DE2510374B2 - Verfahren zum klaeren einer waessrigen loesung von xanthangummi - Google Patents
Verfahren zum klaeren einer waessrigen loesung von xanthangummiInfo
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Description
Xanthangummen sind hydrophile Polysaccharide, die erhalten worden sind durch Fermentation eines
geeigneten Nährmediums mit Mikroorganismen vor 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 dem wäßrigen Medium zu suspendieren.
Eines der bekannten Anwendungsgebiete für Xanthangummen 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 Hersteilung der meisten Xanthangummen
wird das feste Xanthan gewonnen durch Ausfällung aus der Fsrmentationsbrühe, 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 Rakterienzellen
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 angewandt wird, da die Feststoffe dann
dazu neigen, die kleinen Poren in der Gesteinsformation 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, um dieses Problem zu überwinden, umfaßten die Behandlung der
Xanthangummilösung mit Alkali 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 i,5 Gew.-% Xanthangummi. Dieses 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 durch 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 auftetenden 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 bei der Fermentation zur Herstellung von Xanthan auftretenden Zelltrümmer,
geklärt werden können durch Behandlung dieser .ösungen oder Suspensionen mit kleineren Mengen
eines alkalischen Proteaseenzyms. Unter dem Begriff wäßrige Lösungen von Xanthangummi sind in diesem
vollständige Fei mentationsbrühen,enihan,
das durch Fermentation eines
mit einem Xanthan bildenden Mikroor- ^ . th F
•mn« erhalten wuium .^., —
|βΤα! dieser Ausdruck Lösungen, die erhalten worden 5
Hh Zusatz von isoliertem Xanthangummi zu
iind durLrj' Medium und auch teilweise gereinigte
einem wa ^ Xanthangummi. Die erfindungsgemäße
LÖSU" tische Behandlung führt zu einer teilweise oder
^n^nrfiscn Entfernung der suspendierten Zellen und l0
•ufpine geklärte Lösung, die keinen Viskositätsvererg
rlkVen hat und die gegebenenfalls nach entspre-1UuSt
Tr Verdünnung mit oder ohne weitere chemische j ««-hanische Behandlung angewandt werden kann.
Odn· Fnzvme die sich für dieses Verfahren als geeignet lf
Ό en haben sind alkalische Proteasen. Die alkali-Pmteaseenzyme
werden im allgemeinen gebildet Mikroorganismen der Gruppe Bacillus wie
. B lichenlformis, B. amyloliquifacens und
„ffls' Obwohl alkalische Proteasen auch gebildet 2
•n von Streptomycesarten wie S. fradiae, S. griseus
, ς rectus ist die Enzymquelle nicht kritisch.
Alkalischen Proteaseenzyme und die Verfahren zu ihrer
c ρ Ie sind bekannt (»Microb.al Proteases« von
TTeäv Process Biochemistry, 1971, Seite 17;:
= «,me Detergents« von Laggrit h und Li ss,
f Tnedia of Chemical Technology. 2. Ausg.,
Encyc.opedia Seite 294 und »Microbiological Origins
'iff S m Enzy-s« von L. C a m ρ b e 11, Develop-Ä
industrial Microbiology, Band 12, Seite 24).
X die erfindungsgemäße Klärung der lösungen zu
prShen werden wäßrige Lösungen von Xanthangum-
e! Enthaltend die fremden unerwünschten Fermenta-
Snsfests offe suspendiert) und vorzugsweise enthal-
Al 0 25 bis 3 0 Gew,% Xanthangummi mit der
•,nahten Menge Proteaseenzym vermischt und das
Sh wie später näher beschrieben, stehengelassen.
Wenn ein^Fermentationsbrühe behandelt oder geklärt
a Ln beträgt die Xanthangurnmikonzentration werfen soll, betragt^^. ^_% ^ ^..^ ^
Wasser verdünnt werden, bevor die durchgeführt wird, und in einem
Filters bestimmt wird).
