DE102019133445A1 - Additive and process for converting organic substances - Google Patents

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Joachim Pheiffer
Vincent Pascal Pelenc
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    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P1/00—Preparation of compounds or compositions, not provided for in groups C12P3/00 - C12P39/00, by using microorganisms or enzymes

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Additiv sowie ein Verfahren zur Umsetzung organischer Stoffe, insbesondere pflanzliche Fasern umfassender Biomasse, durch mikrobielle und/oder enzymatische Umsetzungsprozesse in einem heterogenen Reaktionsgemisch, insbesondere zum effektiven Abbau und/oder zur Verhinderung des Aufbaus von Schwimmschichten in einem Reaktionsraum.The invention relates to an additive and a method for converting organic substances, in particular biomass comprising vegetable fibers, by microbial and / or enzymatic conversion processes in a heterogeneous reaction mixture, in particular for the effective breakdown and / or for preventing the build-up of floating layers in a reaction space.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Additiv zur Umsetzung organischer Stoffe, insbesondere pflanzliche Fasern umfassender Biomasse, durch mikrobielle und/oder enzymatische Umsetzungsprozesse in einem heterogenen Reaktionsgemisch, insbesondere zum effektiven Abbau und/oder zur Verhinderung des Aufbaus von Schwimmschichten in einem Reaktionsraum, sowie ein Verfahren zur Anwendung des erfindungsgemäßen Additivs.The present invention relates to an additive for converting organic substances, in particular biomass comprising vegetable fibers, through microbial and / or enzymatic conversion processes in a heterogeneous reaction mixture, in particular for effective degradation and / or for preventing the build-up of floating layers in a reaction space, and a method for Use of the additive according to the invention.

Hintergrundbackground

Schwimmschichten stellen in vielen Biogasanlagen, insbesondere Biogasanlagen in der Landwirtschaft, ein Problem dar. Die Ursache für deren Ausbildung ist häufig der Einsatz von Substratmischungen, mit anderen Worten Mischungen organischer Stoffe in Form von Biomasse, für deren Verwertung viele der bestehenden Anlagen nicht ausgelegt sind. Wurden bis vor wenigen Jahren hauptsächlich Mais, als nachwachsender Rohstoff, und/oder Gülle verwertet, werden heute aus wirtschaftlichen Gründen zunehmend Ganzpflanzensilagen, Grassilage sowie organische Abfallstoffe, z.B. Mist und Stroh, verwendet. Diese Substrate sind faser- und ligninreich. Außerdem verfügen sie je nach Reifegrad bzw. Wachstumsstadium der Pflanzen über hydrophobe Wachsschichten, die eine Durchmischung des Fermenterinhaltes, also des heterogenen Reaktionsgemisches, zusätzlich erschweren. In einem schlecht durchmischten Biogasreaktor bzw. dessen Reaktionsraum führen die sich natürlich bildenden Gasbläschen dazu, dass Substratbestandteile an die Oberfläche gehoben werden und eine Schwimmschicht ausgebildet wird.Floating layers pose a problem in many biogas plants, especially biogas plants in agriculture. The cause of their formation is often the use of substrate mixtures, in other words mixtures of organic substances in the form of biomass, for which many of the existing plants are not designed. Until a few years ago, mainly maize, as a renewable raw material, and / or liquid manure were used, today, for economic reasons, more and more whole-plant silage, grass silage and organic waste, e.g. Manure and straw, used. These substrates are rich in fibers and lignin. In addition, depending on the degree of ripeness or growth stage of the plants, they have hydrophobic wax layers that make it more difficult to mix the fermenter contents, i.e. the heterogeneous reaction mixture. In a poorly mixed biogas reactor or its reaction chamber, the naturally forming gas bubbles lead to substrate constituents being lifted to the surface and a floating layer being formed.

Es ist grundsätzlich bekannt, dass das Zugeben von Additiven die Bildung von Schwimmschichten verhindern kann und/oder Schwimmschichten durch die Zugabe von Additiven weitgehend auflösbar sind. Dabei ist die stoffliche Zusammensetzung des Additivs von wesentlicher Bedeutung für den Erfolg dieser Maßnahme.It is known in principle that adding additives can prevent the formation of floating layers and / or floating layers can be largely dissolved by adding additives. The material composition of the additive is of essential importance for the success of this measure.

Die zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Additiv sowie ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche effektiv die Umsetzung organischer Stoffe, insbesondere pflanzliche Fasern umfassender Biomasse, durch mikrobielle und/oder enzymatische Umsetzungsprozesse in einem heterogenen Reaktionsgemisch unterstützen und in der Lage sind, Schwimmschichten abzubauen und/oder deren Ausbildung zu verhindern.The task to be solved is to provide an additive and a method which effectively support the conversion of organic substances, in particular biomass comprising vegetable fibers, through microbial and / or enzymatic conversion processes in a heterogeneous reaction mixture and which are able to break down floating layers and / or prevent their training.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Additiv gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Anwendung des Additivs gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Additivs werden in den Unteransprüchen 2-7 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens werden in den Unteransprüchen 9 und 10 sowie den Beispielen der vorliegenden Beschreibung dargelegt.The object is achieved by an additive according to the invention according to claim 1 and a method for using the additive according to claim 8. Advantageous embodiments of the additive are given in dependent claims 2-7. Advantageous embodiments of the method are set out in the dependent claims 9 and 10 and the examples of the present description.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Additiv zur Umsetzung organischer Stoffe, insbesondere pflanzliche Fasern umfassender Biomasse, durch mikrobielle und/oder enzymatische Umsetzungsprozesse in einem heterogenen Reaktionsgemisch, insbesondere zum effektiven Abbau und/oder zur Verhinderung des Aufbaus von Schwimmschichten in einem Reaktionsraum.A first aspect of the invention relates to an additive for converting organic substances, in particular biomass comprising vegetable fibers, through microbial and / or enzymatic conversion processes in a heterogeneous reaction mixture, in particular for the effective breakdown and / or for preventing the build-up of floating layers in a reaction space.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umsetzung organischer Stoffe, insbesondere zur Umsetzung organischer Stoffe, durch mikrobielle und/oder enzymatische Umsetzungsprozesse in einem heterogenen Reaktionsgemisch, welches pflanzliche Fasern umfassende Biomasse umfasst, insbesondere zum effektiven Abbau und/oder zur Verhinderung des Aufbaus von Schwimmschichten in einem Reaktionsraum mittels eines Additivs gemäß des ersten Aspekts der Erfindung.Another aspect of the invention relates to a method for converting organic substances, in particular for converting organic substances, through microbial and / or enzymatic conversion processes in a heterogeneous reaction mixture which comprises biomass comprising vegetable fibers, in particular for effective degradation and / or for preventing the build-up of Floating layers in a reaction space by means of an additive according to the first aspect of the invention.

Definitionen und BegriffeDefinitions and terms

Das erfindungsgemäße Additiv wird in der vorliegenden Beschreibung ggf. auch als Mischpräparat oder Fermentationszusatz bezeichnet.The additive according to the invention is optionally also referred to in the present description as a mixed preparation or fermentation additive.

Der Begriff organische Stoffe bezeichnet im Sinne der Erfindung im Wesentlichen Biomasse, welche pflanzliche Fasern umfasst. Es handelt sich hierbei typischerweise um pflanzliche Fasern aus landwirtschaftlicher Produktion. Ebenso können auch organische Stoffe beispielsweise in Form von Lebensmitteln, Lebensmittelresten und/oder tierischen Exkrementen eingesetzt werden. Typischerweise handelt es sich um ein Gemisch aus verschiedenen organischen Substanzen. Dabei ist es ebenfalls typisch, dass die Zusammensetzung des Gemisches variiert.In the context of the invention, the term organic substances essentially denotes biomass, which comprises vegetable fibers. These are typically vegetable fibers from agricultural production. Likewise, organic substances can also be used, for example in the form of food, food residues and / or animal excrement. Typically it is a mixture of different organic substances. It is also typical that the composition of the mixture varies.

Organische Stoffe im Kontext der erfindungsgemäßen Verwendung des Additivs werden auch als Biomasse oder Substrat bezeichnet. Organic substances in the context of the use of the additive according to the invention are also referred to as biomass or substrate.

Trockene Biomasse bezeichnet die Masse der Biomasse abzüglich seiner Feuchtigkeitsmasse. Mit anderen Worten handelt es ich dabei um die Masse der Biomasse mit einer Restfeuchtigkeit von weniger als 5 Ma%, insbesondere weniger als 2 Ma%.Dry biomass refers to the mass of the biomass minus its moisture mass. In other words, it is the mass of the biomass with a residual moisture of less than 5% by mass, in particular less than 2% by mass.

Angaben in der der Einheit Ma% bezeichnen Massenprozent.Figures in the unit Ma% denote mass percent.

