NO168838B - Xantangummi, fremgangsmaate for fremstilling av xantangummien, samt anvendelse av den - Google Patents

Description

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å beskrive en forbedring ved fremgangsmåten i henhold til US-patent 4 431 734.

I nevnte patent er det beskrevet en enzymatisk fremgangsmåte for behandling av xantangummi for å forbedre filtrerbarheten og injiserbarheten av vandige løsninger av xantangummier under deres injeksjon og sirkulasjon gjennom petroleumformasjoner i den hensikt å forbedre utvinning av råolje. Denne fremgangsmåte omfatter en behandling som er tilpasset ved hjelp av to enzymatiske systemer, den første av polysakkarase-type med sur pH-verdi eller svakt nøytral, og den annen av proteasetype med basisk, nøytral eller sur pH-verdi, og gjør det mulig å forbedre injiserbarheten og flyten av xantanløsninger gjennom petroleumformasjonene uten tap av iboende egenskaper hos polysakkaridet og spesielt dets fortykkende karakter.

I henhold til nevnte patent kan den enzymatiske behandling ved hjelp av et enzym av polysakkarasetype og et enzym av proteasetype utføres omtrent samtidig ved en pH-verdi som er forlikelig med en tilstrekkelig aktivitet av de to typer enzymer eller fort-løpende med en pH-verdi som passer for den enzymtype som velges i hvert trinn. De beste resultater blir oppnådd når man arbeider i to suksessive trinn, hvor det første trinn utføres med polysakkarase og det annet trinn med protease.

De enzymatiske ekstrakter som kalles polysakkaraser, oppnådd på vanlig måte ved aerob dyrkning av sopp og tilhører klassen av Basidiomycétes, eller sopp som for eksempel tilhører slektene Aspergillus, Fusarium, Myrothecium, Penicillium, Polyporus, Rhizopus,Sclerotinia, Sporotrichum og Trichoderma, er anvendelige ved fremgangsmåten i henhold til patentet. Disse enzymer som er til-bøyelige til å hydrolysere polysakkaridene blir til vanlig mar-kedsført under navnet cellulaser og anvendes ved fremgangsmåten i henhold til nevnte patent ved slike betingelser med hensyn til pH-verdi, temperatur og saltkonsentrasjoner at xantangummiens ka-rakteristikker ikke påvirkes nevneverdig.

Den annen kategori av enzymatiske ekstrakter som er anvendelige på fullstendig måte ved den foregående kategori i fremgangsmåten i henhold til patentet utgjøres av klassen av bakteriepro-teaser. Disse proteaser blir generelt produsert av mikroorganis-mene av slekten Bacillus som for eksempel B. Subtilis,

B. licheniformis, B. amyloliquefaciens og B. pumilis eller også av slekten Streptomyces som for eksempel S. fradiae, E. griseus og S. rectis. Kilden for enzymet er forøvrig ikke kritisk.

Disse proteaser har en optimal aktivitet alt etter tilfellet ved pH-verdier som er svakt sure, nøytrale eller basiske og blir føl-gelig henholdsvis benevnt sure, nøytrale eller alkaliske proteaser.

Den enzymatiske behandling i henhold til denne fremgangsmåte finner fortrinnsvis sted i en inkubasjonsperiode hvis totale varighet er 0,5-60 timer og fortrinnsvis 4-48 timer, ved temperaturer som går fra omgivelsestemperatur (ca. 2 5°C) og til ca. 65°C, fortrinnsvis 40-60°C. De korte behandlingstider er fortrinnsvis forbundet med forhøyede temperaturer og motsatt. De enzymatiske behandlinger utføres i vandig miljø med konsentrasjon av oppløste salter av alkalimetaller og/eller jordalkalimetaller på minst 10 —2 ekv./liter, fortrinnsvis minst 10 —1 ekv./liter. Den relative synergistiske effekt som oppnås ved denne fremgangsmåte er forøvrig så meget viktigere som saltholdigheten til be-handlings vannet er sterkere. Et spesielt aspekt ved fremgangsmåten ..ti henhold til patentet beror på det faktum at den synergistiske aktivitet for de to enzymatiske preparater likeledes oppnås i nærvær av toverdige ioner, for eksempel Ca<++> eller Mg<++> og spesielt vann fra mineralavleiringer.

Et første formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe en xantangummi i pulverform eller i vandig løsning, dernest en forbedret fremgangsmåte for fremstilling av xantangummi ved hvilken den fortykkende evne til visse gummier bevares, samt anvendelse av xantangummien. Det henvises til kravene.

Et annet formål med oppfinnelsen består i forbedring av klaringen av råsaften fra fermenteringen såvel som vandige dispersjoner av xantangummier som er disponible i pulverform. Et annet formål med oppfinnelsen består i å fjerne uløselig celledebris som kommer fra fremgangsmåten for fermentering av disse xantangummier. Et annet formål med oppfinnelsen består i å forbedre injiserbarheten av xantangummiløsninger for anvendelse ved forsterket utvinning av petroleum. Enda et formål med oppfinnelsen går ut på å fjerne mikrogeler og altså i forbedring av flytegenskapene til xantangummiløsninger i det indre av en petroleumsforma-sjon ved en viss avstand fra injeksjonsbrønnen. Endelig består et annet formål med oppfinnelsen i å benytte faste preparater som gjør det mulig å forbedre klarheten, injiserbarheten og flyten av xantangummiløsninger.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å foreslå anvendelse av andre preparater eller enzymatiske ekstrakter for den første kategori av enzymatiske ekstrakter som anvendes ved fremgangsmåten i henhold til US-patent 4 431 734.

