WO1997000834A1 - Enzymatic method for the oxidative breakdown of fluorescent compounds - Google Patents

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WO1997000834A1
WO1997000834A1 PCT/EP1996/002512 EP9602512W WO9700834A1 WO 1997000834 A1 WO1997000834 A1 WO 1997000834A1 EP 9602512 W EP9602512 W EP 9602512W WO 9700834 A1 WO9700834 A1 WO 9700834A1
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enzyme
treatment
fluorescent compounds
paper
peroxidases
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PCT/EP1996/002512
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Philippe Schyns
Jürgen REINERS
Joachim König
Ulrich Feldhues
Rainhard Koch
Eckhard Wenderoth
Udo Eckstein
Uwe Vogt
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Bayer Aktiengesellschaft
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C02F3/342Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used characterised by the enzymes used
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/722Oxidation by peroxides

Definitions

  • the invention relates to a method for the enzymatic degradation of fluorescent compounds which are located in aqueous systems, in which such aqueous systems with one or more oxidases or peroxidases and O 2 , H, O 2 or compounds which contain O 2 or Form H 2 O 2 are treated.
  • Fluorescent compounds are mainly used as optical brighteners. These are substances that in solution or on a substrate UV light, e.g. absorb the proportion of daylight at approximately 280 to 430 nm and emit the absorbed energy as blue fluorescent light of the wavelength of approximately 400 to 500 nm. Textiles, paper, cardboard or cardboard appear whiter and lighter after treatment with optical brighteners because part of the area of the daylight spectrum that is not perceptible to the eye is visible
  • Brighteners absorb in the UV range or reduce the reflection in this range. At the visible wavelengths, usually with a maximum at 430 to 450 nm, they increase the reflection due to the emitted fluorescence. Brighteners are the more effective the whiter the substrate is. However, they are not a substitute for bleach. The industrially important ones
  • Brighteners are compounds which are derived from 4,4'-diaminostilbene-disulfonic acid, distyryl-benzene, distyryl-biphenyl, stilbenyl-2H-triazole, certain benzoxazoles, benzofurans and coumarins.
  • Optical brighteners are used in a variety of ways. As is well known, detergents brighteners are known to be added in order to replace the brightener components present in textiles which, owing to the poor fixation to the fibers, can be eluted when washing *. When such washing processes are carried out industrially, discontinuous or continuous processes analogous to the known dyeing processes are used.
  • Brighteners are also used in the production of uncoated and coated papers, in particular printing papers.
  • the degree of whiteness can be increased considerably by using very small amounts; Brighteners work with the greatest efficiency in the concentration range of 0.002 to 2.0% by weight, based on the substrate, and should be distributed as monomolecularly as possible on the substrate.
  • Brighteners can be added directly to the pulp suspension from which the paper is formed by dewatering.
  • the most common application in practice is the use in the paper surface, the brightener being applied to the paper surface together with other auxiliaries, such as surface sizing agents or starch, for example using a size press.
  • Another important area of application is the addition of brighteners to coating colors.
  • inexpensive triazinyl-aminostilbenes or di-styryl-biphenyls are preferably used.
  • optical brighteners for example in liquid or powder formulations.
  • anionic brighteners especially those with sulfonic acid groups, have been developed so that they behave in relation to a cellulose noun and are fixed against bleeding.
  • the object of the invention is therefore to provide a method which degrades fluorescent compounds in such a way that subsequent biological wastewater treatment action is possible.
  • the method according to the invention should also be applicable to TCF pulps in which only an oxidative removal of fluorescent compounds, for example by chlorine or hypochlorite, has hitherto existed.
  • the disadvantages of the known methods with their high use of chemicals and the formation of chlorine-containing compounds are to be overcome; In the case of persulfate degradation, for example, high pH values have to be set, which in turn leads to a high salt load after the necessary neutralization.
  • the use of the chemicals mentioned is cost-intensive. Such processes are therefore in need of economic improvement.
  • oxidases and peroxidases are suitable for degrading fluorescent components, for example optical brighteners in waste water and circuits, which contain such fluorescent compounds, using O- or H 2 O 2 .
  • peroxidases can be used for the oxidation of phenolic bodies.
  • peroxidases for bleaching wood pulp, for treating wastewater from the pulp industry or for use in textile washing are proposed, in the latter case in particular to prevent back training.
  • EP 406 617 proposes ligninases in combination with xylanases for the bleaching of paper pulp. Enzymes for the degradation of lignin are claimed in EP 429 422. According to US Pat. No. 5,370,770, soybean peroxidase is used for deinking waste paper. The degradation of phenolic impurities with the aid of peroxidases is also proposed in US Pat. No. 5,178,762.
  • the invention relates to a method for the oxidative degradation of in aqueous
  • Fluorescent compounds present in systems which is characterized in that such aqueous systems with at least one enzyme from the group of oxidases and peroxidases, which are both present as such and can also be associated with at least one further enzyme with hydrolytic activity, and with an oxidizing agent from the group of mixtures containing or forming O 2 , H, O 2 and O 2 or H 2 O 2 at a temperature of 5 to 90 ° C and a pH of 4 to 10 treated.
  • Treatment can be in the absence or in the presence of surfactants
  • Aqueous systems in the sense of the invention are waste water from the production or treatment of textiles, fiber structures, such as paper, cardboard or cardboard, the fibers and polymers on which they are based, in particular those based on cellulose, and also aqueous dispersions or suspensions of such textile fiber structures, fibers and polymers.
  • the aqueous system according to the invention can also be a treatment liquor, for example a textile treatment liquor, preferably one for clothing textiles.
  • Fiber structures, such as paper, cardboard or cardboard, in particular lightened, coated or uncoated printing and writing papers are usually opened in a pulper when they are recycled, freed of coarse impurities and then subjected to washing or flotation deinking.
  • the enzymatic treatment according to the invention for the degradation of optical brighteners can take place before, during or after the detachment of the printing ink components. The pulp cleaned in this way can then be subjected to a further bleaching step, likewise
  • Enzymes can be used. In the event that the optical brightener is absorbed on the fiber, but is to be used in the course of recycling for the production of unlightened paper, cardboard or cardboard, it may be advantageous to use further enzymes in addition to the oxidases or peroxidases, for example the desorption of the optical brightener from the fiber.
  • the method according to the invention for oxidative degradation with the aid of enzymes from the groups of oxidases and peroxidases is in principle accessible to all fluorescent compounds, in particular those which are used as optical brighteners.
  • a large part of such fluorescent compounds contains, as already mentioned above, the 4,4'-diaminostilbene disulfonic acid, the distyryl-benzene, the distyryl-biphenyl, the stilbenyl-2H-triazole, the benzoxazole, the benzofuran or the coumarin as the molecular framework .
  • those are particularly important which contain the 4,4'-diaminostilbene disulfonic acid or the distyryl biphenyl as the molecular backbone.
  • fluorescent compounds which contain the 4,4'-diaminostilbene-disulfonic acid skeleton can preferably be subjected to the method according to the invention.
  • Important examples of fluorescent compounds are, for example, those of the formula
  • X amino, methylamino, ethylamino, dimethylamino, diethylamino, 2-hydroxyethyl amino, 3-hydroxypropylamino, di- (2-hydroxyethyl) amino, di- (2-hydroxypropyl) amino, 2 -Sulfo-ethylamino, morpholino, anilino, chloranilino, sulfoanilino, methylanilino or disulfoanilino and
  • X 2 is hydroxy, methoxy, ethoxy, methoxyethoxy, chlorine or X,
  • X 3 and X 4 denote hydrogen, methyl, ethyl, phenyl or sulfophenyl
  • X 5 is hydrogen, methyl, ethyl, methoxy, ethoxy, chlorine or sulfo, in all cases
  • Z is hydrogen, an alkali metal, amine or ammonium ion.
  • Such fluorescent compounds are known, for example, from EP 409 028. Important individual examples of this are those of the following formulas (A) to (G), some of which are products from Bayer AG under the trade name Blankophor:
  • Enzymes from the group of oxidases and peroxidases are suitable for use in the method according to the invention, which according to "Enzyme Nomenclature 1984, Academic Press Inc., New York, London "(EC) belong to the larger group of oxidoreductases that catalyze the electron transfer between different substances.
  • EC oxidoreductases
  • Peroxidases are enzymes which catalyze the oxidation of a substrate with hydrogen peroxide and which are obtainable from plant, microbial or animal sources. Examples include: horseradish peroxidase, soybean peroxidase or a peroxidase from Coprinus. for example Coprinus cinereus or Coprinus macrorhizus. or Bacillus. for example
  • Phanerochaete chrysosporium Cellobiose oxidase from Phanerochaete chrysosporium or Humicola. Glucose oxidase, catechol oxidase, polyphenol oxidase.
  • the oxidases also include laccases (E.C. 1.10.3.2), in particular laccases from Trametes versicolor. Phanerochaete chrysosporium; such enzymes are for example from
  • Polyporus pinsitus (Trametes villosa) produces.
  • the peroxidases are used together with H 2 0 2 or a compound containing or forming H 2 O 2 as the oxidizing agent.
  • H 2 O itself, usually in the form of differently highly concentrated and commercially available aqueous H 2 O, solutions, the following should therefore be mentioned: perborates, persulfates, percarbonates,
  • Peresters peroxides, Fenton's reagent, peracids or enzymatic systems which form H 2 0 2 , such as glucose / glucose oxidase / oxygen, amino acid oxidase, urea oxidase, cholesterol oxidase, amine oxidase or alcohol oxidase.
  • Oxidases including laccases, are used with 0 2 or O 2 containing or forming compounds or 0 -, - sources.
  • auxiliaries for example alkali metal halides, sulfates, phosphates, acetates etc.
  • saccharides for example Cellobiose, glucose, fructose, ribose, mannose, galactose, arabinose, trehalose, xanthans
  • halide ions for example Cellobiose, glucose, fructose, ribose, mannose, galactose, arabinose, trehalose, xanthans
  • buffer solutions e.g. phosphate, borate, acetate buffer
  • reducing or oxidizing agents e.g. NaHSO 3 , Na 2 S 2 O 4 or formamidine - sulfinic acid or perborate, periodate or percarbonate.
  • accelerators for the action of the peroxidases or oxidases.
  • the effect of such accelerators is attributed to the fact that short-lived radicals or other oxidized states are formed in the reaction system, which can contribute to the oxidative degradation of the fluorescent compounds.
  • Metal ions, halide ions, phenol, p-hydroxybenzoic acid, p-hydroxybenzenesulfonate, p-hydroxycinnamic acid, 7-hydroxycoumarin, guaiacol or vanillin can also be used as accelerators.
  • the accelerator can e.g. in an aqueous system with the enzyme in a concentration of 0.01 to 100 ⁇ M, preferably 0.1 to 50 ⁇ M, particularly preferably 1 to 10 ⁇ M.
  • the enzymes mentioned from the group of oxidases and peroxidases can either be present as such alone or be associated with at least one further enzyme with hydrolytic activity.
  • the latter case has the advantage that the enzyme preparations obtained from the sources mentioned above (plants, microorganisms or fungi), which are often a mixture of several enzymes, do not have to be separated into individual enzymes. This avoids additional costs.
  • Such further enzymes with which oxidases and peroxidases can be associated are, for example, hydrolases, such as cellulases, for example from Phanerochaete. Humicola. Fusarium. Pseudomonas.
  • Trichoderma reesei or Aspergillus hemicellulases, preferably xylanases, such as Pulpzyme HC ® ; Lipases, for example from Pseudomonas. Humicola. Candida, Chromobacter. Aspergillus: (. Fa products of Novo Nordisk) proteases, such as MPX NUE 0.6, Aquaderm ®, Pyrase ®, Alcalase ®, Esperase ®; Amylases as Denimax ®, Termamyl ® and others; Pectinases, dehalogenases and pullulanases.
