WO2008151822A1 - Thermally modified clay minerals as carrier materials for enzymes - Google Patents
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- WO2008151822A1 WO2008151822A1 PCT/EP2008/004781 EP2008004781W WO2008151822A1 WO 2008151822 A1 WO2008151822 A1 WO 2008151822A1 EP 2008004781 W EP2008004781 W EP 2008004781W WO 2008151822 A1 WO2008151822 A1 WO 2008151822A1
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
- C12N11/14—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an inorganic carrier
Definitions
- the invention relates to a solid enzyme complex, a process for its preparation and the use of the solid enzyme complex.
- the enzymes are bound on a carrier.
- the binding can be done in different ways. Physical binding can be achieved by adsorption of the enzyme on the surface of the support. Binding occurs via hydrophobic interactions or by ionic forces, with charged groups of the enzyme interacting with oppositely charged groups on the surface of the support.
- the advantage of this method is its ease of execution and the relatively low influence on the activity of the enzyme.
- the disadvantage is that the enzymes can be displaced relatively easily from the surface of the carrier again.
- An irreversible binding of the enzyme can be achieved by forming a covalent bond between the enzyme and the carrier.
- the activity of the enzyme is lowered, since the enzyme may for example be fixed on the surface, that the active center is no longer accessible.
- the stability of the enzyme / carrier complex can be further increased by the enzymes are crosslinked by at least bifunctional molecules. This results in larger aggregates which have a lower solubility.
- the control of immobilization is very difficult in this method.
- a significant deactivation of the enzyme usually has to be accepted, since its conformation is greatly altered or the active center is no longer freely accessible.
- the enzyme is entrapped in a spherical or tubular matrix.
- the matrix must be permeable to the educts and products of the catalyzed reaction, but not to the enzymes.
- natural polymers such as alginates, gelatin or agar, or even syn- thetician polymers, such as polyacrylamide or Polyvmylalkohol used.
- the enzyme is protected from being inactivated by the solvent in reactions in organic media.
- the matrix can act as a diffusion barrier for the educts and products of the enzyme-catalized reaction.
- DE 2 154 672 describes a process for preparing a solid enzyme complex, wherein an enzyme in an aqueous buffer solution is contacted with a support m which has been previously modified with a coupling agent.
- the carrier used is preferably Bentomt, which has been treated with cyanuric chloride as the coupling agent.
- the immobilization of the enzyme is very rapid, ie within a few minutes, and is carried out at temperatures of less than 40 0 C, preferably at about 0 0 C, so that the thermal load of the enzyme remains low.
- sepiolite having a particle size of ⁇ 2 mm was first converted into the sodium form by repeatedly slurrying the sepiolite in a sodium chloride solution.
- the enzyme is reacted in a phosphate buffer (pH 7) at 4 ° C. with the sepiolite present in the sodium form and the solid is separated by centrifuging. The separated pellet is washed with buffer, sodium chloride being added in the second washing step to separate weakly bound enzyme from the clay. Subsequently, the enzyme activity is determined.
- the enzymes are immobilized on clay minerals, in particular bentonite, which are present in an aqueous buffer solution in colloidal form.
- clay minerals in particular bentonite
- such a finely divided suspension is not suitable for industrial applications because the fine particles are difficult to separate from the reaction medium after the end of the reaction.
- Lipase which consists essentially of a thermostable
- Lipase consists of a microorganism from the group of
- the carrier consists of at least 65% silica gel or silicates, wherein at least 90% of the particles have a particle size between 100 and 1000 microns and wherein at least 80% of the pores of the particles have a diameter which is 12 to 45 times the diameter of a Lipasemole - kuls corresponds, and wherein the water content of the particulate immobilized lipase is between 1 and 20%.
- the particulate carrier is placed in an aqueous solution of the lipase. The loaded carrier particles are separated, optionally washed and dried to the specified water content.
- the invention had the object of providing a stored enzyme available, which can be produced easily and inexpensively, can be used in industrial processes and has a high activity and a long half-life in the application.
- a heat-treated clay mineral is used in the solid enzyme complex according to the invention.
- the heat treatment ensures that the swelling ability of the clay is significantly reduced or completely suppressed.
- the heat-treated clay mineral can readily be agglomerated to form larger stable particles. It is therefore possible to easily separate the solid enzyme complex after completion of the reaction, for example, by allowing filtration or settling of the solid enzyme complex and decanting the liquid phase.
- the reactions can also be carried out in the flow, if the erfmdungsgeBOOKe solid enzyme complex is provided as a column or in a cartridge.
- the carrier is obtained by heating the clay mineral used as starting material until the desired properties are achieved. On the heat-treated clay material can then be immobilized by conventional methods, the enzyme of interest.
- a solid enzyme complex comprising at least one enzyme which is immobilized on a carrier which has been obtained by heating a clay mineral to a temperature and for a duration that the carrier has a swelling capacity in water of less than 15 ml / 2 g.
- the carrier obtained by heating a clay mineral has a swelling capacity which substantially corresponds to the sediment volume. Even with prolonged standing in water or an aqueous reaction medium, the carrier does not swell and also shows no delamination, so that, for example, it does not cause an increase in the viscosity of the reaction medium.
- the erfmdungsgeINEe solid enzyme complex can therefore be easily added in large quantities to a liquid, especially aqueous medium, without thereby, for example, the viscosity of the suspension increases dramatically.
- the solid enzyme complex according to the invention can be separated again from the liquid medium without difficulty by conventional methods, such as filtration or centrifugation. The enzymes remain predominantly adsorbed on the carrier, so that the carrier can optionally be used in a further reaction or batch.
- the properties of the carrier can be controlled by the temperature treatment.
- High ion exchange capacity generally correlates with good Bmdekapazitat for enzymes.
- the cation exchange capacity is preferably at least 5 meq / 100 g, preferably at least 10 meq / 100 g, more preferably at least 15 meq / 100g.
- the carrier preferably has the highest possible ion exchange capacity.
- the carrier has a cation exchange capacity of at least 40 meq / 100 g, more preferably at least 60 meq / 100 g. Most preferably, the cation exchange capacity is in the range of 65 to 130 meq / 100g.
- the ion exchange capacity of the carrier prepared by a heat treatment from a clay mineral is an important criterion for distinguishing, for example, the carriers of clay materials contained in the solid enzyme complex of the present invention, such as those obtained by extracting with hot acid from natural clay minerals. The latter show little or no ability for ion exchange. High-digestion bleaching earths that no longer swell typically exhibit a cation exchange capacity in the range of less than 30 meq / 100 g. Due to the heat treatment, the inner surface of Ton ⁇ ii- nerals is significantly reduced.
- the carrier has a specific surface area of less than 300 m 2 / g, particularly preferably less than 200 m 2 / g, more preferably less than 120 m 2 / g.
- the specific surface of the carrier is at least 30 m 2 / g, particularly preferably at least 60 m z / g.
- the carrier contained in the inventive solid enzyme complex has almost no swelling capacity in water more.
- the swelling volume in this case corresponds to the sediment volume. Even with prolonged storage in water, no or almost no increase in sediment volume is observed.
- the carrier After storage in water for three days, the carrier preferably has a sediment volume of less than 15 ml / 2 g, preferably less than 10 ml / 2 g, particularly preferably less than 8 ml / 2 g.
- the inventive solid enzyme complex can be provided as a fine powder or else in the form of large-sized moldings. Since the carrier has no or only a very low swelling capacity in water, for example, granules of any size can be prepared, on which then the enzyme is immobilized. In order to achieve sufficient stability for large-sized molded articles, so that the solid enzyme complex does not decompose, for example, in an aqueous reaction medium, the thermal treatment is preferably carried out only after shaping.
- the enzyme is preferably selected from the group which is formed from lipases, oxidoreductases, such as glucose oxidase or pyruvate dehydrogenase, transferases, such as hexokmase or glycogenophosphorylase, hydrolases, such as amylases, chymotrypsm, peptidases or esterases, isomerases, such as glucose isomerase, ligases such as carboxylases, lyases such as aldolase or catalase.
- the enzyme is particularly preferably a lipase, in particular from the enzyme class of the hydrolases.
- Lipases are enzymes that cleave lipids, such as triglycerides or diglycerides, to free fatty acids and glycine. Lipases (Tn acylglycerm hydrolases) catalyze the hydrolysis as well as the synthesis of esters of glycerm and long-chain fatty acids. Other lipase-catalyzed reactions include the transesterification of lipids and the esterification of primary, secondary and tertiary alcohols. The industrial use of these enzymes is very versatile. Addition to detergents is the largest field of application for lipases. Approximately 1000 tons of enzyme are added to detergents every year. In the cosmetics industry, lipases are used to make emulsifiers and flavorings.
- lipases are used for the synthesis of glycerides and flavorings, as well as for the modification of fats.
- a further large field of application for lipases is the production of consumer and feminine chemicals.
- the use of the enzymes for stereoselective reactions is becoming increasingly important.
- Lipases are also used in the production of lubricants, hydraulic oils and biodiesel.
- the enzyme can be bound to the carrier via a covalent bond or else via a non-covalent bond.
- coupling agents are Molecules having at least two reactive groups, one group reacting with a hydroxy group provided on the surface of the support and the at least one further reactive group reacting with a corresponding group on the enzyme, such as a hydroxy group, an amino group or a thiol group, so that the enzyme is over the coupling agent molecule is fixed on the surface of the support by covalent bonds.
- the enzyme is cross-linked by corresponding at least bifunctional molecules, so that the molecular weight of the enzyme is increased and thus its solubility in the reaction medium is deteriorated.
- the enzyme is bound to the carrier via a non-covalent bond.
- the carrier has a sufficiently high cation exchange capacity even after the thermal treatment, so that adsorption of the enzyme on the carrier can be carried out via ionic bonds.
- an immobilization of the enzyme via hydrophobic interactions between enzyme and Trager take place. The noncovalent binding of the enzyme to the carrier lessens the structure of the enzyme so that the immobilization does not interfere excessively with the activity of the enzyme.
- the amount of the enzyme immobilized on the carrier is preferably selected to be high enough to achieve a sufficiently high activity of the solid enzyme complex.
- the proportion of the enzyme based on the weight of the solid enzyme complex, between 3 and 35 wt .-%, particularly preferably 5 to 20 wt .-%, particularly preferably 8 to 15 wt .-%.
- the enzyme contained in the solid enzyme complex is, as already explained, not subject to any particular restrictions.
- the enzyme has a molecular weight in the range of 10 to 200 kDa.
- the erfmdungsgedorfe solid enzyme complex can be produced in a simple and cost-effective manner, so that larger amounts of erfmdungsgedorfen solid enzyme complex are accessible.
- the invention therefore also relates to a process for the preparation of a solid enzyme complex as described above.
- the erfmdungsgeloise method comprises the following steps:
- the carrier is provided by subjecting a clay mineral to a thermal treatment so that it obtains a certain, very low swelling capacity. Since the clay mineral used as starting material is obtained from a natural source and therefore variations in the properties of the various Tonmmeralien may occur, it is preferred m the way that initially determined by screening the optimum temperature for the clay mineral, wherein the desired low swelling capacity of the carrier is set. Preference is given to ⁇ as low as possible selected temperature and optionally adjusted the duration of the temperature treatment. Are preferred for the heat treatment temperatures of at least 400 0 C, preferably at least 450 0 C, particularly preferably Kursm- least 500 0 C chosen. However, the clay mineral should also not experience too high a thermal load, otherwise the adsorption capacity will drop.
- the temperatures are preferably less than 1000 0 C, preferably lower than 900 0 C, and particularly preferably chosen below 800 ° C.
- the duration of treatment depends on the amount of clay mineral used and the type of furnace. Rotary kilns are preferably used for the heat treatment, since they allow uniform heating of the clay mineral.
- the treatment time is preferably chosen as short as possible in order to avoid excessive thermal stress on the clay mineral. In an industrial implementation of the method treatment times of at least 10 minutes, preferably at least 20 minutes are selected. In order to avoid a thermal overload, the treatment time is preferably chosen shorter than 2 hours, particularly preferably shorter than 1 hour.
- the appropriate duration of treatment can be easily determined by one skilled in the art by periodically taking samples during the thermal treatment of the clay mineral and examining their swelling capacity. Further parameters, such as the ion exchange capacity, the specific surface or the pore volume, can also be used to assist in the monitoring of the thermal treatment.
- the carrier can be used in any clay minerals, which are accessible from natural sources. Preference is given to using clay minerals which have a high ion exchange capacity and a high swelling capacity.
- Clay materials are preferably used which have an ion exchange capacity of at least 5 meq / 100 g, preferably at least 10 meq / 100 g, more preferably at least 20 meq / 100 g, especially preferably at least 40 meq / 100 g, and clay minerals are particularly preferably used.
- their cation exchange capacity is in the range of 50 to 130 meq / 100 g, more preferably in the range of 70 to 120 meq / 100 g.
- clay minerals which have a high swelling capacity are preferably used.
- the clay minerals used as starting material have a swelling capacity in water after one hour of at least 5 ml / 2 g, preferably at least 8 ml / 2 g, particularly preferably at least 10 ml / 2 g.
- the clay minerals used as administratmate ⁇ alien a swelling capacity in the range of 6 to 80 ml / 2 g, more preferably 9 to 40 ml / 2 g, particularly preferably 10 to 20 ml / 2 g.
- sodium bentonites or calcium bentonites are suitable.
- the clay minerals used for the preparation of the carrier preferably have neutral to weakly basic properties.
- a 2% by weight suspension of the clay mineral in distilled water preferably has a pH in the range of 6 to 11.
- the carrier smectitic sheet silicates are preferably used. These include, for example, charged clay minerals of the 2: 1 layer type with a negative charge of 0.2 to 0.6 per formula unit.
- the cation exchange capacity of the clay minerals used as starting materials for the preparation of the carrier can be determined by exchange with ammonium chloride and subsequent nitrogen determination and is preferably in the above-described range of 10 to 130 meq / 100 g.
- suitable smectite clay minerals are bentonite, montmorillonite, beidellite, nontronite, hectorite and saponite.
- Another suitable smectite clay mineral is stevensite. Its structure is derived from talc, with the positions of the magnesium ions being replaced by vacancies.
- the proportion of charge interactions and hydrophobic interactions, with The selected enzyme is fixed on the surface of the carrier.
- supports made from montmorillonite-containing clay minerals with high cation-exchange capacities of preferably more than 65 meq / 100 g, preferably more than 85 meq / 100 g, by thermal treatment are more suitable for adding the enzymes to be immobilized via charge interactions whereas carriers made, for example, from stevensites, kerolites or saponites are particularly suitable for the immobilization of enzymes which are bound to the carrier via hydrophobic interactions.
- Suitable saponites have, for example, a cation exchange capacity of preferably 5 to 60 meq / 100 g, and preferably a specific surface area of 100 to 170
- clay minerals for the thermal treatment which have a cation exchange capacity of less than 80 meq / 100 g, preferably less than 75 meq / 100 g, particularly preferably in a range of 40 to 70 meq / 100 g.
- these clay minerals have a high specific surface area.
- the clay minerals preferably have a specific surface area of more than 100 m 2 / g, preferably more than 120 m 2 / g, particularly preferably more than 150 m 2 / g.
- the clay minerals used for the preparation of the carrier may optionally be dried before the heat treatment, preferably to a moisture content of less than 20 wt .-%, in particular to a moisture content in the range of 5-15 wt .-%. Further, the raw clay material may be ground prior to the heat treatment, preferably to a mean grain size D 50 of less than 3 mm, more preferably less than 1 mm, most preferably less than 0.2 mm.
- the clay minerals, in particular smectitic clay minerals, used as starting material for the preparation of the carrier may be in both the sodium form and in the calcium or magnesium form.
- monovalent alkali metal ions and divalent alkaline earth metal ions are present as intermediate layer ions in the clay minerals.
- the proportion of monovalent or divalent cations can be adjusted before the heat treatment by reacting the clay mineral with a corresponding alkali metal salt, for example sodium carbonate or sodium bicarbonate.
- a corresponding alkali metal salt for example sodium carbonate or sodium bicarbonate.
- a naturally moist calcium bentonite can be sprayed with a soda solution or kneaded with solid sodium carbonate.
- the clay mineral with a suitable Erdalkaliverbmdung such as calcium chloride, can be implemented.
- the heat-treated Tonmmeral used in erfmdungsgespecializeden method is prepared from a raw clay material having at least a proportion of divalent alkaline earth metal ions, preferably calcium ions on pet harshplatzen.
- the proportion of divalent cations in the ion exchange capacity is preferably at least 15%, particularly preferably at least 30%, particularly preferably at least 70%.
- the proportion of divalent cations, in particular calcium and magnesium, in the cation exchange capacity is preferably less than 95%, in particular less than 85%. It has been observed that a high proportion of exchangeable divalent cations can enhance the tendency of enzymes to bind to the heat-treated clay material. Without wishing to be bound by this theory, the inventors assume that the alkaline earth metals arranged in intermediate layers exert a support function during the thermal treatment of the clay mineral so that the layers of the clay mineral do not sink together as much as with pure natural bentonites.
- the proportion of divalent or monovalent cations can be adjusted accordingly before the heat treatment of the clay mineral.
- this can be reacted with a suitable sodium salt, such as sodium carbonate, by spraying the clay mineral, for example with a soda solution, or by kneading it with solid sodium carbonate.
- the exchanger according to the thermal treatment preferably has a specific surface area of less than 300 m 2 / g, more preferably less than 200 m 2 / g, more preferably less than 120 rn 2 / g.
- the surface of the carrier preferably amounts to at least 30 m 2 / g, more preferably at least 35 m 2 / g, particularly preferably at least 60 m 2 / g.
- the spe- In addition to the swelling capacity already described, the cif- ic surface can therefore be used to monitor the thermal treatment of the clay mineral.
- the carrier has almost no swelling capacity in water after the thermal treatment.
- the swelling volume in this case corresponds to the sediment volume. Even with prolonged storage in water, no or almost no increase in sediment volume is observed.
- the carrier has a swelling volume of less than 15 ml / 2 g, preferably less than 10 ml / 2 g, more preferably less than 8 ml / 2 g.
- the swelling volume may also take on lower values, for example values of less than 5 ml / 2 g
- the carrier is preferably no longer subjected to further activation. It can still be adjusted by physical process steps, such as grinding and sieving, a desired grain size. Preferably, the carrier is adjusted to a mean grain size D 50 in the range of 10-200 ⁇ m. Granulation can also produce larger particles. The larger particles can be stabilized in their shape by a, possibly renewed, thermal treatment.
- the particulate carrier in particular the granules, is heated to a temperature in the range from 400 to 750 ° C. for 2 minutes to 5 hours. Preferably, however, proceeding in such a way that the clay mineral is first granulated or molded and only then the thermal treatment is carried out, at the same time a stabilization of the granules or Formkorpers is achieved.
- the granulation of the clay mineral which is preferably carried out before the thermal treatment, takes place in such a way that the clay mineral is introduced into a high-speed mixer and that an aqueous binder, such as For example, water or water glass is added in a short period of time in its entire amount.
- the granulation can be carried out both in a batch process and in a continuous process.
- a so-called egg mixer and for continuous granulation for example, a continuously operating ploughshare mixer, as offered for example by the company Lodige, or a ring-layer mixer, such as a Lodige CB mixer, can be used.
- the dry powdered thermally treated clay mineral can be pressed under high pressure into molded articles which, if appropriate, can also be comminuted again to the desired size after shaping.
- a highly compacting shaping can be carried out, for example, in a tableting press, a disk press or a briquetting press.
- This plastic mass can then be extruded, for example, into a strand which is comminuted to a granulate of the desired size.
- an enzyme is provided in erfmdungsge speciallyen process, which is to be immobilized on the carrier.
- the enzyme is preferably provided in the form of an aqueous solution.
- the enzyme is preferably in a buffered solution provided.
- the pH of the buffer is selected depending on the enzyme to be immobilized and is preferably in the range of 3 to 9. The ideal range for the pH depends on the specific enzyme.
- the pH of the buffer is preferably selected in the range of 3 to 5.
- the buffer is suitably selected in such a way that its buffer effect is as large as possible at a pH which is approximately one unit below the isoelectric point of the enzyme in question.
- the enzyme then has a positive total charge and can be fixed by an ionic bond on the carrier.
- the concentration of the buffer is suitably adjusted in the range of 10 to 300 mmol / l, preferably 50 to 200 mmol / l.
- the concentration of the enzyme in the solution is preferably selected in the range of 1 to 10 mg / ml.
- the immobilization is preferably carried out at a temperature in the range of 0 to 37 ° C, particularly preferably 4 to 10 0 C.
- the enzyme and the carrier can be brought into contact in any desired manner.
- the carrier can be suspended in a solution of the enzyme. But it is also possible to spray the solution of the enzyme on the carrier while it is being moved, for example.
- the time required for the immobilization of the enzyme depends on the carrier used and the enzyme used. Preferably, the reaction time is chosen in the range of 10 minutes to 5 hours.
- reaction medium can still be separated from the solid enzyme complex. This can be done by conventional methods, for example by filtration or Zent ⁇ fug Schl.
- the solid enzyme complex can then be washed to remove unbound enzyme.
- the same buffer can be used for washing as has been used in the reaction of enzyme and carrier. Is relatively little solvent, especially water in the solid enzyme complex
- the solvent can also be evaporated.
- the solvent can be distilled off under reduced pressure. Again, the temperature is chosen as low as possible in order to avoid premature deactivation of the enzyme.
- the carrier is preferably before the task of the enzyme to a pH of preferably 3.0 to 7.0 equilibrium.
- the carrier can be slurried, for example, in a suitable buffer medium.
- the enzyme is immobilized by non-covalent bonds on the surface of the carrier.
- the carrier and the enzyme are reacted with a coupling agent which has at least two reactive groups, so that one of the groups with, for example, hydroxyl groups on the surface of the carrier and the other group with a suitable group can react on the enzyme, such as a hydroxyl, a mino- or a thiol group.
