DE3134893A1

DE3134893A1 - Hydrophiler polyetherpolyurethanschaum, verfahren zu dessen herstellung sowie dessen verwendung zur herstellung von l-asparaginsaeure

Info

Publication number: DE3134893A1
Application number: DE3134893A
Authority: DE
Inventors: Gary Jim 21227 Elkridge Calton, Md.; Murray Campbell 21043 Ellicott City Fusee, Md.; Wayne Elliott 21122 Pasadena Swann, Md.
Original assignee: WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co
Priority date: 1980-09-17
Filing date: 1981-09-03
Publication date: 1982-07-08
Also published as: SE8104944L; IT8121235A0; AU7357681A; CH650798A5; FR2490241A1; JPS5774091A; NL8102155A; FR2490241B1; IT1136579B; CA1173387A; AU549140B2

Description

Beschreibung

Es ist bekannt, daß Aspartase Ammoniumfumarat in L-Asparaqinsäure umzuwandeln vermag. Ea wurden auch bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von L-Asparaginsäure durch enzymatische Umsetzung von Ammoniumfumarat mit Aspartase beschrieben. L-Asparaginsäure kann beispielsweise durch Kultivierung eines Aspartase erzeugenden Mikroorganismus in einem Fumarsäure oder Fumarat-Ionen enthaltenden Nährmedium hergestellt werden. Beispiele finden sich in den US-PS 2 927 059, 2 971 890, 3 198 712, 3 214 345, 3 310 475, 3 999 586, 4 013 508 und 4 048 018, der GB-PS 880 234 und der CA-PS 697 310. Die US-PS 3 214 345 verwendet Escherichia coli Zellen, um L-Asparaginsäure aus Ammoniumfumarat zu gewinnen. L-Asparaginsäure kann entweder durch Inkubation von Ammoniumfumarat mit ganzen Zellen hergestellt werden, die Aspartaseaktivität besitzen, oder durch Einwirkung des extrahierten Enzyms auf Ammoniumfumarat unter Wärmezufuhr. Der Nachteil dieser Methoden besteht in der Verunreinigung der gewonnenen Säure mit dem Enzym oder den Mikroorganismen, dem Nährmedium etc. Dementsprechend sind zur Gewinnung von L-Asparaginsäure mit hohem Reinheitsgrad zusätzliche Rainig ungsschritte zur Entfernung des Enzyms und anderer

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Verunreinigungen notwendig. Häufig zerstören diese Reinigungsmethoden das Enzym und/oder den Mikroorganismus, so daß diese nur einmal genutzt werden können. Zur Überwindung dieser Nachteile wurde vorgeschlagen, die Aspartase durch Bindung an ein ionenaustauschendes Polysaccharid zu immobilisieren, siehe JA-OS 6870/1970. Darüber hinaus ist es möglich, Mikroorganismen in polymere Trägermoleküle einzuschließen, siehe JA-OS 17 587/1970, nach welcher Polyacrylverbindungen als polymere Träger verwendet werden. In diesem Zusammenhang sind auch die US-PS 3 649 457, 3 791 926 und 3 898 128 von Bedeutung. Die Verwendung von Karraghen als Trägerpolymer ist von Sato in Biochimica et Biophysica Acta 570, 179 bis 186 (1979) beschrieben. Die SU-PS 423 976 und 451 483 beschreiben die Immobilisierung von E. coli Zellen in Polyacrylamid und die Herstellung von L-Asparaginsäure aus Ammoniumfumarat.

Auch der Einschluß von Mikroorganismen in hydrophilem Polyurethanschaum ist schon vorgeschlagen worden, siehe US-PS 3 905 923 und USSN 362 488 vom 21. Mai 1973 unter der Bezeichnung "Preparation and Use of Enzymes Bound to Polyurethane".Die Bindung von Enzymen an Polyurethane ist auch in der US-PS 3 672 955 beschrieben, speziell in Spalte 5, Zeilen 27 bis 35. Die US-PS 4 000 040 beschreibt die Herstellung von L-Asparaginsäure aus anderen

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als Fumarsäuresubstraten, zum Beispiel Essigsäure, Ethylalkohol und Kohlehydraten. Hydrophile Polymere sind auch schon als Träger für chemische Substanzen, einschließlich Bakteriostatika und Fungizide benutzt worden, siehe US-PS
3 975 350.

