DE3132493A1

DE3132493A1 - Verfahren zur herstellung von acrylamid unter verwendung von immobilisierten zellen

Info

Publication number: DE3132493A1
Application number: DE19813132493
Authority: DE
Inventors: Yasuo Kawasaki Kanagawa Ogawa; Keiichi Yokohama Kanagawa Sakashita; Ichiro Watanabe
Original assignee: Nitto Chemical Industry Co Ltd Tokyo; Nitto Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1980-08-19
Filing date: 1981-08-17
Publication date: 1982-05-27
Also published as: JPS5739792A; JPS5835078B2; FR2488908B1; DE3132493C2; FR2488908A1; US4421855A; GB2086376B; GB2086376A

Description

NITTO CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD., TOKYO / JAPAN

Verfahren zur Herstellung von Acrylamid unter Verwendung von immobilisierten Zellen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Acrylamid unter Verwendung von immobilisierten Zellen, die hergestellt wurden, indem man Mikroorganismen mit nitrilatischer Aktivität mittels eines kationischen Polymergels auf Acrylamidbasis immobilisiert.

Acrylamid wird in grossanMasse, z.B. als Ausgangsmaterial bei der Herstellung von verschiedenen Polymeren für Flockungsmittel, als Additive bei der Papierherstellung, für Polymere bei der Erdölgewinnung und dergleichen verwendet.

Bekannte Verfahren zur Herstellung von Acrylamid bestehen aus der Umsetzung von Acrylnitril mit Wasser unter

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Verwendung eines Katalysators, enthaltend Kupfer in reduziertem Zustand. Dieses Verfahren hat jedoch verschiedene Nachteile, z.B. hinsichtlich der Schwierigkeit der Katalysatorherstellung, der Schwierigkeit, den verwendeten Katalysator zu regenerieren und der Schwierigkeit, das gebildete Acrylamid abzutrennen und zu reinigen. Weiterhin ist es wünschenswert, Acrylamid unter massigen Reaktionsbedingungen herzustellen, weil die Verbindung Doppelbindungen im Molekül enthält und daher leicht polymerisierbar ist.

Es ist als sehr wünschenswert erkannt worden, Acrylamid durch Hydrolysieren von Acrylnitril unter Verwendung von Mikroorganismen unter massigen Bedingungen herzustellen.

Seit langem ist bekannt, dass Mikroorganismen mit einer nitrilatischen Aktivität wirksam Acrylnitril zu Acrylamid hydrolysieren können. Zu solchen Mikroorganismen gehören die genera Bacillus, Bacteridium im Sinne von Prevot, Micrococcus und Brevibacterium im Sinne von Bergey, etc. (siehe beispielsweise US-PS 4 001 081). Es wurde auch festgestellt, dass Mikroorganismen der genera Corynebacterium und Nocardia wirksam Acrylnitril hydrolysieren (siehe beispielsweise US-PS 4 248 968).

Bei der Herstellung von Acrylamid aus Acrylnitril unter Verwendung solcher Mikroorganismen wird Acrylnitril in Kontakt mit den Mikroorganismen oder mit immobilisiertenZellen davon, die durch Immobilisieren der Zellen mit Polymergelen hergestellt wurden, in einem wässrigen Medium, wie Wasser, einer physiologischen Kochsalzlösung und einer Phosphatpufferlösung gebracht. In

neuerer Zeit sind absatzweise oder kontinuierliche Säulenmethoden unter Verwendung von granulierten immobilisierten Zellen in grossem Masse verwendet worden, um das Eluieren von Verunreinigungen aus den Zellen zu vermeiden, um die Abtrennung der Zellen aus der Reaktionslösung zu verbessern, um die Zellen wiederholt verwenden zu können und um die Stabilität der Enzyme zu erhöhen. Solche Verfahren, bei denen man granulierte, immobilisierte Zellen verwendet, sind wirtschaftlich sehr vorteilhaft. So wird beispielsweise in US-PS 4 248 968 ein Verfahren zur Herstellung von Acrylamid beschrieben, mittels einer kontinuierlichen Säulenumsetzung unter Verwendung von immobilisierten Mikroorganismuszellen, die hergestellt worden sind, indem man Zellen in einem Gel aus Polyacrylamid und dergleichen einfängt.

