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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwenden von Polymethylgalakturonasen
in den Textil-, Detergens- und Zellulosefaser-verarbeitenden Industrien.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Pektinpolymere
sind wichtige Bestandteile von Pflanzenzellwänden. Pektin ist ein Heteropolysaccharid
mit einem Rückgrat,
das aus abwechselndem Homogalakturonan (glatte Regionen, „smooth
regions") und Rhamnogalakturonan
(haarige Regionen, „hairy
regions") gebildet
ist. Die glatten Regionen sind lineare Polymere aus 1,4-verknüpfter alpha-D-Galakturonsäure. Die
Galakturonsäurereste
können
zu einem variablen Grad an der Carboxylgruppe mit Methyl verestert
sein, gewöhnlich
in einer nicht zufälligen
Weise, wobei Blöcke
von Polygalakturonsäure
vollständig
mit Methyl verestert sind.
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Pektinasen
können
gemäß ihres
bevorzugten Substrats, hoch mit Methyl verestertes Pektin oder niedrig
mit Methyl verestertes Pektin und Polygalakturonsäure (Pektat),
und ihres Reaktionsmechanismus, beta-Eliminierung oder Hydrolyse,
eingeteilt werden. Pektinasen können
hauptsächlich
endo-wirksam sein, wobei sie das Polymer an zufälligen Stellen innerhalb der
Kette schneiden, um eine Mischung aus Oligomeren zu ergeben, oder
sie können
exowirksam sein, wobei sie von einem Ende des Polymers angreifen
und Monomere oder Dimere herstellen. Einige Pektinaseaktivitäten, die
an den glatten Regionen von Pektin wirken, sind in der Klassifizierung
von Enzymen eingeschlossen, die durch die Enzymnomenklatur (Enzyme
Nomenclature, 1992) bereit gestellt wird, wie Polymethylgalakturonase
(EC 4.2.2.2), Pektinlyase (EC 4.2.2.10), Polygalakturonase (EC 3.2.1.15),
Exo-Polygalakturonase (EC 3.2.1.67), Exo-Polygalakturonatlyase (EC 4.2.2.9) und
Exo-Poly-alpha-Galakturonosidase (EC 3.2.1.82).
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Glykosylhydrolasen
werden in Familien gemäß ihrer
dreidimensionalen Struktur oder Faltung eingeteilt; gewöhnlich wird
das Clustal W-Verfahren zur Familienbestimmung verwendet. Basierend
auf dem Alignment der Aminosäuresequenz
und dem Clustal W-Verfahren, kann ein Polypeptid oder Protein in
eine spezielle Glykosylhydrolasefamilie eingeteilt werden, d. h.
entweder in eine bekannte Familie oder in eine neue bisher unbekannte
Familie (The Sanger Centre: Protein Families Database of alignments
and HMMs; www.sanger.ac.uk). Derzeit gehören bekannte Polymethylgalakturonasen
zur Familie 28 der Glykosylhydrolasen (ExPASy – Molekularbiologie-WWW-Server
des Schweizer Instituts für
Bioinformatik (SIB)).
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Polymethylgalakturonasen
wurden aus zahlreichen mikrobiellen Organismen kloniert. Bis vor
kurzem war bekannt, dass alle Polymethylgalakturonasen jedoch zweiwertige
Kationen für
ihre maximale Aktivität
benötigen,
wobei Kalziumionen die am meisten stimulierenden sind. Im Kontrast
dazu offenbart die
japanische Patentanmeldung
Kokai 10-313858 eine neue Polymethylgalakturonase der Familie
28, von der geglaubt wird, dass sie nicht die Gegenwart von zweiwertigen
Kationen für
maximale Aktivität
benötigt,
d. h. dieses neue Enzym besitzt die Fähigkeit, seine Wirkung in einer
wässrigen
Lösung
auszuüben,
welche weiterhin Kalziumchelatoren umfasst. Es ist bekannt, dass
Kalziumchelatoren in einer Anzahl industrieller Verfahren vorhanden sind,
einschließlich
dem Vorwaschen („scouring") von Baumwolle.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte industrielle
enzymatische Verfahren bereitzustellen, die wirksamer sind und/oder
höhere
Kosten-Nutzen haben als die bisher bekannten Verfahren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfinder haben nun gefunden, dass Pektinhydrolasen wie Polymethylgalakturonasen
hydrolytische Aktivität
gegenüber
Protopektinsäure
und methylierter Polygalakturonsäure
aufweisen, hervorragende Leistung in zahlreichen industriellen Verfahren
zeigen, und besonders nützlich
zur Behandlung von zellulosehaltigem Material sind, insbesondere
Zellulose enthaltende Faser, Garn, Gewobenes oder nicht gewobenes Gewebe,
zur Behandlung von Pulpe zum mechanischen Papierherstellen oder
von wiederverwertetem Abfallpapier, und zum Rotten von Fasern. Die
enzymatische Behandlung kann während
des Verarbeitens von zellulosehaltigem Material in ein Material,
das zur Bekleidungsherstellung oder zur Gewebeherstellung bereit
ist, durchgeführt
werden, z. B. im Schritt des Entschlichtens oder des Vorwaschens;
oder während
industrieller oder Haushaltswäsche
solcher Gewebe oder Bekleidung.
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Es
wird in Betracht gezogen, dass die hierin beschriebenen Polymethylgalakturonase-Enzyme
sehr wirksam zur Verwendung in einem enzymatischen Verfahren zum
Vorwaschen in der Herstellung von zellulosehaltigem Material sind,
z. B. für
eine geeignete Reaktion in anschließenden Färbevorgängen. Weiterhin wird in Betracht
gezogen, dass Detergens-Zusammensetzungen
umfassend die hierin beschriebenen Polymethylgalakturonasen die
Fähigkeit
besitzen, bestimmten Schmutz oder Flecken, die auf Wäsche vorhanden
sind, zu entfernen oder zu bleichen, insbesondere Schmutz und Flecken,
die aus Pektin oder hoch methylierte Polygalakturonsäure enthaltendem
Nahrungsmittel, Pflanzen und ähnlichem
herrühren.