I henhold til foreliggende oppfinnelse anvendes, istedenfor et enzymatisk preparat av polysakkarasetype, også kalt cellulase, hvis hovedsakelige enzymatiske aktivitet er en cellulolytisk aktivitet, en enzymatisk ekstrakt hvis hovedaktivitet er en polygalakturonase-aktivitet. Også i henhold til foreliggende oppfinnelse anvendes to enzymatiske ekstrakter av forskjellige typer,

en enzymatisk ekstrakt kalt PG som skal defineres i det følgende, og en enzymatisk ekstrakt kalt ekstrakt P som skal defineres i det følgende, ved betingelser som er forlikelige med aktiviteten til de nevnte enzymatiske ekstrakter.

De enzymatiske ekstrakter som anvendes ved foreliggende oppfinnelse inneholder generelt flere andre aktiviteter, det er es-sensielt at polygalakturonase-aktiviteten, for ekstrakten PG, er hovedaktiviteten, idet de andre aktiviteter, for eksempel cellulase, sur protease, xylanase osv., bare er sekundære aktiviteter. Ekstraktene PG som anvendes, er generelt bare i besittelse av li-te, og fortrinnsvis praktisk talt ingen, cellulaseaktivitet.

Man vil fortrinnsvis anvende en enzymatisk ekstrakt hvis polygalakturonase-aktivitet er av endo-type.

Med hovedaktivitet menes den enzymatiske aktivitet som generelt er overveiende blant de tallrike aktiviteter som en enzymatisk ekstrakt generelt har. Man favoriserer utskillelse av denne aktivitet ved valg av betingelser og dyrkningsmiljø og stamme av produserende mikroorganisme i det tilfelle hvor den enzymatiske ekstrakt er av mikrobe- eller sopp-opprinnelse. Man kan også foreta en separasjon av enzymene som fører til en anrikning og rensning som er orientert mot oppnåelse av en gitt aktivitet.

I tilfellet av enzymer som er anvendt i US-patent 4 431 734 har den polysakkarase som oppnås ved dyrkning av Basidiomycete av slekten Poria som patentet omhandler, en hovedaktivitet av cellulasetype på ca. 50 000 enheter karboksymetylcellulase (CMCase)

pr. gram preparat, for eksempel ca. 250 enheter pr. gram proteiner

CMCase-aktiviteten som måler cellulaseaktiviteten til en enzymatisk ekstrakt tilsvarer antall mikromol av glukose som frigjøres ut fra karboksymetylcellulose, idet forsøket utføres i 30 minutter ved pH 4,6 og 37°C. For å kunne sammenligne de enzymatiske aktiviteter til preparatene i pulverform og i flytende form er det foretrukket å benytte de spesifikke aktiviteter (pr. mg proteiner).

Polygalakturonase-aktiviteten til en enzymatisk ekstrakt tilsvarer antall mikromol av galakturonsyre som frigjøres ut fra polygalakturonsyren, idet forsøket utføres i 30 minutter ved pH 4,0 og 40°C.

Polygalakturonase-aktiviteten til polysakkarasen i det nevnte US-patent, markedsført under navnet cellulase, oppnådd ut fra Basidiomycete av slekten Poria, er ca. 5 enheter pr. mg proteiner.

De enzymatiske aktiviteter av polygalakturonasetypen blir vanligvis produsert ved hjelp av bakteriekulturer av slekten Erwinia, Pseudomonas, gjærsopper av slekten Kluyveromyces eller sopp av slekten Aspergillus,. Rhizopus, Fusarium, Rhizoctonia, Penicillium, Sclerotinia og Verticillium.

Ut fra en mikroorganismestamme, for eksempel Aspergillus niger, er det mulig å oppnå en enzymatisk ekstrakt hvis hoved-enzymatiske aktivitet er for eksempel av cellulasetype (polysakkarase), for eksempel av polygalakturonasetype. Valget av karbonkilde som inngår i sammensetningen av dyrkningsmiljøet er viktig for å orientere mikroorganismen mot hovedproduksjonen av en bestemt enzymatisk aktivitet. Likeledes for å oppnå polygalakturonase som hovedaktivitet, er det ofte nødvendig å ta et karbohydrat som inneholder pektin (kommersielt pektin, hvetekli, roe-pulp ...). Miljøet kan ellers omfatte kilder for mineralsal-ter og nitrogen. Etter dyrkning for eksempel ved 30°C i flere dager blir miljøet befridd for celler ved filtrering eller sent-rifugering og kan bli benyttet som enzymatisk ekstrakt med hovedaktivitet polygalakturonase. Det er siden mulig å anrike ekstrakten med hensyn til proteiner, for eksempel ved ultrafiltrering eller ved utfelling av proteinene ved hjelp av løsningsmidler (for eksempel aceton, etanol) eller salter (for eksempel ammoni-umsalt).