Die Enzymkonzentration oder Wirksamkeit wird
häufig ausgedrückt in willkürlichen Einheiten. So sind Delft-Einheiten ein üblicher Ausdruck für die Fähigkeit
einer alkalischen Proease, Kasein abzubauen.
Die DeHt-Einheit ist eine willkürliche Einheit, die
folgendermaßen definiert ist: Wenn 1 ml einer 2%igen
Lösung Liner alkalischen Proteasezubereitung eine korrigierte UV-Absorption von 0,4 unier den folgenden
Testbedingungen ergibt, besitzt die Enzymzubereitung definitionsgemäß eine Proteaseaktivität von Ιυυυ
Delft-Einheiten prog.
Die Aktivität der alkalischen Protease in Dellt-t.mheiten
wird nach dem Verfahren von K u η 11 ζ (J. Gen
Physiol. 30, 291, 1947) folgendermaßen bestimmt: 1,0 ml einer 2i;)/oigen wäßrigen Lösung von Kasein ( H a rri m
a r s t e i η) und 0,5 ml NaOH-Puffer, pH 11,0, werden
mit 0,5 ml einer Enzymlösung vermischt. 2 0 ml des entstehenden Gemisches werden 20 min bei -·/ <ι
inkubiert und dann die Reaktion durch Zugabe von 3,0 ml einer 5%igen wäßrigen Lösung von Tncnloressigsäure
abgebrochen. Das Gemisch wird weitere 30 min bei 37°C stehengelassen, wobei das ment
abgebaute Kasein sich abscheidet. Das abgeschiedene s Kasein wird abfiltriert und das entstehende FiItrat aui
die optische Dichte bei 275 nm untersucht. De erhaltene Wert für die optische Dichte wird korrigiert
durch den Wert für die optische Dichte, d^r lur eine
Vergleicrcprcbe erhalten worden ist, bei der keine
ίο Proieolyse eingetreten ist, z. B. ohne Enzym.
Andere Einheiten für die Messung von En/.ymakt.vität
sind dem Fachmann natürlich bekannt. Hämoglobineinheiten zum Beispiel werden häufig angewandt zur
Definition der Enzymakiivität von Pilzproteasen.
,s Es ist bevorzugt, das erfindungsgemaße Verfahren '' mit Hilfe eines alkalischen Proteaseenzyms ^rchiufuh.
ren und für die Reaktion 25 bis 60 000, besonders , 50b s
60 000, und vorzugsweise 1500 bis 20 000 Delft-binheiten
alkalische Protease pro Gramm X™«"1™1.z"
,0 verwenden. Mit den hier als zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet angegebenen alkalischen Proteaseenzymzubereitungen wird ein Enzymgehalt von ungefähr 30 Delfte.nhe.ten programm
Xanthangummi erzielt bei Verwendung der En.y.mr-.
. »i .,„„ 1 nnm hp7neen aui oil
SaSSSS <· =Sää5=:::
XanthangummiKoii/.ciiuai.^ „ ^
die von isoliertem Xanthangummi hergestellt worden sind, geklärt werden sollen, günstigerweise 0,25 bis 1,5
und vorzugsweise 0,5 bis 1,0 Gew.-%.
Unter den hier beschriebenen Reaktionsbedingungen baut das alkalische Proteaseenzym die festen Zelltrüm- ;
mer 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 Feststoffen, 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 25 bis 2000 ppm (Teile pro Million wäßriger Lösung) Enzym
behandelt und vorzugsweise mit 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 Filtricrbarkeit oder Pumpbarkeit (wie durch Verwendung eines Millipore-Dereiiung
>u cmci iy.v...6V. — . rr .
wäßrige Lösung, enthaltend 1% 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 alkalischen Proteaseenzyme wirksam werden können. Die wäßrige
Lösung des Xanthangummis, enthallend das alkalische Proteaseenzym, wird bei einem pH-Wert von 7 oder
darüber (d. h. 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 kürzer,
z. B, ungefähr 1 bis 2 h bei 57°C. Es ist nicht notwendig
zu rühren, obwohl soweit es möglich ist, die Lösung ι 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
5 enzymatische Klärung bei im wesentlichen neutralem
pH-Wert mit einer alkalischen Protease durchgeführt.
