / volume) solution of cellulose triacetate (available from Eastman Kodak Chemicals) in Solvent A repeated. The resulting beads had excellent porosity for enzyme immobilization.

Wie schon mehrfach erwähnt, kann Zellulose als Trägermaterial für die Immobilisierung von Enyzmen und anderen biologisch aktivenAs already mentioned several times, cellulose can be used as a carrier material for the immobilization of enzymes and other biologically active substances

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Agentien verwendet werden. Zellulose ist oft als Träger gewählt worden, weil sie billig, chemisch stabil und gegenüber mikrobiologischer Verunreinigung resistent ist. Außerdem besitzt Zellulose drei Hydroxylgruppen in jeder Glucoseanhydrideinheit, die die Vielseitigkeit der Zellulose und auch die große Kapazität für die Immobilisierung einer gewünschten Substanz liefern.Agents are used. Cellulose has often been chosen as a carrier because it is cheap, chemically stable, and more microbiological Contamination is resistant. In addition, cellulose possesses three hydroxyl groups in each glucose anhydride unit giving the versatility of the cellulose and also the great capacity supply for the immobilization of a desired substance.

Der Hauptnachteil bei der Verwendung von Zellulose als ein Trägermaterial 1st der, daß Zellulose eine fasrige Form besitzt und ihr die erforderliche mechanische Festigkeit fehlt. Mit Zellulose gepackte Reaktoren besitzen schlechte Durchflußeigenschaften, weisen einen hohen Druckverlust auf und führen zur Kanalbildung. Diese Probleme sind durch die erfindungsgemäßen Zelluloseperlen, die eine größere mechanische Festigkeit und verbesserte Durchflußeigenschaften als bekannte Materialien besitzen, gelöst. Da jedoch die Struktur der erfindungsgemäßen Zelluloseperlen sich von normaler Zellulose unterscheidet, kann auch die Beladung mit Enzymen und die Stabilität der immobilisierten Enzyme anders sein als bei normaler Zellulose. Die chemischen Vorgänge bei der Herstellung von immobilisierten Enzy- jThe main disadvantage of using cellulose as a carrier material is that cellulose is fibrous in shape and lacks the required mechanical strength. Reactors packed with cellulose have poor flow properties, have a high pressure drop and lead to channel formation. These problems are solved by the cellulose beads according to the invention, which have greater mechanical strength and improved flow properties than known materials. However, since the structure of the cellulose beads according to the invention is different from normal cellulose, and the loading of enzymes and the stability of the immobilized enzymes may be different than in normal cellulose. The chemical processes involved in the production of immobilized enzy- j

i men beeinflussen nicht nur die Beladung und die Stabilität des I i men not only influence the loading and stability of the I.

i Enzyms auf den Zelluloseperlen, sondern auch deren mechanische j Festigkeit. Jede chemische Verfahrensweise für die Immobilisierung von Enzymen, die die mechanische Festigkeit von Zelluloseperlen erhöht, verbessert gleichzeitig die Durchflußeigenschaften in einem Reaktor. Dies ergibt?sich auch aus den folgenden ·i enzyme on the cellulose beads, but also their mechanical j strength. Any chemical method for immobilizing enzymes that increases the mechanical strength of cellulose beads also improves the flow properties in a reactor. This also follows from the following

Beispielen: jExamples: j

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Beispiel 6Example 6

1 g poröse gemäß Beispiel 1 hergestellte Zelluloseperlen wurden in 15 ml Wasser dispergiert, das mit Natriumhydroxid auf einen pH-Wert von 11,5 eingestellt worden war und auf einer konstanten Temperatur von 20 C gehalten wurde. Zu dieser Dispersion wurde 1 g Bromcyan gegeben. Der pH-Wert wurde mit 1 η NaOH auf 11,5 gehalten. Nach 15 Minuten wurden die Perlen mit einem Phosphatpuffer (0,1 n) bei pH 7,0 und 0°C gewaschen. Dann wurden 15 ml Glucoamylaselosung (30 mg/ml) zu den Perlen gegeben. Die Mischung wurde über Nacht stehengelassen. Die so hergestellten Perlen enthielten bei 60 C und unter Verwendung von 5 % Maltose als Substrat 1830 Enzymaktivitätseinheiten je g Trockengewicht an Zelluloseperlen. Eine Enzymaktivitätseinheit ist definiert als diejenige Menge, die 1 Mikromol Produkt pro Minute erzeugt.1 g of porous cellulose beads produced according to Example 1 were dispersed in 15 ml of water, which with sodium hydroxide on a pH of 11.5 had been adjusted and kept at a constant Temperature of 20 C was maintained. 1 g of cyanogen bromide was added to this dispersion. The pH was adjusted to 11.5 with 1 η NaOH held. After 15 minutes the beads were filled with a phosphate buffer (0.1N) at pH 7.0 and 0 ° C. Then 15 ml of glucoamylase solution (30 mg / ml) was added to the beads. The mixture was left to stand overnight. The pearls produced in this way contained maltose at 60 ° C. and using 5% Substrate 1830 enzyme activity units per g dry weight of cellulose beads. One enzyme activity unit is defined as that amount which produces 1 micromole of product per minute.

