PL194759B1

PL194759B1 - Sposób wytwarzania katalizatora biologicznego i katalizator biologiczny o dużej wytrzymałości mechanicznej

Info

Publication number: PL194759B1
Application number: PL344595A
Authority: PL
Inventors: Klaus-Dieter Vorlop; Maren Jekel
Original assignee: Vorlop Klaus Dieter
Priority date: 1998-06-20
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2007-07-31
Also published as: ES2230856T3; SK19422000A3; DE59911335D1; PL344595A1; WO1999067320A1; DE19827552C1; BR9911393A; IL140337A; EP1091996A1; KR20010053046A; ATE285433T1; MX229185B; HUP0102098A3; SK284467B6; BG105133A; JP2002518570A; BG64957B1; CZ294179B6; HU227366B1; AU3926199A

Abstract

1. Sposób wytwarzania katalizatora biologicznego, w którym material biologicznie czynny, w postaci en- zymów, zarodników albo komórek bakterii korzystnie bakterii nitryfikujacych, Clostridium sp. jest wprowadzony do zelu z poli(alkoholu winylowego), znamienny tym, ze obejmuje etapy w których: a) stosuje sie wodny roztwór poli(alkoholu winylowego) o stopniu hydrolizy = 98% molowo, b) dodaje sie substancje dodatkowa, wybrana z grupy obejmujacej: poli(glikol etylenowy), estry celulozo- we, etery celulozowe, estry skrobi, etery skrobi, etery poli(glikoli alkilenowych), poli(glikole alkilenowe), dlugolan- cuchowe alkanole C nH 2n+1OH, gdzie n = 8, estry cukrów, etery cukrów, która rozpuszczona w wodnym roztworze poli(alkoholu winylowego), przy zatezaniu roztworu, tworzy oddzielna, drobno rozdzielona faze wodna, c) dodaje sie material biologicznie czynny, w postaci enzymów, zarodników albo komórek bakterii, d) suszy sie roztwór wodny do zawartosci wody resztkowej maksymalnie 50% wagowo i wytworzenia roz- dzialu faz, i zwiazanego z tym zelowania poli(alkoholu winylowego), e) uwadnia sie poli(alkohol winylowy) w srodowisku wodnym. 20. Katalizator biologiczny o duzej wytrzymalosci mechanicznej, znamienny tym, ze zawiera wodny roz- twór poli(alkoholu winylowego), o stopniu hydrolizy = 98% molowo, w postaci zelu, substancje dodatkowa wybra- na z grupy obejmujacej: poli(glikol etylenowy), estry celulozowe, etery celulozowe, estry skrobi, etery skrobi, etery poli(glikoli alkilenowych), poli(glikole alkilenowe), dlugolancuchowe alkanole C nH 2n+1OH, gdzie n = 8, estry cu- krów, etery cukrów, rozpuszczona w wodnym roztworze poli(alkoholu winylowego) oraz wprowadzony do zelu material biologicznie czynny, w postaci enzymów, zarodników albo komórek bakterii, w postaci enzymów, zarod- ników albo komórek bakterii korzystnie bakterii nitryfikujacych, Clostridium sp. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania katalizatora biologicznego, w którym materiał biologicznie czynny, w postaci enzymów, zarodników albo komórek bakterii jest wprowadzony do żelu z poli(alkoholu winylowego) i wysoko wytrzymały mechanicznie katalizator biologiczny.

Wiadomo, że roztwory zawierające poli(alkohol winylowy) (PVA) wykazują w czasie przechowywania zwiększoną lepkość. Wiadomo także, że roztwory PVA mogą być przekształcone w żel poprzez zamrażanie roztworu, po czym jego ponownie rozmrażanie (FR 2 107 711 A). Z drugiej strony, tak wytworzone żele mają stosunkowo nieznaczną wytrzymałość.

Z europejskiego opisu patentowego nr EP 0 107 055 B1 ponadto wiadomo, że wytrzymałość żelów PVA wytworzonych przez zamrażanie zwiększa się w wyniku powtórzenia, przynajmniej jeden raz, korzystnie dwa do pięciu razy, procesu zamrażania i rozmrażania, przy czym stosuje się roztwór PVA o stopniu zmydlenia >95% molowo, a zwłaszcza >98% molowo. Górna granica temperatury zamrażania roztworu wynosi -3°C, szybkość chłodzenia może wynosić od 0,1°C/min do 50°C/min, a szybkość rozmrażania od 1°C/min do 50°C/min. Stosowany PVA wykazuje stopień polimeryzacji co najmniej 700. Stężenie PVA w roztworze powinno wynosić powyżej 6% i wynosi korzystnie od 6 do 25% wagowo. Żel PVA wytworzony przez wielokrotne powtarzane zamrażanie i rozmrażanie wykazuje dobrą wytrzymałość mechaniczną i wysoką zawartość wody, która utrzymuje się także gdy żel jest obciążony mechanicznie. Wytworzony żel jest żelem o dużej sprężystości, nietoksycznym i może być wykorzystywany w wielu, zwłaszcza medycznych zastosowaniach.

