JPH10509642A

JPH10509642A - 生物皮膜の回避および除去法ならびに組成物

Info

Publication number: JPH10509642A
Application number: JP8517645A
Authority: JP
Inventors: エイアーズ，マルク; ファン・ペー，クリスティン; ファン・プーレ，ヨス; スフエツ，ユルヘン・フリードリッヒ; シェンカー，アヒム・ペー
Original assignee: ベッツディアボーン・インコーポレイテッド
Priority date: 1994-12-06
Filing date: 1995-11-21
Publication date: 1998-09-22
Also published as: EP0796114A1; BR9509974A; MX9704090A; NO972499D0; EP0796114A4; NO972499L; FI972388A0; AU695600B2; AU4247496A; WO1996017632A1; CZ173897A3; CA2203436A1; CN1168637A; NZ297334A; FI972388A

Abstract

(57)【要約】本発明は、カルボヒドラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼおよびグリコールプロテアーゼからなる群からの少なくとも１種の酵素成分ならびに短鎖グリコール成分を、水保有系、特に工業用プロセス水系の表面の生物皮膜の除去のため、および／またはスライム形成の回避のために使用することに関する。これら酵素成分およびグリコール成分は、水保有系に別々に、即ち異なるところで、または、酵素成分とグリコール成分を含む酵素組成物の形態で添加することができる。

