EP1645907A1 - Proteinbeschichtete Träger und deren Herstellung - Google Patents

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EP1645907A1
EP1645907A1 EP04023979A EP04023979A EP1645907A1 EP 1645907 A1 EP1645907 A1 EP 1645907A1 EP 04023979 A EP04023979 A EP 04023979A EP 04023979 A EP04023979 A EP 04023979A EP 1645907 A1 EP1645907 A1 EP 1645907A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
protein
transglutaminase
proteins
crosslinking
gelatin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04023979A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Dr. Reiner
Ralf Dr. Pasternack
Jens Dr. Zotzel
Jens Otterbach-Noä
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
N Zyme Biotec GmbH
Original Assignee
N Zyme Biotec GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by N Zyme Biotec GmbH filed Critical N Zyme Biotec GmbH
Priority to EP04023979A priority Critical patent/EP1645907A1/de
Publication of EP1645907A1 publication Critical patent/EP1645907A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03C—PHOTOSENSITIVE MATERIALS FOR PHOTOGRAPHIC PURPOSES; PHOTOGRAPHIC PROCESSES, e.g. CINE, X-RAY, COLOUR, STEREO-PHOTOGRAPHIC PROCESSES; AUXILIARY PROCESSES IN PHOTOGRAPHY
    • G03C1/00—Photosensitive materials
    • G03C1/005—Silver halide emulsions; Preparation thereof; Physical treatment thereof; Incorporation of additives therein
    • G03C1/04—Silver halide emulsions; Preparation thereof; Physical treatment thereof; Incorporation of additives therein with macromolecular additives; with layer-forming substances
    • G03C1/047—Proteins, e.g. gelatine derivatives; Hydrolysis or extraction products of proteins
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03C—PHOTOSENSITIVE MATERIALS FOR PHOTOGRAPHIC PURPOSES; PHOTOGRAPHIC PROCESSES, e.g. CINE, X-RAY, COLOUR, STEREO-PHOTOGRAPHIC PROCESSES; AUXILIARY PROCESSES IN PHOTOGRAPHY
    • G03C1/00—Photosensitive materials
    • G03C1/005—Silver halide emulsions; Preparation thereof; Physical treatment thereof; Incorporation of additives therein
    • G03C1/06—Silver halide emulsions; Preparation thereof; Physical treatment thereof; Incorporation of additives therein with non-macromolecular additives
    • G03C1/30—Hardeners
    • G03C1/307—Macromolecular substances
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03C—PHOTOSENSITIVE MATERIALS FOR PHOTOGRAPHIC PURPOSES; PHOTOGRAPHIC PROCESSES, e.g. CINE, X-RAY, COLOUR, STEREO-PHOTOGRAPHIC PROCESSES; AUXILIARY PROCESSES IN PHOTOGRAPHY
    • G03C2200/00—Details
    • G03C2200/20—Colour paper

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a protein-containing layer on a flat carrier and to a carrier produced in this way.
  • crosslinking of proteins takes place by means of chemical reagents.
  • US Patent Application (US20030219486A1), for example, describes the production of proteinogenic networks from ⁇ -keratin by means of chemical heterologous crosslinking reagents.
  • Many chemical crosslinkers such as carbodiimides, glutaraldehyde or formaldehyde, are toxic and / or suspected to be carcinogenic.
  • polymers such as proteins, or peptides can be enzymatically crosslinked. Enzymatic cross-linking methods are non-toxic and run under mild conditions.
  • casein Coated papers are still made today with casein as a binder. Proteins such as casein have the advantage over the widely used synthetic polymers that they are soluble, as some synthetic thermoplastics, but can not be melted and not sticky even at high temperature. In coatings with casein together with starch derivatives label papers are obtained, which are glued after moistening. Casein can be substituted by soy proteins in many applications, including paper coating.
  • coated i. protein-coated papers with crosslinking agents added, usually formaldehyde, glutaraldehyde, glyoxal, etc.
  • crosslinking agents usually formaldehyde, glutaraldehyde, glyoxal, etc.
  • the water-soluble excipients such as polyvinyl alcohol, starch, casein, soy proteins and gelatin are crosslinked.
  • a high degree of crosslinking is possible with binders which have numerous amino or hydroxyl groups.
  • Newer papers are also coated with receiving layers made of a pigmented, microporous material.
  • gelatin mainly gelatin
  • Gelatine is the basis for films, photo paper, repro, X-ray films or movie material.
  • Photographic papers consist of a protective layer of gelatin.
  • the underlying emulsion layers also consist of gelatin in which photosensitive silver halide microcrystals are embedded.
  • the gelatin prevents the clumping of the crystals and thus ensures an even distribution.
  • the emulsion layers are carried by the support.
  • a final layer (antihalation layer) consists of colored gelatin. It prevents the reflection of the striking light.
  • gelatin layers For the modification of the gelatin layers, e.g. against fogging or desensitization by metal contaminants, a large number of chemicals have been proposed in the literature, and especially in the patent literature (U.S. Patent 4,269,927, R.E. Atwell). Also in photo papers and photo films, the gelatin layers are chemically crosslinked to increase stability.
  • polyethylene, polypropylene, polyester and amide films can be coated with proteins to alter the surface properties of these synthetic, rather hydrophobic surfaces. It will not only greatly increases the hydrophilicity and thus also reduces the electrostatic charge, but also the writability, printability (with inkjet printer, etc.), the moisture absorption, the gloss and the tactile properties are changed.
  • the photographic papers described above are PE coated so that the application of the protein gel to these papers is similar to the application to a continuous polymer film.
  • the protein coating may be advantageous, in particular with regard to skin tolerance, mucosal compatibility, wound compatibility, secretion absorption, etc. Again, as in all applications described above, in most cases, the cross-linking of proteins is an important step.
  • Proteins especially gelatine, collagen, casein, cereal proteins, milk proteins and soya proteins are suitable for the coating of flat materials (papers, films, fabrics, fleece, etc.) for several reasons, the surface properties such as hydrophilicity, writing, printability, etc. Coatability and functionalities in the protein matrix, such as photographic emulsions and dyes, etc., can be altered or introduced.
  • a disadvantage is the weak mechanical stability of these protein layers, which can lead to the dissolution of the protein layer, which is why it usually has to be crosslinked.
  • chemicals which crosslink proteins are toxicologically questionable precisely because of this property.
  • transglutaminases find numerous uses in the cross-linking of meat, fish, cheese, milk, whey proteins, soy proteins, and wheat proteins to achieve improved structure, viscosity, or altered sensory properties (Yokoyama et al ., Appl. Microbiol. Biotechnol., 64, 447-454 (2004)).
  • transglutaminases with dietary proteins is suitable for the production of gels.
  • DE 10141166 A1 (EP 1418818 A1) describes a process for the preparation of transglutaminase-crosslinked proteins of plant origin and protein gels.
  • the use of these protein gels is seen in the food industry, for example in the production of sausages, desserts, desserts and ice creams.
  • transglutaminase-catalyzed crosslinking of dairy proteins and zein hydrolysates corn it was possible to produce edible films.
  • the transglutaminase-crosslinked proteins contained similar water vapor permeabilities as uncrosslinked films, but exhibited improved flexibility, which reduced the addition of plasticizers (Jun-Hyun Oh et al ., Int. J. Food Science and Technol., 39, 287-294).
  • Transglutaminases protein glutamine: amine ⁇ -glutamyltransferase, E.C. 2.3.2.13 specifically catalyze the construction of stable cross-bridges between proteins.
  • the Y-carboxyamide function of glutamine side chains is transferred to the ⁇ -amino group of lysine residues with liberation of ammonium ions (Folk and Finlayson, Adv. Protein Chem. 31, 1-133 (1977)).
  • the formed isopeptide bond also withstands hydrolysis by proteases and is physiologically cleaved only after complete degradation of the proteins by the ⁇ -glutamylamine cyclotransferase and by the ⁇ -glutamyltransferase (Fink et al ., Proc. Natl. Acad Sci. 4564-4568 (1980), Seguro et al ., J. Agric. Food Chem. 43; 1977-1981 (1995)).