Do żelu można domieszać różne substancje i materiały, które mogą zwiększać wytrzymałość żelu, takie jak na przykład glikol, gliceryna, sacharoza, glukoza, agar, żelatyna, metyloceluloza, itp. Przez dodanie substancji czynnych, takich jak na przykład heparyna, żele można stosować w medycynie i naukach medycznych, uzyskując układ w którym substancja czynna jest wydzielana z żelu w sposób ciągły i równomierny przez dłuższy czas. Żel można traktować ponadto drobnoustrojami i enzymami w celu stworzenia układu biologicznie czynnego.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US-PS 4 663 358 jest znane dodawanie do wodnego roztworu poli(alkoholu winylowego) organicznych rozpuszczalników w celu obniżenia temperatury zamarzania roztworu. W ten sposób unika się zamarzania wody w temperaturach żelowania, poniżej -10°C, a zwłaszcza przy około -20°C, przez co uzyskuje się jednorodny i, w wyniku tego, przezroczysty żel. Niską temperaturę żelowania wykorzystuje się do tworzenia drobnokrystalicznych żelów, które mają dostateczną wytrzymałość mechaniczną.

Wytwarzanie żelów PVA techniką zamrażania jest kosztowne i czasochłonne.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 43 27 923 C2 znany jest sposób, za pomocą którego można wytwarzać żele PVA bez procesu zamrażania. Dzięki zastosowaniu roztworu PVA o stopniu hydrolizy >99% molowo oraz zastosowaniu rozpuszczonej substancji dodatkowej, która wykazuje niewodne grupy -OH lub NH2, można uzyskiwać żelowanie PVA w temperaturach powyżej 0°C. Proces żelowania wymaga przy tym wprawdzie czasów rzędu kilku godzin, który to proces trwa również w trakcie magazynowania, przez wiele godzin, co zapewnia całkowite utwardzenie żelu do zestalonych bryłek. Tak długi okres żelowania jest oczywiście niekorzystny przy wytwarzaniu większych ilości bryłek żelu na skalę przemysłową.

Konieczne jest zatem rozwiązanie problemu technicznego, polegającego na opracowaniu sposobu wytwarzania żelu PVA prosto i szybko, a przy tym uzyskując bryłki o możliwie jeszcze lepszej jakości.

Zadanie to zostało zrealizowane w sposobie według wynalazku. Przedmiotem wynalazku jest zatem sposób wytwarzania katalizatora biologicznego, w którym materiał biologicznie czynny, w postaci enzymów, zarodników albo komórek bakterii korzystnie bakterii nitryfikujących, Clostridium sp. jest wprowadzony do żelu z poli(alkoholu winylowego). Zgodnie z istotą wynalazku sposób obejmuje etapy w których:

a) stosuje się wodny roztwór poli(alkoholu winylowego) o stopniu hydrolizy >98% molowo,

b) dodaje się substancję dodatkową, wybraną z grupy obejmującej: poli(glikol etylenowy), estry celulozowe, etery celulozowe, estry skrobi, etery skrobi, etery poli(glikoli alkilenowych), poli(glikole alkilenowe), długołańcuchowe alkanole CnH2n+1OH, gdzie n > 8, estry cukrów, etery cukrów, która rozpuszczona w wodnym roztworze poli(alkoholu winylowego), przy zatężaniu roztworu, tworzy oddzielną, drobno rozdzieloną fazę wodną,

c) dodaje się materiał biologicznie czynny, w postaci enzymów, zarodników albo komórek bakterii,

PL 194 759 B1

d) suszysię roztwórwodny do zawartości wody resztkowej maksymalnie 50% wagowo i wytworzenia rozdziału faz, i związanego z tym żelowania poli(alkoholu winylowego),

e) uwadnia się poli(alkohol winylowy) w środowisku wodnym.

Korzystnie w sposobie według wynalazku stosuje się roztwór poli(alkoholu winylowego) o stężeniu 4-30% wagowo, korzystnie 6-16% wagowo. W korzystnym rozwiązaniu stosuje się rozpuszczalną w wodzie substancję dodatkową, której powinowactwo do wody jest przynajmniej porównywalne z powinowactwem poli(alkoholu winylowego) do wody, korzystniej wybraną z grupy obejmującej, estry celulozowe, etery celulozowe, estry skrobi, etery skrobi, etery poli(glikoli alkilenowych), poli(glikole alkilenowe), długołańcuchowe alkanole C_nH2n+nOH, gdzie n > 8, estry cukrów, etery cukrów, najkorzystniej jako rozpuszczalną w wodzie substancję dodatkową stosuje się poli(glikol etylenowy). Rozpuszczalną w wodzie substancję dodatkową korzystnie stosuje się w stężeniu 4-20% wagowo, korzystnie 6-10% wagowo.