Beispiel 7Example 7

Gemäß Beispiel 1 hergestellte poröse Zelluloseperlen (0,2 g) wurden in 5 ml Aceton dispergiert. Zu dieser Dispersion wurden 0,2 ml Triethylamin und 0,2 ml Tolylen-2,4-diisocyanat gegeben. Nach 30 Minuten wurden die Perlen mit Aceton und dann mit einem Acetatpuffer bei einem pH-Wert von 4,75 gewaschen. Die Perlen wurden dann mit 5 ml Glucoamylaselosung (25 mg/ml) versetzt. Das dadurch auf den Perlen immobilisierte Enzym ergab eine Aktivität von 2000 Einheiten/g Zelluloseperlen.Porous cellulose beads (0.2 g) prepared according to Example 1 were dispersed in 5 ml of acetone. To this dispersion were 0.2 ml of triethylamine and 0.2 ml of tolylene 2,4-diisocyanate were added. After 30 minutes the beads were washed with acetone and then with an acetate buffer at pH 4.75. The pearls 5 ml of glucoamylase solution (25 mg / ml) were then added. The enzyme immobilized on the beads as a result gave an activity of 2000 units / g cellulose beads.

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Beispiel 8Example 8

200 mg Glucoseisomerase in Maleinsäurepufferlösung wurden auf 2 g gemäß Beispiel 7 hergestellten Zelluloseperlen immobilisiert. Die Zelluloseperlen enthielten bei 60 C unter Verwendung von 9 % Fructose als Substrat 90 Enzymaktivitätseinheiten pro g Zelluloseperlen.200 mg of glucose isomerase in maleic acid buffer solution were added 2 g of cellulose beads produced according to Example 7 immobilized. The cellulose beads contained at 60 ° C using from 9% fructose as substrate 90 enzyme activity units per g cellulose beads.

Beipiel 9Example 9

300 mg Invertase in 5 ml Acetatpuffer wurden auf 0,5 g porösen, gemäß Beispiel 7 hergestellten Zelluloseperlen immobilisiert. Die Zelluloseperlen enthielten 3000 Aktivitätseinheiten pro g verwendete Zellulose.300 mg of invertase in 5 ml of acetate buffer were immobilized on 0.5 g of porous cellulose beads prepared according to Example 7. The cellulose beads contained 3000 units of activity per g of cellulose used.

Beispiel 10Example 10

50 mg Lactase in einem Phosphatpuffer (pH = 7,0) wurden auf
0,5 g gemäß Beispiel 6 hergestellten Zelluloseperlen immobilisiert. Die resultierenden Zelluloseperlen enthielten bei 30 C unter Verwendung von 1 % Lactose als Substrat etwa 80 Enzymaktivitätseinheiten pro g Zelluloseperlen.
50 mg of lactase in a phosphate buffer (pH = 7.0) were added
0.5 g of cellulose beads produced according to Example 6 immobilized. The resulting cellulose beads contained about 80 units of enzyme activity per gram of cellulose beads at 30 ° C. using 1% lactose as substrate.

Beispiel 11Example 11

500 mg Glucoseisomerase wurden in 150 ml Maleinsäurepuffer
(0,01 m, pH = 5,5) gelöst. Die Enzymlösung wurde durch 5 g
poröse gemäß Beispiel 16 hergestellte vernetzte Zelluloseper-
500 mg of glucose isomerase were added to 150 ml of maleic acid buffer
(0.01 m, pH = 5.5) dissolved. The enzyme solution was replaced by 5 g
porous crosslinked cellulose polymer produced according to Example 16

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len gepumpt. Die DEAE-Zelluloseperlen enthielten daraufhin Enzymaktivitätseinheiten pro g Zelluloseperlen.len pumped. The DEAE cellulose beads then contained Enzyme activity units per gram of cellulose beads.

Beispiel 12Example 12

0,25 g poröse, gemäß Beispiel 1 hergestellte Zelluloseperlen wurden in eine 3 %-ige Glutaraldehyd- und 0,1 m MgCl-Lösung eingeweicht. Nach dem Trocknen durch Absaugen in einem BÜchner-Trichter wurden die Proben 30 Minuten auf 80 C erwärmt. Dann wurden 5 ml Glucoamylaselösung (25 mg/ml) zu den Perlen gegeben. Nach Stehenlassen über Nacht enthielten die so hergestellten Perlen etwa 200 Enzymaktivitätseinheiten pro g trockene Zelluloseperlen.0.25 g of porous cellulose beads produced according to Example 1 were placed in a 3% glutaraldehyde and 0.1 M MgCl solution soaked. After drying by suction in a BÜchner funnel, the samples were heated to 80 ° C. for 30 minutes. then 5 ml of glucoamylase solution (25 mg / ml) was added to the beads. After standing overnight, those so prepared contained Beads about 200 units of enzyme activity per gram of dry cellulose beads.

Beispiel 13Example 13

1 g poröse Zelluloseperlen wurden bei 50°C mit 10 ml Acrylnitril (C = CCSN) cyanethyliert. Die so behandelten Zelluloseperlen wurden dann bei einem pH-Wert von 6,5 bis 6,7 bei 50 bis 100 C1 g of porous cellulose beads were cyanoethylated at 50 ° C. with 10 ml of acrylonitrile (C = CCSN). The cellulose beads treated in this way were then at a pH of 6.5 to 6.7 at 50 to 100 ° C

4 Stunden lang mit Hydroxylamin behandelt. Das resultierendeTreated with hydroxylamine for 4 hours. The resulting

modifizierte, poröse Perlenprodukt enthieltmodified porous bead product

NH-
-C= NOH-Gruppen und eignet sich zur Absorption von schweren
NH-
-C = NOH groups and is suitable for the absorption of heavy

Ionen wie Eisen(II), Eisen(III) und Kupfer(II)-Ionen.Ions such as iron (II), iron (III) and copper (II) ions.

