SE411563B - Forfarande for framstellning av cellulosamassa genom behandling med mikroorganismer - Google Patents

Description

20 25 30 35 U0 7714687-6 nedbryter lignin, och enzymer, som nedbryter cellulosa och andra kolhydrater i veden. Nedbrytníngen av ligninet är i och för sig önskvärd, men när dessa organismer utvecklar sig fritt i en flishög eller liknande nedbryter de även cellulosan, vilket givetvis icke är önskvärt. .

Huvudsyftet med föreliggande uppfinniqär att påverka vitrötasvampar och andra mikroorganismer med förmåga att producera ligninnedbrytande organismer så, att de specifikt löser ut lignin ur ved och lämnar cellulosan och företrädesvis även andra kolhydrater väsentligen oangripna. Denna påverkan innebär att man styr mikroorganismernas nedbrytning av veden i önskad riktning genom att använda speciella tillsatser, såsom närmare beskrives i det följande. En möjlighet ligger i att tillsätta specifika cellulasinhibítorer.

Generellt innebär uppfinningen, att cellulosa- och ligninhaltigt utgångsmaterial, såsom ved, behandlas med en organism, som har förmåga att bilda ligninnedbrytande enzymer, under sådana betingelser, att en väsentlig nedbrytning av ligninet utan väsentlig påverkan av cellulosan sker.

Uppfinningen består i att behandla utgångsmate- rialet med en organism, som producerar både ligninnedbrytande och cellulosanedbrytande enzymer, under tillsats av ämnen, som styr nedbrytningen så, att huvudsakligen ligninet nedbryts. De till- satsämnen som ifrågakommer är huvudsakligen sockerarter och kväve- föreningar samt kombinationer därav. Som exempel på sockerarter kan nämnas glykos, arabinos, cellobios, xylos, maltos (t.ex. i form av maltextrakt), mannos, sackaros, fruktos m.fl., och som exempel på kväveföreningar kan nämnas oorganíska kväveföreningar, såsom ammoniumsalter och nítrater, samt organiska kvüveföreningav, såsom aminosyror (särskilt asparagin) och kaseinhydrolysat.

Organismer, som kan ifrågakomma vid genomförande av en sådan behandling, är t.ex. Sporotrichum pulverulentum (Chrysosposium lignorum), Peniophora gigantea, Trametes cinnabarina, Peniophora sanguinea, Phellinus ísabellinus, Trametes pini, "apel- sinröta", Asterodon ferruginosus, Peniophora gigantea, Pholiota mutabilis, Polyporus resinosus, Polyporus abietinus, Polyporus hirsutus, Polyporus rutilans, Polyporus versicolor, Polyporus zonatus, Pycnoporus cinnabarinus, Pycnoporus sanguineus, Stereum gausapatum, Stereum hirsutum, Phlebia radiata, och i synnerhet en nyupptäckt stam av Peniophora, vilken här betecknas stam P-B1. 10 15 20 25 30 35 H0 771lr687-6 Denna svamp tillhör Peniophoraqcremea-gruppen och kan karakteriseras på följande sätt: mycel hyalint med enstaka slöjor och tämligen rikligt med klamydosporer, tillväxthastighet 28 mm/dag maltagar vid den optimala temperaturen + SSOC; optimal tillväxt vid pH 5; halofob; god tillväxt på mannos, cellobios och glykos; mindre till- växt på xylos och arabinos; galaktos utnyttjas praktiskt taget inte alls.

Tillsatsämnena har generellt den verkan, att de bringar mikroorganismen att ändra sin aktivitet, så att dess cellu- losanedbrytande aktivitet blir mindre framträdande, medan den lignin- nedbrytande aktiviteten i stort sett blir bestående.

Det är vidare möjligt att utgå från en organism, som producerar både lignin- och cellulosanedbrytande enzymer, under tillsats av specifika inhibitorer, som hämmar de cellulosanedbrytande enzymernas verkan. Undersökningar av cellulosans och ligninets mikrobiella nedbrytning och de däri deltagande enzymmekanismerna har visat, att däri medverkar ett enzym (oxidoreduktas), som redu- cerar kinoner framställda genom enzymet lackas oxidation av fenoler.

För att detta enzym skall fungera, behöver det kinoner och cellobios, varvid de förra reduceras till fenoler, den senare oxideras till cellobionolakton. Denna verkar inhibitoriskt på det s.k. C1-enzymet, som är viktigt vid cellulosans nedbrytning. En ännu mera potent inhíbitor är glukonolakton, som bildas av speciellt enzym, som spjälkar cellobionolaktonen i glukos och glukonolakton. Denna är inhibitorisk inte bara för C1-enzymet, utan även för B-glykosidas, som också deltar i cellulosans nedbrytning. På grundval av dessa upptäckter ligger det inom möjligheternas ram att framställa ometa- boliserbara specifika inhibitorer, som reagerar med C1-enzymet så att cellulosanedbrytningen stoppas. Likartade inhibitorer kan användas för att stoppa nedbrytningen av xylan och mannan.

