DE2510374A1

DE2510374A1 - Verfahren zum klaeren einer waessrigen loesung von xanthangummi

Info

Publication number: DE2510374A1
Application number: DE19752510374
Authority: DE
Inventors: George Thomas Colegrove
Original assignee: Kelco Co
Current assignee: Kelco Co
Priority date: 1974-03-11
Filing date: 1975-03-10
Publication date: 1975-09-18
Also published as: NL7502243A; CH611932A5; DE2510374B2; JPS50121493A; DE2510374C3; FR2264077A1; GB1443507A; NL180123B; US3966618A; IT1032245B; FR2264077B1; CA1038781A

Description

Verfahren zum Klären einer wässrigen Lösung von Xanthangummi

Fermentationsbrühen und andere wässrige Suspensionen, enthaltend einen gelösten Xanthangummi und suspendierte Peststoffe, die bei der Fermentation zur Bildung des Xanthangummis entstanden sind, werden geklärt durch Behandlung mit einer geringen Menge eines Proteaseenzyms. Die Einspritzbarkeit von wässrigen Lösungen, enthaltend Xanthangummi, die so geklärt worden sind für Ölbohrungsflutungen, wird verbessert gegenüber nicht-behandelten Lösungen.

Xanthangummen sind hydrophile Polysaccharide, die erhalten worden sind durch Fermentation eines geeigneten Nährmediums mit Mikroorganismen von der Art Xanthomonas. Wenn sie in geringer Konzentration in Wasser gelöst sind, verleihen sie der wässrigen Lösung eine Viskosität, die sehr wichtig ist für Anwendungsgebiete, bei denen es erwünscht ist, feste Substanzen in dentwässrigen Medium zu suspendieren. Eines der bekannten Anwendungsgebiete für Xanthan-

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gummen ist für Bohrflüssigkeiten für Erdölbohrungen und Flutungen von. Ölbohrlöchern. Für die zuletzt genannte Anwendung ist es erforderlich, daß der wässrige Träger die Viskositätseigenschaften besitzt, die erforderlich sind, um die Ölablagerungen zu verdrängen, aber auch ausreichend flüssig ist, daß er in zufriedenstellender Weise transportiert und gepumpt werden kann.

Bei der technischen Herstellung der meisten Xanthangummen wird das feste Xanthan gewonnen durch Ausfällung aus der Fermentationsbrühe, in der es gebildet worden ist. Aufgrund der Viskositätseigenschaften des Xanthans ist es nicht immer durchführbar, alle'zusätzlich.-vorhandenen Fermentationsfeststoffe vor dieser Ausfällung abzutrennen, so daß der getrocknete feste Xanthangummi üblicherweise einige wasserunlösliche Feststoffe enthält, wie tote Bakterienzellen und andere Zelltrümmer· Diese Feststoffe bleiben natürlich bei der lösung des Xanthans in Wasser ungelöst. Während das in vielen Fällen nicht stört, stellt es einen Nachteil dar in Systemen, bei denen eine Lösung erwünscht ist, die im wesentlichen frei ist von ungelösten ,Feststoffen· Zum Beispiel führt es zu Schwierigkeiten, wenn Xanthangummi als Spülung für Erdölbohrungen (in oil well flooding operations) angewandt wird, da die Feststoffe dann dazu neigen, die kleinen Poren in der G-esteinsformation zu verstopfen, wo Verfahren zur Gewinnung von sekundären und tertiären Ölvorkommen durchgeführt werden. Neben der Verstopfung können unerwünschte Druckanstiege auftreten.

Verfahren₍die entwickelt worden sind_y um dieses Problem zu überwinden^ umfaßten die Behandlung der Xanthangummilösung mit Alkali (caustic) und Ausflockung der toten Zellen mit Hilfe eines Adsorptionsmittels wie Ton. Diese Verfahren sind jedoch nicht ganz geeignet, da sie mühsam, kostspielig und/oder unter den Anwendungsbedingungen unpraktisch durchzuführen sind· Bei Spülungen bei der Erdölbohrung wird im allgemeinen ein wässriges Konzentrat von Xanthangummi hergestellt, enthaltend ungefähr 0,25 bis ungefähr 1,5 Gew.-^ Xanthangummi. Dieses

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Konzentrat kann einige Stunden oder Tage bei Raumtemperatur gehalten werden. Kurz vor der Injektion der lösung in die Bohrung wird die Xanthangummilösung auf eine Anwendungskonzentration von ungefähr 200 bis 2000 ppm verdünnt. Jedes Verfahren zur Überwindung des Problems der fremden Feststoffe in Xanthangummi sollte mit diesen Anwendungsbedingungen "in Einklang stehen. Ein solches Verfahren wird duroh die vorliegende Erfindung erreicht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Klären von wässrigen Lösungen von Xanthangummi zu entwickeln. Dabei soll die gesamte Fermentationsbrühe, die bei der Bildung von Xanthangummi durch Fermentation eines Nährmediums mit einem Xanthan-bildenden Mikroorganismus erhalten wird, geklärt werden· Durch dieses Verfahren werden die bei der Fermentation auftretenden Zelltrümmer von Xanthangummilösungen entfernt und die Eignung der Xanthangummilösung als Spülung für Erdölbohrungen verbessert. Durch die Erfindung soll auch ein festes Mittel zur Verfügung gestellt werden, das beim Lösen in Wasser zu einer Klärung der Xanthangummilösung führt.