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Beispiel 14Example 14

Eine Suspension von 2,5 g porösen Zelluloseperlen wurde mit 2,5 ml Hexamethylendiisocyanat und Triethylamin behandelt und anschließend in Wasser hydrolisiert. Das Produkt wurde dann bei einem pH-Wert von 5 mit 50 ml 0,5 m O-Methylisoharnstoff behandelt. Das erhaltene Produkt besitzt die folgende funktionale Gruppe:A suspension of 2.5 g of porous cellulose beads was treated with 2.5 ml of hexamethylene diisocyanate and triethylamine and then hydrolyzed in water. The product was then at a pH of 5 with 50 ml of 0.5M O-methylisourea treated. The product obtained has the following functional group:

poröse Zelluloseperlen porous cellulose beads

-N-C-NH-N-C-NH

2'2 '

die sich als Anionenaustauscher eignet.which is suitable as an anion exchanger.

Beispiel 15Example 15

5 g poröse, gemäß Beispiel 1 hergestellte Zelluloseperlen wurden zu 100 ml 36 % Formaldehyd und 200 ml 37 % Salzsäure gegeben. Nach 1 1/2-stündigem Stehen bei Raumtemperatur wurden die Perlen abfiltriert und anschließend mit Wasser und 0,2 % Natriumcarbonatlösung gewaschen. Dann wurden die Perlen bei 75 bis 80 C getrocknet. Die resultierenden vernetzten, porösen Zelluloseperlen zeigten eine große physikalische Festigkeit. 5 g of porous cellulose beads produced according to Example 1 were added to 100 ml of 36% formaldehyde and 200 ml of 37% hydrochloric acid. After standing for 11/2 hours at room temperature, the beads were filtered off and then washed with water and 0.2% sodium carbonate solution. The beads were then dried at 75 to 80.degree. The resulting crosslinked, porous cellulose beads exhibited great physical strength.

Beispiel 16Example 16

3 g poröse Zelluloseperlen wurden gemäß Beispiel 15 mit Formaldehyd vernetzt. Die Perlen wurden dann mit 3 g 2-Chlortriäthylamin behandelt. Nach 35-minütigem Erhitzen der Mischung auf eine3 g of porous cellulose beads were made according to Example 15 with formaldehyde networked. The beads were then washed with 3 g of 2-chlorotriethylamine treated. After heating the mixture to a

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Temperatur von 80 bis 85°C wurden die Perlen nacheinander mit Natriumchloridlösung, Natriumhydroxidlösung, Salzsäure, Wasser und Ethanol gewaschen. Die so erhaltenen vernetzten porösen DEAE-Zelluloseperlen besaßen eine ausgezeichnete Porosität bei einem Porenvolumen von mehr als 50 VoI.%.Temperature of 80 to 85 ° C, the beads were successively with sodium chloride solution, sodium hydroxide solution, hydrochloric acid, water and washed with ethanol. The crosslinked porous DEAE cellulose beads thus obtained were excellent in porosity a pore volume of more than 50% by volume.

Beispiel 17Example 17

0,5 g poröse Zelluloseperlen wurden in 5 ml 0,2 η Natriumhydroxid und 5 ml Epichlorhydrin dispergiert. Die Dispersion wurde dann für mehrere Minuten auf eine Temperatur von 80 C erwärmt. Anschließend wurden die Perlen gewaschen. Die so behandelten vernetzten porösen Perlen besaßen eine größere Festigkeit als die porösen Perlen vor der Vernetzung. Nasse, gemäß Beispiel 1 hergestellte Zelluloseperlen wurden in Aceton gewaschen. Die gewaschenen Perlen wurden dann in trockenem Aceton suspendiert, das 0,6 ml Triethylamin je g Zellulose enthielt. Zu dieser Suspension wurden bei O0C 1,6 ml Tolylen-2,4-diisocyanat je g Zelluloseperlen gegeben. Nach 30 Minuten wurden die Perlen mit trockenem Aceton gewaschen und anschließend abfiltriert. Die resultierenden porösen Zelluloseperlen enthielten reaktive Isocyanatgruppen, die dann durch Zusatz von Wasser zu Aminogruppen hydrolisiert werden konnten.0.5 g of porous cellulose beads were dispersed in 5 ml of 0.2 η sodium hydroxide and 5 ml of epichlorohydrin. The dispersion was then heated to a temperature of 80 ° C. for several minutes. The pearls were then washed. The crosslinked porous beads thus treated had greater strength than the porous beads before crosslinking. Wet cellulose beads produced according to Example 1 were washed in acetone. The washed beads were then suspended in dry acetone containing 0.6 ml of triethylamine per g of cellulose. 1.6 ml of tolylene-2,4-diisocyanate per g of cellulose beads were added to this suspension at 0 ° C. After 30 minutes the beads were washed with dry acetone and then filtered off. The resulting porous cellulose beads contained reactive isocyanate groups which could then be hydrolyzed to amino groups by adding water.

