202938. lajstromszámú szabadalom • Eljárás cellulóz kinyerésére lignintartalmú anyagokból
1 HU 202 938 B 2 A találmány tárgya eljárás lignintartalmú anyagokból lignin átalakítására és/vagy eltávolítására. A cellulóz vagy cellulózszení anyagok előállításához a lignocellulóz-tartalmú anyagoknak, így például fának vagy egynyári növényeknek lignin-mentesnek kell lenni, annak érdekében, hogy a cellulózból előállított papír mechanikai és fizikai-kémiai tulajdonságai jelentős mértékben jobbak legyenek. Az ismer eljárások nagy nyomáson és magas hőmérsékleten dolgoznak, a környezetet szennyező vegyi anyagok jelenlétében. Az ismert biológiai eljárások szerint a cellulóz anyagok előállítását mikroorganizmusok, különösen gombák segítségével végzik. így például a DE(PS) 3 110 117 számú szabadalmi leírásban olyan eljárást ismertetnek cellulóz előállítására, amelynél fából vagy más növényi szálasanyagból kiindulva a lignocellulóz lebontását szőlő szárrothadását előidéző gomba segítségével végzik. A mikroorganizmusokat alkalmazó eljárásoknak is van azonban hátrányuk. Eddig nem sikerült még elérni az alkalmazott mikroorganizmus egyidejű szaporodása nélkül, hogy a lignin az őt kísérő polimertől (cellulóz) lebontható vagy kioldható legyen. A mikroorganizmus egyidejű szaporodásával igen hosszú a lebomlási idő, amely több hétig is eltarthat. A mikroorganizmusokkal kapcsolatos nehézségek miatt az utóbbi időben fokozott érdeklődéssel kísérik az izolált enzimek felhasználhatóságával kapcsolatos kísérleteket. Különösen sokat vizsgálják a Phanerochaete chrysosporium (szőlő szárrothadás) gomba enzimjével végzett kísérleteket. így például ismert (1. Biotechnology in the Pulp and Paper Industry, 3. International Conference, Stockholm 1986), hogy a ligninlebontási reakciónál, megfelelő enzimrendszer alkalmazása nélkül a reakció egyensúlya a kiindulási oldalon (polimerizációs oldalon) van. Ismert továbbá az is, hogy a veratril-alkohol a Phanerochaete chrysosporium gombák jelenlétében végzett in vivo lignin lebomlási reakciót katalizálni képes [Abstract Bulletin of the Institute of Paper Chemistry, 57. kötet, 7. szám, 1987. január, (Appleton, Wisconsin, USA); P.J. Harvey és mtsai: „Lignin-degrading enzymes and the role of radical cations in lignin biodegradation”, 958, összefoglalás: 8575, & STFI/SPCI Int. Conf. Biotechnol. Pulp & Paper Ind. (Stockholm) 3.: 11-12 (1986. június 16-19). Ismert az is, hogy a zsírsavak a Phamerochaete chrysosporium működését befolyásolni képesek, Asther és munkatársai pl. a Tween 80 jelenlétében Phanerochaete chrysosporium hatására végbemenő lignináz-képződést vizsgálták (Abstract Bulletin of the Institute of Paper Chemistry, 57. kötet, 7. szám, 1987. január (Appleton, Wisconsin, USA); M. Asther és mtársai: „Production of ligninolytic enzymes of Phanerochaete chrysosporium INA-12 in submerged agitatend cultures” 956- 157 oldal, összefoglalás: 8558, & STFI/SPCI Int. Conf. Biotechnol. Pulp & Paper Ind. (Stockholm) 3.: 152-153 (1986. június 16-19). Huynh és mtsai mangánvegyületek hatását vizsgálták a ligninlebontás során és megállapították, hogy a Phanerochaete chrysosporium egy peroxidázt tartalmaz, amely a mangán (II) vegyületeket mangán (ül) vegyületekké oxidálja, amely azután a ligninmolekulákat oxidálja, azaz megállapították, hogy a peroxidáznak jelentős szerepe van a lignin-lebomlásnál (Abstract Bulletin of the Institute of Paper Chemistry, 57. kötet, 1987. január (Appleton, Wisconsin, USA); V-B. Huynh és mtsai: „Oxidation of lignin model compounds by a manganese-dependent enzyme from Phanerochaete chrysosporium as compared to chemically generated Mn(III)”, 959 oldal, összefoglalás: 8578, & STFI/SPCI Int. Conf. Biotechnol. Pulp & Paper Ind. (Stockholm), 3.: 42-45 (1986. június 16-19). Paszczgnski A. és mtsai vizsgálatai szerint a Phanerochaete chrysosporiumból nyert Mn-függő peroxidázok működése redukálószerek adagolásával gátolható. A ditionit ugyanakkor aktivátorként hat (Paszczgnski A. és mtsai: Comparision of Ligninase-1 and Peroxidase-Mz from the White-Rot Fungus Phanerochaete chrysosporium, Arch. Biochem. Biophys. 244. kötet, 2. szám). A találmányunk célja eljárás kidolgozása lignocellulóz-tartalmú anyagokból a lignin eltávolítására és/vagy átalakítására, amely eljárással a mikroorganizmusok, enzimek és vegyi anyagok alkalmazásával járó ismert nehézségek kiküszöbölhetők. Ezek alapján találmányunk tárgya eljárás lignocellulóz-tartalmú anyagokból lignin vagy bomlástermékei eltávolítására és/vagy átalakítására Phanerochaete chrysosporiumból (ATCC 34541) nyert lignolitikus enzim alkalmazásával oly módon, hogy a) a lignintartalmú anyag vizes oldatának redoxpotenciálját oxidálószerként hidrogén-peroxid, redukálószerként aszkorbinsav és fenolos vegyületként veratil-alkohol adagolásával 200-400 mV közötti értékre beállítjuk, b) a rendszerhez lignolitikus enzimet és egyidejűleg ismert módon fehérítőszert adagolunk, c) a reakciót 200-400 mV közötti konstans potenciálon, 20-60 “C közötti konstans hőmérsékleten, 2-5 közötti konstans pH értéken 2-6 órán át fenttartjuk, szükség szerint hidrogén-peroxid, aszkorbinsav és veratil-alkohol adagolásával, a redoxpotenciál állandó ellenőrzése mellett, majd d) a reakciókeverékből az enzimet ismert módon elválasztjuk, tisztítjuk és a reakciórendszerbe visszavezetjük. A találmány szerinti eljárásnál enzimként például lignolitikus enzimeket, előnyösen például fenoloxidázokat, laktázokat vagy peroxidázokat alkalmazunk. A találmány szerinti eljárás hatásosságát például pektinázok és/vagy hemicellulázok adagolásával növelhetjük. Előnyösen Phanerochaete chrysosporium gombából nyert enzimet alkalmazunk, adott esetben magát a Phanerochaete chrysosporium-ot is alkalmazhatjuk a lebomlási reakcióhoz (4 687 741 lszámú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás). A találmány szerinti eljárásnál a pH 2 és 5 közötti érték, előnyösen 3, a hőmérséklet előnyösen 20 °C és 60 °C közötti érték, előnyösen 40 °C. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