  • the microbial transglutaminase from the non-pathogenic Streptomyces mobaraensis is particularly suitable.
  • the Food and Drug Administration (FDA) has designated these transglutaminase preparations as GRAS (GRN 000095).
  • GRAS GRAS
  • An advantage of the microbial transglutaminase is that the enzyme does not require calcium ions for the reaction. The broad substrate spectrum and the higher reaction rates predestine the enzyme for industrial applications.
  • the present invention was based on the technical problem of providing a process which is as economical and economical as possible with which the stability of protein-coated carriers can be improved and their physical property can be changed. In particular, it is necessary to provide a method which can change the physical properties of the proteinaceous layer contained in the production of photographic papers.
  • This problem is solved according to the invention by a method for producing a carrier with a protein-containing layer applied thereto, wherein the protein is cross-linked before, during and / or after application to the carrier with the aid of a transglutaminase.
  • a method for producing a carrier with a protein-containing layer applied thereto wherein the protein is cross-linked before, during and / or after application to the carrier with the aid of a transglutaminase.
  • injection papers and photographic papers having improved properties can be produced in this way.
  • the crosslinking of the protein can thus be brought about at different times in the production process. If the protein is crosslinked with transglutaminase before it is applied to the carrier, it must be ensured during the process that the protein or protein-containing solution still remains sufficiently fluid (pourable) to be applied to the carrier as homogeneously as possible , If the transglutaminase is not added to the carrier until it has been provided with the protein-containing layer, an asymmetrical formation of the degree of crosslinking in the protein-containing layer can occur. In this case, the surface of the protein-containing layer is usually more crosslinked than the side facing the wearer. Conversely, application of the enzyme to the support prior to protein coating results in a highly crosslinked bottom open structure.
  • microbial transglutaminases are advantageous as crosslinking enzyme, since they are frequently Ca 2+-independent , which is advantageous for the process.
  • the transglutaminase is derived from a streptomycete, with the enzyme from Streptomyces mobaraensis being particularly preferred.
  • the transglutaminase is used in an activity such that there is 0.01 to 150 units per ml of protein solution.
  • these enzyme activities a sufficiently rapid crosslinking is achieved, whereby the crosslinking reaction remains easily controllable.
  • the protein is crosslinked only after application of the protein-containing layer by means of transglutaminase.
  • This procedure allows asymmetric crosslinking within the proteinaceous layer.
  • An advantage of this asymmetry lies in the fact that the desired properties of the entire protein-containing layer are not changed by the crosslinking reactions taking place only on the surface. The localized crosslinking of the protein layer on the surface thus has no negative impact on the desired properties of the protein layer as such.
  • a plurality of protein-containing layers are applied to the carrier, wherein the different layers can have either the same or an altered protein composition and the same or different enzyme crosslinks. Due to the layer structure and different addition of the enzyme in or between the layers, the properties of the layers produced can be varied in many ways.
  • the protein to be cross-linked is selected from gelatin, collagen, soy proteins, milk proteins, corn proteins, cereal proteins, myosin, fibrinogen, fibrin, fibronectin, elastin and mixtures and hydrolysates thereof.
  • the protein contains the amino acid residues of lysine and glutamine in a certain ratio. It is focused on the enzymatic reaction accessible lysine or glutamine residues. Hidden inside the protein lysine or glutamine residues are not accessible to the enzymatic reaction and thus can not lead to crosslinking of the protein.
  • the enzymatic reaction accessible ratio of lysine to glutamine is preferably between 0.8 and 1.2, most preferably between 0.9 and 1.1. This ratio allows the formation of particularly stable crosslinking products.
  • the number of enzyme-accessible groups can be adjusted as required by selecting the concentration of the protein, the pH, the salt concentration, the buffer composition, the presence of chaotropic and / or surface-active substances. The determination of the enzymatically accessible groups under the respective conditions can, as listed under Example 8, are determined.
  • the enzymatic crosslinking reaction can be controlled and also stopped by a pH increase or decrease, an increase in temperature, addition of inhibitors (for example Cu 2+ ) and the other processes known to the skilled worker for the inhibition of enzyme activities.
  • inhibitors for example Cu 2+
  • the protein-containing layer is formed such that it more natural and / or synthetic polymers are added, so that after enzymatic crosslinking of the protein, an interpenetrating network of protein and further polymer is formed.
  • the crosslinking of the protein with the transglutaminase is carried out at a temperature between 0 ° C and 65 ° C, preferably at a temperature between 30 ° C and 65 ° C.
  • the pH during the crosslinking reaction is adjusted to a value of 4 to 9, preferably 5 to 8.
  • a protein solution is used for producing the protein-containing layer, in which the protein is present in an amount of 0.05% by weight to 30% by weight.
  • microcapsules as well as the other soluble and insoluble added substances, may contain groups suitable for covalent bond crosslinking, such as lysine and glutamine. In such variants, the crosslinking of these added substances / microcapsules takes place simultaneously with the crosslinking of the protein.
  • functional substances selected from dyes, pigments, flavorings, active ingredients, plasticizers, magnetic materials, emulsifiers, antistatic agents, magnetic materials, metals and metal salts are introduced into the protein layer.
  • the choice of substances depends on the desired properties of the carrier to be produced.
  • silver halides are added to the proteinaceous layer. This addition is particularly important in the production of photographic papers.
  • microcapsules may also be added to the protein-containing layer, which may contain different "active substances" depending on the application.
  • active substances for example, incorporated active substances having a stabilizing effect on the packaged good or for protection against penetrating substances (especially oxygen) are advantageous for food packaging.
  • cosmetically and medically active substances may be introduced.
  • a person skilled in the art is familiar with the selection of encapsulation methods and encapsulated active substances from the extensive specialist and patent literature.
  • the protein-containing layer in the carrier according to the invention is characterized by increased stability and mechanical strength.
  • the carrier according to the invention is particularly suitable for the production of the injection paper and photographic papers.
  • the present invention permits crosslinking of the protein / protein mixture or mixture of proteins with synthetic polymers under mild conditions, at economical competitive costs and without additional process steps.
  • a biocatalyst / enzyme from the class of transglutaminases preferably microbial, Ca 2+ -independent transglutaminases, in particular transglutaminase (TGase) from Streptomycetes, especially S. mobaraensis
  • TGase transglutaminase
  • the degree of crosslinking is controlled not only by the amount of the enzyme and the conditions of the enzyme action, but also by the selection of the protein / protein mixture used.
  • the enzymatic crosslinking according to the invention can also be combined with the additional addition of enzymes to the casting solution, in order to increase their viscosity in advance, but controlled.
  • the enzymatic crosslinking can be combined with known chemical crosslinking methods.
  • the protein-containing layer either contains only proteins (or protein hydrolysates) or additionally contains natural or synthetic polymers or various additives for the purpose of changing the physical properties, the filling of surface unevenness, the application of a continuous layer and their functionalization.
  • the process also makes it possible to subsequently modify or functionalize surfaces of coatings.
  • transglutaminase-catalyzed reaction compounds with glutamine and lysine residues can be covalently applied to the coating, wherein at the same time the crosslinking of the protein phase takes place.
  • transglutaminase-crosslinked gelatin gels show a comparable swelling behavior to that of untreated gelatin gels.
  • the crosslinking of the proteins according to the invention therefore makes it possible to stabilize the gels without negatively influencing the desired property of swelling the coated papers.
  • Transglutaminase cross-linked gelatin absorbs the same amount of water as untreated gelatin, since the transglutaminase stabilizes the swollen state. The swelling of the gelatin is therefore guaranteed, i. Photographic reagents such as fixer, developer and stabilizer can penetrate the layers and also be removed by washing.
  • the coating of the papers with several layers of different composition and different enzyme addition can be positively influenced by the crosslinking potential of the transglutaminase.