Es hat sich nun erfindungsgemäß gezeigt, daß wässrige Lösungen von Xanthangummi, enthaltend als suspendierte Feststoffe die bei der Fermentation zur Herstellung von Xanthan auftretenden Zelltrümmerj geklärt werden können durch Behandlung dieser Lösungen oder Suspensionen mit kleineren Mengen eines Proteaseenzyms. Unter dem Begriff wässrige Lösungen von Xanthangummi sind in diesem Zusammenhang vollständige Fermentationsbrühen enthaltend Xanthan, das durch Fermentation eines Nährmediums mit einem Xanthan-bildenden Mikroorganismus erhalten worden ist, zu verstehen. Ferner umfaßt dieser Ausdruck Lösungen₍ die erhalten worden sind durch Zusatz von isoliertem Xanthangummi zu einem wässrigen Medium und auch teilweise gereinigte Lösungen von Xanthangummi. Die erfindungsgemäße enzymatische Behandlung führt zu einer teilweisen oder vollständigen Entfernung der suspendierten Zellen und ergibt eine geklärte Lösung, die keinen Viskositätsverlust erlitten hat und die

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gegebenenfalls nach entsprechender Verdünnung mit oder ohne weitere chemische oder mechanische Behandlung angewandt v/erden kann.

Die Enzyme die sich für dieses Verfahren als geeignet erwiesen haben, sind solche, die als Proteasen bekannt sind, wobei es sich um alkalische oder neutrale Proteasen handeln kann. Die alkalischen Proteaseenzyme, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt sind, werden im allgemeinen gebildet durch Mikroorganismen der Gruppe Bacillus wie B.subtilis, Β. licheniformis, B. amyloliquifaciens und B. pumilis. Obwohl alkalische Proteasen auch gebildet werden von Streptomycesarten wie S. fradiae, S. griseus und S. rectus. Die Enzymquelle ist erfindungsgemäß nicht kritisch. Zu den alkalischen Proteasen, die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind, gehören solche, die bekannt sind als Subtilisine, z.B. Subtilisin ITovo und Subtilisin Carlsberg und Subtilopeptidase A und Subtilopeptidase B. Diese alkalischen Proteaseenzyme und die Verfahren zu ihrer Erzeugung sind bekannt ("Microbial Proteases" von L. Keay, Process Biochemistry, 1971, Seite 17; "Enzyme Detergents" von Laggrith und Liss, Encyclopedia of Chemical Technology, 2. Ausg., Supplement Bd., Seite 294; und "Microbiological Origins of Detergent Enzymes" von L. Campbell, Developments in Industrial Microbiology, Band 12, Seite 24). Die neutralen Proteasen können entweder Pilzproteasen, z.B. solche die erzeugt worden sind von Aspergillus oryzae oder Bakterienproteasen wie solche, die erhalten worden sind von Stämmen von Bacillus subtilis sein. Verfahren zur Erzeugung dieser Proteasen sind bekannt.

Um die erfindungsgemäße Klärung der Lösungen zu erreichen, werden wässrige Lösungen von Xanthangummi (enthaltend die fremden unerwünschten Fermentationsfeststoffe suspendiert) und vorzugsweise enthaltend von ungefähr 0,25 bis ungefähr 3,0 Gew.-i» Xanthangummi mit der gewünschten Menge Proteaseenzym vermischt und das Gemisch, wie später näher beschrieben, stehengelassen. Wenn eine Fermentationsbrühe behandelt oder geklärt werden soll, beträgt die Xanthangummikonzentration vorzugsweise ungefähr 2,0 bis 2,5 Gew.-^. Die Brühe kann je-

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doch mit Wasser verdünnt v/erden, bevor die Enzymbehandlung durchgeführt wird _f und in einem solchen Falle liegt die Endkonzentration günstigerweise im Bereich von ungefähr 1,0 bis 1,5 Gew.-^. Ferner ist die Xanthangumm!konzentration, wenn wässrige Lösungen die von isoliertem Xanthangummi hergestellt worden sind, geklärt werden sollen, günstigerweise ungefähr 0,25 bis ungefähr 1,5 und vorzugsweise 0,5 bis 1,0 Gew.-^.

Unter den hier beschriebenen Reaktionsbedingungen baut das Proteaseenzym die festen Zelltrümmer ab zu wasserlöslichen Verbindungen, so daß die wässrige Xanthangummilösung geklärt ist. Es ist offensichtlich, daß die Lösung nicht notwendigerweise kristallklar sein muß. Es kann eine gewisse Trübung zurückbleiben, die jedoch auf die Wirksamkeit oder die Nützlichkeit des Verfahrens nicht nachteilig ist, da die entstehende Lösung ausreichend frei ist von Peststoffen, um die oben angegebenen Nachteile zu vermeiden.

Es sind nur geringe Enzymmengen erforderlich, um die gewünschte Klärung zu erreichen. Im allgemeinen wird die wässrige Lösung von Xanthangummi mit ungefähr 25 bis 2000 ppm (Teile pro Million wässriger Lösung) Enzym behandelt und vorzugsweise mit ungefähr 50 bis 1000 ppm. Wie aus den folgenden detaillierten Beispielen hervorgeht, führt diese Behandlung zu einer Klärung der Lösung (wie durch colorimetrische Messungen bestimmt wird) und zu einer Verbesserung der !Filtrierbarke it oder Pumpbarkeit (wie durch Verwendung eines Millipore-Pilters bestimmt wird).

