PROCESS FOR PREPARING POROUS, MECHANICALLY AND CHEMICALLY STABLE BIOCATALYSTS WITH HIGH ENZYMATIC ACTIVITY

Abstract: 1. A method for producing biocatalysts with high compressive strength (P/beads) and heavily loaded with enzymatically active substances (in gram of enzymatically active substance per gram biocatalyst), forming catalyst beads by polymer inclusion of biomass, characterized in that the mixtures produced by : (A) suspending or dissolving an enzymatically active substance (A1 ) of whole cells capable of reproduction or enzymes in an aqueous solution of polyelectrolytes in a concentration range between 0.5 and 15% by weight, (B) as a precipitation bath by dissolving a compound containing polyvalent ions charged oppositely to the polyelectrolytes in the mixture (A) in an concentration of the compound between 0.5 and 35% by weight in water, and thereafter, in stage 1, the mixture (A) being converted by injection into the mixture (B) into beadlike particles of a certain grain size of about 0.5 to 5 mm, and said particles, when stirred, adhering to their surfaces within a period of 5 min to 4 h, and thereafter, in stage 2, the catalyst beads thus formed being filtered out with the entrapped enzymatic substances being washed with a physiological salt solution, and in stage 3, being subjected to careful drying by passing thereover ait at a temperature of up to 80 degrees C for up to 48 h, so that the catalyst beads are subjected to contraction and solidification of 4/5ths to 1/5ths compared with the condition prior to drying, and thereafter, in stage 4, the catalyst beads being introduced for rehardening into the precipitation bath (B) of stage 1, thus solidifying the beads by re-cross-linking and expansion, as compared with their original condition by re-network, and, in stage 5, subjecting the catalyst beads to a washing process and discharging them in the moist condition.

Description: Biokatalysatoren sind für die direkte Gewinnung von primären und sekundären Stoffwechselprodukten von zunehmender Bedeutung.Als Beispiele der Praxis,für welche technologisches Interesse besteht werden genannt: Gewinnung von Fructose aus Glukose mittels Glukoseisomerase, Herstellung von 6-APs aus Penicillin G mittels Penicillin-Acylase, Herstellung von L-Asparaginsäure aus Ammonium¯ fumerat mittels E. coli, Herstellung von L-Apfelsäure aus Fumeraso mit Brevibakterium ammoniagenes-Zellen. Unter dem Begriff "Biokatalysator" wird in der technischen Mikrobiologie und im "mierobial engineering" ein mittels eines makroskopfschen Trägers fixiertes biologisches System aus ganzzelligen Mikroorganismen, oder Enzymen verstanden. In jüngerer Zeit wird dem Einsatz von fisierten Mikroorganismen als Biokatalysator aus Gründen der Herstellungskosten und der Flekibilität des Verfahrens der Herstellung, besonders auch unter dem Gesichspunkt von Mehrenzymreaktionen, der Vorzug gegeben, Die Herstellung der Biokatalysatoren erfolgt im wesentlichen durch physikalischen Einschluss des Mikroorganismus in eine Polymermatrn . Zur Herstellung derartiger Matrices wurden nach unterschiedlichen Verfahrens schemen folgende Stoffe verwendet: Polyacrylamid / Polymethacrylamid / Collagen / Cellulose-Triazetat / Carboxymethylcellulose / Agar / Co Poly (Maleinsaure-Styrol ) /Carageen. Nach dem Stand der Technik weisen die bekannten Verfahren zur Herstellung von Biokatalysatoren mit diesen Stoffen Schwierigkeiten bei iher technischen herstellung auf und es bestehen Nachteile in den Eigenschaften der nach solchen Verfahren erzeugten Biokatalysatoren. In der Grupre Alginat / CNC / Copoly Sata- lysatoren,die in einfacher Weise durch Gel- bildung mit mehrwertigen Kationen hergestellt werden,besteht er besondere Nachteil der Inresistenz gegenüber Phosphatpuffer-Lösungen in denen eine Vielzahl von Reaktionen in der Praxis durchgeführt werden.Bei Verwindung natürlicher Elektrolyte kann ein mikrobieller Befall und damit verbunden, eine Zerstörung der Matrix eintreten. Dazu kommt bei diesem Katalysatortyp wegen er nicht sehr hohen mechanischen Belastbarkeit die Einschränkung, dass eine Verwendung im Festbettreaktor kaum möglich ist. Die Herstellung des Cellulose-triacetat- nach einemNasaspinnprozess stellt unter Verwendung von stark toxischen Lösungsmitteln wie Toluol oder ethylenchlorid eine Fixierungsmethode dar,die nur für wenige Niicroorganismen in Frage kommt, Durch die Faser form ist der einseitige Einsatz des Katalysators in Festbettreaktoren vorgegeben. Die Herstellung der Collagen-Katalysatoren ist sehr aufwendig. Der Einsatz ist durch die Menbranform auf den Spiralreaktor beschränkt. s kann auf den toxischen Schritt der Härtung mit Gluterdialdehyd nicht verzichtet werden. Polyacrylamid-Katalysatoren sind als Produivte einer Block-Polymerisation als scharfkantigo, ungegelmässige Granulate beschrieben. Bei Einsatz in Rührreaktoren zeigen diese ho laien Abrieb,die Beladung mit Wiilcroorganis¯ men ist begrenzt.Dies bestätigen die fol genden Offenlegungsschriften: DE-OS 2 252 815: 4,8 g E. coli = 120 ml Katalysator/ 4 Vol-% DE-OS 2 420 102: 17 g Zellen = 170 ml katalysator / 10 Vol. DE-OS 2 414 128: 12 g Zellen = 120 ml Katalysator / 10.Vol.% Es haben sich jedoch trotz intensiver Forschung nur wenige erfahren in der Praxis einführen können. Dies liegt offenbar an folgenden Nachteilen: Die mechanische Stabilität vieler Träger ist zu gering,um diese in grösseren Reaktoren einzusetzen. Die Fixierungsverfahren sind zu aufwendig,sodass der Einsatz solcher Biokatalysatoren nicht l-iri- schaftlich ist. Es sind die zu erreichenden Beladungen zu gering, sodass nur eine ungünstige Raum-Zeit-Ausbeute zu erreichen ist. Eines der bekanntesten Verfahren verwendet den physikaliscnen Einschluss in ein polymeres Netzwerk. Beispiele sind: Polyacrylamid / Polymethacrylamid, Collagen, Cellulosetriacetat, ionotrope Gele. Diese Fixierungsverfahren werden angewendet,da bei diesen relativ geringe Inaktivierungen der Enzyme, Zellfragmente, ganzen Zellen auftreten. Es ist bekannt, dass der Einscllluss in ionotrope Gele ein Verfahren darstellt,bei dem im Gegensatz zu den Folyacrylanid- oder Polymethacrylamid- Gelen mit praktisch untoxischen Substanzen gearbeitet wird, z.B. Alginat, Ca2+...). M. Kierstein und C.Bucke berichten in Biotechn. & Bioeng. 19 (1977), 387 von dem Einschluss von Enzymen, Zellfragmenten und ganzen Zellen in Ca- Alginat-Gele.Diese Autoren schlagen vor, Fasern durch Eindüsen einer Na-Alginat-Lösung in ein CA2+- Fällungsbad herzustellen. Diese Fasern weisen jedoch nach Angaben dieser Autoren nur eine massige Stabilität auf. in weiterer Nachteil liegt darin,dass derartige Fasern als Biokatalysatoren lediglich in Fcstbettreaktoren eingesetzt werden können. U.Hackel schlagt in seiner Dissertation(*) vor,durch Eindüsen der PolyelektrolyteLösung in ein Vernetzerbad kugelförmige ionotrope Gele als Biokatalysatoren herzustellen.Dieser Autor weist auch auf die Verwendoarkeit verschiedener Typen von Polyelektrolyten hin,dazu gehören auch vollsynthetische Produkte wie Styrol/Maleinsäure- Copolymer. Diese Vorschläge haben jedoch nicht zu Biokatalysatoren mit ausreichender Festigkeit und hoher Beladung mit Biofeuchtmasse geführt. Die Erhöhung der Festigkeit durch Erhöhung des Polymergchaltes im Biokatalysator scheitert daran,dass hochviskose Lösungen nicht mehr zu verarbeiten sind. (*) Techn. Universität Braunschweig 1976, "Polymereinschluss von Mikroorganismen zu Aufbau und Reaktivität von Biokatalysatoren Es ist Aufgabe der Erfindung4 ein Verfahren zur Herstellung von Biokatalysatoren zu finden, die hohe mechanische Festigkeit und hohe Be- ladung an enzyn:atischer Substanz aufweisen, dazu eine hohe Porosität besitzen. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung,Bio katalysatoren mit hoher Druckfestigkeit (p / Perle), sowie mit hoher Beladung (g enzynatisch aktive Substanz / g Kataly satorperlen) und solche zu finden,welchc nach schonender Trocknung eine relative Schrumpfung von 4/5-tel bis 1/5-tel aufweisen. Derartige Biokatalysatoren gemäss der Erfindung können vorzugsweise nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt werden.Diese Biokata- lysatoren sind jedoch nicht an das Verfahren der Erfindung gebunden. Nachdem der Fachwelt solche Biokatalysatoren bekannt geworden sind, ist dieser die Möglichkeit gegeben,auch andere Verfahren zu ilrer Herstellung zu entwickeln. Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung wird der technische Effekt erstmalig ausgenutzt,dass durch schonende Trocknung Katalysatorperlen eine bestimmte Schrumpfung erhalten,die zu hoher Festigkeit und zu hoher Beladung an enzymatisch aktiver Substanz bei gleichzeitig hoher Porosität führt.Dabei ist der überra scnende Effekt erfindungswesentlich, dass bei erneuter Aquilibrierung mit dem Fällungsbad (B) oder (C) nur eine begrenzte Rückquellung erfolgt. Erst diese überraschen de Feststellung hat zur Lösung der Aufgabe der Erfindung geführt. Dieser technische Effekt hat nicht nahegelegen, enn sonst hätte die Fachwelt diesen längst aussprechen müssen, da ein erhebliches Bedürfnis an Biokatalysato ren nach dem Verfahren der Erfindung und nach Biokatalysatoren mit den bestimmten Eigens schaften gemäss der Erfindung besteht. Das Verfahren der Erfindung und der Biokata- lysatoren gemäss der Erfindung ist in den Patentansprüchen definiert. Die Unteranspruche betreffen die bevorzugte Aussestaltung des Verfahrens der Erfindung. Der technische Effekt des Verfahrens der Er- findung ergibt sich aus folgendem Versuch: Es werden in bekannter Weise Gelperlen durch Vernetzung einer 8-%-igen Alginat-Lösung mit einer 2-%-igen CaCl2- Lösung hergestellt. Durch schonende Trocknung mit Luft bei,Raum- temperatur über- einen Zeitraum von 5 h schrumpft ein Partikel von 3,5 mm auf 1,5 mm Durchmesser zusammen, entsprechend auf etwa 2/5 des ursprünglichen Durchmessers. Nach dem überraschenden technischen Effekt des Verfahrens der Erfindung findet bei erneuter Äquilibrierung mit einer 2-%-igen CaCl2 Lösung eine Rückquellung nur auf einen Durchmesser von 2 mm statt.Nach einem technologischen Einsatz von 6 Wochen bei 65 C in einer 30-%-igen Glucoselösung fand keine weitere quellung statt. Der Zusammenhang zwischen Partikelschrumpfung und dem resultierenden Polymer-Faststoffanteil in Biokatalysator ist in der Abbildung dargestellt. Das Verhalten des Durchmessers der Bio Katalysatorperlen in mm und des Feststoffgehaltes in % in Abhängigkeit von der Trockenzeit in E zeigt die graphische Darstellung. Nach diesem Beispiel nimmt der Durchmesscr der Biokatalysatorperlen bis zu 2 h Troclmungszeit rasch ab und geht danach bis zu 5 h in eine flache Kurve und damit zu einer langsameren Abnahme des Durchmessers über.Die Zunahme des Feststoffgehaltes zeigt nach 1 und 4 h einen flachen wendepunkt und verlauft dazwischen mit fast gleichmässiger Steigung.Der Anstieg des Feststoffgehaltes kann als ziemlich regelmässig bezeichnet werden. Das Verfahren der Erfindung wird durch die folgenden Ausführungsbeispiele beschrieben. Beispiel 1. Es wird zunächst die Mischung (A) durch Suspension von 150 g Presshefe,auf 150 ml mit Wasser aufgefüllt, als enzymatisch aktive Substanz in 450 ml einer 8-Gew.-%-igen Na Alginat-Lösung als wässrige Lösung eines Polyelektrolyten hergestellt. Als Fällungsbad (B) mit einer Verbindung, die mehrwertige Ionen enthält,die dem Polyelektrolyten der Mischung (A) entgegengesetzt geladen sind,wird eine 9,2 molare CaC19- Lösung verwendet. Es wird dann in Stufe 1 die Mischung (-A) in die Mischung (B) ans einer Kapillare mit einem Durchmesser von 0,ls nim unter Rühren eingetropft. Es entstehen perl förmige Teilchen mit einem Durchmesser von 4 mm.Diese werden unter weiterem Rühren bei einer Verweilzeit von 15 min verfestigt, Es werdendanach in Stufe 2 die gebildeten Katalysatorperlen mit der eingeschlossenen enzymatisch aktiven Substanz abfiltriert und mit physiologischer NaCl-Lösung gewaschen. Es werden dann die Katalysatorperlen in Stufe 3 einer schonenden Trocknung durch 20 h-iges überleiten von Luft bei einer Temperatur von 30 C in einem Trockenschrank getrocknet. Es tritt bei dieser Massnahme die Schrumpfung und Verfestigung der Katalysatorperlen ein.Die relative Schrumpfung beträgt gegen über den Zustand vor der Trocknung etwa 2/5-tel. Es wird danach in Stufe Z; die Nachhärtung der Katalysatorperlen durch Eintragen in das Fällungsbad (C) aus einer Al2(SO4)3- Lösung einer Konzentration von 0,1 Mol/l in 30 min durchgeführt. Es werden danach in Stufe 5 die Katalysatorperlen einem Waschprozess mit physiologischer NaCl-Lösung unterworfen und im feuchten Zustand ausgeführt. Die Katalysatorperlen dieses Beispieles zeigen folgende Werte für ihre hohe mechanische Festigkeit und für ihre hohe Beladung an enzymatisch aktiver Substanz. Aus der Tatsache,dass sich das volumen der Mischung (A) durch den Herstellungsprozess von 600 rnl auf schliesslich 170 ml vermindert,und dass in diesem KatalysatorvOlumen die ursprünglich eingesetzten 150 g Presshefe als Biofeuchtmasse enthalten sind, ergibt sich eine Beladung von 0,88 g Presshefe/g Biokatalysator. Der Druckfestigkeitsversuch nach dem Verfahren der Erfindung ergibt eine Belastbarkeit im Bruchpunkt von 750 p/Perle. Beispiel 2 Es wird zunächst die Mischung (A) durch Suspension von 100 g E-coli ATCC 11105 in Form der zentrifugenfeuchten Masse auf 150 ml mit H20 aufgefüllt,in 450 ml einer 8-Gewichtsprozentigen wässrigen N a-Alginat-Losung als Polyelektrolyt hergestellt. Im übrigen wird nach Beispiel 1 verfahren. Aus der 600 ml Ausgangslösung (A) werden 165 ml als GesamtvOlumen der Biokatalysatorperlen erhalten Daraus errechnet sich eine Beladung von 0,6 g BFM/ml Biokatalysator. Die Druckfestigkeit nach dem beschriebenen Versuch liegt bei 800 p /Perle. Beispiel 3 Es wird zunächst die Mischung (A) durch Lösen von 100 mg Auyloglucnsidase in 10 ml einer 8-%-igen wässrigen Na-Alginat-Lösung hergestellt. Als Fällungsbald (B) mit einer Verbindung,die mehrwer- tige Ionen enthält,die dem Polyelektrolyten der Mischung (A) entgegengesetzt geladen sind'wird eine 0,5 nolare CaCl2-Lösung verwendet. Es