  • Both the protective layer and all other protein layers, e.g. the dye-receiving layer can be modified by the use of transglutaminase.
  • the enzymatic reaction makes it possible to selectively produce natural and synthetic protein mixtures or to incorporate functional groups in them. By incorporating charged groups into the protein mixture, the net charge can be changed, thereby adjusting the optimal bond between the printed ink and the receiving layer.
  • Transglutaminase technology can be used in paper coatings with natural binders such as e.g. Starch, casein, soy protein, corn, cereals and with any pigment system (e.g., kaolin, calcium carbonate, talc, titanium dioxide, silica).
  • natural binders such as e.g. Starch, casein, soy protein, corn, cereals and with any pigment system (e.g., kaolin, calcium carbonate, talc, titanium dioxide, silica).
  • Gelatin (5%, w / w) was spiked with 0-5%, (w / w) of other protein wheat gluten from Sigma, Supro 760 from DuPont and SWP 500 from Tate Lyle.
  • the reaction mixtures were incubated at 50.degree.
  • the crosslinking reaction was started by adding 10 U of transglutaminase per g of gelatin. Over a period of 4 hours, the time at which gelatin and gelatin protein mixtures formed gels due to the transglutaminase crosslinking reaction was determined.
  • the addition of ⁇ 1% gluten, Supro 760 and SWP to a 5% gelatin solution led to a shortened gelation time by a transglutaminase-catalyzed reaction. After incubation for 30 min at 50 ° C., the protein mixtures were present as gel, whereas the reference samples with transglutaminase without gluten, soy or SWP were still liquid after 30 min.
  • Transglutaminase crosslinked layers had increased tensile strength and improved stretchability.
  • a 10% (w / w) gelatin sol. ( ⁇ 200 bloom, 3% (w / w) glycerol, 20 ml) with 10 U transglutaminase per g of gelatin was after a incubation period of 10 min at 37 ° C with a squeegee on a support material consisting of paper (230 g / m 2 , woodfree white).
  • a support material consisting of paper (230 g / m 2 , woodfree white).
  • the paper coating was carried out with gelatin without transglutaminase.
  • the coated papers were dried at 20 ° C for 72 h.
  • Gelatin layers (12% (w / w), jelly strength: ⁇ 200 bloom, 5 cm x 3 cm x 1 mm) on PE support were coated with 0.5 U transglutaminase (5 U / ml, dissolved in distilled water) , Reference films were treated accordingly with distilled water. The incubation of the films was carried out at 37 ° C for 12 h at a relative humidity of 100%. The gelatin layer coated with distilled water dissolved in 0.1 M HCl after 5-10 minutes. In the case of the transglutaminase-treated layer, a gelatin layer of about 0.1 mm was still detectable after 60 minutes. Since the transglutaminase does not penetrate the entire gelatin layer, crosslinking does not take place over the entire film cross-section.
  • Transglutaminase cross-linked gelatin layers (10% w / w), 10 U transglutaminase per g gelatin ⁇ 200 bloom, pH 5.3) and transglutaminase cross-linked gelatin soybean layers (10% w / w), 10 U transglutaminase per g gelatin ⁇ 200 bloom with 1% Supro 760, pH 5.3) were incubated on either side with either 10 mM dabsylcadaverine or 10 mM Z-QG-CAD-Dabsyl each in 50 mM sodium phosphate buffer pH 6.0 with transglutaminase (10 U / ml). For reference, the dye without transglutaminase was applied to the gelatin layer.
  • the layers were then incubated for 1 h at 37 ° C. To remove the adhesively bound dyes, the layers were washed for 2 h in a DMSO solution (75% (w / w) DMSO in 50 mM sodium phosphate buffer pH 6.0 with 0.5 M NaCl).
  • Transglutaminase catalyzed incorporation of Z-QG-CAD-Dabsyl onto the surface of a transglutaminase crosslinked gelatin layer yielded a colored film. Obviously, uncrosslinked lysine amino acid residues are still present on the surface of an already enzyme-treated gelatin layer.
  • Dabsylcadaverine could no longer be enzymatically coupled to the surface of the gelatin layer. All available glutamine residues were already consumed. In contrast, the addition of 1% (w / w) soy protein to the gelatin (gelatin-soy layer) allows the transglutaminase-catalyzed coupling of the dye dabsylcadaverine to the surface of the layer. Reference layers which had only taken up the dye without transglutaminase could be completely decolorized by washing the gels with DMSO.
  • alpha-lactalbumin (type I, from Sigma) in 50 mM Tris-HCl, pH 7.0, was treated with FAM-DAH (fluorescein-diaminohexane) or Z-QG-DAH-FAM and 0.5 U / ml transglutaminase for 1 h incubated at 37 ° C.
  • FAM-DAH fluorescein-diaminohexane
  • Z-QG-DAH-FAM Z-QG-DAH-FAM

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Trägers mit einer darauf aufgebrachten proteinhaltigen Schicht sowie einen entsprechend hergestellten Träger. Dabei wird eine proteinhaltige Schicht mit einer Transglutaminase behandelt, so dass es zur Vemetzung von Protein der proteinhaltigen Schicht kommt. Dies führt unter anderem zu einer höheren mechanischen Beanspruchbarkeit der proteinhaltigen Schicht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer proteinhaltigen Schicht auf einem flächigen Träger sowie einen so hergestellten Träger.
  • Werkstoffe wie Papier, Vlies, gewirktes und gewebtes Material, Folien usw., werden mit verschiedenen Zielen beschichtet: Sowohl für die Veränderung der Oberflächenphysik, das Ausgleichen von Flächenunebenheiten, das Aufbringen einer durchgehenden Schicht wie auch das Beschichten mit dem Ziel des Aufbringens von Funktionen, welche in die Beschichtung(en) eingebettet sind. Die so hergestellten Produkte besitzen interessante technologische, aber auch ökologische Eigenschaften.
  • Aufgrund der hohen Ansprüche von Industrie und Anwender ist die kostengünstige, effiziente, haltbare und funktionale, sowie ökologisch optimierte Beschichtung von Trägern, insbesondere flächigen Trägern, besonders von Papier von hoher und sich ändernder Bedeutung. Dabei dient die Beschichtung mit Proteinen einmal
    • der Schaffung einer gleichmäßigen, gut weiterverarbeitbaren (z.B. dessen Bedrucken, Aufbringen von weiteren Schichten, wie Kleber usw.) optisch oder auch haptisch ansprechenden Oberfläche und des weiteren
    • der Funktionalisierung der Oberfläche z.B. durch Einbringen von Funktionen in die Beschichtung, wofür fotografische Papiere das beste und anspruchvollste Beispiel sind.
  • Dabei wird oft durch die Vernetzung von Bestandteilen der Beschichtungen, z. B. bei der Herstellung von Gelen bzw. Filmen, deren Eigenschaftsprofil verbessert.
  • Nach dem Stand der Technik finden Vernetzungen von Proteinen mittels chemischer Reagenzien statt. US-Patentanmeldung (US20030219486A1) beschreibt zum Beispiel die Herstellung proteinogener Netzwerke aus α-Keratin mittels chemischer heterologer Vernetzungsreagenzien. Viele chemische Vernetzer, wie z.B. Carbodiimide, Glutaraldehyd oder Formaldehyd, sind giftig und/oder stehen im Verdacht krebserregend zu sein.
  • Alternativ zur chemischen Vernetzung können Polymere, wie Proteine, oder Peptide enzymatisch vernetzt werden. Enzymatische Vernetzungsmethoden sind ungiftig und verlaufen unter milden Bedingungen.