  • xylanases such as Pulpzyme HC ®
  • Lipases for example from Pseudomonas. Humicola. Candida, Chromobacter. Aspergillus: (. Fa products of Novo Nordisk) proteases, such as MPX NUE 0.6, Aquaderm ®, Pyrase ®, Alcalase ®,
  • Such further enzymes are mentioned, for example, in WO 91/17243, WO 91/17244, WO 91/10732, US 5,338,403, WO 94/23053 and WO 91/14019. It can furthermore be advantageous to mobilize fluorescent compounds, for example brighteners, which are adsorbed on the fiber, by also using surface-active aids.
  • Anionic, cationic or nonionic and amphoteric surfactants are suitable as such surface-active compounds.
  • salts of fatty acids ammonium salts of fatty amines, polyethers with long-chain alkyl radicals, the polyethers being formed by ethoxylation and / or propoxylation, partial fatty acid esters of glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, oleic acid sarcosides, sulfosuccinates, polyacrylic acid derivatives with hydrophobic side chains or End groups, polyamide amine emulsifiers, etc.
  • surfactants are examples of surfactants.
  • the method according to the invention is carried out at a temperature of 5 to 90 ° C., preferably 10 to 60 ° C., particularly preferably 20 to 55 ° C. and in the pH range of 4 to 10, preferably 5 to 8.
  • the residence time of the aqueous system to be treated in the context of the method according to the invention depends on many factors, for example on the concentration of the fluorescent compound, the concentration of the enzyme, the concentration of the oxidizing agent, the temperature and the pH. In many cases, a time period of at most 200 minutes, in many cases of at most 60 minutes and in some cases of at most 10 minutes, will be required in order to recognize from the samples that the fluorescence has largely been quenched or has been quenched to an extent that is striven for in individual cases.
  • the quenching of the fluorescence on the basis of a sample taken here indicates that the fluorescent compound to be oxidized has been oxidatively split into at least two fragments. This can be proven by chromatographic methods such as TLC or HPLC.
  • a solution of an oxidase or peroxidase and one of the oxidizing agents mentioned are added to the aqueous system.
  • the concentration of the fluorescent compound can be in the range from 3 parts per billion (ppb) up to 1% by weight or more if, for example, it is a concentrated medium with a strongly fluorescent compound.
  • the amounts of enzyme used depend on the content of fluorescent compound in the aqueous system.
  • the oxidase is used in an amount of 1 to 10 7 laccase units per 1 g of the fluorescent compound.
  • ABTS 2,2'-azino-bis- (3-ethyl-benzothiazoline-6-sulfonic acid)
  • the enzyme dosage required to disappear the fluorescence is, for example, 100 to 10 8 units per kg of dry paper, preferably 100 to 10 6 units per kg of dry paper, particularly preferably 100 to 10 ⁇ units / kg of dry paper.
  • Enzyme activity can be compensated for by making corrections in the dosage.
  • the H 2 O 2 concentration in the aqueous system to be treated is generally 0.001 mmol to 2.0 mol, preferably 0.01 mmol to 1 mol, per liter. Based on the dry substance that is present in the aqueous system to be treated, preferably 0.001 to 5% by weight of H 2 O 2 is sufficient. If one wishes to focus on the amount of fluorescent compound, the R, O -, - amount is preferably 1 x 10 "5 to 1 x IO " 2 % by weight, based on the fluorescent compound. If O 2 is used as the oxidizing agent, pure oxygen can be used, but atmospheric air or oxygen-enriched atmospheric air can also be used; Since the O 2 concentration of the atmospheric air is normally sufficient in laccase systems, this option is also used.
  • reaction time can be shifted to shorter values by correspondingly increasing the amount of enzyme.
  • the aqueous system to be treated is a suspension or slurry which accordingly has a solids content
  • this solids content is 0.1 to 30% by weight, preferably 0.5 to 10% by weight, of the total suspension or slurry.
  • the course and completeness of the oxidative degradation of the fluorescent compound can be followed by measuring the fluorescence.
  • a sample of the aqueous system can be introduced directly into a measuring device; however, chromatographic methods can also be used to separate the substances present in the aqueous system.
  • the enzyme can be deactivated by simply changing the pH and / or increasing the temperature. In closed circuits, this is generally not necessary, so that further enzyme need only be added if the enzyme activity decreases. An addition of catalases can also serve to interrupt the enzyme activity.
  • a carrier material with enzymes in immobilized form being arranged, for example, in a column and brought into contact with the aqueous system to be treated;
  • a carrier material with enzymes in immobilized form being arranged, for example, in a column and brought into contact with the aqueous system to be treated;
  • the method according to the invention generally requires a significantly lower use of oxidizing agents and auxiliaries and enables faster and more environmentally friendly disposal of fluorescent compounds.
  • the chemical requirement for a non-enzyme-catalyzed degradation with potassium perox odi sulfate at pH 10.5 and 60 ° C, a consistency of 5% by weight of a dispersion and a treatment time of 180 minutes 1 to 2% by weight of persulfate, based on the solid (for example cellulose).
  • cationic polymeric auxiliaries up to 2% by weight of the auxiliary is used in order to achieve quantitative quenching when 0.8% by weight of fluorescent compound is used. Dismantling does not take place here, or only to a minor extent.
  • the fragments obtained by the enzymatic degradation of the fluorescent compounds are generally more accessible to microbiological degradation in a wastewater treatment plant than the untreated fluorescent compounds.
  • a stock solution with a concentration of 0.05% (a 25% solution) of a brightener of the formula (A) was in a 50 mM potassium phosphate buffer ( pH 7).
  • the sample was incubated with 500 units of a horseradish peroxidase (Fluka, No. 77333) at 28 ° C.
  • the enzyme had an activity of 700 units / mg. 1 unit oxidizes 1 ⁇ mol ABTS (2,2'-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)) per minute at 25 ° C and pH 6.
  • the concentration of the peroxidase was 100 units / ⁇ l brightener (calculated for 25% delivery form).
  • the hydrogen peroxide concentration was 0.15 mmol / 1.
  • the absorption spectrum was recorded with a spectrophotometer in the wavelength range between 200 and 500 nm. Measurement of emission at
  • 440 nm was carried out using a fluorescence spectrophotometer at an excitation wavelength of 280 or 350 nm.
  • the intensity of the absorption band at 350 nm decreased by 72%.
  • the enzyme treatment only a small emission was observed at 440 nm, which occurs in an intact brightener molecule by excitation with a wavelength of 280 or 350 nm.
  • the fluorescence was weakened by 90 to 95%.
  • a stock solution with a concentration of 0.05% (a 25% solution, v / v) of a brightener of the formula (A) was prepared in a 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7).
  • the sample was incubated with 10 units of a peroxidase (Novozym 502, Novo Nordisk) at 37 ° C.
  • the enzyme is a recombinant heme-containing enzyme that was originally isolated from Basidiomycetes and has an activity of 10,000 PODU / g.
  • the enzyme also has a side activity as an amylase.
  • the concentration of the peroxidase was 7 units / ⁇ l brightener (calculated for
  • the enzyme treatment led to a reduction of the absorption at 350 nm by approx. 90%.
  • Example 1 was repeated with the change that peroxidase from Example 2 was used in a concentration of 700 units per ⁇ l of brightener. After a few seconds the brightener was completely fragmented.
  • 100 g base paper consisting of 70% bleached pine sulfate and 30% bleached birch sulfate pulp, which contained 0.25% active substance according to formula (A) above and had a CIE whiteness of 125, was obtained at a consistency of 5% opened (2000 ml, 3000 rpm).
  • Example 6 comparative example
  • the brightener quenching can also be achieved by treating a 0.5% solution of brightener of the formula (A) at pH 10.5 / 60 ° C. with 2% potassium peroxodisulfate for 120 minutes.
  • the conditions for the breakdown of the brightener are much more drastic (pH, temperature) and require a higher one
  • Amount of oxidizing agent used with a longer dwell time is a greater amount of oxidizing agent used with a longer dwell time.

Abstract

Fluorescent compounds in aqueous systems can be broken down by treatment of said aqueous systems with an enzyme from the group comprising the oxidases and peroxidases and with an oxidising agent taken from the group of compounds containing or forming O2, H2O2 and O2, or H2O2, at a temperature of between 5 and 90 °C and a pH value of 5-10. The treatment can be carried out in the presence of surface-active auxiliary agents.

Description

Enzymatische Methode zum oxidativen Abbau von fluoreszierenden VerbindungenEnzymatic method for the oxidative degradation of fluorescent compounds
Die Erfindung betrifft eine Methode zum enzymatischen Abbau von fluoreszieren¬ den Verbindungen, die sich in wäßrigen Systemen befinden, in der solche wäßrigen Systeme mit einer oder mehreren Oxidasen oder Peroxidasen und O2, H-,O2 oder Verbindungen, die O2 bzw. H2O2 bilden, behandelt werden.The invention relates to a method for the enzymatic degradation of fluorescent compounds which are located in aqueous systems, in which such aqueous systems with one or more oxidases or peroxidases and O 2 , H, O 2 or compounds which contain O 2 or Form H 2 O 2 are treated.
Fluoreszierende Verbindungen werden hauptsächlich als optische Aufheller eingesetzt. Diese sind Substanzen, die in Lösung oder auf einem Substrat UV-Licht, z.B. den Anteil des Tageslichts bei etwa 280 bis 430 nm, absorbieren und die absorbierte Energie als blaues Fluoreszenzlicht der Wellenlänge von etwa 400 bis 500 nm emittieren. Textilien, Papier, Pappe bzw. Karton erscheinen nach einer Behandlung mit optischen Aufhellern weißer und heller, weil ein Teil des für das Auge nicht wahrnehmbaren Bereichs des Tageslicht-Spektrums in sichtbaresFluorescent compounds are mainly used as optical brighteners. These are substances that in solution or on a substrate UV light, e.g. absorb the proportion of daylight at approximately 280 to 430 nm and emit the absorbed energy as blue fluorescent light of the wavelength of approximately 400 to 500 nm. Textiles, paper, cardboard or cardboard appear whiter and lighter after treatment with optical brighteners because part of the area of the daylight spectrum that is not perceptible to the eye is visible
Licht umgewandelt wird. Aufheller absorbieren im UV-Bereich bzw. vermindern die Reflexion in diesem Bereich. Bei den sichtbaren Wellenlängen, meist mit einem Maximum bei 430 bis 450 nm, erhöhen sie die Reflexion durch die emittierte Fluoreszenz. Aufheller sind umso effektiver, je weißer das Substrat ist. Sie stellen jedoch keinen Ersatz für eine Bleiche dar. Die industriell wichtigenLight is converted. Brighteners absorb in the UV range or reduce the reflection in this range. At the visible wavelengths, usually with a maximum at 430 to 450 nm, they increase the reflection due to the emitted fluorescence. Brighteners are the more effective the whiter the substrate is. However, they are not a substitute for bleach. The industrially important ones
Aufheller sind Verbindungen, die sich von 4,4'-Diaminostilben-disulfonsäure, Distyryl-benzol, Distyryl-biphenyl, Stilbenyl-2H-triazol, bestimmten Benzoxazolen, Benzofuranen und Cumarinen ableiten.Brighteners are compounds which are derived from 4,4'-diaminostilbene-disulfonic acid, distyryl-benzene, distyryl-biphenyl, stilbenyl-2H-triazole, certain benzoxazoles, benzofurans and coumarins.
Optische Aufheller werden vielfaltig angewandt. So werden bekanntlich Wasch- mitteln Aufheller zugesetzt, um die in Textilien vorhandenen Aufheller-Be¬ standteile, die aufgrund der schlechten Fixierung an der Faser bei einer Wäsche eluiert werden können* zu ersetzen. Bei der industriellen Durchführung solcher Waschvorgänge werden diskontinuierliche oder kontinuierliche Prozesse analog den bekannten Färbeverfahren angewendet.Optical brighteners are used in a variety of ways. As is well known, detergents brighteners are known to be added in order to replace the brightener components present in textiles which, owing to the poor fixation to the fibers, can be eluted when washing *. When such washing processes are carried out industrially, discontinuous or continuous processes analogous to the known dyeing processes are used.
