DE2510374C3

DE2510374C3 - Verfahren zum Klären einer wässrigen Lösung von Xanthangummi

Info

Publication number: DE2510374C3
Application number: DE2510374A
Authority: DE
Inventors: George Thomas San Diego Calif. Colegrove (V.St.A.)
Original assignee: Merck and Co Inc
Current assignee: Merck and Co Inc
Priority date: 1974-03-11
Filing date: 1975-03-10
Publication date: 1978-06-01
Also published as: FR2264077B1; CA1038781A; GB1443507A; DE2510374A1; NL7502243A; NL180123B; FR2264077A1; DE2510374B2; IT1032245B; CH611932A5; JPS50121493A; US3966618A

Description

Xanthangummen sind hydrophile Polysaccharide, die erhalten worden sind durch Fermentation eines geeigneten Nährmediums mit Mikroorganismen von der Art Xanthomonas. Wenn sie in geringer Konzentra- fo tion 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 Xanthan- <>.s gummen ist für Bohrflüssigkeiten für Erdölbohrungen und Flutungen von ölbohrlöchern. Für die zuletzt genannte Anwendung ist es erforderlich, daß der wäßrige Träger die Viskositatseigenschaften 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 Viskositatseigenschaften 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 angewandt wird, da die Feststoffs 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 u.id 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 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 Verfugung 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 Lösungen oder Suspensionen mit kleineren Mengen eines alkalischen Proteaseenzyms. Unter dem Begriff wäßrige Losungen νυπ Xai'niiüiigüilüVii 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 teilweise oder vollständigen Entfernung der suspendierten Zellen und to ergibt eine geklärte Lösung, die keinen Viskositätsverlust erlitten hat und die gegebenenfalls nach entsprechender Verdünnung mit oder ohne weitere chemische oder mechanische Behandlung angewandt werden kann.

Die Enzyme, die sich für dieses Verfahren als geeignet erwiesen haben, sind alkalische Proteasen. Die alkalischen Proteaseenzyme werden im allgemeinen gebildet durch Mikroorganismen der Gruppe Bacillus wie B. subtilis, B. licheniformis, B. arnyloliquifaciens und B. pumilis. Obwohl alkalische Proteasen auch gebildet werden von Streptomycesarten wie S. fradiae, S. griseus und S. rectus, ist die Enzymquelle nicht kritisch. 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 BoL, Seite 294; und »Microbiological Origins of Detergent Enzymes« von L. C a m ρ b e 11, Developments in Industria! Microbiology, Band 12, Seite 24).

Um die erfindungsgemäße Klärung der Lösungen zu erreichen, werden wäßrige Lösungen von Xanthangummi (enthaltend die fremden unerwünschten Fermentationsfeststoffe suspendiert) und vorzugsweise enthaltend 0,25 bis 3,0 Gew.-% 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 2,0 bis 2,5 Gew.-%. Die Brühe kann jedoch mit Wasser verdünnt werden, bevor die Enzymbehandlung durchgeführt wird, und in einem solchen Falle liegt die Endkonzentration günstigerweise im Bereich von 1,0 bis 1,5 Gew.-%. Ferner ist die Xanthangummikonzentration, wenn wäßrige Lösungen, 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- so 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 (>o 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 <is (wie durch colorimetrische Messungen bestimmt wird) und zu einer Verbesserung der Filtrierbarkeit oder Filters bestimmt wird).

Die Enzymkonzentration oder Wirksamkeit wird häufig ausgedrückt iti willkürlichen Einheiten. So sind Deift-Einheiten ein üblicher Ausdruck für die Fähigkeit einer alkalischen Proease, Kasein abzubauen.

Die Delft-Einheit ist eine willkürliche Einheit, die folgendermaßen 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 DeIf t-Einheiten pro g.

Die Aktivität der alkalischen Protease in DeIft-Einheiten wird nach dem Verfahren von K u η i t ζ (J. Gen. Physiol. 30,291,1947) folgendermaßen bestimmt: 1,0 ml einer 2%igen wäßrigen Lösung von Kasein (Hammars 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 37° C inkubiert und dann die Reaktion durch Zugabe von 3,0 ml einer 5%igen wäßrigen Lösung von Trichloressigsäure abgebrochen. Das Gemisch wird weitere 30 min bei 37⁰C 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 WtTt 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 Pilzproteascn.

Es ist bevorzugt, das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe eines alkalischen Proteaseenzyms durchzuführen und für die Reaktion 25 bis 60 000, besonders 750 bis 60 000, und vorzugsweise 1500 bis 20 000 Delft-Einheiten alkalische Protease pro Gramm Xanthamgummi zu verwenden. Mit den hier als zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet angegebenen alkalischen Proteaseenzymzubereitungen wird ein Enzymgehalt von ungefähr 30 Delfteinheiter. pro Gramm Xanthangummi erzielt bei Verwendung der Enzymzubereitung in einer Menge von 1 ppm, bezogen auf die 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, enthaltend 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 60° C 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 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 mit einer alkalischen Protease durchgeführt. Wenn eine ganze Fermentationsbrühe angewandt wird

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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 z. B. 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 Fermentationsbrühe, die erhalten worden ist bei der Bildung von Xanthangummi durch Fermentation eines entsprechenden wäßrigen Nährmediums 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 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 60⁰C.

