CN1806041A - 气味控制组合物及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用糖氧化酶来减少或防止恶臭。本发明还涉及一种含有糖氧化酶的脱臭组合物。
Description
发明领域
本发明涉及用于控制气味，例如工业过程所产生的气味(odor)的组合物(composition)和方法。
发明背景
对于许多工业过程和工业方法的主要抱怨是涉及到工厂产生的气味。例如纸浆(pulp)和造纸厂(paper mills)产生令人讨厌的气味(恶臭)是尽人皆知的，而且这些工厂经常遭到周边社区对于发出的这种气味的投诉。公众也经常将释放出的气味与其它严肃的环境或健康问题，例如致癌物质的释放和过敏物质的产生相联系，即使发出的气味与这些问题没有关联。
环境中这有许多不同的气味类型及该气味的来源。工业过程中的气味通常是由还原的(reduced)硫化物，含氮化合物和其它的有机化合物，例如挥发性(volatile)短链脂肪酸产生的。在工业过程(process)中的不同阶段也产生气味，可以是由微生物污染物或工业过程中存在的化学和/或生物试剂引发的。
已经有了一些旨在控制环境中气味问题的方案，包括，例如用可减少气味或无味的试剂来替代产生恶臭的试剂(agents)，和/或使用组合物和设备(例如汽化器)来中和气味和/或气味源。
例如美国专利No.5,804,170公开了一种含有酚化合物和能够氧化酚化合物的酶的除臭剂组合物(composition)。当与氧化酶，诸如多酚氧化酶，单酚氧化酶，过氧化物氧化酶，漆酶，酪氨酸酶和葡糖氧化酶结合使用时，酚化合物被声明具有除臭的效果。
美国专利No.6,074,631公开了恶臭减少的组合物和方法，包括氧化还原酶与介质结合来减少恶臭的用法。
美国专利No.6,025,186公开了使用卤过氧化物酶结合过氧化氢源来减少从污物卫生学产物中发出的恶臭。
发明概述
本发明涉及利用糖氧化酶来减少或防止恶臭。在优选的具体实施方式中，本发明涉及利用糖氧化酶来减少或防止由糖类物质降解成挥发性短链脂肪酸，例如丁酸，乳酸，乙酸和丙酸而产生的恶臭。尽管不受任何操作理论的限制，但是据认为糖氧化酶的处理可以通过将糖类物质(例如糖或其它来自糖类物质的寡聚物)转化成有机酸，如葡糖酸，乳糖酸和/或纤维二糖酸(cellobionic acid)以致防止或减少挥发性短链脂肪酸的形成从而减少或防止恶臭。
本发明还涉及含有糖氧化酶的脱臭组合物。
附图简要说明
图1是由敞开的大气条件(atmospheric conditions)下OCC滤物(filtrate)中乳酸和乙酸浓度(g/L)HPLC数据产生的图表。
图2是由封闭的大气条件下OCC滤物乳酸和乙酸浓度(g/L)HPLC数据产生的图表。
本发明的详细描述
糖氧化酶(carbohydrate oxidase)(EC1.1.3)指的是一种能够氧化糖类底物的酶。优选地，该糖氧化酶能够通过将糖类底物(例如，葡萄糖或其它糖或寡聚物中间体)转化成有机酸，例如葡糖酸，乳糖酸和/或纤维二糖酸而抑制短链脂肪酸(例如，丁酸，乳酸，乙酸和丙酸)形成。糖类氧化酶的例子包括苹果酸氧化酶(malate oxidase)(EC 1.1.3.3)，葡糖氧化酶(EC 1.1.3.4)，己糖氧化酶(EC 1.1.3.5)，半乳糖氧化酶(EC 1.1.3.9)，吡喃糖氧化酶(EC1.1.3.10)，儿茶酚氧化酶(EC 1.1.3.14)，山梨糖氧化酶(EC 1.1.3.11)和纤维二糖氧化酶(EC 1.1.3.25)，甘露糖醇氧化酶(EC 1.1.3.40)。优选的氧化酶包括单糖氧化酶，诸如葡糖氧化酶，己糖氧化酶，半乳糖氧化酶和吡喃糖氧化酶。
