WO2010015715A2 - Enzymatische verfahren zum koppeln und crosslinken von natürlichen und künstlichen faserstoffen, kunststoffen oder anderen mono- bis polymerstoffen - Google Patents

Enzymatische verfahren zum koppeln und crosslinken von natürlichen und künstlichen faserstoffen, kunststoffen oder anderen mono- bis polymerstoffen Download PDF

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WO2010015715A2
WO2010015715A2 PCT/EP2009/060300 EP2009060300W WO2010015715A2 WO 2010015715 A2 WO2010015715 A2 WO 2010015715A2 EP 2009060300 W EP2009060300 W EP 2009060300W WO 2010015715 A2 WO2010015715 A2 WO 2010015715A2
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Hans-Peter Call
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Bioscreen E.K.
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/64—Fats; Fatty oils; Ester-type waxes; Higher fatty acids, i.e. having at least seven carbon atoms in an unbroken chain bound to a carboxyl group; Oxidised oils or fats
    • C12P7/6409—Fatty acids
    • C12P7/6427—Polyunsaturated fatty acids [PUFA], i.e. having two or more double bonds in their backbone

Definitions

  • the invention relates to an enzyme-based process for coupling and / or crosslink reactions, in which oxiranes are formed from coupling or crosslinking compounds and these with the compounds to be modified and / or to be crosslinked are reacted in a two-stage or multi-stage process.
  • hydrolytic enzymes such as glycosidases and glycotransferases, other transferases (eg transglutaminases), lipases, esterases, proteases, amidases and acylases and oxidoreductases, such as laccases and peroxidases, for the enzymatic coupling of certain enzyme substrates via the Formation of special bonds and / or other reactions.
  • transferases eg transglutaminases
  • Coupled is understood as meaning: a substance to be modified is reacted with a coupling substance (coupling enhancer) in such a way that either only the coupling enhancer is coupled (coated) or by means of this coupling enhancer one coupling substance is attached to the substance to be modified. It is sufficient for the simple coupling of the coupling enhancer only if the coupling enhancer possesses only one or two reactive functional groups via which the coupling reaction takes place.
  • the coupling enhancer possesses more than one functional group (two or more) and the system: substance to be modified + coupling enhancer adds a substance to be coupled (which is to be attached to the substance to be modified), it may also be mostly unwanted in addition to the desired coupling reactions Croslink reactions occur, ie to crosslink reactions between the coupling addressees, to crosslink reactions between the coupling enhancers and the substance to be coupled and to crosslink reactions between the substance to be modified and the coupling adducts. In the presence of bifunctional or polyfunctional coupling enhancer substances, coupling and crosslinking therefore usually run in parallel, and cross-link reactions can represent desirable or undesired reactions since they can reduce the yield of coupled compounds.
  • WO 2005/103372 provides enzymatic systems which are distinguished, above all, by their significantly higher specificity, their much faster reaction and their substantially lower toxicity, and thus a significantly more cost-effective and environmentally friendly method of operation allow.
  • Preferred compounds to be modified are substances such as natural (ie occurring in nature) monomers to polymers, preferably those substances containing OH, NH 2 or thiol groups such as fibrous materials such as pulps or artificial (ie synthetically prepared) monomers to polymers or mixtures between natural and artificial monomers to polymers.
  • suitable enzymes and coupling enhancers are the same or similar substances as the compounds to be modified, such as natural (ie, natural occurring) monomers to polymers, preferably those substances which contain OH, NH 2 or thiol groups such as fibrous substances such as eg pulps or artificial (ie synthetically produced) monomers to polymers or mixtures between natural and artificial monomers to polymers,
  • Substances which are likewise listed in WO 2005/103372 and which are to be coupled as modifying agents (to be coupled) to the abovementioned substances to be modified by the enzyme system comprising suitable enzymes and coupling enhancers are mainly biopolymer substances or substances which belong to belong to other groups of substances, such as. As UV-absorbing substances, radical scavengers etc.
  • the invention in WO 2005/103372 thus provides enzyme-based methods for coupling and / or cross-linker reactions available.
  • enzyme free lipase
  • H 2 O 2 special coupling and / or crosslinking compounds
  • coupling enhancer compounds mixture of mainly unsaturated fatty acids or fats or oils
  • substrate eg xylan
  • modified substrate such as pulps at the beginning of the reaction combined and thus the generation of oxirane groups carrying fatty acids, fats or oils started at simultaneously running
  • Enzyme production itself was cultured.
  • the use of immobilized enzymes in the present case have the distinct advantage that they are much more stable than the corresponding free enzymes (with the same activity performance) and that these enzymes are used several times (up to 20 times) which significantly improves the cost structure of the present coupling and cross-link systems.
  • the invention thus relates to an enzyme-based process for coupling and / or crosslink reactions in which an enzyme component with an oxirane-generating system comprising a peroxide, special coupling and / or crosslinking (coupling enhancer), which as coupling and Serve and / or crosslinking agents which are activated by the enzyme component, is reacted to form oxiranes and the resulting reaction mixture with to be modified and to be coupled and / or to be crosslinked compounds in a two, three or more stages.
  • an enzyme component with an oxirane-generating system comprising a peroxide, special coupling and / or crosslinking (coupling enhancer), which as coupling and Serve and / or crosslinking agents which are activated by the enzyme component, is reacted to form oxiranes and the resulting reaction mixture with to be modified and to be coupled and / or to be crosslinked compounds in a two, three or more stages.
  • FIG. 1 Difference between the performance: Blue xylan coupling to pulp, comparison 1-pot system and 2-pot system, from left to right: 0-value, 1-pot system, 2-pot system.
  • Figure 3 Special stirrer for shear-free movement of the pulp.
  • Two-stage system In the two-stage system, the oxirane formation reaction takes place in the presence of preferably di- to polyunsaturated fatty acids, fats or oils with the aid of preferably immobilized enzyme (lipase) and preferably H 2 O 2 in the first Reaction step (pot 1) instead, where only the residual water from the peroxide is present.
  • lipase immobilized enzyme
  • H 2 O 2 H 2 O 2
  • 1st reaction step (pot 1): Preparation of oxirane compounds from preferably di- to poly-unsaturated fatty acids or fats or oils, with the aid of preferably immobilized enzyme (lipase) and preferably H 2 O 2 .
  • 2nd reaction step (pot 2): Activation of the compound (s) to be modified and / or the compound (s) to be coupled and / or crosstalked with oxirane-containing compounds (coupling enhancers) which this purpose is treated with the oxirane-containing solution from reaction step 1.
  • Reaction Step (pot 3) Reaction of the oxirane-bearing compound (s) to be modified and / or the compound (s) to be coupled and / or cross-linked with compounds that are modified or coupled and / or to be linked.
  • various compounds to be modified or coupled and / or crosslinked after the oxirane-carrying coupling enhancer compounds are prepared in the first reaction step (pot 1) are successively modified in different pot systems or coupled and / or crosstalked. In principle, it is possible to successively treat several compounds to be coupled or modified and / or compounds to be crosslinked simultaneously in one system.
  • FIG. 1 shows the corresponding performance difference on the example of coupled blue xylan
  • CLA lipases crosslinked enzyme aggregates
  • supports such as acrylic beads, pumice beads, " sintered glass beads or those which consist of a functionalized matrix on which couplings themselves can be made (eg supermagnetic silica beads, etc.)
  • immobilization of free enzyme eg also lipase enzyme
  • Carrier molecules or carriers are preferably gel types, in particular z.
  • gel types as used in column chromatography, from plastics (acrylic, acrylamide copolymers, silica gels) or biopolymers (Sephadex types Sephacryl types, cellulose or cellulose derivatives, etc.) or other materials such as ceramic, glass , made of mineral materials such as activated carbon, silica or bentonite etc.
  • the disadvantages of mainly the 1-pot system of the invention WO 2005/103372 are solved by providing enzyme-based methods for coupling and / or crosslinking reactions, wherein they immobilize A) enzymes, in particular particularly preferably Lipases or preferably esterases, proteases, amidases, transferases, acylases, glycosidases, glycotransferases, and oxidoreductases such as preferably contain peroxidases or laccases and other oxidases and are used in oxirane-generating systems and optionally also in other coupling and / or crosslink systems; and or
  • Coupled by the enzymes contain special coupling and / or crosslink compounds (coupling enhancers) which serve as coupling and / or crosslinking agents which are activated by the enzymes; and or
  • Compounds which are to be coupled and / or crosstalked as compounds to be coupled to the compounds to be modified contain (preferably same or similar substances as the compounds to be modified), such as natural (ie naturally occurring) monomers to polymers, preferably those substances which contain OH, NH 2 or thiol groups (such as lignocellulose-containing or cellulose-containing natural polymers or fibrous materials such as celluloses, etc.) or artificial (ie synthetically produced) monomers to polymers or mixtures of natural and artificial monomers to polymers; and or
  • F) optionally in addition to E) or alone together with A to D) contain property-modifying compounds;
  • Enzymes According to the International Enzyme Nomenclature: Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (Enzyme Nomenclature, Academic Press, Inc., 1992, pp. 306-337), the enzymes according to the invention are preferably class 3 enzymes (Hydrolases), sub-classes: 3.1, 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3, 3.1.4 and 3.1.7 such.
  • B. Carboxyl ester hydrolases (3.1.1), thiolester hydrolases (3.1.2), phosphorus monester hydrolases (phosphatases) (3.1.3), phosphoric acid diester hydrolases (3.1.4), diphosphoric acid monoester hydrolases (3.1. 7).
  • lipases triacylglycerol lipases, triglycerinacylhydrolases
  • immobilized lipases from Candida antarctica and Candida paralopsilosis.
  • enzymes those which can cleave carbon / nitrogen bonds (C / N) (other than peptide bonds) are used (3.5), preferably: enzymes of the sub-subclass 3.5.5.1 nitrilases, the sub-subclass 3.5.1.4 amidases and the Subclass 3.5 acylases. preference is given to enzymes of the sub-class 3.4.
  • sub-subclasses 3.4.11-19 which comprise the exopeptidases and preferably the sub-sub-subclasses 3.4.21-24 and 3.4.99, which include the endopeptidases and in particular the sub-subclass of serine proteinases such as: chymotrypsin (3.4.21.1); Trypsin (3.4.21.4); Subtilisin (3.4.21.62); Endopeptidase K (3.4.21.64); likewise, the sub-subclass of cysteine endopeptidases such as papain (3.4.22.2), ficain (ficin) (3.4.22.3); Bromelaine (3.4.22.32/3.4.22.33), also prefers the sub-subclass of aspartic endopeptidases such as pepsins (3.4.23.1/3.4.23.2); Renin (3.4.23.15), aspergillopepsins (3.4.23.18/3.4.23.19), penicillopepsin (3.4
  • enzymes of class 1 (oxidoreductases) according to International Enzyme Nomenclature: Committee of the International Union of Biochemical and Molecular Biology (Enzyme Nomenclature, Academic Press, Inc., 1992, pp. 24 to 154), such as: cellobiose : quinone-1-oxidoreductase 1.1.5.1, bilirubin oxidase 1.3.3.5, cytochrome oxidase 1.9.3, oxigenases, lipoxygenases, cytochrome P 450 enzymes, 1.13, 1.14, superoxide dismutase 1.15.11, ferric dioxide oxidase, e.g.
  • enzymes of class 1 enzymes of class 1 (oxidoreductases) according to International Enzyme Nomenclature: Committee of the International Union of Biochemical and Molecular Biology (Enzyme Nomenclature, Academic Press, Inc., 1992, pp. 24 to 154), such as: cellobiose : quinone-1-oxid
  • Ceruloplasmin 1.16.3.1 and more preferably enzymes of class 1.10 which act on biphenols and related compounds. They catalyze the oxidation of biphenols and ascorbates.
  • the acceptors are NAD + , NADP + (1.10.1), cytochrome (1.10.2), oxygen (1.10.3) or others (1.10.99).
  • enzymes of sub-subclass 1.10.3 with oxygen (O 2 ) as acceptor are particularly preferred.
  • the enzymes of this sub-subclass in particular the enzymes catechol oxidase (tyrosinase) (1.10.3.1), L-ascorbate oxidase (1.10.3.3), O-aminophenol oxidase (1.10.3.4) and laccase (benzenedioxy oxidoreductase) ( 1.10.3.2), the laccases (benzene dioxygen oxygen reductase) (1.10.3.2.) Being particularly preferred. Also particularly preferred are the enzymes of subclass 1.11., Which act on a peroxide as an acceptor. This single sub-subclass (1.11.1) contains the peroxidases.
  • cytochrome C peroxidases (1.11.1.5), catalase (1.11.1.6), peroxidase (1.11.1.7), iodide peroxidase (1.11.1.8), glutathione peroxidase (1.11.1.9), the chloride peroxidase (1.11.1.10), the L-ascorbate peroxidase (1.11.1.11), the phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase (1.11.1.12), the manganese peroxidase (1.11.1.13) and the diarylpropane peroxidase (Ligninase, lignin peroxidase) (1.11.1.14).
  • peroxidases (1.11.1.7), chloroperoxidases (1.11.1.10) and catalases ((1.11.1.6)).
  • glycotransferases and transglutaminases of subclasses 2.3 and 2.4 and glycosidases of subclass 3.2 are preferred.
  • Enzymes for peroxide generation are those corresponding to the above-cited International Enzyme Nomenclature of Subclass 1.1.3, such as Malate Oxidase 1.1.3.3, Glucose Oxidase (GOD) 1.1.3.4, Hexose Oxidase 1.1.3.5, Cholesterol Oxidase 1.1.3.6 , Aryl alcohol oxidase 1.1.3.7, L-gluconolactone oxidase 1.1.3.8, Galactose oxidase 1.1.3.9, Pyranose oxidase 1.1.4.10, L-sorbose oxidase 1.1.3.11, Alcohol oxidase 1.1.3.12, Choline oxidase 1.1.3.17 , Secondary Alcohol Oxidase 1.1.3.18, Glycerol-3-Phosp
  • B) peroxides, per-compounds and other oxidants In order to generate preferably oxiranes or other oxidized compounds using the enzyme-based coupling according to the invention and cross-link method, air, oxygen, ozone, preferably peroxide compounds, such as H 2 O 2 , organic peroxides, peracids such as peracetic acid, performic acid, persulfuric acid, persaltic acid, metachloroperoxidobenzoic acid, perchloric acid, per compounds such as perborates, percarbonates, persulfates or oxygen species and their radicals such as OH radical, OOH radical, OH + radical, superoxide (O " 2 ), dioxygenyl cation (O 2 + ), singlet oxygen, ozonide (O 3 " ), dioxiranes, dioxitanes or Fremy radicals.
  • peroxide compounds such as H 2 O 2
  • organic peroxides such as peracetic acid
  • performic acid persulfuric
  • the fatty acids, fats, oils may be combined with appropriate emulators
  • Tween substances such as Tween 20 or Tween 40.
  • the preferred fatty acids or fats are: singly and more preferably polyunsaturated fatty acids and fats, in particular the monofatty acid esters, the difatty acid esters and the triflates particularly preferably vegetable oils / fats or mixtures of these.
  • Preferred mono- or polyunsaturated fatty acids are: a) monounsaturated fatty acids: 10-undecenoic acid, 9-cis-dodecenoic acid, 9-cis-tetradecenoic acid, 9-cis-hexadecenoic acid (paimitoleic acid), 6-cis-octadecenoic acid (petroselic acid), 6-trans-octadecenoic acid (petroselaidic acid), 9-cis-octadecenoic acid (oleic acid), 9-trans-octadecenoic acid (elaidic acid), 9 cis-octadecadienoic acid (linoleic acid), 9-trans, 12-trans-octadecadienoic acid (linolaidic acid), 9-cis, 12-cis, 15-cis-octadecatrienoic acid (linolenic acid), 9- trans, 11-trans, 13-trans
  • oils / fats particularly preferred are: aniseed oil, lemon balm oil, laurel oil, castor oil, cedarwood oil, clove oil, primrose oil, corn oil, cottonseed oil, coconut oil, jojoba oil, lard oil, linseed oil, macadamia nut oil, mineral oil, olive oil, orange oil, thistle oil , Sunflower oil, soybean oil, wheat germ oil, peanut oil, sesame oil, immersion oil, cod liver oil, other fish oils, butter fat, cocoa butter, palm oil, neutral oil, avocado oil, evening primrose oil, hazelnut oil, borage oil, almond oil, rapeseed oil, etc., or mixtures of these and others.