Beispiel 18Example 18

0,2 g gemäß Beispiel 1 hergestellte Zelluloseperlen wurden in0.2 g of cellulose beads produced according to Example 1 were in

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10 ml destilliertem Wasser suspendiert, der pH-Wert wurde bei 20°C durch Zusatz 1 η NaOH auf 11,5 eingestellt. 0,2 g CNBr wurden zu der Zelluloseperlensuspension gegeben. Dies geschah in kleinen Portionen, und der pH-Wert wurde mit Hilfe einer automatischen Titriervorrichtung unter Verwendung von 1 η NaOH konstant gehalten. Nach 20 Minuten wurden die Perlen mit eiskaltem destilliertem Wasser und einer geeigneten Pufferlösung gewaschen. In einer geeigneten Pufferlösung gelöste Enzyme wurden zu den gewaschenen Zelluloseperlen gegeben. Die bei diesem Verfahren verwendete Zellulose (Solka floc) wurde 4 Stunden mit 18 % (Gewicht/Volumen) NaOH mercerisiert und dann mit destilliertem Wasser gewaschen.Suspended 10 ml of distilled water, the pH was at 20 ° C. adjusted to 11.5 by adding 1 η NaOH. 0.2 g of CNBr was added to the cellulose bead suspension. this happened in small portions, and the pH was checked with the aid of an automatic titration device using 1 η NaOH kept constant. After 20 minutes, the beads were washed with ice cold distilled water and an appropriate buffer solution washed. Enzymes dissolved in a suitable buffer solution were added to the washed cellulose beads. The one with this one Method used cellulose (Solka floc) was 4 hours with 18% (weight / volume) NaOH mercerized and then washed with distilled water.

Beispiel 19Example 19

2 g sauggetrocknete, gemäß Beispiel 1 hergestellte Zelluloseperlen wurden zur Entfernung von Feuchtigkeit mit Aceton gewaschen und in 10 ml Aceton suspendiert. Dann wurden 0,1 ml Triäthylamin oder Dibutylzinndiacetat als Katalysator zugesetzt. Anschließend wurde die Zelluloseperlensuspension mit 0,1 ml Tolylen-2,4-diisocyanat oder Hexamethylendiisocyanat versetzt. Nach 45-minütiger Reaktion bei Raumtemperatur wurden die Zelluloseperlen zur Entfernung von überschüssigem Diisocyanat mit Aceton gewaschen und anschließend zur Entfernung des Acetons mit Wasser gewaschen. In einer geeigneten Pufferlösung gelöste Enzyme wurden zu den Zelluloseperlen gegeben. Die Zelluloseperlen wurden bei 4 C über Nacht gelagert.2 g of suction-dried cellulose beads produced according to Example 1 were washed with acetone to remove moisture and suspended in 10 ml of acetone. Then 0.1 ml of triethylamine or dibutyltin diacetate were added as a catalyst. 0.1 ml of tolylene-2,4-diisocyanate or hexamethylene diisocyanate were then added to the cellulose bead suspension. After 45 minutes of reaction at room temperature, the cellulose beads were used to remove excess diisocyanate Washed acetone and then washed with water to remove the acetone. Dissolved in a suitable buffer solution Enzymes were added to the cellulose beads. The cellulose beads were stored at 4 ° C. overnight.

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Beispiel 20Example 20

Aryldiisocyanat wurde an gemäß Beispiel 19 hergestellte Zelluloseperlen angekoppelt. Bevor die Enzymlösung zugesetzt wurde, wurden die Zelluloseperlen in destilliertem Wasser suspendiert. Es wurden 0,1 ml Triethylamin zugesetzt, um die Reaktion zwischen Isocyanat und Wasser zur Bildung von Arylaminzelluloseperlen zu katalysieren. Das Arylaminderivat wurde dann diacetiert mit NaNO- in HCl. In einer geeigneten Pufferlösung suspendierte Enzyme wurden dann an die Zelluloseperlen angekoppelt.Aryl diisocyanate was applied to cellulose beads produced according to Example 19 coupled. Before the enzyme solution was added, the cellulose beads were suspended in distilled water. 0.1 ml of triethylamine was added to cause the reaction between isocyanate and water to form arylamine cellulose beads to catalyze. The arylamine derivative was then diacetated with NaNO- in HCl. Suspended in a suitable buffer solution Enzymes were then coupled to the cellulose beads.

Beispiel 21Example 21

Gemäß Beispiel 19 an Zellulose angekoppeltes Diisocyanat reagiert mit Wasser mit oder ohne Zusatz eines tertiären Amins als Katalysator zu Aminogruppen. Glutaraldehyd wird verwendet, um das Enzym durch Vernetzung der Aminogruppen des Enzyms und der Zelluloseperlen an die Zelluloseperlen zu koppeln.Diisocyanate coupled to cellulose according to Example 19 reacts with water with or without the addition of a tertiary amine Catalyst to amino groups. Glutaraldehyde is used to make the enzyme by crosslinking the amino groups of the enzyme and the To couple cellulose beads to the cellulose beads.