Weiterhin werden optische Aufheller bei der Herstellung von ungestrichenen und gestrichenen Papieren, insbesondere von Druckpapieren, eingesetzt. Der Weißgrad kann hierbei durch den Einsatz bereits sehr geringer Mengen beträchtlich erhöht werden; Aufheller wirken mit stärkster Effizienz im Konzentrationsbereich von 0,002 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf das Substrat, und sollen möglichst mono¬ molekular auf dem Substrat verteilt vorliegen. Zur Papierherstellung können Auf¬ heller direkt der Zellstoffsuspension zugesetzt werden, aus der das Papier durch Entwässerung gebildet wird. Die in der Praxis häufigste Anwendung ist jedoch der Einsatz in der Papieroberfläche, wobei der Aufheller z.B. über eine Leimpresse zusammen mit anderen Hilfsmitteln, wie Oberflächenleimungsmitteln oder Stärke, auf die Papieroberfläche aufgetragen wird. Ein weiteres wichtiges Anwendungs¬ gebiet ist der Zusatz von Aufhellern zu Streichfarben. In der Papierindustrie werden bevorzugt preiswerte Triazinyl-aminostilbene oder Di styryl -biphenyl e verwendet.Optical brighteners are also used in the production of uncoated and coated papers, in particular printing papers. The degree of whiteness can be increased considerably by using very small amounts; Brighteners work with the greatest efficiency in the concentration range of 0.002 to 2.0% by weight, based on the substrate, and should be distributed as monomolecularly as possible on the substrate. For paper production, brighteners can be added directly to the pulp suspension from which the paper is formed by dewatering. The most common application in practice, however, is the use in the paper surface, the brightener being applied to the paper surface together with other auxiliaries, such as surface sizing agents or starch, for example using a size press. Another important area of application is the addition of brighteners to coating colors. In the paper industry, inexpensive triazinyl-aminostilbenes or di-styryl-biphenyls are preferably used.
Bei der Entwicklung, der Herstellung und dem Einsatz optischer Aufheller, beispielsweise in Flüssig- oder Pulverformulierungen, finden seit langem Umwelt- und Sicherheitsaspekte hohe Berücksichtigung. So wurden beispielsweise anionische Aufheller, insbesondere solche mit Sulfonsäuregruppen, so entwickelt, daß sie sich gegenüber Cellulose Substantiv verhalten und ausblutecht fixiert sind.For a long time, environmental and safety aspects have been given high consideration in the development, manufacture and use of optical brighteners, for example in liquid or powder formulations. For example, anionic brighteners, especially those with sulfonic acid groups, have been developed so that they behave in relation to a cellulose noun and are fixed against bleeding.
Für den Einsatz bei Lebensmittelverpackungspapieren wird gefordert, daß der Aufheller nicht auf das Lebensmittel überwandert, d.h. daß beim Ausbluttest nach DIN 53.991, Blatt 2 die Note 5 erreicht wird. Dies gilt analog für Hygienepapier (DIN 53.991, Blatt 4).For use with food packaging paper, it is required that the brightener does not migrate to the food, i.e. that grade 5 is achieved in the blood test according to DIN 53.991, sheet 2. This applies analogously to hygiene paper (DIN 53.991, sheet 4).
Seit einiger Zeit wird zunehmend bei nicht oder nur gering aufgehelltem Papier und Karton ein verstärktes Ausbluten von optischen Aufhellern oder anderen fluoreszierenden Verbindungen beobachtet; dies steht offensichtlich im Zusammen¬ hang mit dem erhöhten Einsatz von Sekundärfasern, deren cellulosische Struktur Schädigungen aufweist und daher ursprünglich vorhandenen optischen Aufheller nicht mehr festgebunden enthält. Dies stellt besonders für Hersteller vonFor some time now, increased bleeding from optical brighteners or other fluorescent compounds has been observed increasingly in the case of paper and cardboard which are not or only slightly brightened; this is obviously related to the increased use of secondary fibers, the cellulosic structure of which is damaged and therefore no longer contains any optical brighteners originally present. This represents particularly for manufacturers of
Lebensmittel- Verpackungspapieren ein Problem dar, da auf diesem Gebiet für die Zulassung gefordert wird, den Ausbluttest mit Note 5 zu bestehen. (Skala von 1 bis 5; höhere Werte zeigen stärkere Ausblutfestigkeit an; Methode DIN 53.991, Blatt 2 und Blatt 4). Neben dem genannten Recycling von aufgehellten Papieren wird als mögliche Ursache der Ersatz der Chlorbleiche bei der Zellstoffherstellung durch die TCF-Bleiche (TCF = Totally Chlorine Free) vermutet. Weitgehend unbekannt ist weiterhin der Einfluß von Deinking-Chemikalien auf die Auf¬ rechterhaltung der Fixierung von Aufhellern. Auch das Verhalten der optischen Aufheller beim Recycling ist noch nicht umfassend untersucht. Im Bereich des Altpapier-Recyclings müßte beispielsweise erreicht werden, daß der Aufheller fest genug an der Faser fixiert bleibt oder von vornherein in geeigneter Weise fixiert wird, um einem Ausbluten vorzubeugen. Dadurch könnte sichergestellt werden, daß auch ursprünglich aufgehellte Sekundärfasern als Rohstoffe für nicht nach- träglich aufgehellte Papiere verwendet werden könnten, ohne nachteilige Wirkung zu zeigen. Falls fluoreszierende Verbindungen, die aus der Zellstoffherstellung stammen, oder Aufheller aus den Sekundärfaserstoffen im Papier aufgrund mechanischer oder chemischer Modifizierung nur noch unzureichend fixiert werden, ist eine Anwendung bestimmter Papiersorten für die Verpackung von Lebensmitteln ausgeschlossen, da in diesem Fall der Ausbluttest nicht mehr bestanden wird.Food packaging paper poses a problem, since in this area the approval is required to pass the grade 5 blood test. (Scale from 1 to 5; higher values indicate greater resistance to bleeding; method DIN 53.991, sheets 2 and 4). In addition to the above-mentioned recycling of lightened papers, the replacement of chlorine bleach in cellulose production by TCF bleach (TCF = Totally Chlorine Free) is suspected as a possible cause. The influence of deinking chemicals on the maintenance of fixation of brighteners is still largely unknown. The behavior of optical brighteners during recycling has also not yet been extensively investigated. In the area of Waste paper recycling would have to be achieved, for example, that the brightener remains firmly attached to the fiber or that it is fixed from the outset in a suitable manner in order to prevent bleeding. This could ensure that originally lightened secondary fibers could also be used as raw materials for papers that were not subsequently lightened, without having any adverse effect. If fluorescent compounds from the pulp production or brighteners from the secondary fiber materials are only insufficiently fixed in the paper due to mechanical or chemical modification, the use of certain types of paper for packaging food is excluded, since in this case the bleeding test is no longer passed .
Neben dem Verbleib von Aufhellern im Papier und dem dadurch bewirkten Aus¬ tragen dieser Aufheller aus dem Produktionskreislauf einer Papierfabrik besteht weiterhin die Möglichkeit, den Aufheller nach seiner Desorption von der Faser durch die Aufbereitung der Waschwässer oder der Flotate aus dem Kreislauf desIn addition to the fact that brighteners remain in the paper and the resultant discharge of these brighteners from the production cycle of a paper mill, there is also the possibility of removing the brightener from the fiber after it has been desorbed by treating the washing water or the flotates from the circulation of the
Papierzellstoffs zu entfernen. Durch die derzeit in der Praxis üblichen Bedingungen und den Einsatz unterschiedlicher Chemikalien in verschiedenen Konzentrationen ist eine Kontrolle des weiteren Verbleibs und etwa des Abbaus von Aufhellern jedoch kaum möglich. Optische Aufheller wurden früher bei der Altpapieraufbereitung durch Hypochlorit zerstört. Dabei entstehen jedoch chlor¬ organische Verbindungen, die neben der ungünstigen toxikologischen Bewertung in jedem Fall den AOX-Gehalt des Abwassers erhöhen. Eine andere Methode der Zerstörung optischer Aufheller ist die Oxidation durch Persulfat in stark alkalischem Medium. Nachteile dieser Behandlungsmethode sind ein hoher Chemikalienbedarf und die Belastung der Umwelt durch verbleibende Salze.To remove paper pulp. However, due to the current conditions in practice and the use of different chemicals in different concentrations, it is hardly possible to control the whereabouts and the breakdown of brighteners. Optical brighteners were previously destroyed by hypochlorite in the processing of waste paper. However, this produces chlorine-organic compounds which, in addition to the unfavorable toxicological assessment, in any case increase the AOX content in the waste water. Another method of destroying optical brighteners is oxidation by persulfate in a strongly alkaline medium. Disadvantages of this treatment method are a high chemical requirement and the pollution of the environment by remaining salts.
Weiterhin ist es möglich, die Fluoreszenz der Aufheller durch kationische Komponenten, wie z.B. Polyamidamine, Polyamidamin-Epichlorhydrin-Harze, Dicyandiamid-Kondensate oder sonstige Fluoreszenzlöscher zu löschen. Hierbei wird die fluoreszierende Verbindung nicht zerstört, sondern nur durch Komplex- bildung unwirksam gemacht.It is also possible to control the fluorescence of the brighteners using cationic components such as e.g. To extinguish polyamide amines, polyamide amine-epichlorohydrin resins, dicyandiamide condensates or other fluorescence quenchers. Here, the fluorescent compound is not destroyed, but only rendered ineffective by complex formation.
Weitere problematische Abwässer entstehen bei der privaten oder der gewerblichen Wäsche von Textilien, da die eingesetzten Waschmittel, wie oben bereits erwähnt, vielfach optische Aufheller enthalten, die der Ergänzung etwa ausgewaschener Aufheller im Textil dienen sollen, die aber nicht alle bestimmungsgemäß im Textil verbleiben, sondern in den Abwässern der Waschmaschinen auftauchen.Further problematic wastewater is generated in the private or commercial laundry of textiles, since the detergents used, as already mentioned above, often contain optical brighteners, which are more washed out to supplement them Brighteners are intended to serve in the textile, but not all of them remain in the textile as intended, but rather appear in the washing machine's waste water.
Aufheller die in Abwässern aus privaten Haushalten oder gewerblichen Anlagen, insbesondere aus der Papier-, Textil- und Waschmittelindustrie enthalten sind, lassen sich in biologischen Abwasserreinigungsverfahren nur schwer abbauen. Sie werden weitgehend an Klärschlämmen adsorbiert, die ihrerseits aufwendig entsorgt werden müssen.Brighteners that are contained in wastewater from private households or commercial plants, especially from the paper, textile and detergent industries, are difficult to break down in biological wastewater treatment processes. They are largely adsorbed on sewage sludge, which in turn has to be disposed of at great expense.
Neben der erwähnten Problematik beim Recycling von Altpapier und bei vielfältig auftretenden anderen Abwässern kann auch bei der Herstellung aufgehellter Papiersorten und Kartonagen ein Problem dadurch auftreten, daß man durch den Zwang zur Vermeidung von Abfall und einen schonenden Umgang mit Ressourcen wie Fasern, Hilfsmitteln und Wasser, die hierbei erforderlichen Wasserkreisläufe geschlossen halten möchte, aber mit einer Anreicherung der Aufheller rechnen muß, da ein vollständiges Aufziehen der Aufheller auf die Cellulosefasern nicht gewährleistet ist. Eine weitere Erhöhung der Aufhellermengen im Wasserkreislauf kann sich durch Einsatz von aufgehelltem Ausschuß ergeben.In addition to the above-mentioned problems with the recycling of waste paper and with various other types of waste water, a problem can also arise in the manufacture of lightened paper types and cardboard boxes in that the compulsion to avoid waste and the careful use of resources such as fibers, auxiliaries and water, would like to keep the water cycles required here closed, but must expect an enrichment of the brightener, since a complete pulling up of the brightener on the cellulose fibers is not guaranteed. A further increase in the amount of brightener in the water cycle can result from the use of a lightened committee.
