DE3130178C2 - Verfahren zur Herstellung von agglomerierten, faserigen Ionenaustausch-Zellulose-Verbundkörpern und deren Verwendung zum Binden von Enzymen - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren gezeigt, bei dem ein faserförmiger Ionenaustausch-Zellulose-Verbundkörper durch Agglomerieren eines hydrophoben Polymers und faserförmiger Zellulose und Derivatisieren der Zellulose um Ionenaustauscheigenschaften zu erhalten, hergestellt wird. Das Verfahren stellt eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, bei dem man einen Verbundstoff herstellt, indem man das Polymer mit faserförmiger Zellulose, die vor dem Agglomerieren in Ionenaustausch-Zellulose umgewandelt worden ist, agglomeriert.

Description

Bei der Nahrungsmittelverarbeitung und anderen technischen Anwendungen hat die Verwendung von auf inerten Trägern adsorbierten oder gebundenen Enzymen, die einen immobilisierten biologischen Katalysator bilden, die älteren Methoden, bei denen lösliche Enzyme oder ganze Zellen von Mikroorganismen angewendet wurden, verdrängt. Im allgemeinen ergibt die Verwendung von immobilisierten Enzymen eine Reihe merklicher Vorteile gegenüber den älteren Methoden. Der Hauptvorteil besteht darin, daß man immobilisierte Enzyme in kontinuierlichen Umwandlungsverfahren verwenden kann. Auf diese Weise wird eine wirksamere Verwendung des Enzyms erzielt, und die Kontaktzeit zwischen dem Enzym und dem Substrat wird vermindert, wodurch man eine verbesserte Produktqualität und eine Verringerung der Enzym-Verfahrenskosten bewirkt.

Obwohl die nachfolgende Beschreibung und die Beispiele hauptsächlich auf die Verwendung von agglomerisierter faseriger ionenaustausch-Zellulose gerichtet ist, um Glukoseisomerase zu adsorbieren und zu immobili-

j5 sieren, ist davon auszugehen, daß das agglomerisierte Material die Fähigkeit hat, andere Enzyme, aufgegebene Makromoleküle, wie andere Proteine oder Nukleinsäure, zu adsorbieren und weiterhin auch dazu geeignet ist, die Moleküle von einer Vielzahl von Substanzen, wie Nahrungsmittelabfallströmen, wiederzugewinnen, z. B. die Wiedergewinnung von Protein aus Molke.

Wegen der bei der Herstellung von Glukoseisomerase vornandenen wirtschaftlichen Fragen ist es außerordentlich wichtig, die Isomerase unter solchen Bedingungen anzuwenden, daß eine maximale Ausbeute an l'ruktose unter Anwendung von minimalen Mengen des Enzyms gebildet wird. Weiterhin sollen die Bedingungen für die Isomerisierung so sein, daß minimale Mengen an störenden Nebenprodukten gebildet werden.

In den vergangenen Jahren sind wirtschaftlichere Methoden zur Herstellung von Fruktose enthaltenden Lösungen unter Verwendung von an inerten Trägermaterialien gebundener oder immobilisierter Glukoseisomerase angewendet worden. Zu solchen Materialien gehören verschiedene polymere Substanzen, wie derivatisierte Zellulose, lonenaustauschharze und synthetische Fasern, Glas sowie unlösliche organische oder anorganische Verbindungen. Glukoseisomerase ist auch bereits eingekapselt oder in geeignete Materialien eingehüllt worden, aber solche Zubereitungen haben den Nachteil, daß man sie im allgemeinen nicht wiederverwenden kann.

Zellulose kommt in der Natur als lineares Polymeres aus Anhydroglukoseeinheiten, die durchß- 1,4-glykosidische Bindungen verbunden sind, vor. Jede Anhydroglukoseeinheit enthält drei freie Hydroxylgruppen, die mit geeigneten Reagentien unter Bildung von unlöslichen Zellulosederivaten reagieren können, die dann aufgrund ihrer relativen Inertheit, ihrer großen Oberfläche und der offenen porösen Struktur eine hohe Adsorptionsfähigkeit und lonenausta'jschfähigkeit für Proteinmoleküle aufweisen.