- a suitable coupling agent is for example Cyanurchlo ⁇ d.
- Particularly suitable as coupling agents are functionalized silanes, as are commonly used for the fixation of enzymes on to ⁇ organic Tragern. This binds first functionalized alkoxy or chlorosilanes on the carrier. As alkoxy groups, for example, methoxy or ethoxy groups are used. The attachment of the functionalized silane takes place for example via the formation of Si-O-Si bonds with elimination of alcohol or HCl. If one uses functionalized silanes, which carry functional groups, which can react directly with groups on the enzyme, so in a second - -
- Step the enzyme to be bound directly to the carrier A typical example of this are epoxysilane compounds, such as epoxyalkyltrialkoxysilanes.
- the epoxy group of the silane after application to the support can react directly with free NHo groups of the enzyme.
- the functionalized silane is first reacted after application on the support with an activating agent.
- groups are introduced into the silane bound on the surface of the support which can react with a group on the enzyme, for example an amino group.
- the enzyme be attached in a further reaction step to a group of the activating agent.
- the above-described carrier obtained by thermal treatment of a clay mineral can be reacted with an aminoalkoxysilane.
- the ammoalkoxysilane reacts with a hydroxy group on the surface of the carrier.
- amino groups can then be reacted with a bifunctional activating agent, for example a dialdehyde or a diisocyanate.
- a bifunctional activating agent for example a dialdehyde or a diisocyanate.
- One functional group reacts with the amino group provided on the surface of the support and the other functional group is available for reaction with a group on the enzyme.
- a suitable bifunctional aldehyde is, for example, glutaraldehyde.
- the invention also relates to the use of the above-described solid enzyme complex for enzyme-catalyzed reactions.
- the reactions can be carried out per se under known conditions and in known devices.
- the reactions can be carried out in suspension, including the solid enzyme complex in a, preferably buffered, solution the substrate is slabbed, to which other conventional components such as coenzymes, ATP, etc. may be added.
- Fig. 1 an adsorption isotherm recorded for a lipase at pH 4 in a 50 mM acetate buffer of Bentomt I 500 ;
- FIG. 2 an adsorption isotherm recorded on Bentomt 3 500 for a lipase at pH 4 in a 50 mM acetate buffer
- FIG. 3 shows an adsorption isotherm, which was recorded for a lipase at pH 4 in a 50 mM acetate buffer at saponite l 6 oo.
- the surface area and the pore volume were determined using a fully automatic nitrogen porosimeter from the company Mikromeritics, type ASAP 2010.
- the sample is cooled in a high vacuum to the temperature of liquid nitrogen. Subsequently, nitrogen is continuously metered into the sample chamber. By detecting the adsorbed amount of gas as a function of pressure becomes more constant - -
- the pore volume is also determined from the measurement data using the BJH method (EP Barret, LGJoiner, PP Haienda, J. Am. Chem Soc 73 (1951, 373).) This procedure also takes into account effects of capillary condensation Pore volumes of certain pore sizes are determined by summation of incremental pore volumes obtained from the BJH adsorption isotherm analysis.
- the total pore volume according to the BJH method refers to pores with a diameter of 1.7 to 300 nm.
- the measurements are carried out with a device "Mastersizer” from Malvern Instruments Ltd., UK, according to the manufacturer's instructions.
- the measurements are carried out with the intended sample chamber ("dry powder feeder") in air and the values related to the sample volume are determined.
- the water content of the products at 105 0 C is determined using the method DIN / ISO-787/2.
- This analysis is based on the total resolution of the clay materials or the corresponding product. After releasing the festival Substances, the individual components are analyzed and quantified using conventional specific analysis methods, such as ICP.
- the clay material to be tested over a period of 2 hours at 105 0 C is dried. Thereafter, the dried clay material is reacted with an excess of aqueous 2N NH 4 Cl solution for 1 hour under reflux. After a service life of 16 hours at room temperature, it is filtered, whereupon the filter cake is washed, dried and ground and the NH 4 content in the clay material is determined by nitrogen determination (CHN analyzer "Vario EL III" from Elementar in Hanau) according to the manufacturer's instructions. The proportion and type of exchanged metal ions is determined in the filtrate by ICP spectroscopy.
- a graduated 100 ml measuring cylinder is filled with 100 ml of distilled water. 2 g of the substance to be measured are added slowly and in portions, each about 0.1 to 0.2 g, with a spatula on the surface of the water. After a drop of added portion, the next portion is added. After the 2 g of substance have been added and dropped to the bottom of the measuring cylinder, the cylinder is allowed to stand for one hour at room temperature. Then the height of the sediment volume in ml / 2 g is read off the graduation of the measuring cylinder. For the determination of the sediment volume after 3 tagiger storage in water of the sample preparation is sealed with Parafilm ® and vibration-free for 3 days at room temperature, allowed to stand. Then the sediment volume is read off the graduation of the measuring cylinder. Determination of the montmonellite content via methylene blue adsorption
- the methylene blue value is a measure of the inner surface of the
- the test of the clay wxrd was carried out in the same way as for the test bentonite. From the used amount of Methylenblaulosung can calculate the inner surface of the clay material.
- 381 mg of methylene blue / g of clay correspond to a content of 100% montmorillonite according to this method.
- a 5% suspension is prepared by stirring an appropriate amount of the clay material to be examined at about 930 rpm for about 5 minutes in water. The suspension is stirred for a further 15 minutes at about 1865 rpm and the suspension is then poured through a sieve of the desired mesh size. The residue is washed with tap water until the wash water runs clear. The screen with the residue is then placed in an ultrasonic bath for 5 minutes to remove residual females. The remaining residue is briefly washed with tap water and the sonication is repeated, if necessary, until during the sonication - -
- the protein quantification according to the modified Lowry protocol is based on the reaction of proteins with copper sulfate and copper tartrate in alkaline solution, which leads to the formation of a four-toothed copper-protein complex.
- 100 ⁇ l of the protease / enzyme solution are pipetted into a cavity of a 96-well plate.
- 100 ⁇ l Lowry reagent is pipetted in and the mixture is homogenized.
- 50 ⁇ l of Folm-Ciocalteu reagent are added and the mixture is rehomogenized.
- 30 minutes after addition of Folm-Ciocalteu reagent the absorbance is measured against a blank value at 750 nm in the plate photometer.
- Bicinchoninic acid (BCA) is used as the detection system in the BCA method. Initially, complex formation of protein with Cu 2+ ions in alkaline solution occurs. The Cu 2+ ions of the complex are reduced to Cu + ions, which can be detected by complex formation with BCA by absorption measurement at 562 nm.
- 25 ⁇ l of the enzyme / proteme solution are pipetted into a cavity of a 96-well plate.
- 200 ⁇ l of working reagent are pipetted in and the mixture is homogenized. After incubation for 30 minutes at 37 ° C., the absorbance at 550 nm is measured in the plate photometer.
- Bentomt 1 is a natural calcium / Natn-umben- tonit.
- Bentonite 2 was prepared by blending Bentomt 1 with 4.3% by weight soda, then kneading, drying and milling.
- the bentonites had a dry sieve pressure of ⁇ 15 wt .-% on a sieve of mesh size 45 microns and a residue of ⁇ 7 wt .-% on a sieve of mesh size 75 microns.
- Table 1 The properties of the bentonites 1 and 2 used as starting materials are shown in Table 1.
- Table 3a Physical properties of the thermally treated and untreated bentonite 1
- Table 3b Screen pressure levels of the thermally untreated and treated bentonite 1
- Bentonite 4 is obtained from bentonite 3 by a stochiomet ⁇ sche activation with soda. Bentonite 3 is a natural Ca / Na bentonite.
- Table 5 The properties of Bentomte 3 and 4 used as starting material are summarized in Table 5.
- Table 6 The swelling volumes for the thermally untreated and the treated at different temperatures Bentomte 3 and 4 are summarized in Table 6.
- the saponite characterized in Table 9 was subjected to a temperature treatment at 500 ° C. (saponite I 500 ) and at 600 ° C. (saponite I 600 ) analogously to Examples 1 and 2.
- the physical properties of the thermally untreated and thermally treated saponite are shown in Table 10.
- Table 10 Physical properties of the thermally treated and untreated saponite 1
- a lipase from Candida rugosa (Sigma-Aldrich GmbH, Taufkirchen, DE) was used.
- the lipase from the organism Candida rugosa a yeast fungus, has a size of about 60-65 kDa and an isoelectric point of 5.2.
- Lipases from the organism Candida rugosa belong to the nonspecific lipases, which have no regiospecific properties and thus hydrolyze all ester bonds.
- a stock solution of the lipase is made at a concentration of 2 mg / ml in the appropriate buffer.
- the amount of enzyme adsorbed on the carrier was calculated from the difference between the amount of enzyme used and the sum of the amount of enzyme measured in the supernatant or in the wash water. All experiments are carried out in triplicate. The loadings determined for bentonite 5 oo are given in Table 13.
- Table 13 pH dependence of the adsorption of lipase (Candida rugosa) on thermally treated bentonite I 500
- the carrier loaded with the enzyme is taken up in 1 ml of distilled water and the suspension used for the activity tests.
- Activity determination of the stored lipase (Candida rugosa)
- the activity of the enzyme is determined by the NaOH consumption. Unit-Definition
- One unit hydrolyzes 1.0 ⁇ M fatty acid (from triglycerides) for one hour at pH 7.7 and 37 ° C.
- the lipase activities determined are given in Table 14 in comparison to the unlabelled lipase.
- adsorption isotherms for the adsorption of the lipase to various supports of thermally treated clay minerals were determined.
- 25 mg of the carrier equilibrated with 50 mM Na acetate buffer at a pH of 4 in 10 ml of enzyme solution were added.
- the enzyme solutions were prepared by dilution of the enzyme stock solution (Na acetate 50 mM, pH 4) with Na acetate buffer (50 mM, pH 4). The following concentrations were provided: 0.25 mg / ml 0.5 mg / ml 1.0 mg / ml 2.0 mg / ml 3.0 mg / ml 4.0 mg / ml
- Tables 13 to 16 show the results for the adsorption and activity of the supported enzyme lipase ⁇ Candida rugosa). Surprisingly, it has been found that the enzyme can be adsorbed with very good binding capacities of up to 1.1 mg of protein per mg of carrier. Usually, protein binding capacities or enzyme binding capacities of commercially available carrier materials or chromatography materials are in the range from 0.1 mg to 0.3 mg per milligram of carrier. In addition, it has been shown that the enzyme activity of the supported enzymes is still high, ie only slightly reduced with respect to activity in solution or to solution activity. This is especially true for bentonite I500, bentonite as well as bentonite 3soo and bentonite 3 6 oo the case.
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Abstract
The invention relates to a solid enzyme complex, comprising at least one enzyme that is immobilized on a carrier obtained by heating a clay mineral to such a temperature and for such a duration that the carrier has a swellability in water of less than 15 ml/2 g. The invention further relates to a method for the production of the solid enzyme complex and the use thereof in enzymatically catalyzed reactions.
Description
THERMISCH MODIFIZIERTE TONMINERALIEN ALS TRÄGERMATERIALIEN FÜR ENZYME THERMALLY MODIFIED SOUND MINERALS AS SUPPORT MATERIALS FOR ENZYMES
Die Erfindung betrifft einen festen Enzymkomplex, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie die Verwendung des festen Enzymkom- plexes .The invention relates to a solid enzyme complex, a process for its preparation and the use of the solid enzyme complex.
Wegen ihrer hohen Selektivität sowie des relativ geringen Energiebedarfs gewinnen enzymatisch katalysierte Reaktionen zunehmende Bedeutung auch für in industriellem Maßstab durchgeführte Synthesen. Sind die Herstellungskosten der Enzyme jedoch hoch, ist es erforderlich, dass diese wiederholt eingesetzt werden können. Sie müssen sich daher kostengünstig aus der Reaktionsmischung abtrennen lassen. Methoden wie Chromatographie oder Ultrafiltration sind im Allgemeinen jedoch für industrielle Verfahren zu teuer. Man versucht daher, die Enzyme in geeigneter Weise
zu immobilisieren. Dazu stehen im Wesentlichen zwei Verfahren zur Verfugung.Because of their high selectivity and relatively low energy requirements, enzymatically catalyzed reactions are becoming increasingly important, even for syntheses carried out on an industrial scale. However, if the production costs of the enzymes are high, it is necessary that they can be used repeatedly. They must therefore be cost-effectively separated from the reaction mixture. However, methods such as chromatography or ultrafiltration are generally too expensive for industrial processes. One therefore tries the enzymes in an appropriate manner to immobilize. There are essentially two methods available for this purpose.
Beim ersten Verfahren werden die Enzyme auf einem Trager gebunden. Die Bindung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Eine physikalische Bindung kann durch Adsorption des Enzyms auf der O- berflache des Tragers erreicht werden. Die Bindung erfolgt über hydrophobe Wechselwirkungen oder durch ionische Kräfte, wobei geladene Gruppen des Enzyms mit entgegengesetzt geladenen Gruppen auf der Oberflache des Tragers in Wechselwirkung treten. Vorteil dieser Methode ist ihre einfache Ausführbarkeit sowie der relativ geringe Emfluss auf die Aktivität des Enzyms. Nachteilig ist jedoch, dass die Enzyme relativ leicht wieder von der Oberflache des Tragers verdrangt werden können. Eine irreversible Bindung des Enzyms kann erreicht werden, indem eine kovalente Bindung zwischen Enzym und Trager ausgebildet wird. Hier muss jedoch in Kauf genommen werden, dass unter Umstanden die Aktivität des Enzyms erniedrigt wird, da das Enzym beispielsweise so auf der Oberflache fixiert sein kann, dass das aktive Zentrum nicht mehr zugänglich ist. Schließlich kann die Stabilität des Enzym/Trager-Komplexes noch erhöht werden, indem die Enzyme durch zumindest bifunktionelle Moleküle vernetzt werden. Es entstehen dabei größere Aggregate die eine geringere Loslichkeit aufweisen. Die Kontrolle der Immobilisierung ist bei diesem Verfahren jedoch sehr schwierig. Ferner muss meist eine deutliche Deaktivierung des Enzyms in Kauf genommen werden, da dessen Konformation stark verändert wird oder das aktive Zentrum nicht mehr frei zugänglich ist.In the first method, the enzymes are bound on a carrier. The binding can be done in different ways. Physical binding can be achieved by adsorption of the enzyme on the surface of the support. Binding occurs via hydrophobic interactions or by ionic forces, with charged groups of the enzyme interacting with oppositely charged groups on the surface of the support. The advantage of this method is its ease of execution and the relatively low influence on the activity of the enzyme. The disadvantage, however, is that the enzymes can be displaced relatively easily from the surface of the carrier again. An irreversible binding of the enzyme can be achieved by forming a covalent bond between the enzyme and the carrier. Here, however, must be taken into account that under certain circumstances, the activity of the enzyme is lowered, since the enzyme may for example be fixed on the surface, that the active center is no longer accessible. Finally, the stability of the enzyme / carrier complex can be further increased by the enzymes are crosslinked by at least bifunctional molecules. This results in larger aggregates which have a lower solubility. However, the control of immobilization is very difficult in this method. Furthermore, a significant deactivation of the enzyme usually has to be accepted, since its conformation is greatly altered or the active center is no longer freely accessible.
Beim zweiten Verfahren wird das Enzym in einer kugel- oder schlauchförmigen Matrix eingeschlossen. Die Matrix muss für die Edukte und Produkte der katalysierten Reaktion durchlassig sein, nicht jedoch für die Enzyme. Für diese Technik werden natürliche Polymere, wie z.B. Alginate, Gelatine oder Agar, oder auch syn-
thetische Polymere, wie Polyacrylamid oder Polyvmylalkohol verwendet. Bei dieser Methode wird das Enzym bei Reaktionen in organischen Medien vor der Inaktivierung durch das Losungsmittel geschützt. Als Nachteil muss jedoch in Kauf genommen werden, dass die Matrix als Diffusionsbarriere für die Edukte und Produkte der enzymkatalisierten Reaktion wirken kann.In the second method, the enzyme is entrapped in a spherical or tubular matrix. The matrix must be permeable to the educts and products of the catalyzed reaction, but not to the enzymes. For this technique, natural polymers, such as alginates, gelatin or agar, or even syn- thetische polymers, such as polyacrylamide or Polyvmylalkohol used. In this method, the enzyme is protected from being inactivated by the solvent in reactions in organic media. However, it must be accepted as a disadvantage that the matrix can act as a diffusion barrier for the educts and products of the enzyme-catalized reaction.
Schichtsilikate sind bereits als Trager für die Immobilisierung von Enzymen vorgeschlagen worden. So wird in der DE 2 154 672 ein Verfahren zur Herstellung eines festen Enzym-Komplexes beschrieben, wobei ein Enzym in einer wassrigen Pufferlosung mit einem Trager m Kontakt gebracht wird, der zuvor mit einem Kopplungsmittel modifiziert worden ist. Als Trager wird bevorzugt Bentomt verwendet, der mit Cyanurchlorid als Kopplungsmittel behandelt wurde. Die Immobilisierung des Enzyms erfolgt sehr rasch, d.h. innerhalb weniger Minuten, und wird bei Temperaturen von weniger als 40 0C, vorzugsweise bei etwa 0 0C durchgeführt, sodass die thermische Belastung des Enzyms gering bleibt.Phyllosilicates have already been proposed as carriers for the immobilization of enzymes. Thus, DE 2 154 672 describes a process for preparing a solid enzyme complex, wherein an enzyme in an aqueous buffer solution is contacted with a support m which has been previously modified with a coupling agent. The carrier used is preferably Bentomt, which has been treated with cyanuric chloride as the coupling agent. The immobilization of the enzyme is very rapid, ie within a few minutes, and is carried out at temperatures of less than 40 0 C, preferably at about 0 0 C, so that the thermal load of the enzyme remains low.
In der US 6,180,378 werden feste Komplexe beschrieben, m welchen ein Enzym auf einem Schichtsilikat immobilisiert ist. Zur Immobilisierung wird das Schichtsilikat zunächst in Wasser dela- miniert. Dazu können die Ionen des Schichtsilikats auch zunächst gegen Natrium- oder Alkylammoniumionen ausgetauscht werden. Zur Suspension des delaminierten Schichtsilikats wird dann das Enzym sowie ein Vernetzungsagens, wie Tetraethylorthosilikat , gegeben. Im Lauf der Reaktion bilden sich größere Aggregate, wobei das Enzym in Zwischenschichten des Schichtsilikats eingeschlossen ist. Der Feststoff kann mit einem geeigneten Puffer neutral gewaschen und dann getrocknet werden. Beim Trocknen muss darauf geachtet werden, dass die Bedingungen ausreichend milde gewählt werden, sodass die Struktur des Schichtsilikats nicht zerstört und das Enzym nicht denaturiert wird. Beim Trocknen unter reduziertem Druck bleibt die Aktivität des Enzyms weitgehend erhal-
- A -US Pat. No. 6,180,378 describes solid complexes in which an enzyme is immobilized on a sheet silicate. For immobilization, the phyllosilicate is first delaminated in water. For this purpose, the ions of the layered silicate can also initially be exchanged for sodium or alkylammonium ions. To suspend the delaminated sheet silicate, the enzyme and a crosslinking agent, such as tetraethyl orthosilicate, are then added. As the reaction progresses, larger aggregates form, with the enzyme trapped in interlayers of the layered silicate. The solid can be washed neutral with a suitable buffer and then dried. When drying, care must be taken that the conditions are chosen to be sufficiently mild so that the structure of the layered silicate is not destroyed and the enzyme is not denatured. When dried under reduced pressure, the activity of the enzyme remains largely intact. - A -
ten, wahrend beim Gefriertrocknen eine deutliche Deaktivierung eintritt. Im Feststoff bilden sich Makroporen aus, die eine Dif¬ fusion des Substrats zu den aktiven Zentren der Enzymmolekule ermöglicht .while during freeze-drying a clear deactivation occurs. In the solids macropores form which allows Dif ¬ fusion of the substrate to the active centers of the enzyme molecules.
In der US 5,279,948 wird ein auf einem Polymer immobilisiertes Enzym beschrieben, das sich beispielsweise auch in Säulen ver¬ wenden lasst. Als Polymer wird entweder ein Homopolymer aus 1-Aminoethylen oder ein Copolymer aus 1-Aminoethylen und N-Vinylformamid verwendet. Das Polymer wird zu einer wassrigen Losung des Enzyms gegeben und dann ein Vernetzungsmittel zugefugt, welches mit Aminogruppen reagieren kann. Geeignete Vernetzungsmittel sind beispielsweise Glutaraldehyd, Diisocyanate und Polyazetidin . Es wird ein Niederschlag erhalten, der vom flussigen Medium abgetrennt und entwässert wird, sodass eine pastenartige Masse erhalten wird, die sich zu Partikeln einer gewünschten Große verarbeiten lasst. Die Herstellung eines derartigen in einer festen Matrix immobilisierten Enzyms ist jedoch relativ aufwendig .In US 5,279,948, an immobilized enzyme on a polymer is described which led, for example, in columns ver ¬ contact. The polymer used is either a homopolymer of 1-aminoethylene or a copolymer of 1-aminoethylene and N-vinylformamide. The polymer is added to an aqueous solution of the enzyme and then a crosslinking agent is added which can react with amino groups. Suitable crosslinking agents are, for example, glutaraldehyde, diisocyanates and polyazetidine. A precipitate is obtained, which is separated from the liquid medium and dewatered, so that a paste-like mass is obtained, which can be processed into particles of a desired size. However, the preparation of such an immobilized in a solid matrix enzyme is relatively expensive.