Das heterogene Reaktionsgemisch bezeichnet eine Mischung aus Wasser und organischen Stoffen. Mit anderen Worten handelt es sich um ein wässriges Gemisch von Biomasse und Wasser.The heterogeneous reaction mixture describes a mixture of water and organic substances. In other words, it is an aqueous mixture of biomass and water.

Als Schwimmschicht wird in der vorliegenden Beschreibung die Biomasse bezeichnet, welche auf der Flüssigkeitsoberfläche bzw-. der Oberfläche des heterogenen Reaktionsgemisches im Reaktionsraum aufschwimmt. Eine Schwimmschicht kann auch als Flotat bezeichnet werden.In the present description, the floating layer refers to the biomass that or on the liquid surface. the surface of the heterogeneous reaction mixture floats in the reaction space. A floating layer can also be referred to as a float.

Der Reaktionsraum bezeichnet im Sinne der vorliegenden Beschreibung den Raum, in dem die Umsetzung von organischen Stoffen bzw. Biomasse zu Biogas erfolgt. Im Reaktionsraum befindet sich das heterogene Reaktionsgemisch.In the context of the present description, the reaction space denotes the space in which the conversion of organic substances or biomass into biogas takes place. The heterogeneous reaction mixture is located in the reaction space.

Cellulasen sind Enzyme, die in der Lage sind 1,4-β-D-glukosidische Bindungen von Cellulosemoleküle zu spalten, wodurch Glucose freigesetzt wird. Zur Gruppe der Cellulasen werden wenigstens die Endoglucanase, die Exoglucanase sowie die Cellobiose gezählt.Cellulases are enzymes that are able to break 1,4-β-D-glucosidic bonds of cellulose molecules, thereby releasing glucose. The group of cellulases includes at least endoglucanase, exoglucanase and cellobiose.

Xylanasen sind Enzyme, die zur Gruppe der Pentosanasen gehören. Sie sind in der Lage Xylane aufzuschließen, welche im Stützgerüst pflanzlicher Zellen vorkommen. Xylane gehören zu den Hemicellulosen.Xylanases are enzymes that belong to the group of pentosanases. They are able to break down xylans, which are found in the supporting structure of plant cells. Xylans are hemicelluloses.

Glucanasen sind Enzyme, die typischerweise zum enzymatischen Abbau von Bestandteilen von Pflanzenzellwänden geeignet ist, indem sie 1,4-Bindungen in unterschiedlichen β-D-Glucose-Polysacchariden aufspalten.Glucanases are enzymes which are typically suitable for the enzymatic breakdown of components of plant cell walls by breaking down 1,4 bonds in different β-D-glucose polysaccharides.

Als Pektinasen werden Enzyme bezeichnet, welche Pektin abbauen. Pektin ist ein pflanzliches Polysaccharid, welches in den primären Zellwänden festeren Bestandteilen von Landpflanzen, wie beispielsweise Stängeln, Blättern und Blüten, vorkommt. Pektin umfasst im Wesentlichen 1,4-α-D-galaktosiduronisch verknüpfte Polygalacturonsäure-Einheiten. Pektinase spaltet 1,4-α-D-galaktosiduronischen Bindungen hydrolytisch auf.Pectinases are enzymes that break down pectin. Pectin is a plant-based polysaccharide that occurs in the primary cell walls of more solid components of land plants, such as stems, leaves and flowers. Pectin essentially comprises 1,4-α-D-galactosiduronically linked polygalacturonic acid units. Pectinase breaks down 1,4-α-D-galactosiduronic bonds hydrolytically.

Als Laccasen, welche zu den Oxidoreduktasen gehören, werden Enzyme bezeichnet, welche Lignine abbauen. Lignine sind eine Gruppe von phenolischen Makromolekülen, welche im Laufe des Pflanzenwachstums in die pflanzlichen Zellwände eingelagert werden und zu einer Verholzung der Zelle führen. Laccase katalysiert die Oxidation phenolischer Substanzen.Laccases, which belong to the oxidoreductases, are enzymes that break down lignins. Lignins are a group of phenolic macromolecules that are stored in the plant cell walls during plant growth and lead to cell lignification. Laccase catalyzes the oxidation of phenolic substances.

Als Lipasen werden Enzyme bezeichnet, welche Lipide aufspalten und freie Fettsäuren hydrolytisch abspalten können. Im Zusammenhang mit der Fermentation von Biomasse, beispielsweise in Biogasanlagen, können Lipasen das Aufspalten und/oder den Abbau von Wachsschichten von Pflanzenbestandteilen unterstützen.Lipases are enzymes that split lipids and hydrolytically split off free fatty acids. In connection with the fermentation of biomass, for example in biogas plants, lipases can support the splitting and / or the breakdown of wax layers of plant components.

Cutinasen oder auch Cutin-Hydrolasen sind Enzyme, welche im Fermentationsprozess in einer Biogasanlage im Wesentlichen vergleichbar mit Lipasen wirken. Sie hydrolysieren Cutin, eine polyesterartige Substanz, die Pflanzen eine wasserabweisende Oberfläche verleiht.Cutinases or cutin hydrolases are enzymes that have an essentially comparable effect to lipases in the fermentation process in a biogas plant. They hydrolyze cutin, a polyester-like substance that gives plants a water-repellent surface.

Die Enzymaktivität ist ein Maß für die Wirksamkeit eines Enzyms in Bezug auf die von dem jeweiligen Enzym bewirkte, insbesondere katalysierte, Umsetzungsreaktion. Sie ist ein Maß dafür, wieviel Substrat, also umzusetzende Substanz, in einem bestimmten Zeitraum umgesetzt wird und spiegelt damit die Reaktionsgeschwindigkeit wieder. Die Enzymaktivität wird üblicherweise in der Einheit U/g bzw. Unit/g angegeben. Die Einheit U/g kennzeichnet die Enzymaktivität bezogen auf ein Gramm des erfindungsgemäßen Additivs bzw. allgemein bezogen auf ein Gramm eines wenigstens ein Enzym enthaltenen Stoffes oder Stoffgemisches. Dabei bezeichnet U bzw. Unit die Enzymmenge, die erforderlich ist, um in einer Minute ein µmol des Substrats bzw. bestimmter Bestandteile des Substrats umzusetzen. Die im Folgenden angegebenen Enzymaktivitäten beziehen sich jeweils auf die Masse des Additivs.The enzyme activity is a measure of the effectiveness of an enzyme in relation to the conversion reaction brought about, in particular catalyzed, by the respective enzyme. It is a measure of how much substrate, i.e. the substance to be converted, is converted in a certain period of time and thus reflects the speed of the reaction. The enzyme activity is usually given in the unit U / g or unit / g. The unit U / g characterizes the enzyme activity based on one gram of the additive according to the invention or generally based on one gram of a substance or substance mixture containing at least one enzyme. U or unit denotes the amount of enzyme that is required to convert one µmol of the substrate or certain constituents of the substrate in one minute. The enzyme activities given below each relate to the mass of the additive.

Alkanolethoxylate und Fettsäureamidethoxylate sind nichtionische Tenside, was bedeutet, dass sie sich im Wasser nicht in Ionen aufspalten. Nichtionische Tenside wie Alkanolethoxylate und Fettsäureamidethoxylate verbessern im Kontext der Erfindung die Benetzung der Oberfläche von Pflanzenbestandteilen und tragen somit zur effektiveren Umsetzung der Biomasse zu Biogas bei. Alkanol ethoxylates and fatty acid amide ethoxylates are non-ionic surfactants, which means that they do not split into ions in water. Nonionic surfactants such as alkanol ethoxylates and fatty acid amide ethoxylates improve the wetting of the surface of plant components in the context of the invention and thus contribute to the more effective conversion of the biomass into biogas.

FPU-Filteraktivität gibt an, wie hoch die Umsetzungsleistung eines Enzympräparats in Bezug auf eine festgelegte Menge eines umzusetzenden Stoffes, beispielsweise eines Filterpapiers, in gegebener Zeit und unter gegebenen Reaktionsbedingungen ist.FPU filter activity indicates how high the conversion rate of an enzyme preparation is in relation to a specified amount of a substance to be converted, for example a filter paper, in a given time and under given reaction conditions.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Additiv zur Umsetzung organischer Stoffe durch mikrobielle und/oder enzymatische Umsetzungsprozesse in einem heterogenen Reaktionsgemisch.A first aspect of the invention relates to an additive for converting organic substances by microbial and / or enzymatic conversion processes in a heterogeneous reaction mixture.