I henhold til oppfinnelsen anvender man enzymatiske ekstrakter som bare har liten cellulase-aktivitet. Eksempler på industrielle preparater er spesielt de enzymatiske ekstrakter som kalles pektinaser, oppnådd fra en soppkultur av slekten Aspergillus, og mer spesielt fra Aspergillus niger.

Proteaseaktiviteten til de enzymatiske ekstrakter av typen PG, målt i ANSON-enheter pr. gram av enzymatisk ekstrakt som beskrevet i det følgende, ligger vanligvis under 0,05 enhet og fortrinnsvis under 0,01 og mest fordelaktig under 0,005. Hvis man måler de spesifikke enzymatiske aktiviteter for ekstraktene i enheter pr. milligram protein, og hvis man betegner cellulaseaktiviteten med "C" og polygalakturonase-aktiviteten med "PG"

for disse ekstrakter, anvender man i forbindelse med oppfinnelsen enzymatiske ekstrakter hvis C/PG-forhold er under 1 og fortrinnsvis under 0,5 og mest foretrukket under 0,1.

I henhold til foreliggende oppfinnelse forbedrer man således filtrerbarheten for vandige løsninger av xantangummier ved å ut-føre en behandling av de nevnte løsninger med en enzymatisk ekstrakt hvis hovedaktivitet er en polygalakturonase-aktivitet (ekstrakt PG) og med en enzymatisk ekstrakt som som hovedaktivitet har en proteaseaktivitet (denne ekstrakt betegnes ekstrakt P) under betingelser som er forlikelige med aktiviteten til de nevnte ekstrakter.

Proteaseaktiviteten kan bestemmes ved metoden til Kunitz. I dette tilfelle tilsvarer en protease-enhet den mengde enzymatisk ekstrakt som frigjør en mengde av substanser som ikke er ut-fellbare med TCA (trikloreddiksyre) som har en optisk densitet ved 550 nm som er ekvivalent med den optiske densitet som gis av 4,0 g tyrosin med Folins reagens. Temperaturen ved forsøket er 37°C, og reaksjonstiden er 20 minutter. For de tilfeller hvor det dreier seg om alkaliske eller nøytrale proteaser, er substratet l%ig kasein, og når det dreier seg om sure proteaser, er substratet l%ig okseserumalbumin. pH-verdiene for aktivitets-målingene av alkaliske, nøytrale og sure proteaser er henholdsvis 10, 7 og 3.

Andre protease-enheter benyttes som Anson-enhet, som er den enzymmengde som under standardbetingelser (25°C; pH 7,5; 10 minutter) oppløser hemoglobin med en slik begynnelseshastighet at den pr. minutt frigjør en mengde av løselige produkter i TCA, som gir samme farvning med reagenset fenol som en milliekvivalent av tyrosin.

Således er for eksempel ALCALASE 0,6 L et flytende preparat som er oppnådd ved fermentering av Bacillum licheniformis som som hovedaktivitet (protease) inneholder 0,6 Anson-enhet pr. gram og enhver annen enzymatisk aktivitet som er nevneverdig.

Generelt sagt inneholder de enzymatiske ekstrakter som stammer fra bakteriene av slekten Bacillus som har som hovedaktivitet proteaseaktiviteten, praktisk talt ikke polygalakturonase-eller cellulase-aktivitet blant sine sekundære aktiviteter.

Vanligvis har de enzymatiske ekstrakter som som hovedaktivitet har proteaseaktivitet, som man anvender i forbindelse med foreliggende oppfinnelse, polygalakturonase- og cellulase-aktiviteter uttrykt i enheter pr. milligram proteiner henholdsvis under 5 og fortrinnsvis under 1 og på ofte fordelaktig måte under 0,5.

De enzymatiske ekstrakter som som hovedaktivitet har proteaseaktivitet, har en aktivitet, målt i Anson-enhet pr. gram enzymatisk ekstrakt, som vanligvis er minst 0,1 og fortrinnsvis 0,2-10 enheter.

Et av de andre aspekter ved foreliggende oppfinnelse er å inkorporere i løsningen av polysakkarider bare små mengder av proteiner idet man velger et enzymatisk preparat som er spesielt aktivt for eliminering av tilstoppende bestanddeler som er til stede i polymerløsningene. Når man anvender et enzymatisk preparat som for eksempel det i henhold til US-patent 4 4 31 734, som som hovedaktivitet har cellulaseaktivitet og som blant de sekundære aktiviteter inneholder polygalakturonase-aktivitet, er det nødvendig å tilsette enzymmengder (altså proteiner) som er forholdsvis betydelige. For eksempel i tilfellet av cellulase som er oppnådd ut fra Basidiomycete av slekten Poria, innfører man, i henhold til eksempel 1 i nevnte patent, ca. 30 vekt% enzym i forhold til polysakkaridet. Det har imidlertid vist seg at proteinene kan spille en rolle som tilstoppende midler i løs-ningene av polysakkarider hvis de er til stede i for stor mengde. Følgelig er det svært foretrukket å tilsette minst mulig proteiner i tilfellet av en behandling som går ut på å forbedre filtrerbarheten av polysakkaridløsninger. Det er derfor skjønnsomt å benytte et enzymatisk preparat som hovedsakelig virker på agg-regatnivå, hvilket gjør det mulig å redusere graden av aktivt materiale (altså proteiner) for inkorporering for å få en effektiv behandling. Man har overraskende oppdaget at de enzymatiske ekstrakter som kalles PG-ekstrakter gjør det mulig å forbedre filtrerbarheten av xantanløsningene sterkt, spesielt når man forbinder behandlingen med en enzymatisk ekstrakt som har den nevnte aktivitet, med en behandling med en enzymatisk ekstrakt, benevnt P-ekstrakt, av klassen bakterielle proteaser. Man kan så, ved å anvende disse to behandlinger, klarne polysakkarid-løsninger med litt forhøyede proteinmengder, klart under dem som anvendes i fremgangsmåten i henhold til US-patent 4 431 734.