H. W. Morgan und CT. Corke, Can. J. Microbiol. Vol. 22, 1976, - s. 684 - 693, beschreiben die Adsorption von Glucoseoxidase auf verschiedenen Tonen. Für die Untersuchungen wurden Montmorillo- mt und Kaolinit mit einer Partikelgröße von weniger als 2 μm verwendet. Der Ton wurde in einem Natriumacetatpuffer bei 25 0C mit Glucoseoxidase umgesetzt. Das Maximum der adsorbierten Enzymmenge wurde bei einem pH-Wert beobachtet, welcher unterhalb des isoelektrischen Punktes des Enzyms lag. Zu Beginn der Adsorption zeigte das adsorbierte Enzym eine deutlich niedrigere Aktivität als das freie Enzym. Mit steigender adsorbierter Enzymmenge stieg jedoch auch dessen Aktivität und näherte sich der des freien Enzyms an.HW Morgan and CT. Corke, Can. J. Microbiol. Vol. 22, 1976, - s. 684-693, describe the adsorption of glucose oxidase on different clays. For the investigations, montmorillonite and kaolinite with a particle size of less than 2 μm were used. The tone was implemented in a sodium acetate buffer at 25 0 C with glucose oxidase. The maximum amount of enzyme adsorbed was observed at a pH which was below the isoelectric point of the enzyme. At the beginning of adsorption, the adsorbed enzyme showed significantly lower activity than the free enzyme. As the amount of adsorbed enzyme increased, however, its activity also increased and approached that of the free enzyme.
M. S. Carrasco, J. C. Rad und S. Gonzäles-Carcedo, Bioresource Technology 51 (1995), 175 - 181 berichten über die Immobilisie-
rung von alkalischer Phosphatase auf Natnumsepiolit . Die besten Bedingungen für die Immobilisierung wurden in einem Phosphatpuffer (pH 7,2) bei einer Temperatur von 4 °C, einer Enzymkonzentration von 0,25 mg/ml und einem Verhältnis von Enzym/Ton von 10 ml/g aufgefunden. Die immobilisierte Phosphatase kann dazu genutzt werden, um die biologische Verfügbarkeit von Phosphorverbindungen in Boden zu verbessern. Für die Herstellung des immobilisierten Enzyms wurde zunächst Sepiolit mit einer Partikelgroße von < 2 mm in die Natriumform überfuhrt, indem der Sepio- lit wiederholt in einer Natriumchloridlosung aufgeschlämmt wird. Für die Immobilisierung wird das Enzym in einem Phosphatpuffer (pH 7) bei 4 0C mit dem in der Natriumform vorliegenden Sepiolit umgesetzt und der Feststoff durch Zentrifugieren abgetrennt. Der abgetrennte Pellet wird mit Puffer gewaschen, wobei beim zweiten Waschschritt Natriumchlorid zugesetzt wird, um schwach gebundenes Enzym vom Ton abzutrennen. Anschließend wird die Enzymakti- vitat bestimmt.MS Carrasco, JC Rad and S. Gonzales-Carcedo, Bioresource Technology 51 (1995), 175-181 report the immobilisation tion of alkaline phosphatase to Natnumsepiolit. The best conditions for immobilization were found in a phosphate buffer (pH 7.2) at a temperature of 4 ° C, an enzyme concentration of 0.25 mg / ml and an enzyme / clay ratio of 10 ml / g. The immobilized phosphatase can be used to improve the bioavailability of phosphorus compounds in soil. For the preparation of the immobilized enzyme, sepiolite having a particle size of <2 mm was first converted into the sodium form by repeatedly slurrying the sepiolite in a sodium chloride solution. For the immobilization, the enzyme is reacted in a phosphate buffer (pH 7) at 4 ° C. with the sepiolite present in the sodium form and the solid is separated by centrifuging. The separated pellet is washed with buffer, sodium chloride being added in the second washing step to separate weakly bound enzyme from the clay. Subsequently, the enzyme activity is determined.
T. Tietjen und R. G. Wetzel, Aquatic Ecology, 37, 331 - 339, 2003, untersuchten den Emfluss der Immobilisierung von Enzymen auf Tonmineralien auf deren Aktivität. Dazu wurden verschiedene Enzyme auf Montmoπllonit sowie auf einem Ton aus einer natürlichen Quelle adsorbiert, wobei eine Verringerung der Enzymaktivi- tat gefunden wurde. Wurden die Enzymkomplexe Sonnenlicht ausgesetzt, wurde eine Verringerung der Aktivität beobachtet, die sich jedoch nicht wesentlich von der Verringerung der Aktivität unterschied, die allein durch die Immobilisierung verursacht wurde. Für die Immobilisierung wurde eine Suspension der Tonpartikel, welche eine 'Partikelgroße von weniger als 2 μm aufwiesen, mit dem jeweiligen Enzym versetzt.T. Tietjen and R. G. Wetzel, Aquatic Ecology, 37, 331-339, 2003, examined the influence of immobilization of enzymes on clay minerals on their activity. For this purpose, various enzymes were adsorbed on montmorillonite as well as on a clay from a natural source, whereby a reduction in the enzyme activity was found. When the enzyme complexes were exposed to sunlight, a reduction in activity was observed, but not significantly different from the reduction in activity caused solely by the immobilization. For the immobilization, a suspension of the clay particles, which had a particle size of less than 2 μm, was mixed with the respective enzyme.
über die Immobilisierung von Cellulase auf silikatischen Tonmi- neralien berichten A.A. S. Smegani, G. Emtiazi und H. Shariatma- dari, J. Colloid Interface Sei. 290, 2005, 39 - 44. Als Tonmine-
ralien wurden Illit, Kaolinit, Montmorillonit , Palygorskit sowie eine Undefinierte Bodenprobe verwendet. Die adsorbierte Enzymmenge konnte durch eine Beschichtung der Mineralien mit Alumini- umhydroxid gesteigert werden. Nach der Adsorption des Enzyms zeigt die Kristallstruktur der Tonmineralien keine Aufweitung des Schichtabstands, sodass nach Meinung der Autoren kein Enzym in die Zwischenschichten der Kristallstruktur eingelagert wird.The immobilization of cellulase on silicate clay minerals is reported by AAS Smegani, G. Emtiazi, and H. Shariatmdari, J. Colloid Interface Sei. 290, 2005, 39 - 44. As a sound mine For example, illite, kaolinite, montmorillonite, palygorskite and an undefined soil sample were used. The adsorbed amount of enzyme could be increased by coating the minerals with aluminum hydroxide. After adsorption of the enzyme, the crystal structure of the clay minerals does not show any widening of the layer distance, so that, according to the authors, no enzyme is incorporated into the intermediate layers of the crystal structure.
Y. Yesiloglu, Process Biochemistry, 40, 2005, 2155 - 2159 berichtet über die adsorptive Immobilisierung des Enzyms Lipase aus Candida rugosa auf Bentonit. Versuche zur Temperaturstabilität des Enzyms zeigen, dass sich die Halbwertszeit der geträger- ten Lipase im Vergleich zum ungeträgerten Enzym bei 50 0C von 17 auf 45 Minuten erhöht.Y. Yesiloglu, Process Biochemistry, 40, 2005, 2155-2159 reports on the adsorptive immobilization of the enzyme lipase from Candida rugosa on bentonite. Experiments on the temperature stability of the enzyme show that the half-life of the supported lipase in comparison to the unsupported enzyme at 50 0 C increased from 17 to 45 minutes.
K. Buchholz und I. Mikhael, Zuckerind. 114, 1989, 558 - 561 beschreiben die Isolierung des Enzyms Tyrosinase aus Zuckerrüben durch Adsorption an Bentonit. Mit dem immobilisierten Enzym wurde anschließend die enzymatische Oxidation von Tyrosin und Dopa untersucht .K. Buchholz and I. Mikhael, Zuckerind. 114, 1989, 558-561 describe the isolation of the enzyme tyrosinase from sugar beets by adsorption on bentonite. The enzymatic oxidation of tyrosine and dopa was then investigated using the immobilized enzyme.
In den genannten Zitaten werden die Enzyme auf Tonmineralien, insbesondere Bentonit, immobilisiert, die in einer wassrigen Pufferlösung in kolloidaler Form vorliegen. Eine solche feinverteilte Suspension ist jedoch für technische Anwendungen nicht geeignet, da die feinen Partikel nach dem Ende der Reaktion nur schwer vom Reaktionsmedium abgetrennt werden können. Ferner ist es nicht möglich, derartig feine Tonpartikel in Form einer Säule zu packen, die sich in einem kontinuierlichen Durchflussprozess verwenden lässt.In the cited references, the enzymes are immobilized on clay minerals, in particular bentonite, which are present in an aqueous buffer solution in colloidal form. However, such a finely divided suspension is not suitable for industrial applications because the fine particles are difficult to separate from the reaction medium after the end of the reaction. Furthermore, it is not possible to package such fine clay particles in the form of a column that can be used in a continuous flow process.
In der US 5,342,768 wird eine teilchenförmige immobilisierteIn US 5,342,768 a particulate is immobilized
Lipase beschrieben, die im Wesentlichen aus einer thermostabilenLipase, which consists essentially of a thermostable
Lipase besteht, die aus einem Mikroorganismus aus der Gruppe vonLipase consists of a microorganism from the group of
Spezien der Gattung Humicola, Candida antarctica und Rhizomucor
miehei isoliert wurde, und die auf Partikeln eines makroporosen Tragers adsorbiert wurde. Der Trager besteht zu zumindest 65 % aus Silicagel oder Silikaten, wobei zumindest 90 % der Partikel eine Partikelgroße zwischen 100 und 1000 μm aufweisen und wobei zumindest 80 % der Poren der Partikel einen Durchmesser aufweisen, der dem 12 bis 45-fachen des Durchmessers eines Lipasemole- kuls entspricht, und wobei der Wassergehalt der teilchenformigen immobilisierten Lipase zwischen 1 und 20 % betragt. Für die Adsorption wird der teilchenformige Trager in eine wassrige Losung der Lipase gegeben. Die beladenen Tragerpartikel werden abgetrennt, ggf. gewaschen und bis auf den angegebenen Wassergehalt getrocknet .Species of the genus Humicola, Candida antarctica and Rhizomucor miehei was isolated and adsorbed on particles of a macroporous carrier. The carrier consists of at least 65% silica gel or silicates, wherein at least 90% of the particles have a particle size between 100 and 1000 microns and wherein at least 80% of the pores of the particles have a diameter which is 12 to 45 times the diameter of a Lipasemole - kuls corresponds, and wherein the water content of the particulate immobilized lipase is between 1 and 20%. For adsorption, the particulate carrier is placed in an aqueous solution of the lipase. The loaded carrier particles are separated, optionally washed and dried to the specified water content.
Über die Verwendung von Schichtsilicaten zur Abtrennung von Enzymen aus dem filtrierten Saft homogenisierter Zuckerrüben berichten C. Buttersack, K. Nowikow, A. Schaper und K. Buchholz (Zuckerind. 119 (1994) Nr. 4, S. 284-291). Durch Adsorption an Natriumbentonit und anschließende Desorption mit einem pH-Puffer konnten auf einfache Weise Enzyme in reiner Form abgetrennt werden. Die Arbeiten zeigen die gute Eignung von Schichtmineralien zur Abtrennung bzw. Anreicherung von Proteinen bzw. Enzymen. Die Handhabung der Schichtmineralien ist jedoch kompliziert, da diese in Wasser zu einer starken Erhöhung der Viskosität der Auf- schlammung führen und die Schichtmineralien in sehr kleine Partikel zerfallen. Es ist daher sehr schwierig, die Anreicherung von Proteinen in der Weise durchzuführen, dass das Schichtmineral in eine Säule gepackt wird, über welche dann die das Protein enthaltende Flüssigkeit geleitet wird. Ohne Hilfsmaßnahmen verstopft die Säule relativ rasch, da das Schichtmineral stark quillt. Um dennoch eine Abtrennung der Enzyme in einer Säule zu ermöglichen, schlagen die Autoren vor, den Natriumbentonit in ein Calciumalginatgel einzugießen. Das hydrierte Homogenat wird bei pH = 5,0 über die Säule gepumpt, die mit Perlen des immobilisierten Bentonits gefüllt ist. Nachdem die nicht-adsorbierte
- -C. Buttersack, K. Novikow, A. Schaper and K. Buchholz (Zuckerind.1199 (1994) No. 4, pp. 284-291) report the use of layered silicates to separate enzymes from the filtered juice of homogenized sugar beets. By adsorption on sodium bentonite and subsequent desorption with a pH buffer enzymes could be separated in a simple manner in a pure form. The work shows the good suitability of layered minerals for the separation or enrichment of proteins or enzymes. The handling of the layered minerals is, however, complicated, as they lead to a strong increase in the viscosity of the sludge in water and the layer minerals disintegrate into very small particles. It is therefore very difficult to carry out the accumulation of proteins in such a way that the layered mineral is packed in a column, through which the liquid containing the protein is then passed. Without assistance, the column clogged relatively quickly, as the layer mineral swells strongly. However, to allow separation of the enzymes in a column, the authors suggest that sodium bentonite be poured into a calcium alginate gel. The hydrogenated homogenate is pumped at pH = 5.0 across the column packed with beads of immobilized bentonite. After the non-adsorbed - -
Fraktion aus der Säule ausgetreten ist, wird mit einer auf pH = 8 eingestellten Pufferlosung das Enzym eluiert. Für die großtechnische Abtrennung von Proteinen ist die Verwendung von Natriumbentomt , welcher wie von den Autoren beschrieben, in einem Calciumalgmat fixiert ist, wegen der hohen anfallenden Kosten wenig geeignet .Fraction has escaped from the column, the enzyme is eluted with a buffer solution adjusted to pH = 8. For the large-scale separation of proteins, the use of sodium bentome, which is fixed in a calcium-algmatite as described by the authors, is unsuitable because of the high costs involved.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein getragertes Enzym zur Verfugung zu stellen, welches einfach und kostengünstig hergestellt werden kann, in technischen Prozessen eingesetzt werden kann und bei der Anwendung eine hohe Aktivität und eine lange Halbwertszeit aufweist.The invention had the object of providing a stored enzyme available, which can be produced easily and inexpensively, can be used in industrial processes and has a high activity and a long half-life in the application.
Diese Aufgabe wird mit einem festen Enzymkomplex mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelost. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfmdungsgemaßen festen Enzymkomplexes sind Gegenstand der abhangigen Patentansprüche.This object is achieved with a solid enzyme complex having the features of patent claim 1. Advantageous developments of erfmdungsgemaßen solid enzyme complex are the subject of the dependent claims.
Die gute Eignung von Schichtsilikaten als Tragermaterial zur Immobilisierung von Enzymen ist bereits bekannt. Um die Nachteile dieses Tragermatenals zu vermeiden, seine starke Quellbar- keit bzw. die Delammierung in feine Partikel, wird beim erfm- dungsgemaßen festen Enzymkomplex ein hitzebehandeltes Tonmineral verwendet. Durch die Hitzebehandlung wird erreicht, dass die Quellfähigkeit des Tons deutlich reduziert bzw. ganz unterdruckt wird. Gleichzeitig bleiben jedoch die guten Bindungseigenschaften der Schichtsilikate für Enzyme erhalten. Das hitzebehandelte Tonmineral lasst sich ohne weiteres zu größeren stabilen Partikeln agglomerieren. Es ist daher möglich, den festen Enzymkomplex nach Beendigung der Reaktion einfach abzutrennen, beispielsweise durch Filtration oder Absetzen lassen des festen Enzymkomplexes und Dekantieren der flussigen Phase. Andererseits lassen sich die Reaktionen auch im Durchfluss durchfuhren, wenn der erfmdungsgemaße feste Enzymkomplex als Säule oder in einer Kartusche bereitgestellt wird. Der erfmdungsgemaße feste Enzym-
- -The suitability of phyllosilicates as carrier material for the immobilization of enzymes is already known. In order to avoid the disadvantages of this carrier material, its high swellability or the delamination into fine particles, a heat-treated clay mineral is used in the solid enzyme complex according to the invention. The heat treatment ensures that the swelling ability of the clay is significantly reduced or completely suppressed. At the same time, however, the good binding properties of the phyllosilicates for enzymes are retained. The heat-treated clay mineral can readily be agglomerated to form larger stable particles. It is therefore possible to easily separate the solid enzyme complex after completion of the reaction, for example, by allowing filtration or settling of the solid enzyme complex and decanting the liquid phase. On the other hand, the reactions can also be carried out in the flow, if the erfmdungsgemaße solid enzyme complex is provided as a column or in a cartridge. The erfmdungsgemaße solid enzyme - -
komplex lasst sich sehr einfach und kostengünstig sowie in großen Mengen herstellen. Der Trager wird erhalten, indem das als Ausgangsmaterial verwendete Tonπuneral erhitzt wird, bis die gewünschten Eigenschaften erreicht sind. Auf dem hitzebehandelten Tonmaterial kann dann mit üblichen Verfahren das interessierende Enzym immobilisiert werden.Complex can be produced very simply and inexpensively as well as in large quantities. The carrier is obtained by heating the clay mineral used as starting material until the desired properties are achieved. On the heat-treated clay material can then be immobilized by conventional methods, the enzyme of interest.
Erfmdungsgemaß wird also ein fester Enzymkomplex zur Verfugung gestellt, umfassend zumindest ein Enzym, welches auf einem Trager immobilisiert ist, der erhalten wurde durch Erhitzen eines Tonminerals auf eine Temperatur und für eine Dauer, dass der Trager eine Quellfähigkeit m Wasser von weniger als 15 ml/2 g aufweist .According to the invention, therefore, a solid enzyme complex is made available, comprising at least one enzyme which is immobilized on a carrier which has been obtained by heating a clay mineral to a temperature and for a duration that the carrier has a swelling capacity in water of less than 15 ml / 2 g.
Der durch Erhitzen eines Tonminerals erhaltene Trager weist eine Quellfähigkeit auf, die im Wesentlichen dem Sedimentvolumen entspricht. Auch bei längerem Stehenlassen m Wasser oder einem wassrigen Reaktionsmedium quillt der Trager nicht auf und zeigt auch keine Delammierung, sodass er beispielsweise auch keine Erhöhung der Viskosität des Reaktionsmediums bewirkt. Der erfm- dungsgemaße feste Enzymkomplex kann daher problemlos in größeren Mengen zu einem flussigen, insbesondere wassrigen Medium gegeben werden, ohne dass dadurch beispielsweise die Viskosität der Suspension drastisch ansteigt. Ferner lasst sich der erfmdungsge- maße feste Enzymkomplex ohne Schwierigkeiten mit üblichen Verfahren, wie Filtration oder Zentπfugation wieder vom flussigen Medium abtrennen. Die Enzyme bleiben dabei überwiegend am Trager adsorbiert, sodass der Trager ggf. auch in einer weiteren Reaktion bzw. Charge eingesetzt werden kann.The carrier obtained by heating a clay mineral has a swelling capacity which substantially corresponds to the sediment volume. Even with prolonged standing in water or an aqueous reaction medium, the carrier does not swell and also shows no delamination, so that, for example, it does not cause an increase in the viscosity of the reaction medium. The erfmdungsgemaße solid enzyme complex can therefore be easily added in large quantities to a liquid, especially aqueous medium, without thereby, for example, the viscosity of the suspension increases dramatically. Furthermore, the solid enzyme complex according to the invention can be separated again from the liquid medium without difficulty by conventional methods, such as filtration or centrifugation. The enzymes remain predominantly adsorbed on the carrier, so that the carrier can optionally be used in a further reaction or batch.
Auf dem durch Hitzebehandlung eines Tonminerals erhaltene Trager können Enzyme in solchen Mengen gebunden werden, dass der feste Enzymkomplex eine Aktivität aufweist, die für technische Anwendungen interessant ist. An sich geht man nach herrschender Meinung bei Schichtsilikaten davon aus, dass bei einem vollstandi-
gen Verlust des Quellvermogens der Tonmatenalien die für eine Adsorption von Enzymen zur Verfugung stehende innere Oberflache stark verringert wird, da die Schichten chemisch miteinander verbunden werden. Man erwartet daher, dass durch eine Hitzebehandlung das Adsorptionsvermogen des Tonminerals drastisch abgesenkt wird, überraschend wurde nun gefunden, dass durch eine Temperaturbehandlung das Quellvermogen von Tonmineralien, insbesondere von smektitischen Schichtsilikaten, wie z.B. von Bento- niten, zerstört werden kann, wobei trotzdem das hohe Bmdevermo- gen für Enzyme erhalten bleibt.On the carrier obtained by heat treatment of a clay mineral, enzymes can be bound in such amounts that the solid enzyme complex has an activity which is interesting for industrial applications. By itself, according to prevailing opinion, phyllosilicates assume that in the case of complete The loss of the swelling capacity of the clay material greatly reduces the internal surface area available for the adsorption of enzymes because the layers are chemically bound together. It is therefore expected that the adsorption capacity of the clay mineral will be drastically reduced by a heat treatment. Surprisingly, it has now been found that the swelling capacity of clay minerals, in particular smectic phyllosilicates, such as bentonites, can be destroyed by a temperature treatment Bmdevermo- gen for enzymes is maintained.
Die Eigenschaften des Tragers lassen sich durch die Temperaturbehandlung steuern.The properties of the carrier can be controlled by the temperature treatment.