Bei diesem Verfahren werden jedoch durch die Verwendung einer physiologischen Kochsalzlösung, einer Phosphatpufferlösung und dergleichen, als wässriges Medium grosse Mengen an Natriumchlorid, Phosphaten und dergleichen in die gebildete wässrige Acrylamidlösung eingeschleppt und das ist nicht wünschenswert hinsichtlich der Qualität des erwünschten Produktes. Insbesondere bei der Herstellung von Polymeren auf Acrylamidbasis mit hohem Molekulargewicht führt die Anwesenheit von Phosphaten im Acrylamid zu einer Wasserinsolubilisierung des gebildeten Polymers. Um solche Salze zu entfernen, muss man Nachbehandlungen, wie eine Ionenaustauschbehandlung, anwenden. Dies geht auf Kosten des Vorteils, dass man eine hochqualitative wässrige Acrylamidlösung herstellen kann, ohne besondere Reinigungsstufe,

was ja gerade typisch ist für ein Verfahren, bei dem Acrylamid nach einer immobilisierten Zellmethode gewonnen wird. Damit geht also der Vorteil der immobilisierten Zellmethode als billiges Verfahren zur Herstellung von Acrylamid verloren.

Wendet man andererseits keine physiologische Kochsalzlösung, Phosphatpufferlösung oder dergleichen als wässriges Medium an, dann quellen die immobilisierten Zellen im Laufe der Hydratisierungsreaktion und die Enzymaktivität der Zellen geht schnell verloren. Bei einer Säulenumsetzung, bei der eine wässrige Lösung aus Acrylnitril durch eine Säule geschickt werden, die mit in üblicher Weise mit Polyacrylamid immobilisierten Zellen gefüllt ist, quellen die immobilisierten Zellen in der Säule innerhalb kurzer Zeit nach Beginn der Hydratisierungsreaktion und infolgedessen ist ein erfolgreicher Betrieb dieses Verfahrens nicht möglich.

Zwar ist der Grund, warum die immobilisierten Zellen während der Hydratisierungsreaktion anquellen noch nich vollständig aufgeklärt, jedoch nimmt man an, dass dies aufgrund der Abstossungskraft, die von den negativ geladenen Zellen beim Durchgang einer Substratlösung hervorgerufen wird und dass der Unterschied im osmotischen Druck zwischen dem Inneren und dem Äusseren der immobilisierten Zellen aufgrund des Konzentrationsunterschiedes von Acrylnitril und Acrylamid zwischen der Äussen- und Innenseite der immobilisierten Zellen darauf zurückzuführen ist, dass Acrylnitril in die immobilisierten Zellen eintritt und in Acrylamid überführt

(hydratisiert) wird und das so gebildete Acrylamid dann aus den immobilisierten Zellen herauswandert. Weiter nimmt man an, dass der Abbau der Enzymaktivität aufgrund des Quellphänomens darauf zurückzuführen ist, dass das Enzym aufgrund der Quellung aus den immobilisierten Zellen herausleckt und dass der stabile Zustand von normalen Zellen, bei denen das Enzym nicht angequollen wird, nicht aufrechterhalten wird. Deshalb nimmt man an, dass bei Durchführung der umsetzung in einem isotonen Medium, wie einer physiologischen Kochsalzlösung, einer Phosphatpufferlösung, etc., kein grosser Unterschied im osmotischen Druck zwischen der Aussenseite und der Innenseite der immobilisierten Zellen erzeugt wird und dass dadurch das Anquellen der immobilisierten Zellen verhindert werden kann, während man gleichzeitig das Enzym in einem stabilen Zustand halten kann.