糖氧化酶可以由任何适当的来源产生，如微生物，诸如细菌，真菌或酵母菌。糖氧化酶的例子包括在WO 95/29996(Novozymes A/S)；WO99/31990(Novozymes A/S)，WO 97/22257(Novozymes A/S)，WO 00/50606(Novozymes Biotech)，WO 96/40935(Bioteknologisk Institute)，美国专利No.6,165,761(Novozymes A/S)，美国专利No.5,879,921(Novozymes A/S)，美国专利No.4,569,913(Cetus Corp.)，美国专利No.4,636,464(Kyowa HakkoKogyo Co.，Ltd)，美国专利No.6,498,026(Hercules Inc.)；和EP 321811(Suomen Sokeri)；和EP 833563(Danisco A/S)中公开的糖氧化酶。
葡糖氧化酶可以来源于曲霉属(Aspergillus)或青霉属(Penicillium)菌株，优选地是黑曲霉(A.niger)，点青霉(P.notatum)，P.amagasakiense或P.vitale。优选地，葡糖氧化酶是一种黑曲霉葡糖氧化酶。其它的葡糖氧化酶包括“酶学方法”(Methods in Enzymology)中所描述的葡糖氧化酶，Biomass Part B Glulose oxidase of phanerochaete chrysosporium，R.L.Kelley和C.A.Reddy(1988)161，第306-317页和葡糖氧化酶Hyderase 15(AmanoPharmaceutical Co..Ltd.)。
己糖氧化酶可以从例如海藻类自然产生的酶中分离出来。这些海藻是在属于杉藻目(Gigartinales)的杉海苔科(Gigartinaceae)中发现的。属于杉海苔科的产生己糖氧化酶的藻类的例子有Chondrus crispus和Iridophycusflaccidum。Cryptomeniales目的藻类也是己糖氧化酶的潜在来源。已经从几种红藻类例如Irjdo-phycus flaccidum(Bean和Hassid，1956，J.Biol.Chem.，218：425-436)和Chondrus crispus(Ikawa 1982，Methods Enzymol.，89：145-149)中分离出了己糖氧化酶。另外，Euthora cristata(Sullivan等人1973，Biochemica et BiophysicaActa，309：11-22)也被显示可以产生己糖氧化酶。其它潜在的己糖氧化酶的来源包括微生物种类或陆生植物种类。在Bean等人，Journal of Biological Chemistry(1961)236：1235-1240中公开了一种植物来源的己糖氧化酶实例，它能够氧化较宽范围糖，包括D-葡萄糖，D-半乳糖，纤维二糖，乳糖，麦芽糖，D-2-脱氧葡糖，D-甘露糖，D-葡糖胺和D-木糖。其它的具有己糖氧化酶活性的酶的例子有Dowling等人，Journal ofBacteriology(1956)72：555-560公开的从马鼻疽杆菌(Malleomyces mallei)中得到的糖氧化酶。另外的适用的己糖氧化酶的例子是EP 833563中描述的己糖氧化酶。
吡喃糖氧化酶可以来源于真菌例如丝状真菌或酵母，优选Basidomycetefungus。吡喃糖氧化酶可以来源于属于伞菌目(Agaricales)的种属，诸如Oudemansiella属或Mycena，属于多孔菌目(Aphyllophorales)的栓菌属(Trametes)，如T.hirsuta，T.versicolor，T.gibbosa，T.suaveolens，T.ochracea，T.pubescens，或者属于Phanerochaete，Lenzites或Peniophora的真菌。吡喃糖氧化酶存在很广，特别是在担子菌(Basidiomycetes)真菌中。