Die Herstellung und Verwendung von Ionenaustausch-Enzym-Adsorbentien aus Zellulose ist bekannt. Peterson und Sober, J.A.C.S., 78, 751 (1956), und Guthrie und Bullock, I/EC, 52,935 (1960), beschreiben Verfahren zur Herstellung von adsorptiven Zelluloseprodukten, die bei der Trennung oder Reinigung von Enzymen und anderen Proteinen verwendet werden können. Tsumura et al., Nippon Shokuhin Kogyo Gakkaishi, 14 (12), (1967), beschreiben das Binden von Glukoseisomerase an DEAE.

W) Aus US-PS 37 08 397 ist es bekannt, Glukoseisomerase an basische Anionenaustausch-Zellulose zu immobilisieren. Gemäß US-PS 38 23 133 werden kationische Zelluloseether mit hoher Adsorptionsfähigkeit für Enzyme und andere proteinhaltige Materialien hergestellt. US-PS 38 38 007 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Γ ymen in feinteiliger Form. US-PS 37 88 945 und 39 09 354 beschreiben kontinuierliche Verfahren zum Umwandeln von Glukose in Fruktose durch Durchleiten einer glukosehaltigen Lösung durch ein Fest- oder

b5 Wirbelbett, enthaltend Glukoseisomerase, gebunden an verschiedene Zelluloseprodukte. US-PS 39 47 325 betrifft die Herstellung von zellulosehaltigen eingehüllten Enzymmalerialien. Die Zellulose wird aas einer Emulsion enthaltend eine wäßrige Enzymlösung und Nitrozellulose, gebildet. US-PS 39 56 065 betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Umwandlung von Glukose in Fruktose, wobei eine glukosehaltige Lösung durch ein Bett

aus einem Zellulosederivat mit darauf befindlicher immobilisierter Glukoseisomerase und nichtporösen oder granulären Polystyrolperlen geleitet wird. Die Perlen verhindern ein Zubacken und eine Kanalbildung des Bettes, wenn man sie in Fließreaktoren anwendet Peska et al. beschreibt in einem Aufsatz »Ion Exchange Derivatives of Bead Cellulose« in »Die Angewandte Makromolekulare Chemie«, 53, S. 73-80 (1976), verschiedene derivatisierte Zellulosen, die in Perlenform hergestellt wurden.

US-PS 41 10 164 und US-PS 41 68 250 befassen sich mit agglomerierten faserigen lonenaustausch-ZelluIcse-Verbundkörpern und Verfahren zu deren Herstellung. Bei diesen Verfahren wird ein hydrophobes Polymer mit faseriger Zellulose, die zuvor zur Verleihung von lonenaustauscheigenschaften derivatisiert worden ist, kombiniert Obwohl solche Verbundkörper in zahlreichen Anwendungen ein befriedigendes Verhalten zeigt, ist deren Ionenaustauschfähigkeit und Fähigkeit, Glukoseisomerase zu adsorbieren und zu binden, noch nicht ausreichend groß. Außerdem ist die Wirtschaftlichkeit dieser Verfahren ungünstig, und die Verbundkörper sind deshalb teurer als erwünschL

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von agglomerisierten, faserigen lonenaustausch-Zellulose-Verbundkörpern, mit denen man Enzyme adsorbieren kann, durch Agglomerisieren einer faserigen Zellulose mit einem hydrophoben Polymer zur Verfugung zu stellen, welches eine erhöhte Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der Herstellung und auch bei dessen Verwendung zum Adsorbieren oder Binden von Makromolekülen, wie Enzymen, aufweist.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 und die Verwendung gemäß Patentanspruch 5 gelöst.

Der Ausdruck »faserig«, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf Zellulose aus natürlichen Quellen, die mechanisch oder chemisch zerkleinert oder zerfasert wurde und schließt nicht Zellulose oder deren Derivate ein, die einer chemischen Behandlung unterworfen wurden und bei denen die natürliche Faserstruktur der Zellulose gelöst worden ist, wie dies der Fall ist, wenn man Zellulose zu einem hohen Substitutionsgrad derivatisiert.