Es wird auch in Betracht gezogen, dass eine Behandlung mit Detergens- Zusammensetzungen
umfassend das Polymethylgalakturonase-Enzym das Binden von bestimmtem
Schmutz an das zellulosehaltige Material verhindern können. Die
Polymethylgalakturonase-Enzyme sind auch verwendbar als Inhaltsstoffe
in Reinigungszusammensetzungen für harte
Oberflächen,
mit der Wirkung, dass bestimmte Verschmutzungen oder Flecken von
harten Oberflächen, die
einer Reinigung bedürfen,
entfernt werden oder ihre Entfernung unterstützt.
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Demgemäß betrifft
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Abbau oder zur Modifikation
von Fasern, Garn, oder gewobenem oder nicht gewobenem Gewebe, umfassend
zellulosehaltiges Material, wobei das Verfahren den Schritt des
Unterziehens der Fasern oder des Gewebes einer Behandlung in einer
wässrigen
Lösung
mit einer wirksamen Menge eines Polymethylgalakturonase-Enzyms umfasst,
umfassend die Aminosäuresequenz
von SEQ ID NR. 1 oder eine Aminosäuresequenz mit mindestens 70%
Sequenzidentität
zu SEQ ID NR. 1.
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DEFINITIONEN
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Der
Begriff „Enzymzentrum" bezeichnet den Teil
eines Polypeptids mit Einzel- oder Multidomänenstruktur, der enzymatische
Aktivität
aufweist, wobei der Teil ein einzelner Domänenteil ist, der die katalytisch aktive
Domäne
enthält.
Demgemäß enthält das Enzymzentrum
keine anderen Domänen
außer
der katalytischen Domäne.
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Der
Begriff „Pektin" bezeichnet Pektat,
Polygalakturonsäure,
und Pektin, welche zu einem höheren oder
niedererem Grad verestert oder methyliert sein können.
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Der
Begriff „Pektinase" bezeichnet ein Pektinaseenzym,
gemäß dem Stand
der Technik definiert, wobei Pektinasen eine Gruppe von Enzymen
sind, die glykosidische Verknüpfungen
von Pektinsubstanzen spalten, hauptsächlich Poly(1,4)-alpha-D-galakturonid
und dessen Derivate (Sakai et al., Pectin, pectinase and protopectinase:
production, properties and applications, S. 213–294 in: Advances in Applied
Microbiology, Bd: 39, 1993).
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Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung wird der Grad an Identität (Prozent
Sequenzidentität)
zwischen zwei Aminosäuresequenzen
durch gebräuchliche
Verfahren bestimmt, mittels Computerprogrammen, die im Stand der
Technik bekannt sind, wie GAP, welches im GCG-Programmpaket bereit
gestellt wird (Program Manual for the Wisconsin Package, Version
9.1, Genetics Computer Group, 575 Science Drive, Madison, Wisconsin,
USA 53711), wie offenbart in Needleman, S. B. und Wunsch, C. D.,
(1970), Journal of Molecular Biology, 48, 443–453, welches hierin durch
Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird. GAP wird mit den
folgenden Einstellungen für
den Polypeptidsequenzvergleich verwendet: GAP creation penalty von
30 und GAP extension penalty von 1.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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DAS ENZYM
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Im
vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren
ist es bevorzugt, eine Polymethylgalakturonase zu verwenden, die
hydrolytische Aktivität
gegenüber
Protopektinsäure
und methylierter Polygalakturonsäure
besitzt. Solch eine Polymethylgalakturonase kann gemäß der Enzymnomenklatur
als EC 3.2.1.15 eingeteilt werden, welche definiert ist, die Reaktion
einer zufälligen
Hydrolyse von 1,4-alpha-D-Galaktosiduronverknüpfungen in Pektat und anderen
Galakturonanen zu katalysieren; oder als EC 4.2.2.2, welche definiert
ist, die Reaktion einer eliminierenden Spaltung von Pektat zu katalysieren,
was Oligosaccharide mit 4-Desoxy-alpha-D-Gluc-4-enuronosylgruppen an ihren
nicht reduzierenden Enden ergibt. Es ist bekannt, dass die Polymethylgalakturonasen,
die zu EC 3.2.1.15 oder EC 4.2.2.2 gehören, normalerweise nur die
Fähigkeit
besitzen, demethylierte Pektine abzubauen, einschließlich demethylierter
Polygalakturonsäure.
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Jedoch
besitzen bestimmte Polymethylgalakturonasen, besonders bestimmte
Polymethylgalakturonasen, die zur Familie 28 der Glykosylhydrolasen
gehören,
die Fähigkeit,
methylierte Pektine abzubauen, wie Pektine mit einem Veresterungsgrad
von mindestens 50% oder sogar von mindestens 75%. Solche verwendbaren
Polymethylgalakturonasen können
weiterhin die sehr wertvolle Eigenschaft besitzen, fähig zu sein,
ihre enzymatische Aktivität
in der Gegenwart eines chelatierenden Mittels auszuüben, insbesondere
eines Kalziumchelators.
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Ein
spezielles Beispiel solch einer verwendbaren Polymethylgalakturonase
ist das Enzym, das durch Aminosäuresequenz
der beigefügten
SEQ ID NR. 1 dargestellt ist. Es wird in Betracht gezogen, dass
Polymethylgalakturonasen, die einen Identitätsgrad zum reifen Teil des
Polypeptids, das durch die Aminosäuresequenz von SEQ ID NR. 1
dargestellt ist, von mindestens 70%, bevorzugt mindestens 80% besitzen,
auch verwendbar sind, d. h. sie weisen eine hydrolytische Aktivität gegenüber Protopektinsäure und
methylierter Polygalakturonsäure
auf. In einer bevorzugten Ausführungsform
besitzen die verwendbaren Polymethylgalakturonasen eine Aminosäuresequenz,
die sich durch höchstens
5 Aminosäuren,
bevorzugt durch 4 Aminosäuren, weiter
bevorzugt durch 3 Aminosäuren,
noch weiter bevorzugt durch 2 Aminosäuren, und am meisten durch
1 Aminosäure
von der Aminosäuresequenz
von SEQ ID NR. 1, die das reife Enzym darstellt, unterscheidet.