例如在下列来源中已经对吡喃糖氧化酶进行了表征或分离：Peniophora gigantea(Huwig等人，1994，Journal ofBiotechnology 32，309-315；Huwig等人，1992，Med.Fac.Landbouww，Univ.Gent，57/4a，1749-1753；Danneel等人，1993，Eur.J.Biochem.214，795-802)，属于Aphyllophorales的属(Volc等人，198S，Folia Microbiol.30，141-147)，黄孢原毛平革菌属(Phanerochaetechrysosporium)(Volc等人，1991，Arch.Mirobiol.156，297-301，Volcand Eriksson，1988，Methods Enzymol 161B，316-322)，Polyporus pinsitus(Ruelius等人，1968，Biochim.Biophys.Acta，167，493-500)和Bierkanderaadusta和Phebiopsis gigantea(Huwig等人，1992，op.cit.)。另外的吡喃糖氧化酶的例子是WO97/22257公开的，例如来自Trametes，特别是毛栓菌(T.hirsuta)的吡喃糖氧化酶。
半乳糖氧化酶是本领域公知的酶。半乳糖氧化酶的一个例子是WO00/50606中所描述的半乳糖氧化酶。
可商业使用的糖氧化酶包括GLUZYME TM(Novozymes A/S)，和GRINDAMYL TM(Danisco A/S)，葡糖氧化酶HP S100和葡糖氧化酶HPS120(Genzyme)；葡糖氧化酶-SPDP(Biomeda)；葡糖氧化酶，G7141，G7016，G6641，G6125，G2133，G6766，G6891，G9010和G7779(Sigma-aldrich)；和半乳糖氧化酶，G7907和G7400(Sigma-aldrich)。
用于本发明的组合物或处理程序中的糖氧化酶，优选是根据要处理的系统，程序或组合物中存在的糖源来选择的。因此，在一些优选的具体实施方式中，优选单一形式的糖氧化酶，例如当涉及单糖源(single carbohydratesource)时，选择葡糖氧化酶。在另一些优选的具体实施方式中，可优选糖氧化酶的组合，例如葡糖氧化酶和己糖氧化酶。优选的是，糖氧化酶来源于属于微结节菌属(Microdochium)的真菌，较佳的是Microdochium nivale真菌，诸如美国专利NO.6,165,761中所描述的在保藏号是CBS 100236的中所保藏的Microdochium nivale(Novozymes A/S.)，在此引入该专利作为参考。粉状霉的糖氧化酶对大范围的糖类底物都具有活性。
糖氧化酶的样品优选无过氧化氢酶(catalase-free)，以防止后续程序步骤中所用的过氧化氢酶(hydrogen peroxidase)的降解。
糖氧化酶处理可用于任何想要的环境中的恶臭的控制(即减少或防止)，例如工厂(例如工厂排出的)，机器，生产液流(例如工厂(mill)的白水(white water))，污泥处理厂，废水处理厂，lagoon，储存设备，废弃的或清除的容器(disposal container)和废弃的或销毁(disposal)的设备中的恶臭。在一个优选的具体实施方式中，糖氧化酶被用于控制废水中的恶臭。在一个优选的具体实施方式中，糖氧化酶被用于防止由糖降解而引起的恶臭，例如淀粉降解(通常是经由糖中间体)成短链挥发性的酸，例如丁酸，乳酸，乙酸和丙酸而发出的恶臭。
优选地，糖氧化酶处理是通过将恶臭源(也就是有恶臭的原料)与糖氧化酶接触来进行的。这里所用的“odiferous组合物”指的是含有恶臭源的组合物。在优选的应用中，恶臭是糖类底物(例如淀粉，纤维素和/或半纤维素底物)转化成糖分子，例如葡萄糖，葡萄糖随后又转化成挥发性短链脂肪酸的结果(也是糖氧化酶处理所应用的)。转化过程经常是由微生物，酶和/或化学物质的作用引起的。因此，当由这种转化过程或类似的转化过程引起恶臭时，预先或在过程中或在发生向挥发性短链脂肪酸转化的过程中使用糖氧化酶处理是优选的。
由此，在优选的具体实施方式中，是将糖氧化酶添加到含有糖类底物和产生恶臭的试剂的组合物中。产恶臭物(agent)可能是将糖类底物转化为短链挥发性脂肪酸的微生物(例如细菌或真菌)，酶或化学品(例如酸或碱水解)。通常，将糖类氧化酶直接添加到糖类底物，例如含糖类底物的废水中效果最好。此外，本发明的糖氧化酶处理的脱臭效果不依赖于酚化合物的存在，在该处理过程中或脱臭组合物中其不必存在。
