WO1998005818A1 - Multi-component system for modifying, decomposing, or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances and process for its application - Google Patents

Multi-component system for modifying, decomposing, or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances and process for its application Download PDF

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WO1998005818A1
WO1998005818A1 PCT/EP1997/004173 EP9704173W WO9805818A1 WO 1998005818 A1 WO1998005818 A1 WO 1998005818A1 EP 9704173 W EP9704173 W EP 9704173W WO 9805818 A1 WO9805818 A1 WO 9805818A1
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WO
WIPO (PCT)
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nitrosophenol
lignin
nitroso
acid
component system
Prior art date
Application number
PCT/EP1997/004173
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German (de)
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Inventor
Johannes Freudenreich
Jürgen STOHRER
Manfred Amann
Robert Müller
Original Assignee
Consortium für elektrochemische Industrie GmbH
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Publication date
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C5/00Other processes for obtaining cellulose, e.g. cooking cotton linters ; Processes characterised by the choice of cellulose-containing starting materials
    • D21C5/005Treatment of cellulose-containing material with microorganisms or enzymes
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C9/00After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
    • D21C9/10Bleaching ; Apparatus therefor
    • D21C9/1026Other features in bleaching processes
    • D21C9/1036Use of compounds accelerating or improving the efficiency of the processes

Definitions

  • Multi-component system for changing, breaking down or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances as well as processes for its use
  • the present invention relates to a multi-component system for changing, breaking down or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances, and methods for its use.
  • the sulfate and sulfite processes are the main processes used today for pulp production. Both methods produce pulp under cooking and under pressure.
  • the sulfate process works with the addition of NaOH and Na 2 S, while Ca (HS0 3 ) 2 + S0 2 is used in the sulfite process.
  • the main aim of all processes is to remove the lignin from the plant material, wood or annual plants used.
  • the lignin which is the main constituent of the plant material (stem or stem) with the cellulose and He icellulose, must be removed, otherwise it is not possible to produce non-yellowing and mechanically heavy-duty papers.
  • the wood fabrication processes work with stone grinders (wood sanding) or with refiners (TMP), which defibrillate the wood by grinding after appropriate pretreatment (chemical, thermal or chemical-thermal).
  • Biopulping is the treatment of wood chips with living mushroom systems.
  • Another advantage is the mostly existing improvement in the mechanical properties of the fabric, a disadvantage the poorer final whiteness.
  • Biobleaching also works with in-vivo systems.
  • the boiled pulp (Softwood / Hardwood) is inoculated with fungus before bleaching and treated for days to weeks. Only after this long treatment time does a significant decrease in kappa number and increase in whiteness become apparent, which makes the process uneconomical for implementation in the usual bleaching sequences.
  • Another application that is usually carried out with immobilized fungal systems is the treatment of pulp wastewater, in particular bleaching wastewater, to decolorize it and reduce the AOX (reduction of chlorinated compounds in the wastewater that cause chlorine or chlorine dioxide bleaching stages).
  • chelating substances siderophores such as ammonium oxalate
  • biosurfactants are assumed to be the cofactor.
  • the application PCT / EP87 / 00635 describes a system for removing lignin from lignin-cellulose-containing material with simultaneous bleaching, which works with lignolytic enzymes from white rot fungi with the addition of reducing and oxidizing agents and phenolic compounds as mediators.
  • enhancer substances are organic chemicals which contain at least two aromatic rings, at least one of which is substituted with defined radicals.
  • WO 94/29510 describes a method for enzymatic delignification, in which enzymes are used together with mediators.
  • Compounds with the structure NO, NOH or HRNOH are generally disclosed as mediators.
  • HBT 1-Hydroxy-lH-benzotriazole
  • the present invention relates to a multi-component system for changing, breaking down or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances
  • mediator characterized in that the mediator is selected from the group of vicinally nitroso-substituted aromatic alcohols of the general formulas la or ib
  • R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same or different and are hydrogen, halogen, hydroxy, formyl, carbamoyl, carboxy, ester or salt of carboxy, sulfono, ester or salt of sulfono, sulfamoyl, Nitro-, nitroso-, cyano, amino-, phenyl-, aryl-C 1 -C 5 -alkyl-, C 1 -C 12 -alkyl-, C- j ⁇ -Cg-alkoxy-, C l -C 10 - Carbonyl, arDon y 1 ⁇ c ⁇ " c 6 ⁇ al * : y 1 "'phospho-, phosphono-, Mean phosphonoxy residue, ester or salt of the phosphonoxy residue,
  • carbamoyl, sulfamoyl, amino and phenyl radicals can be unsubstituted or substituted one or more times with a radical R 5 and the aryl-C - ⁇ - Cg-alkyl, C- L -C 12 alkyl, C j ⁇ -CG alkoxy, C 1 -C 10 carboxylic ⁇ y 1 ⁇ 'carbonyl-C - ⁇ - Cg-alkyl radicals can be saturated or unsaturated, may be branched or unbranched, and with a radical R 5 or can be substituted several times, wherein
  • R 5 is the same or different and is hydroxyl, formyl, carboxy, ester or salt of carbox, carbamoyl, sulfono, sulfamoyl, nitro, nitroso, amino, phenyl, C - ⁇ - Cg-alkyl- , C- j ⁇ - C 5 -alkoxy radical means or
  • R 6 , R 7 , R 8 and R 9 are the same or different and have the meanings given for R 1 to R 4 .
  • Aromatic alcohols are preferably to be understood as meaning phenols or higher-condensed derivatives of phenol.
  • Preferred mediators in the multicomponent system according to the invention are compounds of the general formula Ia or Ib, the synthesis of which can be attributed to the nitrosation of substituted phenols.
  • Examples of such compounds are 2-nitrosophenol, 3-methyl-6-nitrosophenol, 2-methyl-6-nitrosophenol, 4-methyl-6-nitrosophenol, 3-ethyl-6-nitrosophenol, 2-ethyl-6-nitrosophenol, 4 -Ethyl-6-nitrosophenol, 4-isopropyl-6-nitrosophenol, 4-tert.butyl-6-nitrosophenol, 2-phenyl-6-nitrosophenol, 2-benzyl-6-nitrosophenol, 4-benzyl-6-nitrosophenol, 2 -Hydroxy-3-nitrosobenzyl alcohol, 2-hydroxy-3-nitrosobenzoic acid,
  • 4-hydroxy-3-nitrosobenzoic acid 2-methoxy-6-nitrosophenol, 3, 4-dimethyl-6-nitrosophenol, 2, 4-dimethyl-6-nitrosophenol, 3, 5-dimethyl-6-nitrosophenol, 2, 5- Dimethyl-6-nitrosophenol, 2-nitrosoresorcinol, 4-nitrosoresorcinol, 2-nitrosoorcinol, 2-nitrosophloroglucin and 4-nitrosopyrogallol, 4-nitroso-3-hydroxyaniline, 4-nitro-2-nitrosophenol.
  • mediators are o-nitroso derivatives of higher condensed aromatic alcohols.
  • examples of such compounds are 2-nitroso-1-naphthol, 1-methyl-3-nitroso-2-naphthol and 9-hydroxy-10-nitroso-phenanthrene.
  • mediators are 1-nitroso-2-naphthol, 1-nitroso-2-naphthol-3, 6-disulfonic acid, 2-nitroso-1-naphthol-4-sulfonic acid,
  • the multicomponent system according to the invention contains mediators which are less expensive than HBT.
  • the invention thus also relates to the use of mediators mentioned in claim 1 as component c) for changing, breaking down or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances.
  • the multicomponent system according to the invention preferably comprises at least one oxidation catalyst.
  • Enzymes are preferably used as oxidation catalysts in the multicomponent system according to the invention.
  • the term enzyme also encompasses enzymatically active proteins or peptides or prosthetic groups of enzymes.
  • the multicomponent system according to the invention can be used as the enzyme
  • Enzymes of the classes mentioned below are preferably used:
  • Class 1.1 enzymes which comprise all dehydrogenases which act on primary, secondary alcohols and semiacetals and which accept NAD + or NADP + (subclass 1.1.1), cytochrome (1.1.2), oxygen (0 2 ) (1.1.3), disulfides (1.1.4), quinones (1.1.5) or the other acceptors (1.1.99).
  • the enzymes of this class are particularly preferred.
  • Class 1.1.5 with quinones as acceptors and the enzymes of class 1.1.3 with oxygen as acceptors.
  • Cellobiose quinone-l-oxidoreductase (1.1.5.1) is particularly preferred in this class.
  • Enzymes of class 1.2 are also preferred.
  • This enzyme class includes those enzymes that oxidize aldehydes to the corresponding acids or oxo groups.
  • the acceptors can be NAD + , NADP + (1.2.1), Cytochro e (1.2.2), Oxygen
  • Enzymes of class 1.3 are also preferred.
  • This class includes enzymes that act on the CH-CH groups of the donor.
  • acceptors are NAD + , NADP + (1.3.1), cytochrome (1.3.2), oxygen (1.3.3), quinones or related
  • Bilirubin oxidase (1.3.3.5) is particularly preferred.
  • the enzymes of class (1.3.3) with oxygen as acceptor and (1.3.5) with quinones etc. as acceptor are also particularly preferred here.
  • class 1.4 enzymes which act on CH-NH 2 groups of the donor.
  • acceptors are NAD + , NADP + (1.4.1), cytochrome (1.4.2), oxygen (1.4.3), disulfides (1.4.4), iron-sulfur proteins (1.4.7) or others Acceptors (1.4.99).
  • Enzymes of class 1.4.3 with oxygen as the acceptor are also particularly preferred here.
  • class 1.5 enzymes which act on CH-NH groups of the donor.
  • the corresponding acceptors are NAD + , NADP + (1.5.1), oxygen (1.5.3), disulfides (1.5.4), quinones (1.5.5) or other acceptors (1.5.99).
  • Enzymes with oxygen (0 2 ) (1.5.3) and with quinones (1.5.5) as acceptors are also particularly preferred here.
  • Enzymes of class 1.6 which act on NADH or NADPH are also preferred.
  • the acceptors here are NADP (1.6.1), heme proteins (1.6.2), disulfides (1.6.4), quinones (1.6.5), N0 2 groups (1.6.6), and a flavin (1.6.8) or some other acceptors (1.6.99).
  • Enzymes of class 1.6.5 with quinones as acceptors are particularly preferred here.
  • class 1.7 enzymes which act as donors on other N0 2 compounds and acceptors cytochrome (1.7.2), oxygen (0 2 ) (1.7.3), iron-sulfur proteins (1.7.7 ) or others (1.7.99).
  • class 1.8 enzymes which act as donors on sulfur groups and acceptors NAD + , NADP (1.8.1), cytochromes (1.8.2), oxygen (0 2 ) (1.8.3), disulfides (1.8 .4), quinones (1.8.5), iron-sulfur proteins (1.8.7) or others (1.8.99).
  • Class 1.8.3 with oxygen is particularly preferred and (1.8.5) with quinones as acceptors.
  • class 1.9 enzymes which act as donors on heme groups and oxygen as acceptors
  • class 1.12 enzymes which act as a donor on hydrogen.
  • the acceptors are NAD or NADP + (1.12.1) or others (1.12.99). Enzymes of class 1.13 and 1.14 (oxigenases) are also preferred.
  • Preferred enzymes are also those of class 1.15 which act as acceptors on superoxide radicals.
  • Superoxide dismutase (1.15.1.1) is particularly preferred here.
  • Enzymes of class 1.16 are also preferred.
  • Enzymes of class 1.16.3.1 (ferroxidase, e.g. Ceruloplas in) are particularly preferred here.
  • Further preferred enzymes are those of group 1.17 (action on CH 2 groups which are oxidized to -CHOH-), 1.18 (action on reduced ferredoxin as donor), 1.19 (action on reduced flavodoxin as donor) and 1.97 (others Oxidoreductases).
  • the enzymes of group 1.11 are also particularly preferred. which act on a peroxide as an acceptor. This only subclass (l.ll.l) contains the peroxidases.
  • the cytochrome C peroxidases (1.11.1.5), catalase (1.11.1.6), the peroxidase (1.11.1.6), the iodide peroxidase (1.11.1.8) and the glutathione peroxidase (1.11.1.9) are particularly preferred here.
  • Enzymes of class 1.10 which act on biphenols and related compounds are very particularly preferred. They catalyze the oxidation of biphenols and ascorbates. NAD + , NADP + (1.10.1), cytochrome (1.10.2), oxygen (1.10.3) or others (1.10.99) act as acceptors.
  • class 1.10.3 enzymes with oxygen (0 2 ) as the acceptor are particularly preferred.
  • the enzymes in this class are catechol oxidase (tyrosinase) (1.10.3.1), L-ascorbate oxidase (1.10.3.3), o-aminophenol oxidase (1.10.3.4) and laccase (benzenediol: oxigen oxidoreductase) (1.10.3.2 ) is preferred, with the laccases (benzene diol: oxigen oxidoreductase) (1.10.3.2) being particularly preferred.
  • the enzymes mentioned are commercially available or can be obtained by standard methods. Plants, animal cells, bacteria and fungi, for example, come into consideration as organisms for the production of the enzymes. Basically, both naturally occurring and genetically modified organisms can be enzyme producers. Parts of unicellular or multicellular organisms are also conceivable as enzyme producers, especially cell cultures.
  • white rot fungi such as pleurus, phlebia and trametes are used, for example.
  • the multi-component system according to the invention comprises at least one oxidizing agent.