Eine Ausschleusung von Aufhell erresten aus dem Siebwasser der Papiermaschinen ist mit den derzeit zur Verfügung stehenden Methoden nicht möglich. Das Problem der Anreicherung von optischen Aufhellern in den Wasserkreisläufen der Papierindustrie wird durch den stark zunehmenden Bedarf an aufgehellten Papieren mit zusätzlich erhöhten Anforderungen an den Weißgrad noch vergrößert.Removal of lightening residues from the white water of the paper machines is not possible with the methods currently available. The problem of the enrichment of optical brighteners in the water circuits of the paper industry is exacerbated by the rapidly increasing demand for lightened papers with additional demands on the degree of whiteness.
Es besteht daher ein großer Bedarf nach einer umweltfreundlichen Methode zur Entfernung von optischen Aufhellern als den wichtigsten Vertretern fluoreszieren¬ der Verbindungen, wobei die Entfernung bei der Abwasserbehandlung (Abwässer aus verschiedenen Quellen, wie oben dargelegt), bei der Kontrolle undThere is therefore a great need for an environmentally friendly method for removing optical brighteners as the most important representatives of fluorescent compounds, the removal being carried out in the wastewater treatment (wastewater from various sources, as explained above), in the control and
Überwachung geschlossener Kreisläufe und bei diversen Einsätzen optischer Aufheller in der Papier-, Textil- und Waschmittelindustrie erfolgen kann. Das Problem ist für die Papierindustrie besonders wichtig vor dem Hintergrund stark wachsender Altpapier-Recycling-Quoten, die zur Zeit in Europa bei etwa 30 bis 50 % liegen.Monitoring of closed circuits and for various uses of optical brighteners in the paper, textile and detergent industries. The problem is particularly important for the paper industry against the background of rapidly increasing waste paper recycling quotas, which are currently around 30 to 50% in Europe.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Methode bereitzustellen, die fluoreszie¬ rende Verbindungen so abbaut, daß eine nachträgliche biologische Abwasserbe- handlung möglich ist. Die erfindungsgemäße Methode soll auch auf TCF- Zellstoffe anwendbar sein, bei denen bisher nur eine oxidative Entfernung von fluoreszierenden Verbindungen, z.B. durch Chlor oder Hypochlorit, gegeben ist. Weiterhin sollen die Nachteile der bekannten Verfahren mit ihrem hohen Chemikalien-Einsatz und der Bildung chlorhaltiger Verbindungen überwunden werden; beim Persulfat-Abbau müssen beispielsweise hohe pH-Werte eingestellt werden, was wiederum nach der notwendigen Neutralisation zu einer hohen Salz¬ belastung führt. Neben den genannten chemischen und toxikologischen Nachteilen ist der Einsatz der erwähnten Chemikalien kostenintensiv. Solche Verfahren sind daher wirtschaftlich verbesserungsbedürftig.The object of the invention is therefore to provide a method which degrades fluorescent compounds in such a way that subsequent biological wastewater treatment action is possible. The method according to the invention should also be applicable to TCF pulps in which only an oxidative removal of fluorescent compounds, for example by chlorine or hypochlorite, has hitherto existed. Furthermore, the disadvantages of the known methods with their high use of chemicals and the formation of chlorine-containing compounds are to be overcome; In the case of persulfate degradation, for example, high pH values have to be set, which in turn leads to a high salt load after the necessary neutralization. In addition to the chemical and toxicological disadvantages mentioned, the use of the chemicals mentioned is cost-intensive. Such processes are therefore in need of economic improvement.
Es wurde gefunden, daß Oxidasen und Peroxidasen geeignet sind, fluoreszierende Komponenten, beispielsweise optische Aufheller in Abwässern und Kreisläufen, die solche fluoreszierenden Verbindungen enthalten, unter Einsatz von O-, bzw. H2O2 abzubauen.It has been found that oxidases and peroxidases are suitable for degrading fluorescent components, for example optical brighteners in waste water and circuits, which contain such fluorescent compounds, using O- or H 2 O 2 .
Einige Anwendungen von Peroxidasen sind bereits vorgeschlagen worden: So ist aus WO 89/09813 bekannt, daß Peroxidasen zur Oxidation von Phenolkörpern einsetzbar sind. Weiterhin werden Peroxidasen zur Bleiche von Holzzellstoff, zur Behandlung von Abwässern der Zellstoff-Industrie oder zum Einsatz in der Textil- wäsche vorgeschlagen, im letzteren Falle insbesondere, um das Backstaining zu verhindern. EP 406 617 schlägt Ligninasen in Kombination mit Xylanasen für die Bleiche von Papierzellstoff vor. Enzyme zum Abbau von Lignin werden in EP 429 422 beansprucht. Gemäß US 5 370 770 wird Sojabohnen-Peroxidase beim Deinking von Altpapier eingesetzt. Der Abbau phenolischer Verunreinigungen mit Hilfe von Peroxidasen wird weiterhin in US 5 178 762 vorgeschlagen.Some applications of peroxidases have already been proposed: it is known from WO 89/09813 that peroxidases can be used for the oxidation of phenolic bodies. Furthermore, peroxidases for bleaching wood pulp, for treating wastewater from the pulp industry or for use in textile washing are proposed, in the latter case in particular to prevent back training. EP 406 617 proposes ligninases in combination with xylanases for the bleaching of paper pulp. Enzymes for the degradation of lignin are claimed in EP 429 422. According to US Pat. No. 5,370,770, soybean peroxidase is used for deinking waste paper. The degradation of phenolic impurities with the aid of peroxidases is also proposed in US Pat. No. 5,178,762.
Der Einsatz von Oxidasen und Peroxidasen zum enzymkatalysierten oxidativenThe use of oxidases and peroxidases for enzyme-catalyzed oxidative
Abbau von fluoreszierenden Verbindungen, beispielsweise optischen Aufhellern, ist jedoch offensichtlich bisher nicht gelungen, jedenfalls nicht beschrieben, ob¬ wohl die weiter oben genannten Probleme dringend und in der Fachwelt bekannt sind.However, degradation of fluorescent compounds, for example optical brighteners, has obviously not been successful to date, at least not described, although the problems mentioned above are urgent and known to those skilled in the art.
Die Erfindung betrifft eine Methode zum oxidativen Abbau von in wäßrigenThe invention relates to a method for the oxidative degradation of in aqueous
Systemen vorhandenen fluoreszierenden Verbindungen, die dadurch gekenn¬ zeichnet ist, daß man solche wäßrigen Systeme mit mindestens einem Enzym aus der Gruppe der Oxidasen und Peroxidasen, die sowohl als solche allein vorliegen als auch mit mindestens einem weiteren Enzym mit hydrolytischer Aktivität vergesellschaftet sein können, und mit einem Oxidationsmittel aus der Gruppe von O2, H,O2 und O2 bzw. H2O2 enthaltenden oder bildenden Gemischen bei einer Temperatur von 5 bis 90°C und einem pH- Wert von 4 bis 10 behandelt.Fluorescent compounds present in systems, which is characterized in that such aqueous systems with at least one enzyme from the group of oxidases and peroxidases, which are both present as such and can also be associated with at least one further enzyme with hydrolytic activity, and with an oxidizing agent from the group of mixtures containing or forming O 2 , H, O 2 and O 2 or H 2 O 2 at a temperature of 5 to 90 ° C and a pH of 4 to 10 treated.
Die Behandlung kann in Abwesenheit oder in Gegenwart von grenzflächenaktivenTreatment can be in the absence or in the presence of surfactants
Hilfsmitteln durchgeführt werden.Aids are carried out.
Wäßrige Systeme im erfindungsgemäßen Sinn sind Abwässer aus der Herstellung oder der Behandlung von Textilien, Fasergefügen, wie Papier, Pappe oder Karton, zugrundeliegenden Fasern und Polymeren, insbesondere solchen auf cellulosischer Basis, ferner wäßrige Dispersionen oder Suspensionen solcher Textilienfaser- gefüge, Fasern und Polymeren. Das erfindungsgemäße wäßrige System kann ferner eine Behandlungsflotte, beispielsweise eine Textilbehandlungsflotte, bevorzugt einer solchen für Bekleidungstextilien, sein. Fasergefüge, wie Papier, Pappe oder Karton, insbesondere aufgehellte, gestrichene oder ungestrichene Druck- und Schreibpapiere werden üblicherweise bei ihrem Recycling in einem Stofflöser auf¬ geschlagen, von groben Verunreinigungen befreit und anschließend einem Wasch¬ oder Flotations-Deinking unterzogen. Die erfindungsgemäße enzymatische Behandlung zum Abbau von optischen Aufhellern kann vor, während oder nach der Ablösung der Druckfarbenbestandteile erfolgen. Der so gereinigte Zellstoff kann danach einer weiteren Bleichstufe unterzogen werden, wobei ebenfallsAqueous systems in the sense of the invention are waste water from the production or treatment of textiles, fiber structures, such as paper, cardboard or cardboard, the fibers and polymers on which they are based, in particular those based on cellulose, and also aqueous dispersions or suspensions of such textile fiber structures, fibers and polymers. The aqueous system according to the invention can also be a treatment liquor, for example a textile treatment liquor, preferably one for clothing textiles. Fiber structures, such as paper, cardboard or cardboard, in particular lightened, coated or uncoated printing and writing papers, are usually opened in a pulper when they are recycled, freed of coarse impurities and then subjected to washing or flotation deinking. The enzymatic treatment according to the invention for the degradation of optical brighteners can take place before, during or after the detachment of the printing ink components. The pulp cleaned in this way can then be subjected to a further bleaching step, likewise
Enzyme eingesetzt werden können. Für den Fall, daß der optische Aufheller an der Faser absorbiert ist, jedoch im Rahmen des Recyclings zur Herstellung nicht aufgehellter Papiere, Pappen oder Kartonagen dienen soll, kann es vorteilhaft sein, zusätzlich zu den Oxidasen oder Peroxidasen weitere Enzyme einzusetzen, die beispielsweise die Desorption des optischen Aufhellers von der Faser bewirken.Enzymes can be used. In the event that the optical brightener is absorbed on the fiber, but is to be used in the course of recycling for the production of unlightened paper, cardboard or cardboard, it may be advantageous to use further enzymes in addition to the oxidases or peroxidases, for example the desorption of the optical brightener from the fiber.