Faserige Zellulose kann man unter Bildung von loncnaustauschmatcrialien mit hoher Beladungskapazität zum Adsorbieren oder Immobilisieren von Makromolekülen derivatisieren. Zu diesem Zweck kann man die Zellulose derivatisieren, um Ionenaustauschmaterialien zu erhalten, die entweder als Anionenaustauseher oder als Kationenaustauscher wirksam sind, je nach der Ladung des zu adsorbierenden Materials. Ist das zu adsorbierende Material Glukoseisomerase, dann wird die Zellulose vorzugsweise so derivatisiert, daß sie in Anionenaustauschform vorliegt, weil in dieser Form die Beladungskapazität für dieses Enzym extrem groß ist. Typischerweise behandelt man für die Herstellung der Anionenaustauschform agglomerisierte faserige Zellulose mit geeigneten Reagentien, um, unter anderem, Di- und Triethylaminoethylzellulosen, wie DEAE-Zellulose und TEAE-ZeI-lulose, zu erhalten sowie Zellulosederivate von Epichlorhydrin und Triethanolamin. Nähere Einzelheiten hierzu und Verfahren zum Derivatisieren von Zellulose können US-PS 38 23 133 entnommen werden.

Aufgrund der hohen Beladungskapazität der faserigen Ionenaustausch-Zellulose-Zubereitungen, die Glukoseisomerase gebunden enthalten, kann man bei deren industrieller Anwendung verhältnismäßig kleine Reaktoren anwenden, um große Mengen Glukose in Fruktose umzuwandeln.

Wegen dieser hohen Beladungskapazität werden das Substrat und das gebildete Produkt nur eine kurze Zeit unter Isomerisierungsbedingungen gehalten. Bei diesen Isomerisierungsbedingungen bilden sich im allgemeinen geringe Mengen an nichtgewünschten Nebenprodukten aufgrund der Reaktivität der Fruktose, und deshalb werden, je langer der Zeitraum ist, während der die Fruktose unter solchen Bedingungen gehalten wird, um so größere Mengen an unerwünschten Nebenprodukten gebildet. Die hohe Beladungskapazität von faseriger lonenaustausch-Zellulose bewirkt, daß das Substrat innerhalb einer kurzen Zeit im gewünschten Maße isomerisiert wird, und dadurch kann man die Zeit, während welcher die Fruktosekomponente unter Isomerisierungsbedingungen gehalten wird, abkürzen. Zubereitungen, die faserige lonenaustausch-Zellulose enthalten, haben jedoch den Nachteil, daß sie zubacken, und deshalb wendet man sie im allgemeinen in flachen Betten an, um die Probleme, die aufgrund eines zu großen Rückdrucks auftreten, zu vermeiden. Selbst wenn man flache Betten anwendet, besteht die Möglichkeit der Kanalbildung, wobei das Substrat nicht im gewünschten Maß mit der gebundenen oder immobilisierten Glukoseisomerase in Berührung kommt. Zwar hat man gewisse immobilisierte Glukoseisomerasezubereitungen hergestellt, um diese Probleme zu minimalisieren, aber diese haben im allgemeinen andere Nachteile, z. B., daß deren Enzymkapazität oder Aktivität pro Volumeneinheit nicht ausreichend groß sind und/oder daß sie nicht so wirtschaftlich sind wie faserige lonenaustausch-Zellulose.

Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung kann man eine Anzahl von Polymeren verwenden, um die faserige Zellulose zu agglomerisieren. Beispiele hierfür sind Melamin-Formaldehydharze, Epoxyharze und Polystyrol. Bevorzugtes Polymer ist Polystyrol.

Aus US-PS 41 10 164 und 41 61 250 ist es bekannt, daß dann, wenn man faserige Zellulose, die zur Bildung eines Ionenaustauschmaterials derivatisiert worden ist, mit einem hydrophoben Polymer unter geeigneten Bedingungen agglomerisiert, solche Zellulose ihre Kapazität, Glukoseisomerase zu immobilisieren oder zu binden, beibehält.