  • Couplers are fatty acid alcohols, such as: trans-2-dodecene-1-ol, 1,5-pentane-diol, 1,6-hexanediol, 1,7- heptanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, 1,10-decanediol, 1,12-dodecanediol, heptene, octene-tetradecene, octene-3-ol, 5-hexene-1-ol, 9-decene-1-ol, 1-butene-3-ol, ethylene glycol, and other substances as described in U.S.
  • Pat Literature eg, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry: Flavors and Fragrances, Volume Al, 1988, pages 141-250.
  • the corresponding compounds if they carry at least one double bond, can be used as coupling agents for self-coupling.
  • the alcohols can be used as coupling enhancers for coupling substances to be coupled. If only two alcohol functions and no double bonds are present, the fatty acid alcohols can be coupled via other coupling senhancers or serve for cross-linking.
  • Couplers are double bond-bearing terpenes, such as hemi-, mono-, sesqui-, di-, sester-, triterpenes, tetraterpenes and polyterpenes.
  • the tetraterpenes include the carotenoids, which are also particularly preferred, such as beta-carotene, capsanthin, violaxanthin, zeaxanthin and lycopene. Also preferred is the use of carotenes.
  • sesquiterpenes farnesol and nerolidol and further compounds from the terpenes such as: crocin, crocetin, geranylgeraniol, squalene, phytates, citronellol, citronelles, geraniol, omicene, myrcene, linalool, myrcenol, prenol, nerol, dolichol , Geranial, Neral, Citronel- IaI, etc.
  • the compounds mentioned are optionally emulsified together with appropriate emulsifiers (as described in WO / 98/59108) or dissolved in suitable solvents.
  • Tween substances such as Tween ® 20 or Tween ® 40.
  • compounds are particularly preferred, which are described in the following literatures such as: E. Breitmaier: terpenes. Teubner Verlag, January 1999; JD Conolly, RA Hill: Dictionary of Terpenoids. Chapman & Hall, London, New York; Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry: Terpenes, Volume A 26, 1988, pp. 205-220; Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry: Flavors and Fragrances, Volume Al, 1988, pages 141-250; Wikipedia, Terpene, 05/2008 R. Ikan: Natural Products, Academic Press, 1990, London, 1991, pages 105-126; 168-225; and P. Nuhn: Natural Product Chemistry, S. Hirzel:maschineliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart, 1991, pages 466-497.
  • compounds of the invention used as coupling and / or crosslinking compounds are compounds such as isocyanates, such as alkyl or aryl monoisocyanates, thiocyanates, such as isothiocyanates, alkyl monoisothiocyanates, aryl monoisothiocyanates.
  • isocyanates such as alkyl or aryl monoisocyanates
  • thiocyanates such as isothiocyanates, alkyl monoisothiocyanates, aryl monoisothiocyanates.
  • Peroxidases together with peroxide can oxidize these compounds from thiocyanate to strong oxidants hypothiocyanite or hypothiocyanic acid.
  • the formation of the strong oxidant hypothiocyanite is dependent on the enzyme used, the reaction conditions and the proportions of the reactants, wherein under certain conditions with preference coupling or. Crosslink reactions can be performed.
  • coupling and / or crosslinking compounds are preferably compounds such as: a) Reactive anchor compounds such as .beta.-sulfooxyethylsulfone compounds (sulfuric acid esters of 2-hydroxyethylsulfone) or, in general, sulfonyl, sulfamoyl or Compounds bearing carbamoylalkylsulfonic acid groupings (as described, for example, in Zoollinger: Color Chemistry, VCH, Weinheim, 1987), b) other coupling compounds such as aldehydes, anhydrides, hydrazides, acrylic derivatives, vinyl derivatives, oxirane compounds, N-alkyl groups.
  • Reactive anchor compounds such as .beta.-sulfooxyethylsulfone compounds (sulfuric acid esters of 2-hydroxyethylsulfone) or, in general, sulfonyl, sulfamoyl or Compounds bearing
  • Compounds which are to be modified are natural (ie occurring in nature) monomers to polymers, preferably those substances which contain OH, NH 2 or thiol groups (such as lignocellulose-containing or cellulose-containing natural polymers or fibrous materials such as, for example, pulps etc. ) or synthetic (ie synthetically produced) monomers to polymers or mixtures between natural and artificial monomers to polymers.
  • Compounds to be Coupled and / or Crosslinked are the same or similar compounds as the compounds to be modified, ie also natural (ie occurring in nature) monomers to polymers, preferably such substances, the OH-, NH 2 or thiol groups (such as lignocellulose-containing or cellulose-containing natural polymers or fibrous materials such as celluloses etc.) or artificial (ie synthetically produced) monomers to polymers or mixtures between natural and synthetic monomers to polymers.
  • the abovementioned polymer compounds ie compounds which are to be modified and compounds which are to be coupled and / or cross-linked
  • a particular embodiment of the invention is the modification, coupling or crosslinking of (ligno) cellulose products, in particular for papermaking and modification.
  • Another embodiment of the invention is part of the art not related to papermaking and modification, which may well involve the modification of (ligno) cellulose products for other applications.
  • F) Property-changing compounds are compounds to be coupled which are selected and coupled depending on the desired properties. These compounds are discussed in detail below. A wealth of applications are described in the literature which can generally be described as "introduction of new and / or improved properties into fibrous material and / or polymers, preferably pulps, with the pulps being mainly accompanied by general improvement in fiber properties (increase in fiber properties) Strengths), the introduction of new properties, for example in packaging or special papers are meant.
  • the said applications are preferably carried out with the enzyme-based systems for coupling and cross-linking, in particular with systems which produce enzymatically oxirane.
  • the applications mentioned are those described below in the literature. Other applications described in these literatures are also preferred. These applications preferably describe "package" modifications: Hogard, Ch., Jukes, M. and Poustis, J.: Paper and paperboard packaging technology, Blackwell Publishing Ltd., 2005; Petrie, E.: Developments in barrier coatings for paper and board packaging, Pira International Ltd, 2006; Ahvenainen, R.: Novel food packaging techniques, CRC Press, 2003; joproject 1013: More environmentally friendly alternatives to PFOS-compounds and
  • Such preferred barrier compounds are: polymers (polysaccharides), preferably chitosans etc .; Other polysaccharides such as alginates etc .; Hydroxyethylated starches; Proteins such as casein, zein, whey proteins, gluten, etc .; Fatty acid melamine wax; paraffins; Polyvinyl alcohols (PVA) or acetates; Special "Fat removal” substances such. B. hydroxyalkoxypropyl derivatives, etc .; Other compounds such as sulfosuccinates, aliphatic alcohols, propylated aromatic compounds, etc .; Mixtures of the aforementioned substances. In this case, the coupling of several different "barrier" connections is particularly preferred.
  • antioxidants such as preferred: urea, tannins, glutathione, catechol, bilirubin, carotenes, carotenoids, lycopene, zeoxanthine, ubiquinol, tocopherol, quercitin, ascorbic acid and derivatives, rutin, retinol, among others; artificial antioxidants as preferred: hindered phenolic antioxidants such as butylated hydroxytoluene (BHT) and derivatives such as: Irganox (1010, 1030, 1035, 1076, 1098, Cyanox 2246, Topanol CA, Ethanox 330, Santonox R, Good-rite 3114 and 3125 , Santowhite and Tinuvine etc., aromatic phosphorus compounds, aromatic amines, organosulfur compounds, the latter acting on the destruction of peroxides formed, unsaturated fatty acids or fats as O 2 scavengers or other unsaturated compounds such as
  • Oxygen-consuming enzymes such as: laccases, tyrosinases, catechol oxidases, oxidases, oxygenases, dioxigenases, etc., which require O 2 for their reaction and catalase, superoxide dimutases, etc., which act on oxygen radicals is the coupling of oxygen-absorbing substances on the pulp layer (paper layer), which comes into contact with the food absorbent substances preferred is the coupling of natural iron-containing compounds such as hemoglobin, myoglobin, ferritin and iron complexes such as special compounds containing the iron, such as. As in cyclodextrins, Crown ether substances, etc., or compounds containing iron bound such.
  • B. ferrocene compounds optionally, these systems contain end acceptors for oxygen and electrons. NEN. Disadvantages of these oxygen-absorbing systems is their moisture requirement and their often unwanted coloration.
  • unsaturated fatty acids / fats, oils (preferably di- to polyunsaturated) or other unsaturated compounds such as terpene compounds, terpenoid compounds, as well as carotenes, and carotenoids as reactants and absorbers for the available oxygen.
  • the active groups double bonds, oxiranes which are not reacted during coupling are able to react with the oxygen present and remove it from the system.
  • enzyme systems which contain as the enzyme component preferably oxidases, monooxygenases, dioxygenases (possibly in combination with H 2 O 2 consuming enzymes such as catalases, etc.).
  • the formed peroxide e.g. generated in the reaction of oxygen + glucose oxidases (GODs) can - if necessary - be destroyed by these catalases.
  • GODs oxygen + glucose oxidases
  • its generation and presence may be desired, e.g. for combined applications.
  • Most of the enzymes mentioned and preferred are commercially available, also as concoctions. Many also have the advantage of having FDA approval.
  • Coupling of antimicrobial compounds Particular preference is given to compounds or systems such as: a) organic acids such as benzoic acids, parabens (esters of para-hydroxybenzoic acid), sorbates; b) enzymes such as lysozymes, glucose oxidases, lacto-peroxidases, other peroxidases; c) bacteriocins such as: nisin, lacticins, mixtures with other compounds; d) fungicides such as benomyl, imazalil; e) polymers such as chitosans; f) Unsaturated compounds such as terpene compounds such as eugenol, farnesol, etc., terpenoid compounds, as well as carotenes, or carotenoids; g) Natural extracts such as grapefruit seed extracts, spice extracts, horseradish extracts; h) compounds such as: cinnamic aldehydes, allyl isothiocyanates, BHT
  • a major problem with the use of such antimicrobial systems is their limited use (use in packaging for liquid substrates). When used in packaging of solid package contents, contact with the anti-microbial agent is hindered (diffusion problem).
  • B. a) pH indicators that are sensitive to pH changes: generation of organic acids during growth (coupling of pH indicators such as phenol red, cresol red, etc. b) indicators that react sensitively to the metabolite product alcohol (eg, coupling of alcohol oxidase + peroxidase + chromogenic substrate systems, etc.); c) CO 2 -sensitive indicators, wherein the CO 2 liberated during metabolism is indicated by corresponding mostly pH indicators (eg coupling of color-changing indicators such as bromocresol purple, bromothymol blue etc.); d) Indicators which react sensitively to SO 2 , NH 4 released during metabolism (coupling of color-changing indicators such as neutral red, phenolphthalein, bromothymol blue, etc.); e) H 2 S-sensitive indicators which detect the gas released during metabolism (el) coupling of trapped or complexed iron compounds which can cause the formation of colored sulfides and e2) coupling of myoglobin, color change in the presence
  • the luminescence after appropriate oxidation z. B. initiated chemically, enzymatically or physically. This leads to an excitation of the luminescent substance, which in turn leads to a temporary light reaction.
  • Specific enhancer compounds are those that enhance or initiate luminescence. 8) Introduction of ethylene scavenger properties. Particular preference is given to compounds or derivatives thereof which have OH, NH 2 or thiol groups as coupling-relevant groups.
  • the enzyme can be reused up to 20 times, optionally after addition of fresh enzyme, to compensate for any inactivations.
  • the formed oxirane-containing compounds (fatty acids or fats, oils) are added to the compounds to be modified (preferably 0.1 g to 2 g / 100 g, preferably 0.3 g to 1 g / 100 g of absolutely dry pulp such as pulp Pulp such as cellulose solution also contains the compound to be coupled or to cross-linking compound, or to be coupled or cross-linking compounds, in a concentration of 0.5 to 40 mg, preferably 5-20 mg per g of atro
  • the mixture is stirred for 0.5 to 20 h, preferably 1-6 h, with gentle stirring (30-100 rpm, preferably 30-50 rpm) at 0.5 to 4% consistency, preferably 1- 2% consistency, at 30 to 80 0 C, preferably at 30-55 0 C and at pH 4.0 to 9.0, preferably at pH 4.5-8.0, incubated (Pot 2).
  • the treated pulp such as For example, pulp is then washed extensively by filtration, and the corresponding stirrer according to the invention is shown in Figure 3. After washing, nutsche leaves are used for the determination of parameters such as ISO whiteness and viscosity, etc. Also handsheets are made for the determination of relevant strength properties. To test whether and in what amount couplings have taken place, mostly undried fibrous material such as ZeII fabric is used, the exact amount used being determined by the dry weight.
  • Process 3-pot system for use in coupling or cross-linking of pulp such as pulp.
  • Pot 1 production of oxirane-bearing fatty acids or fats, oils
  • Pot 3 coupling and / or cross-linking of fibrous material to be modified, such as pulp, to cross-link compounds.
  • the enzyme can be reused up to 20-fold, optionally after addition of fresh enzyme, to compensate for any inactivations.
  • the oxirane-containing compounds (fatty acids or fats) formed are added to the pulp, e.g. Pulp added: 0.1 g to 2 g / 100 g, preferably 0.3 g to 1 g / 100 g of absolutely dry pulp, e.g. Cellulose.
  • the batch is added for 0.5 to 20 h, preferably 1-6 h, with gentle stirring (30-100 rpm, preferably 30-50 rpm) at 0.5 to 4% consistency, preferably at 1-2% consistency 30 to 80 0 C, preferably at 30-55 0 C and at pH 4.0 to 9.0, preferably at pH 4.5-8.0, incubated.
  • the batch is added for 0.5 to 20 h, preferably 1-6 h, with gentle stirring (30-100 rpm, preferably 30-50 rpm) at 0.5 to 4% consistency, preferably at 1-2% consistency 30 to 80 0 C, preferably at 30-55 0 C and at pH 4.0 to 9.0, preferably at pH 4.5- 8.0, incubated.
  • the treated pulp such as pulp
  • nutsche blades are made to determine parameters such as ISO whiteness and viscosity, etc.
  • handsheets are made for the determination of relevant strength properties.
  • muiti-pot system for use in the coupling or cross-linking of pulp. Pot l f Pot 2 and Pot 3 are performed as in the 3-pot system. Pot 4 reactivates as described for Pot 2.
  • Pot 5 the connection to be coupled or cross-linked, or with the coupling or cross-linking compounds coupled or cross-linked.
  • the pH is adjusted with sulfuric acid and / or sodium hydroxide so that after addition of the pulp, a pH of about 4.5 results. Then it is filled to 50 ml, resulting in a consistency of about 2%.
  • the reaction is then started by adding 10 ⁇ l H 2 O 2 (30%) and the mixture is mixed for 1 min with a dough mixer. Thereafter, the substance is placed in a reaction vessel and incubated under normal pressure for 8 h at 50 0 C with stirring. The fabric is then washed by filtration and a Nutsche sheet is prepared by vacuum drying. Reduce the whiteness (compared to the reference value without enzyme) by 6.7% (white measurement by Dr.
  • the oxirane solution (coupling enhancer) is prepared as follows: 20 g of fatty acid or fat (preferably fat mixture) are mixed with 50 mg of crude lipase from Candida antarctica or Candida paralopsilosis (immobilized) and about 1.7 ml of H 2 O 2 (30%) added (after preferably 0, 0.5 and 1 h each 150 ul, after 2, 3, 4, 5 and 6 h each 250 ul). The reaction is carried out under bulk round averaging (180 rpm) in a 100 ml Erlenmeyer flask at 30 0 C. The reaction solution is optionally for further 6 h shaken (Pot 1). The solution is then separated by filtration from the immobilized enzyme and then used (see above).