Aufgrund von intensiven Untersuchungen zur Herstellung von immobilisierten Zellen, die im Laufe der Hydratisierungsreaktion nicht anquellen, und zwar auch dann, wenn die wässrige Substratlösung kein Salz der vorerwähnten Art enthält,und die eine ausgezeichnete Enzymstabilität aufweisen, wurde nun gefunden, dass man immobilisierte Zellen herstellen kann, indem man einen immobilisierten polymeren Träger anwendet, dessen Affinität für die Zellen oder das Enzym dadurch verstärkt wird, dass man ihn kationisch macht.

Die Erfindung betrifft deshalb ein Verfahren zur Herstellung von Acrylamid aus Acrylnitril unter Verwendung

von immobilisierten Mikroorganismuszellen, bei dem man die immobilisierten Zellen herstellt, indem man einen Mikroorganismus mit nitrilatischer Aktivität mit einem kationischen Gel eines Polymers auf Acrylamidbasis immobilisiert und das Acrylnitril mit den immobilisierten Zellen in einem wässrigen Medium, das im wesentlichen kein Salz enthält, in Berührung bringt.

Jeder Mikroorganismus, der in der Lage ist, Acrylnitril in Acrylamid zu hydrolysieren, kann unabhängig von der taxonometrischen Klassifizierung verwendet werden. Beispielsweise kann man vorteilhaft Stamm N-771 vom Genus Corynebacterium gemäss US-PS 4 248 968, der beim Fermentation Research Institute, Agency of Industrial Science and Technology, Japan unter FERM Nr. 4445 hinterlegt ist. Stamm N-774 von Genus Corynebacterium der unter FERM Nr. 4446 hinterlegt ist und N-775 vom Stamm Nocärdia, der unter der FERM Nr. 4447 hinterlegt ist, verwenden. Ebenso können die in US-PS 4 001 081 beschriebenen Mikroorganismen vorteilhaft verwendet v/erden .

Bei der Herstellung von immobilisierten Zellen unter Verwendung von Mikroorganismen können die Mikroorganismen in jeder Form eines Zellen enthaltenden Kulturmediums, in Form von gewaschenen Zellen, von zerstörten Zellen und dergleichen, verwendet werden.

Das kationische Polymer auf Acrylamidbasis, welches zum Immobilisieren verwendet wird, ist ein Copolymer aus Acrylamid, einem kationischen ethylenisch

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ungesättigten Monomer, das mit Acrylamid copolymerisierbar ist, und einem wasserlöslichen Vernetzungsmonomer.

Beispiele für kationische ethylenisch ungesättigte Monomere, die mit Acrylamid copolymerisierbar sind, sind Dialkylaminoalkylacrylat, DialkylaminoalkyImethacrylat, Dialkylaminoalkylacrylamid, DialkylaminoalkyImethacry1-amid und quaternäre Salze davon, z.B. DimethylaminoethyImethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Dimethylami'nopropy !methacrylamid, Diethylaminopropy !methacrylamid und quaternäre Salze davon, mit Dimethylsulfat, Methylchlorid und dergleichen. Diese Monomeren können allein oder im Gemisch, miteinander verwendet werden.

Beispiele für wasserlösliche Vernetzungsmonomere sind Methylenbisacrylamid, 1,3-Di-acrylamidomethyl-2-imidazolidon, Diacrylamidomethylethylenharnstoff, Diacrylamidomethylether, Ethylenglykoldiacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat und Hexahydro-1 _r 3,5-triacyl-S-triazin.

Die drei Monomeren werden in solchen Mengen verwendet, dass die Menge an Acrylamid zwischen 50 und 95 Gew.%, die Menge an kationischem ethylenisch ungesättigten Monomer von 1 bis 50 Gew.% und die Menge an wasserlöslichem Vernetzungsmonomer 0,1 bis 20 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der drei Monomeren, liegt.