在其它的优选实施方式中，糖氧化酶是以与糖类降解酶(例如淀粉降解酶，诸如α-淀粉酶或葡糖淀粉酶和/或纤维素或半纤维素降解酶，例如纤维素酶或半纤维素酶)组合的形式添加以使糖类材料转化成适当的糖氧化酶的底物。
糖氧化酶是以减少恶臭或防止恶臭，更优选的是减少挥发性短链脂肪酸的形成的有效量来添加的。糖氧化酶的有效量的例子包括0.01mg-1g酶蛋白/L，优选的是0.1mg-500mg酶蛋白/L，而更优选的是0.5mg-100mg酶蛋白/L。
糖氧化酶处理的温度和pH并不严格，只要能提供适于糖氧化酶酶活力的温度和pH即可。通常温度和pH是依据系统，组合物或要被处理的过程和方法而定。适当的温度和pH包括5℃-120℃和pH 1到12，但是周围环境的温度和pH条件是优选的。
处理的时间可以依据尤其是恶臭问题的程度(例如存在的糖类材料量和/或产恶臭物的量)和类型以及使用的糖氧化酶的量而改变。也可以以预防形式使用糖氧化酶，这样的话，处理时间是连续的或者可在过程中一个设定点(a set point)上进行。
在一个优选的具体实施方式中，本发明涉及使用糖氧化酶来减少或防止纸浆和造纸厂的恶臭。在纸浆和造纸厂(paper mills)中，恶臭经常是由淀粉，配料(furnish)(例如木质底物，形形色色的办公室废物或废旧皱褶卡纸板)中的纤维素和半纤维素转化成短链脂肪酸，如丁酸，乳酸，醋酸和丙酸时引起的。转化过程可以是由于纸浆和造纸过程中存在的多种源，如，来自微生物，生物物质(例如酶)或化学品导致的。纸浆、造纸厂和其它工业过程中的恶臭正成为相当大的问题，因为这些过程和设备移到封闭的水系统或水循环(loops)(例如白水或废水)中导致了淀粉和其它糖源的堆积。对于纸浆和造纸过程，尽管不限制温度和pH，但通常可以是15℃到65℃，且pH是3到9。
在一个优选的具体实施方式中，可以通过用糖氧化酶处理纸浆和造纸厂中的废水或处理(process)水(如白水)来防止或减少纸浆和造纸厂(papermill)的恶臭。
在另一个优选的具体实施方式中，本发明涉及一种防止或减少造纸再循工厂发出的恶臭的方法。在造纸再循环工厂中，用以提高纸浆亮度(brightness)的方法，例如脱墨，由于水中糖类材料的存在而经常伴有恶臭。因此，在脱墨步骤中添加糖氧化酶，例如，优选采用脱墨酶，可以减少或防止恶臭。
本发明的糖氧化酶处理还具有降低生化需氧量(BOD)和/或化学需氧量(COD)这一额外的好处。尽管不受任何操作理论的限制，但是糖氧化酶利用氧将糖类材料氧化成有机酸，其结果是降低了BOD和COD。BOD和COD及其改善可用本领域已知的标准技术来测定。
本发明还涉及含有糖氧化酶的脱臭组合物。该脱臭组合物可以是任何适当的形式，例如液体(如含水的(aqueous))载体或固体载体，如片剂。除载体材料外，其它的成分也可以包括在脱臭组合物中，诸如表面活性剂，稳定剂以及其它的脱臭剂。
本发明还涉及基本上是由糖氧化酶组成的脱臭组合物，也就是缺乏用于脱臭效果的酚化合物。本发明还涉及由糖氧化酶组成的脱臭组合物。
本发明还涉及有机酸，如举例来说，葡糖酸，乳糖酸和/或纤维二糖酸作为气味控制剂来使用。在发明的这一方面中，有或没有糖氧化酶处理，有机酸都直接起气味控制剂的作用。有机酸可以以控制(减少或防止)气味的有效量相应地添加到组合物或方法中。
实施例
实施例1
来源于废旧皱褶卡板纸(corrugated cardboard)(OCC)的纸浆用纤维素酶(Celluclast 1.5L，Novozymes A/S)，淀粉酶(Aquazyme 240L，NovozymesA/S)，和葡糖淀粉酶(Spirizyme Plus Novozymes A/S)的组合物以5％的稠度(consistency)，45℃下处理3小时。每种酶的剂量是2kg/吨纸浆。纸浆通过Whatman滤纸(No.4)过滤。随后用糖氧化酶(Microdochium nivale糖氧化酶，Novozymes A/S)以20mg蛋白/L在40℃下处理滤液1小时。用Quntofix过氧化物测试条(MACHEREY-NAGEL可商业使用的)测定产生的过氧化氢的水平。将所有装有滤液的烧杯放入40℃水浴中孵育。其中的一些烧杯(beaker)在水浴中是敞开的，以模拟需氧条件，而另一些是封闭的以模拟厌氧条件。孵育几天后，让一个5人组成的小组来闻水样(滤液)，并给出1到5级的等级评定，而5是最糟的。