Die Enzymkonzentration oder Wirksamkeit wird häufig ausgedrückt in willkürlichen Einheiten. So sind Delft-Einheiten ein üblicher Ausdruck für die Fähigkeit einer alkalischen Protease Kasein abzubauen.

Die Delft-Einheit ist eine willkürliche Einheit, die folgender Maßen definiert ist: Wenn 1 ml einer 2$igen Lösung einer alkalischen Proteasezubereitung eine korrigierte UV-Absorption von 0,4 unter den folgenden Testbedingungen ergibt, besitzt die Enzymzubereitung definitionsgemäß eine Proteaseaktivität von 1000 Delft-Einheiten pro g.

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Die Aktivität der alkalischen Protease in Delft-Einheiten wird nach dem Verfahren von Kunitz (J.Gen.Physiol. 30,291, 1947) folgendermaßen bestimmt: 1,0 ml einer 2$igen wässrigen Lösung von Kasein (Hammarstein) und 0,5 ml NaOH-Puffer, pH 11,0, werden mit 0,5 ml einer Enzymlösung vermischte. 2,0 ml des entstehenden Gemisches werden 20 min bei 37⁰O inkubiert und dann die Reaktion durch Zugabe von 3,0 ml einer 5$igen wässrigen Lösung von Trichloressigsäure abgebrochene Das Gemisch wird weitere 30 min bei 37⁰O stehengelassen, wobei das nicht-abgebaute Kasein sich abscheidet. Das abgeschiedene Kasein wird abfiltriert und das entstehende Filtrat auf die optische Dichte bei 275 nm untersucht. Der erhaltene Wert für die optische Dichte wird korrigiert durch den Wert für die optische Dichte, der für eine ■Vergleichsprobe erhalten worden ist, bei der keine Proteolyse eingetreten ist, z.B. ohne Enzym.

Andere Einheiten für die Messung von Enzymaktivität sind dem Fachmann natürlich bekannt. Hämoglobineinheiten, zum Beispiel werden häufig angewandt zur Definition der Enzymaktivität von Pilzproteasen.

Es ist bevorzugt_f das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe eines alkalischen Proteaseenzyms durchzuführen und für die Reaktion ungefähr 25 bis ungefähr 60 000 und vorzugsweise ungefähr 1500 bis 20 000 Delft-Einheiten alkalische Proteasepro Gramm Xanthamgummi zu verwenden. Mit den hier als zur

geeignet Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen alkalischen Proteaseenzymzubereitungen wird ein Enzymgehalt von ungefähr 30 Delfteinheiten pro Gramm Xanthangummi erzielt bei Verwendung der Enzymzubereitung in einer Menge von 1 ppm, bezogen auf die wässrige Lösung, enthaltend 1 fo Xanthangummi,

Es/ist für den Fachmann klar, daß der pH-Wert der wässrigen Lösung bei ungefähr 7 oder weiter auf der alkalischen Seite liegen sollte, damit die neutralen und alkalischen Proteaseenzyme wirksam werden können. Die wässrige Lösung des Xanthangummis, enthaltend das alkalische Proteaseenzym, wird bei

*) besonders 750 bis 60 000 -7-

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einem pH-Wert von 7 oder darüber (das lie ißt .bis zu 12) bis zu ungefähr 20 bis 25 h bei Temperaturen von ungefähr Raumtemperatur bis ungefähr 6O⁰C stehengelassen. Wenn höhere Temperaturen angewandt werden und das ist unter bestimmten Bedingungen bevorzugt, ist die optimale Zeit kurzer, zum Beispiel ungefähr 1 bis 2 h bei 57°C. Bei Verwendung neutraler Proteasen liegt der bevorzugte pH-Wert bei ungefähr 7 und Reaktionstemperaturen von ungefähr 32 bis 49⁰C sind bevorzugt. Es ist nicht notwendig zu rühren, obwohl soweit es möglich ist, die Lösung leicht oder von Zeit zu Zeit gerührt oder bewegt werden soll, um ein unerwünschtes Absetzen der Feststoffe zu vermeiden und den Kontakt mit dem Proteaseenzym zu verbessern.

Bei einer erfindungsgemäßen Arbeitsweise wird die enzymatische Klärung bei im wesentlichen neutralem pH-Wert entweder mit einer neutralen oder alkalischen Protease durchgeführt. Wenn eine ganze Fermentationsbrühe angewandt wird oder wenn fester Xanthangunimi, enthaltend fremde wasserunlösliche Fermentationsfeststoffe, als Ausgangssubstanz angewandt wird, ist eine spezielle Einstellung des pH-Werts im allgemeinen nicht erforderlich. Wenn sie jedoch erwünscht ist, kann sie durchgeführt werden durch Zugabe einer Base wie Ammoniumhydroxid oder eines Alkalihydroxids. Das Vorhandensein anderer fremder Substanzen wie zum Beispiel von Chlor oder eine hohe Salzkonzentration, die die Enzymaktivität der Protease stören oder das Enzym zerstören, sollte natürlich vermieden werden.

Wie oben gesagt, enthält die gesamte FermentatiotEbrühe, die erhalten worden ist bei der Bildung von Xanthangummi durch Fermentation eines entsprechenden wässrigen Fährmediums mit einem Xanthan-bildenden Mikroorganismus ungelöste Feststoffe und Zelltrümmer neben dem Xanthangummi, der wasserlöslich ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden entweder diese gesamte Fermentationsbrühe oder wässrige Lösungen von Xanthangummi, die erhalten

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worden sind durch Lösen von isoliertem Gummi in einem wässrigen Träger, geklärt durch Behandlung mit einem alkalischen Proteaseenzym bei einem pH-Wert von ungefähr 9 bis 12 und bei erhöhter Temperatur bis zu ungefähr 6O⁰C.

