DE102007013047A1 - Enzymatic treatment of polymer raw substrate involves treating polymer raw substrate with enzyme system, in order to release defined monomers or oligomer components from polymer raw substrate - Google Patents

Enzymatic treatment of polymer raw substrate involves treating polymer raw substrate with enzyme system, in order to release defined monomers or oligomer components from polymer raw substrate Download PDF

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Abstract

Enzymatic treatment involves treating polymer rough substrate with 50%, preferably 20% of an enzyme system, to release defined monomers or oligomer components from the polymer rough substrate. The monomers or oligomer components are separated, which are produced from rest of the polymer rough substrate. The physicochemical treatment is completed in aqueous solvents, organic solvents, preferably ethanol or glycerin.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Herstellung biobasierter chemischer Bausteine aus erneuerbaren Quellen erhält aufgrund der globalen Begrenzung fossiler petrochemischer Vorkommen in letzter Zeit steigernde Aufmerksamkeit. Die bevorzugten Rohstoffe zur Erzeugung solcher chemischer Produkte auf biologischer Basis stammen aus erneuerbarer pflanzlicher Biomasse ( Kamm et al., 2006 ).The production of bio-based chemical building blocks from renewable sources has received increasing attention recently due to the global limitation of fossil petrochemical deposits. The preferred raw materials for the production of such biological-based chemical products are derived from renewable plant biomass ( Kamm et al., 2006 ).

Derzeitige Herstellungsverfahren für biobasierte Produkte beruhen hauptsächlich auf Substraten aus der Nahrungsmittel- und Futtermittelindustrie, wie beispielsweise Ölen, Zuckern und Stärken. Die meisten Rohstoffe der ersten Generation haben eine gut definierte chemische Zusammensetzung und eine geringe strukturelle Komplexität. Zusätzlich können diese Substrate in relativ hoher Reinheit mit nur geringen Mengen an begleitenden Verunreinigungen erhalten werden. Obwohl ihre Verwendung sowohl technisch als auch wirtschaftlich attraktiv ist, ist ihre dauerhafte Verfügbarkeit in großem Maßstab nicht gesichert, da die Verwendung von Rohstoffen der ersten Generation für biobasierte chemische Verfahren in starkem Wettbewerb mit der stetig wachsenden globalen Nachfrage der Nahrungsmittelindustrie steht.current Production process based on bio-based products mainly on substrates from the food and beverage industry Feed industry, such as oils, sugars and strengths. Most raw materials of the first generation have a well-defined chemical composition and a low structural Complexity. In addition, these can Substrates in relatively high purity with only small amounts of accompanying Contaminants are obtained. Although their use is both technical as well as being economically attractive, is their long-term availability not secured on a large scale, since the use of First generation raw materials for bio-based chemical Process in strong competition with the ever-growing global Demand of the food industry stands.

Alternative Substrate zu den vorstehend genannten Rohstoffen der ersten Generation stammen aus preiswerten Abfallprodukten der Forst- und Agrarwirtschaft, bei denen es sich um pflanzliche Materialien handelt, welche keine Anwendungen als Nahrungsmittelquelle haben. Beispiele dieser sogenannten Rohstoffe der zweiten Generation sind Pflanzenrückstände aus der Landwirtschaft, wie beispielsweise Maisstroh und Weizenstroh, sowie verschiedene holzverwandte Abfallprodukte. Diese Lignocellulose-Biomasse (LCB) unterscheidet sich von den biologischen Rohstoffen der ersten Generation durch ihre komplexe chemische und strukturelle Zusammensetzung. Die Hauptbestandteile von LCB sind hochpolymere Stoffe, wie Cellulose (ca. 35–50 Gew.-%), Hemicellulose (ca. 20–35 Gew.-%) und Lignine (ca. 10–25 Gew.-%). Proteine, Lipide und andere Verbindungen stellen Nebenbestandteile der meisten LCB-Rohstoffe dar ( Saha, 2005 ), können aber in besonderen landwirtschaftlichen Abfallprodukten, wie beispielsweise Rückständen der Ölproduktion, in größeren Mengen enthalten sein. Da LCB aus einer Vielzahl chemisch unterschiedlicher Bestandteile zusammengesetzt ist, sind Abbauverfahren technisch schwierig, wodurch wiederum die wirtschaftliche Umsetzbarkeit derzeitiger auf LCB basierender Bioverfahren begrenzt wird.Alternative substrates to the above-mentioned first-generation raw materials are derived from low-cost forest and agricultural waste products which are vegetable materials which have no applications as a food source. Examples of these so-called second generation raw materials are plant residues from agriculture, such as corn straw and wheat straw, as well as various wood-related waste products. This lignocellulosic biomass (LCB) differs from the first generation biofuels in its complex chemical and structural composition. The main constituents of LCB are high polymer materials such as cellulose (about 35-50% by weight), hemicellulose (about 20-35% by weight) and lignins (about 10-25% by weight). Proteins, lipids and other compounds are minor components of most LCB raw materials ( Saha, 2005 ), but may be present in larger quantities in particular agricultural waste products, such as oil production residues. Since LCB is composed of a large number of chemically different constituents, degradation processes are technically difficult, which in turn limits the economic feasibility of current LCB-based bioprocessing.

Technisches ProblemTechnical problem

Um wertvolle chemische Substanzen und Bausteine mit wirtschaftlich durchführbaren Bioverfahren auf der Basis von LCB-Rohstoffen herzustellen, ist es sowohl wichtig, (i) den Hauptteil ihrer unterschiedlichen chemischen Bestandteile zu gewinnen und zu veredeln, als auch (ii) sie in ausreichender Reinheit herzustellen. Im Gegensatz zu den unterschiedlichen und hochpolymeren Einheiten, aus denen LCB besteht, besitzen die bevorzugten Abbauprodukte ein niedriges Molekulargewicht. Im Allgemeinen können wirtschaftlich wertvolle Produkte aus allen Bestandteilen von LCB erzeugt werden: Aus Cellulose gewonnene Glucose ist ein vielseitiges Ausgangsmaterial für die Erzeugung hochwertiger chemischer Zwischenprodukte, wie Sorbit. Aus Hemicellulosefraktionen der LCB gewonnene Pentosezucker, wie Xylose und Arabinose, dienen als Ausgangsmaterial für hochwertige, nährstoffarme und kalorienfreie Süßstoffe, wie Xylit und Arabinit. Proteine aus LCB können zu reinen Enantiomeren von L-Aminosäuren hydrolysiert werden. Lignine können als Quelle für Phenolverbindungen dienen, die in petrochemischen Verfahren erzeugte Aromaten ersetzen können. Die gegenwärtige technische Beschränkung der Verwendung von Rohstoffen der zweiten Generation besteht hauptsächlich in deren komplexer chemischer Zusammensetzung.Around valuable chemical substances and building blocks with economical feasible bioprocessing based on LCB raw materials It is both important to make (i) the main part of their different chemical To extract and refine constituents, as well as (ii) in sufficient quantities To produce purity. Unlike the different and high polymer units that make up LCB have the preferred Degradation products a low molecular weight. In general, you can economically valuable products from all components of LCB cellulose derived from glucose is a versatile one Starting material for the production of high quality chemical Intermediates, such as sorbitol. From hemicellulose fractions of the LCB recovered pentose sugars, such as xylose and arabinose, serve as starting material for high-quality, low-nutrient and calorie-free Sweeteners, such as xylitol and arabinitol. Proteins out LCB can become pure enantiomers of L-amino acids be hydrolyzed. Lignins can be used as a source for Serve phenol compounds that produced in petrochemical processes Can replace aromatics. The current technical Restricting the use of raw materials of the second Generation consists mainly in their complex chemical Composition.

Die meisten gängigen Verfahren, bei denen LCBs verwendet werden, konzentrieren sich auf den Celluloseanteil des Substrats. Falls andere Bestandteile verwendet werden, werden sie gewöhnlich in nichtselektiven Verfahrensschritten hydrolysiert, wie durch eine Vorbehandlung mit Schwefelsäure zur Hydrolyse aller Hemicellulosen in einem Verfahrensschritt. Die Produkte dieser nichtselektiven Verfahrensschritte haben im Allgemeinen einen niedrigen und in einigen Fällen sogar einen negativen kommerziellen Wert.The Most current methods using LCBs focus on the cellulose content of the substrate. If other ingredients are used, they usually become hydrolyzed in non-selective process steps, such as by a Pretreatment with sulfuric acid for the hydrolysis of all hemicelluloses in a process step. The products of this non-selective Process steps generally have a low and in some Even a negative commercial value.

Das derzeitige Iogen-Verfahren zur fermentativen Herstellung von Bioethanol umfasst eine Vorbehandlung mit verdünntem Säuredampf bei 200–250°C zur Freisetzung der Hemicellulosefraktion von LCB, die ein Gemisch unterschiedlicher Hexose- und Pentosezucker enthält. In einem gesonderten enzymatischen Schritt wird die unlösliche Cellulosefraktion zu Hexosezuckern (Glucose) hydrolysiert. Nach der Verflüssigung der Hemicellulose- und der Cellulosefraktionen werden die unlöslichen Lignin-Feststoffe physikalisch von der Maische abgetrennt und verbrannt, um Energie für die weitere Verarbeitung der verbleibenden LCB-Fraktionen zu gewinnen. Die vereinigten Cellulose- und Hemicellulosefraktionen werden zusammen in einem einzigen Schritt fermentiert, um Bioethanol herzustellen. Das gebildete Ethanol wird nachfolgend durch Destillationsverfahren aus der Fermentationslösung gewonnen. Da die Mehrheit der im Handel erhältlichen Organismen (z. B. Bäckerhefe, Saccharomyces cerevisiae), die beim Fermentationsverfahren eingesetzt werden, nicht in der Lage sind, Pentosezucker zu verwerten, werden diese Bestandteile der LCB, obwohl sie, wenn sie in reiner Form vorliegen, einen erheblichen wirtschaftlichen Wert haben, bei dem Verfahren zusammen mit dem verbleibenden Restabfall verworfen ( Lawford und Rousseau, 2003 ).The current Iogen process for the fermentative production of bioethanol involves pretreatment with dilute acid vapor at 200-250 ° C to release the hemicellulose fraction of LCB containing a mixture of different hexose and pentose sugars. In a separate enzymatic step, the insoluble cellulose fraction is hydrolyzed to hexose sugars (glucose). After liquefaction of the hemicellulose and cellulose fractions, the insoluble lignin solids are physically separated from the mash and incinerated to provide energy for further processing of the remaining LCB fractions to win. The combined cellulose and hemicellulose fractions are fermented together in a single step to produce bioethanol. The ethanol formed is subsequently recovered by distillation from the fermentation solution. Since the majority of commercially available organisms (eg, baker's yeast, Saccharomyces cerevisiae) used in the fermentation process are unable to utilize pentose sugars, these constituents become the LCB, even though they are in their pure form , have a significant economic value, where the process is discarded together with the residual waste ( Lawford and Rousseau, 2003 ).

Seit Kurzem werden Versuche unternommen, die Pentosefraktion von LCBs zur fermentativen Umwandlung in Bioethanol verfügbar zu machen. Bei diesem verbesserten Verfahren wird die verflüssigte Hemicellulosefraktion von den nach dem Vorbehandlungsschritt verbleibenden Bestandteilen der LCB getrennt. Während die verbleibenden LCB-Fraktionen wie vorstehend beschrieben verarbeitet werden, werden besondere gentechnisch veränderte Mikroorganismen (z. B. spezielle Stämme von Zymomonas mobilis) mit der Fähigkeit, Pentose-(Lawford und Rousseau, 2003 ; Lynd et al., 2005 ) und Hexosezucker zu verwerten, in einem getrennten Fermentationsschritt eingesetzt, um die verflüssigte und aufbereitete Hemicellulose in Bioethanol umzuwandeln. Die erhaltene Fermentationsmaische wird anschließend dem herkömmlichen Verarbeitungsstrom zur Gewinnung von Bioethanol zugeführt. Obwohl die Erzeugung von Bioethanol aus komplexen Pentosegemischen kommerziell sinnvoll erscheint, stellt die selektive Verarbeitung von Hexosen, Pentosen und Lignin zu hochwertigen Erzeugnissen und chemischen Bausteinen eine attraktive Alternative zur Verwertung der LCB-Bestandteile dar.Recently, attempts have been made to make the pentose fraction of LCBs available for fermentative conversion to bioethanol. In this improved process, the liquefied hemicellulose fraction is separated from the components of the LCB remaining after the pretreatment step. While the remaining LCB fractions are processed as described above, particular genetically engineered microorganisms (eg, specific strains of Zymomonas mobilis) are capable of Pentose (Lawford and Rousseau, 2003 ; Lynd et al., 2005 ) and hexose sugar are used in a separate fermentation step to convert the liquefied and processed hemicellulose into bioethanol. The resulting fermentation mash is then fed to the conventional processing stream for the production of bioethanol. Although the production of bioethanol from complex pentose mixtures appears to make commercial sense, the selective processing of hexoses, pentoses and lignin into high-quality products and chemical building blocks represents an attractive alternative to the utilization of LCB constituents.

Ein allen derzeit verwendeten Vorbehandlungsmethoden anhaftendes Problem ist die gleichzeitige und nicht-selektive Hydrolyse und Freisetzung von verschiedenen chemischen Bausteinen, aus denen die LCB-Bestandteile zusammengesetzt sind ( Saha, 2005 ). Zur Zeit kommerziell eingesetzte und ökonomisch brauchbare Vorbehandlungsmethoden verwenden harsche chemische oder physikalische Verfahren, die eine Kombination von Säure- oder Basenbehandlungen bei erhöhten Temperaturen ( Ramos et al., 2005 ) beinhalten können. Die erhaltenen LCB-Hydrolysate enthalten verschiedene unerwünschte, durch die chemische Modifizierung von LCB-Bausteinen entstandene Nebenprodukte. Die Anwesenheit dieser Verunreinigungen verhindert oftmals eine anschließende enzymatische oder katalytische Verarbeitung oder Ganzzellfermentation der Produkte ( Saha, 2005 ) und verringert daher den kommerziellen Wert der mit diesen Methoden aus LCBs erzeugten Produktströme erheblich.A problem inherent in all presently used pretreatment methods is the simultaneous and non-selective hydrolysis and release of various chemical building blocks composing the LCB components ( Saha, 2005 ). Currently commercially used and economically viable pretreatment methods use harsh chemical or physical processes involving a combination of acid or base treatments at elevated temperatures ( Ramos et al., 2005 ). The LCB hydrolyzates obtained contain various undesired by-products formed by the chemical modification of LCB building blocks. The presence of these impurities often prevents subsequent enzymatic or catalytic processing or whole-cell fermentation of the products ( Saha, 2005 ) and therefore significantly reduces the commercial value of the product streams generated from these LCBs.

Die der Erfindung zugrunde liegende technische Aufgabe war folglich, ein Verfahren zur Herstellung chemischer Bausteine aus erneuerbarer pflanzlicher Biomasse bereit zu stellen.The The technical problem underlying the invention was consequently a process for the production of chemical components from renewable sources to provide plant biomass.

Insbesondere bestand das technische Problem darin, ein Verfahren zur Herstellung von wertvollen chemischen Bausteinen aus LCB bereit zu stellen, welches die Nachteile und Beeinträchtigungen des Standes der Technik vermeidet.Especially The technical problem was a method of manufacture to provide valuable chemical building blocks from LCB, which the disadvantages and impairments of the state of Technology avoids.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Nach einem ersten Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur enzymatischen Behandlung eines polymeren Rohsubstrats, das die nachstehenden Schritte umfasst: (a) Behandlung des polymeren Rohsubstrats mit einem Enzymsystem, um definierte monomere oder oligomere Bausteine aus dem polymeren Rohsubstrat freizusetzen; und (b) Abtrennung der in Schritt (a) erzeugten definierten monomeren oder oligomeren Bausteine vom Rückstand des polymeren Rohsubstrats.To In a first aspect, the present invention provides a method for the enzymatic treatment of a polymeric raw substrate containing the following steps comprise: (a) treatment of the raw polymeric substrate with an enzyme system, to defined monomeric or oligomeric building blocks released from the polymeric raw substrate; and (b) separating the in step (a), defined monomeric or oligomeric building blocks from the residue of the polymeric raw substrate.

Auf diese Weise wurde gefunden, dass die Abtrennung der freigesetzten monomeren oder oligomeren Bausteine von dem polymeren Rohsubstrat nach einer definierten Behandlung mit einem Enzymsystem wesentliche Vorteile bezüglich der Herstellung von chemisch reinen hochwertigen Grundchemikalien und chemischen Bausteinen aus komplexen natürlichen Substraten, wie LCB, durch den Einsatz von selektiven katalytischen Verfahrensschritten liefert. Diese selektiven katalytischen Verfahrensschritte setzen chemische definierte monomere oder oligomere Bestandteile aus den komplexen polymeren Rohstoffen frei, wobei nur geringe Mengen anderer Verunreinigungen in dem mit dem Verfahrensschritt erzeugten Produkt enthalten sind. Eine bevorzugte technische Lösung erreicht diese Spezifität und Selektivität bei der Hydrolyse von LCB durch den Ablauf selektiver enzymatischer Schritte. Die Grundchemikalien können als Ersatz für Rohstoffe in herkömmlichen petrochemischen Verfahren und als Rohstoffe für neuartige chemische und biochemische Syntheserouten eingesetzt werden und weisen daher einen hohen wirtschaftlichen Wert auf.On this way was found to be the separation of the released monomeric or oligomeric building blocks of the polymeric raw substrate essential after a defined treatment with an enzyme system Advantages regarding the production of chemically pure high-quality basic chemicals and chemical building blocks from complex natural substrates, such as LCB, through the use of provides selective catalytic process steps. This selective catalytic process steps set chemically defined monomers or oligomeric components from the complex polymeric feedstock free, with only small amounts of other impurities in the with contained in the process step product are contained. A preferred technical solution achieves this specificity and Selectivity in the hydrolysis of LCB by the process selective enzymatic steps. The basic chemicals can as a substitute for raw materials in conventional petrochemical Process and as raw materials for novel chemical and biochemical synthesis routes are used and therefore have one high economic value.

Die Erfindung umfasst ein einzelnes konsolidiertes Verfahren oder eine Reihe von aufeinander folgenden Verfahrensschritten. Bei jedem Verfahrensschritt werden aus den unlöslichen polymeren Rohsubstraten durch sukzessive Zugabe eines spezifischen Enzymsystems lösliche monomere oder oligomere Produkte hergestellt, gefolgt von der Abtrennung der löslichen monomeren oder oligomeren Produkte von den unlöslichen polymeren Rohstoffen.The invention comprises a single consolidated process or a series of successive ones the process steps. At each process step, soluble monomeric or oligomeric products are prepared from the insoluble polymeric feedstock by successive addition of a specific enzyme system, followed by separation of the soluble monomeric or oligomeric products from the insoluble polymeric feedstocks.

Nach einem bevorzugten Aspekt ist der (sind die) definierte(n) monomere(n) oder polymere(n) Baustein(e), die aus dem polymeren Rohsubstrat in Schritt (a) freigesetzt werden, ein spezifisches "Produkt" aus der linken Spalte der nachstehenden Tabelle 1. Mit anderen Worten wird aus dem polymeren Rohsubstrat in jedem Be handlungsschritt (a) unter Verwendung eines Enzymsystems oder einer Kombination von Enzymsystemen, die das gleiche Produkt erzeugen, nur ein einziger spezifischer monomerer oder oligomerer Baustein freigesetzt. Beispiele entsprechender Kombinationen von Enzymen sind in Tabelle 1 aufgelistet.To In a preferred aspect, the defined monomer (s) are (are) or polymeric building block (s) derived from the polymeric raw substrate in step (a), a specific "product" from the left column of Table 1 below. In other words from the polymeric raw substrate in each treatment step (a) under Use of an enzyme system or a combination of enzyme systems, that produce the same product, just one specific one monomeric or oligomeric building block released. Examples of such Combinations of enzymes are listed in Table 1.

Weitere bevorzugte Aspekte und Ausführungsformen sind nachstehend im Detail beschrieben.Further Preferred aspects and embodiments are below described in detail.

Definitionendefinitions

Der Begriff "polymeres Rohsubstrat" bedeutet komplexe Gemische verschiedener polymerer Substrate, wie Kohlenhydrate, polymere Lipide, Polypeptide, Polynukleotide und polymere Phenylpropanoide in schwankenden Gewichtsverhältnissen, die gewöhnlich aus pflanzlichem Material stammen. Polymere Rohsubstrate umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Abfallprodukte aus der Forst- und Landwirtschaft und der Nahrungsmittel verarbeitenden Industrie sowie kommunale Abfälle. Handelt es sich bei den hauptsächlichen Polymeren um Cellulose und Lignin, werden die polymeren Rohsubstrate als "lignocellulosische Rohsubstrate" oder "lignocellulosische Biomasse" oder "LCB" bezeichnet. Lignocellulosische Rohsubstrate aus der Landwirtschaft umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Weizenstroh, Maisstroh, Stallmist von Wiederkäuern, Zuckerrohr-Presskuchen, Zuckerrüben-Pulpe und krautige Materialien, wie Gertengras, Sericea Lespedeza Serala und Sudangras. Abfallprodukte aus der Forstwirtschaft umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Baumrinde, Hackschnitzel und Holzverschnitt. Lignocellulosische Rohsubstrate aus der Nahrungsmittelindustrie umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Fruchtpulpe, Agavenrückstände, Kaffeerückstände und Ölmühlen-Abfälle, wie Rapssamen-Presskuchen und Mühlen-Abwässer. Rohsubstrate aus der Zellstoff- und Papierindustrie umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Papierbrei und Papiermühlen-Abwässer. Rohsubstrate aus kommunalen Abfällen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Papierabfälle, Gemüserückstände und Fruchtrückstände.Of the The term "polymeric raw substrate" means complex mixtures of various polymeric substrates such as carbohydrates, polymeric lipids, polypeptides, Polynucleotides and polymeric phenylpropanoids in varying weight ratios, usually derived from plant material. polymers Raw substrates include, but are not limited to Waste products from forestry and agriculture and food manufacturing industry as well as municipal waste. These the main polymers are cellulose and lignin, the polymeric raw substrates are called "lignocellulosic Raw substrates "or" lignocellulosic biomass "or" LCB ". Comprising lignocellulosic raw substrates from agriculture, but are not limited to wheat straw, corn straw, Stable manure of ruminants, sugar cane press cake, sugar beet pulp and herbaceous materials, such as Common Grass, Sericea Lespedeza Serala and sudangras. Forestry waste products, but are not limited to tree bark, wood chips and wood waste. Lignocellulosic raw substrates from the food industry include, but are not limited to, fruit pulp, agave residues, Coffee residues and oil mill waste, like rapeseed press cake and mill wastewater. Raw substrates from the pulp and paper industry include but not limited to pulp and paper mill wastewater. Raw substrates from municipal waste include, but are not limited to paper waste, vegetable residues and fruit residues.

Der Begriff "polymeres Substrat" bezeichnet Substanzen, die entweder aus einem bestimmten monomeren Bestandteil oder einer begrenzten Auswahl an bestimmten monomeren Bestandteilen bestehen, wobei die Monomere in einer linearen oder teilweise verzweigten Molekülstruktur kovalent miteinander verbunden sind. Die unlösliche Fraktion des lignocellulosischen Rohsubstrats enthält bedeutende Mengen solcher polymerer Substrate, wie Cellulose, Xylan, Mannan und Galactan. Zusätzlich enthält sie polymere Substrate, wie Lignin, Arabinoxylan, Glucoronoxylan, Glucomannan und Xyloglucan.Of the Term "polymeric substrate" refers to substances that either from a certain monomeric constituent or a limited one Selection of certain monomeric components exist, the Monomers in a linear or partially branched molecular structure covalently linked together. The insoluble fraction of the lignocellulosic raw substrate contains significant Amounts of such polymeric substrates as cellulose, xylan, mannan and galactan. In addition, it contains polymers Substrates such as lignin, arabinoxylan, glucoronoxylan, glucomannan and xyloglucan.

Der Begriff "Enzymsysteme" bezeichnet proteinöse Einheiten, die polymere oder oligomere Substrate katalytisch in kleinere oligomere oder monomere Bestandteile (Bausteine) zerlegen können. Zusätzlich zur Verwendung eines einzigen Enzyms zur Herstellung monomerer oder oligomerer Produkte aus einem polymeren Substrat beinhaltet der Ausdruck Enzymsystem auch Gemische, die mehr als ein Enzym umfassen und die ein bestimmtes monomeres oder oligomeres Produkt durch synergistische oder parallele Aktivität aus einem polymeren Substrat erzeugen. Die Begriffe "Enzymsystem" und "Enzymgemische" sind daher hier untereinander austauschbar und beide können ein oder mehrere Enzym(e) bzw. Enzymaktivität(en) umfassen.Of the Term "enzyme systems" refers to proteinaceous entities, the polymeric or oligomeric substrates catalytically into smaller oligomers or disassemble monomeric components (building blocks). In addition to using a single enzyme for production monomeric or oligomeric products from a polymeric substrate The term enzyme system also includes mixtures that more than include an enzyme and a specific monomeric or oligomeric Product characterized by synergistic or parallel activity produce a polymeric substrate. The terms "enzyme system" and "Enzyme mixtures" are therefore interchangeable here and both may be one or more enzyme (s) or enzyme activity (s) include.

Der Begriff "monomere oder oligomere Bausteine" bezeichnet monomere oder oligomere Produkte, die unter Verwendung eines Enzymsystems aus dem polymeren Rohsubstrat freigesetzt werden. Der Begriff "Oligomer" umfasst Verbindungen mit zwei oder mehr monomeren Einheiten.Of the Term "monomeric or oligomeric building blocks" refers to monomers or oligomeric products produced using an enzyme system be released from the polymeric raw substrate. The term "oligomer" includes compounds having two or more monomeric units.

Der Begriff "enzymatische Aktivität" eines Enzyms bezieht sich auf die katalytische Aktivität des Enzyms bei geeigneten Bedin gungen, bei denen das Enzym als Proteinkatalysator wirkt und bestimmte polymere oder künstliche Substrate in bestimmte oligomere oder monomere Produkte umwandelt.Of the The term "enzymatic activity" of an enzyme refers on the catalytic activity of the enzyme at appropriate Conditions in which the enzyme acts as a protein catalyst and certain polymeric or artificial substrates in certain converts oligomeric or monomeric products.

Der Begriff "verunreinigende enzymatische Aktivität" beschreibt enzymatische Aktivitäten eines verwendeten Enzymsystems, welche zu anderen oligomeren oder monomeren Produkten als dem (den) erwünschten oligomeren oder monomeren Produkt(en) führen, die nach der beabsichtigten (hauptsächlichen oder ersten) enzymatischen Aktivität des Enzymsystems erzeugt werden.Of the Term "contaminating enzymatic activity" enzymatic activities of an enzyme system used, which results in oligomeric or monomeric products other than the lead to desired oligomeric or monomeric product (s), which after the intended (main or first) enzymatic activity of the enzyme system can be generated.

Der Begriff "künstliches Substrat" bezeichnet eine Substanz mit gewöhnlich niedrigem Molekulargewicht, die nach dem Kontakt des künstlichen Substrats mit einem Enzymsystem eine messbare Änderung der physikalisch-chemischen Eigenschaften des künstlichen Substrats erfährt, die auf die Aktivität eines ausgewählten Enzymsystems zurückgeführt werden kann. Diese physikalisch-chemischen Eigenschaften und die künstlichen Substrate, die diese Änderungen der physikalisch-chemischen Eigenschaften nach dem Kontakt mit einem Enzymsystem bewirken, sind dem Fachmann bekannt und umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Änderungen der spektrophotometrisch messbaren Absorption oder Fluoreszenzemission, Änderungen der chromatographischen Mobilität, die durch Flüssig- oder Gaschromatographen bestimmt werden können, und Änderungen des Molekulargewichts, die durch Massenspektroskopie bestimmt werden können.Of the Term "artificial substrate" refers to a substance usually of low molecular weight, which after the Contact of the artificial substrate with an enzyme system a measurable change in physicochemical properties of the artificial substrate that is on the Activity of a selected enzyme system attributed can be. These physicochemical properties and the artificial Substrates that undergo these changes of physicochemical Properties after contact with an enzyme system are those skilled in the art and include, but are not limited on changes in spectrophotometrically measurable absorption or fluorescence emission, changes in the chromatographic Mobility caused by liquid or gas chromatographs can be determined and changes in molecular weight, which can be determined by mass spectroscopy.

Geeignete künstliche Substrate für Enzyme und Enzymsysteme und messbare Reaktionsprodukte sind in der nachstehenden Tabelle 2 aufgeführt.suitable artificial substrates for enzymes and enzyme systems and measurable reaction products are in the table below 2 listed.

Der Begriff "freisetzen" bedeutet die Umwandlung eines unlöslichen polymeren Substrats in ein lösliches monomeres oder oligomeres Produkt durch ein physikalisches, chemisches oder kataly tisches Verfahren, wie beispielsweise Hydrolyse, oxidative oder reduktive Depolymerisierung usw.Of the The term "release" means the transformation of an insoluble one polymeric substrate into a soluble monomeric or oligomeric Product through a physical, chemical or catalytic table Processes such as hydrolysis, oxidative or reductive Depolymerization, etc.

Detailbeschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

AllgemeinesGeneral

Die Erfindung betrifft ein einziges konsolidiertes Verfahren oder eine Reihe von aufeinander folgenden Verfahrensschritten zur Herstellung von Grundchemikalien oder chemischen Bausteinen aus polymeren Rohsubstraten wie LCB. Bei jedem Verfahrensschritt werden lösliche monomere oder oligomere Produkte (Bausteine) aus dem unlöslichen polymeren Rohsubstrat gebildet, indem das polymere Rohsubstrat mit einem spezifischen Enzymsystem zusammen gebracht wird, das vorzugsweise im Wesentlichen frei von enzymatischen Aktivitäten ist, die andere als die beabsichtigten Reaktionsprodukte (monomere oder polymere Bausteine) erzeugen, gefolgt von der Abtrennung des (der) löslichen monomeren oder oligomeren Baustein(e) von dem unlöslichen polymeren Rohsubstrat.The The invention relates to a single consolidated process or a Series of sequential process steps for the preparation of basic chemicals or chemical building blocks from polymeric raw substrates like LCB. At each process step become soluble monomers or oligomeric products (building blocks) from the insoluble polymeric raw substrate formed by the polymeric raw substrate with a specific enzyme system is brought together, preferably is essentially free of enzymatic activities, other than the intended reaction products (monomers or polymer building blocks), followed by the separation of the (the) soluble monomeric or oligomeric building block (s) of the insoluble polymeric raw substrate.

Verfahren zur Abtrennung von löslichen und unlöslichen Bestandteilen sind dem Fachmann bekannt und umfassen Verfahrensschritte wie Sedimentation, Dekantation, Filtration, Mikrofiltration, Ultrafiltration, Zentrifugation, Evaporieren flüchtiger Produkte und Extraktion mit organischen Lösungsmitteln. Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der physikalisch-chemische Behandlungsschritt eine Behandlung mit wässrigen Lösungsmitteln, organischen Lösungsmitteln oder jeder Kombination oder jedem Gemisch dieser, vorzugsweise mit Ethanol oder Glycerin.method for the separation of soluble and insoluble components are known in the art and include process steps such as sedimentation, Decantation, filtration, microfiltration, ultrafiltration, centrifugation, Evaporating volatile products and extraction with organic Solvents. According to a preferred embodiment For example, the physicochemical treatment step involves a treatment with aqueous solvents, organic solvents or any combination or mixture thereof, preferably with Ethanol or glycerin.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die enzymatische Behandlung in einem wässrigen Medium durchgeführt, und die definierten monomeren oder oligomeren Bausteine, die aus dem polymeren Rohsubstrat freigesetzt werden, sind in dem wäss rigen Medium löslich und die Abtrennung gemäß dem obigen Schritt (b) wird durch Fest/Flüssig-Abtrennung der löslichen Bausteine in dem wässrigen Medium von dem unlöslichen polymeren Rohsubstrat durchgeführt.To A preferred embodiment of the invention is the enzymatic treatment carried out in an aqueous medium, and the defined monomeric or oligomeric building blocks consisting of are released to the polymeric raw substrate are in the aqueous-grained Soluble medium and the separation according to the above step (b), the solid / liquid separation of soluble building blocks in the aqueous medium of the insoluble polymeric raw substrate.

Einschlägige Beispiele polymerer Substrate, die Hauptbestandteile von polymeren Rohstoffe darstellen, ihre monomeren oder oligomeren Abbauprodukte (Bausteine) und Enzymsysteme, die bei der Herstellung von im Wesentlichen reinen Produkten aus jedem polymeren Substrat, das in einem polymeren Rohsubstrat enthalten ist, brauchbar sind, sind in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben.relevant Examples of polymeric substrates, the main components of polymeric Represent raw materials, their monomeric or oligomeric degradation products (Building blocks) and enzyme systems used in the production of essentially Pure products from any polymeric substrate that are in a polymeric Raw substrate is included, are useful, are in the following Table 1 given.

Bei den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten werden chemische Bausteine der polymeren Substrate, wie Hemicellulose, Cellulose, Lignine, Glucane, Proteine und Lipide, durch Zusammenbringen des polymeren Substrats mit spezifischen Enzymsystemen freigesetzt. Der enzymatische Abbau der einzelnen Bestandteile des Substrats zu im Wesentlichen reinen, löslichen Produkten basiert auf der Anwendung von substratspezifischen Enzympräparationen, die nach einer bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen frei von Aktivitäten sind, die andere Bestandteile als die beabsichtigten Produkte bei dem jeweiligen Verfahrensschritt freisetzen.at be the inventive steps chemical building blocks of polymeric substrates, such as hemicellulose, Cellulose, lignins, glucans, proteins and lipids, by bringing together of the polymeric substrate with specific enzyme systems. The enzymatic degradation of the individual components of the substrate to essentially pure, soluble products on the application of substrate-specific enzyme preparations, in a preferred embodiment substantially are free from activities that have other ingredients than release the intended products at the respective process step.

Bestimmung der Zusammensetzung des polymeren RohsubstratsDetermination of composition of the polymeric raw substrate

Die molekulare Zusammensetzung des Rohsubstrats, das in den hier beschriebenen Verfahren eingesetzt werden soll, kann mit Methoden bestimmt werden, die dem Fachmann bekannt sind. Beispielsweise kann die Zusammensetzung lignocellulosischen Materials durch eine Kombination von Pyrolyse, Gaschromatographie und Massenspektroskopie bestimmt werden. Eine Übersicht der Methoden, die mögliche analytische Verfahren zur Bestimmung von LCB-Bestandteilen beschreiben, findet sich unter:
http://www1.eere.energy.gov/biomass/analytical procedures.html#samples .
The molecular composition of the raw substrate to be used in the methods described herein may be determined by methods known to those skilled in the art. For example, can the composition of lignocellulosic material can be determined by a combination of pyrolysis, gas chromatography and mass spectroscopy. An overview of the methods that describe possible analytical procedures for determining LCB constituents can be found at:
http://www1.eere.energy.gov/biomass/analytical procedures.html # samples ,

Nach einer Ausführungsform können Standardverfahren, die mehrere physikalische und enzymatische Reaktionsschritte umfassen, eingesetzt werden, um die Bestandteile des Substrats auf der Basis der erhaltenen Reaktionsprodukte empirisch zu quantifizieren.To In one embodiment, standard methods, comprising several physical and enzymatic reaction steps, be used to base the constituents of the substrate to empirically quantify the reaction products obtained.

Für herkömmliche Substrate findet sich eine Datenbank, die die Massenverteilung für die meisten gängigen Rohstoffklassen aufführt, unter:
http://www1.eere.energy.gov/biomass/feedstock databases.html .
For conventional substrates, there is a database that lists the mass distribution for most common resource classes, at:
http://www1.eere.energy.gov/biomass/feedstock databases.html ,

In einer Darstellung zur Analyse der Bestandteile des Substrats muss zunächst das polymere Rohsubstrat teilweise hydrolysiert werden, bevor eine weitere Analyse durchgeführt werden kann.In a representation for analyzing the components of the substrate must first partially hydrolyzed the polymeric raw substrate be done before any further analysis can.

Vor der Hydrolyse des Substrats wird die Probe des Substrats (1 g) in einen Schmelztiegel eingebracht und bei 50°C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Das Trockengewicht wird auf drei Kommastellen notiert, um das Ofen-Trockengewicht (oven dry weight, ODW) der Probe zu erhalten.In front the hydrolysis of the substrate, the sample of the substrate (1 g) in introduced a crucible and at 50 ° C to constant weight dried. The dry weight is noted down to three decimal places to obtain the oven dry weight (ODW) of the sample.

Für das Hydrolyseverfahren wird 1 g des fein vermahlenen Substrats (2 μm) in ein Druckröhrchen eingebracht und 3 ml 72%-iger Schwefelsäure (v/v) zugegeben. Das Druckröhrchen wird in ein Wasserbad bei 30°C gebracht und 1 h inkubiert. Mit Hilfe eines Rührstabes wird die Probe alle 5 bis 10 Minuten gerührt, ohne dass die Probe aus dem Bad genommen wird. Das Rühren ist wesentlich, um eine gleichmäßige Säure-Partikel-Verteilung zu gewährleisten. Die Säure wird auf 4% verdünnt, indem 84 ml doppelt destilliertes Wasser unter Verwendung einer Bürette zugegeben werden, und die Probe wird vermischt, indem die Röhrchen mehrmals umgedreht werden, um eine Phasentrennung zu unterbinden.For the hydrolysis process is 1 g of the finely ground substrate (2 μm) placed in a pressure tube and 3 ml of 72% sulfuric acid (v / v) added. The pressure tube is placed in a water bath brought at 30 ° C and incubated for 1 h. With the help of a stir bar The sample is stirred every 5 to 10 minutes without the sample is taken out of the bath. Stirring is essential for a uniform acid-particle distribution to ensure. The acid is diluted to 4%, Add 84 ml of double distilled water using a Burette are added and the sample is mixed, by inverting the tubes several times to phase separate to prevent.

Um die säure-unlösliche Ligninfraktion des Substrats zu bestimmen, wird die autoklavierte Hydrolyselösung durch einen zuvor gewogenen Filtertiegel vakuumfiltriert.Around the acid-insoluble lignin fraction of the substrate to determine the autoclave hydrolysis solution through vacuum filtered a previously weighed filter crucible.