Wenn eine ganze Fermentationsbrühe angewandt wird
oder wenn fesler Xanthangummi, enihaiienij fremde
wasserunlösliche Fermeiuaüonsfeststoffe, 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. Da^ Vorhandensein anderer fremder Substanzen wie z. D.
von Chlor oder eine hohe Salzkonzentration, die die Enzymaktivität der Protease stören oder das Enzym
zerstören, sollte natürlich vermieden werden.
Wie oben gesagt, emhält die gesamte Fermemationsbrühe,
die erhalten worden ist bei der Bildung von Xanthangummi durch Fermentation eines entsprechenden
wäßrigen Nährmediums mit einem Xanthan bildenden Mikroorganismus, ungelöste Feststoffe und
Zelllrüinmer 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 worden sind durch
Lösen von isoliertem Gummi in einem wäßrigen Träger, geklärt durch Behandlung mit einem alkalischen
Proteaseenzym bei einem pH-Wert von 9 bis 12 und bei erhöhter Temperatur bis zu 6O0C.
Wenn die erfindungsgemäßen mit Enzym behandelten Xanthangummilösungcn als Spülungen für Ölbohrungen
verwendet werden, wird zunächst ein wäßriges Konzentrat hergestellt, enthaltend 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 200 bis 2000 ppm, vorzugsweise 300 bis
1000 ppm verdünnt. Wenn die enzymatische Klärung nicht an der Fermentationsbrühe durchgeführt worden
ist, kann sie bei der Anwendung an dem 0,25- bis l,5°/oigen wäßrigen Konzentrat durchgeführt werden.
Bei der Verdünnung erhält man so eine geklärte Lösung der gewünschten Viskosität, die wesentlich verbesserte
Einspritzeigenschaften für die Flutungs- bzw. Spülungsoperationen besitzt.
Die festen Mittel zur Klärung einer wäßrigen Lösung von Xanthangummi sind von besonderem Interesse,
wenn die enzymatische Klärung zum Beispiel am Ort der ölgewinnung durchgeführt werden soll. Sie können
5 bis 20 Teile Xanthangummi pro Teil Proteaseenzym enthalten. Wenn ein festes inertes Verdünnungs- oder
Streckmittel angewandt wird, sollte das Verhältnis von
;,o
45 Polysaccharid zu Enzym ebenfalls in den oben
angegebenen Grenzen liegen.
Irgendeinder der bekannten Xan hangummcn, du,
auch als hydrophile Xanthomonas-Kolloidc beschrieben
werden, kann für das erfindungsgemäße Verfahren aneewandt werden. Es ist bevorzugt ein Kolloid zu
verwenden, das gebildet worden ist durch das Bakterium Xanthomonas campestns. Diese Substanz
und ihre Hersteilung sind in der US-PS 36 'j9 026, Spalte
4, beschrieben . .
