USE OF COARSE GRANULES OF LAYERED SILICATES AS ADSORBENTS FOR PROTEINS

Abstract: 1. The use of coarse-grain layer silicates - prepared by dropwise addition of a suspension of a layer silicate to an aqueous polymer solution, dropwise addition of the resulting suspension to an electrolyte solution and recovery of the grains or beads formed - as adsorbents for proteins.

Description: Verfahren zur Herstellung grob gekörnter Schichtsilikate und deren Verwendung als Adsorbentien für Proteine. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung grob gekörnter Schichtsilikate und die Verwendung der so hergestellten Schichtsilikate als Adsorbentien für Proteine, beispielsweise bei der Abtrennung von Proteinen aus Rohlösungen oder bei der Reinigung und Aufkonzentrierung von Proteinen. Die Verwendung glimmerartiger Schichtsilikate zur Adsorption von Proteinen ist beispielsweise aus Soil Science, Bd. 48 (1939), S. 467 bis 471 und Proc. 9th Nat. Clay Conf. < 1962), S. 520 bis 529 bekannt. Dabei wurde beispielsweise für die Adsorption von Gelatine oder Albumin an Montmorillonit eine hohe Adsorptionskapazität bis zu 3 bis 4 g Protein pro g Schichtsilikat gefunden. Weiterhin ist aus der DE-OS 22 17 745 die Adsorption von Penicillin-Acylase aus einem Zellrohextrakt an Bentonit, einem Schichtsilikat vom Montmorillonit-Typ, zwecks Reinigung bekannt. Aus der DE-OS 26 04 759 ist ein Verfahren zur Reinigung von Gammaglobulin durch Adsorption an glimmerartigen Schichtsilikaten, wie Bentonit, bekannt. Die bisher für diese bekannten Adsorptionen verwendeten Schichtsilikate weisen zwar günstige Adsorp tionseigenschaften, d.h. eine hohe Adsorptionskapazität, hohe Selektivität und quantitative Desorbierbarkeit der gewünschten Komponente in aktiver Form, auf, haben jedoch den Nachteil, dass sie nach einmaligem Gebrauch verworfen werden, weil ihre vollständige Abtrennung aus Lösungen aufgrund ihrer feindispersen Struktur mit einem erheblichen technischen Aufwand verbunden ist, der für technische Verfahren nicht geeignet ist. Bisherige Granulierungsverfahren mit diesen Schichtsilikaten ftbrten. zu einer erheblichen Abnahme der Adsorptionskapazität und Selektivität der Schichtsilikate. Andererseits sind aus Biotechnol. Lett., Bd. 3 (1981), Nr. 1, Seite 9 bis 14; 6th Intern. Ferment. Sympos., London (Canada) 1980, Papier F 12.1.12, S. 122 sowie Biotech.Bioeng., Bd. 21 (1979), S. 1697 bis 1707 Verfahren zur Immobilisierung von Enzymen und Einschluss von Zellen in eine Polymermatrix bekannt, bei denen als Polymere beispielsweise Polykationen oder Polyanionen verwendet werden, deren rasche Quervernetzung durch Eintropfen in eine Gegenionen enthaltende Elektrolytlösung erfolgt. Als Beispiele für derartige Polymere werden Chitosan, Alginate, Carrageenan, Carboxymethylcellulose und andere Cellulosederivate sowie ein Copolymerisat aus Styrol und Maleinsäure genannt. Als weitere geeignete Polymere für derartige Einschlussverfahren werden z.B. Agar und Collagen, deren Quervernetzung durch Temperatur änderung erfolgen kann, oder Epoxidharze, die durch Polykondensation vernetzt werden können, genannt. Bei diesen bekannten Verfahren entstehen irreversibel eingeschlossene Biokatalysatoren. Es war daher nicht zu erwarten, dass man bei Anwendung solcher Einschlussverfahren auf Schichtsilikate Produkte erhalten könnte, bei denen die reversible Adsorptionsfähigkeit und Desorbierbarkeit der Schichtsilikate in ausreichendem Masse erhalten bliebe. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, grob gekörnte Schichtsilikate herzustellen, bei denen die vorteilhaften Adsorptions- und Desorptionseigenschaften der Schichtsilikate weitgehend erhalten bleiben, die jedoch gut aus der Adsorptionslösung abtrennbar und wiederverwendbar sind und auch in technischen Apparaten wiederholt und/oder kontinuierlich eingesetzt werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man eine Suspension eines Schichtsilikates in einer wässrigen Polymerlösung herstellt, die erhaltene Suspension in eine Elektrolytlösung eintropft und die entstandenen Körner oder Kugeln gewinnt. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen grob gekörnten Schichtsilikate sind in einer Polymermatrix eingeschlossen und weisen eine granuläre oder kugelförmige Gestalt auf, die für ihre Verwendung als Adsorbens besonders geeignet ist. Sie sind daher gut und praktisch vollständig aus der Adsorptionslösung abtrennbar und wiederverwendbar und können in technischen Apparaten, insbesondere Festbetten, FlieBbetten, Rundschüttlern und Rührkesseln, wiederholt und/oder kontinuierlich eingesetzt werden. Durch die grosse Dichtedifferenz zur flüssigen Phase erfolgt ihre rasche Sedimentation, wodurch auch ein Einsatz in Säulenverfahren möglich ist. Uberraschenderweise bleiben im erfindungsgemässen Verfahren die günstigen Adsorptionseigenschaften der Schichtsilikate, d.h. ihre hohe Adsorptionskapazität und Selektivität und die quantstative Desorbierbarkeit der ge gewünschten Komponente in aktiver Form, die ihren Einsatz zur Reinigung und Aufkonzentrierung von Proteinen begünstigen, weitgehend erhalten. Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird vorzugsweise eine wässrige Suspension, die 10 bis 60 g eines Schichtsilikats und 7 bis 60 g wasserlösliche, fällbare Polymere pro 1 enthält, hergestellt, wobei das Hengenverhältnis von Schichtsilikat zu Polymer, bezogen auf das Trockengewicht, 0,2:1 bis 8:1 , vorzugsweise 0,2:1 bis 5:1, beträgt. Dabei erfolgt eine gleichmässige Verteilung der Suspension des Schichtsilikats in der Polymerlösung und man erhält eine viskose Suspension. Aufgrund der Stabilitätseigenschaften des fertigen Adsorbens ist es nicht ratsam, den Schichtsilikatanteil auf mehr als das 8-fache des Polymeranteils zu steigern. Aus dem gleichen Grund sollte die Polymerkonzentration in der Eintropf suspension 7 g/l nicht unterschreiten. Diese Suspension wird in ein Eintropfgefäss überführt und von dort durch eine Kanüle in eine Elektrolytlösung eingetropft. Vorzugsweise werden ein zylindrisches Eintropfgefäss und eine Kanüle mit einem Innendurchmesser von 0,2 bis 0,9 mm verwendet. Das Eintropfen erfolgt vorzugsweise unter Druck. Durch Wahl des Kanülendurchmessers und des aufgebrachten Druckes kann die Partikelgrösse gesteuert werden. Als Schichtsilikate können im erfindungsgemässen Verfahren sowohl glimmerartige Schichtsilikate, wie z.B. Glimmer, Illite, Montmorine, Montmorillonoide, Montmorillonite, Vermiculit oder Batavit, als auch Schichtsilikate vom Strukturtyp des Kaolinits, wie z.B. Kaolin oder Serpentin, eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Montmorillonite, wie