  • the oxirane solution (coupling enhancer) is prepared as follows: 20 g of fatty acid or fat (preferably mixed) are mixed with 50 mg of crude lipase from Candida antarctica or Candida paralopsilosis (immobilized) and approximately 1.7 ml of H 2 O for 6 hours 2 (30%) added (preferably after 0, 0.5 and 1 h each 150 ul, after 2, 3, 4, 5 and 6 h per 250 ⁇ l). The reaction is carried out under bulk round averaging (180 rpm) in a 100 ml Erlenmeyer flask at 30 0 C. The reaction solution is optionally for further 6 h shaken (Pot 1). The solution is then separated by filtration from the immobilized enzyme and used (see above). The washed pulp such as pulp is then re-blended to about

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Enzym-basierendes Verfahren für Kopplungs- und/oder Crosslink-Reaktionen, in dem aus Kopplungs- oder Crosslinkverbindungen Oxirane gebildet werden und diese mit den zu modifizierenden und/oder zu crosslinkenden Verbindungen in einem zwei oder mehrstufigen Verfahren umsetzt werden.

Description

Enzymatische Verfahren zum Koppeln und Crosslinken von natürlichen und künstlichen Faserstoffen, Kunststoffen oder anderen Mono- bis Polymerstoffen Die Erfindung betrifft ein Enzym-basierendes Verfahren für Kopplungs- und/oder Crosslink-Reaktionen, in dem aus Kopplungs- oder Crosslinkverbindungen Oxirane gebildet werden und diese mit den zu modifizierenden und/oder zu crosslinkenden Verbindungen in einem zwei oder mehrstufigen Verfahren umsetzt werden.
Stand der Technik Es ist bekannt, dass hydrolytische Enzyme wie Glycosidasen und Glycotransferasen, andere Transferasen (z. B. Transglutaminasen), Lipasen, Esterasen, Proteasen , Amidasen und Acylasen und Oxidoreduktasen, wie v.a. Laccasen und Peroxidasen, zur enzymatischen Kopplung bestimmter Enzymsubstrate über die Bildung von speziellen Bindungen und/oder andererReaktionen in der Lage sind. Bislang wurde aber kein rein enzymatisches System beschrieben, welches in der Lage ist, auch im wässrigen Milieu Kopplungsreaktionen oder Crosslink-Reaktionen auszuführen, auch nicht solche von Substanzen, die OH-, NH2- oder Thiolgruppen enthalten wie Faserstoffe wie z.B. Zellstoffe andere Monomere bis Polymere etc.. Dabei versteht man unter Koppeln (Coaten) folgendes: Eine zu modifizierende Sub- stanz wird mit einer Kopplungssubstanz (Kopplungs-enhancer) in der Weise umgesetzt, dass entweder nur der Kopplungsenhancer gekoppelt (gecoated) wird oder mittels dieses Kopplungsenhancers eine zu koppelnde Substanz an die zu modifizierende Substanz angeheftet wird. Für das einfache Koppeln (Coaten) nur des Kopplungsenhancers genügt es dabei, wenn der Kopplungsenhancer nur eine bis zwei reaktive funktionelle Gruppen besitzt, über die die Kopplungsreaktion ab- läuft(en). Besitzt der Kopplungsenhancer mehr als eine funktionelle Gruppe (zwei oder mehr) und wird dem System : zu modifizierende Substanz + Kopplungsenhancer eine zu koppelnde Substanz (die an die zu modifizierende Substanz angeheftet werden soll) zugegeben, kann es neben den gewünschten Kopplungsreaktionen auch zu meist unerwünschten Croslink-Reaktionen kommen, d. h. zu Crosslink- Reaktionen (Vernetzungen) zwischen den Kopplungsenhancern, zu Crosslink Reaktionen (Vernetzungen) zwischen den Kopplungsenhancern und der zu koppelnden Substanz und zu crosslink-Reaktionen zwischen der zu modifizierenden Substanz und den Kopplungsenhancern. Koppeln und Crosslinken laufen also bei Vorhandensein von bi- oder mehrfunktionalen Kopplungsenhancer-Substanzen meist parallel und Crosss- linkreaktionen können erwünschte oder unerwünschte Reaktionen darstellen, da sie die Ausbeute an gekoppelten Verbindungen reduzieren können. Die Möglichkeit, solche (auch enzymatische) Kopplungsreaktionen oder Crosslink- Reaktionen im wässrigen Milieu bzw. lösungsmittelfrei durchführen zu können, ist insbesondere für viele technischen Anwendungen wünschenswert, wo aus Kostenbzw. Umweltgründen auf Lösungsmittel verzichtet werden muss. Die üblicherweise durchgeführten chemischen Reaktionen (Kopplungsreaktionen, Crosslink-Reaktionen) arbeiten mit Hilfe von chemischen Koppelsubtanzen wie Aldehyden, Anhydriden, Hydraziden, Acrylderivaten, Vinylderivaten, Oxiranverbin- dungen, N-Hydroxysuccimidyl-Verbindungen, halidhaltigen Verbindungen wie Chlortriazinen und vielen mehr. Diese Koppler besitzen mindestens zwei funktionelle Kopplungsgruppen bei Kopplungsreaktionen, bei Crosslink-Reaktionen zwei oder mehr aktive Koppelgruppen. Diese sind in der Lage mit wichtigen funktionellen Gruppen wie hauptsächlich Aminen, Schwefelgruppen oder Hydroxyl- oder Carbo- xylsäuregruppen in den zu koppelnden Verbindungen und in den zu modifizierenden Verbindungen zu reagieren. Dabei ist mit ihrer hohen Reaktivität auch in fast allen Fällen hohe Toxizität verbun- den, dazu kommen in vielen Fällen wegen der oftmals erforderlichen großen Reak- tanden-Mengen hohe Kosten und darüber hinaus oftmals lange Reaktionszeiten. Um diese Schwierigkeit des Stands der Technik zu überwinden, werden in WO 2005/103372 enzymatische Systeme zur Verfügung gestellt, die sich vor allem durch ihre wesentlich höhere Spezifität, ihre wesentlich schnellere Reaktion und ihre wesentlich geringere Toxizität auszeichnen und damit eine wesentlich kostengünstigere und umweltfreundlichere Arbeitsweise erlauben.
Es konnte in WO 2005/103372 gefunden werden, dass bei gezieltem Einsatz von Enzym-basierenden Systemen, enthaltend Enzyme aus den Gruppen : Lipasen, Esterasen, Proteasen, Amidasen, Transferasen, Acylasen, Glycosidasen, Glycotransfe- rasen oder Oxidoreduktasen wie bevorzugt Peroxidasen und Laccasen, entweder einzeln oder in Kombination eingesetzt und gegebenenfalls unter Zusatz von z.B. Peroxid und in Kombination mit speziellen durch die Wirkung der Enzyme aktivierten Kopplungs- und/oder Crosslinksubstanzen (im weiteren Kopplungsenhancer genannt) Kopplungsreaktionen und/oder Crosslink-Reaktionen von zu modifizieren- den Verbindungen mit geeigneten zu koppelnden Verbindungen durchgeführt werden können.
Bevorzugte Verbindungen, die modifiziert werden sollen, sind dabei solche Substanzen wie natürliche (d. h. in der Natur vorkommende) Monomere bis Polymere, be- vorzugt solche Substanzen, die OH-, NH2- oder Thiolgruppen enthalten wie Faserstoffe wie z.B. Zellstoffe oder künstliche (d. h. synthetisch hergestellte) Monomere bis Polymere oder Gemische zwischen natürlichen und künstlichen Monomeren bis Polymeren. Bevorzugte Substanzen, die als zu koppelnde Agenzien an die oben genannten zu modifizierenden Substanzen durch die Enzym-basierenden Systeme hauptsächlich enthaltend : geeignete Enzyme und Kopplungsenhancer gekoppelt werden sollen, sind dabei gleiche oder ähnliche Substanzen wie die zu modifizierenden Verbindungen wie natürliche (d. h. in der Natur vorkommende) Monomere bis Polymere, bevorzugt solche Substanzen, die OH-, NH2- oder Thiolgruppen enthalten wie Faser- Stoffe wie z.B. Zellstoffe oder künstliche (d. h. synthetisch hergestellte) Monomere bis Polymere oder Gemische zwischen natürlichen und künstlichen Monomeren bis Polymeren,
Ebenso in WO 2005/103372 aufgeführte bevorzuge Substanzen, die als modifizierende (zu koppelnden) Agenzien an die oben genannten zu modifizierenden Sub- stanzen durch das Enzymsystem, enthaltend geeignete Enzyme und Kopplungsenhancer gekoppelt werden sollen, sind, hauptsächlich Biopolymersubstanzen bzw. Substanzen, die zu anderen Substanzengruppen gehören, wie z. B. UV- absorbierende Stoffe, radical scavengers etc. Die Erfindung in WO 2005/103372 stellt also Enzym-basierende Verfahren für Kopplungs- und/oder Cross-Iink- Reaktionen zur Verfügung. Dabei wird in dem bevorzugten Verfahren (= enzymati- sche Oxirangenerierung), nach dem in der WO 2005/103372 die Kopplungs- und/oder Crosslink-Reaktionen durchgeführt werden, nicht-immobilisierte Lipase von Candida spec. eingesetzt: Koppeln von Polysaccharid Xylan an Zellstoff oder nicht-immobilisierte Peroxidase aus Meerrettich eingesetzt: Coating von BCTMP Hochausbeutezellstoff zur Verhinderung der Vergilbung durch UV-Licht.
Dabei werden zum Beispiel Enzym (freie Lipase), H2O2, spezielle Kopplungs- und/oder Crosslink-Verbindungen (Kopplungs-Enhancerverbindungen = Gemisch von hauptsächlich ungesättigten Fettsäuren bzw. Fetten oder Ölen), zu koppelndes Substrat (z. B. Xylan) und zu modifizierendes Substrat wie z.B. Zellstoffe zu Beginn der Reaktion zusammengegeben und damit die Generierung von Oxirangruppen tragenden Fettsäuren, Fetten oder Ölen gestartet bei simultan verlaufender
Kopplungs- bzw. Crosslink-Reaktion. Die Reaktion ist somit eine einstufige Reaktion (1-pot Reaktion). Die Hauptnachteile dieser Verfahrensführung sind :
1) Geringe Ausbeute von Oxirangruppen-tragenden Fettsäuren, Fetten oder Ölen, da in wässrigen Systemen gearbeitet wird und dadurch mögliche Inaktivierung des
Enzyms während der Reaktion, dadurch : längere Reaktionszeiten und höhere Kosten.
2) Abhängigkeit von physiologischen bzw. enzymoptimalen pH-Werten und Temperaturen, (pH 4-7, 30-55 0C), da die Enzymreaktionen und die Ankopplungsreaktio- nen in einem Reaktionsgefäß ablaufen, dadurch mögliche Inaktivierung des Enzyms während der Reaktion und längere Reaktionszeiten und höhere Kosten.
3) Das Enzym hat intensiven Kontakt (da nicht mit immobilisierten Enzymen gearbeitet wird) mit dem zu modifizierenden Substrat und dem Lösungsmittel : Wasser, was zu unerwünschten Nebenreaktionen (z. B. Reaktionen mit Wasser, Konkurrenz zum nötigen Substrat: H2O2) führen kann, dadurch : längere Reaktionszeiten und höhere Kosten.
Es ist daher sehr wünschenswert, enzymatische Systeme für Kopplungs- und/oder Crosslink Reaktionen zur Verfügung zu stellen, die die genannten Nachteile nicht oder nur in geringem Maße aufweisen. Kurzbeschreibung der Erfindung
In der vorliegenden Erfindung wurde überraschender Weise gefunden, dass hauptsächlich zwei Änderungen in der Verfahrensführung im bevorzugten Kopplungs- und Cross-Iinkverfahren mit Hilfe der Enzym-basierenden Oxiranherstellung aus Di- Po- ly-ungesättigten Fettsäuren, Fetten oder Ölen eine erhebliche Steigerung in der Performance der genannten Reaktionen zeigen :
A) Verfahrensführung nicht im in WO 2005/103372 beschriebenen Eintopf-System sondern in mehrstufigen Systemen (zwei- drei- oder mehrstufig = 2-pot, 3-pot, multi-pot Systeme) die bisher noch nicht beschrieben sind.
B) Verfahrensführung mit Hilfe von immobilisierten bevorzugt Lipase Enzymen (v.a. aus Candida antarctica und Candida paralopsilosis) wobei letzterer Stamm zur
Enzymproduktion selbst kultiviert wurde. Der Einsatz von immobilisierten Enzymen haben im vorliegenden Fall den entscheidenden Vorteil, dass diese wesentlich stabiler sind als die entsprechenden freien Enzyme (bei gleicher Aktivitäts- Performancce) und dass diese Enzyme mehrfach (bis zu 20 mal) benutzt werden können, was die Kostenstruktur der vorliegenden Kopplungs-und Crosslink Systeme entscheidend verbessert.
Die Erfindung betrifft somit ein Enzym-basierendes Verfahren für Kopplungs- und/oder Crosslink-Reaktionen, in dem eine Enzymkomponente mit einem Oxiran generierenden System, umfassend eine Peroxidkomponente, spezielle Kopplungs- und/oder Crosslink-Verbindungen (Kopplungsenhancer), die als Kopplungs und/oder Crosslink Agenzien dienen und die durch die Enzymkomponente aktiviert werden, unter Bildung von Oxiranen umgesetzt wird und das so erhaltene Reaktionsgemisch mit zu modifizierenden und zu koppelnden und/oder zu crosslinkenden Verbindungen in einem zwei, drei oder mehrstufigen Verfahren umsetzt.
Kurzbeschreibung der Figuren
Figur 1 : Unterschied zwischen der Performance: Blauxylanankopplung an Zellstoff, Vergleich 1-pot System und 2-pot System, von links nach rechts: 0-wert, 1-pot System, 2-pot System. Figur 2: Mechanismus Kopplungsreaktion : Kopplungsenhancer (ungesättige Fette) + zu modifizierender Stoff (z. B. ZeI Istoff- Fasern) + zu koppelnder Stoff = Ligand. Figur 3: Spezialrührer zum scherfreien Bewegen des Zellstoffs.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Zweistufiges System (2-pot System) : Im zweistufigen System findet die Oxiran BiI- dungsreaktion in Gegenwart von bevorzugt Di- bis poly-ungesättigten Fettsäuren, Fetten oder Ölen mit Hilfe von bevorzugt immobilisiertem Enzym (Lipase) und bevorzugt H2O2 im ersten Reaktionsschritt (pot 1) statt, wo nur das Restwasser aus dem Peroxid vorhanden ist. Durch diese nahezu wasserfreie Verfahrensführung ist die Oxiranbildung stark begünstigt, da keine Konkurrenzreaktion zwischen Peroxid und Wasser stattfindet.
2. Reaktionsschritt (pot 2): Reaktion der Oxiran-tragenden Kopplungs-Enhancer- Substancen mit (der) den zu modifizierenden Verbindung(en) und/oder mit (der) den Verbindung(en), die gekoppelt und/oder gecrosslinkt werden sollen. Dreistufiges System (3-pot System): Das dreistufige System ist durch folgende Verfahrensführung gekennzeichnet:
1. Reaktionsschritt ( pot 1): Herstellung von Oxiranverbindungen aus bevorzugt Di- bis poly-ungesättigten Fettsäuren bzw. Fetten oder Ölen, mit Hilfe von bevorzugt immobilisiertem Enzym (Lipase) und bevorzugt H2O2. 2. Reaktionsschritt (pot 2): Aktivierung der zu modifizierenden Verbindung(en) und/oder (der) den Verbindung(en), die gekoppelt und/oder gecrosslinkt werden sollen, mit Oxiran-enthaltenden Verbindungen (Kopplungs-Enhancersubstanzen), welche zu diesem Zweck mit der Oxiran enthaltenden Lösung aus Reaktionsschritt 1 behandelt wird.
