JPH11510861A - 紙のサイジングのための方法および組成物 - Google Patents

紙のサイジングのための方法および組成物

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JPH11510861A JP9509067A JP50906797A JPH11510861A JP H11510861 A JPH11510861 A JP H11510861A JP 9509067 A JP9509067 A JP 9509067A JP 50906797 A JP50906797 A JP 50906797A JP H11510861 A JPH11510861 A JP H11510861A
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ベイツ,ロバート
スレイター,ジェイムズ・ハワード
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、紙のサイジングのための方法および組成物に関する。特に、本発明は、a)紙または紙の成分を、紙または紙の成分に結合することができるたんぱく質と接触させること;並びにb)紙に結合したたんぱく質を変性または加熱することの工程を含む、紙のサイジング方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 紙のサイジングのための方法および組成物 1. 技術分野 本発明は紙のサイジングのための方法および組成物に関する。特に、本発明は 、紙または紙の成分に結合することができるタンパク質の、紙のサイジングへの 使用に関する。 2. 背景 製紙についての詳細な記述は数多くあるが、製紙法は慣用的には、(1)パル プとして一般に知られているセルロース繊維の水性懸濁液を形成すること;(2 )各種加工剤および紙強化剤、例えば強化および/またはサイズ剤を加えること ;(3)繊維をシートにし、そして乾燥して、所望のセルロースウェブを形成す ること;並びに(4)ウェブに、サイズ剤の表面塗布等を含めた後処理を施して 、得られる紙に様々な所望の特性を付与することの工程を含む。 サイズ剤は一般に、サイズ剤で処理した紙、すなわちサイジングされた紙を、 他の処理添加剤、印刷インク等を含めた水性液体による浸透または湿潤に対して 耐性にする、水溶液、分散液、エマルジョンまたは懸濁液の形のものである。 サイズ剤は紙の表面に”表面”サイズ剤として塗布しても、あるいは紙の中に ”内部”サイズ剤として混合してもよい。ロジンに基づくおよびケテンダイマー に基づくサイズ組成物を含めた多くの化学サイズ剤が知られている。しかしなが ら、サイジング組成物およびサイジング方法の改良は依然として求められている 。 一般に、紙の主成分はセルロースである。セルロースは木部繊維または一年生 作物繊維(例えば、麻、麦ワラ、稲、亜麻、ジュートまたは綿花)の形でもよい 。他の紙の成分には、デンプン、ペクチン、グアー、キチン、リグニン、寒天、 アルギン酸塩のような天然ポリマーを含めた他のポリマー材料、並びにキシラノ ース、マンノースおよびアラビノースのようなヘミセルロースを含めた他の多糖 類が含まれる。キシラノースは、牧草、穀物、麦ワラ、トウモロコシの皮および 木 材中に存在するヘミセルロースとしても知られているキシランの主成分である。 デンプンは種子、果実、葉、球根等の中に存在する。 酵素基質を変性しうる酵素が機能するためには、酵素基質との非共有結合相互 作用にかかっている。そのような種類の酵素には、ポリマー分解酵素、例えばプ ロテイナーゼ、ケラチナーゼ、キチナーゼ、リグニナーゼ、アガラーゼ、アルギ ナーゼ、キシラナーゼ、マンナーゼ、アミラーゼ、セルラーゼおよびヘミセルラ ーゼが含まれる。例えば、セルラーゼおよびヘミセルラーゼは糖類または多糖類 分子をセルロースおよびヘミセルロースから各々開裂し、アミラーゼはグルコー スをデンプンから開裂する。 触媒活性に対する必要条件としての、セルロースと、セルラーゼたんぱく質、 特にセルロース繊維に結合するもの、との相互作用については、説明かつ論評さ l.,44,219−248,1990;セルラーゼおよびキシラナーゼ:Gi lbert および Hazelwood, Journal of Genera l Microbiology,139,187−194,1993)。このグ ループの酵素には、機能的に異なるたんぱく質ドメインを含むセルラーゼおよび ヘミセルラーゼが含まれる。特に、触媒活性に責任のあるドメインは、セルロー ス結合ドメインと構造的に異なる。これらのドメインは、そのようなたんぱく質 の全てにおいて非常に類似した、進化的に保存された配列である(Gilkes 等,Microbiological Reviews,303−315,19 91年6月)。 そのようなたんぱく質の結合ドメインは、たんぱく質の加水分解によって活性 部位ドメインから分離することができる。単離された結合ドメインは、結合能力 を維持することが示されている(Van Tilbeurgh等,FEBS L etters,204(2),223−227,1986年8月)。セルラーゼ のセルロース結合ドメインの使用は、セルロース支持体表面のきめを粗くする手 段として提案され、一方、セルラーゼ活性部位ドメインの使用はそのような表面 のきめを滑らかにする手段として提案されている(国際公開第WO93/052 26号)。 多くの結合ドメインはまた遺伝学的レベルで特徴づけられ(Ohmiya等, Microbial Utilisation of Renewal Resou rces,,162−181,1993)、そしてサブクローニングして新規 な融合たんぱく質を作り出してきた(Kilburn等,国際公開第WO90/ 00609号;Ong等,Enzyme Microb. Technol., ,59−65,1991年1月;Shoseyov等,国際公開第WO94/ 24158号)。これらの融合たんぱく質のいくつかは、特殊な用途のアンカー たんぱく質として用いられてきた。そのようなたんぱく質は、たんぱく質の精製 に用いられるセルロース支持体材料への融合たんぱく質の接着によるタンパク質 精製を促すものとして用いられてきた(Kilburn等,米国特許第5,13 7,819号;Greenwood等,Biotechnology and B ioengineering,44,1295−1305,1994)。