z.B. Bentonit, verwendet. Als Polymere können im erfindungsgemässen Verfahren organische wasserlösliche, fällbare Polymere verwendet werden. Beispiele für erfindungsgemäss brauchbare Polymere sind natürliche Polymere, wie Chitosan, Alginate, Carrageenan, Pektinate, Cellulosederivate, Agar oder Agarose, oder synthetische Polymere, wie Epoxidharze. Vorzugsweise werden erfindungsgemäss als Polymere Polykationen oder Polyanionen verwendet, wobei dann die Suspension des Schichtsilikats in der Polymerlösung in eine Gegenionen enthaltende Elektrolytlösung eingetropft wird. Gegebenenfalls können die nach dem Eintropfen gewonnenen Körner oder Kugeln durch Veränderung des pH-Wertes und/oder der Elektrolytlösung und/oder Verringerung der Temperatur nachgehärtet werden. Das Schichtsilikat wird als solches mit einer Polymerlösung vermischt oder zuvor in Wasser oder einer Elektrolytlösung suspendiert. Als derartige Elektrolytlösung kann je nach dem verwendeten Polymer beispielsweise für Carrageenan eine Natriumphosphatpufferlösung,für Alginate eine NaCl-Lösung oder für Chitosan eine CaCl2-Lösung verwendet werden. Vorzugsweise wird die Schichtsilikatsuspension zwecks Stabilisierung gegen mikrobiellen Befall mit NaN3 versetzt, beispielsweise in einer Konzentration von 10-3 mol/l. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Polymer Chitosan verwendet. Zur Herstellung der Chitosanlösung werden 1-5 % Chitosan in destilliertem Wasser auf suspendiert und nach der Sterilisation im Autoklaven so viel Essigsäure zugesetzt, dass das Chitosan gerade gelöst ist. Dies ist bei einem pH-Wert ven' < 5 15 der Chitosanlösung der Fall. Diese Lösung wird mit einer Schichtsilikatsuspension, z.B. einer Bentonitsuspension, intensiv vermischt. Die resultierenden Konzentrationen betragen für Bentonit 11 - 50 g/l, für Chitosan 0,7 - 2 %. Die daraus resultierenden Mengenverhältnisse Bentonit: Chitosan betragen zwischen 0,6:1 und 5:1. Man erhält viskose Suspensionen, die in ein zylindrisches Eintropfgefäss überführt und mit Druck durch eine Kanüle (Inn endurchmesser 0,2 bis 0,9mm) in eine vorzugsweise 1,58ige Natriumtripolyphosphatlösung vom pH-Wert 5,5 eingetropft werden. Nach etwa einer Stunde werden die Kugeln zum Schrumpfen in eine Natrium tripolyphosphatlösung vom pH-Wert 8 überführt. Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Polymer Carrageenan verwendet. Dabei werden 3 - 6 % Carrageenan in destilliertem H20 suspen diert und erwärmt, wodurch das Carrageenan in Lösung geht. Nach erfolgter Zugabe der Schichtsilikatsuspen sion , z.B. einer Bentonitsuspension, wobei die Konzen tration in der Eintropfsuspension für Carrageenan 1 bis 3 % und für Bentonit 10 bis 50 g/l betragen sollten, ist darauf zu achten, dass die Gesamtsuspension auf der richtigen Temperatur gehalten wird, da bei niedriger Temperatur einige Carrageenanpräparate zu gelieren beginnen. Daher wird auch das Eintropfgefäss thermostatisiert. Das Mengenverhältnis von Schichtsili kat zu Carrageenan kann im Bereich von 0,2:1 bis 5:1 variiert werden. Im übrigen läuft das Verfahren analog der Herstellung des Chitosanproduktes ab. Als Vernetzer lösung wird vorzugsweise eine 2%ige CaCl2-U5sung eingesetzt,una zur weiteren Aushärtung wird in eine 2%ige KCl-Lösung überführt. Wenn ein Alginat als Polymer verwendet wird, sollten die Konzentrationen in der Eintropfsuspension für das Alginat 2 bis 6 % und für das Schichtsilikat 10 bis 40 g/l betragen. In diesem Fall ist eine Erwärmung und Thermostatisierung der Polymerlösung bzw. der Eintropfsuspension nicht erforderlich. Als Vernetzungslösung (Elektrolytlösung) kann eine vorzugsweise 2%ige CaCl2 Lösung verwendet werden. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann als Polymer ein Gemisch aus einem Polykation oder Polyanion mit einem Epoxidharz und entsprechendem Härter verwendet werden. In diesem wird eine solche Konzentration an Polykation oder Polyanion verwendet, dass beim Eintropfen der Suspension des Schichtsilikates in der Polymerlösung in eine die entsprechenden Gegenionen enthaltende Elektrolytlösung Körner gebildet werden. Nach Aushärten des Epoxidharzes wird das Polykation oder Polyanion mit Wasser oder einer geeigneten Elektrolytlösung aus den Körnern herausgelöst. Die Konzentration an Polykation oder Polyanion muss auch so gewählt werden, dass nach ihrem Herauslösen aus den Körnern eine ausreichende Porosität des Adsorbens gewährleistet ist. Die erfindungsgemäss hergestellten grob gekörnten Schichtsilikate, die aus in einer Polymermatrix eingeschlossenen Schichtsilikaten bestehen, können erfindungsgemäss als Adsorbentien für Proteine, beispielsweise zur Reinigung von Proteinen, verwendet werden. Ein Beispiel für ein solches Protein, das mit Hilfe der erfindungsgemäss hergestellten grob gekörnten Schichtsilikate aufgereinigt werden kann, ist das Enzym Penicillin-Acylase (PA). PA ist ein hydrolytisch wirkendes Enzym, das zur Herstellung von 6-Amino penicillansäure (6-APA) im industriellen Massstab eingesetzt wird. 6-APA ist ein Edukt bei der Herstellung semisynthetischer Antibiotika. Der isoelektrische Punkt von PA liegt bei einem pH-Wert von 6,4 bis 6,8, so dass bei einem niedrigeren pH-Wert, vorzugsweise von 5 bis 6, eine positive Gesamtladung vorliegt, die mit der negativen Schichtladung der Silikate in Wechselwirkung tritt und so das Enzym in der Hauptsache durch elektrostatische Wechselwirkung adsorptiv gebunden wird. Desorption kann durch Erhöhung des pH-Wertes auf einen Wert oberhalt 7 erreicht werden, vorzugsweise auf einen pH-Wert im Bereich von 7 bis 8. Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung. Beispiel 1 1,5 g B-carrageenan nt-Carrageenan Genugel X-0828 von Kobenhavens Pektinfabrik, Dänemark) wurden in 25 ml destilliertem H2O suspendiert und auf 450C erwärmt, bis das Carrageenan sich vollständig aufgelöst hatte. Anschliessend wurden unter Rühren 25 ml Bentonitsuspension (60 mg/ml in 5-10 3 mol/l Na-Phosphatpuffer pH 5) zugegeben. Die resultierenden Konzentrationen betrugen sowohl für Carrageenan als auch Bentonit 30 mg/ml. Die Gesamtsuspension wurde aus einem auf 450C thermostatisierten Eintropf gefäss unter Druck durch eine Kanüle (Innendurchmesser 0,7 mm) in 2%ige CaC12-Lösung eingetropft. Durch einen äusseren Zylinder parallel zur Kanüle wurde Druckluft zugeführt, die die am Ausgang der Kanüle gebildeten Tropfen zum Abreissen brachte. Abschliessend wurden die Kugeln in 2%ige KCl-Lösung über führt und zum Aushärten über Nacht bei 40C aufbewahrt. Beispiel 2 Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde mit der Abweichung wiederholt, dass an Stelle einer Bentonitsuspension der Konzentration 60 mg/ml eine Suspension der Konzentration 24 mg/ml verwendet wurde. Beispiel 3 1 g Chitosan in 50 ml H2O wurde im Autoklaven sterilisiert,und anschliessend wurde das Chitosan durch Zugabe von 50 ssl CH3COOH gelöst. 