DE69015215T2

DE69015215T2 - Polysaccharid und Wasserabsorptionsmittel, Feuchtigkeitsabsorptionsmittel, Feuchthaltemittel oder Verdickungsmittel, bestehend hauptsächlich aus dem Polysaccharid und Kulturverfahren zu seiner Herstellung mittels eines Mikroorganismus.

Info

Publication number: DE69015215T2
Application number: DE1990615215
Authority: DE
Inventors: Ryuichiro Kurane; Yasuhiro Nohata; Tomoo Suzuki
Original assignee: HAKUTO CORP; Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: HAKUTO CORP; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1989-01-19
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2010-01-20
Also published as: EP0379999B1; EP0379999A1; DE69015215D1

Description

Die Erfindung betrifft ein durch einen Mikroorganismus herstellbares Wasserabsorptionsmittel, Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Befeuchtungsmittel und Verdickungsmittel sowie die Verbesserung der Produktivität des Herstellungsverfahrens. Es ist zu erwarten, daß die Erfindung auf einem weiten Anwendungsgebiet, einschließlich als Feuchtigkeitsabsorptionsmittel, Befeuchtungsmittel und Verdickungsmittel, wie als Sanitärerzeugnis und Papierwindel, Kosmetika und selbst als Decknetzmittel für Wasser für die Bewässerung von Sämlingen für die Verwendung bei der Begrünung von Wüstengebieten, einsetzbar ist.
Mit der Modernisierung des Lebensstils in neuerer Zeit hat der Verbrauch an Sanitärerzeugnissen und Papierwindeln von Jahr zu Jahr zugenommen. Die meisten bei Sanitärerzeugnissen und Papierwindeln verwendeten Wasserabsorptionsmittel, Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Befeuchtungsmittel und Verdickungsmittel basieren auf synthetischen hochpolymeren Materialien. Da die derzeit erhältlichen Sanitärerzeugnisse und Papierwindeln von Wegwerftyp sind, werden sie mittels Wasserspülung ausgespült und gelangen dann in den Abfall. Sie sind jedoch kaum biologisch abbaubar und verbleiben über einen langen Zeitraum in der Unwelt, was nicht nur unangenehm, sondern auch unweltschädlich ist. So besteht eine starke Nachfrage nach der Entwicklung von Alternativen, die biologisch abbaubar und unweltverträglich sind.
Mit den neueren Fortschritten in der Biotechnologie wurden auch Versuche unternommen, Biomaterialien in Kosmetika einzuarbeiten. Der Einsatz solcher "Biokosmetika" ist jedoch sehr beschränkt, so daß eine wachsende Nachfrage nach der Entwicklung von durch neue Organismen herstellbaren Feuchtigkeitsabsorptionsmitteln oder Befeuchtungsmitteln und Verdickungsmitteln besteht, die als Basismaterial von Kosmetika verwendet werden können.
Die beschleunigte Ausdehnung von Wüstengebieten ist zur Zeit weltweit für die Ökologen von globaler Bedeutung. Japans Beitrag für die Begrünung von Wüstengebieten besteht in der Lieferung von synthetischen, hochpolymeren Wasserabsorptionsmitteln, Feuchtigkeitsabsorptionsmitteln oder Befeuchtungsmitteln, die zum Zurückhalten von Wasser für die Wässerung von Sämlingen verwendet werden, an Ägypten und andere Wüstenländer. Wenn solche Wasserabsorptionsmittel, Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Befeuchtungsmittel und Verdickungsmittel solche wären, die durch Organismen herstellbar und biologisch abbaubar und unweltverträglich sind, würden sie nach den Anwachsen der Sämlinge kaum nachteilige Auswirkungen auf die Umwelt haben.
Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Schaffung eines durch Mikroorganismen produzierten Polysaccharids, das im wesentlichen aus Rhamnose, Fucose, Glucose, Mannose und Glucuronsäure besteht, die in einen Molverhältnis von (1 - 10) : (2 - 10) : (4 - 20) : (1) : (1 - 5) vorhanden sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Wasserabsorptionsmittels, Feuchtigkeitsabsorptionsmittels oder Befeuchtungsmittels und Verdickungsmittels, das ein durch Mikroorganismen hergestelltes Polysaccharid enthält, welches die bei herkömmlichen synthetischen Hochpolymer-Versionen auftretenden Probleme löst und ausschaltet und das somit hochgradig biologisch abbaubar ist und ohne potentielle Schädigung für die Umwelt, wie Sekundärverschmutzung, eingesetzt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen verbesserten Wasserabsorptionsmittels, Feuchtigkeitsabsorptionsmittels oder Befeuchtungsmittels und Verdickungsmittels durch Züchten eines Mikroorganismus.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann aus der Beschreibung und den Zeichnungen deutlich.
Fig. 1 ist ein UV-Absorptionsspektrum des erfindungsgemäß hergestellten Biopolymers. Auf der Vertikalachse ist die Lichtabsorption und auf der Horizontalachse die Wellenlänge (200 bis 300 nm) aufgetragen.
Fig. 2 ist ein IR-Absorptionsspektrum des erfindungsgemäß hergestellten Biopolymeren. Auf der Vertikalachse ist die Lichtdurchlässigkeit (%) und auf der Horizontalachse die Wellenzahl (cm&supmin;¹) aufgetragen.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von drei Messungen zeigt, die zur Bestimmung der Grenzviskositätszahl (η = 42) des erfindungsgemäß hergestellten Biopolymers durchgeführt wurden. Auf der Vertikalachse ist die Grenzviskositätszahl (η) und auf der Horizontalachse die Konzentration der Probe (ppm) aufgetragen.
Fig. 4-A ist ein Flüssigkeitschromatogramm von Standardproben (neutrale Zucker: Glucose, Mannose, Rhamnose und Fucose). Auf der Vertikalachse ist die Dielektrizitätskonstante (x 10&supmin;¹ V) und auf der Horizontalachse die Retentionszeit (x 10 Minuten) aufgetragen.
Fig. 4-B ist ein Flüssigkeitschromatogramm des HCl-Hydrolysats des erfindungsgemäß hergestellten Biopolymers. Auf der Vertikal- und der Horizontalachse sind dieselben Parameter wie in Fig. 4-A aufgetragen.
Fig. 4-C ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Uv-Absorption einer Standardprobe und der Retentionszeit (min) zeigt.
Fig. 4-D ist ein Diagramn, das die Beziehung zwischen der UV- Absorption des Hydrolysats des erfindungsgenäß hergestellten Biopolymers und der Retentionszeit (min) zeigt.
Fig. 5-A ist ein Gaschromatogramm von trimethylsilylierten Derivaten von Standardproben [Rhamnose, Fucose, Uronsäure (Glucuronsäure), Mannose und Glucose]. Auf der Vertikalachse ist die Höhe des Maximums und auf der Horizontalachse die Retentionszeit (min) aufgetragen.
Fig. 5-B ist ein Gaschromatogramm eines trimethylsilylierten Derivats des Hydrolysats des erfindungsgemäß hergestellten Biopolymers. Auf der Vertikalachse ist die Höhe des Maximums und auf der Horizontalachse die Retentionszeit (min) aufgetragen.
Die Fig. 6-1A, 6-2A, 6-3A und 6-4A zeigen Massenspektren von Rhamnose, Fucose, Glucose bzw. Mannose an trimethylsilylierten Derivaten ihrer Standardproben. Auf den Vertikalachsen sind die Intensität und auf den Horizontalachsen m/e aufgetragen.
Die Fig. 6-1B, 6-2B, 6-3B und 6-4B zeigen Massenspektren von Rhamnose, Fucose, Glucose bzw. Mannose eines trimethylsilylierten Derivats des Hydrolysats des erfindungsgemäß hergestellten Biopolymeren. Auf den Vertikalachsen sind die Intensität und auf den Horizontalachsen m/e aufgetragen.
Fig. 7-A ist ein Gaschromatogramm von trimethylsilylierten Derivaten von Standardzuckern bei spezifischen Konzentrationen. Auf der Vertikalachse ist die Höhe des Maximums und auf der Horizontalachse die Retentionszeit (min) aufgetragen.
Fig. 7-B ist ein Gaschromatogramm eines trimethylsilylierten Derivats des Hydrolysats des in Beispiel 1 hergestellten SP. Auf der Vertikalachse ist die Höhe des Maximums und auf der Horizontalachse die Retentionszeit (min) aufgetragen.