Auch die Immobilisierung von Bakterienzellen in hydrophoben Polyurethanen ist bekannt, siehe Beispiel 4 der GB-PS 953 414. Die Immobilisierung in hydrophilen Polyurethanen ist für eine große Anzahl von Enzymen in der Anmeldung USSN 849 999 vom 9. Nov. 1977 "Immobilized Biological Material" beschrieben. Weitere, in diesem Zusammenhang interessante Literaturhinweise sind: Sonomoto et al., Agric. Biol. Chem. 44_(5), 1119-1126 (1980); hier werden Steroidumwandlungen mit Hilfe von Bakterienzellen erreicht, die in Polyurethanen aus Urethanprepolymeren eingeschlossen sind. Von Fukui et al., Biochimic 6?, 381-386 (1980) wird die Verwendung immobilisierter Enzyme zur Herstellung von L-Aminosäuren beschrieben; die Enzyme sind in photo-vernetzbaren Prepolymeren und Urethanprepolymeren fixiert. Die Verwendung von Urethanprepolymeren zur Immobilisierung von Bakterienzellen ist ebenfalls beschrieben. Kürzlich wurde auf der Gordon Research Conference (11. bis 15. Aug. 1980) die Immobilisierung ganzer Zellen (durch Genmanipulation stark mit Penicillinamidase

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angereicherter Zellen von E. coli) in Urethanpolymeren diskutiert. Biotransformationssysteme zur Gewinnung von L-Serin und L-Tryptophan wurden als "im Probestadium" erwähnt.

Die Erfindung betrifft einen Polyetherpolyurethanschaum, in welchem mindestens 50 Mol% der Alkylenoxideinheiten in den Polyetherabschnitten der Polyurethane aus Ethylenoxid bestehen. In diesen Schaum ist ein Aspartase erzeugender Mikroorganismus eingeschlossen. Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Herstellung des Schaums sowie die Verwendung dieses Schaums zur Herstellung von Asparaginsäure. Vorzugsweise enthalten die Polyetherabschnitte des Schaums mindestens 90 Mol% Ethylenoxideinheiten. Abhängig von der verwendeten Menge des Vernetzungsmittels kann der Schaum hart oder weich sein. Unter Zugrundelegung des Trockengewichtes der verwendeten Bakterien kann das Gewichtsverhältnis von Polyurethanpolymer zu Mikroorganismus im Schaum 1 : 10 bis 10 : 1 betragen, wobei der Bereich 2 : 1 bis 4 : 1 bevorzugt wird. Vor der Zumischung der Kultur zum Prepolymer kann das Trockengewicht des Mikroorganismus in der Kultur durch Eindampfen eines aliquoten Teiles bei geeigneter Temperatur, z. B. 50 C, bis zur Trockene bestimmt werden. Wird die entsprechende Kultur anschließend mit dem Prepolymer ge-

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mischt, so können 50 bis 90 % der Mikroorganismen in dem Schaum immobilisiert werden. Unter Immobilisierung ist zu verstehen, daß die Mikroorganismen im Schaum zurückgehalten und nicht durch Kontakt mit Wasser oder wässriger Substratlösung ausgelaugt werden. Es wird angenommen, daß die Immobilisierung durch Einschluß der Mikroorganismen in den Schaum erreicht wird. Darüber hinaus ist es wahrscheinlich, daß während der Schaumbildung Bindungen /wischen den Isocyanatgruppen der Prepolymeren und Gruppen an der Oberfläche der Mikroorganismen, wie Aminogruppen geknüpft werden. Der Schaum wird durch direkte Beimischung einer Kultur von Aspartase erzeugenden Mikroorganismen zum Urethanprepolymer in Gegenwart einer zur Schaumbildung ausreichenden Menge Wasser hergestellt. Normalerweise ist das Wasser in der Kultur enthalten, d. h. geeignete Kulturen bestehen im allgemeinen zu 10 bis 90 Gew.% aus Wasser, wobei der Wassergehalt der einzelnen Kulturen in der oben beschriebenen Weise durch Eindampfen eines aliquoten Teiles bis zur Trockne festgestellt wird. In Gegenwart des Wassers beginnt das Prepolymer zu schäumen und immobilisiert dabei gleichzeitig den Mikroorganismus im Schaum. Um eine optimale Immobilisierung zu erreichen, beträgt der pH der wässrigen Kulturlösung 4 bis 11, wobei der Bereich oberhalb 7 bevorzugt wird. Während der Immobilisierung liegt das Gewichtsverhältnis "von Prepolymer zu Wasser im allgemeinen bei 2 : 1 Ii j ". I : .', viii-.' in]",Wi' ι ··.ι· lie ι. Ί : .' l> i μ ;' : '., win· ι <l.r.