W korzystnym rozwiązaniu sposobu według wynalazku suszenie roztworu wodnego prowadzi się do zawartości wody resztkowej przynajmniej 10% wagowo, korzystniej 10 do 30% wagowo. Suszenie zgodnie ze sposobem według wynalazku korzystnie prowadzi się po nakropleniu roztworu na twarde podłoże albo po wlaniu roztworu do formy. Korzystnie nakraplanie albo wlewanie prowadzi się w ten sposób, że wytwarza się bryłkę żelu o średnicy co najmniej dwa razy większej niż wysokość, korzystniej wytwarza się bryłkę żelu o średnicy >1 mm, korzystnie 2 do 4 mm i o wysokości od 0,1 do 1 mm, korzystnie od 0,2 do 0,4 mm.

W innym korzystnym rozwiązaniu suszenie prowadzi się po wylaniu roztworu w podłużne pasmo albo po wylaniu go na materiał nośnikowy.

Zgodnie z korzystnym rozwiązaniem wynalazku uwodnienie prowadzi się w wodzie miejskiej albo w roztworze soli, korzystnie jako roztwór soli stosuje się pożywkę hodowlaną. Korzystniej stosuje się roztwór soli zawierający aniony wielowartościowe.

W innym rozwiązaniu, korzystnie całkowite suszenie uzyskuje się przy spadaniu wytworzonej kropli w wieży spadowej.

Przedmiotem wynalazku jest również katalizator biologiczny o dużej wytrzymałości mechanicznej który charakteryzuje się tym, że zawiera wodny roztwór poli(alkoholu winylowego), o stopniu hydrolizy >98% molowo, w postaci żelu, substancję dodatkową wybraną z grupy obejmującej: poli(glikol etylenowy), estry celulozowe, etery celulozowe, estry skrobi, etery skrobi, etery poli(glikoli alkilenowych), poli(glikole alkilenowe), długołańcuchowe alkanole CnH2n+1OH, gdzie n > 8, estry cukrów, etery cukrów, rozpuszczoną w wodnym roztworze poli(alkoholu winylowego) oraz wprowadzony do żelu materiał biologicznie czynny, w postaci enzymów, zarodników albo komórek bakterii, w postaci enzymów, zarodników albo komórek bakterii korzystnie bakterii nitryfikujących, Clostridium sp. Korzystnie katalizator według wynalazku ma kształt soczewki, której średnica jest znacząco większa niż jej wysokość. W innym korzystnym rozwiązaniu katalizator zawiera substancję dodatkową o właściwościach magnetycznych.

Niespodziewanie sposób według wynalazku umożliwia żelowanie poli(alkoholu winylowego) w ciągu kilku minut w temperaturze pokojowej albo w stosunkowo wysokich temperaturach. Dzięki dodaniu rozpuszczalnej w wodzie substancji dodatkowej i zatężenie przez odparowanie wody uzyskuje się doskonały rozdział faz, w wyniku czego osiągną się szybsze żelowanie wewnątrz fazy PVA. Warunkiem skrócenia czasu żelowania jest jednak, aby również rozpuszczalna w wodzie substancja dodatkowa tworzyła fazę zawierającą wodę, tak aby w wyniku rozdziału faz, odpowiednia ilość wody została usunięta z fazy PVA, prowadząc do żelowania poli(alkoholu winylowego).

Faza PVA, zawierająca niedostateczną ilość wody przy żelowaniu, przy końcowym ponownym pęcznieniu wchłania wodę, dzięki czemu polepsza się sprężystość i mechaniczna stabilność żelu PVA bez zniesienia żelowania. Stwierdzono, że w przypadku ponownego pęcznienia pewna zawartość elektrolitu w środowisku wodnym prowadzi do większej stabilności żelu PVA. Zatem ponowne pęcznienie prowadzi się w wodzie miejskiej albo w roztworze soli.

Sposób według wynalazku ma tę zaletę, że umożliwia wytwarzanie żelu PVA w ciągu krótszego czasu, bez wielkich nakładów, a zwłaszcza bez konieczności prowadzenia zamrażania i bez powtórnych etapów suszenia, tak że możliwe jest wyjątkowo ekonomiczne wytwarzanie bryłek z żelu PVA. Bryłki z żelu według wynalazku odznaczają się poza tym wysoką elastycznością i trwałością, a zwłaszcza wytrzymałością na rozrywanie i pod tym względem przewyższają znacznie bryłki z żelu PVA wytwarzane dotychczasowymi sposobami.