Das erfindungsgemäße Additiv umfasst die folgenden Komponenten: - Cellulase mit einer Enzymaktivität ACE von wenigstens 1300 U/g und - Xylanase mit einer Enzymaktivität AXY von wenigstens 180 U/g und - Glucanase mit einer Enzymaktivität AGL von wenigstens 1500 U/g, sowie
- Alkanolethoxylate und /oder Fettsäureamidethoxylate der Kettenlänge • C5-C8 mit einer Konzentration von wenigstens 0,97 Ma% und • C9-C11 mit einer Konzentration von wenigstens 2,16 Ma% und • C12-C15 mit einer Konzentration von wenigstens 1,05 Ma% in wässriger Lösung (Ma%: Massenprozent).The additive according to the invention comprises the following components: - Cellulase with an enzyme activity A CE of at least 1300 U / g and - Xylanase with an enzyme activity A XY of at least 180 U / g and - Glucanase with an enzyme activity A GL of at least 1500 U / g, such as
- alkanol ethoxylates and / or fatty acid amide ethoxylates of chain length • C5-C8 with a concentration of at least 0.97 mass% and • C9-C11 with a concentration of at least 2.16 mass% and • C12-C15 with a concentration of at least 1.05 mass% in aqueous solution (Ma%: mass percent).

Alle auf die Masse des Additivs bezogenen Angaben beziehen sich auf die Masse der wässrigen Lösung.All data relating to the mass of the additive relate to the mass of the aqueous solution.

Insbesondere kann als organischer Stoff Biomasse eingesetzt werden, welche pflanzliche Fasern umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.In particular, biomass can be used as the organic substance, which comprises or essentially consists of vegetable fibers.

Üblicherweise findet die gewünschte Reaktion in einen heterogenen Reaktionsgemisch statt. Dabei ist das Reaktionsgemisch in der Regel eine Mischung aus Wasser und organischen Stoffen. Mit anderen Worten handelt es sich um ein wässriges Gemisch.The desired reaction usually takes place in a heterogeneous reaction mixture. The reaction mixture is usually a mixture of water and organic substances. In other words, it is an aqueous mixture.

Insbesondere wird das erfindungsgemäße Additiv zum effektiven Abbau und/oder zur Verhinderung des Aufbaus von Schwimmschichten in einem Reaktionsraum verwendet.In particular, the additive according to the invention is used for the effective breakdown and / or for preventing the build-up of floating layers in a reaction space.

Das erfindungsgemäße Additiv ist insbesondere dazu geeignet, Schwimmschichten im Reaktionsraum von Biogasanlagen abzubauen. Da die aufschwimmende Biomasse sich nicht in innigem Kontakt mit der flüssigen Phase befindet, welche im Wesentlichen die für die Umsetzung der Biomasse erforderlichen Mikroorganismen und/oder Enzyme umfasst, sind die gewünschten Umsetzungsreaktionen nachteilig beeinflusst. Mit anderen Worten ist die Effektivität einer Biogasanalage durch eine Schwimmschicht beeinträchtigt.The additive according to the invention is particularly suitable for breaking down floating layers in the reaction space of biogas plants. Since the floating biomass is not in intimate contact with the liquid phase, which essentially comprises the microorganisms and / or enzymes required for the conversion of the biomass, the desired conversion reactions are adversely affected. In other words, the effectiveness of a biogas plant is impaired by a floating layer.

Das erfindungsgemäße Additiv umfasst mehrere Enzyme sowie nichtionische Tenside in Form von Alkanolethoxylaten und /oder Fettsäureamidethoxylaten.The additive according to the invention comprises several enzymes and nonionic surfactants in the form of alkanol ethoxylates and / or fatty acid amide ethoxylates.

Insgesamt beträgt der Anteil an Alkanolethoxylat, oder auch Fettalkoholethoxylat, und /oder Fettsäureamidethoxylat im erfindungsgemäßen Additiv wenigstens 4 Ma%.Overall, the proportion of alkanol ethoxylate, or also fatty alcohol ethoxylate, and / or fatty acid amide ethoxylate in the additive according to the invention is at least 4% by mass.

Alkanolethoxylate und Fettsäureamidethoxylate sind nichtionische Tenside, was bedeutet, dass sie sich im Wasser nicht in Ionen aufspalten. Nichtionische Tenside werden vielfach im Zusammenhang mit Reinigungsprozessen eingesetzt.Alkanol ethoxylates and fatty acid amide ethoxylates are non-ionic surfactants, which means that they do not split into ions in water. Nonionic surfactants are widely used in connection with cleaning processes.

Alkanolethoxylate wirken als Emulgatoren und/oder Tenside, welche die Oberflächenspannung von Wasser herabsenken. Chemisch handelt es sich um Konjugate zwischen langkettigen Alkanolen (Fettalkoholen) und Ethylenoxidoligomeren der allgemeinen Formel -(OCH2CH2)nOH. Sie finden ihren Einsatz unter anderem in Körperpflegeprodukten und Waschmitteln. Insbesondere weisen die in dem erfindungsgemäßen Additiv verwendeten Alkanolethoxylate eine enge (Molmassen-) Verteilung (n) der Ethylenoxidspezies, auch EO-Verteilung, auf. Im Zusammenhang mit Fermentationsprozessen, wie beispielsweise in Biogasanlagen, verbessern nichtionische Tenside, wie Alkanolethoxylate und Fettsäureamidethoxylate, die Benetzung der Oberfläche der Pflanzenbestandteile und tragen somit zur effektiveren Umsetzung der Biomasse zu Biogas bei. Alkanol ethoxylates act as emulsifiers and / or surfactants, which lower the surface tension of water. Chemically, they are conjugates between long-chain alkanols (fatty alcohols) and ethylene oxide oligomers of the general formula - (OCH 2 CH 2 ) n OH. They are used, among other things, in personal care products and detergents. In particular, the alkanol ethoxylates used in the additive according to the invention have a narrow (molar mass) distribution (s) of the ethylene oxide species, also EO distribution. In connection with fermentation processes, such as in biogas plants, nonionic surfactants such as alkanol ethoxylates and fatty acid amide ethoxylates improve the wetting of the surface of the plant components and thus contribute to the more effective conversion of the biomass into biogas.

Insbesondere weisen die Alkanolethoxylate und /oder Fettsäureamidethoxylate des Additivs eine geringe Neigung zur Schaumbildung auf. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die eingesetzten nichtionischen Tenside gut, das bedeutet im Wesentlichen schnell und rückstandsfrei, biologisch abbaubar sind, da die Gärreste eines Fermentationsprozesses typischerweise auf Felder ausgebracht werden.In particular, the alkanol ethoxylates and / or fatty acid amide ethoxylates of the additive have a low tendency to foam. In addition, it is advantageous if the nonionic surfactants used are readily biodegradable, that is to say essentially quickly and residue-free, since the fermentation residues from a fermentation process are typically applied to fields.

Die Einheit U/g kennzeichnet die Enzymaktivität bezogen auf ein Gramm des erfindungsgemäßen Additivs. Dabei bezeichnet U bzw. Unit im Kontext der Erfindung die Enzymmenge, die erforderlich ist, um in einer Minute ein µmol reduzierende Aldehydgruppen freizusetzt. Die Größe korrespondiert mit der Anzahl hydrolysierter glykosidischer Bindungen.The unit U / g characterizes the enzyme activity based on one gram of the additive according to the invention. In the context of the invention, U or unit denotes the amount of enzyme that is required to release one μmol of reducing aldehyde groups in one minute. The size corresponds to the number of hydrolyzed glycosidic bonds.

Neben den genannten Substanzen weist das Additiv gegebenenfalls geringe Mengen von Stabilisatoren, wie beispielsweise Glycerin und/oder Glucose, sowie von Konservierungsmitteln, wie beispielsweise Sorbat und/oder Benzoat, auf.In addition to the substances mentioned, the additive may contain small amounts of stabilizers, such as glycerol and / or glucose, and preservatives, such as sorbate and / or benzoate, for example.

Ferner weist das Additiv ggf. einen Überstand aus der Hefeproduktion auf. Dieser beträgt typischerweise zwischen 5 Ma% und 15 Ma%, insbesondere zwischen 8 Ma% und 10 Ma%. Es ist jedoch auch möglich, dass das Aditiv einen geringeren oder höheren Überstand aus der Hefeproduktion aufweist.Furthermore, the additive may have a supernatant from the yeast production. This is typically between 5% by mass and 15% by mass, in particular between 8% by mass and 10% by mass. However, it is also possible that the additive has a lower or higher supernatant from the yeast production.

Hinsichtlich der Zusammensetzung der Enzyme im Additiv und ihrer Enzymaktivitäten werden erfindungsgemäß folgende beispielhafte Zusammensetzungen vorgeschlagen, welche die Erfindung illustrieren, nicht aber einschränken sollen.With regard to the composition of the enzymes in the additive and their enzyme activities, the following exemplary compositions are proposed according to the invention, which are intended to illustrate the invention but not to restrict it.