Die für das erfindungsgemässe Verfahren verwendeten immobilisierten Zellen können beispielsweise hergestellt werden, indem man eine Suspension von Mikroorganismuszellen und den drei Monomeren der vorerwähnten

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Art vermischt und in Gegenwart eines Polymerisationskatalysators, wie er üblicherweise verwendet wird, z.B. von Kaliumpersulfat und Dimethylaminopropiontril, unter pH-Bedingungen von 5 bis 10 und vorzugsweise 6 bis 8 bei einer Temperatur von 0 bis 30⁰C und vorzugsweise 0 bis 15⁰C, während 30 bis 60 Minuten polymerisiert, unter Erhalt eines Gels, in welchem die Zellen immobilisiert und eingefangen sind.

Die Menge der in dem Gel enthaltenen Mikroorganismuszellen liegt im allgemeinen zwischen 0,1 und 50 Gew.% und vorzugsweise 1 bis 20 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des wässrigen Gels, wobei die Menge jedoch von der Art des Mikroorganismus, dem Verwendungszustand und dergleichen variieren kann. Der Monomergehalt in der Reaktionslösung beträgt 2 bis 30 Gew.% und vorzugsweise 5 bis 20 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung.

Zur Herstellung von immobilisierten, zellenthaltendem Gell kann ausser dem Verfahren, bei dem ein kationischer Anteil zu einem Monomer gegeben wird und dann unter Ausbildung eines Gels eine Copolymerisation erfolgt, ein weiteres Verfahren angewendet werden, bei dem die ganze Menge oder ein Teil des kationischen Monomers zuvor unter Erhalt eines wasserlöslichen Polymers polymerisiert wird, das in der Lage ist zu gelieren, und das wasserlösliche Polymer dann mit der Suspension des Mikroorganismus, und des Monomeren vermisc5.it und umgesetzt wird, unter Erhalt des gewünschten Gels. Alternativ kann das vor der Herstellung des Gels zuzuführende wasserlösliche Polymer hergestellt werden

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durch Copolymerisieren eines kationischen Monomers mit einem Teil des Acrylamids.

Die so erhaltenen immobilisierten Zellen werden in eine gewünschte Form gebracht und gewünschtenfalls einer wasserlösliche Dialdehydbehandlung, wie Glutaraldehyd, unterworfen.

Bei der Durchführung der Erfindung kann man die kationischen immobilisierten Zellen der vorerwähnten Art zu Teilchen einer geeigneten Grosse pulverisieren und in einen Reaktor oder in eine Säule vorlegen. Wenn man dann eine wässrige Lösung aus Acrylnitril mit einer Salzkonzentration von 0_f1 Gew.% oder weniger und Vorzugsweise 0,01 Gew.% oder weniger,' d.h. eine wässrige Lösung von Acrylnitril, die im wesentlichen kein Salz enthält, in Berührung mit den immobilisierten Zellen bringt, erhält man das gewünschte Acrylamid. Durch geeignete Auswahl der Menge an immobilisierten Zellen für die Verwendung bei der Umsetzung, der Konzentration an Acrylnitril und der Fliessgeschwindigkeit der wässrigen Substratlösung und dergleichen, kann man eine Umwandlung von nahezu 100 % erzielen. Um die nitrilatische Aktivität der immobilisierten Zellen während eines langen Zeitraums aufrechtzuerhalten und um die Bildung von Nebenprodukten, wie Acrylsäure, zu inhibieren, wird es bevorzugt, dass die Konzentration an Acrylnitril 5 Gew.% oder weniger beträgt, und dass die Reaktionstemperatur so niedrig wie möglich ist, innerhalb eines Bereiches bei welchem die wässrige Substratlösung nicht friert, d.h. bei etwa unmittelbar oberhalb des

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Gefrierpunktes bis etwa 10⁰C liegt, und dass der pH 7,0 bis 8,5 beträgt.