表1
| 处理 | 条件 | 时间，天 | H2O2，mg/L | 气味水平 |
| 对照 | 敞口烧杯-需氧的 | 3 | 0 | 4 |
| 糖氧化酶 | 敞口烧杯-需氧的 | 3 | 20 | 1 |
| 对照 | 带盖烧杯-厌氧的 | 3 | 0 | 4 |
| 糖氧化酶 | 带盖烧杯-厌氧的 | 3 | 20 | 1 |
结果显示，糖氧化酶处理的OCC废水在需氧和厌氧条件下所产生的气味都明显减少。
实施例2
源自形形色色办公室废物(mixed office waste)(MOW)的纸浆用例1所描述的方式处理。结果显示在表2中。
表2
| 处理 | 条件 | 时间，天 | H2O2，mg/L | 气味水平 |
| 对照 | 敞口烧杯-需氧的 | 3 | 0 | 5 |
| 糖氧化酶 | 敞口烧杯-需氧的 | 3 | 10 | 3 |
| 对照 | 带盖烧杯-厌氧的 | 3 | 0 | 5 |
| 糖氧化酶 | 带盖烧杯-厌氧的 | 3 | 10 | 2 |
表2的结果显示糖氧化酶处理可以有效防止MOW废水产生气味。
实施例3
在第2，3，4和7天从实例1的烧杯中取出大约1ml的滤液。随后用HPLC分析该样品。随时间而形成的乳酸和醋酸显示在图1和图2中。
如这些图中所示，在需氧和厌氧条件下，糖氧化酶处理大大减少了乳酸和醋酸的形成。
实施例4
将(1)10mM葡糖酸；(2)10mM葡萄糖；和(3)5mM葡萄糖/5mM葡糖酸组合物各250mL分别放到烧杯1，2和3中。另外250mL的(4)10mM葡萄糖放到烧杯4中。在烧杯4中加入20mg蛋白/L的糖氧化酶(Microdochium nivale糖氧化酶，Novozymes A/S)并在40℃保温1小时。将来自实施例2的需氧对照的3天的有气味滤液0.5mL加到所有的烧杯中。盖上烧杯并放到40℃的水浴中7天。孵育结束后，如实例1所描述的，要一组人来闻该样品。
表3
| 烧杯编号 | 样品 | 气味水平 |
| 1 | 10mM葡糖酸 | 1 |
| 2 | 10mM葡萄糖 | 5 |
| 3 | 5mM葡糖酸/5mM葡萄糖 | 1 |
| 4 | 10mM葡萄糖/COX | 2 |
很明显，葡糖酸不会导致气味产生，不像葡萄糖。甚至对于葡糖酸与葡萄糖的组合物(比率1∶1)，葡糖酸有效减少气味的产生。当用糖氧化酶处理葡萄糖时，也基本上减少了气味产生的趋势。
实施例5
在这个研究中，OCC配料在加入葡糖氧化酶之前不用水解酶(淀粉酶，葡糖淀粉酶或纤维素酶)处理，以确定从OCC配料的微生物降解中是否有葡糖氧化酶作用的足够的底物。
将OCC样品(2L粘稠度5％的配料(50g/L)粘浆)降解10分钟，并将样品(500ml)等分放入大的(LOM)烧杯中。从液体中过滤出纸浆并弃之。室温下将葡糖氧化酶加到适当的烧杯中(相当于2kg/吨)。室温下烧杯敞口放置3小时。给敞口和密闭对照以及酶的样品进行标记，并放入40℃的水浴中历时7天。7天后，做一组评估，结果显示在图1中。对于敞口和封闭容器，对照和酶处理的样品彼此之间相比较，而葡糖氧化酶处理的样品被选出因其只具有少量气味。
表4
正如上面所示，葡糖氧化酶能够减少OCC配料的气味，而且有足够的源自OCC配料微生物降解的底物来减少气味。
Claims (39)
1.一种控制恶臭的方法，包括用糖氧化酶接触odiferous组合物。
2.权利要求1的方法，其中odiferous组合物包含糖类物质和恶臭产生物。
3.权利要求2的方法，其中恶臭产生物是微生物。
4.权利要求1的方法，其中所述接触导致挥发性短链脂肪酸形成的减少。
5.权利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是己糖氧化酶。
6.权利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是葡糖氧化酶。