Description

【発明の詳細な説明】生物皮膜の回避および除去法ならびに組成物本発明は、カルボヒドラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼおよびグリコプロテアーゼからなる群からの少なくとも１種の酵素成分ならびに短鎖グリコール成分を、水保有系、特に工業用プロセス水系の表面の生物皮膜の除去のため、および／またはスライム形成の回避のために使用することに関する。これら酵素成分およびグリコール成分は、水保有系に別々に、即ち異なるところで、または、酵素成分とグリコール成分を含む酵素組成物の形態で添加することができる。工業用のプロセス水または運転水系、例えば、紙工場の開放または密閉水循環系、特に冷却水系は、微生物増殖に適した条件を供し、生物皮膜として知られるスライムが水保有系の表面に形成される結果を伴う。特に冷却水系の場合には、これら生物皮膜の堆積は、熱交換の低下、パイプライン接続部の損傷および系内の腐食を導くことができる。このようにして、プロセス制御に対して悪影響を及ぼすことができ、問題の工業的プロセスの効率を低下させるか、または生成物の品質を損なうことがある。これに加えて、生物皮膜またはスライム堆積は一般に高いエネルギー消費を導く。生物皮膜形成の増加によって最も影響を受けるのは、パルプ、紙、板紙および織物の製造などの工業プロセスである。例えば抄紙機の場合、かなり多量の水が「白水系」と呼ばれる循環系(１次または２次循環、即ち、白水ＩまたはII)において再循環している(紙の種類に依存して、１トンの紙あたりに約１００〜１０００m³までの水)。この分散したパルプを含む白水は、微生物増殖のための理想的な培養培地を構成する。生物皮膜堆積は、主として細菌、特にグラム陰性細菌、例えばシュードモナス (Pseudomonas)、アシネトバクター(Acinetobacter)およびエーロバクター(Aerob acter)、さらにフラボバクテリウム(Flavobacterium)、デスルホビブリオ(Desul fovibrio)、エシェリキア(Escherichia)、バシラス(Bacillus)およびサルシナ(S arcina)からなる。グラム陰性細菌の細胞壁構造は、スライム形成に特に寄与する因子である。この細胞壁は、タンパク質、リポ多糖およびリポタンパク質から構成される外部膜と、アミノ酸およびアセチルアミノ糖からなるペプチドグリカンからなる。対照的に、グラム陽性細菌の細胞壁は、主としてペプチドグリカンおよびテイコ酸からなる。また、微生物は、組成が異なる大きなスライム層または莢膜を産生する。いくつかの例外を除いて、これら細菌によって産生されるスライムは、多糖、例えばデキストラン、グルカンまたはポリウロニドなどからなる。１個の細菌によって産生されるスライムの体積は、その細菌の体積の多数倍までになりうる。細菌スライムの堆積は、殺生物剤によって最も効果的に制御することができる。これら殺生物剤の効果は、これらが運転水中の微生物を死滅させ、こうしてスライム生成を妨げるということに基づいている。しかし、殺生物剤は生態群に多くの疑問を呈しており、その毒性のゆえに取扱い時に大きな危険を与える。このため、生物皮膜を排除する別の方法がこれまでに求められており、酵素が特に注目されていた。生物皮膜マトリックスは異種の組成を有することもあるが、主にそれは多糖から構成される。従って、スライム除去の分野での研究は、特に多糖（カルボヒドラーゼ)の研究に集中していた。最近になって、プロテアーゼが生物皮膜またはスライム排除の有効な手段であることがわかった(EP-A-590 746)。現時点で最も使用されているプロテアーゼは、種々のバシラス菌株に由来するアルカリプロテアーゼであり、これは塩基に対して有利な安定性を示し、タンパク質加水分解活性である。米国特許Ｎo.4,684,469は、多糖分解酵素によって殺生物剤の抗微生物活性を強化する方法を記載している。米国特許Ｎo.4,936,994は、生物皮膜を除去するためのセルラーゼ、α-アミラーゼおよびプロテアーゼからなる混合物を記載しており、DE 3741583には、スライム除去のためにグルカナーゼおよびプロテアーゼからなる混合物を使用することが記載されている。 WO 92/13807には、少なくとも１種の酸またはアルカリプロテアーゼ、少なくとも１種のグルコアミラーゼまたはα-アミラーゼおよび少なくとも１種の表面活性剤[即ち、洗浄剤(界面活性剤)]からなる混合物であって、水保有系の表面に付着する微生物の周囲の多糖物質を破壊する混合物を用いる生物皮膜除去のための方法が記載されている。これまでに使用されている純粋な酵素混合物または酵素組成物に共通する特徴は、実際的に必要とされる有効度を達成するためには、これらを殺生物剤と混合しなければならないことが多いことである(例えば、米国特許Ｎo.5,324,432を参照)。即ち、本発明の目的は、水保有系の表面の生物皮膜除去のため、および／またはスライム形成回避のための方法または組成物であって、通常の殺生物剤の不都合を持たないが、これら殺生物剤の有効度を達成する方法または組成物を利用可能にすることである。本発明によれば、この目的は、カルボヒドラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼおよびグリコールプロテアーゼからなる群からの少なくとも１種の酵素成分ならびに一般式：Ｒ²(−Ｏ−Ｒ¹)_n−Ｏ−Ｒ³ [式中、ｎは１０より小さい整数であり、Ｒ¹は２または３個の炭素原子を含むアルキル残基であり、Ｒ²およびＲ³はそれぞれ互いに独立して水素、１〜６個の炭素原子を含むアルキル基またはアリール基である] で示されるグリコール成分を、水保有系に添加することによって達成される。上記グリコール成分のアルキル基は、線状および分岐のどちらであってもよい。用語「アリール」によって具体的に示されるのは、アルキル置換基を含有していることもある６〜１４個の炭素原子を含む基である。