Zusammensetzung 1:Composition 1:

-- Cellulase:Cellulase: Enzymaktivität ACE von 1800 U/g bis 2250 U/g undEnzyme activity A CE from 1800 U / g to 2250 U / g and -- Xylan ase:Xylan ase: Enzymaktivität AXY von 180 U/g bis 220 U/g undEnzyme activity A XY from 180 U / g to 220 U / g and -- Glucanase:Glucanase: Enzymaktivität AGL von 3060 U/g bis 3750 U/gEnzyme activity A GL from 3060 U / g to 3750 U / g

Zusammensetzung 2:Composition 2:

-- Cellulase:Cellulase: Enzymaktivität ACE von 2230 U/g bis 2730 U/g undEnzyme activity A CE from 2230 U / g to 2730 U / g and -- Xylanase:Xylanase: Enzymaktivität AXY von 2920 U/g bis 3560 U/g undEnzyme activity A XY from 2920 U / g to 3560 U / g and -- Glucanase:Glucanase: Enzymaktivität AGL von 2050 U/g bis 2500 U/gEnzyme activity A GL from 2050 U / g to 2500 U / g

Zusammensetzung 3:Composition 3:

-- Cellulase:Cellulase: Enzymaktivität ACE von 1730 U/g bis 2120 U/g undEnzyme activity A CE from 1730 U / g to 2120 U / g and -- Xylanase:Xylanase: Enzymaktivität AXY von 360 U/g bis 440 U/g undEnzyme activity A XY from 360 U / g to 440 U / g and -- Glucanase:Glucanase: Enzymaktivität AGL von 2750 U/g bis 3360 U/gEnzyme activity A GL from 2750 U / g to 3360 U / g

Zur Vermeidung von Aktivitätsverlusten ist das Additiv insbesondere bei höchstens 15°C zu lagern. Das erfindungsgemäße Additiv kann als wässrige Lösung gelagert werden. Es ist jedoch grundsätzlich möglich, die enzymatischen Komponenten getrennt von den tensidischen Komponenten zu lagern.To avoid a loss of activity, the additive should be stored at a maximum of 15 ° C. The additive according to the invention can be stored as an aqueous solution. In principle, however, it is possible to store the enzymatic components separately from the surfactant components.

Es wurde überraschend gefunden, dass das erfindungsgemäße Additiv die Bildung von Schwimmschichten in Biogasanlagen verhindert und/oder deren Abbau fördert.It was surprisingly found that the additive according to the invention prevents the formation of floating layers in biogas plants and / or promotes their degradation.

Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein Additiv, in welchem die Cellulase eine Enzymaktivität ACE von 1300 U/g < ACE < 2800 U/g, insbesondere 1440 U/g < ACE < 2500 U/g, aufweist. Certain embodiments of the invention relate to an additive in which the cellulase has an enzyme activity A CE of 1300 U / g <A CE <2800 U / g, in particular 1440 U / g <A CE <2500 U / g.

Cellulasen spalten 1,4-β-D-glukosidischen Bindungen und setzen dabei Cellulosemoleküle um. Cellulosemoleküle sind 1,4-ß-glykosydisch verkettete Glucosemoleküle. Zur Gruppe der Cellulasen werden die Endoglucanase, die Exoglucanase sowie die Cellobiose gezählt. Grundsätzlich kann eine Mischung verschiedener Cellulasen im Additiv vorliegen.Cellulases cleave 1,4-β-D-glucosidic bonds and convert cellulose molecules. Cellulose molecules are 1,4-ß-glycosydically linked glucose molecules. The group of cellulases includes endoglucanase, exoglucanase and cellobiose. In principle, a mixture of different cellulases can be present in the additive.

Endoglucanasen spalten Cellulose in größere Abschnitte und erzeugen dadurch eine größere Anzahl von Kettenenden. Sie können innerhalb der Celluloseketten innerhalb sogenannter amorpher Bereiche von Cellulosemolekülen wirken, in denen diese ungeordnet zueinander liegen und damit keine kristallinen Bereiche aufbauen. Exoglucanasen können in der Folge an diesen Kettenenden wirken und somit die Celluloseketten kontinuierlich verkürzen, indem sie jeweils zwei Zuckermoleküle als Disaccharid Cellobiose abtrennen. Cellobiase, oder auch β-Glucosidase, kann dadurch wiederum gleichzeitig wirken und als Abschluss des Umsetzungsprozesses die β-glycosidische Verbindung zwischen den beiden Glucose-Molekülen der Cellobiose hydrolysieren und damit die Glucose für weitere Stoffwechselprozesse bereitstellen.Endoglucanases split cellulose into larger sections and thereby create a larger number of chain ends. They can act within the cellulose chains within so-called amorphous areas of cellulose molecules, in which these are disordered to one another and thus do not build up any crystalline areas. Exoglucanases can then act at these chain ends and thus continuously shorten the cellulose chains by separating two sugar molecules as the disaccharide cellobiose. Cellobiase, or also β-glucosidase, can in turn act at the same time and, at the end of the conversion process, hydrolyze the β-glycosidic connection between the two glucose molecules of the cellobiose and thus make the glucose available for further metabolic processes.

Die Aktivität von Cellulasen wird standardmäßig auf löslichen Cellulosederivaten bestimmt.The activity of cellulases is determined by standard on soluble cellulose derivatives.

Cellulasen werden typischerweise durch Fermentation des Pilzes Trichoderma gewonnen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, Cellulasen aus anderen Mikroorganismen zu gewinnen.Cellulases are typically obtained by fermenting the Trichoderma fungus. However, it is also possible to obtain cellulases from other microorganisms.

Weitere bestimmte Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein Additiv, in welchem die Glucanase eine Enzymaktivität AGL von 1500 U/g < AGL < 3800 U/g, insbesondere 1700 U/g < AGL < 3400 U/g, aufweist.Further specific embodiments of the invention relate to an additive in which the glucanase has an enzyme activity A GL of 1500 U / g <A GL <3800 U / g, in particular 1700 U / g <A GL <3400 U / g.

Die im erfindungsgemäßen Additiv verwendete Glucanase ist typischerweise eine β-1,4-Glucanase, welche insbesondere zum enzymatischen Abbau von Bestandteilen von Pflanzenzellwänden geeignet ist, indem sie 1,4-Bindungen in unterschiedlichen β-D-Glucose-Polysacchariden spaltet.The glucanase used in the additive according to the invention is typically a β-1,4-glucanase, which is particularly suitable for the enzymatic degradation of components of plant cell walls by cleaving 1,4 bonds in different β-D-glucose polysaccharides.

Es ist möglich, dass die Glucanasekomponente des erfindungsgemäßen Additivs keine reine β-1,4-Glucanase ist, sondern ein Gemisch aus verschiedenen Glucanasen ist, wie beispielsweise β-1,3-Glucanase, Callose, Curdlan, β-1,6 Glucanase, Xyloglucan-spezifische Endo- β -1,4-Glucanase oder Xyloglucan-spezifische Exo- β -1,4-Glucanase, welche jeweils bezüglich spezifischer Bindungen und deren Aufspaltung aktiv sind. Es ist ebenfalls möglich, dass das Enzymgemisch, typischerweise lediglich in geringen Mengen, α-Glucanasen beinhaltet. Das Vorliegen eines derartigen Enzymgemisches ist herstellungsbedingt. Die Glucanase wird typischerweise durch Fermentation des Pilzes Trichoderma gewonnen, wobei auch die Gewinnung aus anderen Mikroorganismen grundsätzlich möglich ist. Je nach Pilzstamm bzw. Mikroorganismus und Fermentationsbedingungen unterscheidet sich das gewonnene Enzymprodukt hinsichtlich seiner konkreten Zusammensetzung.It is possible that the glucanase component of the additive according to the invention is not a pure β-1,4-glucanase, but a mixture of different glucanases, such as β-1,3-glucanase, callose, curdlan, β-1,6 glucanase, Xyloglucan-specific endo-β-1,4-glucanase or xyloglucan-specific exo-β-1,4-glucanase, each of which is active with regard to specific bonds and their splitting. It is also possible for the enzyme mixture to contain α-glucanases, typically only in small amounts. The presence of such an enzyme mixture is due to the manufacturing process. The glucanase is typically obtained by fermenting the Trichoderma fungus, although it can also be obtained from other microorganisms. Depending on the fungus strain or microorganism and fermentation conditions, the enzyme product obtained differs in terms of its specific composition.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein Additiv, in welchem die Xylanase eine Enzymaktivität AXY von 180 U/g < AXY < 3560 U/g, insbesondere 200 U/g < AXY < 3240 U/g, aufweist.Further embodiments of the invention relate to an additive in which the xylanase has an enzyme activity A XY of 180 U / g <A XY <3560 U / g, in particular 200 U / g <A XY <3240 U / g.

Xylanasen gehören zur Gruppe der Pentosanasen. Sie sind in der Lage Xylane aufzuschließen, welche im Stützgerüst pflanzlicher Zellen vorkommen. Xylane gehören zu den Hemicellulosen.Xylanases belong to the group of pentosanases. They are able to break down xylans, which are found in the supporting structure of plant cells. Xylans are hemicelluloses.