Dort wird als bevorzugtes Verfahren für die Herstellung von Verbundkörpern beschrieben, Alkalizellulose mit einer Lösung von Diethylaminoethylchlorid · Hydrochlorid (DEC) zu behandeln und dann die so gebildete eo derivatisierte lonenaustauschzellulose mit Polystyrol zu agglomerisieren. Aufgrund der Löslichkeit von Polystyrol in dem DEC-Reaktionsgemisch kann man jedoch vorhersehen, daß die Zellulose nicht ausreichend derivatisiert werden könnte, wenn die Agglomerate vor der Derivatisierung der Zellulose gebildet werden.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß man faserige Zellulose wirksam in Gegenwart von hydrophoben Polymeren derivatisieren kann, wenn man kontrollierte Verfahrensbedingungen während der Derivatisie- b5 rung, nämlich solche, die verhindern, daß das Polymer in der Derivatisierungslösung gelöst wird, anwendet. Es wurde gefunden, daß durch Zugabe des derivatisierenden Materials in einer kontrollierten Rate zu einer Wassersuspension des Agglomerats unter alkalischen Bedingungen, die hydrophobe PoKnierkomponcnte des

granulären Verbundstoffes nicht in merklichem Maß solubilisiert wird.

Eine weitere unerwartete Feststellung besteht darin, daß beim Derivatisieren von Zellulose und anschließendem Agglomerisieren der Zellulose-Verbundkörper in einem höheren Maße derivatisiert werden kann und daher eine größere lonenaustauschkapazität aufweist als agglomerisierte Zellulose-Verbundkörper, die nach den Verfahren des Standes der Technik hergestellt wurden, bei denen die Zellulose vor der Agglornerisierung derivatisiert wurde. Zwar können die Ionenaustauschkapazitäten der agglomerierten, faserigen Zellulose-Verbundkörper gemäß der Erfindung in einem großen Maße variieren, aber typische Ionenaustauschkapazitäten sollen wenigstens etwa 0,1 mäq/g und vorzugsweise wenigstens etwa 0,2 mäq/g betragen (müq = Milliäquivalent).

ίο Die ?gglomerisierten faserigen lonenaustausch-Zellulose-Verbundkörper gemäß der Erfindung können auch regeneriert werden, d. h„ daß dann, wenn die Aktivität der immobilisierten Glukoseisomerase aufgrund von Denaturisierung oder aus anderen Gründen nach längerem Gebrauch abfällt, eine Lösung aus immobilisierter Glukoseisomerase in Berührung mit einem Bett oder eine Säule des Verbundkörpers gebracht werden kann, so daß die Glukoseisomeraseaktivität wieder auf den gewünschten Grad erhöhl wird. Vor der Regenerierung ist es jedoch im allgemeinen bevorzugt, den Verbundkörper mit einer Lösung aus Alkali zu behandeln, um die lonenaustauschstellen der faserigen Zellulose leichter der Isomeraseadsorption zugängig zu machen. Ohne eine bestimmte Theorie hinsichtlich des Mechanismus festlegen zu wollen, ist anzunehmen, daß die Substratüberreste denaturisierte Isomerase oder andere proteinhaltige Materialien, die an der faserigen Zellulose festgehalten wurden, entfernt werden oder in Lösung gehen.

Wird faserige Zellulose vor der Agglomerisierung derivaiisiert. dann neigen die bei der Derivatisierungsreaktion verwendeten Materialien dazu, die Zellulose anzuquellen oder diese teilweise zu solubilisieren und sind dann schwierig durch Filtrieren zu gewinnen. Die Gewinnung des erfindungsgemäßen Verbundkörpers wird durch die Tatsache vereinfacht, daß ein eventuell eintretendes Quellen keine schwerwiegenden Filtrationsprobleme aufwirft, und zwar aufgrund der körnigen Art des derivatisierten Produktes. Da die körnigen Zelluloseverbundkörper nicht verbacken, kann man sie auch ohne Schwierigkeit in tiefen Bettreaktoren anwenden, wobei nur eine minimale Kanalbildung eintritt.