Der erfindungsgemaßen Methode zum oxidativen Abbau mit Hilfe von Enzymen aus der Gruppen der Oxidasen und Peroxidasen sind grundsätzlich alle fluoreszie¬ renden Verbindungen, insbesondere solche, die als optische Aufheller eingesetzt werden, zugänglich. Ein großer Teil solcher fluoreszierender Verbindungen enthält als Molekülgerüst, wie oben bereits genannt, die 4,4'-Diaminostilben-disulfonsäure, das Distyryl-benzol, das Distyryl-biphenyl, das Stilbenyl-2H-triazol, das Benzoxazol, das Benzofuran oder das Cumarin. Von diesen fluoreszierenden Verbindungen sind besonders solche wichtig, die als Molekülgerüst die 4,4'-Diaminostilben-disulfonsäure oder das Distyryl-biphenyl enthalten. Besonders bevorzugt können fluoreszierende Verbindungen der erfindungsgemäßen Methode unterworfen werden, die das 4,4'-Diaminostilben-disulfonsäure-Gerüst enthalten. Wichtige Beispiele für fluoreszierende Verbindungen sind beispielsweise solche der FormelThe method according to the invention for oxidative degradation with the aid of enzymes from the groups of oxidases and peroxidases is in principle accessible to all fluorescent compounds, in particular those which are used as optical brighteners. A large part of such fluorescent compounds contains, as already mentioned above, the 4,4'-diaminostilbene disulfonic acid, the distyryl-benzene, the distyryl-biphenyl, the stilbenyl-2H-triazole, the benzoxazole, the benzofuran or the coumarin as the molecular framework . Of these fluorescent compounds, those are particularly important which contain the 4,4'-diaminostilbene disulfonic acid or the distyryl biphenyl as the molecular backbone. Especially fluorescent compounds which contain the 4,4'-diaminostilbene-disulfonic acid skeleton can preferably be subjected to the method according to the invention. Important examples of fluorescent compounds are, for example, those of the formula
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wonn
Figure imgf000009_0001
wonn
X, Amino, Methylamino, Ethylamino, Dimethylamino, Diethylamino, 2-Hydroxy-ethyl amino, 3-Hydroxy-propylamino, Di-(2-hydroxy-ethyl)- amino, Di-(2-hydroxy-propyl)-amino, 2-Sulfo-ethylamino, Morpholino, Anilino, Chloranilino, Sulfoanilino, Methylanilino oder Disulfoanilino undX, amino, methylamino, ethylamino, dimethylamino, diethylamino, 2-hydroxyethyl amino, 3-hydroxypropylamino, di- (2-hydroxyethyl) amino, di- (2-hydroxypropyl) amino, 2 -Sulfo-ethylamino, morpholino, anilino, chloranilino, sulfoanilino, methylanilino or disulfoanilino and
X2 Hydroxy, Methoxy, Ethoxy, Methoxyethoxy, Chlor oder X, bedeuten,X 2 is hydroxy, methoxy, ethoxy, methoxyethoxy, chlorine or X,
ein Wasserstoff-, Alkalimetall-, Amin- oder Ammoniumion ist,is a hydrogen, alkali metal, amine or ammonium ion,
sowie solche der Formelas well as those of the formula
Figure imgf000009_0002
worin
Figure imgf000009_0002
wherein
X3 und X4 Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Phenyl oder Sulfophenyl bedeuten,X 3 and X 4 denote hydrogen, methyl, ethyl, phenyl or sulfophenyl,
Z die oben genannte Bedeutung hat,Z has the meaning given above,
sowie der Formel V X X (HI),
Figure imgf000010_0001
wonn
as well as the formula V XX (HI),
Figure imgf000010_0001
wonn
X5 Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Methoxy, Ethoxy, Chlor oder Sulfo bedeutet, wobei in allen FällenX 5 is hydrogen, methyl, ethyl, methoxy, ethoxy, chlorine or sulfo, in all cases
Z Wasserstoff, ein Alkalimetall-, Amin- oder Ammoniumion ist.Z is hydrogen, an alkali metal, amine or ammonium ion.
Solche fluoreszierenden Verbindungen sind beispielsweise aus EP 409 028 be¬ kannt. Wichtige Einzelbeispiele hiervon sind solche der folgenden Formeln (A) bis (G), die zum Teil Produkte der Firma Bayer AG unter dem Handelsnamen Blankophor sind:Such fluorescent compounds are known, for example, from EP 409 028. Important individual examples of this are those of the following formulas (A) to (G), some of which are products from Bayer AG under the trade name Blankophor:
^ ^ ^ ^
Figure imgf000010_0002
Figure imgf000010_0002
(A)(A)
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> i t
Figure imgf000010_0003
> it
(B)(B)
Figure imgf000010_0004
> Q
Figure imgf000010_0004
> Q
(C) (C)
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000011_0001
(D)(D)
Figure imgf000011_0002
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(E)(E)
Figure imgf000011_0003
Figure imgf000011_0003
(F)(F)
A M ^A M ^
Figure imgf000011_0004
Figure imgf000011_0004
(G)(G)
Zum Einsatz in der erfindungsgemäßen Methode eignen sich Enzyme aus der Gruppe der Oxidasen und Peroxidasen, die gemäß "Enzyme Nomenclature 1984, Academic Press Inc., New York, London" (E. C.) unter die größere Gruppe der Oxidoreduktasen einzureihen sind, die den Elektronen-Transfer zwischen ver¬ schiedenen Stoffen katalysieren. Im folgenden werden Beispiele solcher Enzyme genannt, die im E. C. durch Zifferkombinationen gekennzeichnet sind und auf diese Weise dort aufgefunden werden können:Enzymes from the group of oxidases and peroxidases are suitable for use in the method according to the invention, which according to "Enzyme Nomenclature 1984, Academic Press Inc., New York, London "(EC) belong to the larger group of oxidoreductases that catalyze the electron transfer between different substances. In the following, examples of such enzymes are mentioned, which are identified in the EC by combinations of numbers and can be found there in this way:
Peroxidasen (E.C. 1.1 1.1.7) sind Enzyme, die die Oxidation eines Substrats mit Wasserstoffperoxid katalysieren und die aus pflanzlichen, mikrobiellen oder tieri¬ schen Quellen erhältlich sind. Beispielsweise seien genannt: Meerrettich-Peroxi- dase, Sojabohnen-Peroxidase oder eine Peroxidase aus Coprinus. beispielsweise Coprinus cinereus oder Coprinus macrorhizus. oder Bacillus. beispielsweisePeroxidases (E.C. 1.1 1.1.7) are enzymes which catalyze the oxidation of a substrate with hydrogen peroxide and which are obtainable from plant, microbial or animal sources. Examples include: horseradish peroxidase, soybean peroxidase or a peroxidase from Coprinus. for example Coprinus cinereus or Coprinus macrorhizus. or Bacillus. for example
Bacillus pumilus oder Bacillus myxococcus. Trametes. Rhizoctonia. Pseudomonas. Streptomyces- Candida. Curvularia. Cercospora. Polyporus pinsitus. Lignin- Peroxidase, Mn-abhängige Peroxidasen, Peroxidasen von Phanerochaete. Basidiomyceten. Weiterhin seien die Peroxidasen aus WO 93/24618 mit ver- besserter Stabilität, Chloroperoxidase und Lactoperoxidase genannt.Bacillus pumilus or Bacillus myxococcus. Trametes. Rhizoctonia. Pseudomonas. Streptomyces candida. Curvularia. Cercospora. Polyporus pinsitus. Lignin peroxidase, Mn-dependent peroxidases, peroxidases from Phanerochaete. Basidiomycetes. The peroxidases from WO 93/24618 with improved stability, chloroperoxidase and lactoperoxidase may also be mentioned.
Oxidasen (E. C. 1.10.3.1)Oxidases (E.C. 1.10.3.1)
Cellobiose-Oxidase aus Phanerochaete chrysosporium oder Humicola. Glucose- Oxidase, Catechol-Oxidase, Polyphenol-Oxidase. Zu den Oxidasen zählen auch die Laccasen (E. C. 1.10.3.2), insbesondere Laccasen von Trametes versicolor. Phanerochaete chrysosporium; solche Enzyme werden beispielsweise vonCellobiose oxidase from Phanerochaete chrysosporium or Humicola. Glucose oxidase, catechol oxidase, polyphenol oxidase. The oxidases also include laccases (E.C. 1.10.3.2), in particular laccases from Trametes versicolor. Phanerochaete chrysosporium; such enzymes are for example from
Polyporus pinsitus (Trametes villosa) produziert.Polyporus pinsitus (Trametes villosa) produces.
Die Peroxidasen werden gemeinsam mit H202 oder einer H2O2 enthaltenden oder bildenden Verbindung als Oxidationsmittel eingesetzt. Neben dem H2O-, selbst, meist in Form verschieden hoch konzentrierter und handelsüblicher wäßriger H20-, -Lösungen, sind daher zu nennen: Perborate, Persulfate, Percarbonate,The peroxidases are used together with H 2 0 2 or a compound containing or forming H 2 O 2 as the oxidizing agent. In addition to the H 2 O, itself, usually in the form of differently highly concentrated and commercially available aqueous H 2 O, solutions, the following should therefore be mentioned: perborates, persulfates, percarbonates,
Perester, Peroxide, Fenton's Reagenz, Persäuren oder enzymatische Systeme, die H202 bilden, wie Glucose/Glucose-Oxidase/Sauerstoff, Aminosäure-Oxidase, Ureat-Oxidase, Cholesterol-Oxidase, Amin-Oxidase oder Alkohol-Oxidase. Oxidasen, unter ihnen die Laccasen, werden mit 02 oder O2 enthaltenden oder bildenden Verbindungen oder 0-,-Quellen eingesetzt.Peresters, peroxides, Fenton's reagent, peracids or enzymatic systems which form H 2 0 2 , such as glucose / glucose oxidase / oxygen, amino acid oxidase, urea oxidase, cholesterol oxidase, amine oxidase or alcohol oxidase. Oxidases, including laccases, are used with 0 2 or O 2 containing or forming compounds or 0 -, - sources.
Es kann vorteilhaft sein, zusätzlich zu den erwähnten Enzymen und Oxidations¬ mitteln während der Behandlung weitere Hilfsmittel einzusetzen, wie Metallsalze (z.B. Alkali metallhalogeni de, -sulfate, -phosphate, -acetate usw.), Saccharide (z.B. Cellobiose, Glucose, Fructose, Ribose, Mannose, Galactose, Arabinose, Trehalose, Xanthane), Halogenidionen, Pufferlösungen (z.B. Phosphat-, Borat-, Acetatpuffer) und Reduktions- oder Oxidationsmittel (z.B. NaHSO3, Na2S2O4 oder Formamidin- sulfinsäure bzw. Perborat, Periodat oder Percarbonat). Diese Hilfsmittel können geeignet sein, das elektrochemische Potential der Mischung zu steuern.In addition to the enzymes and oxidizing agents mentioned, it may be advantageous to use other auxiliaries during the treatment, such as metal salts (for example alkali metal halides, sulfates, phosphates, acetates etc.), saccharides (for example Cellobiose, glucose, fructose, ribose, mannose, galactose, arabinose, trehalose, xanthans), halide ions, buffer solutions (e.g. phosphate, borate, acetate buffer) and reducing or oxidizing agents (e.g. NaHSO 3 , Na 2 S 2 O 4 or formamidine - sulfinic acid or perborate, periodate or percarbonate). These aids can be suitable for controlling the electrochemical potential of the mixture.
Weiterhin vorteilhaft kann es sein, Beschleuniger für die Wirkung der Peroxidasen oder Oxidasen einzusetzen. Die Wirkung solcher Beschleuniger wird darauf zurückgeführt, daß kurzlebige Radikale oder andere oxidierte Zustände im Reaktionssystem gebildet werden, die am oxidativen Abbau der fluoreszierenden Verbindungen mitwirken können. Solche Beschleuniger sind beispielsweise Azine der Formel A=N-N=B (WO 94/12620), weiterhin auch N-Methyl-phenothiazin, 3,3',5,5'-Tetramethyl-benzidin, 4-Amino-4'-methoxy-stilben, 2,2'-Azino-bis-(3- ethylbenzo-thiazolin-6-sulfonat). Als Beschleuniger können auch Metallionen, Halogenidionen, Phenol, p-Hydroxy-benzoesäure, p-Hydroxybenzolsulfonat, p-Hydroxy-zimtsäure, 7-Hydroxycumarin, Guajacol oder Vanillin eingesetzt werden. Der Beschleuniger kann, z.B. im wäßrigen System mit dem Enzym in Konzentration von 0,01 bis 100 μM, vorzugsweise 0,1 bis 50 μM, besonders bevorzugt 1 bis 10 μM eingesetzt werden.It can also be advantageous to use accelerators for the action of the peroxidases or oxidases. The effect of such accelerators is attributed to the fact that short-lived radicals or other oxidized states are formed in the reaction system, which can contribute to the oxidative degradation of the fluorescent compounds. Such accelerators are, for example, azines of the formula A = NN = B (WO 94/12620), and also N-methylphenothiazine, 3,3 ', 5,5'-tetramethylbenzidine, 4-amino-4'-methoxy- stilbene, 2,2'-azino-bis- (3-ethylbenzo-thiazoline-6-sulfonate). Metal ions, halide ions, phenol, p-hydroxybenzoic acid, p-hydroxybenzenesulfonate, p-hydroxycinnamic acid, 7-hydroxycoumarin, guaiacol or vanillin can also be used as accelerators. The accelerator can e.g. in an aqueous system with the enzyme in a concentration of 0.01 to 100 μM, preferably 0.1 to 50 μM, particularly preferably 1 to 10 μM.
