EP1351892A2 - Verfahren zur beschleunigung biokatalytischer und/oder hormoneller prozesse und dessen verwendung - Google Patents

Verfahren zur beschleunigung biokatalytischer und/oder hormoneller prozesse und dessen verwendung

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EP1351892A2
EP1351892A2 EP01989600A EP01989600A EP1351892A2 EP 1351892 A2 EP1351892 A2 EP 1351892A2 EP 01989600 A EP01989600 A EP 01989600A EP 01989600 A EP01989600 A EP 01989600A EP 1351892 A2 EP1351892 A2 EP 1351892A2
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EP
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biocatalytic
processes
accelerating
photosensitizer
treated
Prior art date
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EP01989600A
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Michael KÖHL
Franz Brucker
Volker Lieske
Heinz-Ulrich Neue
Kathrin Heinrich
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Helmholtz Zentrum fuer Umweltforschung GmbH UFZ
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/10—Reclamation of contaminated soil microbiologically, biologically or by using enzymes
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    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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Definitions

  • the present invention relates to a method for accelerating biocatalytic and / or hormonal processes in substances, for example aqueous media.
  • the method is based on the fact that the water contained in the substance is activated with singlet oxygen or water is first activated with singlet oxygen and in a further step the
  • Fabric is treated with this activated water.
  • An exemplary use of this method are biocatalytic and / or hormonal processes in soils.
  • a method for activating water is known from DE 198 55 881. This process is based on the excitation of, for example, atmospheric oxygen from the triplet to the singlet state.
  • the energy stored in the oxygen in this way can be used in another Step, for example by introducing the oxygen into the water, to which water molecules are transferred (quenching).
  • this energy transfer leads to a change in the structure of the hydrogen bonds, which could be shown by means of infrared spectra with characteristic band shifts.
  • AquaNovalis activated water
  • the present invention therefore has as its object to provide a method with which the targeted acceleration of biocatalytic and / or hormonal processes is made possible and can be implemented in a manner which is simple to practice.
  • the process according to the invention is based on the fact that the water contained in an aqueous medium is activated with the aid of singlet oxygen.
  • the water in the medium can thus be treated directly, so that the biocatalytic or hormonal processes in the medium are accelerated.
  • water or an aqueous medium can also be treated and then added to the substance or material in which the biocatalytic or hormonal processes are to be accelerated.
  • the water activated in this way is as follows also known as "AquaNovalis".
  • the singlet oxygen can be generated photochemically in a gaseous, oxygen-containing medium and introduced into the aqueous medium for the subsequent activation. Generation directly in an oxygen-containing, aqueous medium is also possible.
  • a photosensitizer is preferably introduced into the gaseous, oxygen-containing medium in order to enable subsequent generation of singlet oxygen by irradiation by a photochemical route.
  • This photosensitizer is preferably selected from water-insoluble porphyrins, phthalocyanines, chlorines, tetraphenylporphyrins, benzoporphyrin derivatives, purpurins, pheophorbides and their metal complexes.
  • copper (II) phthalocyanine, rose bengal and 5-aminolevulinic acid is particularly preferred.
  • the irradiation to start the photochemical reaction can be carried out either by artificial light sources and / or solar radiation.
  • the water can preferably be activated discontinuously at adjustable time intervals. It is also possible for the water to be activated simultaneously with the biocatalytic and / or hormonal processes.
  • the biocatalysts and / or hormones are preferably pretreated with AquaNovalis before the reaction with the material. The dosage of the AquaNovalis depends on the respective biocatalytic and / or hormonal processes.
  • the process of accelerating biocatalytic and / or hormonal processes can also be carried out in soils. Soils with a clay content above 15% by mass are preferred.
  • the process for setting the redox potential in soils can be used here using the ratio between untreated and activated water (AquaNovalis). By adding AquaNovalis there is an increase in the redox potential.
  • Accelerated nitrification can also be observed when using the AquaNovalis in soils.