Je nach dem spezifischen Gewicht des Substrats kann der agglomerisierte faserige lonenaustausch-Zellulose-Verbundkörper auf diesem flotieren, und es besteht dann die Möglichkeit, daß ein Teil des Verbundkörpers am Einlaß oder Auslaß des Säulenreaktors verlorengeht. Weiterhin können Probleme auftreten, wenn man die Säule m zu Beginn mit dem Verbundkörper packt. In gewissen Fällen ist es deshalb bevorzugt, ein Verdichtungsmittel den agglomerisierten faserigen ionenaiistausch-Zellulose-Verbundkörpern zuzusetzen, um deren Dichte zu erhöhen.

Man kann eine Vielzahl von Verdichtungsmitteln anwenden, jedoch müssen diese selbstverständlich im wesentlichen inert gegenüber dem Substrat sein, und sie dürfen die Glukoseisomerase nicht inaktivieren. Man kann Verdichtungsmittel, wie pulverisierte Metalloxide oder Silikate oder Gemische davon anwenden.

Zur Herstellung von agglomerisierten faserigen Verbundkörpern muß die faserige Zellulose in das hydrophobe Polymer derart eingebettet werden, daß die Zellulose nicht vollständig in dem Polymer eingekapselt oder eingehüllt wird. Anderenfalls würde die Kapazität der faserigen lonenaustausch-Zellulose Enzyme zu adsorbieren, nachteilig beeinflußt werden. Je größer die freie Oberfläche der Zellulose, um so größer ist auch die Adsorptionskapazität des Verbundkörpers.

Man kann zahlreiche Verfahren anwenden, um die faserige Zellulose in dem hydrophoben Polymer einzubetten, aber die beiden typischsten Verfahren bestehen darin, daß man das hydrophobe Polymer in einem organischen Lösungsmittel löst und die anderen Stoffe dann darin inkorporiert oder indem man das Polymer bis zum plastischen Zustand erwärmt und dann die anderen Materialien inkorporiert. Das jtztere Verfahren wird bevorzugt, weil man dann kein Lösungsmittel verdampfen muß. Das gebildete Material kann dann verkleinert werden, und die Granulate kann man auf geeignete Siebgrößen klassieren und dann die agglomerisierte faserige Zellulose derivatisieren.

Die Teilchengrößenverteilung der Granulate kann relativ weit variieren. Befriedigende Ergebnisse erhält man bei Verwendung von Granulaten mit Teilchengrößen zwischen 0,841 und 0,250 mm.
so Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen näher beschrieben.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wird die Herstellung von agglomerierten faserigen lonenaustausch-Zellulose-Verbund-■ > > körpern beschrieben, wobei die Zellulosekomponente in dem Verbundkörper nach der Agglomerierung derivatisiert wird.

Man stellt ein Agglomerat her, indem man 25 Teile Zellulose mit 25 Teilen Aluminiumoxid mischt und die Mischung mit 50 Teilen Polystyrol auf einem auf 180 bis 200°C Zweiwalzenstuhl während etwa 10 Minuten kompoundiert. Nach dem Abkühlen wird der Verbundkörper gemahlen und auf eine Teilchengröße von 0,420 bis 0,149 mm zerkleinert.

220 g des zerkleinerten Verbundkörpers wurden in 616 ml Wasser, enthaltend 176 g Na2SÜ4 und 26,4 g

NaOH, aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung wurde auf 40⁰C erwärmt, und dann wurden 57,2 g einer 50%igen wäßrigen Lösung von DEC zu der Aufschlämmung unter Ruhren in einer Menge von 0,7 ml/min während eines Zeitraumes von 1 Stunde zugegeben. Anschließend wurden zu der Aufschlämmung 26,4 g NaOH, gelöst in 26 ml Wasser, zugegeben und dann weitere 57,2 g DEC-Lösung in einer Menge von 0,7 ml/min.