17,5 ml dieser Lösung wurden mit 29,17 ml Bentonitsuspension (60 mg/ml in CaCl2 5-10 3 mol/l, pH 5) und 3,3 ml CaCl2 5-10 mol/l zusammengegeben und so lange gerührt, bis eine homogene Verteilung erreicht war. Das Gesamtvolumen betrug 50 ml, mit einer Bentonitkonzentration von 35 mg/ml und Chitosankonzentration von 7 mg/ml, das Mengenverhältnis bezogen auf Trockengewicht zwischen Bentonit und Chitosan betrug 5:1. Diese Suspension wurde entsprechend der Arbeitsweise von Beispiel 1 mit der Abweichung, dass die Thermostatisierung des Eintropfgefässes entfiel, in Na-tripoiyphosphatiösung 1,5 %, pH 5 eingetropft, nach etwa 1 h in Na-tripolyphosphat, 1,5 %, pH 8 überführt und drain über Nacht gerührt, um eine Schrumpfung bzw. Nachhärtung der Partikel zu erreichen. Beispiel 4 Die Arbeitsweise von Beispiel 3 wurde mit der Abweichung wiederholt, dass 23,5 ml Chitosanlösung, 15,67 ml Bentonitsuspension und 10,83 ml CaCl2-Lösung zusammengegeben wurden, so dass die resultierenden Konzentrationen 18,8 mg/ml Bentonit und 9,4 mg/ml Chitosan in der Eintropfsuspension betrugen. Das Mengenverhältnis, bezogen auf Trockengewicht, von Bentonit zu Chitosan betrug 2:1. Beispiel 5 100 mg Bentonit in 1,2 ml NaCl-Lösung 5.10 mol/l wurden mit 0,4 ml eines Epoxidharzes ("Epikote DX-255" der Deutsche Shell Gesellschaft) vermischt. Anschliessend wurden 0,8 ml einer 25%gen wässrigen Lösung einer Polyaminoamid-Härterkomponente ("Epilink 360" der Akzo Chemie, Düren) (0,4 ml Härter-Lösung und 0,4 ml destilliertes H2O) zugegeben und durch Rühren gut vermischt, wodurch die Polykondensation des Epoxidharzes eingeleitet wurde. Diese Suspension wurde mit 1,2 ml einer 8%igen Na-Alginatlösung (Manucol LB, Alginate Industries GmbH, Hamburg) gut vermischt und anschliessend nach der Arbeitsweise von Beispiel 3 durch eine Kanüle mit einem Innendurchmesser von 0,4 mm in eine 2%ige CaCl2-Lösung eingetropft. Man rührte noch etwa eine Stunde und trocknete anschliessend 24 Stunden an der Luft. Die trockenen, bezüglich des Epoxidharzes ausgehärteten Kugeln wurden nun in 0,1 mol/l Phosphatpuffer pH 7 gerührt. Hierbei wurde das Alginat als Polyelektrolyt aus den Kugeln herausgelöst und man erhielt ein poröses Adsorbens. Die in den vorstehenden Beispielen hergestellten Präparate wurden zum einen hinsichtlich ihrer Adsorptionskapazität, Desorbierbarkeit im Vergleich zu dem unbehandelten Schichtsilikat sowie ihrer mehrfachen Verwendbarkeit, andererseits bezüglich ihrer Stabilität beim Einsatz in technischen Apparaturen, z.B. im Fliessbett, Rührkessel und Rundschüttler, getestet. Adsorptionsmessungen wurden durchgeführt mit Penicillin Acylase (PA). Die Konzentrationsangabe erfolgt in Enzymeinheiten E; eine Enzymeinheit E ist die Enzymmenge, die 1 F mol Substrat/min umsetzt. Das hier verwendete Substrat war Benzylpenicillin, die Reaktion wurde bei pH 8 und 250C mittels automatischer Titration verfolgt. Die Kapazitäten der erfindungsgemäss hergestellten Präparate sind in der nachstehenden Tabelle I zusammengestellt. Sie unterscheiden