  • the use of the method for stimulating biocatalytic and / or hormonal processes can also extend to materials containing exogenous and endogenous enzymes. For example, the glucose, laccase, DMSO reductase and dehydrogenase activity is stimulated.
  • Further fields of use of the present method are e.g. the degradation of hydrocarbons, waste treatment, remediation of contaminated sites, use in food and raw material extraction through biocatalytic processes, as well as generally all biocatalytic / hormonal processes that take place in aqueous media.
  • Loess black earth from the Bad Lauch speed site was used to carry out the test.
  • the samples come from the rAxp horizon (0-30 cm) of a test area that is fertilized annually with 100 dt of manure.
  • the soil type was described as a strongly clayey silt. Accordingly, the grain size of this horizon consists of approx. 21% clay, approx. 68% silt and approx. 11% sand.
  • the total carbon content (C t ) of the soil was 3.04%, the total carbon content (C t )
  • the redox potential in the microcosms to which synthetic air moistened with deionized water was added rose continuously in the first nine days and reached an equilibrium state at approx. 550 mV.
  • the concentration of ammonium decreases sharply during the test period.
  • the variant with AquaNovalis sinks faster than the other variant (Fig. 2).
  • the nitrite concentration increases in both variants in the first days after the start of the experiment, but decreases after four or five days and reaches concentrations that tend towards zero (Fig. 3).
  • the AquaNovalis variant shows more than twice as high concentrations as the other two variants in the first days, but then shows a much faster drop in concentration from the fourth day on.
  • Beta-glycosidase is an exogenous enzyme that is part of the carbon cycle and hydrolyzes carbohydrates with a beta-D-glucosidic bond by splitting off the terminal beta-D-glucose. With the help of beta-glucosidase, cellulose is broken down into cellobiose and glucose. sets.
  • beta glucosidase 3 mg were dissolved in 300 ml AquaNovalis and deionized water.
  • partial experiment 1 (FIG. 5) samples were taken immediately after addition of the enzyme and after 3 h and 6 h and the beta-glucosidase activity was determined according to HOFFMANN and DEDEKEN (1965).
  • partial experiment 2 (FIG. 6), in addition to the beta-glucosidase (enzyme, 3 mg / 300 ml), 1.5 g of salicin were added as an additional energy source, and the beta-glucosidase activity immediately after addition of salicin and enzyme, after 3 hours and measured after 6 h.
  • the enzyme (3 mg / 300 ml) was added immediately after activation. After 3 days, the salicin was added. Immediately afterwards and 3 h and 6 h after the addition of salicin, the beta-glucosidase was determined.
  • the enzyme activity decreases from 376 ⁇ g saligenin / ml / 3 h to 236 or 183 ⁇ g saligenin / ml / 3 h during the course of the experiment. This corresponds to an overall decrease of 51%.
  • the AquaNovalis variant showed a strong increase in enzyme activity during the course of the experiment (126% at 0 h, 216% after 3 h, 295% after 6 h) compared to the reference.
  • the kinetics of the decrease in enzyme activity were significantly slower than in the AquaNovalis variant (851 ⁇ g saligenin / ml / 3 h after 0 h, 747 ⁇ g saligenin / ml / 3 h after 3 h, 723 ⁇ g saligenin / ml / 3 h after 6 h).
  • the decrease during the course of the test was 15%.
  • the enzyme activity of cellulose decomposers (beta-glucosidase) and the microbial biomass (DMSO reductase) were determined on the sludges of the microcosms (see FIG. 8). Compared to the original soil sample, all sludge variants showed a significant decrease in the microbial biomass. Of the sludges, the variant treated with atmospheric oxygen and the non-humidified one showed the same behavior. In the variant treated with moistened singlet oxygen, a slight but insignificant decrease in microbial biomass was recorded.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschleunigung biokatalytischer und/oder hormoneller Prozesse in Stoffen. Das Verfahren beruht darauf, daß Wasser vor und/oder während des Prozeßablaufs mit Singulett-Sauerstoff aktiviert wird. Dabei kann es sich um das in dem Stoff enthaltenen Wasser handeln oder um ein wäßriges Medium, das anschließend dem Stoff zugesetzt wird. Eine beispielhafte Verwendung dieses Verfahrens ist die Beschleunigung von biokatalytischen und/oder hormonellen Prozessen in Böden.