Die genannten Enzyme aus der Gruppe der Oxidasen und Peroxidasen können sowohl als solche allein vorliegen als auch mit mindestens einem weiteren Enzym mit hydrolytischer Aktivität vergesellschaftet sein. Dieser letztere Fall hat den Vorteil, daß die aus den obengenannten Quellen (Pflanzen, Mikroorganismen oder Pilzen) gewonnenen Enzym-Präparationen, die häufig ein Gemisch mehrerer Enzyme darstellen, nicht in einzelne Enzyme aufgetrennt werden müssen. Hierdurch werden zusätzliche Kosten vermieden. Solche weiteren Enzyme, mit denen Oxidasen und Peroxidasen vergesellschaftet sein können, sind beispielsweise Hydrolasen, wie Cellulasen, beispielsweise von Phanerochaete. Humicola. Fusarium. Pseudomonas. Trichoderma reesei oder Aspergillus: Hemicellulasen, vorzugsweise Xylanasen, wie Pulpzyme HC®; Lipasen, beispielsweise von Pseudomonas. Humicola. Candida, Chromobacter. Aspergillus: Proteasen, beispielsweise NUE 0.6 MPX, Aquaderm®, Pyrase®, Alcalase®, Esperase®, (Erzeugnisse der Fa. Novo Nordisk); Amylasen, wie Denimax®, Termamyl® und andere; Pectinasen, Dehalogenasen und Pullulanasen. Solche weiteren Enzyme sind beispielsweise genannt in WO 91/17243, WO 91/17244, WO 91/10732, US 5.338.403, WO 94/23053 und WO 91/14019. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, fluoreszierende Verbindungen, beispielsweise Aufheller, die an der Faser adsorbiert sind, durch Mitverwendung grenzflächen¬ aktiver Hilfsmittel zu mobilisieren. Als solche grenzflächenaktive Verbindungen kommen anionische, kationische oder nicht ionische sowie amphotere Tenside in Frage. Beispiele hierfür sind Salze von Fettsäuren, Ammoniumsalze von Fettaminen, Polyether mit langkettigen Alkylresten, wobei die Polyether durch Ethoxylierung und/oder Propoxylierung gebildet werden, partielle Fettsäureester von Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Ölsäure-Sarcoside, Sulfosuccinate, Polyacrylsäure-Derivate mit hydrophoben Seitenketten oder Endgruppen, Polyamidamin-Emulgatoren usw. Solche grenzflächenaktive Hilfsmittel sind demThe enzymes mentioned from the group of oxidases and peroxidases can either be present as such alone or be associated with at least one further enzyme with hydrolytic activity. The latter case has the advantage that the enzyme preparations obtained from the sources mentioned above (plants, microorganisms or fungi), which are often a mixture of several enzymes, do not have to be separated into individual enzymes. This avoids additional costs. Such further enzymes with which oxidases and peroxidases can be associated are, for example, hydrolases, such as cellulases, for example from Phanerochaete. Humicola. Fusarium. Pseudomonas. Trichoderma reesei or Aspergillus: hemicellulases, preferably xylanases, such as Pulpzyme HC ® ; Lipases, for example from Pseudomonas. Humicola. Candida, Chromobacter. Aspergillus: (. Fa products of Novo Nordisk) proteases, such as MPX NUE 0.6, Aquaderm ®, Pyrase ®, Alcalase ®, Esperase ®; Amylases as Denimax ®, Termamyl ® and others; Pectinases, dehalogenases and pullulanases. Such further enzymes are mentioned, for example, in WO 91/17243, WO 91/17244, WO 91/10732, US 5,338,403, WO 94/23053 and WO 91/14019. It can furthermore be advantageous to mobilize fluorescent compounds, for example brighteners, which are adsorbed on the fiber, by also using surface-active aids. Anionic, cationic or nonionic and amphoteric surfactants are suitable as such surface-active compounds. Examples of these are salts of fatty acids, ammonium salts of fatty amines, polyethers with long-chain alkyl radicals, the polyethers being formed by ethoxylation and / or propoxylation, partial fatty acid esters of glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, oleic acid sarcosides, sulfosuccinates, polyacrylic acid derivatives with hydrophobic side chains or End groups, polyamide amine emulsifiers, etc. Such surfactants are
Fachmann seit langem bekannt.Expert known for a long time.
Die erfindungsgemäße Methode wird bei einer Temperatur von 5 bis 90°C, bevorzugt 10 bis 60°C, besonders bevorzugt 20 bis 55°C und im pH-Bereich von 4 bis 10, bevorzugt von 5 bis 8 durchgeführt. Die Verweilzeit des zu be- handelnden wäßrigen Systems im Rahmen der erfindungsgemäßen Methode ist von vielen Faktoren abhängig, so beispielsweise von der Konzentration der fluoreszierenden Verbindung, der Konzentration des Enzyms, der Konzentration des Oxidati onsmittels, der Temperatur und des pH- Wertes. In vielen Fällen wird eine Zeitdauer von höchstens 200 Minuten, vielfach von höchstens 60 Minuten und in manchen Fällen von höchstens 10 Minuten erforderlich sein, um anhand von entnommenen Proben zu erkennen, daß die Fluoreszenz weitgehend gelöscht ist oder in einem Maße gelöscht worden ist, der im Einzelfall angestrebt wird. Die Löschung der Fluoreszenz anhand einer entnommenen Probe zeigt hierbei an, daß die zu oxidierende fluoreszierende Verbindung in mindestens zwei Bruchstücke oxidativ gespalten worden ist. Dies läßt sich durch chromatographische Methoden, wie TLC oder HPLC beweisen.The method according to the invention is carried out at a temperature of 5 to 90 ° C., preferably 10 to 60 ° C., particularly preferably 20 to 55 ° C. and in the pH range of 4 to 10, preferably 5 to 8. The residence time of the aqueous system to be treated in the context of the method according to the invention depends on many factors, for example on the concentration of the fluorescent compound, the concentration of the enzyme, the concentration of the oxidizing agent, the temperature and the pH. In many cases, a time period of at most 200 minutes, in many cases of at most 60 minutes and in some cases of at most 10 minutes, will be required in order to recognize from the samples that the fluorescence has largely been quenched or has been quenched to an extent that is striven for in individual cases. The quenching of the fluorescence on the basis of a sample taken here indicates that the fluorescent compound to be oxidized has been oxidatively split into at least two fragments. This can be proven by chromatographic methods such as TLC or HPLC.
Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Methode wird das wäßrige System mit einer Lösung einer Oxidase oder Peroxidase und mit einem der genannten Oxidationsmittel versetzt. Die Konzentration der fluoreszierenden Verbindung kann hierbei im Bereich von 3 parts per billion (ppb) bis hin zu 1 Gew.-% und mehr betragen, wenn es sich beispielsweise um ein aufkonzentriertes Medium mit einer stark fluoreszierenden Verbindung handelt.To carry out the method according to the invention, a solution of an oxidase or peroxidase and one of the oxidizing agents mentioned are added to the aqueous system. The concentration of the fluorescent compound can be in the range from 3 parts per billion (ppb) up to 1% by weight or more if, for example, it is a concentrated medium with a strongly fluorescent compound.
Die Einsatzmengen an Enzym richten sich nach dem Gehalt an fluoreszierender Verbindung im wäßrigen System. Im allgemeinen wird die Peroxidase in einer Menge von 1 bis I O7 PODU (= Peroxidase Units) pro 1 g der fluoreszierenden Verbindung eingesetzt. Die Oxidase wird in einer Menge von 1 bis I O7 Laccase Units pro 1 g der fluoreszierenden Verbindung eingesetzt. Unter der Bezeichnung 1 PODU ist die Menge Enzym zu verstehen, die unter Standardbedingungen (0,1 M Phosphat-Puffer, pH = 7, Temperatur = 30°C, 0,88 mM H2O2, 1 ,67 mMThe amounts of enzyme used depend on the content of fluorescent compound in the aqueous system. In general, the peroxidase is in a Amount of 1 to IO 7 PODU (= peroxidase units) per 1 g of the fluorescent compound used. The oxidase is used in an amount of 1 to 10 7 laccase units per 1 g of the fluorescent compound. The term 1 PODU is to be understood as the amount of enzyme which, under standard conditions (0.1 M phosphate buffer, pH = 7, temperature = 30 ° C., 0.88 mM H 2 O 2 , 1.67 mM
ABTS) in 1 Minute die Umsetzung von 1 μmol H2O2 in einem System katalysiert, in welchem ABTS (= 2,2'-Azino-bis-(3-ethyl-benzthiazolin-6-sulfonsäure)) oxidiert wurde. Unter der Bezeichnung 1 Laccase Unit ist die Menge Enzym zu verstehen, die unter Standardbedingungen (0, 1 M Natriumacetat-Puffer, pH = 5, Temperatur = 30°C, Sauerstoff) die Umsetzung von 1 μmol ABTS pro Minute katalysiert. Unter diesen Standardbedingungen wird ein grün-blauer Farbstoff produziert, der bei 418 nm photometrisch gemessen werden kann.ABTS) in 1 minute the reaction of 1 μmol H 2 O 2 was catalyzed in a system in which ABTS (= 2,2'-azino-bis- (3-ethyl-benzothiazoline-6-sulfonic acid)) was oxidized. The term 1 laccase unit is to be understood as the amount of enzyme which under standard conditions (0.1 M sodium acetate buffer, pH = 5, temperature = 30 ° C., oxygen) catalyzes the conversion of 1 μmol ABTS per minute. Under these standard conditions, a green-blue dye is produced, which can be measured photometrically at 418 nm.
Bei der Annahme einer praxisüblichen Einsatzmenge von 1 Gew.-% Aufheller auf absolut trockenes (atro) Papier beträgt die zum Verschwinden der Fluoreszenz erforderliche Enzymdosierung beispielsweise 100 bis IO8 Units pro kg atro Papier, vorzugsweise 100 bis I O6 Units pro kg atro Papier, besonders bevorzugt 100 bis 10^ Units/kg atro Papier. Dies entspricht einer Einsatzmenge von 10 μl bis 10 1 Enzymlösung pro kg atro Papier, bevorzugt 10 μl bis 100 ml pro kg atro Papier, insbesondere 10 μl bis 10 ml/kg atro Papier, wenn man für eine eingesetzte Enzymlösung eine Aktivität von 10 000 Units/g zugrundelegt. AbweichendeAssuming a usual amount of 1% by weight of brightener on absolutely dry (dry) paper, the enzyme dosage required to disappear the fluorescence is, for example, 100 to 10 8 units per kg of dry paper, preferably 100 to 10 6 units per kg of dry paper, particularly preferably 100 to 10 ^ units / kg of dry paper. This corresponds to an amount of 10 μl to 10 l of enzyme solution per kg of dry paper, preferably 10 μl to 100 ml per kg of dry paper, in particular 10 μl to 10 ml / kg dry paper, if an activity of 10,000 units is used for an enzyme solution / g as the basis. Deviating
Enzymaktivität kann durch entsprechende Korrekturen in der Dosiermenge ausgeglichen werden.Enzyme activity can be compensated for by making corrections in the dosage.