アルキルまたはアリール残基Ｒ¹、Ｒ²およびＲ³はそれぞれ同一または異なっていてよい。本発明の範囲内で、酵素成分およびグリコール成分を同時に水保有系に添加するのが好ましい。本発明の好ましい態様によれば、酵素およびグリコール成分の組合せ添加は、カルボヒドラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼおよびグリコールプロテアーゼからなる群からの少なくとも１種の酵素成分ならびに一般式：Ｒ²(−Ｏ−Ｒ¹)_n−Ｏ−Ｒ³ [式中、ｎ、Ｒ¹、Ｒ²およびＲ³は上記と同じ意味を有する] で示されるグリコール成分を含有する組成物の形態で行う。本発明の組成物は、全組成物に対して、１０〜８０重量％の濃度の、好ましくは２０〜６０重量％の濃度のグリコール成分を含有するのが好ましい。本発明の特に好ましい態様によれば、グリコール成分の濃度は２０〜４０重量％である。本発明の組成物中の酵素の量は、９０〜１重量％、好ましくは９０〜２０重量％であり、５０〜２０重量％が最も好ましい(それぞれ液体形態の組成物の重量に対して)。組成物１００重量％までの差は水により構成されていてよい。グルカナーゼ(α-およびβ-グルカナーゼ)、フォコシダーゼまたはペクチナーゼが、カルボヒドラターゼ群の酵素として好ましい。エスペラーゼ(Esperase^R)[ セリンプロテアーゼ、ノボ(Novo)]またはニュートラーゼ(Neutrase^R)[メタロ-プロテアーゼ、ノボ]がプロテアーゼ群において特に重要であり、リポナーゼ(Lipo nase^R)[アセチルエステラーゼ]がリパーゼとして特に適しており、エンド-グリコシダーゼがグリコールプロテアーゼの中で好ましい。上記の酵素は単独では生物皮膜を十分に除去しないが、驚くべきことに、酵素成分とグリコール成分の同時使用(添加)によるか、または水保有系に添加される組成物の形態にある、酵素と上記の短鎖グリコール成分の組合せはスライム減少に劇的な改善をもたらすことを見い出した。また、新たな生物皮膜の形成も大きく減少する。比較的少量の組成物であっても有効であるので、プロセス水または運転水１Ｌあたりに必要な有効酵素量を大きく減少させることができる。水のpＨ値が中性であると、細菌細胞数の顕著な増加がスライム形成を介して大きな問題を引き起こすことが従来技術において知られており、経験によれば、これは殺生物剤を用いたときであっても極めて困難に制御できるのみであることがわかっている。本発明により、水のpＨ値が中性であっても、上記の酵素成分とグリコール成分を水保有系に添加すると(ここでも、別々に、または酵素組成物の形態で添加する)、スライム形成を回避することができ、そして／または水保有系の表面の生物皮膜を除去しうることを示すことができた。本発明の特に好ましい態様によれば、β-グルカナーゼおよびジエチレングリコールを含有する酵素組成物であって、ジエチレングリコールが全組成物に対して１０〜８０重量％、好ましくは２０〜６０重量％の割合で存在する組成物が利用可能になる。本発明の特に好ましい組成物においては、β-グルカナーゼが４３重量％の割合で含まれ、ジエチレングリコールが２５重量％の割合で含まれ、１００重量％までの差が水によって構成される。本発明の組成物は、水保有系の表面のスライム形成の防止に、および／またはスライムの分解中に、驚くべき効果を発揮する。本発明においては、水保有系とは、特に工業用のプロセス水または運転水系、即ち、開放および密閉循環系、例えば冷却水循環系であると解される。本発明の組成物は、スライム形成および生物皮膜堆積が大きな問題となっており、微生物にとって理想的な培養培地である紙工場の１次、２次および／または３次循環系[即ち、白水ＩおよびII、残留廃水；例えば、ウルマンズ・エンチクロペディー・デア・テクニッシェン・ケミー (Ullmanns Encyklopadie der technischen Chemie)、第４版、フェルラーク・ケミー(Verlag Chemie)、ヴァインハイム(Weinheim)、第１７巻、第５７７頁以下を参照]において使用するのに特に適している。スライム形成に対する傾向は、白亜水保有循環系において最大であり、生物皮膜の不適切な除去が、紙品質の低下、抄紙機の運転停止を導き、従って運転コストの上昇を導く。本発明の組成物は、これらの問題の排除に驚くほど適していることが示された。本発明の組成物は、多くの他の水保有系、例えば、開放または密閉水循環系、冷却循環系などにおいて、その驚くべき効果を発揮する。スライムの分解および新たなスライム形成の回避の結果として、水保有系の耐久性が改善され、特に腐食に対する傾向が大きく低下する。また、本発明は、水保有系、特に工業用プロセス水系における生物皮膜の除去のため、および／またはスライム形成の回避のために本発明の組成物を使用することに関し、ここでは、処理すべき水体積に対して５〜２００ppmの量で本組成物を系に添加する。本発明の組成物は、環境的に許容性であり、非毒性であり、既知の酵素含有の精製組成物と比較して明らかに高い有効性を示す。通常の毒性殺生物剤の置換は、上記の応用に対して最も有利である。酵素は、その活性に特異的な最適pＨ値を有する。本発明の組成物のために、水保有系のpＨ値に依存して、適切な最適酵素を選択することができる。以下に実施例を挙げて本発明を説明する。実施例４３重量％のβ-グリカナーゼ、２５重量％のジエチレングリコールおよび３２重量％の水を混合して酵素組成物(酵素配合物Ａ)を調製した。この組成物を、紙工場の２つの抄紙機の水循環系において、スライムの(再)形成の回避および生物皮膜の除去に用いた。これら抄紙機は、約１８０,０００トン／年ＳＣ紙の総能力を有していた。本発明の組成物を試験するために用いた抄紙機の水循環系の構造を図式的に図１に示し、酵素組成物の計量添加に適した位置に印を付した。実地試験を行うための準備作業供給装置の装着：実地試験開始の数日前に、グレース・デアボーン(Grace Dea rborn)ＤＣＳ３０２０供給装置を装着した。