wird dann in Stufe 1 die Mischung (A) in die Mischung (B) aus einer Kapillaren mit einem Durch messer von 0,4 mm unter Rühren eingetropft, wobei perlförmige Teichen mit einem Durchmesser von 4 mm entstehen. Diese werden unter weiterem Rühren bei einer Verweilzeit von 15 min verfestigt. Es werden danach in Stufe 2 die gebildeten Katalysatorperlen mit der eingeschlossenen enzymatisch aktiven Substanz abfiltriert und mit physiologischer NaCl-Lösung gewaschen. Es werden dann die Katalysatorperlen in Stufe 3 einer schonenden Trocknung durch 20-stündiges überleiten von Luft bei einer Temperatur von 3OOC getrocknet.Es tritt bei dieser Massnahme die Schrump- fung und Verfestigung der Katalysatorperlen ein. Bei einem Durchmesser von nunrnhr 1,5 mm beträgt die relative Schrumpfung etwa 2/5. Es wird danach in Stufe 4 die Nachhärtung der Kata- lysatorperlen durch Eintragen in das Fällungsbad (C), bestehend aus einer 0,1 molaren Al2(SO4)3 Lösung, für einen Zeitraum von 30 min durchgeführt. Es werden danach in Stufe 5 die Katalysatorperlen einem Waschprozess mit physiologischer NaCl-Losung unterworfen und in feuchtem Zustand ausgeführt. Die Biokatalysatorperlen besitzen im Endzustand einen Durchmeser von 1,8 mm, woraus sich nach Massgabe der Mengenbilanz eine Beladung von 32 mg Enzym Fml Biokatalysator ergibt. Der Druckfestigkeitsversuch nach dem Verfahren der Erfindung ergibt eine Festigkeit von 780 p /Perli Die nach dem Verfahren der. Erfindung herge- stellten Diokatalysatoren weisen gegen über solchen nach dem Stand der Technik eine wesentlicne Steigerung der Druckfestigkeit ( p/ Perle .)und der Beladung an enzymatischer Substanz ( g enzymatisch aktive Substanz/ z Katalysatorperlen) auf. ns wurde beispielsweise die Druckfestigkeit von nicht gehärteten Alginatperlen mit sol chen ;3iokntalysatorperlen nach dem Verfahren der Erfindung verglichen. Ls wird nachstehend die Messmethode zur Bestimmung der Druckfestigkeit beschrieben. Der mechanische Teil der Testanordnung besteht aus einem fest eingespannten Probetisch, einem darüber angeordneten Stempel, der starr mit einem Kraftaufnehmer (Fa. Hottinger Baldwin Messtechnik, Darmstadt; Kraftaufnehmer U 1/1' kpofld) verbunden ist und einer Antriebseinheit aus Motor und Getriebe. Das Signal des Kraftaufnehmers wird in einem Messverstärker Typ KWS 3072 (Fa. HBM, Darmstadt) verstärkt und auf einen Schreiber gegeben. Zur Messung der Belastungsfähigkiet von Katalysatorkugeln, wird jeweils eine Kugel auf den Probentisch gelegt. Von oben drückt dann der Stenpel mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 1,45 min/min auf das Katalysatorkorn. Die auf die Kugel wirkende Kraft wird über Stempel, Rraftaufnehmer und Verstärker direkt als Messgrösse durch den Schreiber in einem Kraft-Zeit-Diagramm aufgezeichnet. Aus diesem Diagramm lassen sich reproduzierbare Aussagen über die Bruchfestigkeit dadurch machen, dass sich der Bruchvorgang durch eine zahnartige Diskontinuität im Kraft-Zeit Diagramm eindeutig markieren lässt. Die Fehlergrenze der Kraftmessung selbst liegt unter 1 %, bei der Vermessung mehrerer Perlen einer Herstellungscharge ergeben sich naturgemäss grössere Schwankungen, die jedoch t 5 nicht überschreiten. Durch dieses Messverfahren wird gleichzeitig die Druckfestigkeit in der Dimension "P/Perle" als eine an die Geometrie der jeweiligen Perle gebundene Grösse definiert. Diese Messmethode liefert die Kraft nur in einer Krafteinheit und zwar in "pond"Perle". Unter "P/Perle" ist diese Definition zu verstehen. Die Krafteinheit "pond" kann in die SI-Erafteinheit "Newton" wie folgt umgerechnet werden: 1000 pond = 9.806 Newton#10 NevRon. Nacii dieser Methode zeigt sich,dass nicht gehärtete Ca-Alginatperlen nach dem Stand der Technik mit einem Durchmesser von 3,5 nin; bereits bei einer Druckkraft von 10 bis 15 p zerstort sind.Dagegen werden die nach dem Verfahren der Erfindung erzeugten Biokatalysatorperlen mit einem Durchmesser von 2 min hoher Druckfestigkeit erst bei Anwendung einer Druckkraft von über 600 bis 1000 p / Perle zerstört. Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Bioleatalysatorperlen weisen durch die mit einer Volumenverminderung um den Faktor 3 - 5 verbundene Anreicherung der Biomasse Beladung auf,die nach dem Stand der Technik nicht erreichbar sind. M.Kierstein und C. Bucke (l.c.) erreichen einen Wert von 0,25 BFM / cm3 Kat. (BFM= Biofeuchtmasse. Kat. = Katalysator). In den Offenlegungsschriften 2 252 815, 2 420 102, 2 414 128 werden bei der Fixie- rung in Polyacrylamidgelen nur Beladungen von 0,04 bis 0,1 g BFM/ cm Kat. erreicht. Dagegen weisen die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Biokatalysator perlen eine Beladung von 0,88= BS / g Katalysatorperlen auf. Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Katalysatorperlen zeigen jedoch auch eine hohe Porosität, wie aus Aufnahmen mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) zu ersehen ist. Die hohe Beladung an enzymatischer Aktivi- tät wird beispielsweise durch die Umsetzung von Penicillin G mit immobilisierten E.coli Zellen auf eine relative Aktivität von 61 % und eine absolute Aktivität von 4 400U (Units)/ 1 t bestätigt. (Biokatalysatorperlen mit 2,5 mm Durchmesser; Beladung 9,5 g BFM / cm3 ;Temperatur 37 C c5 = 5 %; Penicillin G Na-Salz). Beispiel 4 30 g E-coli-Zellen ATCC 11105 werden in Form der abzentrifugierten, fliessfähigen Biofeuchtmasse (BFM) als Komponente (A1) mit 10 g des Epoxi harzes "Epikote Dx-255 " (Deutsche Shell AG, Frankfurt) als Harzkomponente (A2) vermischt. Dann werden 20 g einer 25-%-igen wässrigen Lösung von 2 Casamide CA 360 " (Akso-Chemie,Düren) als Polyaminoamid- Härter in Komponente (B1) durch Rühren gut verteilt,wodurch die Polykondensation des Epoxiharzes eingeleitet wird. Dieses System (A2) + (B1) + (A1) wird nun mit 20 ml einer 8-Gewichts-%-igen wässrigen Na-Alginat Lösung (" Mannucol LD"der Fa.Alginate Ind.,Hamburg) als Lösung (D) gut vermischt und danach in Stufe 1 in eine 2-Gewichts-%-ige CaCl2-Lösung als Fällungs bad aus einer Kapillare mit dem Durchmesser 0,4 mm durch Anlegen von Überdruck eingedüst.Dabei bilden sich periförmige Teilchen mit einem Durchmesser von 3 bis 4 mm. Nach zwanzig-minütigem Rühren werden die Teilchen als nunmehr stabile Partikel aus der CaCl2-Lösung entfernt und in Stufe 2 gewaschen.An diesen Prozess schliesst sich in Stufe 3 eine schonende Trocknung durch Uberleiten von Luft bei 280C Über einen Zeitraum von 24 Stunden an.Dabei schrumpfen die Perlen auf etwa 2 / 5 ihres ursprünglichen Durchmessers. Die trockenen,bezüglich der Komponenten (A2) und (B1) ausgehärteten,Perlen werden in Stufe 4 für 40 Minuten in einer 0,1 molaren Phosphat Pufferlösung unter Rühren gewaschen,wobei das Alginat als PerlelektrolytkomFontente (D) aus den Kugeln herausgelöst wird und die Perlen auf einen Durchmesser von 3 mm rückquellen. Der so erhaltene poröse Biokatalysator weist eine hohe Beladung an Zellmassen mit einer guten mechanischen Stabilität auf,was durch die folgenden Daten belegt wird: Katalysator'Typ Beladung E.