Wenn die erfindungsgemäßeη mit Enzym behandelten Xanthangummilösungen als Spülungen für Ölbohrungen verwendet werden, wird zunächst ein wässriges Konzentrat hergestellt, enthaltend ungefähr 0,25 bis 1,5 Gew.-$ Xanthangummi und diese Lösung wird vor der unmittelbaren Anwendung mit weiterem Wasser oder wässrigem Träger auf eine Xanthangummikonzentration von ungefähr 200 bis 2000 ppm, vorzugsweise ungefähr 300 bis 1000 ppm verdünnt. Wenn die enzymatische Klärung nicht anuder Fermentationsbrühe durchgeführt worden ist, kann sie bei der Anwendung (in the field) an dem 0,25 bis 1,5$igen üässrigen Konzentrat durchgeführt werden. Bei der Verdünnung erhält man so eine geklärte Lösung der gewünschten Viskosität, die wesentlich verbesserte Einspritzeigenschaften für die ]?lutung3- bzw. Spülungsoperationen besitzt.

Die Erfindung betrifft auch feste Zubereitungen, enthaltend Xanthangummi und ein alkalisches oder neutrales Proteaseenzym, die direkt zu einem wässrigen Träger gegeben werden können, wodurch die getrennte Zugabe des Enzyms zu einer Xanthangummilösung überflüssig wird«, Die festen Mittel sind von besonderem Interesse, wenn die enzymatische Klärung zum Beispiel am Ort der Ölgewinnung durchgeführt werden soll« Es ist bevorzugt, daß diese festen Mittel ungefähr 5 bis 20 Teile Xanthangummi pro Teil Proteaseenzym enthalten. So kommen Mittel infrage, enthaltend 85 bis 95 Gew.-^ Xanthangummi und 15 bis 5 Gew.-<fo Enzym. Wenn ein festes inertes Verdünnungs- oder Streckmittel angewandt wird, sollte das Verhältnis von Polysaccharid zu Enzym ebenfalls in den oben angegebenen Grenzen liegen.

Irgendeiner der bekannten Xanthangummen, die auch als hydrophile Xanthomonas Kolloide beschrieben werden, kann für das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden. Es ist bevorzugt ein Kolloid zu verwenden, das gebildet worden ist durch

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das Bakterium Xanthomonas campestris. Diese Substanz und ihre Herstellung sind in der US-PS 3 659 026, Spalte 4, beschrieben.

Andere kolloidale Xanthomonas-Materialien (Xanthangummen) können gebildet werden durch Wiederholung des in dieser * Druckschrift zur Bildung des Xanthomonas campestris-Kolloids beschriebenen Verfahrens unter Anwendung anderer bekannter Xanthomonas-Bakterien, das heißt z.B. Xanthomonas carotate, Xanthomonas incanae, Xanthomonas begoniae, Xanthomonas malvacerum, Xanthomonas vesicatoria, Xanthomonas papavericola, Xanthomonas translucens, Xanthomonas vasculorum und Xanthomonas hederae anstelle von Xanthomonas campestris.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert :

Beispiel 1

Zu 200 ml einer 1$igen wässrigen Lösung (in Leitungswasser oder enthärtetem Wasser) von Xanthangummi, der gebildet worden ist durch Fermentation von Xanthomonas campestris, wurden 100 ppm des alkalischen Proteaseenzyms Alcalase (Warenzeichen der Novo Industries A/S für das alkalische Proteaseenzym, das gebildet worden ist von Bacillus licheniformis) gegeben. Eine ähnliche Lösung von Xanthangummi in Leitungswasser ohne zugesetztes Enzym diente als Vergleich. Die Gemische wurden 4 Tage bei Raumtemperatur stehengelassen und dann mit 3800 ml V/asser auf eine Xanthangummikonzentration von 500 ppm verdünnt. Die Klarheit der verdünnten Gemische wurde bestimmt mit Hilfe eines Klett-Summerson photoelektrischen Colorimeters mit einem Filter Mr. 47. Die Zählung der Bakterienzellen in den verdünnten Lösungen wurde nach Standard-Verfahren durchgeführt und die prozentuale Verminderung der Zellen notiert. Die Lösungen wurden auch bei Raumtemperatur durch ein Millipore-Filter mit einer Porengröße von 1,2 rim filtriert und das Volumen des innerhalb von 5 min erhaltenen Filtrats gemessen. Man erhielt die in der folgenden Tabelle angegebenen Ergebnisse:

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Tabelle

Vergleich zugesetztes Enzym

Leitungswasser weiches Wasser

Colorimeter-Ablesung 22 11 6

prozentuale Verminderung

der Zellen 89,5 % 94,8 %

Millipor-Eiltrat 49 ml 68 ml 92 ml

(5 min)

Beispiel 2

Die Wirkung verschiedener Konzentrationen von alkalischem Proteaseenzym zur Klärung von Xanthangummilösungen wurde folgendermaßen bestimmt: zu getrennten Anteilen von je 200 ml einer 1$igen Lösung von Xanthangummi (erhalten durch Fermentation von Xanthomonas campestris) in Leitungswasser wurde Alcalase-Enzym in einer Konzentration von 25, 50 und 500 ppm zugegeben. Die entstehenden Gemische wurden insgesamt 4 Tage bei Raumtemperatur stehengelassen. Nach 1 h und nach 24 h wurden kleine Proben von jedem der Gemische entnommen und mit einem Klett-Summerson-Colorimeter - wie in Beispiel 1 beschrieben - nach Verdünnung der Probe mit Wasser auf eine Xanthangummikonzentration von 500 ppm untersucht. Nach Ablauf der 4 Tage wurden die Gemische auf eine Xanthankonzentration von 500 ppm verdünnt und colorimetrische Meßwerte und Millipor-Piltrat-Werte,wie in Beispiel 1 beschrieben, bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II angegeben.