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Wasser entweder aus der Kultur stammt oder vor oder während des Mischens zugefügt wird. Während des Mischens sollte die Kultur so fein im wässrigen Prepolymer verteilt ;. ein, daß mit bloßem Auge keine Klumpen erkennbar sind. Eine solche Mischung wird leicht beim Kontakt mit Wasser erhalten, wenn die Kultur den oben genannten Bedingungen entspricht. Nach dem Mischen ist die Schaumbildung im allgemeinen nach 5 bis 10 Minuten beendet, und der Schaum ist in weiteren 5 bis 10 Minuten zu einem harten oder elastischen Schaum gehärtet. Bei großen Schaummengen kann die Zeit für die Bildung und Härtung des Schaumes jedoch wesentlich langer sein. Erfindungsgemäß werden Aspartase erzeugende Mikroorganismen verwendet. Beispiele für Aspartase erzeugende Mikroorganismen sind geeignete Stämme der folgenden Mikroorganismen, deren Fähigkeit zur Bildung von Aspartase ohne Mühe einem Katalog der zuständigen Hinterlegungsstellen (wie ATCC) entnommen werden kann :

Pseudomonas fluorescens
Serratia marcescens
Bacterium succinicum
Bacillus megaterium
Bacillus subtilis
Aerobacter aerogenes
Bacillus natto
Micrococcus sp.
Escherichia coli.

Alle oben genannten Mikroorganismen sind der Öffentlichkeit über die genannten Kulturensammlungen zugänglich. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Venwendung dieser speziellen Mikroorganismen beschränkt, sondern umfaßt alle Aspartase erzeugenden Mikroorganismen.

L-Asparaginsaure kann dadurch hergestellt werden, daß man den Schaum mit Ammoniumfumarat oder einer Mischung von Fumarsäure oder ihrem Salz und einem anorganischem Ammoniumsalz in Kontakt bringt. Geeignete Beispiele für Salze der Fumarsäure sind Alkalimetallsalze, wie Natriumoder Kaliumfumarat. Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat und Ammoniumphosphat werden als anorganische Ammoniumsalze bevorzugt. Wird eine Mischung von Fumarsäure oder von einem ihrer Salze mit einem anorganischen Ammoniumsalz für die enzymatische Reaktion verwendet, so wird ein Verhältnis von 1 bis 2 Mol anorganischem Ammoniumsalz zu 1 Mol Fumarsäure oder Fumarat bevorzugt. Der enzymatischen Reaktionslösung (d. h. der Substratlösung) kann ein zweiwertiges Metallion zugesetzt werden, um die enzymatische Aktivität und Stabilität der immobilisierten Mikroorganismen zu steigern. Es hat sich allerdings gezeigt, daß eine solche Aktivitätssteigerung über kurze Zeitspannen nicht erforderlich ist. In diesem Zusammenhang sind Calcium, Magnesium, Mangan und Strontium Beispiele für geeignete zweiwertige Metallionen. Wenn zweiwertige Metallionen verwendet werden, sollte ihre Konzentration in der Substrat-