Description

Verfahren zur Beschleunigung biokatalytischer und/oder hor oneller Prozesse und dessen Verwendung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschleunigung biokatalytischer und/oder hormoneller Prozesse in Stoffen, beispielsweise wäßrigen Medien. Das Verfahren beruht darauf, daß das in dem Stoff enthaltene Wasser mit Singulett-Sauerstoff aktiviert wird oder zunächst Wasser mit Singulett-Sauerstoff aktiviert wird und in einem weiteren Schritt der
Stoff mit diesem aktivierten Wasser behandelt wird. Eine beispielhafte Verwendung dieses Verfahren sind biokatalytische und/oder hormoneile Prozessen in Böden.
Aus der DE 198 55 881 ist ein Verfahren zur Aktivierung von Wasser bekannt. Dieses Verfahren basiert auf der Anregung von z.B. Luftsauerstoff vom Triplett- in den Singulett-Zustand. Die auf diese Weise im Sauer- stoff gespeicherte Energie kann in einem weiteren Schritt, z.B. indem der Sauerstoff in das Wasser eingeleitet wird, auf die Wassermoleküle übertragen werden (Quenching) . Wie aus der PCT/EP99/09488 bekannt ist, kommt es bei dieser Energieübertragung zu einer Veränderung der Struktur der Wasserstoffbrückenbindungen, was anhand von Infrarotspektren an charakteristischen Bandenverschiebungen gezeigt werden konnte. Eine Verwendung von aktiviertem Wasser (im folgenden als "AquaNovalis" bezeichnet) in biokatalyti- sehen Prozeßkreisläufen ist dagegen bis jetzt noch nicht bekannt.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, nun ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die gezielte Beschleunigung biokatalytischer und/oder hormoneller Prozesse ermöglicht und in einfach zu praktizierender Weise umzusetzen ist.
Diese Aufgabe wird durch das gattungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 17 zeigen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf. Die Verwendungen des Verfahrens werden in den Ansprüchen 18 bis 39 gegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, daß eine Aktivierung des in einem wäßrigen Medium enthaltenen Wassers mit Hilfe von Singulett-Sauerstoff durchgeführt wird. So kann das Wasser in dem Medium unmit- telbar behandelt werden, so daß die biokatalytischen oder hormoneilen Prozesse in dem Medium beschleunigt werden. Zum anderen kann auch Wasser oder ein wäßriges Medium behandelt und anschließend zu dem Stoff bzw. Material zugegeben werden, in dem die biokataly- tischen bzw. hormoneilen Prozesse beschleunigt werden sollen. Das so aktivierte Wasser wird im folgenden auch als "AquaNovalis" bezeichnet.
Der Singulett-Sauerstoff kann dabei in einem gasförmigen, sauerstoffhaltigen Medium photochemisch er- zeugt werden und für die anschließende Aktivierung in das wäßrige Medium eingeleitet werden. Auch eine Erzeugung unmittelbar in einem sauerstoffhaltigen, wäßrigen Medium ist möglich. Bevorzugt wird ein Photo- sensibilisator in das gasförmige, sauerstoffhaltige Medium eingebracht, um eine sich anschließende Erzeugung von Singulett-Sauerstoff durch Bestrahlung auf photochemischem Weg zu ermöglichen. Dieser Photosen- sibilisator ist bevorzugt ausgewählt aus wasserunlöslichen Porphyrinen, Phthalocyaninen, Chlorinen, Te- traphenylporphyrinen, Benzoporphyrin-Derivaten, Purpurinen, Pheophorbiden und deren Metallkomplexen. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kupfer (II)- Phthalocyanin, Rose Bengal und 5-Aminolävulinsäure als Photosensibilisator .