  • Gestrichene Papiere werden auch heute noch mit Casein als Binder hergestellt. Proteine, wie Casein haben gegenüber den vielfach verwendeten synthetischen Polymeren den Vorteil, dass sie zwar löslich sind, wie manche synthetische Thermoplaste, aber nicht aufgeschmolzen werden können und auch bei hoher Temperatur nicht klebrig werden. Bei Beschichtungen mit Casein zusammen mit Stärkederivaten werden Etikettenpapiere erhalten, welche nach Befeuchten verklebbar sind. Casein kann bei vielen Anwendungen, so auch bei der Beschichtung von Papieren, durch Sojaproteine substituiert werden.
  • Zur Verfestigung der Strichoberfläche und der Wasserfestigkeit werden gestrichene, d.h. proteinbeschichtete Papiere mit Vernetzungsmitteln versetzt, meist Formaldehyd, Glutaraldehyd, Glyoxal usw. Hierbei werden die wasserlöslichen Hilfsstoffe wie Polyvinylalkohol, Stärke, Casein, Sojaproteine und Gelatine vernetzt. Ein hoher Vernetzungsgrad ist bei Bindemitteln möglich, die zahlreiche Amino- bzw. Hydroxylgruppen aufweisen.
  • Polymerbeschichtungen von Papieren mit Gelatine sowie Proteinmischungen oder synthetischen Polymeren gehören zu den sogenannten "quellbaren" Papieren. Die aufgetragene Tinte wird von der Farbempfangsschicht dieser Papiere im gequollenen Zustand aufgenommen. Nach dem Trockenen ziehen sich die Schichten wieder zusammen, die Farbpartikel werden eingeschlossen und dadurch versiegelt, wodurch sie größtenteils von den Einflüssen von Luft, Verschmutzung und Fingerabdrücken geschützt sind und eine lange Haltbarkeit erzielt wird. Die Aufnahme der Tinte im definierten Bereich bei bestrichenen Papieren führt zu brillanten Farben und klaren Formen mit höchster fotografischer Qualität
  • Die langsame Tintenaufnahme bei den "quellbaren" Papieren führt zu längeren Trocknungszeiten und daher zur Gefahr des Verschmierens - besonders wenn mehrere Blätter frühzeitig aufeinander gelegt werden. Neuere Papiere sind auch mit Empfangsschichten beschichtet, die aus einem pigmentierten, mikroporösen Material bestehen.
  • Der Einsatz von Proteinen, hauptsächlich der Gelatine, ermöglichte erst die moderne Fotografie. Gelatine ist Grundlage für Filme, Fotopapier, Repro, Röntgenfilme oder auch Kinofilmmaterialien. Fotografische Papiere bestehen aus einer Schutzschicht, aus Gelatine.
  • Die darunter liegenden Emulsionsschichten bestehen ebenfalls aus Gelatine, in die lichtempfindliche Silberhalogenid-mikrokristalle eingebettet sind. Die Gelatine verhindert das Zusammenklumpen der Kristalle und sorgt so für eine gleichmäßige Verteilung. Die Emulsionsschichten werden vom Schichtträger getragen. Eine abschließende Schicht (Lichthofschutzschicht) besteht aus eingefärbter Gelatine. Sie verhindert die Reflexion des auffallenden Lichtes.
  • Für die Modifikation der Gelatineschichten, z.B. gegen Schleierbildung oder Desensibilisierung durch Metallkontaminationen, sind eine große Anzahl von Chemikalien in der Literatur, und besonders in der Patentliteratur, vorgeschlagen worden (U.S. Patent 4,269,927; R. E. Atwell). Auch bei Fotopapieren und Fotofilmen werden die Gelatineschichten zur Erhöhung der Stabilität chemisch vernetzt.
  • In dem US-Patent 5,834,232 von P. D. Bishop und G. Lasser wird darauf verwiesen, dass die Vernetzung von Proteingelen auch bei der Beschichtung von Papieren (Gelatine) mittels eines humanen Enzyms (FXIII) erreicht werden kann. Das Verfahren ist jedoch wegen des sehr hohen Preises dieses Enzyms und wegen seiner Abhängigkeit von Ca2+-lonen kaum wirtschaftlich.
  • Ähnlich wie oben beschrieben, können Polyethylen, Polypropylen, Polyester- und Amidfolien mit Proteinen beschichtet werden, um die Oberflächeneigenschaften dieser synthetischen, eher hydrophoben Oberflächen zu verändern. Dabei wird nicht nur die Hydrophilie stark erhöht und damit auch die elektrostatische Aufladung verringert, sondern auch die Beschreibbarkeit, Bedruckbarkeit (mit Tintenstrahldrucker usw.), die Feuchtigkeitsaufnahme, der Glanz und die taktilen Eigenschaften werden verändert. Die oben beschriebenen fotografischen Papiere sind PEbeschichtet, so dass der Auftrag des Proteingels bei diesen Papieren auf ähnliche Weise erfolgt wie der Auftrag auf eine durchgängige Polymerfolie.
  • Besonders bei Einmalprodukten in der Medizin oder Kosmetik kann die Proteinbeschichtung von Vorteil sein, insbesondere bezüglich Hautverträglichkeit, Schleimhautverträglichkeit, Wundverträglichkeit, Sekretabsorption usw. Auch hier, wie in allen vorab beschriebenen Anwendungen, ist in den meisten Fällen die Vernetzung der Proteine ein wichtiger Schritt.
  • Proteine, vor allem Gelatine, Kollagen, Casein, Getreideproteine, Milchproteine und Sojaproteine eignen sich aus mehreren Gründen für die Beschichtung von flächigen Materialien (Papiere, Folien, Gewebe, Vlies usw.), wobei die Oberflächeneigenschaften wie Hydrophilie, Beschreib-, Bedruckbarkeit, weitere Beschichtbarkeit und Funktionalitäten in der Proteinmatrix, wie fotografische Emulsionen und Farbstoffe, usw. verändert bzw. eingeführt werden können. Nachteilig ist die schwache mechanische Stabilität dieser Proteinschichten, die zur Auflösung der Proteinschicht führen kann, weshalb meist vernetzt werden muss. Chemikalien, welche Proteine vernetzen, sind jedoch gerade wegen dieser Eigenschaft toxikologisch bedenklich.
  • Im Nahrungsmittelbereich finden Transglutaminasen zahlreiche Anwendungen in der Vernetzung von Fleisch-, Fisch-, Käse-, Milch-, Molkeproteinen, Sojaproteinen und Weizenproteinen zur Erreichung einer verbesserten Struktur, einer höheren Viskosität oder veränderter sensorischer Eigenschaften (Yokoyama et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. 64, 447-454 (2004)).
  • Aus der Literatur ist bekannt, dass der Einsatz von Transglutaminasen mit Nahrungsproteinen zur Herstellung von Gelen geeignet ist.
  • Die DE 10141166 A1 (EP 1418818 A1) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Transglutaminase-vernetzten Proteinen pflanzlicher Herkunft und Proteingelen. Die Verwendung dieser Proteingele wird im Lebensmittelbereich gesehen, beispielsweise bei der Herstellung von Wurstwaren, Desserts, Süßspeisen und Eiscremes.
  • Mittels Transglutaminase-katalysierter Vernetzung von Molkereiproteinen und Zein-Hydrolysaten (Mais) gelang es essbare Folien herzustellen. Die Transglutaminase-vernetzten Proteine enthielten ähnliche Wasserdampf-Permeabilitäten wie unvernetzte Filme, wiesen aber eine verbesserte Flexibilität auf, wodurch die Zugabe von Weichmachern reduziert werden konnte (Jun-Hyun Oh et al., Int. J. Food Science and Technol., 39, 287-294).
  • Transglutaminasen (Protein-Glutamin: Amin-γ-glutamyltransferase; E.C. 2.3.2.13) katalysieren spezifisch den Aufbau stabiler Querbrücken zwischen Proteinen. Dabei wird die Y-Carboxyamidfunktion von Glutaminseitenketten unter Freisetzung von Ammoniumionen auf die ε-Aminogruppe von Lysinresten übertragen (Folk and Finlayson, Adv. Protein Chem. 31, 1-133 (1977)).