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lösung bei 0,1 bis 10 mMol/Liter liegen. Die eingesetzte Substratkonzentration ist nicht kritisch; so können Ammoniumfumarat oder eine Mischung aus Fumarsäure oder ihrem Salz und einem anorganischen Ammoniumsalz in beliebiger Konzentration in Wasser gelöst werden. Anschließend wird der pH auf 8 bis 10 eingestellt. Der immobilisierte Mikroorganismen enthaltende Schaum wird mit dem Substrat in Kontakt gebracht und die Mischung bei einer Temperatur von 15 bis 60 C unter Rühren inkubiert, bis die Reaktion abgeschlossen ist. Nach Beendigung der Reaktion wird der Schaum abgetrennt und kann in gekühlter Form für den späteren Gebrauch gelagert werden. Die L-Asparaginsäure wird nach herkömmlichen Verfahren aus dem Substrat gewonnen. Eine alternative Methode besteht in der kontinuierlichen Durchführung der enzymatischen ReaHtion in einer Säule. Hierbei wird der Schaum in solcher Dichte in die Säule gepackt, daß eine ausreichende Durchflußgeschwindigkeit des Substrats erhalten bleibt. Die auf pH 8 bis 10 eingestellte Fumarat-Ionen und Ammoniumalz enthaltende Substrat lösung wird bei einer Temperatur von 15 bis 60° C und einer geeigneten Durchflußgeschwindigkeit durch die Säule geführt. Das ausfließende Material besteht aus einer wässrigen, L-Asparaginsäure enthaltenden Lösung. Falls gewünscht, kann diese Lösung auf die Säule zurückgeleitet werden. Durch Einstellen der Lösung auf pH 2,8 bis 3 mit konzentrierter Schwefelsäure kann L-Asparaginsäure

gewonnen werden. Sie bildet bei diesem pH einen kristallinen Niederschlag. Durch Waschen mit Ethanol kann der Reinheitsgrad verbessert werden. Zur Herstellung von Polyurethanschaum geeignete Prepolymere werden durch Umsetzung eines Polyoxyalkylenpolyols mit einem Überschuß an Polyisocyanat, 2. B. Toluylendiisocyanat, hergestellt. Vor dieser endständige Isocyanatgruppen einführenden Umsetzung sollte das Polyol ein Molekulargewicht von 200 bis 20.000, vorzugsweise von 600 bis 6.000, besitzen. Die Hydroxylfunktionalität des Polyols und die entsprechende Isocyanatfunktionalität beträgt 2 bis 8. Wird Schaum aus Prepolymeren mit einer Isocyanatfunktionalität von 2 gebildet, so ist das Produkt im wesentlichen linear und hat eine geringere Zugfestigkeit als bei einer Vernetzung. Dementsprechend ist ein Hydroxylgehalt von mehr als 2 pro Molekül wünschenswert. Dies kann durch Verwendung von Mischungen von Diolen mit Triolen oder anderen Polyolen höherer Hydroxylfunktionalität erreicht werden, oder Triole oder höhere Polyole können für sich mit Di- oder Polyisocyanaten umgesetzt werden. Folgende Polyole eignen sich für die Umsetzung mit Polyisocyanaten: A) Im wesentlichen lineare Polyole, die beispielsweise durch Reaktion von Ethylenoxid mit Ethylenglycol als Initiator entstehen. Mischungen von Ethylenoxid mit anderen Alkylenoxiden können verwendet werden, solange der Anteil an Ethylenoxid mindestens 50 Mol% beträgt. Wenn es sich bei den