PL 194 759 B1

Do dalszego zwiększenia trwałości i elastyczności bryłek żelu PVA przyczynia się stosowanie w wytwarzaniu żelu wodnego roztworu PVA dodatkowo zmydlonego.

Szczególnie korzystnie bryłki żelu PVA mogą być wykorzystywane w postaci bryłek aktywnych biologicznie, fizycznie albo chemicznie, a także po wprowadzeniu do żelu PVA materiału czynnego biologicznie, fizycznie albo chemicznie.

Wartość dolnej granicy zawartości wody resztkowej, około 10% wagowo, wynika z faktu, że wytworzony żel PVA powinien być jeszcze całkowicie podatny na ponowne pęcznienie, poniżej zawartości wody resztkowej około 10% wagowo pojawia się zmniejszona elastyczność masy żelowej oraz poniżej wymienionej zawartości wody resztkowej materiał biologiczny wprowadzony do żelu może ulegać uszkodzeniu.

Suszenie można prowadzić dogodnie w ciągu krótszego czasu przez odparowanie wody na powietrzu w temperaturze otoczenia, gdy roztwór wodny rozdziela się na małe porcje, w których roztwór zawiera tylko niewiele skrobi. Zatem jest szczególnie korzystnie nakraplanie roztworu na twarde podłoże w ten sposób, że średnica kropli jest co najmniej dwa razy większa niż wysokość kropli. Podobny wynik daje się uzyskać przez wlewanie roztworu do formy do odlewania i ewentualnie utworzenie warstwy pokrywającej materiał nośnikowy. W przypadku utworzenia cienkiej warstewki albo ogólnie, w postaci błonki, uzyskuje się odparowanie do pożądanej zawartości wody resztkowej w ciągu kilku minut, na przykład w ciągu 15 minut. Przyspieszenie procesu suszenia, a zatem i procesu żelowania, daje się uzyskać przez przeprowadzenie suszenia w podwyższonej temperaturze w cieplarce.

Zwłaszcza w przypadku unieruchomienia materiału biologicznie czynnego korzystne jest w sposobie według wynalazku, aby jego realizacja w jak największym stopniu oszczędzała materiał biologiczny, tak aby w pełni zachować aktywność biologiczną materiału, lub aby aktywność ta była znacznie wyższa w porównaniu z innymi sposobami unieruchomiania. Ważne jest w sposobie według wynalazku, że środowisko wodne, w którym ma miejsce ponowne pęcznienie żelu PVA, może być jednocześnie pożywką dla zastosowanych drobnoustrojów.

Gęstość żelu PVA wytworzonego według wynalazku można modyfikować za pomocą odpowiednich dodatków. Ciężar właściwy można zwiększyć na przykład przez dodanie dwutlenku tytanu i obniżyć przez dodanie najmniejszych, pustych wewnątrz kuleczek szklanych.

Żelowanie według wynalazku jest możliwe, jak już wspomniano, w temperaturze pokojowej, lecz można je jednak prowadzić w temperaturach niższych albo wyższych.

W sposobie według wynalazku suszenie kropli, w celu utworzenia fazy prowadzi się w czasie procesu spadania w wieży spadowej, tak że przy zetknięciu się kropli z podłożem, żelowanie miało miejsce już po rozdzieleniu faz. Taki sposób jest odpowiedni zwłaszcza do wytwarzania bryłek żelu PVA jako materiału chromatograficznego, który do celów laboratoryjnych może mieć średnicę od 10 do 100 mm, a do innych celów 100 do 800 mm. Ponadto w innym rozwiązaniu suszenie cieczy wyjściowej prowadzi się z wytłaczaniem wstęgi przy wyższej lepkości i przy tym prowadzi się żelowanie PVA.

Bryłka z żelu wytworzona sposobem według wynalazku ma w porównaniu ze znanymi bryłkami z żelu lepszą wytrzymałość mechaniczną, zwłaszcza pod względem odporności na ścieranie i wytrzymałości na zrywanie.

Uzyskane w sposobie według wynalazku lepsze właściwości mechaniczne żelu umożliwiają wytwarzanie bryłek żelu według wynalazku w kształcie soczewek, który jest korzystny pod względem kinetyki reakcji. Bryłki z żelu otrzymane sposobami znanymi w stanie techniki nie miały wystarczającej wytrzymałości mechanicznej, a zwłaszcza stabilności przy mieszaniu. Bryłka z żelu według wynalazku jest natomiast trwała i odporna na ścieranie w ciągu wielu miesięcy, nawet przy szybkoobrotowych procesach mieszania. Kształt soczewki o dużej średnicy i nieznacznej wysokości powoduje, że materiał chemicznie, fizycznie albo biologicznie czynny znajduje się zawsze w pobliżu powierzchni, w wyniku czego uzyskuje się układ korzystny pod względem kinetyki reakcji.