  • Die gebildete Isopeptidbindung hält auch einer Hydrolyse durch Proteasen stand und wird physiologisch erst nach vollständigem Abbau der Proteine durch die γ-Glutamylamin-Cyclotransferase und durch die γ-Glutamyltransferase gespalten (Fink et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77, 4564-4568 (1980), Seguro et al.; J. Agric. Food Chem. 43; 1977-1981 (1995)).
  • Für technische Anwendungen eignet sich vor allem die mikrobielle Transglutaminase vom nicht-pathogenen Streptomyces mobaraensis. Die "Food and Drug Administration" (FDA) hat diese Transglutaminase-Präparationen als GRAS bezeichnet (GRN 000095). Ein Vorteil der mikrobiellen Transglutaminase besteht darin, dass das Enzym für die Reaktion keine Calziumionen benötigt. Das breite Substratspektrum sowie die höheren Reaktionsraten prädestinieren das Enzym für industrielle Anwendungen.
  • Die Vernetzung von Proteinen oder Peptiden zur Viskositätserhöhung und Verfestigung mit Transglutaminase, besonders mit mikrobieller Transglutaminase, wie von S. mobaraensis, ist vielfältig beschrieben und angewendet worden.
  • Bei der Vernetzung von dünnen Beschichtungen auf flächigen Trägern treten jedoch Probleme auf, welche bislang nicht gelöst sind.
  • Der vorliegenden Erfindung lag das technische Problem zugrunde, ein möglichst ökonomisches und wirtschaftliches Verfahren anzugeben, mit dem die Stabilität von proteinbeschichteten Trägern verbessert und deren physikalische Eigenschaft verändert werden kann. Insbesondere gilt es ein Verfahren anzugeben, das bei der Herstellung fotografischer Papiere die physikalischen Eigenschaften der enthaltenen proteinhaltigen Schicht verändern kann.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Trägers mit einer darauf aufgebrachten proteinhaltigen Schicht, wobei das Protein vor, während und/oder nach dem Aufbringen auf den Träger mit Hilfe einer Transglutaminase vernetzt wird. Auf diese Weise lassen sich insbesondere Injektpapiere und fotografische Papiere mit verbesserten Eigenschaften herstellen.
  • Die Vernetzung des Proteins kann somit zu verschiedenen Zeitpunkten des Herstellungsprozesses herbeigeführt werden. Wird das Protein vor dessen Aufbringen auf den Träger mit Transglutaminase zur Vernetzung umgesetzt, ist bei der Prozessführung darauf zu achten, dass das Protein bzw. die proteinhaltige Lösung noch ausreichend flüssig (gießfähig) bleibt, um als möglichst homogene Schicht auf den Träger aufgebracht zu werden. Wird die Transglutaminase dem Träger erst zugeführt, nachdem er mit der proteinhaltigen Schicht versehen worden ist, kann es zu einer asymmetrischen Ausbildung des Vernetzungsgrades in der proteinhaltigen Schicht kommen. Dabei ist die Oberfläche der proteinhaltigen Schicht in der Regel stärker vernetzt als die dem Träger zugewendete Seite. Umgekehrt führt das Aufbringen des Enzyms auf den Träger vor der Proteinbeschichtung zu einer unten stark vernetzten und oben offenen Struktur.
  • Als Enzym für die Vernetzung sind insbesondere mikrobielle Transglutaminasen von Vorteil, da diese häufig Ca2+ unabhängig sind, was für die Verfahrensführung von Vorteil ist.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stammt die Transglutaminase aus einem Streptomyceten, wobei das Enzym aus Streptomyces mobaraensis besonders bevorzugt ist.
  • Vorzugsweise wird die Transglutaminase in einer Aktivität eingesetzt, so dass 0,01 bis 150 Einheiten pro ml Proteinlösung vorliegen. Bei diesen Enzymaktivitäten wird eine ausreichend rasche Vernetzung erzielt, wobei die Vernetzungsreaktion gut kontrollierbar bleibt.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Protein erst nach Aufbringen der proteinhaltigen Schicht mittels Transglutaminase vernetzt. Diese Vorgehensweise erlaubt die asymmetrische Vernetzung innerhalb der proteinhaltigen Schicht. Ein Vorteil dieser Asymmetrie liegt darin, dass die gewünschten Eigenschaften der gesamten proteinhaltigen Schicht nicht durch die Vernetzungsreaktionen, die nur an der Oberfläche stattfinden, verändert werden. Die lokal begrenzte Vernetzung der Proteinschicht auf der Oberfläche hat somit keinen negativen Einfluss auf die an sich gewünschten Eigenschaften der Proteinschicht als solche.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden mehrere proteinhaltige Schichten auf den Träger aufgebracht, wobei die verschiedenen Schichten entweder eine gleiche oder eine veränderte Proteinzusammensetzung und gleiche oder unterschiedliche Enzymvernetzungen aufweisen können. Durch den Schichtaufbau und unterschiedliche Zugabe des Enzyms in oder zwischen die Schichten lassen sich die Eigenschaften des hergestellten Schichten auf vielfältige Weise variieren.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das zu vernetzende Protein ausgewählt aus Gelatine, Kollagen, Sojaproteinen, Milchproteinen, Maisproteinen, Getreideproteinen, Myosin, Fibrinogen, Fibrin, Fibronectin, Elastin sowie Mischungen und Hydolysaten davon.
  • Schließlich ist es von Vorteil, wenn das Protein die Aminosäurereste von Lysin und Glutamin in einem bestimmten Verhältnis enthält. Dabei wird auf die der enzymatischen Reaktion zugänglichen Lysin- bzw. Glutaminreste abgestellt. Im Inneren des Proteins versteckte Lysin- bzw. Glutaminreste sind der enzymatischen Reaktion nicht zugänglich und können somit nicht zur Vernetzung des Proteins führen. Das der enzymatischen Reaktion zugängliche Verhältnis von Lysin zu Glutamin liegt vorzugsweise zwischen 0,8 und 1,2 ganz besonders bevorzugt zwischen 0,9 und 1,1. Dieses Verhältnis ermöglicht die Ausbildung besonders stabiler Vernetzungsprodukte. Die Anzahl der enzymzugänglichen Gruppen lässt sich durch Wahl der Konzentration des Proteins, des pH-Wertes, der Salzkonzentration, der Pufferzusammensetzung, der Anwesenheit von chaotropen und/oder oberflächenaktiven Substanzen je nach Bedarf einstellen. Die Bestimmung der enzymatisch zugänglichen Gruppen unter den jeweiligen Bedingungen kann, wie unter Beispiel 8 aufgeführt, ermittelt werden.
  • Die enzymatische Vernetzungsreaktion lässt sich steuern und auch stoppen durch eine pH-Erhöhung bzw. Erniedrigung, Temperaturerhöhung, Zugabe von Inhibitoren (z. B. Cu2+) sowie den weiteren dem Fachmann geläufigen Verfahren zur Hemmung von Enzymaktivitäten.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die proteinhaltige Schicht derart ausgebildet, dass ihr weitere natürliche und/oder synthetische Polymere zugesetzt werden, so dass nach erfolgter enzymatischer Vernetzung des Proteins ein interpenetrierendes Netzwerk aus Protein und weiterem Polymer entsteht.
  • Die Vernetzung des Proteins mit der Transglutaminase wird bei einer Temperatur zwischen 0°C und 65°C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 30°C und 65°C, durchgeführt.