  • oxidizing agents are air, oxygen, ozone, H 2 0 2 , organic peroxides, peracids such as peracetic acid, performic acid, persulfuric acid, persitric acid, metachloroperoxybenzoic acid, perchloric acid, perborates, peracetates, persulfates, peroxides or oxygen species and their radicals such as OH, OOH, Singlet oxygen, superoxide (0 2 ⁇ ), ozonide, dioxygenyl cation (0 2 + ), dioxiranes, dioxetanes or fremy radicals can be used.
  • oxidizing agents are used which can either be generated by the corresponding oxidoreductases e.g. Dioxiranes from laccases plus carbonyls or which can chemically regenerate the mediator or implement it directly.
  • oxidoreductases e.g. Dioxiranes from laccases plus carbonyls or which can chemically regenerate the mediator or implement it directly.
  • the invention also relates to the use of substances which, according to the invention, are suitable as mediators for changing, breaking down or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances.
  • Mg 2+ ions can be used as a salt, such as MgS0 4 , at.spi.elswei.se.
  • concentration is in the range of 0.1-2 mg / g lignin-containing. Material, preferably at 0.2-0.6 mg / g.
  • the multicomponent system in addition to the Mg 24 ions also complexing agents such as e.g. Contains ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), hydroxyethylenedia diacetic acid (HEDTA), diethylenetriapentamethylenephosphonic acid (DTMPA), nitrilotriacetic acid (NTA), polyphosphoric acid (PPA) etc.
  • the concentration is in the range of 0.2-5 mg / g of lignin-containing material, preferably 1-3 mg.
  • the use of the multicomponent system according to the invention in a process for treating lignin takes place, for example, in that the components a) to c) mixes according to claim 1 simultaneously or in any order with an aqueous suspension of the lignin-containing material.
  • a process using the multicomponent system according to the invention is preferred in the presence of oxygen or air at atmospheric pressure up to 10 bar and in a pH range from 2 to 11, at a temperature of 20 to 95 ° C., preferably 40-95 ° C. , and a consistency of 0.5 to 40%.
  • a process according to the invention is preferably carried out at consistencies of 8 to 35%, particularly preferably 9 to 15%.
  • the substances used for this purpose are used as chelating agents in the Q stage. They are preferably used in concentrations of 0.1% to 1% (w / w based on dry cellulose), particularly preferably 0.1% to 0.5% (w / w based on dry cellulose).
  • preferably 0.01 to 100,000 IU enzyme per g lignin-containing material are used. It is particularly preferred to use 0.1 to 100, particularly preferably 1 to 40 IU enzyme per g lignin-containing material (1 U corresponds to the conversion of 1 ⁇ mol 2,2'-Azino-bis (3-ethyl-benzothiazoline-6-sulfonic acid diammonium salt) (ABTS) / min / ml enzyme).
  • ABTS 2,2'-Azino-bis (3-ethyl-benzothiazoline-6-sulfonic acid diammonium salt)
  • oxidizing agent preferably 0.01 mg to 100 mg of oxidizing agent are used per g of lignin-containing material. 0.01 to 50 mg of oxidizing agent per g of lignin-containing material are particularly preferably used.
  • 0.5 to 80 mg of mediator per g of lignin-containing material is preferably used.
  • 0.5 to 40 mg of mediator per g of lignin-containing material is particularly preferably used.
  • reducing agents can be added which, together with the existing oxidizing agents, serve to set a certain redox potential.
  • Sodium bisulfite, sodium dithionite, ascorbic acid, thio compounds, mercapto compounds or glutathione etc. can be used as reducing agents.
  • the reaction takes place with air or oxygen supply or oxygen or air overpressure, with the peroxidases (e.g. lignin peroxidases, manganese peroxidases) with hydrogen peroxide.
  • the peroxidases e.g. lignin peroxidases, manganese peroxidases
  • the oxygen can also be generated in situ by hydrogen peroxide + catalase and hydrogen peroxide by glucose + GOD or other systems.
  • radical formers or radical scavengers can be added to the system. These can improve the interaction within the Red / Ox and radical mediators.
  • metal salts can also be added to the reaction solution. These are important in conjunction with chelating agents as radical formers or red / ox centers.
  • the salts form cations in the reaction solution.
  • Such ions include Fe 24-, Fe3 + '
  • the chelates present in the solution can also act as mimic substances for the enzymes, for example for the
  • Laccases copper complexes
  • lignin or manganese peroxidases heme complexes
  • Mimic substances are to be understood as substances that the prosthetic groups of
  • NaOCl can also be added to the reaction mixture. In combination with hydrogen peroxide, this compound can form singlet oxygen.
  • Non-ionic, anionic, cationic and amphoteric surfactants are suitable as such.
  • the detergents can improve the penetration of the enzymes and mediators into the fiber.
  • Glucans, mannans, dextrans, levans, pectins, alginates or plant gums and / or proprietary polysaccharides formed by the fungi or produced in a mixed culture with yeasts are to be mentioned here in particular as polysaccharides and gelatin and albumin as proteins.
  • proteases such as pepsin, bromelin, papain, etc. These can serve, inter alia, to achieve better access to lignin by breaking down the extensin C present in the wood, hydroxyproline-rich protein.
  • Amino acids, simple sugars, oligomer sugars, PEG types of the most varied molecular weights, polyethylene oxides, polyethyleneimines and polydimethylsiloxanes can be considered as further protective colloids.
  • the method according to the invention can be used not only in the delignification (bleaching) of sulfate, sulfite, organosol, etc. Pulp and wood pulp are used, but also in the production of pulp in general, whether from wood or annual plants, if defibrillation by the usual cooking methods (possibly connected with mechanical processes or pressure) i.e. a very gentle cooking up to kappa numbers, which can be in the range of approx. 50 - 120 kappa, is guaranteed.
  • the treatment can be repeated several times, either after washing and extraction of the treated material with NaOH or without these intermediate steps. This leads to kappa values which can be reduced still further and to substantial increases in whiteness.
  • a 0 2 stage can be used before the enzyme / mediator treatment or, as already mentioned, an acid wash or Q stage (chelate stage) can be carried out.
  • Solutions A and B are added together and made up to 33 ml. After adding the pulp, mix with a dough kneader for 2 min.
  • the substance is then placed in a reaction bomb preheated to 45 ° C and incubated under 1-10 bar oxygen pressure for 1-4 hours.
  • the material is then washed over a nylon sieve (30 ⁇ ) and extracted for 1 hour at 60 ° C., 2% consistency and 8% NaOH per g of pulp.
  • the fabric is then washed over a nylon sieve (30 ⁇ m) and extracted for 1 hour at 60 ° C., 2% fabric density and 8% NaOH per g of pulp.
  • Example 5 Enzymatic bleaching with l-nitroso-2-naphthol-3,6-disulfonic acid and Softwood sulfate pulp
  • Solutions A and B are added together and made up to 33 ml. After adding the pulp, mix with a dough kneader for 2 min.
  • the substance is then placed in a reaction bomb preheated to 45 ° C. and incubated under 1-10 bar oxygen pressure for 1-4 hours.
  • the material is then washed over a nylon sieve (30 ⁇ m) and extracted for 1 hour at 60 ° C., 2% consistency and 8% NaOH per g of pulp.

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Abstract

This invention concerns a process for modifying, decomposing or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances containing a) optionally at least one oxidation catalyst and b) at least one suitable oxidizing agent and c) at least one mediator, characterized by the fact that the mediator is chosen from the group of vicinal nitroso-substituted aromatic alcohols of general formulas (Ia) or (Ib), as well as their salts, ethers, or esters.

Description

Mehrkomponentensystem zum Verändern, Abbau oder Bleichen von Lignin, ligninhaltigen Materialien oder ähnlichen Stoffen sowie Verfahren zu seiner AnwendungMulti-component system for changing, breaking down or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances as well as processes for its use
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrkomponentensystem zum Verändern, Abbau oder Bleichen von Lignin, ligninhaltigen Materialien oder ähnlichen Stoffen sowie Verfahren zu seiner Anwendung.The present invention relates to a multi-component system for changing, breaking down or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances, and methods for its use.
Als heute hauptsächlich zur Zellstoffherstellung verwendete Verfahren sind das Sulfat- und das Sulfitverfahren zu nennen. Mit beiden Verfahren wird unter Kochung und unter Druck Zellstoff erzeugt. Das Sulfat-Verfahren arbeitet unter Zusatz von NaOH und Na2S, während im Sulfit-Verfahren Ca(HS03)2 + S02 zur Anwendung kommt.The sulfate and sulfite processes are the main processes used today for pulp production. Both methods produce pulp under cooking and under pressure. The sulfate process works with the addition of NaOH and Na 2 S, while Ca (HS0 3 ) 2 + S0 2 is used in the sulfite process.
Alle Verfahren haben als Hauptziel die Entfernung des Lignins aus dem verwendeten Pflanzenmaterial, Holz oder Einjahrespflanzen.The main aim of all processes is to remove the lignin from the plant material, wood or annual plants used.
Das Lignin, das mit der Cellulose und der He icellulose den Hauptbestandteil des Pflanzenmaterials (Stengel oder Stamm) ausmacht, muß entfernt werden, da es sonst nicht möglich ist, nicht vergilbende und mechanisch hochbelastbare Papiere herzustellen.The lignin, which is the main constituent of the plant material (stem or stem) with the cellulose and He icellulose, must be removed, otherwise it is not possible to produce non-yellowing and mechanically heavy-duty papers.
Die Holzstofferzeugungsverfahren arbeiten mit Steinschleifern (Holzschliff) oder mit Refinern (TMP) , die das Holz nach ent- sprechender Vorbehandlung (chemisch, thermisch oder chemischthermisch) durch Mahlen defibrillieren.The wood fabrication processes work with stone grinders (wood sanding) or with refiners (TMP), which defibrillate the wood by grinding after appropriate pretreatment (chemical, thermal or chemical-thermal).
Diese Holzstoffe besitzen noch einen Großteil des Lignins. Sie werden v. a. für die Herstellung von Zeitungen, Illustrierten, etc. verwendet.These wood materials still contain a large part of the lignin. You will v. a. used for the production of newspapers, magazines, etc.
Seit einigen Jahren werden die Möglichkeiten des Einsatzes von Enzymen für den Ligninabbau erforscht. Der Wirkmechanismus derartiger lignolytischer Systeme ist erst vor wenigen Jahren aufgeklärt worden, als es gelang, durch geeignete Anzuchtbedingungen und Induktorzusätze bei dem Weißfäulepilz Phanero- chaete chrysosporium zu ausreichenden Enzymmengen zu kommen. Hierbei wurden die bis dahin unbekannten Ligninperoxidasen und Manganperoxidasen entdeckt. Da Phanerochaete chrysosporium ein sehr effektiver Ligninabbauer ist, versuchte man dessen Enzyme zu isolieren und in gereinigter Form für den Ligninabbau zu verwenden. Dies gelang jedoch nicht, da sich herausstellte, daß die Enzyme vor allem zu einer Repolymerisation des Lignins und nicht zu dessen Abbau führen.For some years now, the possibilities of using enzymes for lignin degradation have been researched. The mechanism of action Such lignolytic systems were only elucidated a few years ago when it was possible to obtain sufficient amounts of enzyme from the white rot fungus Phanero-chaete chrysosporium through suitable cultivation conditions and inductor additives. The previously unknown lignin peroxidases and manganese peroxidases were discovered. Since Phanerochaete chrysosporium is a very effective lignin degrader, attempts were made to isolate its enzymes and to use them in purified form for lignin degradation. However, this did not succeed because it turned out that the enzymes primarily lead to a repolymerization of the lignin and not to its degradation.
Ähnliches gilt auch für andere lignolytische Enzymspezies wie Laccasen, die das Lignin mit Hilfe von Sauerstoff anstelle von Wasserstoffperoxid oxidativ abbauen. Es konnte festgestellt werden, daß es in allen Fällen zu ähnlichen Prozessen kommt. Es werden nämlich Radikale gebildet, die wieder selbst miteinander reagieren und somit zur Polymerisation führen.The same applies to other lignolytic enzyme species such as laccases, which oxidatively break down the lignin using oxygen instead of hydrogen peroxide. It was found that similar processes occur in all cases. This is because radicals are formed which react with one another again and thus lead to polymerization.
So gibt es heute nur Verfahren, die mit in-vivo Systemen arbeiten (Pilzsysteme) . Hauptschwerpunkte von Optimierungsversuchen sind das sogenannte Biopulping und das Biobleaching.Today there are only processes that work with in vivo systems (mushroom systems). The main focus of optimization attempts is so-called biopulping and biobleaching.
Unter Biopulping versteht man die Behandlung von Holzhack- schnitzeln mit lebenden Pilzsystemen.Biopulping is the treatment of wood chips with living mushroom systems.
Es gibt 2 Arten von Applikationsformen:There are 2 types of application forms:
1. Vorbehandlung von Hackschnitzeln vor dem Refinern oder Mah- len zum Einsparen von Energie bei der Herstellung von Holzstoffen (z.B. TMP oder Holzschliff).1. Pretreatment of wood chips before refining or grinding to save energy in the manufacture of wood materials (e.g. TMP or wood pulp).
Ein weiterer Vorteil ist die meist vorhandene Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Stoffes, ein Nachteil die schlechtere Endweiße.Another advantage is the mostly existing improvement in the mechanical properties of the fabric, a disadvantage the poorer final whiteness.