Andere kolloidale Xanthomonas-Matenalien (Xanthangummeri)
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 vesicatona, Xan
thomonas papavericola, Xanthomonas translucens, Xanthomonas vasculorum und Xanthomonas hederae
anstelle von Xanthomonas campestns.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:
Zu 200 ml einer l%igen wäßrigen Lösung (in Leitungswasser oder enthärtetem Wasser) von Xanthangummi,
der gebildet worden ist durch Fermentation von Xanthomonas campestris, wurden 100 ppm eines
alkalischen Proteaseenzyms, 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 Wasser auf eine Xanthangummikonzentration
von 500 ppm verdünnt. Die Klarheit der verdünnten Gemische wurde bestimmt mit Hilfe eines
photoelektrischen Colorimeters mit einem Filter. 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 Millipor-Filter mit einer Porengröße von
1,2 μΐη filtriert und das Volumen des innerhalb von 5 min
erhaltenen Filtrats gemessen. Man erhielt die in der folgenden Tabelle angegebenen Ergebnisse:
Vergleich Mit zugesetztem Enzym
Leitungswasser weiches Wasser
Leitungswasser weiches Wasser
Colorimeter-Ablesung
Prozentuale Verminderung
der Zellen
Millipor-Filtrat (5 min)
Prozentuale Verminderung
der Zellen
Millipor-Filtrat (5 min)
22
49 ml
B e i s ρ i e 1 2
Die Wirkung verschiedener Konzentrationen von alkalischem Proteaseenzym zur Klärung von Xanthangummilösungen
wurde folgendermaßen bestimmt: Zu getrennten Anteilen von je 200 ml einer l%igen Lösung (>s
von Xanthangummi (erhalten durch Fermentation von Xanthomonas campestris) in Leitungswasser wurde
Enzym wie in Beispiel 1 in einer Konzentration von 25, 11
89,5%
89,5%
68 ml
6
94,8%
94,8%
92 ml
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
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-Filtrat-Werte,
wie in Beispiel 1 beschrieben, bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II angegeben.
Zeit Vergleich Colcrimeter-Ablesungen
(kein
Enzym) 25 ppm 50 ppm 500 ppm
Enzym) 25 ppm 50 ppm 500 ppm
lh
24 h
4 Tage
Millipor-Filtrat
(5 min)
24 h
4 Tage
Millipor-Filtrat
(5 min)
32
29
29
160 ml
29
29
160 ml
30
22
23
164 ml
22
23
164 ml
27
20
20
276 ml
20
20
276 ml
22
18
20
320 ml
18
20
320 ml
Bei einem auf die in Beispiel 2 beschriebene Weise durchgeführten Versuch wurde eine l,0°/oige Lösung
von Xanthangummi in Leitungswasser behandelt mit 200 ppm des in Beispiel 1 angewandten Enzyms und die
Trübung in verschiedenen Zeitabständen gemessen. Die Ablesungen für die Trübungen wurden — wie in Beispiel
1 beschrieben — durchgeführt nach Verdünnung des Gemisches mit Wasser auf eine Xanthankonzentration
von 500 ppm. Die Ergebnisse sind in Tabelle III angegeben.
Zeit (h)
Colorimeter-Ablesungen | Enzym |
Vergleich | 25 |
37 | 19 |
32 | 18 |
30 | 15 |
27 | 16 |
25 | |
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 Enzym, entsprechend Beispiel
1. 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 μιη Millipor-Filtcr (wie in Beispiel 1
geleitet, um die Verstopfungsneigung zu bestimmen. Eine ähnliche Lösung ohne zugesetztes Enzym diente
als Vergleich. Die Viskositäten wurden bei Raumtemperatur mit Hilfe eines Brookficld-LVT-Viskosimctcrs mit
einem UL-Adaptcr bei 60 UpM bestimmt. Man erhielt die in Tabelle IV angegebenen Ergebnisse:
Millipor-Filtrat (5 min)
Viskosität vor der Filtration
Viskosität nach der Filtration
Viskosität vor der Filtration
Viskosität nach der Filtration
Vergleich
29 ml
4,8 el'
4.1 el»
4,8 el'
4.1 el»
/.1IgCSCtZ(CS
liiu.ym
96 ml
4,6 cP
4,4 cP
4,6 cP
4,4 cP
Die Einwirkung der Temperatur auf die enzymatische Klärung wurde bestimmt durch Zugabe verschiedener
Menge alkalischer Protease zu 200 ml einer l,0%igen wäßrigen Lösung von Xanthangummi, der gebildet
worden war durch Fermentation mit Xanthomonas campestris. Die Gemische wurden 1 h auf 49° C 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:
Enzym im Konzentrat (ppm) 0 50 100 200 500
Colorimeter-Ablesung
Millipor-Filtrat
(ml) (5 min)
Millipor-Filtrat
(ml) (5 min)
29 11 9 10 10 10 136 250 382 376 640 960
Unterschiedliche Mengen eines alkalischen Proteaseenzyms wurden zu einer l%igen Lösung von
Xanthangummi (gebildet durch Xanthomonas campestris) gegeben. Die Gemische wurden ungefähr 16 h bei
Raumtemperatur stehengelassen und dann auf eine Konzentration von 500 ppm Xanthangummi verdünnt.