sich deutlich, je nachdem, welche Polymermatrix zum Einschluss des Schichtsilikats verwendet wurde. Unbehandeltes Bentonit besass eine Kapazität für PA von 8000 E/g, die mit Carrageenan hergestellten Präparate eine solche von 7000 bis 12 000 E/g. Mit Chitosan hergestellte Präparate zeigten ein Adsorptionsvermögen zwischen 1000 und 2000 E/g; bezogen auf den jeweiligen Bentonitanteil im Präparat, der die 2 bis Sfache Menge der Polymermenge betrug, lagen die Adsorptionswerte entsprechend höher. Dies bedeutet, dass durch den Einschluss in Chitosan die Kapazität des Bentonit auf 1/3 des ursprünglichen Wertes vermindert wurde, sie lag jedoch weiterhin beträchtlich über der anderer Adsorbentien. So können mit einem im Handel erhältlichen, auf übliche Weise granulierten Bentonitpräparat (Harwell, U.K.) nur 45 E/g Präparat adsorbiert werden. Selbst das Epoxidharz-Präparat, dessen Kapazi tät mit 72 E/g gering war, lag fast um den Faktor 2 darüber. Dessen geringe Kapazität wurde vermutlich auch durch geringen Bentonitgehalt des Präparates verursacht; bezieht man die Adsorptionswerte auf den Bentonitanteil so lag auch das Adsorptionsvermögen des Epoxid Präparates mit 640 E/g Bentonit um eine Zehnerpotenz über dem des bekannten granulierten Produktes. Auch im Vergleich zu anderen, zur Adsorption von PA befähigten Stoffen, z.B. einem Präparat aus porösen Glasteilchen (Controlled Pore Glass, d.h. Glas mit eng eingestellter Porenweite) das 260 E/g adsorbieren kann, zeigten die eingeschlossenen Bentonitpräparate deutlich bessere Adsorptionsfähigkeit. Tabelle I Adsorptionskapazität verschiedener Präparate bei der Adsorption von Penicillin-Acylase Präparat Kapazität E/g Präparat nativer Bentonit (Vergleich) 8000 Bentonit/Carrageenan 1:1 7000 Produkt des Beispiels 1 Bentonit/Carrageenan 1:5 12000 Produkt des Beispiels 2 Bentonit/Chitosan 5:1 2000 Produkt des Beispiels 3 Bentonit/Chitosan 2:1 1190 Produkt des Beispiels 4 Bentonit/Epoxid 1:8 72 Produkt des Beispiels 5 granuliertes Bentonit-Präparat 45 (Vergleich) Die Desorption der PA erfolgte von nativem Bentonit quantitativ in aktivem Zustand, im Gegensatz zu Fremdprotein, da nur 60 - 70 % des adsorbierten Gesamtproteins desorbiert wurden. Ebenfalls quantitativ erfolgte die Desorption der aktiven Komponente von mit Carrageenan hergestellten Präparaten, während Fremdprotein im ersten Desorptionsschritt nur zu 60 - 80 % (Carrageenan/Bentonit 5:1) bzw. 40 - 70 % (Carrageenan/Bentonit 1:1) er folgte, je nach Beladung des Präparates. Je höher das Präparat beladen war, desto grösser war die Proteinmenge, die desorbiert wurde. Von Chitosanträgern wurden nach 24 h Adsorptionszeit zwischen 70 - 100 E des adsorbierten aktiven Enzyms desorbiert, bei niedrigen Beladungen sogar nur noch 50 %. Erfolgte die Adsorption nur über 6 h, so erfolgte die Desorption nahezu quantitativ. Der Anteil des desorbierten Gesamtproteins betrug hier 30 - 45 t. Sowohl im Adsorptions- als auch im Desorptionsschritt erfolgte eine Anreicherung der gewünschten Komponente, da diese einerseits bevorzugt aus der Lösung eines Gemisches adsorbiert wurde, bei pH-Verschiebung jedoch auch bevorzugt wieder desorbiert wurde. Die bevorzugte Adsorption lässt sich sowohl durch eine Abnahme der spezifischen Aktivität im Adsorptionsüberstand als auch durch den deutlich