2. Vorbehandlung von Hackschnitzeln (Softwood/Hardwood) vor der Zellstoffkochung (Kraftprozeß, Sulfitprozeß) . Hier ist das Ziel, die Reduzierung von Kochchemikalien, die Verbesserung der Kochkapazität und "extended cooking".2. Pretreatment of wood chips (Softwood / Hardwood) before cellulose cooking (power process, sulfite process). The goal here is to reduce cooking chemicals, improve cooking capacity and "extended cooking".
Als Vorteile werden auch eine verbesserte Kappareduzierung nach dem Kochen im Vergleich zu einem Kochen ohne Vorbehandlung erreicht.As an advantage, improved kappa reduction after cooking compared to cooking without pretreatment is also achieved.
Nachteile dieser Verfahren sind eindeutig die langen Behand- lungszeiten (mehrere Wochen) und v.a. die nicht gelösteDisadvantages of these procedures are clearly the long treatment times (several weeks) and especially the unresolved
Kontaminierungsgefahr während der Behandlung, wenn man auf die wohl unwirtschaftliche Sterilisation der Hackschnitzel verzichten will.Risk of contamination during treatment if you want to forego the inefficient sterilization of the wood chips.
Das Biobleaching arbeitet ebenfalls mit in-vivo Systemen. Der gekochte Zellstoff (Softwood/Hardwood) wird vor der Bleiche mit Pilz beimpft und für Tage bis Wochen behandelt. Nur nach dieser langen Behandlungszeit zeigt sich eine signifikante Kappazahlerniedrigung und Weißesteigerung, was den Prozeß un- wirtschaftlich für eine Implementierung in den gängigen Bleichsequenzen macht.Biobleaching also works with in-vivo systems. The boiled pulp (Softwood / Hardwood) is inoculated with fungus before bleaching and treated for days to weeks. Only after this long treatment time does a significant decrease in kappa number and increase in whiteness become apparent, which makes the process uneconomical for implementation in the usual bleaching sequences.
Eine weitere meist mit immobilisierten Pilzsystemen durchgeführte Applikation ist die Behandlung von Zellstoffabrikati- onsabwässern, insbesondere Bleichereiabwässern zu deren Entfärbung und Reduzierung des AOX (Reduzierung von chlorierten Verbindungen im Abwasser, die Chlor- oder Chlordioxid-Bleichstufen verursachen) .Another application that is usually carried out with immobilized fungal systems is the treatment of pulp wastewater, in particular bleaching wastewater, to decolorize it and reduce the AOX (reduction of chlorinated compounds in the wastewater that cause chlorine or chlorine dioxide bleaching stages).
Darüber hinaus ist bekannt, Hemicellulasen u.a. Xylanasen, Mannanasen als "Bleichbooster" einzusetzen.It is also known that hemicellulases, etc. Use xylanases, mannanases as "bleach boosters".
Diese Enzyme sollen hauptsächlich gegen das nach dem Kochprozeß das Restlignin zum Teil überdeckende reprecipitierte Xylan wirken und durch dessen Abbau die Zugänglichkeit des Lignins für die in den nachfolgenden Bleichsequenzen angewendeten Bleichchemikalien (v.a. Chlordioxid) erhöhen. Die im Labor nachgewiesenen Einsparungen von Bleichchemikalien wurden in großem Maßstab nur bedingt bestätigt, so daß man diesen Enzymtyp allenfalls als Bleichadditiv einstufen kann.These enzymes are said to act primarily against the reprecipitated xylan, which partially covers the residual lignin after the cooking process, and by breaking it down, increase the accessibility of the lignin for the bleaching chemicals used in the subsequent bleaching sequences (especially chlorine dioxide). The savings in bleaching chemicals demonstrated in the laboratory have been reflected in Large scale confirmed only to a limited extent, so that one can classify this enzyme type as a bleaching additive at best.
Als Cofaktor neben den lignolytischen Enzymen nimmt man Che- latsubstanzen (Siderophoren, wie Ammoniumoxalat) und Biotensi- de an.In addition to the lignolytic enzymes, chelating substances (siderophores such as ammonium oxalate) and biosurfactants are assumed to be the cofactor.
In der Anmeldung PCT/EP87/00635 wird ein System zur Entfernung von Lignin aus lignincellulosehaltigem Material unter gleich- zeitiger Bleiche beschrieben, welches mit lignolytischen Enzymen aus Weißfäulepilzen unter Zusatz von Reduktions- und Oxi- dationsmitteln und phenolischen Verbindungen als Mediatoren arbeitet.The application PCT / EP87 / 00635 describes a system for removing lignin from lignin-cellulose-containing material with simultaneous bleaching, which works with lignolytic enzymes from white rot fungi with the addition of reducing and oxidizing agents and phenolic compounds as mediators.
In der DE 4008893C2 werden zusätzlich zu Red/Ox-System "Mimic Substanzen", die das aktive Zentrum (prosthetische Gruppe) von lignolytischen Enzymen simulieren, zugesetzt. So konnte eine erhebliche Performanceverbesserung erzielt werden.In DE 4008893C2, in addition to the Red / Ox system, “mimic substances” which simulate the active center (prosthetic group) of lignolytic enzymes are added. In this way, a significant improvement in performance could be achieved.
In der Anmeldung PCT/EP92/01086 wird als zusätzliche Verbesserung eine Redoxkaskade mit Hilfe von im Oxidationspotential "abgestimmten" phenolischen oder nichtphenolischen Aromaten eingesetzt.In the application PCT / EP92 / 01086, a redox cascade is used as an additional improvement with the aid of phenolic or non-phenolic aromatics "matched" in the oxidation potential.
Bei allen drei Verfahren ist die Limitierung für einen großtechnischen Einsatz die Anwendbarkeit bei geringen Stoffdichten (bis maximal 4%) und bei den beiden letzten Anmeldungen die Gefahr des "Ausleachens" von Metallen beim Einsatz der Chelatverbindungen, die v.a. bei nachgeschalteten Peroxid- bleichstufen zur Zerstörung des Peroxids führen können.In all three processes, the limitation for large-scale use is the applicability with low consistencies (up to a maximum of 4%) and with the last two applications the risk of "leaching out" of metals when using the chelate compounds, which, above all, in the case of downstream peroxide bleaching stages can lead to the destruction of the peroxide.
Aus WO/12619, WO 94/12620 und WO 94/12621 sind Verfahren bekannt, bei welchen die Aktivität von Peroxidase mittels sogenannter Enhancer-Substanzen gefördert werden.Methods are known from WO / 12619, WO 94/12620 and WO 94/12621 in which the activity of peroxidase is promoted by means of so-called enhancer substances.
Die Enhancer-Substanzen werden in WO 94/12619 anhand ihrer Halbwertslebensdauer charakterisiert. Gemäß WO 94/12620 sind Enhancer-Substanzen durch die Formel A=N-N=B charakterisiert, wobei A und B jeweils definierte cy- clische Reste sind.The enhancer substances are characterized in WO 94/12619 on the basis of their half-life. According to WO 94/12620, enhancer substances are characterized by the formula A = NN = B, where A and B are each defined cyclic radicals.
Gemäß WO 94/12620 sind Enhancer-Substanzen organische Chemikalien, die mindestens zwei aromatische Ringe enthalten, von denen zumindest einer mit jeweils definierten Resten substituiert ist.According to WO 94/12620, enhancer substances are organic chemicals which contain at least two aromatic rings, at least one of which is substituted with defined radicals.
Alle drei Anmeldungen betreffen "dye transfer inhibition" und den Einsatz der jeweiligen Enhancer-Substanzen zusammen mit Peroxidasen als Detergent-Additiv oder Detergent-Zusammenset- zung im Waschmittelbereich. Zwar wird in der Beschreibung der Anmeldung auf eine Verwendbarkeit zum Behandeln von Lignin verwiesen, aber eigene Versuche mit den in den Anmeldungen konkret offenbarten Substanzen zeigten, daß sie als Mediatoren zur Steigerung der Bleichwirkung der Peroxidasen beim Behandeln von ligninhaltigen Materialien keine Wirkung zeigten!All three applications relate to "dye transfer inhibition" and the use of the respective enhancer substances together with peroxidases as a detergent additive or detergent composition in the detergent sector. In the description of the application, reference is made to the usability for treating lignin, but our own experiments with the substances specifically disclosed in the applications showed that they had no effect as mediators for increasing the bleaching effect of the peroxidases when treating materials containing lignin!
WO 94/29510 beschreibt ein Verfahren zur enzymatischen De- lignifizierung, bei dem Enzyme zusammen mit Mediatoren eingesetzt werden. Als Mediatoren werden allgemein Verbindungen mit der Struktur NO-, NOH- oder HRNOH offenbart.WO 94/29510 describes a method for enzymatic delignification, in which enzymes are used together with mediators. Compounds with the structure NO, NOH or HRNOH are generally disclosed as mediators.
Von den in WO 94/29510 aufgeführten Mediatoren liefertOf the mediators listed in WO 94/29510
1-Hydroxy-lH-benzotriazole (HBT) die besten Ergebnisse in der Delignifizierung. HBT hat jedoch verschiedene Nachteile:1-Hydroxy-lH-benzotriazole (HBT) the best results in delignification. However, HBT has several disadvantages:
Es ist nur zu hohen Preisen und nicht in hinreichenden Mengen verfügbar.It is only available at high prices and not in sufficient quantities.
Es reagiert unter Delignifizierungsbedingungen zu lH-Benzotriazol. Diese Verbindung ist relativ schlecht abbaubar und kann in größeren Mengen eine beträchtliche Umweltbela- stung darstellen.It reacts to lH-benzotriazole under delignification conditions. This compound is relatively poorly degradable and can be a considerable environmental burden in larger quantities.
Es führt in gewissem Umfang zu einer Schädigung von Enzymen. Seine Delignifizierungsgeschwindigkeit ist nicht allzu hoch.To some extent, it causes damage to enzymes. Its delignification rate is not too high.
Es ist daher wünschenswert Systeme zum zum Verändern, Abbau oder Bleichen von Lignin, ligninhaltigen Materialien oder ahn- liehen Stoffen zur Verfügung zu stellen, die die genannten Nachteile nicht oder in geringerem Maße aufweisen.It is therefore desirable to provide systems for changing, breaking down or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar materials which do not have the disadvantages mentioned or to a lesser extent.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrkomponentensystem zum Verändern, Abbau oder Bleichen von Lignin, ligninhaltigen Materialien oder ähnlichen Stoffen enthaltendThe present invention relates to a multi-component system for changing, breaking down or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances
a. ggf. mindestens einen Oxidationskatalysator unda. optionally at least one oxidation catalyst and
b. mindestens ein geeignetes Oxidations ittel undb. at least one suitable oxidizing agent and
c. mindestens einen Mediator, dadurch gekennzeichnet, daß der Mediator ausgewählt ist aus der Gruppe vicinal nitrososubstituierter aromatischer Alkohole der allgemeinen Formeln la oder Ibc. at least one mediator, characterized in that the mediator is selected from the group of vicinally nitroso-substituted aromatic alcohols of the general formulas la or ib
Figure imgf000008_0001
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sowie deren Salze, Ether oder Ester, wobeiand their salts, ethers or esters, where
R1 , R2, R3 und R4 gleich oder verschieden sind und Wasserstoff-, Halogen-, Hydroxy-, Formyl-, Carbamoyl-, Carboxyrest, Ester oder Salz des Carboxyrests, Sulfonorest, Ester oder Salz des Sulfonorests, Sulfamoyl-, Nitro-, Nitroso-, Cyano, Amino-, Phenyl-, Aryl-C1-C5-alkyl-, C1-C12-Alkyl-, C-j^-Cg-Alkoxy-, C l-C10-Carbonyl-, arDony1~cι"c 6~al*:y1"' Phospho-, Phosphono-, Phosphono-oxyrest, Ester oder Salz des Phosphonooxyrests bedeuten,R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same or different and are hydrogen, halogen, hydroxy, formyl, carbamoyl, carboxy, ester or salt of carboxy, sulfono, ester or salt of sulfono, sulfamoyl, Nitro-, nitroso-, cyano, amino-, phenyl-, aryl-C 1 -C 5 -alkyl-, C 1 -C 12 -alkyl-, C- j ^ -Cg-alkoxy-, C l -C 10 - Carbonyl, arDon y 1 ~ c ι " c 6 ~ al * : y 1 "'phospho-, phosphono-, Mean phosphonoxy residue, ester or salt of the phosphonoxy residue,
wobei Carbamoyl-, Sulfamoyl-, Amino- und Phenylreste unsubsti- tuiert oder ein- oder mehrfach mit einem Rest R5 substituiert sein können und die Aryl-C-^-Cg-alkyl-, C-L-C12-Alkyl-, C-j^-Cg-Alkoxy-, C1-C10~Carbony1~' Carbonyl-C-^-Cg-alkyl-Reste gesättigt oder ungesättigt, verzweigt oder unverzweigt sein können und mit einem Rest R5 ein- oder mehrfach substituiert sein können, wobeiwhere carbamoyl, sulfamoyl, amino and phenyl radicals can be unsubstituted or substituted one or more times with a radical R 5 and the aryl-C - ^ - Cg-alkyl, C- L -C 12 alkyl, C j ^ -CG alkoxy, C 1 -C 10 carboxylic ~ y 1 ~ 'carbonyl-C - ^ - Cg-alkyl radicals can be saturated or unsaturated, may be branched or unbranched, and with a radical R 5 or can be substituted several times, wherein
R5 gleich oder verschieden ist und Hydroxy-, Formyl-, Carboxyrest, Ester oder Salz des Carboxrests, Carbamoyl-, Sulfono-, Sulfamoyl-, Nitro-, Nitroso-, Amino-, Phenyl-, C-^-Cg-Alkyl-, C-j^ - C5-Alkoxyrest bedeutet oderR 5 is the same or different and is hydroxyl, formyl, carboxy, ester or salt of carbox, carbamoyl, sulfono, sulfamoyl, nitro, nitroso, amino, phenyl, C - ^ - Cg-alkyl- , C- j ^ - C 5 -alkoxy radical means or
die Reste R-^-R4 paarweise zu einem Ring [-CR6R7-]ln verknüpft sind, wobei m ganzzahlig ist und einen Wert von 1 bis 4 bedeutet, oder zu einem Ring [-CR8=CR9-]n verknüpft sind, wobei n ganzzahlig ist und einen Wert von 1 bis 3 bedeutet, undthe radicals R - ^ - R 4 are linked in pairs to form a ring [-CR 6 R 7 -] ln , where m is an integer and has a value from 1 to 4, or to form a ring [-CR 8 = CR 9 -] n are linked, where n is an integer and means a value from 1 to 3, and
R6, R7, R8 und R9 gleich oder verschieden sind und die für R1 bis R4 genannten Bedeutungen haben.R 6 , R 7 , R 8 and R 9 are the same or different and have the meanings given for R 1 to R 4 .