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	T a	- 11 -	II	1A-46	072 2510374	50 ppm	500 ppm
		belle			27	22
	Vergleich (kein Enzym)		Colorimeter-Ablesungen	20	18
Zeit	32	25 ppm	20	20
1h	29	30	276 ml	320 ml
24 h	29	22
4 Tage	160 ml	23
Millipor- Filtrat ( 5 min)		164 ml
Beispiel 3

Bei einem auf die in Beispiel 2 beschriebene Weise durchgeführten Versuch wurde eine 1., O$ige Lösung von Xanthangummi in iieitungswasser behandelt mit 200 ppm Alcalase-Snzym und die Trübung in verschiedenen Zeitabständen gemessen. Die Ablesungen für die Trübungen -wurden - wie in Beispiel 1 beschrieben - durchgeführt nach Verdünnung des Gemisches mit V/asser auf eine Xanthankonzentration von 500 ppm. Die Ergebnisse sind in Tabelle III angegeben.

Tabelle

III

Zeit (h)

24 48 144

Colorimeter-Ablesungen	Enzym
Vergleich	25
37	19
32	18
30	15
27	16
25

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Beispiel 4

Die erfindungsgemäße Behandlung sollte die Viskosität der Xanthangummilösung nicht wesentlich verringern· Die Einwirkung der Enzymbehandlung auf die Viskosität wurde bestimmt durch Behandlung von 200 ml einer 0,6$igen Xanthangummilösung in Leitungswasser mit 100 ppm Alcalase-Enzym. Das Gemisch wurde 4 Tage bei Raumtemperatur gehalten und dann mit Wasser auf eine Xanthankonzentration von 500 ppm verdünnt. Die verdünnte lösung wurde durch ein 1,2 μ Millipor-Filter (wie in Beispiel 1) geleitet, um die Verstopfungsneidung zu bestimmen. Eine ähnliche Lösung ohne zugesetztes Enzym diente als Vergleich. Die Viskositäten wurden bei Raumtemperatur mit Hilfe eines Brookfield LVT-Viskosimeters mit einem UL-Adapter bei 60 TJpM bestimmt. Man erhielt die in Tabelle IV angegebenen Ergebnisse,

Tabelle IV

Vergleich zugesetztes Enzym

96	ml
4	,6 cPs
4	,4 cPs

Millipor-Filtrat (5 min) 29 ml
Viskosität vor der Filtration 4,8 cPs Viskosität nach der Filtration 4,1 cPs

Beispiel 5

Die Einwirkung der Temperatur auf die enzymatische Klärung wurde bestimmt durch Zugabe verschiedener Menge alkalischer Protease Subtilisin Carlsberg (Maxatase der Ohas.E.Pfizer) zu 200 ml einer 1,Obigen wässrigen Lösung von Xanthangummi, der gebildet worden war durch Fermentation mit Xanthomonas campestris. Die Gemische wurden 1 h auf 49⁰C gehalten und dann mit Wasser auf eine Xanthangummikonzentration von 500 ppm verdünnt. Die Klarheit und Filtrierbarkeit der Lösung wurde - wie in Beispiel 1 beschrieben - bestimmt. Man erhielt die in Tabelle V angegebenen Ergebnisse:

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Tabelle Y

Enzym im Konzentrat (ppm) O 50 100 200 500 1000

Color ime t er-Ab-

lesung 29 11 9 10 10 10 Millipor-Filtrat

(ml) (5 min) 136 250 382 376 640 960

Beispiel 6

Unterschiedliche Mengen des alkalischen Proteaseenzyms Maxazyme der Enzym-Development Corporation wurden zu einer I^igen Lösung von Xanthangummi (gebildet durch Xanthomonas campestris) gegeben. Die Gemische wurden ungefähr 16h bei Raumtemperatur stehengelassen und dann auf eine Konzentration von 500 ppm Xanthangummi verdünnt. Die Klarheit und Piltrierbarkeit der verdünnten Lösungen wurde-wie in Beispiel 1 beschrieben- bestimmt· Man erhielt die in Tabelle YI angegebenen Ergebnisse:

Tabelle YI

	25	Enzym im	Konzentrat (ppm)	200	500
0	19	50	100	7	4
•g 36	230	7	7	485	415
136	287	350

Colorimeter-Ablesung 36

Millipor-Piltrat
(ml) (5 min)

Beispiel 7

Zu einer wässrigen Lösung, enthaltend 750 ppm Xanthangummi, der gebildet worden ist durch Fermentation eines ITährmediums mit Xanthomonas campestris wurden 75 ppm alkalische Protease, die gebildet worden war durch Bacillus licheniformis (Alcalase,

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Novo Industries A/S) zugegeben. Das Gemisch wurde 24 h bei Raumtemperatur stehengelassen. Dann wurden Anteile dieser Lösung in Sandsteinproben mit einer Permeabilität (Durchlässigkeit) von 380 mDarcies gegeben und der Druckanstieg als Funktion der injizierten Porenvolumina angegeben. Die Zunahme des Drucks ist ein Maß für die Verstopfung bzw. Abdichtung der Probe durch Feststoffe in der wässrigen Lösung, die mit dem Xanthangummi eingeführt wird. Der Vergleichsversuch wurde auf die gleiche Weise durchgeführt unter Verwendung einer ähnlichen Xanthangummilösung ohne zugesetztes Enzym, Die Ergebnisse sind in Tabelle VlI angegeben. Die Viskosität der Vergleichslösung betrug 14,7 cPs und diejenige der mit Enzym behandelten Lösung 14,9 cPs (Brookfield LVT Viskosimeter mit einem TJL-Adapter, 6 UpM Raumtemperatur).