Fig. 8 ist ein Diagramn, das die Ausbeute der Herstellung eines Wasserabsorptionsmittels, Feuchtigkeitsabsorptionsmittels oder Befeuchtungsmittels und Verdickungsmittels zeigt, wenn zum Züchten von Alcaligenes latus Stamm B-16 verschiedene Kohlenstoffquellen verwendet werden.
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, in der das Viskositäts-/Konzentrations-Verhalten des erfindungsgemäßen Biopolyners (SP&sub2;) und von Kelzan (Vergleich) aufgetragen ist, wobei auf der Vertikal- und auf der Horizontalachse die Viskosität (cP) bzw. die Polymerkonzentration (Gew./Gew.-%) aufgetragen sind.
Die Fig. 10-A und 10-B zeigen die Fluiditätskurven von wäßrigen Lösungen von SP&sub2; und Kelzan, wobei auf den Vertikal- und auf den Horizontalachsen die Viskosität (cP) bzw. die Drehgeschwindigkeit (Umdrehungen/min) der Spindel aufgetragen sind.
Fig. 11 ist eine graphische Darstellung, bei der das Viskositäts-/Temperatur-Verhalten von SP&sub2; und Kelzan (Vergleich) aufgetragen ist, wobei auf der Vertikal- und auf der Horizontalachse die Viskosität (cP) bzw. die Temperatur (ºC) aufgetragen sind.
Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der NaCl-Konzentration von wäßrigen Lösungen von SP&sub2; und Kelzan (Vergleich) und ihrer Viskosität zeigt, wobei auf der Vertikal- und auf der Horizontalachse die Viskosität (cP) bzw. die NaCl-Konzentration (Gew./Gew.-%) aufgetragen sind.
Fig. 13 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem pH-Wert von wäßrigen Lösungen von SP&sub2; und Kelzan (Vergleich) und ihrer Viskosität zeigt, wobei auf der Vertikal- und auf der Horizontalachse die Viskosität (cP) bzw. der pH- Wert aufgetragen sind.
Erfindungsgemaß kann jeder Organismus verwendet werden, so lange er zum Genus Alcaligenes gehört und die Fähigkeit hat, in vivo ein Wasserabsorptionsmittel, Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Befeuchtungsmittel und Verdickungsmittel zu produzieren. Ein repräsentatives Beispiel ist Alcaligenes latus Stamm B-16, der beim Fermentation Research Institute, Agency of Industrial Science and Technology, unter der Hinterlegungsnummer FERM BP-2015 hinterlegt worden ist.
Die morphologischen und biochemischen Eigenschaften dieses Stammes sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben. Beim Vergleich dieser mykologischen Eigenschaften mit den auf Seite 372 von Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, Band 1, 1984, beschriebenen wurde gefunden, daß der Stamm zum Genus Alcaligenes gehört und umweltverträglich ist. Der Typstamm (ATCC 29712) ist von FEPM BP-2015 in Hinblick auf die folgenden in Tabelle 1 beschriebenen Aspekte verschieden: Desoxyribonuclease, Citronensäure, Alginindehydrase, Acrylamidase, Säurebildung aus Zuckern und Fähigkeit zum Produzieren von extrazellulären Polymeren, jedoch in jeder anderen Beziehung sind die beiden Stämme identisch. Tabelle 1 Morphologische und biochemische Merkmale Eigenschaften Gram-Färbung Morphologie Beweglichkeit Flagellum Aerobes Wachstum Katalase Oxidase OF-Test Desoxyribonuclease Salpetersäurereduktion Citronensäure Alginindehydrase Acrylamidase Säurebildung aus Zuckern: Glucose Maltose Xylose Fructose Saccharose Mannitol Fähigkeit zur Bildung von extrazellulärem Polymer GC-Gehalt (%) GC-Gehalt (%) kurze Stäbe peritrich * (+): schwach positiv
Bevorzugte Kohlenstoffquellen für das Wachstum dieses Stammes umfassen nicht nur Monosaccharide und Oligosaccharide, wie Fructose, Glucose und Saccharose, sondern auch natürliche Polymere, wie Hemicellulose, Stärke und Maisstärke, und Öle, wie Olivenöl. Andere verwendbare Mediumbestandteile umfassen anorganische Stickstoffquellen, wie Harnstoff, Ammoniumchlorid, Ammoniumnitrat und Amnoniumsulfat, organische Stickstoffquellen, wie Trypton, Hefeextrakt, Fleischextrakt, Pepton und Malzextrakt, und anorganische Salze, wie Kaliumphosphat, Magnesiumsulfat und Natriumsalze.
Für die Herstellung eines Wasserabsorptionsmittels, Feuchtigkeitsabsorptionsmittels oder Befeuchtungsmittels ist die Verwendung von Monosacchariden oder Disacchariden als Kohlenstoffquelle besonders bevorzugt. Für eine verstärkte Produktion dieser Mittel ist auch das Züchten mit einem in einer Konzentration von mindestens 80 mMol zugesetzten Phosphat erwünscht.
Das Züchten kann als Flüssigkultur durchgeführt werden. Der anfängliche pH-Wert für das Züchten liegt in Bereich von 4 bis 10, wobei die Temperatur auf einen Wert zwischen 15 und 40ºC eingestellt wird. Gezüchtet wird gewöhnlich unter Rühren und Belüftung. Die Züchtungsdauer, die von der Kohlenstoffquelle und anderen Faktoren abhängt, liegt gewöhnlich im Bereich von 1 bis 10 Tagen, wobei sich während dieser Zeit eine maximale Produktionsphase ergibt.
Die bearbeitete Kultur ist ein farbloses und klares oder blaßgelbes festes anionisches Polymer mit einer Viskosität von etwa 1000 bis 15 000 mPas. Die Viskositätsmessung wird mit einem Rotationsviskosimeter durchgeführt, nachdem 100 Volumen Wasser (20ºC) zugefügt und von der behandelten Kultur vollständig absorbiert worden sind.
Durch das Züchten wird eine Kultur mit wasserabsorbierenden, feuchtigkeitsabsorbierenden oder die Feuchtigkeit zurückhaltenden Eigenschaften erhalten. Die Flüssigkultur wird mit dem zweifachen Volumen Ethanol vermischt und das Gemisch über Nacht bei 5ºC stehengelassen. Der erhaltene Niederschlag wird durch Filterpapier Nr. 2 filtriert, dreimal mit 70 %igem Ethanol gewaschen, weiter dreimal mit destilliertem Wasser auf dem Filterpapier gewaschen und durch Gefriertrocknung oder auf andere geeignete Weise entwässert. Auf diese Weise kann ein Wasserabsorptionsmittel, Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Befeuchtungsmittel als bearbeitetes Produkt aus der Kultur gewonnen werden. Es sollte jedoch bemerkt werden, daß es nicht notwendig ist, die Kultur den beschriebenen Isolierungs- und Reinigungsverfahren zu unterziehen, sondern sie kann auch sofort der Verwendung zugeführt werden.
Das Wasser oder die Feuchtigkeit, die von dem erfindungsgemäßen Mittel absorbiert oder zurückgehalten werden können, sind nicht auf irgendeinen besonderen Typ beschränkt. Im allgemeinen wird die Meinung vertreten, daß die Wirksamkeit von synthetischen hochpolymeren Wasserabsorptionsmitteln, Feuchtigkeitsabsorptionsmitteln oder Befeuchtungsmitteln in Salzwasser im Vergleich zu ihren Eigenschaften in reinem Wasser beträchtlich herabgesetzt ist. Wie jedoch aus den später in dieser Beschreibung angeführten Beispielen ersichtlich ist, weisen die erfindungsgemäßen, durch Organismen produzierten Wasserabsorptionsmittel, Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Befeuchtungsmittel ihre angestrebte Wirksamkeit selbst in Gegenwart von Salzen auf, was ebenfalls als neues und herausragendes Merkmal gegenüber den herkömmlichen synthetischen Hochpolymer-Versionen angesehen werden kann.
Die Verfahrensweise, nach denen das Mittel nach der Erfindung Wasser oder Feuchtigkeit absorbiert und Feuchtigkeit zurückhält, entspricht den unten für die Bewertung der Leistungsfähigkeit dieser Mittel beschriebenen Standard-Untersuchungsverfahren. Es sollte jedoch angemerkt werden, daß die Verfahren zur Realisierung der Erfindung auf keinen Fall auf diese Standardverfahren allein beschränkt sind.
Die Fähigkeiten der erfindungsgemäßen Mittel zum Absorbieren von Wasser, zum Absorbieren von Feuchtigkeit und zum Zurückhalten von Feuchtigkeit wurden nach den folgenden Verfahren gemessen.