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Die
Polymethylgalakturonase von SEQ ID NR. 1 wird durch ein Gen kodiert,
das aus einem Stamm des filamentösen
Pilzes Trichosporon penicillatum, auch genannt Geotrichum penicillatum,
abgeleitet ist, besonders aus dem öffentlich zugänglichen
Stamm, der als ATCC 42397 hinterlegt wurde. Die genomische DNA-Sequenz
dieses Gens (1083 Basenpaare) ist in der veröffentlichten
japanischen Patentanmeldung Kokai 10-313858 offenbart,
deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen
wird. Diese Polymethylgalakturonase ist zwischen pH 4 und pH 7 stabil,
gemessen bei 50°C,
30 Minuten, und weist ein Aktivitätsoptimum bei pH 5 auf, gemessen
bei 37°C,
und ein Aktivitätsoptimum
bei einer Temperatur von 50°C,
gemessen bei pH 5, 60 Minuten.
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WIE EINE SEQUENZ VERWENDET WIRD, UM ANDERE
VERWANDTE SEQUENZEN ZU ERHALTEN:
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Die
offenbarte Sequenzinformation in der veröffentlichten
japanischen Patentanmeldung Kokai 10-313858 ,
die eine Polynukleotidsequenz betrifft, die eine Polymethylgalakturonase
kodiert, kann als ein Werkzeug verwendet werden, um andere homologe
Polymethylgalakturonaseenzyme zu identifizieren. Zum Beispiel kann
die Polymerasekettenreaktion (PCR) verwendet werden, um Sequenzen
zu vervielfältigen,
die andere homologe Polymethylgalakturonaseenzyme aus einer Vielzahl
von mikrobiellen Quellen kodieren.
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ENZYMZUBEREITUNG
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Im
vorliegenden Kontext soll der Begriff "Enzymzubereitung" entweder ein herkömmliches enzymatisches Fermentationsprodukt,
möglicherweise
isoliert und gereinigt, aus einer einzelnen Art eines Mikroorganismus
bedeuten, wobei eine solche Zubereitung gewöhnlich eine Anzahl verschiedener
enzymatischer Aktivitäten
umfasst; oder eine Mischung von einzelkomponentigen Enzymen, bevorzugt
Enzymen abgeleitet aus bakteriellen oder Pilz-Arten unter Verwendung
von herkömmlichen
rekombinanten Techniken, welche Enzyme fermentiert wurden, und möglicherweise
gesondert isoliert und gereinigt wurden, und welche von verschiedenen
Arten stammen können,
bevorzugt Pilz- oder Bakterienarten; oder das Fermentationsprodukt
eines Mikroorganismus, welcher als Wirtszelle zur Expression einer
rekombinanten Polymethylgalakturonase dient, aber welcher Mikroorganismus
gleichzeitig andere Enzyme herstellt, z. B. Pektinlyasen, Pektatlyasen,
Proteasen oder Cellulasen, die natürlicherweise vorkommende Fermentationsprodukte
des Mikroorganismus sind, d. h. der Enzymkomplex, der gewöhnlich durch
den entsprechenden natürlicherweise
vorkommenden Mikroorganismus hergestellt wird.
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Im
vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren
kann es vorteilhaft sein, eine Enzymzubereitung zu verwenden, welche
zusätzlich
zum Gehalt an Polymethylgalakturonase weiterhin ein oder mehrere
Enzyme umfasst, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Proteasen, Cellulasen (Endo-β-1,4-Glukanasen), β-Glukanasen
(Endo-β-1,3(4)-glukanasen),
Lipasen, Cutinasen, Peroxidasen, Laccasen, Amylasen, Glukoamylasen,
andere Pektinasen, Reduktasen, Oxidasen, Phenoloxidasen, Ligninasen,
Pullulanasen, Arabinanasen, Hemicellulasen, Mannanasen, Xyloglukanasen,
Xylanasen, Pektin-Acetylesterasen, Rhamnogalakturonan-Acetylesterasen,
Polygalakturonasen, Rhamnogalakturonasen, Galaktanasen, Pektinlyasen,
Pektatlyasen, Pektin-Methylesterasen,
Cellobiohydrolasen, Transglutaminasen; oder Mischungen davon. In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden eines oder mehrere oder alle Enzyme in der Zubereitung durch
Verwendung rekombinanter Techniken hergestellt, d. h. das Enzym/die
Enzyme ist/sind ein einzelkomponentiges/einzelkomponentige Enzym(e),
welches/welche mit dem/den anderen Enzym(en) gemischt wird/werden,
um eine Enzymzubereitung mit der gewünschten Enzymmischung zu bilden.
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Verwendung in der Detergens-
oder Reinigungsindustrie
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In
weiteren Aspekten betrifft die vorliegende Erfindung eine Reinigungs-,
Wäsche-
oder Detergens-Zusammensetzung, umfassend das erfindungsgemäße Polymethylgalakturonase-Enzym oder Enzymzubereitung,
ein Verfahren zur Maschinenbehandlung von Geweben, umfassend das
Behandeln des Gewebes – während eines
Waschzyklus eines Maschinenwaschverfahrens mit einer Waschlösung, umfassend
die hierin beschriebene Polymethylgalakturonase, und Reinigungszusammensetzungen,
einschließlich
Zusammensetzungen für
Wäsche,
zum Reinigen harter Oberflächen,
zue persönlichen
Säuberung
und für
orale/dentale Zusammensetzungen, umfassend eine hierin beschriebene
Polymethylgalakturonase, die eine überlegene Reinigungsleistung
bereitstellt, d. h. eine überlegene
Fleckenentfernung.
WO 98/06809 offenbart
allgemein die Verwendung von Polygalakturonase in Detergenszusammensetzungen.
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Ohne
an diese Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die offenbarte
Polymethylgalakturonase die Fähigkeit
besitzt, fast alle Verschmutzungen oder Flecken, die hochmethylierte
Pektine enthalten, abzubauen oder zu hydrolysieren, und demgemäß Wäsche, die
solche Verschmutzungen oder Flecken umfasst, zu reinigen.