3. Reaktionsschritt (pot 3) : Reaktion der Oxiran-tragenden zu modifizierenden Ver- bindung(en) und/oder (der) den Verbindung(en), die gekoppelt und/oder gecrosslinkt werden sollen mit Verbindungen die modifiziert oder gekoppelt und/oder gekrosslinkt werden sollen. Bei mehrstufigen Systemen (multi-pot Systemen) werden verschiedene Verbindungen, die modifiziert oder gekoppelt und/oder vernetzt werden sollen, nachdem die Oxiran tragenden Kopplungs-Enhancerverbindungen im 1. Reaktionsschritt (pot 1) hergestellt sind, in verschiedenen pot-Systemen sukzessive modifiziert oder gekoppelt und/oder gecrosslinkt. Grundsätzlich ist es möglich mehrere zu koppelnde oder zu modifizierende Verbindungen und/oder zu crosslinkende Verbindungen gleichzeitig in einem Systemen sukzessive zu behandeln.
Es ist also möglich beim Einsatz von bestimmten bevorzugt immobilisierten Lipasen aus bevorzugt Candida antarctica , Candida paralopsilosis und einer speziellen Ver- fahrensführung (zweistufige Systeme, dreistufige Systeme, mehrstufige Systeme) weit höherer Oxiran-Konzentrationen zu erzeugen, als dies (wie in der eigenen Patentanmeldung WO 2005/103372 beschrieben) bei Reaktionen im wässrigen Milieu mit nicht-immobilisierter Lipase in einem 1-pot System möglich ist. Dies ist ein entscheidender Schritt zum kommerziellen Einsatz dieser neuen universellen Enzym- basierenden Kopplungs- und Crosslink-Systeme.
Figur 1 zeigt den entsprechenden Performanceunterschied am Beispiel von gekoppelten Blauxylan
Immobilisierte Enzyme: Die erfindungsgemäßen immobilisierten Enzyme (bevorzugt Lipasen) sind zum Teil käuflich erhältlich wie solche, die mit sich selbst gekoppelt sind (CLEA Lipasen = Crosslinked Enzyme-Aggregate) oder solche, die an verschiedene Träger gekoppelt sind, wie Acrylbeads, Bimssteinbeads, „sintered glass" beads oder solche, die aus einer funktionalisierten Matrix bestehen, an der Kopplungen selbst vorgenommen werden können (z. B. supermagnetische Silica-beads etc.). Weiterhin kann eine Immmobilisierung von freiem Enzym (z. B. auch Lipase- Enzym) nach allen gängigen Verfahren des Stands der Technik durchgeführt wer- den wie bevorzugt kovalente Bindung oder adsorptive Bindung der Enzyme an Trägermolekülen oder Carriern, Kreuzverknüpfung der Enzyme an Trägermolekülen oder Carriern, Matrixeinbindung der Enzyme in z. B. Polysaccharidmatrices (Algin, etc.) und Mikroverkapselung der Enzyme. Trägermoleküle oder Carrier sind bevor- zugt Geltypen insbesondere bevorzugt z. B. solche Geltypen, wie sie in der Säulenchromatographie benutzt werden, aus Kunststoffen (Acryl, Acrylamid- Mischpolymeren, Silicagele) oder aus Biopolymeren (Sephadex-Typen Sephacryl- Typen, Cellulose bzw. Cellulosederivative etc.) oder aus anderen Materialien wie Keramik, Glas, aus mineralischen Materialien wie aus Aktivkohle, Kieselerde oder Bentonit etc.
In der vorliegenden Erfindung werden also die Nachteile hauptsächlich des 1-pot Systems aus der Erfindung WO 2005/103372 dadurch gelöst, dass Enzymbasierende Verfahren für Kopplungs- und/oder Crosslink Reaktionen zur Verfügung gestellt werden, wobei sie A) Enzyme wie insbesondere besonders bevorzugt immobilisierte Lipasen oder bevorzugt Esterasen, Proteasen, Amidasen, Transferasen, Acylasen, Glycosidasen, Glycotransferasen, und Oxidoreduktasen wie bevorzugt Peroxidasen oder Laccasen und andere Oxidasen enthalten und in Oxiran-generierenden Systemen und gegebenenfalls auch in anderen Kopplungs- und/oder Crosslink Systemen verwendet werden; und/oder
B) Peroxide oder Per-Verbindungen oder Peroxid-generierende Systeme enthalten; und/oder
C) spezielle Kopplungs- und/oder Crosslink-Verbindungen (Kopplungsenhancer) enthalten, welche als Kopplungs und/oder Crosslink Agenzien dienen, die durch die Enzyme aktiviert werden; und/oder
D) Verbindungen, die modifiziert werden sollen, natürliche (d. h. in der Natur vorkommende) Monomere bis Polymere, bevorzugt solche Substanzen, die OH-, NH2- oder Thiolgruppen enthalten (wie lignocellulosehaltige oder cellulosehaltige natürliche Polymere oder Faserstoffe wie z.B. Zellstoffe etc.) oder künstliche (d. h. syn- thetisch hergestellte) Monomere bis Polymere oder Gemische zwischen natürlichen und künstlichen Monomeren bis Polymeren enthalten; und/oder
E) Verbindungen, die als zu koppelnde Verbindungen an die zu modifizierenden Verbindungen gekoppelt und/oder gecrosslinkt werden sollen, enthalten (bevorzugt gleiche oder ähnliche Substanzen wie die zu modifizierenden Verbindungen) wie natürliche (d. h. in der Natur vorkommende) Monomere bis Polymere, bevorzugt solche Substanzen, die OH-, NH2- oder Thiolgruppen enthalten (wie lignocellulose- haltige oder cellulosehaltige natürliche Polymere oder Faserstoffe wie z.B. Zellstoffe etc.) oder künstliche (d. h. synthetisch hergestellte) Monomere bis Polymere oder Gemische zwischen natürlichen und künstlichen Monomeren bis Polymeren; und/oder
F) gegebenenfalls zusätzlich zu E) oder alleine zusammen mit A bis D) eigen- schaftsverändernde Verbindungen enthalten; und/oder
G) die bevorzugte Bildung und Reaktion von Oxiranen in zweistufigen, dreistufigen oder mehrstufigen Systemen durchgeführt werden. Nachfolgend werden die Bestandteile der Enzym-basierenden Kopplungs- und Crosslink-Systeme ausführlich beschrieben :
A) Enzyme: Die erfindungsgemäßen Enzyme sind gemäß Internationaler Enzym- Nomenklature: Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (Enzyme Nomenclature, Academic Press, Inc., 1992, S. 306 - 337), bevor- zugt Enzyme der Klasse 3 (Hydrolasen), Sub-klassen : 3.1, 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3, 3.1.4 und 3.1.7 wie z. B. : Carboxylester-Hydrolasen (3.1.1), Thiolesterhydrolasen (3.1.2), Phosphor-Monester-Hydrolasen (Phosphatasen) (3.1.3), Phosphorsäure Diester Hydrolasen (3.1.4), Diphosphorsäure-Monoester-Hydrolasen (3.1.7). Davon ganz besonders bevorzugt sind Enzyme der Subklasse 3.1.1.3, Lipasen (Triacylgly- cerin Lipasen, Triglycerinacylhydrolasen), insbesondere bevorzugt immobilisierte Lipasen aus Candida antarctica und Candida paralopsilosis.
Als weitere Enzyme werden solche, die Kohlenstoff/Stickstoffbindungen (C/N) spalten können (andere als Peptidbindungen), eingesetzt (3.5), bevorzugt: Enzyme der Sub-Subklasse 3.5.5.1 Nitrilasen, der Sub-Subklasse 3.5.1.4 Amidasen und der Subklasse 3.5 Acylasen. bevorzugt sind Enzyme der Sub-Klasse 3.4., welche hydrolytisch auf Peptidbindungen wirken : hier insbesondere der Sub-Subklassen 3.4.11- 19, welche die Exopeptidasen umfassen und bevorzugt die Sub-Sub-Subklassen 3.4.21-24 und 3.4.99, welche die Endopeptidasen umfassen und hier insbesondere die Sub-Subklasse der Serinproteinasen wie: Chymotrypsin (3.4.21.1); Trypsin (3.4.21.4); Subtilisin (3.4.21.62); Endopeptidase K (3.4.21.64); ebenso bevorzugt die Sub-Subklasse der Cystein Endopeptidasen wie Papain (3.4.22.2), Ficain (Ficin) (3.4.22.3); Bromelaine (3.4.22.32/3.4.22.33), ebenso bevorzugt die Sub-Subklasse der Aspartic Endopeptidasen wie Pepsine (3.4.23.1/3.4.23.2); Renin (3.4.23.15), Aspergillopepsine (3.4.23.18/3.4.23.19), Penicillopepsin (3.4.23.20); Rhizo- puspepsin (3.4.23.21); Endothiapepsin (3.4.23.22); Mucorpepsin (3.4.23.23); Can- didapepsin (3.4.23.24), Saccharopepsin (3.4.23.25); Rhodutorulapepsin
(3.4.23.26); Physaropepsin (3.4.23.26); Acrocylindropepsin (3.4.23.28), Polyporo- pepsin (3.4.23.29); Pycnoporopepsin (3.4.23.30); Scytalidopepsin A/B (3.4.23.31/ 3.4.23.32), Xanthomonapepsin (3.4.23.33); und ebenso bevorzugt die Sub- Subklassen der Metalloendopeptidasen wie Microbial Collagenase (3.4.24.3); Gelatinase A/B (3.4.24.24/3.4.24.35); Thermolysin (3.4.24.27); Bacillolysin (3.4.24.28); Deuterolysin (3.4.24.39).
Ebenso besonders bevorzugt sind Enzyme der Klasse 1 (Oxidoreduktasen) gemäß Internationaler Enzym-Nomenklature: Committee of the International Union of Bio- chemistry and Molecular Biology (Enzyme Nomenclature, Academic Press, Inc., 1992, S. 24 bis 154) wie: Cellobiose: quinone-1-oxidoreductase 1.1.5.1, Bilirubin- oxidase 1.3.3.5, Cytochromoxidase 1.9.3, Oxigenasen, Lipoxigenasen, Cytochrom P 450 Enzyme, 1.13, 1.14, Superoxid-dismutase 1.15.11, Ferrioxidase, z. B. Ceru- loplasmin 1.16.3.1 und insbesondere bevorzugt Enzyme der Klasse 1.10, die auf Biphenole und verwandte Verbindungen wirken. Sie katalysieren die Oxidation von Biphenolen und Ascorbaten. Als Akzeptoren fungieren NAD+, NADP+ (1.10.1), Cy- tochrome (1.10.2), Sauerstoff (1.10.3) oder andere (1.10.99). Von diesen wiederum sind Enzyme der Sub-Subklasse 1.10.3 mit Sauerstoff (O2) als Akzeptor besonders bevorzugt. Von den Enzymen dieser Sub-Subklasse sind insbesondere die En- zyme Catechol Oxidase (Tyrosinase) (1.10.3.1), L-Ascorbate Oxidase (1.10.3.3), O- Aminophenol Oxidase (1.10.3.4) und Laccase (BenzoldiohOxigen Oxidoreduktase) (1.10.3.2) bevorzugt, wobei die Laccasen (BenzoldiohOxygen Oxidoreduktase) (1.10.3.2.) insbesondere bevorzugt sind. Weiterhin besonders bevorzugt sind die Enzyme der Subklasse 1.11., die auf ein Peroxid als Akzeptor wirken. Diese einzige Sub-Subklasse (1.11.1) enthält die Pe- roxidasen. Ganz besonders bevorzugt sind hier die Cytochrom C-Peroxidasen (1.11.1.5), Catalase (1.11.1.6), die Peroxidase (1.11.1.7) die Iodid-Peroxidase (1.11.1.8), die Glutathione-Peroxidase (1.11.1.9), die Chlorid Peroxidase (1.11.1.10), die L-Ascorbat-Peroxidase (1.11.1.11), die Phospholipid-Hydroper- oxid-Glutathione-Peroxidase (1.11.1.12), die Mangan Peroxidase (1.11.1.13) und die Diarylpropan-Peroxidase (Ligninase, Lignin Peroxidase) (1.11.1.14). Insbesondere bevorzugt sind Peroxidasen (1.11.1.7), Chloroperoxidasen (1.11.1.10) und Catalasen ((1.11.1.6). Ebenso bevorzugt werden Glycotransferasen und Transgluta- minasen der Subklassen 2.3 und 2.4 und Glycosidasen der Subklasse 3.2 einge- setzt. Für Enzyme, die für ihre Wirkung Peroxide benötigen, werden diese bevorzugt als
H2O2 oder als organische Peroxide oder Peroxid-Addukte (wie Harnstoff-Peroxid- Addukt etc.) zur Verfügung gestellt oder enzymatisch generiert. Als Enzyme zur Peroxid-Generierung werden solche entsprechend der oben zitierten Internationalen Enzym-Nomenklature aus der Subklasse 1.1.3 wie: Malate Oxidase 1.1.3.3, Glukose Oxidase (GOD) 1.1.3.4, Hexose oxidase 1.1.3.5, Cholesterol Oxidase 1.1.3.6, Aryl-alkohol Oxidase 1.1.3.7, L-Gluconolacton oxidase 1.1.3.8, Galac- tose Oxidase 1.1.3.9, Pyranose Oxidase 1.1.4.10, L-Sorbose oxidase 1.1.3.11, Alkohol oxidase 1.1.3.12, Choline Oxidase 1.1.3.17, Sekundäre Alkohol Oxidase 1.1.3.18, Glycerin-3-phosphat Oxidase 1.1.3.21, Xanthin Oxidase 1.1.3.22, Thiamin Oxidase 1.1.3.23, L-Galactonolacton Oxidase 1.1.3.24, Cellobiose Oxidase 1.1.3.25, Hydroxyphytanat Oxidase 1.1.3.27, N-Acetylhexosamin Oxidase 1.1.3.29, Polyvi- nyl-alkohol Oxidase 1.1.3.30 und Methanol Oxidase 1.1.3.31 eingesetzt.
B) Peroxide, Per-Verbindungen und andere Oxidantien : Zur Generierung von bevor- zugt Oxiranen oder anderer oxidierten Verbindungen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Enzym-basierenden Kopplungs- bzw. Crosslink-Verfahren werden Luft, Sauerstoff, Ozon, bevorzugt Peroxid-verbindungen wie H2O2, organische Peroxide, Persäuren wie die Peressigsäure, Perameisensäure, Perschwefelsäure, Persalpetersäure, Metachlorperoxidbenzoesäure, Perchlorsäure, Perverbindungen wie Perbora- te, Percarbonate, Persulfate oder Sauerstoffspezies und deren Radikale wie OH- Radikal, OOH-Radikal, OH+-Radikal, Superoxid (O" 2), Dioxygenyl- Kation (O2 +), Sin- gulettsauerstoff, Ozonid (O3 "), Dioxirane, Dioxitane oder Fremy Radikale eingesetzt.