(A) Wasserabsorptionsvermögen

Es wurde das allgemein als "Teebeutelverfahren" bezeichnete Verfahren angewandt. Aus einem ungewebten Faserstoff ("Kitchen Tauper" von Tokai Pulp Co., Ltd., 100 % Naturfaser) wurde ein Behälter mit einen Fassungsvermögen von etwa 20 ml hergestellt und mit einer vorbestimmten Menge einer Probe, wie einem getrockneten Polymer, gefüllt. Dann wurde der Behälter 2 Stunden in reines Wasser getaucht, herausgenommen und 1 Stunde stehengelassen, um überschüssiges Wasser ablaufen zu lassen. Die entwässerte Probe wurde in einen Wägebecher (10 ml) gegeben und ihr Gewicht nach der Wasserabsorption (Gewicht des absorbierten Wassers + Gewicht der Probe) genau gemessen. Danach wurde die Probe etwa 15 Stunden bei 105ºC getrocknet, um das Wasser vollständig zu verdampfen. Das genaue Gewicht dar Probe wurde erneut gemessen.
Nach diesen Messungen wurde die Menge (g) des absorbierten Wassers pro Gramm trockener Probe nach der folgenden Gleichung berechnet:
Wasserabsorption = Gewicht der Probe nach Absorption (g) - Gewicht der Probe vor Absorption (g)/Trockengewicht der Probe (= Gewicht der Probe vor Absorption) (g)

(B) Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen

Die Messungen wurden nach dem in Koshokaishi (J. of Perfume and Cosmetics, Bd. 8, Nr. 2, S. 131 (1984)) beschriebenen Verfahren wie folgt durchgeführt. Es wurden Exsikkatoren, die jeweils eine gesättigte Lösung von Kaliumnitrat (91 % relative Feuchte), eine gesättigte Lösung von Natriumnitrat (61,8 % relative Feuchte) und eine gesättigte Lösung von Magnesiumchlorid (31,9 % relative Feuchte) enthielten und sich in einer Thermostatkammer von 37ºC befanden, verwendet. Getrocknete Proben wurden genau in Mengen von etwa 100 mg in Kunststoffbecher (Innendurchmesser 1,2 cm, Produkt von Sanplatec Corp.) eingewogen und in den Exsikkatoren aufbewahrt. Nach 2, 4, 6, 8 und 24 Stunden wurden die Gewichte der Proben gemessen und die Prozentsätze der von diesen Proben absorbierten Feuchtigkeit nach der folgenden Gleichung ermittelt:
Prozentsatz der Feuchtigkeitsabsorption (%) = Wt - Wo/Wo x 100
wobei Wo das Gewicht der Probe vor dem Stehenlassen und Wt das in den gegebenen Intervallen gemessene Gewicht der Probe ist.

(C) Feuchtigkeitsrückhaltevermögen (Wasserhaltevermögen)

Das Verfahren zur Messen des Feuchtigkeitsrückhaltevermögens ist in Koshokaishi (s.o.) beschrieben. Es wurden Exsikkatoren, die jeweils eine gesättigte Lösung von Natriumnitrat (64,8 % relative Feuchte), eine gesättigte Lösung von Magnesiumchlorid (33 % relative Feuchte) und Phosphorpentoxid (34 % relative Feuchte) enthielten und sich in einer Thermostatkammer von 20ºC befanden, verwendet. Zusätzlich wurden Exsikkatoren, die jeweils eine gesättigte Lösung von Natriumnitrat (64,8 % relative Feuchte) und Silicagel enthielten und sich in einer Thermostatkammer von 20ºC befanden, verwendet. Getrocknete Proben wurden in Mengen von etwa 100 mg genau in Kunststoffbecher eingewogen, mit 20 41 Wasser vermischt, erneut genau gewogen und in den Exsikkatoren stehengelassen. Nach dem Stehenlassen wurden die Gewichte der jeweiligen Proben wie in (B) gemessen und ihr Feuchtigkeitsrückhaltevermögen nach der folgenden Gleichung ermittelt, wobei der Prozentsatz des zurückgebliebenen Wassers als Index verwendet wurde:
Prozentsatz des zurückgebliebenen Wassers (%) = (1 - Wo - Wt/20 x 100
wobei Wo das Gewicht der wasserhaltigen Probe vor dem Stehenlassen und Wt das in den gegebenen Intervallen gemessene Gewicht der wasserhaltigen Proben ist.

Beispiele

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen ausführlicher erläutert, die jedoch nur der Veranschaulichung dienen und keine Einschränkung des Erfindungsbereiches bedeuten.

Beispiel 1

Herstellung eines Wasserabsorptionsmittels, Feuchtigkeitsabsorptionsmittels oder Befeuchtungsmittels durch Züchten und Gewinnung desselben:
Saccharose (15 g), KH&sub2;PO&sub4; (6,8 g), K&sub2;HPO&sub4; (8,8 g), MgSO&sub4;.7H&sub2;O (0,2 g), NaCl (0,1 g), Harnstoff (0,5 g) und Fleischextrakt (0,5 g) wurden in 1000 ml destilliertem Wasser gelöst und der pH-Wert des Mediums auf 7,4 eingestellt. Ein Teil (150 ml) des Mediums wurde in einen Erlenmeyerkolben überführt und 15 Minuten bei 120ºC im Autoklaven sterilisiert. Danach wurde das Medium in dem Kolben mittels einer Schlinge mit Alcaligenes latus Stamm B-16 (FERM BP-2015) beimpft und der Umlaufschüttelkultur bei 30ºC (180 Umdrehungen/min) unterzogen.
Nachdem 6 Tage gezüchtet worden war, wurde das Biopolymer nach den folgenden Verfahren aus der Kulturbrühe gewonnen und gereinigt.
Die Kultur (500 ml) wurde mit zwei Volumen Ethanol vermischt und das Gemisch stehengelassen. Die flüssige Phase wurde von dem Gemisch entfernt und der Niederschlag abgetrennt. Zu dem abgetrennten Niederschlag wurden 100 ml reines Wasser zugesetzt und der Niederschlag durch Erhitzen in einem heißen Wasserbad von 60 bis 70ºC gelöst. Zu der Lösung wurden fünf Volumen Ethanol zugesetzt und der Niederschlag abgetrennt. Nachdem dieser Zyklus von Lösen und Ausfällen mehrere Male wiederholt worden war, wurden färbende Bestandteile, die gegebenenfalls von den Komponenten des Kulturmediums stammten, aus dem System entfernt und ein weißer Niederschlag erhalten. Der durch die oben beschriebene Entfärbungsstufe erhaltene weiße Niederschlag wurde in 4000 bis 8000 ml einer 0,02 %igen NaOH-Lösung verdünnt und erneut gelöst, 10 Minuten auf 121ºC erhitzt und der Verdünnung und Zentrifugierung bei 40 000 g x 40 Minuten unterzogen, um die Zellen zu entfernen. Die zellenfreie überstehende Lösung wurde mit Chlorwasserstoffsäure neutralisiert und mit einem Rotationsverdampfer bei 60 bis 70ºC konzentriert. Zu dem Konzentrat wurden 100 ml reines Wasser zugesetzt und das Konzentrat durch Erhitzen auf einem heißen Wasserbad von 60 bis 70ºC erneut gelöst. Zu der Lösung wurden fünf Volumen Ethanol zugesetzt, wodurch ein Niederschlag erhalten wurde. Nachdem dieser Zyklus von Lösen und Ausfällen mit Ethanol dreimal wiederholt worden war, wurde der Niederschlag bei Normaltemperatur vakuumgetrocknet und durch Hochleistungsflüssigkeitschromatographie ein weißes, gereinigtes Biopolymer erhalten.
Durch die oben genannte Reinigungsstufe wurden aus 1000 ml der Kultur 2,4 bis 3 g weißes, reines Biopolymer erhalten.
Das in Beispiel 1 erhaltene reine Biopolymer hatte die folgenden physikalisch-chemischen Eigenschaften:
(1) Farbe: weiß
(2) Verkokungstemperatur: 225 bis 280ºC
(3) Elementaranalyse:
Die Kohlenstoff- und Wasserstoffgehalte wurden mit einem Carlo Erba C & H-Analyzer (Carlo Erba S.p.A.) bestimmt. Der Sauerstoffgehalt wurde durch Subtrahieren der Summe der C- und H- Gehalte von 100 (Gew.-%) berechnet:
C: 40 ± 4
H: 6 ± 1
O: 54 ± 5.