以下の供給位置(添加位置)を選択した。１．本発明の組成物ＥＵＲ８８３０を、抄紙機ＰＭ１のヘッドボックスの容器に入れた(白水：供給位置は表１および図１において「ＳＷＩ」と表示する)。２．殺生物剤Ｉ[１８重量％の２,２-ジブロモ-３-ニトリロプロピオンアミド( ＤＢＮＰＡ)を含む]を、ストック「Ｄebro」コンシステンシーセンサー中に供給した(供給位置は表１において「ストック」と表示する)。３．殺生物剤II[４５重量％のプレベントール(Preventol)ＡＳ２と２重量％のジチオールを含む]を、ウェイスト「Ｄebro」コンシステンシーセンサー中に供給した（供給位置は表１において「ブローク」と表示する）。２つの「ガンマ／５」ポンプ[プロミネント(ProMinent)]を殺生物剤の添加用に装着し、１つの「バリオ(Vario)」ポンプ[プロミネント]を本発明の組成物の添加用に用いた。全てのポンプを、本発明の組成物の実地試験の開始前に計量した。実地試験機械を徹底的に清浄にした後に実地試験を開始した。４サイクルの研究中の供給量を表１に示す。９日間続く第１サイクル中に、本発明の組成物を白水に添加し(４ｘ３０分／日、１４５８ml／分)；殺生物剤をストック(本発明の配合物と平行して４ｘ３０分／日、６０ml／分)およびブローク(３ｘ３０分／日、７５ml／分)に添加した。２０日間続く第２サイクルにおいては、殺生物剤の供給量を約５０％減少させたが、本発明の組成物の供給量は変えなかった(４ｘ３０分／日、１４５８ml／分)。９日間続く第３サイクル中に、本発明の組成物の供給量を５０％減少させた(４ｘ３０分／日、７３０ml／分)。この直後に、第４サイクルを、この短いサイクルに殺生物剤を添加することなく(即ち、Ｄ７８０６を添加することなく)開始させた。ここでも、本発明の配合物の添加量を約６８％減少させた(４ｘ３０分／日、５００ml／分)。ここで、この抄紙機を酵素配合物Ａのみにより２０日間処理した。少量の殺生物剤Ｉをブローク保存に用いたが、白水の部分には用いなかった。上記の酵素組成物を用いる実地試験の結果を、次のようにモニターした。１．浮遊微生物集団の混合物をＡＴＰ測定[バイオスキャン(Bioscan)]によって毎日測定し、白水中、ストック中およびブローク中の全細菌数[ペトリフィルムおよびディップスライド(dipslide)]も測定した。このＡＴＰ測定は、ルシフェリンおよびルシフェラーゼの存在下でのＡＴＰからＡＭＰへの変化中に、それぞれ規定量の光がＡＴＰ分子あたりに放出され、これを感受性の光度計により測定するという原理に基づくものである。白水中での測定結果を図２〜図８に示す。細菌細胞数または「相対光単位」(rlu)値に有意の増加は存在しなかった。これらの図は、スライム形成に起因する問題のない系の典型的な微生物活性を示す (即ち、スライムの形成が効果的に抑制されている)。２．機械のスライム形成およびそれに付随する問題を定期的にチェックした。試験中、微生物によって引き起こされる問題は抄紙機において観察されなかった。いずれの場合にも、スライム形成のゆえに抄紙機を停止させる必要はなかった。３．同様に、紙の品質を継続してモニターした。本発明の組成物の添加前、添加中および添加後の、紙中の黒い点および穴の統計学的分布を調べた。殺生物剤を用いたときの紙の品質と比較して、製造した紙中の黒点および穴の数の点で、有意差は存在しないことが示された(図９および図１０を参照)。４．３カ月間にわたる成功裏の実地試験の後、抄紙機を中性運転に変えた。この抄紙機を上記のようにモニターした(上記を参照)。中性pＨ値を用いたときであっても、酵素組成物の添加は、生物皮膜またはスライムの形成に起因する問題の発生を防止することが示された。抄紙機を定常的にモニターしたが、生物皮膜の堆積は観察されなかった。中性 pＨ値に切換えた後であっても、機械は極めて清浄に見え、微生物の問題のゆえに停止させなければならなくなることはなかった。白水中、ストック中およびブローク中の、細菌細胞数の測定、酵母および菌類の定量的記録ならびにＡＴＰ測定を、一定の間隔で行った。細菌細胞数は最初は増加し、最終的に平衡に達することがわかった。酵母および菌類の割合の低下は、中性pＨ値に起因するものと考えられる(図１１〜図１３を参照)。細菌細胞数の増加にもかかわらず、スライムまたは生物皮膜の形成に起因する問題は、本発明の酵素組成物を用いたときには観察されなかった。比較的高い細菌細胞数にもかかわらず、黒点および穴の数は増加しなかった。このことは、スライム形成の抑制に関しては、本発明に従う酵素成分とグリコール成分の同時添加が極めて有効であることを示すものである。結果の要約本発明の組成物の使用は、殺生物剤の使用と同等の結果を導いた。スライムの堆積が効果的に排除され(中性のpＨ値であっても)、新たな生物皮膜の形成が効果的に抑制された。即ち、スライム除去のための本発明の組成物の使用は、工業用プロセス水系における殺生物剤の使用に代わるものであり、殺生物剤とは対照的に、効果的かつ環境適合性であり、さらにコストの点からも好ましい。抄紙機における穴および亀裂を本発明の組成物によって減少させることができ、水保有系における臭気の問題ならびに微生物によって引き起こされる閉塞を効果的に抑制することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｂ０８Ｂ 17/00 Ｄ２１Ｈ 5/22 Ｅ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ファン・プーレ，ヨスベルギー、ベー−2140ボルゲルホウト、ヘルムストラート141／１番 (72)発明者スフエツ，ユルヘン・フリードリッヒベルギー、ベー−2000アントウェルペン、ランゲ・ドールニクストラート27番 (72)発明者シェンカー，アヒム・ペードイツ連邦共和国デー−69412エーバーバッハ、レデルスヴェーク17番