Das Filtrat wird in einer Filterflasche aufgefangen und ein 50 ml-Aliquot wird in eine Proben-Aufbewahrungsflasche überführt. Diese Probe wird in dem nachstehenden Verfahren verwendet, um den Lignin- und Kohlenhydratgehalt zu bestimmen. Die Bestimmung des säure-unlöslichen Lignins muss innerhalb von sechs Stunden nach der Hydrolyse durchgeführt werden.The Filtrate is collected in a filter bottle and a 50 ml aliquot is transferred to a sample storage bottle. This sample is used in the following procedure to obtain the To determine lignin and carbohydrate content. The determination of the Acid-insoluble lignin must be within six hours be carried out after the hydrolysis.

Zur Bestimmung des säure-unlöslichen Lignins wird doppelt destilliertes Wasser zugegeben, um alle verbleibenden unlöslichen Substanzen aus dem Druckröhrchen quantitativ in den Filtertiegel zu überführen. Die unlöslichen Stoffe müssen mit mindestens 50 ml doppelt destilliertem Wasser gespült werden, und anschließend muss der Tiegel und die säure-unlöslichen Rückstände 4 Stunden bei 105°C oder bis zur Gewichtskonstanz getrocknet werden. Nach der Inkubation werden die Proben aus dem Ofen entnommen und in einem Exsikkator abgekühlt. Das Gewicht "w2" des Tiegels und des getrockneten Rückstands müssen auf 0,1 mg genau notiert werden, bevor Tiegel und Rückstände 24 Stunden in einen Muffelofen bei 575°C gebracht werden.to Determination of the acid-insoluble lignin is double distilled water was added to make up any remaining insoluble Add substances from the pressure tube quantitatively into the filter crucible to convict. The insoluble substances need to use at least 50 ml of double distilled water be rinsed, and then the crucible and the acid-insoluble residues 4 hours at 105 ° C or dried to constant weight become. After incubation, the samples are removed from the oven and cooled in a desiccator. The weight "w2" of the Tiegel and dried residue to 0.1 mg, before crucibles and residues Be placed in a muffle furnace at 575 ° C for 24 hours.

Der Tiegel wird vorsichtig aus dem Ofen entnommen, direkt in einen Exsikkator überführt und eine bestimmte Zeit gekühlt, die der anfänglichen Kühlzeit des Tiegels entspricht. Der Tiegel und die Asche werden gewogen (Gewicht "w3") und wieder in den Ofen gebracht, bis ein konstantes Gewicht erreicht ist. Das mit der verbleibenden Asche ("w3") korrigierte Gewicht "w2" entspricht dem Gewicht des säure-unlöslichen Lignins, das in dem Rohsubstrat enthalten ist.Of the Crucible is carefully removed from the oven, transferred directly to a desiccator and a certain time chilled, that of the initial one Cooling time of the crucible corresponds. The crucible and the ashes are weighed (weight "w3") and put back into the oven until a constant weight is reached. The one with the remaining ashes ("w3") corrected weight "w2" corresponds to the weight of the acid-insoluble Lignins, which is contained in the raw substrate.

Im Gegensatz zu den aufwändigen Messungen, die erforderlich sind, um die Menge des säure-unlöslichen Lignins zu erhalten, kann die Menge des säurelöslichen Lignins leicht spektrophotometrisch festgestellt werden. Zunächst wird eine Messung des Leerwerts mit 4%-iger Schwefelsäure (v/v) auf einem beliebigen Spektrophotometer durchgeführt. Unter Verwendung des anfänglichen Hydrolysats wird die Absorption bei 320 nm und die maximale Absorption des filtrierten Hydrolysats, die gewöhnlich bei ungefähr 198 nm liegt, gemessen. Die Probe muss, falls notwendig, verdünnt werden, damit die Absorption in den Bereich von 0,7–1,0 A Einheiten fällt. Die Absorption der Probe auf 3 Dezimalstellen wird verwendet, um die Menge des in der Probe vorhandenen säurelöslichen Lignins entsprechend der nachstehenden Gleichung zu berechnen: %ASL = (UVabs·VolumenFiltrat·Verdünnung)/(e·ODWProbe)·100

ODW
= Ofen-Trockengewicht der Probe des Rohsubstrats
UVabs
= mittlere UV-vis-Absorption der Probe bei 320 nm
Volumen
Filtrat = Volumen des filtrierten Hydrolysats
e
= Extinktionskoeffizient des Hydrolysats der Biomasse bei maximaler Absorption der Probe (zahlreiche Werte der Extinktionskoeffizienten für eine große Anzahl von polymeren Rohsubstraten können gefunden werden unter http://wwwl.eere.energy.gov/biomass/analytical procedures.html#samples )
In contrast to the elaborate measurements required to obtain the amount of acid-insoluble lignin, the amount of acid-soluble lignin can be easily determined spectrophotometrically. First, a blank reading is taken with 4% sulfuric acid (v / v) on any spectrophotometer. Using the initial hydrolyzate, the absorbance at 320 nm and the maximum absorbance of the filtered hydrolyzate, which is usually about 198 nm, are measured. If necessary, dilute the sample so that the absorption falls within the range of 0.7-1.0 A units. The absorbance of the sample to 3 decimal places is used to calculate the amount of acid soluble lignin present in the sample according to the following equation: % ASL = (UV Section ·Volume filtrate · Dilution) / (s · ODW sample ) X 100
ODW
= Oven dry weight of the sample of the raw substrate
UV abs
= average UV-vis absorption of the sample at 320 nm
volume
Filtrate = volume of filtered hydrolyzate
e
= Extinction coefficient of the hydrolyzate of the biomass with maximum absorption of the sample (numerous values of the extinction coefficients for a large number of polymeric raw substrates can be found under http://wwwl.eere.energy.gov/biomass/analytical procedures.html # samples )

Das flüssige Hydrolysat der Probe kann auch verwendet werden, um die strukturgebenden Kohlenhydrate, die in der Hemicellulosefraktion des Substrats enthalten sind, unter Verwendung eines Verfahrens auf HPLC-Basis zu bestimmen.The Liquid hydrolyzate of the sample can also be used around the structuring carbohydrates that are in the hemicellulose fraction of the substrate using a method to be determined on an HPLC basis.

Diese Bestimmung erfordert zunächst ein Kalibrationsgemisch für jeweils D-Cellobiose, Glucose, Xylose, Galactose, Arabinose und Mannose. Die für jeden Zuckerstandard hergestellten Konzentrationen sollten in einem Bereich von 0,1–4 mg/ml liegen. Für jeden Satz Kalibrationsstandards sollte ein unabhängiger Kalibra tions-Verifizierungsstandard (calibration verification standard, CVS) hergestellt werden, der in die Mitte des validierten Bereichs der Kalibrationskurve fällt (z. B. 2,5 mg/ml). Die CVS sollten in der HPLC nach jedem Kalibrationssatz und in regelmäßigen Abständen während der Analysesequenz analysiert werden, wobei Probengruppen zusammengefasst werden. Die CVS werden verwendet, um die Qualität und Stabilität der Kalibrationskurven jedes Durchlaufs zu verifizieren.These Determination first requires a calibration mixture for each D-cellobiose, glucose, xylose, galactose, arabinose and Mannose. The concentrations produced for each sugar standard should be in the range 0.1-4 mg / ml. For Each set of calibration standards should be an independent one Calibration verification standard (calibration verification standard, CVS) which are in the middle of the validated area the calibration curve falls (eg 2.5 mg / ml). The CVS should be in the HPLC after each calibration set and in regular Intervals analyzed during the analysis sequence be grouped together. The CVS will be used the quality and stability of the Verify calibration curves of each run.

20 ml der in den anfänglichen Schritten nach der Hydrolyse der Probe erhaltenen Hydrolyse-Flüssigkeit werden in einen 50 ml-Erlenmeyer-Kolben überführt. Es wird Calciumcarbonat zugegeben, um die Probe auf einen pH-Wert von 5–6 zu neutralisieren, und nach dem Absetzen der Lösung kann der Überstand dekantiert werden. Nach dem Absetzen hat die Lösung einen annähernd neutralen pH-Wert.20 ml in the initial steps after hydrolysis the hydrolysis liquid obtained in the sample are placed in a Transferred 50 ml Erlenmeyer flask. It becomes calcium carbonate added to neutralize the sample to a pH of 5-6, and after settling the solution, the supernatant to be decanted. After settling, the solution has a approximately neutral pH.

Die Zucker-Kalibrationsstandards (sugar calibration standards, CVS) und die Proben können nun auf einer Shodex Zucker SP0810-(Phenomenex) oder einer AMinex HPX-87P-Säule (BioRad), die mit der geeigneten Schutzsäule ausgestattet ist, mittels HPLC analysiert werden.The Sugar calibration standards (CVS) and the samples can now on a Shodex sugar SP0810- (Phenomenex) or an AMinex HPX-87P column (BioRad) equipped with the appropriate Protective column is equipped, analyzed by HPLC.

Das Probeninjektionsvolumen sollte in Abhängigkeit von der Konzentration und den Nachweisgrenzen zwischen 10 und 50 μl liegen. Die Proben werden mit doppelt destilliertem Wasser bei einer Fließgeschwindigkeit von 0,6 ml/min und einer Säulentemperatur von 80°C eluiert. Die Probenelution kann am Besten mit der Messung des Brechungsindexes überwacht werden.The Sample injection volume should vary depending on the Concentration and detection limits between 10 and 50 μl lie. The samples are washed with double distilled water at a Flow rate of 0.6 ml / min and a column temperature eluted from 80 ° C. The sample elution is best with the measurement of the refractive index are monitored.

Die Chromatogramme sollten vor der Analyse integriert werden, und die einzelnen Zuckergehalte sollten unter Bezugnahme auf die geeigneten Standardkurven für jeden Saccharidbestandteil bestimmt werden.The Chromatograms should be integrated before analysis, and the individual sugar contents should be determined by reference to the appropriate Standard curves determined for each saccharide component become.

Enzymsystemeenzyme systems

Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen werden die Spezifizitäten der eingesetzten Enzymgemische angepasst, um reine monomere Produktströme (definierte(n) monomere(n) oder polymere(n) Baustein(e)) aus unterschiedlichen polymeren Substratklassen zu erhalten.at The embodiments described herein become specific the enzyme mixtures used to pure monomeric product streams (defined monomeric or polymeric building block (s)) from different to obtain polymeric substrate classes.

Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform dürfen Enzymsysteme, die bei einem bestimmten polymeren Ausgangsmaterial angewendet werden, nicht mehr als 50% andere enzymatische Aktivitäten enthalten, die zu einem anderen als dem bevorzugten Produkt aus dem bestimmten polymeren Substrat führen.at a preferred embodiment of the invention may have enzyme systems that are specific to a polymeric Starting material to be applied, not more than 50% other enzymatic Include activities that are different from the preferred ones Lead product from the specific polymeric substrate.

Bei einer stärker bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform dürfen Enzymsysteme, die bei einem polymeren Substrat eingesetzt werden, nicht mehr als (oder weniger als) 20%, vorzugsweise nicht mehr als (oder weniger als) 10%, insbesondere bevorzugt nicht mehr als (oder weniger als) 5%, und ganz insbesondere bevorzugt nicht mehr als (oder weniger als) 2%, und am meisten bevorzugt nicht mehr als (oder weniger als) 1% andere Enzymaktivitäten enthalten, die zu einem anderen als dem bevorzugten Produkt aus dem bestimmten polymeren Substrat führen.at a more preferred invention Embodiment allowed enzyme systems to be used in a polymeric substrate used, not more than (or less than) 20%, preferably not more than (or less than) 10%, in particular preferably not more than (or less than) 5%, and more particularly preferably not more than (or less than) 2%, and most preferred not more than (or less than) 1% other enzyme activities contain, which is different from the preferred product lead the particular polymeric substrate.

Der Prozentsatz anderer enzymatischer Aktivitäten kann unter Verwendung von Standardverfahren zur Bestimmung der jeweiligen Enzymaktivität routinemäßig bestimmt werden. Die in dem Enzymsystem anwesende enzymatische "Haupt"aktivität, welche zur Freisetzung des gewünschten monomeren oder polymeren Bausteins aus dem polymeren Substrat führt, sollte daher mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90%, besonders bevorzugt mindestens 95%, besonders bevorzugt mindestens 98%, besonders bevorzugt mindestens 99% aller in dem Enzymsystem vorhandenen Enzymaktivitäten betragen.The percentage of other enzymatic activities can be routinely determined using standard methods for determining the particular enzyme activity. The in the enzyme system Therefore, at least 50%, preferably at least 80%, particularly preferably at least 90%, particularly preferably at least 95%, particularly preferably at least 98%, of the essential enzymatic "main" activity which leads to the release of the desired monomeric or polymeric building block from the polymeric substrate. , particularly preferably at least 99% of all enzyme activities present in the enzyme system.

Die Enzymaktivitäten können mit dem Fachmann bekannten Standardverfahren und wie hier beschrieben bestimmt werden.The Enzyme activities may be known to those skilled in the art Standard procedures and as described herein.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform können die vorstehenden Prozentsätze einfach bestimmt werden, indem das polymere Substratmit dem Enzymsystem gemäß Schritt (a), vorstehend, behandelt wird und die freigesetzten monomeren oder oligomeren Bausteine nach der Abtrennung von dem polymeren Substrat gemäß Schritt (b) analysiert werden. Wenn daher die freigesetzten monomeren oder oligomeren Bausteine mehr als 50 Mol-% des bestimmten gewünschten Bausteins umfassen (basierend auf dem Gesamt-Feststoffgehalt), wird angenommen, dass die anderen enzymatischen Aktivitäten in dem Enzymsystem weniger als 50% betragen. Wenn gleichermaßen die freigesetzten monomeren oder oligomeren Bausteine mehr als 80, 90, 95, 98 oder 99 Mol-% des bestimmten gewünschten Bausteins umfassen, wird angenommen, dass die anderen enzymatischen Aktivitäten in dem Enzymsystem weniger als 20, 10, 5, 2 bzw. 1% betragen. Entsprechend wird angenommen, dass die enzymatische "Haupt"aktivität, die in dem Enzymsystem vorliegt und die zur Freisetzung des gewünschten monomeren oder oligomeren Bausteins aus dem polymeren Rohsubstrat führt, in diesem Fall mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90%, besonders bevorzugt mindestens 95%, besonders bevorzugt mindestens 98%, besonders bevorzugt mindestens 99% aller in dem Enzymsystem vorliegenden enzymatischen Aktivitäten beträgt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in der vorstehenden Bestimmung des Prozentsatzes der enzymatischen Aktivität(en) "Mol-%" durch "Gew.-%" ersetzt.To In a preferred embodiment, the foregoing Percentages are easily determined by the polymer Substrate with the enzyme system according to step (a), above, and the released monomers or oligomeric building blocks after separation from the polymeric substrate according to step (b). If so the released monomeric or oligomeric building blocks more than 50 Mole percent of the particular building block desired (based on the total solids content), it is believed that the others enzymatic activities in the enzyme system less than 50% be. When equally the released monomers or oligomeric building blocks more than 80, 90, 95, 98 or 99 mol% of the particular desired building block, it is assumed that the other enzymatic activities in the enzyme system less than 20, 10, 5, 2 and 1%, respectively. Accordingly, it is assumed that the enzymatic "main" activity occurring in the enzyme system is present and to release the desired monomer or oligomeric building blocks from the polymeric raw substrate, in this case at least 50%, preferably at least 80%, especially preferably at least 90%, more preferably at least 95%, especially preferably at least 98%, more preferably at least 99% of all enzymatic activities present in the enzyme system is. According to another embodiment is used in the above determination of the percentage of enzymatic Activity (s) "Mol%" replaced by "wt%".

Gemäß einer Ausführungsform können die enzymatischen Aktivitäten bestimmt werden, indem die Umwandlungsrate eines ausgewählten polymeren Substrats wie vorstehend definiert bestimmt wird. Gemäß einer alternativen Ausführungsform können die in dem Enzymsystem vorliegenden enzymatischen Aktivitäten bestimmt werden, indem künstliche Substrate verwendet werden. Je nach Durchführ barkeit und Zuverlässigkeit des angewendeten Bestimmungsverfahrens kann entweder die Umwandlung eines Substrates selbst oder die Bildung eines durch die enzymatisch katalysierte Reaktion erhaltenen bestimmten Produktes gemessen werden. In besonderen Fällen können katalytische Zwischenprodukte des Enzyms selbst (z. B. Oxidoreduktasen) spektrophotometrisch gemessen werden.According to one Embodiment may be the enzymatic activities be determined by the conversion rate of a selected polymeric substrate as defined above. According to one Alternative embodiments may be made in the Enzyme system determined enzymatic activities present be used by using artificial substrates. ever after feasibility and reliability of the The determination method used can either be the conversion of a substrate itself or the formation of one by the enzymatic catalyzed reaction of certain product obtained. In special cases, catalytic intermediates of the enzyme itself (eg, oxidoreductases) measured spectrophotometrically become.

Die Bestimmung von enzymatischen Aktivitäten in vorgefertigten Enzymgemischen ist dem Fachmann bekannt. Eine Übersicht geeigneter Testverfahren für bestimmte enzymatische Aktivitäten ist aufgeführt unter:
http://www.sigmaaldrich.com/Area of Interest/Biochemicals/Enzyme Explorer/Key Resources/Assay Library/Assays by Enzyme Name.html
The determination of enzymatic activities in prefabricated enzyme mixtures is known to the person skilled in the art. An overview of suitable test procedures for certain enzymatic activities is listed under:
http://www.sigmaaldrich.com/Area of Interest / Biochemicals / Enzyme Explorer / Key Resources / Assay Library / Assays by Enzyme Name.html

Beispiele spezifischer Testverfahren zur Bestimmung der enzymatischen Aktivitäten von bestimmten Enzymklassen sind nachstehend aufgeführt.Examples specific test method for the determination of enzymatic activities of certain classes of enzymes are listed below.

In einem bestimmten Fall kann sowohl die Endo- als auch die Exocellulaseaktivität in 0,5 ml eines 50 mM MES-Reaktionspuffers (pH 6), enthaltend 10 mM CaCl2, 4 mM p-Nitrophenyl-beta-D-cellobiosid und 200 μl einer verdünnten Enzymlösung, gemessen werden. Die Reaktionslösung sollte 30 min. bei 50°C inkubiert werden. Es wird Glycinpuffer (100 mM, pH 4) zugegeben, um die Reaktion zu stoppen. Die enzymatische Aktivität kann dann bestimmt werden, indem die Menge des freigesetzten p-Nitrophenols spektrophotometrisch bei 430 nm gemessen wird. Die Absorptionswerte für p-Nitrophenol werden unter Verwendung einer Standardkurve, die Mikromol Nitrophenol zur Absorption ins Verhältnis setzt, in Mikromol Nitrophenol umgerechnet. Eine Einheit Cellulaseaktivität ist die Menge des Enzyms, die benötigt wird, um 1 μmol Nitrophenol/min unter den Testbedingungen freizusetzen ( Wood, T. M. und Bhat, K., 1988 ).In a particular case, both the endo and exocellulase activity can be measured in 0.5 ml of a 50 mM MES reaction buffer (pH 6) containing 10 mM CaCl 2 , 4 mM p-nitrophenyl-beta-D-cellobioside and 200 ul of a diluted enzyme solution. The reaction solution should be 30 min. be incubated at 50 ° C. Glycine buffer (100 mM, pH 4) is added to stop the reaction. The enzymatic activity can then be determined by measuring the amount of liberated p-nitrophenol spectrophotometrically at 430 nm. The absorbance values for p-nitrophenol are converted to micromoles of nitrophenol using a standard curve that relates micromoles of nitrophenol for absorption. One unit of cellulase activity is the amount of enzyme required to release 1 μmol nitrophenol / min under the assay conditions ( Wood, TM and Bhat, K., 1988 ).