Die Klarheit und Filtrierbarkeit der verdünnten Lösungen wurde — wie in Beispiel 1 beschrieben —
.15 bestimmt. Man erhielt die in Tabelle VI angegebenen Ergebnisse:
Enzym im Konzentrat (ppm)
0 25 50 100 200 500
Colorimeter-Ablesung
•15 Millipor-Filtrat
(ml) (5 min)
•15 Millipor-Filtrat
(ml) (5 min)
36 19 7 7 7 4 136 230 287 350 485 415
jo Zu einer wäßrigen Lösung, enthaltend 750 ppm
Xanthangummi, der gebildet worden ist durch Fermentation eines Nährmediums mit Xanthomonas cumpcstris
wurden 75 ppm alkalische Protease, die gebildet worden war durch Bacillus lichcniformis zugegeben. Das
ss Gemisch wurde 24 h bei Raumtemperatur stehengelassen.
Dann wurden Anteile dieser Lösung in Sandstcinprobcn mit einer Permeabilität (Durchlässigkeil) von
380 mDnrcics gegeben und der Druckanstieg als Funktion der injizierten Porcnvolumina angegeben. Die
(ι» Zunahme des Drucks ist ein Maß für die Verstopfung
bzw. Abdichtung der Probe durch Feststoffe in dci wäßrigen Lösung, die mit dem Xanthangummi eingeführt
wird. Der Vcrglcichsvcrsuch wurde auf die gleiche Weise durchgeführt unter Verwendung einer ähnlicher
<>s Xanthangummilösung ohne zugesetztes Enzym. Die
Ergebnisse sind in Tabelle VIl angegeben. Du Viskosität der Vergleichslösung betrug 14,7 cP unc
diejenige der mit Enzym behandelten Lösung 14,9 cP.
Tabelle VII | Poren | Druck | (psi) |
volumen | (2.0) | ||
(ml) | (kg/cm?) | (2.2) | |
2,3 | 0,141 | (2.25) | |
1) 750 ppm Xanthan | 4,5 | 0,155 | (2,5) |
gummi | 7,3 | 0,158 | (2,5) |
75 ppm Enzym | 10,9 | 0,176 | (2,9) |
18,0 | 0,176 | (3,0) | |
23,6 | 0,204 | (3,25) | |
28,8 | 0,211 | (3.4) | |
33,6 | 0,239 | (3,6) | |
38,9 | 0,239 | (3.2) | |
42,6 | 0.253 | (3.4) | |
2,8 | 0,225 | (4.1) | |
2) 750 ppm Xanthan | 5,6 | 0,239 | (4,4) |
gummi | 8,9 | 0,288 | (4,8) |
kein Enzym | 12,1 | 0,310 | (5,25) |
15,5 | 0,338 | (6,25) | |
22,0 | 0,369 | (6.3) | |
29,9 | 0,439 | (6.5) | |
31,8 | 0,444 | (7.0) | |
39,3 | 0,457 | ||
45,1 | 0,492 | ||
In den vorherigen Beispielen wurden die colorimetrischen Untersuchungen und die Millipor-Filter-Untersuchungen
wie in Beispiel 1 durchgeführt.