Eine hohe Ionenaustauschkapazitat korreliert im Allgemeinen mit einer guten Bmdekapazitat für Enzyme. Bei dem aus einem Tonmineral durch Hitzebehandlung hergestellten Trager betragt die Kationenaustauschkapazitat vorzugsweise zumindest 5 meq/100 g, bevorzugt zumindest 10 meq/100 g, besonders bevorzugt zumindest 15 meq/100g. Bevorzugt weist der Trager eine möglichst hohe Ionenaustauschkapazitat auf. Bevorzugt weist der Trager eine Kationenaustauschkapazitat von zumindest 40 meq/ 100 g, insbesondere bevorzugt zumindest 60 meq/ 100 g auf. Besonders bevorzugt liegt die Kationenaustauschkapazitat im Bereich von 65 bis 130 meq/ 100 g. Die Ionenaustauschkapazitat des durch eine Hitzebehandlung aus einem Tonmineral hergestellten Tragers ist ein wichtiges Kriterium, um beispielsweise den im erfindungsgemaßen festen Enzymkomplex enthaltenen Trager von Tonmatenalien zu unterscheiden, wie sie beispielsweise durch Extrahieren mit heißer Saure aus natürlichen Tonmineralien gewonnen werden können. Letztere zeigen keine oder nur eine geringe Fähigkeit zum Ionenaustausch. Hochaufgeschlossene Bleicherden, die nicht mehr quellen, zeigen typischerweise eine Kationenaustauschkapazitat im Bereich von weniger als 30 meq/ 100 g.
Durch die Hitzebehandlung wird die innere Oberflache des Tonπii- nerals deutlich verringert. Vorzugsweise weist der Trager eine spezifische Oberflache von weniger als 300 m2/g, insbesondere bevorzugt weniger als 200 m2/g auf, besonders bevorzugt weniger als 120 m2/g. Um eine ausreichende Absorptionskapazitat für Enzyme zu erreichen, darf die spezifische Oberflache allerdings auch nicht zu weit abgesenkt werden, das Tonmineral also nicht "totgebrannt" werden. Vorzugsweise betragt die spezifische Oberfläche des Tragers zumindest 30 m2/g, insbesondere bevorzugt zumindest 60 mz/g.High ion exchange capacity generally correlates with good Bmdekapazitat for enzymes. In the carrier prepared from a clay mineral by heat treatment, the cation exchange capacity is preferably at least 5 meq / 100 g, preferably at least 10 meq / 100 g, more preferably at least 15 meq / 100g. The carrier preferably has the highest possible ion exchange capacity. Preferably, the carrier has a cation exchange capacity of at least 40 meq / 100 g, more preferably at least 60 meq / 100 g. Most preferably, the cation exchange capacity is in the range of 65 to 130 meq / 100g. The ion exchange capacity of the carrier prepared by a heat treatment from a clay mineral is an important criterion for distinguishing, for example, the carriers of clay materials contained in the solid enzyme complex of the present invention, such as those obtained by extracting with hot acid from natural clay minerals. The latter show little or no ability for ion exchange. High-digestion bleaching earths that no longer swell typically exhibit a cation exchange capacity in the range of less than 30 meq / 100 g. Due to the heat treatment, the inner surface of Tonπii- nerals is significantly reduced. Preferably, the carrier has a specific surface area of less than 300 m 2 / g, particularly preferably less than 200 m 2 / g, more preferably less than 120 m 2 / g. In order to achieve a sufficient absorption capacity for enzymes, however, the specific surface must not be lowered too far, so the clay mineral will not be "burnt to death". Preferably, the specific surface of the carrier is at least 30 m 2 / g, particularly preferably at least 60 m z / g.
Der im erfindungsgemaßen festen Enzymkomplex enthaltene Trager weist nahezu keine Quellfähigkeit in Wasser mehr auf. Das Quellvolumen entspricht in diesem Fall dem Sedimentvolumen. Auch bei einer längeren Lagerung in Wasser ist keine oder nahezu keine Zunahme des Sedimentvolumens zu beobachten. Bevorzugt weist der Trager nach einer Lagerung in Wasser für drei Tage ein Sedimentvolumen von weniger als 15 ml/2 g, bevorzugt weniger als 10 ml/2 g, insbesondere bevorzugt von weniger als 8 ml/2 g auf.The carrier contained in the inventive solid enzyme complex has almost no swelling capacity in water more. The swelling volume in this case corresponds to the sediment volume. Even with prolonged storage in water, no or almost no increase in sediment volume is observed. After storage in water for three days, the carrier preferably has a sediment volume of less than 15 ml / 2 g, preferably less than 10 ml / 2 g, particularly preferably less than 8 ml / 2 g.
Der erfindungsgemaße feste Enzymkomplex kann als feines Pulver oder aber auch in Form großer dimensionierter Formkorper bereitgestellt werden. Da der Trager keine oder allenfalls eine sehr geringe Quellfähigkeit in Wasser aufweist, können beispielsweise auch Granulate von an sich beliebiger Größe hergestellt werden, auf welchen dann das Enzym immobilisiert wird. Um bei großer dimensionierten Formkorpern eine ausreichende Stabilität zu erreichen, sodass der feste Enzymkomplex beispielsweise in einem wassrigen Reaktionsmedium nicht zerfallt, wird die thermische Behandlung vorzugsweise erst nach der Formgebung durchgeführt.The inventive solid enzyme complex can be provided as a fine powder or else in the form of large-sized moldings. Since the carrier has no or only a very low swelling capacity in water, for example, granules of any size can be prepared, on which then the enzyme is immobilized. In order to achieve sufficient stability for large-sized molded articles, so that the solid enzyme complex does not decompose, for example, in an aqueous reaction medium, the thermal treatment is preferably carried out only after shaping.
An sich bestehen keine Einschränkungen in Be-zug auf das Enzym, welches in Form des erfindungsgemaßen festen Enzymkomplexes bereitgestellt wird. Es können an sich alle Enzyme in den erfindungsgemäßen festen Enzymkomplex eingebunden werden, die für die
Durchfuhrung enzymkatalysierter Reaktionen bekannt sind. Bevorzugt ist das Enzym ausgewählt aus der Gruppe, welche gebildet ist aus Lipasen, Oxireduktasen, wie Glucose-Oxidase oder Pyru- vatdehydrogenase, Transferasen, wie Hexokmase oder Glyko- genphophorylase, Hydrolasen, wie Amylasen, Chymotrypsm, Peptid- asen oder Esterasen, Isomerasen, wie Glucose-Isomerase, Ligasen, wie Carboxylasen, Lyasen, wie Aldolase oder Katalase. Besonders bevorzugt ist das Enzym eine Lipase, insbesondere aus der Enzymklasse der Hydrolasen.As such there are no limitations with respect to the enzyme which is provided in the form of the solid enzyme complex according to the invention. In principle, all enzymes can be incorporated in the solid enzyme complex according to the invention, which are suitable for the Durchfuhrung enzyme-catalyzed reactions are known. The enzyme is preferably selected from the group which is formed from lipases, oxidoreductases, such as glucose oxidase or pyruvate dehydrogenase, transferases, such as hexokmase or glycogenophosphorylase, hydrolases, such as amylases, chymotrypsm, peptidases or esterases, isomerases, such as glucose isomerase, ligases such as carboxylases, lyases such as aldolase or catalase. The enzyme is particularly preferably a lipase, in particular from the enzyme class of the hydrolases.
Lipasen sind Enzyme, die Lipide, wie Triglyceride oder Diglyce- ride, zu freien Fettsauren und Glyceπn spalten. Lipasen (Tn- acylglycerm-Hydrolasen) katalysieren sowohl die Hydrolyse als auch die Synthese von Estern aus Glycerm und langkettigen Fettsauren. Weitere von Lipasen katalysierte Reaktionen sind die Umesterung von Lipiden und die Veresterung primärer, sekundärer und tertiärer Alkohole. Die industrielle Nutzung dieser Enzyme ist sehr vielseitig. Die Zugabe zu Waschmitteln ist das größte Anwendungsgebiet für Lipasen. Ca. 1000 Tonnen Enzym werden jährlich Waschmitteln zugefugt. In der Kosmetikindustrie werden Lipasen zur Herstellung von Emulgatoren und Aromastoffen verwendet. In der Lebensmittelindustrie werden Lipasen für die Synthese von Glyceriden und Aromastoffen, sowie zur Modifikation von Fetten eingesetzt. Em weiteres großes Einsatzgebiet für Lipasen ist die Herstellung von BuIk- und Femchemikalien. Dabei gewinnt die Verwendung der Enzyme für stereoselektive Reaktionen immer mehr an Bedeutung. Weiter finden Lipasen Anwendung bei der Herstellung von Schmiermitteln, Hydraulikolen sowie Biodiesel .Lipases are enzymes that cleave lipids, such as triglycerides or diglycerides, to free fatty acids and glycine. Lipases (Tn acylglycerm hydrolases) catalyze the hydrolysis as well as the synthesis of esters of glycerm and long-chain fatty acids. Other lipase-catalyzed reactions include the transesterification of lipids and the esterification of primary, secondary and tertiary alcohols. The industrial use of these enzymes is very versatile. Addition to detergents is the largest field of application for lipases. Approximately 1000 tons of enzyme are added to detergents every year. In the cosmetics industry, lipases are used to make emulsifiers and flavorings. In the food industry lipases are used for the synthesis of glycerides and flavorings, as well as for the modification of fats. A further large field of application for lipases is the production of consumer and feminine chemicals. The use of the enzymes for stereoselective reactions is becoming increasingly important. Lipases are also used in the production of lubricants, hydraulic oils and biodiesel.
Das Enzym kann über eine kovalente Bindung oder auch über eine nicht-kovalente Bindung an den Trager gebunden sein. Für eine kovalente Bindung des Enzyms an den Trager werden Kopplungsmittel verwendet, wie sie bereits aus der Immobilisierung von Enzymen bzw. Proteinen bekannt sind. Derartige Kopplungsmittel sind
Moleküle mit zumindest zwei reaktiven Gruppen, wobei eine Gruppe mit einer auf der Oberflache des Tragers bereitgestellte Hydro- xygruppe und die zumindest eine weitere reaktive Gruppe mit einer entsprechenden Gruppe am Enzym, wie einer Hydroxygruppe, einer Aminogruppe oder einer Thiolgruppe reagiert, sodass das Enzym über das Kopplungsmittelmolekul auf der Oberflache des Tragers durch kovalente Bindungen fixiert wird.The enzyme can be bound to the carrier via a covalent bond or else via a non-covalent bond. For a covalent binding of the enzyme to the carrier coupling agents are used, as they are already known from the immobilization of enzymes or proteins. Such coupling agents are Molecules having at least two reactive groups, one group reacting with a hydroxy group provided on the surface of the support and the at least one further reactive group reacting with a corresponding group on the enzyme, such as a hydroxy group, an amino group or a thiol group, so that the enzyme is over the coupling agent molecule is fixed on the surface of the support by covalent bonds.
Es ist auch möglich, dass das Enzym durch entsprechende zumindest bifunktionelle Moleküle vernetzt wird, sodass das Molekülgewicht des Enzyms erhöht und damit seine Loslichkeit im Reaktionsmedium verschlechtert wird.It is also possible that the enzyme is cross-linked by corresponding at least bifunctional molecules, so that the molecular weight of the enzyme is increased and thus its solubility in the reaction medium is deteriorated.
Bevorzugt ist das Enzym über eine nicht-kovalente Bindung an dem Trager gebunden. Der Trager besitzt auch nach der thermischen Behandlung eine ausreichend hohe Kationenaustauschkapazität , sodass eine Adsorption des Enzyms auf dem Trager über ionische Bindungen erfolgen kann. Ebenso kann eine Immobilisierung des Enzyms über hydrophobe Wechselwirkungen zwischen Enzym und Trager erfolgen. Durch die nicht-kovalente Bindung des Enzyms auf dem Trager wird die Struktur des Enzyms weniger gestört, sodass sich die Immobilisierung nicht übermäßig auf die Aktivität des Enzyms auswirkt.Preferably, the enzyme is bound to the carrier via a non-covalent bond. The carrier has a sufficiently high cation exchange capacity even after the thermal treatment, so that adsorption of the enzyme on the carrier can be carried out via ionic bonds. Likewise, an immobilization of the enzyme via hydrophobic interactions between enzyme and Trager take place. The noncovalent binding of the enzyme to the carrier lessens the structure of the enzyme so that the immobilization does not interfere excessively with the activity of the enzyme.
Die Menge des Enzyms, welche auf dem Trager immobilisiert ist, wird bevorzugt hoch gewählt, um eine ausreichend hohe Aktivität des festen Enzymkomplexes zu erreichen. Bevorzugt beträgt der Anteil des Enzyms, bezogen auf das Gewicht des festen Enzymkomplexes, zwischen 3 und 35 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 8 bis 15 Gew.-%.The amount of the enzyme immobilized on the carrier is preferably selected to be high enough to achieve a sufficiently high activity of the solid enzyme complex. Preferably, the proportion of the enzyme, based on the weight of the solid enzyme complex, between 3 and 35 wt .-%, particularly preferably 5 to 20 wt .-%, particularly preferably 8 to 15 wt .-%.
Das im festen Enzymkomplex enthaltene Enzym ist wie bereits erläutert an sich keinen besondere Beschrankungen unterworfen. Bevorzugt weist das Enzym ein Molekulgewicht im Bereich von 10 bis 200 kDa auf.
Der erfmdungsgemaße feste Enzymkomplex lasst sich auf einfache und kostengünstige Weise herstellen, sodass auch größere Mengen des erfmdungsgemaßen festen Enzymkomplexes zugänglich sind. Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Herstellung eines festen Enzymkomplexes, wie er oben beschrieben wurde. Das erfmdungsgemaße Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte:The enzyme contained in the solid enzyme complex is, as already explained, not subject to any particular restrictions. Preferably, the enzyme has a molecular weight in the range of 10 to 200 kDa. The erfmdungsgemaße solid enzyme complex can be produced in a simple and cost-effective manner, so that larger amounts of erfmdungsgemaßen solid enzyme complex are accessible. The invention therefore also relates to a process for the preparation of a solid enzyme complex as described above. The erfmdungsgemaße method comprises the following steps:
Bereitstellen eines Tragers, der erhalten wurde durch Erhitzen eines Tonminerals auf eine Temperatur und für eine Dauer, dass der Trager eine Quellfähigkeit in Wasser von weniger als 15 ml/2 g aufweist;Providing a carrier obtained by heating a clay mineral to a temperature and for a period of time that the carrier has a swelling capacity in water of less than 15 ml / 2 g;
Bereitstellen eines Enzyms;Providing an enzyme;
Inkontaktbπngen des Enzyms und des Tragers in einem Reaktionsmedium, wobei das Enzym auf dem Trager immobilisiert wird; undContacting the enzyme and the carrier in a reaction medium, wherein the enzyme is immobilized on the carrier; and
ggf. Entfernen des festen Enzymkomplexes aus dem Re- aktionsmedium.if necessary, removal of the solid enzyme complex from the reaction medium.
In einem ersten Reaktionsschritt wird der Trager bereitgestellt, indem ein Tonmineral einer thermischen Behandlung unterworfen wird, sodass es eine bestimmte, sehr niedrige Quellfähigkeit erhalt. Da das als Ausgangsmaterial verwendete Tonmineral aus einer natürlichen Quelle gewonnen wird und daher Schwankungen in den Eigenschaften der verschiedenen Tonmmeralien auftreten können, wird bevorzugt m der Weise vorgegangen, dass zunächst durch Reihenuntersuchungen die optimale Temperatur für das Tonmineral ermittelt wird, bei welchem die gewünschte niedrige Quellfähigkeit des Tragers eingestellt wird. Bevorzugt wird da¬ bei eine möglichst niedrige Temperatur gewählt und gegebenenfalls die Dauer der Temperaturbehandlung angepasst. Bevorzugt werden für die Temperaturbehandlung Temperaturen von zumindest 4000C, bevorzugt zumindest 4500C, insbesondere bevorzugt zumm-
dest 5000C gewählt. Das Tonmineral sollte jedoch auch keine zu hohe thermische Belastung erfahren, da sonst die Adsorptionska- pazitat absinkt. Bevorzugt werden die Temperaturen daher niedriger als 1000 0C, vorzugsweise niedriger als 900 0C und insbesondere bevorzugt unterhalb von 800 °C gewählt. Die Dauer der Behandlung ist abhangig von der Menge des eingesetzten Tonminerals sowie vom Ofentyp. Bevorzugt werden Drehrohrofen für die Hitzebehandlung verwendet, da diese ein gleichmaßiges Erhitzen des Tonminerals ermöglichen. Die Behandlungsdauer wird vorzugsweise möglichst kurz gewählt, um eine übermäßige thermische Belastung des Tonminerals zu vermeiden. Bei einer industriellen Durchfuhrung des Verfahrens werden Behandlungszeiten von zumindest 10 Minuten, vorzugsweise zumindest 20 Minuten gewählt. Um eine thermische Uberbelastung zu vermeiden, wird die Behandlungszeit bevorzugt kurzer als 2 Stunden, insbesondere bevorzugt kürzer als 1 Stunde gewählt . Die geeignete Behandlungsdauer kann vom Fachmann leicht ermittelt werden, indem wahrend der thermischen Behandlung des Tonminerals regelmäßig Proben entnommen und auf ihre Quellfähigkeit untersucht werden. Weitere Parameter, wie die Ionenaustauschkapazitat , die spezifische Oberflache oder das Porenvolumen, können für die Überwachung der thermischen Behandlung ebenfalls unterstutzend herangezogen werden.In a first reaction step, the carrier is provided by subjecting a clay mineral to a thermal treatment so that it obtains a certain, very low swelling capacity. Since the clay mineral used as starting material is obtained from a natural source and therefore variations in the properties of the various Tonmmeralien may occur, it is preferred m the way that initially determined by screening the optimum temperature for the clay mineral, wherein the desired low swelling capacity of the carrier is set. Preference is given to ¬ as low as possible selected temperature and optionally adjusted the duration of the temperature treatment. Are preferred for the heat treatment temperatures of at least 400 0 C, preferably at least 450 0 C, particularly preferably zumm- least 500 0 C chosen. However, the clay mineral should also not experience too high a thermal load, otherwise the adsorption capacity will drop. Therefore, the temperatures are preferably less than 1000 0 C, preferably lower than 900 0 C, and particularly preferably chosen below 800 ° C. The duration of treatment depends on the amount of clay mineral used and the type of furnace. Rotary kilns are preferably used for the heat treatment, since they allow uniform heating of the clay mineral. The treatment time is preferably chosen as short as possible in order to avoid excessive thermal stress on the clay mineral. In an industrial implementation of the method treatment times of at least 10 minutes, preferably at least 20 minutes are selected. In order to avoid a thermal overload, the treatment time is preferably chosen shorter than 2 hours, particularly preferably shorter than 1 hour. The appropriate duration of treatment can be easily determined by one skilled in the art by periodically taking samples during the thermal treatment of the clay mineral and examining their swelling capacity. Further parameters, such as the ion exchange capacity, the specific surface or the pore volume, can also be used to assist in the monitoring of the thermal treatment.
Als Ausgangsmaterial für die Herstellung des Tragers können an sich beliebige Tonmineralien verwendet werden, die aus natürlichen Quellen zuganglich sind. Bevorzugt werden Tonmineralien verwendet, die eine hohe Ionenaustauschkapazitat sowie eine hohe Quellfähigkeit aufweisen. Bevorzugt werden Tonmaterialien verwendet, die eine Ionenaustauschkapazitat von zumindest 5 meq/100 g, vorzugsweise zumindest 10 meq/100 g, besonders bevorzugt zumindest 20 meq/100 g, insbesondere bevorzugt zumindest 40 meq/100 g aufweisen, und besonders bevorzugt werden Tonmineralien verwendet, deren Kationenaustauschkapazität im Bereich von 50 bis 130 meq/100 g, insbesondere bevorzugt im Bereich von 70
bis 120 meq/100 g liegt. Ferner werden bevorzugt Tonmineralien verwendet, die eine hohe Quellfähigkeit aufweisen. Vorzugsweise weisen die als Ausgangsmaterial verwendeten Tonmineralien eine Quellfähigkeit in Wasser nach einer Stunde von zumindest 5 ml/2 g, bevorzugt zumindest 8 ml/2 g, besonders bevorzugt zumindest 10 ml/2 g auf. Bevorzugt weisen die als Ausgangsmateπalien verwendeten Tonmineralien eine Quellfähigkeit im Bereich von 6 bis 80 ml/2 g, besonders bevorzugt 9 bis 40 ml/2 g, insbesondere bevorzugt 10 bis 20 ml/2 g auf. Geeignet sind beispielsweise Natriumbentonite oder Calciumbentonite .As starting material for the production of the carrier can be used in any clay minerals, which are accessible from natural sources. Preference is given to using clay minerals which have a high ion exchange capacity and a high swelling capacity. Clay materials are preferably used which have an ion exchange capacity of at least 5 meq / 100 g, preferably at least 10 meq / 100 g, more preferably at least 20 meq / 100 g, especially preferably at least 40 meq / 100 g, and clay minerals are particularly preferably used. their cation exchange capacity is in the range of 50 to 130 meq / 100 g, more preferably in the range of 70 to 120 meq / 100 g. Furthermore, clay minerals which have a high swelling capacity are preferably used. Preferably, the clay minerals used as starting material have a swelling capacity in water after one hour of at least 5 ml / 2 g, preferably at least 8 ml / 2 g, particularly preferably at least 10 ml / 2 g. Preferably, the clay minerals used as Ausgangsmateπalien a swelling capacity in the range of 6 to 80 ml / 2 g, more preferably 9 to 40 ml / 2 g, particularly preferably 10 to 20 ml / 2 g. For example, sodium bentonites or calcium bentonites are suitable.
Die für die Herstellung des Tragers verwendeten Tonmineralien weisen bevorzugt neutrale bis schwach basische Eigenschaften auf. Eine 2 Gew.-% -ige Suspension des Tonminerals in destilliertem Wasser weist vorzugsweise einen pH-Wert im Bereich von 6 bis 11 auf.The clay minerals used for the preparation of the carrier preferably have neutral to weakly basic properties. A 2% by weight suspension of the clay mineral in distilled water preferably has a pH in the range of 6 to 11.