Die Bestrahlung zum Starten der photochemischen Reaktion kann dabei entweder durch künstliche Lichtquellen und/oder Sonneneinstrahlung durchgeführt werden.
Bevorzugt kann die Aktivierung des Wassers diskontinuierlich in einstellbaren Zeitintervallen erfolgen. Ebenso ist es möglich, daß die Aktivierung des Wassers gleichzeitig mit den biokatalytischen und/oder hormoneilen Prozessen erfolgt. Vorzugsweise werden die Biokatalysatoren und/oder Hormone vor der Umsetzung mit dem Material mit AquaNovalis vorbehandelt. Die Dosierung des AquaNovalis hängt dabei von den jeweiligen biokatalytischen und/oder hormoneilen Prozessen ab.
Das Verfahren zur Beschleunigung biokatalytischer und/oder hormoneller Prozesse kann auch in Böden durchgeführt. Hierbei sind vor allem Böden mit einem Tongehalt über 15 Masse-% bevorzugt. Dabei kann das Verfahren zur Einstellung des Redoxpotentials in Bö- den über das Verhältnis zwischen unbehandeltem und aktiviertem Wasser (AquaNovalis) genutzt werden. Durch Zugabe von AquaNovalis kommt es dabei zu einer Erhöhung des Redoxpotentials.
Ebenso ist eine beschleunigte Nitrifikation bei Verwendung des AquaNovalis in Böden zu beobachten. Die Verwendung des Verfahrens zur Anregung biokatalytischer und/oder hormoneller Prozesse kann sich ebenso auf exogene wie endogene Enzyme enthaltende Materia- lien erstrecken. So wird beispielsweise die Glukosi- dase-, Laccase-, DMSO-Reduktase- und Dehydrogenase- Aktivität angeregt.
Weitere Verwendungsfeider des vorliegenden Verfahrens sind z.B. der Abbau von Kohlenwasserstoffen, die Abfallbehandlung, die Altlastensanierung, die Verwendung in Lebensmitteln sowie die Rohstoffgewinnung durch biokatalytische Prozesse, sowie generell alle biokatalytischen/hormonellen Prozesse, die in wäßri- gen Medien ablaufen.
Anhand der folgenden Beispiele und Figuren soll das Verfahren näher erläutert werden, um weitere vorteilhafte Weiterbildungen aufzuzeigen, ohne das Verfahren dadurch einzuschränken.
Beispiel 1
Oxidations- und Reduktionsreaktionen im Boden bestimmen maßgeblich die Verfügbarkeit von Nährstoffen für Pflanzen.
Von großer Bedeutung für die Intensität der Reduktionsprozesse ist der Gehalt des Bodens an organischer Substanz. Eine Überstauung des Bodens führt zum Absinken des Redoxpotentials. Stellt man dem überstauten Boden wieder Sauerstoff zur Verfügung (wie in unserem Versuch geschehen) laufen die oben genannten Prozesse rückwärts ab. Durch den Anstieg des Redoxpo- tentials laufen nun Oxidationsprozesse ab.
Zur Durchführung des Versuches wurde Löß-Schwarzerde vom Standort Bad Lauchstädt verwendet. Die Proben stammen aus dem rAxp-Horizont (0-30 cm) einer Ver- suchsfläche, die jährlich mit 100 dt Stallmist gedüngt wird. Die Bodenart wurde als stark toniger Schluff beschrieben. Demnach setzt sich die Körnung dieses Horizontes aus ca. 21 % Ton, ca. 68 % Schluff und ca. 11 % Sand zusammen. Der Gesamt-Kohlenstoff- gehalt (Ct) des Bodens betrug 3,04 %, der Gesamt-
Stickstoffgehalt 0,26 % . Der pH-Wert (CaCl2) beträgt 6,2.