Beispiel 22Example 22

2 g sauggetrocknete, gemäß Beispiel 1 hergestellte Zelluloseperlen wurden in 10 ml 3 % Glutaraldehyd suspendiert. Die Konzentration der Suspension an MgCl2 betrug 0,1 m. Die Suspension wurde dann 30 Minuten auf 100°C erhitzt. Dann wurden die Zelluloseperlen mit destilliertem Wasser gewaschen. Die gewaschenen Zelluloseperlen wurde mit in einer geeigneten Pufferlösung gelösten Enzymen versetzt. Die Reaktionsmischung wurde bei 4 C über Nacht stehengelassen.2 g of suction-dried cellulose beads produced according to Example 1 were suspended in 10 ml of 3% glutaraldehyde. The concentration of MgCl 2 in the suspension was 0.1 M. The suspension was then heated to 100 ° C. for 30 minutes. Then the cellulose beads were washed with distilled water. The washed cellulose beads were treated with enzymes dissolved in a suitable buffer solution. The reaction mixture was left to stand at 4 ° C. overnight.

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Beispiel 23Example 23

1 g gemäß Beispiel 1 hergestellte Zelluloseperlen wurden mit 10 ml 10 % 3-Aminopropyltriethoxysilan in Toluol 4 Stunden am Rückfluß gekocht. Die Zelluloseperlen wurden dann filtriert und mit Aceton gewaschen. Die Zelluloseperlen wurden dann mit einer 2,5 %-igen (Gewicht/Volumen) Glutaraldehydlösung in 0,1 m Phosphatpuffer (pH = 7,0) versetzt und unter gelegentlichem Rühren 1 Stunde bei Raumtemperatur stehengelassen. Dann wurden die Zelluloseperlen sorgfältig mit Wasser und einer geeigneten Pufferlösung gewaschen. In einer geeigneten Pufferlösung aufgelöste Enzyme wurden dann zu den Zelluloseperlen gegeben. Die Reaktionsmischung wurde bei 4°C über Nacht stehengelassen.1 g of cellulose beads produced according to Example 1 were treated with 10 ml of 10% 3-aminopropyltriethoxysilane in toluene for 4 hours Refluxed. The cellulose beads were then filtered and washed with acetone. The cellulose beads were then made with a 2.5% (weight / volume) glutaraldehyde solution in 0.1 M phosphate buffer (pH = 7.0) and occasionally Stirred for 1 hour at room temperature. Then the cellulose beads were carefully washed with water and an appropriate one Washed buffer solution. Enzymes dissolved in a suitable buffer solution were then added to the cellulose beads. the The reaction mixture was left to stand at 4 ° C. overnight.

Beispiel 24Example 24

Gemäß Beispiel 1 hergestellte poröse Zelluloseperlen wurden zuerst mit 36 % Formaldehyd und 37 % HCl in einem Volumenverhältnis von 5:1 vernetzt. Die vernetzten Zelluloseperlen (5 g Trockengewicht) wurden in 50 ml kalter 1,5 η NaOH-Lösung suspendiert. Dann wurden 6 g 2-Chlortriethylaminhydrochlorid zugesetzt, und die Mischung wurde 35 Minuten lang auf 80 bis 85°C erwärmt. Dann wurde die Mischung in einem Eisbad abgekühlt und filtriert. Die Zelluloseperlen wurden dann 3-mal abwechselnd mit 500 ml 2 m NaCl-Lösung, 200 ml 1 η NaOH und 200 ml 1 η NaOH gewaschen. Nach nochmaligem Waschen mit 200 ml 1 η NaOH wurden die Zelluloseperlen mit destilliertem Wasser gewaschen, bis der pH-Wert des Waschwassers neutral war. DiePorous cellulose beads produced according to Example 1 were first crosslinked with 36% formaldehyde and 37% HCl in a volume ratio of 5: 1. The crosslinked cellulose beads (5 g dry weight) were suspended in 50 ml of cold 1.5 η NaOH solution. Then 6 g of 2-chlorotriethylamine hydrochloride was added and the mixture was heated to 80-85 ° C for 35 minutes. Then the mixture was cooled in an ice bath and filtered. The cellulose beads were then washed 3 times alternately with 500 ml of 2 M NaCl solution, 200 ml of 1 η NaOH and 200 ml of 1 η NaOH. After washing again with 200 ml of 1 η NaOH, the cellulose beads were washed with distilled water until the pH of the wash water was neutral. the

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Reaktion mit 2-Chlortriethylaminhydrochlorid wurde wiederholt, um einen höheren Substitutionsgrad zu erzielen. In einer geeigneten Pufferlösung gelöste Enzyme wurden zu den Zelluloseperlen gegeben. Die Reaktionsmischung wurde bei 4°C über Nacht stehengelassen.Reaction with 2-chlorotriethylamine hydrochloride was repeated, to achieve a higher degree of substitution. Enzymes dissolved in a suitable buffer solution were added to the cellulose beads. The reaction mixture was left at 4 ° C overnight ditched.

Beispiel 25Example 25

Hexamethylendiisocyanat wurde an Zelluloseperlen, wie in Beispiel 14 beschrieben, angekoppelt, und dann wurden die Isocyanatgruppen, wie in Beispiel 20 beschrieben, zu Aminogruppen hydrolisiert. O-Methylisohafnstoff wurden zu den Zelluloseperlen gegeben, um die Guanidinfunktion in die derivatisierten Perlen einzubringen.Hexamethylene diisocyanate was attached to cellulose beads as in Example 14 described, coupled, and then the isocyanate groups, as described in Example 20, to amino groups hydrolyzed. O-methyl isosulfite became the cellulose beads given to introduce the guanidine function into the derivatized beads.