  • Weiterhin ist der pH-Wert während der Vernetzungsreaktion auf einen Wert von 4 bis 9, vorzugsweise 5 bis 8, eingestellt.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Proteinlösung zum Herstellen der proteinhaltigen Schicht eingesetzt, bei der das Protein in einer Menge von 0,05 Gew. % bis 30 Gew. % vorliegt.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden der proteinhaltigen Lösung vor, während oder nach deren Aufbringen auf den Träger weitere lösliche oder mikropartikuläre Substanzen zugesetzt. Die Mikrokapseln, wie auch die weiteren löslichen und unlöslich zugesetzten Substanzen können zur kovalenten BindungNernetzung geeignete Gruppen, wie Lysin und Glutamin enthalten. Bei solchen Varianten erfolgt die Vernetzung dieser zugesetzten Substanzen/Mikrokapseln gleichzeitig mit der Vernetzung des Proteins.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden in die Proteinschicht funktionelle Substanzen, ausgewählt aus Farbstoffen, Pigmenten, Aromastoffen, Wirkstoffen, Weichmachern, Magnetwerkstoffen, Emulgatoren, Antistatika, magnetischen Materialien, Metallen und Metallsalzen, eingebracht. Die Auswahl der Substanzen richtet sich nach den gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Trägers.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden der proteinhaltigen Schicht Silberhalogenide zugesetzt. Dieser Zusatz ist insbesondere bei der Herstellung von fotografischen Papieren von Bedeutung.
  • Schließlich können der proteinhaltigen Schicht auch Mikrokapseln zugesetzt werden, die je nach Anwendung verschiedene "Wirkstoffe" enthalten können. Einerseits sind für die Lebensmittelverpackung z.B. eingebrachte Wirkstoffe mit stabilisierender Wirkung auf das verpackte Gut oder zum Schutz vor penetrierenden Stoffen (besonders Sauerstoff) von Vorteil. Andererseits können bei der Anwendung solcher Schichten in der Kosmetik und Medizin in den Mikrokapseln kosmetisch und medizinisch wirksame Stoffe eingebracht sein. Dem Fachmann ist die Auswahl von Verkapselungsmethoden und verkapselten Wirkstoffen aus der umfangreichen Fach- und Patentliteratur bekannt.
  • Insbesondere zeichnet sich die proteinhaltige Schicht in dem erfindungsgemäßen Träger durch eine erhöhte Stabilität und mechanische Beanspruchbarkeit aus.
  • Der erfindungsgemäße Träger eignet sich insbesondere zur Herstellung vom Injektpapier und fotografischen Papieren.
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt die Vernetzung des Proteins / der Proteinmischung oder der Mischung von Proteinen mit synthetischen Polymeren unter schonenden Bedingungen, zu wirtschaftlichen konkurrenzfähigen Kosten und ohne zusätzliche Prozessschritte. Durch Zugabe eines Biokatalysators/Enzyms aus der Klasse der Transglutaminasen, vorzugsweise von mikrobiellen, Ca2+-unabhängigen Transglutaminasen, insbesondere von Transglutaminase (TGase) aus Streptomyceten, besonders S. mobaraensis, wird die Vernetzung herbeigeführt. Der Vernetzungsgrad wird dabei nicht nur über die Menge des Enzyms und die Bedingungen der Enzymeinwirkung, sondern auch über die Auswahl des verwendeten Proteins/Proteingemisches gesteuert.
  • Durch Zugabe des Enzyms vor dem Proteinbeschichtungsvorgang auf den Träger und/oder nach der Beschichtung auf die Proteinoberfläche führt überraschenderweise auch zu einer sehr befriedigenden Vernetzung des Proteins. Dies überrascht, weil die Diffusion des Enzyms in einer proteinhaltigen Schicht, welche zudem durch das Enzym vernetzt ist, nur beschränkt möglich ist.
  • Durch Hydrolyse der so vernetzten Filme konnte auch gezeigt werden, dass die Vernetzung asymmetrisch erfolgt und nur auf der Seite der Enzymeinwirkung eine säurefeste Schicht entsteht.
  • Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße enzymatische Vernetzung auch kombiniert werden mit der zusätzlichen Zugabe von Enzymen zur Gießlösung, um deren Viskosität vorab, aber gesteuert, zu erhöhen. Ferner kann die enzymatische Vernetzung mit bekannten chemischen Vernetzungsverfahren kombiniert werden.
  • Die proteinhaltige Schicht enthält entweder nur Proteine (bzw. Proteinhydrolysate) oder enthält zusätzlich natürliche oder synthetische Polymere bzw. unterschiedlichste Additive zwecks Veränderung der physikalischen Eigenschaften, dem Ausfüllen von Flächenunebenheiten, der Aufbringung einer durchgehenden Schicht und deren Funktionalisierung.
  • Das Verfahren ermöglicht auch Oberflächen von Beschichtungen nachträglich zu modifizieren bzw. zu funktionalisieren. Mittels Transglutaminase-katalysierter Reaktion können Verbindungen mit Glutamin- und Lysin-Resten kovalent auf die Beschichtung aufgebracht werden, wobei gleichzeitig die Vernetzung der Proteinphase erfolgt.
  • Überraschenderweise konnte gezeigt werden, dass Transglutaminase-vernetzte Gelatinegele ein vergleichbares Quellverhalten zeigen, wie sie unbehandelte Gelatinegele aufweisen. Die erfindungsgemäße Vernetzung der Proteine ermöglicht daher eine Stabilisierung der Gele ohne die gewünschte Eigenschaft des Quellens der beschichteten Papieren negativ zu beeinflussen. Transglutaminase vernetzte Gelatine nimmt die gleiche Wassermenge auf wie unbehandelte Gelatine, da die Transglutaminase den gequollenen Zustand stabilisiert. Die Quellung der Gelatine bleibt daher garantiert, d.h. fotografische Reagenzien wie Fixierer, Entwickler und Stabilisator können die Schichten durchdringen und ebenso durch Waschen wieder entfernt werden.
  • Die Beschichtung der Papiere mit mehreren Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung und unterschiedlicher Enzymzugabe kann durch das Vernetzungspotential der Transglutaminase positiv beeinflusst werden. Sowohl die Schutzschicht als auch alle anderen Proteinschichten wie z.B. die Farbempfangsschicht können durch den Einsatz von Transglutaminase modifiziert werden.
  • Die enzymatische Reaktion ermöglicht es gezielt natürliche und synthetische Proteinmischungen herzustellen bzw. funktionelle Gruppen in diese einzubauen. Durch Einbau von geladenen Gruppen in die Proteinmischung kann die Nettoladung verändert werden und damit die optimale Bindung zwischen aufgedruckter Tinte und Empfangsschicht eingestellt werden.
  • Die Transglutaminase-Technologie kann bei Papierbeschichtungen mit natürlichen Bindemitteln wie z.B. Stärke, Casein, Sojaprotein, Mais, Getreide und mit jedem Pigmentsystem (z.B. Kaolin, Calziumcarbonat, Talk, Titandioxid, Siliziumdioxid) eingesetzt werden.
  • Die enzymatische Vernetzung von natürlichen und/oder modifizierten Proteinen, deren Funktionalisierung oder die Einbettung von Kapseln in die Matrix, ermöglichen es beschichtete Papiere herzustellen, die in der Lage sind die Tinte besser und schneller einzuschließen, die schneller trocknen und weniger anfällig für Feuchtigkeit sind. Ähnlich wie bei fotografischen Papieren können Mehrfachschichten mit unterschiedlichen Funktionen auf Papiere aufgebracht werden.
  • Bei einem bevorzugten Verfahren erfolgt das getrennte Aufbringen von Enzymen und Proteinschichten, z.B. Gelatinefilmen, und dieses Verfahren hat auch bei der Herstellung fotografischer Papiere und Filme deutliche wirtschaftliche und verfahrensspezifische Vorteile:
    • Die Nutzung der Transglutaminase-Technologie kann ohne einschneidende Eingriffe in den Fotopapier-Herstellungs-Prozess integriert werden kann.
    • Aufgrund der Fähigkeit Gelatine zu vernetzen, können durch den Einsatz bakterieller Transglutaminase herkömmliche Gelatine-Härtungsmittel (wie z.B. Carbodiimide) teilweise oder vollständig ersetzt werden, was zu einer Reduzierung der Herstellungskosten führen kann.
    • Der Einsatz von Transglutaminase zur Härtung von Gelatinegüssen führt zu einer verbesserten Haftung der Gelatineschichten auf einer PE-Unterlage.