-Coli Beladung Relative Absolute g B4 Pro g Vol.-t Aktivität Aktivität Katalysator % Kat/l +) Katalysator unregelmässige Partikel aus Blockkondensation ioo 100 m 1,24 70 40 80 # 3 - 4 Hrn, 1,24 70 11 16,4 Kugel-Perlen nach 1,13 67 28 38 dem Verfahren der Erfindung 3 um +) Aktivität der fixierten E-Coli-Zellen,bezogen auf die Aktivität der gleichen Zellmenge in freier Suspension. Bei einer relativen Aktivität von 28 % (fixierte Zellen pro gleicher Zahl freier Zellen) liegt die absolute Aktivität (Penicillin G-Acylase, 370C, pH = 7,8 ) bei 38 Kat / 1 Katalysator. Die Druckfestigkeit nach dem Verfahren der Erfindung beträgt 651 p / Perle. Beispiel 5 35 g Presshefe als Komponente (A) werden in 10 g des Epoxiharzes ("EpikoteDx-255 (Deutsche Shell AG, Frankfurt) als Harzkomponente (A2) eingerührt. Darin werden 20 g einer 25-Gewichts-%-igen wässrigen Lösung von "Casamide CA 360 "(Akzo Chemie,Düren) als Polyaminoamid-Härter-Komponente (B1) durch Rühren gut verteilt,wodurch die Polykondensation des Epexiharzes eingeleitet wird. Dieses System (A2) + (B1) + ( ) wird nun mit 35 itil einer 8-Gewichts-%-igen Na-Alginat-Losung ("Mannucol LD" der Fa.Alginate Ind., Hamburg) als Lösung (D) gut vermischt und in eine l-Gewichts %-ige CaC12- Lösung als Komponente (E) aus einer Kapillare mit dem Durchmesser von 0,4 mm durch Anlegen von Überdruck eingedüst.Dabei bilden sich perlförmige Teilchen mit einem Durchmesser von 3 bis 4 mn. Im übrigen wird nach Beispiel 1 verfahren. Die Biokatalysatorperlen heben schliesslich einen Durchmesser von 3 mm.Die Beladung beträgt 1,18 g Biofeuchtmasse pro g Biokatalysator.Die absolute Aktivität,gemessen am Abbau von Glucose zu Äthanol,beträgt 0,18 g Glucose / ml Katalysator . h. Die Druckfestigkeit nach dem Verfahren der Erfindung beträgt 650 p / Perle Biokatalysator. Die "Belastungsmessung" an Katalysatorperlen des Biokatalysators gemäss der Erfindung gibt den Ausdruck der "Druckfestigkeit" in der Dimension " p / Perle" als eine,an die Geometrie der einzelnen Perle gebundene Grösse.Da diese Katalysatorperlen praktisch die gleiche Form aufiweisen,ergibt sich somit eine definierte Masszahl für die "Druckfestigkeit". Nacll dem Verfahren der Erfindung wird der stoffliche Aufbau der Polymormatri: eines ssiokatalysators durch Polykondensation einer mehrfunktionellen, wasseremulgierbaren Epoxi-Praepolymer-Komponente (A2) mit einer mehrfunktionellen Härtungs- komponente (B1) wie Polyaminoamid,voll zogen.Jer tccnnische Vorteil dieses allge- meinen Reaktionstyps licgt darin,dass der Polymeraufbau bei geeigneter Auswahl der Reaktionskomponenten bei Raumtemperatur ohne Bildung von Nebenprodukten abläuft. Das nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Polymernetzwerk weist eine hohe mechanische und chemische Stabilität auf.Die Behandlung mit Salzlösung sowie extreme pII-Werte im sauren und alkalischen Dereich fiihren zu keiner Beeinflussung der materiellen Netz'.erkeigenschaften. Die nach dem Verfahren der Erfindung verwendeten Epoxi-Praepolymeren in wässrigem Medium unter Ausschluss schädlicher Lö- sungsmittel führen zu praktisch untoxischen Biokatalysatorperlen. Das direkte Einbringen der feuchten Biomasse (A1) in die viskose Epoxiharz-Kompo- nente (A2) fiihrt zur Umhüllung der Zellen mit der Komponente (A2),wobçi das untoxi- sche Harz zusätzlich die Funktion eines Schutzkolloides während der Eixierung übernimmt. Die besondere Eignung der Epoxide zum Einschluss ganzer Zellen oder von Zell fragmenten ergibt sich bereits bei der einfachen Blockkondensation von (A2; + ( A1) mit (B1). Durch den hohen Anteil an Biomasse (A1) im Verbältnis zur eingesetzten Menge an Harz- und Härtungs- Komponente, (A2) + ( wird, wie Untersuchungen mit dem Raster elektronenmikroskop bestätigen, erreicht, dass ein durch Blockpolymerisation synthe tisiertes Epoxi-Polymernetzwerk Porosität aufweist. Die mit der Blockpolymerisation unter Wasseraustritt einhergehende Schrumpfung des Trägermaterials der nach dem Verfahren der Erfindung verwendeten Stoffe (A2) und führt zu hohen Beladungen an Biomasse (A1) mit-lloller enzymatischer Aktivität. es wird jedoch bei dieser Arbeitsweise mit der für technische Prozesse notwen- disen Irörnung von etwa 3 bis 4 mm nur eine geringe enzymatische Aktivität von etwa 1/5 der ursprünglichen Aktivität erreicht.Dieses Ergebnis. ist auf eine Diffusionshemmung zurückzuführen.Durch die hohe Beladung mit Biomasse (A1) kön nen die Substratmoleküle nicht alle Zellen erreichen. Diese Feststellung wird durch die folgende Untersuchung bestätigt. Wenn ein die Zel len enthaltender Epoxiblock in einer Polymermühle in scharfkantige unregel- - mässig geformte Katalysatorpartikel von 50 bis 100 Mikron zerkleinert wird, so zeigen diese Partikel eine hohe enzy matische Aktivität. Dies spricht für eine relativ milde Fixierungsart. Es wird auch das REM- Ergebnis bezüglich der Porosität des Materials dadurch bestätigt. (REM = Raster-elektronenmikroskop). Mit zunchmender Grösse der Körnung derartiger, gemahlener Katalysatorpartikel ist jedoch eine Abnahme der Aktivität verbunden. Derartige Produkte sind also für den Einsatz in der Technik nicht geeignet. Dagegen besitzen die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Katalysatorperlen auch in der technisch notwendigen Korngrösse eine hohe enzymatische Aktivität. Die lange Zeit bis etwa 30 h zur Trocknung vorzugsweise bei Raumtemperatur und zur Aushärtung der Katalysatorperlen nach dem Verfahren der Erfindung'die auch als lange "Topfzeit" der Ausgangstoffe bezeichnet wird, bietet den Vorteil der bei technischen fixierungsverfahren erwünschten Zeitreserven. Nachteilig sind hei der Arbeitsweise nach dem Stand der Technik jedoch der grosse Aufwand an Vermahlungsenergie. Dazu kommt ein erheblicher Abrieb der unregelmässig getrockneten, spröden Partikel, sowie die Reaktionshemmung durch Diffusionslimitierung. Diese Nachteile werden durch das Verfahren der Erfindung und durch die Katalysator- perlen gemäss der Erfindung vermieden. Nach dem Verfahren der Erfindung wird durch die Kombination der Polykondensation (A2) +(B1) nit der ionotropen Gelbildung (D)+ .(A1) ein perlförmiger ,poröser Biokatalysator erzeugt, der gegenüber den Biokatalysatoren nach dem Stand der Technik eine hohe mechani sche und chemische Stabilita"t,sowie eine hohe Beladung an enzymatischer Biomasse aufweist,die auch im technisch wichtigen Kornbereich von etwa 2 bis 5 mm eine hohe enzymatische Aktivität besitzt und durch seine perlförmige Formgebung und seine Festig keit in den bekannten Reaktorsystemen einsetzbar ist. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht in der Boimongung eines Polyelcktrolyten (D), wie Na-Alginat zur Epoxi-Härter-Biomasso (A2) + (B1) + (A1) durch periodisches Eindüsen in ein Fällungsbad (E) aus wässriger CaCl2 Lösung, wodurch die unmittelbare ionische Vernetzung des Alginats an der Tropfen oberfläche und damit die Bildung des perlförmigen Katalysators ermöglicht wird. Dnhei beginat sich gleichzeitig die Poly kondensation des Harz-Härter-Systems (A) + innerhalb der Ca-Alginathülle zu voll ziehen. Nach wenigen Minuten sind die Trop fen soweit zu Perlen verfestigt,dass diese abgetrennt und gewaschen werden können und der schonenden Trocknung durch Überleiten von Luft und der Aushärtung unterworfen werden können. Nach Beendigung des Trocknungsvorganges von etwa 20 h bei Raumtemperatur wird das in den Katalysatorperlen gleichmässig verteilte Alginat mittels Phosphatpuffer-Lösung herausgewaschen. Es werden durch diese Massnahme durchgehende Kapillarwege gebildet und es entsteht der poröse,perlförmige Biokatalysator aus Epoxid (A2) +(B1) und der Biomasse (A1) Die durch den Einschluss des Alginats in Stufe 3 und durch das Herauslösen in Stufe 6 zusätzlich gewonnene Porosität, optisch erkennbar an den REM-Aufnahmen,ist an einem quellen der Katalysatorperlen beim Herauswaschen des Alginats um 30% gegenüber den getrocknetes Alginat enthaltenden Perlen festzustellen. Dieser erhebliche Vorteil der Eatalysator perlen gemäss der Erfindung und der nach denj Verfahren der Erfindung erzeugten ergibt sich auch aus der wesentlich höheren enzymatischen Aktivität gegenüber Katalysatorperlen nach dem Stand der Technik im gleichen Korngrössen bereich. Dieser technische Vorteil des Aktivitäts- verhaltens des Epoxi-Biokatalysators gemäss der Erfindung im Vergleich der nach dem Stand der Technik erzeugten Katalysatoren mit Penicillin G- Acylase- Aktivität mittels fixierten E. coli zeigt die folgende Tabelle. Durch die Strukturveränderung des Epoxinetzwerkes, hervorgerufen durch die Polykondensation von (A) @ < n) in einer Polyelektrolytmatrix (D) + (E),ist das makroskopische Stoffverhalten der Trägermatrix von einem spröden Verhalten bei den Blockkondensations-Partikeln zu einem elastischem Verhalten bei den Katalysatorperlen gemäss der Erfindung übergegangen.Dieser technische Vorteil ist für den universellen Einsatz der Katalysatorperlen gemäss der Erfindung von erheblicher Bedeutung, Die folgende Tabelle zeigt die technische Überlegenheit der Katalysatorperlen gemäss der Erfindung gegenüber solchen nach dem Stand der Technik in Bezug auf die Druck festigkeit,ausgedrückt in p/ Perle. Trägersystem .DruckSestigkeit (1) bis (4) siehe pqnd/Perle Fussnote Polyacrylamid (1) kleiner 10 Polymethacrylamid (2) 3p bis 80 Copoly-?4aleinsäure 200 bis 400 Styrol (3) Epoxi -Block(4) grösser 1000 Epoxi-Perlen 650 bis 895 gemäss der Erfindung Ein Abrieb der Katalysatorperlen gemäss der Erfindung ist unter extremen Bedingungen im batch -weisen Rührkesselbetrieb nicht feststellbar. (1) P.Schara, Dissertation Techn. Universität Braunschweig 1977 (2) wie (1) (3) U.Hackel, Dissertation Techn. Universität Braunschweig 1976 (4) Nicht veröffentlichte Untersuchung mit Epoxiblock nach dem Stand der Technik In der folgenden Tabelle wird vergleichsweise die Druckfestigkeit in p / Perle nach der gleichen Messmethode von handelsüblichen Ionenaustauscher-Harzen angegeben. Produkt "LEWATIT", Handelsprodukt der Bayer AG, Leverkusen. Material: Styrol-Divinylbenzol (DVB) Der "DVB" -Gehalt gibt den Vernetzungsgrad an. Makroporös: Typen- DVB Druck bezeichnung % festig keit @ Lewatit SPC 108/H 8 380 Lewatit SP 112 12 710 Gelförmig: Lewatit SC 104/H 4 50 Dieser Vergleich bestätigt die hohe Drucls- festigkeit der Katalysatorperlen gemäss der Erfindung. Es wird nachstehend die Messmethode zur Ermittlung der Druckfestigkeit, ausgedrückt in p / Perle, beschrieben. Die enzymatische Langzeit-Stabilität eines Biokatalysators ist eine wichtige Voraussetzung fiir den technischen Einsatz unter wirtschaftlichen Bedingungen. Ein nach dem Verfahren der Erfindung herge- stellter, perlförmiger Biokatalysator mit in Epoxid-Perlen fixierten E doli-Zellen, der bei BOC in 0,9 %-iger NaCl-Lösung gelagert ist, besitzt nach 120 Tagen noch etwa 21 % der ursprünglichen Aktivität. Unter gleiclen Bedingungen gelagerte, freie Zellen sind bereits nach 3-4 Tagen unbrauchbar. Ein reakt ion sliinet ischer Langzeittest wurde in einem Wirbelbettreaktor mit Rülirkessel- charakteristik durchgeführt.Dazu wurden frisch hergestellte Katalysatorperlen nach dem Verfahren der Erfindung verwendet, Es wird eine Serie von sich wiederholenden "Batch-reaction-runs" durchgeführt, 1 1 einer 0,5 %-igen Penicillin G- Lösung wird kontinuierlich zirlailierend durch den die Katalysatorperlen, welche als enzymatisch aktive Substanz E.coli-Zellen enthielten, enthaltenden Wirbelbettreaktor gepumpt. Temperatur 37 C: pH-Wert = 7,8. Die Reaktionslösung wird alle 24 Stunden vollständig gegen frische 0,5 %-ige Penicillin G-Lösung ausgetauscht. Die enzymatische Aktivität des Biokataly sators bleibt innerhalb von 30 Tagen praktisch konstant. Der vergleichsweise mit einem Polyacryl amid- Biokatalysator mit fixierten E.coli Zellen durchseführte Langzeittest hat eine Halbwertszeit von 17 Tagen bei 40 C. Dazu wird aufContinous Production of 6- Aminopenicillinanic Acid from Penicillin by Immobilized Microbial Cells." Sato,Tosa, Chibata, in European J.Appl.Microbiol., 2, 153 160 G1976) verwiesen. Die besonderen Ligenschaften des Biokata- lysators gemäss der Erfindung,auch in der bevorzugten Herstellung nach dem Verfahren der Erfindung,entsprechen der Aufgaben stellung mit hoher mechanischer und chemischer Stabilität und Borosität,sowie mit hoher enzymatischer Aktivität bei hoher Zellbeladung. Die Perlform des Biokatalysators gemäss der Erfindung gestattet mit sehr guter Raum¯ Zeit-Ausbeute und Langzeit-Stabilität den universellen Einsatz in den verschiedensten Reaktortypen.Es wird dadurch die Überlegenheit des Biokatalysators gemäss der Erfindung gegenüber solchen nach dem Stand der Technik nachgewiesen.Diese überraschende Ergebnis einer Anzahl von technischen Vorteilen ist das Ergebnis erheblicher,'erfinderischer Geistesta"tigkeit. Dazu kommt aber auch noch de gegenüber den Verfahren nach dem Stand der Technik einfacher durchzuführende Herstellung nach dem Verfahren der Erfindung,wodurch sich eine vorteilhafte Wirtschaftlichkeit ergibt,Diese liegt aber auch in der Verwen dung kostengünstiger Ausgangsstoffe. Das Verfahren tlcr Erfindung bietet weiter den Vorteil einer grossen Breite in der Variation der Auswahl der Polymerkomponente und des Ver- netzers. Es kann somit tlas ionotrope Gel den physiologischen Eigenschaften der Biomasse optimal angepasst werden. Die Dreite der Variation ergibt sich auch in der Möglichkeit des Einsatzes ganzer Zellen, von Zellfragmenten und Enzymen als Biomasse.Es besteht dahei der Vorteil einer hohen Standzeit des Biokatalysators nach dem Verfahren der Erfindung Es ergab sich beispielsweise beim Einschluss von Amyloglucosidase in Fe-Alginet-Katalysator- perlen nach 6 Tagen eine Restaktivität von über 90 %. Ein weiterer technischer und wirtschaftlicher Vorteil des Verfahrens'der Erfindung und des Biokatalysators gemäss der Erfindung liegt auch darin, dass die Vernetzungsreaktion zur Bildung ionotroper Gele reversibel ist. Es läszt sich die Polymerkomponente des Biokatalysators nach dessen Verwendung in technischen Prozessen durch Auflösen des Netzwerkes wiedergewinnen.