Es wurden 200g Boden in biogeochemischen Mikrokosmen in 2 1 destilliertem Wasser gelöst und während der gesamten Versuchsdauer gerührt. Die Untersuchungen wurden unter Laborbedingungen in biogeochemische Mikrokosmen durchgeführt, da diese über geregelte Gasphasen-, pH-, Temperatur- und Eh-Bedingungen verfügen und eine Einstellung quasi natürlicher Feldbedingungen dieser Parameter erlauben. Das Redoxpotential dieser Bodensuspension konnte durch Zugabe von Sauerstoff bzw. Stickstoff reguliert werden. Vor Versuchsbeginn wurde mit Hilfe von Stickstoff (N2) ein Redox- potential von 0 mV eingestellt. Nach der Einregulierung des Redoxpotentials wurden jeweils zwei der vier Mikrokosmen kontinuierlich mit AquaNovalis befeuchtete Luft bzw. mit deionisiertem Wasserdampf befeuchtete Luft zugeführt.
Die Probenahme erfolgte einmal täglich über einen Zeitraum von zwei Wochen. Aus jedem Mikrokosmos wurden dabei je 30 ml Bodensuspension entnommen, zentri- fugiert und filtriert. Die Bodenlösungen wurden an- schließend am EPOS-Analyzer spektralphotometrisch auf ihren Gehalt an NH4 +,N03 ~ und N02 " untersucht. Das Redoxpotential sowie die Temperatur und der pH-Wert wurden alle 15 min online gemessen.
a) Redoxpotential
In den ersten Tagen nach Versuchsbeginn konnte ein relativ schneller Anstieg des Redoxpotentials beobachtet werden.
Das Redoxpotential in den Mikrokosmen, denen mit deionisiertem Wasser befeuchtete synthetische Luft zugefügt wurde, stieg in den ersten neun Tagen kontinuierlich an und erreichte bei ca. 550 mV einen Gleichgewichtszustand.
In der Variante, bei der AquaNovalis verwendet wurde, stieg das Redoxpotential deutlich schneller auf höhere Eh-Werte um 600 mV an (Fig.l) .
Der Versuch zeigt, daß durch AquaNovalis ein höheres Redoxpotential bei Anwesenheit von Mikroorganismen bzw. deren Biokatalysatoren erreichbar ist. Hierdurch können biologische Umsetzungen beschleunigt werden. b) Nitrifikation
Die Konzentration an Ammonium nimmt während der Versuchsdauer stark ab. Die Variante mit AquaNovalis sinkt schneller ab als die andere Variante (Fig.2).
Die Nitritkonzentration steigt bei beiden Varianten in den ersten Tagen nach Versuchsbeginn an, sinkt aber nach vier bzw. fünf Tagen und erreicht gegen Null tendierende Konzentrationen (Fig.3). Die AquaNo- valis-Variante zeigt in den ersten Tagen mehr als doppelt so hohe Konzentrationen wie die anderen beiden Varianten, weist dann aber ab dem vierten Tag einen wesentlich schnelleren Konzentrationsabfall auf.
Die Nitratkonzentration stieg während der gesamten Versuchsdauer in allen Varianten an. Die mit AquaNovalis belüftete Variante wies zu Versuchsbeginn die schnellste Konzentrationszunahme auf, zeigte aber ge- gen Ende des Versuches Konzentrationen, die unterhalb der Nitratgehalte der anderen Variante liegt (Fig.4).
Die Ammonium-, Nitrit- und Nitratkonzentrationsunterschiede zwischen mit AquaNovalis und normalen Wasser- dampf durchlüftenden Mikrokosmen belegen die Beschleunigung der Nitrifikation durch AquaNovalis.
Beispiel 2
Die beta-Glykosidase stellt ein exogenes Enzym dar, welches dem Kohlenstoffkreislauf angehört und Kohlenhydrate mit beta-D-glukosidischer Bindung hydroli- siert, in dem es die terminale beta-D-Glukose abspal- tet. So wird mit Hilfe der beta-Glukosidase die Cel- lulose über die Cellobiose bis hin zur Glukose zer- legt.