Dodanie zgodnie z wynalazkiem substancji o właściwościach magnetycznych umożliwia łatwe oddzielenie bryłek żelu od cieczy za pomocą magnesów. Dodanie do bryłek poli(alkoholu winylowego) substancji dodatkowej o właściwościach magnetycznych nie sprawia dodatkowych trudności.

Okazało się, że na porowatą strukturę bryłek żelu poli(alkoholu winylowego) według wynalazku można wpływać modyfikując masę cząsteczkową dodanej substancji dodatkowej powodującej rozdział faz. W wyniku modyfikacji masy cząsteczkowej dodanego poli(glikolu etylenowego), którego masa cząsteczkowa wynosi korzystnie od 800 do 1350, można uzyskać wielkość porów w bryłkach z żelu poli(alkoholu winylowego) o wielkości od 1 do 15 mm.

PL 194 759 B1

Wytwarzanie roztworu wodnego według wynalazku z poli(alkoholu winylowego) i substancji dodatkowej przy stosowaniu wody destylowanej, prowadzi do konieczności zintensyfikowania suszenia, aby uzyskać odpowiednie własności mechaniczne żelu. Własności żelu stają się natychmiast lepsze, gdy stosuje się zwykłą wodę miejską o określonej twardości. Stąd przyjmuje się, że w przypadku sposobu według wynalazku korzystna jest pewna zawartość soli w wodzie.

Wynalazek zostanie bardziej szczegółowo wyjaśniony poniżej na przykładach korzystnych rozwiązań.

P r z y k ł a d 1:

Do 2 g PVA i 1,2 g poli(glikolu etylenowego) (PEG 1000) dodaje się 16,8 g wody. Roztwór ogrzewa się tak długo do temperatury 90°C, aż rozpuszczą się całkowicie wszystkie składniki, tak że otrzymuje się gęsty bezbarwny roztwór. Po ochłodzeniu do temperatury 30°C roztwór polimerów nakrapla się pod ciśnieniem na płytę polipropylenową za pomocą strzykawki. Nakraplanie prowadzi się przy tym z prędkością około 1-2/sek., przez przytknięcie końcówki kaniuli do płyty PP. Wielkość kropli ma średnicę około 3 mm, a wysokość około 1 mm. Po nakropleniu na powierzchni kropel tworzy się biała woskowata błonka. Po odparowaniu w temperaturze pokojowej 89% wagowo wody, bryłki żelu poddaje się ponownie pęcznieniu w wodzie albo w roztworze soli. Otrzymane bryłki mają średnicę 3-4 mm i wysokość około 200-400 mm.

P r z y k ł a d 2:

Po ochłodzeniu zawiesiny polimerów (skład: 2 g PVA, 1,2 g PEG 1000 i 15,8 g wody) dodaje się do 20 g roztworu polimerów 1 ml mieszaniny kultur bakterii nitryfikujących (Nitrosomonas europaea i Nitrobacter winogradsky) i zawiesza otrzymując zawartość suchej biomasy (BTM) 0,06% wagowo. Wytwarzanie bryłek z żelu prowadzi się jak w przykładzie 1. Otrzymane z żelu bryłki pęcznieją ponownie w roztworze soli mineralnych typowo stosowanym w hodowlach bakterii nitryfikujących (STMN). Tak wytworzone unieruchomione bakterie mają bezpośrednio po unieruchomieniu aktywność (aktywność początkowa) około 70% w przypadku szczepów Nitrosomonas i 100% w przypadku szczepów Nitrobacter, w porównaniu z taką samą ilością wolnych bakterii nitryfikujących.

Aktywność początkowa bakterii szczepów Nitrosomonas po wprowadzeniu bakterii do żelów PVA zamrażanych w temperaturze -20°C, wynosiła około 1%, a zamrażanych w temperaturze -10°C około 25%, przy zmniejszającej się wytrzymałości mechanicznej hydrożelów PVA.

Inkubacja unieruchomionych bakterii odbywa się w tym samym środowisku w temperaturze 30°C. Jeżeli inkubacji poddaje się 10 mg bryłek żelu w 30 ml STMN, to po 19 dniach osiąga się maksymalną szybkość rozkładu soli amonowej od 7 do 8 mmoli NH₄+/gKat'min (0,11-0,13 mmoli NHZ/gKafSek)).