Den enzymatiske behandling i henhold til foreliggende oppfinnelse kan utføres for eksempel i samtidig nærvær av en PG-ekstrakt og en enzymatisk ekstrakt, kalt P-ekstrakt, ved en pH-verdi som er forlikelig med en tilstrekkelig aktivitet av de to aktivitetstyper, for eksempel etter hverandre ved hjelp av først en enzymatisk ekstrakt av en av de to ovennevnte typer med pH-verdi som er egnet for den valgte type, og deretter med en enzymatisk ekstrakt av den annen type med pH-verdi som passer for den annen type, for eksempel PG-ekstrakten, ved sur pH-verdi, fulgt av P-ekstrakten ved en pH-verdi som er svakt sur, nøytral eller basisk, i henhold til ekstrakttypen P, eller motsatt.

De beste resultater oppnås når man arbeider i to suksessive trinn, først med ekstrakt PG og så med ekstrakt P.

Den enzymatiske behandling i henhold til oppfinnelsen utfø-res i vandig miljø med konsentrasjon av oppløste salter av alkalimetaller og/eller jordalkalimetaller på minst 10 -2 ekv./liter, fortrinnsvis minst 10 ekv./liter. Den relative synergieffekt som oppnås er relativt uømfintlig for saltholdigheten. Hva saltkonsentrasjoner angår, anvendes konsentrasjoner som ligger på minst 10~<2> ekv./liter, fortrinnsvis høyst ca. 1 ekv./liter. Et spesielt aspekt ved foreliggende oppfinnelse beror på det faktum at den synergistiske aktivitet for de to enzymtyper oppnås likedan i nærvær av toverdige ioner, for eksempel Ca<++> eller Mg<++ >og spesielt i vann fra mineralavleiringer.

Den samtidige eller suksessive enzymatiske behandling i henhold til foreliggende oppfinnelse finner sted i en inkubasjonsperiode hvis totale varighet er 0,5-60 timer og fortrinnsvis 4-48 timer, ved temperaturer som går fra 15'C til 70°C, fortrinnsvis 20-60°C. De korte behandlingstider er fortrinnsvis forbundet med forhøyede temperaturer og motsatt.

Hvis man velger å benytte den enzymatiske behandling ved de høy-este temperaturer, så kan den optimale tid være forholdsvis kort, for eksempel 2-24 h ved 50°C, 1-12 timer ved 60°C. De foretruk-ne temperaturer går fra 20 til 60°C, og bør fortrinnsvis ikke overstige 70°C, en temperatur over hvilken de enzymatiske ekstrakter kan bli desaktivert på betydelig måte.

PG-ekstraktene anvendes ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen ved betingelser angående pH (3<pH<7), temperatur (15-70°C) og saltkonsentrasjon (>10 ^ ekv./liter) som angitt ovenfor, slik at karakteristikkene til xantangummien selv ikke blir særlig påvirket.

Den annen kategori av enzymatiske ekstrakter som anvendes i henhold til oppfinnelsen utgjøres av ekstraktene fra klassen av bakterielle proteaser. Disse ekstrakter P blir vanligvis produsert av mikroorganismer av slekten Bacillus, for eksempel B. subtilis, B. licheniformis, B. amyloliquefaciens og B. pumilis og også av slekten Streptomyces, for eksempel S. fradiae, S. griseus og S. rectis. Kilden for ekstrakten er forøvrig ikke kritisk. Disse ekstrakter P har en optimal aktivitet som varierer alt et-tersom pH-verdien er valgt sur, nøytral eller basisk, og betegnes henholdsvis som sure, nøytrale eller alkaliske P-ekstrakter. Na-turligvis vil man, i tilfellet av en samtidig behandling med en PG-ekstrakt og en P-ekstrakt, velge enzymatiske substanser hvis hovedaktiviteter dekker hverandre hva pH-verdien angår.