Wenn die erfindungsgemäßen mit Enzym behandelten Xanthangummilösungen als Spülungen für Ölbohrungen verwendet werden, wird zunächs ein wäßriges Konzentrat hergestellt, enthaltend 0,25 bis 1,5 Gew-% Xanthangummi, und diese Lösung wird vor der unmittelbaren Anwendung mit weiterem W?-sser 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%igen 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 Polysaccharid zu Enzym ebenfalls in den oben angegebenen Grenzen liegen.

Irgendeinder der bekannten Xanthangummen, die auch als hydrophile Xanthonionas-Kolloide beschrieben werden, kann für das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden. Es ist bevorzugt ein Kolloid zu verwenden, das gebildet worden ^:st durch das Bakterium Xanthomonas campesiris. Diese Substanz und ihre Herstellung sind in der US-PS 36 59 026, Spalte

ίο 4,beschrieben.

Andere kolloidale Xanthomonas-Materialien (Xanthangummen) können gebildet werden durch Wiederholung des in dieser Druckschrift zur Bildung des Xanthomonas campestris-Kolloids beschriebenen Ver-

K fahrens unter Anwendung anderer bekannter Xanthomonas-Bakterien, das heißt z. B. Xanthomonas carotate, Xanthomonas incanae, Xanthomonas begoniae, Xanthomonas malvacenim, Xanthomonas vesicatoria, Xanthomonas papavericola, Xanthomonas translucens,

:o Xanthomonas vasculorum und Xanthomonas hederae anstelle von Xanthomonas campestris.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

Zu 200 ml einer l°/oigen 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

is wurden 4 Tage bei Raumtemperatur stehengelassen und dann mit 3800 ml Wasser auf eine Xanthangummikonzentration von 500 ppm verdünnt. Die Klarheit eier verdünnten Gemische wurde bestimmt mii Hilfe eines photoelektrischen Colorimeters mil 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:

Tabelle 1

Vergleich Mit zugesetztem Enzym

Leitungswasser weiches Wasser

Colorimeter-Ablesung	22	11	6
Prozentuale Verminderung		89,5%	94,8%
der Zellen
Millipor-Filtrat (5 min)	49 ml	68 ml	92 ml

Beispiel 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 von Xanthangummi (erhalten durch Fermentation von Xanthomonas campestris) in Leitungswasser wurde Enzym wie in Beispiel 1 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 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-Werie, wie in Beispiel 1 beschrieben, bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle Il angegeben.

fabelte II

Vergleich

(kein

Enzym)

Colorimeter-Ablesungen

25 ppm 50 ppm 500 ppm

! h
24 h
4 Tage
Millipor-Filtrat
(5 min)

32
29
29
160 ml

30
22
23
164 ml

27
20
20
276 ml

22
18
20
320 mi

Beispiel 5

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 Xanthoinonas campestris. Die Gemische wurden 1 häuf 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:

is Tabelle V

Beispiel 3

Bei einem auf die in Beispiel 2 beschriebene Weise durchgeführten Versuch wurde eine l,0%ige 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 HI angegeben.

Tabelle ΠΙ	Colorimeter-Ablesungen	Enzym
Zeit (h)	Vergleich	25
	37	19
1	32	18
19	30	15
24	27	16
48	25
144	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 μηι Millipor-Filter (wie in Beispiel 1 geleitet, um die Verstopfungsneigung zu bestimmen. Eine ähnliche Lösung ohne zugesetztes Enzym diene als Vergleich. Die Viskositäten wurden bei Raumtemperatur mit Hilfe eines Brookfield-LVT-Viskosimeters mit einem UL-Adapter bei 60 UpM bestimmt Man erhielt die in Tabelle IV angegebenen Ergebnisse:

Tabelle IV

Millipor-Filtrat (5 min) Viskosität vor der Filtration Viskosität nach der Filtration

Vergleich Zugesetztes Enzym

29 ml	96 ml
4,8 cP	4,6 cP
4,IcP	4,4 cP

Enzym im Konzentrat (ppm)

0 50 100 200 500 1000

Colorimeter-Ablesung
Millipor-Filtrat
(rnl) (5 inin)

29 11 9 10 10 10 136 250 382 376 640 960

Beispiel 6

Unterschiedliche Mengen eines alkalischen Proteaseenzyms wurden zu einer l%igen Lösung von Xanthangummi (gebildet durch Xanthomonas campe-

}o stris) 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 —

vs bestimmt. Man erhielt die in Tabelle V! angegebenen Ergebnisse:

Tabelle Vl

Enzym im Konzentrat (ppm)

0 25 50 100 200 500

Colorimeter-Ablesung

Millipor-Filtrat
(ml) (5 min)

36 19 7 7 7 4 136 230 287 350 485 415

Beispiel 7

so Zu einer wäßrigen Lösung, enthaltend 750 ppm Xanthangummi, der gebildet worden ist durch Fermentation eines Nährmediums mit Xanthomonas campestris wurden 75 ppm alkalische Protease, die gebildet worden war durch Bacillus licheniformis zugegeben. Das

ss 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

ho 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

6s Xanthangummilösung ohne zugesetztes Enzym. Die Ergebnisse sind in Tabelle VII angegeben. Die Viskosität der Vergleichslösung betrug 14,7 cP und 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
	33,6	0,239	(3,6)
	38,9	λ im	(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 ist 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.