    • Die Zugabe von Transglutaminase zur Gießlösung kann die Produktqualität der Gelatine derart verändern, dass das Gießprofil der Gelatineschichten gleichmäßiger ist, wodurch der Anteil nichtverwertbarer Gelatine reduziert werden kann.
    • Bei Einsatz der Transglutaminase ist die selektive Härtung von Gelatine-Schichten oder der selektiven Härtung der Oberfläche von Gelatine-Schichten, anders als bei niedermolekularen chemischen Vernetzern, möglich.
    • Mittels Transglutaminase-katalysierter Vernetzung der Gelatine kann der Anteil der auswässerbaren Gelatineanteile verringert werden, was zu einem verbesserten Entwicklungsprozess führen kann.
  • Im folgendem wird die Erfindung anhand der beigefügten Beispiele im einzelnen beschrieben.
    • Beispiele Beispiel 1 Schmelzverhalten von Transglutaminase-behandelter Gelatine
  • 20 ml Gelatinelösungen (10 % (w/w), Gallertfestigkeit ≥ 200 Bloom) wurden auf 40 °C temperiert. Die Vernetzung der Gelatine wurde durch Zugabe von 10 U Transglutaminase pro g Gelatine gestartet. Die Kontrolle enthielt das entsprechende Volumen Wasser.
    Nach 1 min, 2 min, 5 min, 10 min und 15 min wurden die Proben (Probe 1, 2, 5, 10, 15) für 3 min auf 100 °C erhitzt um die Transglutaminase-katalysierte Vernetzung zu beenden.
    Neben der Referenzprobe (Probe R) waren die Transglutaminase-Gelatinepoben nach einer Inkubationszeit von 1, 2 und 5 min flüssig. Nach einer Inkubationszeit von 10 min war Gelatine mit Transglutaminase bereits zähflüssig und nach weiteren 5 min gelförmig. Zur Bestimmung des Schmelzverhaltens wurden sämtliche Ansätze für 2 h auf 20 °C gekühlt. Eine stufenweise Erhitzung der Proben bis auf 100 °C zeigte, dass R, 1, 2 und 5 bei 40 °C flüssig waren, während Probe 10 erst bei 50 °C schmolz. Probe 15 blieb auch bei 100 °C gelförmig.
    • Beispiel 2 Funktionalisieren von Gelatine-Lösungen.
  • Gelatine (5%, (w/w)) wurde mit 0 - 5%, (w/w) anderer Proteine Weizengluten von Sigma, Supro 760 von DuPont und SWP 500 von Tate Lyle versetzt. Die Reaktionsansätze wurden bei 50 °C inkubiert. Die Vernetzungsreaktion wurde durch Zugabe von 10 U Transglutaminase pro g Gelatine gestartet. Über einen Zeitraum von 4 h wurde der Zeitpunkt ermittelt, an dem Gelatine sowie Gelatine-Proteinmischungen aufgrund der Transglutaminase-Vernetzungsreaktion Gele bildeten.
    Der Zusatz von ≥ 1 % Gluten, Supro 760 und SWP zu einer 5%igen Gelatine-Lösung führte mittels Transglutaminase-katalysierter Reaktion zu einer verkürzten Gelbildungszeit. Nach einer Inkubationszeit von 30 min bei 50 °C lagen die Proteinmischungen als Gel vor, während die Referenzproben mit Transglutaminase ohne Gluten, Soja bzw. SWP noch nach 30 min flüssig waren.
    • Beispiel 3 Bestimmung der Zugfestigkeit von Transglutaminase-vernetzter Gelatine
  • Für diese Versuche mussten Gelatineschichten ohne Träger verwendet werden. Transglutaminase vernetzte Gelatineschichten (10 U pro g Gelatine, 10% (w/w), Gallertfestigkeit: ≥ 200 Bloom) und Gelatineschichten ohne Transglutaminase-Zugabe wurden einer Zugprüfung in Anlehnung an DIN EN ISO 527-3 unterzogen Aus den Mustern wurden 15 mm breite Streifen ausgeschnitten und in die Zugprüfmaschine eingespannt. Vor der Prüfung wurde die Dicke der Messstreifen mit Hilfe eines Dickenmesstasters geprüft. Die Angabe der Zugfestigkeit erfolgte in N/15mm. Es wurde die Maximalkraft bestimmt.
    Parameter: Abstand der Spannelemente: 25 mm; Abzugsgeschwindigkeit: 100 mm/min
    Muster Zugfestigkeit [N/15 mm] Zugdehnung [%] Dickenbestimmung [µm]
    Ohne TGase 61 121 150 µm
    Mit TGase 73 190 150 µm
  • Transglutaminase vernetzte Schichten wiesen eine erhöhte Zugfestigkeit und eine verbesserte Dehnfähigkeit auf.
    • Beispiel 4 Beschichtung unterschiedlicher Oberflächenmaterialien
  • Verschiedene Trägermaterialen (Papier, Vlies, Zellophan, Polyethylen, Polyethylenterephthalat, orientiertes Polypropylen transparent, metallisiert und opak) wurden mit einer 10%igen Gelatine-Lösung (≥ 200 Bloom, pH 5,3, 3% (w/w) Glycerin), der 10 U Transglutaminase pro g Gelatine direkt vor Auftrag zugesetzt wurde, beschichtet. Die Oberfläche wurden mit einem Glattrakel dosiert.
    Bei allen Trägern wurden gut haftende, vernetzte Schichten erhalten, deren Säurehydrolyse stark verlangsamt war (siehe Beispiel 6)
    • Beispiel 5 Kratzfestigkeit von Papier-Beschichtungen
  • Eine 10%ige (w/w) Gelatine-Lsg. (≥ 200 Bloom, 3% (w/w) Glycerin, 20 ml) mit 10 U Transglutaminase pro g Gelatine wurde nach einer Inkubationszeit von 10 min bei 37 °C mit einem Glattrakel auf ein Trägermaterial bestehend aus Papier (230 g/m2, holzfrei weiß) gegeben. Als Referenz erfolgte die Papierbeschichtung mit Gelatine ohne Transglutaminase. Die beschichteten Papiere wurden bei 20 °C für 72 h getrocknet. Nach dem Bedrucken der Papiere mit einer Testgraphik wurden von den bedruckten Proben Muster entnommen und direkt ohne weitere Vorbehandlung nach der Methode von Oeser (Parameter: Auflagegewicht 1,125 kg, Dauer des Abriebversuches: 5 Minuten, Abriebpartner: raue Seite eines 60 g Papiers) geprüft.
    Die Gelatinebeschichtung, die mit Transglutaminase vernetzt wurde, wies im Vergleich zur Referenzbeschichtung einen geringeren Abrieb auf.
    • Beispiel 6 Asymmetrische Gelatine-Vernetzung mittels Transglutaminase
  • Gelatine-Schichten (12% (w/w), Gallertfestigkeit: ≥ 200 Bloom, 5 cm x 3 cm x 1 mm) auf PE-Träger wurden mit 0,5 U Transglutaminase (5 U/ml, gelöst in destilliertem Wasser) bestrichen. Referenzfolien wurden entsprechend mit destilliertem Wasser behandelt. Die Inkubation der Folien erfolgte bei 37 °C für 12 h bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 %.
    Die mit destilliertem Wasser bestrichene Gelatine-Schicht löste sich in 0,1 M HCl nach 5-10 min auf. Bei der Transglutaminase behandelten Schicht konnte noch nach 60 min eine Gelatineschicht von ca. 0,1 mm nachgewiesen werden. Da die Transglutaminase nicht die gesamte Gelatine-Schicht durchdringt, findet die Vernetzung nicht über den gesamten Folien-Querschnitt statt.