Tabelle VII

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-15- 1A-46 Porenvolumen *· 3 I U 0 / Μ·

Druck kg/cm² (psi)

1) 750 ppm Xanthangummi 2,3 0,141 (2,0)

75. ppm Enzym 4,5 0,155 (2,2)

7,3 0,158 (2,25)

10,9 0,176 (2,5) ·

18.0 0,176 (2,5) 23,6 0,204 (2,9)

28.8 0,211 (3,0) 33,6 0,239 (3,25)

38.9 0,239 (3,4) 42,6 0,253 (3,6)

2) 750 ppm Xantangummi 2,8 0,225 (3,2)

kein Enzym 5,6 0,239 (3,4)

8,9 0,288 (4,1)

12.1 0,310 (4,4) 15,5 0,338 (4,8)

22.0 0,369. (5,25) 29,9 0,439 (6,25) 31,8 0,444 (6,3) 39,3 0,457 (6,5)

45.1 0,492 (7,o)

In den vorherigen Beispielen wurden die kolorimetrischen Untersuchungen und die Milliipor-Filter-Untersuchungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Der angewandte Xanthangummi war der von der Kelco Company, San Diego, Californien unter dem Hamen Kelzan KE¹ in der Handel gebrachte.

Die in den Beispielen 8 bis 13 angewandten Ausgangsmaterialien sind jeweils die ganze Fermentationsbrühe, die erhalten worden ist durch Züchtung eines Xanthomonas campestris Mikroorganismus in einem wässrigen Hährmedium, enthaltend eine Quelle für Kohlenhydrate, Protein und anorganischen Stickstoff. Die entstehende Fermentationsbrühe enthiä-t Xanthangummi-Biopolymer in einer Konzentration von.ungefähr bis 24 ml/ml.

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Beispiel 8

Zu 500 ml (500 g) Fermentationsbrühe wurde ausreichend 1 α Natriumhydroxid zugegeben, um den pH-Wert auf 11,0 zu erhöhen. Das entstehende Gemisch wurde 4 h auf 49⁰O gehalten.

Beispiel 9

Zu 500 ml (500 g) Xanthangummi-Permentationsbrühe wurden 0,5 g (165 000 Delft-Einheiten) Maxazym alkalische Protease bei 49⁰C zugegeben. Das entstehende Gemisch wurde 4 h auf dieser !Temperatur gehalten.

Beispiel 10

Zu 500 ml (500 g) Xanthan-Fermentationsbrühe wurden 0,5 g (165 000 Delft-Einheiten) Maxazym alkalisches Proteaseenzym gegeben. Der pH-Wert des entstehenden Gemisches wurde dann von im wesentlichen neutral auf 11,0 eingestellt mit 1 η Natriumhydroxidlösung und das entstehende Geraisch auf 49⁰C erwärmt und 4 h auf dieser Temperatur gehalten.

Beispiel 11

Zu 500 ml (500 g )Xanthan-IFermentationsbrühe wurden 0,15 g Maxazym alkalisches Proteaseenzym gegeben. Das ergab eine Konzentration von 300 ppm Enzym in der lösung (4300 Delft-Einheiten pro Gramm Xanthangummi). Der pH-Wert des Gemisches wurde von im wesentlichen neutral durch Zugabe von 1 η Natriumhydroxidlösung auf 9,0 eingestellt. Das Gemisch wurde auf 30 C erwärmt und 4 h auf dieser Temperatur gehalten. Der pH-Wert wurde dann durch Zugabe weiterer 1 η Natriumhydroxidlösung auf 12 erhöht und die entstehende Lösung 3 h auf 3O⁰C gehalten.

Beispiel 12

Zu 500 ml (500 g) Xanthangummi-Permentationsbrühe wurden 0,05 g Maxazym alkalisches Proteaseenzym gegeben. Man erhielt eine Enzymkonzentration in der lösung von 100 ppm

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(1440 Delft-Einheiten pro Gramm Xanthangummi). Der pH-Wert des Gemisches wurde von im wesentlichen neutral durch Zugabe von 1 η Kaliumhydroxid auf 9,0 eingestellt und das Gemisch auf 43⁰C erwärmt und 6 h auf dieser Temperatur gehalten. Der pH-Wert der lösung wurde dann durch Zugabe weiterer 1 η Kaliumhydroxidlösung auf 12 erhöht und das Gemisch 1 h auf 43⁰C gehalten.

Beispiel 13

Das Verfahren des Beispiels 12 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß 0,025 g Enzym angewandt wurden, wobei man eine Konzentration von 50 ppm (720 Delft-Einheiten pro Gramm Xanthangummi) in der Lösung erhielt.