Grundsätzlich ist es ebenfalls möglich, dass das Additiv auch andere Pentosanasen umfasst. Pentosanasen sind Enzyme, welche Pentosane abbauen. Pentosane sind Schleimstoffe in Pflanzenteilen, vor allem in Getreide, und gehören ebenfalls zu den Hemicellulosen.In principle, it is also possible for the additive to also include other pentosanases. Pentosanases are enzymes that break down pentosans. Pentosans are mucilage in parts of plants, especially in grain, and also belong to the hemicelluloses.

Hemicellulose bezeichnet ein in pflanzlicher Biomasse vorkommendes Gemisch von Polysacchariden. Die genaue Zusammensetzung dieses Gemisches ist nicht näher definiert.Hemicellulose refers to a mixture of polysaccharides found in plant biomass. The exact composition of this mixture is not defined in detail.

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Additiv eine Pektinase mit einer Enzymaktivität APE von 50 U/g < APE < 90 U/g, insbesondere 63 U/g < APE < 77 U/g.In further embodiments of the invention, the additive according to the invention comprises a pectinase with an enzyme activity A PE of 50 U / g <A PE <90 U / g, in particular 63 U / g <A PE <77 U / g.

Als Pektinasen werden Enzyme bezeichnet, welche Pektin abbauen. Pektin ist ein pflanzliches Polysaccharid, welches in den primären Zellwänden festeren Bestandteilen, wie beispielsweise Stängeln, Blättern und Blüten, von Landpflanzen vorkommt.Pectinases are enzymes that break down pectin. Pectin is a plant-based polysaccharide that occurs in the primary cell walls of solid components such as stems, leaves and flowers of land plants.

Pektin umfasst im Wesentlichen 1,4-α-D-galaktosiduronisch verknüpfte Polygalacturonsäure-Einheiten. Pektinase spaltet beliebige 1,4-α-D-galaktosiduronische Bindungen hydrolytisch auf. An die Polygalacturonsäure sind verschiedenen Einheiten, wie Rhamnose- und Xylose-Einheiten oder auch Arabinan oder Xylan gebunden, welche wiederum von spezifischen Enzymen, wie beispielsweise Arabinase, aufgespalten werden können, die ebenfalls Bestandteil des Additivs sein können. Pectin essentially comprises 1,4-α-D-galactosiduronically linked polygalacturonic acid units. Pectinase hydrolytically breaks down any 1,4-α-D-galactosiduronic bonds. Various units such as rhamnose and xylose units or arabinan or xylan are bound to the polygalacturonic acid, which in turn can be broken down by specific enzymes such as arabinase, which can also be part of the additive.

Pektinase als zusätzliche Komponente des Additivs bietet sich vor allem dann an, wenn das Substrat bzw. die Biomasse zur Umsetzung in der Biogasanlage über einen untypisch hohen Anteil an Pektin im heterogenen Reaktionsgemisch verfügt.Pectinase as an additional component of the additive is particularly useful if the substrate or biomass for conversion in the biogas plant has an atypically high proportion of pectin in the heterogeneous reaction mixture.

Hinsichtlich der Zusammensetzung der Enzyme im Additiv unter Berücksichtigung der Enzyme Cellulase, Xylanase, Glucanase und Pektinase und ihrer Enzymaktivitäten werden erfindungsgemäß folgende beispielhafte Zusammensetzungen vorgeschlagen, welche die Erfindung illustrieren, nicht aber einschränken sollen.With regard to the composition of the enzymes in the additive, taking into account the enzymes cellulase, xylanase, glucanase and pectinase and their enzyme activities, the following exemplary compositions are proposed according to the invention, which illustrate the invention, but are not intended to restrict it.

Zusammensetzung 4:Composition 4:

-- Cellulase:Cellulase: Enzymaktivität ACE von 1290 U/g bis 1590 U/g undEnzyme activity A CE from 1290 U / g to 1590 U / g and -- Xylanase:Xylanase: Enzymaktivität AXY von 260 U/g bis 340 U/g undEnzyme activity A XY from 260 U / g to 340 U / g and -- Glucanase:Glucanase: Enzymaktivität AGL von 2060 U/g bis 2530 U/g undEnzyme activity A GL from 2060 U / g to 2530 U / g and -- Pektinase:Pectinase: Enzymaktivität APE von 63 U/g bis 77 U/gEnzyme activity A PE from 63 U / g to 77 U / g

Zusammensetzung 5:Composition 5:

-- Cellulase:Cellulase: Enzymaktivität ACE von 1670 U/g bis 2050 U/g undEnzyme activity A CE from 1670 U / g to 2050 U / g and -- Xylanase:Xylanase: Enzymaktivität AXY von 2180 U/g bis 2680 U/g undEnzyme activity A XY from 2180 U / g to 2680 U / g and -- Glucanase:Glucanase: Enzymaktivität AGL von 1530 U/g bis 1890 U/g undEnzyme activity A GL from 1530 U / g to 1890 U / g and -- Pektinase:Pectinase: Enzymaktivität APE von 63 U/g bis 77 U/gEnzyme activity A PE from 63 U / g to 77 U / g

In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Additiv eine Laccase.In certain embodiments of the invention, the additive according to the invention comprises a laccase.

Als Laccasen, welche zu den Oxidoreduktasen gehören, werden Enzyme bezeichnet, welche Lignine abbauen. Lignine sind eine Gruppe von phenolischen Makromolekülen, welche im Laufe des Pflanzenwachstums in die pflanzlichen Zellwände eingelagert werden und zu einer Verholzung der Zelle führen. Laccase katalysiert die Oxidation phenolischer Substanzen. Phenolgruppen werden bei der Reaktion zu Radikalen oxidiert und Sauerstoff zu Wasser reduziert. Im Kontext der Biofermentation, also der Umsetzungsreaktion in einer Biogasanlage, brechen Laccasen starre, verholzte pflanzliche Strukturen auf und fördern somit den effektiven Abbau von Cellulose und Hemicellulose durch Cellulase, Glucanase und Xylanase.Laccases, which belong to the oxidoreductases, are enzymes that break down lignins. Lignins are a group of phenolic macromolecules that are stored in the plant cell walls during plant growth and lead to cell lignification. Laccase catalyzes the oxidation of phenolic substances. Phenolic groups are oxidized to radicals during the reaction and oxygen is reduced to water. In the context of biofermentation, i.e. the conversion reaction in a biogas plant, laccases break up rigid, lignified plant structures and thus promote the effective breakdown of cellulose and hemicellulose by cellulase, glucanase and xylanase.

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Additiv eine Lipase.In further embodiments of the invention, the additive according to the invention comprises a lipase.

Als Lipasen werden Enzyme bezeichnet, welche Lipide aufspalten und freie Fettsäuren hydrolytisch abspalten. Im Zusammenhang mit der Fermentation von Biomasse, beispielsweise in Biogasanlagen, können Lipasen das Aufspalten und den Abbau von Wachsschichten auf Pflanzenbestandteilen unterstützen, so dass diese besser mit Feuchtigkeit benetzbar sind und für den Abbau durch Cellulase, Glucanase und/oder Xylanase vorbereitet sind.Lipases are enzymes that split lipids and hydrolytically split off free fatty acids. In connection with the fermentation of biomass, for example in biogas plants, lipases can support the splitting and breakdown of wax layers on plant components so that they can be better wetted with moisture and are prepared for breakdown by cellulase, glucanase and / or xylanase.

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Additiv eine Cutinase.In further embodiments of the invention, the additive according to the invention comprises a cutinase.

Die Wirkungsweise von Cutinase oder auch Cutin-Hydrolase im Fermentationsprozess in einer Biogasanlage ist vergleichbar mit der der Lipase. Sie hydrolysieren Cutin, eine polyesterartige Substanz, die Pflanzen eine wasserabweisende Oberfläche verleiht.The mode of action of cutinase or cutin hydrolase in the fermentation process in a biogas plant is comparable to that of lipase. They hydrolyze cutin, a polyester-like substance that gives plants a water-repellent surface.