Erfindungsgemäss kann man das Verfahren durchführen, ohne dass die immobilisierten Zellen im Laufe der Umsetzung quellen, und zwar ohne Mitverwendung einer physiologischen Kochsalzlösung, einer Phosphatpufferlösung oder dergleichen, als wässrige Substratlösung. Weiterhin kann man die Enzymaktivität während eines langen Zeitraums in stabilem Zustand halten. Insbesondere bei einer kontinuierlichen Säulenumsetzung bietet das erfindungsgemässe Verfahren ausser den vorerwähnten Vorteilen den weiteren Vorteil, dass die Polymerisation des gebildeten Acrylamide (zu der im Laufe der Umsetzung eine Neigung in dem Reaktor vorliegt) vollständig vermieden werden kann und dass eine stabile Betriebsweise möglich ist.

Als abfliessende Reaktionslösung erhält man eine farblose, transparente, wässrige Lösung von Acrylamid.

Da diese wässrige Lösung des Acrylamids im wesentlichen kein Salz und nahezu keine Verunreinigungen enthält, die bei der Polymerisation von Acrylamid Nachteile ergeben würden, kann man sie so wie sie ist oder nachdem man sie konzentriert hat, als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Acrylamidpolymeren, für Flockungsmittel, als Additive bei der Papierherstellung, usw., einsetzen.

In den folgenden Beispielen sind alle Teile und Prozente auf das Gewicht bezogen. Die Konzentration an Acrylnitril, Acrylamid und Acrylsäure wurden gaschromatografisch bestimmt.

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Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1

50 Teile von gewaschenen Zellen (Trockengehalt der Zellen 20 %) vom Stamm N-774, die aerob in einem KuI-turmedium (pH 7,2), enthaltend 1 % Glukose, 0,5 % Pepton, 0,3 % Hefeextrakt und 0,3 % Malzextrakt, kultiviert worden waren, wurden mit 4,2 Teilen Acrylamid, 0,4 Teilen eines quaternären Salzes aus Methylchlorid und Dimethylaminoethylmethacrylat, 0,4 Teilen Methylenbisacrylamid und 30 Teilen 0,05M Phosphatpuffer (pH 7,5, alle nachfolgend beschriebenen Phosphatpuffer haben den gleichen pH-Wert), zur Ausbildung einer gleichmässigen Suspension vermischt. Zu dieser Suspension wurden 5 Teile einer 5 %-igen wässrigen Lösung von Dimethylaminopropionitril und 10 Teilen einer 2,5 %-igen wässrigen Lösung aus Kaliumpersulfat zugegeben und die Polymerisation wurde bei einer Temperatur von 10⁰C oder weniger während 1 Stunde durchgeführt unter Erhalt eines Zellen enthaltenden Gels. Das erhaltene voluminöse, Zellen enthaltende Gel wurde zu feinen Teilchen unter Verwendung eines Mischers pulverisiert, mit 300 Teilen eines 0,05M Phosphatpuffers und 0,5 Teilen einer 5 %-igen wässrigen Glutaraldehydlösung vermischt und dann unter Rühren der Glutaraldehydbehandlung bei 10⁰C oder weniger während 30 Minuten unterworfen. Die so hergestellten immobilisierten Zellen wurden mit Wasser gewaschen und als Probe für die Herstellung von Acrylamid aus Acrylnitril in der nachfolgend beschriebenen Weise verwendet .

10 Teile der Probe und 90 Gew.-Teile Wasser wurden

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vermischt. Zu dem Gemisch urde Acrylnitril tropfenweise absatzweise in einer Menge von 2 Teilen/Stunde unter Aufrechterhaltung eines pH von 7,5 und unter Rühren zugegeben und die Umsetzung zur Bildung von Acrylamid wurde 6 Stunden bei 10⁰C fortgesetzt. Die Umsetzung verlief nahezu quantitativ und man erhielt 110 Teile einer 14,6 %-igen wässrigen Acrylamidlösung. Nach Wiederholung der Umsetzung wurde die Restaktivität der immobilisierten Zellen bestimmt.