融合た んぱく質をセルロース支持体上に固定する能力はまた、酵素バイオリアクターの ための固定手段として(Ong等,Bio/Technology,,604 −607,1989年6月;Le等,Enzyme Microb. Techn ol.,16,496−500,1994年6月)、および化学的”タグ”をセ ルロース材料へ付着する手段として(国際公開第WO93/21331号)提案 されている。 このたび、紙または紙の成分へ結合することができるたんぱく質を紙のサイジ ングに用いうることを見いだした。 3. 発明の概要 本発明は、a)紙または紙の成分を、紙または紙の成分へ結合することができ るたんぱく質と接触させること、並びにb)紙に結合したたんぱく質を変性また は加熱することの工程を含む、紙のサイジング方法を提供するものである。 本発明の別の面は、a)紙または紙の成分を、紙または紙の成分へ結合するこ とができるたんぱく質と接触させること、並びにb)紙を加熱することを含む紙 のサイジング方法を提供するものである。 本発明の別の面は、紙または紙の成分へ結合することができるたんぱく質の、 紙のサイジングのための使用を提供するものである。本発明はさらに、本発明の 方法によってサイジングされた紙を提供する。 4. 発明の詳細な説明 本発明は紙のサイジング方法を提供するものである。ここで、用語”紙”は、 植物、鉱物、動物、または合成物質からの繊維を様々な割合で混合していてもよ い、並びに金属元素の酸化物、炭酸塩および硫酸塩のような無機物質の微粒子を 様々な割合で混合していてもよい、植物から誘導された繊維を含有するセルロー スの絡み合った網状構造を含む緊密に結びついたシートまたはウェブの形のどの ような物質も意味する。用語”紙”には、紙シートまたはウェブの重量が200 g/m2より重いときの紙を意味する板紙が含まれる。 セルロースの植物源には、木材、麦ワラ、バガス、アフリカハネガヤ、竹、カ ナフ、牧草、ジュート、ラミー、麻、綿花、亜麻が含まれる。粗製植物誘導セル ロースを処理してパルプを形成し、この材料から機械的に、化学的にまたはこれ らの両方で紙を製造する。セルロース含有パルプは、パルプの製造および精製の 方法によって、メカニカル、ケミメカニカルおよびケミサーモメカニカル、セミ ケミカル、ハイイールドケミカル、フルケミカルとして説明しうる(”Pulp and Paper, Chemistry and Chemical Tech nology”、第3版、第1巻、p.164、165、James P. Ca ssay、ISBN 0−471−03175−5(v.1)編集を参照)。 紙はまた、たんぱく質のような他の天然ポリマー、例えばケラチン、デンプン (陰イオン、陽イオンまたは両性デンプンを含む)、ペクチン、グアー、キチン 、リグニン、寒天、アルギン酸塩、並びにキシラノース、マンノースおよびアラ ビノースのようなヘミセルロースを含めた他の多糖類を含んでいてもよい。 本発明の方法は、紙または紙の成分を、紙または紙の成分へ結合することがで きるたんぱく質と接触させ、その後、たんぱく質を変性または加熱することを含 む。 本発明で用いられるたんぱく質は、紙または紙の成分へ結合することができる どのようなたんぱく質よりなっていてもよい。たんぱく質は例えば、セルロース 、または紙の成分として存在する他のポリマー物質に結合することができるたん ぱく質よりなる。好ましくは、たんぱく質は、セルロース、または紙の成分とし て存在する他のポリマー物質に特異的に結合することができる。さらに好ましく は、たんぱく質は、1×10-3M未満の(Kd)の解離定数で結合することがで きる。ここで、用語”たんぱく質”には、ペプチド、オリゴペプチドおよびポリ ペプチド、並びにたんぱく質残基、たんぱく質含有成分、アミノ酸の鎖、および ペプチド結合を含む分子が含まれる。状況から必要な場合(例えば、たんぱく質 を別の分子に結合するとき)、たんぱく質はたんぱく質残基を意味する。たんぱ く質は天然のたんぱく質、あるいはそのフラグメント、あるいは化学変性もしく は合成によってまたはたんぱく質の遺伝学的に変性された遺伝子コード化の発現 によって得られる変性たんぱく質からなっていてもよい。ここで、用語”変性た んぱく質”には、紙またはその成分に結合することができるたんぱく質の化学類 似体が含まれる。好ましくは、たんぱく質は、紙または紙の成分に結合すること ができる天然酵素またはそのフラグメントからなる。紙または紙の成分に結合す ることができるたんぱく質の例はよく知られており、セルラーゼおよびヘミセル ラーゼ、マンナーゼ、キシラナーゼ、キチナーゼ、リグニナーゼ、アガラーゼ、 アルギナーゼおよびアミラーゼよりなる群から選択される酵素がある。 たんぱく質は、例えば、デンプンが紙の成分または紙パルプとして存在すると き、デンプン(例えば、陰イオン、陽イオンまたは両性デンプン)に結合するこ とができるアミラーゼまたはそのフラグメントよりなっていてもよい。アミラー ゼの例は、Aspergillus oryzaeからのようなα−アミラーゼ (シグマ アルドリッチ社からタイプX−A粗製剤として入手しうる)、および Aspergillus nigerからのようなアミログルコシダーゼ(シグ マ アルドリッチ社から入手しうる)である。 好ましくは、たんぱく質はセルロースに結合することができるたんぱく質より なる。さらに好ましくは、たんぱく質はセルラーゼまたはそのフラグメントより なる。セルラーゼは天然のセルラーゼもしくはそのフラグメント、または天然も しくは合成セルラーゼの化学的変性によって、あるいはセルラーゼの遺伝学的に 変性された遺伝子コード化の発現によって得られる変性セルラーゼよりなってい てもよい。セルラーゼは、例えば、変性して活性部位ドメインを除いたりまたは 不活性化してもよい。セルロースに結合する各種のセルラーゼが公知である。そ のようなセルラーゼの例は、シグマ ケミカル シグマ−アルドリッチ社、ノボ ノルディスク社、BDH社またはICN バイオメディカル社から市販製剤とし て入手しうる細菌生物、例えばCellulomonas fimi、および真 菌生物、例えばTrichoderma viride、Aspergillu s niger、Fusarium oxysporum、Penicilli um funiculosum、Trichoderuma reeseiおよ びHumicola insolensである。