Lämpliga organismer för användning i denna ut- föringsform är Polyporus adustus, Sporotrichum pulverulentum så- väl som de som uppräknats.

Behandlingen med mikroorganismen enligt uppfin- ningen kan ske genom att utgångsmaterialet, t.ex. ved i form av flis, ympas med en uppslamning av sporer av ifrågavarande organism i ett medium, som innehåller för mikroorganismens utveckling er- forderliga näringsämnen och i förekommande fall tillsatsämnen (in- hibitorer) för reglering av mikroorganismens verksamhet. Exempel- vis kan en flisstack besprutas med en sådan uppslamning. Materialet 10 15 20 25 30 35 HO '7714687-6 4 får därefter ligga under erforderlig tid för att väsentlig nedbryt- ning av ligninet utan väsentlig påverkan av cellulosan skall äga rum. Denna tid kan beroende på mikroorganismens art och de yttre betingelserna, t.ex. lufttemperaturen vid lagring av stacken utom- hus, variera från exempelvis en vecka till en månad eller några månader. Eventuellt kan materialet värmas åtminstone under de in- ledande skedena av organismens utveckling för att påskynda be- handlingen, men i regel upprätthåller organismen själv en lämplig temperatur, t.ex. 30 - SOOC, exempelvis i en flisstack. Eventuellt kan det också vara lämpligt att sörja för omblandning och/eller luftning av materialet för att säkerställa en jämn nedbrytning av hela satsen.

Med "väsentlig nedbrytning av ligninet" avses att åtminstone ca 20 %, företrädesvis ca 50 %, helst ca 75 % av utgångs- materialets lignininnehâll bör vara nedbrutet. Vad cellulosainne- hållet beträffar, bör högst 25 % därav, helst högst 10 % därav vara nedbrutet för att ett ekonomiskt tillfredsställande massaut- byte skall erhållas. I _ Det kan även vara önskvärt att före ympningen med den önskade mikroorganismen behandla utgångsmaterialet så, att eventuellt närvarande icke önskvärda cellulosanedbrytande orga- nismer förstörs.

Det efter behandlingen av vedflis med mikroorganismen erhållna materialet är till sin beskaffenhet jämförligt med halv- kemisk massa. Det kan underkastas fortsatt uppslutning med kemiska metoder, såsom sulfat-, sulfit- eller syrgaskokning, varvid givetvis koktiden för samma slutliga utbyte blir kortare än vid kokning av vedflis, för framställning av massa med i huvudsak samma egenskaper som vanlig kemisk massa och användbar för samma ändamål. Den kan också efter mekanisk defibrering användas såsom för de ändamål för vilka man vanligen använder halvkemisk massa eller slipmassa. 7 Även om förfarandet enligt uppfinningen i första hand syftar till att framställa en produkt, som är användbar som pappersmassa och liknande, kan det även få användning i andra sammanhang. Sålunda kan kreaturfoder framställas genom behandling av utgångsmaterial, t.ex. halm, bagass, som har för stor halt lignin' för att utgöra ett lämpligt foder, med mikroorganismer enligt upp- finningen för minskning av ligninandelen. I Uppfinningen belyses av nedanstående utförings- exempel. 10 15 20 25 7714687-6 Exempel 1 . _ Till 100 ml Erlenmeyerkolvar med 15 g vermikulit (skamol) sattes 30 ml av en 2,5 % maltextraktlösning. Tallsplint- klotsar eller gransplintklotsar (20 X 20 X 10 mm) lades i eller ovanpå vermikulítlagret. Därefter autoklaverades kolven och ymp- ades med en mycelsuspension av Peníophora cremea stam P-B1. Kolven inkuberades i rumstemperatur under den tid som anges i tabell I.

Exempel 2 Till en 100 ml Erlenmeyerkolv med 10 g vermikulit sattes 20 ml närlösning bestående av glukos, salter och vitaminer.

Efter autoklavering ympades med en mycelsuspension av Peniophora cremea stam P-B1. Efter utväxt av svampmycel lades sterila björk- klorsar (10 X 10 X 10 mm) i eller ovanpå vermikulitlagret. I Exempel 3 Utfördes enligt exempel 1 men kolvarna ympades med en Trametes-stam även kallad "apelsinrötan, orange rot". šššLflaàLï Granflis av normal kvalitet för tillverkning av massa fylldes i 5 1 glaskolvar. En 1 %'asparagin1ösning hälldes över flisen upp till kolvhalsen. Efter någon minut avhälldes överskott av lösningen. Kolvarna autoklaverades och ympades med en mycelsuspension av Peníophora cremea stam P-B1.