In jeweils 300 ml AquaNovalis bzw. deionisiertem Wasser wurden jeweils 3 mg beta Glukosidase gelöst. Im Teilversuch 1 (Fig. 5) wurden unmittelbar nach Zugabe des Enzyms sowie nach 3 h und 6 h Proben genommen und die beta-Glukosidaseaktivität nach HOFFMANN und DEDE- KEN (1965) bestimmt. Im Teilversuch 2 (Fig. 6) wurden neben der beta-Glukosidase (Enzym, 3 mg/300 ml) noch 1,5 g Salicin als zuzügliche Energiequelle zugegeben und die beta-Glukosidaseaktivität unmittelbar nach Zugabe von Salicin und Enzym, nach 3 h und nach 6 h vermessen.
Unmittelbar nach der Aktivierung erfolgte die Zugabe des Enzyms (3 mg/300 ml) . Nach 3 Tagen erfolgte die Zugabe des Salicins. Unmittelbar danach und 3 h und 6 h nach Salicinzugabe erfolgte die beta- Glukosidasebestimmung.
Sämtliche Versuche wurden in jeweils 8 Wiederholungen durchgeführt.
In Fig. 5 bleibt der Verlauf der Enzymaktivität in der Referenz (deionisiertes Wasser) während des Versuchsverlaufes mit 748 μg Saligenin/ml/3 h am Versuchsbeginn und 714 bzw. 774 nach 3 bzw. 6 h relativ konstant (leichte Zunahme um 3 %) .
In der Variante AquaNovalis kam es zu einer anfänglichen starken Erhöhung der Enzymaktivität auf 882 μg Saligenin/ml/3 h, was einer Erhöhung um 18 % im Vergleich zum deionisierten Wasser entspricht. Aufgrund einer fehlenden Energiequelle sinkt die beta- Glukosidaseaktivität dann im Versuchsverlauf auf 699 bzw. 634 μg Saligenin/ml/3 h ab. Im gesamten Ver- suchsverlauf kommt das einer Abnahme um 28 % gleich.
In Fig. 6 nimmt bei der Referenz (deionisiertes Wasser) die Enzymaktivität während des Versuchsverlaufes von 376 μg Saligenin/ml/3 h auf 236 bzw. 183 μg Sali- genin/ml/3 h ab. Dies entspricht einer Gesamtabnahme von 51 %.
Die Variante AquaNovalis zeigte während des Versuchs- Verlaufes eine starke Erhöhung der Enzymaktivität (126 % bei 0 h, 216 % nach 3 h, 295 % nach 6 h) im Vergleich zur Referenz. Im Versuchsverlauf kam es zu einer im Vergleich zur Variante AquaNovalis deutlich langsameren Kinetik der Abnahme der Enzymaktivität (851 μg Saligenin/ml/3 h nach 0 h, 747 μg Salige- nin/ml/3 h nach 3 h, 723 μg Saligenin/ml/3 h nach 6 h) . Die Abnahme während des Versuchsverlaufes betrug 15 %.
Der Verlauf der Referenz in Fig. 7 mit deionisiertem Wasser ist identisch zur Fig.6. Auch 3 Tage nach Herstellung zeigte AquaNovalis noch eine im Vergleich zum deionisiertem Wasser deutlich erhöhte Enzymaktivität (793 μg Saligenin/ml/3 h, 110 % höhere Aktivi- tat als deionisiertes Wasser) , die dann allerdings nach 3 h und 6 h deutlich abnahm (530 μg Sali- genin/ml/3 h nach 3 h und 362 μg Saligenin/ml/3h nach 6h) aber immer noch deutlich höher als die Variante deionisiertes Wasser (114 % nach 3 h, 97 % nach 6 h) lag. Die Gesamtabnahme der Enzymaktivität bei AquaNovalis betrug 54 % während des Versuchsverlaufes.