Claims: P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Herstellung von Biokatalysa toren mit iioher mechanischer Festigkeit und hoher Beladung an enzymntisch aktiver Substanz durch Polymereinschluss von wanzen Zellen,Zellfragmenten oder Enzymen, in porm von Katalysatorperlen' mit einer Druckfestigkeit (P/Perle) von über 800 bis 1000 und mit einer Beladung in Gramm enzy matischer Substanz pro Gramm Katalysator- perlen bis 9,9,dadurch gekennzeichnet, dass die an sich bekannten Mischungen: : (A) durch Suspension oder Lösung einer enzyniatisch aktiven Substanz (A1) in der wässrigen Lösung eines Polyelektrolyten im Konzentrationsbereich von 0,5 bis 15 Gew.-%, (B) als Fällungsbad durch Lösen einer Verbindung,die mehrwertige, dem Polyelek trolyten der Mischung (A) entgegengesetzt gelndene Ionen enthält, in einer Konzen tration der Verbindung von 0,5 bis 35 Gew.-% in Wasser. danach in Stufe 1 in an sich bekannter Weise die Mischung (A) durch Eindüsen in die Mischung (3) in perlförmige Teilchen mit einem bestimmten Kornbereich von etwa 0,5 bis 5 mm übergeführt und unter Rühren diese an ihrer Oberfläche innerhalb einer Verweil- zeit von etwa 5 min bis 4 h verfestigt werden, danach in Stufe 2 in an sich bekannter Weise die gebildeten Kataly satorperlen mit der eingeschlossenen enzy matisch aktiven Substanz abfiltriert,mit physiologischer Salz Lösung gewaschen und in Stufe 3 einer schonenden Trocknung durch Überleiten von Luft bei einer Tempe ratur bis 80 C über einen Zeitraum bis etwa 48 b unterworfen werden, sodass die Katalysa torperlen einer Schrumpfung und Verffesti- gung unterworfen werden und danach in Stufe 4 die Katalysatorperlen zur Nach härtung in das gleiche Fällungsbad (B) aus Stufe 1, eingetragen werden,sodass bei einer, gegen über dem ursprünglichen Zustand begrenzten, Rückquellung eine Verfestigung der Kata- lysatorperlen durch Nach- bzw.Um- Vernetzung erfolgt, danach in Stufe 5 < iie Katalysatorperlen einem Waschprozess unterworfen und im feuchten Zustand ausgeführt werden. 2. Verfahren zur Herstellung von Biokatalysa toren mit hoher mechanischer Festigkeit und hoher Beladung an enzymatisch aktiver Substanz gemäss Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t . dass die Mischung (A) durch Suspendierung eines Enzyms mit einem Gehalt bis zu 0,5 g/ml in der wässrigen Lösung eines Poly elektrolyten einer Eonzentration von 0,5 bis i5 Gew.-% hergestellt und in die Mischung (B) aus einer wässrigen Lösung eines mehrwertigen Elektrolyten im Kon zentrationsbereich von 0,5 bis 35 Gew.-% in Stufe 1 eingedüst wird und perlförmige Teilchen des Kornbereiches von 0,5 bis 5 mm erzeugt und diese durch langsames, gleichmässiges Rühren innerhalb einer Verweilzeit von 0,25 bis 5 h verfestigt werden,danach in Stufe 2 die gebildeten Katalysatorperlen mit der eineschlossenen enzymatisch aktiven Substanz abfiltriert , mit physiologischer Salzlösung gewaschen und in Stufe 3 einer schonenden Trocknung durch Uberleiten von Luft mit einer Temperatur bis zu 800C unterworfen werden und danach in Stufe 4 die Katalysatorperlen zur Nachhärtung in ein Fällungsbad (13) oder (C) aus einer Lösung eines mehrwertigen Elektrolyten der Konzentration von 0,5 bis 5 Gew.-% eingetragen werden, danach in Stufe 5 die Katalysatorperles einem Wasch prozess unterworfen und im feuchten Zustand ausgeführt erden. 3. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch tcekenn- zeichnet, dass die enzymatisch aktive Sub- stanz aus vermehrungsfähigen ganzen Zellen oder nicht vermehrungsfähigen ganzen Zellen oder Zellfragmenten, oder aus einem isolierten Enzym oder einem Enzym-Komplex besteht und als Suspension oder Lösiing eingesetzt wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in Mischung (A) als Polyelektrolyt ein natürlicher Polyelek- trolyt oder ein natürliches Polymer nach chemischer MOdifizierung, oder Alginat oder Pektinat im Molekular- gewichtsbereich von 20.000 bis 200.000 und in einem Konzentrationsbereich von 0,5 bis etwa 15 Gew.-%, oder Carboxymethylzellulose als natür liches chemisch modifiziertes Polymer in einem Konzentrationsbereich von 0,5 bis etwa 15 Gew.-,o eingesetzt wird. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t. dass in der Mischung (B) als ionische Verbindung niedermolelculare Salze mit den zum Polyelektrolyten entgegen gesetzt geladenen mehrwertigen Ionen,oder CaCl2,Al2(SO4)3 Fe(NO3)3 oder deren Mischungen bei Verwendung von anionischen Polyelektrolyten in Mischung (A) in einem Konzentrationsbereich von 0,05 bis 1 Mol/1 eingesetzt werden 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mischung (A) durch Suspension der ganzen Zellen oder Zell- fragmenten in einer wässrigen 2 bis 10 Gew.-% igen Na-Alginat-Lösung hergestellt wird, danach in Stitfe 1 als Fällungsbad (B) eine 0,o5 bis 1 molare CaCl2- Lösung verwendet wird und nach den Stufen 2 und 3 in der Stufe 4 aln Fällungs- bad (C) eine 0,05 bis I molare Al2(SO4)3- Lösung oder durch Suspension oder Lösung eines isolierten Enzyms oder Enzym-Komplex in einer-2 bis 10 Gew.-%-igen Na-Alginat- Lösung hergestellt wird,danach in Stufe 1 als Fällungsbad (D) eine 0,05 bis 1 molare Fe(NO3)3- Lösung verwendet wird und nach den Stufen 2 und 3 in der Stufe 4 als Fällungsbad (B) eine 0,05 bis 1 molare Fe(NO3)3 - Lösung verwendet wird. .' ' 7.Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet,dass durch die schonende Erock- nung durch Überleitung von Luft einer Tempera tur bis 80 C über einen Zeitraum bis etwa 48 h eine relative Schrumpfung vqn 4/5-tel bis l/5-tel des Zustandes vor der Trocknung eingestellt wird. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass eine feuchte, enzymatisch aktive Biomasse (A1) mit einer Harzkomponente (A2) aus einer praktisch reinen, mehrfunktionellen Epoxi-Präpolymer-Komponente im Gewichtsverhältnis (A)1 wie 0,5 : 1 bis 5 : 1 vermischt wird,danach eine wässrige Lösung einer mehrfunktionellen Härtungskomponente CB mit der Masse im Gewichtsverhältnis (BQ zu (M), wabei (M) = C.A+ B1), wie 0,2 : 1 bis 0,8 : l,in Stufe 1 vermischt und durch Rühren zur Einleitung der Polykondensation praktisch homogen verteilt wird und dieses System mit einer wässrigen Lösung eines Polyelektrolyten (D) im Gewichtsverhältnis 1 : 0,6 bis 1 : 2,8 vermischt wird und danach die Mischung in eine im Überschuss vorgelegte wässrige Lösung eines niedermole- kularen Elektrolyten mit mehrwertigen Ionen (E) eingedüst wird unter Entstehung perlför zeiger Teilchen eines bestimmten Karnbereiches von 0,5 bis etwa 5 mm und diese unter Rühren in etwa 5 bis 50 min. zu äusserlich verfestigten Teilchen gehärtet und in Stufe 2 einem Waschprozess unter zogen werden und danach in Stufe 3 durch Kontakt mit Luft einer Temperatur bis zu 800C bis etwa 30 h schonend getrocknet und in Stufe 4 ausge härtet werden und danach in Stufe 5, die Polyelektrolyte aus den perlförmigen Teilchen durch einen Waschprozess mit einer zu (E) konkurrierenden, ionischen Lösung einer Konzentration von 0,05 bis 5 M/l herausgelöst und im feuchten Zustand abgetrennt und ausgeführt werden. 