(Fusarium Oxys porumは、例えば、寄託番号 DSM 2672で入手しうる)。あるいは 、たんぱく質を、例えば、国際公開第WO94/24158号に記載のような組 み換えDNA技術によって製造してもよい。セルラーゼは一般に、セルラーゼ結 合ドメインおよびセルラーゼ活性に責任のあるドメインを含む。本発明ではセル ラーゼを、セルロースに結合することができる全体またはそのフラグメントとし て用いうる。セルラーゼ結合ドメインは、パパインのようなプロテアーゼで処理 することにより、全体セルラーゼから得られる。セルラーゼはエキソ−セルラー ゼまたはエンド−セルラーゼよりなる。エキソ−セルラーゼ(セロビオヒドロラ ーゼ、CBH;エキソグルカナーゼ;1,4−ベータ−D−グルカンセロビオヒ ドロラーゼ;EC 3.2.1.91としても知られている)は、セルロース分 子の非還元末端で作用する。エキソ−セルラーゼは末端セロビオース単位(二糖 類)または末端グルコース単位(単糖類)を放出しうる。エキソ−セルラーゼの 例には、Humicola isolensから得られるセルラーゼがある。エ ンド−セルラーゼ(ベータ−1,4−エンドグルカナーゼ;エンド−1,4−D −グルカナーゼ;1,4−ベータ−D−グルカングルカノヒドロラーゼ;EC 3.2.1.4としても知られている)は内部ベータ−1,4−グリコシド結合 を開裂して、グルコース、セロビオースおよび他の可溶性セロ−オリゴ糖の混合 物を 生じる。エンドセルラーゼの例はTrichoderma reeseiから得 られるセルラーゼである。 たんぱく質はまたセルロソームよりなっていてもよい。セルロソームは、別個 の多感応性、多酵素複合体を含むセルラーゼ系よりなる。これらは一般に、多数 のエンドグルカナーゼ(エンドセルラーゼ)およびキシラナーゼ、並びに少なく とも1つのベータ−グルカナーゼを含めた、少なくとも14の異なるポリペプチ ドを含む。これらはスカフォールディングたんぱく質と会合している。セルロソ ームは、Bayer E.A., Morag E., Lamed R.(199 4),”The cellulosome − a treasuretrove for biotechnology”, Trends in Biotech nology 12:379−386に詳しく記載されている。 好ましくは、本発明で用いられるたんぱく質は、Humicola isol ensから得られるセルラーゼ(デンマーク、バグスバード(Bagsvaer d)のノボ ノルディスク社からセルザイム(Celluzyme、登録商標) として入手しうる)、またはTrichoderma reeseiから得られ るセルラーゼ(デンマーク、バグスバードのノボ ノルディスク社からセルクラ スト(Celluclast、登録商標)として入手しうる)よりなる。さらに 好ましくは、たんぱく質はHumicola isolensから得られるセル ラーゼよりなる。 たんぱく質は、紙の製造および加工のどのような適当な段階で紙に加えてもよ い。これはパルプ段階で加えても、あるいはウエットパルプマトリックス形成中 のまたは紙を形成するためのマトリックスのプレスおよびローリング中のどの段 階で加えてもよい。従って、本発明は、a)紙パルプを製造すること、b)パル プの成分に結合することができるたんぱく質を加えること、c)パルプから紙を 形成すること、並びにd)紙を加熱することの工程を含む、サイジングされた紙 の製造法を提供するものである。 あるいは、たんぱく質は、例えば、たんぱく質を含有する浴に紙を浸漬するこ とによって、あるいはスプレー、スプレッド、ハケ塗り、コーティングまたはプ リントを行う適当な工程によって、形成された紙製品に加えてもよい。従って、 本発明はさらに、a)紙に、紙に結合することができるたんぱく質を施すこと、 並びにb)紙を加熱することの工程を含むサイジングされた紙の製造法を提供す るものである。 紙の製造で、たんぱく質を加える時点を選ぶことによって、たんぱく質を紙全 体に分布させるか、あるいは紙の表面レベルに実質的に限定するかを調整しうる 。 たんぱく質が紙または紙パルプに結合するのに十分な時間、たんぱく質を紙ま たは紙パルプと共にインキュベートすべきである。一般に、15分が適当である ことが分かっているが、それより短いインキュベート時間が適していることもあ る。 たんぱく質は、望ましいレベルのサイジングを達成するのに適した量で加える 。たんぱく質は、紙パルプの乾燥重量の0.01〜40%の量で加えうる。好ま しくは、たんぱく質は0.1〜20重量%で、より好ましくは1〜10重量%の 量で加える。 たんぱく質を紙に混合した後またはタンパク質を紙の表面に施した後、たんぱ く質を変性または加熱することによって紙のサイジングを行う。たんぱく質は、 化学タンパク質変性剤を紙に施すことによって変性しうる。化学タンパク質変性 剤には、尿素、グアニジン、酸、アルカリ、洗浄剤(例えば、Tween(登録 商標))、水溶性有機物質(例えば、脂肪族アルコール)およびカオトロピズム イオン(例えば、I-、ClO4 -、SCN-、Li+、Mg2+,Ca2+およびBa2 + )が含まれる。 サイジングは紙を加熱することによって行うのが好ましい。紙は、好ましくは 50〜200℃、より好ましくは70〜170℃、さらに好ましくは80〜11 0℃、さらにまた好ましくは100〜110℃で加熱しうる。一般に、紙は蒸気 加熱ロール上で約105℃に加熱する。紙に、異なる温度で1回以上の加熱処理 を行ってもよい。 必要な加熱時間は、紙の加熱温度によって変わり、時間が長いほどより低い温 度である必要がある。一般に、紙は15〜500秒間、好ましくは25〜300 秒間加熱しうる。紙を製造後加熱処理して、紙のエージングまたはキュアリング を行ってもよい。 本発明を次の実施例を参照して説明する。 実施例は説明のためのものであり、本発明の範囲内で詳細な変更を行いうるこ とは明らかである。 実験材料および手順 以下で断りがなければ、次の材料および手順を実施例で用いて、たんぱく質の バイオサイズ剤としての使用特性を示す。パルプ : 無サイズ紙パルプは、10gの無サイズ紙(70:30 硬木(カバ ):軟木(マツ))を100mlの蒸留水に加えることによって製造した。