Die Temperatur der Aufschlämmung wurde auf 60°C erhöht und dabei 15 Minuten gehalten. Eine Wassermenge, die ungefähr gleich dem Volumen der Aufschlämmung war, wurde zugegeben, und der Verbundkörper wurde auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,250 mm gewonnen. Der Verbundkörper wurde auf

dem Sieb mit Wasser gewaschen und dann in einer Volumenmenge Wasser, die der zuvor zugegebenen entsprach, noch einmal aufgeschlämmt. Diese Aufschlämmung wurde mit HCI auf einen pH von etwa 7 eingestellt, auf Filterpapier entwässert und getrocknet.

Die lonenaustauschkapazität des getrockneten Produktes wurde mit 0,84 mäq/g, bezogen auf die Zellulose, und mit 0,21 mäq/g, bezogen auf den agglomerisierten Verbundkörper, gemessen.

Die lonenaustauschkapazität des Verbundkörpers wurde nach folgendem Verfahren bestimmt:

(1) Abwägen von 20 gderivatisierter, agglomerisierter Zellulose (5 bis 10 g Zellulosebase).

(2) Aufschlämmen in Wasser und Einstellen des pH-Wertes auf 12,5 bis 13 mit 1 N NaOH.

(3) Waschen der Aufschlämmung in einer chromatografischen Säule und Auflegen einer porösen Scheibe auf den oberen Teil des Bettes.

(4) Zugabe von annähernd 10 ml IN NaOH auf die Säule, wobei man bis zu dem Niveau der Scheibe tropfenweise ablaufen läßt, worauf man die Säule dann mit Wasser spült.

(5) Waschen mit dem etwa 6fachen Bettvolumen Wasser unter Anwendung von annähernd 2 Bettvolumina zum Spülen.

(6) Zugabe von 25 ml 1 N HCI auf den oberen Teil des Bettes und Spülen mit etwa 10 ml Wasser. Der Abfluß wird tropfenweise etwa nach 1 bis 1.5 ml/min neu gesammelt. Dann wird wiederum mit Wasser abgespült.

(7) Waschen mit annähernd 6 Bettvolumina wie in Stufe (5).

(8) Titrieren des Abflusses auf pH 7.0 mit 1 N NaOH.

Die lonenaustauschkapazität w ird wie folgt berechnet:

...,..,,,, (ml HCl χ N) - (ml NaOH χ N)
lonenaustauschkapazität (maq/g.d.b.) = ^

g Adsorbens

In Beispiel 1 läßt sich errechnen, daß das Verhältnis von Derivatisierungsmittel (DEC) zu Zellulose 1,04 auf Trockengewichtsbasis beträgt, wogegen beim Stand der Technik gemäß US-PS 41 10 164, bei dem die Zellulose vor der Agglomerisierung derivatisiert wurde, ein DEC-zu-Zellulose-Verhältnis von 0,7 vorlag. Dieser Wert stellt annähernd den Maximalwert dar, bis zu dem man ohne Schwierigkeiten in herkömmlicher Weise nichtagglomerisierte Zellulose derivatisieren und gewinnen kann.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wird ein Verfahren zum Herstellen eines agglomerisierten faserigen Ionenaustausch-Zellulose-Verbundkörpers beschrieben, bei dem man die Zellulose nach dem Agglomerisieren mit einem DEC-zu-Zellulose-Verhältnis von mehr als 2 derivatisiert.

Ein agglomerisierter Verbundkörper, hergestellt gemäß Beispiel 1, wurde auf eine Größe von 0,420 bis 0.177 mm zerkleinert. 100 g des zerkleinerten Verbundstoffes wurden in 280 ml Wasser, in welchem 80 g Na₂SO₄ und 24g NaOI! gelöst waren, aufgcschlärnmt. Die Aufschlämmung wurde auf eine Temperatur von 4O⁰C gebracht, und dann wurden 55 g einer 50%igen DEC-Lösung unter Rühren in einer Menge von 0,5 ml/min während eines Zeitraumes von etwa 1.5 Stunden zugegeben. Weitere NaOH (26 g einer 50%igen Lösung) wurden zu der Aufschlämmung gegeben, und dann wurden weitere 55 g DEC-Lösung in die Aufschlämmung, wie bei der ersten Zugabe, zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde auf 6O⁰C erwärmt und bei dieser Temperatur 15 Minuten gehalten. Eine Volumsnmenge Wasser, die gleich dem Aufschlämmungsvolumen war, wurde zugegeben, und die verdünnte Aufschlämmung wurde auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,250 mm entwässert und gewaschen. Das Produkt wurde nochmals in Wasser aufgeschlämmt, mit HCl auf einen pH von etwa 6,5 bis 7,0 eingestellt und dann gesiebt und gewaschen, wie oben angegeben.