P r z y k ł a d 3:

W 12,8 g H₂O rozpuszcza się 1,6 g poli(glikolu etylenowego) (PEG 1000), a na koniec dodaje 1,6 g PVA i postępuje dalej jak w przykładzie 1. Po ochłodzeniu roztworu polimerów do temperatury 30°C w roztworze zawiesza się 4 ml wyhodowanej przez noc w beztlenowej atmosferze kultury całkowicie anaerobowych bakterii Clostridium butyricum NRRL B-1024, które przekształcają glicerynę w propanodiol-1,3 (PD) (ilość komórek w zawiesinie polimerów: 6 x 10⁷ na ml). Wytwarzanie bryłek z żelu odbywa się jak w przykładzie 1. Po odparowaniu w temperaturze pokojowej 70% wody, unieruchomione produkty podane są ponownie pęcznieniu w roztworze soli mineralnych (20-krotny nadmiar). Inkubacja bryłek żelu z komórkami prowadzona jest w tym samym roztworze (40-krotny nadmiar) w temperaturze 30°C. W celu zapewnienia dostarczenia unieruchomionym komórkom substancji odżywczych, roztwór w fazie wzrostu wymienia się kilkakrotnie.

Jeżeli 0,25 g tak otrzymanego unieruchomionego katalizatora stosuje się w 40 ml roztworze soli mineralnych z 24,4 g/l gliceryny, to stężenie 1,3-PD wzrasta w ciągu 3,25 godziny o 2,8 g/l. Odpowiada to aktywności katalizatora 0,14 g 1,3-PD na g katalizatora, na godzinę. Po odjęciu aktywności komórek, które wyrosły, aktywność katalizatora wynosiła 0,08 g 1,3-PD (gKafh).

P r z y k ł a d 4:

Do 2 g PVAL i 1,2 g poli(glikolu etylenowego) (PEG 1000) dodaje się 15,8 g wody i postępuje dalej jak w przykładzie 1.

Po ochłodzeniu zawiesiny polimerów do temperatury około 30-37°C do 20 g roztworu polimerów dodaje się 1 ml zawiesiny zarodników grzyba Aspergillus terreus i zawiesza się zarodniki. Zawiesinę zarodników dobiera się w taki sposób, aby po 5 dniach wzrostu w pożywce hodowlanej otrzymać zawartość suchej biomasy 0,005% wagowo.

PL 194 759 B1

Po odparowaniu w temperaturze pokojowej 70% wody, produkt z unieruchomionymi zarodnikami poddawany, jest ponownemu pęcznieniu w roztworze soli mineralnych odpowiednich dla

Aspergillus terreus (20-krotny nadmiar).

Inkubacja unieruchomionych zarodników ma miejsce w pożywce hodowlanej. Aby uzyskać produkcję kwasu itakonowego pożywkę hodowlaną zastępuje się pożywką produkcyjną.

Wytworzone produkty z unieruchomionymi zarodnikami mają bezpośrednio po unieruchomieniu aktywność początkową około 60% w porównaniu z tą samą ilością wolnych komórek grzybów. Jeżeli inkubacji poddaje się 0,2 g bryłek żelu w 100 ml pożywki produkcyjnej z 60 g/l glukozy, to po 7 dniach produkcji uzyskuje się 35 mg kwasu itakonowego/(g<ah).

P rz y k ł a d 5:

Większe ilości bryłek żelu otrzymuje się przez nakraplanie roztworu polimerów (skład według przykładu 1) przez układ wielodyszowy na taśmę przenoszącą. Zgodnie z zasadą suszarki taśmowej, krople PVA suszy się w tunelu suszarniczym do określonej zawartości wilgoci resztkowej, a na koniec za pomocą zgarniacza gromadzi w zbiorniku wyłapującym i tam poddaje ponownemu pęcznieniu i przemywaniu.

P rz y k ł a d 6:

Przy wytwarzaniu według przykładu 1 roztwór nie poddaje się nakraplaniu, lecz wylewa do wstępnie przygotowanych, półotwartych form o średnicy wewnętrznej 1-10 mm i dowolnej długości.

Po ponownym pęcznieniu w wodzie mogą być wyodrębnione bez zerwania pasma o 3-4-krotnej długości, przy czym długość rozciągnięcia jest nieodwracalna. Tak otrzymane pasmo można obciążyć bez zerwania ciężarem 500 g.

P r z y k ł a d 7:

Pasma wytworzone zgodnie z przykładem 6, po okresie magazynowania 14 dni w wodzie miejskiej, charakteryzuje się pod względem mechanicznym. W tym momencie pasma mają szerokość około 8 mm i wysokość około 1 mm. Stopień ponownego spęcznienia uwzględnia ubytek masy pasma po ponownym pęcznieniu i 14 dni składowania w wodzie w stosunku do całkowitej masy zastosowanego roztworu polimerów przed procesem suszenia. Aż do rozciągnięcia zrywającego pasma zachowują 40% swoich właściwości elastycznych.