Unter Berücksichtigung der weiteren zusätzlichen Enzymkomponenten im Additiv ergibt sich eine weiter beispielhafte Zusammensetzung des Additivs wie folgt: - Cellulase mit einer Enzymaktivität ACE von wenigstens 1300 U/g und - Xylanase mit einer Enzymaktivität AXY von wenigstens 180 U/g und - Glucanase mit einer Enzymaktivität AGL von wenigstens 1540 U/g und/oder - Pektinase mit einer Enzymaktivität APE von wenigstens 63 U/g und/oder - Laccase und/oder - Lipase und/oder - Cutinase sowie
- Alkanolethoxylate und /oder Fettsäureamidethoxylate der Kettenlänge • C5-C8 mit einer Konzentration von wenigstens 0,97 Ma% und • C9-C11 mit einer Konzentration von wenigstens 2,16 Ma% und • C12-C15 mit einer Konzentration von wenigstens 1,05 Ma% in wässriger Lösung (Ma%: Massenprozent).Taking into account the additional enzyme components in the additive, another exemplary composition of the additive results as follows: - Cellulase with an enzyme activity A CE of at least 1300 U / g and - Xylanase with an enzyme activity A XY of at least 180 U / g and - Glucanase with an enzyme activity A GL of at least 1540 U / g and / or - Pectinase with an enzyme activity A PE of at least 63 U / g and / or - Laccase and or - Lipase and or - Cutinase such as
- alkanol ethoxylates and / or fatty acid amide ethoxylates of chain length • C5-C8 with a concentration of at least 0.97 mass% and • C9-C11 with a concentration of at least 2.16 mass% and • C12-C15 with a concentration of at least 1.05 mass% in aqueous solution (Ma%: mass percent).

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung weist das erfindungsgemäße Additiv eine FPU-Filteraktivität AF von wenigstens 30 U/g auf.In further embodiments of the invention, the additive according to the invention has an FPU filter activity A F of at least 30 U / g.

Insbesondere liegt die FPU-Filteraktivität AF zwischen 35 U/g und 85 U/g, insbesondere zwischen 40 U/g und 80 U/g.In particular, the FPU filter activity A F is between 35 U / g and 85 U / g, in particular between 40 U / g and 80 U / g.

Bei der Messung der FPU-Filteraktivität handelt es sich um ein Verfahren zur Bestimmung der Enzymaktivität insbesondere in Mischpräparaten, insbesondere zum Einsatz von Enzymen beinhaltenden Präparaten in Fermentationsprozesses. Der Wert gibt an, wie hoch die Umsetzungsleistung eines Enzympräparats im Bezug auf eine festgelegte Menge eines Substrats, wie beispielsweise eines Filterpapiers, in gegebener Zeit und unter gegebenen Reaktionsbedingungen, wie beispielsweise pH-Wert und Temperatur, ist und dient vor allem dem Vergleich von Präparaten. Es gilt dabei, dass je höher die FPU-Filteraktivität, umso höher ist die Wirksamkeit, mit anderen Worten die Umsetzungseffektivität.The measurement of the FPU filter activity is a method for determining the enzyme activity, in particular in mixed preparations, in particular for the use of preparations containing enzymes in the fermentation process. The value indicates how high the conversion capacity of an enzyme preparation is in relation to a specified amount of a substrate, such as a filter paper, in a given time and under given reaction conditions, such as pH and temperature, and is primarily used to compare preparations . The rule here is that the higher the FPU filter activity, the higher the effectiveness, in other words the implementation effectiveness.

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Massenanteil von Alkanolethoxylat und /oder Fettsäureamidethoxylat im erfindungsgemäßen Additiv wenigstens 4 Ma% . Mit anderen Worten umfasst das Additiv einen Massenanteil von wenigstens 4 Ma% an nichtionischen Tensiden.In further embodiments of the invention, the mass fraction of alkanol ethoxylate and / or fatty acid amide ethoxylate in the additive according to the invention is at least 4% by mass. In other words, the additive comprises a mass fraction of at least 4% by mass of nonionic surfactants.

Der Massenanteil an Alkanolethoxylat und /oder Fettsäureamidethoxylat im Additiv beträgt höchstens 15 Ma%, insbesondere höchsten 13 Ma%, besonders insbesondere höchstens 9 Ma%.The mass fraction of alkanol ethoxylate and / or fatty acid amide ethoxylate in the additive is at most 15% by mass, in particular at most 13% by mass, especially in particular at most 9% by mass.

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist im erfindungsgemäßen Additiv im Wesentlichen wenigstens eine der Substanzen Zinksulfat, Phosphat, Stahlschlacke, Calciumcarbonat, Ofenasche, Aktivkohle nicht beinhaltet. Insbesondere ist keine der Substanzen Zinksulfat, Phosphat, Stahlschlacke, Calciumcarbonat, Ofenasche und Aktivkohle im erfindungsgemäßen Additiv beinhaltet.In further embodiments of the invention, the additive according to the invention essentially does not contain at least one of the substances zinc sulfate, phosphate, steel slag, calcium carbonate, furnace ash, activated carbon. In particular, none of the substances zinc sulfate, phosphate, steel slag, calcium carbonate, furnace ash and activated carbon is included in the additive according to the invention.

In besonderen Ausführungsformen ist im erfindungsgemäßen Additiv weder Stahlschlacke noch Ofenasche umfasst.In particular embodiments, neither steel slag nor furnace ash is included in the additive according to the invention.

Bestimmte im Stand der Technik bekannte Verfahren zur enzymatischen Umsetzung von organischen Substraten bedienen sich solcher Zusätze, vermutlich zur Ausstattung des Reaktionsgemisches mit Spurenelementen. Allerdings bringt diese Beimengung auch die Gefahr von unkontrollierten Verunreinigungen z.B. mit Schwermetallen mit sich, welche die Ausbringung oder agrarwirtschaftliche Verwertung der Rückstände problematisch machen.Certain processes known in the prior art for the enzymatic conversion of organic substrates make use of such additives, presumably to provide the reaction mixture with trace elements. However, this addition also brings the risk of uncontrolled contamination, e.g. with heavy metals, which make the application or agricultural recycling of the residues problematic.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Umsetzung organischer Stoffe durch mikrobielle und/oder enzymatische Umsetzungsprozesse in einem heterogenen Reaktionsgemisch, welches pflanzliche Fasern umfassende Biomasse umfasst, in einem Reaktionsraum mittels eines erfindungsgemäßen Additivs.Another aspect of the invention consists in a method for converting organic substances by microbial and / or enzymatic conversion processes in a heterogeneous reaction mixture, which comprises biomass comprising vegetable fibers, in a reaction space by means of an additive according to the invention.

Insbesondere dient das Verfahren zur Umsetzung von pflanzliche Fasern umfassender Biomasse. In particular, the method is used to convert biomass comprising plant fibers.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere dem effektiven Abbau und/oder der Verhinderung des Aufbaus von Schwimmschichten.The method according to the invention serves in particular for the effective breakdown and / or prevention of the build-up of floating layers.

Dabei wird das Additiv dem heterogenen Reaktionsgemisch im Reaktionsraum zugegeben. Zugegeben meint im Sinne der Erfindung, dass die Biomasse im Reaktionsraum mit dem Additiv versetzt wird. Mit anderen Worten wird das Additiv mit der Biomasse in einen innigen Kontakt gebracht. Insbesondere wird das Additiv mit der Schwimmschicht in Kontakt gebracht. Dies kann beispielsweise durch ein Aufsprühen und/oder ein Vermengen bzw. Vermischen von Additiv und Biomasse erreicht werden.The additive is added to the heterogeneous reaction mixture in the reaction space. In the context of the invention, admittedly means that the additive is added to the biomass in the reaction space. In other words, the additive is brought into intimate contact with the biomass. In particular, the additive is brought into contact with the floating layer. This can be achieved, for example, by spraying on and / or blending or mixing additive and biomass.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Additiv mit einer Konzentration von wenigstens 0,3 g Additiv pro 1 kg trockene Biomasse dem heterogenen Reaktionsgemisch zugegeben.In one embodiment of the method, the additive is added to the heterogeneous reaction mixture in a concentration of at least 0.3 g of additive per 1 kg of dry biomass.

Insbesondere wird das Additiv mit einer Konzentration von wenigstens 0,5 g Additiv pro 1 kg trockene Biomasse dem heterogenen Reaktionsgemisch zugegeben.In particular, the additive is added to the heterogeneous reaction mixture at a concentration of at least 0.5 g of additive per 1 kg of dry biomass.

Besonders insbesondere wird das Additiv mit einer Konzentration von wenigstens 1 g Additiv pro 1 kg trockene Biomasse zugegeben.In particular, the additive is added with a concentration of at least 1 g of additive per 1 kg of dry biomass.

Trockene Biomasse bezeichnet die Masse des Substrats im Reaktionsraum des Fermenters abzüglich seiner Feuchtigkeitsmasse. Mit anderen Worten handelt es ich dabei um die Masse des Substrats mit einer Restfeuchtigkeit von weniger als 5 Ma%, insbesondere weniger als 2 Ma%.Dry biomass describes the mass of the substrate in the reaction chamber of the fermenter minus its moisture mass. In other words, it is the mass of the substrate with a residual moisture of less than 5% by mass, in particular less than 2% by mass.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wirkt das erfindungsgemäße Additiv auf die Biomasse bei einer Temperatur von wenigstens 15 °C, höchstens jedoch 45 °C, insbesondere von wenigstens 35 °C, höchstens jedoch 42°C, ein.In a further embodiment of the method, the additive according to the invention acts on the biomass at a temperature of at least 15 ° C, but at most 45 ° C, in particular at least 35 ° C, but at most 42 ° C.