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Die
erfindungsgemäßen Reinigungszusammensetzungen
müssen
mindestens einen zusätzlichen
Detergensbestandteil enthalten. Die genaue Natur dieser zusätzlichen
Bestandteile, und die Mengen an Beimischung davon, werden von der
physikalischen Form der Zusammensetzungen und von der Natur des
Reinigungsvorgangs, für
den sie verwendet werden sollen, abhängen.
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Die
erfindungsgemäßen Reinigungszusammensetzungen
umfassen bevorzugt weiterhin einen Detergensbestandteil ausgewählt aus
einem ausgewählten
Tensid, einem anderen Enzym, einem Builder und/oder einem Bleichsystem.
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Die
erfindungsgemäßen Reinigungszusammensetzungen
können
flüssig,
eine Paste, Gele, Blöcke, Tabletten,
Spray, Schaum, Pulver, oder gekörnt
sein. Gekörnte
Zusammensetzungen können
auch in „kompakter" Form sein, und die
flüssigen
Zusammensetzungen können
auch in einer „konzentrierten" Form sein.
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Die
erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
können
zum Beispiel als Zusammensetzungen zum manuellen und maschinellen
Geschirrspülen,
als Zusammensetzungen für
Hand- und Maschinenwaschmittel für
Wäsche,
einschließlich
Wäschezusatzstoffzusammensetzungen
und Zusammensetzungen geeignet zur Verwendung beim Einweichen und/oder
der Vorbehandlung von befleckten Geweben, als Weichspülerzusammensetzungen,
die beim Spülen
zugegeben werden, und Zusammensetzungen zur Verwendung in allgemeinen
Haushaltsputzvorgängen
beim Säubern
harter Oberflächen
formuliert werden. Zusammensetzungen, die solche Carbohydrasen enthalten,
können
auch als Produkte zur Hygieneverbesserung, als Reinigungsmittel für Kontaktlinsen,
und als Produkte für
die Gesundheits- und Schönheitspflege
wie Zusammensetzungen für Mund-/Zahnpflege
und als Zusammensetzungen für
die persönliche
Reinigung formuliert werden.
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Wenn
sie als Zusammensetzungen zur Verwendung in manuellen Geschirrspülverfahren
formuliert werden, enthalten die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ein Tensid
und bevorzugt andere Detergensverbindungen ausgewählt aus
organischen polymeren Verbindungen, schaumverstärkenden Mitteln, Metallionen
der Gruppe II, Lösungsmitteln,
Hydrotropika und zusätzlichen
Enzymen.
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Wenn
sie als Zusammensetzungen formuliert werden, die geeignet zur Verwendung
in einem Maschinenwaschverfahren für Wäsche sind, enthalten die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
bevorzugt sowohl ein Tensid als auch eine Builder-Verbindung und
zusätzlich
einen oder mehrere Detergensbestandteile bevorzugt ausgewählt aus
organischen polymeren Verbindungen, Bleichmitteln. zusätzlichen
Enzymen, Schaumunterdrückern, Dispersionsmitteln,
Dispersonsmitteln aus Kalkseife, Mitteln zur Schmutzsuspension und
gegen eine Wiederablagerung, und Korrosionshemmer. Waschmittelzusammensetzungen
können
auch weichmachende Mittel als zusätzliche Detergensbestandteile
enthalten. Solche Zusammensetzungen, die Carbohydrase enthalten,
können
eine Reinigung von Gewebe, eine Entfernung von Flecken, eine Beibehaltung
der Weiße,
ein Weichmachen, die Farberscheinung, eine Hemmung von Farbstofftransfer,
und eine Hygieneverbesserung bereitstellen, wenn sie als Detergenszusammensetzungen
für Wäsche formuliert
werden.
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Die
erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
können
auch als Detergens-Zusatzprodukte in fester oder flüssiger Form
verwendet werden. Solche Zusatzprodukte sollen die Leistung von
gebräuchlichen
Detergenszusammensetzungen ergänzen
oder verstärken,
und können
in einem beliebigen Stadium des Reinigungsverfahrens zugesetzt werden.
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Wenn
benötigt,
befindet sich die Dichte der hierin genannten Waschmitteldetergens-Zusammensetzungen
im Bereich von 400 bis 1200 g/Liter, bevorzugt 500 bis 950 g/Liter
der Zusammensetzung gemessen bei 20°C.
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Die „kompakte" Form der Zusammensetzungen
hierin wird am besten durch die Dichte widergespiegelt, und bezüglich der
Zusammensetzung, durch die Menge an anorganischem Füllsalz;
anorganische Füllsalze
sind gebräuchliche
Bestandteile von Detergens-Zusammensetzungen
in Pulverform; in gebräuchlichen Detergenszusammensetzungen
sind die Füllsalze
in wesentlichen Mengen vorhanden, typischerweise 17–35% bezüglich des
Gewichts der gesamten Zusammensetzung. In den kompakten Zusammensetzungen ist
das Füllsalz
in Mengen vorhanden, die 15% der gesamten Zusammensetzung nicht überschreiten,
bevorzugt 10% nicht überschreiten,
am meisten bevorzugt 5% des Gewichts der Zusammensetzung nicht überschreiten.
Die anorganischen Füllsalze,
wie in den vorliegenden Zusammensetzungen gemeint, sind ausgewählt aus
Alkali und Erdalkali-Metallsalzen von Sulfaten und Chloriden. Ein
bevorzugtes Füllsalz
ist Natriumsulfat.
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Flüssige erfindungsgemäße Detergenszusammensetzungen
können
auch in einer „konzentrierten Form" sein, in einem solchen
Fall werden die erfindungsgemäßen flüssigen Detergenszusammensetzungen eine
geringere Menge an Wasser enthalten, verglichen mit gebräuchlichen
flüssigen
Detergentien. Typischerweise ist der Wassergehalt von dem konzentrierten
flüssigen
Detergens bevorzugt weniger als 40%, weiter bevorzugt weniger als
30%, am meisten bevorzugt weniger als 20% bezüglich des Gewichts der Detergenszusammensetzung.
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Geeignete
spezielle Detergensverbindungen zur Verwendung hierin sind ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus den speziellen Verbindungen wie in
WO 97/01629 beschrieben,
welche hierdurch durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen
wird.
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Mannanase
kann in die Reinigungszusammensetzungen in Übereinstimmung mit der Erfindung
bevorzugt in einer Menge von 0,0001% bis 2%, weiter bevorzugt von
0,0005% bis 0,5%, am meisten bevorzugt von 0,001% bis 0,1% reines
Enzym bezüglich
des Gewichts der Zusammensetzung eingebracht werden.
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Die
Cellulasen, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, schließen sowohl
bakterielle als auch Pilz-Cellulasen ein. Bevorzugt werden sie ein
pH-Optimum zwischen 5 und 12 und eine spezifische Aktivität über 50 CEVU/mg
haben (Zellulose Viskositätseinheit,
Cellulose Viscosity Unit). Geeignete Cellulasen sind im
US-Patent 4,435,307 , J61078384
und
WO 96/02653 offenbart,
welches Pilz-Cellulase, jeweils hergestellt aus Humicola insolens,
Trichoderma, Thielavia und Sporotrichum, offenbart.
EP 739 982 beschreibt Cellulasen, die
aus einer neuen Bacillus-Art isoliert werden. Geeignete Cellulasen
werden auch in
GB-A-2075028 ;
GB-A-2095275 ;
DE-OS-22 47 832 und
WO 95/26398 offenbart.
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Beispiele
solcher Cellulasen sind Cellulasen hergestellt aus einem Stamm von
Humicola insolens (Humicola grisea var. thermoidea), insbesondere
dem Stamm Humicola insolens, DSM 1800. Andere geeignete Cellulasen
sind Cellulasen, die von Humicola insolens stammen, mit einem Molekulargewicht
von etwa 50 kD, einem isoelektrischen Punkt von 5,5, und die 415
Aminosäure
enthalten; und eine ~43kD Endo-beta-1,4-Glukanase, abgeleitet aus
Humicula insolens, DSM 1800; eine bevorzugte Cellulase hat die Aminosäuresequenz offenbart
in PCT-Patentanmeldung
Nr.
WO 91/17243 . Auch
geeignete Cellulasen sind die EGIII-Cellulasen aus Trichoderma longibrachiatum,
beschrieben in
WO 94/21801 .
Besonders geeignete Cellulasen sind die Cellulasen mit Farbpflegenutzen.
Beispiele solcher Cellulasen sind die Cellulasen beschrieben in
WO 96/29397 ,
EP-A-0495257 ,
WO 91/17243 ,
WO 91/17244 und
WO 91/21801 . Andere geeignete Cellulasen
zur Gewebepflege und/oder für
Reinigungseigenschaften sind in
WO
96/34092 ,
WO 96/17994 und
WO 95/24471 beschrieben.
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Diese
Cellulasen werden normalerweise in die Detergenszusammensetzungen
in Mengen von 0,0001% bis 2% reines Enzym bezogen auf das Gewicht
der Detergens-Zusammensetzung eingebracht.
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Bevorzugte
Cellulasen zum Zweck der vorliegenden Erfindung sind alkalische
Cellulasen, d. h. Enzyme mit mindestens 25%, weiter bevorzugt mindestens
40% ihrer maximalen Aktivität
bei einem pH im Bereich von 7 bis 12. Weiter bevorzugte Cellulasen
sind Enzyme mit ihrer Maximalaktivität bei einem pH im Bereich von
7 bis 12. Eine bevorzugte alkalische Cellulase ist die unter dem
Handelsnamen Carezyme® von Novo Nordisk MS verkaufte
Cellulase.
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Amylasen
(α und/oder β) können zur
Entfernung von auf Kohlehydraten basierenden Flecken eingeschlossen
werden.
WO 94/02597 ,
Novo Nordisk A/S, veröffentlicht
am 3. Februar 1994, beschreibt Reinigungszusammensetzungen, die
Amylasemutanten einschließen.
Siehe auch
WO 95/10603 ,
Novo Nordisk A/S, veröffentlicht
am 20. April 1995. Andere Amylasen, die zur Verwendung in Reinigungszusammensetzungen
bekannt sind, schließen
sowohl α-
als auch β-Amylasen ein. α-Amylasen
sind im Stand der Technik bekannt und schließen die offenbart in
US-Patentnr. 5,003,257 ;
EP 252,666 ;
WO 91/00353 ;
FR 2,676,456 ;
EP 285,123 ;
EP 525,610 ;
EP 368,341 ; und in der britischen Patentbeschreibung
Nr.
1,296,839 (Novo)
ein. Andere geeignete Amylasen sind die Amylasen mit erhöhter Stabilität beschrieben
in
WO 94/18314 , veröffentlicht
am 18. August 1994 und
WO 96/05295 ,
Genencor, veröffentlicht
am 22. Februar 1996, und Amylasevarianten mit zusätzlicher
Modifikation in der unmittelbaren parentalen Amylase, erhältlich von
Novo Nordisk A/S, offenbart in
WO
95/10603 , veröffentlicht
im April 95. Auch geeignet sind Amylasen beschrieben in
EP 277 216 ,
WO 95/26397 und
WO 96/23873 (alle von Novo Nordisk).
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Beispiele
für im
Handel erhältliche α-Amylaseprodukte
sind Purafect Ox Am
® von Genencor und Termamyl
®,
Ban
®,
Fungamyl
® und
Duramyl
®,
alle erhältlich
von Novo Nordisk A/S, Dänemark.
WO 95/26397 beschreibt
andere geeignete Amylasen: α-Amylasen
charakterisiert dadurch, dass sie eine spezifische Aktivität besitzen,
die mindestens 25% höher
als die spezifische Aktivität
von Termamyl
® in
einem Temperaturbereich von 25°C
bis 55°C
und bei einem pH-Wert im Bereich von 8 bis 10 ist, gemessen durch
den Phadebas
® α-Amylaseaktivitätsassay.
Geeignet sind Varianten der vorstehend genannten Enzyme, beschrieben
in
WO 96/23873 (Novo
Nordisk). Andere amylolytische Enzyme mit verbesserten Eigenschaften
bezüglich
des Aktivitätslevels
und der Kombination von Thermostabilität und einem höheren Aktivitätslevel
sind in
WO 95/35382 beschrieben.