Zum Vergleich wurden immobilisierte Zellen unter Verwendung eines üblichen Polyacrylamids hergestellt, d.h. die fürden Vergleich verwendeten immobilisierten Zellen wurden in gleicher Weise wie oben beschrieben hergestellt, wobei jeoch 4,6 Teile Acrylamid und 0,4 Teile Methylenbisacrylamid zur Herstellung der immobilisierten Zellen verwendet wurden. Die so erhaltenen immobilisierten Zellen wurden für die gleiche Umsetzung zur Bildung von Acrylamid wie vorher angegeben,

20 herangezogen. Nach Beendigung der Umsetzung wurde

die Restaktivität der immobilisierten Zellen bestimmt.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

Die Restaktivität der immobilisierten Zellen wurde wie folgt bestimmt:

Die Probe aus immobilisierten Zellen wurde gründlich in einem Mörser zerkleinert und mit 0,1M Phosphatpuffer in eine Suspension mit einem Zellgehalt von 1 % überführt. Zu 5 ml der Suspension wurden 5 ml einer

5 %-igen wässrigen Lösung aus Acrylnitril gegeben und das Acrylnitril wurde 10 Minuten bei 10⁰C hydrolysiert unter Bildung von Acrylamid. Die Menge an gebildetem Acrylamid wurde gemessen. Die Restaktivität der immobilisierten Zellen wurde ausgedrückt durch das Verhältnis der Menge an Acrylamid nach der Reaktion zu der Menge an Acrylamid vor der Reaktion.

Tabelle 1

Anzahl der Wiederholungen · der Umsetzung	Verhältnis d Beispiel 1	sr Restaktivität (%) Vergleichsbeispiel 1
0	100	100
1	95	80
3 ·	90	55
5	85	30
7	80	0 bis 5

Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2

40 Teile immobilisierte Zellen, die wie in Beispiel 1 hergestellt wurden, also Stamm N-774, der mit einem Copolymergel aus Acrylamiddimethylaminoethylmethacrylatmethylchlorid-quaternärem Ammoniumsalz immobilisiert war, wurden in eine ummantelte Glassäule gegeben. Eine

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4 %-ige wässrige Lösung aus Acrylnitril (mit Natriumkarbonat auf pH 7,5 eingestellt) wurde am Kopf der Glassäule eingeleitet und lief bei einer Temperatur

— 1 von 5°C mit einer Raumgeschwindigkeit (SV) von 0,8 h

5 unter Durchführung der Umsetzung hindurch.

Während der Umsetzung wurde keine Quellung der immobilisierten Zellteilchen in der Glassäule festgestellt und das scheinbare Packungsvolumen veränderte sich nicht (d.h., das Volumen blieb nahezu konstant). Der Betrieb konnte während einer langen Zeit aufrechterhalten werden.

Am Boden der Glaskolonne floss eine farblose transparente wässrige Lösung von Acrylamid ab. Eine Analyse des Bodenabflusses 5 Tage nach Beginn der Umsetzung zeigte, dass sie 5,4 % Acrylamid und kein Acrylnitril enthielt.

20 Zum Vergleich wurden die gleichen immobilisierten

Zellen wie in Beispiel 1 für die gleiche Säulenreaktion wie vorher angegeben, verwendet. Kurz nach Beginn der Umsetzung begannen die immobilisierten Zellen zu quellen und der Betrieb konnte nicht mehr glatt aufrecht- erhalten werden. 5 Tage nach Beginn der Umsetzung wurde die Aktivität der gequollenen immobilisierten Zellen gemessen und es wurde festgestellt, dass sie nur noch etwa ein Zehntel der Ursprungsaktivität betrug.