(4) Löslichkeit:

Etwas löslich in Wasser (neutral), löslich in Alkalien, unlöslich in Methanol, Ethanol und Aceton.

(5) UV-Absorptionsspektrum:

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wurde keine Absorption bei 280 nm, die für Proteine (Peptide) charakteristisch ist, und bei 260 nm, die für Nucleinsäuren charakteristisch ist, nachgewiesen.

(6) IR-Absorptionsspektrum:

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wurden Absorptionsbanden bei 800 bis 1200 cm&supmin;¹, die für Polysaccharide charakteristisch sind, Absorptionsbanden bei 1620 ± 20 cm&supmin;¹, die für Uronsäure charakteristisch sind, Absorptionsbanden in der Nähe von 2950 cm&supmin;¹ die für CH und CH&sub2; von Kohlenhydraten charakteristisch sind, und Absorptionsbanden bei 3400 ± 20 cm&supmin;¹, die für OH von Kohlenhydraten charakteristisch sind, beobachtet. Diese Ergebnisse legen nahe, daß das fragliche reine Biopolymer ein saures Polysaccharid ist, das hauptsächlich aus Zuckern und anderen Kohlenhydraten zusammengesetzt ist.

(7) Viskosität:

Die Viskosität des Biopolymers wurde mit einem Ubbelohde- Viskosimeter gemessen, wobei 0,1 n NaNO&sub3; als Lösungsmittel verwendet wurde. Die Meßergebnisse sind in Fig. 3 angegeben. Es wurde gefunden, daß dieses Biopolymer eine Grenzviskositätszahl (η) von 42 hatte.

(8) Optische Drehung:

Das fragliche Biopolymer (100 ppm) wurde in einer 0,02 %igen NaOH-Lösung gelöst und die Lösung durch ein 0,45 um-Milliporenfilter filtriert. Die optische Drehung des Filtrats wurde mit einen Polarimeter (Modell DIP 360 von Japan Spectroscopic Co., Ltd. mit einer 100 mm-Standardzelle) gemessen. Es wurde gefunden, daß das Biopolymer eine optische Drehung (α) von 0,002º hatte.

(9) Qualitative und quantitative Reaktionen auf Zucker:

Es wurde wie in Beispiel 1 beschrieben unter Verwendung von Saccharose und Fructose als Kohlenstoffquelle gezüchtet. Die Kulturen wurden gereinigt und die erhaltenen gereinigten Proben als SP bzw. FP bezeichnet. Jede Probe wurde qualitativen und quantitativen Reaktionen auf Zucker unterzogen. Bei der Anthronreaktion und dem Phenolsulfatverfahren wurden die durch Glucose ausgedrückten Ergebnisse ermittelt. Bei dem Elson- Morgan-Verfahren wurden Hexosamine (z.B. Glucosamin und Galactosamin) als Indices verwendet. Bei der Periodsäure-Resorcinol- Reaktion wurden Sialinsäuren (z.B. N-Acetylneuraminsäure und N- Glycolylneuraminsäure) als Indices verwendet. Bei der Carbazolsulfatreaktion wurden Uronsäuren (z.B. Glucuronsäure und Galacturonsäure) als Indices verwendet, und bei dem Orthocin- Fe³&spplus;-Verfahren wurde Glucuronsäure als Index verwendet. Die fraglichen Biopolymeren wurden nach dem folgenden Schema hydrolysiert. Die Ergebnisse der mit den jeweiligen Proben durchgeführten Reaktionen sind in Tabelle 2 zusammengestellt.

Verfahren zum Hydrolysieren von Polysacchariden

Erhitzen in 2 n H&sub2;SO&sub4; bei 100ºC für 2 Stunden (abgeschlossen unter Vakuum)
Neutralisieren mit Ba(OH)&sub2;
Zentrifugieren bei 18 000 Umdrehungen/min für 5 Minuten zum Entfernen des Niederschlags
Rühren mit Aktivkohle für 5 Minuten
Zentrifugieren bei 19 000 Umdrehungen/min für 5 Minuten zum Entfernen des Niederschlags
Filtrieren durch eine 0,45-um-Membran
Konzentrieren mit einem Verdampfer bei 50ºC Tabelle 2 Qualitative und quantitative Reaktionen auf Zuckerkomponenten Reaktion Zuckergehalt in jeder Probe Anthronreaktion Phenolsulfatverfahren Elson-Morgan Periodsäure-Resorcinol-Reaktion Carbazolsulfatreaktion Orthocin-Fe³&spplus;-Reaktion
Bei der Anthronreaktion und dem Phenolsulfatverfahren sind die Ergebnisse in Prozentsätzen, ausgedrückt durch Glucose, angegeben.
Die Ergebnisse der qualitativen und quantitativen Reaktionen auf Zucker legen die Möglichkeit nahe, daß die fraglichen Biopolymere Hexose und Uronsäuren als Komponenten aufweisen. Es ist jedoch klar, daß die Biopolymere keine Hexosamine, wie Glucosanin, oder Sialinsäuren, wie N-Acetylneuraminsäure, aufweisen.

(10) Zuckerkomponenten:

Nachdem bestätigt war, daß die fraglichen Biopolymeren Zucker, wie Hexose und Uronsäuren, aufwiesen, wurden sie mit einer Säure, wie Chlorwasserstoffsäure, hydrolysiert und der Identifizierung der Zuckerkomponenten durch Dünnschichtchromatographie, Flüssigkeitschromatographie, Gaschromatographie und Massenspektroskopie unterzogen.

(A) Dünnschichtchromatographie:

Es wurde wie in Beispiel 1 beschrieben unter Verwendung von Saccharose als Kohlenstoffquelle gezüchtet und die Kultur gereinigt, wodurch Probe SP erhalten wurde. Ein Hydrolysat dieser Probe wurde der Dünnschichtchromatographie unter verschiedenen Entwicklungsbedingungen, einschließlich dem Lösungsmittelsystem, unterzogen. Die Rf-Werte von bekannten Zuckern und des Hydrolysats der Probe, wie sie mit verschiedenen Entwicklungslösungsmitteln erhalten wurden, sind in Tabelle 3-1 (Vergleich der Rf-Werte von jedem Standardzucker mit dem des Hydrolysats der Probe), Tabelle 3-2 (Vergleich mit Mannose) und Tabelle 3-3 (Vergleich mit Glucuronsäure als Uronsäure) zusammengestellt.
Zum Identifizieren der Zuckerkomponenten durch Dünnschichtchromatographie wurden die folgenden Bedingungen angewandt.

Identifizierung von Zuckern durch DC

Versuchsbedingungen:

1. DC-Platte
α. Kieselgel 60 von Merck
β. Silica Gel 60A von Whatman
2. Entwicklungstemperatur 50ºC
3. Farberzeugendes Mittel
i) Diphenylamin-Anilin-Phosphat-Reagens
ii) Naphthoresorcinolphosphatreagens
iii) Kaliumpermanganatreagens
4. Entwicklungslösungsmittel mittel
a) 1-Propanol/Wasser = 85/15
b) Ethylacetat/Essigsäure/Mittel Methanol/Wasser = 60/15/15/10
c) tert.-Butanol/Aceton/0,1 m Milchsäure = 4/4/2
d) Isopropanol/Aceton/0,1 m Milchsäure = 4/4/2
e) Aceton/0,1 m Milchsäure/Ethylacetat = 6/2/2
f) tert.-Butanol/Aceton/0,1 m Milchsäure = 6/2/2
g) Isopropanol/0,1 m Milchsäure/Methanol = 4/2/4
h) Ethylacetat/Essigsäure/Methanol/0,1 m Milchsäure = 60/10/25/5
5. Vorkonditionierungsmittel der DC-Platte
A. 0,1 m NaHSO&sub3;
B. 0,5 m NaH&sub2;SO&sub4;
6. Wenn es nicht anders angegeben ist, wurde nur eine Entwicklung durchgeführt. Tabelle 3-1 Rf-Werte in der Dünnschichtchromatographie von Standardzuckern und Hydrolysaten der Probe Platte α, farberzeugendes Reagents i, Lösungsmittel c, Vorkonditionierungsmittel B zweimal entwickelt Platte β, farberzeugendes Reagens i, Lösungsmittel d, Vorkonditionierungsmittel B, einmal entw. Probe Glucose Galactose Mannose Xylose Arabinose Ribose Fucose Rhamnose Glucuronsäure Galacturonsäure Galactosamin Trehalose Maltose Lactose Cellobiose Melibiose-Monohydrat glucopyranosid Salicin Raffinose Gulose Allose Talose Tabelle 3-2 Abtrennung und Bestimmung von Hexose (Mannose) Versuchsbedingungen: α, ii, g, B Probe Mannose Talose Probe Tabelle 3-3 Abtrennung und Bestimmung von Uronsäuren (1) Versuchsbedingungen: α, i, g, B Probe Galacturonsäure Glucuronsäure Gemisch der obigen (2) Versuchsbedingungen: α, ii, e, A Probe Muraminsäure Mannuronsäurelacton (3) Versuchsbedingungen: α, iii, b, A Probe Glucuronolacton Tabelle 3-4 Rf-Werte der Dünnschichtchromatographie von Hydrolysaten der Probe und eines Gemisches von fünf Standardproben (Glucose, Mannose, Rhamnose, Fucose und Glucuronsäure) Bedingung Probe (Hydrolysat) Gemisch (der Standardproben) zweimal entwickelt
Die Werte in Tabelle 3-1 zeigen, daß das fragliche Biopolymer Glucose, Rhamnose und Fucose enthält, da die Rf-Werte mit denen von Standard-Glucose, -Rhamnose und -Fucose übereinstimmen.
Wie in Tabelle 3-2 gezeigt ist, hatte Talose einen Rf-Wert ähnlich dem von Mannose. Deshalb wurde Talose mit den Hydrolysat der Probe unter verschiedenen Bedingungen verglichen. Als Ergebnis wurde gefunden, daß die Biopolymer-Probe offensichtlich Mannose und nicht Talose als Zuckerkomponente enthielt.
Um weiter sicherzustellen, daß Glucuronsäure die Uronsäurekomponente war, wurde unter den drei in Tabelle 3-3 angegebenen Bedingungen ein Versuch durchgeführt. Wie unter den Versuchsbedingungen (1) gezeigt ist, hatte Glucuronsäure allein einen Rf- Wert von 0,17, während in Gegenwart von Galacturonsäure sogar die Standardprobe einen höheren Rf-Wert von 0,21 hatte. Der unter den anderen Bedingungen durchgeführte Versuch zeigte, daß die Uronsäure weder Muraminsäure noch Mannuronsäurelacton war. Daraus wird ersichtlich, daß das fragliche Biopolymer Glucuronsäure als Uronsäurekomponente enthält.
Unter Berücksichtigung dieser Ergebnisse wurden fünf Standardproben (Glucose, Mannose, Rhamnose, Fucose und Glucuronsäure) im Gemisch und das Hydrolysat des Biopolymers der Dünnschichtchromatographie unter vier Bedingungen (vgl. Tabelle 3-4) unterzogen. Wie in Tabelle 3-4 gezeigt ist, hatten die fünf Standardproben Rf-Werte, die sehr gut mit denen des Hydrolysats des Biopolymers übereinstimmten.
Somit zeigten die Ergebnisse von detaillierten Analysen durch Dünnschichtchromatographie, daß das fragliche Biopolymer fünf Zucker, nämlich Glucose, Mannose, Rhamnose, Fucose und Glucuronsäure, als Komponenten enthält.

(B) Hochleistungsflüssigkeitschromatographie

Die durch Dünnschichtchromatographie identifizierten neutralen Zucker (Rhamnose, Fucose, Mannose und Glucose) wurden durch Hochleistungsflüssigkeitschromatographie unter Verwendung von Amide-80 (Tosoh Corp.) als Säule (mobile Phase Acetonitril/Wasser = 80/20, Fließrate 1,0 ml/min, Säulentemperatur 80ºC, Detektor RI) analysiert. Flüssigkeitschromatogramme von Standardproben der neutralen Zucker und des in Beispiel 1 hergestellten Hydrolysats der Biopolymerprobe sind in Fig. 4-A bzw. in Fig. 4-B gezeigt. Wie daraus ersichtlich ist, zeigte das fragliche Biopolymer Maxima 1, 2, 3 und 4, die jeweils Rhamnose, Fucose, Mannose und Glucose entsprechen.
Eine Standardprobe von Glucuronsäure und das Hydrolysat des Biopolymers wurden durch Hochleistungsflüssigkeitschromatographie unter Verwendung einer Phenol-Form-Säule (Waters, Inc.) (mobile Phase Methanol/Wasser = 80/20, Fließrate 0,5 ml/min, Detektor UV) verglichen. Die Ergebnisse sind in den Fig. 4-C und Fig. 4-D gezeigt, aus denen ersichtlich ist, daß die beiden Proben dieselbe Retentionszeit hatten.
Die obigen Ergebnisse zeigen, daß das durch Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) analysierte fragliche Biopolymer Glucose, Mannose, Rhamnose, Fucose und Glucuronsäure als Zuckerkonponenten enthielt.

(C) Gaschromatographie und kombinierte Gaschromatographie- Massenspektroskopie

Für eine dreifache Überprüfung der durch DC und HPLC identifizierten Zuckerkomponenten wurde das fragliche Biopolymer der Gaschromatographie und der kombinierten Gaschromatographie-Massenspektroskopie (GC-MS) unterzogen. Die gleichzeitige Analyse der neutralen Zucker und der Uronsäure (Glucuronsäure) wurde nach den folgenden Verfahren durchgeführt: Die in Beispiel 1 erhaltene Probe wurde mit HCl hydrolysiert, mit einem Silylierungsmittel silyliert, auf Silicon OV-1 aufgebracht und in eine gaschromatographische Säule gegeben, wonach auf eine Temperatur im Bereich von 50 bis 200ºC erhitzt und durch FID analysiert wurde. Die Hydrolyse der Probe wurde nach dem auf Seite 16 beschriebenen Verfahren zum Hydrolysieren von Polysacchariden durchgeführt. Das Hydrolysat wurde nach dem folgenden Schema in die trimethylsilylierte Form übergeführt. Überführung in Trimethylsilyl
Ein Gaschromatogramm der authentischen Proben von trimethylsilylierten Derivaten von Glucose, Mannose, Rhamnose, Fucose und Uronsäure (Glucuronsäure) ist in Fig. 5-A gezeigt. Ein Gaschromatogramm des in Beispiel 1 erhaltenen gereinigten Biopolymers ist in Fig. 5-B gezeigt. Wie diese Figuren zeigen, stimmte das silylierte Derivat des Hydrolysats der fraglichen Probe vollständig mit den silylierten Derivaten von Glucose, Mannose, Rhamnose, Fucose und Glucuronsäure überein.
Vier Maxima, die bei der gaschromatographischen Analyse vergleichsweise groß waren (Maximum 1 Rhamnose, Maximum 2 Fucose, Maximum 5 Glucose, Maximum 6 Mannose), wurden in einen Massenspektrographen übergeführt und der GC-MS-Analyse unterzogen.
Fig. 6-1A und Fig. 6-1B zeigen Massenspektren von Maximum 1 und Rhamnose der Standardproben bzw. des Hydrolysats des Biopolymers, Fig. 6-2A und Fig. 6-2B zeigen Massenspektren von Maximum 2 und Fucose der Standardproben bzw. des Hydrolysats, Fig. 6-3A und Fig. 6-3B zeigen Massenspektren von Maximum 5 und Glucose der Standardproben bzw. des Hydrolysats, und Fig. 6-4A und Fig. 6-4B zeigen Massenspektren von Maximum 6 und Mannose der Standardproben bzw. des Hydrolysats. Wie diese Massenspektren zeigen, stimmen die Fragmente der Maxima 1, 2, 5 und 6 mit denen der Standardproben überein.
Somit bestätigen die Ergebnisse der GC-MS-Analyse, daß das Hydrolysat des fraglichen Biopolymers Rhamnose, Fucose, Mannose und Glucose als Zuckerkomponenten enthält.
Insgesamt zeigten die Ergebnisse der Gaschromatographie (GC) und der kombinierten Gaschromatographie-Massenspektroskopie (GC-MS), daß das Hydrolysat des fraglichen Biopolymers Glucose, Mannose, Rhamnose, Fucose und Glucuronsäure als Zuckerkomponenten enthielt.