Die in den Beispielen 8 bis 13 angewandten Ausgangsmaterialien sind jeweils die ganze Fermentationsbrühe,
die erhalten worden isi durch Züchtung eines Xanthomonas campestris Mikroorganismus in
einem wäßrigen Nährmedium, enthaltend eine Quelle für Kohlenhydrate, Protein und anorganischen Stickstoff,
Die entstehende Fermentationsbrühe enthielt Xanthangummi-Biopolymer in einer Konzentration von
ungefähr 22 bis 24 ml/ml.
Zu 500 ml (500 g) Fermentationsbrühe wurde ausreichend 1 n-Natriumhydroxid zugegeben, um den
pH-Wert auf 11,0 zu erhöhen. Das entstehende Gemisch
wurde 4 h auf 49°C gehalten.
Zu 500 ml (500 g) Xanthangummi-Fcrmenlationsbrühe wurden 0,5 g (165 000 Delft-Einheilcn) alkalische
Protease bei 490C zugegeben. Das entstehende Gemisch wurde 4 h auf dieser Temperatur gehallen.
Beispiel 10
Zu 500 ml (500 g) Xanthan-Fcrmcntationsbrühc wurden 0,5 g (165 000 Dclfi,-Einheiten) alkalisches Protcaseenzym
gegeben. Der pH-Wert des entstehenden Gemisches wurde dann von im wesentlichen neutral auf
11,0 eingestellt mit I n-Nntritimhydroxidlösung und das
entstehende Gemisch auf 49"C erwärmt und 4 h auf dieser Temperatur gehalten.
Beispiel 11
Zu 500 ml (500 g) Xanthan-Fermentalionsbrühc wurden
0,15 g alkalisches l'mteiiseenzym gegeben. Das
ergab eine Konzentration von KK) ppm Hn/.ym in der Lösung (4300 Delft-Finheiten pro Gnimm Xanthangummi).
Der pH-Wert des Gemisches wurde von im wesentlichen neutral durch Zugabe von I n-Nalriumhydroxidlösung
auf 9,0 eingestellt. Das Gemisch wurde auf 300C erwärmt und 4 h auf dieser Temperatur gehalten.
Der pH-Wert wurde dann durch Zugabe weiterer 1 n-Natriumhydroxidlösung auf 12 erhöht und die
entstehende Lösung 3 häuf 30° C gehalten.
Beispiel 12
Zu 500 ml (500 g) Xanthangummi-Fermentationsbrühe wurden 0,05 g alkalisches Proteaseenzym gegeben.
ίο Man erhielt eine Enzymkonzentration in der Lösung
von 100 ppm (1440 Delft-Einheiten pro Gramm Xanthangummi). Der pH-Wert des Gemisches wurde
von im wesentlichen neutral durch Zugabe von 1 n-Kaliumhydroxid auf 9,0 eingestellt und das Gemisch
auf 43° C erwärmt und 6 h auf dieser Temperatur gehalten. Der pH-Wert der Lösung wurde dann durch
Zugabe weiterer 1 n-Kaliumhydroxidlösung auf 12 erhöht und das Gemisch 1 h auf 43CC 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.
Nach 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 2PC gekühlt. Zu dem
entstehenden Gemisch wurden 1000 ml 2-Propanol gegeben. Bei der Alkoholbehandlung fiel der Xanthangummi
aus. Das Gemisch wurde filtriert und die Feststoffe durch 5 h langes Erwärmen auf 6O0C
getrocknet. Die Feststoffe wurden dann zu einer gleichmäßigen Teilchengröße vermählen. Die Klarheit
wurde bestimmt durch Herstellung einer l%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.
Beispiel
Nr.
Nr.