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Beispiele 3 bis 8 und Vergleichsbeispiel 3

Gewaschene Zellen des Stammes N-774, hergestellt wie in Beispiel 1, wurden in gleicher Weise wie in Beispiel 1 immobilisiert, wobei jedoch anstelle von Acrylamid Dimethylaminoethylmethacrylat und Methylenbisacrylamid als Monomere für die Polymerisation verwendet wurden und die Anteile an Acrylamid und Dimethylaminoethylmethacrylat in der unten angegebenen Weise verändert wurden und man die Polymerisation unter Stickstoff durchführte.

Unter Verwendung der so hergestellten immobilisierten Zellen wurde die Umsetzung zur Herstellung von Acrylamid aus Acrylnitril in der gleichen absatzweisen Weise und unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Umsetzung wurde wiederholt und die Restaktivität wurde bestimmt. '"

Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt. Aus Tabelle 2 wird ersichtlich, dass durch die Copolymerisation mit Dimethylaminoethylmethacrylat die Enzymstabilität erhöht wird.

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Tabelle 2

	3	Beispiel 4 5	85	6	7	8	Vergleichs beispiel 3
Polymerzusammensetzung			10
für die immobilisierten			5
Zellen (%)
Acrylamid	94	90		80	70	50	95
Dimethylaniinoethylmeth- acrylat	1	5	100	15	25	45	0
Methylenbisacrylamid	5	5	95	5	5	5	5
Restaktivitätsverhält			85
nis (%)			80
Anzahl der Wiederho lungen d. Umsetzung 0	ioo	100	100	100	100	100
1	90	95	95	95	80	80
3	85	85	85	80	65	55
5	80	80	89	75	60	30

Beispiele 9 bis 14

Unter Verwendung von gewaschenen Zellen vom Stamm N-774, die wie in Beispiel 1 hergestellt worden waren, wurden immobilisierte Zellen der Polymerzusammensetzungen gemäss Tabelle 3 hergestellt. In den Beispiele 11 bis 14 wurde die Polymerisation in Gegenwart von kationischen wasserlöslichen Polymeren der nachfolgend angegebenen Art, die zuvor zur Herstellung der immobilisierten Zellen hergestellt worden waren, durchgeführt.

Unter Verwendung der so hergestellten immobilisierten Zellen wurde die absatzweise Umsetzung unter Bildung von Acrylamid aus Acrylnitril in gleicher Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt. Nach Beendigung der Umsetzung wurde die Restaktivität der jeweiligen immobilisierten Zellgele bestimmt.

Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt und aus Tabelle 3 geht hervor, dass die immobilisierten Zellen, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt wurden, eine stabile Enzymaktivität während langer Zeiten ermöglichen und zwar mit Substratlösungen, die im wesentlichen keine Salze enthalten.

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Tabelle 3

NJ I

	9	Beispiel 10 11	75	12	13	14	Vergleichs beispiel 3
Polsmerzusammensetzung der immobili			—
sierten Zellen (%)			-
Acrylamid	87	82	5	75	75	75	95
quaternäres Salz aus Methylchlorid und Dimethylethylmethacrylat	5	—	_	—	—	—	—
Dimethylaminopropylmethacrylat	-	10	20	-	-	-	-
Methylenbisacrylamid	-	-		5	5	5	5
1,S-Di-acrylamidomethyl-^-imidazoli- don	8	8		_	—	_	_
quaternäres Salz aus Methylchlorid und Dimethy.laminoethylmethacrylat- Polymer (Molgew, etwa 500 000)			-
Polymer von Dimethylaminoethylmeth acrylat (Molgew, etwa 1 000 000)	—	—	20	—	—
Copolymer aus Acrylamid und dem qua- ternären Salz aus Methylchlorid und Dimethylaminoethylmethacrylat (Mol gew, etwa 500 000)				20.
Copolymer aus Acrylamid und Dimethyl aminoethylmethacrylat (Molgew, etwa 2 000 000)	-	-	-	-	20	-

CD CO

Fortsetzung Tabelle 3

	%)	9	10	Beispiel 11 12	100	13	14	Vergleichs beispiel 3
Restaktivitätsverhältnis	O				90
Anzahl der V7iederholungen	1	100	100	100	85	100	100	100
H	3	95	95	95	80	95	90	80
Il	5	90	85	85	90	85	55
Il	80	85	85	85	85	30