Mit anderen Worten beträgt die Temperatur im Reaktionsraum wenigstens 15 °C und höchstens 45 °C.In other words, the temperature in the reaction space is at least 15 ° C and at most 45 ° C.

Einwirken bezeichnet im Sinne der Erfindung das Stattfinden wenigstens einer Reaktion zwischen den Komponenten, insbesondere den Enzymen, des Additivs und der Biomasse in dem heterogenen Reaktionsgemisch.In the context of the invention, action denotes the occurrence of at least one reaction between the components, in particular the enzymes, the additive and the biomass in the heterogeneous reaction mixture.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wirkt das erfindungsgemäße Additiv auf die Biomasse bei einem pH-Wert des heterogenen Reaktionsgemisches wenigstens 6,5, höchstens jedoch 8, insbesondere wenigstens 7, höchstens jedoch 7,5, beträgt.In a further embodiment of the method, the additive according to the invention acts on the biomass when the pH of the heterogeneous reaction mixture is at least 6.5, but at most 8, in particular at least 7, but at most 7.5.

Mit anderen Worten beträgt der pH-Wert im Reaktionsraum wenigstens 6,5 und höchstens 8.In other words, the pH in the reaction space is at least 6.5 and at most 8.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das erfindungsgemäße Additiv im Reaktionsraum in einem Vermischungsvorgang mittels eines Mischaggregats mit dem heterogenen Reaktionsgemisch vermischt, so dass das Additiv im Wesentlichen homogen im Reaktionsraum verteilt ist.In a further embodiment of the method, the additive according to the invention is mixed with the heterogeneous reaction mixture in the reaction space in a mixing process by means of a mixing unit, so that the additive is distributed essentially homogeneously in the reaction space.

Vorteilhafterweise ist der Vermischungsvorgang so gestaltet, dass im Wesentlichen keine oder lediglich in geringem Umfang strömungstechnischen Totzonen, das heißt Bereiche geringer Vermischung, entstehen. Ein Mischaggregat ist beispielsweise ein Rührwerk, wobei auch andere Vorrichtung zur Vermischung möglich sind. Insbesondere ist das Mischaggregat dazu geeignet, einen innigen Kontakt zwischen dem Additiv und einer Schwimmschicht herzustellen oder wenigstens zu befördern.The mixing process is advantageously designed in such a way that essentially no or only a small amount of fluidic dead zones, that is to say areas of little mixing, arise. A mixing unit is, for example, an agitator, although other devices for mixing are also possible. In particular, the mixing unit is suitable for establishing or at least promoting intimate contact between the additive and a floating layer.

Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Additiv in Abwandlungen bzw. anderen Verfahren verwendbar.In addition, the additive according to the invention can be used in modifications or other processes.

In einer anderen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Umsetzung organischer Stoffe, insbesondere pflanzliche Fasern umfassender Biomasse, durch mikrobielle und/oder enzymatische Umsetzungsprozesse in einem heterogenen Reaktionsgemisch, insbesondere zum effektiven Abbau und/oder zur Verhinderung des Aufbaus von Schwimmschichten in einem Reaktionsraum, wird eine pflanzliche Fasern umfassende Biomasse vor der Hinzugabe der Biomasse zum Reaktionsraum mittels eines erfindungsgemäßen Additivs vorbehandelt, so dass vor Hinzufügen der Biomasse zum Reaktionsraum eine Reaktionen zwischen den Enzymen des Additivs und den pflanzlichen Fasern der Biomasse stattfindet.In another embodiment of the method according to the invention for converting organic substances, in particular biomass comprising vegetable fibers, by microbial and / or enzymatic conversion processes in a heterogeneous reaction mixture, in particular for the effective breakdown and / or for preventing the build-up of floating layers in a reaction space, a vegetable Biomass comprising fibers is pretreated by means of an additive according to the invention before the biomass is added to the reaction space, so that a reaction takes place between the enzymes of the additive and the plant fibers of the biomass before the biomass is added to the reaction space.

Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße Additiv zur Vorbehandlung von organischen Stoffen wie Biomasse vor der eigentlichen Fermentation in einem Biogasreaktor eingesetzt werden. In other words, the additive according to the invention can be used for the pretreatment of organic substances such as biomass before the actual fermentation in a biogas reactor.

In einer speziellen Ausgestaltungsform des Verfahrens wird das Additiv mit einer Konzentration von wenigstens 0,3 g Additiv pro 1 kg trockene Biomasse, insbesondere wenigstens 0,5 g Additiv pro 1 kg trockene Biomasse, besonders insbesondere wenigstens 1 g Additiv pro 1 kg trockene Biomasse vor Zuführung der Biomasse zum Reaktionsraum der Biomasse zugegeben wird.In a special embodiment of the method, the additive is present with a concentration of at least 0.3 g of additive per 1 kg of dry biomass, in particular at least 0.5 g of additive per 1 kg of dry biomass, especially in particular at least 1 g of additive per 1 kg of dry biomass Feeding the biomass to the reaction space of the biomass is added.

Zugegeben meint hier im Sinne der Erfindung, dass die Biomasse mit dem Additiv vor Hinzufügen der Biomasse zum Reaktionsraum versetzt wird. Mit anderen Worten wird das Additiv auf die Biomasse in dieser Ausgestaltungsform des Verfahrens aufgetragen, so dass diese in einen innigen Kontakt gebracht werden. Dies kann beispielsweise durch ein Aufsprühen und/oder ein Vermengen bzw. Vermischen von Additiv und Biomasse erreicht werden.In the context of the invention, admittedly means that the biomass is mixed with the additive before the biomass is added to the reaction space. In other words, the additive is applied to the biomass in this embodiment of the method so that they are brought into intimate contact. This can be achieved, for example, by spraying on and / or blending or mixing additive and biomass.

In einer weiteren Ausgestaltungsform des obigen Verfahrens wirkt das Additiv auf die Biomasse vor Zuführung der Biomasse in den Reaktionsraum für die Dauer von wenigstens 12 Stunden ein.In a further embodiment of the above method, the additive acts on the biomass for a period of at least 12 hours before the biomass is fed into the reaction space.

Mit anderen Worten beträgt die Dauer der Vorbehandlung wenigstens 12 Stunden.In other words, the duration of the pretreatment is at least 12 hours.

In einer weiteren Ausgestaltungsform des obigen Verfahrens wirkt das Additiv auf die Biomasse vor Zuführung der Biomasse in den Reaktionsraum bei einer Temperatur von wenigstens 15 °C, höchstens jedoch 45 °C, insbesondere von wenigstens 35 °C, höchstens jedoch 42°C, ein.In a further embodiment of the above method, the additive acts on the biomass before the biomass is fed into the reaction chamber at a temperature of at least 15 ° C, but at most 45 ° C, in particular at least 35 ° C, but at most 42 ° C.

Mit anderen Worten liegt die Temperatur bei der Vorbehandlung der Biomasse mit dem Additiv zwischen 15°C und 45°C. Die Temperatur nimmt dabei Einfluss auf die Aktivität wenigstens eines Enzyms des Additivs.In other words, the temperature during the pretreatment of the biomass with the additive is between 15 ° C and 45 ° C. The temperature influences the activity of at least one enzyme of the additive.

In einer weiteren Ausgestaltungsform des obigen Verfahrens wirkt das Additiv auf die Biomasse vor Zuführung der Biomasse in den Reaktionsraum bei einem pH-Wert von wenigstens 6,5 höchstens jedoch 8, insbesondere wenigstens 7 höchstens jedoch 7,5, ein.In a further embodiment of the above method, the additive acts on the biomass before the biomass is fed into the reaction space at a pH value of at least 6.5, but at most 8, in particular at least 7 at most 7.5.

Mit anderen Worten liegt der pH-Wert, insbesondere der pH-Wert der Biomasse, während der Vorbehandlung bei wenigstens 6,5, höchstens jedoch 8. Der pH-Wert nimmt dabei Einfluss auf die Aktivität wenigstens eines Enzyms des Additivs.In other words, the pH value, in particular the pH value of the biomass, during the pretreatment is at least 6.5, but at most 8. The pH value influences the activity of at least one enzyme of the additive.