Die Enzymimmobilisierung in den Beispielen 18 bis 23 erfolgt durch kovalente Bindungen, während in den Beispielen 24 und 25 eine ionische Adsorption stattfindet. Die Perlen gemäß Beispiel 23 bis 2 5 wurden mit Glucoamylase, Glucoseisomerase und Invertase beladen, und es wurde die jeweilige Enzymbeladung gemessen.The enzyme immobilization in Examples 18 to 23 takes place through covalent bonds, while in Examples 24 and 25 ionic adsorption takes place. The beads according to Example 23 to 2 5 were with glucoamylase, glucose isomerase and Loaded invertase, and the respective enzyme load was measured.

Die durch kovalente Bindungen immobilisierten Enzyme wurden mit 2 m NaCl-Lösung zur Entfernung der adsorbierten Enzyme gewaschen. Einige Eigenschaften der immobilisierten Enzyme sind in Tabelle 2 wiedergegeben. Daraus geht hervor, daß die für normale Zellulose verwendete Chemie auch für Zellulose-The enzymes immobilized by covalent bonds were treated with 2 M NaCl solution to remove the adsorbed enzymes washed. Some properties of the immobilized enzymes are shown in Table 2. It follows that the chemistry used for normal cellulose also for cellulose

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perlen verwendet werden kann. Die Tatsache, daß die Zelluloseperlen eine höhere Enzymbeladungskapazität als normale Zellulose besitzen, deutet darauf hin, daß die porösen Zelluloseperlen eine größere Oberfläche besitzen.beads can be used. The fact that the cellulose beads have a higher enzyme loading capacity than normal cellulose indicate that the porous cellulose beads have a larger surface area.

Beispiel 26Example 26

Proteine und Enzyme können nach der folgenden Verfahrensweise getrennt und gereinigt werden. 2 g Glucoseisomerase (Strep, albus von Miles Laboratory) wurden in 20 ml einer 0,01 m Phosphatpufferlösung (pH = 7,0) suspendiert, und die Suspension wurde zentrifugiert. Die überstehende Lösung wurde in eine mit gemäß Beispiel 16 hergestellten porösen DEAE-Zelluloseperlen gepackte Säule gegeben. Das Bettvolumen betrug 3O ml und der Säulendurchmesser 1,5 cm. Die Säule wurde mit 0,01 m Phosphatpuffer (pH = 7,O) gewaschen. Die Säule wurde dann mit einer NaCl-Gradientlösung in 0,01 m Phosphatpuffer eludiert. Die Konzentration an Glucoseisomerase in den aus der Säule austretenden Fraktionen betrug 0,25 bis 0,45 m.Proteins and enzymes can be prepared using the following procedure separated and cleaned. 2 g of glucose isomerase (Strep, albus from Miles Laboratory) were added to 20 ml of a 0.01 m Phosphate buffer solution (pH = 7.0) was suspended, and the suspension was centrifuged. The supernatant solution was in a with Porous DEAE cellulose beads produced according to Example 16 given packed column. The bed volume was 30 ml and the column diameter was 1.5 cm. The column was filled with 0.01 M phosphate buffer (pH = 7.0) washed. The column was then eluted with an NaCl gradient solution in 0.01 M phosphate buffer. the The concentration of glucose isomerase in the fractions emerging from the column was 0.25 to 0.45 m.

709945/0887709945/0887

TabelleTabel Enzymbeladung von porösen ZelluloseperlenEnzyme loading of porous cellulose beads

O CD OOO CD OO

EnzymeEnzymes Immobilisie
rungsverfahren :
Immobilization
procedure:
Enzymbeladung der Zellulose,
IU /g (berechnet aus der An
fangsreaktionsgeschwindig
keit)
Enzyme loading of cellulose,
IU / g (calculated from the An
catch reaction speed
speed)
poröse Zellu
loseperlen
porous cell
loose beads
VersuchsbedingungenTest conditions
Glucoamylase
(A. Oryzae)
Glucoamylase
(A. Oryzae)
Beispielexample normale Zellu
lose
normal cellu
loose
800 1800
550
800 1800
550
10 % Maltose, 60°C
Il
10% maltose, 60 ° C
Il
18
19
18th
19th
275275 10 % Maltose, 40°C10% maltose, 40 ° C
2020th 530530 5 % Maltose, 600C5% maltose, 60 ° C 2121 80 19080 190 10 % Maltose, 60°C10% maltose, 60 ° C 2222nd 200200 IlIl Glucoamylase
(A. Niger)
Glucoamylase
(A. Niger)
2323 3000 9000
1000
3000 9000
1000
M
II
M.
II
Glucoseisomerase
(Strep, albus)
Glucose isomerase
(Strep, albus)
24
25
24
25th
90
300
90
300
0,5 M Fructose, 600C
Il
0.5 M fructose, 60 ° C
Il
19
24
19th
24
160160 MM.
2525th 11401140 0,125 M Sucrose, 45°C0.125 M sucrose, 45 ° C Invertase
(Candida utilis)
Invertase
(Candida utilis)
1919th Il
Il
Il
Il
24
25
24
25th
2000
1840
2000
1840

IU = Internationale EinheitenIU = international units

Beispiel 27Example 27

Die porösen Zelluloseperlen gemäß Beispiel 13 wurden zu einer 0,05 m Natriumacetatlösung (pH = 5,2) gegeben, die 1600 ppm
Kupfer(II)Ionen enthielt. Nach 1 Stunde hatten die Zelluloseperlen, bezogen auf ihr Gewicht, 6,3 % Kupfer(II)Ionen aufgenommen .
The porous cellulose beads according to Example 13 were added to a 0.05 M sodium acetate solution (pH = 5.2), the 1600 ppm
Contained copper (II) ions. After 1 hour, the cellulose beads had taken up 6.3% of copper (II) ions, based on their weight.

