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Stabiles, flüssiges KatalaseprAparatZ
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Flüssige, enzyridialtige Konzentrate, wie sie beispielsweise im Wasch-
und Reinigungsmittelsektor eingesetzt werden, weisen gegenüber pulverförmigen Produkten
eine Reihe von Vorteilen auf. Vereinfachungen ergeben sich insbesondere bei der
Herstellung, da die bei der Enzymgewinnung anfallenden, durch Filtration oder Zentrifugieren
von den Nährlösungen abgetrennten Präparate nicht einem Trocknungsprozeß unterworfen
werden müssen, sondern in feuchtem Zustand weiterverarbeitet werden können, wobei
eine mögliche Belastung durch Enzymstaub vermieden wird. Außerdem lassen sich flüssige
Präparate bei der Anwendung besonders gut dosieren bzw. ermöglichen die Verwendung
von automatischen Dosiervorrichtungen. Im Gegensatz zu pulverförmigen Präparaten,
die sich in organische Lösungsmittel oder größere Mengen an Elektrolyten enthaltenden
Behandlungslösungen nur unter großen Schwierigkeiten gleichmäßig dispergieren lassen,
ergeben sich bei Flüssigpräparaten im allgemeinen keine Verteilungsprobleme. Nachteile
können sich jedoch dadurch ergeben, daß Enzyme sich in Lösung, insbesondere in Gegenwart
von Wasser, wesentlich schneller zersetzen als im getrockneten Zustand.
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Aus der US-PS 3 627 688 sind wäßrige Enzympräparate bekannt, die neben
nichtionischen bzw. zwitterionischen Tensiden Dialkylpolyglykoläther enthalten.
Die Stabilisierungswirkung dieser Verbindungen ist aber unzureichend, insbesondere
dann, wenn zusätzlich anionische Tenside zugegen sind.
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Flüssige Proteasen bzw. Amylasen enthaltende Konzentrate mit wesentlich
verbesserter Stabilität sind in der DT-OS 2 038 107 beschrieben. Die Konzentrate
enthalten als Stabilisatoren als 1. Komponente mehrwertige aliphatische Alkohole,
von
Carbonsäuren bzw. Phosphorsäure abgeleitete Alkyl- oder liydroxyalkylamide oder
Dialkylsulfoxide sowie als 2. Komponente liydroxyalkylamine, die sich von aliphatischen
oder heterocyclischen, gegebenenfalls liydroxylgruppen enthaltenden Aminen mit höchstens
8 G-Atolaen ableiten. Als weiteres Stabilisierungsmittel können noch niedermolekulare
Carbonsäuren anwesend sein.
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In der sT-OS2 058 826 werden gleichartig zusammengesetzte Mittel beschrieben,
in denen die aliphatischen bzw. heterocyclischen Amine ganz oder teilweise durch
aliphatische oder alicyclische, Hydroxyalkylgrupperl enthaltende Diamine oder Polyamine
mit höchstens 8 C-Atomen im Molekül ersetzt sind. Diese Stabilisatoren haben sich
jedoch gegenüber Katalase enthaltenden Präparaten als relativ unwirksam erwiesen.
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Die Anmelderin hat sich die Aufgabe gestellt, stabile Katalase enthaltende
Flüssigpräparate zu entwickeln, welche die vorstehend geschilderten Nachteile vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die nachfolgend beschriebene Erfindung gelöst.
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Gegenstand der Erfindung ist ein stabiles, flüssiges, Katalase enthaltendes
Enzympräparat in Form einer wäßrigen Lösung bzw.
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Suspension, gekennzeichnet durch einen Gehalt an A) 0,5 bis 10 Gewichtsprozent
mindestens eines wasserlöslichen Aniontensids aus der Klasse der Sulfonate und/oder
Sulfate in Form der Alkalimetall-, Ammonium- oder organischen Ammoniumsalze, B)
2 bis 50 Gewichtsprozent mindesteris eines nichtionischen Tensids aus der Klasse
der Polyglykolätherderivate, C) Katalase in einer solchen Menge, daß die Aktivität
des Mittels 500 bis 500 000 internationale Einheiten U/ml beträgt, wobei das Gewichtsverhältnis
von anionischem Tensid (A) zu nichtionischem Tensid (B) 1 : 1 bis 1 : 100 beträgt.