(11) Molverhältnis der Zuckerkomponenten:

Das Molverhältnis der fünf Zuckerkomponenten, nämlich Rhamnose, Fucose, Mannose, Glucose und Glucuronsäure, wurde aus den Verhältnis der bei der Gaschromatographie erhaltenen Flächen der einzelnen Maxima ermittelt. Die Bedingungen bei der Gaschromatographie waren ebenso wie auf Seiten 24 beschrieben. Um das Molverhältnis der Zuckerbestandteile zu ermitteln, wurden die Standardproben in vorgegebenen Konzentrationen zunächst der Gaschromatographie unterzogen und die Flächen der Maxima ermittelt. Dann wurde das in Beispiel 1 erhaltene Hydrolysat des gereinigten Biopolymers (für die Hydrolysebedingungen vgl. Seite 16) der Gaschromatographie unterzogen und die Flächen der erhaltenen Maxima ermittelt. Auf der Basis der so ermittelten Flächen der Maxima wurde das Molverhältnis der Zuckerkomponenten unter Berücksichtigung der folgenden Gleichung berechnet:
Molverhältnis der Zuckerkomponenten = Fläche des Maximums des Hydrolysats (Zuckerkomponente)/ Fläche des Maximums der Standardprobe x (Anzahl der Mole der Standardprobe)
Das Gaschromatogramm der verwendeten Standardproben ist in Fig. 7-A zeigt, während das des Hydrolysats von SP (gereinigtes Biopolymer, erhalten durch Züchten genäß Beispiel 1 mit Saccharose als Kohlenstoffquelle) in Fig. 7-B gezeigt ist. Die Flächen der Maxima und die Anzahl der Mole der Standardproben und des Hydrolysats sind in der folgenden Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4 Standardprobe SP-Hydrolysat Fläche des Maximums Anzahl der Mole (mMol) Fläche des Maximums Anzahl der Mole (mMol) Rhamnose (Maximum 1) Fucose Glucose Mannose Glucuronsäure
Das Molverhältnis der Zuckerkomponenten kann unter Zugrundelegung von Mannose als Einheit wie folgt berechnet werden:
Rhamnose : Fucose : Glucose : Mannose : Glucuronsäure (1 - 2) : (3 - 4) : (5 - 6) : (1) : (2 - 3)

Beispiel 2

Auswirkungen von Veränderungen des Typs und der Konzentration der Kohlenstoffquellen und der Konzentration der Phosphate auf die Herstellungsleistung des Wasserabsorptionsmittels, Feuchtigkeitsabsorptionsmittels oder Befeuchtungsmittels und Verdickungsmittels:
Ein Wasserabsorptionsmittel, Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Befeuchtungsmittel und Verdickungsmittel wurde unter unterschiedlichen Kulturbedingungen durch Verändern des Typs und der Konzentration der Kohlenstoffquellen und der Konzentration der Phosphate, wie in Tabelle 5 angegeben, hergestellt. Die übrigen Bedingungen waren ebenso wie in Beispiel 1. Tabelle 5 Symbol für Kulturbedingungen Kohlenstoffquelle Typ Menge Phosphat Saccharose Fructose

Beispiel 3

Wasserabsorptionsvermögen:

Das Wasserabsorptionsvermögen der in Beispiel 2 erhaltenen Proben wurde nach dem in (A) beschriebenen Verfahren gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt. Die in Tabelle 6 angegebenen sechs Vergleichsproben wurden auf dieselbe Weise geprüft. Tabelle 6 Vergleichsprobe Hersteller Anmerkungen Faserbrei Silicagel Ionenaustauscherharz Wasser absorbierendes Polymer hoher Qualität Anionisches Polymer Kanto Chemicals Co., Ltd. Dow Chemical Sumitomo Chemical Unitika Kasei Reagens Sumika Gel S-50 UP-100G, 8-10 cP, teilweise verseift Sumifloc FA-70 (Acrylamid/Acrylsäure-Copolymer, MG 7 x 10&sup6;)
Aus Tabelle 7 ist ersichtlich, daß die durch Alcaligenes latus hergestellten Substanzen mehr Wasser in kürzerer Zeit absorbierten als jede der Proben der Vergleichsgruppe. Tabelle 7 Wasserabsorption durch Biopolymere Probe Wasserabsorption (g) pro Gramm getrockneter Probe Testgruppe Vergleichsgruppe Faserbrei Silicagel Ionenaustauscherharz Wasserabsorbierendes Polymer hoher Qualität Anionisches Polymer

Beispiel 4

Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen:

Das Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen der in Beispiel 2 hergestellten Probe SP&sub2; und einer durch Mischen sämtlicher in Beispiel 2 hergestellten Proben erhaltenen neuen Probe MIX wurde wie nach dem in (B) beschriebenen Verfahren gemessen. Die zum Vergleich mit SP&sub2; und MIX herangezogenen Materialien waren die folgenden üblichen Feuchtigkeitsabsorptionsmittel: Silicagel, PVP (Polyvinylpyrrolidon, vertrieben von Wako Chemicals Industries, Ltd., unter dem Handelsnamen K-30), Harnstoff (analysenrein, erhältlich von Kanto Chemicals Co., Ltd.), Glycerin (analysenrein, erhältlich von Kanto Chenicals Co, Ltd.), PEG 200 (Nippon Yushi) und anionisches Polymer (Sumifloc FA-70 von Sumitomo Chenical). Die Testergebnisse sind in der folgenden Tabelle 8 angegeben. Tabelle 8 Feuchtigkeitsabsorption (%) in vorgegebenen Intervallen (h) Relative Feuchte Probe Silicagel Harnstoff Glycerin Anion. Polymer Hyaluronsäure
Die Werte für Glycerin und Harnstoff waren im wesentlichen gleich den 24-Stunden-Werten, wie sie nach dem von T. Ando et al., Koshokaisha, s.o., Seiten 130-134, beschriebenen Verfahren (B) erhalten worden waren. In neuerer Zeit wird Hyaluronsäure in Kosmetika als Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Befeuchtungsmittel natürlicher Herkunft verwendet, und ein Vergleich ihrer von Ando et al. beschriebenen 24-Stunden-Werte (ca. 35 % bei 91 % relativer Feuchte und 37ºC und ca. 17 % bei 61,8 % relativer Feuchte und 37ºC) zeigt, daß MIX in seinem Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen 2,7-mal bis etwa 2,0-mal wirksamer war.
Daraus wird klar, daß SP&sub2; und MIX, die durch Organismen hergestellte Biopolymere sind, ein hohes Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen aufweisen.

Beispiel 5

Feuchtigkeitsrückhaltevermögen (Wasserhaltevermögen)

Die in Beispiel getesteten SP&sub2; und MIX wurden auch durch das in (C) beschriebene Verfahren auf ihr Vermögen zum Zurückhalten von Feuchtigkeit geprüft. Die Vergleichssubstanzen waren dieselben wie in Beispiel 4. Die Testergebnisse sind in Tabelle 9 gezeigt.
Nach Ando et al., s.o., Seite 133, war das 24-Stunden-Feuchtigkeitsrückhaltevermögen von Hyaluronsäure (105 %) geringer als die Werte für SP&sub2; und MIX, die beide mindestens 1,5-mal wirksamer waren als Hyaluronsäure.
Durch Vergleich der Werte von Tabelle 9 mit dokumentierten Werten kann man leicht ersehen, daß SP&sub2; und MIX, die durch Organismen hergestellte Biopolymere sind, ein hohes Feuchtigkeitsrückhaltevermögen aufweisen. Tabelle 9 Feuchtigkeitsabsorption (%) in vorgegebenen Intervallen (h) Relative Feuchte Probe Silicagel Harnstoff Glycerin Anionisches Polymer Hyaluronsäure