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Bevorzugte
Amylasen zum Zwecke der vorliegenden Erfindung sind die Amylasen,
die unter dem Handelsnamen Termamyl, Duramyl und Maxamyl verkauft
werden, und/oder die α-Amylasevariante,
die eine erhöhte
Thermostabilität
zeigt, offenbart als SEQ ID NR. 2 in
WO
96/23873 .
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Bevorzugte
Amylasen für
spezielle Anwendungen sind alkalische Amylasen, d. h. Enzyme mit
einer enzymatischen Aktivität
von mindestens 10%, bevorzugt mindestens 25%, weiter bevorzugt mindestens
40% ihrer maximalen Aktivität
bei einem pH im Bereich von 7 bis 12. Weiter bevorzugte Amylasen
sind Enzyme mit ihrer maximalen Aktivität in einem Bereich von 7 bis
12.
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Die
amylolytischen Enzyme werden in die erfindungsgemäßen Detergenszusammensetzungen
in einer Menge von 0,0001% bis 2%, bevorzugt von 0,00018% bis 0,06%,
weiter bevorzugt von 0,00024% bis 0,048% reines Enzym bezogen auf
das Gewicht der Zusammensetzung eingebracht.
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Der
Begriff Xyloglukanase umfasst die Familie der Enzyme beschrieben
durch Vincken und Voragen an der Universität von Wageningen [Vincken et
al (1994) Plant Physiol., 104, 99–107] und besitzen die Fähigkeit,
Xyloglukane abzubauen, wie beschrieben in Hayashi et al (1989) Plan.
Physiol. Plant Mol. Biol., 40, 139–168. Vincken et al zeigten
die Entfernung der Xyloglukanumhüllung
aus Cellulase von der isolierten Apfelzellwand durch eine Xyloglukanase,
die aus Trichoderma viride (Endo-IV-Glukanase) gereinigt wurde.
Dieses Enzym verstärkt
den enzymatischen Abbau von in Zellwand eingebetteter Zellulose,
und arbeitet in Synergie mit pektischen Enzymen. Rapidase LIQ+ von
Gist-Brocades enthält
eine Xyloglukanaseaktivität.
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Die
Xyloglukanase wird in die erfindungsgemäßen Reinigungszusammensetzungen
eingebracht, bevorzugt in einer Menge von 0,0001% bis 2%, weiter
bevorzugt von 0,0005% bis 0,5%, am meisten bevorzugt von 0,001%
bis 0,1% reines Enzym bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung.
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Bevorzugte
Xyloglukanasen für
spezielle Anwendungen sind alkalische Xyloglukanasen, d. h. Enzyme mit
einer enzymatischen Aktivität
von mindestens 10%, bevorzugt mindestens 25%, weiter bevorzugt mindestens
40% ihrer maximalen Aktivität
bei einem pH im Bereich von 7 bis 12. Weiter bevorzugte Xyloglukanasen sind
Enzyme mit ihrer maximalen Aktivität bei einem pH im Bereich von
7 bis 12.
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Die
vorstehend erwähnten
Enzyme können
aus einem beliebigen geeigneten Ursprung sein, wie ein pflanzlicher,
tierischer, bakterieller, Pilz- und Hefe-Ursprung. Der Ursprung
kann weiterhin mesophil oder extremophil sein (psychrophil, psychrotroph,
thermophil, barophil, alkalophil, acidophil, halophil, etc.). Gereinigte oder
nicht-gereinigte Formen dieser Enzyme können verwendet werden. Heutzutage
ist es eine übliche
Praxis, Wildtyp-Enzyme durch Proteintechniken oder Techniken der
gentechnischen Manipulation zu modifizieren, um ihre Leistungswirksamkeit
in den erfindungsgemäßen Reinigungszusammensetzungen
zu optimieren. Zum Beispiel können
die Varianten so gestaltet werden, dass die Kompatibilität des Enzyms gegenüber üblicherweise
angetroffenen Bestandteilen solcher Zusammensetzungen erhöht ist.
Alternativ kann die Variante so gestaltet werden, dass der optimale
pH, Stabilität
gegenüber
Bleichmitteln oder Chelatoren, katalytische Aktivität und ähnliches
der Enzymvariante maßgeschneidert
ist, um für
die spezielle Reinigungsanwendung geeignet zu sein.
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Insbesondere
sollte Aufmerksamkeit im Falle von Stabilität gegenüber Bleichmitteln auf Aminosäuren gerichtet
werden, die gegenüber
Oxidation empfindlich sind, und auf Oberflächenladungen für Kompatibilität gegenüber Tensiden.
Der isoelektrische Punkt solcher Enzyme kann durch Substitution
einiger geladener Aminosäuren
modifiziert werden, z. B. kann eine Erhöhung des isoelektrischen Punkts
helfen, Kompatibilität
gegenüber
anionischen Tensiden zu verbessern. Die Stabilität der Enzyme kann weiterhin
durch die Erschaffung von z. B. zusätzlichen Salzbrücken und
durch das Verstärken
von Metallbindungsstellen, um Stabilität gegenüber Chelatoren zu erhöhen, verstärkt werden.
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Verwendung in der Textil-
und Zellulosefasern verarbeitenden Industrie
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Die
hierin offenbarte Polymethylgalakturonase kann in Kombination mit
anderen Kohlehydrate abbauenden Enzymen (z. B. Arabinase, Xyloglukanase,
Pektinase) für
die Bioherstellung von Fasern oder zum Reinigen von Fasern in Kombination
mit Detergentien verwendet werden. Baumwollfasern bestehen aus einer
primären
Zellwandschicht, die Pektin enthält,
und einer sekundären
Schicht, die hauptsächlich
Zellulose enthält. Während der
Baumwollherstellung oder dem Veredeln von Baumwolle werden Teile
der primären
Zellwand entfernt. Die vorliegende Erfindung betrifft entweder die
Hilfe während
des Veredelns von Baumwolle durch die Entfernung der primären Zellwand
oder während
des Reinigens der Baumwolle, um verbleibende pektische Substanzen
zu entfernen, und ein Ergrauen der Textilie zu vermeiden.