C) spezielle Kopplungs- und/oder Crosslink-Verbindungen (Kopplungsenhancer): Besonders bevorzugte erfindungsgemäße Kopplungsenhancer sind : I) Ungesättigte Fettsäuren, ungesättigte Fette, ungesättigte Pflanzen- oder Tieröle bzw. gesättigte oder ungesättigte Fettsäurealkohole, wobei aus diesen unter Reaktion mit bevorzugt Lipasen und Peroxiden (bevorzugt H2O2) ungesättigte Perfettsäuren oder Perfette entstehen, die an den Stellen, wo Doppelbindungen vorhanden sind, spontan Oxirangruppen generieren (siehe Figur 2). Diese Oxirangruppen kön- nen, wenn sie in Einzahl auftreten, z. B. den zu modifizierenden Stoff mit den Fetten/Fettsäuren/Ölen selbst koppeln (über OH-gruppen, NH2-gruppen und Thiolgrup- pen im zu modifizierenden Stoff). Wenn sie in Mehrzahl auftreten (n = > 1), können Kopplungs- und Crosslinking Reaktionen mit OH-gruppen, NH2-gruppen und Thiolgruppen mit zu koppelnden Verbindungen durchgeführt werden. Die Fettsäuren, Fette, Öle werden ggf. zusammen mit entsprechenden Emulatoren
(wie in WO/98/59108 beschrieben) emulgiert. Besonders bevorzugt sind hier Tween-Substanzen wie z.B Tween 20 oder Tween 40. Die bevorzugten Fettsäuren oder Fette sind : Einfach- und besonders bevorzugt mehrfach ungesättigte Fettsäu- ren und Fette, insbesondere die Monofettsäureester, die Difettsäureester und die Trifettsäureester besonders bevorzugt Pflanzen öle/ Fette oder Gemische aus diesen. Als bevorzugte ein- oder mehrfach ungesättigte Fettsäuren werden eingesetzt: a) Einfach ungesättigte Fettsäuren : 10-Undecenoic acid, 9-cis-Dodecenoic acid (lauroleic acid), 9-cis-Tetradecenoic acid (myristoleic acid), 9-cis-Hexadecenoic acid (paimitoleic acid), 6-cis-Octadecenoic acid (petroselic acid), 6-trans-Octadecenoic acid (petroselaidic acid), 9-cis-Octadecenoic acid (oleic acid), 9-trans-Octadecenoic acid (elaidic acid), 9-cis,12-cis-Octadecadienoic acid (linoleic acid), 9-trans,12- trans-Octadecadienoic acid (linolaidic acid), 9-cis,12-cis,15-cis-Octadecatrienoic acid (linolenic acid), 9-trans,ll-trans,13-trans-Octadecatrienoic acid (α-eleostearic acid), 9-cis,ll-trans,13-trans-Octadecatrienoic acid (ß-eleostearic acid), 9-cis- Icosenic acid (gadoleic acid), 13-cis-Docosenoic acid (erucic acid), 13-trans- Docosenoic acid (brassidic acid) und andere. b) Mehrfach ungesättigte Fettsäuren : 9,12-Octadecadienoic acid (linoleic acid), 9,12,15-Octadecatrienoic acid (linolenic acid), 5,9,12-Octadecatrienoic acid, 9,11,13-Octadecatrienoic acid (eleostearic acid), 9,11,13,15-Octadecatetraenoic acid (parinaric acid), 5,11,14-Eicosatrienoic acid, 5,8,11,14-Eicosatetraenoic acid (arachidic acid), 4,8,12,15,18-Eicosapentaenoic acid, 4,8,12,15,19-Docosapenta- enoic acid (clupanodonic acid), 4,8,12,15,18,21-Tetracosahexaenoic acid (nisinic acid), und andere. c) Öle/Fette, hier sind besonders bevorzugt: Anisöl, Melissenöl, Lorbeeröl, Rhizinu- söl, Cedarwoodöl, Nelkenöl, Primelöl, Maisöl, Baumwollsamenöl, Kokusnußöl, Jojo- laöl, Schmalzöl, Leinöl, Macadamianußöl, Mineralöl, Olivenöl, Orangenöl, Distelöl, Sonnenblumenöl, Sojabohnenöl, Weizenkeimöl, Erdnußöl, Sesamöl, Immersionsöl, Lebertranöl, andere Fischöle, Butterfett, Kakaobutter, Palmöl, Neutralöl, Avocadoöl, Nachtkerzenöl, Haselnußöl, Borretschöl, Mandelöl, Rapsöl etc. oder Gemische aus diesen und andere.
II) Ungesättigte bzw. gesättigte Fettsäurealkohole. Ebenso besonders bevorzugte erfindungsgemäße Kopplungs- und/oder Crosslink-Verbindungen (Kopplungs- enhancer) sind Fettsäurealkohole, wie: trans-2-dodecene-l-ol, 1,5-pentane-diol, 1,6-hexanediol, 1,7-heptanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, 1,10-decanediol, 1,12-dodecanediol, hepten, octen tetradecen, octene-3-ol, 5-hexen-l-ol, 9-decen- l-ol, l-buten-3-ol, ethyleneglycol und andere Substanzen, wie sie in der Literatur (z. B. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry: Flavors and Fragrances, Volume Al l, 1988, Seite 141-250) beschrieben sind. Die entsprechenden Verbindun- gen können, wenn sie mindestens eine Doppelbindung tragen, als Kopplungsenhan- cer zur Selbstkopplung verwendet werden. Bei Vorliegen von zwei oder mehr Doppelbindungen können die Alkohole als Kopplungsenhancer zum Koppeln von zu koppelnden Substanzen verwendet werden. Liegen nur zwei Alkoholfunktionen und keine Doppelbindungen vor, können die Fettsäurealkohole über andere Kopplung- senhancer gekoppelt werden oder zum Crosslinken dienen.
III) Ebenso besonders bevorzugte erfindungsgemäße Kopplungs- und/oder Cross- link-Verbindungen (Kopplungsenhancer) sind Doppelbindung-tragende Terpene, wie Hemi-, Mono-, Sesqui-, Di-, Sester-, Triterpene, Tetraterpene und Polyterpene. Zu den Tetraterpenen gehören die Carotinoide, die auch besonders bevorzugt sind, wie ß-Carotin, Capsanthin, Violaxanthin, Zeaxanthin und Lycopen. Ebenfalls bevorzugt ist der Einsatz von Carotinen. Insbesondere bevorzugt sind die Sesquiterpene Far- nesol und Nerolidol und weitere Verbindungen aus der Gruppe Terpene wie : Crocin, Crocetin, Geranylgeraniol, Squalen, Phyten, Citronellol, Citronellen, Geraniol, Oci- men, Myrcen, Linalool, Myrcenol, Prenol, Nerol, Dolichol, Geranial, Neral, Citronel- IaI etc. Die genannten Verbindungen werden ggf. zusammen mit entsprechenden Emulgatoren (wie in WO/98/59108 beschrieben) emulgiert oder in geeigneten Lösungsmitteln gelöst. Besonders bevorzugte Emulgatoren sind hier Tween- Substanzen wie z.B Tween® 20 oder Tween® 40. Des weiteren sind besonders bevorzugt Verbindungen, die in den folgenden Litera- turen beschrieben sind wie: E. Breitmaier: Terpene. Teubner Verlag, Januar 1999; J. D. Conolly, R. A. Hill : Dictionary of Terpenoids. Chapman & Hall, London, New York; Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry: Terpenes, Volume A 26,1988, Seite 205-220; Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry: Flavors and Fragrances, Volume Al l, 1988, Seite 141-250; Wikipedia, Terpene, 05/2008 R. Ikan : Natural products, Academic Press, 1990, London, 1991, Seite 105-126; 168-225; und P. Nuhn : Naturstoffchemie, S. Hirzel : Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart, 1991, Seite 466-497.
IV) Des weiteren werden als erfindungsgemäße spezielle Kopplungs- und/oder Crosslink-Verbindungen (Kopplungsenhancer) Verbindungen eingesetzt wie: Isocy- anate wie Alkyl- bzw. Aryl- Monoisocyanate, Thiocyanate wie Isothiocyanate, Alkyl- monoisothiocyanate, Aryl-monoisothiocyanate. Besonders bevorzugt sind die entsprechenden Bis-Verbindungen wie Alkyl-diisothiocyanate und Aryl- diisothiocyanate, Alkyl-diisocyanate und Aryl-diisocyanate und weiterhin solche, die im Appendix 3 S. 1637-1642 des Lancaster (Clariant) Forschungschemikalienkata- log 2004-2005 aufgeführt sind. Peroxidasen zusammen mit Peroxid können diese Verbindungen vom Thiocyanat zum starken Oxidants Hypothiocyanit bzw. der Hy- pothiocyanic acid oxidieren. Die Bildung des starken Oxidants Hypothiocyanit ist vom eingesetzten Enzym, den Reaktionsbedingungen und den Mengenverhältnissen der Reaktanden abhängig, wobei bei bestimmten Bedingungen mit Vorzug Kopplungs-bzw. Crosslink-Reaktionen durchgeführt werden können.
V) Als weitere erfindungsgemäße spezielle Kopplungs- und/oder Crosslink-Ver- bindungen (Kopplungsenhancer) werden bevorzugt Verbindungen eingesetzt wie: a) Reaktivankerverbindungen wie ß-Sulfooxyethylsulfonverbindungen (Schwefelsäureester des 2-Hydroxy-ethylsulfons) bzw. allgemein Sulfonyl-, Sulfamoyl- oder Carbamoylalkylsulfonsäure-Gruppierungen tragende Verbindungen (wie z. B. in ZoI- linger: Color Chemistry, VCH, Weinheim, 1987 beschrieben), b) andere Kopplungs-Verbindungen wie Aldehyde, Anhydride, Hydrazide, Acrylderi- vative, Vinylderivative, Oxiranverbindungen, N-Hydroxysuccimidyl-Verbindungen etc. und deren Dimere oder Trimere. Entsprechende erfindungsgemäße Kopplungs- reagentien sind z. B. in Chemistry of Protein Conjugation and Crosslinking; S.S. Wong ed. : CRC Press, 1991, Immobilized Affinity Techniques; GT. Hermanson et al. eds.; Academic Press, 1992 und Bioconjugate Techniques; GT. Hermanson ed.; Academic Press, 1996 aufgeführt.
VI) Weitere spezielle Kopplungs- und/oder Cross-Iink-Verbindungen (Kopplung- senhancer) für die erfindungsgemäßen enzymatischen Kopplungs- bzw. Crosslink-
Verfahren von bestimmten Gruppen in den erfindungsgemäßen zu modifizierenden Polymeren sind folgende:
1) Koppeln/ Cross-Iinken von OH-Gruppen (z. B. in Polysacchariden) : a) Reaktion mit Epoxiden und Oxiranen oder bifunktional mit Bisoxiranen, b) Reaktion mit Carbonyldiimidazolen (CDI), c) Reaktion mit N,N'-Disuccinimidyl-carbonaten (DSC), d) Reaktion mit Isocyanaten, Diisocyanaten bzw. Isothiocyanaten oder Diisothiocy- anaten.
2) Koppeln/Cross-Iinken von NH2-Gruppen (z. B. in Proteinen) : a) Reaktion mit Isocyanaten, Diisocyanaten bzw. Isothiocyanaten oder Diisothiocyanaten, b) Reaktion mit Acyl Aziden, c) Reaktion mit NHS Estern ( N-Hydroxysuccinimid), d) Reaktion mit Sulfonyl Chloriden, e) Reaktion mit Aldehyden und Glyoxalen, f) Reaktion mit
Carbonaten, g) Reaktion mit Arylierungs Reagentien, h) Reaktion mit Imidoestern, i) Reaktion mit Carbodiimiden, j) Reaktion mit Anhydriden.
3) Koppeln/ Cross-linken von Carboxylgruppen (z. B. in Polysacchariden, Protei- nen) : a) Reaktion mit Carbonyldiimidazolen (CDI), b) Reaktion mit Carbodiimiden c) Reaktion mit Diazoalkanen und Diacetyl Verbindungen.
4) Koppeln/Crosslinken von Thiolgruppen ( z. B. in Proteinen) : a) Reaktion mit Ha- loacetyl und Alkyl-Halid Derivaten, b) Reaktion mit Maleimiden, c) Reaktion mit Azi- ridinen, d) Reaktion mit Acryloyl Derivativen, e) Reaktion mit Arylierungsreagen- tien, f) Reaktion mit Thiol-Disulfid Austauschreagentien.
5) Koppeln/Cross-linken von Aldehydgruppen- bzw. Ketogruppen ( z. B. in Proteinen und Polysacchariden etc.) : a) Reaktion mit Hydrazin Derivativen, b) Reaktion mittels Schiff'scher Base Bildung, c) Reaktion mittels Reduktiver Aminierung, d) Reaktion mittels Mannich Kondensation. 6) Koppeln/Cross-linken von Substraten mittels photoreaktiver chemischer Reaktion : a) Reaktion mit Aryl Aziden und halogenierten Aryl Aziden, b) Reaktion mit Benzophenonen, c) Reaktion mit bestimmten Diazo Verbindungen, d) Reaktion mit Diazirin Derivativen. Diese unter VI) genannten Verbindungen werden durch die eingesetzten Enzyme aktiviert und es können Kopplungsreaktionen bevorzugt auch zur Einbringung von gewünschten Funktionen in die zu modifizierenden Verbindungen durchgeführt werden.
Darunter sind insbesondere bevorzugt homobifunktionale Kopplungsenhancer, die zwei gleiche funktionelle kopplungsrelevante Endgruppen tragen oder heterobifunk- tionale Kopplungsenhancer, die zwei verschiedene funktionelle kopplungsrelevante Endgruppen tragen bzw. trifunktionale Kopplungsenhancer, wobei in allen Fällen durchaus verschiedene funktionelle Substratgruppen miteinander gekoppelt werden können. D) Verbindungen, die modifiziert werden sollen, sind natürliche (d. h. in der Natur vorkommende) Monomere bis Polymere, bevorzugt solche Substanzen, die OH-, NH2- oder Thiolgruppen enthalten (wie lignocellulosehaltige oder cellulosehaltige natürliche Polymere oder Faserstoffe wie z.B. Zellstoffe etc.) oder künstliche (d. h. synthetisch hergestellte) Monomere bis Polymere oder Gemische zwischen natürlichen und künstlichen Monomeren bis Polymeren. E) Verbindungen, die gekoppelt und/oder gecrosslinkt werden sollen, sind gleiche oder ähnliche Verbindungen, wie die Verbindungen, die modifiziert werden sollen, d. h. ebenfalls natürliche (d. h. in der Natur vorkommende) Monomere bis Polymere, bevorzugt solche Substanzen, die OH-, NH2- oder Thiolgruppen enthalten (wie lignocellulosehaltige oder cellulosehaltige natürliche Polymere oder Faserstoffe wie z.B. Zellstoffe etc.) oder künstliche (d.h. synthetisch hergestellte) Monomere bis Polymere oder Gemische zwischen natürlichen und künstlichen Monomeren bis Polymeren. Die genannten Polymer-Verbindungen (d. h. Verbindungen, die modifiziert werden sollen und Verbindungen die gekoppelt und/oder gecrosslinkt werden sollen) sind vorzugsweise Biopolymere, gewonnen aus pflanzlichem, tierischem oder mikrobiel- lem Material, wie diese z. B. in Rauen, H. M., ed., „Biochemisches Taschenbuch", Springer Verlag, 1964; Elias, H-G. ed., „Makromoleküle" (Band 1 und 2), Hüthing & Wepf Verlag, 1992; Nuhn, P. ed., „Naturstoffchemie" ,S. Hirzel Verlag, 1997 und Steinbüchel, A. ed., "Biopolymers", Volumen 1-10, Willey-VCH, 2003, beschrieben sind. Sie können erfindungsgemäß vorzugsweise komplexe, weniger komplexe bis relativ uniforme Polysaccharide sein. Im Falle von Polysacchariden werden insbesondere solche bevorzugt wie (auch beschrieben in Rauen, H. M „Biochemisches Taschenbuch" Seite 718- 734) : Stärke und Stärkederivate, Amylopektin, Glykogen, Lichenan, Pustulan, Laminarin, Lutean, Hefeglukan, Nigeran, Pullulan, Scleroglukan, Curdlan, Gellan, Emulsan, Acetan, Welan, Celluose und Cellulosederivate inklusive Zellstoffe, Dextrane und Dextranderivate, Mannane insbesondere Hefemannan, Xy- lane, Galaktane, Arbane, Xanthane, Tapioka, Inulin und andere Fruktosane des Inu- lintyps, Lävane,, Arabinogalaktane, Glukomannane, Galaktomannane, Galaktoglu- komannane, Phosphomannane, Fukane, Agar, Agarose, Cyclodexrine, Carrageena- ne, Pektine (unverestert und verestert), Algine, Chitine, Chitosane, Heparine, Tei- chinsäuren, Hyaluronsäuren, Chondroitinschwefelsäuren, Carobin, Pflanzengummis wie: Gum Arabicum, Gum Tragacanth, Gum Karaya , Gum Ghatti, Gum Damar, Gum Locust Bean, Gum Rosin, Gum Elemi, Gum Guaiac, Gum Guar, Gum Mastic, Gum Storax, Gum Pontianak etc., Derivate der genannten Polysaccharide bzw. Mischungen.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung ist die Modifizierung, Kopplung bzw. Crosslinking von (Ligno)celluloseprodukten, insbesondere für die Papierherstellung und Modifikation. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist Teil der nicht die Papierherstellung und -Modifikation betrifft, wobei dies durchaus die Modifikation von (Ligno)celluloseprodukten für andere Anwendungen umfassen kann. F) Eigenschafts- verändernde Verbindungen sind zu koppelnde Verbindungen, die abhängig zu den gewünschten Eigenschaften ausgewählt und gekoppelt werden. Diese Verbindungen werden nachfolgend detailliert behandelt. In der Literatur sind eine Fülle von Anwendungen beschrieben, die man generell mit dem „Einbringen neuer und/oder verbesserter Eigenschaften in Fasermaterial und/oder Polymere, bevorzugt Zellstoffe beschreiben kann, wobei bei den Zellstof- fen hauptsächlich neben genereller Verbesserung der Fasereigenschaften (Erhöhung der Festigkeiten), das Einbringen neuer Eigenschaften z.B. in Verpackungen oder Spezialpapiere gemeint sind.