Beispiel 6

Wasserabsorptionstest in Gegenwart von Salz

Es wird allgemein davon ausgegangen, daß die Wasserabsorption von Wasserabsorptionsmittels aus synthetischen Hochpolymeren in Gegenwart von Salzen erheblich herabgesetzt wird. Deshalb wurde ein Test durchgeführt, um herauszufinden, wie sich das durch Organismen hergestellte Wasserabsorptionsmittel, Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Befeuchtungsmittel nach der Erfindung verhält, wenn es in Gegenwart von Salz eingesetzt wird. Die bei diesem Test verwendete Probe war das in Beispiel 2 hergestellte Sp&sub2;. Natriumchlorid wurde als Salz in einer Menge von 0,9 % zugesetzt. Bevor die Probe getestet wurde, wurde sie gefrierpulverisiert und außerdem getrocknet. Um zu gewährleisten, daß das Pulver eine maximale Wassermenge absorbiert, wurde die Absorptionszeit von den normalen 2 Stunden auf 24 Stunden ausgedehnt.
Der Vergleich war ein handelsübliches wasserabsorbierendes synthetisches Polymer hoher Qualität (Sumika Gel S-50), welches unter denselben Bedingungen wie oben beschrieben getestet wurde. Die Testergebnisse sind in der folgenden Tabelle 10 gezeigt. Tabelle 10 Probe Absorbiertes Wasser Wasserabsorption (g) pro Gramm getrockneter Probe Vergleich (synthetisches hochpolymeres Absorptionsmittel) Reines Wasser physiologische Kochsalzlösung Stunden
Wie Tabelle 7 zeigt, ist das Wasserabsorptionsvermögen von SP&sub2; in Gegenwart von Salz sicherlich herabgesetzt, aber die Herabsetzung war viel geringer als bei dem Vergleich. Wenn auch der Unterschied in der Absorptionszeit keinen sicheren Rückschluß zuläßt, kann man doch sagen, daß die Wasserabsorption von SP&sub2; in Gegenwart von 0,9 % NaCl mit den 2-Stunden-Werten für Sumika Gel S-50 und Sumifloc FA-70 in reinem Wasser vergleichbar ist, wie sie in Tabelle 7 (Beispiel 3) gezeigt sind.
Somit ist klar, daß SP&sub2; selbst dann zufriedenstellend als Wasserabsorptionsmittel wirkt, wenn es in Salzwasser verwendet wird.

Beispiel 7

Herstellung des Wasserabsorptionsmittels, Feuchtigkeitsabsorptionsmittels oder Befeuchtungsmittels oder Verdickungsmittels in Gegenwart von verschiedenen Kohlenstoffquellen:
Es wurde wie in Beispiel 1 beschrieben gezüchtet, mit der Ausnahme, daß die folgenden vier Kohlenstoffquellen jeweils bei einer Konzentration von 15 g/l verwendet wurden: Fructose als repräsentatives Monosaccharid, Saccharose als repräsentatives Disaccharid, Stärke als repräsentatives natürliches Polymer und Olivenöl als repräsentative nichtwäßrige Kohlenstoffquelle. Von den jeweils 6 Tage alten Kulturen wurde das Wasserabsorptionsmittel, Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Befeuchtungsmittel und Verdickungsmittel entnommen und dessen jeweiliges Gewicht auf Trockenbasis gemessen, um die Ausbeuten an den jeweiligen Produkten zu vergleichen. Die Ergebnisse sind in Fig. 8 gezeigt, aus der entnommen werden kann, daß die Ausbeute an dem gewünschten Wasserabsorptionsmittel, Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Befeuchtungsmittel und Verdickungsmittel durch selektive Verwendung eines Monosaccharids oder Disaccharids als Kohlenstoffquelle im Kulturmedium vergrößert werden kann.

Beispiel 8

Beziehung zwischen NaCl-Konzentration und Wasserabsorption

Bei der Berücksichtigung von möglichen Anwendungen der Polysaccharide nach der Erfindung, wie als Papierwindeln und Damenbinden, ist die Beibehaltung ihres Wasserabsorptionsvermögens in Gegenwart von Natriumchlorid ein sehr wichtiger Faktor für ihre technische und kommerzielle Verwendung. Derzeit verwendete synthetische hochpolymere Absorbentien können die 200- bis 300- fache Menge ihres Eigengewichts an reinem (destilliertem) Wasser absorbieren, jedoch ist ihr Vermögen in Gegenwart von physiologischer Kochsalzlösung (0,9 %ig) auf nur die 50- bis 80- fache Menge ihres Gewichts herabgesetzt. Um deshalb die Wirksamkeit von erfindungsgemäßen Polysacchariden als Wasserabsorptionsmittel unter Beweis zu stellen, wurde ihr Wasserabsorptionsvernögen bei variierenden NaCl-Konzentrationen untersucht. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 11 angegeben. Tabelle 11 Beziehung zwischen den NaCl-Konzentrationen und der Wasserabsorption NaCl - Konzentration (%) Wasserabsorption (Gew./Gew.)
Wie Tabelle 11 zeigt, war das erfindungsgemäße Polysaccharid in der Lage, bei NaCl-Konzentrationen von 1 % und 2,5 % die 450- fache bzw. die 370-fache Menge seines Eigengewichts an Wasser zu absorbieren. Diese Werte waren sogar höher als das Vermögen von herkömmlichen superabsorbierenden Polymeren zum Absorbieren von destilliertem Wasser. Dieses Merkmal der Polysaccharide ist der Beweis dafür, daß sie für die kommerzielle Verwendung von großem Wert sind.

Beispiel 9

Das Viskositäts-/Konzentrations-Verhalten von Pulver der in Beispiel 2 hergestellten Polymerprobe SP&sub2; wurde gemessen. Zum Vergleich wurde Kelzan (allgemein verwendbarer Xanthangummi von Kelco Co.,), von dem alle Teilchen ein 28-Maschen-Sieb passierten, verwendet. Sowohl die Probe als auch der Vergleich wurden bei einer Konzentration von 1 % (Gew./Gew.) in reinem Wasser gelöst und dann mit reinem Wasser auf unterschiedliche Konzentrationen von 0,1 bis 1 % verdünnt. Die Viskosität der jeweiligen Verdünnungen wurde mit einem Brookfield-Viskosimeter (25ºC und 30 Umdrehungen/min mit einer Spindel No. 2) gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 9 gezeigt, aus der ersichtlich ist, daß die erfindungsgemäße Probe bei allen getesteten Konzentrationen höhere Viskositäten als Kelzan hatte.

Beispiel 10

Die physikalischen Eigenschaften von SP&sub2; und Kelzan in wäßriger Lösung wurden gemessen. Es wurden eine 2000 ppm SP&sub2; enthaltende wäßrige Lösung und eine 5000 ppm Kelzan enthaltende wäßrige Lösung hergestellt. Die Drehgeschwindigkeit der Spindel No. 2 in einem Brookfield-Viskosimeter (pH 7,2 und 25ºC) variierte zwischen 6 Umdrehungen/min und 60 Umdrehungen/min. Die resultierenden Änderungen der Viskosität jeder Lösung wurden gemessen. Das Ergebnis für SP&sub2; ist in Fig. 10-A und das für Kelzan in Fig. 10-B gezeigt, aus denen ersichtlich ist, daß Kelzan pseudoplastische Eigenschaften aufweist. Als die Viskositätsmessungen bei ansteigender Scherrate durchgeführt wurden, zeigte SP&sub2; ebenfalls pseudoplastische Eigenschaften, wie durch die abnehmende Viskosität ersichtlich wird. Als die Scherrate unmittelbar nach Erreichen eines Maximums gesenkt wurde, war die Viskosität niedriger als der vorherige Wert. Als der Schervorgang abgebrochen und die Lösung stehengelassen wurde, ging ihre Viskosität auf das normale Niveau zurück. Aufgrund dieser Viskositäts-Hysterese wurde gefunden, daß SP&sub2; thixotrope Eigenschaften hat.

Beispiel 11

Das Viskositäts-/Temperatur-Verhalten von SP&sub2; wurde bestimmt. Es wurden eine 2000 ppm SP&sub2; enthaltende wäßrige Lösung und eine 5000 ppm Kelzan enthaltende wäßrige Lösung hergestellt und deren Viskositäten mit einem Brookfield-Viskosimeter (pH 7,2, Drehgeschwindigkeit der Spindel No. 2, 30 Umdrehungen/min) bei von 5ºC auf 80ºC ansteigender Temperatur gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 11 gezeigt, aus der ersichtlich ist, daß die Viskosität von SP&sub2; ungeachtet der Temperatur im wesentlichen konstant bleibt, während die Viskosität von Kelzan mit der Temperatur abnimmt.
Die Viskosität vieler synthetischer und natürlicher Polymerer nimmt mit sinkender Temperatur zu und sinkt mit ansteigender Temperatur. Kelzan ist eines von den Polymeren, von denen durch Erfahrung bekannt ist, daß sich seine Viskosität mit der Temperatur nur minimal ändert. Wie jedoch aus Fig. 11 deutlich wird, war die Viskositätsänderung bei SP&sub2; viel geringer als bei Kelzan.