Es wurde ferner gefunden, daß, wenn die erfindungsgemäßen porösen Zelluloseperlen vor ihrer Verwendung getrocknet und/oder erhitzt (z.B. auf 100°C) werden, die resultierenden Perlen
eine erhöhte physikalische Festigkeit besitzen.
It has also been found that when the porous cellulose beads of the present invention are dried and / or heated (e.g. to 100 ° C) prior to use, the resulting beads
have increased physical strength.

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Claims (19)

UEXk^LL Λ STOLBtRG PATENTANWÄLTE 2 HAMBURG 52 BESELERSTRASSE 4 DR. J.-D. FRHR. von UEXKÜLt" Λ · DR. ULRICH GRAF STOLBERG 2-7 1 7965 DIPL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKE , PURDUE RESEARCH FOUNDATION (Prio: 22. April 1976 ,, i. τ c u^ TJ- / ,τ oi. Λ US 679 497 und West Lafayette, Indiana / V.St.A. 21. März 1977 - US - 13904) Hamburg, ..den 19. April 1977 Poröse Zelluloseperlen PatentansprücheUEXk ^ LL Λ STOLBtRG PATENTANWÄLTE 2 HAMBURG 52 BESELERSTRASSE 4 DR. J.-D. FRHR. von UEXKÜLt "Λ · DR. ULRICH GRAF STOLBERG 2-7 1 7965 DIPL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKE, PURDUE RESEARCH FOUNDATION (Prio: April 22, 1976 ,, i. τ cu ^ TJ- /, τ oi. Λ US 679 497 and West Lafayette, Indiana / V.St.A. March 21, 1977 - US - 13904) Hamburg, April 19, 1977 Porous cellulose pearl claims 1. Verfahren zur Herstellung von porösen Zelluloseperlen, die sich als Träger für Enzyme und andere biologisch aktive Agentien eignen, dadurch, gekennzeichnet, daß man1. Process for the production of porous cellulose beads, which can be used as a carrier for enzymes and other biological Active agents are suitable, characterized in that one (a) ein hydrolysierbares Zellulosederivat in einem 42er" ten mit Wasser mischbaren Lösungsmittel in einem Verhältnis von 1:20 bis 1:3 Gewicht/Volumen zu einer Lösung mit größerer Dichte als die Ausfällungslösung auflöst,(a) a hydrolyzable cellulose derivative in a 42 he "water-miscible solvent th in a ratio of 1:20 to 1: 3 w / v to a solution with higher density than dissolving the precipitation solution, 7 0 9 045/08877 0 9 045/0887 27178652717865 (b) die so hergestellte Lösung in Form von Tröpfchen in einer Ausfällungslösung verteilt und dadurch das Zellulosederivat in Form von gleichmäßig porösen Perlen ausfällt,(b) the solution thus prepared is distributed in the form of droplets in a precipitation solution and thereby the cellulose derivative precipitates in the form of uniformly porous beads, (c) die ausgefällten Perlen von der Lösung abtrennt,(c) separating the precipitated beads from the solution, (d) die abgetrennten porösen Perlen mit Wasser wäscht,(d) washing the separated porous beads with water, (e) die gewaschenen Perlen zur Umwandlung in Zellulose und zur Vermehrung der aktiven Stellen für die Kopplung mit Enzymen und anderen biologisch aktiven Agentien hydrolisiert und(e) the washed beads to convert to cellulose and to increase the active sites for the Coupling with enzymes and other biologically active agents hydrolyzes and (f) die hydrolisierten Perlen unter Erhalt poröser Zelluloseperlen mit gleichmäßig verteilten Poren und einem Porenvolumen von mehr als 50 Vol.% wäscht.(f) the hydrolyzed beads to give porous cellulose beads with evenly distributed pores and a pore volume of more than 50% by volume washes. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe (b) die Lösung durch Versprühen verteilt.2. The method according to claim 1, characterized in that in step (b) the solution is distributed by spraying. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausfällungslösung Wasser, Mischungen von Wasser und Ethanol oder Methanol, Hexan, Cyclohexan, Octan und/ oder Benzol verwendet.3. The method according to claim 1, characterized in that the precipitation solution is water, mixtures of water and ethanol or methanol, hexane, cyclohexane, octane and / or benzene are used. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausfällungslösung Wasser verwendet.4. The method according to claim 3, characterized in that there is used as the precipitation solution water. 709845/0887709845/0887 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Zellulosederivat Zelluloseacetat verwendet und die Hydrolyse in einer kaustischen Lösung durchführt.5. The method according to claim 1, characterized in that there is used as the cellulose derivative and cellulose acetate carries out the hydrolysis in a caustic solution. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel eine Mischung von:6. The method according to claim 1, characterized in that a mixture of: (a) Aceton, eine Mischung von Aceton und Methanol oder Ethanol, Methylacetat, Methylendichlorid und Methanol, Methylethylketon, Formamid und/oder Dimethylsulfoxid und(a) acetone, a mixture of acetone and methanol or ethanol, methyl acetate, methylene dichloride and methanol, Methyl ethyl ketone, formamide and / or dimethyl sulfoxide and (b) Dimethylsulfoxid, Formamid, Methylacetat, Cyclohexanon, Methylendichlorid, Ethylendichlorid, einer Mischung von Methylendichlorid und Methanol und/oder einer Mischung von Ethylendichlorid und Methanol(b) dimethyl sulfoxide, formamide, methyl acetate, cyclohexanone, Methylene dichloride, ethylene dichloride, a mixture of methylene dichloride and methanol and / or a mixture of ethylene dichloride and methanol verwendet.used. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel Dimethylsulfoxid, Formamid oder