Selv om synergismebehandlingen i henhold til foreliggende oppfinnelse i det vesentlige anvendes på dispersjoner i saltet vann av xantangummier i pulverform, er det klart at den likeledes kan anvendes på fermenterings-buljong. Videre trenger ikke de xantangummier som er isolert ut fra fermenterings-buljonger som er behandlet således, noen endelig enzymatisk behandling, og filtrerbarheten til deres vandige løsninger viser seg å være betydelig forbedret. Isolasjonsteknikkene for en xantangummi i pulverform, oppnådd fra fermenteringsbuljonger, er forøvrig vel-kjente og består for eksempel i utfelling ved hjelp av en alko-hol som er blandbar med fermenteringsvæsken, eller også i en fremgangsmåte for tørking ved lyofilisering eller ved fordamp-ning av løsningsmiddel.

Synergisme-fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse, hvor det benyttes en samtidig eller fortløpende behandling ved hjelp av en PG-ekstrakt og en P-ekstrakt tillater i første rekke oppnåelse av en nedbrytning av celledebris og faste bakterier i suspensjon i xantangummiløsningene og omdanner dem til vannløselige forbindelser slik at man til slutt oppnår en klar løsning. Videre, og dette er mer forbausende, gjør denne synergismebehandling det mulig å fjerne de gjennomskinnelige mikrogeler som er ansvarlige for tilstopping i petroleumformasjoner ved en viss avstand fra injeksjonsbrønnen. I hele denne ope-rasjon med klarning og fjerning av mikrogeler bevares den fortykkende evne hos xantangummien og de klare løsninger som er oppnådd kan etterpå, etter enkel fortynning og uten slutt-filtreringsbe-handling, bli injisert i petroleumformasjonene. Injiserbarheten og flytegenskapene til de nevnte løsninger gjennom disse forma-sjoner viser seg å være klart forbedret i forhold til behandlinger med enzymatiske ekstrakter gjort isolert, slik det lett kan vises ved de tilsvarende tester over kalibrerte filtere.

For å realisere den samtidige synergismebehandling i henhold til foreliggende oppfinnelse kan man gå ut fra dispersjoner i en vandig fase som har den nødvendige saltholdighet som ovenfor angitt, av pulverformige xantangummier eller fortynninger ved hjelp av den samme vandige fase av rå fermenteringsbuljonger: man justerer om nødvendig pH-verdien til den nevnte løsning til en pH-verdi som tilsvarer den optimale aktivitet av de to typer enzymatiske ekstrakter og tilsetter disse to enzymatiske ekstrakter. Man holder temperaturen på 15-70°C i variable tidsrom for å oppnå forbedring av filtrerbarheten som beskrevet ovenfor. Om nød-vendig justerer man igjen pH-verdien til løsningen til en pH-verdi for anvendelse, og etter fortynning til den konsentrasjon og den viskositet som er ønsket, blir den således behandlede løs-ning anvendt.

Ved utførelse av den enzymatiske behandling i henhold

til foreliggende oppfinnelse som foregår i to trinn, kan man arbeide som følger: Man bringer om nødvendig pH-verdien til xan-tangummiløsningen til en verdi under 7 og over 3, fordelaktig pH 3-6, ved hjelp av for eksempel saltsyre, eddiksyre eller svovel-syre. Man tilsetter PG-ekstrakten og holder temperaturen på 15-70°C i den nødvendige tid som er definert lengre opp, hvoret-ter man bringer pH-verdien til løsningen ved hjelp av en base,

for eksempel natronlut eller kalilut, til pH-verdier over 6 og under 12, fordelaktig pH 6,5-9. Etter tilsetning av ekstrakten P holder man på nytt temperaturen på 15-70°C i den nødvendige tid, angitt høyere opp. Etter å ha rejustert løsningens pH-verdi til anvendelses-pH-verdien, og etter fortynning til den konsentrasjon og viskositet som er ønsket, blir den således behandlede løsning anvendt.

En variant av den enzymatiske behandling i to trinn består i å justere innledningsvis pH-verdien til løsningen til en verdi som gir fortrinnsvis mellom 6,5 og 9, og å utføre den enzymatiske behandling ved hjelp av P-ekstrakten før rejustering av pH-verdien til lett sure verdier, fortrinnsvis mellom 3 og 6, og utføre den enzymatiske behandling med PG-ekstrakten.

Under den enzymatiske behandling i henhold til foreliggende oppfinnelse er andelen av xantangummi for eksempel 0,01-4 % og fortrinnsvis 0,04-1,5 %, i vekt i forhold til vannet, og andelen av hver enzymatisk ekstrakt er for eksempel 0,01-10 vekt% av proteiner, fortrinnsvis 0,025-5 vekt% av proteiner i forhold til xantanvekten, idet disse mengder ikke er begrensende. Den minste mengde av enzymatiske ekstrakter som skal anvendes er innlysende avhengig av mengden av aktiv faktor (dvs. polygalakturonase- og protease-aktiviteten) i de valgte enzymatiske preparater.