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linearen Polyethern um Mischungen aus Ethylenoxid mit beispielsweise Propylenoxid handelt, kann das Mischpolymer entweder als Blockcopolymerisat oder zufallsorientiertes Copolymerisat vorliegen. Die endständigen Einheiten können durch Oxyethylen-/oder Oxypropyleneinheiten gebildet werden. B) Die zweite Gruppe in Frage kommender Polyole schließt solche mit einer Hydroxylfunktionalität von 3 und mehr ein. Derartige Polyole werden im allgemeinen durch Reaktion von Alkylenoxiden mit einem polyfunktionellen Initiator, wie Trimethylolpropan, Pentaerythrit etc. gebildet. Bei der Bildung der Polyole der Gruppe B kann das Alkylenoxid aus Ethylenoxid oder Mischungen von Ethylenoxid mit anderen Alkylenoxiden bestehen. C) Geeignete Polyole sind auch linear verzweigte Polyole wie unter A und B beschrieben in Kombination mit einem Initiator oder einem Vernetzer. Ein spezielles Beispiel aus der¹ Gruppe C ist eine Mischung von Pol yet hyl englycol (Molekulargewicht ungefähr I.000) mit Trimethylolpropan, Trimethylolethan oder Glycerin. Diese Mischung kann man anschließend mit einem Überschuß von Polyisocyanat umsetzen und erhält so ein Prepolymer, das für die Erfindung geeignet ist. Alternativ kann man die linearen oder verzweigten Polyole (wie z. B. Polyethylenglycol) getrennt mit einem Überschuß von Polyisocyanat umsetzen. Der Initiator, z. B. Trimethylolpropan, kann ebenfalls getrennt mit Polyisocyanat umgesetzt werden. Anschließend werden

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beide miteinander vereinigt und bilden so das Prepolymer. Geeignete Polyisocyanate und Initiatoren sind in der US-PS 3 903 232 genannt, auf die hier Bezug genommen wird. Die Initiatoren sind im allgemeinen wasserlösliche oder in Wasser dispergierbare Vernetzungsmittel, wie die in der US-PS 3 903 232 beschriebenen.

Herstellung des Prepolymer A

Prepolymer A wird durch Vermischen von zwei Mol-äquivalenten Polyethylenglycol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1.000 (P^-EG-LOOO) und 0,66 Mol-äqui va- ' lenten Trimethylolpropan (TMOP) hergestellt. Die Mischung wird bei 100° bis 110° C bei einem Druck von 5 bis 15 Torr getrocknet, um das Wasser zu entfernen. Die erhaltene trockene Mischung wird langsam während einer Stunde in ein Gefäß gegeben, welches 5,52 Mol-äquivalente ToIuylendiisocyanat (TDI) enthält. Die Mischung aus TDI und Polyol wird während der Zugabe gerührt. Die Temperatur wird auf 60 C gehalten und der Rührvorgang für weitere drei Stunden fortgesetzt. Anschließend werden zusätzliche 0,78 Mol-äquivalente TDI während einer Stunde unter Rühren zugegeben, wobei man die Temperatur auf 60 C hält. Die endgültige Mischung enthält einen Überschuß an TDI von 5 Mol%. Alle Hydroxylgruppen sind mit dem Isocyanat umgesetzt. Auf-grund der Vernetzung der Polyole mit dem Isocyanat kann eine gewisse Kettenverlängerung auftreten.

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Beispiel 1

E. coli Zellen (ATCC 11 303) wurden in einem 0,1 m Phosphatpuffer (pH 8,0) verteilt und bei 5.000 Umdrehungen pro Minute 30 Minuten lang zentrifugiert. Die Zellmasse wurde über Nacht gekühlt und entwässert. Die Zellen (11 g) wurden mit 11 g Prepolymer A gemischt. Aufgrund des in der Zellmasse enthaltenen Wassers entstand ein elastischer, hydrophiler Polyurethanschaum, dessen Härtungsprozeß nach etwa 15 Minuten abgeschlossen war. Die Zellen waren in der Polyurethanschaummatrix eingeschlossen oder an diese gebunden.

Beispiel 2

Der Schaum wurde gekühlt und anschließend in kleine Teile (Würfel mit einer Kantenlänge von etwa 0,64 cm) für den späteren Gebrauch geschnitten. Ein Substratmedium wurde nach folgendem Rezept hergestellt: 11,6 g Fumarsäure und 20,3 mg MqCl · 6 H„0 wurden in 25 %igem Ammoniumhydroxid gelöst und der pH wurde mit konzentriertem Ammoniumhydroxid auf 8,5 eingestellt. Mit entionisiertem Wasser wurde auf ein Gesamtvolumen von 100 ml aufgefüllt. Die Temperatur des Substrats wurde auf 37 C gehalten und es wurden etwa 1,4 g (Trockengewicht) Schaum zu der Substratlösung gegeben. Nach 30 Minuten zeigte die Analyse

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von Proben mittels Dunnschichtchromotograhpie,daß erhebliche Mengen von L-Asparaginsäure gebildet worden waren. Weitere Analysenergebnisse zeigten, daß 95 % der Fumarsäure verbraucht waren (z. B. in L-Asparaginsäure umgewandelt waren).