Die bevorzugten Eigenschaftsverbesserungen und/oder die Einbringung neuer Eigenschaften in Fasermaterial allgemein oder in Verpackungen und Spezialpapiere sind solche wie: 1) Verbesserung von Festigkeitseigenschaften von Zellstoffen durch Koppeln/Crosslinken von Polysacchariden wie bevorzugt Stärken, 2) Einführen von Greaseproof paper/ barrier paper Eigenschaften, 3) Einführen von Sauerstoff Scavenger Eigenschaften, 4) Einführen von Antimikrobiellen Eigenschaften, 5) Einführen von Frische Indikator Eigenschaften, 6) Einführen von Metallen, Metallio- nen für die Herstellung von „security paper", 7) Einführen von „fluorescent" oder „luminescent" Substances für die Herstellung von „security paper", 8) Einführen von Ethylen Scavenger Eigenschaften, 9) Einführen von CO2 Scavenger Eigenschaften, 10) Einführen von Geruchs-entfernender Eigenschaften, 11) Einführen von A- roma-erhaltender Eigenschaften, 12) Einführen von Zeit und/oder Temperatur Indi- kator Eigenschaften, 13) Einführen von Feuchtigkeits-regulierenden Substanzen, 14) Einführen von MAP (= modified atmosphere packaging) Eigenschaften. Die genannten Anwendungen werden bevorzugt mit den Enzym-basierenden Systemen zum Koppeln und Cross-Iinken, insbesondere mit Systemen, die enzymatisch Oxiran erzeugen, durchgeführt. Die genannten Anwendungen sind solche, wie sie im folgenden in der Literatur beschriebenen sind. Auch weitere in diesen Literaturen beschriebene Anwendungen sind bevorzugt. Diese Anwendungen beschreiben bevorzugt „package" Modifizierungen : Hogard, Ch., Jukes, M. and Poustis, J. : Paper and paperboard packaging technology, Blackwell Publishing Ltd., 2005; Petrie, E. : Developments in barrier coatings for paper and board packaging, Pira international Ltd, 2006; Ahvenainen, R. : Novel food packaging techniques, CRC Press, 2003; MiI- joproject 1013: More environmentally friendly alternatives to PFOS-compounds and
PFOA, 2005; Aikio, S. et al. : Bioactive paper and fibre products, Julkaisija-Utgivare- Publisher, 2006; Jung H. Han : Innovations in Food Packaging (Food Science and Technology) Academic Press, 2005; Brody, A. L. et al. : Active packaging for food applications, CRC Press, 2001; Robertson, G. L. : Food packaging : principles and practice, Marcel Dekker, 1993; Brander, J. Thorn, I. : Surface application of paper Chemicals, Blackie Academic & Professional, London, 1997; Matsuda, T. : Future di- rections in biocatalysis, Elsevier, 2007; Abe, Y. : Active packaging with oxygen ab- sorbers, Minimal processing of food, VTT Symposium, Espoo, pp. 209-233, 1994; Brody, A. L. : Oxygen scavenging packaging, Proceedings of Oxygen Absorbers: 2000 and Beyond, Chicago, USA, 1999; Appendini, P., et al. : Review of antimicro- bial food packaging , Innovative Food Science and Emerging Technologies, 3, pp. 113-126, 2002; Riley, A. : Developments in metallised papers for packaging, Pira international Ltd, 2006; Touhsaent, R., Tsai, M. L. : Metallized multilayer packaging film, US Pat: 680758, 1996; Knight, M. R. M : Security thread, a film and a method of manufacture of a security thread, US Pat: 289440, 1994; Antochin, S., et al. : Metallized paper including security features, EP1150270, 2000; Keller, M., et al. : Security paper, US Pat: 0127649, 2003; Wittich, K. et al. : Security paper with au- thenticity features in the form of substances luminescing only in the invisible region of the optical spectrum and process for testing the same, US Pat: 4451521, 1984. Im folgenden sind einige bevorzugte Anwendungen beispielhaft erklärt: 1) Verbesserung von Festigkeitseigenschaften von Zellstoffen durch Koppeln/ Cross-Iinken von Polysacchariden wie bevorzugt Stärken : Eine besonders bevorzugte Anwendung ist die sogenannte „Fibre Modification" von Zellstoffen. Dabei sind zu koppelnde Substanzen, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Enzym-basierenden Systeme mit den Verbindungen, die modifiziert werden sollen (bevorzugt Zellstoff) gekoppelt und/oder gecrosslinkt werden, spezielle Eigenschafts-verändernde monomere bis polymere Substanzen wie Cellulosen, Hemicellulosen (z. B. Xylane) andere Polysaccharide, besonders bevorzugt Stärken. Diese Behandlung kann neben anderen gewünschten Effekten eine starke Festigkeitserhöhung bewirken. Bevorzugt ist das Koppeln von kationischen Stärken, welche auf Grund ihrer Ladungseigenschaften teilweise nicht-kovalent auf die Fasern aufziehen können. Wegen der erheblichen Kosten von kationischen Stärken ist besonders bevorzugt die Kopplung von anderen nicht geladenen Stärken wie z. B. Kartoffelstärken. 2) Stoffe zum Einführen von „greaseproof „ Eigenschaften in (bevorzugt) Zellstoff:
Solche bevorzugten "barrier"- Verbindungen sind : Polymere (Polysaccharide) wie bevorzugt Chitosane etc.; Andere Polysaccharides wie Alginates etc.; Hydroxyethy- lierte Stärken; Proteine wie Casein, Zein, Molkeproteine, Gluten etc.; Fettsäure- Melamine-Waxe; Paraffine; PoIy Vinyl Alkohole (PVA) oder Acetate; Spezielle "Fat removal" Substanzen wie z. B. Hydroxyalkoxypropyl Derivate etc.; Andere Verbindungen wie Sulfosuccinate, aliphatische Alkohole, propylierte aromatische Verbindungen, etc.; Gemische der vorstehend genannten Substanzen. Dabei ist besonders bevorzugt die Kopplung von mehreren verschiedenen "barrier" Verbindungen. 3) Stoffe zum Einführen von Sauerstoff-Scavenger- Eigenschaften in (bevorzugt) Zellstoff; besonders bevorzugte Sauerstoff scavenger - Verbindungen oder Systeme sind solche wie unter A) : Ethylene vinyl alcohol als O2-scavenger; Eisenpulver as O2-scavenger, eingeschlossen z. B. in Cyclodextrinen; natürliche Antioxidantien wie bevorzugt: Harnstoff, Tannine, Gluthathion, Catechol, Bilirubin, Carotine, Caro- tinoide, Lycopen, Zeoxantin, Ubiquinol, Tocopherlol, Quercitin, Ascorbisäure und Derivative, Rutin, Retinol, u.a.; künstliche Antioxidantien wie bevorzugt: „hindered Phenolic antioxidants" wie butuliertes Hydroxytoluol (BHT) und Abkömmlinge wie: Irganox (1010, 1030, 1035, 1076, 1098, Cyanox 2246, Topanol CA, Ethanox 330, Santonox R, Good-rite 3114 und 3125, Santowhite und Tinuvine etc., aromatische Phosphorverbindungen, aromatische Amine, Organosulfurverbindungen, letztere wirkend über die Zerstörung von gebildeten Peroxiden; ungesättigte Fettsäuren bzw. Fette als O2-scavenger oder andere ungesättigte Verbindungen wie Terpene, Terpenoide, wie auch Carotine, Carotinoide u.a.. B) Sauerstoff-verbrauchende Enzyme wie z. B. : Laccasen, Thyrosinasen, Catecho- loxidasen, Oxidasen, Oxygenasen, Dioxigenasen etc. welche O2 für ihre Reaktion brauchen und Catalase, Superoxid Dimutases u.a,. die auf Sauerstoff-Radikale wirken. Bevorzugt ist die Kopplung von Sauerstoff absorbierender Substanzen auf die Zellstoffschicht (Papierschicht), welche mit dem Lebensmittel in Kontakt kommt. Unter den Sauerstoff absorbierenden Substanzen bevorzugt ist die Kopplung von natürlichen Eisen-enthaltenden Verbindungen wie Haemoglobin, Myoglobin, Ferritin und von Eisen-Komplexen wie spezielle Verbindungen, welche das Eisen eingeschlossen enthalten, wie z. B. in Cyclodextrinen, Crown ether Substanzen u.a. oder Verbindungen, die Eisen gebunden enthalten wie z. B. Ferrocen-Verbindungen. Gegebenenfalls enthalten diese Systeme End-akzeptoren für Sauerstoff und Elektro- nen. Nachteile dieser Sauerstoff-absorbierenden Systeme ist ihr Feuchtigkeits- Bedarf und ihre oftmals unerwünschte Färbung.
Besonders bevorzugt ist die Enzym-basierende Kopplung von ungesättigten Fettsäuren/Fetten, Ölen (bevorzugt Di- bis polyungesättigt) oder von anderen ungesät- tigten Verbindungen wie Terpen-Verbindungen, Terpenoid-Verbindungen, wie auch von Carotinen, bzw. Carotinoiden als Reaktanden und Absorber für den vorhandenen Sauerstoff. Ebenso bevorzugt ist die Ankopplung von Di- bis polyungesättigten Fettsäureamiden, Fettamiden der generellen Formel : R-CO-NH2, oder von Di- bis poly-ungesättigten Fettsäure/ Fett Alkoholen. Die bei der Kopplung nicht abreagierten aktiven Gruppen (Doppelbindungen, Oxi- rane) sind in der Lage mit dem vorhandenen Sauerstoff zu reagieren und ihn aus dem System zu entfernen.
Ebenfalls bevorzugt ist die Ankopplung von Enzymsystemen, welche als Enzymkomponente bevorzugt Oxidasen, Monooxygenasen, Dioxygenases (eventuell in Kombination mit H2O2 verbrauchenden Enzyme wie Catalasen etc.) enthalten.
Das gebildete Peroxid, z.B. generiert bei der Reaktion von Sauerstoff + Glukose- Oxidasen (GOD's) kann - wenn nötig - durch diese Catalasen zerstört werden. Um den antimikrobiellen Effekt der gebildeten Peroxide zu nutzen (siehe unten unter antimikrobiellen Verpackungen) kann seine Generierung und Vorhandensein erwünscht sein, z.B. für kombinierte Anwendungen. Die meisten genannten und bevorzugten Enzyme sind kommerziell erhältlich, auch als Mixturen. Viele haben auch den Vorteil ein "FDA approval" zu besitzen.
4) Koppeln von antimikrobiellen Verbindungen : Besonders bevorzugt sind Verbindungen oder Systeme wie: a) organische Säuren wie Benzoesäuren, Parabene (Es- ter der para-Hydroxybenzoesäure), Sorbate; b) Enzyme wie Lysozyme, Glucose Oxidasen, Lacto-Peroxidasen, andere Peroxidasen; c) Bacteriocins wie: Nisin, Lacti- cins, Mischungen mit anderen Verbindungen; d) Fungizide wie Benomyl, Imazalil; e) Polymere wie Chitosane; f) Ungesättigten Verbindungen wie Terpen- Verbindungen wie Eugenol, Farnesol u.a., Terpenoid-Verbindungen, wie auch Caro- tine, bzw. Carotinoide; g) Natürliche Extrakte wie Grapefruit Samenextrakte, Gewürz Extrakte, Meerrettich Extrakte; h) Verbindungen wie: Zimt-Aldehyde, AIIyI Isothiocyanate, BHT, Hexamethyxlenetetramine, Antibiotika etc.; i) Antimikrobiellle Metall- enthaltende Stoffsysteme wie z. B. Silber substituierte Zeolite; j) Precursor Verbindungen zur Generation von reaktiven Sauerstoffverbindungen (andere als H2O2) wie Singulet Sauerstoff, Peroxyl Radikal, Hydroperoxid Radikal etc.; k) geeignete Mischungen der Stoffe.
Ein Hauptproblem beim Gebrauch solcher antimikrobieller Systeme ist ihr nur begrenzt möglicher Einsatz (Einsatz bei Verpackungen für flüssige Substrate). Beim Einsatz bei Verpackungen von festen Packungsinhalten ist der Kontakt zum anti- mikrobiell wirkenden Agents gehindert (Diffusionsproblem).