steileren Anstieg der Isotherme für die Enzymadsorption im Gegensatz zur Isotherme für die Adsorption von Gesamtprotein belegen. Diese Adsorptionsisothermen sind in den Abb. 1 und 2 wiedergegeben. Die Abnahme der spezifischen Aktivität im Adsorptions überstand ist in der folgenden Tabelle II zusammengestellt. Daraus ist ersichtlich, dass die Selektivität zugunsten der gewünschten Komponente mit abnehmender Restkonzentration im Adsorptionsüberstand grösser wurde. Sie war besonders stark ausgeprägt bei niedrigen Restkonzentrationen in Lösung, wie sie bei der Gewinnung von Proteinen angestrebt werden. TABELLE II Kapazität und Selektivität bei Adsorption von PA an verschiedenen Präparaten bei verschiedenen Restkonzentrationen im Adsorptionsüberstand Präparat bei Restkonzentration im Adsorptionsüberstand von 0,25 E/ml 0,75 E/ml 1 E/ml spez.Akt. Kapa- spez.Akt. Kapa- spez.Akt. Kapa- spez.Akt. einge- zität im Adsor. zität im Adsor. zität im Adsor. setzte Uberstand Uberstand Uberstand Enzymlsq. E/mg Protein E/g Adsorb. E/mg P. E/g A. E/mg P. E/g A. E/mg P. nativer Bentonit 6,1 8500 2 8500 4,75 8000 5,75 Bentonit/ Chitosan 5:1 7,5 1800 5 2300 7,5 2400 7,5 Bentonit/ Carrageenan 4,5 4000 2 5500 3,5 6000 3,9 1:1 Bentonit/ Carrageenan 5,3 5000 2,1 9200 4 10500 4,5 1:5 Insgesamt kann durch einen Ad- und Desorptionsschritt eine Anreicherung der aktiven Komponente um den Faktor 2 erreicht werden, sowohl bei nativem Bentonit als auch bei den erfindungsgemäss hergestellten Präparaten. Bei einem Einsatz der Präparate über mehrere Ad- und Desorptionszyklen erfolgte zwar eine Abnahme der Adsorptionskapazität. Die verbleibende Kapazität bewegte sich jedoch noch in einer akzeptablen Grössenordnung. So betrug der Kapazitätsschwund sowohl bei Carrageenanals auch Chitosanpräparaten im Verlauf von vier Ad-/ Desorptionszyklen 25 % für die Adsorption von aktivem Enzym. Im Rundschüttler waren alle Präparate bei einer Umdrehungszahl von 250 U/min und T = 250C über einen Zeitraum von mindestens 16 Tagen stabil in unterschiedlichen Medien in einem pH-Bereich von 5 - 8 und Salzkonzentration zwischen 5-10 3 mol/l und 1 mol/l. Wichtig ist jedoch die Anwesenheit von die Polymermatrix quervernetztenden Ionen in geringen Konzentrationen (z.B. KCl 0,2% für Carrageenan, Na-tripolyphosphat 10 3 mol/l für Chitosan). Die Grenzen in der pH-Breite sind jedoch nicht durch die Stabilitätsgrenzen der verschiedenen Polymermatrices gegeben, sondern dadurch, dass das für die Adsorptionsuntersuchungen verwendete Enzym PA nur von pH 5 bis 8stabil ist. Das kommerziell erhältliche granulierte Bentonitpräparat (Harwell) zeigte unter den angegebenen Bedingungen leichten Abrieb, fests&commat;Albar durch eine Trübung der Lösung. Im Fliessbett (Säulendurchmesser 4 cm, T = 250C) waren die getesteten Präparate stabil bis zu Strömungsgeschwindigkeiten, die zum Austragen der Partikel führten. Entsprechend ihrer Grösse (0,2 - 1,5 mm Durchmesser) waren dies Strömungsgeschwindigkeiten von 70 - 150 ml/min 22,5 - 50 cm/min Lineargeschwindigkeit für das Präparat Carrageenan/Bentonit 5:1, von 100 - 350 ml/min entsprechend einer Lineargeschwindigkeit von 31 - 110 cm/min für das Präparat Chitosan/Bentonit 1:5. Das Testmedium entsprach dem bei der Adsorption eingesetzten (pH 5, KCl 0,2 t/KH2PO4 10 3 molil für Carrageenan, pH 5, Na-tripolyphosphat 0,05 % für Chitosan), die Testzeit betrug mindestens 70 h. Auch im Festbett (Säulendurchmesser 5,7 mm) erwies sich das Chitosanpräparat (Chit/Bent. 1,4:1) bei einer Fljess- geschwindigkeit von 0,78 ml/min 3 3,06 cm/min und einem pH-Wert von 8 über 400 h stabil.