In einem anderen bestimmten Fall kann die Arabinofuranosidaseaktivität in 1 ml 50 mM Natriumphosphat (pH 7), enthaltend 4-100 μM 4-Nitrophenyl-alpha-L-arabinofuranosid (PNP-Araf) und verdünnte Enzymlösung (4 nM-8 μM) bestimmt werden. Die Reaktionslösung wird bei 37°C inkubiert und die Menge des freigesetzten 4-Nitrophenols bei 400 nm gemessen. Die enzymatische Aktivität kann unter Verwendung des Extinktionskoeffizienten von 4-Nitrophenol (10500 M–1cm–1) bei 400 nm berechnet werden ( Taylor et al., 2006 ).In another particular case, the arabinofuranosidase activity can be determined in 1 ml of 50 mM sodium phosphate (pH 7) containing 4-100 μM 4-nitrophenyl-alpha-L-arabinofuranoside (PNP-Araf) and diluted enzyme solution (4 nM-8 uM) , The reaction solution is incubated at 37 ° C and the amount of liberated 4-nitrophenol measured at 400 nm. The enzymatic activity can be calculated using the extinction coefficient of 4-nitrophenol (10500 M -1 cm -1 ) at 400 nm ( Taylor et al., 2006 ).

In einem anderen bestimmten Fall kann die Xylosidaseaktivität unter Verwendung von mit o-Nitrophenol substituiertem beta-D-Xylopyranosid (ONP-β-D-Xylopyranosid) als Substrat bestimmt werden ( Chen et al., 1986 ). Es wird eine Stammlösung des Substrats (10 mM) in 100 mM Citratpuffer (pH 5) hergestellt. Die zu testende verdünnte Enzymlösung wird in bidestilliertem Wasser hergestellt. Die Reaktionslösung enthält gleiche molare Mengen an Substrat- und Enzymlösung in 200 mM Boratpuffer bei 25°C und pH 9,8. Um die enzymatische Aktivität zu bestimmen, wird die Freisetzung des o-Nitrophenols spektrophotometrisch bei einer Wellenlänge von 410 nm aufgezeichnet. Die enzymatische Aktivität in Einheiten/mg Enzym ist direkt proportional zu der freigesetzten Menge von o-Nitrophenol und kann wie für die Bestimmung der Cellulaseaktivität beschrieben berechnet werden.In another particular case, xylosidase activity using o-nitrophe nol substituted beta-D-xylopyranoside (ONP-β-D-xylopyranoside) as a substrate ( Chen et al., 1986 ). A stock solution of the substrate (10 mM) in 100 mM citrate buffer (pH 5) is prepared. The diluted enzyme solution to be tested is prepared in bidistilled water. The reaction solution contains equal molar amounts of substrate and enzyme solution in 200 mM borate buffer at 25 ° C and pH 9.8. To determine the enzymatic activity, the release of the o-nitrophenol is recorded spectrophotometrically at a wavelength of 410 nm. The enzymatic activity in units / mg enzyme is directly proportional to the amount of o-nitrophenol released and can be calculated as described for the determination of cellulase activity.

In einem anderen bestimmten Fall wird die Laccaseaktivität unter Verwendung des Guiacol-Oxidations-Assays bestimmt. Es wird eine Stammlösung von 10 mM Guiacol frisch in 50 mM Citratpuffer (pH 4,3, 40°C) hergestellt. Die Reaktion wird in 2 ml 50 mM Citratpuffer unter Verwendung von 10 μl verdünnter Enzymlösung (1–3 nM) und verschiedenen Mengen an Substrat (5–20 μl) durchgeführt. Die Rate der Guiacol-Oxidation wird spektrophotometrisch bei 465 nm gemessen. Die Rate der Guiacol-Oxidation kann unter Verwendung des Extinktionskoeffizienten von 5200 M–1 cm–1 für Guiacol-Oxidationsprodukte bestimmt werden ( Smirnov et al. 2001 ).In another particular case, laccase activity is determined using the Guiacol oxidation assay. A stock solution of 10 mM guiacol fresh in 50 mM citrate buffer (pH 4.3, 40 ° C) is prepared. The reaction is carried out in 2 ml of 50 mM citrate buffer using 10 μl of diluted enzyme solution (1-3 nM) and various amounts of substrate (5-20 μl). The rate of guiacol oxidation is measured spectrophotometrically at 465 nm. The rate of guiacol oxidation can be determined using the extinction coefficient of 5200 M -1 cm -1 for guiacol oxidation products ( Smirnov et al. 2001 ).

In einem anderen bestimmten Fall kann die Manganperoxidase (MnP) -Aktivität in 50 mM Tartratpuffer (pH 3, 25°C) gemessen werden, indem 100 μM H2O2 einem Reaktionsgemisch, enthaltend 0,5 μM/ml MnP und 5–200 μM Mn2 +, zugegeben wird. Die Bildung von Mn3+ wird spektrophotometrisch bei 238 nm aufgezeichnet ( Kmaitisuji et al., 2005 ).In another particular case, the manganese peroxidase (MnP) activity in 50 mM tartrate buffer (pH 3, 25 ° C) can be measured by adding 100 μM H 2 O 2 to a reaction mixture containing 0.5 μM / ml MnP and 5-200 μM Mn 2 + , is added. The formation of Mn 3+ is recorded spectrophotometrically at 238 nm ( Kmaitisuji et al., 2005 ).

Um festzustellen, ob ein bestimmtes Enzymsystem (wie in Tabelle 1 aufgeführt), welches zur Herstellung eines gewünschten Produkts brauchbar ist, unerwünschte Aktivitäten anderer Enzymsysteme (wie in Tabelle 1 aufgeführt) enthält, die ein unterschiedliches, unerwünschtes Produkt aus dem selben oder einem verschiedenen polymeren Substrat erzeugen, kann ein Test für diese Aktivität durchgeführt werden, indem ein spezifisches polymeres Substrat oder ein künstliches Substrat, wie vorstehend beschrieben, und eines der wie vorstehend beschriebenen Verfahren verwendet wird.Around determine whether a particular enzyme system (as listed in Table 1), which is useful for producing a desired product is unwanted activity of other enzyme systems (as listed in Table 1) containing the different, unwanted product from the same or a different polymeric substrate, can be a test be carried out for this activity by a specific polymeric substrate or artificial Substrate as described above, and one of the above described method is used.

Wird beispielsweise vermutet, dass ein bestimmtes Enzymsystem, welches, wie in Tabelle 1 aufgeführt, Cellulasen enthält, unerwünschte Xylosidaseaktivität (wie in Tabelle 1 aufgeführt) enthält, kann zunächst die primäre Cellulaseaktivität bestimmt werden, indem ein künstliches Cellulosesubstrat verwendet und die Menge an Glucose, die nach Zugabe einer bestimmten Menge des Enzymsystems pro Zeiteinheit freigesetzt wird, bestimmt wird. Ist die Cellulaseaktivität der Zusammensetzung bestimmt, kann die Xylosidaseaktivität der gleichen Enzymaufbereitung bestimmt werden, indem das Enzymsystem mit einem künstlichen Xylansubstrat kontaktiert und anschließend die Menge an Xylose, die durch eine bestimmte Menge des Enzyms pro Zeiteinheit freigesetzt wird, gemessen wird. Durch Messung der relativen Umwandlungsraten in einer bestimmten Zeiteinheit mit einer bestimmten Enzymmenge mit Substraten sowohl für Cellulase als auch Xylosidase können die spezifischen Aktivitäten für jede Substratklasse berechnet werden.Becomes For example, it is suspected that a particular enzyme system, which, as listed in Table 1, contains cellulases, unwanted xylosidase activity (as in Table 1 listed), the primary cellulase activity can be determined by an artificial cellulosic substrate is used and the amount on glucose, after adding a certain amount of the enzyme system is released per unit time is determined. Is the cellulase activity The composition determines the xylosidase activity The same enzyme preparation can be determined by the enzyme system contacted with an artificial xylan substrate and then the amount of xylose produced by a certain amount of the enzyme per Time unit is released, is measured. By measuring the relative Conversion rates in a given time unit with a certain amount of enzyme with substrates for both cellulase and xylosidase can do the specific activities for each substrate class can be calculated.

Geeignete Substrate für die Bestimmung aller in Tabelle 1 aufgeführten enzymatischen Aktivitäten sind in Tabelle 2 aufgeführt.suitable Substrates for the determination of all listed in Table 1 enzymatic activities are listed in Table 2.

Bei einer alternativen Ausführungsform werden zur Bestimmung, ob ein Enzymsystem eine unabhängige Verunreinigung enzymatischer Aktivität enthält, die Komponenten der Präparation mit Verfahren, wie beispielsweise Elektrophorese oder Chromatographie, aufgetrennt. Die einzelnen Bestandteile der Präparation können durch Verwendung spezifischer Verfahren, wie beispielsweise Farbreaktionen oder Detektion von Bestandteilen durch Absorption oder andere, dem Fachmann bekannte Verfahren, bestimmt werden. Die relative prozentuale Verteilung der proteinösen Bestandteile kann unter Verwendung quantitativer Verfahren, wie beispielsweise Densitometrie oder jedes andere gleichwertige, dem Fachmann bekannte Verfahren, in Verbindung mit geeigneten mathematischen Berechnungen bestimmt werden.at an alternative embodiment are used to determine whether an enzyme system is an independent contaminant enzymatic Activity contains the components of the preparation with methods such as electrophoresis or chromatography, separated. The individual components of the preparation can by using specific methods, such as color reactions or detection of components by absorption or others, the Known to those skilled in the art. The relative percentage Distribution of proteinaceous ingredients can be done using quantitative methods, such as densitometry or any other equivalent methods known to those skilled in the art be determined with suitable mathematical calculations.

Bestimmung der ReihenfolgeDetermination of the order

Wahlweise können Verfahren zur Vorbehandlung des polymeren Substrats, wie Heißwasser-Extraktion, Niedrigtemperatur-Dampfexplosion, saure Dampfexplosion, Ammoniak-Dampfexplosion oder Ultraschall angewendet werden, um polymere Substrate physikalisch so zu verändern, dass die Oberflächen-Zugänglichkeit von pflanzlichen Fasern erhöht und die Kristallinität der Cellulosefraktion verringert wird ( Puls et al., 1985 ; Ramos et al., 2005 ; Kinley et al., 2005 ). Vorzugsweise verändern die vorstehend erwähnten Verfahren die physikalischen Eigenschaften des polymeren Rohsubstrats derart, dass das Substrat für nachfolgende enzymatische Schritte besser aufgeschlossen wird, aber entweder nur begrenzte Mengen oder keine chemischen Bausteine freigesetzt werden.Optionally, methods of pretreating the polymeric substrate, such as hot water extraction, low temperature steam explosion, acidic steam explosion, ammonia steam explosion, or ultrasound, can be used to physically alter polymeric substrates to increase the surface accessibility of vegetable fibers and increase the crystallinity of the polymer Cellulose fraction is reduced ( Puls et al., 1985 ; Ramos et al., 2005 ; Kinley et al., 2005 ). Preferably, the above-mentioned methods change the physical properties of the polymeric raw substrate such that the substrate is suitable for subsequent enzymatic better open-minded, but either limited amounts or no chemical building blocks are released.

Wahlweise kann eine Vorbehandlung, wie Heißwasser-Extraktion, Niedrigtemperatur-Dampfexplosion, saure Dampfexplosion, Ammoniak-Dampfexplosion oder Ultraschall eingesetzt werden, um in dem polymeren Rohsubstrat enthaltene lösliche Substanzen zu entfernen, bevor das polymere Rohsubstrat mit einem Enzymsystem kontaktiert wird, um eine Verunreinigung der Produkte des enzymatischen Verfahrensschritts durch in dem Rohsubstrat enthaltene lösliche Substanzen zu vermeiden.Optional can be a pre-treatment, such as hot water extraction, low-temperature steam explosion, acid steam explosion, ammonia steam explosion or ultrasound used to be soluble in the polymeric raw substrate Remove substances before the polymeric raw substrate with an enzyme system is contacted to contamination of the products of the enzymatic Process step by soluble in the raw substrate contained To avoid substances.

Werden zwei oder mehr Verfahrensschritte nacheinander angewendet, hängt die Reihenfolge dieser Verfahrensschritte und daher die Reihenfolge der Zugabe der Enzymgemische, wie in Tabelle 1 beschrieben, von der spezifischen Zusammensetzung des verwendeten polymeren Rohsubstrats ab. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte und Enzymsysteme wird so gewählt, dass Menge und Kosten der katalytischen Enzyme und die Kontaktzeit mit dem Substrat, welche zur Freisetzung der gewünschten Produkte führt, minimiert werden. Zusätzlich gewählte Schritte in dem Verfahren sollten sowohl die Reinheit als auch den Ertrag der aus dem polymeren Substrat freigesetzten monomeren oder oligomeren Reaktionsprodukte optimieren. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte ist daher abhängig von dem Ausgangsmaterial und dem Produkt.Become two or more process steps applied sequentially depends the order of these steps and therefore the order the addition of the enzyme mixtures as described in Table 1 of the specific composition of the polymeric raw substrate used from. The order of process steps and enzyme systems becomes chosen so that the amount and cost of catalytic enzymes and the contact time with the substrate, which releases the desired Products leads, minimized. Additionally selected Steps in the process should include both purity and Yield of the monomers released from the polymeric substrate or Optimize oligomeric reaction products. The order of the process steps is therefore dependent on the starting material and the product.

Die spezifische Reihenfolge der enzymatischen Behandlungen, die zum Abbau eines bestimmten Substrats in seine Bestandteile notwendig ist, kann empirisch bestimmt werden, auch wenn die Zusammensetzung des Substrats unbekannt ist. Es ist daher möglich, das polymere Rohsubstrat in getrennten Behandlungsschritten mit einer Anzahl von Enzymgemischen verschiedener Produkte, wie sie in Tabelle 1 aufgeführt sind, zu zerlegen. Nach jedem der Behandlungsschritte wird die Reinheit und die Zusammensetzung des erhaltenen Produktstroms durch Verwendung dem Fachmann bekannter analytischer Verfahren, umfassend, aber nicht beschränkt auf spektroskopische und chromatographische Verfahren, wie sie vorstehend bei der Analyse der Zusammensetzung des Substrats und der Bestimmung der enzymatischen Aktivität beschrieben wurden, bestimmt.The specific order of enzymatic treatments used for Degradation of a particular substrate into its components necessary is, can be determined empirically, even if the composition of the substrate is unknown. It is therefore possible that polymeric raw substrate in separate treatment steps with a Number of enzyme mixtures of different products, as shown in Table 1 listed, to disassemble. After each of the treatment steps is the purity and composition of the product stream obtained by using analytical methods known to those skilled in the art, including but not limited to spectroscopic and chromatographic procedures, as described above in the analysis the composition of the substrate and the determination of the enzymatic Activity were determined.

Anhand der Ergebnisse dieser Messungen ist es dann möglich, das kinetisch bevorzugte Enzymgemisch auszuwählen, das als erster Behandlungsschritt des Ausgangsmaterials zum reinsten Produktstrom führt. Nach wiederholtem Waschen der unlöslichen Rückstände, die nach dieser bestimmten enzymatischen Behandlung verbleiben, werden die Rückstände mit einem anderen Enzymgemisch behandelt, außer mit dem Enzymgemisch, welches für die erste Behandlung ausgewählt wurde. Bei allen diesen enzymatischen Behandlungen wird die Zusammensetzung des erhaltenen Produkts mit den vorstehend beschriebenen Verfahren bestimmt. Das Enzymgemisch, das zum reinsten Produktstrom führt, wird als zweiter Behandlungsschritt für das bestimmte Substrat ausgewählt. Das nach dem zweiten Verfahrensschritt verbleibende unlösliche Material wird wiederum gründlich gewaschen und abermals mit allen verbleibenden Enzymsystemen getestet, wie vorstehend beschrieben. Dieses Verfahren der analytischen Bestimmung und Auswahl der reinsten Produktströme, die mit jedem der verbleibenden Enzymgemische aus Tabelle 1 erhalten werden, wird wiederholt, bis das Ausgangsmaterial entweder vollständig abgebaut ist oder die unlöslichen Rückstände des Ausgangsmaterials, die nach wiederholten enzymatischen Behandlungen verbleiben, im Vergleich zu den Kosten weiterer Behandlungsmöglichkeiten keinen großen ökonomischen Gewinn mehr erzielen.Based From the results of these measurements it is possible to do that kinetically preferred enzyme mixture to select as first treatment step of the starting material leads to the purest product flow. After repeated washing of the insoluble residues, which remain after this particular enzymatic treatment, The residues are mixed with another enzyme mixture treated, except with the enzyme mixture, which for the first treatment was selected. With all these enzymatic treatments is the composition of the obtained Product determined by the methods described above. The Enzyme mixture, which leads to the purest product flow, is as a second treatment step for the particular substrate selected. The remaining after the second process step insoluble material is again washed thoroughly and again tested with all remaining enzyme systems as above described. This method of analytical determination and selection the purest product streams, with each of the remaining Enzyme mixtures are obtained from Table 1 is repeated until the Starting material is either completely degraded or the insoluble residues of the starting material, which remain after repeated enzymatic treatments, in Comparison to the costs of further treatment options no longer gain much economic profit.

Als weitere Möglichkeit wird die Zusammensetzung des Substrats mit den vorstehend erwähnten analytischen Verfahren bestimmt, bevor die Reihenfolge der enzymatischen Behandlungsmöglichkeiten gewählt wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die einzusetzenden Enzymsysteme und die Reihenfolge ihres Gebrauchs daher bestimmt, indem zunächst das polymere Rohsubstrat analysiert wird.When Another possibility is the composition of the substrate determined by the analytical methods mentioned above, before the order of enzymatic treatment options is selected. According to a preferred embodiment The invention relates to the enzyme systems to be used and the order Their use is therefore determined by first the polymeric Raw substrate is analyzed.