In einer weiteren Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Umsetzung organischer Stoffe, insbesondere pflanzliche Fasern umfassender Biomasse, durch mikrobielle und/oder enzymatische Umsetzungsprozesse in einem heterogenen Reaktionsgemisch, insbesondere zum effektiven Abbau und/oder zur Verhinderung des Aufbaus von Schwimmschichten in einem Reaktionsraum, wird das erfindungsgemäße Additiv einem Reaktionsraum, in welchem mikrobielle und/oder enzymatische Umsetzungsprozesse in einem heterogenen Reaktionsgemisch, welches pflanzliche Fasern umfassende Biomasse umfasst, stattfinden, mehrmalig mit einem Abstand von wenigstens 12 Stunden, höchstens jedoch im Abstand von 48 Stunden, in einem Zugabevorgang zugegeben. Dabei ist die Konzentration des Additivs im jeweiligen Zugabevorgang bezogen auf die Trockenmasse der Biomasse im Reaktionsraum zwischen einem ersten Zugabevorgang und einem zweiten, dem ersten zeitlich nachgelagerten, Zugabevorgang im Wesentlichen gleichbleibend oder abnehmend.In a further embodiment of the method according to the invention for converting organic substances, in particular biomass comprising vegetable fibers, by microbial and / or enzymatic conversion processes in a heterogeneous reaction mixture, in particular for the effective breakdown and / or for preventing the build-up of floating layers in a reaction space, the inventive Additive to a reaction space in which microbial and / or enzymatic conversion processes take place in a heterogeneous reaction mixture which comprises biomass comprising vegetable fibers, added several times with an interval of at least 12 hours, but no more than 48 hours apart, in one addition process. The concentration of the additive in the respective addition process, based on the dry mass of the biomass in the reaction space, is essentially constant or decreasing between a first addition process and a second addition process that follows the first.

In einer weiteren Ausgestaltungsform des obigen Verfahrens wird das Additiv

  • • in einer ersten Konzentration von wenigstens 0,3 g Additiv pro 1 kg trockene Biomasse, insbesondere wenigstens 0,5 g Additiv pro 1 kg trockene Biomasse, besonders insbesondere wenigstens 1 g Additiv pro 1 kg trockene Biomasse dem heterogenen Reaktionsgemisch wenigstens ein, höchsten jedoch 10 mal, im Abstand von wenigstens 12, höchstens jedoch 48 Stunden, zugegeben und anschließend
  • • in einer zweiten Konzentration, welche wenigstens einem 20tel höchstens jedoch der Hälfte der ersten Konzentration entspricht, dem heterogenen Reaktionsgemisch wenigstens ein, höchsten jedoch 100 mal, im Abstand von wenigstens 12 höchstens jedoch 48 Stunden zugegeben.
In a further embodiment of the above method, the additive
  • • in a first concentration of at least 0.3 g additive per 1 kg dry biomass, in particular at least 0.5 g additive per 1 kg dry biomass, especially in particular at least 1 g additive per 1 kg dry biomass the heterogeneous reaction mixture at least one, but at most 10 times, at an interval of at least 12, but not more than 48 hours, added and then
  • • in a second concentration, which corresponds to at least a twentieth but at most half the first concentration, added to the heterogeneous reaction mixture at least one, but at most 100 times, at an interval of at least 12 but no more than 48 hours.

Mit anderen Worten wird das Additiv in einem gestuften Zugabevorgang dem heterogenen Reaktionsgemisch zugeführt, wobei auf wenigstens eine vergleichsweise hohe Anfangsdosierung niedrigere Dosierungen folgen. Mit anderen Worten ist die Konzentration zwischen zwei Zugabevorgängen wenigstens gleichbleibend oder abnehmend.In other words, the additive is added to the heterogeneous reaction mixture in a stepped addition process, with at least one comparatively high initial dose being followed by lower dosages. In other words, the concentration between two addition processes is at least constant or decreasing.

Es ist möglich das erfindungsgemäße Enzym in mehr als zwei Konzentrationsstufen hinsichtlich seiner Konzentration im Laufe der Zeit zu verändern.It is possible to change the concentration of the enzyme according to the invention in more than two concentration levels over time.

Claims (10)

Additiv zur Umsetzung organischer Stoffe, insbesondere pflanzliche Fasern umfassender Biomasse, durch mikrobielle und/oder enzymatische Umsetzungsprozesse in einem heterogenen Reaktionsgemisch, insbesondere zum effektiven Abbau und/oder zur Verhinderung des Aufbaus von Schwimmschichten in einem Reaktionsraum, umfassend - Cellulase mit einer Enzymaktivität ACE von wenigstens 1300 U/g und - Xylanase mit einer Enzymaktivität AXY von wenigstens 180 U/g und - Glucanase mit einer Enzymaktivität AGL von wenigstens 1500 U/g,
sowie umfassend - Alkanolethoxylate und /oder Fettsäureamidethoxylate der Kettenlänge • C5-C8 mit einer Konzentration von wenigstens 0,97 Ma% und • C9-C11 mit einer Konzentration von wenigstens 2,16 Ma% und • C12-C15 mit einer Konzentration von wenigstens 1,05 Ma%
in wässriger Lösung.Additive for converting organic substances, in particular biomass comprising vegetable fibers, through microbial and / or enzymatic conversion processes in a heterogeneous reaction mixture, in particular for effective degradation and / or for preventing the build-up of floating layers in a reaction space - Cellulase with an enzyme activity A CE of at least 1300 U / g and - Xylanase with an enzyme activity A XY of at least 180 U / g and - Glucanase with an enzyme activity A GL of at least 1500 U / g,
as well as comprehensively - alkanol ethoxylates and / or fatty acid amide ethoxylates of the chain length • C5-C8 with a concentration of at least 0.97 mass% and • C9-C11 with a concentration of at least 2.16 mass% and • C12-C15 with a concentration of at least 1.05 mass%
in aqueous solution. Additiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Cellulase eine Enzymaktivität ACE von 1300 U/g < ACE < 2800 U/g, insbesondere 1440 U/g < ACE < 2500 U/g, aufweist.Additive after Claim 1 , characterized in that the cellulase has an enzyme activity A CE of 1300 U / g <A CE <2800 U / g, in particular 1440 U / g <A CE <2500 U / g. Additiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glucanase eine Enzymaktivität AGL von 1500 U/g < AGL < 3800 U/g, insbesondere 1700 U/g < AGL < 3400 U/g, aufweist.Additive according to one of the preceding claims, characterized in that the glucanase has an enzyme activity A GL of 1500 U / g <A GL <3800 U / g, in particular 1700 U / g <A GL <3400 U / g. Additiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Xylanase eine Enzymaktivität AXY von 180 U/g < AXY < 3560 U/g, insbesondere 200 U/g < Axy < 3240 U/g, aufweist.Additive according to one of the preceding claims, characterized in that the xylanase has an enzyme activity A XY of 180 U / g <A XY <3560 U / g, in particular 200 U / g <A xy <3240 U / g. Additiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv eine Pektinase mit einer Enzymaktivität APE von 50 U/g < APE < 90 U/g, insbesondere 63 U/g < APE < 77 U/g, umfasst.Additive according to one of the preceding claims, characterized in that the additive comprises a pectinase with an enzyme activity A PE of 50 U / g <A PE <90 U / g, in particular 63 U / g <A PE <77 U / g. Additiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv a. eine Laccase und/oder b. eine Lipase und/oder. c. eine Cutinase umfasst.Additive according to one of the preceding claims, characterized in that the additive a. a laccase and / or b. a lipase and / or. c. comprises a cutinase. Additiv nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenanteil von Alkanolethoxylat und /oder Fettsäureamidethoxylat im Additiv wenigstens 4 Ma% beträgt.Additive according to at least one of the preceding claims, characterized in that the mass fraction of alkanol ethoxylate and / or fatty acid amide ethoxylate in the additive is at least 4% by mass. Additiv nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv eine FPU-Filteraktivität AF von wenigstens 30 U/g aufweist.Additive according to at least one of the preceding claims, characterized in that the additive has an FPU filter activity A F of at least 30 U / g. Verfahren zur Umsetzung organischer Stoffe, insbesondere pflanzliche Fasern umfassender Biomasse, durch mikrobielle und/oder enzymatische Umsetzungsprozesse in einem heterogenen Reaktionsgemisch, welches pflanzliche Fasern umfassende Biomasse umfasst, insbesondere zum effektiven Abbau und/oder zur Verhinderung des Aufbaus von Schwimmschichten in einem Reaktionsraum mittels eines Additiv gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1-7.Process for converting organic substances, in particular biomass comprising vegetable fibers, by microbial and / or enzymatic conversion processes in a heterogeneous reaction mixture which comprises biomass comprising vegetable fibers, in particular for the effective breakdown and / or for preventing the build-up of floating layers in a reaction space by means of an additive according to at least one of the Claims 1 - 7th . Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv mit einer Konzentration von wenigstens 0,3 g Additiv pro 1 kg trockene Biomasse, insbesondere wenigstens 0,5 g Additiv pro 1 kg trockene Biomasse, besonders insbesondere wenigstens 1 g Additiv pro 1 kg trockene Biomasse dem heterogenen Reaktionsgemisch zugegeben wird.Procedure according to Claim 8 , characterized in that the additive with a concentration of at least 0.3 g of additive per 1 kg of dry biomass, in particular at least 0.5 g of additive per 1 kg of dry Biomass, particularly in particular at least 1 g of additive per 1 kg of dry biomass, is added to the heterogeneous reaction mixture.
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