Claims

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PATKNTAN WAI/i'K .¥

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · DIPL.-ING. W. EITLE . DR. RCR. NAT. K. H OFFMAN N · Dl PL.-1 N G. W. LE Il N ^

DIPL.-ING. K. IDCHSLE . DR. RFR. N ΛΤ. B. HANSEN ^

ARABELLASTRASSE 4 . D-8000 MO N C H E N 81 . TELEFON (009) 9110 87 · TE LEX 05-29619 (PATHE)

35 411 o/wa

NITTO CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD., TOKYO / JAPAN

Verfahren zur Herstellung von Acrylamid unter Verwendung von immobilisierten Zellen

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Herstellung von Acrylamid aus Acrylnitril in einem wässrigen Medium, enthaltend im wesentlichen kein Salz, durch Wirkung eines Mikroorga nismus mit nitrilatischer Aktivität,'dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroorganismus unter Verwendung eines kationischen auf Acrylamid aufgebauten Polymergel immobilisiert wird.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass immobilisierte Mikroorganis muszellen hergestellt werden durch Polymerisieren eines Gemisches aus Acrylamid, eines kationischen ethylenisch ungesättigten mit Acrylamid copolymerisierbaren Monomeren und eines wasserlöslichen

Vernetzungsmonomers in einer wässrigen Suspension des Mikroorganismus mit nitrilatischer Aktivität.
3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die immobilisierten Mikroorganismuszellen hergestellt werden durch Polymerisieren eines Gemisches aus Acrylamid und eines wasserlöslichen Vernetzungsmonomers, oder einer Mischung aus Acrylamid, einem kationischen ethylenisch ungesättigten mit Acrylamid copolymerisierbaren Monomers, einem wasserlöslichen Vernetzungsmonomer in einer wässrigen Suspension des Mikroorganismus mit nitrilatischer Aktivität in Gegenwart eines wasserlöslichen kationischen Polymers.
4. Verfahren gemäss Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet _t dass das kationische ethylenisch ungesättigte, mit Acrylamid copolymerisierbare Monomer wenigstens ein Monomer,ausgewählt aus der Gruppe Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminopropylmethacrylamid, Diethylaminopropylmethacrylamid und quaternären Ammoniumsalzen davon, ist.
5. Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche kationische Polymer wenigstens ein Polymer aus der Gruppe Homopolymere von Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminopropylmethacrylamid, Diethylaminopropy!methacrylamid und quaternären Salzen davon, oder Copolymeren aus einem

oder mehreren der genannten Monomeren mit Acrylamid ist.
6. Verfahren gemäss Ansprüchen 2 oder 3, dadurch 5 gekennzeichnet, dass das in dem

immobilisiertem Mikroorganismen enthaltendem Gel enthaltene Polymer aus 50 bis 95 Gew.% Acrylamid, 1 bis 50 Gew.% des kationischen Monomers und 0,1 bis 20 Gew.% des Vernetzungsmonomers, bezogen auf das Gesamtgewicht der drei Monomeren, besteht.
7. Verfahren gemäss Ansprüchen 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , dass der Mikroorganismusgehalt in dem immobilisiertenMikroorganismus

15 enthaltendem Gel 0,1 bis 50 Gew.% ist.
8. Verfahren gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass der Mikroorganismusgehalt in dem immobilisierten Mikroorganismus enthaltendem

20 Gel 1 bis 20 Gew.% beträgt.
9. Verfahren gemäss Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , dass das Verfahren bei einem pH von 5 bis 10, und einer Temperatur

25 von 0 bis 30⁰C durchgeführt wird.
10. Verfahren gemäss Ansprüchen 2 oder 3, dadurch

gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem pH von 6 bis 8 und einer Temperatur von 0 bis 15°C durchgeführt wird.

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