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform richtet sich auf ein Verfahren insbesondere zur Bestimmung der zu verwendenden Enzymsysteme und deren Reihenfolge, wobei das polymere Rohsubstrat

  • (a) zuerst in getrennten enzymatischen Behandlungen mit jedem einer Vielzahl von Enzymsystemen(-gemischen), wie sie in Tabelle 1 aufgeführt sind, behandelt wird;
  • (b) für jede enzymatische Behandlung die definierten monomeren oder oligomeren Bausteine, die aus dem polymeren Rohsubstrat freigesetzt werden, auf Reinheit der definierten monomeren oder polymeren Bausteine untersucht werden, vorzugsweise nach der Abtrennung der (löslichen) definierten monomeren oder oligomeren Bausteine von dem (unlöslichen) polymeren Rohsubstrat;
  • (c) das Enzymsystem, das zur höchsten Reinheit führt, für den ersten enzymatischen Behandlungsschritt gemäß Schritt a) von Anspruch 1 ausgewählt wird;
  • (d) wahlweise die Reihenfolge der Schritte a. bis c. mit dem Rückstand des polymeren Rohsubstrats wiederholt wird, um das Enzymsystem für den folgenden enzymatischen Behandlungsschritt zu bestimmen.
A preferred embodiment of the invention is directed to a method, in particular for determining the enzyme systems to be used and their sequence, wherein the polymeric raw substrate
  • (a) first treated in separate enzymatic treatments with each of a plurality of enzyme systems (mixtures) as listed in Table 1;
  • (B) for each enzymatic treatment, the defined monomeric or oligomeric building blocks released from the polymeric raw substrate are tested for purity of the defined monomeric or polymeric building blocks, preferably after separation of the (soluble) defined monomeric or oligomeric building blocks from the (insoluble ) polymeric raw substrate;
  • (c) selecting the enzyme system which gives the highest purity for the first enzymatic treatment step according to step a) of claim 1;
  • (d) optionally the order of steps a. to c. is repeated with the residue of the polymeric raw substrate to determine the enzyme system for the subsequent enzymatic treatment step.

Nach einer alternativen Ausführungsform werden ausgewählte Enzymgemische, wie sie in Tabelle 1 aufgeführt sind, verwendet, die den Bestandteil des Substrats angreifen, welcher den größten Massenanteil an der Zusammensetzung des Substrats hat. Nach der enzymatischen Behandlung muss die Reinheit des erhaltenen Produktstroms, wie vorstehend bei der analytischen Bestimmung der Bestandteile des Substrats beschrieben, bestimmt werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist es erwünscht, dass die Reinheit so hoch ist, dass mehr als 75 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 95 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 99 Gew.-% des Gesamt-Feststoffgehalts (vorzugsweise der löslichen Fraktion) aus den definierten monomeren oder oligomeren Bausteinen bestehen.To an alternative embodiment will be selected Enzyme mixtures as listed in Table 1 are used, which attack the component of the substrate which has the largest Has a mass fraction of the composition of the substrate. After enzymatic treatment, the purity of the product stream obtained, as above in the analytical determination of the constituents of the substrate described. After a preferred Embodiment, it is desirable that the purity is so high that more than 75% by weight, preferably more than 90% by weight, more preferably more than 95% by weight, more preferably more as 99% by weight of the total solids content (preferably the soluble fraction) consist of the defined monomeric or oligomeric building blocks.

Wenn der enzymatische Abbau des Bestandteils des Substrats mit dem höchsten Massenanteil zu einem reinen Produktstrom (wie vorstehend definiert) führt, kann diese Behandlung als erster Schritt für die Bearbeitung des Substrats angewendet werden. Durch Waschen der erhaltenen unlöslichen Pulpe und anschließende Abtrennung der Partikel von dem Überstand werden die nächsten Verfahrensschritte vorbereitet. Die nach der ersten Behandlung des Substrats verbleibenden Rückstände werden mit spezifischen Enzymsystemen, wie den in Tabelle 1 aufgeführten Enzymsystemen, behandelt, welche den Bestandteil des Substrats angreifen, der den zweitgrößten Massenanteil an der Zusammensetzung des Substrats hat. Der erhaltene Produktstrom muss abermals mit den genannten analytischen Verfahren analysiert werden, um die Produktreinheit zu bestimmen, bevor die ausgewählte enzymatische Behandlung für die zweite enzymatische Behandlung des Substrats ausgewählt werden kann. Die erhaltenen unlöslichen Rückstände aus der zweiten enzymatischen Behandlung werden dann gewaschen und wie vorstehend beschrieben verarbeitet. Durch wiederholte Behandlungen mit den in Tabelle 1 aufgeführten spezifischen Enzymsystemen, welche immer den Bestandteil des Substrats angreifen, der den größten Massenanteil an dem verbleibenden unlöslichen Rückstand des Substrats hat, der durch die vorhergehenden enzymatischen Behandlungszyklen erhalten wird, kann das Substrat schrittweise in die Einheiten seiner Bestandteile abgebaut werden.If the enzymatic degradation of the constituent of the substrate with the highest Mass fraction to a pure product stream (as defined above) This treatment may be the first step for the processing of the substrate can be applied. By washing the obtained insoluble pulp and subsequent Separation of the particles from the supernatant will be the next Prepared process steps. The after the first treatment of the Substrate remaining residues are with specific enzyme systems, such as those listed in Table 1 Enzyme systems treated which attack the constituent of the substrate, the second largest mass fraction of the composition of the substrate. The product stream must again with The analytical methods mentioned are analyzed for product purity to determine before the selected enzymatic treatment selected for the second enzymatic treatment of the substrate can be. The resulting insoluble residues from the second enzymatic treatment are then washed and processed as described above. Through repeated treatments with the specific enzyme systems listed in Table 1, which always attack the component of the substrate which is the largest Mass fraction of the remaining insoluble residue of the substrate obtained by the preceding enzymatic treatment cycles is obtained, the substrate can gradually into the units of his Components are degraded.

Ein weiterer bevorzugter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren insbesondere zur Bestimmung der zu verwendenden Enzymsysteme und ihre Reihenfolge, wobei das polymere Rohsubstrat

  • (a) zunächst in getrennten enzymatischen Behandlungen mit jedem einer Vielzahl von Enzymsystemen(-gemischen), wie sie in Tabelle 1 aufgeführt sind, behandelt wird, um die monomeren oder oligomeren Bausteine zu bestimmen, die den größten Massenanteil an der Zusammensetzung des polymeren Rohsubstrats darstellen;
  • (b) die definierten monomeren oder oligomeren Bausteine, die den größten Massenanteil an dem polymeren Rohsubstrat darstellen, auf Reinheit untersucht werden, vorzugsweise nach der Trennung von dem polymeren Rohsubstrat;
  • (c) falls die bestimmte Reinheit ergibt, dass mehr als 75 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 95 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 99 Gew.-% des Gesamt-Feststoffgehalts aus den definierten monomeren oder oligomeren Bausteinen besteht, das betreffende Enzymsystem für den ersten enzymatischen Behandlungsschritt gemäß Schritt a) von Anspruch 1 ausgewählt wird;
  • (d) falls die nach Schritt b) bestimmte Reinheit niedriger als die nach Schritt c) erforderliche Reinheit ist, die definierten monomeren oder oligomeren Bausteine, die den nächstgrößten Massenanteil an dem polymeren Rohsubstrat darstellen, auf Reinheit untersucht werden, vorzugsweise nach der Abtrennung von dem (unlöslichen) polymeren Rohsubstrat, bis eine Reinheit die Forderungen nach Schritt c) erfüllt und das betreffende Enzymsystem für den ersten enzymatischen Behandlungsschritt gemäß Schritt a) von Anspruch 1 ausgewählt wird;
  • (e) wahlweise die Reihenfolge der Schritte (a) bis (d) mit dem Rückstand des polymeren Rohsubstrats wiederholt wird, um das Enzymsystem zu bestimmen, das bei dem anschließenden enzymatischen Behandlungsschritt eingesetzt wird.
Another preferred aspect of the invention relates to a method, in particular for determining the enzyme systems to be used and their sequence, wherein the polymeric raw substrate
  • (a) first treated in separate enzymatic treatments with each of a plurality of enzyme systems (mixtures) as listed in Table 1 to determine the monomeric or oligomeric building blocks which represent the largest mass fraction of the composition of the polymeric raw substrate ;
  • (b) the defined monomeric or oligomeric building blocks representing the largest mass fraction of the polymeric raw substrate are examined for purity, preferably after separation from the polymeric raw substrate;
  • (c) if the determined purity is greater than 75% by weight, preferably greater than 90% by weight, more preferably greater than 95% by weight, most preferably greater than 99% by weight of the total solids content consists of the defined monomeric or oligomeric building blocks, the enzyme system in question for the first enzymatic treatment step according to step a) of claim 1 is selected;
  • (d) if the purity determined after step b) is lower than the purity required after step c), the defined monomeric or oligomeric building blocks constituting the next largest mass fraction of the polymeric raw substrate are examined for purity, preferably after separation from the latter (insoluble) polymeric raw substrate until a purity meets the requirements of step c) and the enzyme system in question is selected for the first enzymatic treatment step according to step a) of claim 1;
  • (e) optionally repeating the sequence of steps (a) through (d) with the backbone of the bulk polymeric substrate to determine the enzyme system used in the subsequent enzymatic treatment step.

Ein weiterer bevorzugter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren, insbesondere zur Bestimmung der zu verwendenden Enzymsysteme und ihrer Reihenfolge, wobei das polymeren Rohsubstrat

  • (a) zunächst in getrennten enzymatischen Behandlungen mit jedem einer Vielzahl von Enzymsystemen(-gemischen), wie sie in Tabelle 1 aufgeführt sind, behandelt wird, um die enzymatische Behandlung zu bestimmen, welche zum höchsten Ertrag an monomeren oder oligomeren Bausteinen führt, welche in dem polymeren Rohsubstrat enthalten sind;
  • (b) die enzymatischen Behandlungen ausgewählt werden, die zu einem definierten monomeren oder oligomeren Produkt mit einer Reinheit von mehr als 75 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 95 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 99 Gew.-% der Gesamt-Feststoffe führen (vorzugsweise nach der Abtrennung von dem unlöslichen polymeren Rohsubstrat);
  • (c) unter den verbleibenden enzymatischen Behandlungen die Behandlung mit dem höchsten Ertrag an monomeren oder oligomeren Bausteinen bestimmt wird;
  • (d) wahlweise die Reihenfolge der Schritte (a) bis (c) mit dem Rückstand des polymeren Rohsubstrats wiederholt wird, um das Enzymsystem zu bestimmen, das bei dem anschließenden enzymatischen Behandlungsschritt eingesetzt wird.
Another preferred aspect of the invention relates to a method, in particular for determining the enzyme systems to be used and their sequence, wherein the polymeric raw substrate
  • (a) first treated in separate enzymatic treatments with each of a variety of enzyme systems (mixtures) as listed in Table 1 to determine the enzymatic treatment which results in the highest yield of monomeric or oligomeric building blocks found in the polymeric raw substrate are included;
  • (B) the enzymatic treatments which are selected to a defined monomeric or oligomeric product having a purity of more than 75 wt .-%, preferably more than 90 wt .-%, particularly preferably more than 95 wt .-%, particularly preferably more than 99% by weight of the total solids (preferably after separation from the insoluble polymeric feedstock);
  • (c) determining, among the remaining enzymatic treatments, the treatment with the highest yield of monomeric or oligomeric building blocks;
  • (d) optionally repeating the sequence of steps (a) through (c) with the backbone of the polymeric raw substrate to determine the enzyme system used in the subsequent enzymatic treatment step.

Wie vorstehend erwähnt, sollten nach einem bevorzugten Aspekt der Erfindung die eingesetzten Enzymsysteme nur einen geringen Gehalt an verunreinigenden enzymatischen Aktivitäten haben, die andere als die beabsichtigten monomeren oder oligomeren Bausteine aus dem polymeren Rohsubstrat freisetzen, oder vollständig frei davon sein.As mentioned above should, according to a preferred aspect The invention, the enzyme systems used only a small amount to have contaminating enzymatic activities, the other than the intended monomeric or oligomeric building blocks release from the polymeric raw substrate, or completely be free from it.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält das in einem bestimmten enzymatischen Behandlungsschritt eingesetzte Enzymsystem nicht mehr als 50%, vorzugsweise nicht mehr als 20%, besonders bevorzugt nicht mehr als 10%, besonders bevorzugt nicht mehr als 5%, besonders bevorzugt nicht mehr als 2%, besonders bevorzugt nicht mehr als 1% verunreinigender (anderer) enzymatischer Aktivitäten, die nicht in einem vorhergehenden enzymatischen Behandlungsschritt bei Verwendung eines unterschiedlichen Enzymsystems eingesetzt wurden, oder die zur Freisetzung von anderen definierten monomeren oder oligomeren Bausteinen, die nicht in vorhergehenden enzymatischen Behandlungsschritten freigesetzt wurden, führen, oder die, nach einer weiteren Ausführungsform, nur zur Freisetzung von Produkten aus polymeren Substraten führen, die ursprünglich in dem polymeren Ausgangsmaterial nicht im Wesentlichen vorhanden sind. Der Prozentsatz der anderen oder verunreinigenden enzymatischen Aktivitäten in dem Enzymsystem kann wie vorstehend erläutert berechnet werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform bedeutet "im Wesentlichen nicht anwesend" weniger als 20 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 10 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 2 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 1 Gew.-% des gesamten polymeren Substrats.To a preferred embodiment contains the used in a particular enzymatic treatment step Enzyme system not more than 50%, preferably not more than 20%, more preferably not more than 10%, more preferably not more than 5%, more preferably not more than 2%, more preferably not more than 1% of contaminating (other) enzymatic activities, not in a previous enzymatic treatment step were used when using a different enzyme system, or for the release of other defined monomers or oligomeric building blocks that are not in preceding enzymatic Treatment steps have been released, lead, or according to a further embodiment, only for release of products from polymeric substrates that originally not substantially present in the polymeric starting material are. The percentage of other or contaminating enzymatic Activities in the enzyme system can be explained as above be calculated. According to a preferred embodiment "essentially non-present" means less than 20% by weight, preferably less than 10% by weight, preferably less than 5% by weight, preferably less than 2% by weight, preferably less than 1% by weight of the entire polymeric substrate.

Nach einer vorteilhaften und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das bei einem bestimmten enzymatischen Behandlungsschritt eingesetzte Enzymsystem als verunreinigende enzymatische Aktivitäten eine oder mehrere solche enzymatische Aktivitäten, wie sie in einem vorhergehenden enzymatischen Behandlungsschritt unter Verwendung eines unterschiedlichen Enzymsystems eingesetzt wurden, oder, nach einer weiteren Ausführungsform, Enzymsysteme, die nur zur Freisetzung von anderen monomeren oder oligomeren Bausteinen aus polymeren Substraten führen können, die ursprünglich in dem polymeren Rohsubstrat im Wesentlichen nicht vorhanden sind. Mit anderen Worten wurde gefunden, dass, wenn ein bestimmter monomerer oder oligomerer Baustein aus dem polymeren Rohsubstrat zuvor in einem vorhergehenden enzymatischen Behandlungsschritt freigesetzt wurde (oder von Anfang an in dem polymeren Rohsubstrat nicht vorhanden war), es nicht wesentlich ist, dass das in einem anschließenden Schritt verwendete Enzymsystem im Wesentlichen frei von derjenigen enzymatischen Aktivität ist, die als Hauptaktivität in einem der vorhergehenden enzymatischen Behandlungsschritte verwendet wurde. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass weniger reine und daher weniger kostenintensive Enzymsysteme für den zweiten und die nachfolgenden enzymatischen Behandlungsschritte verwendet werden können.To an advantageous and preferred embodiment of Invention contains that at a certain enzymatic Treatment step used enzyme system as contaminating enzymatic activities one or more such enzymatic activities, such as in a previous enzymatic treatment step Using a different enzyme system were used, or, in another embodiment, enzyme systems, the only for the release of other monomeric or oligomeric building blocks can result from polymeric substrates that originally are substantially absent in the raw polymeric substrate. In other words, it was found that when a particular monomeric or oligomeric building block from the polymeric raw substrate previously in released from a previous enzymatic treatment step was (or not present in the polymeric raw substrate from the beginning it was not essential that in a subsequent The step used enzyme system substantially free of those Enzymatic activity is the main activity used in one of the preceding enzymatic treatment steps has been. An advantage of this embodiment is that less pure and therefore less expensive enzyme systems for the second and subsequent enzymatic treatment steps can be used.

In einem spezifischen Fall eines solchen Verfahrens wird die enzymatische Umwandlung von Xylan in Xylose in einem Verfahrensschritt nach der enzymatischen Verarbeitung von Cellulose mit anschließender Entfernung des Produktes Glucose in einem vorhergehenden Verfahrensschritt durchgeführt. Entsprechend können die Enzymgemische in Tabelle 1, die der Verarbeitung von Xylan zu Xylose dienen, auch verunreinigende enzymatische Aktivitäten enthalten, die spezifisch für die Verarbeitung von Cellulose sind.In In a specific case of such a process, the enzymatic Conversion of xylan into xylose in a process step after enzymatic processing of cellulose followed by Removal of the product glucose in a previous process step carried out. Accordingly, the enzyme mixtures in Table 1, which serve to process xylan into xylose, too Contain contaminating enzymatic activities that specific for the processing of cellulose.

Zusätzlich können nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Enzymsysteme, die zur Verarbeitung eines bestimmten Bestandteils des polymeren Rohsubstrats verwendet werden, verunreinigende (andere) enzymatische Aktivitäten enthalten, wenn diese auf bestimmte Reaktions-Zwischenprodukte wirken, die in früheren enzymatischen Reaktionen erhalten wurden, und wenn die Endprodukte identisch sind. Mit anderen Worten betrifft eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren, bei dem das Enzymsystem, das in einem bestimmten enzymatischen Behandlungsschritt verwendet wird, eine enzymatische Hauptaktivität (wie vorstehend beschrieben) und mindestens eine zusätzliche enzymatische Aktivität aufweist, die zu den gleichen definierten monomeren oder oligomeren Bausteinen aus dem polyme ren Rohsubstrat wie die enzymatische Hauptaktivität des Enzymsystems führt, insbesondere ausgehend von einem unterschiedlichen polymeren Substrat, das in dem polymeren Rohsubstrat vorhanden ist.additionally can according to another preferred embodiment of the invention Enzyme systems used to process a particular Component of the polymeric raw substrate can be used contaminating contain (other) enzymatic activities, if these act on certain reaction intermediates that in earlier enzymatic reactions were obtained, and when the final products are identical. In other words, another preferred Embodiment of the invention A method in which the enzyme system, used in a particular enzymatic treatment step becomes, a main enzymatic activity (as above described) and at least one additional enzymatic Has activity leading to the same defined monomers or oligomeric building blocks from the polymer raw substrate such as leading enzymatic activity of the enzyme system, in particular starting from a different polymeric substrate, which is present in the polymeric raw substrate.

In einem bestimmten Fall enthält das polymere Rohsubstrat sowohl Cellulose und Stärke (Amylose), und das Zielprodukt in dem betreffenden Verfahrensschritt ist Glucose. Hier kann die Verunreinigung eines Enzymgemischs, welches in Tabelle 1 für die Umwandlung von Cellulose (Cellulaseaktivität) mit begleitenden Nebenaktivitäten für die Umwandlung von Stärke (Amylaseaktivität) aufgeführt ist, toleriert werden. Das Enzymsystem darf daher keine anderen Enzymaktivitäten oberhalb eines bestimmten Verhältnisses, außer Amylaseaktivitäten, enthalten. Hier können sich die Edukte für die unterschiedlichen enzymatischen Reaktionen unterscheiden, aber das Produkt ist in beiden Fällen Glucose.In one particular case, the crude polymeric substrate contains both cellulose and starch (amylose) and the target product in the process step concerned is glucose. Here, the contamination of an enzyme mixture listed in Table 1 for the conversion of cellulose (cellulase activity) with accompanying side activities for the conversion of starch (amylase activity) can be tolerated. The enzyme system must therefore not have any other enzyme activities above a certain ratio, except amylase activities included. Here, the starting materials may differ for the different enzymatic reactions, but the product is glucose in both cases.