Unter aromatischen Alkoholen sind vorzugsweise Phenole oder höherkondensierte Derivate des Phenols zu verstehen.Aromatic alcohols are preferably to be understood as meaning phenols or higher-condensed derivatives of phenol.
Als Mediatoren im erfindungsgemäßen Mehrkomponentensystem bevorzugt sind Verbindungen der allgemeinen Formel la oder Ib, deren Synthese sich auf die Nitrosierung substituierter Phenole zurückführen läßt. Beispiele für solche Verbindungen sind 2-Nitrosophenol, 3-Methyl-6-nitrosophenol, 2-Methyl-6-nitrosophenol , 4-Methyl-6-nitrosophenol , 3-Ethyl-6-nitrosophenol , 2-Ethyl-6-nitrosophenol , 4-Ethyl-6-nitrosophenol, 4-Isopropyl-6-nitrosophenol, 4-tert.butyl-6-nitrosophenol, 2-Phenyl-6-nitrosophenol, 2-Benzyl-6-nitrosophenol , 4-Benzyl-6-nitrosophenol, 2-Hydroxy-3-nitrosobenzylalkohol, 2-Hydroxy-3-nitrosobenzoesäure,Preferred mediators in the multicomponent system according to the invention are compounds of the general formula Ia or Ib, the synthesis of which can be attributed to the nitrosation of substituted phenols. Examples of such compounds are 2-nitrosophenol, 3-methyl-6-nitrosophenol, 2-methyl-6-nitrosophenol, 4-methyl-6-nitrosophenol, 3-ethyl-6-nitrosophenol, 2-ethyl-6-nitrosophenol, 4 -Ethyl-6-nitrosophenol, 4-isopropyl-6-nitrosophenol, 4-tert.butyl-6-nitrosophenol, 2-phenyl-6-nitrosophenol, 2-benzyl-6-nitrosophenol, 4-benzyl-6-nitrosophenol, 2 -Hydroxy-3-nitrosobenzyl alcohol, 2-hydroxy-3-nitrosobenzoic acid,
4-Hydroxy-3-nitrosobenzoesäure, 2-Methoxy-6-nitrosophenol, 3 , 4-Dimethyl-6-nitrosophenol , 2 , 4-Dimethyl-6-nitrosophenol, 3 , 5-Dimethyl-6-nitrosophenol , 2 , 5-Dimethyl-6-nitrosophenol , 2-Nitrosoresorcin, 4-Nitrosoresorcin, 2-Nitrosoorcin, 2-Nitrosophloroglucin und 4-Nitrosopyrogallol, 4-Nitroso-3-hydroxyanilin, 4-Nitro-2-nitrosophenol.4-hydroxy-3-nitrosobenzoic acid, 2-methoxy-6-nitrosophenol, 3, 4-dimethyl-6-nitrosophenol, 2, 4-dimethyl-6-nitrosophenol, 3, 5-dimethyl-6-nitrosophenol, 2, 5- Dimethyl-6-nitrosophenol, 2-nitrosoresorcinol, 4-nitrosoresorcinol, 2-nitrosoorcinol, 2-nitrosophloroglucin and 4-nitrosopyrogallol, 4-nitroso-3-hydroxyaniline, 4-nitro-2-nitrosophenol.
Als Mediatoren weiterhin bevorzugt sind o-Nitrosoderivate hö- her kondensierter aromatischer Alkohole. Beispiele für solche Verbindungen sind 2-Nitroso-l-naphthol, l-Methyl-3-nitroso-2-naphthol und 9-Hydroxy-10-nitroso-phenanthren.Also preferred as mediators are o-nitroso derivatives of higher condensed aromatic alcohols. Examples of such compounds are 2-nitroso-1-naphthol, 1-methyl-3-nitroso-2-naphthol and 9-hydroxy-10-nitroso-phenanthrene.
Als Mediatoren besonders bevorzugt sind l-Nitroso-2-naphthol, l-Nitroso-2-naphthol-3 , 6-disulfonsäure, 2-Nitroso-l-naphthol-4-sulfonsäure,Particularly preferred mediators are 1-nitroso-2-naphthol, 1-nitroso-2-naphthol-3, 6-disulfonic acid, 2-nitroso-1-naphthol-4-sulfonic acid,
2,4-Dinitroso-l, 3-dihydroxybenzol sowie Ester, Ether oder Salze der genannten Verbindungen.2,4-dinitroso-l, 3-dihydroxybenzene and esters, ethers or salts of the compounds mentioned.
Überraschend wurde gefunden, daß Verbindungen aus der Klasse der 2-Nitroso-phenole oder höher kondensierter Analoga bzw. der in wäßrigen Systemen vorliegenden tautomeren o-Chinonmon- oxime bei Verwendung als Mediatoren in einem Mehrkomponenten- syste keinen der im Stand der Technik genannten Nachteile bekannter Mediatoren in einem Mehrkomponentensystem aufweisen.Surprisingly, it has been found that compounds from the class of the 2-nitroso-phenols or higher condensed analogs or the tautomeric o-quinone monoximes present in aqueous systems, when used as mediators in a multicomponent system, do not have any of the disadvantages mentioned in the prior art Have mediators in a multi-component system.
Das erfindungsgemäße Mehrkomponentensystem enthält Mediatoren, die kostengünstiger als HBT sind.The multicomponent system according to the invention contains mediators which are less expensive than HBT.
Darüber hinaus wird bei Einsatz der erfindungsgemäßen Mediatoren eine Steigerung der Delignifizierungsgeschwindigkeit erzielt.In addition, an increase in the rate of delignification is achieved when using the mediators according to the invention.
Die Erfindung betrifft somit auch die Verwendung von in Anspruch 1 als Komponente c) genannten Mediatoren zum Verändern, Abbau oder Bleichen von Lignin, ligninhaltigen Materialien oder ähnlichen Stoffen. Vorzugsweise umfaßt das erfindungsgemäße Mehrkomponentensystem mindestens einen Oxidationskatalysator .The invention thus also relates to the use of mediators mentioned in claim 1 as component c) for changing, breaking down or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances. The multicomponent system according to the invention preferably comprises at least one oxidation catalyst.
Als Oxidationskatalysatoren werden im erfindungsgemaßen Mehrkomponentensystem bevorzugt Enzyme eingesetzt. Im Sinne der Erfindung umfaßt der Begriff Enzym auch enzymatisch aktive Proteine oder Peptide oder prosthetische Gruppen von Enzymen.Enzymes are preferably used as oxidation catalysts in the multicomponent system according to the invention. For the purposes of the invention, the term enzyme also encompasses enzymatically active proteins or peptides or prosthetic groups of enzymes.
Als Enzym können im erfindungsgemäßen MehrkomponentensyεteThe multicomponent system according to the invention can be used as the enzyme
Oxidoreduktasen der Klassen 1.1.1 bis 1.97 gemäß Internationaler Enzym-Nomenklature, Committee of the International Union of Bioche istry and Molecular Biology (Enzyme Nomenclature, Acade ic Press, Inc., 1992, S. 24-154) eingesetzt werden.Oxidoreductases of classes 1.1.1 to 1.97 according to the International Enzyme Nomenclature, Committee of the International Union of Bioche istry and Molecular Biology (Enzyme Nomenclature, Acade ic Press, Inc., 1992, pp. 24-154) are used.
Vorzugsweise werden Enzyme der im folgenden genannten Klassen eingesetzt:Enzymes of the classes mentioned below are preferably used:
Enzyme der Klasse 1.1, die alle Dehydrogenasen, die auf primä- re, sekundäre Alkohole und Semiacetale wirken, umfassen und die als Akzeptoren NAD+ oder NADP+ (Subklasse 1.1.1), Cyto- chrome (1.1.2), Sauerstoff (02) (1.1.3), Disulfide (1.1.4), Chinone (1.1.5) oder die andere Akzeptoren haben (1.1.99).Class 1.1 enzymes, which comprise all dehydrogenases which act on primary, secondary alcohols and semiacetals and which accept NAD + or NADP + (subclass 1.1.1), cytochrome (1.1.2), oxygen (0 2 ) (1.1.3), disulfides (1.1.4), quinones (1.1.5) or the other acceptors (1.1.99).
Aus dieser Klasse sind besonders bevorzugt die Enzyme derThe enzymes of this class are particularly preferred
Klasse 1.1.5 mit Chinonen als Akzeptoren und die Enzyme der Klasse 1.1.3 mit Sauerstoff als Akzeptor.Class 1.1.5 with quinones as acceptors and the enzymes of class 1.1.3 with oxygen as acceptors.
Insbesondere bevorzugt in dieser Klasse ist Cellobiose: quinone-l-oxidoreduktase (1.1.5.1).Cellobiose: quinone-l-oxidoreductase (1.1.5.1) is particularly preferred in this class.
Weiterhin bevorzugt sind Enzyme der Klasse 1.2. Diese Enzym- klasse umfaßt solche Enzyme, die Aldehyde zu den korrespondierenden Sauren oder Oxo-Gruppen oxidieren. Die Akzeptoren kön- nen NAD+, NADP+ (1.2.1), Cytochro e (1.2.2), SauerstoffEnzymes of class 1.2 are also preferred. This enzyme class includes those enzymes that oxidize aldehydes to the corresponding acids or oxo groups. The acceptors can be NAD + , NADP + (1.2.1), Cytochro e (1.2.2), Oxygen
(1.2.3), Sulfide (1.2.4), Eisen-Schwefel-Proteine (1.2.5) oder andere Akzeptoren (1.2.99) sein. Besonders bevorzugt sind hier die Enzyme der Gruppe (1.2.3) mit Sauerstoff als Akzeptor.(1.2.3), sulfides (1.2.4), iron-sulfur proteins (1.2.5) or other acceptors (1.2.99). The enzymes of group (1.2.3) with oxygen as the acceptor are particularly preferred here.
Weiterhin bevorzugt sind Enzyme der Klasse 1.3.Enzymes of class 1.3 are also preferred.
In dieser Klasse sind Enzyme zusammengefaßt, die auf CH-CH- Gruppen des Donors wirken.This class includes enzymes that act on the CH-CH groups of the donor.
Die entsprechenden Akzeptoren sind NAD+, NADP+ (1.3.1), Cyto- chrome (1.3.2), Sauerstoff (1.3.3), Chinone oder verwandteThe corresponding acceptors are NAD + , NADP + (1.3.1), cytochrome (1.3.2), oxygen (1.3.3), quinones or related
Verbindungen (1.3.5), Eisen-Schwefel-Proteine (1.3.7) oder andere Akzeptoren (1.3.99).Compounds (1.3.5), iron-sulfur proteins (1.3.7) or other acceptors (1.3.99).
Besonders bevorzugt ist die Bilirubinoxidase (1.3.3.5).Bilirubin oxidase (1.3.3.5) is particularly preferred.
Hier sind ebenfalls die Enzyme der Klasse (1.3.3) mit Sauerstoff als Akzeptor und (1.3.5) mit Chinonen etc. als Akzeptor besonders bevorzugt.The enzymes of class (1.3.3) with oxygen as acceptor and (1.3.5) with quinones etc. as acceptor are also particularly preferred here.
Weiterhin bevorzugt sind Enzyme der Klasse 1.4, die auf CH-NH2-Gruppen des Donors wirken.Also preferred are class 1.4 enzymes which act on CH-NH 2 groups of the donor.
Die entsprechenden Akzeptoren sind NAD+, NADP+ (1.4.1), Cyto- chrome (1.4.2), Sauerstoff (1.4.3), Disulfide (1.4.4), Eisen- Schwefel-Proteine (1.4.7) oder andere Akzeptoren (1.4.99).The corresponding acceptors are NAD + , NADP + (1.4.1), cytochrome (1.4.2), oxygen (1.4.3), disulfides (1.4.4), iron-sulfur proteins (1.4.7) or others Acceptors (1.4.99).
Besonders bevorzugt sind auch hier Enzyme der Klasse 1.4.3 mit Sauerstoff als Akzeptor.Enzymes of class 1.4.3 with oxygen as the acceptor are also particularly preferred here.