Beispiel 8

Zu 500 ml (500 g) Fermentationsbrühe wurde ausreichend 1 η-Natriumhydroxid zugegeben, um den pH-Wert auf 11,0 zu erhöhen. Das entstehende Gemisch wurde 4 h auf 49°C gehalten.

Beispiel 9

Zu 500 ml (500 g) Xanthangummi- Fermentationsbrühe wurden 03 g (165 000 DeIft-Einheiten) 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) alkalisches Proteaseenzym gegeben. Der pH-Wert des entstehenden Gemisches wurde dann von im wesentlichen neutral auf 11,0 eingestellt mit 1 n-Natriumhydroxidlösung und das entstehende Gemisch auf 49° C erwärmt und 4 h auf dieser Temperatur gehalten.

Beispiel 11

Zu 500 ml (500 g) Xanthan-Fermentaticnsbrühe wurden 0,15 g 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 n-Natriumhy-

droxidlösung auf 9,0 eingestellt. Das Gemisch wurde aul J0°C 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 h auf 30°C gehalten.

Beispiel 12

Zu 500 ml (500 g) Xanthangummi-Fermentationsbrühe wurden 0,05 g alkalisches Proteaseenzym gegeben 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 bh 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 43°C gehalten.

Beispiel 13

Das Verfahren des Beispiels 12 wurde wiederholt mil der Ausnahme, daß 0,025 g Enzym angewandt wurden wobei man eine Konzentration von 50 ppm (72C Delft-Einheiten pro Gramm Xanthangummi) in dei Lösung erhielt.

Nach Durchführung der in den oben angegebener Beispielen 8 bis 13 beschriebenen Behandlungen wurder die Gemische mit 1 η-Salzsäure auf einen pH-Wert vor 5,5 gebracht und auf ungefähr 21°C gekühlt. Zu denentstehenden Gemisch wurden 1000 ml 2-Propano gegeben. Bei der Alkoholbehandlung fiel der Xanthangummi aus. Das Gemisch wurde filtriert und die Feststoffe durch 5 h langes Erwärmen auf 60° C getrocknet. Die Feststoffe wurden dann zu einei gleichmäßigen Teilchengröße vermählen. Die Klarhei wurde bestimmt durch Herstellung einer l%iger wäßrigen Lösung des Xanthangummis und Verdünnung der Lösung auf eine Konzentration von 500 pprr Xanthangummi. Die Klarheit des verdünnten Gemi sches wurde dann bestimmt mit Hilfe eines Klett-Sum merson photoelektrischen Colorimeters mit einen Filter Nr. 47. Man erhielt die in Tabelle VII angegebenen Ergebnisse.

45 Tabelle VIII	Colorimeter-
Beispiel	Ablesung
Nr.	29
so S	15
9	0
10	0
11	4
12	9
55 ¹³	35
Vergleich, keine Enzym-
Behandlung

Beispiel 14

Zu 400 ml (400 g) Xanthangummi Fermentationsbrü he wurden 0,132 g alkalisches Proteaseenzym und 0,4 j Natriumtripolyphosphat gegeben. Man erhielt eini Enzymkonzentration von 330 ppm (0,03 Anson-Einhei ten; 6600 Delft-Einheiten) pro Gramm Xanthangummi Der pH-Wert des Gemisches wurde von im wesentli chen neutral mit Hilfe vonl η-Natriumhydroxid auf 9,1 eingestellt Das Gemisch wurde auf 49° C erwärmt um 6 h auf dieser Temperatur gehalten. Dann wurde de

pH-Wert durch Zugabe von 1 n-HCI 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 Vergleichspi obe von ι ο 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 6O⁰C erwärmt und i,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 1,0 für die Trübung ergab. Die Fließgeschwindigkeit durch ein 1,2 |im Millipor-Filter betrug 750 ml/min für c^:»s mit Enzym behandelte Material und 450 ml/:nin für die Vergleichsprobe.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Klären einer wäßrigen Lösung von Xanthangummi, enthaltend wasserunlösliche Fermentationsfeststoffe, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung mit einem alkalischen Proteaseenzym behandelt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 25 bis 2000 ppm Enzym anwendet ι ο

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung mit 25 bis 60 000, vorzugsweise 750 bis 60 000, DeIft-Einheiten eines alkalischen Proteaseenzynis pro Gramm Xanthangummi behandelt ι s

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, eier 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.-°/o festen Xanthangummi, enthaltend celluläre Fermentationsfeststoffe, und 5 bis 15 Gew.-% eines alkalischen Protease-Enzyms enthält.