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Vorzugsweise enthält das wäßrige Konzentrat A) 1 bis 5 Gewichtsprozent
Aniontensid B) 5 bis 20 Gewichtsprozent nichtionisches Tensid bei einem Gewichtsverhältnis
von A : B von 1 : 2 bis 1 : 20, und C) Katalase in einer solchen Menge, daß die
Aktivität der Mittel 3 000 bis 300 000 U/ml beträgt.
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Geeignete anionische Tenside sind solche vom Sulfonat- oder Sulfattyp,
beispielsweise Alkylbenzolsulfonate, insbesondere n-Dodecylbenzolsulfonat, ferner
Olefinsulfonate, Alkansul fona te , «-Sulfofettsäureester, primäre und sekundäre
Al];ylsulfate sowie die Sulfate von äthoxylierten oder propoxylierten höhermolekularen
Alkoholen.
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Weitere Verbindungen dieser Klasse, die gegebenenfalls in den Mitteln
vorliegen können, sind die höhermolekularen sulfatierten Partialäther und Partialester
von mehrwertigen Alkoholen, wie die Alkalisalze der Monoalkyläther bzw. der blonofettsäureester
des Glycerinmonoschwefelsäureesters bzw. der 1,2-Dioxypropansulfonsäure. Ferner
kommen Sulfate von äthoxylierten oder propoxylierten Fettsäureamiden und Alkylphenolen
sowie ettsäuretauride und Fettsäureisäthionate in Frage.
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Die anionischen Tenside können in Form der Natrium-, Kalium-und Ammoniumsalze
sowie als Salze organischer Basen, wie Mono-, Di- oder Triäthanolamin, vorliegen.
Sofern die genannten anionischen Verbindungen einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest
besitzen, soll dieser bevorzugt geradkettig sein und 8 bis 22, insbesondere 12 bis
18 Kohlenstoffatome aufweisen.
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In den Verbindungen mit einem araliphatischen Kohlenwasserstoffrest
enthalten die vorzugsweise unverzweigten Alkylketten im Mittel 6 bis 16, vorzugsweise
9 bis 14 Kohlenstoffatome.
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Die vorgenannten anionischen Tenside können auch mit löslichen Seifen
von Fettsäuren natürlichen oder synthetischen Ursprungs, z.B. die Natrium-, Kalium-
oder Triäthanolaminseifen von Cocos-, Palmkern- oder Talgfettsäuren kombiniert bzw.
teilweise durch diese ersetzt werden, wobei jedoch das angegebene Verhältnis von
(A) : (B) einzuhalten ist und der Anteil der Seifen an den insgesamt anwesenden
Aniontensiden 50 Gew.-% nicht überschreiten soll.
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Geeignete nichtionische Tenside sind die Polyglykolätherderivate von
Alkoholen, Diolen, Fettsäuren, Fettsäureamiden und Alkylphenolen, die 3 bis 30 Glykoläthergruppen
und 8 bis 20 Kohlenstoffatome im Kohlenwasserstoffrest enthalten. Besonders geeignet
sind Polyglykolätherderivate, in denen die Zahl der Äthylenglykoläthergruppen 5
bis 15 beträgt und deren Kohlenwasserstoffreste sich von geradkettigen bzw. in 2-Stellung
methylverzweigten primären Alkoholen mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen oder von Alkylphenolen
mit einer geradkettigen, 6 bis 14 Kohlenstoffatome aufweisenden Alkylkette ableiten.
Mit Vorteil können auch Gemische aus niedrig und hoch äthoxylierten Verbindungen
verwendet werden.
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Brauchbar sind ferner solche Polyglykolätherderivate , die sich von
den vorgenannten Verbindungen ableiten und sowohl Sthylen- als auch Propylenglykoläthergruppen
aufweisen. Zu diesen zählen beispielsweise äthoxylierte und anschließend propoxylierte
Fettalkohole, sekundäre Alkohole und Alkylphenole mit jeweils 5 bis 35 Athylen-
und 2 bis 20 Propylenglykoläthergruppen, ferner analoge Verbindungen, bei deren
erstellung zunächst 0,5 bis 5 Propylenoxideinheiten und anschließend 3 bis 20 Sthylenoxideinheiten
angelagert wurden.
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Als Katalasen kommen in erster Linie Bakterienkatalasen in Frage.
Sie können in Form von Pulvern als Lösung oder auch als Suspension vorliegen und
bekannte, stabilisierend wirkende Zusätze bzw. Verschnittmittel enthalten. Handelsübliche
Katalasepräparate weisen im allqemeinen eine Aktivität von 200 bis 80 000 U/mg auf.