In dem bevorzugten Fall müssen die angewendeten Enzymgemische im Wesentlichen frei von spezifischen Enzymaktivitäten sein, die eine Verunreinigung des erhaltenen Produktstroms bewirken könnten.In In the preferred case, the enzyme mixtures used must be essentially free of specific enzyme activities be that cause contamination of the product stream obtained could.

In einem weiteren spezifischen Fall ist Glucose das Zielprodukt, das polymere Rohsubstrat enthält Cellulose als polymeres Substrat (z. B. Weizenstroh), und es wird ein Enzymgemisch von Cellulasen eingesetzt. Brauchbare Enzymgemische sind in Tabelle 1 angeführt. Derartige Cellulasegemische können in Verbindung mit β-Glycosidasen, Glucohydrolasen und alpha- oder beta-Amylasen eingesetzt werden, wie in Tabelle 1 aufgelistet, um die Cellulosefraktion des polymeren Rohsubstrats in monomere Glucoseeinheiten umzuwandeln. Um einen reinen Produktstrom an Glucose zu erhalten, muss das der Cellulosefraktion zugesetzte Enzymgemisch frei von jeglicher Hemicellulaseaktivität sein, welche umfasst, ohne darauf beschränkt zu sein, Enzymaktivitäten der Arabinofu ranosidase, Arabinase, Galactosidase, Mannanase, Mannanosidase, Xylanase und Xylosidase. Bei diesem enzymatischen Verfahren wird die polymere Cellulose in lösliche Glucoseeinheiten umgewandelt, welche physikalisch von dem unlöslichen Ausgangsmaterial getrennt werden kann, wie vorstehend beschrieben ist. Das verbleibende unlösliche Material kann weiter verarbeitet werden, um verschiedene Pentosezucker aus der Hemicellulosefraktion zu erzeugen.In In another specific case, glucose is the target product, the polymeric raw substrate contains cellulose as a polymeric substrate (eg wheat straw) and it becomes an enzyme mixture of cellulases used. Useful enzyme mixtures are listed in Table 1. Such cellulase mixtures may be used in conjunction with β-glycosidases, Glucohydrolasen and alpha or beta-amylases are used, as listed in Table 1 to the cellulose fraction of the polymeric Convert crude substrates into monomeric glucose units. To one To obtain pure product flow of glucose, that of the cellulose fraction added enzyme mixture free of any hemicellulase activity which includes, but is not limited to, enzyme activities arabinofuranosidase, arabinase, galactosidase, mannanase, mannanosidase, Xylanase and xylosidase. In this enzymatic process is the polymeric cellulose is converted into soluble glucose units, which physically from the insoluble starting material can be separated as described above. The remaining one Insoluble material can be further processed to to produce various pentose sugars from the hemicellulose fraction.

In einem weiteren spezifischen Fall sind Arabinose und Xylose die Zielprodukte, das polymere Rohsubstrat enthält polymere Substrate, u. a. heterogene Hemicellulosepolymere wie Arabinoxylan, und es wird ein Enzymgemisch, welches in Tabelle 1 zur Umwandlung und Mobilisation von verzweigten Arabinoseeinheiten angeführt ist, zuerst eingesetzt. Anschließend werden die löslichen Arabinoseeinheiten von dem verbleibenden unlöslichen Substrat getrennt, bevor ein zweites Enzymgemisch, welches in Tabelle 1 zur Mobilisation der in Xylanpolymeren enthaltenen Xyloseeinheiten angeführt ist, eingesetzt. Die löslichen Xyloseeinheiten werden dann ebenfalls von dem verbleibenden unlöslichen Substrat abgetrennt.In In another specific case, arabinose and xylose are the target products, the polymeric raw substrate contains polymeric substrates, u. a. heterogeneous hemicellulose polymers such as arabinoxylan, and it becomes Enzyme mixture, which in Table 1 for conversion and mobilization of branched arabinose units, first used. Subsequently, the soluble Arabinose units from the remaining insoluble substrate separated before a second enzyme mixture, which in Table 1 to Mobilization of xylose units contained in xylan polymers is used. The soluble xylose units then become also separated from the remaining insoluble substrate.

Enzymatische Verfahrensschritte können mit physikalisch-chemischen Verfahrensschritten kombiniert werden. Solche physikalisch-chemischen Verfahrensschritte können entweder unselektiv sein, um Bestandteile mit geringem kommerziellen Wert zu extrahieren, die anderenfalls hochwertige Produktströme aus dem Verfahren verunreinigen würden. Nach einer Ausführungsform werden daher ein oder mehrere physikalisch-chemische Verfahrensschritte durchgeführt, um definierte Bestandteile zu extrahieren oder anders zu entfernen. Alternativ können selektive physikalisch-chemische Verfahrensschritte verwendet werden, die beim Aufschluss individueller chemischer Bestandteilen des polymeren Rohsubstrats eine vergleichbare Selektivität zu enzymatischen Verfahrensschritten bereitstellen. Nach einer Ausführungsform werden daher ein oder mehrere physikalisch-chemische Verfahrensschritte verwendet, um die Selektivität nachfolgender enzymatischer Behandlungsschritte zu erhöhen. Beispiele solcher Verfahrensschritte sind der Aufschluss der Ligninfraktion von LCB durch organische Lösungsmittel, wie Ethanol oder Glycerin ( Itoh et al., 2003 ; Demirbas, A., 1998 ). Diese einzelnen Verfahrensschritte und Bedingungen sind dem Fachmann bekannt. In einer zusätzlichen Alternative werden die beschriebenen unselektiven physikalisch-chemischen Verfahrensschritte auf unlösliche Rückstände angewendet, die in vorhergehenden selektiven Verfahrensschritten von Verunreinigungen befreit wurden. Ein Beispiel für einen derartigen Verfahrensschritt ist die vollständige Hydrolyse der Proteinfraktion durch Säurebehandlung nach selektivem Aufschluss der Hemicellulose-, Cellulose- und Ligninfraktionen von LCB durch die vorstehenden selektiven Verfahrensschritte.Enzymatic process steps can be combined with physico-chemical process steps. Such physico-chemical process steps may be either nonselective to extract low commercial value ingredients which would otherwise contaminate high quality product streams from the process. In one embodiment, therefore, one or more physicochemical process steps are performed to extract or otherwise remove defined constituents. Alternatively, selective physico-chemical process steps can be used, which provide a comparable selectivity to enzymatic process steps in the digestion of individual chemical constituents of the polymer raw substrate. According to one embodiment, therefore, one or more physico-chemical process steps are used to increase the selectivity of subsequent enzymatic treatment steps. Examples of such process steps are the digestion of the lignin fraction of LCB by organic solvents, such as ethanol or glycerol ( Itoh et al., 2003 ; Demirbas, A., 1998 ). These individual process steps and conditions are known to the person skilled in the art. In an additional alternative, the nonselective physico-chemical process steps described are applied to insoluble residues which have been freed of impurities in previous selective process steps. An example of such a process step is the complete hydrolysis of the protein fraction by acid treatment after selective digestion of the hemicellulose, cellulose and lignin fractions of LCB by the above selective process steps.

Ein weiteres spezifisches Beispiel für eine Ausführungsform der Erfindung ist in 1 gezeigt. 1 zeigt daher ein Fließdiagramm für die schrittweise enzymatische Verarbeitung von LCB.Another specific example of an embodiment of the invention is shown in FIG 1 shown. 1 therefore, shows a flow chart for the stepwise enzymatic processing of LCB.

Bei der in 1 gezeigten Darstellung der Verarbeitung eines Substrats mit hohem Gehalt an Cellulose, Hemicellulose und Lignin und mit geringen Mengen an Proteinen und Lipiden, wie Weizenstroh, Maisstroh oder Weichholz, wird der Aufschluss der verschiedenen Pentosebestandteile, die in der Hemicellulosefraktion enthalten sind, durch schrittweise Behandlung mit Xylanase-, Arabinase- und Mannase-Enzymen erreicht, welche spezifisch Xylose-, Arabinose- bzw. Mannosezucker freisetzen. Geeignete Enzyme und Verfahrensbedingungen, um optimale Verfahrensbedingungen für die Enzyme bereit zu stellen, sind dem Fachmann bekannt. Die lösliche Fraktion wird nach jedem Verfahrensschritt entfernt und die unlöslichen Bestandteile mit dem nachfolgenden Enzym behandelt. Nach der Verarbeitung der Pentosefraktion wird ein ähnlicher Verfahrensschritt angeschlossen, um Cellulose in Glucose umzuwandeln, indem ein Gemisch von Exo- und Endocellulasen, wahlweise in Kombination mit Cellobiase oder β-Glucosidase verwendet wird, um Glucose und Cellobiose aus der Cellulosefraktion des LCB-Substrats freizusetzen. Diese löslichen Reaktionsprodukte werden mit dem Überstand aus dem Reaktionsgemisch entfernt. In ähnlicher Weise wird die in der unlöslichen Phase verbleibende Ligninfraktion in ihre verschiedenen phenolischen Bausteine unter Verwendung spezifischer Enzymsysteme umgesetzt, wie beispielsweise durch Laccasen und Ligninperoxidasen. Diese phenolischen und oligophenolischen Verbindungen werden dann mit dem Überstand oder durch Lösungsmittelextraktion aus dem Reaktionsgemisch extrahiert. Die Bedingungen zur Durchführung dieses Verfahrensschritts sind dem Fachmann bekannt. Jedes der einzelnen Produkte, die bei der enzymatischen Umwandlung von Hemicellulose, Cellulose oder Lignin oder anderen LCB-Bestandteilen entstehen, kann nach jeder aufeinander folgenden Enzymanwendung isoliert werden (siehe 1). Die erhaltenen, im Wesentlichen reinen chemischen Bausteine an phenolischen Substanzen, Pentose- und Hexosezuckern können dann zu hochwertigen kommerziellen Produkten weiter verarbeitet werden (siehe 1). Im Allgemeinen werden nach einer Ausführungsform die definierten monomeren oder oligomeren Bausteine, die aus dem polymeren Rohsubstrat freigesetzt werden, aufgereinigt und wahlweise weiter verarbeitet.At the in 1 The illustration of the processing of a substrate with high content of cellulose, hemicellulose and lignin and with small amounts of proteins and lipids, such as wheat straw, maize straw or softwood, is the digestion of the various pentose constituents contained in the hemicellulose fraction by stepwise treatment with xylanase Achieved, arabinase and mannase enzymes which specifically release xylose, arabinose or mannose sugar. Suitable enzymes and process conditions to provide optimal process conditions for the enzymes are known to those skilled in the art. The soluble fraction is removed after each step and the insoluble constituents are treated with the subsequent enzyme. Following processing of the pentose fraction, a similar process step is followed to convert cellulose to glucose by using a mixture of exo- and endocellulases, optionally in combination with cellobiase or β-glucosidase, to liberate glucose and cellobiose from the cellulosic fraction of the LCB substrate , These soluble reaction products are removed from the reaction mixture with the supernatant. Similarly, in the insoluble Phase remaining lignin fraction into its various phenolic building blocks using specific enzyme systems, such as by laccases and lignin peroxidases. These phenolic and oligophenolic compounds are then extracted from the reaction mixture with the supernatant or by solvent extraction. The conditions for carrying out this process step are known to the person skilled in the art. Each of the individual products resulting from the enzymatic conversion of hemicellulose, cellulose or lignin or other LCB components can be isolated after each successive enzyme application (see 1 ). The resulting, essentially pure chemical building blocks of phenolic substances, pentose and hexose sugars can then be further processed into high-quality commercial products (see 1 ). In general, in one embodiment, the defined monomeric or oligomeric building blocks released from the polymeric feedstock are purified and optionally further processed.

In einer weiteren Darstellung werden landwirtschaftliche Rückstände, die reich an Proteinen und Lipiden sind, wie Rückstände aus der Produktion von Rapskeim-, Sonnenblumen- oder Olivenölen, anschließend mit den vorstehenden Hemicellulasen und Cellulasen und wahlweise Pektinasen kontaktiert, gefolgt von einer Kontaktierung der Rückstände dieser Verfahrensschritte mit einer unspezifischen Protease. Solche unspezifischen Proteasen sind dem Fachmann bekannt und können in großem Maßstab hergestellt werden. Die Proteasebehandlung löst Aminosäuren und Peptide aus dem komplexen Ausgangsmaterial. Diese Aminosäuren und Peptide können anschließend als Gemisch verwendet oder durch dem Fachmann bekannte Verfahren in individuelle Substanzen getrennt werden.In another illustration will be agricultural residues, which are rich in proteins and lipids, such as residues from the production of rapeseed, sunflower or olive oils, subsequently with the above hemicellulases and cellulases and optionally contacting pectinases, followed by contacting the residues of these process steps with a non-specific protease. Such non-specific proteases are the Skilled in the art and can be scaled up getting produced. The protease treatment dissolves amino acids and peptides from the complex starting material. These amino acids and Peptides can then be used as a mixture or by methods known in the art into individual substances be separated.

In einem Fall sind die Zielprodukte Arabinose, Xylose, Glucose, Oligophenylpropanoide, Monolignole und/oder monophenolische Substanzen, und diese Produkte werden durch sequentielle enzymatische Umwandlung des polymeren Rohsubstrats Weizenstroh in seine Bestandteile hergestellt.In In one case, the target products are arabinose, xylose, glucose, oligophenylpropanoids, Monolignole and / or monophenolic substances, and these products be by sequential enzymatic conversion of the polymeric Raw substrates made of wheat straw into its components.

Im ersten Schritt eines solchen schrittweisen Verfahrens wird fein gemahlenes Weizenstroh (1 kg Gewicht, 0,2 μm) mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 5 Gew.-% in einen Stahlbehälter gebracht. Es werden mindestens 2 l Wasser zugesetzt und mit dem Substrat vermischt. Die erhaltene Slurry wird 4 h bei Raumtemperatur eingeweicht. Überschüssige Flüssigkeit wird bis auf etwa 200 ml der Lösung entfernt. Der Behälter wird abgedichtet und bei 10 bar Druck 1 h auf 121°C in einem herkömmlichen Autoklavensystem zur Sterilisierung erhitzt ( Puls et al., 1985 ; Harms, 1989 , Foody et al., 1998 ). Der Druck im Behälter wird schnell abgelassen und der Inhalt auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Unter diesen Bedingungen nimmt der Polymerisationsgrad der Bestandteile des Substrats ab, aber nur eine kleine Fraktion seiner Bestandteile wird in löslicher Form freigesetzt. Die erhaltene flüssige Phase (enthaltend Salze und kleine Mengen verschiedener löslicher Bestandteile) und die unlösliche Phase (enthaltend unlösliche polymere Substrate, wie Cellulose, Hemicellulose und Lignin) wird durch Filtration, Sieben oder Zentrifugation getrennt, und die unlösliche Phase wird weiter verarbeitet.In the first step of such a stepwise process, finely ground wheat straw (1 kg weight, 0.2 μm) having a moisture content of about 5% by weight is placed in a steel container. At least 2 liters of water are added and mixed with the substrate. The resulting slurry is soaked for 4 hours at room temperature. Excess liquid is removed to about 200 ml of the solution. The container is sealed and heated at 10 bar pressure for 1 h at 121 ° C in a conventional autoclave system for sterilization ( Puls et al., 1985 ; Harms, 1989 . Foody et al., 1998 ). The pressure in the container is drained quickly and the contents allowed to cool to room temperature. Under these conditions, the degree of polymerization of the constituents of the substrate decreases, but only a small fraction of its constituents is released in soluble form. The resulting liquid phase (containing salts and small amounts of various soluble constituents) and the insoluble phase (containing insoluble polymeric substrates such as cellulose, hemicellulose and lignin) is separated by filtration, sieving or centrifugation, and the insoluble phase is further processed.

Im nächsten Schritt wird ein Gemisch von alpha-L-Arabinofuranosidasen eingesetzt, um die in der unlöslichen Hemicellulosefraktion enthaltenen Arabinosebestandteile freizusetzen. Alle der nachstehend beschriebenen Reaktionen werden über 24 h bei einem Minimum von 40°C in 50 mM Phosphatpuffer mit einem pH-Wert von 5–7 durchgeführt. 0,08–1 g GH51 alpha-L-Arabinofuranosidase aus Clostridium thermocellum/kg Ausgangsmaterial werden zugesetzt, um die alpha-1,2/1,3-Arabinofuranosylgruppen von Arabinan und Xylan zu hydrolysieren ( Taylor et al., 2006 ). Anschließend werden 0,08–1 g GH43 alpha-L-Arabinofuranosidase aus Humicola insolens/kg Ausgangsmaterial zugesetzt, um die alpha-1,5-Arabinofuranosyleinheiten zu hydrolysieren ( Sorensen et al., 2006 ). Aufgrund der Spezifität des Enzymgemischs enthält die resultierende flüssige Phase hauptsächlich Arabinose. Die freigesetzten und löslichen Arabinoseeinheiten werden von der unlöslichen Pulpe durch Filtration oder Zentrifugation abgetrennt. Die verbleibende unlösliche Fraktion wird zur weiteren Verarbeitung zurück behalten.In the next step, a mixture of alpha-L-arabinofuranosidases is used to liberate the arabinose components contained in the insoluble hemicellulose fraction. All of the reactions described below are performed for 24 hours at a minimum of 40 ° C in 50 mM phosphate buffer of pH 5-7. 0.08-1 g of GH51 alpha-L-arabinofuranosidase from Clostridium thermocellum / kg of starting material is added to hydrolyze the alpha-1,2 / 1,3-arabinofuranosyl groups of arabinan and xylan ( Taylor et al., 2006 ). Subsequently, 0.08-1 g of GH43 alpha-L-arabinofuranosidase from Humicola insolens / kg stock is added to hydrolyze the alpha-1,5-arabinofuranosyl units ( Sorensen et al., 2006 ). Due to the specificity of the enzyme mixture, the resulting liquid phase contains mainly arabinose. The liberated and soluble arabinose units are separated from the insoluble pulp by filtration or centrifugation. The remaining insoluble fraction is retained for further processing.

Im nächsten Schritt wird ein Gemisch von Xylanasen und Xylosidasen eingesetzt, um die unlöslichen Xylanbestandteile in lösliche Xyloseeinheiten umzusetzen. Alle diese Reaktionen werden über 24 h bei einem Minimum von 40°C in 50 mM Phosphatpuffer mit einem pH-Wert von 5–7 durchgeführt. 0,08–1 g endo-1,4-beta-Xylanase (GH 10 oder 11) aus Humicola insolens/kg Ausgangsmaterial und 0,08–1 g beta-Xylosidase (GH 3) aus Trichoderma reesei/kg Ausgangsmaterial werden zugesetzt, um Xylo-Oligosaccharide bzw. Xylanoseeinheiten freizusetzen. Aufgrund der Spezifität des Enzymgemischs enthält die resultierende flüssige Phase hauptsächlich Xylose. Die lösliche Xylose wird von der unlöslichen Pulpe durch Filtration oder Zentrifugation getrennt.in the The next step is a mixture of xylanases and xylosidases used to make the insoluble xylan components soluble Implement xylose units. All these reactions are over 24 h at a minimum of 40 ° C in 50 mM phosphate buffer with a pH of 5-7. 0.08-1 g endo-1,4-beta-xylanase (GH 10 or 11) from Humicola insolens / kg Starting material and 0.08-1 g of beta-xylosidase (GH 3) Trichoderma reesei / kg of starting material are added to xylo-oligosaccharides or xylanose units release. Due to the specificity the enzyme mixture contains the resulting liquid Phase mainly xylose. The soluble xylose is separated from the insoluble pulp by filtration or centrifugation.