5) Frische-Indikatoren wie z. B. : a) pH-Indikatoren, welche sensitiv auf pH- Änderungen wirken : Generierung von organischen Säuren während des Wachstums (Koppeln von pH-Indikatoren wie Phenolrot, Cresolrot, etc.; b) Indikatoren, die sensitiv auf das Stoffwechsel produkt Alkohol reagieren ( z. B. Koppeln von Alkohol Oxidase + Peroxidase + chromogenic Substrat Systeme u.a.); c) CO2 sensitive Indikatoren, wobei das beim Stoffwechsel freiwerdende CO2 durch entsprechende meist pH-Indikatoren angezeigt wird (z. B. Koppeln von Farb-verändernden Indikatoren wie Bromcresolpurpur, Bromothymolblau etc.); d) Indikatoren, welche sensi- tiv auf beim Stoffwechsel freiwerdende SO2, NH4 reagieren (Koppeln von farb- verändernden Indikatoren wie Neutralrot, Phenolphthalein, Bromothymol- blau etc.); e) H2S-sensitive Indikatoren, welche das beim Stoffwechsel freiwerdende Gas nachweisen (el) Koppeln von eingeschlossenen oder komplexierten Eisenverbindungen, welche die Bildung von gefärbten Sulfiden bewirken können und e2) Kop- peln von Myoglobin, Farbänderung bei Vorhandensein von H2S); f) Indikatoren, welche sensitiv auf mikrobielle Enzyme reagieren, die während des mikrobiellen Wachstums gebildet werden (Koppeln von spezifischen enzymabhängigen "chromogenic Substrates" und entsprechender Nachweis der jeweiligen Enzyme durch en- zym-spezifische Farbreaktionen). 6) Koppeln von Metallen zur Herstellung von „security paper", wie Banknoten, speziellen „wrappings" etc: Besonders bevorzugt sind zwei Koppelverfahren mit relevanten Verbindungen wie: a) Koppeln von Metallionen (z.B. Aluminium) mit Hilfe von komplexierenden Agentien (z.B. Metallkomplex-bildende Verbindungen oder Siderophoren oder Siderophor-ähnlichen Substanzen), wie sie in der Literatur (z.B. Winkelmann, G. : Metall Ions in Fungi, Marcel Dekker, 1994 und Winkelmann, G. : CRC Handbook of Mikrobial Iron Chelates, CRC Press, 2000) beschrieben sind; b) Koppeln von Metallen mit Hilfe von durch Cyclodextrine, Crown Ether etc. gebildeten Einschlussverbindungen. 7) Koppeln von luminescent bzw. fluorescent substances, zur Produktion von z. B. „security paper", Banknoten etc. Besonders bevorzugt sind luminescent substances oder deren Derivative, die als kopplungsrelevante Gruppen OH-, NH2- oder Thiol-
Gruppen besitzen. Bevorzugt sind Verbindungen wie: a) Luminol (3-Aminophthalic acid hydrazide) Derivative + spezifische Enhancer Verbindungen*; b) Acridin Derivative + spezifische Enhancer Verbindungen*; c) Lucigenin Derivative + spezifi- sehe Enhancer Verbindungen*; d) Peroxyoxalat enthaltende System (Fluorophor + Peroxyoxalat precursor + Peroxid) + gegebenenfalls spezifische Enhancer Verbindungen*. Besonders bevorzugt sind auch solche Verbindungen, die auch in der Literatur: Wörle, D. et al : Photochemie, Wiley-VCH, 1998 und Birks, WJ. Chemolumi- nescence and Photochemical Reaction Detection in Chromatography, VCH Publi- shers , New York, 1989 beschrieben sind. Bevorzugt wird die Luminescence nach entsprechender Oxidation z. B. chemisch, enzymatisch oder physikalisch initiiert. Dies führt zu einer Anregung der lumineszierenden Substanz, was wiederum zu einer zeitweisen Lichtreaktion führt. *spezifische Enhancer Verbindungen sind solche, die die Luminescence verstärken oder initiieren. 8) Einführen von Ethylen Scavenger Eigenschaften. Besonders bevorzugt sind Verbindungen oder deren Derivative, die als kopplungsrelevante Gruppen OH-, NH2- oder Thiol-Gruppen besitzen. Bevorzugt sind Verbindungen wie: a) Propylene gly- col; b) Squalen, andere Isoprene; c) Diene oder Triene; d) Diazine, Triazine und Tetrazine und deren Sulphone und Ester; e) Gemische von (a-d) Verfahrensführung : Mit dem erfindungsgemäßen bevorzugten Enzym-basierenden System zur Oxiranerzeugung ist es generell möglich, alle Verbindungen, die OH-. NH2 oder Thiolgruppen besitzen (zu modifizierende Verbindungen) mit zu koppelnden bzw. zu cross-linkenden Verbindungen, die ebenfalls OH-, NH2 oder Thiolfunk- tionen besitzen, zu koppeln. Bei Vorhandensein von anderen funktionellen Gruppen wie z. B. Carboxylfunktionen ist dies auch nach geeigneter Umfunktionalisierung möglich. Dies macht das erfindungsgemäße System, da zur Oxiranerzeugung sehr billige und ungiftige Verbindungen wie z. B. bevorzugt Lipasen, Fettsäuren bzw. Fette und Peroxid eingesetzt werden, zu einem kommerziell hochinteressanten und universell einsetzbaren Kopplungs- und Cross-Iink-Verfahren. Verfahren : 2-pot System für den Einsatz z.B beim Koppeln bzw Cross-Iinken von Faserstoff wie z.B. Zellstoff. Pot 1 : Herstellung von Oxiran-tragenden Fettsäuren bzw. Fetten und Pot 2 : Koppeln und Crosslinken von zu modifizierendem Faserstoff wie z.B. Zellstoff mit zu koppelnden bzw. zu cross-linkenden Verbindungen. 20 g Fettsäuren bzw. Fette, Pflanzenölgemische werden mit 50 mg crude Lipase von Candida antaretica oder Candida paralopsilosis (immobilisiert) versetzt und über 6 Stunden hinweg ca. 1,7 ml H2O2 (30%) zugegeben ( nach bevorzugt 0, 0,5 und 1 h je 150 μl, nach 2, 3, 4, 5 und 6 h je 250 μl). Die Reaktion erfolgt unter Rundschütt- lung (180 rpm) in einem 100 ml Erlenmeyerkolben bei 30 0C. Größere Ansätze sind entsprechend upscalbar. Die Reaktionslösung wird gegebenenfalls für weitere 6 h geschüttelt (Pot 1). Die Lösung wird dann mittels Filternutsche vom immobilisierten Enzym separiert und dann eingesetzt. Das Enzym kann bis zu 20-fach wieder verwendet werden, gegebenenfalls nach Zugabe von frischem Enzym, um etwaige In- aktivierungen auszugleichen. Die gebildeten oxiranhaltigen Verbindungen (Fettsäuren bzw. Fette; Öle) werden den zu modifizierenden Verbindungen zugesetzt (bevorzugt 0,1 g bis 2 g / 100 g, bevorzugt 0,3 g bis 1 g/ 100 g absolut trockenen Faserstoff wie z.B. Zellstoff. Die Faserstoff- wie z.B. Zellstofflösung enthält ebenfalls die zu koppelnde bzw. zu cross-linkende Verbindung, bzw. die zu koppelnden bzw. zu cross-linkenden Verbindungen, in einer Konzentration von 0,5 bis 40 mg, bevorzugt 5-20 mg pro g atro Faserstoff wie z.B. Zellstoff. Der Ansatz wird für 0,5 bis 20 h, bevorzugt 1-6 h, unter leichtem Rühren (30-100 rpm, bevorzugt 30-50 rpm) bei 0,5 bis 4% Stoffdichte, bevorzugt bei 1-2 % Stoffdichte, bei 30 bis 80 0C, bevorzugt bei 30-55 0C und bei pH 4,0 bis 9,0, bevorzugt bei pH 4,5-8,0, inkubiert (Pot 2). Der behandelte Faserstoff wie z.B. Zellstoff wird dann intensiv durch Filtration gewaschen. Figur 3 zeigt den entsprechenden erfindungsgemäßen Rührer. Nach dem Waschen werden Nutschenblätter zur Bestimmung von Parametern wie ISO-Weiße und Viskosität etc. hergestellt. Ebenfalls werden handsheets für die Bestimmung von relevanten Festigkeitseigenschaften hergestellt. Für die Testung, ob und in welcher Menge Kopplungen stattgefunden haben, wird meistens ungetrockneter Faserstoff wie z.B. ZeII- Stoff benutzt, wobei die genaue eingesetzte Menge über das Trockengewicht ermittelt wird.
Verfahren : 3-pot System für den Einsatz beim Koppeln bzw. Cross-Iinken von Faserstoff wie z.B. Zellstoff. Pot 1 : Herstellung von Oxiran-tragenden Fettsäuren bzw. Fetten, Ölen; Pot 2: Koppeln und Cross-Iinken des Faserstoffs wie z.B. Zellstoff mit Oxiran-tragenden Fettsäuren bzw. Fetten = z.B. Aktivierung des Faserstoffs wie z.B. Zellstoff; undPot 3: Koppeln und/oder Cross-Iinken von zu modifizierendem Faserstoff wie z.B. Zellstof mit zu koppelnden bzw. zu cross-linkenden Verbindungen. 20 g Fettsäure bzw. Fett (bevorzugt Fettgemische) werden mit 50 mg crude Lipase von Candida antarctica oder Candida paralopsilosis (immobilisiert) versetzt und ü- ber 6 h hinweg ca. 1.7 ml H2O2 (30%) zugegeben ( bevorzugt nach 0, 0,5 und 1 h je 150 μl, nach 2, 3, 4, 5 und 6 h je 250 μl). Die Reaktion erfolgt unter Rundschütt- lung (180 rpm) in einem 100 ml Erlenmeyerkolben bei 30 0C. Größere Ansätze sind entsprechend upscalbar. Die Reaktionslösung wird gegebenenfalls für weitere 6 h geschüttelt (Pot 1). Die Lösung wird dann mittels Filternutsche vom immobilisierten Enzym separiert und dann eingesetzt.
Das Enzym kann bis zu 20-fach wieder verwendet werden, gegebenenfalls nach Zugabe von frischem Enzym, um etwaige Inaktivierungen auszugleichen, Die gebildeten oxiranhaltigen Verbindungen (Fettsäuren bzw. Fette) werden dem Faserstoff wie z.B. Zellstoff zugesetzt: 0,1 g bis 2 g/100 g, bevorzugt 0,3 g bis 1 g/ 100 g absolut trockenen Faserstoff wie z.B. Zellstoff.
Der Ansatz wird für 0,5 bis 20 h, bevorzugt 1-6 h, unter leichtem Rühren (30-100 rpm, bevorzugt 30-50 rpm) bei 0,5 bis 4% Stoffdichte, bevorzugt bei 1-2% Stoffdichte, bei 30 bis 80 0C, bevorzugt bei 30 -55 0C und bei pH 4,0 bis 9,0, bevorzugt bei pH 4,5-8,0, inkubiert. Der behandelte Faserstoff wie z.B. Zellstoff wird dann intensiv durch Filtration gewaschen ( = Pot 2 = Aktivierung).
Danach wird (= Pot 3) die auf die circa Stoffdichte eingestellte Faserstoff- wie z.B. Zellstofflösung (zu modifizierende Verbindung) mit der zu koppelnden bzw. zu cross-linkenden Verbindung, bzw. mit den zu koppelnden bzw. zu cross-linkenden Verbindungen, in einer Konzentration von 0,1 bis 2 g, bevorzugt 0,3 bis 1 g, pro 100 g absolut trockenem (atro) Faserstoff wie z.B. Zellstoff versetzt. Der Ansatz wird für 0,5 bis 20 h, bevorzugt 1-6 h, unter leichtem Rühren (30-100 rpm, bevorzugt 30-50 rpm) bei 0,5 bis 4 % Stoffdichte, bevorzugt bei 1-2 % Stoffdichte, bei 30 bis 80 0C, bevorzugt bei 30 -55 0C und bei pH 4,0 bis 9,0, bevorzugt bei pH 4,5- 8,0, inkubiert. Der behandelte Faserstoff wie z.B. Zellstoff wird dann wiederum intensiv durch Filtration gewaschen. Nach dem Waschen werden Nutschenblätter zur Bestimmung von Parametern wie ISO-Weiße und Viskosität etc. hergestellt. Ebenfalls werden handsheets für die Bestimmung von relevanten Festigkeitseigenschaften hergestellt. Für die Testung, ob und in welcher Menge Kopplungen stattgefun- den haben, wird meistens ungetrockneter Faserstoff wie z.B. Zellstoff benutzt, wobei die genaue eingesetzte Menge über das Trockengewicht ermittelt wird. Verfahren : muiti-pot System für den Einsatz beim Koppeln bzw. Cross-iϊnken von Zellstoff. Pot l f Pot 2 und Pot 3 werden wie beim 3-pot System durchgeführt. In Pot 4 wird, wie für Pot 2 beschrieben, eine erneute Aktivierung durchgeführt. In Pot 5 wird mit der zu koppelnden bzw. zu cross-linkenden Verbindung, bzw. mit den zu koppelnden bzw. zu crosslinkenden Verbindungen gekoppelt bzw. gecrosslinkt. Mit diesem mehrstufigen Verfahren können auch chemisch unverträgliche oder sehr empfindliche Verbindungen in Mehrzahl gekoppelt werden.
Die Erfindung wird durch die nachfolgend beschriebenen Beispiele näher erläutert, diese sollen die Erfindung aber nicht einschränken.
Beispiele
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel) : Kopplung von Blauxylan an gemischtem Faserstoff wie z.B. Zellstoff d-pot System) : Folgende wässrige Mischung wird zu 1.0 g atro Faserstoff wie z.B. Zellstoff (ca. 4 g nass) unter Mixen gegeben : ca. 40 ml Lei- tungswasser, versetzt mit 20 mg Blauxylan (200 mg pro 10 ml Leitungswasser) = 1 ml pro Ansatz, versetzt mit 0,2 mg Lipase aus Candida spec. (2 mg/10 ml Leitungswasser) = 1 ml pro Ansatz und 6 mg Fettemulgat (300 mg Speiseölmi- schung/300 mg Tween® 20 in 100 ml Leitungswasser) = 1 ml pro Ansatz. Der pH- Wert mit Schwefelsäure und/oder Natronlauge so eingestellt, dass nach Zugabe des Zellstoffs ein pH- Wert von ca. 4,5 resultiert. Dann wird auf 50 ml aufgefüllt, sodass eine Stoffdichte von ca. 2 % resultiert. Die Reaktion wird dann durch Zugabe von 10 μl H2O2 (30 %ig) gestartet und die Mischung für 1 min mit einem Teigkneter gemixt. Danach wird der Stoff in ein Reaktionsgefäß gegeben und unter Normaldruck für 8 h bei 500C unter Rühren inkubiert. Danach wird der Stoff durch Filtrati- on gewaschen und ein Nutschen-Blatt mittels Vakumtrocknung hergestellt. Durch das auf die Faser gekoppelte Blauxylan konnte eine Reduzierung der Weiße (im Vergleich zum Referenzwert ohne Enzym) um 6,7 % erreicht werden (Messung der Weiße mittels Weißemessgerät Dr. Lange /Germany (Color-Tester LFM 1). Beispiel 2: Kopplung von Blauxylan an gemischtem Faserstoff wie z.B. Zellstoff (2- pot System) : Folgende wässrige Mischung wird zu 1,0 g atro Faserstoff wie z.B. Zellstoff (ca. 4 g nass) unter Mixen gegeben : ca. 40 ml Leitungswasser, versetzt mit 20 mg Blauxylan (200 mg pro 10 ml Leitungswasser) = 1 ml pro Ansatz. Der pH-Wert mit Schwefelsäure und/oder Natronlauge so eingestellt, dass nach Zugabe des Zellstoffs ein pH- Wert von ca. 4,5 resultiert. Dann wird auf 50 ml aufgefüllt, sodass eine Stoffdichte von ca. 2 % resultiert. Die Reaktion wird dann durch Zugabe von 10 μg Kopplungsenhancer, bestehend aus ungesättigtem Fettgemisch (mo- no-ungesättigte Fette = 39 % w/w, Di-oligo ungesättigte Fette = 50 % w/w) gestartet und die Mischung für 1 min mit einem Teigkneter gemixt. Danach wird der Stoff in ein Reaktionsgefäß gegeben für 2 h bei 500C unter Rühren inkubiert
(Kopplungs- bzw. Crosslink-Reaktion in Pot 2).
Die Oxiranlösung (Kopplungsenhancer) wird wie folgt hergestellt: 20 g Fettsäure bzw. Fett (bevorzugt Fettgemisch) werden mit 50 mg crude Lipase von Candida antarctica oder Candida paralopsilosis (immobilisiert) versetzt und über 6 h hinweg ca 1,7 ml H2O2 (30%) zugegeben (nach bevorzugt 0, 0,5 und 1 h je 150 μl, nach 2, 3, 4, 5 und 6 h je 250 μl). Die Reaktion erfolgt unter Rundschüttlung (180 rpm) in einem 100 ml Erlenmeyerkolben bei 30 0C. Die Reaktionslösung wird gegebenenfalls für weitere 6 h geschüttelt (Pot 1). Die Lösung wird dann mittels Filtration vom immobilisierten Enzym separiert und dann eingesetzt (siehe oben). Nach der Reaktion wird der Stoff durch Filtration gewaschen und ein Nutschen-Blatt mittels Vakumtrocknung hergestellt. Durch das auf die Faser gekoppelte Blauxylan konnte eine Reduzierung der Weiße (im Vergleich zum Referenzwert ohne Enzym) um 12,2 % erreicht werden ( Messung der Weiße mittels Weißemessgerät Dr. Lange /Germany (Color-Tester LFM 1).
Beispiel 3: Kopplung von Blauxylan an gemischtem Faserstoff wie z.B. Zellstoff (3- pot System) : 1,0 g atro Faserstoff wie z.B. Zellstoff (ca. 4 g nass) wird mit ca. 40 ml Leitungswasser unter Mixen versetzt: Der pH-Wert wird mit Schwefelsäure und/oder Natronlauge so eingestellt, dass nach Zugabe des Zellstoffs ein pH- Wert von ca. 4,5 resultiert. Dann wird auf 50 ml aufgefüllt, sodass eine Stoffdichte von ca. 2 % resultiert. Die Reaktion wird dann durch Zugabe von 10 μg Kopplungsenhancer bestehend aus ungesättigtem Fettgemisch (mono-ungesättigte Fette = 39 % w/w, Di-oligo ungesättigte Fette = 50% w/w) gestartet und die Mischung für 1 min mit einem Teigkneter gemixt. Nach 2 Stunden Reaktionszeit bei 50 0C unter Rühren (Aktivierungsreaktion in Pot 2) wird der Faserstoff wie z.B. Zellstoff durch Filtration gewaschen.