Als Ausgangsmaterialien für die Herstellung der Trager werden bevorzugt smektitische Schichtsilikate verwendet. Hierunter fallen beispielsweise geladene Tonminerale vom 2 : 1 Schichttyp mit einer negativen Ladung von 0,2 bis 0,6 pro Formeleinheit.As starting materials for the production of the carrier smectitic sheet silicates are preferably used. These include, for example, charged clay minerals of the 2: 1 layer type with a negative charge of 0.2 to 0.6 per formula unit.
Die Kationenaustauschkapazitat der als Ausgangsmaterialien für die Herstellung des Tragers verwendeten Tonmineralien lasst sich durch Austausch mit Ammoniumchlorid und anschließende Stick- stoffbestimmung ermitteln und liegt vorzugsweise im oben beschriebenen Bereich von 10 bis 130 meq/100 g. Beispiele für geeignete smektitische Tonminerale sind Bentonit, Montmorillonit , Beidellit, Nontronit, Hectorit und Saponit. Ein weiteres geeignetes smektitisches Tonmineral ist Stevensit. Seine Struktur leitet sich vom Talk ab, wobei die Positionen der Magnesiumionen durch Leerstellen ersetzt sind.The cation exchange capacity of the clay minerals used as starting materials for the preparation of the carrier can be determined by exchange with ammonium chloride and subsequent nitrogen determination and is preferably in the above-described range of 10 to 130 meq / 100 g. Examples of suitable smectite clay minerals are bentonite, montmorillonite, beidellite, nontronite, hectorite and saponite. Another suitable smectite clay mineral is stevensite. Its structure is derived from talc, with the positions of the magnesium ions being replaced by vacancies.
Durch die Wahl des Tonminerals lasst sich der Anteil der Ladungswechselwirkungen und hydrophoben Wechselwirkungen, mit wel-
chen das jeweils ausgewählte Enzym auf der Oberfläche des Tragers fixiert wird, gezielt auswählen. So sind Trager, die aus montmorillonithaltigen Tonmineralien mit hohen Kationenaus- t auschkapazitäten von vorzugsweise mehr als 65 meq/ 100 g, bevorzugt mehr als 85 meq/100 g, durch thermische Behandlung hergestellt werden, eher dazu geeignet, die zu immobilisierenden Enzyme über Ladungswechselwirkungen zu binden, wahrend Trager, die z.B. aus Stevensiten, Keroliten oder Saponiten hergestellt werden, sich insbesondere für die Immobilisierung von Enzymen eignen, die über hydrophobe Wechselwirkungen an den Trager gebunden werden. Geeignete Saponite weisen beispielsweise eine Kationenaustauschkapazitat von vorzugsweise 5 bis 60 meq/ 100 g sowie vorzugsweise eine spezifische Oberflache von 100 bis 170
By selecting the clay mineral, the proportion of charge interactions and hydrophobic interactions, with The selected enzyme is fixed on the surface of the carrier. For example, supports made from montmorillonite-containing clay minerals with high cation-exchange capacities of preferably more than 65 meq / 100 g, preferably more than 85 meq / 100 g, by thermal treatment are more suitable for adding the enzymes to be immobilized via charge interactions whereas carriers made, for example, from stevensites, kerolites or saponites are particularly suitable for the immobilization of enzymes which are bound to the carrier via hydrophobic interactions. Suitable saponites have, for example, a cation exchange capacity of preferably 5 to 60 meq / 100 g, and preferably a specific surface area of 100 to 170
Soll eine Enzym bevorzugt über hydrophobe Wechselwirkungen am Trager gebunden werden, so werden bevorzugt Tonmineralien für die thermische Behandlung ausgewählt, die eine Kationenaustauschkapazitat von weniger als 80 meq/ 100 g, bevorzugt weniger als 75 meq/ 100 g, insbesondere bevorzugt in einem Bereich von 40 bis 70 meq/ 100 g aufweisen. Bevorzugt weisen diese Tonmineralien eine hohe spezifische Oberflache auf. Vorzugsweise weisen die Tonmineralien eine spezifische Oberflache von mehr als 100 m2/g, bevorzugt von mehr als 120 m2/g, besonders bevorzugt mehr als 150 m2/g auf.If an enzyme is to be bound to the carrier preferably via hydrophobic interactions, preference is given to selecting clay minerals for the thermal treatment which have a cation exchange capacity of less than 80 meq / 100 g, preferably less than 75 meq / 100 g, particularly preferably in a range of 40 to 70 meq / 100 g. Preferably, these clay minerals have a high specific surface area. The clay minerals preferably have a specific surface area of more than 100 m 2 / g, preferably more than 120 m 2 / g, particularly preferably more than 150 m 2 / g.
Die für die Herstellung des Tragers verwendeten Tonmineralien können vor der Hitzebehandlung ggf. getrocknet werden, vorzugsweise auf einen Feuchtegehalt von weniger als 20 Gew.-%, insbesondere auf einen Feuchtegehalt im Bereich von 5 - 15 Gew.-%. Ferner kann das Rohtonmaterial vor der Hitzebehandlung vermählen werden, vorzugsweise auf eine mittlere Korngroße D50 von weniger als 3 mm, besonders bevorzugt weniger als 1 mm, insbesondere bevorzugt weniger als 0,2 mm.
Die als Ausgangsmaterial für die Herstellung des Tragers verwendeten Tonmineralien, insbesondere smektitischen Tonmmeralien, können sowohl in der Natriumform als auch in der Calcium- oder Magnesiumform vorliegen. Ebenso können auch Mischformen verwendet werden, m welchen einwertige Alkalimetallionen und zweiwertige Erdalkalimetallionen als Zwischenschichtionen in den Tonmi- neralien enthalten sind. Der Anteil der ein- bzw. zweiwertigen Kationen kann vor der Hitzebehandlung eingestellt werden, indem das Tonmineral mit einem entsprechenden Alkalimetallsalz, beispielsweise Natriumcarbonat oder Natriumhydrogencarbonat, umgesetzt wird. Dazu kann beispielsweise ein naturfeuchter Calcium- bentonit mit einer Sodalosung besprüht oder mit festem Natriumcarbonat verknetet werden. Soll der Anteil an zweiwertigen Erdalkalimetallionen erhöht werden, kann das Tonmineral mit einer geeigneten Erdalkaliverbmdung, beispielsweise Calciumchlorid, umgesetzt werden.The clay minerals used for the preparation of the carrier may optionally be dried before the heat treatment, preferably to a moisture content of less than 20 wt .-%, in particular to a moisture content in the range of 5-15 wt .-%. Further, the raw clay material may be ground prior to the heat treatment, preferably to a mean grain size D 50 of less than 3 mm, more preferably less than 1 mm, most preferably less than 0.2 mm. The clay minerals, in particular smectitic clay minerals, used as starting material for the preparation of the carrier may be in both the sodium form and in the calcium or magnesium form. Likewise, it is also possible to use mixed forms in which monovalent alkali metal ions and divalent alkaline earth metal ions are present as intermediate layer ions in the clay minerals. The proportion of monovalent or divalent cations can be adjusted before the heat treatment by reacting the clay mineral with a corresponding alkali metal salt, for example sodium carbonate or sodium bicarbonate. For this purpose, for example, a naturally moist calcium bentonite can be sprayed with a soda solution or kneaded with solid sodium carbonate. If the proportion of divalent alkaline earth metal ions to be increased, the clay mineral with a suitable Erdalkaliverbmdung, such as calcium chloride, can be implemented.
Bevorzugt wird das im erfmdungsgemaßen Verfahren verwendete hitzebehandelte Tonmmeral aus einem Rohtonmaterial hergestellt, welches auf Zwischenschichtplatzen zumindest einen Anteil an zweiwertigen Erdalkalimetallionen, vorzugsweise Calciumionen, aufweist .Preferably, the heat-treated Tonmmeral used in erfmdungsgemaßen method is prepared from a raw clay material having at least a proportion of divalent alkaline earth metal ions, preferably calcium ions on Zwischenschichtplatzen.
Bei Bentoniten wird an sich eine umso höhere Bmdungskapazitat für Proteine beobachtet, je hoher der Anteil an Alkalimetallionen an den austauschfahigen, in den Zwischenschichten des Bento- nits angeordneten Ionen ist. Die hohe Bmdungskapazitat von Watriumbentoniten wird auf die starke Delamimerung zurückgeführt, die bei der Herstellung einer Suspension in Wasser eintritt. Dadurch erhöht sich die für eine Absorption zur Verfugung stehende Oberflache stark. Bei Calciumbentoniten besteht ein stärkerer Zusammenhalt der Schichten, wodurch bei der Herstellung einer wassπgen Suspension eine Delamimerung nur in geringerem Maß auftritt und damit auch eine im Vergleich zu Natrium-
bentoniten geringere Oberflache für die Absorption zur Verfugung steht.In the case of bentonites, the higher the binding capacity for proteins, the higher the proportion of alkali metal ions in the exchangeable ions arranged in the intermediate layers of the bentonite. The high binding capacity of sodium bentonites is attributed to the strong delamination that occurs when preparing a suspension in water. This greatly increases the surface area available for absorption. In the case of calcium bentonites, there is a stronger cohesion of the layers, as a result of which delamination only occurs to a lesser extent in the production of a moist suspension and thus also in comparison to sodium carbonate. bentonites lower surface is available for absorption.
Beim erfmdungsgemaßen Verfahren hat sich jeαoch gezeigt, dass eine höhere Absorptionskapazitat für Enzyme erreicht werden kann, wenn von einem Tonmineral ausgegangen wird, das einen Anteil an Erdalkalnonen auf Zwischenschichtplatzen aufweist.The erfmdungsgemaßen process everα has shown that a higher absorption capacity can be achieved for enzymes, if it is assumed that a clay mineral, which has a proportion of alkaline earth metal on interlayer spaces.
Bevorzugt betragt beim hitzebehandelten Tonmaterial der Anteil an zweiwertigen Kationen an der Ionenaustauschkapazitat zumindest 15 %, besonders bevorzugt zumindest 30 %, insbesondere bevorzugt zumindest 70%. Der Anteil der zweiwertigen Kationen, insbesondere Calcium und Magnesium, an der Kationenaustauschka- pazitat betragt bevorzugt weniger als 95 %, insbesondere weniger als 85 %. Es wurde beobachtet, dass durch einen hohen Anteil an austauschbaren zweiwertigen Kationen die Bindungsneigung von Enzymen an das hitzebehandelte Tonmaterial verbessert werden kann. Ohne an diese Theorie gebunden sein zu wollen, nehmen die Erfinder an, dass die in Zwischenschichten angeordneten Erdalkalnonen bei der thermischen Behandlung des Tonminerals eine Stutzfunktion ausüben, sodass die Schichten des Tonminerals nicht so stark zusammensinken, wie bei reinen Natπumbentoniten. Der Anteil der zwei- bzw. einwertigen Kationen kann entsprechend vor der Hitzebehandlung beim Tonmineral eingestellt werden. Dieses kann dazu beispielsweise mit einem geeigneten Natriumsalz, wie Natnumcarbonat , umgesetzt werden, indem das Tonmineral beispielsweise mit einer Sodalosung besprüht oder mit festem Natnumcarbonat verknetet wird.In the case of the heat-treated clay material, the proportion of divalent cations in the ion exchange capacity is preferably at least 15%, particularly preferably at least 30%, particularly preferably at least 70%. The proportion of divalent cations, in particular calcium and magnesium, in the cation exchange capacity is preferably less than 95%, in particular less than 85%. It has been observed that a high proportion of exchangeable divalent cations can enhance the tendency of enzymes to bind to the heat-treated clay material. Without wishing to be bound by this theory, the inventors assume that the alkaline earth metals arranged in intermediate layers exert a support function during the thermal treatment of the clay mineral so that the layers of the clay mineral do not sink together as much as with pure natural bentonites. The proportion of divalent or monovalent cations can be adjusted accordingly before the heat treatment of the clay mineral. For example, this can be reacted with a suitable sodium salt, such as sodium carbonate, by spraying the clay mineral, for example with a soda solution, or by kneading it with solid sodium carbonate.
Wie bereits erläutert, weist der Trager nach der thermischen Behandlung bevorzugt eine spezifische Oberflache von weniger als 300 m2/g, besonders bevorzugt weniger als 200 m2/g, insbesondere bevorzugt weniger als 120 rn2/g auf. Bevorzugt betragt die Oberflache des Tragers zumindest 30 m2/g, besonders bevorzugt zumindest 35 m2/g, insbesondere bevorzugt zumindest 60 m2/g. Die spe-
zifische Oberflache lasst sich daher neben der bereits beschriebenen Quellfähigkeit dazu verwenden, die thermische Behandlung des Tonminerals zu überwachen.As already explained, the exchanger according to the thermal treatment preferably has a specific surface area of less than 300 m 2 / g, more preferably less than 200 m 2 / g, more preferably less than 120 rn 2 / g. The surface of the carrier preferably amounts to at least 30 m 2 / g, more preferably at least 35 m 2 / g, particularly preferably at least 60 m 2 / g. The spe- In addition to the swelling capacity already described, the cif- ic surface can therefore be used to monitor the thermal treatment of the clay mineral.
Der Trager weist nach der thermischen Behandlung nahezu keine Quellfähigkeit in Wasser mehr auf. Das Quellvolumen entspricht in diesem Fall dem Sedimentvolumen. Auch bei einer längeren Lagerung in Wasser ist keine oder nahezu keine Zunahme des Sedimentvolumens zu beobachten. Vorzugsweise weist der Trager nach einer Lagerung in Wasser für drei Tage ein Quellvolumen von weniger als 15 ml/2 g, bevorzugt weniger als 10 ml/2 g, besonders bevorzugt von weniger als 8 ml/2 g auf. Das Quellvolumen kann auch noch niedrigere Werte annehmen, beispielsweise Werte von weniger als 5 ml/2 gThe carrier has almost no swelling capacity in water after the thermal treatment. The swelling volume in this case corresponds to the sediment volume. Even with prolonged storage in water, no or almost no increase in sediment volume is observed. Preferably, after storage in water for three days, the carrier has a swelling volume of less than 15 ml / 2 g, preferably less than 10 ml / 2 g, more preferably less than 8 ml / 2 g. The swelling volume may also take on lower values, for example values of less than 5 ml / 2 g
Nach der thermischen Behandlung wird der Trager bevorzugt keiner weiteren Aktivierung mehr unterzogen. Es kann noch durch physikalische Verfahrensschritte, wie Mahlen und Sieben, eine gewünschte Korngroße eingestellt werden. Bevorzugt wird der Trager auf eine mittlere Korngroße D50 im Bereich von 10 - 200 um eingestellt. Durch Granulation können auch größere Teilchen hergestellt werden. Die größeren Teilchen können durch eine, ggf. erneute, thermische Behandlung in ihrer Gestalt stabilisiert werden. Geeignet wird dazu der teilchenformige Trager, insbesondere das Granulat für 2 min bis 5 Stunden auf eine Temperatur im Bereich von 400 bis 750 0C erhitzt. Bevorzugt wird jedoch in der Weise vorgegangen, dass das Tonmineral zunächst granuliert bzw. geformt wird und erst dann die thermische Behandlung durchgeführt wird, wobei gleichzeitig eine Stabilisierung des Granulats bzw. Formkorpers erreicht wird.After the thermal treatment, the carrier is preferably no longer subjected to further activation. It can still be adjusted by physical process steps, such as grinding and sieving, a desired grain size. Preferably, the carrier is adjusted to a mean grain size D 50 in the range of 10-200 μm. Granulation can also produce larger particles. The larger particles can be stabilized in their shape by a, possibly renewed, thermal treatment. Suitably, the particulate carrier, in particular the granules, is heated to a temperature in the range from 400 to 750 ° C. for 2 minutes to 5 hours. Preferably, however, proceeding in such a way that the clay mineral is first granulated or molded and only then the thermal treatment is carried out, at the same time a stabilization of the granules or Formkorpers is achieved.
Vorzugsweise erfolgt die Granulation des Tonminerals, welche bevorzugt vor der thermischen Behandlung durchgeführt wird, in der Weise, dass das Tonmineral in einem schnell laufenden Mischer vorgelegt wird und dass ein wassriges Bindemittel, wie
z.B. Wasser oder Wasserglas, innerhalb eines kurzen Zeitraums m seiner gesamten Menge zugegeben wird. Die Granulierung kann sowohl in einem Batchverfahren als auch in einem kontinuierlichen Verfahren durchgeführt werden. Für die Granulation im Batchverfahren kann ein sogenannter Eiπchmischer und für die kontinuierliche Granulation beispielsweise ein kontinuierlich arbeitender Pflugscharmischer, wie er z.B. von der Firma Lodige angeboten wird, oder ein Ringschichtmischer, wie ein Lodige CB Mischer, verwendet werden.Preferably, the granulation of the clay mineral, which is preferably carried out before the thermal treatment, takes place in such a way that the clay mineral is introduced into a high-speed mixer and that an aqueous binder, such as For example, water or water glass is added in a short period of time in its entire amount. The granulation can be carried out both in a batch process and in a continuous process. For granulation in the batch process, a so-called egg mixer and for continuous granulation, for example, a continuously operating ploughshare mixer, as offered for example by the company Lodige, or a ring-layer mixer, such as a Lodige CB mixer, can be used.
Neben dem beschriebenen Granulierverfahren können auch andere Formgebungsverfahren eingesetzt werden. Beispielsweise kann das trockene pulverformige thermisch behandelte Tonmineral unter hohem Druck zu Formkorpern gepresst werden, die ggf- nach der Formgebung auch wieder auf die gewünschte Große zerkleinert werden können. Eine derartige hoch kompaktierende Formgebung kann beispielsweise in einer Tablettierpresse, einer Rmgscheiben- presse oder einer Brikettierpresse durchgeführt werden. Es ist aber beispielsweise auch möglich, das trockene pulverformige thermisch behandelte Tonmineral mit Wasser anzufeuchten und zu einer plastischen Masse zu kneten. Diese plastische Masse kann dann beispielsweise zu einem Strang extrudiert werden, der zu einem Granulat der gewünschten Große zerkleinert wird. Es ist aber auch möglich, die plastische Masse in kleinere Klumpen zu brechen und diese zunächst zu trocknen. Die getrockneten Klumpen können dann gebrochen werden und das Granulat der gewünschten Große durch Sieben abgetrennt werden.In addition to the described granulation process, other shaping processes can also be used. For example, the dry powdered thermally treated clay mineral can be pressed under high pressure into molded articles which, if appropriate, can also be comminuted again to the desired size after shaping. Such a highly compacting shaping can be carried out, for example, in a tableting press, a disk press or a briquetting press. But it is also possible, for example, to moisten the dry powdered thermally treated clay mineral with water and to knead it into a plastic mass. This plastic mass can then be extruded, for example, into a strand which is comminuted to a granulate of the desired size. But it is also possible to break the plastic mass into smaller lumps and to dry them first. The dried lumps can then be broken and the granules of the desired size separated by sieving.
Neben dem Trager wird im erfmdungsgemaßen Verfahren ein Enzym bereitgestellt, welches auf dem Trager immobilisiert werden soll. Es bestehen an sich keine Beschrankungen bei der Auswahl des Enzyms. Bevorzugte Enzyme wurden bereits genannt. Das Enzym wird bevorzugt in Form einer wassrigen Losung bereitgestellt. Um das Enzym zu stabilisieren, wird das Enzym bevorzugt in einer
gepufferten Losung bereitgestellt. Der pH-Wert des Puffers wird in Abhängigkeit vom zu immobilisierenden Enzym ausgewählt und liegt vorzugsweise im Bereich von 3 bis 9. Der ideale Bereich für den pH-Wert hangt vom spezifischen Enzym ab. Für Lipasen wird der pH-Wert des Puffers bevorzugt im Bereich von 3 bis 5 gewählt. Allgemein wird der Puffer geeignet in der Weise ausgewählt, dass seine Pufferwirkung bei einem pH-Wert möglichst groß ist, der ungefähr eine Einheit unterhalb des isoelektrischen Punktes des betreffenden Enzyms liegt. Das Enzym weist dann eine positive Gesamtladung auf und kann durch eine ionische Bindung auf dem Trager fixiert werden. Die Konzentration des Puffers wird geeignet im Bereich von 10 bis 300 mmol/1, bevorzugt 50 bis 200 mmol/1 eingestellt. Die Konzentration des Enzyms in der Losung wird bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 mg/ml gewählt. Um eine vorzeitige Deaktivierung des Enzyms zu verhindern, wird die Immobilisierung bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 37 °C, insbesondere bevorzugt 4 bis 10 0C durchgeführt. Enzym und Trager können in an sich beliebiger Weise in Kontakt gebracht werden. So kann der Trager in einer Losung des Enzyms suspendiert werden. Es ist aber auch möglich, die Losung des Enzyms auf den Trager aufzusprühen, wahrend dieser beispielsweise bewegt wird. Die Dauer, welche für die Immobilisierung des Enzyms benotigt wird, hangt vom verwendeten Trager und vom verwendeten Enzym ab. Bevorzugt wird die Reaktionszeit im Bereich von 10 Minuten bis 5 Stunden gewählt.In addition to the carrier an enzyme is provided in erfmdungsgemaßen process, which is to be immobilized on the carrier. There are no restrictions on the choice of enzyme per se. Preferred enzymes have already been mentioned. The enzyme is preferably provided in the form of an aqueous solution. To stabilize the enzyme, the enzyme is preferably in a buffered solution provided. The pH of the buffer is selected depending on the enzyme to be immobilized and is preferably in the range of 3 to 9. The ideal range for the pH depends on the specific enzyme. For lipases, the pH of the buffer is preferably selected in the range of 3 to 5. In general, the buffer is suitably selected in such a way that its buffer effect is as large as possible at a pH which is approximately one unit below the isoelectric point of the enzyme in question. The enzyme then has a positive total charge and can be fixed by an ionic bond on the carrier. The concentration of the buffer is suitably adjusted in the range of 10 to 300 mmol / l, preferably 50 to 200 mmol / l. The concentration of the enzyme in the solution is preferably selected in the range of 1 to 10 mg / ml. In order to prevent premature deactivation of the enzyme, the immobilization is preferably carried out at a temperature in the range of 0 to 37 ° C, particularly preferably 4 to 10 0 C. The enzyme and the carrier can be brought into contact in any desired manner. Thus, the carrier can be suspended in a solution of the enzyme. But it is also possible to spray the solution of the enzyme on the carrier while it is being moved, for example. The time required for the immobilization of the enzyme depends on the carrier used and the enzyme used. Preferably, the reaction time is chosen in the range of 10 minutes to 5 hours.