Die Menge an Wirksubstanz soll so bemessen sein, daß die Aktivität der erfindungsgemäßen
Flüssigpräparate 500 bis 500 000 U/ml, insbesondere von 3 000 bis 300 000 U/ml beträgt
und eine vorzugsweise gesättigte Enzymlösung entsteht. Eine internationale Einheit
U liegt vor, wenn in 1 Minute unter standardisierten bedingungen 1CtMol (1 x 10'6
Mol) H202 gespalten wird. Eine entsprechende Bestimmungsmethode ist der Veröffentlichung
von H. LUECK, "Methods in Encymatic Analysis" Academic Press, New York-London 1965,
Seiten 88S bis 894, angegeben.
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Als Lösungsmittel dient im wesentlichen Wasser, das frei von Schwermetallionen
sein soll. Gegebenenfalls kann ein Teil des Lösungsmittels aus mit Enzymen verträglichen,
wasserlöslichen organischen Lösungsmitteln bestehen. Zu den bevorzugten Lösungsmitteln
zählen ein- und mehrwertige Alkohole, Polyäther mehrwertiger Alkohole und solche
Teiläther mehrwertiger Alkohole, die wenigstens eine Hydroxylgruppe enthalten. Diese
Zusätze können die Haltbarkeit der Mittel und ihre Verteilbarkeit in nichtwäßrigen
Lösungen verbessern.
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Geeignete einwertige Alkohole sind Methanol, Äthanol, Propanol und
Isopropanol. Zu den zwei- bis sechswertigen aliphatischen Alkoholen gehören beispielsweise
Äthylen-, 1,2- oder 1,3-Propylen-, 1,2-, 1,3- und 1,4-Butylenglykol, Dihydroxypentane,
wie z.B. das Neopentylglykol, Glycerin, Zuckeralkohole wie Dulcit, Mannit, Xylit,
Sorbit usw. Äther bzw. Polyäther dieser mehrwertigen Alkohole sind zum Beispiel
Äthylendiglykol, Äthylentriglykol oder Athylenpolyglykole, Polyglycerine, insbesondere
soweit diese Polyäther bei Raumtemperatur noch flüssig sind. Zu den wenigstens eine
Hydroxylgruppe im Molekül enthaltenden
Teiläthern dieser mehrwertigen
Alkohole bzw. deren Athern-oder Polyäthern mit 1 bis 4 C-Atome enthaltenden einwertigen
Alkoholen gehören beispielsweise die Methyl-, Xthyl-, Propyl- oder Butyläther des
Äthylenglykols, Di- oder Triäthylenglykols bzw.
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des Glycerins; dabei haben sich als besonders wirksam die entsprechenden
Äther des Glycerins, insbesondere der Glycerin-Q;-monomethyläther oder der Glycerinisopropylidenäther
erwiesen.
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Der Gehalt der Mittel an den vorgenannten Lösungsmitteln kann O bis
40, vorzugsweise 5 bis 30 Gewichtsprozent betragen. Ein Überschreiten dieser Mengen
kann u. U. die Stabilität der Präparate wieder herabsetzen.
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Brauchbare Zusatzstoffe sind auch Hydroxyalkylamine, die pro Kohlenwasserstoffrest
1 bis 8 C-Atome aufweisen, beispielsweise Mono-, Di- und Triäthanolamin, Mono-,
Di- oder Triisopropanolamin sowie Derivate der genannten Verbindungen mit wenigstens
einer Hydroxylgruppe im Molekül, die durch Ersetzen der genannten Alkylolreste durch
C1-4-Alkylreste oder durch Cyclohexyl- bzw. Cyclopentylgruppen entstanden sind,
wie z.B.
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N-Methyl-diäthanolamin, N,N-Dibutyl-äthanolamin, N-2-Hydroxypropyl-butylamin-1,
N,N-Di- (2-hydroxypropyl)-butylamin, N,N-Di-(2-hydroxyäthyl)-cyclohexylamin, N-2-Hydroxypropylbutylamin,
N-1-Hydroxypropyl-dimethylamin, Methoxyäthylamin, 3-Methoxy- oder 3-Äthoxy-propylamin,
Kthoxyäthylamin, Methoxyäthyl- oder Äthoxyäthylpropylamin, 1-Diäthylaminopentanon-4,
N-2-Hydroxyäthylcyclohexylamin. Weiterhin kommen alkoxylierte Alkylamine in Frage,
die sich von Alkylaminen mit 10 bis 20 C-Atomen ableiten und 1 bis 6 Athylenglykol-,
Propylenglykol-oder Glycidäthergruppen enthalten.