Die lonenaustauschkapazität des getrockneten Verbundkörpers wurde nach der obigen Verfahrensweise bestimmt und betrug 1.28 mäq/g auf Zellulosebasis und 0.32 mäq/g auf Verbundkörperbasis. Um eine vergleichbare lonenaustauschkapazität unter Anwendung des Verfahrens des Standes der Technik zu erzielen, bei dem man derivatisierte DEAE-Zellulose mit Polystyrol agglomeriert, wäre ein Derivatisierungsgrad erforderlich, bei dem die Zellulose gelatinös würde und sehr schwer gewonnen, filtriert und getrocknet werden könnte, ohne kostspielige Behandlungen, wie die Verwendung von Lösungsmitteln oder Salzlösungen oder Vernetzen der Zellulose.

55 Beispiel 3

In diesem Beispiel wird die Absorptionskapazität von Glukoseisomerase auf den vorher beschriebenen agglomerisierten faserigen Ionenaustausch-Zellulose-Verbundkörpern und auf solchen des Standes der Technik beschrieben und ein Vergleich der Eigenschaften in den funktionellen Eigenschaften der Verbundkörper gezeigt

Glukoseisomerase aus einem Mikroorganismus einer Streptomyces-Spezies mit einer Aktivität von etwa 20 IGIU ml/I wurde zu gleichen Gewichtsmengen des gemäß US-PS 41 10 164 und gemäß den vorherstehenden Beispielen 1 und 2 hergestellten Verbundkörpern gegeben. Die Enzym-Verbundkörper-Aufschlämmungen wurden auf einen pH von 7 eingestellt und 5 Minuten bei 25° C gerührt Die Verbundkörper wurden durch Filtrieren gewonnen, und die Menge des darauf absorbierten Enzyms wurde bestimmt, indem man die Restglukoseisomeraseaktivität in den jeweiligen Filtraten nach der Methode von N. E. Lloyd et al. Cereal Chem, Bd. 49 (5), S. 544 (1972), anwendete.

Die Menge an Glukoseisomerase, die von den einzelnen Verbundkörpern adsorbiert wurde, und Daten, aus

0,21	490
0,32	690
0,14	361

denen die funktioneilen Eigenschaften hervorgehen, werden in Tabelle 1 gezeigt. ' | Tabelle 1

Verbundkörper Verhältnis lonenaus- adsorptive

(Gew./Gew.) tauschkapazität Kapazität

DEC-Zellulose (mäq/g) (IGIU/g)

Beispiel 1 1,04

ίο Beispiel 2 2,2

US-PS 41 10164 0,7

Beispiel 4 "

In diesem Beispiel werden die porösen Eigenschaften von agglomerierten faserigen lonenaustausch-Zellulo- fs

se-Verbundkörpern, die erfindungsgemäß hergestellt worden sind, gezeigt, und die Fließeigenschaften solcher φ

Verbundkörper werden mit solchen des Standes der Technik und mit gewissen nichtagglomerisierten faserigen |

Zelluloseprodukten verglichen. β

Die porösen Eigenschaften der folgenden Materialien wurden bestimmt: %

''-■'

(1) a + b Unterschiedlich vernetzte Whatman-Zellulose. „.;

(2) Nichtvernetzte DEAE-Zellulose (hergestellt gemäß US-PS 38 23 133). 'g

(3) Verbundkörper, hergestellt durch Agglomerisieren von faseriger Ionenaustausch-Zellulose und Polystyrol ti, (hergestellt gemäß US- PS 41 10 164). &

(4) Verbundkörper, hergestellt gemäß Beispiel 1. |i;