Charakterystyka mechaniczna wytworzonych pasm przy różnych stopniach wysuszenia i składzie: 10% wagowo PVA i 5% wagowo PEG 1000

Zawartość wody resztkowej po wysuszeniu [%]	Stopień ponownego spęcznienia [%]	Wydłużenie zrywające [%]	Moduł E ^[N/^mm2]
27	76	455	0,11
20	74	420	0,11
15	68	410	0,18
13	65	390	0,24
10	63	380	0,27
1	57	360	0,34

Charakterystyka mechaniczna pasm przy stopniu wysuszenia 80% wagowo, składzie: 10% wagowo PVA i 8% wagowo PEG 1000 i przy różnych rodzajach PED:

Rodzaj PEG	Stopień ponownego spęcznienia [%]	Wydłużenie zrywające [%]	Moduł E ^[N/^mm2]
400	57	410	0,27
600	66	290	0,22
800	82	360	0,19
1000	84	420	0,11
1350	92	370	0,12

PL 194 759 B1

Właściwości mechaniczne pasm z hydrożelu PVA przy różnych stężeniach PVA z dodatkiem

6% wagowo PEG 1000, przy stopniu wysuszenia 80% wagowo (ilość wody odparowanej w procesie suszenia):

PVAL [%]	Wydłużenie zrywające [%]	M^ł E ^[N/^mm2]
8	350	0,09
10	420	0,11
12	420	0,17
14	460	0,19
16	440	0,25

Właściwości mechaniczne pasm przy stopniu wysuszenia 80% wagowo i składzie: 10% wagowo PVA i 6% wagowo PEG 1000 w różnych środowiskach pęcznienia ponownego:

Środowisko do ponownego pęcznienia	Wydłużenie zrywające [%]	M^ł E ^[N/^mm2]
Woda miejska	420	0,11
K2HPO4 (100 mmoli/l)	410	0,17
K2SO4 (120 mmoli/l)	530	0,15
CaCl2 (120 mmoli/l)	360	0,10
KCl (175 mmoli/l)	370	0,15

P r z y k ł a d 8:

Bryłki żelu wytwarza się zgodnie z przykładem 1 i poddaje ponownemu pęcznieniu w odmineralizowanej wodzie (5 mS H2O). Stopień ponownego spęcznienia bryłek żelu określa się dla różnych stopni wysuszenia, bezpośrednio po procesie ponownego pęcznienia. W przypadku stopnia ponownego spęcznienia wynoszącego 100% wagowo, masa bryłek żelu przed procesem suszenia i po pęcznieniu ponownym jest taka sama, zgodnie z rysunkiem.

Claims

1. Sposób wytwarzania katalizatora biologicznego, w którym materiał biologicznie czynny, w postaci enzymów, zarodników albo komórek bakterii korzystnie bakterii nitryfikujących, Clostridium sp. jest wprowadzony do żelu z poli(alkoholu winylowego), znamienny tym, że obejmuje etapy w których:

a) stosuje się wodny roztwór poli(alkoholu winylowego) o stopniu hydrolizy > 98% molowo,

d) suszy się roztwór wodny do zawartości wody resztkowej maksymalnie 50% wagowo i wytworzenia rozdziału faz, i związanego z tym żelowania poli(alkoholu winylowego),

e) uwadnia się poli(alkohol winylowy) w środowisku wodnym.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się rootwór polialkoholu winylowego) o stężeniu 4-30% wagowo, korzystnie 6-16% wagowo.

3. Sppsóóweeług zzss-z. 11 zznmieenn tym, żż stosuje sśę roozuszzczlną w woddie subssancję dodatkową, której powinowactwo do wody jest przynajmniej porównywalne z powinowactwem poli(alkoholu winylowego) do wody.

PL 194 759 B1

4. Sposóbwedług zastrz.3. z namiennytym. że stosujesięrozpuszczalnąw wodziesubstancję ZzZstkzwą wySrs-ą a grupy zSdjmsjązdj, eutry zdlslzcdwd, etery zdlslzcdwd, eutry zkrzSi, etery zkrzSi, etery ozli(glikzli slkild-zwych), ozli(glikzld slkild-zwd), Złggzłsńcgchzwd slks-zld 0-Η2-+ιΟΗ, gZcid - > 8, eutry cukrów, etery cukrów.

5. PozubS weZłsg csutrc. 4, nnaminnny tym, że jskz rzcosucccsląą w wzZcie usSuts-cję ZzZstkzwą utzusje uię ozli(glikzl etyle-zwy).