Im Vergleich zur Originalbodenprobe zeigten alle Schlammvarianten einen deutlichen Rückgang der mikro- biellen Biomasse. Von den Schlämmen zeigte die mit Luftsauerstoff behandelte und die nicht befeuchtete Variante ein gleiches Verhalten. In der mit befeuchtetem Singulettsauerstoff behandelten Variante wurde ein leichter aber nicht signifikanter Rückgang der mikrobiellen Biomasse verzeichnet (zu geringe Stich- probenzahl für gesicherte Aussage) .
Im Vergleich zur Originalbodenprobe zeigten alle Schlammvarianten einen deutlichen Anstieg der beta-Glukosidaseaktivität. Im Vergleich zur mit Luft- Sauerstoff behandelten Variante zeigte auch hier die mit nicht befeuchtetem Singulettsauerstoff behandelte Variante einen leichten (nicht signifikanten) Anstieg der beta-Glukosidaseaktivität. Deutlich ist dieser Effekt in der Variante mit befeuchtetem Singulettsau- erstoff zu beobachten. Hier kommt es zu einer Erhöhung der beta-Glukosidaseaktivität um 40 % im Vergleich zum Originalboden bzw. 17 % im Vergleich zur mit Luftsauerstoff behandelten Variante (der eigentlichen Null) .
Beispiel 3
An den Schlämmen der Mikrokosmen wurden die Enzymaktivität von Zellulosezersetzern (beta-Glukosidase) und die mikrobielle Biomasse (DMSO-Reduktase) bestimmt (s. Fig. 8). Im Vergleich zur Originalbodenprobe zeigten alle Schlammvarianten einen deutlichen Rückgang der mikrobiellen Biomasse. Von den Schlämmen zeigte die mit Luftsauerstoff behandelte und die nicht befeuchtete Variante ein gleiches Verhalten. In der mit befeuchtetem Singulettsauerstoff behandelten Variante wurde ein leichter aber nicht signifikanter Rückgang der mikrobiellen Biomasse verzeichnet.
Fig. 9 zeigt den Verlauf der beta-Glukosidaseaktivität in Abhängigkeit von der zugegebenen Sauer- stoffart gemessen in Schlamm im Vergleich zur unbe- handelten Bodenprobe. Im Vergleich zur Originalbodenprobe zeigten alle Schlammvarianten einen deutlichen Anstieg der beta-Glukosidaseaktivität. Im Vergleich zur mit Luftsauerstoff behandelten Variante zeigte auch hier die mit nicht befeuchtetem Singulettsauer- stoff behandelte Variante einen leichten (nicht signifikanten) Anstieg der beta-Glukosidaseaktivität. Deutlich ist dieser Effekt in der Variante mit be- feuchtetem Singulettsauerstoff zu beobachten. Hier kommt es zu einer Erhöhung der beta- Glukosidaseaktivität um 40% im Vergleich zum Originalboden bzw. 17% im Vergleich zur mit Luftsauerstoff behandleten Variante (der eigentlichen Null) .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Beschleunigung biokatalytischer und/oder hormoneller Prozesse in einem Stoff, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Stoff enthaltene Wasser mit Singulett-Sauerstoff vor oder während des Prozeßablaufs behandelt wird oder ein wäßriges Medium mit Singulett-
Sauerstoff behandelt und der Stoff vor oder während des Prozeßablaufs mit dem so behandelten wäßrigen Medium behandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass der Singulett-Sauerstoff in einem gasförmigen, sauerstoffhaltigen Medium photochemisch erzeugt wird und anschließend für die Aktivierung in den Stoff oder das wäßrige Medium eingeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Photosensibilisator in das gasförmige, sauerstoffhaltige Medium eingebracht wird und durch Bestrahlung der Singulett-Sauerstoff photochemisch erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Photosensibilisator ausgewählt ist aus wasserunlöslichen Porphyrinen, Phthalocyani- nen, Chlorinen, Tetraphenylporphyrinen, Benzo- porphyrin-Derivaten, Purpurinen, Pheophorbiden und deren Metallkomplexen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Photosensibilisator ausgewählt ist aus Kupfer (II) -Phthalo-cyanin, Rose Bengal und 5-Aminolävulinsäure .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Be- Strahlung künstliche Lichtquellen und/oder Sonneneinstrahlung genutzt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung des Wassers diskontinuierlich in einstell- baren Zeitintervallen erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des Stoffs bzw. des wäßrigen Mediums gleichzeitig mit den biokatalytischen und/oder hormonel- len Prozessen erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biokatalysatoren und/oder Hormone mit behandeltem Wasser vorbehandelt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierung des behandelten Wassers auf die biokatalytischen und/oder hormonellen Prozesse abgestimmt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, daß Boden- bzw.