Claims

【特許請求の範囲】１．水保有系の表面の生物皮膜の除去のため、および／またはスライム形成の回避のための組成物であって、カルボヒドラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼおよびグリコールプロテアーゼからなる群からの少なくとも１種の酵素成分を、一般式：Ｒ²(−Ｏ−Ｒ¹)_n−Ｏ−Ｒ³ [式中、ｎは１０より小さい整数であり、Ｒ¹は２または３個の炭素原子を含むアルキル残基であり、Ｒ²およびＲ³はそれぞれ互いに独立して水素、１〜６個の炭素原子を含むアルキル基またはアリール基である] で示されるグリコール成分と組合せて含有することを特徴とする組成物。２．全組成物中のグリコール成分の割合が１０〜８０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の組成物。３．全組成物中の酵素成分の割合が９０〜２０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の組成物。４．カルボヒドラーゼがグルカナーゼ、フコシダーゼまたはペクチナーゼであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の組成物。５．プロテアーゼがエスペラーゼまたはニュートラーゼであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の組成物。６．リパーゼがリポラーゼ(Lipolase)であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の組成物。７．グリコプロテアーゼがエンド-グリコシダーゼであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の組成物。８．グリコールがジエチレングリコールまたはプロピレングリコールであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の組成物。９．酵素がβ-グルカナーゼであり、グリコールがジエチレングリコールであることを特徴とする請求項７に記載の組成物。 10．３０〜５０重量％のβ-グルカナーゼおよび２０〜４０重量％のジエチレングリコールを含有することを特徴とする請求項９に記載の組成物。 11．水保有系の表面のスライム形成の防止のため、および／または生物皮膜の除去のための、カルボヒドラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼおよびグリコプロテアーゼからなる群からの少なくとも１種の酵素成分ならびに一般式：Ｒ²(−Ｏ−Ｒ¹)_n−Ｏ−Ｒ³ [式中、ｎは１０より小さい整数であり、Ｒ¹は２または３個の炭素原子を含むアルキル残基であり、Ｒ²およびＲ³はそれぞれ互いに独立して水素、１〜６個の炭素原子を含むアルキル残基またはアリール残基である] で示されるグリコール成分の使用。 12．酵素成分およびグリコール成分を、異なるところで水保有系に添加することを特徴とする請求項11に記載の使用。 13．酵素成分およびグリコール成分を、請求項１〜10のいずれかに記載の酵素組成物の形態で水保有系に添加することを特徴とする請求項11に記載の使用。 14．酵素組成物を５〜２００ppmの濃度で添加することを特徴とする請求項13 に記載の使用。 15．水保有系が、開放または密閉の工業用プロセス水系であることを特徴とする請求項11〜14のいずれかに記載の使用。 16．工業用プロセス水系が、紙工場の開放または密閉の水循環系であることを特徴とする請求項15に記載の使用。 17．水保有系が、紙工場の白水保有循環系であることを特徴とする請求項16に記載の使用。 18．水保有系が冷却循環系であることを特徴とする請求項15に記載の使用。