6. PozubS weZłsg csutrc. 1 slSz 3, slSz 4, slSz 5, nnaminnny tym, że rzcosucccsląą w wzZcie usSuts-cję ZzZstkzwą utzusje uię w utęże-is 4-20% wsgzwz, kzrcyutąie 6-10% wsgzwz.

7. PozubS weZłsg csutrc. 1, nnaminnny tym, że usuce-ie rzctwzrs wzZ-egz orzwsZci uię Zz cswsrtzści wzZy reuctkzwej wy-zucącej orcy-sjm-iej 10% wsgzwz.

8. PozubS weZłsg csutrc. 7, nnaminnny tym, że usuce-ie rzctwzrs wzZ-egz orzwsZci uię Zz cswsrtzści wzZy reuctkzwej zZ 10 Zz 30% wsgzwz.

9. PozubS weZłsg csutrc. 1, nnaminnny tym, że usuce-ie orzwsZci uię oz -skrzole-is rzctwzrs -s twsrZe ozZłzże.

10. PozubS weZłsg csutrc. 1, nnaminnny tym, że usuce-ie orzwsZci uię oz wls-is rzctwzrs Zz fzrmy.

11. PozubS weZłsg csutrc. 8 slSz 9, nnaminnny tym, że -skrsols-ie slSz wlews-ie orzwsZci uię w te- uozubS, że wytwsrcs uię Sryłkę żels z śreZ-icy cz -sjm-iej Zws rscy więkucej -iż wyuzkzść.

12. PozubS weZłsg csutrc. 8 slSz 9, nnaminnny tym, że -skrsols-ie slSz wlews-ie orzwsZci uię w te- uozubS, że wytwsrcs uię Sryłkę żels z śreZ-icy >1 mm, kzrcyut-ie 2 Zz 4 mm i z wyuzkzści zZ 0,1 Zz 1 mm, kzi^^-ie zZ 0,2 Zz 0,4 mm.

13. PozubS weZłsg csutrc. 10, nnaminnny tym, że usuce-ie orzwsZci uię oz wyls-is rzctwzrs w ozZłsż-e osumz.

14. PozubS weZłsg csutrc. 10, nnaminnny tym, że usuce-ie rzctwzrs wzZ-egz orzwsZci uię oz wyls-is gz -s msterisł -zś-ikzwy.

15. PozubS weZłsg csutrc. 1, nnaminnny tym, że swzZ-ie-ie orzwsZci uię w wzZcie miejukiej.

16. PozubS weZłsg csutrc. 1, nnaminnny tym, że swzZ-ie-ie orzwsZci uię w rzctwzrce uzli.

17. PozubS weZłsg csutrc. 16, nnaminnny tym, że jskz rzctwbr uzli utzusje uię ozżywkę hzZzwls-ą.

18. PozubS weZłsg csutrc. 16, nnaminnny tym, że utzusje uię rzctwbr uzli cswiersjący s-iz-y widlzwsrtzścizwe.

19. PozubS weZłsg csutrc. 7, nnaminnny tym, że csłkzwite usuce-ie scyuksje uię orcy uosZs-is wytwzrcz-ej krzoli w wieży uosZzwej.

20. Kstslicstzr Sizlzgicc-y z Zsżej wytrcymsłzści mechs-icc-ej, nnaminnny tym, że cswiers wzZ-y rzctwbr ozli(slkzhzls wi-ylzwegz), z utzo-is hyZrzlicy > 98% mzlzwz, w ozutsci żels, usSuts-cję ZzZstkzwą wySrs-ą c grsoy zSejmsjącej: ozli(glikzl etyle-zwy), eutry celslzczwe, etery celslzczwe, eutry ukrzSi, etery ukrzSi, etery ozli(glikzli slkile-zwych), ozli(glikzle slkile-zwe), Złsgzłsńcschzwe slks-zle C-H2-+1OH, gZcie - > 8, eutry cskrbw, etery cskrbw, rzcosucccz-ą w wzZ-ym rzctwzrce ozli(slkzhzls wi-ylzwegz) zrsc worzwsZcz-y Zz żels msterisł Sizlzgicc-ie ccy--y, w ozutsci e-cymbw, csrzZ-ikbw slSz kzmbrek Sskterii, w ozutsci e-cymbw, csrzZ-ikbw slSz kzmbrek Sskterii kzrcyut-ie Sskterii -itryfiksjących, Clostridium uo.

21. Kstslicstzr weZłsg csutrc. 20, nnaminnny tym, że ms kuctsłt uzccewki, ktbrej śreZ-ics jeut c-sccącz więkucs -iż jej wyuzkzść.

22. Kstslicstzr weZłsg csutrc. 20 slSz 21, nnaminnny tym, że cswiers usSuts-cję ZzZstkzwą z włsściwzścisch msg-etycc-ych.