5分 後、紙を均質パルプにブレンドした。パルプ懸濁液の試料(0.2gの乾燥紙に 相当する)を万能ビンに重量を計って入れた。インキュベーション : 各ビンに、次のインキュベーション緩衝溶液のうちの1 つの10.0mlを加えた: (a) トリス−HCl、50mM、pH7.5 (b) リン酸塩緩衝食塩水(PBS)500mM、pH7.5セルラーゼ : インキュベーション懸濁液に、次のセルラーゼから選択したもの を加えた: 1. Humicola insolens − デンマーク、バグスバード のノボ ノルディスク社からセルザイムとして入手しうるHumicola i nsolensから誘導されたセルラーゼ(パルプの乾燥重量に対して8.7% w/wのセルロース結合たんぱく質に相当する875μl)。 2. Trichoderma reesei − デンマーク、バグスバー ドのノボ ノルディスク社からセルクラストとして入手しうるTrichode rma reeseiから誘導されたセルラーゼ(パルプの乾燥重量に対して4 .4%w/wのセルロース結合たんぱく質に対応する0.28μmolに相当する 70μl)。 3. Trichoderma viride − BDH UK社から入手 しうるTrichoderma virideから誘導されたセルラーゼ。 セルラーゼの不在下での対照実験も行った。インキュベーション : 混合物は、穏やかに撹拌しながら、室温で15分間イン キュベートした。試験シートの製造 : 紙試験シートを製造するために、体積を蒸留水で100m lに増加し、次の方法で操作する実験室用設計製紙装置を使用して紙シート(6 cm2)を製造した:紙パルプの懸濁液(0.2%wv-1)を、細かいナイロン フィルターメッシュを有するプラスチックフィルターホルダーに注ぎ入れた。数 秒間真空にすることによって、パルプはメッシュによって支持された紙シートに なった。フィルターメッシュを装置から取り出し、紙シートを第2のナイロンメ ッシュの間に挟み、吸い取り紙の間で吸い取った。紙シートを注意深く製紙メッ シュから取り出し、ロールにかけて平らにし、そして乾燥した。試験シートの乾燥/加熱 : 紙シートは次の方法のうちの1つで乾燥した: (a) 空気乾燥; (b) ドラム乾燥 − 接触時間40〜250秒で、80〜108℃の一定 温度にて一般に操作する。 (c) ホットプレートプレス − 一般に、接触時間30秒で、最高表面温 度160℃となる。平なアルミニウムプレートを用いて、紙試験シート(吸い取 り紙の間に挟んだ)をホットプレートに向かってプレスした。試験手順 : 乾燥シートを、次の試験の1つ以上により、サイジングついて評価 した: (a) インク落下試験(IDT) − パーカースーパークイックインク( パーマネントブルーブラック)の15μlの滴を、紙の試験片上に落とし、完全 に吸収されるのにかかった時間を測定し、記録した。結果は秒または0〜+++ +の実験目盛りで記録した: 0は、完全吸収にかかった時間が100秒未満であることを意味する。 +は、完全吸収にかかった時間が100〜500秒であることを意味する。 ++は、完全吸収にかかった時間が500〜1000秒であることを意味する 。 +++は、完全吸収にかかった時間が1000〜2000秒であることを意味 する。 ++++は、完全吸収にかかった時間が2000秒を越えることを意味する。 (b) ハーキュリーズサイズ試験(HST) − 米国、GA 30348 、アトランタ、私書箱105113、テクノロジーパークアトランタ、TAPP I、ISBN 0−89852−200−5(vol 1および2)、(198 7)出版の”Tappi試験法”で定められている。HSTは、耐インク性T5 30pm−83による、紙のサイジング試験として定められている。データは秒 で記録し;値が高いほど、そのサイズ剤はすぐれている。好ましくは20秒を越 える、より好ましくは120秒を越える、さらに好ましくは200秒を越えるH ST値が得られる。 (c) コブ(Cobb)サイズ試験 − T441om−84により”Ta ppi試験法”(上記と同じ)で定められている。データはg/m2で記録する 。”十分に飽和”とは、紙がサイジングを全く示さなかったことを意味する。コ ブ値が低いほど、そのサイズ剤はすぐれている。好ましくは30g/m2未満、 より好ましくは21g/m2未満のコブ値が得られる。実施例1 Trichoderma reeseiセルラーゼ製剤(セルクラスト、デン マーク、バグスバードのノバ ノルディスク社)によって得られるサイジングに おける温度の効果を調べた。これらの試験では、ドラム乾燥機を、可変温度ホッ トプレートと共に用いた。ドラム乾燥機は接触時間250秒で一定温度80℃を 提供し、ホットプレートは接触時間30秒で最高表面温度160℃を提供した。 平らなアルミニウムプレートを用いて、紙シート(吸い取り紙に挟んだ)をホッ トプレートに向かってプレスした。 Trichoderma reeseiセルラーゼ製剤(70μlセルクラス ト、セルロース繊維の乾燥重量に基づいて4.4%ww-1セルロース結合たんぱ く質に相当する)を用い、混合物を、穏やかに撹拌しながら、15分間、室温で インキュベートした。セルラーゼを用いない対照実験も行った。 紙試験シートは上記のように製造した。試験シートをまず吸い取り紙の間でプ レスし、そして次の3つの方法のうちの1つで乾燥した。 (a) 空気乾燥; (b) ドラム乾燥機:80℃/250秒;または (c) ホットプレートプレス:160℃/30秒、その後、ドラム乾燥機8 0℃/250秒。 次に、乾燥シートをインク落下試験(IDT)によってサイジングについて評 価した。 次のサイジング結果が、異なる乾燥法の下で製造した試験紙から得られた。 − = 試験せず 緩衝塩がセルロースと相互作用してサイジングに影響を及ぼす可能性を除外す ると、酵素を用いずに紙を製造したときのサイジングは観察されなかった。サイ ジングはトリス−T.reeseiセルラーゼ(セルクラスト)インキュベーシ ョンで観察され、そして紙を初めにより高い温度で乾燥し、その後、より低い温 度でドラム乾燥したとき、より大きなサイジング度が観察された。セルラーゼ/ P BS紙もより高い温度でサイジングがなされたが、サイジングの程度は、トリス −HClの存在下で得られたものより低かった。