Die H2O2-Konzentration beträgt in dem zu behandelnden wäßrigen System im allgemeinen 0,001 mmol bis 2,0 Mol, bevorzugt 0,01 mmol bis 1 Mol pro Liter. Bezogen auf atro Stoff, der in dem zu behandelnden wäßrigen System vorhanden ist, sind vorzugsweise 0,001 bis 5 Gew.-°/o H-,O2 ausreichend. Will man auf die Menge an fluoreszierender Verbindung abstellen, beträgt die R,O-,-Menge bevorzugt l x 10"5 bis 1 x I O"2 Gew.-%, bezogen auf fluoreszierende Verbindung. Für den Fall des Einsatzes von O2 als Oxidationsmittel kann mit reinem Sauerstoff gearbeitet werden, es kann jedoch auch atmosphärische Luft oder mit Sauerstoff angereicherte atmosphärische Luft benutzt werden; da die O2-Konzentration der atmosphärischen Luft bei Laccase-Systemen normalerweise ausreichend ist, wird auch von dieser Möglichkeit Gebrauch gemacht. Bei einer Kontaktzeit des wäßrigen Systems von 0, 1 bis 100 Minuten ist bei pH = 7 und 37°C keine fluoreszierende Verbindung, erkennbar an ihrer Fluoreszenz, mehr nachweisbar. Durch entsprechende Erhöhung der Enzymmenge kann die Reaktionszeit zu kürzeren Werten verschoben werden.The H 2 O 2 concentration in the aqueous system to be treated is generally 0.001 mmol to 2.0 mol, preferably 0.01 mmol to 1 mol, per liter. Based on the dry substance that is present in the aqueous system to be treated, preferably 0.001 to 5% by weight of H 2 O 2 is sufficient. If one wishes to focus on the amount of fluorescent compound, the R, O -, - amount is preferably 1 x 10 "5 to 1 x IO " 2 % by weight, based on the fluorescent compound. If O 2 is used as the oxidizing agent, pure oxygen can be used, but atmospheric air or oxygen-enriched atmospheric air can also be used; Since the O 2 concentration of the atmospheric air is normally sufficient in laccase systems, this option is also used. With a contact time of the aqueous system of 0.1 to 100 minutes at pH = 7 and 37 ° C., no fluorescent compound, recognizable by its fluorescence, is more detectable. The reaction time can be shifted to shorter values by correspondingly increasing the amount of enzyme.
Ist das zu behandelnde wäßrige System eine Suspension oder Aufschlämmung, die demnach einen Feststoffgehalt hat, so beträgt dieser Feststoffgehalt 0,1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-% der gesamten Suspension oder Auf¬ schlämmung.If the aqueous system to be treated is a suspension or slurry which accordingly has a solids content, this solids content is 0.1 to 30% by weight, preferably 0.5 to 10% by weight, of the total suspension or slurry.
In den Fällen, in denen sich die fluoreszierenden Verbindungen im adsorbierten Zustand auf einer Festkörperoberfläche befinden, ist es vorteilhaft, zuvor die fluoreszierende Verbindung in Lösung zu bringen. Dazu eignen sich bekannte anionische Tenside oder bei Cellulose als Substrat insbesondere Cellulasen oderIn the cases where the fluorescent compounds are in the adsorbed state on a solid surface, it is advantageous to bring the fluorescent compound into solution beforehand. Known anionic surfactants or, in the case of cellulose, cellulases or in particular are suitable for this purpose
Endoglucanasen.Endoglucanases.
Der Ablauf und die Vollständigkeit des oxidativen Abbaus der fluoreszierenden Verbindung kann durch Messung der Fluoreszenz verfolgt werden. Hierzu kann eine Probe des wäßrigen Systems (Abwasser oder Dispersion oder wäßrige Aufschlämmung) direkt in ein Meßgerät eingebracht werden; es können jedoch auch chromatographische Methoden zur Auftrennung der im wäßrigen System vorhandenen Stoffe eingesetzt werden. Nach beendeter Reaktion kann das Enzym durch einfache pH-Änderung und/oder Temperaturerhöhung desaktiviert werden. In geschlossenen Kreisläufen ist dies im allgemeinen nicht notwendig, so daß hier nur bei nachlassender Enzymaktivität weiteres Enzym nachgesetzt zu werden braucht. Zur Unterbrechung der Enzymaktivität kann auch ein Zusatz von Catalasen dienen. In einer weiteren Ausführungsform kann man auch von der dem Fachmann bekannten Immobilisierung von Enzymen Gebrauch machen, wobei ein Trägermaterial mit Enzymen in immobilisierter Form beispielsweise in einer Säule angeordnet und mit dem zu behandelnden wäßrigen System in Kontakt gebracht wird; eine solche Ausführungsform ist selbstverständlich nur auf gelöste fluoreszierende Verbindungen und nicht auf Dispersionen oder Aufschi ämmungen anwendbar.The course and completeness of the oxidative degradation of the fluorescent compound can be followed by measuring the fluorescence. For this purpose, a sample of the aqueous system (waste water or dispersion or aqueous slurry) can be introduced directly into a measuring device; however, chromatographic methods can also be used to separate the substances present in the aqueous system. After the reaction has ended, the enzyme can be deactivated by simply changing the pH and / or increasing the temperature. In closed circuits, this is generally not necessary, so that further enzyme need only be added if the enzyme activity decreases. An addition of catalases can also serve to interrupt the enzyme activity. In a further embodiment, use can also be made of the immobilization of enzymes known to the person skilled in the art, a carrier material with enzymes in immobilized form being arranged, for example, in a column and brought into contact with the aqueous system to be treated; Such an embodiment is of course only applicable to dissolved fluorescent compounds and not to dispersions or slurries.
Die erfindungsgemäße Methode benötigt in der Regel einen wesentlich geringeren Einsatz an Oxidationsmittel und Hilfsmittel und ermöglicht eine schnellere und umweltschonendere Entsorgung fluoreszierender Verbindungen. Im Vergleich hierzu beträgt der Chemikalienbedarf bei einem nicht enzymkatalysierten Abbau mit Kalium-perox odi sulfat bei pH = 10,5 und 60°C, einer Stoffdichte von 5 Gew.-% einer Dispersion und einer Behandlungsdauer von 180 Minuten 1 bis 2 Gew.-% Persulfat, bezogen auf den Feststoff (beispielsweise Zellstoff). Im Falle einer Behandlung mit Chlorlauge bei pH = 3 ist ein Einsatz von 0,5 Gew.-% aktivem Chlor, bezogen auf Feststoff (z.B. Zellstoff) nötig, um bei einer Stoffdichte von 2,5 Gew.-% nach 60 Minuten eine Fluoreszenzlöschung zu erreichen. Beim Einsatz von kationischen polymeren Hilfsmitteln werden bis zu 2 Gew.-% des Hilfsmittels eingesetzt, um bei einem Einsatz von 0,8 Gew.-% fluoreszierender Verbindung eine quantitative Löschung zu erreichen. Ein Abbau findet hierbei nicht, oder nur in untergeordnetem Maße statt.The method according to the invention generally requires a significantly lower use of oxidizing agents and auxiliaries and enables faster and more environmentally friendly disposal of fluorescent compounds. In comparison, the chemical requirement for a non-enzyme-catalyzed degradation with potassium perox odi sulfate at pH = 10.5 and 60 ° C, a consistency of 5% by weight of a dispersion and a treatment time of 180 minutes 1 to 2% by weight of persulfate, based on the solid (for example cellulose). In the case of treatment with chlorine solution at pH = 3, it is necessary to use 0.5% by weight of active chlorine, based on solids (for example cellulose), in order to quench the fluorescence after 60 minutes at a consistency of 2.5% by weight to reach. When using cationic polymeric auxiliaries, up to 2% by weight of the auxiliary is used in order to achieve quantitative quenching when 0.8% by weight of fluorescent compound is used. Dismantling does not take place here, or only to a minor extent.
Die durch den enzymatischen Abbau der fluoreszierenden Verbindungen er¬ haltenen Bruchstücke sind in der Regel einem mikrobiologischen Abbau in einer Abwasserreinigungsanlage besser zugänglich als die unbehandelten fluoreszieren¬ den Verbindungen. The fragments obtained by the enzymatic degradation of the fluorescent compounds are generally more accessible to microbiological degradation in a wastewater treatment plant than the untreated fluorescent compounds.
Alle %-Angaben beziehen sich auf Gewichtsprozent.All percentages relate to percent by weight.
Beispiel 1example 1
Eine Stammlösung mit einer Konzentration von 0,05 % (einer 25 %igen Lösung) eines Aufhellers der Formel (A) (Beispiel 12 der EP 0 409 028), siehe Formelauflistung weiter oben, wurde in einem 50 mM Kalium-Phosphat-Puffer (pH 7) hergestellt. Die Probe wurde mit 500 Units einer Meerrettich-Peroxidase (Fluka, Nr. 77333) bei 28°C inkubiert. Das Enzym hatte eine Aktivität von 700 Units/mg. 1 Unit oxidiert 1 μmol ABTS (2,2'-Azino-bis(3-ethylbenzothiazolin-6- sulfonsäure)) pro Minute bei 25 °C und pH 6.A stock solution with a concentration of 0.05% (a 25% solution) of a brightener of the formula (A) (Example 12 of EP 0 409 028), see formula listing above, was in a 50 mM potassium phosphate buffer ( pH 7). The sample was incubated with 500 units of a horseradish peroxidase (Fluka, No. 77333) at 28 ° C. The enzyme had an activity of 700 units / mg. 1 unit oxidizes 1 μmol ABTS (2,2'-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)) per minute at 25 ° C and pH 6.
Die Konzentration der Peroxidase betrug 100 Units/μl Aufheller (berechnet für 25 %ige Lieferform). Die Wasserstoffperoxid-Konzentration betrug 0,15 mMol/1. Nach verschiedenen Zeiten wurden aus jedem Testansatz Proben gezogen, zentrifugiert und deren Absorption und Fluoreszenz untersucht.The concentration of the peroxidase was 100 units / μl brightener (calculated for 25% delivery form). The hydrogen peroxide concentration was 0.15 mmol / 1. After various times, samples were taken from each test batch, centrifuged and their absorption and fluorescence examined.
Das Absorptionsspektrum wurde mit einem Spektrophotometer im Wellenlängen- bereich zwischen 200 und 500 nm aufgenommen. Die Messung der Emission beiThe absorption spectrum was recorded with a spectrophotometer in the wavelength range between 200 and 500 nm. Measurement of emission at
440 nm erfolgte mit Hilfe eines Fluoreszenz-Spektrophotometers bei einer Anregungswellenlänge von 280 bzw. 350 nm.440 nm was carried out using a fluorescence spectrophotometer at an excitation wavelength of 280 or 350 nm.
Bedingungen der dünnschichtchromatographischen Trennung: Außerdem wurden die Testlösungen mittels RP-TLC (Reversed-Phase Thin-Layer Chromatography) untersucht:Conditions of thin-layer chromatographic separation: In addition, the test solutions were examined using RP-TLC (Reversed-Phase Thin-Layer Chromatography):
0,25 mm Kieselgel (Stationäre Phase mit Fluoreszenz-Indikator, RP 18 W/UV 254,0.25 mm silica gel (stationary phase with fluorescence indicator, RP 18 W / UV 254,
Macherey-Nagel),Macherey-Nagel),
Wäßriges Eluens mit einem Gehalt an 8,75 % (w/v) Oxalsäure und 0,14 % (w/v)Aqueous eluent containing 8.75% (w / v) oxalic acid and 0.14% (w / v)
Natrium-Heptansulfonat/Methanol/Acetonitril (4: 1 :1) in Wasser.Sodium heptanesulfonate / methanol / acetonitrile (4: 1: 1) in water.
Ergebnisse:Results:
Während der Enzymbehandlung (21 Stunden) nahm die Intensität der Absorptionsbande bei 350 nm um 72 % ab. Nach der Enzymbehandlung war nur eine geringe Emission bei 440 nm, die bei einem intakten Aufheller-Molekül durch Anregung mit der Wellenlänge 280 oder 350 nm auftritt, zu beobachten. Die Fluoreszenz wurde um 90 bis 95 % geschwächt. Das Stilben-Derivat, das als ein Spot bei Rf = 0,83 eluiert, wurde durch Enzymbe¬ handlung in drei neue Spots umgewandelt, die bei den Rf-Werten 0,875/0,765/0,73 eluierten. Nach weniger als 200 Minuten war der Spot des Edukts nicht mehr zu sehen.During the enzyme treatment (21 hours) the intensity of the absorption band at 350 nm decreased by 72%. After the enzyme treatment, only a small emission was observed at 440 nm, which occurs in an intact brightener molecule by excitation with a wavelength of 280 or 350 nm. The fluorescence was weakened by 90 to 95%. The stilbene derivative, which elutes as a spot at R f = 0.83, was converted by enzyme treatment into three new spots which eluted at the Rf values 0.875 / 0.765 / 0.73. After less than 200 minutes the spot of the educt was no longer visible.