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Beispiele für geeignete alkoxylierte Alkylamine, wobei ie Abkürzung
ÄO für angelagerte Äthylenoxidgruppen steht, sind: Dodecylamin-1 Äo, Dodecylamin-2
00, Dodecylamin-3 Xo, Dodecylamin-4 ÄO, Dodecylamin-5 ÄO, Tetradecylamin-1 ÄO, Tetradecylamin-2
XO, Tetradecylamin-3 ÄO, Tetradecylamin-4 Xo, Tetradecylamin-
5
ÄO, Hexadecylamin-2 ÄO, Hexydecylamin-3 ÄO, Hexydecylamin-4 ÄO, elexadecylamin-5
Ä0, 1Iexadecylamin-6 Äo, Octadecylamin-2 a0, Octadecylamin-3 ÄO, Octadecylamin-4
ÄO, Octadecylamin-5 ÄO, Octadecylamin-6 Ä'o, Cocosalkylamin-l Äo, Cocosalkylamin-2
ÄO, Cocosalkylamin-3 S0, Cocosalkylamin-4 ÄO, Cocosalkylamin-5 ÄO, Talgalkylamin-2
ÄO, Talgalkylamin-3 Z0, Talgalkylamin-4 S0, Talgalkylamin-5 ÄO, Talgalkylamin-6
ÄO.
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Ein Zusatz von antimikrobiellen Substanzen ist im allgemeinen nicht
erforderlich und kann u. U. sogar die Stabilität der Präparate herabsetzen. Sofern
Konservicrungsmittel eingesetzt werden, kann deren Anteil O bis 0,5 Gew.-% betragen.
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Weiterhin können Lösungsvermittler (hydrotrope Substanzen) anwesend
sein, z.B. Toluol-, Xylol- oder Cumolsulfonat oder Alkylsulfate bzw. Alkansulfonate
mit 6 bis 8 C-Atomen im Kohlenwasserstoffrest oder Harnstoff. Die genannten Sulfonate
und Sulfate können als Natrium-, Kalium- oder Ammoniumsalze bzw. als Salze organischer
Ammoniumbasen vorliegen. Ihr Anteil kann 0 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das
Mittel, betragen, soll jedoch nicht mehr als insgesamt 50 Gewichtsprozent, bezogen
auf nichtionisches Tensid, ausmachen.
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Je nach Anwendungsgebiet können auch übliche optische Aufheller in
geringer Menge, d.h. bis zu 0,5 Gewichtsprozent anwesend sein.
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Der pH-Wert der Mittel wird zweckmäßigerweise auf 6 bis 8, vorzugsweise
6,5 bis 7,5 eingestellt, wozu gegebenenfalls Puffergemische eingesetzt werden können.
Weiterhin können übliche Konditionierungsmittel, wie Farb-, Trübungs- und Duftstoffe
sowie die Viskosität erhöhende Mittel, wie wasserlösliche Polymere anwesend sein.
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Die erfindungsgemäßen Mittel zeichnen sich durch eine hohe Lagerstabilität
aus, d.h. die Katalase-Aktivität bleibt bei Lagertemperaturen bis maximal 30 OC
über viele Wochen bzw.
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Monate voll erhalten. Die Mittel können auf dem Wasch- und Reinigungsmittelgebiet
eingesetzt werden, insbesondere der Chemischreinigung, sofern diese gleichzeitig
mit einer Bleichbehandlung mit Perverbindungen durchgeführt wird. Derartige Bleichmittel
lassen sich nach erfolgter Bleichung nicht mehr mit den üblicherweise angewendeten
organischen Lösungsmitteln vom Behandlungsgut entfernen. Durch einen nachträglichen
Zusatz des erfindungsgemäßen Mittels zur Reinigungsflüssigkeit bzw.
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eine Nachbehandlung mit einer entsprechend verdünnten nichtwäßrigen
Lösung wird dieser Mangel behoben und eine mögliche Schädigung des Behandlungsgutes
durch unkontrollierten Sauerstoffangritf vermieden. Bei dieser Anwendungsform kommt
insbesondere die leichte Verteilbarkeit der erfindungsgemäßen Flüssigpräparate in
der nichtwäßrigen Behandlungslösung zum Tragen.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Polymerschäumen,
bei denen aus Peroxiden freigesetzter Sauerstoff als Treibgas dient. Die erfindungsgemäßen
Mittel lassen sich auch in diesen Substraten ohne Schwierigkeiten gleichmäßig verteilen
und bewirken so eine kontrollierte Zersetzung der Perverbindung.