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Im
vorliegenden Zusammenhang soll der Begriff „zellulosehaltiges Material" Fasern, genähtes und
ungenähtes
Gewebe, einschließlich
Strickwaren, Webwaren, Jeans-Stoffe, Garne, und Frotteestoffe bedeuten, welche
aus Baumwolle, Baumwollmischungen, oder natürlichem oder von Menschen hergestelltem
zellulosehaltigen Material (z. B. stammend aus xylanenthaltenden
Zellulosefasern wie aus Holzpulpe) oder Mischungen davon, bedeuten.
Beispiele von Mischungen sind Mischungen von Baumwolle oder Viskosefilamentgarn/Viskose
mit einem oder mehreren Begleitmaterialien wie Wolle, synthetischen
Fasern (z. B. Polyamidfasern, Acrylfasern, Polyesterfasern, Polyvinylalkoholfasern,
Polyvinylchloridfasern, Polyvinylidenchloridfasern, Polyurethanfasern,
Polyharnstofffasern, Aramidfasern), und Zellulose enthaltenden Fasern
(z. B. Viskosefilamentgarn/Viskose, Ramie, Hanf, Flachs/Leinen,
Jute, Zelluloseacetatfasern, Lyocell).
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Es
wird auch in Betracht gezogen, dass das hierin beschriebene Enzym
in der Zellulosefaser verarbeitenden Industrie für die Vorbehandlung oder das
Rotten von Fasern von Hanf, Flachs oder Leinen verwendbar ist.
DE 40 12 351 offenbart die
Verwendung einer Enzymzubereitung abgeleitet aus Aspergillus niger,
umfassend Polygalakturonase, in der enzymatischen Behandlung von
Flachs, und
WO 95/16808 offenbart
die Verwendung einer Enzymzubereitung umfassend Endopolygalakturonase
in der enzymatischen Behandlung von Flachs.
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Das
Verarbeiten von zellulosehaltigem Material für die Textilindustrie, wie
z. B. Baumwollfaser, zu einem Material, das bereit für die Herstellung
von Kleidung ist, beinhaltet mehrere Schritte: Spinnen der Faser zu
einem Garn; die Herstellung von gewobenem oder gestricktem Gewebe
aus Garn, und anschließenden
Aufbereitungs-, Färbe-
und Endbehandlungsverfahren. Gewobene Waren werden durch Weben eines
Schussfadens zwischen einer Reihe von Kettenfäden hergestellt; die Garne
können
von zwei verschiedenen Typen sein. Gestrickte Waren werden hergestellt
durch Bilden eines Netzwerks von ineinander greifenden Schlingen aus
einer kontinuierlichen Länge
an Garn. Die zellulosehaltigen Fasern können auch für nicht gewobenes Gewebe verwendet
werden.
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Das
Aufbereitungsverfahren bereitet die Textilie für die geeignete Reaktion in
Färbeverfahren
vor. Die Unterschritte, die in die Aufbereitung einbezogen werden,
sind
- a. Entschlichten (für gewobene Waren) unter Verwendung
von polymerer Schlichte wie z. B. Stärke, CMC oder PVA wird vor
dem Weben zugefügt,
um die Geschwindigkeit der Kettenfäden zu erhöhen; dieses Material muss vor
der weiteren Verarbeitung entfernt werden.
- b. Auswaschen, das Ziel davon ist es, nicht-zellulosehaltiges
Material aus der Baumwollfaser zu entfernen, insbesondere die Oberhaut
(die hauptsächlich
aus Wachsen besteht) und die primäre Zellwand (die hauptsächlich aus
Pektin, Protein und Xyloglukan besteht). Ein ordentliche Wachsentfernung
ist nötig,
um eine hohe Benetzbarkeit zu erhalten, was ein Maß für das Erhalten
eines guten Färbens
ist. Das Entfernen der primären
Zellwand – besonders
der Pektine – verbessert
die Wachsentfernung, und stellt ein gleichmäßigeres Färben sicher. Weiterhin verbessert
dies die Weiße
im Bleichverfahren. Die hauptsächliche
Chemikalie, die im Auswaschen verwendet wird, ist Natriumhydroxid
in hohen Konzentrationen, bis zu 70 g/kg Baumwolle und bei hohen
Temperaturen, 80–95°C; und
- c. Bleichen; normalerweise wird das Auswaschen von einer Bleiche
gefolgt, unter Verwendung von Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel,
um entweder ein voll gebleichtes (weißes) Gewebe zu erhalten, oder um
einen reinen Farbton sicherzustellen.
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Ein
einschrittiges kombiniertes Auswasch/Bleichverfahren wird auch in
der Industrie verwendet. Obwohl die Aufbereitungsverfahren am meisten
im Stadium des Gewebes verwendet werden; können Auswasch-, Bleich- und
Färbevorgänge auch
im Stadium der Faser oder des Garns durchgeführt werden.
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Die
Verarbeitungsanordnung kann entweder ein Batch-Verfahren oder kontinuierlich
sein, wobei das Gewebe mit dem flüssigen Verarbeitungsstrom in
Form einer offenen Bahn oder als Strang in Kontakt gebracht wird.
Kontinuierliche Vorgänge
verwenden im Allgemeinen einen Sättiger,
wobei ein ungefähr
gleiches Gewicht an chemischem Bad pro Gewicht des Gewebes auf das
Gewebe angewendet wird, gefolgt durch eine beheizte Verweilkammer,
wo die chemische Reaktion stattfindet. Ein Waschabschnitt bereitet
dann das Gewebe für
den nächsten
Verarbeitungsschritt vor. Die Batch-Verarbeitung findet allgemein
in einem Verarbeitungsbad statt, wobei das Gewebe mit ungefähr 8–15 Mal
seines Gewichts an chemischem Bad in Kontakt gebracht wird. Nach
einer Reaktionszeit werden die Chemikalien abgeleitet, das Gewebe
gespült,
und die nächste
Chemikalie wird angewendet. Die diskontinuierliche Pad-Batch-Verarbeitung bezieht
einen Sättiger
ein, wobei ein ungefähr
gleiches Gewicht an chemischem Bad pro Gewicht des Gewebes auf das
Gewebe angewendet wird, gefolgt von einer Verweilzeit, die im Falle
eines kalten Pad-Batch ein oder mehrere Tage sein kann.