Abschließend kann das Reaktionsmedium noch vom festen Enzymkomplex abgetrennt werden. Dies kann mit üblichen Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Filtrieren oder Zentπfugieren . Der feste Enzymkomplex kann dann noch gewaschen werden, um ungebundenes Enzym zu entfernen. Zum Waschen kann beispielsweise der gleiche Puffer verwendet werden, wie er auch bei der Umsetzung von Enzym und Trager verwendet worden ist. Ist nur relativ wenig Losungsmittel, insbesondere Wasser im festen Enzymkomplex ent-
halten, beispielsweise weil das Enzym auf den Trager aufgesprüht worden ist, kann das Losungsmittel auch verdampft werden. Dazu kann beispielsweise auch unter vermindertem Druck das Losungsmittel abdestilliert werden. Auch hier wird die Temperatur möglichst niedrig gewählt, um eine vorzeitige Deaktivierung des Enzyms zu vermeiden.Finally, the reaction medium can still be separated from the solid enzyme complex. This can be done by conventional methods, for example by filtration or Zentπfugieren. The solid enzyme complex can then be washed to remove unbound enzyme. For example, the same buffer can be used for washing as has been used in the reaction of enzyme and carrier. Is relatively little solvent, especially water in the solid enzyme complex For example, because the enzyme has been sprayed on the carrier, the solvent can also be evaporated. For this example, the solvent can be distilled off under reduced pressure. Again, the temperature is chosen as low as possible in order to avoid premature deactivation of the enzyme.
Um eine Denaturierung des Enzyms zu vermeiden, sowie um einen geeigneten pH-Wert für eine möglichst effiziente Adsorption des Enzyms auf dem Trager bereitzustellen, wird der Trager vor der Aufgabe des Enzyms bevorzugt auf einen pH-Wert von bevorzugt 3,0 bis 7,0 equilibπert . Dazu kann der Trager beispielsweise in einem geeigneten Puffermedium aufgeschlämmt werden.In order to avoid denaturation of the enzyme, as well as to provide a suitable pH for the most efficient adsorption of the enzyme on the carrier, the carrier is preferably before the task of the enzyme to a pH of preferably 3.0 to 7.0 equilibrium. For this purpose, the carrier can be slurried, for example, in a suitable buffer medium.
Bevorzugt wird das Enzym zwar durch nicht-kovalente Bindungen auf der Oberflache des Tragers immobilisiert. Es ist jedoch auch möglich, das Enzym über kovalente Bindungen auf der Oberflache des Tragers zu fixieren. Dazu werden Trager und Enzym mit einem Kopplungsmittel umgesetzt, welches mindestens zwei reaktive Gruppen aufweist, sodass eine der Gruppen mit beispielsweise Hydroxygruppen auf der Oberflache des Tragers und die andere Gruppe mit einer geeigneten Gruppe am Enzym reagieren kann, wie einer Hydroxy-, einer Mino- oder einer Thiolgruppe. Ein geeignetes Kopplungsmittel ist beispielsweise Cyanurchloπd.Although the enzyme is immobilized by non-covalent bonds on the surface of the carrier. However, it is also possible to fix the enzyme via covalent bonds on the surface of the carrier. For this purpose, the carrier and the enzyme are reacted with a coupling agent which has at least two reactive groups, so that one of the groups with, for example, hydroxyl groups on the surface of the carrier and the other group with a suitable group can react on the enzyme, such as a hydroxyl, a mino- or a thiol group. A suitable coupling agent is for example Cyanurchloπd.
Als Kopplungsmittel besonders geeignet sind funktionalisierte Silane, wie sie üblicherweise zur Fixierung von Enzymen auf an¬ organischen Tragern verwendet werden. Dabei bindet man zunächst funktionalisierte Alkoxy- oder Chlorsilane auf dem Trager. Als Alkoxygruppen werden beispielsweise Methoxy- oder Ethoxygruppen verwendet. Die Anbindung des funktionalisierten Silans erfolgt beispielsweise über die Ausbildung von Si-O-Si-Bindungen unter Abspaltung von Alkohol oder HCl. Setzt man funktionalisierte Silane ein, die funktionelle Gruppen tragen, welche direkt mit Gruppen am Enzym reagieren können, so kann in einem zweiten
- -Particularly suitable as coupling agents are functionalized silanes, as are commonly used for the fixation of enzymes on to ¬ organic Tragern. This binds first functionalized alkoxy or chlorosilanes on the carrier. As alkoxy groups, for example, methoxy or ethoxy groups are used. The attachment of the functionalized silane takes place for example via the formation of Si-O-Si bonds with elimination of alcohol or HCl. If one uses functionalized silanes, which carry functional groups, which can react directly with groups on the enzyme, so in a second - -
Schritt das Enzym direkt an den Trager gebunden werden. Ein typisches Beispiel hierfür sind Epoxysilanverbindungen, wie Epoxy- alkyltrialkoxysilane. Hier kann die Epoxygruppe des Silans nach Aufbringen auf den Träger direkt mit freien NHo-Gruppen des Enzyms reagieren.Step the enzyme to be bound directly to the carrier. A typical example of this are epoxysilane compounds, such as epoxyalkyltrialkoxysilanes. Here, the epoxy group of the silane after application to the support can react directly with free NHo groups of the enzyme.
In einer zweiten Variante setzt man das funktionalisierte Silan nach dem Aufbringen auf dem Trager zunächst mit einem Aktivierungsagens um. Mit dem Aktivierungsagens werden Gruppen in das auf der Oberflache des Tragers gebundene Silan eingeführt, welche mit einer Gruppe am Enzym reagieren können, beispielsweise einer Aminogruppe. Erst nachdem das Aktivierungsagens mit einer Gruppe am Silan reagiert hat, kann das Enzym in einem weiteren Reaktionsschritt an eine Gruppe des Aktivierungsagens angebunden werden. Beispielsweise kann der oben beschriebene, durch thermische Behandlung eines Tonminerals erhaltene Trager mit einem Aminoalkoxysilan umgesetzt werden. Das Ammoalkoxysilan reagiert beispielsweise mit einer Hydroxygruppe an der Oberflache des Tragers. Durch die Fixierung des Aminoalkoxysilans werden auf der Oberfläche des Tragers Aminogruppen bereitgestellt. Diese Ammogruppen können dann mit einem bifunktionellen Aktivierungsagens, beispielsweise einem Dialdehyd oder einem Diisocyanat, umgesetzt werden. Dabei reagiert eine funktionelle Gruppe mit der auf der Oberfläche des Tragers bereitgestellten Aminogruppe und die andere funktionelle Gruppe steht für die Reaktion mit einer Gruppe am Enzym zur Verfügung. Ein geeigneter bifunktioneller Aldehyd ist beispielsweise Glutaraldehyd.In a second variant, the functionalized silane is first reacted after application on the support with an activating agent. With the activating agent, groups are introduced into the silane bound on the surface of the support which can react with a group on the enzyme, for example an amino group. Only after the activating agent has reacted with a group on the silane can the enzyme be attached in a further reaction step to a group of the activating agent. For example, the above-described carrier obtained by thermal treatment of a clay mineral can be reacted with an aminoalkoxysilane. For example, the ammoalkoxysilane reacts with a hydroxy group on the surface of the carrier. By fixing the aminoalkoxysilane amino groups are provided on the surface of the carrier. These amino groups can then be reacted with a bifunctional activating agent, for example a dialdehyde or a diisocyanate. One functional group reacts with the amino group provided on the surface of the support and the other functional group is available for reaction with a group on the enzyme. A suitable bifunctional aldehyde is, for example, glutaraldehyde.
Schließlich betrifft die Erfindung noch die Verwendung des oben beschriebenen festen Enzymkomplexes für enzymkatalysierte Reaktionen. Die Reaktionen können an sich unter bekannten Bedingungen und in bekannten Vorrichtungen durchgeführt werden. So können die Reaktionen in Suspension durchgeführt werden, wozu der feste Enzymkomplex in einer, vorzugsweise gepufferten, Losung
des Substrats aufgeschlammt wird, der noch weitere übliche Komponenten, wie Coenzyme, ATP, usw. zugesetzt sein können. Es ist aber auch möglich, die enzymkatalysierte Reaktion kontinuierlich durchzufuhren, indem der feste Enzymkomplex beispielsweise in Form einer Säule gepackt wird, durch welche dann kontinuierlich eine Losung des Substrat geleitet wird.Finally, the invention also relates to the use of the above-described solid enzyme complex for enzyme-catalyzed reactions. The reactions can be carried out per se under known conditions and in known devices. Thus, the reactions can be carried out in suspension, including the solid enzyme complex in a, preferably buffered, solution the substrate is slabbed, to which other conventional components such as coenzymes, ATP, etc. may be added. However, it is also possible to carry out the enzyme-catalyzed reaction continuously by packing the solid enzyme complex, for example in the form of a column, through which a solution of the substrate is then continuously passed.
Die Erfindung wird im Weiteren an Hand von Beispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefugten Figuren naher erläutert. Dabei zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to examples and with reference to the attached figures closer. Showing:
Fig. 1: eine Adsorptionsisotherme, die für eine Lipase bei pH 4 in einem 50 mM Acetatpuffer an Bentomt I500 aufgenommen wurde;Fig. 1: an adsorption isotherm recorded for a lipase at pH 4 in a 50 mM acetate buffer of Bentomt I 500 ;
Fig. 2: eine Adsorptionsisotherme, die für eine Lipase bei pH 4 in einem 50 mM Acetatpuffer an Bentomt 3500 aufgenommen wurde; undFIG. 2: an adsorption isotherm recorded on Bentomt 3 500 for a lipase at pH 4 in a 50 mM acetate buffer; FIG. and
Fig. 3: eine Adsorptionsisotherme, die für eine Lipase bei pH 4 in einem 50 mM Acetatpuffer an Saponit l6oo aufgenommen wurde .FIG. 3 shows an adsorption isotherm, which was recorded for a lipase at pH 4 in a 50 mM acetate buffer at saponite l 6 oo.
Es wurden die folgenden Analysenmethoden verwendet:The following analysis methods were used:
BET-Oberflache/Porenvolumen nach BJH und BET:BET surface area / pore volume after BJH and BET:
Die Oberflache und das Porenvolumen wurden mit einem vollautomatischen Stickstoffporosimeter der Firma Mikromeritics, Typ ASAP 2010 bestimmt.The surface area and the pore volume were determined using a fully automatic nitrogen porosimeter from the company Mikromeritics, type ASAP 2010.
Die Probe wird im Hochvakuum auf die Temperatur von flussigem Stickstoff abgekühlt. Anschließend wird kontinuierlich Stickstoff in die Probenkammer dosiert. Durch die Erfassung der adsorbierten Gasmenge als Funktion des Druckes wird bei konstanter
- -The sample is cooled in a high vacuum to the temperature of liquid nitrogen. Subsequently, nitrogen is continuously metered into the sample chamber. By detecting the adsorbed amount of gas as a function of pressure becomes more constant - -
Temperatur eine Adsorptionsisotherme ermittelt. Nach einem Druckausgleich wird das Analysengas schrittweise entfernt und eine Desorptionsisotherme aufgenommen.Temperature determined an adsorption isotherm. After pressure equalization, the analysis gas is gradually removed and a desorption isotherm is recorded.
Zur Ermittlung der spezifischen Oberflache und der Porosität nach der BET-Theorie werden die Daten gemäß DIN 66131 ausgewertet.To determine the specific surface area and the porosity according to the BET theory, the data are evaluated in accordance with DIN 66131.
Das Porenvolumen wird ferner aus den Messdaten unter Anwendung der BJH-Methode ermittelt (E. P. Barret, L.G.Joiner, P.P. Haien- da, J. Am. Chem. Soc. 73 (1951, 373) . Bei diesem Verfahren werden auch Effekte der Kapillarkondensation berücksichtigt. Porenvolumina bestimmter Porengroßenbereiche werden durch Aufsummieren mkrementeller Porenvolumina bestimmt, die aus der Auswertung der Adsorptionsisotherme nach BJH erhalten werden. Das Ge- samtporenvolumen nach der BJH-Methode bezieht sich auf Poren mit einem Durchmesser von 1,7 bis 300 nm.The pore volume is also determined from the measurement data using the BJH method (EP Barret, LGJoiner, PP Haienda, J. Am. Chem Soc 73 (1951, 373).) This procedure also takes into account effects of capillary condensation Pore volumes of certain pore sizes are determined by summation of incremental pore volumes obtained from the BJH adsorption isotherm analysis.The total pore volume according to the BJH method refers to pores with a diameter of 1.7 to 300 nm.
Teilchengroßenbestimmung mittels dynamischer Lichtstreuung (MaI- vern)Particle size determination by means of dynamic light scattering (Maillvern)
Die Messungen werden mit einem Gerat "Mastersizer" der Firma Malvern Instruments Ltd., UK, entsprechend den Angaben des Herstellers durchgeführt. Die Messungen werden mit der vorgesehenen Probenkammer ("dry powder feeder") in Luft durchgeführt und die auf das Probenvolumen bezogenen Werte ermittelt.The measurements are carried out with a device "Mastersizer" from Malvern Instruments Ltd., UK, according to the manufacturer's instructions. The measurements are carried out with the intended sample chamber ("dry powder feeder") in air and the values related to the sample volume are determined.
Wassergehalt :Water content:
Der Wassergehalt der Produkte bei 1050C wird unter Verwendung der Methode DIN/ISO-787/2 ermittelt.The water content of the products at 105 0 C is determined using the method DIN / ISO-787/2.
Elementaranalyse :Elemental analysis:
Diese Analyse beruht auf dem TotalaufSchluss der Tonmaterialien bzw. des entsprechenden Produktes. Nach dem Auflosen der Fest-
Stoffe werden die Einzelkomponenten mit herkömmlichen spezifischen Analysemethoden, wie z.B. ICP analysiert und quantifiziert .This analysis is based on the total resolution of the clay materials or the corresponding product. After releasing the festival Substances, the individual components are analyzed and quantified using conventional specific analysis methods, such as ICP.
Ionenaustauschkapazitat :Ion exchange capacity:
Zur Bestimmung der Kationenaustauschkapazitat wird das zu untersuchende Tonmaterial über einen Zeitraum von 2 Stunden bei 1050C getrocknet. Danach wird das getrocknete Tonmaterial mit einem Uberschuss an wassπger 2N NH4C1-Losung 1 Stunde unter Ruckfluss zur Reaktion gebracht. Nach einer Standzeit von 16 Stunden bei Raumtemperatur wird filtriert, worauf der Filterkuchen gewaschen, getrocknet und vermählen wird und der NH4-Gehalt im Tonmaterial durch Stickstoffbestimmung (CHN-Analysator "Vario EL III" der Firma Elementar in Hanau) nach den Herstellerangaben ermittelt. Der Anteil und die Art der ausgetauschten Metallionen wird im Filtrat durch ICP-Spektroskopie bestimmt.For the determination of cation exchange the clay material to be tested over a period of 2 hours at 105 0 C is dried. Thereafter, the dried clay material is reacted with an excess of aqueous 2N NH 4 Cl solution for 1 hour under reflux. After a service life of 16 hours at room temperature, it is filtered, whereupon the filter cake is washed, dried and ground and the NH 4 content in the clay material is determined by nitrogen determination (CHN analyzer "Vario EL III" from Elementar in Hanau) according to the manufacturer's instructions. The proportion and type of exchanged metal ions is determined in the filtrate by ICP spectroscopy.
Bestimmung des Sedimentvolumens:Determination of sediment volume:
Em graduierter 100 ml Messzylinder wird mit 100 ml destilliertem Wasser gefüllt. 2 g der zu vermessenden Substanz werden langsam und portionsweise, je etwa 0,1 bis 0,2 g, mit einem Spatel auf die Oberflache des Wassers gegeben. Nach dem Absinken einer zugegebenen Portion wird die nächste Portion zugegeben. Nachdem die 2 g Substanz zugegeben und auf den Grund des Messzylinders abgesunken sind, wird der Zylinder für eine Stunde bei Raumtemperatur stehen gelassen. Anschließend wird an der Graduierung des Messzylinders die Hohe des Sedimentsvolumens in ml/2 g abgelesen. Für die Bestimmung des Sedimentvolumens nach 3- tagiger Lagerung in Wasser wird der Probenansatz mit Parafilm® verschlossen und für 3 Tage bei Raumtemperatur erschütterungsfrei stehen gelassen. Danach wird an der Graduierung des Messzylinders das Sedimentvolumen abgelesen.
Bestimmung des Montmonllonitgehalts über die Methylenblauad- sorptionA graduated 100 ml measuring cylinder is filled with 100 ml of distilled water. 2 g of the substance to be measured are added slowly and in portions, each about 0.1 to 0.2 g, with a spatula on the surface of the water. After a drop of added portion, the next portion is added. After the 2 g of substance have been added and dropped to the bottom of the measuring cylinder, the cylinder is allowed to stand for one hour at room temperature. Then the height of the sediment volume in ml / 2 g is read off the graduation of the measuring cylinder. For the determination of the sediment volume after 3 tagiger storage in water of the sample preparation is sealed with Parafilm ® and vibration-free for 3 days at room temperature, allowed to stand. Then the sediment volume is read off the graduation of the measuring cylinder. Determination of the montmonellite content via methylene blue adsorption
Der Methylenblauwert ist ein Maß für die innere Oberflache derThe methylene blue value is a measure of the inner surface of the
Tonmaterialien .Clay materials.
a) Herstellung einer Tetranatnumdiphosphat-Losunga) Preparation of a Tetranatnumdiphosphat solution
5,41 g Tetranatriumdiphosphat werden auf 0,001 g genau m einen 1000 ml Messkolben eingewogen und unter Schuttein bis zur Eichmarke mit dest . Wasser aufgefüllt.5.41 g of tetrasodium diphosphate are weighed to the nearest 0,001 g into a 1000 ml volumetric flask and placed under debris up to the calibration mark with dist. Water filled up.
b) Herstellung einer 0,5 %-igen Methylenblaulosungb) Preparation of a 0.5% methylene blue solution
In einem 2000 ml Becherglas werden 125 g Methylenblau in ca. 1500 ml dest. Wasser gelost. Die Losung wird abdekantiert und auf 25 1 mit dest. Wasser aufgefüllt.In a 2000 ml beaker, 125 g of methylene blue in about 1500 ml dest. Water dissolved. The solution is decanted off and distilled to 25 l with dist. Water filled up.
0,5 g feuchter Testbentomt mit bekannter innerer Oberflache werden in einem Erlenπieyerkolben auf 0,001 g genau eingewogen. Es werden 50 ml Tetranatriumdiphosphatlosung zugegeben und die Mischung 5 Minuten zum Sieden erhitzt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden 10 ml 0,5 molare H2SO4 zugegeben und 80 bis 95 % des zu erwartenden Endverbrauchs an Methylenblaulosung zugegeben. Mit dem Glasstab wird ein Tropfen der Suspension aufgenommen und auf ein Filterpapier gegeben. Es bildet sich ein blau-schwarzer Fleck mit einem farblosen Hof. Es wird nun in Portionen von 1 ml weitere Methylenblaulosung zugegeben und die Tupfelprobe wiederholt. Die Zugabe erfolgt solange, bis sich der Hof leicht hellblau färbt, also die zugegebene Methylenblaumenge nicht mehr vom Testbentomt absorbiert wird.
c) Prüfung von Tonmatenalien0.5 g wet test bag with known internal surface are weighed to the nearest 0.001 g in an Erlen πyy piston. Add 50 ml of tetrasodium diphosphate solution and heat the mixture to boiling for 5 minutes. After cooling to room temperature, 10 ml of 0.5 molar H 2 SO 4 are added and 80 to 95% of the expected final consumption of methylene blue solution is added. With the glass rod, a drop of the suspension is taken and placed on a filter paper. It forms a blue-black spot with a colorless yard. It is then added in portions of 1 ml more Methylenblaulosung and repeated the dab sample. The addition takes place until the farm turns slightly light blue, so the added Methylenblaumenge is no longer absorbed by the Testbentomt. c) Examination of audio material
Die Prüfung des Tonmaterials wxrd in der gleichen Weise durchgeführt wie für den Testbentonit . Aus der verbrauchten Menge an Methylenblaulosung lasst sich die innere Oberflache des Tonmaterials berechnen.The test of the clay wxrd was carried out in the same way as for the test bentonite. From the used amount of Methylenblaulosung can calculate the inner surface of the clay material.
381 mg Methylenblau/g Ton entsprechen nach diesem Verfahren einem Gehalt von 100 % Montmonllonit .381 mg of methylene blue / g of clay correspond to a content of 100% montmorillonite according to this method.
Bestimmung des TrockensiebruckstandesDetermination of Trockensiebruckstandes
Etwa 50 g des zu untersuchenden lufttrockenen Tonmaterials werden auf einem Sieb der entsprechenden Maschenweite eingewogen. Das Sieb wird an einen Staubsauger angeschlossen, der über ein unter dem Siebboden kreisenden Saugschlitz alle Anteile, die feiner als das Sieb sind, durch das Sieb heraussaugt. Das Sieb wird mit einem Plastikdeckel abgedeckt und der Staubsauger eingeschaltet . Nach 5 Minuten wird der Staubsauger abgeschaltet und die Menge der auf dem Sieb verbliebenen gröberen Anteile durch Differenzwagung ermittelt.About 50 g of the air-dry clay material to be examined are weighed out on a sieve of the corresponding mesh size. The sieve is connected to a vacuum cleaner, which sucks all parts, which are finer than the sieve through the sieve through a suction slot circulating under the sieve bottom. The strainer is covered with a plastic lid and the vacuum cleaner is switched on. After 5 minutes, the vacuum cleaner is switched off and determines the amount of remaining on the screen coarser portions by differential weighing.