Im nächsten Schritt werden die unlöslichen Bestandteile mit einem optimierten Enzymgemisch, enthaltend Endo- und Exocellulasen, versetzt, um die in der Hemicellulose- und Cellulosefraktion verbleibenden Hexosezucker zu mobilisieren. Alle Reaktionen werden über 16 h bei einem Minimum von 50°C in 50 mM Natriumacetatpuffer (pH 5–6) durchgeführt. Gemische von jeweils 0,005–1 g 1,4-beta-Endoglucanasen (Cel5A, Cel7B, Cel12A, Cel61A) und 1,4-beta-Cellobiohydrolasen (Cel7A, Cel6A) aus Trichoderma reesei/kg unlöslichem Ausgangsmaterial werden zugesetzt, um die Hexosezucker zu mobilisieren ( Irwin et al., 1993 ; Kim et al., 1998 ).In the next step, the insoluble constituents with an optimized enzyme mixture, ent holding endo and exocellulases, to mobilize the hexose sugars remaining in the hemicellulose and cellulose fraction. All reactions are performed for 16 h at a minimum of 50 ° C in 50 mM sodium acetate buffer (pH 5-6). Mixtures of each of 0.005-1 g of 1,4-beta-endoglucanases (Cel5A, Cel7B, Cel12A, Cel61A) and 1,4-beta-cellobiohydrolases (Cel7A, Cel6A) from Trichoderma reesei / kg of insoluble starting material are added to increase the hexose sugars mobilize ( Irwin et al., 1993 ; Kim et al., 1998 ).

Die Effizienz und Kinetik der Umwandlung von Cellulose in monomere Zuckereinheiten kann wahlweise durch Zugabe von 0,0005–0,01 g Cellobiose-Dehydrogenase aus Phanerocaete chrysosporium in Kombination mit 0,05–1 g Ferrocyanid und 0,0005–0,1 g β-Glycosidase (10 Gew. Enzymgemisch) aus Aspergillus niger/kg Ausgangsmaterial ( Igarashi et al., 1998 ; Rosgaard et al., 2006 ) gesteigert werden. Aufgrund der Spezifität des Enzymgemischs enthält die resultierende flüssige Phase hauptsächlich Hexosen, vorwiegend Glucose. Diese werden weiter durch Filtration oder Zentrifugation von den feinen teilchenförmigen Rückständen des verbleibenden Substrats getrennt.The efficiency and kinetics of conversion of cellulose to monomeric sugar units can be optionally achieved by adding 0.0005-0.01 g of cellobiose dehydrogenase from Phanerocaete chrysosporium in combination with 0.05-1 g of ferrocyanide and 0.0005-0.1 g of β Glycosidase (10 wt. Enzyme mixture) from Aspergillus niger / kg starting material ( Igarashi et al., 1998 ; Rosgaard et al., 2006 ). Due to the specificity of the enzyme mixture, the resulting liquid phase contains mainly hexoses, predominantly glucose. These are further separated by filtration or centrifugation from the fine particulate residues of the remaining substrate.

Im nächsten Schritt wird das nach vorhergehenden Enzymbehandlungen verbleibende unlösliche Lignin durch sequentiellen Kontakt mit Ligninperoxidase- und Laccase-Enzymsystemen in seine Bestandteile zerlegt. Die Reaktionen mit Ligninperoxidase werden in einem Minimum von 50 mM Natriumtartrat (pH 3,5) bei einer maximalen Temperatur von 32°C durchgeführt. Hochpolymere unlösliche Lignine werden durch Kontaktieren mit jeweils 0,5–1 g Ligninperoxidase (LIP) aus Phanerocaete chrysosporium/kg Ausgangsmaterial ( Ward et al., 2003 ) oxidativ abgebaut. Um die katalytische Inaktivierung von LIP ( Bildung von Komponente III; Wariishi und Gold, 1990 ) durch einen vorhandenen Überschuss an H2O2 im Reaktionsgemisch zu vermeiden, wird ein H2O2-erzeugendes lösliches enzymatisches System verwendet, um eine kontrollierte und kontinuierliche Umgebung der H2O2-Bildung bereit zu stellen. Es kann die H2O2-Erzeugung durch Glyoxaloxidase (GLOX), ein natürliches Hilfsenzym, welches synergistisch mit Ligninperoxidasen wirkt ( Kersten, 1990 ), eingesetzt werden. Die Reaktion von GLOX benötigt das gleiche Profil an pH, Innenstärke und Temperatur wie für LIP beschrieben. Die Erzeugung von H2O2 wird durch Zugabe von 0,05–1 g GLOX und 0,01–1 g des GLOX-Substrats Methylglyoxal/kg Ausgangsmaterial induziert. Um den oxidativen Abbau von polymerem Lignin durch LIP zu induzieren und zu verstärken, wird Verartylalkohol (3,4-Dimethoxybenzylalkohol) als Redox-Mediator bis zur Vervollständigung zugegeben ( Ferapontova et al., 2006 ). Ein wirksamerer Abbau von unlöslichem Lignin kann durch Zugabe von 2 g Verartylalkohol/kg Substrat ( Barr et al., 1993 ) erreicht werden. Die Hauptreaktionsprodukte des LIPkatalysierten oxidativen Abbaus von unlöslichem Lignin sind Oligophenylpropanoide, während Monolignole nur Nebenbestandteile des Produktgemischs darstellen.In the next step, the insoluble lignin remaining after previous enzyme treatments is broken down into its components by sequential contact with lignin peroxidase and laccase enzyme systems. The reactions with lignin peroxidase are carried out in a minimum of 50 mM sodium tartrate (pH 3.5) at a maximum temperature of 32 ° C. High polymer insoluble lignins are prepared by contacting with in each case 0.5-1 g lignin peroxidase (LIP) from Phanerocaete chrysosporium / kg starting material ( Ward et al., 2003 ) oxidatively degraded. To investigate the catalytic inactivation of LIP ( Formation of component III; Wariishi and Gold, 1990 ) by an excess of H 2 O 2 present in the reaction mixture, an H 2 O 2 -generating soluble enzymatic system is used to provide a controlled and continuous environment of H 2 O 2 formation. It can produce H 2 O 2 produced by glyoxaloxidase (GLOX), a natural adjuvant enzyme that works synergistically with lignin peroxidases ( Kersten, 1990 ) are used. The reaction of GLOX requires the same profile of pH, ionic strength and temperature as described for LIP. The production of H 2 O 2 is induced by the addition of 0.05-1 g GLOX and 0.01-1 g of the GLOX substrate methylglyoxal / kg stock. To induce and enhance the oxidative degradation of polymeric lignin by LIP, verartyl alcohol (3,4-dimethoxybenzyl alcohol) is added as a redox mediator until completion ( Ferapontova et al., 2006 ). More efficient degradation of insoluble lignin can be achieved by adding 2 g of verartyl alcohol / kg of substrate ( Barr et al., 1993 ) can be achieved. The main reaction products of the LIP-catalyzed oxidative degradation of insoluble lignin are oligophenylpropanoids, while monolignols are only minor constituents of the product mixture.

Um die Menge an monophenolischen Substanzen in dem Reaktionsgemisch zu erhöhen, wird das mit LIP erhaltene Produktgemisch weiter mit Laccase umgesetzt ( d'Acunzo et al., 2002 ). Die Reaktion wird über 6 h bei einem Minimum von 40°C in 100 mM Phosphatpuffer mit einem pH-Wert von 5–6 durchgeführt. 0,0004 g Laccase aus Trametes versicolor und 0,0005 g 2,2,6, 6-Tetramethylpiperidin-1-yloxy (TEMPO) werden als Reduktionsmittel/kg Substrat zugesetzt ( Arias et al., 2003 ), um Oligophenole zu monophenolischen Lignineinheiten zu oxidieren. Aufgrund der Spezifität des Enzymgemischs enthält die resultierende flüssige Phase hauptsächlich monophenolische Lignineinheiten. Das erhaltene Produktgemisch wird von der verbleibenden Pulpe durch Membranfiltration und einfache Zentrifugation abgetrennt.In order to increase the amount of monophenolic substances in the reaction mixture, the product mixture obtained with LIP is further reacted with laccase ( d'Acunzo et al., 2002 ). The reaction is carried out for 6 hours at a minimum of 40 ° C in 100 mM phosphate buffer with a pH of 5-6. 0.0004 g of Trametes versicolor laccase and 0.0005 g of 2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yloxy (TEMPO) are added as reducing agent / kg of substrate ( Arias et al., 2003 ) to oxidize oligophenols to monophenolic lignin units. Due to the specificity of the enzyme mixture, the resulting liquid phase contains mainly monophenolic lignin units. The resulting product mixture is separated from the remaining pulp by membrane filtration and simple centrifugation.

Literaturliterature

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Tabelle 1 Enzymsysteme Produkt Polymeres Substrat Enzymaktivität Nummer des Enzymgemischs 1-Acylglycerophosphocholin Phosphatidylcholin Phospholipase 1 1,5-Anhydro-D-fruktose + D-Glucose Alpha-Glucan Exo-alpha-1,4-D-Glucan-Lyase 1 Alkohol + Acetat Xyloglucan Acetylesterase 1 Rhamnogalacturonan Aminosäuren Proteine Protease 1 Arabinose Arabinan Arabinofuranosidase 2, 5 Arabinoxylan Endo-alpha-1,3-L-Arabinanase 1, 3, 4 Xyloglucan Endo-alpha-1,5-L-Arabinanase 1 Exo-alpha-1,3-L-Arabinanase 1, 2, 3 Exo-alpha-1,5-L-Arabinanase 1, 2, 5 Cholin Essigsäureester Acetylcholinesterase 1, 2 Cholinester Cholinesterase 1, 3 D-Xylonat Xylono-1,4-Lacton Xylono-1,4-Lactonase 1 Diacylglycerol Triglyceridester Triacylglycerol-Lipase 1 Fucose Xyloglucan Endo-alpha-1,2-L-Fucosidase 1, 2 Exo-alpha-1,2-L-Fucosidase 1, 2, 3, 4 Pektin Pektinase 1, 3 Galactose Galactan Endo-beta-1,4-D-Galactosidase 1 Galactomannan Exo-beta-1,4-D-Galactosidase 1, 2 Xyloglucan Gallat Digallat Acylglycerollipase 1, 3 Glycerinmonoester von langkettigen Fettsäuren Tannase 1, 2 Glucose Cellulose Cellulase 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 Glucomannan Alpha-Amylase 1, 2, 3, 4, 6 Glucoronoxylan Beta-Amylase 1, 2, 3, 5, 6 Xyloglucan Beta-Glucosidase 1, 2, 3, 4, 6 Cellobiohydrolase I 1, 3, 4, 6, 7 Cellobiohydrolase II 2, 3, 4, 6, 8 Endo-beta-1-4-D-Glucanase 1, 2, 3, 4, 5, 6 Endoglucanase I 1, 2, 4, 6 Endoglucanase II 1, 2, 4, 5, 6 Endoglucanase III 1, 2, 3, 5, 6 Endoglucanase IV 1, 2, 3, 5, 6 Endoglucanase V 1, 3, 4, 6 Endoglucanase VI 1, 3, 4, 6 Endoglucanase VII 1, 3, 4, 6 Exo-beta-1,4-D-Glucanase 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 Glucohydrolase 1, 2, 3, 4, 6 Stärke Alpha-Amylasen 1, 2 Beta-Amylasen 1, 3 Glycerophosphocholin 2-Lysophosphatidylcholin Lysophospholipase 1 L-Arabinonat L-Arabinono-1,4-Lacton L-Arabinonolactonase 1 Langkettige Alkohole Wachsester Wachsester-Hydrolase 1 Langkettige Fettsäuren Langkettige Fettsäureacylethylester Fettsäureacylethylester-Synthase 1 Mannose Galactomannan Beta-1,4-D-Mannosidase 2 Mannan Endo-beta-1,4-D-Mann anase 1 Exo-beta-1,4-D-Mannanase 1, 2, 3 Methanol + Pektat Pektin Pektinesterase 1, 2, 3 Pektindemethoxylase 1 Pektinmethoxylase 1, 2 Oligolignan, Monolignole, phenolische Verbindungen, Oligophenylpropanoide Lignin Laccase(TEMPO) 1, 2, 6 Ligninperoxidase (Veratrylalkohol) + Glyoxaloxidase (primäre Aldehyde oder Methylglyoxal) 1, 3, 4 Manganperoxidase (Mn2+ organische Säuren) 1, 2, 3, 5 Oligopeptide Proteine Aminopeptidase 1, 2, 8 Carboxypeptidase 1, 3, 8 Carboxylproteinase 1, 4 Endopeptidase 1, 4, 5, 6, 7 Exopeptidase 1, 2, 3, 8 Metalloproteinase 1, 5 Serinproteinase 1, 6 Thiolproteinase 1, 7 Oligosaccharide mit endständigen- 4-Deoxy-alpha-D-galact-4-Enuronosyl-Gruppen Alpha-1,4-D-Galacturonan Pektatlyase (alpha-1,4-D-Endopolygalacturonsäure-Lyase) 1 Phytol Chlorophyll Chlorophyllase 1 Ribonucleotides RNA Endoribonuclease 1, 2, 3 Exoribonuclease 1, 2, 4, 5 Ribonuclease 1, 3, 4, 5 Sterol Sterylester Sterolesterase 1, 2 Triterpenolesterase 1, 3 Xylose Arabinoxylan Endo-beta-1,3-D- Xylanase 1, 3, 6 Glucoronoxylan Endo-alpha-1,6-D-Xylosidase 1, 2 Xylan Endo-beta-1,4-D-Xylanase 1, 2, 3 Xyloglucan Exo-alpha-1,6-D Xylanase 1, 2, 7 Exo-beta-1,3-D-Xylanase 1, 3, 5, 6 Exo-beta-1,4-D-Xylanase 1, 2, 3, 4 Xylosidase 1, 2, 3 Beispielhafte Enzymkombinationen für die Erzeugung eines spezifischen Produktes aus einem spezifischen Bestandteil des polymeren Ausgangsmaterials sind einzeln durch Nummern von 1 bis 8 gekennzeichnet. Tabelle 2 Substrat Sigma Kat. Nummer Enzyme Produkt Cellulose C6288 Endocellulase, Exocellulase, β-Glycosidase Glucose Cellodextrine C4642 Endocellulase, Exocellulase, β-Glycosidase Glucose β-Methlylumbelliferyl-Oligosaccharide M6018 Endocellulase, Exocellulase, β-Glycosidase Glucose p-Nitrophenol-Oligosa ccharide N0145 Endocellulase, Exocellulase, β-Glycosidase Glucose CMC C9481 Endocellulase Oligoscaccharide Avicel PH-101 11365 Exocellulase Glucose 4-Nitrophenyl-β-D-Cellobiosid N5759 Glucose und pNP Xylan X4252 Xylanase, Xylanosidase Xylose 4-Nitrophenyl-β-D-Xylopyranosid N2132 Cellulase Xylose und pNP Mannan aus Hefe M7504 Mannanase Mannanosid und Mannose D-Galacto-D-Mannan aus Ceratonia siliqua 48230 Galactase und Mannanase Galactose und Mannose 4-Nitropheny-α-L-Arabinofuranoside N3641 Arabinofucosidase Arabinose und pNP 2,3-Dimethoxybenzylalkohol (Veratrylalkohol) 38700 Ligninperoxidase (LIP) Veratrylalcohol-Radikalkation Lignin, hydrolytisch 371076 Ligninperoxidase (LIP) Phenylpropanoide Lignin, organosolv 371017 Ligninperoxidase (LIP) Phenylpropanoide 2,2'- Azino-bis(3-Ethylbenzo-thiazolin-6-sulfonsäure (ABTS) A1227 Ligninperoxidase (LIP) ABTS-Radikalkation 2,2'-Azino-bis(3-ethylbenzo-thiazolin-6-sulfon säure (ABTS) A1227 Laccase ABTS-Radikalkation Manganchlorid (MnCl2) 416479 Manganperoxidase (MnP) Mn3+-Ion Table 1 Enzyme Systems product Polymeric substrate enzyme activity Number of the enzyme mixture 1-acylglycerophosphocholine phosphatidylcholine phospholipase 1 1,5-anhydro-D-fructose + D-glucose Alpha-glucan Exo-alpha-1,4-D-glucan lyase 1 Alcohol + acetate xyloglucan acetyl 1 rhamnogalacturonan amino acids proteins protease 1 arabinose arabinan arabinofuranosidase 2, 5 arabinoxylan Endo-alpha-1,3-L-arabinanase 1, 3, 4 xyloglucan Endo-alpha-1,5-L-arabinanase 1 Exo-alpha-1,3-L-arabinanase 1, 2, 3 Exo-alpha-1,5-L-arabinanase 1, 2, 5 choline Essigsäureester acetylcholinesterase 1, 2 choline cholinesterase 1, 3 D-xylonate Xylono-1,4-lactone Xylono-1,4-lactonase 1 diacylglycerol triglyceride Triacylglycerol lipase 1 fucose xyloglucan Endo-alpha-1,2-L-fucosidase 1, 2 Exo-alpha-1,2-L-fucosidase 1, 2, 3, 4 pectin pectinase 1, 3 galactose galactan Endo-beta-1,4-D-galactosidase 1 galactomannan Exo-beta-1,4-D-galactosidase 1, 2 xyloglucan gallate digallate Acylglycerollipase 1, 3 Glycerol monoesters of long-chain fatty acids tannase 1, 2 glucose cellulose cellulase 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 glucomannan Alpha-amylase 1, 2, 3, 4, 6 glucoronoxylan Beta-amylase 1, 2, 3, 5, 6 xyloglucan Beta-glucosidase 1, 2, 3, 4, 6 Cellobiohydrolase I 1, 3, 4, 6, 7 Cellobiohydrolase II 2, 3, 4, 6, 8 Endo-beta-1-4-D-glucanase 1, 2, 3, 4, 5, 6 Endoglucanase I 1, 2, 4, 6 Endoglucanase II 1, 2, 4, 5, 6 Endoglucanase III 1, 2, 3, 5, 6 Endoglucanase IV 1, 2, 3, 5, 6 Endoglucanase V 1, 3, 4, 6 Endoglucanase VI 1, 3, 4, 6 Endoglucanase VII 1, 3, 4, 6 Exo-beta-1,4-D-glucanase 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 glucohydrolase 1, 2, 3, 4, 6 Strength Alpha-amylase 1, 2 Beta-amylases 1, 3 Glycerophosphocholine 2-lysophosphatidylcholine lysophospholipase 1 L-arabinonate L-arabinono-1,4-lactone L-Arabinonolactonase 1 Long-chain alcohols wax Sester Wax Sester hydrolase 1 Long-chain fatty acids Long-chain fatty acid ethyl esters Fettsäureacylethylester synthase 1 mannose galactomannan Beta-1,4-D-mannosidase 2 mannan Endo-beta-1,4-D-mannose anase 1 Exo-beta-1,4-D-mannanase 1, 2, 3 Methanol + pectate pectin pectin esterase 1, 2, 3 Pektindemethoxylase 1 Pektinmethoxylase 1, 2 Oligolignan, monolignols, phenolic compounds, oligophenylpropanoids lignin Laccase (TEMPO) 1, 2, 6 Lignin peroxidase (veratryl alcohol) + glyoxal oxidase (primary aldehyde or methylglyoxal) 1, 3, 4 Manganese peroxidase (Mn 2+ organic acids) 1, 2, 3, 5 oligopeptides proteins aminopeptidase 1, 2, 8 carboxypeptidase 1, 3, 8 Carboxylproteinase 1, 4 endopeptidase 1, 4, 5, 6, 7 exopeptidase 1, 2, 3, 8 metalloproteinase 1, 5 serine 1, 6 thiol proteinase 1, 7 Oligosaccharides with terminal 4-deoxy-alpha-D-galact-4-enuronosyl groups Alpha-1,4-D-galacturonan Pectate lyase (alpha-1,4-D-endopolygalacturonic acid lyase) 1 phytol chlorophyll chlorophyllase 1 ribonucleotides RNA endoribonuclease 1, 2, 3 Exoribonuclease 1, 2, 4, 5 ribonuclease 1, 3, 4, 5 sterol steryl sterol esterase 1, 2 Triterpenolesterase 1, 3 xylose arabinoxylan Endo-beta-1,3-D-xylanase 1, 3, 6 glucoronoxylan Endo-alpha-1,6-D-xylosidase 1, 2 xylan Endo-beta-1,4-D-xylanase 1, 2, 3 xyloglucan Exo-alpha-1,6-D xylanase 1, 2, 7 Exo-beta-1,3-D-xylanase 1, 3, 5, 6 Exo-beta-1,4-D-xylanase 1, 2, 3, 4 xylosidase 1, 2, 3 Exemplary enzyme combinations for the production of a specific product from a specific component of the polymeric starting material are identified individually by numbers from 1 to 8. Table 2 substratum Sigma cat. Number enzymes product cellulose C6288 Endocellulase, exocellulase, β-glycosidase glucose cellodextrines C4642 Endocellulase, exocellulase, β-glycosidase glucose β-oligosaccharides Methlylumbelliferyl M6018 Endocellulase, exocellulase, β-glycosidase glucose p-Nitrophenol-Oligosa ccharide N0145 Endocellulase, exocellulase, β-glycosidase glucose CMC C9481 endocellulase Oligoscaccharide Avicel PH-101 11365 exocellulase glucose 4-Nitrophenyl-β-D-cellobioside N5759 Glucose and pNP xylan X4252 Xylanase, xylanosidase xylose 4-Nitrophenyl-β-D-xylopyranoside N2132 cellulase Xylose and pNP Mannan from yeast M7504 mannanase Mannanoside and mannose D-galacto-D-mannan from Ceratonia siliqua 48230 Galactase and mannanase Galactose and mannose 4-nitrophenyl-α-L-arabinofuranoside N3641 Arabinofucosidase Arabinose and pNP 2,3-dimethoxybenzyl alcohol (veratryl alcohol) 38700 Lignin peroxidase (LIP) Veratrylalcohol radical cation Lignin, hydrolytic 371076 Lignin peroxidase (LIP) phenylpropanoids Lignin, organosolv 371017 Lignin peroxidase (LIP) phenylpropanoids 2,2'-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid (ABTS) A1227 Lignin peroxidase (LIP) ABTS radical cation 2,2'-azino-bis (3-ethylbenzo-thiazoline-6-sulfonic acid (ABTS) A1227 laccase ABTS radical cation Manganese chloride (MnCl 2 ) 416479 Manganese peroxidase (MnP) Mn 3+ ion

