PL88670B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia wlókien celulozowych o wysokiej przepusz¬ czalnosci, zawierajacych inkluzje enzymów.Wiadomo, ze znaczna ilosc reakcji, których nie mozna przeprowadzic w inny sposób lub które wymagalyby znacznie bardziej drastycznych wa¬ runków, mozna przeprowadzic dzieki katalizujace¬ mu dzialaniu enzymów. Znane jest takze stosowa¬ nie wlókien, zawierajacych substancje enzymatycz¬ na w postaci inkluzji i przenoszacych aktywnosc katalityczna enzymów bez rozpraszania ich w ma¬ sie reakcyjnej. Inkludowanie enzymów we wlók¬ nie prowadzi sie stosujac wlókna sztuczne lub wy¬ konane z polimerów syntetycznych. Wlókna, za¬ wierajace inkluzje enzymów w postaci kuleczek sporzadza sie, wychodzac z roztworów polimerów, przystosowanych do wytwarzania z nich wlókien, w których zwiazki enzymatyczne sa zdyspergo- wane w postaci bardzo drobnych kropelek, rzedu wielkosci czastek emulsji. Otrzymane w ten spo¬ sób emulsje mozna przasc na sucho lub na mo¬ kro, wytwarzajac wlókna, posiadajace w swym wnetrzu bardzo drobne jamki, w których znajdu¬ ja sie enzymy, oddzielone od otoczenia bardzo cienka blonka.Stosowane dotychczas wlókna zawierajace in¬ kluzje enzymów i stanowiace przedmiot wloskiego opisu patentowego nr 836 462, sporzadza sie, wy¬ chodzac z polimerów przystosowanych do wytwa- riania wlókien, na przyklad pochodnych celulozy, nic natomiast nie wiadomo, aby mogly byc one wytwarzane, wychodzac bezposrednio z nieregene- rowanej celulozy, ze wzgledu na trudnosci wyni¬ kajace podcza3 procesu jej pózniejszego przedze- nia.Zastosowanie wlókien celulozowych zawieraja¬ cych inkluzje enzymów ma te zalete w porówna¬ niu z innymi rodzajami wlókien, ze wykazuja one wieksza aktywnosc wobec reakcji enzymatycznych ze wzgledu na wyzsza przepuszczalnosc samego wlókna. W rzeczywistosci dzialanie katalityczne enzymów zawartych we wlóknach polega na pro¬ cesach rozprzestrzeniania i dlatego aktywnosc en¬ zymatyczna zalezy od przepuszczalnosci. ¦ . -f Wlókna o wysokiej przepuszczalnosci zawieraja¬ ce inkluzje enzymów nie zawsze uzyskuje sie przez proste oddzialywanie warunków wytwarza¬ nia wlókna z uwagi na to, ze przy wyzszym steze- niu enzymu czynnik ograniczajacy stanowi dodat¬ kowo przepuszczalnosc.Obecnie stwierdzono, co jest celem wynalazku, ze wlókna celulozowe zawierajace inkluzje enzy¬ mów daje sie sporzadzic, wychodzac z polimerów celulozowych zawierajacych podstawniki, odpo¬ wiedni© zemulgowanych w roztworach enzyma¬ tycznych, przedac je i wreszcie poddajac otrzy¬ mane wlókna reakcjom usuwania podstawników.Otrzymuje sie w ten sposób niepodstawione wlók- no z podstawowej celulozy zawierajacej inkluzje 88 670s 88 670 4 enzymu o znacznie wyzszej przepuszczalnosci niz wlókno z podstawionej celulozy.Sposób wedlug wynalazku oparty jest zasadni¬ czo na modyfikacji chemicznej wyjsciowego ma¬ terialu wlóknistego, poddawanego dzialaniu srod¬ ków redukujacych w takich warunkach, aby nie spowodowac uszkodzenia enzymu.Sposób wedlug wynalazku pozwala uniknac wad, wspomnianych poprzednio, a wlókna otrzymane po procesie redukcji maja wysoki stopien prze¬ puszczalnosci.Stosowany surowiec wyjsciowy stanowi zasadni¬ czo nitroceluloza o wysokim ciezarze czasteczko¬ wym o takiej zawartosci azotu, która czyni ja rozpuszczalna w rozpuszczalnikach organicznych, a która korzystnie wynosi 5%. Rozpuszcza sie ja w rozpuszczalniku, nie mieszajacym sie z woda, takim jak octan n-butylu, ftalan dwubutylu, ke¬ ton metylowoamylowy, keton etylowoamylowy i inne, które stosuje sie jako takie lub