Beispiel 3

Wie in Beispiel 1 hergestellte Schaumteilchen wurden in eine 75 ml-Säule gepackt, die mit einem Wassermantel umgeben war. Die Temperatur wurde auf 37 C gehalten und das Substrat mit verschiedenen Durchf luß.geschwindigkeiten über die Säule geführt. Die Substratzusammensetzung war wie folgt: 400 ml NH.OH, 1.200 ml entionisiertes Wasser, 232 g Fumarsäure; 406 MgCl₀ . 6 H₀O, das Gesamtvolumen mit entionisiertem Wasser auf zwei Liter gebracht (pH 9,0) (hergestellt in zwei Chargen). Das Volumen der Flüssigkeit in der Säule (d. h. der Anteil der Säule, der nicht vom Schaum ausgefüllt war) betrug 31,25 ml. Es wurden etwa 3.500 ml Substrat bei konstanter Durchflußgeschwindigkeit von 0,6 ml pro Minute bei pH 9 und 37 C über die Säule geschickt. Proben wurden periodisch entnommen und durch Hochdruckflüssigkeitschromatographie auf Fumarsäure analysiert. Die folgende Tabelle gibt die prozentuale Umwandlung in L-Asparaginsäure in Abhängigkeit von der Zeit wieder, während der die Säule in Betrieb war, und veranschaulicht damit die Stabilität der Säule.

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Fumarsäure/L-Asparaginsäure - Umwandlung Zeit (Stunden) %Umwandlung (bei 0,6 ml/Min.)

5 ' 71

46 69

150 61

218 61

Beispiel 4

Nachdem die Säule gemäß" Beispiel 3 für 54 Stunden in Betrieb war, wurde die Durchflußgeschwindigke-it auf 0,28 ml/Minute herabgesetzt und eine Probe von 288 ml während der folgenden 16 Stunden und 50 Minuten gesammelt. Aus 250 ml diesen Probe wurde die L-Asparaginsäure isoliert, und es wurde festgestellt, daß die tatsächliche Umwandlung von Fumarsäure in L-Asparaginsäure (aufgrund direkter Analyse der getrockneten L-Asparaginsäure durch Gas/Flüssigkeitschromatographie) etwa 85 % betrug.

Beispiel 5

Etwa 3.500 ml des Substrats wurden nach Durchtritt durch die Säule gemäß Beispiel 3 bei einer Durchflußgeschwindigkeit von 0,6 ml/Minute gesammelt. Hie Probe wurde auf

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90° C erhitzt und der- pH wurde auf 2,8 (den isoelektrischen 'Punkt für L-Asparaginsäure) verringert, indem 200 ml 60-%iger H_?SO. zugefügt wurden. Die angesäuerte Mischung wurde auf 15° C abgekühlt, um die L-Asparaginsäure auszufällen. Diese wurde abfiltriert, getrocknet und mit 95 %igem Ethanol und Wasser bei 30° C gewaschen. Die in Ethanol gelöste, nicht umgesetzte Fumarsäure wurde mit der Lösung verworfen. Die unlösliche L-Asparaginsäure wurde abgetrennt und unter Vakuum getrocknet. Eine Analyse des Pulvers ergab 97 % L-Asparaginsäure, was 89 % der theoretischen Ausbeute entspricht.

Beispiel 6

Der Schaum wurde wie in Beispiel 1 hergestellt und eine Probe von 1 g wurde in einer Flasche mit 100 ml Substrat (126 mg/ml Fumarsäure) bei 37 C und pH 9 15 Minuten gemischt. Dieser Prozeß wurde dreimal wiederholt, wobei jedesmal eine frische Charge Substrat eingesetzt wurde. Die' Umsetzung zu L-Asparaginsäure (aufgrund der Analyse der restlichen Fumarsäure) betrug bei der ersten Charge 57 % und etwa 35 % für jede der drei folgenden Chargen. Es wird angenommen, daß die Differenz zwischen der ersten Charge und den folgenden auf der Auswaschung ungebundener Zellen beruht.