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Claims (15)

Verfahren zur enzymatischen Behandlung eines polymeren Rohsubstrats, umfassend die folgenden Schritte: a. Behandlung des polymeren Rohsubstrats mit einem Enzymsystem, um definierte monomere oder oligomere Bausteine aus dem polymeren Rohsubstrat freizusetzen; b. Abtrennung der in Schritt a. erzeugten definierten monomeren oder oligomeren Bausteine von dem Rest des polymeren Rohsubstrats.Process for the enzymatic treatment of a polymeric raw substrate, comprising the following steps: a. Treatment of the polymeric raw substrate with an enzyme system to defined monomeric or oligomeric building blocks from the polymeric raw substrate release; b. Separation of in step a. generated defined monomeric or oligomeric building blocks from the remainder of the polymeric raw substrate. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das in Schritt a. verwendete Enzymsystem nicht mehr als 50%, vorzugsweise nicht mehr als 20%, besonders bevorzugt nicht mehr als 10%, besonders bevorzugt nicht mehr als 5%, besonders bevorzugt nicht mehr als 2%, besonders bevorzugt nicht mehr als 1% anderer enzymatischer Aktivitäten außer der enzymatischen Aktivität enthält, welche die Freisetzung der definierten monomeren oder oligomeren Bausteine aus dem polymeren Rohsubstrat gemäß Schritt a. bewirkt.The method of claim 1, wherein in step a. used enzyme system not more than 50%, preferably not more as 20%, more preferably not more than 10%, particularly preferred not more than 5%, more preferably not more than 2%, especially preferably not more than 1% of other enzymatic activities contains, besides the enzymatic activity, which is the release of the defined monomeric or oligomeric Building blocks from the polymer raw substrate according to step a. causes. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schritte a. und b. ein- oder mehrmals mit verschiedenen Enzymsystemen wiederholt werden, um andere definierte monomere oder oligomere Bausteine aus dem polymeren Rohsubstrat freizusetzen.Method according to one of the preceding claims, wherein steps a. and b. one or more times with different ones Enzyme systems are repeated to other defined monomers or release oligomeric building blocks from the polymeric raw substrate. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die enzymatische Behandlung in einem wässrigen Medium durchgeführt wird, die aus dem polymeren Rohsubstrat freigesetzten definierten monomeren oder oligomeren Bausteine in dem wässrigen Medium löslich sind und die Abtrennung gemäß Schritt b. in dem wässrigen Medium durch Fest/Flüssig-Trennung der löslichen Bausteine von dem unlöslichen polymeren Rohsubstrat durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the enzymatic treatment in an aqueous medium carried out, which released from the polymeric raw substrate defined monomeric or oligomeric building blocks in the aqueous Medium are soluble and the separation according to step b. in the aqueous medium by solid / liquid separation the soluble building blocks of the insoluble polymeric raw substrate is carried out. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die gemäß Schritt a. definierten monomeren oder oligomeren Bausteine ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Glucose, Xylose, Arabinose, Galactose, Mannose, Aminosäuren oder phenolischen Verbindungen oder anderen, in Tabelle 1 aufgelisteten Produkten.Method according to one of the preceding claims, wherein the according to step a. defined monomers or oligomeric building blocks are selected from the group consisting from glucose, xylose, arabinose, galactose, mannose, amino acids or phenolic compounds or other products listed in Table 1. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das bei einem bestimmten enzymatischen Behandlungsschritt verwendete Enzymsystem nicht mehr als 50%, vorzugsweise nicht mehr als 20%, besonders bevorzugt nicht mehr als 10%, besonders bevorzugt nicht mehr als 5%, besonders bevorzugt nicht mehr als 2%, besonders bevorzugt nicht mehr als 1% verunreinigender enzymatischer Aktivitäten, die nicht in einem vorhergehenden enzymatischen Behandlungsschritt bei Verwendung eines unterschiedlichen Enzymsystems eingesetzt wurden, oder die zur Freisetzung von anderen definierten monomeren oder oligomeren Bausteinen, die nicht in vorhergehenden enzymatischen Behandlungsschritten freigesetzt wurden, führen, oder die nur zur Freisetzung von Produkten aus polymeren Substraten führen, die ursprünglich in dem polymeren Ausgangsmaterial nicht im Wesentlichen vorhanden sind.Method according to one of the preceding claims, where at a certain enzymatic treatment step used enzyme system not more than 50%, preferably not more as 20%, more preferably not more than 10%, particularly preferred not more than 5%, more preferably not more than 2%, especially preferably not more than 1% of contaminating enzymatic activities, not in a previous enzymatic treatment step were used when using a different enzyme system, or for the release of other defined monomers or oligomeric building blocks that are not in preceding enzymatic Treatment steps were released, lead, or the only lead to the release of products from polymeric substrates, not originally in the polymeric starting material are essentially present. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das polymere Rohsubstrat Cellulose und Hemicellulose als polymere Substrate umfasst und das bei einem bestimmten enzymatischen Behandlungsschritt verwendete Enzymsystem Cellulaseaktivität, und wahlweise Beta-Glycosidase-, Glucohydrolase- und/oder Alpha- oder Beta-Amylaseaktivität aufweist, aber im Wesentlichen frei von Hemicellulaseaktivität ist.Method according to one of the preceding claims, the polymeric raw substrate being cellulose and hemicellulose being polymeric Includes substrates and that at a certain enzymatic treatment step enzyme system used cellulase activity, and optionally Beta-glycosidase, glucohydrolase and / or alpha or beta-amylase activity but essentially free of hemicellulase activity is. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das bei einem bestimmten enzymatischen Behandlungsschritt verwendete Enzymsystem als verunreinigende enzymatische Aktivitäten eine oder mehrere solche enzymatische Aktivitäten enthält, die in einem vorhergehenden enzymatischen Behandlungsschritt bei Verwendung eines unterschiedlichen Enzymsystems eingesetzt wurden oder die nur zur Freisetzung von Produkten aus polymeren Substraten führen, die ursprünglich in dem polymeren Ausgangsmaterial nicht im Wesentlichen vorhanden sind.Method according to one of the preceding claims, where at a certain enzymatic treatment step used enzyme system as contaminating enzymatic activities contains one or more such enzymatic activities, in a previous enzymatic treatment step Using a different enzyme system were used or only for the release of products from polymeric substrates originally, in the polymeric starting material are not essentially present. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das bei einem bestimmten enzymatischen Behandlungsschritt verwendete Enzymsystem eine erste enzymatische Aktivität aufweist und mindestens eine weitere enzymatische Aktivität hat, welche aus dem polymeren Rohsubstrat die gleichen definierten monomeren oder oligomeren Bausteine wie die erste enzymatische Aktivität des Enzymsystems bewirkt, insbesondere aus einem unterschiedlichen, in dem polymeren Rohsubstrat enthaltenen polymeren Substrat.Method according to one of the preceding claims, where at a certain enzymatic treatment step used enzyme system a first enzymatic activity and at least one further enzymatic activity which has the same defined from the polymeric raw substrate monomeric or oligomeric building blocks such as the first enzymatic activity of the enzyme system, in particular from a different, in the polymeric raw substrate contained polymeric substrate. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das polymere Rohsubstrat vor dem Schritt a. oder vor der Wiederholung des Schritts a. gemäß Anspruch 6 einem selektiven oder nichtselektiven physikalisch-chemischen Behandlungsschritt unterzogen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the polymeric raw substrate prior to step a. or before repeating step a. according to claim 6 a selective or nonselective physi subjected to a chemical-chemical treatment step. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der physikalisch-chemische Behandlungsschritt eine Behandlung mit wässrigen Lösungsmitteln, organischen Lösungsmitteln oder jede Kombination oder jedes Gemisch dieser, vorzugsweise mit Ethanol oder Glycerin, umfasst.The method of claim 10, wherein the physicochemical Treatment step a treatment with aqueous solvents, organic solvents or any combination or any Mixture of these, preferably with ethanol or glycerol. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die einzusetzenden Enzymsysteme und die Reihenfolge ihres Gebrauchs bestimmt wird, indem zunächst das polymere Rohsubstrat analysiert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the enzyme systems to be used and the order of their use is determined by first the polymeric raw substrate is analyzed. Verfahren nach Anspruch 12, wobei, um die einzusetzenden Enzymsysteme und ihre Reihenfolge zu bestimmen, das polymere Rohsubstrat a. zunächst in getrennten enzymatischen Behandlungen mit jedem einer Vielzahl von Enzymsystemen(-gemischen), wie sie in Tabelle 1 aufgeführt sind, behandelt wird; b. für jede enzymatische Behandlung die definierten monomeren oder oligomeren Bausteine, die aus dem polymeren Rohsubstrat freigesetzt werden, nach der Abtrennung der (löslichen) definierten monomeren oder oligomeren Bausteine von dem (unlöslichen) polymeren Rohsubstrat auf Reinheit der definierten monomeren oder polymeren Bausteine geprüft werden; c. das Enzymsystem, welches die höchste Reinheit erzielt, für den ersten enzymatischen Behandlungsschritt gemäß Schritt a. von Anspruch 1 ausgewählt wird; d. wahlweise die Reihenfolge der Schritte a. bis c. mit dem Rückstand des polymeren Rohsubstrats wiederholt wird, um das Enzymsystem zu bestimmen, welches in dem anschließenden enzymatischen Behandlungsschritt verwendet werden soll.A method according to claim 12, wherein in order to be used To determine enzyme systems and their order, the polymeric raw substrate a. first in separate enzymatic treatments with each a variety of enzyme systems (mixtures), as shown in Table 1 are treated; b. For any enzymatic treatment the defined monomeric or oligomeric Building blocks released from the polymeric raw substrate after separation of the (soluble) defined monomers or oligomeric building blocks of the (insoluble) polymer Raw substrate on purity of the defined monomeric or polymeric Blocks are tested; c. the enzyme system which the highest purity achieved, for the first enzymatic Treatment step according to step a. of claim 1 is selected; d. optionally the order of Steps a. to c. with the residue of the polymeric raw substrate is repeated to determine the enzyme system which is in the subsequent enzymatic treatment step used shall be. Verfahren nach Anspruch 12, wobei, um die einzusetzenden Enzymsysteme und ihre Reihenfolge zu bestimmen, das polymere Rohsubstrat a. zunächst in getrennten enzymatischen Behandlungen mit jedem einer Vielzahl von Enzymsystemen(-gemischen), wie sie in Tabelle 1 aufgeführt sind, behandelt wird, um die monomeren oder oligomeren Bausteine zu bestimmen, die den größten Massenanteil an der Zusammensetzung des polymeren Rohsubstrat darstellen; b. die definierten monomeren oder oligomeren Bausteine, die den größten Massenanteil in dem polymeren Rohsubstrat darstellen, nach der Abtrennung von dem polymeren Rohsubstrat auf Reinheit untersucht werden; c. falls die bestimmte Reinheit ergibt, dass mehr als 75 Gew.-% vorzugsweise mehr als 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 95 Gew.-% besonders bevorzugt mehr als 99 Gew.-% des Gesamt-Feststoffgehalts aus den definierten monomeren oder oligomeren Bausteinen besteht, das betreffende Enzymsystem für den ersten enzymatischen Behandlungsschritt gemäß Schritt a. von Anspruch 1 ausgewählt wird; d. falls die nach Schritt b. bestimmte Reinheit niedriger als die nach Schritt c. erforderliche Reinheit ist, die definierten monomeren oder oligomeren Bausteine, die den nächstgrößten Massenanteil an dem polymeren Rohsubstrat darstellen, nach der Abtrennung von dem (unlöslichen) polymeren Rohsubstrat auf Reinheit untersucht werden, bis eine Reinheit die Forderungen nach Schritt c. erfüllt und das betreffende Enzymsystem für den ersten enzymatischen Behandlungsschritt gemäß Schritt a. von Anspruch 1 ausgewählt wird; e. wahlweise die Reihenfolge der Schritte a. bis a. mit dem Rückstand des polymeren Rohsubstrats wiederholt wird, um das Enzymsystem zu bestimmen, das bei dem anschließenden enzymatischen Behandlungsschritt eingesetzt wird.A method according to claim 12, wherein in order to be used To determine enzyme systems and their order, the polymeric raw substrate a. first in separate enzymatic treatments with each a variety of enzyme systems (mixtures), as shown in Table 1, is treated to the monomers or to determine oligomeric building blocks that are the largest Represent mass fraction of the composition of the polymeric raw substrate; b. the defined monomeric or oligomeric building blocks, the largest Represent the mass fraction in the polymeric raw substrate, after separation be examined for purity from the polymeric raw substrate; c. if the certain purity indicates that more than 75% by weight is preferred more than 90% by weight, more preferably more than 95% by weight, especially preferably more than 99 wt .-% of the total solids content of the defined monomeric or oligomeric building blocks, the relevant Enzyme system for the first enzymatic treatment step according to step a. selected from claim 1 becomes; d. if after step b. certain purity lower than the one after step c. required purity is the defined monomeric or oligomeric building blocks, the next largest Represent mass fraction of the polymeric raw substrate, after separation from the (insoluble) polymeric raw substrate to purity be examined until a purity meets the demands for step c. met and the enzyme system for the first enzymatic treatment step according to step a. selected from claim 1; e. optionally the Order of steps a. to a. with the backlog of the polymer raw substrate is repeated to determine the enzyme system, used in the subsequent enzymatic treatment step becomes. Verfahren nach Anspruch 12, wobei, um die einzusetzenden Enzymsysteme und ihre Reihenfolge zu bestimmen, das polymere Rohsubstrat a. zunächst in getrennten enzymatischen Behandlungen mit jedem einer Vielzahl von Enzymsystemen(-gemischen), wie sie in Tabelle 1 aufgeführt sind, behandelt wird, um die enzymatische Behandlung zu bestimmen, welche zum höchsten Ertrag an monomeren oder oligomeren Bausteinen führt, welche in dem polymeren Rohsubstrat enthalten sind; b. die enzymatischen Behandlungen ausgewählt werden, die ein definiertes monomeres oder oligomeres Produkt mit einer Reinheit von mehr als 75 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 95 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 99 Gew.-% der Gesamt-Feststoffe ergeben; c. unter den verbleibenden enzymatischen Behandlungen die Behandlung mit dem höchsten Ertrag an monomeren oder oligomeren Bausteinen bestimmt wird; d. wahlweise die Reihenfolge der Schritte a. bis c. mit dem Rückstand des polymeren Rohsubstrats wiederholt wird, um das Enzymsystem zu bestimmen, das bei dem anschließenden enzymatischen Behandlungsschritt eingesetzt wird.A method according to claim 12, wherein in order to be used To determine enzyme systems and their order, the polymeric raw substrate a. first in separate enzymatic treatments with each a variety of enzyme systems (mixtures), as shown in Table 1, is treated to the enzymatic Treatment to determine which yields the highest monomeric or oligomeric building blocks, which in the polymeric raw substrate are included; b. the enzymatic Treatments are selected which are a defined monomeric or oligomeric product having a purity of more than 75% by weight, preferably more than 90% by weight, more preferably more than 95% Wt .-%, more preferably more than 99 wt .-% of the total solids yield; c. among the remaining enzymatic treatments the treatment with the highest yield of monomeric or is determined oligomeric building blocks; d. optionally the order of steps a. to c. with the residue of the polymeric Raw substrate is repeated to determine the enzyme system, the used in the subsequent enzymatic treatment step becomes.
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