Colorimeler-Ablesung
9
10
11
12
13
10
11
12
13
Vergleich, keine Kn/yni-Bchandlung
29
15
35
Heispiel 14
Zu 4(K) ml (400 g) Xunthnngummi Fermentationsbrü
he wurden 0,132 g alkalisches Pmteiiseen/.ym und 0,4 1
Nütriumtripolyphosphiu gegeben. Mim erhielt eim
Knzynikonzcnlrution von 330 ppm (0,03 Anson F.inhei
ten; 6WH) Delft-F.inheitcn) pro Gramm Xanlhangunim
Der pH-Wert des Gemisches wurde von im wescntli eluMi neutral mit Hilfe vonl η-Natriumhydroxid auf 9.
eingestellt. Das Gemisch wurde auf 41>"C erwiirml um
(1 h mil' dieser Temperatur gelullten. Dann wurde de
pH-Wert durch Zugabe von 1 n-HCl auf 5,5 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 Versuchsbedingungen erhielt man bei dem Produkt eine Colorimeter-Ablesung
von 0 bei einer Konzentration von 500 ppm Xanthangummi. Unter den gleichen Versuchsbedingungen 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 alkalisches Proteaseenzym gegeben,
wobei man eine Enzymkonzentration von 500 ppm (7170 Delft-Einheiten pro Gramm Xanthangummi)
erhielt. Das Gemisch wurde durch Zugabe von 1 n-Kaliumhydroxid auf einen pH-Wert von 9,0
gebracht, auf 57 bis 600C 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 Colorimeter-Ablesung betrug 0.
Beispiel 16
Eine 2,0%ige Lösung einer handelsüblichen Probe von Xanthangummi 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 46°C erhöht und
weitere 4 h 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 nichtbehandelten Probe bezüglich der Klarheit und
Filtereigenschaften verglichen. Bei Anwendung des Colorimeters mit einem Filter ergab die nichtbehandelte
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,( für die Trübung ergab. Die Fließgeschwindigkeu durcl·
ein 1,2 μπι Millipor-Filter betrug 750 ml/min für das mi
Enzym behandelte Material und 450 ml/min für dif Vergleichsprobe.
Claims (11)
1. Verfahren zum Klären einer wäßrigen Lösung von Xanthangummi, enthaltend wasserunlösliche r
Fermentationsfeststoffc, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Lösung mit einem alkalischen Pioteaseenzym behandelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 25 bis 2000 ppm Enzym anwendet, ι <
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung mit 25 bis
60 000, vorzugsweise 750 bis 60 000, Delft-Einheiten eines alkalischen Proteaseenzyms pro Gramm
Xanthangummi behandelt. >
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man 1500 bis 20 000 Delft-Einheiten
anwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man von einem Xanthangummi
ausgeht, der erhalten worden ist durch Fermentation eines Nährmediums mit einem Xanthomonas
Stamm.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man von einem Xanthomonasgummi
ausgeht, der erhalten worden ist durch Fermentation mit Xanthomonas campestris.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man von einer Xanthangummikonzentration
in der wäßrigen Lösung von 0,25 bis 1,5 Gew.-% ausgeht.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Enzymbehandlung bei
Raumtemperatur in mehr als 6 h durchführt.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man von der gesamten
Fermentationsbrühe ausgeht, die erhalten worden ist durch Fermentation eines Nährmediums mit
einem Xanthangummi bildenden Stamm von Xanthomonas und diese Fermentationsbrühe mit 25 bis
60 000 Delft-Einheiten alkalischen Protease-Enzym pro Gramm Xanthangummi umsetzt.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Behandlung bei einem
pH-Wert von 7,5 bis 12 bei einer Temperatur von bis zu 6O0C durchführt.
11. Festes Mittel zur Klärung einer wäßrigen
Lösung von Xanthangummi, dadurch gekennzeichnet, daß es 85 bis 95 Gew.-% festen Xanthangummi,
enthaltend celluläre Fermenlationsfeststoffe, und 5 bis 15 Gew.-% eines alkalischen Protease-Enzyms
enthält.
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