Bestimmung des NasssiebruckstandesDetermination of wet sieve pressure
Es wird zunächst eine 5 %-ige Suspension hergestellt, indem eine entsprechende Menge des zu untersuchenden Tonmaterials bei ca. 930 UpM ca. 5 Minuten in Wasser eingerührt wird. Die Suspension wird für weitere 15 Minuten bei ca. 1865 UpM gerührt und die Suspension dann durch ein Sieb der gewünschten Maschenweite gegossen. Der Ruckstand wird so lange mit Leitungswasser gewaschen, bis das Waschwasser klar ablauft. Das Sieb mit dem Ruckstand wird dann für 5 Minuten in ein Ultraschallbad gesetzt, um restliche Femanteile zu entfernen. Der verbliebene Ruckstand wird kurz mit Leitungswasser gewaschen und die Ultraschallbehandlung ggf. wiederholt, bis wahrend der Ultraschallbehandlung
- -First, a 5% suspension is prepared by stirring an appropriate amount of the clay material to be examined at about 930 rpm for about 5 minutes in water. The suspension is stirred for a further 15 minutes at about 1865 rpm and the suspension is then poured through a sieve of the desired mesh size. The residue is washed with tap water until the wash water runs clear. The screen with the residue is then placed in an ultrasonic bath for 5 minutes to remove residual females. The remaining residue is briefly washed with tap water and the sonication is repeated, if necessary, until during the sonication - -
keine Feinstoffe mehr an das Wasser übertreten. Das Sieb wird dann bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Zum Auswiegen wird der auf dem Sieb verbliebene Ruckstand in eine gewogene Porzellanschale überfuhrt.no more fines pass to the water. The sieve is then dried to constant weight. For weighing, the residue left on the sieve is transferred to a weighed porcelain dish.
Bestimmung des pH-Wertes einer BentomtprobeDetermination of the pH of a bentomtprobe
2 g der Probe werden in 98 ml destilliertem Wasser dispergiert. Danach wird mit einer kalibrierten Glaselektrode der pH-Wert bestimmt .2 g of the sample are dispersed in 98 ml of distilled water. Thereafter, the pH is determined with a calibrated glass electrode.
Bestimmung der Proteinkonzentration nach der Lowry-MethodeDetermination of protein concentration according to the Lowry method
Die Proteinquantifizierung nach dem modifizierten Lowry- Protokoll beruht auf der Reaktion von Proteinen mit Kupfersulfat und Kupfertartrat in alkalischer Losung, welche zur Bildung eines vierzahnigen Kupfer-Protein-Komplexes fuhrt.The protein quantification according to the modified Lowry protocol is based on the reaction of proteins with copper sulfate and copper tartrate in alkaline solution, which leads to the formation of a four-toothed copper-protein complex.
Im nächsten Schritt erfolgt eine Reduktion durch Zusatz des Fo- lin-Ciocalteau-Phenol-Reagenz (Enthalt Phosphomolybdat- Phosphowolframsaure) , wobei eine intensive Blaufärbung auftritt. Die Konzentration des entstehenden Reaktionsproduktes wird bei 750 nm photometrisch bestimmt.In the next step, reduction takes place by addition of the follin-Ciocalteau-phenol reagent (containing phosphomolybdate-phosphotungstic acid), whereby an intense blue coloration occurs. The concentration of the resulting reaction product is determined photometrically at 750 nm.
Durchfuhrung :Execution :
Die Bestimmung wurde mit Reagenzien durchgeführt, die von der Firma Sigma-Aldrich GmbH, Taufkirchen, DE gebrauchsfertig bezogen wurden.The determination was carried out with reagents which were obtained ready for use from Sigma-Aldrich GmbH, Taufkirchen, DE.
100 μl der Protem/Enzymlosung werden in eine Kavitat einer 96- Loch-Platte pipettiert. 100 μl Lowry-Reagenz wird zupipettiert und die Mischung homogenisiert. Nach 20 Minuten werden 50 μl Folm-Ciocalteu-Reagenz zugegeben und die Mischung erneut homogenisiert. 30 Minuten nach Zugabe des Folm-Ciocalteu-Reagenzes
wird die Extinktion gegen einen Blindwert bei 750 nm im Platten- photometer gemessen.100 μl of the protease / enzyme solution are pipetted into a cavity of a 96-well plate. 100 μl Lowry reagent is pipetted in and the mixture is homogenized. After 20 minutes, 50 μl of Folm-Ciocalteu reagent are added and the mixture is rehomogenized. 30 minutes after addition of Folm-Ciocalteu reagent the absorbance is measured against a blank value at 750 nm in the plate photometer.
Bestimmung der Proteinkonzentration nach der BCÄ-MethodeDetermination of protein concentration according to the BCÄ method
Bei der BCA-Methode dient Bicinchoninsaure (BCA) als Detektions- system. Dabei kommt es zunächst zur Komplexbildung von Protein mit Cu2+-Ionen in alkalischer Losung. Die Cu2+-Ionen des Komplexes werden zu Cu+-Ionen reduziert, welche durch Komplexbildung mit BCA durch Absorptionsmessung bei 562 nm detektiert werden können.Bicinchoninic acid (BCA) is used as the detection system in the BCA method. Initially, complex formation of protein with Cu 2+ ions in alkaline solution occurs. The Cu 2+ ions of the complex are reduced to Cu + ions, which can be detected by complex formation with BCA by absorption measurement at 562 nm.
Durchfuhrung :Execution :
Die Bestimmung wurde mit Arbeitsreagenzien durchgeführt, die von der Firma Pierce, Illinois, US, gebrauchsfertig bezogen wurden.The determination was carried out with working reagents obtained from Pierce, Illinois, US ready for use.
25 μl der Enzym/Protem-Losung werden in eine Kavitat einer 96- Loch-Platte pipettiert. 200 μl Arbeitsreagenz wird dazu pipettiert und die Mischung homogenisiert. Nach 30 Minuten Inkubation bei 37 0C wird die Extinktion bei 550 nm im Plattenphotometer gemessen.25 μl of the enzyme / proteme solution are pipetted into a cavity of a 96-well plate. 200 μl of working reagent are pipetted in and the mixture is homogenized. After incubation for 30 minutes at 37 ° C., the absorbance at 550 nm is measured in the plate photometer.
Standardkurve für beide Proteinbestimmungen:Standard curve for both protein determinations:
Standard 1 0,125 mg/mlStandard 1 0.125 mg / ml
Standard 2 0,25 mg/mlStandard 2 0.25 mg / ml
Standard 3 0,5 mg/mlStandard 3 0.5 mg / ml
Standard 4 1,0 mg/mlStandard 4 1.0 mg / ml
Standard 5 1,5 mg/mlStandard 5 1.5 mg / ml
Standard 6 2,0 mg/mlStandard 6 2.0 mg / ml
Blindwert nur Puffer
Beispiel 1: Hitzebehandlung von BentonitenBlank value only buffer Example 1: Heat treatment of bentonites
Für die Hitzebehandlung wurden zwei unterschiedliche Bentonite verwendet. Bentomt 1 ist ein natürlicher Calcium / Natn-umben- tonit. Bentonit 2 wurde durch Vermengen von Bentomt 1 mit 4,3 Gew.-% Soda, anschließendem Verkneten, Trocknen und Mahlen hergestellt. Die Bentonite wiesen einen Trockensiebruckstand von < 15 Gew.-% auf einem Sieb der Maschenweite 45 μm und einen Ruckstand von < 7 Gew.-% auf einem Sieb der Maschenweite 75 μm. Die Eigenschaften der als Ausgangsmaterialien verwendeten Bentonite 1 und 2 sind in Tabelle 1 dargestellt.Two different bentonites were used for the heat treatment. Bentomt 1 is a natural calcium / Natn-umben- tonit. Bentonite 2 was prepared by blending Bentomt 1 with 4.3% by weight soda, then kneading, drying and milling. The bentonites had a dry sieve pressure of <15 wt .-% on a sieve of mesh size 45 microns and a residue of <7 wt .-% on a sieve of mesh size 75 microns. The properties of the bentonites 1 and 2 used as starting materials are shown in Table 1.
Tabelle 1: Eigenschaften der als Ausgangsmaterialien verwende- ten Bentonite 1 und 2Table 1: Properties of bentonites 1 and 2 used as starting materials
Die als Ausgangsmaterial verwendeten Bentonite 1 und 2 wurden in einem Ofen für jeweils 1 Stunde auf die in Tabelle 2 angegebenen Temperaturen erhitzt. Die hitzebehandelten Bentonite 1 und 2 wurden aus dem Ofen herausgenommen und unter Luftzutritt auf Raumtemperatur abgekühlt. Danach wurde für die hitzebehandelten Bentonite jeweils das Quellvolumen bestimmt. Die gefundenen Werte sind in Tabelle 2 zusammengefasst .
Tabelle 2: Quellvolumina von thermisch behandelten und uπbe- handelten Bentoniten 1 und 2The bentonites 1 and 2 used as starting material were heated in an oven for 1 hour each to the temperatures indicated in Table 2. The heat-treated bentonites 1 and 2 were taken out of the oven and cooled to room temperature while in the air. Thereafter, the swelling volume was determined for each of the heat-treated bentonites. The values found are summarized in Table 2. Table 2: Swelling volumes of thermally treated and treated bentonites 1 and 2
Durch die thermische Behandlung wird mit zunehmender Temperatur das Quellvermogen der Bentonite reduziert. Bei 5000C entspricht das Quellvolumen der Schuttdichte des Bentomts in Wasser, also dem Sedimentvolumen. Bringt man Bentonite, welche bei diesen hohen Temperaturen behandelt wurden, in wassrige oder andere Flüssigkeiten ein, so zeigt sich auch bei langem Lagern kein Aufquellen der Bentonite mehr. Die typische Gelbildung des Ben- tonits kann nicht beobachtet werden. Die Partikel sinken schnell auf den Boden der Gefäße ab.Due to the thermal treatment, the swelling capacity of the bentonites is reduced with increasing temperature. At 500 0 C, the swelling volume of the bulk density of the Bentomts in water, so the sediment volume corresponds. Bringing bentonites, which have been treated at these high temperatures, into aqueous or other liquids, no swelling of the bentonites is evident even after prolonged storage. The typical gelation of benotite can not be observed. The particles rapidly sink to the bottom of the vessels.
In Tabellen 3a, b sind die Eigenschaften eines unbehandelten Bentomts 1 einem bei 500 0C thermisch behandelten Bentomt l5Oo gegenübergestellt .
In Tables 3a, b, the properties of an untreated Bentomts 1 are compared to a thermally treated at 500 0 C Bentomt l 5O o.
Tabelle 3a: Physikalische Eigenschaften des thermisch behandel- ten und unbehandelten Bentonits 1Table 3a: Physical properties of the thermally treated and untreated bentonite 1
Tabelle 3b: Siebruckstande des thermisch unbehandelten und be- handelten Bentonits 1Table 3b: Screen pressure levels of the thermally untreated and treated bentonite 1
Ferner wurde die Kationenaustauschkapazität der thermisch behandelten und unbehandelten Bentonite 1 und 2 bestimmt. Die entsprechenden Werte sind in Tabelle 4 angegeben.
Tabelle 4: Kationenaustauschkapazitat von thermisch behandel- ten (5000C) und unbehandelten Bentomten 1 und 2Further, the cation exchange capacity of the thermally treated and untreated bentonites 1 and 2 was determined. The corresponding values are given in Table 4. Table 4: Cation exchange capacity of thermally treated (500 0 C) and untreated Bentomten 1 and 2
Beispiel 2: Untersuchung von weiteren BentomtenExample 2: Investigation of further Bentomts
Analog Beispiel 1 wurden ein Bentonit 3 sowie ein Bentonit 4 für 1 Stunde bei 500 0C thermisch behandelt. Bentonit 4 wird aus Bentonit 3 durch eine stochiometπsche Aktivierung mit Soda erhalten. Bentonit 3 ist ein natürlicher Ca/Na-Bentonit . Die Eigenschaften der als Ausgangsmaterial verwendeten Bentomte 3 und 4 sind in Tabelle 5 zusammengefasst . Die Quellvolumina für die thermisch unbehandelten und die bei verschiedenen Temperaturen behandelten Bentomte 3 und 4 sind in Tabelle 6 zusammengefasst .
Analogously to Example 1, a bentonite 3 and a bentonite 4 were thermally treated at 500 ° C. for 1 hour. Bentonite 4 is obtained from bentonite 3 by a stochiometπsche activation with soda. Bentonite 3 is a natural Ca / Na bentonite. The properties of Bentomte 3 and 4 used as starting material are summarized in Table 5. The swelling volumes for the thermally untreated and the treated at different temperatures Bentomte 3 and 4 are summarized in Table 6.
Tabelle 5: Eigenschaften der als Ausgangsmaterial verwendeten Bentonite 3 und 4Table 5: Properties of Bentonites 3 and 4 used as starting material
Tabelle 6: Quellvolumina von thermisch behandelten und unbe- handelten Bentoniten 3 und 4Table 6: Swelling volumes of thermally treated and untreated bentonites 3 and 4
Die physikalischen Daten für den thermisch unbehandelten sowie den bei 500 °C bzw. 600 0C behandelten Bentonit 3 sind in Tabelle 7, die physikalischen Daten für den thermisch unbehandelten
sowie den bei 500 0C behandelten Bentonit 4 sind in Tabelle wiedergegeben .The physical data for the thermally untreated and treated at 500 ° C and 600 0 C bentonite 3 are in Table 7, the physical data for the thermally untreated and the treated at 500 0 C bentonite 4 are shown in Table.
Tabelle 7: Physikalische Eigenschaften des thermisch behandel- ten und unbehandelten Bentonits 3Table 7: Physical properties of the thermally treated and untreated bentonite 3
Tabelle 8: Physikalische Eigenschaften des thermisch behandel- ten und unbehandelten Bentonits 4Table 8: Physical properties of the thermally treated and untreated bentonite 4
Die für die Bentonite 3 und 4 ermittelten Daten zeigen, wie schon bei den Bentoniten 1 und 2 beobachtet, dass die Temperatur der Hitzebehandlung in einem Bereich von etwa 500 0C zu einer nahezu vollständigen Unterdrückung des Quellens in Wasser führt. Der durch einen Austausch mit Natriumionen aktivierte Bentonit 4 zeigt im Vergleich zum natürlichen Na/Ca-Bentonit 3 nach der Temperaturbehandlung eine wesentlich niedrigere BET-Oberflache. Ein analoges Verhalten zeigt sich bei den Daten zum kumulierten Porenvolumen .
Beispiel 3: Untersuchungen von SaponitmmeralienThe data obtained for bentonites 3 and 4 show, as observed with bentonites 1 and 2, that the temperature of the heat treatment in a range of about 500 ° C. leads to an almost complete suppression of swelling in water. The activated by an exchange with sodium ions bentonite 4 shows in comparison to the natural Na / Ca bentonite 3 after the temperature treatment, a much lower BET surface area. An analogous behavior is shown in the cumulative pore volume data. Example 3: Studies of saponite malaria
Es wurde ein Saponit verwendet, der analog zu den Beispielen 1 und 2 thermisch behandelt wurde. Die Eigenschaften des als Aus- gangsmaterials verwendeten Saponits 1 sind in Tabelle 9 zusam- mengefasst .A saponite was used which was thermally treated analogously to Examples 1 and 2. The properties of saponite 1 used as the starting material are summarized in Table 9.
Tabelle 9: Eigenschaften des als Ausgangsmatenal verwendeten Saponits 1Table 9: Properties of saponite used as the starting material 1
Der in Tabelle 9 charakterisierte Saponit wurde analog Beispiel 1 und 2 einer Temperaturbehandlung bei 500 0C (Saponit I500) sowie bei 600 0C (Saponit I600) unterzogen. Die physikalischen Eigenschaften des thermisch unbehandelten und thermisch behandelten Saponits sind in Tabelle 10 wiedergegeben.
Tabelle 10: Physikalische Eigenschaften des thermisch behandelten und unbehandelten Saponits 1The saponite characterized in Table 9 was subjected to a temperature treatment at 500 ° C. (saponite I 500 ) and at 600 ° C. (saponite I 600 ) analogously to Examples 1 and 2. The physical properties of the thermally untreated and thermally treated saponite are shown in Table 10. Table 10: Physical properties of the thermally treated and untreated saponite 1
Beispiel 4 : Granulation des TragermaterialsExample 4: Granulation of the carrier material
In einem Eirich Intensivmischer R02E (Firma Eirich, Hartheim, DE) wurden 3eweils 1500 g des Tonminerals vorgelegt und über einen Trichter 400 ml Wasser als Agglomerationsmittel zudosiert. Dabei wurde die niedrige Einstellung für die Umdrehungsgeschwindigkeit des Tellers sowie die maximale Umdrehungsgeschwindigkeit für den Wirbier gewählt. Die nassen Granulate wurden zunächst bei 70 0C getrocknet und dann wahrend einer Stunde einer thermischen Behandlung bei der angegebenen Temperatur unterworfen. Die Granulate wurden dann in einem Großenbereich von 0,1 bis 1,5 mm abgesiebt. Die physikalischen Eigenschaften der Granulate sind in Tabelle 11 zusammengefasst.
Tabelle 11: physikalische Eigenschaften von GranulatenIn an Eirich Intensive Mixer R02E (Eirich, Hartheim, DE), 3,000 parts of the clay mineral were initially introduced and 400 ml of water were metered in via a funnel as agglomeration agent. The low setting for the rotational speed of the plate as well as the maximum rotational speed for the whirl beer were chosen. The wet granules were first dried at 70 0 C and then subjected to a thermal treatment at the indicated temperature for one hour. The granules were then screened in a wide range of 0.1 to 1.5 mm. The physical properties of the granules are summarized in Table 11. Table 11: physical properties of granules
Bentonit l6oo Bentonit 3600 Saponit IβooBentonite l 6 oo Bentonite 3600 Saponite Iβoo
Schuttgewicht [g/i] 780 + 100 1060 + 150 835 + 100 pH (5 Gew.-% in Wasser) 8,5 9,3 8,3Dust weight [g / i] 780 + 100 1060 + 150 835 + 100 pH (5 wt% in water) 8.5 9.3 8.3
BET-Oberflache [m2/g] 58 67 45BET surface area [m 2 / g] 58 67 45
Wassergehalt (Gew.-%) < 3 < 4 < 3Water content (wt.%) <3 <4 <3
Um die Stabilität der Granulate in wassrigen Medien zu testen, wurden diese 7 Tage in destilliertem Wasser sowie in unterschiedlichen Puffern gelagert. Hierzu wurden jeweils 0,5 g des Granulats in 20 ml Flüssigkeit gegeben.To test the stability of the granules in aqueous media, they were stored for 7 days in distilled water and in different buffers. For this purpose, in each case 0.5 g of the granules were added in 20 ml of liquid.
Es wurden die folgenden Puffer verwendet:The following buffers were used:
Puffer pH-WertBuffer pH
Citrat 3Citrate 3
Na-Acetat 5Na acetate 5
HEPES 7HEPES 7
TRIS 9TRIS 9
Nach einer Woche Lagerzeit waren die Granulate unverändert . Es war kein Zerfall, der durch die Bildung von Trübungen oder feinem Bodensatz angezeigt wird, erkennbar.After one week of storage, the granules were unchanged. It was not a decay, which is indicated by the formation of turbidity or fine sediment, recognizable.
Beispiel 5: Tragerung von Lipase auf thermisch behandelten Ton- mmeralienExample 5: Support of lipase on thermally treated clay marl
Für die Tragerung auf den thermisch behandelten Tonmineralien wurde eine Lipase aus Candida rugosa (Sigma-Aldrich GmbH, Taufkirchen, DE) verwendet. Die Lipase aus dem Organismus Candida rugosa, einem Hefepilz, hat eine Große von ca. 60 - 65 kDa und einen isoelektrischen Punkt von 5,2. Lipasen aus dem Organismus
Candida rugosa gehören zu den unspezifischen Lipasen, die keine regiospezifischen Eigenschaften aufweisen und somit alle Esterbindungen hydrolisieren .For the support on the thermally treated clay minerals a lipase from Candida rugosa (Sigma-Aldrich GmbH, Taufkirchen, DE) was used. The lipase from the organism Candida rugosa, a yeast fungus, has a size of about 60-65 kDa and an isoelectric point of 5.2. Lipases from the organism Candida rugosa belong to the nonspecific lipases, which have no regiospecific properties and thus hydrolyze all ester bonds.
a ) Bestimmung der Enzym-Bmdekapazitat im statischen Systema) Determination of the enzyme Bmdekapazitat in the static system
Vorbereitung der TragerPreparation of the carrier
Jeweils 25 mg der m den Beispielen 1 bis 4 hergestellten Trager werden in 10 ml der in Tabelle 12 aufgeführten 50 mMol Puffer equilibriert . Der im Puffer suspendierte Trager wird 30 Minuten im Ultraschallbad behandelt und bei 15 Upm für 30 mm in einem Uberkopfmischer geschüttelt. Die Suspension wird anschließend bei 3219 g und 10 0C für 10 Minuten zentrifugiert und der überstand verworfen.In each case 25 mg of m prepared in Examples 1 to 4 carriers are equilibrated in 10 ml of the listed in Table 12 50 mmol buffer. The carrier suspended in the buffer is sonicated for 30 minutes and shaken at 15 rpm for 30 mm in an overhead mixer. The suspension is then centrifuged at 3219 g and 10 0 C for 10 minutes and the supernatant discarded.