Weiterhin bevorzugt sind Enzyme der Klasse 1.5, die auf CH-NH- Gruppen des Donors wirken. Die entsprechenden Akzeptoren sind NAD+, NADP+ (1.5.1), Sauerstoff (1.5.3), Disulfide (1.5.4), Chinone (1.5.5) oder andere Akzeptoren (1.5.99). Auch hier sind besonders bevorzugt Enzyme mit Sauerstoff (02) (1.5.3) und mit Chinonen (1.5.5) als Akzeptoren.Also preferred are class 1.5 enzymes which act on CH-NH groups of the donor. The corresponding acceptors are NAD + , NADP + (1.5.1), oxygen (1.5.3), disulfides (1.5.4), quinones (1.5.5) or other acceptors (1.5.99). Enzymes with oxygen (0 2 ) (1.5.3) and with quinones (1.5.5) as acceptors are also particularly preferred here.
Weiterhin bevorzugt sind Enzyme der Klasse 1.6, die auf NADH oder NADPH wirken. Die Akzeptoren sind hier NADP (1.6.1), Hämproteine (1.6.2), Disulfide (1.6.4), Chinone (1.6.5), N02-Gruppen (1.6.6), und ein Flavin (1.6.8) oder einige andere Akzeptoren (1.6.99).Enzymes of class 1.6 which act on NADH or NADPH are also preferred. The acceptors here are NADP (1.6.1), heme proteins (1.6.2), disulfides (1.6.4), quinones (1.6.5), N0 2 groups (1.6.6), and a flavin (1.6.8) or some other acceptors (1.6.99).
Besonders bevorzugt sind hier Enzyme der Klasse 1.6.5 mit Chinonen als Akzeptoren.Enzymes of class 1.6.5 with quinones as acceptors are particularly preferred here.
Weiterhin bevorzugt sind Enzyme der Klasse 1.7, die auf andere N02-Verbindungen als Donatoren wirken und als Akzeptoren Cyto- chrome (1.7.2), Sauerstoff (02) (1.7.3), Eisen-Schwefel-Proteine (1.7.7) oder andere (1.7.99) haben.Also preferred are class 1.7 enzymes which act as donors on other N0 2 compounds and acceptors cytochrome (1.7.2), oxygen (0 2 ) (1.7.3), iron-sulfur proteins (1.7.7 ) or others (1.7.99).
Hier sind besonders bevorzugt die Klasse 1.7.3 mit Sauerstoff als Akzeptor.Class 1.7.3 with oxygen as the acceptor is particularly preferred here.
Weiterhin bevorzugt sind Enzyme der Klasse 1.8, die auf Schwefelgruppen als Donatoren wirken und als Akzeptoren NAD+, NADP (1.8.1), Cytochrome (1.8.2), Sauerstoff (02) (1.8.3), Disulfi- de (1.8.4), Chinone (1.8.5), Eisen-Schwefel-Proteine (1.8.7) oder andere (1.8.99) haben.Also preferred are class 1.8 enzymes, which act as donors on sulfur groups and acceptors NAD + , NADP (1.8.1), cytochromes (1.8.2), oxygen (0 2 ) (1.8.3), disulfides (1.8 .4), quinones (1.8.5), iron-sulfur proteins (1.8.7) or others (1.8.99).
Besonders bevorzugt ist die Klasse 1.8.3 mit Sauerstoff
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und (1.8.5) mit Chinonen als Akzeptoren.
Class 1.8.3 with oxygen is particularly preferred
Figure imgf000013_0001
and (1.8.5) with quinones as acceptors.
Weiterhin bevorzugt sind Enzyme der Klasse 1.9, die auf Häm- gruppen als Donatoren wirken und als Akzeptoren SauerstoffAlso preferred are class 1.9 enzymes which act as donors on heme groups and oxygen as acceptors
(02) (1.9.3), N02-Verbindungen (1.9.6) und andere (1.9.99) haben.(0 2 ) (1.9.3), N0 2 compounds (1.9.6) and others (1.9.99).
Besonders bevorzugt ist hier die Gruppe 1.9.3 mit SauerstoffGroup 1.9.3 with oxygen is particularly preferred here
(02) als Akzeptor (Cytochromoxidasen) .(0 2 ) as acceptor (cytochrome oxidases).
Weiterhin bevorzugt sind Enzyme der Klasse 1.12, die auf Was- serstoff als Donor wirken.Also preferred are class 1.12 enzymes which act as a donor on hydrogen.
Die Akzeptoren sind NAD oder NADP+ (1.12.1) oder andere (1.12.99) . Desweiteren bevorzugt sind Enzyme der Klasse 1.13 und 1.14 (Oxigenasen) .The acceptors are NAD or NADP + (1.12.1) or others (1.12.99). Enzymes of class 1.13 and 1.14 (oxigenases) are also preferred.
Weiterhin sind bevorzugte Enzyme die der Klasse 1.15 , die auf Superoxid-Radikale als Akzeptoren wirken.Preferred enzymes are also those of class 1.15 which act as acceptors on superoxide radicals.
Besonders bevorzugt ist hier die Superoxid-Dismutase (1.15.1.1) .Superoxide dismutase (1.15.1.1) is particularly preferred here.
Weiterhin sind bevorzugt Enzyme der Klasse 1.16.Enzymes of class 1.16 are also preferred.
Als Akzeptoren wirken NAD+ oder NADP+ (1.16.1) oder Sauerstoff (02) (1.16.3).NAD + or NADP + (1.16.1) or oxygen (0 2 ) (1.16.3) act as acceptors.
Besonders bevorzugt sind hier Enzyme der Klasse 1.16.3.1 (Ferroxidase, z.B. Ceruloplas in) .Enzymes of class 1.16.3.1 (ferroxidase, e.g. Ceruloplas in) are particularly preferred here.
Weiterhin bevorzugte Enzyme sind diejenigen, die der Gruppe 1.17 (Wirkung auf CH2-Gruppen, die zu -CHOH- oxidiert werden), 1.18 (Wirkung auf reduziertes Ferredoxin als Donor) , 1.19 (Wirkung auf reduziertes Flavodoxin als Donor) und 1.97 (andere Oxidoreduktasen) angehören.Further preferred enzymes are those of group 1.17 (action on CH 2 groups which are oxidized to -CHOH-), 1.18 (action on reduced ferredoxin as donor), 1.19 (action on reduced flavodoxin as donor) and 1.97 (others Oxidoreductases).
Weiterhin besonders bevorzugt sind die Enzyme der Gruppe 1.11. die auf ein Peroxid als Akzeptor wirken. Diese einzige Subklasse (l.ll.l) enthält die Peroxidasen.The enzymes of group 1.11 are also particularly preferred. which act on a peroxide as an acceptor. This only subclass (l.ll.l) contains the peroxidases.
Besonders bevorzugt sind hier die Cytochrom-C-Peroxidasen (1.11.1.5), Catalase (1.11.1.6), die Peroxydase (1.11.1.6), die Iodid-Peroxidase (1.11.1.8), die Glutathione-Peroxidase (1.11.1.9), die Chlorid-Peroxidase (1.11.1.10), die L-Ascor- bat-Peroxidase (1.11.1.11), die Phospholipid-Hydroperoxid- Glutathione-Peroxidase (1.11.1.12), die Mangan-Peroxidase (1.12.1.13), die Diarylpropan-Peroxidase (Ligninase, Lignin- Peroxidase) (1.11.1.14). Ganz besonders bevorzugt sind Enzyme der Klasse 1.10, die auf Biphenole und verwandten Verbindungen wirken. Sie katalysieren die Oxidation von Biphenolen und Ascorbaten. Als Akzeptoren fungieren NAD+, NADP+ (1.10.1), Cytochrome (1.10.2), Sauer- stoff (1.10.3) oder andere (1.10.99).The cytochrome C peroxidases (1.11.1.5), catalase (1.11.1.6), the peroxidase (1.11.1.6), the iodide peroxidase (1.11.1.8) and the glutathione peroxidase (1.11.1.9) are particularly preferred here. , the chloride peroxidase (1.11.1.10), the L-Ascorbat peroxidase (1.11.1.11), the phospholipid hydroperoxide-glutathione peroxidase (1.11.1.12), the manganese peroxidase (1.12.1.13), the Diarylpropane peroxidase (ligninase, lignin peroxidase) (1.11.1.14). Enzymes of class 1.10 which act on biphenols and related compounds are very particularly preferred. They catalyze the oxidation of biphenols and ascorbates. NAD + , NADP + (1.10.1), cytochrome (1.10.2), oxygen (1.10.3) or others (1.10.99) act as acceptors.
Von diesen wiederum sind Enzyme der Klasse 1.10.3 mit Sauerstoff (02) als Akzeptor besonders bevorzugt.Of these in turn, class 1.10.3 enzymes with oxygen (0 2 ) as the acceptor are particularly preferred.
Von den Enzymen dieser Klasse sind die Enzyme Catechol Oxidase (Tyrosinase) (1.10.3.1), L-Ascorbate Oxidase (1.10.3.3), o-A- minophenol Oxidase (1.10.3.4) und Laccase (Benzoldiol: Oxigen Oxidoreduktase) (1.10.3.2) bevorzugt, wobei die Laccasen (Benzoldiol: Oxigen Oxidoreduktase) (1.10.3.2) insbesondere bevor- zugt sind.Of the enzymes in this class, the enzymes are catechol oxidase (tyrosinase) (1.10.3.1), L-ascorbate oxidase (1.10.3.3), o-aminophenol oxidase (1.10.3.4) and laccase (benzenediol: oxigen oxidoreductase) (1.10.3.2 ) is preferred, with the laccases (benzene diol: oxigen oxidoreductase) (1.10.3.2) being particularly preferred.
Die genannten Enzyme sind käuflich erhältlich oder lassen sich nach Standardverfahren gewinnen. Als Organismen zur Produktion der Enzyme kommen beispielsweise Pflanzen, tierische Zellen, Bakterien und Pilze in Betracht. Grundsätzlich können sowohl natürlich vorkommende als auch gentechnisch veränderte Organismen Enzymproduzenten sein. Ebenso sind Teile von einzelligen oder mehrzelligen Organismen als Enzymproduzenten denkbar, vor allem Zellkulturen.The enzymes mentioned are commercially available or can be obtained by standard methods. Plants, animal cells, bacteria and fungi, for example, come into consideration as organisms for the production of the enzymes. Basically, both naturally occurring and genetically modified organisms can be enzyme producers. Parts of unicellular or multicellular organisms are also conceivable as enzyme producers, especially cell cultures.
Für die insbesondere bevorzugten Enzyme, wie die aus der Gruppe 1.11.1 vor allem aber 1.10.3 und insbesondere zur Produktion von Laccasen werden beispielsweise Weißfäulepilze wie Pleu- rotus, Phlebia und Trametes verwendet.For the particularly preferred enzymes, such as those from group 1.11.1, but especially 1.10.3, and in particular for the production of laccases, white rot fungi such as pleurus, phlebia and trametes are used, for example.
Das erfindungsgemäße Mehrkomponentensystem umfaßt mindestens ein Oxidationsmittel . Als Oxidationsmittel können beispielsweise Luft, Sauerstoff, Ozon, H202, organische Peroxide, Persäuren wie die Peressigsäure, Perameisensäure, Perschwefelsäu- re, Persalpetersäure, Metachlorperoxibenzosaure, Perchlorsäure, Perborate, Peracetate, Persulfate, Peroxide oder Sauer- stoffspezies und deren Radikale wie OH, OOH, Singulettsauerstoff, Superoxid (02~) , Ozonid, Dioxygenyl-Kati- on (02 +) , Dioxirane, Dioxetane oder Fremy Radikale eingesetzt werden.The multi-component system according to the invention comprises at least one oxidizing agent. Examples of oxidizing agents are air, oxygen, ozone, H 2 0 2 , organic peroxides, peracids such as peracetic acid, performic acid, persulfuric acid, persitric acid, metachloroperoxybenzoic acid, perchloric acid, perborates, peracetates, persulfates, peroxides or oxygen species and their radicals such as OH, OOH, Singlet oxygen, superoxide (0 2 ~), ozonide, dioxygenyl cation (0 2 + ), dioxiranes, dioxetanes or fremy radicals can be used.
Vorzugsweise werden solche Oxidationsmittel eingesetzt, die entweder durch die entsprechenden Oxidoreduktasen generiert werden können z.B. Dioxirane aus Laccasen plus Carbonylen oder die chemisch den Mediator regenerieren können oder diesen direkt umsetzen können.Preferably oxidizing agents are used which can either be generated by the corresponding oxidoreductases e.g. Dioxiranes from laccases plus carbonyls or which can chemically regenerate the mediator or implement it directly.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung von Substanzen, welche erfindungsgemäß als Mediatoren geeignet sind zum Verändern, Abbau oder Bleichen von Lignin, ligninhaltigen Materialien oder ähnlichen Stoffen.The invention also relates to the use of substances which, according to the invention, are suitable as mediators for changing, breaking down or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances.