9,Verfähren nach den Anspruche 1 bis 8,dadurch gekennzeichnet, dass als Harzkomponente Cl\ ein in Wasser emulgierbares, niedrig viskoses Epoxiharz, oder eine modifizierte Bisphenol A / Epichlorhydrin-Epoxiverbindung, oder ein am Anmeldetag unter der Bezeichnung Epikote DX-255 erhält liches Epoxiharz mit den folgenden Daten eingesetz wird: Epoxiäquivalentgewicht (EEW) 182 bis 212; spezifisches Gewicht 1,05 bei 20 C. 10.Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass als Bärtungs- komponente (B) ein viskoses Polyaminoamid in etwa 20 bis 50 gewichtsprozentiger wässriger Lösung,oder ein am Anmeldetag unter der Bezeichnung Casamdie C A 360 erhältliches viskoses Poiyaminoamid mit den folgenden Daten eingesetzt wird: -Aminwert: 130 bis 160 mg KOH/g; Viskosität: 300 bis 500 Poise bei 250,c; Festkörpergehalt: 50 +/l 1 . 11 Verfahren nach den Ansprüchen' bis.lo, dadurch gekennzeichnet, dass als Poly elektrolyt-Lösung (D) ein natürlicher Polyelektrolyt oder ein chemisch modifi ziertes natürliches Polymer ,oder das Polysaccharid Na-Alginat in einer Konzentration. von 5 bis 10 Gewichtsprozent eingesetzt wird. i2.Yerfahren nach den Ansprüchen bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass als nieder molekularer Elektrolyt (E) ein Salz mit einem zum Polyelektrolyten (D) entgegen gesetzt geladenen,mehrwertigen Ion , oder bei Verwen dung von anionischen Polyelektrolyten (D) in Mischung (A) eine 0,05 bis 1 molare CaCl2-Lösung eingesetzt wird. 13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass zu der Harz komponente (A2), der Härtungskomponente (B1), der Biomasse (A1) der Polyelektrolyt (D) zugemischt und die Mischung durch perio disches Eindüsen in die wässrige Lösung des niedermolekularen Elektrolyten aus arassriger CaCl2 -Lösung eingebracht wird. 14 Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13', dadurch pekennzeichnet,dass die Porosität der Katalysatorperlen durch Änderung des Konzentrationsverhältnisses (D) : (A1) + (B1) + (A1) in Stufe 3 eingestellt wird. 15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet'dass in Stufe 1 die Mischung (A) oder (A2+A1) periodisch in die Mischung (B) oder (B1) eingedüst wird. 16.Xatalysatorperlen,erhältlich nach den Ansprüchen 1 bis 15. P a t e n t a n s p r ü c 1. Verfahren zur Herstellung von Biokatalysa toren mit hoher mechanischer Festigkeit und hoher Beladung an enzymatisch aktiver Substanz durch Polymereinschluss von Biomasse in Form Von Kätalysatorperlen mit einer Druckfestigkeit (P/Perle) von über 800 bis 1000 und mit einer Beladung in Gramm enzy matischer Substanz pro Gramm Katalysator- perlen bis 0,9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die an sich bekannten Mischungen: (A) durch Suspension oder Lösung einer enzymatisch aktiven Substanz (A1) aus vermehrungsfähigen ganzen Zellen oder Enzymen in der wässrigen Lösung eines Polyelektrolyten im konzentrationsbereich von 0,5 bis 15 Gew.-%. (B) als illwlgsbad durch Lösen einer Verbindung, die mehrwertige, dem Polyelek trolyten der Mischung (A) entsgegengesetzt geladene Ionen cnthält,in einer Konzen- tration der Verbindung von 0,5 bis 35 Gew.-% in Wasser, oder (C) als Fällungsbad mit einer Verbindung, die mehrwertige Ionen enthält,die dem Polyelektrolyten der Mischung (A) entgegen gesetzt geladen sind, in einer Konzentration der Verbindung von 0,5 bis 35 Gew.-% in Wasser, hergestellt werden, danach in Stufe 1 in an sich bekannter Weise die Mischung (A) durch Eindüsen in die Mischung (3) in perlförmige Teilchen mit' einem bestimmten Kornbereich von etwa 0,5 bis 5 mm übergeführt und unter Rühren diese an ihrer'Oberfläche innerhalb einer Verweil- zeit von etwa 5 min bis 4 h verfestigt werden danach in Stufe 2 in an sich bekannter Weise die gebildeten Kataly satorperlen mit der eingeschlossenen enzy matisch aktiven Substanz abfiltriert, mit physiologischer Salz- Lösung gewaschen und in Stufe 3 einer schonenden Trocknung durch Überleiten von Luft bei einer Tempe- ratur bis 80 C über einen Zeitraum bis etwa 48 b unterworfen werden, derart,dass die Katalysa torperlen auf eine relative Scbnmpfung von 4/5-tel bis 1/5-tel des Zustandes vor der Trocknung einge stellt und verfestigt werden und danach in Stufe 4 die Katalysatorperlen zur Nach härtung in das gleiche Fällungsbad (B) aus Stufe 1, eingetragen werden, sodass bei einer, gegen über dem ursprünglichen Zustand begrenzten7 Rückquellung eine Verfestigung der Kata- lysatorperlen durch Nach- baz. Um- Vernetzung erfolgt, danach in Stufe 5 clie Katalysatorperlen einem Wascbprozess unterworfen und im feuchten Zustand ausgeführt werden. 2. Verfahren zur ilerstellung von Biokatalysa toren mit hoher mechanischer Festigkeit und honer Beladung an enzymatisch aktiver Substanz gemäss Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mischung (A) durch Suspendierung eines Enzyms mit einem Gehalt bis zu 0,5 g/ml in der wässrigen Lösung eines Poly elektrolyten einer Iionzentration von 0,5 bis 15 Gew.-% hergestellt und in die Mischung (B) aus einer wässrigen Lösung eines mehrwertigen Elektrolyten im Kon zentrationshereicll von 0,5 bis 35 Gew.-% in Stufe 1 eingedüst wird und perlförmige Teilchen des Kornbereiches von 0,5 bis 5 mm erzeugt und diese durch langsames, gleichmässiges Rühren innerhalb einer Verweilzeit von 0,25 bis 5 h verfestigt werdendanac'h' in Stufe 9 ic gebildeten Katalysatorperlen mit der eingeschlossenen enzymatisch aktiven Substanz abfiltriert, mit physiologischer Salzlösung gewaschen und in Stufe 3 einer schonenden Trocknung durch Überleiten von Luft mit einer Temperatur bis zu 80 C unterworfen werden, dadurch die Schrumpfung und Verfestigung bewirkt und danach in Stufe 4 die Katalysatorperlen zur Nachhärtung in ein Fällungsbad (B) oder (C) aus einer Lösung eines mehrwertigen Elektrolyten der Konzentration von 0,5 bis 3 Gew.