Tabelle 12: Für die Equilibrierung verwendete Puffer (50 mM) (Sigma-Äldrich GmbH, Taufkirchen)Table 12: Buffers used for the equilibration (50 mM) (Sigma-Aldrich GmbH, Taufkirchen)
pH-Wert PufferpH buffer
3 Citrat3 citrate
4 Na-Acetat4 Na acetate
5 Na-Acetat5 Na acetate
6 BISTRIS6 BISTRIS
7 HEPES7 HEPES
8 Tris8 tris
9 Tris9 Tris
Vorbereitung der EnzymePreparation of the enzymes
Für die Beispiele wird eine Stammlosung der Lipase mit einer Konzentration von 2 mg/ml in dem entsprechenden Puffer hergestellt.
Untersuchung der pH-Abhängigkeit der EnzymadsorptionFor the examples, a stock solution of the lipase is made at a concentration of 2 mg / ml in the appropriate buffer. Investigation of the pH-dependence of enzyme adsorption
Zu jeweils 25 mg des bei einem in Tabelle 13 angegebenen pH-Wert equilibπerten Tragers werden 10 ml der Enzymstammlosung gegeben und die Suspension für 30 min bei 4 0C und 15 Upm im Uber- kopfschuttler mkubiert. Danach wird der Feststoff bei 3219 g (10 0C) für 10 min abzentrifugiert und der Proteingehalt im U- berstand nach der Lowry- und der BCA-Methode bestimmt. Anschließend wird der Feststoff erneut in 10 ml des entsprechenden Puffers suspendiert, für 5 mm bei 4 °C und 15 Upm im Uber- kopfschuttler vermischt und bei 3219 g (10 0C) erneut abzentrifugiert. Der Proteingehalt des Waschwassers wird ebenfalls bestimmt. Die auf dem Trager adsorbierte Enzymmenge wurde aus der Differenz zwischen eingesetzter Enzymmenge und der Summe der im Überstand bzw. im Waschwasser gemessenen Enzymmenge berechnet. Alle Versuche werden als Dreifachbestimmung durchgeführt. Die für Bentonit l5oo bestimmten Beladungen sind in Tabelle 13 angegeben.To 25 mg of equilibπerten at a specified in Table 13 pH Tragers 10 ml of the enzyme stock solution is added and the suspension for 30 min at 4 0 C kopfschuttler mkubiert and 15 rpm in Uber-. Thereafter, the solid is at 3219 g (10 0 C) for 10 minutes centrifuged and the protein content in the supernatant liquid U as determined by the Lowry and BCA method. The solid is resuspended in 10 ml of the appropriate buffer, for 5 mm at 4 ° C and 15 rpm in Uber- kopfschuttler mixed and 3219 g (10 0 C) centrifuged again. The protein content of the wash water is also determined. The amount of enzyme adsorbed on the carrier was calculated from the difference between the amount of enzyme used and the sum of the amount of enzyme measured in the supernatant or in the wash water. All experiments are carried out in triplicate. The loadings determined for bentonite 5 oo are given in Table 13.
Tabelle 13: pH-Abhangikeit der Adsorption von Lipase {Candida rugosa) an thermisch behandeltem Bentonit I500 Table 13: pH dependence of the adsorption of lipase (Candida rugosa) on thermally treated bentonite I 500
Nachdem der Überstand restlos entfernt ist, wird der mit dem Enzym beladene Trager in 1 ml destilliertem Wasser aufgenommen und die Suspension für die Aktivitatstests eingesetzt.
Aktivitatsbestimmung der getragerten Lipase (Candida rugosa)After the supernatant is completely removed, the carrier loaded with the enzyme is taken up in 1 ml of distilled water and the suspension used for the activity tests. Activity determination of the stored lipase (Candida rugosa)
i . Messwert Lipaselosungi. Measured value lipase solution
In einem 50 ml Erlenmeyerkolben werdenIn a 50 ml Erlenmeyer flask
2,5 ml destilliertes Wasser 1,0 ml TRIS-Puffer 200 mM 3,0 ml Olivenöl2.5 ml of distilled water 1.0 ml of TRIS buffer 200 mM 3.0 ml of olive oil
einpipettiert. Die Proben werden ca. 5 Minuten lang unter Ruhren im Wasserbad bei 37 0C vorgewärmt. Dann wird 1,0 ml Lipaselosung (Stammlosung) zupipettiert und 30 Minuten unter Ruhren im Wasserbad bei 37 0C mkubiert . Danach werden 3,0 ml Ethanol (95 %) zupipettiert und nach Zugabe von 50 μl Thymolphthalein-Losung wird mit 0,1 M NaOH Maßlosung bis zum Umschlag nach blau titriert .pipetted. The samples are preheated for about 5 minutes while stirring in a water bath at 37 0 C. Then, 1.0 ml Lipaselosung (stock solution) is pipetted and 30 minutes while stirring in a water bath at 37 0 C mcubiert. Thereafter, 3.0 ml of ethanol (95%) are pipetted in and, after addition of 50 μl of thymolphthalein solution, titration is carried out with 0.1 M NaOH, until blue.
ii. Blindwert Lipaselosungii. Blank value lipase solution
In einem 50 ml Erlenmeyerkolben werden jeweils 25 mg der in den Beispielen 1 bis 4 dargestellten Trager eingewogen und dannIn a 50 ml Erlenmeyer flask 25 mg each of the carriers shown in Examples 1 to 4 are weighed and then
3,5 ml destilliertes Wasser 1,0 ml TRIS-Puffer 200 mM 3,0 ml Olivenöl3.5 ml of distilled water 1.0 ml of TRIS buffer 200 mM 3.0 ml of olive oil
einpipettiert. Die Proben werden 30 Minuten lang unter Rühren im Wasserbad bei 37 0C mkubiert. Danach werden 1,0 ml Lipaselosung (Stammlosung) und 3,0 ml Ethanol (95 %) zupipettiert und nach Zugabe von 50 μl Thymolphthalein-Losung wird mit 0,1 M NaOH Maßlosung bis zum Umschlag nach blau titriert.
iii. Messwert getragerte Lipasepipetted. The samples are incubated for 30 minutes with stirring in a water bath at 37 0 C. Thereafter, 1.0 ml of lipase solution (stock solution) and 3.0 ml of ethanol (95%) are pipetted in and, after addition of 50 μl of thymolphthalein solution, titration is carried out with 0.1 M NaOH, until blue. iii. Measured value of lipase
In einem 50 ml Erlenmeyerkolben werdenIn a 50 ml Erlenmeyer flask
2,5 ml destilliertes Wasser 1,0 ml TRIS-Puffer 200 mM 3,0 ml Olivenöl2.5 ml of distilled water 1.0 ml of TRIS buffer 200 mM 3.0 ml of olive oil
einpipettiert. Die Proben werden ca. 5 Minuten lang unter Rühren im Wasserbad bei 37 0C vorgewärmt. Die Aktivitätsbestimmung wird im Abstand von 1 Minute angesetzt. Das auf dem Trager adsorbierte Enzym wird in 1 ml destilliertem Wasser aufgenommen und zu der Losung im Erlenmeyerkolben gegeben. Die weiteren Proben folgen jeweils im Abstand von 1 Minute. Nach Zugabe von 3,0 ml E- thanol (95 %) und 50 μl Thymolphthaleinlosung wird mit 0,1 M NaOH Maßlόsung bis zum Umschlag nach blau titriert.pipetted. The samples are preheated with stirring in a water bath at 37 0 C for about 5 minutes. The activity determination is scheduled at intervals of 1 minute. The enzyme adsorbed on the carrier is taken up in 1 ml of distilled water and added to the solution in the Erlenmeyer flask. The further samples follow at intervals of 1 minute. After addition of 3.0 ml of ethanol (95%) and 50 .mu.l Thymolphthaleinlosung is titrated with 0.1 M NaOH Maßlόsung until the turn to blue.
iv. Blindwert getragerte Lipaseiv. Blank value-supported lipase
In einem 50 ml Erlenmeyerkolben werdenIn a 50 ml Erlenmeyer flask
2,5 ml destilliertes Wasser 1,0 ml TRIS-Puffer 200 mM 3,0 ml Olivenöl2.5 ml of distilled water 1.0 ml of TRIS buffer 200 mM 3.0 ml of olive oil
einpipettiert. Die Proben werden 30 Minuten lang unter Rühren im Wasserbad bei 370C inkubiert. Das auf dem jeweiligen Träger adsorbierte Enzym wird in 1 ml destilliertem Wasser aufgenommen und zusammen mit 3,0 ml Ethanol (95 %) zur Losung in den Erlenmeyerkolben gegeben. Nach Zugabe von 50 μl Thymolphthaleinlosung wird mit 1,0 M NaOH Maßlόsung bis zum Umschlag nach blau titriert.pipetted. The samples are incubated for 30 minutes with stirring in a water bath at 37 0 C. The enzyme adsorbed on the respective carrier is taken up in 1 ml of distilled water and added to the solution in the conical flask together with 3.0 ml of ethanol (95%). After addition of 50 μl thymolphthalein solution, titrate with 1.0 M NaOH standard solution until blue.
Die Aktivität des Enzyms wird über den NaOH-Verbrauch ermittelt.
Unit-DefinitionThe activity of the enzyme is determined by the NaOH consumption. Unit-Definition
Eine Unit hydrolisiert 1,0 μM Fettsäure (aus Triglyceriden) m einer Stunde bei pH 7,7 und 37 0C.One unit hydrolyzes 1.0 μM fatty acid (from triglycerides) for one hour at pH 7.7 and 37 ° C.
Die ermittelten Lipaseaktivitaten sind im Vergleich zur ungetra- gerten Lipase in Tabelle 14 angegeben.The lipase activities determined are given in Table 14 in comparison to the unlabelled lipase.
Tabelle 14: Vergleich der Lipase-Äktivitat (Candida rugosa) von nicht getragertem und getragertem EnzymTable 14: Comparison of lipase activity (Candida rugosa) of non-stored and stored enzyme
Aufnahme von AdsorptionsisothermenAbsorption of adsorption isotherms
Die Messwerte aus den Tabellen 13 und 14 zeigen, dass bei pH 4 die Beladung des Tragers mit dem Enzym hoher ist. Ferner wird beim adsorbierten Enzym eine höhere Aktivität gemessen. Für die folgenden Messungen wurde daher das Enzym bei einem pH-Wert von 4 auf den Tragern adsorbiert.The measured values from Tables 13 and 14 show that at pH 4, the loading of the carrier with the enzyme is higher. Further, higher activity is measured in the adsorbed enzyme. For the following measurements, therefore, the enzyme was adsorbed on the carriers at a pH of 4.
In der gleichen Weise wie oben beschrieben, wurden Adsorptions- isothermen für die Adsorption der Lipase an verschiedene Träger aus thermisch behandelten Tonmineralien ermittelt. Dazu wurden jeweils 25 mg der mit 50 mMol Na-Acetatpuffer bei einem pH von 4 equilibrierten Trager in 10 ml Enzymlosung gegeben. Die Enzymlo- sungen wurden durch Verdünnung der Enzymstammlosung (Na-Acetat 50 mM, pH 4) mit Na-Acetatpuffer (50 mM, pH 4) hergestellt. Es wurden die folgenden Konzentrationen bereitgestellt:
0,25 mg/ml 0, 5 mg/ml 1,0 mg/ml 2,0 mg/ml 3,0 mg/ml 4,0 mg/mlIn the same way as described above, adsorption isotherms for the adsorption of the lipase to various supports of thermally treated clay minerals were determined. In each case, 25 mg of the carrier equilibrated with 50 mM Na acetate buffer at a pH of 4 in 10 ml of enzyme solution were added. The enzyme solutions were prepared by dilution of the enzyme stock solution (Na acetate 50 mM, pH 4) with Na acetate buffer (50 mM, pH 4). The following concentrations were provided: 0.25 mg / ml 0.5 mg / ml 1.0 mg / ml 2.0 mg / ml 3.0 mg / ml 4.0 mg / ml
Die Bestimmungen wurden mit Bentonit lsocu Bentonit 3soo und Sapo- nit I500 durchgeführt. Die Werte für die Adsorptionsisothermen sind in Tabelle 15 sowie in den Figuren 1 bis 3 wiedergegeben.The determinations were carried out with bentonite isocu bentonite 3soo and saponite I 5 0 0 . The values for the adsorption isotherms are shown in Table 15 and in Figures 1 to 3.
Tabelle 15: Adsorption von Lipase an thermisch behandelten Ben- tonitenTable 15: Adsorption of lipase on thermally treated benitites
Enzymkonz Beladung Lipase (mg/mgTrager) (mg/ml)Enzyme Conc. Loading Lipase (mg / mg Carrier r) (mg / ml)
Bentonit lεoo Bentonit 3500 Saponit l50o (Fig. D (Fig. 2) (Fig. 3)Bentonite lone bentonite 3500 saponite l 50 o (Fig. D (Fig. 2) (Fig. 3)
0,25 0,05 0,10 0,090.25 0.05 0.10 0.09
0,5 0,12 0,18 0,130.5 0.12 0.18 0.13
1 0,29 0,25 0,131 0.29 0.25 0.13
2 0,44 0,63 0,302 0.44 0.63 0.30
3 0,34 0,88 0,313 0.34 0.88 0.31
4 0,48 1,18 0,494 0.48 1.18 0.49
Weiter wurde für die geträgerte Lipase jeweils die Aktivität in der oben beschriebenen Weise bestimmt. Die Werte sind in Tabelle 16 wiedergegeben.
Tabelle 16: Lipaseaktivität in Abhängigkeit von der Enzymkon- zentrationFurthermore, the activity was determined in the manner described above for the supported lipase. The values are shown in Table 16. Table 16: Lipase activity as a function of enzyme concentration
ErgebnisseResults
In den Tabellen 13 bis 16 sind die Ergebnisse zur Adsorption und Aktivität des geträgerten Enzyms Lipase {Candida rugosa) wiedergegeben. Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich das Enzym mit sehr guten Bindekapazitäten von bis zu 1,1 mg Protein pro mg Träger adsorbieren lässt. Üblicherweise liegen Proteinbindekapazitäten bzw. Enzymbindekapazitäten von kommerziell erhältlichen Trägermaterialien oder Chromatographiematerialien im Bereich von 0,1 mg bis 0,3 mg pro Milligramm Träger. Zusätzlich zeigt sich, dass auch die Enzymaktivität der geträgerten Enzyme noch hoch ist, d.h. vergleichbar mi-t der Aktivität in Lösung oder gegenüber der Lösungsaktivität nur wenig verringert. Dies ist insbesondere bei Bentonit I500, Bentonit
sowie Bentonit 3soo und Bentonit 36oo der Fall.
Tables 13 to 16 show the results for the adsorption and activity of the supported enzyme lipase {Candida rugosa). Surprisingly, it has been found that the enzyme can be adsorbed with very good binding capacities of up to 1.1 mg of protein per mg of carrier. Usually, protein binding capacities or enzyme binding capacities of commercially available carrier materials or chromatography materials are in the range from 0.1 mg to 0.3 mg per milligram of carrier. In addition, it has been shown that the enzyme activity of the supported enzymes is still high, ie only slightly reduced with respect to activity in solution or to solution activity. This is especially true for bentonite I500, bentonite as well as bentonite 3soo and bentonite 3 6 oo the case.
Claims
1. Fester Enzymkomplex, umfassend zumindest ein Enzym, welches auf einem Trager immobilisiert ist, der erhalten wurde durch Erhitzen eines Tonminerals auf eine Temperatur und für eine Dauer, dass der Trager eine Quellfähigkeit m Wasser von weniger als 15 ml/2 g aufweist.A solid enzyme complex comprising at least one enzyme immobilized on a carrier obtained by heating a clay mineral to a temperature and for a period of time that the carrier has a swelling capacity in water of less than 15 ml / 2 g.
2. Fester Enzymkomplex nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tonmineral auf eine Temperatur von zumindest 400 0C erhitzt worden ist.2. Solid enzyme complex according to claim 1, characterized in that the clay mineral has been heated to a temperature of at least 400 0 C.
3. Fester Enzymkomplex nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trager eine Ionenaustauschkapazitat von zumindest 5, bevorzugt zumindest 10, besonders bevorzugt zumindest 15 meq/100 g aufweist.3. Solid enzyme complex according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier has a Ionenaustauschkapazitat of at least 5, preferably at least 10, more preferably at least 15 meq / 100 g.
4. Fester Enzymkomplex nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trager eine spezifische Oberflache von weniger als 300 m2/g, bevorzugt weniger als 200 m2/g, besonders bevorzugt weniger als 120 m2/g aufweist .4. Solid enzyme complex according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier has a specific surface area of less than 300 m 2 / g, preferably less than 200 m 2 / g, particularly preferably less than 120 m 2 / g.
5. Fester Enzymkomplex nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Enzymkomplex als Formkorper ausgebildet ist, insbesondere als Granulat.5. Solid enzyme complex according to one of the preceding claims, characterized in that the solid enzyme complex is formed as a shaped body, in particular as granules.
6. Fester Enzymkomplex nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Enzym ausgewählt ist aus der Gruppe, welche gebildet ist aus Lipasen, Reduktasen, Transferasen, Hydrolasen, Isomerasen, Ligasen, Lyasen.6. Solid enzyme complex according to one of the preceding claims, characterized in that the enzyme is selected from the group which is formed from lipases, reductases, transferases, hydrolases, isomerases, ligases, lyases.
7. Fester Enzymkomplex nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Enzym über eine nicht-kovalente Bindung an dem Trager gebunden ist. 7. Solid enzyme complex according to one of the preceding claims, characterized in that the enzyme is bound via a non-covalent bond to the carrier.
8. Fester Enzymkomplex nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Enzyms, bezogen auf das Gewicht des festen Enzymkomplexes, zwischen8. Solid enzyme complex according to one of the preceding claims, characterized in that the proportion of the enzyme, based on the weight of the solid enzyme complex, between
3 und 35 Gew.-% betragt.3 and 35 wt .-% amounts.
9. Fester Enzymkomplex nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Enzym ein Molekulge- wicht im Bereich von 10 bis 200 kDa aufweist.9. Solid enzyme complex according to one of the preceding claims, characterized in that the enzyme has a molecular weight in the range of 10 to 200 kDa.
10. Verfahren zur Herstellung eines festen Enzymkomplexes nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass10. A process for preparing a solid enzyme complex according to any one of claims 1 to 9, characterized in that
- ein Trager bereitgestellt wird, der erhalten wurde durch Erhitzen eines Tonminerals auf eine Temperatur und für eine Dauer, dass der Trager eine Quellfähigkeit in Wasser von weniger als 15 ml/2 g aufweist;providing a carrier obtained by heating a clay mineral to a temperature and for a period of time that the carrier has a swelling capacity in water of less than 15 ml / 2 g;
- ein Enzym bereitgestellt wird;an enzyme is provided;
- das Enzym und der Trager in einem Reaktionsmedium in Kontakt gebracht werden, wobei das Enzym auf dem Trager immobilisiert wird; und- The enzyme and the carrier are brought into contact in a reaction medium, wherein the enzyme is immobilized on the carrier; and
der feste Enzymkomplex ggf. von dem Reaktionsmedium abgetrennt wird.the solid enzyme complex is optionally separated from the reaction medium.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Tonmineral auf eine Temperatur von zumindest 400 0C erhitzt wird.11. The method according to claim 10, characterized in that the clay mineral is heated to a temperature of at least 400 0 C.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Trager ein Verhältnis von austauschbaren zweiwertigen zu austauschbaren einwertigen Kationen von zumindest12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the carrier has a ratio of exchangeable divalent to exchangeable monovalent cations of at least
4 : 1 aufweist. 4: 1.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das der Trager einen Anteil an zweiwertigen Kationen an der Ionenaustauschkapazitat von zumindest 50 % aufweist.13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the carrier has a proportion of divalent cations to the Ionenaustauschkapazitat of at least 50%.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Trager eine spezifische Oberfläche von weniger als 300 m?/g, bevorzugt weniger als 200 m2/g, besonders bevorzugt weniger als 120 m2/g aufweist.14. The method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that the carrier has a specific surface area of less than 300 m ? / g, preferably less than 200 m 2 / g, particularly preferably less than 120 m 2 / g.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Träger vor der Immobilisierung des Enzyms zu einem Formkόr- per, insbesondere einem Granulat geformt wird.15. The method according to any one of claims 10 to 14, wherein the carrier before the immobilization of the enzyme to a Formkόr- by, in particular a granule is formed.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Trager nach einer Lagerung in Wasser für 3 Tage ein Sedimentvolumen von weniger als 15, bevorzugt weniger als 10 ml/g aufweist.16. The method according to any one of claims 10 to 15, characterized in that the carrier after storage in water for 3 days, a sediment volume of less than 15, preferably less than 10 ml / g.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Trager vor der Immobilisierung des Enzyms auf einen pH-Wert von 3,5 bis 6,0 equilibriert wird.17. The method according to any one of claims 10 to 16, characterized in that the carrier is equilibrated to a pH of 3.5 to 6.0 prior to the immobilization of the enzyme.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Enzym mit einem Bindemittel auf dem Trager fixiert wird.18. The method according to any one of claims 10 to 17, characterized in that the enzyme is fixed with a binder on the carrier.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmedium durch ein wässriges Puffersystem gebildet ist.19. The method according to any one of claims 10 to 18, characterized in that the reaction medium is formed by an aqueous buffer system.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmedium für die Immobilisierung auf eine Temperatur von 0 bis 30 0C temperiert wird. 20. The method according to any one of claims 10 to 19, characterized in that the reaction medium for the immobilization is heated to a temperature of 0 to 30 0 C.
21. Verwendung eines festen Enzymkomplexes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für enzymkatalysierte Reaktionen. 21. Use of a solid enzyme complex according to any one of claims 1 to 9 for enzyme-catalyzed reactions.
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