Die Wirksamkeit des Mehrkomponentensystems beim Verändern, Abbau oder Bleichen von Lignin, ligninhaltigen Materialien oder ähnlichen Stoffen ist häufig nochmals gesteigert, wenn neben den genannten Bestandteilen noch Mg 2+ Ionen vorhanden sind. Die Mg 2+ Ionen können bei.spi.elswei.se als Salz, wie z.B. MgS04, eingesetzt werden. Die Konzentration liegt im Bereich von 0,1 - 2 mg/g ligninhaltigen. Material, vorzugsweise bei 0,2 - 0,6 mg/g.The effectiveness of the multi-component system when changing, breaking down or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances is often further increased if Mg 2+ ions are present in addition to the components mentioned. The Mg 2+ ions can be used as a salt, such as MgS0 4 , at.spi.elswei.se. The concentration is in the range of 0.1-2 mg / g lignin-containing. Material, preferably at 0.2-0.6 mg / g.
In manchen Fällen läßt sich eine weitere Steigerung der Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Mehrkomponentensystems dadurch erreichen, daß das Mehrkomponentensystem neben den Mg 24- Ionen auch Komplexbildner wie z.B. Ethylendiamintetraessigsäure (ED- TA) , Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA) , Hydroxyethylen- dia intriessigsäure (HEDTA) , Diethylentria inpentamethylen- phosphonsäure (DTMPA) , Nitrilotriessigsäure (NTA) , Polyphos- phorsäure (PPA) etc. enthält. Die Konzentration liegt im Bereich von 0,2 - 5 mg/g ligninhaltigem Material, vorzugsweise bei 1 - 3 mg.In some cases a further increase in the effectiveness of the multicomponent system according to the invention can be achieved in that the multicomponent system in addition to the Mg 24 ions also complexing agents such as e.g. Contains ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), hydroxyethylenedia diacetic acid (HEDTA), diethylenetriapentamethylenephosphonic acid (DTMPA), nitrilotriacetic acid (NTA), polyphosphoric acid (PPA) etc. The concentration is in the range of 0.2-5 mg / g of lignin-containing material, preferably 1-3 mg.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Mehrkomponentensystems in einem Verfahren zu Behandeln von Lignin erfolgt beispielsweise dadurch, daß man die jeweils ausgewählten Komponenten a) bis c) gemäß Anspruch 1 gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge mit einer wassrigen Suspension des ligninhaltigen Materials mischt.The use of the multicomponent system according to the invention in a process for treating lignin takes place, for example, in that the components a) to c) mixes according to claim 1 simultaneously or in any order with an aqueous suspension of the lignin-containing material.
Vorzugsweise wird ein Verfahren unter Einsatz des erfindungs- ge aßen Mehrkomponentensystems in Gegenwart von Sauerstoff oder Luft bei Normaldruck bis 10 bar und in einem pH-Bereich von 2 bis 11, bei einer Temperatur von 20 bis 95°C, vorzugsweise 40 - 95°C, und einer Stoffdichte von 0,5 bis 40 % durchgeführt.A process using the multicomponent system according to the invention is preferred in the presence of oxygen or air at atmospheric pressure up to 10 bar and in a pH range from 2 to 11, at a temperature of 20 to 95 ° C., preferably 40-95 ° C. , and a consistency of 0.5 to 40%.
Ein für den Einsatz von Enzymen bei der Zellsto fbleiche ungewöhnlicher und berraschender Befund ist, daß beim Einsatz des erfindungsgemaßen Mehrkomponentensystems eine Steigerung der Stoffdichte eine erhebliche Steigerung der Kappaerniedrigung ermöglicht .An unusual and surprising finding for the use of enzymes in cell pulp bleaching is that when the multicomponent system according to the invention is used, an increase in the consistency enables a significant increase in the kappa reduction.
Aus ökonomischen Gründen bevorzugt wird ein erfindungsgemaßes Verfahren bei Stoffdichten von 8 bis 35 %, besonders bevorzugt 9 bis 15 % durchgeführt.For economic reasons, a process according to the invention is preferably carried out at consistencies of 8 to 35%, particularly preferably 9 to 15%.
Überraschenderweise zeigte sich ferner, daß eine saure Wasche (pH 2 bis 6, vorzugsweise 4 bis 5) oder Q-Stufe (pH-Wert 2 bis 6, vorzugsweise 4 bis 5) vor der Enzym-Mediatorstufe bei man- chen Zellstoffen zu einer erheblichen Kappazahlerniedrigung im Vergleich zur Behandlung ohne diese spezielle Vorbehandlung fuhrt. In der Q-Stufe werden als Chelatbildner die zu diesem Zwecke üblichen Substanzen (wie z.B. EDTA, DTPA) eingesetzt. Sie werden vorzugsweise in Konzentrationen von 0,1 % bis 1 % (w/w bezogen auf trockenen Zellstoff), besonders bevorzugt 0,1 % bis 0,5 % (w/w bezogen auf trockenen Zellstoff) eingesetzt.Surprisingly, it was also found that an acid wash (pH 2 to 6, preferably 4 to 5) or Q stage (pH 2 to 6, preferably 4 to 5) before the enzyme mediator stage led to a considerable degree in some pulps Lowering the kappa number compared to treatment without this special pretreatment leads. The substances used for this purpose (such as EDTA, DTPA) are used as chelating agents in the Q stage. They are preferably used in concentrations of 0.1% to 1% (w / w based on dry cellulose), particularly preferably 0.1% to 0.5% (w / w based on dry cellulose).
Im erfindungsgemaßen Verfahren werden vorzugsweise 0,01 bis 100.000 IU Enzym pro g ligninhaltiges Material eingesetzt. Be- sonders bevorzugt werden 0,1 bis 100 insbesondere bevorzugt werden 1 bis 40 IU Enzym pro g ligninhaltiges Material eingesetzt (1 U entspricht dem Umsatz von 1 μmol 2,2' -Azino-bis (3-ethyl-benzothiazolin-6-sulfonsäure-diammonium salz) (ABTS) / min / ml Enzym) .In the process according to the invention, preferably 0.01 to 100,000 IU enzyme per g lignin-containing material are used. It is particularly preferred to use 0.1 to 100, particularly preferably 1 to 40 IU enzyme per g lignin-containing material (1 U corresponds to the conversion of 1 μmol 2,2'-Azino-bis (3-ethyl-benzothiazoline-6-sulfonic acid diammonium salt) (ABTS) / min / ml enzyme).
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise 0,01 mg bis 100 mg Oxidationsmittel pro g ligninhaltigem Material eingesetzt. Besonders bevorzugt werden 0,01 bis 50 mg Oxidationsmittel pro g ligninhaltigem Material eingesetzt.In the process according to the invention, preferably 0.01 mg to 100 mg of oxidizing agent are used per g of lignin-containing material. 0.01 to 50 mg of oxidizing agent per g of lignin-containing material are particularly preferably used.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise 0,5 bis 80 mg Mediator pro g ligninhaltigem Material eingesetzt. Besonders bevorzugt werden 0,5 bis 40 mg Mediator pro g ligninhaltigem Material eingesetzt.In the method according to the invention, 0.5 to 80 mg of mediator per g of lignin-containing material is preferably used. 0.5 to 40 mg of mediator per g of lignin-containing material is particularly preferably used.
Gleichzeitig können Reduktionsmittel zugegeben werden, die zu- sammen mit den vorhandenen Oxidations itteln zur Einstellung eines bestimmten Redoxpotentials dienen.At the same time, reducing agents can be added which, together with the existing oxidizing agents, serve to set a certain redox potential.
Als Reduktionsmittel können Natrium-Bisulfit, Natrium-Dithio- nit, Ascorbinsäure, Thioverbindungen, Mercaptoverbindungen oder Glutathion etc. eingesetzt werden.Sodium bisulfite, sodium dithionite, ascorbic acid, thio compounds, mercapto compounds or glutathione etc. can be used as reducing agents.
Die Reaktion läuft beispielsweise bei Laccase unter Luft- oder Sauerstoffzufuhr oder Sauerstoff- bzw. Luftüberdruck ab, bei den Peroxidasen (z.B. Ligninperoxidasen, Manganperoxidasen) mit Wasserstoffperoxid. Dabei können beispielsweise der Sauerstoff auch durch Wasserstoffperoxid + Katalase und Wasserstoffperoxid durch Glucose + GOD oder andere Systeme in situ generiert werden.In the case of laccase, for example, the reaction takes place with air or oxygen supply or oxygen or air overpressure, with the peroxidases (e.g. lignin peroxidases, manganese peroxidases) with hydrogen peroxide. For example, the oxygen can also be generated in situ by hydrogen peroxide + catalase and hydrogen peroxide by glucose + GOD or other systems.
Außerdem können dem System Radikalbildner oder Radikalfänger (Abfangen von beispielsweise OH oder OOH Radikalen) zugesetzt werden. Diese können das Zusammenspiel innerhalb der Red/Ox- und Radikalmediatoren verbessern.In addition, radical formers or radical scavengers (trapping, for example, OH or OOH radicals) can be added to the system. These can improve the interaction within the Red / Ox and radical mediators.
Der Reaktionslösung können auch weitere Metallsalze zugegeben werden. Diese sind im Zusammenwirken mit Chelatbildnern als Radikalbildner oder Red/Ox-Zentren wichtig. Die Salze bilden in der Reaktionslösung Kationen. Solche Ionen sind u.a. Fe 24-, Fe3+'Other metal salts can also be added to the reaction solution. These are important in conjunction with chelating agents as radical formers or red / ox centers. The salts form cations in the reaction solution. Such ions include Fe 24-, Fe3 + '
Mn2+, Mn3+, Mn4+, Cu2+, Ca2+, Ti3+, Cer4+, Al3+.Mn 2+ , Mn 3+ , Mn 4+ , Cu 2+ , Ca 2+ , Ti 3+ , Cer 4+ , Al 3+ .
Die in der Lösung vorhandenen Chelate können darüber hinaus als Mimicsubstanzen für die Enzyme, beispielsweise für dieThe chelates present in the solution can also act as mimic substances for the enzymes, for example for the
Laccasen (Kupferkomplexe) oder für die Lignin- oder Manganper- oxidasen (Hämkomplexe) dienen. Unter Mimicsubstanzen sind sol- ehe Stoffe zu verstehen, die die prosthetischen Gruppen vonLaccases (copper complexes) or for the lignin or manganese peroxidases (heme complexes). Mimic substances are to be understood as substances that the prosthetic groups of
(hier) Oxidoreduktasen simulieren und z.B. Oxidationsreaktio- nen katalysieren können.(here) simulate oxidoreductases and e.g. Can catalyze oxidation reactions.
Weiterhin kann dem Reaktionsgemisch NaOCl zugesetzt werden. Diese Verbindung kann im Zusammenspiel mit Wasserstoffperoxid Singulettsauerstoff bilden.NaOCl can also be added to the reaction mixture. In combination with hydrogen peroxide, this compound can form singlet oxygen.
Schließlich ist es auch möglich, unter Einsatz von Detergenti- en zu arbeiten. Als solche kommen nicht-ionische, anionische, kationische und amphotere Tenside in Betracht. Die Detergenti- en können die Penetration der Enzyme und Mediatoren in die Faser verbessern.Finally, it is also possible to work using detergents. Non-ionic, anionic, cationic and amphoteric surfactants are suitable as such. The detergents can improve the penetration of the enzymes and mediators into the fiber.
Ebenso kann es für die Reaktion förderlich sein, Polysacchari- de und/oder Proteine zuzusetzen. Hier sind insbesondere als Polysaccharide Glucane, Mannane, Dextrane, Lävane, Pektine, Alginate oder Pflanzengummis und/oder eigene von den Pilzen gebildete oder in der Mischkultur mit Hefen produzierte Polysaccharide und als Proteine Gelantine und Albumin zu nennen.It may also be beneficial for the reaction to add polysaccharides and / or proteins. Glucans, mannans, dextrans, levans, pectins, alginates or plant gums and / or proprietary polysaccharides formed by the fungi or produced in a mixed culture with yeasts are to be mentioned here in particular as polysaccharides and gelatin and albumin as proteins.
Diese Stoffe dienen hauptsächlich als Schutzkolloide für die Enzyme.These substances mainly serve as protective colloids for the enzymes.
Weitere Proteine, die zugesetzt werden können, sind Proteasen wie Pepsin, Bromelin, Papain usw.. Diese können u.a. dazu dienen, durch den Abbau des im Holz vorhandenen Extensins C, hydroxyprolinreiches Protein, einen besseren Zugang zum Lignin zu erreichen. Als weitere Schutzkolloide kommen Aminosäuren, Einfachzucker, Oligomerzucker, PEG-Typen der verschiedensten Molekulargewichte, Polyethylenoxide, Polyethylenimine und Polydimethylsiloxa- ne in Frage.Other proteins that can be added are proteases such as pepsin, bromelin, papain, etc. These can serve, inter alia, to achieve better access to lignin by breaking down the extensin C present in the wood, hydroxyproline-rich protein. Amino acids, simple sugars, oligomer sugars, PEG types of the most varied molecular weights, polyethylene oxides, polyethyleneimines and polydimethylsiloxanes can be considered as further protective colloids.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur bei der Deligni- fizierung (Bleiche) von Sulfat-, Sulfit-, Organosol-, o.a. Zellstoffen und von Holzstoffen eingesetzt werden, sondern auch bei der Herstellung von Zellstoffen allgemein, sei es aus Holz- oder Einjahrespflanzen, wenn eine Defibrillierung durch die üblichen Kochverfahren (verbunden eventuell mit mechanischen Verfahren oder Druck) d.h. eine sehr schonende Kochung bis zu Kappazahlen, die im Bereich von ca. 50 - 120 Kappa liegen können, gewährleistet ist.The method according to the invention can be used not only in the delignification (bleaching) of sulfate, sulfite, organosol, etc. Pulp and wood pulp are used, but also in the production of pulp in general, whether from wood or annual plants, if defibrillation by the usual cooking methods (possibly connected with mechanical processes or pressure) i.e. a very gentle cooking up to kappa numbers, which can be in the range of approx. 50 - 120 kappa, is guaranteed.