実施例2 Humicola insolensセルラーゼ製剤(セルザイム、デンマー ク、バグスバードのノバ ノルディスク社)を用いて行ったサイジングのレベル へにおけるインキュベーション時間の効果を調べた。 トリス−HCl(50mM、pH7.5、10ml)を、蒸留水中の0.2g パルプへ加え、Humicola insolensセルラーゼ製剤(875μ l)を加え、混合物を15分間または90分間、室温でインキュベートした。イ ンキュベートの終わりで、パルプ試料を渦巻き状に混合し、100mlに希釈し た。試験紙は標準法で製造し、ドラム乾燥機へ100℃/250秒で1回通過さ せることによって乾燥した。 異なる方法によって得られるサイジング度を、IDT法を用いて評価した。 インキュベーション時間を15分から90分へ増加しても、サイジングレベル の有意な増加にはならなかった。実施例3 試験紙において得られるサイジングとTrichoderma reesei またはHumicola insolensセルラーゼ製剤の添加量との間の定 量的関係を確定するために、さらに1組の実験を行った。 標準化された製紙条件を次のように用いた:蒸留水中のパルプの試料(0.2 gの乾燥紙に等しい)に、10.0mlの緩衝液を加えた(50mMトリスHC l、pH7.5)。様々な量のセルラーゼ(Trichoderma rees eiまたはHumicola insolens;表3)を加え、混合物を渦巻 き状に混合した。パルプを、室温で15分間、穏やかに振盪しながらインキュベ ートし、その後、混合物を蒸留水で150mlに希釈し、試験紙シートを製造し た。各試験シートをメッシュから取り出し、手動ローラーを用いて、乾燥3MM 吸い取り紙の折り畳んだシートの間でプレスした。シート(まだ吸い取り紙の中 に包まれている)を、接触時間250秒で100〜104℃のドラム乾燥機に1 回通した。結果は表3に示す。 * 当量添加レベルを表す。 結果から、両セルラーゼはサイジングを行うが、H.insolensセルラ ーゼ製剤は使用条件下でT.reeseiセルラーゼよりも大きなレベルのサイ ジングを行うことが分かる。実施例4 Trichoderma reeseiセルラーゼ製剤(セルクラスト、デン マーク、バグスバードのノバ ノルディスク社)またはHumicola in solensセルラーゼ製剤(セルザイム、デンマーク、バグスバードのノバノ ルディスク社)のいずれかで得られたサイジングレベルにおける緩衝液の省略お よび高温(160℃)乾燥の効果を調べた。 表4に記載の様々な条件を用いて、紙シートを上記のように製造した。サイジ ングは標準IDT法によって翌日測定した。 結果から、セルクラストはより高い乾燥温度(160℃)でセルザイムよりも 有利であり、良好なサイジングを行う。 実施例5 ハーキュリーズサイジング試験(HST)を用いて、トリスの添加の有無での 、Trichoderma reeseiセルラーゼ(セルクラスト、デンマー ク、バグスバードのノバ ノルディスク社)またはHumicola inso lensセルラーゼ(セルザイム、デンマーク、バグスバードのノバ ノルディ スク社)のいずれかによって得られるサイジング度を測定した。シートを製造す るために、2%(wv-1)パルプ製紙原料を5%(ww-1)セルラーゼたんぱく 質(繊維の乾燥重量に基づく)と共に、5分間、25℃でインキュベートし、そ の後、紙シートを形成した。シートを105℃のドラム乾燥機で40、80、1 60または240秒間乾燥し、次の製造後加熱処理のうちの1つを行った:24 時間、自然エージング(N/A);10分間80℃および10分間105℃。 結果から、Humicola insolensおよびTrichoderm a reeseiセルラーゼは、105℃でドラム乾燥した後、HSTによって 測定すると、中程度のサイジングをもたらすことが分かる。 実施例6 Trichoderma viride(BHD社)のセルラーゼ製剤をバイ オサイズ剤として試験した。試料をパルプ製紙原料のアリコート(15ml蒸留 水中の0.2g乾燥重量繊維)に加えた。セルラーゼ添加レベルは、当量セルロ ース結合たんぱく質濃度(繊維重量に基づいて8.7ww-1に相当する)を加え て、Humicola insolensセルラーゼ(セルザイム、デンマーク 、バグスバードのノバ ノルディスク社)と直接比較できるように調整した。 パルプおよびセルラーゼ試料を室温で15分間インキュベートし、その後、手 漉きシートを製造した。シートは105℃のドラム乾燥機へ1回通すことによっ て乾燥し、一晩、室温に放置し、その後、IDTを用いてサイジング試験を行っ た。結果は表6に示す。 結果は、当量たんぱく質濃度を用い、Humicola insolensセ ルラーゼと比較すると、Trichoderma virideのセルラーゼが 中程度のサイジング効果をもたらすことを示している。 実施例7 サイズ剤としてのClostridium thermocellumセルロ ソームを試験するために、Cl.thermocellum(NCIMB106 82)を、セルロース源(パルプ@1%wv-1)を用いて、1000mlの基礎 培地((gl−1)イースト抽出物,10;KH2PO4,1.5;K2HPO4・ 3H2O,2.9;(NH42SO4,1.3; およびFeSO4・7H2O,( 1.0%wv-1)1.0ml-1)を含む成長培地中の1.0%(wv-1)パルプ 上で成長させ、そして加圧滅菌した。25mlの塩溶液(MgCl22%wv-1 ;CaCl20.2%wv-1、加圧滅菌)。15 mlのシステイン溶液(50g l-1、フィルター滅菌)。成長培地(ジュランビン中の1リッター)を5分間窒 素でパージし、60℃に加熱し、その後、インキュベートした。次に、培養物を 240時間インキュベートした。培養物を採取し、細胞およびパルプ破片を遠心 分離によって培養液から分離した。ナトリウムアジド(0.02%(wv-1)) を培養液およびパルプ破片の両方に加えて、微生物がさらに成長するのを妨げた 。 Cl.thermocellum培養物を用いて紙を製造することにより、 培養液をサイズ剤として試験した。無サイズ紙パルプ(10%(wv-1);2. 16g)を5つの250mlフラスコへ重量を計って入れた。次に、Cl.th ermocellum培養液(200;100;50;25;および0 ml) を各フラスコへ加え、体積を蒸留水で200mlに調整した。