(5) Verbundkörper, hergestellt gemäß Beispiel 2. f j

Die Porositätskonstante wurde für die obigen Stoffe nach folgendem Verfahren bestimmt: '·;! 15 bis 75 g Trockenprodukt wurden in Wasser aufgeschlämmt, und die Aufschlämmung wurde unter Rühren

im Vakuum 15 Minuten entlüftet. Eine Glassäule (3,8 cm Innendurchmesser, 46 cm Länge), die mit einer porösen ,_;

Glasscheibe und einem Hahn am Boden ausgerüstet war, wurde mittels eines Kautschukstopfens an einer 'A

Saugflasche befestigt. Die Flasche wurde an eine Vakuumquelle angeschlossen. Die entlüftete Aufschlämmung *,

wurde in die Säule gegeben, und ein Vakuum (0,85 bar) wurde durch die öffnung des Absperrhahns angelegt, ;.

wodurch ein Bett des Materials auf der porösen Glasscheibe gebildet wurde. Gleichzeitig ließ man Wasser am .;

oberen Teil der Säule einlaufen, welches das Wasser ersetzte, das durch Filtrieren entfernt worden war, so daß fj

während der gesamten Zeit etwa 12,5 cm Wasser oberhalb des Bettes vorlagen. Nachdem man eine Gesamtmen- fS

ge von 1000 ml Wasser gesammelt hatte, wurde der Sperrhahn geschlossen, der Kolben entfernt und das Wasser i;

aus dem Kolben herausgenommen. Dann wurde der Kolben wiederum an die Säule angeschlossen, das Vakuum ||

wieder hergestellt und der Absperrhahn geöffnet und eine abgemessene Menge (1000 bis 3000 ml) Wasser j|

wurde durch das gepackte Bett filtriert und gesammelt. Die zum Sammeln des Wassers erforderliche Zeit wurde |;

mit einer Stoppuhr festgehalten. Die Porosilälskonslante wurde nach folgender Gleichung bestimmt: |i

K = (VH)Z(TPA), I

worin bedeuten: Jf

K Porositätskonstante (ml · cm · g-¹ · min-'), fi

V Volumen des gesammelten Wassers (ml), f|

H Höhe des gepackten Bettes (cm), ||

T Zeit zum Sammeln des Wassers (min), ||

P Druckabfall über dem Bett (g/cm²). S

A Querschnitt des Bettes (cm*). |

Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt

Tabelle 2

Material Porosilätskonstante¹)

(ml ■ cm · g- ' · min-')

1 0,21

1 0,60

2 0,01

3 4,7

4 2,6 10

5 3,6

') Eine Porositätskonslantc von wenigstens 1.5 ml/cm/g/ min wird für erforderlich gehallen, um in einem tiefen Bellreaktor ein befriedigendes Verhalten zu erzielen. 15

[■[ " 50

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1, Verfahren zur Herstellung von agglomerierten faserigen lonenaustausch-Zellulose-Verbundkörpern, die in der Lage sind. Enzyme zu adsorbieren oder zu binden, durch Agglomerisieren einer faserigen Zellulose mit einem hydrophob™ Polymer, dadurch gekennzeichnet, daß man zuerst ein Agglomerat aus der faserigen Zellulose mit dem hydrophoben Polymer herstellt und dann in einer wäßrigen Suspension des körnigen Agglomerats unter alkalischen Bedingungen, bei denen die hydrophobe Polymerkomponente des körnigen Verbundstoffes nicht in merklichem Maße solubilisiert wird, unter Ausbildung von Ionenaustauscheigenschaften derivatisiert.

   ίο 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundkörper ein Verdichtungsmittel

   enthält.

   3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Agglomerat durch Kompoundieren der Zellulose mit dem zum plastischen Zustand erwärmten hydrophoben Polymer hergestellt wird.

   4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerisierung bewirkt wird, indem man eine Lösung des hydrophoben Polymers in einem organischen Lösungsmittel herstellt und die Zellulose darin inkorporiert.

   5. Verwendung eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellter) Verbundkörpers zum Binden von Enzymen.
   6. Verwendung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Enzym Glukoseisomerase ist.