Die Oxiranlösung (Kopplungsenhancer) wird wie folgt hergestellt: 20 g Fettsäure bzw. Fett (bevorzugt gemischt) werden mit 50 mg crude Lipase von Candida antarctica oder Candida paralopsilosis (immobilisiert) versetzt und über 6 h hinweg ca. 1,7 ml H2O2 (30%) zugegeben ( bevorzugt nach 0, 0,5 und 1 h je 150 μl, nach 2, 3, 4, 5 und 6 h je 250μl). Die Reaktion erfolgt unter Rundschüttlung (180 rpm) in einem 100 ml Erlenmeyerkolben bei 30 0C. Die Reaktionslösung wird gegebenenfalls für weitere 6 h geschüttelt (Pot 1). Die Lösung wird dann mittels Filtration vom immobilisierten Enzym separiert und eingesetzt (siehe oben). Der gewaschene Faserstoff wie z.B. Zellstoff wird dann erneut unter Mixen zu ca.
40 ml Leitungswasser gegeben und mit Schwefelsäure und/oder Natronlauge so eingestellt, dass ein pH- Wert von ca. 4,5 resultiert. Dann wird die Zellstofflösung mit 20 mg Blauxylan (200 mg pro 10 ml Leitungswasser) = 1 ml pro Ansatz ver- setzt. Dann wird auf 50 ml aufgefüllt, sodass eine Stoffdichte von ca. 2% resultiert. Nach 2 Stunden Reaktionszeit bei 50 0C unter Rühren (Koppeln des Zellstoffs mit der zu koppelnden Substanz = Pot 3) wird der Faserstoff wie z.B. Zellstoff durch Filtration gewaschen und es wird ein Nutschen-Blatt mittels Vakumtrocknung hergestellt. Durch das auf die Faser gekoppelte Blauxylan konnte eine Reduzierung der Weiße (im Vergleich zum Referenzwert ohne Enzym) um 10,2 % erreicht werden (Messung der Weiße mittels Weißemessgerät Dr. Lange /Germany (Color- Tester LFM 1).

Claims

Patentansprüche
1. Enzym-basierendes Verfahren für Kopplungs- und/oder Crosslink-Reaktionen, in dem eine Enzymkomponente mit einem Oxiran generierenden System, umfassend eine Peroxidkomponente und spezielle Kopplungs- und/oder Cross-link- Verbindungen (Kopplungsenhancer), die als Kopplungs und/oder Crosslink Agenzien dienen und die durch die Enzymkomponente aktiviert werden, unter Bildung von Oxiranen umgesetzt werden und das so erhaltene Reaktionsgemisch mit zu modifizierenden und zu koppelnden und/oder zu crosslinkenden Verbindungen in einem zwei, drei oder mehrstufigen Verfahren umgesetzt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
(i) die Enzymkomponenten bevorzugt immobilisierte Lipasen oder Esterasen, Proteasen, Amidasen, Transferasen, Acylasen, Glycosidasen, Glycotransferasen und Oxidoreduktasen wie bevorzugt Peroxidasen oder Laccasen und andere Oxidasen enthalten; (ii) das Oxiran generierende System gegebenenfalls auch in anderen Kopplungs- und/oder Crosslink-Systemen verwendet wird;
(iii) die Peroxidkomponente Peroxide, Per-Verbindungen und Peroxid-generierende Verbindungen umfasst; (iv) die zu modifizierende Verbindungen natürliche (d. h. in der Natur vorkommen- de) Monomere bis Polymere, bevorzugt solche Substanzen, die OH-, NH2- oder Thi- olgruppen enthalten wie Faserstoffe wie z.B. Zellstoffe etc. oder künstliche (d. h. synthetisch hergestellte) Monomere bis Polymere oder Gemische zwischen natürlichen und künstlichen Monomeren bis Polymeren enthalten; (v) die zu koppelnden und/oder zu cross-linkenden Verbindungen bevorzugt gleiche oder ähnliche Substanzen wie die zu modifizierenden Verbindungen wie natürliche (d. h. in der Natur vorkommende) Monomere bis Polymere oder künstliche (d. h. synthetisch hergestellte) Monomere bis Polymere oder Gemische zwischen natürlichen und künstlichen Monomeren bis Polymeren enthalten, die bevorzugt solche Substanzen sind, die OH-, NH2- oder Thiolgruppen enthalten wie lignocellulose- oder oder cellulosehaltige natürliche Polymere oder Faserstoffe (wie z.B. Zellstoffe etc.); und/oder (vi) zusätzlich eigenschaftsverändernde Verbindungen enthalten.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Enzymkomponente ein Enzym aus der Klasse der Hydrolasen (Klasse 3), bevorzugt der Subklassen (3.1, 3.1.1, 3.1.
2,
3.1.3, 3.1.4 und 3.1.7 wie z.B. : Carboxylester-Hydrolasen (3.1.1), Thiolesterhydro- lasen (3.1.2), Phosphor-Monester-Hydrolasen (Phosphatasen) (3.1.3), Phosphorsäure Diester Hydrolasen (3.1.4), Diphosphorsäure-Monoester-Hydrolasen (3.1.7) eingesetzt werden, ganz besonders bevorzugt Enzyme der Subklasse 3.1.1.3, Lipa- sen (Triacylglycerin Lipasen, Triglycerinacylhydrolasen), insbesondere bevorzugt immobilisierte Lipasen aus Candida antarctica und Candida paralopsilosis enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei als Enzyme solche aus der Klasse der Oxidoreduktasen (Klasse 1) und bevorzugt der Subklasse 1.1, insbesondere 1.10.3.2 (Laccasen), 1.11.1.7. (Peroxidasen) eingesetzt werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei für Enzyme, die für ihre Wirkung Peroxide oder andere Perverbindung oder Sauerstoffenthaltende Verbindungen bevorzugt zur Generation von Oxiranen benötigen, solche Substanzen wie Luft, Sauerstoff, Ozon, Peroxidverbindungen wie H2O2, organische Peroxide, Persäuren wie die Peressigsäure, Perameisensäure, Perschwefel- säure, Persalpetersäure, Metachlorperoxidbenzoesäure, Perchlorsäure, Perverbindungen wie Perborate, Percarbonate, Persulfate oder Sauerstoffspezies und deren Radikale wie OH-Radikal, OOH-Radikal, OH+-Radikal, Superoxid (O" 2), Dioxygenyl- Kation (O2 +), Singulettsauerstoff, Ozonid (O3 "), Dioxirane, Dioxitane oder Fremy Radikale eingesetzt werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei für Enzyme, die für ihre Wirkung Peroxide oder andere Perverbindung oder Sauerstoffenthaltende Verbindungen bevorzugt zur Generation von Oxiranen benötigen, besonders bevorzugt Peroxidverbindungen wie H2O2, organische Peroxide eingesetzt werden oder H2O2 mittels entsprechender Enzyme in situ gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Kopplungs- und/oder Crosslink- Verbindungen (Kopplungsenhancer) solche aus der Gruppe der Fettsäuren oder Fette oder Öle sind, wie einfach- und hauptsächlich mehrfach ungesättigte Fettsäuren und Fette, insbesondere die Monofettsäureester, die Difettsäureester und die Trifettsäureester von diesen bevorzugt Pflanzen öle/ Fette oder Gemische aus diesen verwendet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, wobei von den Ölen/Fetten besonders bevorzugt solche sind wie: Anisöl, Melissenöl, Lorbeeröl, Rhizinusöl, Cedarwoodöl, Nelkenöl, Primelöl, Maisöl, Baumwollsamenöl, Kokosnussöl, Jojolaöl, Schmalzöl, Leinöl, Macadamianussöl, Mineralöl, Olivenöl, Orangenöl, Distelöl, Sonnenblumenöl, Soja- bohnenöl, Weizenkeimöl, Erdnussöl, Sesamöl, Immersionsöl, Lebertranöl, andere Fischöle, Butterfett, Kakaobutter, Palmöl, Neutralöl, Avocadoöl, Nachtkerzenöl, Ha- selnuss-öl, Borretschöl, Mandelöl, Rapsöl etc. oder Gemische aus diesen. 9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Kopplungs- und/oder Cross-Iink- Verbindungen (Kopplungsenhancer) besonders bevorzugt solche aus der Gruppe der ungesättigten bzw. gesättigten Fettsäurealkohole wie Trans-2-dodecen-l-ol, 1,5-Pentanediol, 1,6-Hexanediol, 1,7-Heptanediol, 1,8-Octanediol, 1,9-Nonanediol, 1,10-Decanediol, 1,12-Dodecanediol, Hepten, Octen, Tetradecen, Octen-3-ol, 5- Hexen-1-ol,
9-Decen-l-ol, l-Buten-3-ol und Ethylenglykol, und ebenfalls besonders bevorzugt solche Substanzen sind wie Doppelbindung tragende Terpene, wie Hemi-, Mono-, Sesqui-, Di-, Sester-, TriTerpene, Tetraterpene und Polyterpene sowie Carotine und Carotinoide wie ß-Caroten, Capsanthin, Violaxanthin, Zeaxanthin, Lycopen und insbesondere bevorzugt die Sesquiterpene Farnesol und Nerolidol und weitere Verbindungen aus der Gruppe Terpene wie Crocin, Crocetin, Geranylgeraniol, Squalen, Phyten, Citronellol, Citronellen, Geraniol, Ocimen, Myrcen, Linalool, Myr- cenol, Prenol, Nerol, Dolichol, Geranial, Neral, Citronellal etc. sind.
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Kopplungs- und/oder Cross-Iink- Verbindungen (Kopplungsenhancer) Verbindungen eingesetzt werden wie Isocyana- te wie Alkyl- bzw. Aryl- Monoisocyanate, Thiocyanate wie Isothiocyanate, Arylmo- noisothiocyanate, Alkylmonoisothiocyanate, besonders bevorzugt entsprechenden Bis-Verbindungen wie Aryldiisothiocyanate und Alkyl-diisothiocyanate, Alkyldiisocy- anate und Aryldiisocyanate und ebenso bevorzugt solche Substanzen wie Reaktivankerverbindungen wie ß-Sulfoxyethylsulfonverbindungen, Sulfonyl-, Sulfamoyl- oder Carbamoylalkylsulfonsäure-Gruppierungen tragende Verbindungen und andere Kopplungsenhancer wie Aldehyde, Anhydride, Hydrazide, Acrylderivative, Vinyl- derivative, Oxiranverbindungen, N-Hydroxysuccimidyl-Verbindungen etc. und deren Dimere oder Trimere.
11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verbindungen, die modifiziert werden sollen, solche sind, wie natürliche (d. h. in der Natur vorkommende) Monomere bis
Polymere, bevorzugt solche Substanzen, die OH-, NH2- oder Thiolgruppen enthalten, wie cellulosehaltige oder lignocellulosehaltige natürliche Polymere oder Faserstoffe wie z.B. Zellstoffe etc., oder künstliche (d. h. synthetisch hergestellte) Monomere bis Polymere oder Gemische zwischen natürlichen und künstlichen Mono- meren bis Polymeren und wobei die Verbindungen, die gekoppelt und/oder gecross- linkt werden sollen, gleiche oder ähnliche Verbindungen sind, d. h. ebenfalls natürliche (d. h. in der Natur vorkommende) Monomere bis Polymere, bevorzugt solche Substanzen, die OH-, NH2- oder Thiolgruppen enthalten wie Faserstoffe wie z.B. Zellstoffe etc. oder künstliche (d. h. synthetisch hergestellte) Monomere bis Polymere oder Gemische zwischen natürlichen und künstlichen Monomeren bis Polymeren.
12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 11, wobei die Verbindungen, die modifiziert werden sollen und Verbindungen, die gekoppelt und/oder gecrosslinkt werden sol- len, Polymer-Verbindungen sind, vorzugsweise Biopolymere, gewonnen aus pflanzlichem, tierischem oder mikrobiellem Material.
13. Verfahren nach Anspruch 1, 11 oder 12, wobei die Polymer-Verbindungen bevorzugt solche sind wie: Stärke und Stärkederivate, Amylopektin, Glykogen, Liche- nan, Pustulan, Laminarin, Lutean, Hefeglukan, Nigeran, Pullulan, Scleroglukan, Curdlan, Gellan, Emulsan, Acetan, Welan, Celluose und Cellulosederivate inklusive Zellstoffe, Dextrane und Dextranderivate, Mannane insbesondere Hefemannan, Xy- lan, Galaktan, Arban, Xanthan, Tapioka, Inulin und andere Fruktosane des Inulin- typs, Lävan, Arabinogalaktan, Glukomannan, Galaktomannan, Galaktoglukoman- nan, Phosphomannan, Fukan, Agar, Agarose, Cyclodexrin, Carrageenan, Pektin (unverestert und verestert), Algin, Chitin, Chitosan, Heparin, Teichinsäure, Hyalu- ronsäure, Chondroitinschwefelsäure, Carobin, Pflanzengummis wie Gummi Arabi- cum, Tragacanth, Karaya , Ghatti, Damar, Locust Bean, Rosin, Elemi, Guaiac, Guar, Mastic, Storax, Pontianak etc., Derivate der genannten Polysaccharide bzw. Mischungen derselben.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, wobei
(i) als Behandlungsverfahren z. B. beim Koppeln bzw. Crosslinken von Faserstoffen wie Z.B.Zellstoff ein zweistufiges System (2-pot System) angewendet wird, wobei in Pot 1 die Herstellung von Oxiran tragenden Fettsäuren bzw. Fetten erfolgt und in Pot 2 das Koppeln und/oder Cross-Iinken von zu modifizierendem Faserstoff wie z.B. Zellstoff mit zu koppelnden bzw. zu cross-linkenden Verbindungen mit Hilfe der in Pot 1 generierten Oxirane erfolgt,
(ii) als Behandlungsverfahren z. B. beim Koppeln bzw. Cross-Iinken von Faserstoff wie z.B. Zellstoff ein dreistufiges System (3-pot-System) angewendet wird, wobei in Pot 1 die Herstellung von Oxiran-tragenden Fettsäuren bzw. Fetten erfolgt, in Pot 2 das Koppeln und Cross-Iinken des Zellstoffs mit Oxiran-tragenden Fettsäuren bzw. Fetten aus pot 1 : = Aktivierung des Faserstoffs wie z.B. Zellstoff erfolgt und inPot 3 das Koppeln und/oder Crosslinken von zu modifizierendem Faserstoff wie z.B. Zellstoff mit zu koppelnden bzw. zu crosslinkenden Verbindungenerfolgt; und (iii) als Behandlungsverfahren z. B. beim Koppeln bzw. Cross-Iinken von Faserstoff wie z.B. Zellstoff ein mehrstufigen System (multi-pot System) angewendet wird.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, das zur Eigenschaftsverbesserungen und/oder die Einbringung neuer Eigenschaften in Fasermaterial allgemein oder in Verpackungen und Spezialpapiere solche sind wie: 1) Ver- besserung von Festigkeitseigenschaften von Faserstoff wie z.B. Zellstoff durch Kop- peln/Crosslinken von Polysacchariden wie bevorzugt Stärken; 2) Einführen von Greaseproof paper/ barrier paper Eigenschaften; 3) Einführen von Sauerstoff- Scavenger Eigenschaften; 4) Einführen von antimikrobiellen Eigenschaften; 5) Einführen von Frische-Indikator-Eigenschaften; 6) Einführen von Metallen, Metallionen für die Herstellung von „security paper"; 7) Einführen von fluorescent und lumines- cent Substances für die Herstellung von „security paper"; 8) Einführen von Ethylen- Scavenger-Eigenschaften; 9) Einführen von Cθ2-Scavenger-Eigenschaften; 10) Einführen von geruchsentfernenden Eigenschaften; 11) Einführen von aromaerhaltenden Eigenschaften; 12) Einführen von Zeit und/oder Temperatur Indikator Eigenschaften; 13) Einführen von feuchtigkeitsregulierenden Substanzen und 14) Einführen von MAP (= modified atmosphere packaging) Eigenschaften geeignet ist.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dass die Behandlungen bei pH 2 - 10 (bevorzugt 3 - 8), bei 10 bis 100 0C (bevorzugt 20 - 70 0C) für 10 min bis 36 h (bevorzugt 0,5 bis 8 h) und bei Stoffdichten von 0,5 % bis 40 % (bevorzugt 1 % bis 12,5 %) im nichtwässrigen Milieu unter Luft, Sauerstoff oder anderen Gasen wie CO2, N2 etc. unter leichtem Überdruck oder bevorzugt unter Normaldruck durchgeführt werden.
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