Fach Durchführung der in den oben angegebenen Beispielen 8 bis 13 beschriebenen Behandlungen wurden die Gemische mit 1 η Salzsäure auf einen pH-Wert von 5,5 gebracht und auf ungefähr 21⁰C gekühlt. Zu dem entstehenden Gemisch wurden 1000 ml 2-Propanol gegeben. Bei der Alkoholbehandlung fiel der Xanthangummi aus. Das Gemisch wurde filtriert und die Peststoffe durch 5 h langes Erwärmen auf 60⁰C getrocknet. Die Feststoffe wurden dann zu einer gleichmäßigen Teilchengröße vermählen. Die Klarheit wurde bestimmt durch Herstellung einer 1%igen wässrigen Lösung des Xanthangummis und Verdünnung der Lösung auf eine Konzentration von 500 ppm Xanthangummi. Die Klarheit des verdünnten Gemisches wurde dann bestimmt mit Hilfe eines Klett-Summerson photoelektrischen Colorimeters mit einem Filter Nr. 47. Man erhielt die in Tabelle VIII angegebenen Ergebnisse.

Tabelle VIII

Klett-Ablesung

Beispiel Ur.	8	I	1
	9	2
	3
10
1
1
1

Vergleich, keine Enzym-Behandlung

29

15

4-

35

509838/0874

-17-

- 18 - 1ii-46 072

Beispiel 14

Zu 400 ml (400 g ) Xanthangummi Permentationsbrühe wurden 0,132 g Esperase alkalisches Proteaseenzym (der Novo Industries) und 0,4 g Natriumtripolyphosphat gegeben. Man erhielt eine Enzymkonzentration von 330 ppm (0,03 Anson Einheiten; 6600 Delft-Einheiten) pro Gramm Xanthangummi, Der pH-Wert des Gemisches wurde von im wesentlichen neutral mit Hilfe von 1 η Natriumhydroxid auf 9,5 eingestellt. Das Gemisch wurde auf 49⁰C erwärmt und 6 h auf dieser Temperatur gehalten. Dann wurde der pH-Wert durch Zugabe von 1 η HCl auf 5_t5 gebracht. Das Gemisch wurde auf ungefähr Raumtemperatur abgekühlt und der Xanthangummi durch Zugabe von 800 ml 2-Propanol unter Rühren ausgefällt, Der feste Xanthangummi wurde durch Filtration gewonnen und getrocknet. Unter den oben beschriebenen Yersuchsbedingungen erhielt man bei dem Produkt eine Klett-Ablesung von O bei einer Konzentration von 500 ppm Xanthangummi. Unter den gleichen Yersuchsbedingungen erhielt man für die Vergleichsprobe von Xanthangummi (ohne Enzymbehandlung) eine Ablesung von 35·

Beispiel 15

Zu 500 ml (500 g) Xanthangummi-Fermentationsbrühe wurden 0,25 g Maxazym alkalisches Proteaseenzym gegeben, wobei man eine Enzymkonzentration von 500 ppm (7170 DeIft Einheiten pro Gramm Xanthangummi) erhielt. Das Gemisch wurde durch Zugabe von 1 η Kaliumhydroxid auf einen pH-Wert von 9,0 gebracht, auf 57 bis 6O⁰C erwärmt und 1,75 h auf dieser Temperatur gehalten. Nach dieser Zeit wurde der Xanthangummi - wie oben beschrieben - gewonnen und die Klarheit ebenfalls - wie oben beschrieben - bestimmt. Die Klett-Ablesung betrug O.

Beispiel 16

Eine 2,0$ige Lösung einer handelsüblichen Probe von Xanthangummi (Kelzan MF der Kelco Company, San Diego, Kalifornien) in Leitungswasser wurde hergestellt. Hierzu wurden 250 ppm alkalisches Proteaseenzym unter kräftigem Rühren zugegeben und der pH-Wert mit verdünntem Natriumhydroxid auf 9,0 eingestellt. Die Temperatur wurde auf 46⁰C erhöht und weitere 4 h

50983870874 "*¹⁸"

- 19 - 1A-46 072

gemischt. Der pH-Wert wurde dann mit Natriumhydroxid auf 11,5 gebracht und das Gemisch weitere 3 h auf dieser Temperatur gehalten. Dann wurde der pH-Wert mit verdünnter Salzsäure auf 5,5 verringert und der Xanthangummi mit Isopropanol

wie oben beschrieben ausgefällt, getrocknet und vermählen. Der behandelte Xanthangummi wurde dann mit einer nicht—behandelten Probe bezüglich der Klarheit und Piltereigensohaften verglichen. Bei Anwendung des Klett-Summerson-Colorimeters mit einem Filter Ur. 47 ergab die nicht-behandelte Probe bei einer Konzentration von 500 ppm Xanthangummi eine Ablesung für die Trübung von 36 . während die mit Enzym behandelte Probe eine Ablesung von 1,0 für die Trübung ergab. Die Fließgeschwind igte it durch ein 1,2 mn Millipor-Filter betrug 750 ml/min für das mit Enzym behandelte Material und 450 ml/min für die Tergleichsprobe.