-% eingetragen werden,danach in Stufe 5 die Katalysatorperlen einem Wasch prozess unterworfen und im feuchten Zustand ausgeführt werden. 3. Verfahren nach Anspruch dadurch *ekenn- zeichnet,dass die enzymatisch aktive Sub stanz aus vermehrungsfähigen ganzen Zellen oder aus einem isolierten Enzynr oder einem Enzym-Komplex besteht und als Suspension oder Lösung eingesetzt wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in Mischung (A) als Polyelelstrolyt ein natürlicher Polyclek- trolyt oder ein natürliches Polymer nach chemischer Modifizierung,oder Alginat oder Pèlcbinat im Molekular- gewichtsbereich von 20.000 bis 200.000 und in einem Konzentrationsbereich von 0,5 bis etwa 15 Gew.-%, oder Carboxymethylzellulose als natür liches cllemisch modifiziertes Polymer in einem Konzentrationsbereich von 0,5 bis etwa 15 Gew.-% eingesetzt wird. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet. dass in der mischung (B) als ionische Verbindung niedermolekulare Salze mit den zum Polyelektrolyten entgegen gesetzt geladenen mehrwertigen Ionen,oder CaCl2,Al2 (SO4)3 Fe(NO3)3 oder deren Mischungen bei Verwendung von anionischen Polyelektrolyten in Mischung (A) in einem Konzentrationsbereich von 0,05 bis 1 Mol/1 eingesetzt werden, 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mischung (A) durch Suspension der ganzen Zellen oder Zell¯ fragmenten in ciner wässrigen 2 bis 10 Gew.-%- igen Na-Alginat-Lösung hergestellt wird,danach in Stufe 1 als Fällungsbad (B) eine 0,05 bis 1 molare CaC12- Lösung verwendet wird und nach den Stufen 2 und 3 in der Stufe 4 als Fällungs- bad (C) eine 0,05 bis 1 molare Al2(SO4)3- Lösung oder durch Suspension oder Lösung eines isolierten Enzyms oder Enzym-Komplex in einer 2 bis 10 Gew.- en Na-Alginat- Lösung hergestellt wird, danach in Stufe 1 als Fällungsbad (D) eine 0,05 bis 1 molare Fe(NO3)3- Lösung verwendet wird und nach den Stufen 2 und 3 in der Stufe 4 als Fällungsbad (B) eine 0,05 bis 1 molare Fe(NO3)3- Lösung verwendet wird. 7.Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet,dass eine feuchte,enzymatisch aktive Biomasse (A1) aus vermehrUngsfähigen ganzen Zellen oder Enzymen mit einer Harzkomponente (A aus' einer praktisch reinen, mehrfunktionellen Epoxi-Präpolymer-Eomponente im Gewichtsverhältnis (A2) zu (A1) wie 0,5 : 1 bis 5 ' 1 ,vermischtwird,dsnach eine wässrige Lösung einer mehrfunktionellen Härtungskomponente (B1) mit der Masse im Gewichtsverhältnis (BQ zu (M), wobei (M) = (A2 + B1), wie 0,2 : 1 bis 0,8 : 1, in Stufe 1 vermischt und durch Rühren zur Einleitung der Polykondensation praktisch homogen verteilt wird und dieses System mit einer wässrigen Lösung eines Polyelektrolyten (D) im Gewichtsverhältnisl : 0,6 bis 1 : 2,8 vermischt wird und danach die Mischung in eine im Uberschuss vorgelegte wässrige Lösung eines niedermole kularen Elektrolyten mit mehrwertigen Ionen (E) eingedüst wird unter Entstehung perlför- mager Teilchen eines bestimmten Kornbereiches von 0,5 bis etwa 5 mm und diese unter Rühren in etwa 5 bis 50 min. zu äusserlich.verfestFgten Teilchen gehärtet und in Stufe 2 einem Waschprozess unter zogen werden und danach in Stufe 3 durch Kontakt mit Luft einer Temperatur bis zu 8 C bis etwa 30 h schonend getrocknet werden'derart' dass die xatalysatorperlen auf eine relative Schrumpfung von 4/5-tel bis 1/5-tel des Zustandes vor der Trocknung eingestellt und verfestigt und in Stufe 4 ausgehärtet werden und danach in Stufe 5 die Polyelektrolyte aus den perlförmigen Teilchen durch einen Waschprozess mit einer zu (E) konkurrierenden,ionischen Lösung einer Konzentration von 0,05 bis 5 M/l herausgelöst und im feuchten Zustand abgetrennt und ausgeführt werden. 8. Verfahren nach den Ansprechen 1 bis 8,dadurch gekennzeichnet,dass als Harzkomponente ein in Wasser emulgierbares'niedrig viskoses Epoxiharz, oder eine modifizierte Bisphenol A / Epichlorhydrin-Epoxiverbindung, oder ein am Anmeldetag unter der Bezeichnung Epikote DX-255 erhält liches Epoxiharz mit den folgenden Daten eingesetz wird: Epoxiäquivalentgewicht (EEW) 182 bis 212; spezifisches Gewicht 1,05 bei 20 C. 9.Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Härtungs komponente (B) ein viskoses Polyaminoamid in etwa 20 bis 50 gewichtsprozentiger wässriger Lösung oder ein am Anmeldetag unter der Bezeichnung Casanide C A 360 erhältliches viskoses Polyaminoamid mit den folgenden Daten eingesetzt wird: Aminwert: 130 bis 160 mg KOH/g; Viskosität: 300 bis 500 Poise bei 2500;' Festkörpergehalt: 50 +/l 1 %. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass als Poly elektrolyt-Lösung (D) ein natürlicher Polyelektrolyt oder ein chemisch modifi- ziertes natürliches Polymer ,oder das Polysaccharid Na-Alginat in einer Konzentration von 5 bis 10 C)ewichtsprozent eingesetzt wird. 11. Verfahren nach den Ansprüchen bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als nieder molekularer Elektrolyt (E) ein Salz mit einem zum Polyelektrolyten (D) entgegen gesetzt geladenen,mehrwertigen Ion ,oder bei Verwen aung von anionischen Polyelektrolyten (D) in Mischung (A) eine 0,05 bis 1 molare CaCl2-Lösung eingesetzt wird. 12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zu der Harz komponente (A2), der Härtungskomponente (B1), der Biomasse (A1) der Polyelektrolyt (D) zugemischt und die Mischung durch perio disches Eindüsen in die wässrige Lösung des niedermolekularen Elektrolyten aus wässriger CaC12 -Lösung eingebracht wird. 13. Verfahren nach den Amsprüchen.l bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass die Porosität der Katalysatorperlen durch Änderung don Konzentrationsverhältnisses (D) : (A2) + (B1) + (A1) in Stufe 3 eingestellt wird. 14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,dass in Stufe 1 die Mischung (A) oder (A2+A1) periodisch in die Mischung (B) oder (B1) eingedüst wird. 15. Katalysatorperlen,erhältlich nach den Ansprüchen 1 bis 15.

Inventors: ENG, HARALD, KLEIN, JOACHIM, DR., VORLOP, KLAUS DIETER, WAGNER, FRITZ, DR.
Applicants: KLEIN, JOACHIM,PROF. DR., WAGNER, FRITZ, PROF. DR.
Application year: 1980
Main classification: C12N11
IPC codes: C12N11