Methylacetat verwendet.
7. The method according to claim 6, characterized in that the solvent is dimethyl sulfoxide, formamide or
Methyl acetate used.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Perlen mit einem Porenvolumen von etwa 75 bis 95 % herstellt.8. The method according to claim 1, characterized in that beads with a pore volume of about 75 to 95% manufactures. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die porösen Zelluloseperlen zur Herstellung vernetzter poröser Zelluloseperlen mit mindestens einem Vernetzungs-9. The method according to claim 1, characterized in that the porous cellulose beads for the production of crosslinked porous cellulose beads with at least one cross-linking 709845/0887709845/0887 mittel vernetzt.medium networked. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Perlen vor dem Hydrolisleren vernetzt.10. The method according to claim 9, characterized in that the beads are crosslinked before the hydrolysis. 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Perlen nach dem Hydrolisieren vernetzt.11. The method according to claim 9, characterized in that the beads are crosslinked after hydrolyzing. 12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Vernetzungsmittel Diisocyanat verwendet.12. The method according to claim 9, characterized in that there is used as the crosslinking agent diisocyanate. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man als Diisocyanat Tolylen-2,4-diisocyanat oder Hexamethylendiisocyanat verwendet.13. The method according to claim 12, characterized in that the diisocyanate is tolylene-2,4-diisocyanate or hexamethylene diisocyanate used. 14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Vernetzungsmittel Epichlorhydrin in einer Natriumhydroxidlösung verwendet.14. The method according to claim 9, characterized in that the crosslinking agent used is epichlorohydrin in a sodium hydroxide solution used. 15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Vernetzungsmittel Formaldehyd in einer Salzsäurelösung verwendet.15. The method according to claim 9, characterized in that the crosslinking agent is formaldehyde in a hydrochloric acid solution used. 16. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Vernetzungsmittel Glutaraldehyd verwendet.16. The method according to claim 9, characterized in that there is used as the crosslinking agent glutaraldehyde. 17. Poröse Zelluloseperlen, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellt sind.17. Porous cellulose beads, characterized in that they are produced by the method according to claim 1. 709845/0887709845/0887 -S--S- 18. Poröse vernetzte Zelluloseperlen, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Verfahren gemäß Anspruch 9 hergestellt sind.18. Porous crosslinked cellulose beads, characterized in that they are produced by the method according to claim 9 are. 19. Verfahren zur Immobilisierung von Enzymen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Enzyme an die porösen Zelluloseperlen gemäß Anspruch 17 ankoppelt.19. A method for immobilizing enzymes, characterized in that that the enzymes are coupled to the porous cellulose beads according to claim 17. 20. Verfahren zur Immobilisierung von Enzymen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Enzyme an die porösen vernetzten Zelluloseperlen gemäß Anspruch 18 ankoppelt.20. A method for immobilizing enzymes, characterized in that that the enzymes are coupled to the porous crosslinked cellulose beads according to claim 18. 21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man als Enzyme Glucoamylase, Glucoseisomerase, Invertase oder Lactase verwendet.21. The method according to claim 19, characterized in that the enzymes used are glucoamylase, glucose isomerase, invertase or lactase is used. 22. Verfahren zur Entfernung von Metallionen aus verdünnten Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß man die verdünnte Lösung mit den porösen Zelluloseperlen gemäß Anspruch 17 in Kontakt bringt, die Gruppen enthalten, die zur Ankopplung dieser Ionen an die Perlen fähig sind.22. A method for removing metal ions from dilute solutions, characterized in that the diluted Bringing solution with the porous cellulose beads according to claim 17 in contact, which contain groups for coupling these ions are capable of attaching to the pearls. 23. Verfahren zur Trennung und Reinigung von Enzymen, Proteinen, Nukleinsäuren und ähnlichen Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man Enzyme, Proteine oder Nukleinsäuren mit den porösen Perlen gemäß Anspruch 17 in Kontakt bringt, die Gruppen besitzen, die zur Ankopplung von Enzymen, Proteinen oder Nukleinsäuren fähig sind.23. A method for the separation and purification of enzymes, proteins, nucleic acids and similar compounds, characterized in that that one brings enzymes, proteins or nucleic acids with the porous beads according to claim 17 in contact, the Have groups that are capable of coupling enzymes, proteins or nucleic acids. 709845/0887709845/0887
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