Substratfeuchte aktiviert wird, indem der Photosensibilisator auf der Oberfläche eines lichtleitenden Formkörpers in direktem Kontakt mit der Boden-Substratfeuchte aufgebracht wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Pho- tosensibilisator, der auf oder in der Unterseite eines flächigen transparenten Trägers (Glas oder Polymer) , der als Bodenabdeckung verwendet wird, aufgebracht ist, die Luftfeuchte bzw. Kondens- wasser aktiviert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als transparenter Träger ein wesentlicher Teil eines Gewächshauses verwendet wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, daß ein Photosensibilisator, der auf oder in der Innenwand eines transparenten Bio-Reaktors aufgebracht ist, verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, daß ein Photosensibilisator, der auf der Innenwand einer transparenten Wasserleitung aufgebracht ist, verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß durch Fluoreszenzfarbstoffe in den transparenten Elementen die Spektralverteilung des transmittierten Lichts verändert wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, daß ein Photosensibilisator, der auf der Innenseite der Wand eines Bio-Reaktors oder auf einem Formkörper im Reaktor aufgebracht ist, verwendet wird.
18. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprü- ehe 1 bis 17 zur Anregung biokatalytischer und/oder hormoneller Prozesse in Böden oder Pflanzsubstraten, beispielsweise Nährlösungen.
19. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Anregung biokatalytischer und/oder hormoneller Prozesse in Böden mit einem Tongehalt über 15 Massen-%.
20. Verwendung nach Anspruch 18 oder 19 zur Einstellung des Redoxpotentials in Böden.
21. Verwendung nach Anspruch 18 oder 19 zur Erhöhung des Redoxpotentials in Böden.
22. Verwendung nach einem der Ansprüche 18 bis 21 zur Beschleunigung der Nitrifikation in Böden.
23. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Beschleunigung biokatalytischer und/oder hormoneller Prozesse in exogene Enzyme enthaltenden Proben.
24. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Beschleunigung biokatalytischer und/oder hormoneller Prozesse in endogene Enzyme enthaltenden Proben.
25. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprü- ehe 1 bis 17 zur Erhöhung der Glukosidaseaktivi- tät .
26. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Erhöhung der Laccaseaktivität .
27. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprü- ehe 1 bis 17 zur Erhöhung der DMSO-Reduktase-
Aktivität .
28. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Erhöhung der Dehydrogenase- Aktivität.
29. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Beschleunigung des Abbaus von Kohlenwasserstoffen, bei der Abfallbehandlung und Altlastensanierung.
30. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 in Lebensmitteln.
31. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Rohstoffgewinnung durch bioka- talytische Prozesse.
32. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 bei der Erzeugung oder Verarbeitung von Lebensmitteln und Vorprodukten (z.B. Hefen, Aromastoffen, Fermenten, Zucker).
33. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Beschleunigung von
Gärprozessen.
34. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 bei der Erzeugung von Futtermitteln.
35. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 bei der Erzeugung und Verarbeitung von pharmazeutischen Produkten und Vorprodukten.
36. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 bis der Erzeugung von chemischen Produkten und Vorprodukten.
37. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 in der Bio-Technologie.
38. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 in der Land- und Forstwirtschaft.
39. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Beeinflussung von biokatalytischen und/oder hormonellen Prozessen in Lebewesen.
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