混合物を室温で1 5分間撹拌し、標準製紙法を用いて各フラスコの内容物から紙シートを製造した 。紙はドラム乾燥機を使用して80℃で250秒間乾燥した。サイジングは標準 IDT法を用いて翌日測定した。 Cl.thermocellum培養液の代わりにCl.thermocel lum非接種成長培地を無サイズ紙パルプに加えて、対照紙シートも製造し、上 記のように測定した。 ペレット化パルプ破片および細胞を用いるサイジングについての試験も行った 。パルプ破片および細胞(2.16g;%パルプは未知)を2つの250mlフ ラスコへ重量を計って入れた。一方のフラスコには、200mlのCl.the rmocellum成長培地を加えて、パルプ破片を再懸濁させ、他方のフラス コには、200mlの蒸留水を加えた。両方のフラスコを室温で15分間撹拌し 、標準製紙法を用いて、両フラスコ内容物から紙シートを製造した。紙はドラム 乾燥機を使用して90℃で250秒間乾燥した。サイジングはIDT法を用いて 翌日測定した。 Cl.thermocellum培養液は紙をサイジングしなかった。これは 培養液のセルロソームのレベルが非常に低いためと考えられる。パルプ破片から 製造された紙シートはサイジングを示し(表4)、蒸留水を用いたときは、Cl .thermocellum成長培地に比べて、サイジング度に有意な低下が見 られた。これは蒸留水の使用により、成長培地の使用に比べて、蒸留水の塩/イ オン濃度が低下し、パルプ表面からセルロソームが逃げて、サイジング度を低下 させたためと考えられる。結果は、Cl.thermocellumセルロソー ム製剤の存在が紙シートにサイジングをもたらすことを裏付けている。 * 二重試験実施例8 さらに一連の実験を行って、紙のサイジングにおけるセルラーゼの効果を測定 した。実験において、次の材料および一般的な手順を用いた: セルラーゼ 水性Trichoderma reeseiセルラーゼ製剤を用いた(フラ ンス、ナンテーレセデックス 92017のノボ ノルディスク バイオインダ ストーリ社の”セルクラスト 1.5L”)。 さらに、英国、ドーセット、ポールのシグマ アルドリッチ社から黄褐色粉末 として入手しうるPenicillium funiculosumから誘導し たセルラーゼを用いた。 製紙原料の製造 断りがなければ、使用構成はECF漂白硬木(HW)および軟木(SW)パ ルプのブレンド(HW/SWの比率は70:30)であった。製紙原料は1/3 PBSを用いて製造し、充填剤は加えなかった。手順は次の通りであった: 280gの漂白硬木パルプおよび120gの漂白軟木パルプを、18リッタ ーの1/3PBSへ加えた。激しく撹拌することによって、繊維を分散させた。 次に、この製紙原料をホランダーに移し、叩解度値が25oSRとなるまで叩解 した(所要時間は通常30〜35分)。必要ならば、製紙原料をさらに1/3P BSで2%の最終稠度に調整した。 添加剤の添加/インキュベーション セルラーゼ溶液を粘稠な(稠度2%)製紙原料に加えた。2リッターの粘稠 な製紙原料(40gの繊維を含有する)を金属ジャグに入れ、そして製紙原料の 動きをゆったりさせるため、できるだけ遅い速度で撹拌した。インキュベーショ ンの段階で酵素の変性が生じるかもしれないので、激しい撹拌は避けるべきであ る。製紙原料は周囲温度(20〜25℃)である。 インキュベーション時間は15分であった。このインキュベーション時間の 間に、製紙原料の動きはより軽く/より速くなった。これがはっきりしたら、撹 拌機速度をできるだけ遅くする。 15分のインキュベーションの後、粘稠な製紙原料を比例配分装置に加えた 。 比例配分装置 比例配分装置内の粘稠な製紙原料を、DEMI水のみを用いて、0.25% の稠度に希釈した。比例配分装置における通常の撹拌速度を用いて製紙原料を混 合した。 手漉きシートの形成 白水ボックスを、手漉きシート形成するためにDEMI水で満たした。型装 置内の適所の手漉きシート形成用長網を用いて、比例配分装置からの製紙原料1 リッターを、白水ボックスからの水と共に、デックル(Deckle)ボックス に加えた。デックルボックスの内容物を孔あき撹拌機で撹拌した(5回上下に動 かした)。5回目の撹拌の後、撹拌機を水面で静止させて、デックルボックス内 の水の動きをなくすようにした。次に、水を白水ボックスへポンプで戻し、初期 の湿ったマットを形成した。 どのくらいの勢いで撹拌を行ったかにより、デックルボックス内に発泡がいく らか生じる。この泡は初期の湿ったマットを形成した後にも残り、かなり多いこ とがある。水を除いた後、数秒間、空気がマットを通して吸引されるようにポン プを動かし続けると、この泡のいくらかをなくすことができる。 手漉きシートのプレスおよび乾燥 湿ったマットおよび手漉きシート長網を型からプレスへ移した。プレスされ たシートの水分含有率は70%にすべきである。次に、プレスされたシートを電 気加熱ドラム乾燥機上で乾燥した。乾燥機の表面温度は105℃であり、乾燥機 の速度は、プレスされたシートが熱面と35秒間接触するような速度であった。 シートの最終水分含有率は4〜7%(一般には5%)にすべきである。 プレス後のシートの水分含有率が70%未満であると、上記の条件ではシート はドラム乾燥機の表面に粘着してしまう。これは不均一なプレス圧力がシートの 幅にかかるために生じるのかもしれない。これを避けるようにすべきである。 ドラム乾燥機の表面温度が105℃未満、70℃以上であるとき、手漉きシー トの最終水分含有率を5%にするためには、より長い接触時間が必要である。 ドラム乾燥機の表面温度が70℃より低いならば、接触時間をさらに延長する か、あるいは湿ったマットの初期加圧を増してより多くの水を除去するか、ある いはこれらの両方を行う必要がある。プレスされたシートの水分含有率を60% 未満に下げることは可能である。試験 紙の状態調節および試験は、米国、GA 30348、アトランタ、私書箱 105113、テクノロジーパークアトランタ、TAPPI、ISBN 0−8 9852−200−5(vol 1および2)出版の”Tappi Test Methods”, Technology Park Atlanta, P O Box 105113, Atlanta GA30348, USA, I SBN 0−89852−200−5(vol 1 and 2)に記載の手順 に従って行う。