I henhold til et ytterligere aspekt av foreliggende oppfinnelse kan faste blandinger som inneholder xantangummien og de to typer enzymatiske ekstrakter tilsettes direkte i vann av mineralavleiringer, hvilket derfor eliminerer enhver nødvendighet for separat tilsetning av enzymatiske ekstrakter til xantangummiløs-ningen, for samtidig utførelse av enzymatisk behandling. Disse faste materialer er av spesiell interesse når den enzymatiske klarning skal gjøres for eksempel på selve stedet for en forsterket utvinningsoperasjon. Den enzymatiske reaksjon kan således gjøres ved solubilisering av polysakkaridet og, hvis temperaturen og pH-verdien til oppløsningsvannet velges på egnet måte, vil den enzymatiske behandling ikke forlenge den vanlige varighet av frem-stillingen av løsningen av xantangummi som injiseres. Det er således mulig å oppnå direkte en klar løsning, med ønsket viskositet og som kan anvendes direkte i enhver komplementær behandling og spesielt for filtrering, og som har egenskaper med hensyn til injiserbarhet og filtrerbarhet som er klart forbedret for anvendelse i forsterkede utvinningsoperasjoner.

Et slikt fast materiale kan for eksempel omfatte 10-100 000, fortrinnsvis 20-40 000, vektdeler xantangummi pr. vektdel av proteiner fra blandingen av enzymatiske ekstrakter.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1 (for sammenligning)

Dette eksempel beskriver en enzymatisk behandling hvor det inkluderes en polysakkarase produsert ved hjelp av Basidiomycete av slekten Poria som viser cellulaseaktiviteten som hovedaktivitet (25 000 enheter CMCase/1, for eksempel 250 U CMCase/mg protein og en svak polygalakturonase-aktivitet (500 enheter polygalakturonase/1, for eksempel 5 U/mg protein) blant sine tallrike sekundære aktiviteter.

Man anvender en løsning som har 10 g/l av polysakkarid i pulverform, Rhodopol 23 fremstilt i vann som inneholder 1 g/l av NaCl og 0,4 g/l natriumazid som bakteriostatisk middel. Etter agitering i noen timer blir løsningens pH-verdi justert til 4,5 og temperaturen justert til 50°C. Man tilsetter så 500 mg/l av et enzymatisk preparat av polysakkarase oppnådd fra Basidiomycete av slekten Poria som man lar innvirke i 16 timer. Den innførte enzymmengde tilsvarer inn-føring av 100 mg/l proteiner (1 vekt% proteiner i forhold til xantan). pH-verdien justeres deretter til 9,0 med IN natronlut og 500 mg/l Alcalase (varemerke tilhørende Novo Industri A/S) som stammer fra en kultur av Bacillum licheniformis med en proteaseaktivitet på 0,6 Anson-enhet pr. gram blir tilsatt. Denne enzymatiske ekstrakt inneholder en alkalisk proteaseaktivitet som hovedaktivitet og praktisk talt ingen polygalakturonase-aktivitet, heller ikke cellulase-aktivitet; disse aktiviteter er lavere enn

-2 10 enhet pr. mg protein. Behandlingen stanses etter 6 timers innvirkning ved 50°C av denne enzymatiske ekstrakt.

De prøver som tilveiebringes før tilsetning av enzym, etter innvirkning av polysakkarase og etter innvirkning av Alcalase blir underkastet den hurtige fiitrerbarhetstest som er beskrevet i hovedpatentet, for vurdering av effektiviteten av den enzymatiske behandling. Denne test består i å la de oppnådde løsninger passere, etter fortynning til xantankonsentrasjon 0,4 g/l ved hjelp av vann med 1 g/l av NaCl og 0,4 g/l av Na^ og etter at deres pH er justert til 7, over et Millipore-filter på 0,8 nm (0 = 47 mm) under et konstant trykk på 10 kPa. Man registrerer det kumulerte volum av filtrat i løpet av filtreringen. Resultatene er angitt i tabell 1 nedenunder.

Disse resultater viser effektiviteten av den kombinerte behandling polysakkarase-Alcalase Novo på filtrerbarheten til xantanløsningene og den betydelige synergismeeffekt mellom de to enzymatiske preparater. Den relative viskositet for løsningene er praktisk talt ikke påvirket ved behandlingen.

EKSEMPEL 2 (for sammenligning)

Den behandling som beskrives i dette eksempel blir utført under strengt identiske betingelser med dem som gjelder for behandling nr. 3 i eksempel 1, med unntagelse av at mengden av tilsatt polysakkarase er 125 mg/l istedenfor 500 mg/l i foregående eksempel (for eksempel 0,25 vekt% proteiner i forhold til vekten av xantan). Cellulase- og polygalakturonase-aktivitetene som er innført er henholdsvis 6 250 enheter CMCase/1 og 125 enheter polygalakturonase/1 mens de var 25 000 enheter CMCase/1 og 500 U polygalakturonase/1 i eksempel 1.

I dette tilfelle er effektiviteten av den kombinerte behandling polysakkarase-Alcalase Novo mindre, siden det kumulerte volum av filtrat etter kombinert innvirkning av polysakkarase og Alcalase Novo er 300 ml i løpet av 20 minutter (istedenfor 6 70 ml i eksempel 1).

EKSEMPEL 3 (for sammenligning)

Dette eksempel er ment å vise innvirkning av et enzym som inneholder som tidligere cellulaseaktiviteten som hovedaktivitet, men hvis polygalakturonase-aktivitet er enda svakere enn den som ble benyttet i eksempel 1.