Beispiel 17

Es wurde getrockneter Xanthangummi wie in der Literatur beschrieben hergestellt, das heißt durch Fermentation eines v/ässrigen Uährmediums mit einem Xanthan-bildenden Stamm von Xanthomonas campestris und Ausfällung aus der erhaltenen Fermentationsbrühr mit einem niederen Alkanol wie Isopropanol· Das so erhaltene Produkt ist das Handelsprodukt Kelzan MF. Zu getrennten Anteilen von Lösungen von 1 Gew.-^ dieser Substanz in Leitungswasser wurden jeweils 1000 ppm des Enzyms Pilz-Protease (Lösung 1) und 1000 ppm des Enzyms HT Proteolytic 200 (Lösung 2) zugegeben. Die Pilz-Protease ist ein neutrales Proteaseenzym, das erhalten worden ist von Aspergillus oryzae und enthält 31 000 Hämoglobineinheiten pro Gramm. HT Proteolytic 200 ist eine neutrale Protease, die erhalten worden ist von Bacillus subtilis. Beide Produkte werden von der Marschall Division of Miles Laboratories in den Handel gebracht. Eine dritte Lösung wurde hergestellt ohne daß Enzym augesetzt wurde.

Die einzelnen Enzymlösungen wurden 10 h auf 43⁰C gehalten · und dann mit Wasser auf eine Xanthangummikonzentration von 500 ppm verdünnt. Bei der Untersuchung auf die Klarheit in einem Klett-Summerson Colorimeter - wie in Beispiel 1 beschrieben - erhielt man die folgenden Ergebnisse:

509838/0874 -19-

- 20 - 1A-46 072

Probe Colorimeter-Ablesung

Vergleich (kein Enzym) 26

Lösung 1 (Pilz-Protease) 12

Lösung 2 (HT Proteolytic 200) 4

Beispiel 18

Zu einer 1%igen wässrigen Lösung von Xanthangummi (wie in Beispiel 17 hergestellt) wurden 100 ppm HT Proteolytic 200 Enzym zugegeben· Das .Gemisch wurde auf 43⁰C erwärmt. Die Filtrationsgeschwindigkeit gleicher Anteile durch ein Milliporfilter mit einer Porengröße von 1,2 um wurde bei Raumtemperatur nach 2, 3 und 4 h bestimmt. Man erhielt die folgenden Ergebnisse:

Zeit (h) IPiltrationsgeschindigkeit

(ml/min)

2 94

3 320

4 533

Beispiel 19

Bei Wiederholung des Verfahrens nach Beispiel 18 unter Verwendung von 200 ppm Pilz-Proteaseenzym erhielt man die folgenden Ergebnisse:

Zeit Filtrationsgeschwindigkeit

(ml/min)

2 T23

3 400

4 600

Beispiel 20

Zu einer 1%igen Lösung von Xanthangummi (hergestellt wie in Beispiel 18) wurden verschiedene Mengen von Pilz-Protease-Enzym zugegeben. Die entstehenden Gemische wurden 4 h bei 24⁰C gerührt und dann mit Wasser auf eine Xanthangummikonzentration von 500 ppm verdünnt. Die Piltrationsgeschwindigkeiten durch einen Millipor-Pilter mit einer Porengröße von 1,2/Um wurden wie oben beschrieben bestimmt. Man erhielt die folgenden Ergebnisse:

509838/0874 - 20 -

	- 21 -	1Δ-4Ό 07£ ' 2510374
Enzym-Konzentration (ppm)		Filtrationsgeschwindigkeit (ml/min)
O		75
50		110
100		204
500		331
1000		336

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Λ, Te^iatLTrexi zum ILXax-exi eiiaetr? wässrigen. Lösung von Xanthängummi, enthaltend wasserunlösliche Fermentationsfeststoffe, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung mit einem Proteaseenzym behandelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 25 bis 2000 ppm Enzymanwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Enzym eine neutrale Protease verwendet.
4· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Enzym eine alkalische Protease anwendet.
5. Verfahren nach -Anspruch 1 bis 4, dadurch g e k e^n η zeichnet, daß man die Lösung mit 25 bis 60 000 Delft-Einheiten eines alkalischen Proteaseenzyms pro Gramm Xanthangummi behandelt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch zeichnet, daß man ungefähr 1500 Einheiten anwendet.

g e k e

η η bis 20 000 Delft-

g e k e η η -
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch zeichnet, daß man von einem Xanthangummi ausgeht, der erhalten worden ist durch fermentation eines Nährmediums mit einem Xanthomonas Stamm.

*) vorzugsweise 750 bis 60 000

ΊΑ-46 072
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man von einem Xanthomonasgummi ausgeht, der erhalten worden ist durch !Fermentation mit Xanthomonas campestris.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man von einer Xanthangummikonzentration " in der wässrigen lösung von ungefähr 0,25 bis ungefähr 1,5 Gew.-J ausgeht.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Enzymbehandlung bei Raumtemperatur in mehr als 6 h durchgeührt.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man von der gesamten ÜPermentationsbühE ausgeht, die erhalten worden ist durch Fermentation eines Mahrmediums mit einem Xanthangummi-bildenden Stamm von Xanthomonas und diese Fermentationsbrühe mit ungefähr 25 bis 60 000 Delft-Einheiten alkalischen Protease-Enzym pro Gramm Xanthangummi umsetzt.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Behandlung bei einem pH-Wert von ungefähr 7,5 bis 12 bei einer Temperatur von bis zu ungefähr 60⁰O durchführt.
13. Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es 85 bis 95 Gew.-^ festen Xanthangummi,enthaltend celluläre Fermentationsfeststoffe_fund ungefähr 5 bis 15 Gew.-% eines Protease-Enzyms enthält.

14· Mittel nach Anspruch

13, dadurch gekennzeichnet, daß das Enzym eine alkalische Protease ist.

6243

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