Beispiel 12

Die Beziehung zwischen der NaCl-Konzentration einer SP&sub2; enthaltenden wäßrigen Lösung und ihrer Viskosität wurde gemessen. Natriumchlorid wurde in Konzentrationen von 0,01 %, 0,05 %, 0,1 %, 0,5 % und 1,0 % in reinem Wasser gelöst, wonach in den erhaltenen NaCl-Lösungen jeweils 2000 ppm SP&sub2; oder 5000 ppm Kelzan gelöst wurden. Viskositätsmessungen wurden mit einem Brookfield-Viskosimeter (25ºC und pH 7,2) mit einer Spindel No. 2, die sich mit 30 Umdrehungen/min drehte, durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Fig. 12 gezeigt, aus der ersichtlich ist, daß die Viskosität von SP&sub2; gegenüber NaCl-Konzentrationen weniger empfindlich war als die von Kelzan.

Beispiel 13

Das Viskositäts-/pH-Wert-Verhalten von SP&sub2; wurde bestimmt. Es wurde eine 0,1 %ige wäßrige NaCl-Lösung hergestellt, in der 2000 ppm SP&sub2; oder 5000 ppm Kelzan gelöst wurden. Nachdem der pH-Wert mit HCl oder NaOH eingestellt worden war, wurden Viskositätsmessungen mit einem Brookfield-Viskosimeter bei 25ºC mit einer Spindel No. 2, die sich mit 30 Umdrehungen/min drehte, durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Fig. 13 gezeigt, aus der ersichtlich ist, daß SP&sub2; hinsichtlich seiner Viskosität weniger empfindlich gegenüber dem pH-Wert ist als Kelzan.
Außer auf dem Gebiet der Kosmetik, der Hygiene, der Papierwindeln und der Begrünung von Wüstengebieten werden die folgenden Beispiele genannt, für die das erfindungsgemäße Polysaccharid angewendet werden kann:

Nahrungsmittel:

Verdickungsmittel, Füllstoffe, Wasserhaltemittel, Strukturverbesserungsmittel, diätetische Lebensmittel

Futtermittel:

Verdickungsmittel, Füllstoffe, Wasserhaltemittel, Einschließen von Trägerstoffen

Medizinische Anwendungen:

Immunoaktivatoren, Einschließen von Arzneimitteln (z.B. Kapseln und Tabletten)

Biotechnologische Anwendungen:

Immobilisatoren für die Verwendung in Bioreaktoren usw., Kulturgrundlagen für Mikroorganismen, Pflanzen und tierische Zellen, Trägerstoffe (Gele) für Trennung und Reinigung

Anwendung in der Landwirtschaft:

Kapseln für die langsame Freigabe von Mitteln (z.B. Agrochemikalien), Suspensionsstabilisatoren, Emulsionsstabilisatoren, Haftungsverbesserer, Staubbildungsverbesserer, Mittel zur Steuerung der Form von Flüssigkeitströpfchen

Bauwesen:

Bodenverbesserungsmittel, Bodenwasserhaltemittel, Schlammstabilisatoren, Bodenstabilisatoren

Warenvertrieb:

Tropfflüssigkeits-Absorptionsmittel bei Lebensmitteln, wie Fisch und Fleisch

Papierbeschichtung:

Verbesserung der Qualität von Beschichtungen, Verhinderung von Wanderung, Verhinderung von Streifenbildung, Verhinderung von Pigmentsedimentierung, Verbesserung der Wasserretention

Textilfärbung:

Verhinderung der Pigmentsedimentierung, Verhinderung von Wanderung, Verbesserung der Farbmittel-Fließfähigkeit, Raumfärbung

Latices:

Emulsionsstabilisatoren

Reinigungsmittel:

Emulsionsstabilisatoren, Suspensionsstabilisatoren, Anti- Absetz-Mittel, Verbesserung der Versprühbarkeit

Suspensionsstabilisatoren:

Stabilisierung von TiO&sub2;-Suspensionen, Stabilisierung der Suspensionen von Stärkeaufschlämmungen

Schaumstabilisatoren:

Schaumzement

Verbesserung von Politurmitteln:

Poliermittel

Anstrichverbesserer:

Verbesserung der rheologischen Eigenschaften

Claims

1. Durch einen Mikroorganismus des Genus Alcaligenes herstellbares Polysaccharid, das die folgenden Eigenschaften besitzt:

(A) Durch Dünnschichtchromatographie, Flüssigphasenchromatographie und Gaschromatographie bestimmte Zusammensetzung aus Zuckern:

die Hauptbestandteile sind Rhamnose, Fucose, Glucose, Mannose und Glucuronsäure, die in einem Molverhältnis von

(1 - 10) : (2 - 10) : (4 - 20) : (1) : (1 - 5) vorhanden sind;

(B) Elementaranalyse (Gew. %):

C : 40 ± 4

H: 6 ± 1

O : 54 ± 5;

(C) Verkokungspunkt : 225 bis 280 ºC;

(D) Löslichkeit

etwas löslich in Wasser (neutral), löslich in Alkalien, unlöslich in Methanol, Ethanol und Aceton;

(E) UV-Absorptionsspektrum wie in Figur 1 gezeigt;

keine Absorption bei 280 nm, die für Proteine (Peptide) charakteristisch ist oder bei 260 nm, die für Nucleinsäuren charakteristisch ist, und

(F) IR-Absorptionsspektrum wie in Figur 2 gezeigt, mit Maxima bei 800 bis 1200 cm&supmin;¹, 1620 ± 20 cm&supmin;¹, 2950 ± 10 cm&supmin;¹ und 3400 ± 20 cm&supmin;¹.

2. Polysaccharid nach Anspruch 1, das 5 bis 20 Mol % Glucuronsäure enthält, wobei Rhamnose, Fucose, Glucose und Mannose in einem Molverhältnis entsprechend

(1 - 6) : (3 - 5) : (5 - 17) : (1) vorhanden sind.

3. Polysaccharid nach Anspruch 1, welches Rhamnose, Fucose, Glucose, Mannose und Glucuronsäure in einem Molverhältnis entsprechend (1 - 3) : (3 - 5) : (5 - 7) : (1) : (2 - 3) enthält.

4. Wasserabsorptionsmittel, Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Befeuchtungsmittel und Verdickungsmittel, welches das Polysaccharid nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Hauptbestandteil enthält.

5. Wasserabsorptionsmittel, Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Befeuchtungsmittel und Verdickungsmittel nach Anspruch 4, welches im wesentlichen aus einer Kultur eines Alcaligenes-Mikroorganismus oder einem Aufarbeitungsprodukt dieser Kultur besteht.

6. Wasserabsorptionsmittel, Feuchtigkeitsabsorptionsmittel oder Befeuchtungsmittel und Verdickungsmittel nach Anspruch 5, wobei der Alcaligenes-Mikroorganismus Alcaligenes latus Stamm B-16 (FERN BP-2015) ist.

. Verfahren zur Herstellung eines Polysaccharids nach einem der Ansprüche 1 bis 3 durch Züchten eines Alcaligenes-Mikroorganismus unter Belüftung und unter selektiver Verwendung entweder eines Monosaccharids oder Disaccharids als Kohlenstoffquelle in einem Kulturmedium, um so die Produktionsausbeute des Polysaccharids zu erhöhen.

8. Verfahren zur Herstellung eines Wasserabsorptionsmittels, Feuchtigkeitsabsorptionsmittels oder Befeuchtungsmittels und Verdickungsmittels nach Anspruch 4 durch Züchten eines Alcaligenes-Mikroorganismus unter Belüftung und unter selektiver Verwendung entweder eines Monosaccharids oder Disaccharids als Kohlenstoffquelle in einem Kulturmedium, um so die Produktionsausbeute des Wasserabsorptionsmittels, Feuchtigkeitsabsorptionsmittels oder Befeuchtungsmittels und Verdickungsmittels zu erhöhen.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Alcaligenes- Mikroorganismus Alcaligenes latus Stamm B-16 (FERM-2015) ist.