Bei der Bleiche von Zellstoffen wie auch bei der Herstellung von Zellstoffen kann die Behandlung mehrfach wiederholt werden, entweder nach Wäsche und Extraktion des behandelten Stof- fes mit NaOH oder ohne diese Zwischenschritte. Dies führt zu noch wesentlich weiter reduzierbaren Kappawerten und zu erheblichen Weißesteigerungen. Ebenso kann vor der Enzym/Mediatorbehandlung eine 02-Stufe eingesetzt werden oder auch wie bereits erwähnt eine saure Wäsche oder Q-Stufe (Chelatstufe) ausgeführt werden.In the bleaching of cellulose as well as in the production of cellulose, the treatment can be repeated several times, either after washing and extraction of the treated material with NaOH or without these intermediate steps. This leads to kappa values which can be reduced still further and to substantial increases in whiteness. Likewise, a 0 2 stage can be used before the enzyme / mediator treatment or, as already mentioned, an acid wash or Q stage (chelate stage) can be carried out.
Im folgenden wird Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert:The invention is explained in more detail below with the aid of examples:
Beispiel lExample 1
Enzymatische Bleiche mit l-Nitroso-2-naphthol und SoftwoodEnzymatic bleaching with l-nitroso-2-naphthol and softwood
SulfatzellstoffSulfate pulp
5 g atro Zellstoff (Softwood 02 delignifiziert) , Stoffdichte 30% (ca. 17 g feucht) werden zu folgenden Lösungen gegeben: A) 20 ml Leitungswasser werden mit 65 mg l-Nitroso-2-naphthol unter Rühren versetzt, der pH-Wert mit 0,5 mol/1 H2S04-Lsg. so eingestellt, daß nach Zugabe des Zellstoffs und des Enzyms pH 4,5 resultiert.5 g dry cellulose (Softwood 0 2 delignified), consistency 30% (approx. 17 g moist) are added to the following solutions: A) 20 ml tap water are mixed with 65 mg l-nitroso-2-naphthol with stirring, the pH Value with 0.5 mol / 1 H 2 S0 4 solution. so adjusted that pH 4.5 results after addition of the pulp and the enzyme.
B) 5 ml Leitungswasser werden mit der Menge Laccase von Trame- tes versicolor versetzt, daß eine Aktivität von 15 U (1 U = Umsatz von 1 μ ol ABTS/min/ml Enzym) pro g Zellstoff resultiert.B) 5 ml of tap water are mixed with the amount of Laccase from Trame- tes versicolor that an activity of 15 U (1 U = conversion of 1 μ ol ABTS / min / ml enzyme) results per g of pulp.
Die Lösungen A und B werden zusammen gegeben und auf 33 ml aufgefüllt. Nach Zugabe des Zellstoffes wird für 2 min mit einem Teigkne- ter gemixt.Solutions A and B are added together and made up to 33 ml. After adding the pulp, mix with a dough kneader for 2 min.
Danach wird der Stoff in eine auf 45°C vorgeheizte Reaktionsbombe gegeben und unter 1 - 10 bar SauerstoffÜberdruck für 1 - 4 Stunden inkubiert. Danach wird der Stoff über einem Nylonsieb (30 μ ) gewaschen und 1 Stunde bei 60 °C, 2% Stoffdichte und 8% NaOH pro g Zellstoff extrahiert.The substance is then placed in a reaction bomb preheated to 45 ° C and incubated under 1-10 bar oxygen pressure for 1-4 hours. The material is then washed over a nylon sieve (30 μ) and extracted for 1 hour at 60 ° C., 2% consistency and 8% NaOH per g of pulp.
Nach erneuter Wäsche des Stoffes wird die Kappazahl bestimmt. Ergebnis vergl. Tabelle 1After washing the fabric again, the kappa number is determined. Result see Table 1
Beispiel 2Example 2
Enzymatische Bleiche mit 2-Nitroso-l-naphthol und SoftwoodEnzymatic bleach with 2-nitroso-l-naphthol and softwood
SulfatzellstoffSulfate pulp
5 g atro Zellstoff (Softwood 02 delignifiziert) , Stoffdichte 30% (ca. 17 g feucht) werden zu folgenden Lösungen gegeben:5 g dry cellulose (Softwood 0 2 delignified), consistency 30% (approx. 17 g wet) are added to the following solutions:
A) 20 ml Leitungswasser werden mit 65 mg 2-Nitroso-l-naphthol unter Rühren versetzt, der pH-Wert mit 0,5 mol/1 H2S04-Lsg. so eingestellt, daß nach Zugabe des Zellstoffs und des Enzyms pH 4,5 resultiert.A) 20 ml of tap water are mixed with 65 mg of 2-nitroso-l-naphthol with stirring, the pH with 0.5 mol / 1 H 2 S0 4 solution. adjusted so that pH 4.5 results after addition of the pulp and the enzyme.
B) 5 ml Leitungswasser werden mit der Menge Laccase von Trame- tes versicolor versetzt, daß eine Aktivität von 15 U (1 U = Umsatz von 1 μmol ABTS/min/ml Enzym) pro g Zellstoff resultiert. Die Lösungen A und B werden zusammen gegeben und auf 33 ml aufgefüllt.B) 5 ml of tap water are mixed with the amount of Laccase from Trameses versicolor that an activity of 15 U (1 U = conversion of 1 μmol ABTS / min / ml enzyme) results per g of pulp. Solutions A and B are added together and made up to 33 ml.
Nach Zugabe des Zellstoffes wird für 2 min mit einem Teigkne- ter gemixt. Danach wird der Stoff in eine auf 45 °C vorgeheizte Reaktionsbombe gegeben und unter 1 - 10 bar Sauerstoffüberdruck für 1 - 4 Stunden inkubiert.After adding the pulp, mix with a dough kneader for 2 min. The substance is then placed in a reaction bomb preheated to 45 ° C. and incubated under 1-10 bar oxygen pressure for 1-4 hours.
Danach wird der Stoff über einem Nylonsieb (30 μm) gewaschen und 1 Stunde bei 60 ° C , 2% Stoffdichte und 8% NaOH pro g Zellstoff extrahiert.The fabric is then washed over a nylon sieve (30 μm) and extracted for 1 hour at 60 ° C., 2% fabric density and 8% NaOH per g of pulp.
Nach erneuter Wäsche des Stoffes wird die Kappazahl bestimmt. Ergebnis vergl. Tabelle 1After washing the fabric again, the kappa number is determined. Result see Table 1
Beispiel 3Example 3
Enzymatisehe Bleiche mit 2,4-Dinitroso-l,3-dihydroxybenzol undEnzyme bleach with 2,4-dinitroso-l, 3-dihydroxybenzene and
Softwood SulfatzellstoffSoftwood sulfate pulp
5 g atro Zellstoff (Softwood 02 delignifiziert) , Stoffdichte 30% (ca. 17 g feucht) werden zu folgenden Lösungen gegeben:5 g dry cellulose (Softwood 0 2 delignified), consistency 30% (approx. 17 g wet) are added to the following solutions:
A) 20 ml Leitungswasser werden mit 63 mgA) 20 ml tap water with 63 mg
2,4-Dinitroso-l, 3-dihydroxybenzol unter Rühren versetzt, der pH-Wert mit 0,5 mol/1 H S04-Lsg. so eingestellt, daß nach Zu- gäbe des Zellstoffs und des Enzyms pH 4,5 resultiert.2,4-Dinitroso-l, 3-dihydroxybenzene added with stirring, the pH with 0.5 mol / 1 H S0 4 solution. adjusted so that pH 4.5 results after adding the pulp and the enzyme.
B) 5 ml Leitungswasser werden mit der Menge Laccase von Trame- tes versicolor versetzt, daß eine Aktivität von 15 U (1 U = Umsatz von 1 μmol ABTS/min/ml Enzym) pro g Zellstoff resultiert. Die Lösungen A und B werden zusammen gegeben und auf 33 ml aufgefüllt.B) 5 ml of tap water are mixed with the amount of Laccase from Trameses versicolor that an activity of 15 U (1 U = conversion of 1 μmol ABTS / min / ml enzyme) results per g of pulp. Solutions A and B are added together and made up to 33 ml.
Nach Zugabe des Zellstoffes wird für 2 min mit einem Teigkne- ter gemixt. Danach wird der Stoff in eine auf 45'C vorgeheizte Reaktions- bombe gegeben und unter 1 - 10 bar SauerstoffÜberdruck für 1 - 4 Stunden inkubiert.After adding the pulp, mix with a dough kneader for 2 min. The substance is then placed in a reaction bomb preheated to 45'C and incubated under 1-10 bar oxygen pressure for 1-4 hours.
Danach wird der Stoff über einem Nylonsieb (30 μm) gewaschen und 1 Stunde bei 60°C, 2% Stoffdichte und 8% NaOH pro g Zellstoff extrahiert. Nach erneuter Wäsche des Stoffes wird die Kappazahl bestimmt. Ergebnis vergl. Tabelle 1 Beispiel 4The fabric is then washed over a nylon sieve (30 μm) and extracted for 1 hour at 60 ° C., 2% fabric density and 8% NaOH per g of pulp. After washing the fabric again, the kappa number is determined. Result see Table 1 Example 4
Enzymatisehe Bleiche mit 2-Nitroso-l-naphthol-4-sulfonsäure und Softwood SulfatzellstoffEnzyme bleach with 2-nitroso-l-naphthol-4-sulfonic acid and Softwood sulfate pulp
5 g atro Zellstoff (Softwood 02 delignifiziert) , Stoffdichte 30% (ca. 17 g feucht) werden zu folgenden Lösungen gegeben:5 g dry cellulose (Softwood 0 2 delignified), consistency 30% (approx. 17 g wet) are added to the following solutions:
A) 20 ml Leitungswasser werden mit 47 mgA) 20 ml tap water with 47 mg
2-Nitroso-l-naphthol-4-sulfonsäure unter Rühren versetzt, der pH-Wert mit 0,5 mol/1 H S04-Lsg. so eingestellt, daß nach Zu- gäbe des Zellstoffs und des Enzyms pH 4 , 5 resultiert.2-nitroso-l-naphthol-4-sulfonic acid mixed with stirring, the pH with 0.5 mol / 1 H S0 4 solution. adjusted so that pH 4.5 results after adding the pulp and the enzyme.
B) 5 ml Leitungswasser werden mit der Menge Laccase von Trame- tes versicolor versetzt, daß eine Aktivität von 35 U (1 U = Umsatz von 1 μmol ABTS/min/ml Enzym) pro g Zellstoff resultiert. Die Lösungen A und B werden zusammen gegeben und auf 33 ml aufgefüllt.B) 5 ml of tap water are mixed with the amount of Laccase from Trameses versicolor that an activity of 35 U (1 U = conversion of 1 μmol ABTS / min / ml enzyme) results per g of pulp. Solutions A and B are added together and made up to 33 ml.
Nach Zugabe des Zellstoffes wird für 2 min mit einem Teigkne- ter gemixt. Danach wird der Stoff in eine auf 45βC vorgeheizte Reaktions- bombe gegeben und unter 1 - 10 bar Sauerstoffüberdruck für 1 - 4 Stunden inkubiert.After adding the pulp, mix with a dough kneader for 2 min. The substance is then placed in a reaction bomb preheated to 45 ° C. and incubated under 1-10 bar oxygen pressure for 1-4 hours.
Danach wird der Stoff über einem Nylonsieb (30 μm) gewaschen und 1 Stunde bei 60 °C, 2% Stoffdichte und 8% NaOH pro g Zellstoff extrahiert. Nach erneuter Wäsche des Stoffes wird die Kappazahl bestimmt. Ergebnis vergl. Tabelle 1The fabric is then washed over a nylon sieve (30 μm) and extracted for 1 hour at 60 ° C., 2% fabric density and 8% NaOH per g of pulp. After washing the fabric again, the kappa number is determined. Result see Table 1
Beispiel 5 Enzymatische Bleiche mit l-Nitroso-2-naphthol-3,6-disulfonsäure und Softwood SulfatzellstoffExample 5 Enzymatic bleaching with l-nitroso-2-naphthol-3,6-disulfonic acid and Softwood sulfate pulp
5 g atro Zellstoff (Softwood 02 delignifiziert) , Stoffdichte 30% (ca. 17 g feucht) werden zu folgenden Lösungen gegeben: A) 20 ml Leitungswasser werden mit 61,5 mg l-Nitroso-2-naphthol-3, 6-disulfonsäure unter Rühren versetzt. der pH-Wert mit 0,5 mol/1 H2S04-Lsg. so eingestellt, daß nach Zugabe des Zellstoffs und des Enzyms pH 4,5 resultiert. B) 5 ml Leitungswasser werden mit der Menge Laccase von Tra e- tes versicolor versetzt, daß eine Aktivität von 35 U (1 U = Umsatz von 1 μmol ABTS/min/ml Enzym) pro g Zellstoff resultiert.5 g dry cellulose (Softwood 0 2 delignified), consistency 30% (approx. 17 g moist) are added to the following solutions: A) 20 ml tap water are mixed with 61.5 mg l-nitroso-2-naphthol-3, 6- disulfonic acid added with stirring. the pH with 0.5 mol / 1 H 2 S0 4 solution. adjusted so that pH 4.5 results after addition of the pulp and the enzyme. B) 5 ml of tap water are mixed with the amount of traces versicolor laccase that results in an activity of 35 U (1 U = conversion of 1 μmol ABTS / min / ml enzyme) per g of pulp.