Behandlingen ble utført ved betingelser lik dem i forsøk nr. 4 i eksempel 1: Samme utgangsløsning, identisk innvirkning av Alcalase Novo (hver gang ble 2 varigheter testet; 2 h og 6 h), hurtig filtrerbarhetstest.

Det enzym som ble benyttet først er et enzymatisk preparat

(i form av lyofilisert ekstrakt) produsert ved hjelp av Trichoderma reesei og som oppviser en sterk cellulaseaktivitet (200 U/mg protein) og en svært svak polygalakturonase-aktivitet

(1 U/mg protein). Innholdet av proteiner i denne lyofiliserte ekstrakt er ca. 100 %, og man tilsetter denne ekstrakt, en andel av 100 mg/l av proteiner, til løsningen med 10 g/l av Rhodopol 2 3 (identisk med den i eksempel 1), justert til pH 4,8 og 50°C, som er de optimale betingelser for innvirkningen av enzymet. Før tilsetning av ekstrakt P (Alcalase Novo) lar man cellulasen virke i 16 timer.

Resultatene fra hurtigfiltrerbarhetstesten som er utført,

er vist i tabell 2.

Den relative viskositet for løsningene er praktisk talt ikke modifisert ved innvirkning av disse enzymatiske preparater.

Den endelige filtrerbarhet er lavere enn den som ble oppnådd i eksempel 1. Dette enzymatiske preparat hvis polygalakturonase-aktivitet er lav, passer ikke godt for fjerning av tilstoppende midler som er til stede i løsningen av polysakkarid. Dette eksempel viser spesielt at cellulosaktiviteten ikke er hovedaktiviteten som er ansvarlig for forbedring av filtrerbarheten.

EKSEMPEL 4

I dette eksempel skal man benytte et enzymatisk preparat som er oppnådd fra en kultur av Aspergillus niger. Denne ekstrakt, kalt ekstrakt PG, har som hovedaktivitet polygalakturonase-aktiviteten.

Man utfører behandlingen under betingelser lik dem i de foregående eksempler, dvs.: fremstilling av en løsning av Rhodopol 23, 10 g/l i vann med 1 g/l NaCl og 0,4 g/l NaN^, i innvirkning av den oppnådde PG-ekstrakt ut fra Aspergillus niger ved pH 4,0, 40°C i 16 timer fulgt av innvirkning av^.Alcalase ~.Novo av Bacillas licheniformis ved pH 9,0 og 50°C i 2 h eller 6 h.

PG-ekstrakten tilsettes for å innføre 100 mg/l av proteiner. Dette enzym inneholder lite av CMCase, ca. 1 enhet pr. mg protein og ca. 60 enheter polygalakturonase pr. mg av protein som ut-gjør hovedaktiviteten, proteaseaktiviteten er lavere enn 0,01 Anson-enhet pr. gram enzym.

De tilveiebrakte løsninger fortynnes til 0,4 g/l av polymer og underkastes hurtigfiltrerbarhetstesten. Resultatene er angitt i tabell 3, og de relative viskositeter endrer seg praktisk talt ikke under behandlingen.

Resultatene viser at det første enzym er helt ut tilpasset for fjerning av tilstoppende midler fra løsningen av polysakkarid, og at synergisme-effekten med Alcalase er merkbar. Følge-lig er utbytting av et enzym som oppviser cellulaseaktivitet som hovedaktivitet og polygalakturonase-aktivitet som sekundær aktivitet med et enzym som viser liten cellulaseaktivitet og polygalakturonase-aktivitet som hovedaktivitet helt ut tilrådelig, siden forbedring av filtrerbarheten for løsninger av xantan da blir bedre.

EKSEMPEL 5 (for sammenligning)

Den behandling som er beskrevet i dette eksempel er utført ved betingelser som er lik dem for forsøk nr. 6 i eksempel 4. Det enzymatiske preparat som anvendes, stammer likeledes fra en kultur av Aspergillus niger, men dets spesifikke polygalakturonase-aktivitet er 0,8 enhet pr. mg protein og dets spesifikke CMCase-aktivitet er av størrelsesorden 100 enheter pr. mg protein. Den proteinmengde som innføres for behandling av xantanet er 100 mg pr. liter løsning. Slutt-filtrerbarheten til løsning-en er 200 ml i 20 minutter. Således, selv om den stammer fra den samme mikroorganisme-kultur som den i eksempel 4, er denne enzymatiske ekstrakt mindre effektiv med hensyn til å forbedre filtrerbarheten til polysakkaridløsningene.

EKSEMPEL 6

Dette eksempel skal vise effektiviteten til et enzymatisk preparat som har en svært sterk polygalakturonase-aktivitet på grunn av delvis rensning.