odpowied¬ nio rozcienczone weglowodorami alifatycznymi, ta¬ kimi jak pentan, heksan, heptan, oktan, weglowo¬ dorami aromatycznymi takimi Jak toluen i ksylen lub mieszaninami weglowodorów takimi jak li- groina.Roztwór celulozy dodaje sie do roztworu wod¬ nego, zawierajacego enzymy, przy czym mozna je wybierac z róznych ich klas. Stosuje sie na przy¬ klad ureaze, inwertaze, laktaze, acylaze, transami- naze, oksydaze glukozowa, katalaze, papaine, acy¬ laze penicylinowa i niektóre inne. Emulsje prze¬ dzie sie nastepnie w znany sposób przy uzyciu znanych srodków koagulujacych, takich jak na przyklad srodki wymienione we wspomnianym poprzednio patencie wloskim. Oprócz procesu emulgowania enzymu w roztworze polimeru, w celu wytwarzania wlókien zawierajacych inkluzje entyiftu, stosuje sie takie inne sposoby. Na przy- klttd eUzyin dysperguje sie jako proszek w poli¬ merze, który nastepnie przedzie sie w znany spo¬ sób, Otrzymane wlókno poddaje sie reakcji ze srodkiem redukujacym, który usuwa grupe nitro¬ wa i tworzy wlókno celulozowe zawierajace in¬ kluzje enzymu, realizujac w ten sposób cel wyna- latku* Jako srodek redukujacy stosuje sie roztwory kwasnego siarczku amonu z nadmiarem lub bez nadmiaru amoniaku lub siarkowodoru.Wynalazek jest blizej wyjasniony w ponizszych przykladach wykonania. f r z?ki ad I. ittÓÓ g nitrocelulozy (produkcji flftny fthla Visctsa S.p.A.) rozpuszcza sie w roz- twOfZe utworzonym z 6*00 g octanu n-butylu i 4M8 t toluenu. Nastepnie dodaje sie 1600 g wod¬ nego roztworu zawierajacego eniym inwertaze.Mieszajac, otrzymuje sie emulsje, która przedzie sie ytmt otworki o srednicy 125 u, stosujac sro¬ dek koagulujacy utworzony przez mieszanine na* SftOftych weglowodorów o temperaturze wrzenia w granicach tiMTTC. Otrzymuje sie okolo 2600 g wtókn* zawierajacego inkluzje enzymu. 100* g toto wlókna, zanurzonego w 20% roz¬ tworze sacharozy o wartosci pH«e4,5 Inwertuje 40 g cukru ha minute. lOfO g wlókna poddaje sie Obróbce 2% roztworem amoniaku, nasyconym siar¬ kowodorem do wartosci pH^fc^ Pó fotkeji frrze- biegalacej w ciagu 6 godzin wlókno to przemywa sie i zanurza w 20% roztworze sacharozy o war¬ tosci pH = 4,5, uzyskujac inwersje 490 g cukru w s ciagu minuty.Przyklad II. 1000 g nitrocelulozy (produkcji firmy Snia Viscosa S.p.A) rozpuszcza sie w tem¬ peraturze pokojowej w mieszaninie 7 000 g octanu- n-butylu i 3750 g toluenu, po czym do otrzyma¬ lo nego roztworu dodaje sie 2000 g wodnego roz¬ tworu enzymu inwertazy. Przez mieszanie wytwa¬ rza sie emulsje, która przedzie sie w temperatu¬ rze 1°C przez otworki o srednicy 125 \i i koagu- luje w temperaturze 20°C w mieszaninie nasyco- nych weglowodorów o temperaturze wrzenia w granicach 60—80°C. Otrzymuje sie okolo 3000 g wlókna. 1000 g tego wlókna, zanurzonego w 20% roztworze sacharozy o wartosci pH = 4,5 inwer¬ tuje w ciagu minuty 505 g cukru.Inna porcje 1000 g wlókna poddaje sie w ciagu 6 godzin obróbce roztworem amoniaku nasyconym siarkowodorem jak w przykladzie I. Po tej obrób¬ ce otrzymane wlókno zanurzone w roztworze sa¬ charozy jak w przykladzie I, inwertuje w ciagu minuty 1890 g cukru.Przyklad III. 1000 g nitrocelulozy (produkcji firmy Snia Viscosa S.p.A.) rozpuszcza sie w mie¬ szaninie 7000 g octanu n-butylu i 3750 g toluenu.Nastepnie dodaje sie 2000 g enzymu, acylazy pe- so nicylinowej, i calosc miesza sie do utworzenia emulsji. Emulsje te przedzie sie jak w przykla¬ dzie I, otrzymujac 3000 g wlókna. 