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung grob gekörnter Schicht silikate, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Suspension eines Schichtsilikates in einer wässrigen Polymerlösung herstellt, die erhaltene Suspension in eine Elektrolytlösung eintropft und die entstandenen Körner oder Kugeln gewinnt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine wässrige Suspension, die 10 bis 60 g eines Schichtsilikates und 7 bis 60 g wasserlösliche, fällbare Polymere pro 1 enthält, herstellt, wobei das Mengenverhältnis von Schichtsilikat zu Polymer, be zogen auf Trockengewicht, 0,2:1 bis 8:1 beträgt, und die erhaltene Suspension durch eine Kanüle in die Elektrolytlösung eintropft. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass man als Polymere Polykationen oder Poly anionen verwendet und die Suspension des Schicht silikates in der Polymerlösung in eine Gegenionen enthaltende Elektrolytlösung eintropft. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die entstandenen Körner oder Kugeln durch Veränderung des pH-Wertes und/oder der Elektrolytlösung und/oder Verringerung der Tem peratur nachhärtet. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als Schichtsilikat ein glimmerartiges Schichtsilikat, insbesondere einen Montmorillonit, verwendet. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Polymer Chitosan verwen det, als Elektrolytlösung eine 0,5-2%igeNatriumtri- polyphosphatlösung mit einem pH-Wert von 5,5 verwen det und eine Nachhärtung in einer0,5-2%igen Natrium tripolyphosphatlösung mit einem pH-Wert von 8,0 durch führt. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Polymer Carrageenan ver wendet, die Temperatur der Carrageenanlösung und der Suspension des Schichtsilikats in dieser Lösung ober halb des Gelierpunktes hält, als Elektrolytlösung eine 2%ige CaCl2- oder KCl-Lösung verwendet und eine Nachhär tung bei verringerter Temperatur ünd/oder-:Wechsel der Elektrolytlösung durchführt. 8. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Polymer ein Alginati insbesondere Natriumalginat, und als Elektrolytlösung eine 2%ige CaCl2-Lösung verwendet. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Polymer ein Gemisch aus einem Polykation oder Polyanion mit einem Epoxid harz und entsprechendem Härter verwendet, die Suspen sion des Schichtsilikates in der Polymerlösung in eine die entsprechenden Gegenionen enthaltende Elektrolytlösung eintropft und nach Aushärten des Epoxidharzes das Polykation oder Polyanion mit Wasser oder einer geeigneten Elektrolytlösung aus den Körnern herauslöst. 10. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellten grob gekörnten Schichtsilikate als Adsorbentien für Proteine.

Inventors: BORCHERT, AXEL, DR. DIPL.-CHEM., BUCHHOLZ, KLAUS, PRIV. DOC. DR. DIPL.-CHEM., DAUNER, CLAUDIA, DIPL.-CHEM.
Applicants: DECHEMA DEUTSCHE GESELLSCHAFT FUER CHEMISCHES APPARATEWESEN, CHEMISCHE TECHNIK UND BIOTECHNOLOGIE E.V.
Application year: 1985
Main classification: B01J20
IPC codes: C12N9, B01J20, C07K1