Die Lösungen A und B werden zusammen gegeben und auf 33 ml aufgefüllt. Nach Zugabe des Zellstoffes wird für 2 min mit einem Teigkne- ter gemixt.Solutions A and B are added together and made up to 33 ml. After adding the pulp, mix with a dough kneader for 2 min.
Danach wird der Stoff in eine auf 45°C vorgeheizte Reaktionsbombe gegeben und unter 1 - 10 bar Sauerstoffüberdruck für 1 - 4 Stunden inkubiert. Danach wird der Stoff über einem Nylonsieb (30 μm) gewaschen und 1 Stunde bei 60°C, 2% Stoffdichte und 8% NaOH pro g Zellstoff extrahiert.The substance is then placed in a reaction bomb preheated to 45 ° C. and incubated under 1-10 bar oxygen pressure for 1-4 hours. The material is then washed over a nylon sieve (30 μm) and extracted for 1 hour at 60 ° C., 2% consistency and 8% NaOH per g of pulp.
Nach erneuter Wäsche des Stoffes wird die Kappazahl bestimmt. Ergebnis vergl. Tabelle 1 After washing the fabric again, the kappa number is determined. Result see Table 1
Figure imgf000025_0001
Figure imgf000025_0001
Tabelle 1Table 1
Ergebnisse Beispiel 1 bis 5Results Example 1 to 5
Substanz Mediatordosage Enzymdosage Inkubationszeit LigninabbauSubstance Mediatordosage Enzyme dosage Incubation time Lignin degradation
[mg/S g Zellstoff] [ü/g Zellstoff] [h] [%] l-Nitroso-2-naphthol 65 15 2 17,6[mg / S g pulp] [g / g pulp] [h] [%] l-nitroso-2-naphthol 65 15 2 17.6
2-Nitroso-l-naphthol 65 15 2 8,22-nitroso-l-naphthol 65 15 2 8.2
2 , 4-Dinitroso-l, 3-dihydroxybenzol 63 15 2 22,12,4-dinitroso-1,3-dihydroxybenzene 63 15 2 22.1
2-Nitroso-l-naphthol-4-sulfonsäure 47 35 4 25,0 l-Nitroso-2-naphthol-3 , 6-disulfon- säure 61 , 5 35 4 31 , 7 2-nitroso-l-naphthol-4-sulfonic acid 47 35 4 25.0 l-nitroso-2-naphthol-3, 6-disulfonic acid 61, 5 35 4 31, 7

Claims

Patentansprüche claims
1. Mehrkomponentensystem zum Verändern, Abbau oder Bleichen von Lignin, ligninhaltigen Materialien oder ähnlichen Stoffen enthaltend1. Containing a multi-component system for changing, breaking down or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances
a. ggf. mindestens einen Oxidationskatalysator unda. optionally at least one oxidation catalyst and
b. mindestens ein geeignetes Oxidationsmittel undb. at least one suitable oxidizing agent and
c. mindestens einen Mediator, dadurch gekennzeichnet, daß der Mediator ausgewählt ist aus der Gruppe vicinal nitrososubstituierter aromatischer Alkohole der allgemeinen Formeln la oder Ibc. at least one mediator, characterized in that the mediator is selected from the group of vicinally nitroso-substituted aromatic alcohols of the general formulas la or ib
Figure imgf000026_0001
la Ib
Figure imgf000026_0001
la Ib
sowie deren Salze, Ether oder Ester, wobeiand their salts, ethers or esters, where
R1 , R2, R3 und R4 gleich oder verschieden sind und Wasserstoff-, Halogen-, Hydroxy-, Formyl-, Carbamoyl-, Carboxyrest, Ester oder Salz des Carboxyrests, Sulfonorest, Ester oder Salz des Sulfonorests, Sulfamoyl-, Nitro-, Nitroso-, Cyano-, Amino-, Phenyl-, Aryl-C-j^-Cg-alkyl-, C1-C12-Alkyl-, C1-C5-Alkoxy-, C-j^-C-^Q-Carbonyl-, Carbonyl-C-j^-Cg-alkyl-, Phospho-, Phosphono-, Phosphono-oxyrest , Ester oder Salz des Phosphonooxyrests bedeuten,R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same or different and are hydrogen, halogen, hydroxy, formyl, carbamoyl, carboxy, ester or salt of carboxy, sulfono, ester or salt of sulfono, sulfamoyl, Nitro-, nitroso-, cyano-, amino-, phenyl-, aryl-C- j ^ -Cg-alkyl-, C 1 -C 12 alkyl-, C 1 -C 5 -alkoxy-, C- j ^ - Are C- ^ Q- carbonyl, carbonyl-C- j ^ -Cg-alkyl, phospho-, phosphono-, phosphono-oxy, ester or salt of the phosphonooxy,
wobei Carbamoyl-, Sulfamoyl-, Amino- und Phenylreste unsubsti- tuiert oder ein- oder mehrfach mit einem Rest R5 substituiert sein können und die Aryl-C-^Cg-alkyl-, C-^C-j^-Alkyl-, C-j^Cg-Alkoxy-, C-j^-CjQ-Carbonyl-, Carbonyl-C-j^-Cg-alkyl-Reste gesättigt oder ungesättigt, verzweigt oder unverzweigt sein können und mit einem Rest R5 ein- oder mehrfach substituiert sein können, wobeiwhere carbamoyl, sulfamoyl, amino and phenyl radicals can be unsubstituted or substituted one or more times with a radical R 5 and the aryl-C- ^ Cg-alkyl-, C- ^ C- j ^ -alkyl-, C- j ^ Cg-alkoxy, C- j ^ -C jQ- carbonyl, carbonyl-C- j ^ -Cg-alkyl radicals may be saturated or unsaturated, branched or unbranched can and can be substituted one or more times with a radical R 5 , where
R5 gleich oder verschieden ist und Hydroxy-, Formyl-, Carboxy- rest, Ester oder Salz des Carboxrests, Carbamoyl-, Sulfono-, Sulfamoyl-, Nitro-, Nitroso-, Amino-, Phenyl-, C-^-Cg-Alkyl-, Cj - C5-Alkoxyrest bedeutet oderR 5 is the same or different and is hydroxyl, formyl, carboxy, ester or salt of carbox, carbamoyl, sulfono, sulfamoyl, nitro, nitroso, amino, phenyl, C - ^ - Cg- Alkyl, C j - C 5 alkoxy radical means or
die Reste R-^ 4 paarweise zu einem Ring [-CR6R7-];ffl verknüpft sind, wobei m ganzzahlig ist und einen Wert von 1 bis 4 bedeutet, oder zu einem Ring [-CR8=CR9-]n verknüpft sind, wobei n ganzzahlig ist und einen Wert von 1 bis 3 bedeutet, undthe residues R- ^ 4 are linked in pairs to form a ring [-CR 6 R 7 -] ; ffl , where m is an integer and has a value from 1 to 4, or to form a ring [-CR 8 = CR 9 -] n are linked, where n is an integer and has a value from 1 to 3, and
R6, R7, R8 und R9 gleich oder verschieden sind und die für R1 bis R4 genannten Bedeutungen haben.R 6 , R 7 , R 8 and R 9 are the same or different and have the meanings given for R 1 to R 4 .
2. Mehrkomponentensystem gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens einen Oxidationskatalysator umfaßt.2. Multi-component system according to claim 1, characterized in that it comprises at least one oxidation catalyst.
3. Mehrkomponentensystem gemäß Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationskatalysator Enzym eingesetzt wird.3. Multi-component system according to claim 1 or 2, characterized in that enzyme is used as the oxidation catalyst.
4. Mehrkomponentensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Enzym Laccase eingesetzt wird.4. Multi-component system according to one of claims 1 to 3, characterized in that laccase is used as the enzyme.
5. Mehrkomponentensystem gemäß einem der Ansprüche l bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel Luft, Sauer- stoff, Ozon, H202, organische Peroxide, Persäuren wie die5. Multi-component system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the oxidizing agent is air, oxygen, ozone, H 2 0 2 , organic peroxides, peracids such as
Peressigsäure, Perameisensäure, Perschwefelsäure, Persalpetersäure, Metachlorperoxibenzosaure, Perchlorsäure, Perborate, Peracetate, Persulfate, Peroxide oder Sauerstoffspezies und deren Radikale wie OH*, OOH*, Singulettsauerstoff, Superoxid (°2'~)' Ozonid, Dioxygenyl-Kation (02 +) , Dioxirane, Dioxetane oder Fre y Radikale eingesetzt werden. Peracetic acid, performic acid, persulfuric acid, pernitric, Metachlorperoxibenzosaure, perchloric acid, perborates, peracetates, persulphates, peroxides or oxygen species and their radicals, such as OH *, OOH *, singlet oxygen, superoxide (° 2 '~)' ozonide, dioxygenyl cation (0 2 + ), Dioxirane, Dioxetane or Fre y radicals are used.
6. Mehrkomponentensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mediator (Komponente c) ausgewählt ist aus der Gruppe der Verbindungen 2-Nitrosophenol, 3-Methyl-6-nitrosophenol, 2-Methyl-6-nitrosophenol, 4-Methyl-6-nitrosophenol, 3-Ethyl-6-nitrosophenol, 2-Ethyl-6-nitrosophenol, 4-Ethyl-6-nitrosophenol , 4-Isopropyl-6-nitrosophenol, 4-tert.butyl-6-nitrosophenol, 2-Phenyl-6-nitrosophenol , 2-Benzyl-6-nitrosophenol , 4-Benzyl-6-nitrosophenol , 2-Hydroxy-3-nitrosobenzylalkohol , 2-Hydroxy-3-nitrosobenzoesäure,6. Multi-component system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mediator (component c) is selected from the group of compounds 2-nitrosophenol, 3-methyl-6-nitrosophenol, 2-methyl-6-nitrosophenol, 4- Methyl 6-nitrosophenol, 3-ethyl-6-nitrosophenol, 2-ethyl-6-nitrosophenol, 4-ethyl-6-nitrosophenol, 4-isopropyl-6-nitrosophenol, 4-tert.butyl-6-nitrosophenol, 2- Phenyl-6-nitrosophenol, 2-benzyl-6-nitrosophenol, 4-benzyl-6-nitrosophenol, 2-hydroxy-3-nitrosobenzyl alcohol, 2-hydroxy-3-nitrosobenzoic acid,
4-Hydroxy-3-nitrosobenzoesäure, 2-Methoxy-6-nitrosophenol, 3 , 4-Dimethyl-6-nitrosophenol , 2 , 4-Dimethyl-6-nitrosophenol , 3 , 5-Dimethyl-6-nitrosophenol , 2 , 5-Dimethyl-6-nitrosophenol , 2-Nitrosoresorcin, 4-Nitrosoresorcin, 2-Nitrosoorcin, 2-Nitrosophloroglucin, 4-Nitrosopyrogallol,4-hydroxy-3-nitrosobenzoic acid, 2-methoxy-6-nitrosophenol, 3, 4-dimethyl-6-nitrosophenol, 2, 4-dimethyl-6-nitrosophenol, 3, 5-dimethyl-6-nitrosophenol, 2, 5- Dimethyl-6-nitrosophenol, 2-nitrosoresorcin, 4-nitrosoresorcin, 2-nitrosoorcin, 2-nitrosophloroglucin, 4-nitrosopyrogallol,
4-Nitroso-3-hydroxyanilin, 4-Nitro-2-nitrosophenol, 2-Nitroso-l-naphthol, l-Methyl-3-nitroso-2-naphthol und 9-Hydroxy-10-nitroso-phenanthren.4-nitroso-3-hydroxyaniline, 4-nitro-2-nitrosophenol, 2-nitroso-l-naphthol, l-methyl-3-nitroso-2-naphthol and 9-hydroxy-10-nitroso-phenanthrene.
7. Mehrkomponentensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mediator ausgewählt ist aus der Gruppe l-Nitroso-2-naphthol, l-Nitroso-2-naphthol-3,6-disulfonsäure,7. Multi-component system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the mediator is selected from the group l-nitroso-2-naphthol, l-nitroso-2-naphthol-3,6-disulfonic acid,
2-Nitroso-l-naphthol-4-sulfonsäure, 2,4-Dinitroso-l,3-dihydroxybenzol sowie Ester, Ether und Salze der genannten Verbindungen.2-nitroso-l-naphthol-4-sulfonic acid, 2,4-dinitroso-l, 3-dihydroxybenzene and esters, ethers and salts of the compounds mentioned.
8. Verfahren zum Behandeln von Lignin, dadurch gekennzeichnet, daß man die jeweils ausgewählten Komponenten a) bis c) gemäß Anspruch 1 gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge mit einer wässrigen Suspension des ligninhaltigen Materials mischt.8. A process for treating lignin, characterized in that the components a) to c) selected in accordance with claim 1 are mixed simultaneously or in any order with an aqueous suspension of the lignin-containing material.
9. Verwendung von in Anspruch 1 als Komponente c) genannten Mediatoren zum Verändern, Abbau oder Bleichen von Lignin, ligninhaltigen Materialien oder ähnlichen Stoffen. 9. Use of mediators mentioned in claim 1 as component c) for changing, breaking down or bleaching lignin, lignin-containing materials or similar substances.
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