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Gewobene
Waren sind die vorherrschende Form an textiler Gewebeherstellung.
Das Webeverfahren verlangt ein „Schlichten" des Kettenfädengarns,
um es vor Abrieb zu schützen.
Stärke,
Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylzellulose, Wachse und Acrylbindemittel
sind Beispiele für
typische Chemikalien zum Schlichten, verwendet auf Grund ihrer Erhältlichkeit
und Kosten. Die Schlichte muss nach dem Webeverfahren als erster
Schritt in der Herstellung der gewobenen Waren entfernt werden.
Das geschlichtete Gewebe, entweder in Form eines Strangs oder einer
offenen Bahn, wird mit der Verarbeitungsflüssigkeit, die die Entschlichtungsmittel
enthält,
in Kontakt gebracht. Das Entschlichtungsmittel, das verwendet wird,
hängt vom
Typ der Schlichte ab, die entfernt werden soll. Für PVA-Schlichten,
werden oft heißes
Wasser oder oxidative Verfahren verwendet. Das gebräuchlichste
Schlichtmittel für
Baumwollgewebe basiert auf Stärke.
Daher werden gewobene Baumwollgewebe am häufigsten durch eine Kombination
von heißem
Wasser, dem Enzym α-Amylase,
um die Stärke
zu hydrolysieren, und einem Benetzungsmittel oder Tensid entschlichtet.
Dem zellulosehaltigen Material wird erlaubt, mit den Entschlichtungschemikalien
für eine „Verweilzeit" zu stehen, die genügend lang
ist, um das Entschlichten zu bewirken. Die Verweilzeit hängt vom
Typ der Verarbeitungsanordnung und der Temperatur ab, und kann von
15 Minuten bis 2 Stunden, oder in manchen Fällen mehreren Tagen variieren.
Typischerweise werden die Entschlichtungschemikalien in einem Sättigerbad
angewendet, das allgemein im Bereich von ungefähr 15°C bis ungefähr 55°C ist. Das Gewebe wird dann
in einer Anlage wie einer „J-Box" gehalten, welche
genügend
Hitze bereitstellt, gewöhnlich
zwischen ungefähr
55°C und
ungefähr
100°C, um
die Aktivität
der Entschlichtungsmittel zu erhöhen.
Die Chemikalien, einschließlich
der entfernten Schlichtungsmittel, werden vom Gewebe nach dem Beenden
der Verweilzeit abgewaschen.
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Um
eine hohe Weiße
oder eine gute Benetzbarkeit und die sich daraus ergebende Färbbarkeit
sicherzustellen, müssen
die Schlichtchemikalien und andere angewendete Chemikalien gründlich entfernt
werden. Es wird allgemein angenommen, dass ein wirksames Entschlichten
von entscheidender Wichtigkeit für
die folgenden Aufbereitungsverfahren ist: Auswaschen und Bleichen.
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Das
Auswaschverfahren entfernt viel der nicht-zellulosehaltigen Verbindungen,
die natürlicherweise
in Baumwolle gefunden werden. Zusätzlich zu den natürlichen
nicht-zellulosehaltigen
Verunreinigungen kann das Auswaschen Schmutz, Befleckung, und verbleibende
durch das Herstellen eingeführte
Materialien wie Schmiermittel zum Spinnen, Spulen oder Schlichten,
entfernen. Das Auswaschverfahren benutzt Natriumhydroxid oder verwandte
Mittel zum Kaustifizieren wie Natriumcarbonat, Kaliumhydroxid, oder
Mischungen davon. Allgemein wird ein alkalistabiles Tensid zum Verfahren
zugefügt,
um das Löslichmachen
von hydrophoben Verbindungen zu erhöhen und/oder ihre Wiederablagerung
zurück
auf das Gewebe zu verhindern. Die Behandlung wird allgemein bei
einer hohen Temperatur durchgeführt,
80°C–100°C, unter
Verwendung von stark alkalischen Lösungen, pH 13–14, des
Auswaschmittels. Auf Grund der unspezifischen Natur von chemischen
Verfahren werden nicht nur die Verunreinigungen, sondern auch die
Zellulose selbst angegriffen, was zu Schäden in der Stärke und
anderen gewünschten
Gewebeeigenschaften führt.
Die Weichheit des zellulosehaltigen Gewebes ist abhängig von
verbleibenden natürlichen
Baumwollwachsen. Die unspezifische Natur des Hochtemperatur-, stark
alkalischen Auswaschverfahrens kann nicht zwischen den gewünschten
natürlichen
Baumwollschmiermitteln und den Schmiermitteln, die in der Herstellung
eingeführt
werden, unterscheiden. Weiterhin kann ein gebräuchliches Auswaschverfahren
Umweltprobleme verursachen, auf Grund des hoch alkalischen Abwassers
aus diesen Verfahren. Das Auswaschstadium bereitet das Gewebe für eine optimale
Reaktion beim Bleichen vor. Ein ungenügend ausgewaschenes Gewebe
braucht eine höhere
Menge an Bleichchemikalie in den anschließenden Bleichstadien.
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Der
Bleichschritt entfärbt
die natürlichen
Baumwollpigmente und entfernt alle verbleibenden natürlichen
holzigen Baumwollabfallbestandteile, die nicht während des Entkörnens, Kardierens oder
Auswaschens entfernt werden. Das Hauptverfahren, das heute verwendet
wird, ist eine alkalische Wasserstoffperoxidbleiche. In vielen Fällen, besonders
wenn eine sehr hohe Weiße
nicht benötigt
wird, kann das Bleichen mit dem Auswaschen kombiniert werden.
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Es
wird in Betracht gezogen, dass der Auswaschschritt unter Verwendung
der hierin beschriebenen Polymethylgalakturonase bei einer Temperatur
von etwa 40°C–80°C, bevorzugt
50–70°C, besonders
50–60°C, und bei
einem pH im Bereich von 4–10,
bevorzugt 5–8
ausgeführt
werden kann, was damit die bekannten hoch kaustifizierenden Mittel
ersetzt oder ergänzt.
Ein optimiertes enzymatisches Verfahren stellt eine hohe Pektinentfernung
und eine volle Benetzbarkeit sicher. SEQENZPROTOKOLL