Beispiel 2Example 2
Eine Stammlösung mit einer Konzentration von 0,05 % (einer 25 %igen Lösung, v/v) eines Aufhellers der Formel (A) wurde in einem 50 mM Kalium-Phosphat- Puffer (pH 7) hergestellt. Die Probe wurde mit 10 Units einer Peroxidase (Novozym 502, Fa. Novo Nordisk) bei 37°C inkubiert. Das Enzym ist ein rekombinantes, Häm enthaltendes Enzym, das ursprünglich aus Basidiomyceten isoliert wurde und eine Aktivität von 10 000 PODU/g hat. 1 PODU oxidiert 1 μmol ABTS (2,2'-Azino-bis(3-ethylbenzothiazolin-6-sulfonsäure), c = 1,67 mM pro Minute bei 30°C, pH 7 und einer H2O2-Konzentration von 0,88 mM. Das Enzym besitzt außerdem eine Nebenaktivität als Amylase.A stock solution with a concentration of 0.05% (a 25% solution, v / v) of a brightener of the formula (A) was prepared in a 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7). The sample was incubated with 10 units of a peroxidase (Novozym 502, Novo Nordisk) at 37 ° C. The enzyme is a recombinant heme-containing enzyme that was originally isolated from Basidiomycetes and has an activity of 10,000 PODU / g. 1 PODU oxidizes 1 μmol ABTS (2,2'-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid), c = 1.67 mM per minute at 30 ° C, pH 7 and an H 2 O 2 concentration of 0 , 88 mM. The enzyme also has a side activity as an amylase.
Die Konzentration der Peroxidase betrug 7 Units/μl Aufheller (berechnet fürThe concentration of the peroxidase was 7 units / μl brightener (calculated for
25 %ige Lieferform). Die Wasserstoffperoxid-Konzentration (Einsatz: 30 %ig) betrug 0,15 mMol/1. Nach verschiedenen Zeiten wurden aus jedem Testansatz Proben gezogen, zentrifugiert und deren Absorption und Fluoreszenz wie in Beispiel 1 untersucht.25% form of delivery). The hydrogen peroxide concentration (use: 30%) was 0.15 mmol / 1. After various times, samples were taken from each test batch, centrifuged and their absorption and fluorescence were examined as in Example 1.
Ergebnisse:Results:
Die Enzymbehandlung führte zu einer Reduktion der Absorption bei 350 nm um ca. 90 %. Die Emission bei 440 nm, die bei Anregung mit der Wellenlänge 280 nm oder 350 nm gemessen wird, wurde um 95 bis 98 % abgeschwächt.The enzyme treatment led to a reduction of the absorption at 350 nm by approx. 90%. The emission at 440 nm, which is measured when excited with a wavelength of 280 nm or 350 nm, was attenuated by 95 to 98%.
Das Stilben-Derivat, das ohne Enzymbehandlung (100 Minuten) als ein Spot bei R^ = 0,83 eluiert, wurde durch Enzymbehandlung gespalten, so daß drei neueThe stilbene derivative, which eluted without an enzyme treatment (100 minutes) as a spot at R ^ = 0.83, was cleaved by enzyme treatment so that three new ones
Spots bei den Rf Werten 0,875/0,765/0,73 eluierten. Nach 100 Minuten war der Spot des Edukts nicht mehr zu sehen. Nach 100 Minuten war also der Aufheller vollständig fragmentiert. Beispiel 3Spots at the R f values of 0.875 / 0.765 / 0.73 eluted. After 100 minutes, the spot of the educt was no longer visible. After 100 minutes, the brightener was completely fragmented. Example 3
Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Änderung, daß Peroxidase aus Beispiel 2 in einer Konzentration von 700 Units pro μl Aufheller verwendet wurde. Nach wenigen Sekunden war der Aufheller vollständig fragmentiert.Example 1 was repeated with the change that peroxidase from Example 2 was used in a concentration of 700 units per μl of brightener. After a few seconds the brightener was completely fragmented.
Beispiel 4 = KontrollversuchExample 4 = control test
Ein entsprechender Versuch analog Beispiel 1, bei dem nur Wasserstoffperoxid, aber kein Enzym eingesetzt wurde, führte unter identischen Bedingungen nicht zur Abnahme der Fluoreszenz. Die Kontrolle mittels Dünnschichtchromatographie ergab nur einen Spot, der dem Aufheller zuzuordnen war.A corresponding experiment analogous to Example 1, in which only hydrogen peroxide but no enzyme was used, did not lead to a decrease in fluorescence under identical conditions. The control by means of thin layer chromatography showed only one spot which could be assigned to the brightener.
Beispiel 5 (AnwendungsbeispieDExample 5 (application example
100 g Basispapier, bestehend aus 70 % gebleichtem Kiefersulfat- und 30 % ge¬ bleichtem Birkensulfat-Zellstoff, das 0,25 % Wirksubstanz gemäß obiger Formel (A) enthielt und einen CIE-Weißgrad von 125 aufwies, wurde bei einer Stoffdichte von 5 % aufgeschlagen (2000 ml, 3000 rpm).100 g base paper, consisting of 70% bleached pine sulfate and 30% bleached birch sulfate pulp, which contained 0.25% active substance according to formula (A) above and had a CIE whiteness of 125, was obtained at a consistency of 5% opened (2000 ml, 3000 rpm).
Zunächst wurden 7000 Endoglucanase-Einheiten (EGU) Cellusoft L zugegebenFirst, 7000 Cellusoft L endoglucanase units (EGU) were added
(10 h, 50°C).(10 h, 50 ° C).
Bei 37°C und pH 6 wurden 30 000 PODU (3 ml), die gemäß Beispiel 2 bestimmt wurden, der Peroxidase aus Beispiel 2 zudosiert. Dann wurde Wasserstoffperoxid (Konzentration in der Stoffsuspension = 0,15 mol/Liter) zugegeben und 120 Minuten bei 37°C gehalten. Der isolierte Zellstoff wurde teilweise abgebaut.At 37 ° C. and pH 6, 30,000 PODU (3 ml), which were determined according to Example 2, were added to the peroxidase from Example 2. Then hydrogen peroxide (concentration in the stock suspension = 0.15 mol / liter) was added and kept at 37 ° C. for 120 minutes. The isolated pulp was partially broken down.
Nach beendeter Enzymbehandlung wurde der Faserbrei auf eine Stoffdichte von 0,5 % verdünnt und auf einem Rapid-Köthen-Blattbildner ein Papierblatt gebildet. Das gebildete Papierblatt hat einen CIE-Weißgrad von 85. Ein nichtaufgehelltes Papier hat üblicherweise einen Weißgrad von 80. Der obige Wert von 85 zeigt demnach den Abbau des Aufhellers an. Beispiel 6 = VergleichsbeispielAfter the enzyme treatment had ended, the fiber pulp was diluted to a consistency of 0.5% and a paper sheet was formed on a Rapid-Köthen sheet former. The paper sheet formed has a CIE whiteness of 85. An unlightened paper usually has a whiteness of 80. The above value of 85 therefore indicates the breakdown of the brightener. Example 6 = comparative example
Die Aufheller-Löschung kann auch erzielt werden, wenn man eine 0,5 %ige Lösung von Aufheller der Formel (A) bei pH 10,5/60°C mit 2 % Kaliumperoxo- disulfat 120 Minuten behandelt. Die Bedingungen für den Abbau des Aufhellers sind jedoch wesentlich drastischer (pH, Temperatur) und erfordern eine höhereThe brightener quenching can also be achieved by treating a 0.5% solution of brightener of the formula (A) at pH 10.5 / 60 ° C. with 2% potassium peroxodisulfate for 120 minutes. However, the conditions for the breakdown of the brightener are much more drastic (pH, temperature) and require a higher one
Einsatzmenge an Oxidationsmittel bei gleichzeitig längerer Verweilzeit. Amount of oxidizing agent used with a longer dwell time.

Claims

Patentansprflche Claims
1. Methode zum oxidativen Abbau von in wäßrigen Systemen fluoreszieren¬ den Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man solche wäßrigen Systeme mit mindestens einem Enzym aus der Gruppe der Oxidasen und Peroxidasen, die sowohl als solche allein vorliegen als auch mit mindestens einem weiteren Enzym mit hydrolytischer Aktivität vergesellschaftet sein können, und mit einem Oxidationsmittel aus der Gruppe von O2, H2O2 und O2 bzw. H2O2 enthaltenden oder bildenden Verbindungen bei einer Temperatur von 5 bis 90°C und einem pH- Wert von 4 bis 10 behandelt.1. Method for the oxidative degradation of fluorescent compounds in aqueous systems, characterized in that such aqueous systems with at least one enzyme from the group of oxidases and peroxidases, which are present as such alone and with at least one further enzyme with hydrolytic Activity can be associated, and with an oxidizing agent from the group of O 2 , H 2 O 2 and O 2 or H 2 O 2 containing or forming compounds at a temperature of 5 to 90 ° C and a pH of 4 to 10 treated.
2. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Vergesell¬ schaftung der Oxidasen und Peroxidasen in Frage kommende Enzym mit hydrolytischer Aktivität mindestens eines aus der Gruppe der Cellulose oder Hemicellulose abbauenden Enzyme, der Lipasen, Amylasen, Proteasen und Dehalogenasen ist.2. The method as claimed in claim 1, characterized in that the enzyme with hydrolytic activity that is suitable for the oxidation of the oxidases and peroxidases is at least one of the enzymes which break down cellulose or hemicellulose, the lipases, amylases, proteases and dehalogenases.
3. Methode nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vergesellschaftete Enzym mit hydrolytischer, Cellulose oder Hemicellulose abbauender Aktivität Cellulase oder Xylanase oder ein Gemisch beider ist.3. Method according to claims 1 and 2, characterized in that the associated enzyme with hydrolytic, cellulose or hemicellulose degrading activity is cellulase or xylanase or a mixture of both.
4. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung bei 10 bis 60°C, bevorzugt 20 bis 55°C durchgeführt wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the treatment is carried out at 10 to 60 ° C, preferably 20 to 55 ° C.
5. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung bei einem pH- Wert von 5 bis 8 durchgeführt wird.5. The method according to claim 1, characterized in that the treatment is carried out at a pH of 5 to 8.
6. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde wäßrige System ein Abwasser oder ein Kreislaufwasser der Behandlung oder der Herstellung von cellulosischem Material oder eine Suspension von cellulosischem Material ist.6. The method according to claim 1, characterized in that the aqueous system to be treated is a waste water or a circulating water of the treatment or the production of cellulosic material or a suspension of cellulosic material.
7. Methode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das cellulosische Material Papier, Pappe oder Karton ist.7. The method according to claim 6, characterized in that the cellulosic material is paper, cardboard or cardboard.
8. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abzubauenden fluoreszierenden Verbindungen als Molekülgerüst die 4,4'-Diaminostilben- disulfonsäure, das Distyryl-benzol, das Distyryl-biphenyl, das Stilbenyl-2H- triazol, das Benzoxazol, das Benzofuran oder das Cumarin enthalten.8. The method according to claim 1, characterized in that the fluorescent compounds to be degraded as a molecular structure, the 4,4'-diaminostilbene disulfonic acid, the distyryl-benzene, the distyryl-biphenyl, the stilbenyl-2H-triazole, the benzoxazole, the benzofuran or the coumarin.
9. Methode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die abzubauenden fluoreszierenden Verbindungen als Molekülgerüst die 4,4'-Diaminostilben- disulfonsäure oder das Distyryl-biphenyl, bevorzugt die 4,4'-Diamino- stilben-disulfonsäure enthalten.9. The method according to claim 8, characterized in that the fluorescent compounds to be degraded contain the 4,4'-diaminostilbene disulfonic acid or the distyryl biphenyl, preferably the 4,4'-diamino stilbene disulfonic acid, as the molecular structure.
10. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in Gegenwart von grenzflächenaktiven Hilfsmitteln durchgeführt wird. 10. The method according to claim 1, characterized in that the treatment is carried out in the presence of surfactants.
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