1500 g otrzy¬ manego wlókna zanurza sie w 37,5 litrach 0,1 M roztworu fosforanu potasu o wartosci pH = 8,0 85 i temperaturze 37°C, zawierajacego 1500 g soli po¬ tasowej penicyliny O. Enzym zawarty we wlóknie katalizuje hydrolize penicyliny do kwasu 6-ami- nopenicylanowego i kwasu fenylooctowego. Pod¬ czas reakcji utrzymuje sie stala wartosc pH roz- A0 tworu, dodajac wodorotlenek Sodu. W ten sposób po 227 minutach uzyskuje sie 90% konwersje pe¬ nicyliny. 2000 g wodnego roztworu enzymu acylazy pe¬ nicylinowej umieszcza sie w postaci inkluzji jak 43 opisano poprzednio w 1000 g nitrocelulozy, a na¬ stepnie poddaje obróbce roztworem amoniaku ***— syconym siarkowodorem jak w przysiadzie I. Taki sam roztwór acylazy penicylinowej dysperguje sie w roztworze, utworzonym przez rozpuszczenie 54 1000 g trójoctanu celulozy w 13 300 g chlorku me¬ tylenu. Emulsje te przedzie sie jak w przykladzie I, stosujac jako srodek koagulujacy toluen. 1000 g~ pierwszego wlókna zanurzonego w 25 litrach 0,1 M roztworu fosforanu potasu O wartosci pH«8,0 w i temperaturze 37°C, zawierajacego sól potasowa penicyliny G o stezeniu 10% powoduje hydrolise 90% penicyliny w ciagu 219 minut Drugie wlók¬ no w tych samych warunkach hydrolizuje 90%. penicyliny w ciagu 296 minut. Ó| Inna porcje 1500 g wlókna poddaje Sie obróbce roztworem amoniaku nasyconym siarkowodorem jak w przykladzie I. Wlókno to w tych samyeh warunkach co wlókno nie poddane obróbce powo¬ duje konwersje 90% penicyliny w ciagu 56 minutt .- Oczywiste jest, ze to co powiedziano odnosnie-88 670 6 wlókna, obejmuje takze blony, mikrokapsulki lub podobne produkty, zawierajace enzymy.Jedynie wielkie zainteresowanie zglaszajacego szczególnie dziedzina wlókien spowodowalo, ze wynalazek opisano w odniesieniu do wlókien, jest jednak rzecza calkowicie oczywista rozszerzenie zasad wynalazku bez wyjscia poza jego zakres.Podobnie, kazdy znawca moze latwo poddawac obróbce sposobem wedlug wynalazku inne wyjs¬ ciowe materialy polimeryczne niz nitroceluloza, do której odniesiono przyklady jedynie w celu lepszego zilustrowania wynalazku. PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania wlókien celulozowych o wysokiej przepuszczalnosci, zawierajacych inkluz¬ je enzymów, znamienny tym, ze podstawiona po¬ chodna celulozy rozpuszcza sie w rozpuszczalniku nierozpuszczalnym w wodzie, do otrzymanego roz¬ tworu dodaje sie wodny roztwór enzymu i pow¬ stala emulsje przedzie sie i koaguluje, a nastepnie otrzymane wlókno poddaje sie obróbce srodkiem redukujacym usuwajac podstawnik, przy czym ob¬ róbke prowadzi sie w takich warunkach, w któ¬ rych enzym nie ulega uszkodzeniu. 2. Sposób wedlug zastrz. 1. znamienny tym, ze jako podstawiona pochodna celulozy stosuje sie s nitroceluloze. l

2.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako srodek redukujacy stosuje sie roztwór kwas¬ nego siarczku amonu jako taki, badz zawierajacy nadmiar amoniaku lub siarkowodoru.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze podstawiona pochodna celulozy rozpuszcza sie w rozpuszczalniku nie mieszajacym sie z woda, ta¬ kim jak octan n-butylu, ftalan dwubutylu, keton metylowoamylowy lub keton etylowoamylowy.

5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze podstawiona pochodna celulozy rozpuszcza sie w rozpuszczalniku nie mieszajacym sie z woda z do¬ datkiem rozcienczalnika takiego jak weglowodory alifatyczne, weglowodory aromatyczne lub miesza¬ niny tych weglowodorów.

6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako inkludowany enzym stosuje sie ureaze, in- wertaze, laktaze, acylaze, transaminaze, oksydaze glukozowa, katalaze, papaine, syntetaze tryptofa- nylowa i acylaze penicylinowa. 15 20 PL