HST(ハーキュリーズ サイジング試験)は、耐インク性T 530 pm−83によって、紙のサイジング試験として定められており;コブ (Cobb)試験はT 441 om−84によって定められている。 セルラーゼ濃度、エージング時間および温度を各々変えた一連の実験を行った 。結果は次の表に示す: ”自然エージング”とは、T402om−83に規定されているように23 ℃±1℃、相対湿度50.0±2%で、規定時間貯蔵することを意味し; ”オーブンキュアリング”とは、80℃で30分間処理することを意味する 。 セルラーゼを用いて製造しそして標準条件下で乾燥した手漉きシートのサイジン グ性能 ”Penicillium funiculosumで製造した手漉きシートの HST(秒)” "Trichoderma reeseiで製造した手漉きシートのHST(秒)" "Trichoderma reeseiで製造した手漉きシートのコブ(g)" 実施例9 上記実施例8に記載の手順の下で行ったさらに一連の実験で、添加たんぱく質 [セルクラスト(Trichoderma reesei、ノボ ノルディスク 社)およびセルザイム(Humicola insolens、ノボ ノルディ スク社)]が紙に保持されている程度を調べた。 別の実験で、セルクラストおよびセルザイムを上記製造の紙パルプおよび試験 シートに加えた(24時間自然エージング)。紙に保持されたたんぱく質の量( 紙ウェブを形成したとき、パルプ上澄みに残るものとは異なる)は、両たんぱく 質の窒素含有率が16%w/wであるとして、紙の窒素含有率に基づいて推定し た。窒素含有率はアンテック(Antec)ミクロ熱分解によって測定した。 結果は次の表に示す: 結果から、セルクラストの1/4のセルザイムの添加レベルで、同様なたんぱ く質保持レベルが得られた。同様なたんぱく質保持レベルで、両セルラーゼは同 様なサイジング効果をもたらした。実施例10 次の実施例では、デンプンに対する結合アミラーゼ酵素について説明する。H PLCを用いて2つのアミラーゼ酵素の特徴を示す:Aspergillus oryzaeからのα−アミラーゼ(タイプX−A粗製剤)およびA.nige rからのアミログルコシダーゼ(英国、ドーセット、ポールのシグマ アルドリ ッチ社から入手しうる)。各製剤の主な触媒ピークをデンプングルコース放出分 析を用いて測定した。各たんぱく質の結合効率を各種デンプンに対して測定し、 BSA対照を評価に含めた。 α−アミラーゼの32mg ml-1(乾燥重量)溶液を0.1M PBS(pH 7.0)中で製造した。この100μlを、1ml 分-1で0.1Mリン酸塩緩 衝液を流すBio−Sil SECゲル透過カラムを使用するHPLCに入れた 。フラクション(1 ml)を集め、標準マイクロタイター分析(グルコースの ための)を用いてデンプン懸濁液から放出された還元糖類についての試験を行っ た。 次の定性分析を用いて、試験試料中のグルコースおよびセロビオースを検出し た。分析はマイクロタイター皿中で室温にて行った。 試薬成分: フェノール試薬10μl(0.1Mリン酸塩緩衝液(pH7.0)中の0. 128Mフェノール) アミノピリン試薬10μl(0.1Mリン酸塩緩衝液(pH7.0)中の1 9.7mM 4−アミノフェナゾン) 0.1Mリン酸塩緩衝液(pH7.0)中のペルオキシダーゼ10μl(8 00Eu/mlとする) 0.1Mリン酸塩緩衝液(pH7.0)中のグルコースオキシダーゼ10μ l(250Eu/mlとする) 0.1Mリン酸塩緩衝液(pH7.0)60μl これらの試薬成分を混合し、マイクロタイター皿の穴に加えた。試験試料10 0μl、次いで過剰の基質(デンプン)を加えた。赤色の出現がアミラーゼの存 在を示した。 同じ方法をやはり用いて、アミログルコシダーゼについてのHPLC特性を得 た。アミログルコシダーゼは、クマシーブルー法によって測定すると、約262 mg ml-1のたんぱく質を含有する液体製剤であった。0.1M PBS(pH 7.0)中の0.007希釈物100μlを、HPLCに入れ、230nm 0 .1 AUSで調べた。1 mlのフラクションを集め、上記のデンプン懸濁液か ら放出される還元糖について試験した。 α−アミラーゼおよびアミログルコシダーゼが懸濁液中の通常のデンプンに結 合する能力を調べた。デンプン(0.2g;Roquette)を9mlの0. 1M PBS(pH7.0)に加え、そして1 mlのα−アミラーゼ溶液(クマ シーブルー分析により9.5mg ml-1)を加えた。これを振盪機で20分間 インキュベートした。 試料を13,000rpmで5分間遠心分離し、100μlの試料をHPLC カラムに入れた。20分で結合したα−アミラーゼのピークの特性を、Y=0試 料と比較した。このデータから、酵素の結合率(%)を計算した。アミログルコ シダーゼの結合も陽イオンデンプンに対して試験した。BSAも対照として同様 に用いた。使用BSAの最終濃度は0.1M PBS中で0.2%(wv-1)で あった。 結合実験結果は次表に示す。 デンプンの結合特性 結果は、α−アミラーゼおよびアミログルコシダーゼはいずれも、デンプンお よび陽イオンデンプンの両者に特異的に結合することを示している。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1997年10月22日 【補正内容】 請求の範囲 1. a)紙または紙の成分を、紙または紙の成分に特異的に結合することがで きるたんぱく質と接触させること;並びにb)紙に結合したたんぱく質を変性す ることの工程を含む、紙のサイジング方法。 2. たんぱく質が加熱によって変性される、請求項1に記載の方法。 3. 紙が70〜170℃に加熱される、請求項2に記載の方法。 4. 紙が80〜110℃に加熱される、請求項3に記載の方法。 5. たんぱく質が化学変性剤での処理によって変性される、請求項1に記載の 方法。 6. たんぱく質が多糖類に結合することができる、請求項1〜5のいずれかに 記載の方法。 7. たんぱく質がセルロースに結合することができる、請求項1〜6のいずれ かに記載の方法。 8. たんぱく質がセルラーゼまたはそのフラグメントである、請求項1〜7の いずれかに記載の方法。 