Betingelsene for behandlingen er analog med dem i eksempel

4, med unntagelse av den første enzymatiske ekstrakt som anvendes. Dette er en PG-ekstrakt som er delvis renset, som stammer fra en kultur av Aspergillus niger. Dens polygalakturonase-aktivitet er ca. 120 enheter pr. mg protein og dens CMCase-aktivitet av stør-relsesorden 10 enheter/mg protein. Denne enzymatiske ekstrakt inkorporeres i en mengde av 5,6 mg protein/l (istedenfor 100 mg/l i de foregående eksempler). I dette tilfelle er vektforholdet proteiner i PG-ekstrakten/xantan bare 0,056 %. I forhold til eksempel 1 er mengden av CMSase som innføres ca. 4 50 ganger svakere mens mengden av polygalakturonase er av samme størrelsesorden (670 enheter/l istedenfor 500). Man lar denne rensede PG-ekstrakt virke ved pH 4 og 40°C i 16 timer før tilsetning av Alcalase Novo, Prøvene underkastes hurtigfiltrerbarhetstesten. Resultatene er angitt i tabell 4.

Man har ellers bekreftet at den relative viskositet er praktisk talt konstant under hele den enzymatiske behandling.

Dette eksempel viser at ved å benytte en PG-ekstrakt som er delvis renset kan man oppnå en meget god forbedring av filtrerbarheten av xantanløsninger med en enzym-mengde, altså proteiner, som er svært liten. Den cellulasemengde som.blir inkorporert med delvis renset PG-ekstrakt er neglisjerbar, hvilket beviser at den cellulolytiske aktivitet ikke er uunnværlig for klarning av polysakkaridløsninger.

Dette eksempel viser også at det eksisterer en sterk syner-

gi mellom innvirkningen av PG-ekstrakten og- den av P-ekstrakten (alkalisk protease; Alcalase Novo), hvilket gjør det mulig å opp-

nå et resultat som er praktisk talt ekvivalent med det som ble oppnådd i sammenligningseksempel 1 ovenfor under anvendelse av en proteinmengde som var klart lavere (ca. 18 ganger mindre),

hvilket er spesielt interessant og gjør det mulig å unngå enhver risiko for tilstopping som skyldes en alt for stor proteinmengde.

De vandige løsninger av xantangummi som er gjort klare ved

den enzymatiske behandling i henhold til foreliggende oppfinnel-

se, kan anvendes direkte, eventuelt etter fortynning til den øns-

kede konsentrasjon, uten enhver ferdigbehandling, som fluid for spyling av petroleumformasjoner.

Claims (7)

1. Xantangummi i pulverform eller i vandig løsning med forbedret filtrerbarhet til dens vandige løsninger, karakterisert ved at den er oppnådd ved en enzymatisk behandling av en vandig løsning av xantangummi med en konsentrasjon av oppløste salter av alkalimetaller og/eller jordalkalimetaller på minst 10~<2> ekvivalent/1iter, idet den enzymatiske behandling er utført ved hjelp av to enzymatiske ekstrakter av forskjellig type, nemlig en PG-ekstrakt, med hovedaktivitet som er en polygalakturonase-aktivitet, og en P-ekstrakt, hvis hovedaktivitet er en proteaseaktivitet.

2. Fremgangsmåte for fremstilling av xantangummi ifølge

krav 1, som omfatter en enzymatisk behandling av en vandig løsning av xantangummi med en konsentrasjon av oppløste salter av alkalimetaller og/eller jordalkalimetaller på minst 10~<2 >ekvivalent/ liter, karakterisert ved at den enzymatiske behandling utføres i to trinn ved hjelp av to enzymatiske ekstrakter av forskjellige type, idet det første trinn utføres med en enzymatisk ekstrakt, kalt PG-ekstrakt, ved pH 3-7 og som har hovedaktivitet som er en polygalakturonase-aktivitet og en sekundær aktivitet av typen cellulase (C) slik at forholdet mellom aktiviteten C/PG er lavere enn 1, og en proteaseaktivitet som er lavere enn 0,05 Anson-enhet pr. gram PG-ekstrakt, og det annet trinn med en enzymatisk ekstrakt, kalt P-ekstrakt ved pH 6-12, hvis hovedaktivitet er en proteaseaktivitet på minst 0,1 Anson-enhet pr. gram P-ekstrakt og cellulase og polygalakturonase-aktivitetene er lavere enn 5 enheter pr. mg av proteiner, ved betingelser som er forlikelig med aktiviteten til de nevnte enzymatiske ekstrakter idet varigheten av disse to trinn er 0,5-6 timer og temperaturen er 15-70°C, og de mengder som anvendes av ekstraktene er slik at deres andeler i hver ekstrakt, PG-ekstrakten og P-ekstrakten, hver representerer henholdsvis, i vekt av protein, 0,01-10% i forhold til vekten av xantangummi.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at de to trinn utføres samtidig.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at den enzymatiske behandling utføres i to suksessive trinn, førstmed en PG-ekstrakt, deretter med en P-ekstrakt.

5. Fremgangsmåte som angitt i ett av kravene 2 til 4, karakterisert ved at det som PG-ekstrakt anvendes en ekstrakt oppnådd fra en kultur av en sopp som tilhører slekten Aspergillus og at det anvendes en P-ekstrakt som er oppnådd fra en kultur av en mikroorganisme av typen Bacillus.

6. Fremgangsmåte som angitt i ett av kravene 2 til 5, karakterisert ved at PG-ekstrakten er en ekstrakt som er oppnådd fra en kultur av Aspergillus niger.

7. Anvendelse av xantangummi i henhold til krav 1 i forsterket utvinning av petroleum.