    • Beispiel 7 Asymmetrische Funktionalisierung von Oberflächen
  • Transglutaminase-vernetzte Gelatineschichten (10% (w/w), 10 U Transglutaminase pro g Gelatine ≥ 200 Bloom, pH 5,3) und Transglutaminase-vernetzte Gelatine-Soja-Schichten (10% (w/w), 10 U Transglutaminase pro g Gelatine ≥ 200 Bloom mit 1 % Supro 760, pH 5,3) wurden auf einer Seite entweder mit 10 mM Dabsylcadaverin oder 10 mM Z-QG-CAD-Dabsyl jeweils in 50 mM Natriumphosphat-Puffer pH 6,0 mit Transglutaminase (10 U/ml) versetzt. Als Referenz wurde der Farbstoff ohne Transglutaminase auf die Gelatineschicht aufgetragen. Die Schichten wurden anschließend für 1 h bei 37 °C inkubiert. Zum Herauslösen der adhäsiv gebundenen Farbstoffe wurden die Schichten für 2 h in einer DMSO-Lösung (75% (w/w) DMSO in 50 mM Natriumphosphat-Puffer pH 6,0 mit 0,5 M NaCl) gewaschen.
  • Der Transglutaminase-katalysierte Einbau von Z-QG-CAD-Dabsyl an die Oberfläche eines Transglutaminase-vernetzten Gelatine-Schicht ergab eine gefärbte Folie. Offensichtlich liegen noch unvernetzte Lysin-Aminosäurereste an der Oberfläche einer bereits enyzmbehandelten Gelatineschicht vor.
  • Dabsylcadaverin konnte nicht mehr enzymatisch an die Oberfläche des Gelatine-Schicht gekoppelt werden. Alle zugänglichen Glutamin-Reste waren bereits verbraucht.
    Demgegenüber ermöglicht der Zusatz von 1 % (w/w) Sojaprotein zur Gelatine (Gelatine-Soja-Schicht) die Transglutaminase-katalysierte Kopplung des Farbstoffs Dabsylcadaverin an die Oberfläche der Schicht.
    Referenzschichten, die nur den Farbstoff ohne Transglutaminase aufgenommen hatten, konnten durch Waschen der Gele mit DMSO vollständig entfärbt werden.
    • Beispiel 8 Messung zugänglicher Lysin- und Glutaminreste in Proteinen
  • 4 µM alpha-Lactalbumin (Typ I, von Sigma) in 50 mM Tris-HCl pH 7,0 wurden mit FAM-DAH (Fluorescein-Diaminohexan) oder Z-QG-DAH-FAM und 0,5 U/ml Transglutaminase für 1 h bei 37°C inkubiert. Der Transglutaminase katalysierte Einbau der fluoreszierenden Substrate in alpha-Lactalbumin wurde durch Zugabe von 0,35 mM Z-DON-Gly-OH abgestoppt. Die Abtrennung des freien Farbstoffes erfolgte mit Gelpermeations-chromatographie. Zur Fragmentierung der markierten Proteine wurden diese anschließend mit 1 µg/ml Protease von S. griseus (Sigma) und 1 µg/ml Proteinase K (Roche) versetzt und für 16 h bei 37°C hydrolysiert.
    Anhand von Kalibrierungsgeraden, die mittels Fluoreszenzmessung mit FAM-DAH und Z-QG-DAH-FAM erstellt wurden, konnte der Markierungsgrad bestimmt werden. Alpha-Lactalbumin enthält jeweils ein für Transglutaminase zugängliches Glutamin und Lysin.

Claims (30)

  1. Verfahren zur Herstellung einer proteinhaltigen Schicht auf flächigen Trägern dadurch gekennzeichnet, dass die Proteinphase auf dem Träger mit Hilfe von Transglutaminase, vorzugsweise einer mikrobiellen Transglutaminase, vernetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transglutaminase aus einem Streptomyceten stammt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transglutaminase aus Streptomyces mobaraensis stammt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transglutaminase mit einer Aktivität von 0,01 bis 150 Einheiten pro ml Proteinlösung eingesetzt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Transglutaminase vor, während und/oder nach dem Beschichtungsvorgang zur Proteinlösung zugegeben wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Transglutaminase vor, während und/oder nach dem Beschichtungsvorgang zur Proteinschicht zugegeben wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Enzyms in die Proteinlösung und ein Teil vor oder nach der Proteinbeschichtung zugegeben wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine asymmetrisch vernetzte proteinhaltige Schicht ausgebildet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere proteinhaltige Schichten mit gleicher oder veränderter Proteinzusammensetzung auf dem Träger aufgebracht werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die proteinhaltigen Schichten jeweils zuvor, einzeln zwischen verschiedenen Proteinschichten oder am Ende mit Enzym versetzt und vernetzt werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Protein ausgewählt wird aus Gelatine, Kollagen, Keratin, Sojaproteinen, Milchproteinen, Molkeproteinen, Maisproteinen, Lupinenproteinen, Getreideproteinen, Myosin, Fibrinogen, Fibrin, Fibronectin, Elastin sowie Mischungen und Hydrolysaten davon.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Protein/Proteinmischungen Lysin- und Glutaminreste enthält, wobei das der enzymatischen Reaktion zugängliche Verhältnis von Lysin- zu Glutaminrest zwischen 0,8 und 1,2, vorzugsweise zwischen 0,9 und 1,1, liegt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die die Bestimmung enzymatisch zugänglichen funktionellen Amino- bzw. Glutamingruppen vorzüglich durch enzymatische Reaktion mit fluoreszenzmarkierten Transglutaminase-Substraten erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der proteinhaltigen Schicht weitere natürliche und/oder synthetische Polymere zugesetzt werden, so dass nach enzymatischer Vernetzung des Proteins ein interpenetrierendes Netzwerk aus Protein und Polymer entsteht.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernetzung des Proteins mit dem Enzym bei einer Temperatur zwischen 0°C und 65°C, vorzugsweise zwischen 30°C und 65°C, durchgeführt wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Enzymvernetzung bei einem pH-Wert von 4 bis 9, vorzugsweise von 5 bis 8, durchgeführt wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Proteinlösung zum Herstellen der proteinhaltigen Schicht eingesetzt wird, die einen Proteinfeststoffanteil von 0,05 Gew. % bis Gew. 30 % aufweist.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der proteinhaltigen Lösung vor, während oder nach deren Auftragen auf den Träger lösliche und/oder mikropartikuläre Substanzen zugesetzt werden.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass nicht das gesamte Protein in gelöster Form vorliegt.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die enzymatische Vernetzung gesteuert/gestoppt wird durch pH-Erhöhung bzw. -Erniedrigung, Temperatur-Erhöhung, und/oder Zugabe von Inhibitoren (z.B. Cu2+).
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zugesetzten Substanzen ausgewählt werden aus Farbstoffen, Pigmenten, Aromastoffen, Wirkstoffen, Weichmachern, Magnetwerkstoffen, Emulgatoren, Antistatika, magnetischen Materialien, Metallen und Metallsalzen.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der proteinhaltigen Schicht Silberhalogenide zugesetzt werden.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der proteinhaltigen Schicht Silberhalogenide und Farbkuppler zugesetzt werden.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in die proteinhaltige Schicht Mikrokapseln eingebracht werden oder diese vor oder nach dem Beschichtungsschritt aufgebracht werden und die Proteinschicht Mikrokapseln enthält.
  25. Träger mit proteinhaltiger Schicht erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24.
  26. Träger nach Anspruch 25 als Bestandteil von Injektpapier.
  27. Träger nach Anspruch 25 als Bestandteil von fotographischem Papier.
  28. Verwendung des Trägers nach Anspruch 25 zur Herstellung von Injektpapieren.
  29. Verwendung des Trägers nach Anspruch 25 in der Herstellung von fotografischem Papier.
  30. Verwendung einer Transglutaminase, vorzugsweise einer mikrobiellen Transglutaminase von Streptomyces mobaraensis zur Herstellung eines Produkts nach einem der Ansprüche 25 bis 27 oder zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 24.
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