9. たんぱく質が、Cellumonas fimi、Trichoderm a viride、Trichoderma reesei、Aspergil lus niger、Fusarum oxysporum、Penicill ium funiculosumおよびHumicola insolensよ りなる群から選択されるセルラーゼである、請求項8に記載の方法。 10. たんぱく質がエキソセルラーゼまたはそのフラグメントである、請求項 8に記載の方法。 11. たんぱく質がHumicola insolensから誘導されたセル ラーゼである、請求項10に記載の方法。 12. たんぱく質がエンドセルラーゼまたはそのフラグメントである、請求項 8に記載の方法。 13. たんぱく質がTrichoderma reeseiから誘導されたセ ルラーゼである、請求項12に記載の方法。 14. たんぱく質がデンプンに特異的に結合することができる、請求項1〜5 のいずれか一項に記載の方法。 15. たんぱく質がアミラーゼまたはそのフラグメントである、請求項14に 記載の方法。 16. a)紙パルプを製造すること、b)パルプの成分に特異的に結合するこ とができるたんぱく質を加えること、c)パルプから紙を形成すること、並びに d)紙を加熱してたんぱく質を変性することの工程を含む、サイジングされた紙 の製造方法。 17. a)紙に、紙に結合することができるたんぱく質を施すこと、並びにb )紙を加熱してたんぱく質を変性することの工程を含む、サイジングされた紙の 製造方法。 18. 請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法によってサイジングされた 紙。 19. 紙または紙の成分に特異的に結合することができるたんぱく質の、紙の サイジングのための使用。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD ,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,H U,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ ,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG, MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM ,TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN (72)発明者 ブラントン,ハーヴェイ・ジョン イギリス国ケント ティーエヌ13 3エイ イー,セヴンオウクス,ザ・ドライブ 12, フラット 2 (72)発明者 クリスプ,マーク・トレイシー オランダ王国エヌエル−3816 ハーハー アメルスフォアルト,アリアヴェーク 49 (72)発明者 シェアー,ダイアナ・ジェーン イギリス国ケント シーティー2 7ユー エイチ,カンタベリー,ビックナー・クロ ース,アボッツベリー・ハイツ 33 (72)発明者 ベイツ,ロバート オランダ王国エヌエル−3817 イェーデー アメルスフォアルト,ステフェンソンス トラート 68 (72)発明者 スレイター,ジェイムズ・ハワード イギリス国カーディフ シーエフ4 5エ スアール,リズヴェイン,ヘル−ワイ−デ ライン 38 (72)発明者 ハードマン,デイヴィッド・ジョン イギリス国ケント シーティー6 7ティ ーズィー,ハーン・ベイ,ハーン,カーテ ィスウッド・パーク・ロード 50

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. a)紙または紙の成分を、紙または紙の成分に結合することができるたん ぱく質と接触させること;並びにb)紙に結合したたんぱく質を変性または加熱 することの工程を含む、紙のサイジング方法。 2. a)紙または紙の成分を、紙または紙の成分に結合することができるたん ぱく質と接触させること;並びにb)紙を加熱することの工程を含む、紙のサイ ジング方法。 3. 紙が70〜170℃に加熱される、請求項2に記載の方法。 4. 紙が80〜110℃に加熱される、請求項3に記載の方法。 5. たんぱく質が多糖類に結合することができる、請求項1〜4のいずれかに 記載の方法。 6. たんぱく質がセルロースに結合することができる、請求項1〜5のいずれ かに記載の方法。 7. たんぱく質がセルラーゼまたはそのフラグメントである、請求項1〜6の いずれかに記載の方法。 8. たんぱく質が、Cellumonas fimi、Trichoderm a viride、Trichoderma reesei、Aspergil lus niger、Fusarum oxysporum、Penicill ium funiculosumおよびHumicola insolensよ りなる群から選択されるセルラーゼである、請求項7に記載の方法。 9. たんぱく質がエキソセルラーゼまたはそのフラグメントである、請求項7 に記載の方法。 10. たんぱく質がHumicola insolensから誘導されたセル ラーゼである、請求項9に記載の方法。 11. たんぱく質がエンドセルラーゼまたはそのフラグメントである、請求項 7に記載の方法。 12. たんぱく質がTrichoderma reeseiから誘導されたセ ルラーゼである、請求項11に記載の方法。 13. たんぱく質がデンプンに結合することができる、請求項1〜5のいずれ か一項に記載の方法。 14. たんぱく質がアミラーゼまたはそのフラグメントである、請求項13に 記載の方法。 15. たんぱく質が加熱によって変性される、請求項1に記載の方法。 16. たんぱく質が化学変性剤での処理によって変性される、請求項1に記載 の方法。 17. a)紙パルプを製造すること、b)パルプの成分に結合することができ るたんぱく質を加えること、c)パルプから紙を形成すること、並びにd)紙を 加熱することの工程を含む、サイジングされた紙の製造方法。 18. a)紙に、紙に結合することができるたんぱく質を施すこと、並びにb )紙を加熱することの工程を含む、サイジングされた紙の製造方法。 19. 請求項1〜18のいずれか一項に記載の方法によってサイジングされた 紙。 20. 紙または紙の成分に結合することができるたんぱく質の、紙のサイジン グのための使用。
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