7.权利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是半乳糖氧化酶。
8.权利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是苹果酸氧化酶。
9.权利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是儿茶酚氧化酶。
10.权利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是纤维二糖氧化酶。
11.权利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是甘露糖醇氧化酶。
12.权利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是山梨糖氧化酶。
13.权利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是源自属于Microdochium属真菌的糖氧化酶。
14.权利要求1的方法，其中所述的糖氧化酶源自Microdochium nivale.。
15.权利要求1的方法，其中所述的糖氧化酶是糖氧化酶的组合。
16.权利要求1的方法，其中所述odiferous组合物是废水。
18.权利要求1的方法，其中所述odiferous组合物是在纸浆和造纸厂中。
19.权利要求18的方法，其中所述odiferous组合物是纸浆和造纸厂中使用的处理水或废水。
20.权利要求18的方法，其中所述接触是在脱墨过程中发生的。
21.一种在纸浆和造纸厂中控制恶臭的方法，包括用糖氧化酶与纸浆和造纸厂中所用的处理水或废水相接触。
22.权利要求21的方法，其中odiferous组合物包含糖类物质和产恶臭物。
23.权利要求21的方法，其中产恶臭物是微生物。
24.权利要求21的方法，其中所述接触导致挥发性短链脂肪酸形成的减少。
25.权利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是己糖氧化酶。
26.权利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是葡糖氧化酶。
27.权利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是半乳糖氧化酶。
28.权利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是苹果酸氧化酶。
29.权利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是儿茶酚氧化酶。
30.权利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是纤维二糖氧化酶。
31.权利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是甘露糖醇氧化酶。
32.权利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是山梨糖氧化酶。
33.权利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是源自属于Microdochium属真菌的糖氧化酶。
34.权利要求21的方法，其中所述的糖氧化酶源自Microdochiumnivale。
35.权利要求21的方法，其中所述的糖氧化酶是糖氧化酶的组合。
36.权利要求21的方法，进一步包括用选自α-淀粉酶，葡糖淀粉酶，纤维素酶或半纤维素酶的酶与组合物相接触。
37.一种包含糖氧化酶和载体的脱臭组合物。
38.一种基本上由糖氧化酶和载体组成的脱臭组合物。
39.一种由糖氧化酶和载体组成的脱臭组合物。
40.权利要求37-39的脱臭组合物，其中的载体是含水组合物或固体组合物。
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