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Beispiel 7

Wie in Beispiel 3 wurde eine Säule hergestellt und betrieben (116 mg/ml Fumarsäure", pH 9,04), aber bei einer Temperatur von 20⁰C. Das Substrat wurde kontinuierlich auf die Säule zurückgeleitet. Anhand der Abnahme des Fumar-GäurespiegeIs wurde nach 120 Stunden eine nahezu vollständige Umwandlung in l.-Asparag ι nsäure festgestellt. Umwand-, lunge?) Von "33"% und 50 % wurden nach etwa 30 bzw. 50 Stunden gemessen. Bei dem 50 %-Wert handelt es sich um einen extrapolierten Wert".

Claims

U EXKÜ LC&'

PATENTANWÄLTE

BESELERSTRASSE 4 D-2000 HAMBURG 52

PAlENT AHORNtYS

DR. J D. FRHR von UEXKUL.L. OR ULRICH GRAF STOI.BFRO OIF'I. IN« JUH(HN '.ΙΚΊΙΛΝΙΚΙ [JIIM ING AHNULI MIIIILU DR ALLARD von KAMEKe DR KARL HEINZ SCHULMf-VLR

W.R. Grace & Co.

1114 Avenue of the Americas New York, N.Y. 10036

V.St.A.

Prio: 17. Sept. 1980 US 187 938
(17591 Scha/vo/lü

September 1981

Hydrophiler Polyetherpolyurethanschaum,

Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung zur Herstellung von L-Asparaginsäure

Patentansprüche

1. Hydrophiler Polyetherpolyurethanschaum, in dem mindestens 50 Moi% der Alkylenoxideinheiten in den PoIyetherabschnitten des Polyurethans aus Ethylenoxid bestehen, und der immobilisiert einen Aspartase erzeugenden Mikroorganismus enthält.

2. Schaum gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 90 Mol% der Alkylenoxideinheiten aus Ethylenoxid bestehen.

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3. Schaum gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er unter Schaumbildungsbedingungen durch Reaktion eines hydrophilen Polyetnerurethanprepolymers mit Wasser hergestellt ist, das eine Kultur von Aspartase erzeugenden Mikroorganismen enthielt.

4. Schaum gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Prepolymer aus dem Umsetzungsprodukt einer Mischung von einem Polyoxyethylenglykol und einem niedermolekularen mehrwertigen Alkohol mit einem molaren Überschuß eines'Polyisocyanats besteht.

5. Schaum gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er hart ist.

6. Schaum gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er elastisch ist.

7. Schaum gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf Trockengewichtsbasis das Verhältnis Polyurethanpolymer zu Mikroorganismuskultur 1 : 10 bis 10 : 1 beträgt .

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8. Verfahren zur Herstellung des hydrophilen Polyetherpolyurethanschaums gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kultur eines Aspartase erzeugenden Mikroorganismus mit einem hydrophilen Polyetherurethanprepolymer vermischt wird, in dem mindestens 50 Mol% der Alkylenoxideinheiten in den Polyetherabschnitten des Prepolymers aus Ethylenoxid bestehen, und in der Mischung genügend Wasser vorhanden ist, um das Prepolymer zum Schäumen zu bringen und die Mik roorganismenzelleri einzuschließen und zu immobilisieren.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt der Kultur 10 bis 90 Gew.% beträgt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der pH der Mischung größer als 7 ist.

■11» Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf Trockengewichtsbasis das Verhältnis Prepolymer zu Kultur in der Mischung 1 : 10 bis 10 : 1 beträgt.

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12. Verwendung des hydrophilen Polyetherpolyurethanschaums der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von L-Asparaginsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Fumarat-Ionen enthaltendes Substrat mit dem Schaum in Berührung bringt.

13. Verwendung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat einen pH von 8 bis 10 hat.

14. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Substrats 15 bis 60 C beträgt .

15. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Ammoniumfumarat-Ionen enthält.

16. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Magnesiumionen enthält.

17. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren kontinuierlich oder chargenweise ausgeführt wird.

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