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Beispiele Gemäß der von H.U. Bergmeyer "Methoden der enzymatischen
Analyse" (1970) Bd. 1, Seite 637 wurde die durch Katalase bewirkte Zersetzung von
H202 in Gegenwart einer Phosphat-Pufferlösung bei pH 7 auf photometrischem Wege
(Extinktion bei 240 nm) bestimmt. Mit Hilfe einer zuvor aufgestellten Eichkurve
konnte die Alkalase-Aktivität unmittelbar aus dem Extinktionswert ermittelt werden.
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Es wurde eine pulverförmige, aus Bakterien gewonnene Katalase der
Fa. E. Merck (Darmstadt) mit einer Aktivität von 550 U/mg verwendet. 1 Gew.-% dieser
Katalase entsprechen demnach einer Aktivität von 5500 U/ml. Als anionische Waschaktivsubstanzen
wurden ein lineares Dodecylbenzolsulfonat (Abkürzung ABS) und ein durch Sulfoxidation
von n-Alkanen der Kettenlänge C15-C18 gewonnenes Alkansulfonat (Abkürzung AS), beide
in Form der Natriumsalze verwendet. Die nichtionische Tensidkomponente (Abkürzung
NT) bestand aus äthoxylierten C16-C18-Fettalkoholen (JZ 50), wobei 50 Gew.-% einen
mittleren Xthoxylierungsgrad von 5 und 50 Gew.-% einer solchen von 10 aufwiesen.
Die Zusammensetzung (in Gew.-%) der Mittel und der Vergleichsproben ist der Tabelle
1 zu entnehmen. Das verwendete Wasser war keimfrei und entionisiert.
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Die Proben wurden in verschlossenen Glaaflaschen 25 Wochen bei iner
Temperatur von 30 °C gelagert. Zu Beglnn der Testreihe wurde im wöchentlichen Abstand
Proben entnommen und deren Aktivität bestimmt. Bei den stabilen Proben wurde nach
10 Wochen Lagerung der Abstand mischen den einzelnen Probennahmen auf 3 Wochen verlängert.
Die nach Ende der Aufbewahrungszeit vorliegende Restaktivität wurde ebenfalls bestimmt
und aus der Zerfallskurve die Halbwartsseit ermittelt. Die Ergebnisse sind der Tabelle
111 zu entnehmen. Die Mittel gemäß den Beispielen 2 und 5 bis n erwiesen sich o
u> beständig, daß die Halbwertszeit innerhalb der Versuchszeit nicht bestimmt
werden konnte.
| Bestandteile Beispiele |
| 1 2 3 | 4 5 6 7 8 |
| Katalase 0,5 5,0 0,5 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 |
| ABS 2,5 2,5 2,5 2,5 4,0 5,0 - - |
| AS - - - - - - 2,5 5,0 |
| NT 10 10 10 10 10 15 10 10 |
| Butyldiglykol 10 10 20 20 - - - 10 |
| Äthanol - - - - 20 10 10 - |
| Wasser 77 72,5 67 62,5 61 65 72,5 70 |
Tabelle I
| Bestandteile Vergleichsprobe |
| a b c d e f |
| Katalase 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 O,' |
| ABS - 2,5 - - - - |
| NT - - 10 - - - |
| Butyldiglykol - - - 10 - - |
| Glycerin - - - - 30 30 |
| Äthanol - - - - 10 |
| Isopropanol - - - - - 10 |
| Wasser 99,5 97,0 89,5 89,5 69,5 69,5 |
Tabelle II
| Beispiel, Versuch Aktivität Halbwertszeit |
| nach 25 Wochen in Wochen |
| 1 45 % 20 |
| 2 90 % xl) |
| 3 45 % 20 |
| 4 100 % x |
| 5 100 % x |
| 6 90 % x |
| 7 95 % x |
| 8 90 90 % x |
| a 0 1,5 |
| b 0 2 |
| c 0 2 |
| d 0 2 |
| e 36 % 16 |
| f 20 20 % 10 |
Tabelle III x1) nach 25 Wochen noch nicht bestimmbar