I varje exempel utfördes bestämningar av halterna lignin, cellulosa och xylan på prov av utgångsmaterialet före be- handlingen med svampen. Efter den i tabell I angivna inkubationstiden skildes det kvarvarande fasta vedmaterialet från vätskan och mot- svarande bestämningar gjordes, varpå förlusten av lignin, cellu- losa och xylan beräknades i viktprocent av den ursprungliga mäng- den.

H fiflwßmä :må eßm I N b .I O: Cflnflw MQEQLHU .MQOÃQOHEÜQ .I mvmfinflmflmmm | .__ E. 3 3 åñfim små mwpwsmna m i N 3 Û om vñwfim 0% N 6. .à ¶ .._ mm 3 :P6 Ei smak . _ 3 o å i 3 33 mwewnu mnonmoqwm f 7 ao _ _ E: 3; 7333 6 33 pwsdäü då 53 v? . h: Pwfl-nfißmfi IMWOH PWUHQÜM. IQßM lmGOflu.

HMII lflflfläx IÜHHÜO IGHCMMÄ IPVÉH> ...NÅSMCH WMHMUU> .EmflCwNWQO HOQENXW nl ¶ 10 15 20 25 30 35 771/4687-6 Resultaten visar, att de använda svamparna för- mår att selektivt nedbryta lignin i ved med endast ringa påverkan av cellulosa och xylan.

Det kvarvarande vedmaterialet i exemplen hade i stort sett samma beskaffenhet som halvkemisk massa framställd av flis.

V Exempel 5 Björkklotsar behandlades i Erlenmeyerkolvar med vermikulit och tillsats av maltextraktlösníng med olika naturliga svampar (vildtyper) på i exempel 1 angivet sätt. Resultaten åter- ges i följande tabell. Med "TVM" avses total viktminskning, med "LF" ligninförlust och med "CF" cellulosaförlust.

Tabell II §ggm2 §g§m ïig (mån) Iyfl (%) LE (%) QE (%) Hyphoderma praeteris- SP152-1 2 16,5 61,5 0 simum Stereum sanguínol- 104-D-1-2 H 12,8 36,3 3,6 entum Hirschioporus BPH-1 2 8,9 26,6 3,2 abietinus Oidentifierad BP12-1 2 10,4 39,7 0,9 " BP9-1 2 9,3 21,8 0 Lentinus edodes CBS 226.51 1,5 6,7 32,0 1,0 Oidentifierad L18-27 2 9,1 33,8 0,5 " L19-8 2 13,8 UH,8 0 " L10-15 2 8,8 32,2 0 " L10-28 2 6,2 30,H 0 " L22-75 2 8,3 3H,6 1,2 " PG2~10 2 7,8 32,1 0 " PGH-5 2 10,2 35,0 1,7 Poria cinerascens 70217 2 18,8 6H,1 2,1 " 70236 2 17,2 59,1 o Oidentifierad PG1-5 2 19,9 56,1 2,2 Exemgel 6 På samma sätt som i exempel“5 gjordes försök med björkklotsar under användning av svamparna Phlebia radíata L12-41 och Pycnoporus cinnabarinus A-360, varvid 1,0 % maltextrakt (MALT) eller 0,25 % ammoniumdivätefosfat (ANN) tillsattes. Följande resultat erhölls. Med "MF" avses mannanförlust. 7714687-6% Ph. radiata P. cinnab *rvM LP i i 3,3 6,8 3,6 9,7 7,o1s,o Tabell III | Tíllsats Tid åâfl AMM 28 AMM 28 AMM H9 MALT 3Û_ 'a,u1u,s Q E 60 k? :MIG u o v Fr] IQ (JJ G - I” « w Ö -\ 3 OJ v u 07 æ (A)

Claims (4)

77111687-6 9 PÅTENTKRAV

1. Förfarande för framställning av cellulosamassa ur ett lignin- och cellulosahaltigt utgângsmaterial, särskilt ved, varvid utgångsmaterialet behandlas med en organism, som har förmåga att bilda ligninnedbrytande och cellulosanedbrytande enzymer, k ä n n e t e c k n a t av att behandlingen utföres under tillsats av sockerarter och kolhydrater, såsom maltextrakt, maltos, glukos, arabinos, cellobios, xylos, sackaros eller fruktos, eller kväveföreningar, såsom ammoniumsalter, nitrater, asparagin eller kaseinhydrolysat.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a t av att utgångsmaterialet behandlas med en PB-1 benämnd nyupptäckt stam av Peniophora cremea.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att behandlingen utförs vid sådan temperatur och under sådan tid, att 20 - 75 % av utgångsmaterialeß lignin och mindre än 25 % av utgångsmaterialets cellulosa nedbryts.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a t av att den erhållna produkten under- kastas behandling på mekanisk eller kemisk väg för frigöring av fibrerna. ANFÖRDA PUBLIKATIONER: