DE69519852T2

DE69519852T2 - Durch oxidasen aktivierte gelierung von phenolharzen

Info

Publication number: DE69519852T2
Application number: DE69519852T
Authority: DE
Inventors: Gitte Budolfsen; Peter Heldt-Hansen
Original assignee: Novozymes AS
Current assignee: Novozymes AS
Priority date: 1994-07-26
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2015-07-27
Also published as: FI970274A0; DE69519852D1; PT750641E; CA2195640C; EP0750641A1; ATE198604T1; HUT77999A; ES2155523T3; US6232101B1; CA2195640A1; AU3074595A; FI970274L; WO1996003440A1; EP0750641B1; HU220197B; FI114987B; BR9508350A; CZ287861B6; CZ20597A3; JPH10502962A

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFiNDUNG

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Bewirken des Gelierens oder einer Viskositätserhöhung von wäßrigen Medien, die gelierbare polymere Stoffe enthalten, die Substituenten mit phenolischen Hydroxygruppen besitzen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bestimmte Pektine, z. B. Pektin aus Zuckerrüben und Pektin aus Spinat, sowie Hemizellulose-Stoffe aus bestimmten Getreiden, z. B. aus Weizen oder Mais, werden in einem gewissen Maß mit Substituenten substituiert, die aus bestimmten Carboxysäuren (normalerweise substituierte Zimtsäuren) stammen, die phenolische Hydroxygruppen enthalten. Der Einfachheit und Kürze halber werden Stoffe dieser Art nachfolgend oftmals einfach als "phenolische Polysaccharide" bezeichnet.
Eine Anzahl von natürlich vorkommenden phenolischen Polysacchariden der vorgenannten Art sind auf leichte Weise relativ günstig erhältlich und besitzen eine nachgewiesene physiologische Sicherheit in Hinsicht auf die Aufnahme durch und den Kontakt mit Menschen und Tieren. Derartige phenolische Polysaccharide besitzen zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, die sich auf ihre Fähigkeit beziehen, unter bestimmten Bedingungen ein Gelieren oder eine Viskositätserhöhung durchzumachen. Anwendungsbereiche der resultierenden gelierten oder viskosen Erzeugnisse schließen die im nachfolgenden genannten ein, sind aber keinesfalls darauf beschränkt:
Nahrungsmittelanwendungen: Als ein Verdickungs- und/oder Stabilisierungsmittel in Soßen, in Fleisch oder Bratensaft, Desserts, Toppings (Überschichtungen), Eiskrem und dergleichen; als ein Härte-/Versteifungsmittel in Marmeladen, Konfitüren, Gelees und dergleichen; als ein viskositätsregulierendes Mittel in Aromaextrakten und dergleichen.
Medizinische/arzneiliche Anwendungen: Als ein Stoff zur Verkapselung von Arzneimitteln; als ein Vehikel mit langsamer Freisetzung für eine Arzneimittelzuführung (z. B. oral, anal oder vaginal); oder als ein Stoff für einen Verbandsstoff für Wunden oder Verbrennungen.
Landwirtschaftliche/gartenbautechnische Anwendungen: Als ein Vehikel mit langsamer Freisetzung für das Zuführen von Pestiziden (d. h. als ein Biocontainer); als ein Medium ihr die Pflanzenkultur.
Das oxidative Vernetzen von phenolischen Polysacchariden pflanzlicher Herkunft (mit einem resultierenden Gelieren) wird z. B. in FR 2 545 101 und WO 93/10158 und durch J.-F. Thibault et al. in The Chemistry and Technology of Pectin, Academic Press 1991, Kapitel 7, S. 119-133 beschrieben.
Das Vernetzen von phenolischen Polysacchariden kann durch rein chemische Modifikation unter Verwendung eines kräftigen Oxidationsmittels wie z. B. Persulfat [wie in J.-F. Thibault et al. (vide supra) im Zusammenhang mit dem Gelieren von Rübenpektinen beschrieben] erreicht werden.
In Hinsicht auf Enzym-katalysierte Prozesse beschreiben J.-F. Thibault et al. (vide supra) ebenfalls das Gelieren von Rübenpektinen unter Verwendung einer Kombination einer Peroxydase und Hydrogenperoxid. Gleichfalls beschreibt die WO 93/10158 das Gelieren eines wäßrigen hemizellulosischen Stoffes, der phenolische Substituenten (z. B. Substituenten, die von der "Ferulasäure" stammen (d. h. 4-Hydroxy-3-methoxyzimtsäure; es ist anscheinend bisher nicht klar festgestellt worden, ob "Ferulasäure" die isomeren cis- oder trans-Formen oder beide umfaßt) unter Verwendung eines oxidierenden Systems, das ein Peroxid (wie Hydrogenperoxid), und eine "Oxygenase" (vorzugsweise eine Peroxidase) umfaßt.
FR 2 545 101 A1 beschreibt ein Verfahren zur Modifikation (einschließlich des Gelierens) von Rübenpektin, daß die Verwendung "eines oxidierenden Systems, umfassend mindestens ein Oxidationsmittel und ein Enzym, für welches das fragliche Oxidationsmittel ein Substrat ist" beinhaltet. Jedoch sind die einzigen Arten von Oxidationsmitteln und Enzymen, die genau angegeben werden und/oder für die Ausführungsbeispiele wiedergegeben werden, Wasserstoffperoxid bzw. Peroxidasen.
Die im vorangehenden kurz umrissenen Dokumente beschreiben, unter anderem, die Verwendung der resultierenden modifizierten, gelierten Stoffe für medizinische/arzneiliche Zwecke, in Kosmetika und/oder Lebensmitteln. Jedoch sind weder die Peroxidbehandlung noch eine chemische Modifizierung der Stoffe, die zur Aufnahme beabsichtigt sind (z. B. Stoffe zur Verwendung in Nahrungsmitteln) oder für Verwendungen, die zu mehr oder weniger verlängertem Kontakt mit oder großer Nähe zu Haut oder Schleimhautmembranen führen können, wünschenswert, und derartige Behandlungen sind in der Tat in vielen Ländern nicht erlaubt. Wie aus der vorangehenden Diskussion offensichtlich werden wird, scheint daher ein Mangel an einer echten Bewußtheit für die Möglichkeit des Vermeidens derartiger unerwünschter Behandlungen zu bestehen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Alternative zu den bestehenden Verfahren bereitzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist nun überraschenderweise festgestellt worden, daß das Gelieren oder Erhöhen der Viskosität von wäßrigen, gelierbaren polymeren Stoffen, die Substituenten mit phenolischen Hydroxygruppen, hauptsächlich phenolischen Polysacchariden besitzen, auf sehr zufriedenstellende Weise über die einfache Zugabe einer geeigneten Menge eines Enzyms des Oxidasetyps (vide infra), insbesondere einer Laccase, erreicht werden kann. Laccasen benutzen Sauerstoff - auf sehr geeignete Weise Sauerstoff aus der Atmosphäre - als ein Oxidationsmittel, und die Verwendung von unerwünschten Reagenzien wie Peroxiden kann auf diese Weise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eliminiert werden.
Laccasen sind weniger starke Oxidations-Promotoren als z. B. Peroxidasen, und es ist somit überraschend, daß das Gelieren und/oder die Viskositätserhöhung gemäß der Erfindung in Abwesenheit eines stark oxidierenden Peroxidreagenzes erzielt werden kann. Wie vorstehend erwähnt, beinhaltet die Laccase-katalysierte Oxidation Sauerstoff, und der Verbrauch von Sauerstoff bei dem erfindungsgemäßen Verfahren führt zu der Möglichkeit, das Verfahren auf eine Weise auszunutzen, die vom Gesichtspunkt des Erhöhens der Lagerungszeit von z. B. Nahrungsmitteln oder Arzneimittelerzeugnissen vorteilhaft sein kann, bei deren Herstellung das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird, da der Verbrauch des ursprünglichen in einer verschlossenen Nahrungsmittelpackung oder dergleichen vorkommenden Sauerstoffs die Möglichkeit des oxidativen Abbaus der verpackten Inhalte reduzieren wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zum Bewirken des Gelierens oder der Viskositätserhöhung eines wäßrigen Mediums, daß einen gelierbaren polymeren Stoff enthält, der Substituenten mit phenolischen Hydroxygruppen besitzt, wobei das Verfahren das Zugeben einer Oxidase, vorzugsweise einer Laccase, zu dem wäßrigen Medium umfaßt. Wie bereits vorstehend angegeben, sind bevorzugte gelierbare polymere Stoffe in diesem Zusammenhang phenolische Polysaccharide.

Gelbildung

Es wird davon ausgegangen, daß die Gelbildung in einem wäßrigen Medium als ein Ergebnis einer Polymerisation über Vernetzung zwischen den phenolischen Gruppen eines polymeren Stoffes der fraglichen Art (im folgenden wird hierauf oftmals einfach als ein "phenolisches Polymer" Bezug genommen) auftritt, vermutlich über die Bildung eines stabilen Phenoxy-Radikals aus den hydroxylierten aromatischen Substituenten. Das Erhöhen der Vernetzung auf diese Weise fährt schließlich (normalerweise nach einem Zeitraum, der von wenigen Minuten bis zu 24 Stunden bei Raumtemperatur variiert) zu einer ausgedehnten, dreidimensionalen vernetzten Struktur bei gleichzeitigem Gelieren.
Ein gegebener phenolischer Polymerstoff der fraglichen Art, kann, sofern erwünscht, mit anderen monomeren Substanzen (z. B. einfachen Phenolen) oder polymeren Substanzen (z. B. einfachen Polyphenolen oder anderen polymeren Stoffen mit geeigneten phenolischen Substituenten, einschließlich bestimmter Proteine) copolymerisiert werden.
Es ist wohlbekannt, daß sich die physikalischen Eigenschaften von Gelen stark von denen der entsprechenden nicht gelierten Lösungen unterscheiden. Die physikalischen Eigenschaften von gelierten Erzeugnissen und die Eigenschaften, die einem Erzeugnis durch Aufnahme eines Gels verliehen werden, können durch eine Vielzahl von Techniken charakterisiert werden.
Bei einer derartigen Technik, die als "Texturanalyse" bekannt ist, und die in den hierin enthaltenen Ausführungsbeispielen (vide infra) eingesetzt wird, wird die "Stärke" oder Härte eines Gels durch Zusammendrücken des Gels um ein gewähltes Maß (wie 20%) und eine gewählten Rate und das Aufzeichnen der angewendeten Kraft als eine Funktion beispielsweise der Zeit gemessen. Die Gelstärke [die normalerweise in Newtons pro Quadratmeter (N/m²) angegeben wird], wird dann als die Spitzenkraft auf der Kraft-Zeit-Kurve bestimmt.

Phenolische Polymere

Wie bereits kurz vorstehend angedeutet, sind die hierin definierten phenolischen Polysaccharide sehr geeignete Arten von phenolischen Polymeren zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren. Phenolische Polysaccharide sind besonders gut geeignet, wenn das gemäß dem Verfahren gebildete Erzeugnis z. B. bei der Herstellung eines Lebensmittels für die Nahrungsaufnahme durch den Menschen und/oder das Tier eingesetzt wird, oder bei der Herstellung eines arzneilichen therapeutischen oder anderen Erzeugnisses zur Nahrungsaufnahme durch oder zur externen Anwendung bei Menschen oder Tieren.
Andere sehr interessante Klassen von phenolischen Polymeren im Zusammenhang mit dem Verfahren und den Anwendungsgebieten der vorliegenden Erfindung umfassen Peptide (Polypeptide) und Proteine mit phenolischen Substituenten. Natürlich auftretende und synthetische (Poly-)Peptide und Proteine mit phenolischen Substituenten umfassen solche mit einem oder mehreren Tyrosinresten in der Aminosäuresequenz.
Wie ebenfalls vorstehend angedeutet wurde, enthält eine Anzahl von leicht verfügbaren Polysaccharid-basierten Polymeren natürlicher Herkunft (überwiegend pflanzlicher Herkunft) Substituenten, die von Zimtsäure oder Benzoesäure stammen, und diese Stoffe haben sich als Ausgangsstoffe im Zusammenhang mit der Bildung von Gelen durch das erfindungsgemäße Verfahren als gut geeignet erwiesen. Darüber hinaus sind derartige natürlich auftretende phenolische Polymere in Folge ihrer leichten biologischen Erneuerbarkeit und Abbaubarkeit im hohen Maße umweltfreundlich.
Einige besonders interessierende Klassen derartiger Stoffe schließen die folgenden ein:
Arabinoxylane: Arabinoxylane, die phenolische Substituenten enthalten, die von Zimtsäure abgeleitet sind [z. B. abgeleitet von Ferulasäure (vide supra)], sind aus Getreiden erhältlich, und sie stellen eine Klasse von nützlichen phenolischen Polysacchariden dar. Arabinoxylane enthalten ein Grundgerüst von β-1, 4- verknüpften Xylose-Einheiten mit Arabinose (α-verknüpfte Arabinofuranose)- Seiten-Verzweigungen. Die phenolischen Substituenten, die in den aus Getreide stammenden Stoffen vorkommen, sind durch Esterbindungen an Arabinosegruppen gebunden, z. B. als Ferulyl- (oftmals bezeichnet Feruloyl-)gruppen, d. h. 4- Hydroxy-3-methaxyzimtsäuregruppen. Die Arabinoxylane, die in dem Endosperm von Getreiden gefunden wurden, besitzen ein Arabinose : Xylose-Verhältnis von ungefähr 0.6 : 1 und sind empfindlich gegenüber einem Xylanaseabbau.
Heteroxylane: Bestimmte Arten von Kleie (z. B. Weizenkleie und Maiskleie) enthalten phenolische Hydroxylane, die weit mehr als Arabinoxylane verzweigt sind, und die - zusätzlich zur Arabinose - Galactose- und Glucuronsäure-Einheiten in den Seitenverzweigungen enthalten können [siehe z. B. J.-M. Brillourt und J.-P. Joseleau in Carbohydr. Res. 159 (1987) 109-126, und J.-M. Brillourt et al. in J. Agricultur. Food Chem. 30 (1982) 21-27]. Diese Heteroxylane sind teilweise resistent gegenüber einem Xylanaseabbau und eine Xylanase-enthaltende Enzymzubereitung kann deshalb bei der Herstellung dieser Heteroxylane verwendet werden. Heteroxylane mit phenolischen Substituenten, die auf Zimtsäureestergruppen basieren, können aus Kleie unter Anwendung einer milden alkalischen Extraktion isoliert werden, da die Esterbindungen, über welche die Substituenten gebunden sind, relativ Alkali-stabil sind.
Pektin: Pektine, die aus Mitgliedern der Pflanzenfamilie der Chenopodiaceae (die Rüben, Spinat und Mangelwurzeln enthalten) erhältlich sind, enthalten phenolische Substituenten, die aus Zimtsäure abgeleitet sind. Pektine bestehen aus "glatten" Regionen, basierend auf einem linearen Homogalacturonan, und "haarigen" (verzweigten) Regionen, basierend auf einem Rhamnogalacturonan-Grundgerüst mit Seitenzweigen variierender Länge.
Der aus einem linearen Homogalacturonan bestehende Teil des Pektins basiert auf 1,4-verknüpften α-D-Galacturonsäureketten und diese Polygalacturonsäure ist zu einem unterschiedlichen Grad methoxyliert - abhängig von der fraglichen Pflanzenspezies - und kann (wie z. B. in Zuckerrübenpektin) weiterhin teilweise acetyliert sein. Rhamnogalacturonane sind Polysaccharide mit mehr oder weniger sich regelmäßig abwechselnden Rhamnose- und Galacturonsäure-Resten in dem Grundgerüst. Das Rhamnogalacturonan-Grundgerüst in den haarigen Regionen der Pektine besitzt Acetylgruppen auf den Galacturonsäure-Resten (siehe H. A. Schols in Carbohydr. Res. 206 (1990) 117-129); die Seitenzweige schließen Oligo- und Polysaccharide wie Arabinan und Arabinogalactan ein, die an die Rhamnose in dem Rhamnogalacturonan-Grundgerüst geknüpft sind.
Zuckerrübenpektin ist besonders reich an Arabinan. Arabinan enthält in dem- Grundgerüst β-1,5-verknüpfte Arabinose mit α-(1→3)- oder α-(1→2)-verknüpften Arabinoseresten, wohingegen Arabinogalactan β-1,4-verknüpfte Galactose im Grundgerüst enthält mit α-(1→3)- oder α-(1→2)-verknüpften Arabinoseresten. Ferulyl-Substituenten sind an die Arabinose und/oder die Galactose in den Arabinan- und Arabinogalactan-Seitenverzweigungen des Rhamnogalacturonan- Teils geknüpft. Der Gehalt an "Ferulasäure" (Ferulyl) in Pektin aus Zuckerrüben hängt von dem Extraktionsverfahren ab, beträgt aber oft ungefähr 0,6% [siehe F. Guillon und J.-F. Thibault, Carbohydrate Polymers 12 (1990) 353-374].
Es ist bekannt, daß Rübenpektin, das durch ein Verfahren erhalten wurde, das zu einer teilweisen Entfernung der Arabinosereste führt, die in Rübenpektin in der Form vorkommen, in der es, z. B. in Rübenpulpe auftritt, verbesserte Geliereigenschaften aufweisen kann. Somit werden beispielsweise Verfahren, die eine milde Säurebehandlung und/oder eine Behandlung mit einer α-Arabinofuranosidase beinhalten, die Geliereigenschaften des Pektins verbessern [F. Guillon und J.-F. Thibault (vide supra)].
Pektinstoffe (d. h. Pektine oder modifizierte Pektine) der vorstehend erwähnten Arten - vor allem Zuckerrübenpektine - sind im Zusammenhang mit der Erfindung unter den bevorzugten Arten von phenolischen Polymeren.
Die phenolisch substituierten Zimtsäureesterbindungen können durch Ferulasäure- Esterasen hydrolysiert werden. Die Enzyme, die bei der Reinigung von Polysacchariden verwendet werden, die Substituenten von dem Zimtsäure-Typ enthalten, sollten deshalb im wesentlichen frei von einer Ferulasäure-Esterase-Aktivität mit einer Spezifität gegenüber Ferulasäure-Estern der fraglichen Polysaccharide sein. Unter Bedingungen von niedriger Wasseraktivität wird die Ferulasäure-Esterase die Bildung von neuen Esterbindungen zu Kohlenhydraten katalysieren, und kann daher verwendet werden, um den Gehalt an Esterresten des phenolischen Zimtsäureester-Typs (z. B. Ferulyl-Reste) in Getreide-Arabinoxylan und Pektin aus Rüben (oder anderen Mitgliedern der Chenopodiaceae) und dadurch deren Geliereigenschaften zu erhöhen.
Polysaccharide (und andere Arten von Polymeren), die keine phenolischen Reste enthalten, die zum Erzielen der Gelierung nützlich sind, können derivatisiert werden, um sie gelierbar zu machen. Unter Bedingungen niedriger Wasseraktivität können Ferulasäure-Esterasen verwendet werden, um Gruppen des Zimtsäureester-Typs (z. B. Ferulasäureestergruppen) an Polymere wie Pektin, Arabinan, Galactan, Zellulosederivate (z. B. Hydroxyethylcellulose oder Carboxymethylcellulose), Galactomannane (z. B. Guarmehl, Hydroxypropyl-Guarmehl oder Johannisbrotgummi), beta-Glucane, Xyloglucane, Stärke, derivatisierte Stärke, Bakteriengummen (z. B. Xanthan), Algengummen (z. B. Alginate oder Carrageenan), andere Polysaccharide oder andere Polymere mit Hydroxylgruppen zu binden.
Esterverbindungen zu phenolischen Zimtsäuren (oder anderen phenolischen Carboxylsäuren) können ebenfalls durch nicht-enzymatische Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, synthetisiert werden. Polymere, die saure Gruppen enthalten, wie Pektin und Carboxymethylcellulose, können mit phenolischen Stoffen, die mehrere Hydroxylgruppen enthalten, z. B. Ferula-Alkohol, Sinapinal-Alkohol oder Lignin-Derivaten, verestert werden, um ein phenolisches Polymer mit der Fähigkeit zu erhalten, einer oxidativen Gelierung unterzogen zu werden.
Wie bereits in gewissem Maße angedeutet schließen besonders interessierende phenolische Stubstituenten im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung solche ein, die eine oder zwei Methoxygruppen in einer Ortho-Position in dem aromatischen Ring in bezug auf die phenolische Hydroxygruppe umfassen [wie beispielsweise in dem Fall von Ferulyl-(4-Hydroxy-3-methoxy-cinnamyl)- Substituenten]. Die Konzentration an phenolischem Polymer (z. B. einem phenolischen Polysaccharid, das in dem wäßrigen Medium vorliegt, das in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird, wird normalerweise in dem Bereich von 0,1-10%, bezogen auf das Gewicht des Mediums, sein, beispielsweise in dem Bereich von 0,5-5 Gew.-%. Oft werden Konzentrationen von phenolischem Polymer im Bereich von ungefähr 1-5 Gew.-% geeignet sein.

Enzyme

Wie vorstehend angedeutet sind die bevorzugten Enzyme im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Laccasen (EC 1.10.3.2), die Oxydasen (d. h. Enzyme, die molekularen Sauerstoff als Akzeptor benutzen) sind, die die Oxydation von phenolischen Gruppen katalysieren können. Beispiele von anderen potentiell nützlichen, Phenol-oxidierenden Oxidasen im Zusammenhang mit der Erfindung schließen Catechen-Oxidasen (EC 1.10.3.1) ein. Die Verwendung von Gemischen von verschiedenen Phenol-oxidierenden Oxidasen kann ebenfalls in einigen Fällen geeignet sein.
Der Kontakt eines Reaktionsgemischs (enthaltend ein phenolisches Polymer und Enzym) mit atmosphärischem Sauerstoff wird normalerweise ausreichen, um eine ausreichende Zufuhr von Sauerstoff für die Oxydationsreaktionen sicherzustellen, obwohl unter bestimmten Bedingungen das Zwangsbelüften der Reaktionsgemische mit Luft oder möglicherweise sogar im wesentlichen reinem Sauerstoff vorteilhaft sein kann.
Laccasen sind aus einer Vielzahl von mikrobiellen Quellen erhältlich, hauptsächlich aus Bakterien und Pilzen (einschließlich filamentöser Pilze und Hefen), und geeignete Beispiele von Laccasen schließen jene ein, die aus Stämmen von Aspergillus, Neurospora (z. B. N. crassa), Podospora, Botrytis, Collybia, Fomes, Lentinus, Pleurotus, Trametes [einige Spezies/Stämme davon sind unter verschiedenen Namen bekannt und/oder sind zuvor innerhalb anderer Gattungen klassifiziert worden; z. B. Trametes villosa = T. pinsitus = Polyporus pinsitis (ebenfalls als P. pinsitus oder P. villosus bekannt) = Coriolus pinsitus], Polyporus, Rhizoctonia (z. B. R. so/uni), Coprinus (z. B. C. plicatilis), Psatyrella, Myceliophthora (z. B. M. thermophila), Schytalidium, Phlebia (z. B. P. radita; siehe WO 92/01046), oder Coriolus (z. B. C. hirsutus; siehe JP 2-238885) erhältlich sind.
Im Zusammenhang mit der Erfindung ist eine bevorzugte Laccase die, die aus Trametes villosa erhältlich ist.
Bevor das Enzym (z. B. eine Laccase) zu einer Lösung hinzugegeben wird, die einen phenolischen Ausgangsstoff bzw. phenolische Ausgangsstoffe (z. B. ein phenolisches Polysaccharid) enthält, wird es im allgemeinen bevorzugt sein, den pH-Wert der Lösung auf einen Wert einzustellen, der gleich dem oder in der Nähe des optimalen pH-Wertes des fraglichen Enzyms ist.
Für Laccasen sollte die Menge an eingesetzter Laccase im allgemeinen in dem Bereich von 0,0I-1000 kLACU pro kg Polysaccharid sein, vorzugsweise 0,05-100 kLACU/kg Polysaccharid, und sie wird typischerweise in dem Bereich von 0,1- 100 kLACU pro kg Polysaccharid sein (LACU ist die Einheit der Laccaseaktivität, wie sie nachfolgend definiert ist; 1 kLACU = 1000 LACU).

Bestimmung der Laccase-Aktivität (LACU)

Die Laccase-Aktivität, wie sie hierin definiert ist, wird auf der Grundlage von spectrophotometrischen Messungen der Oxidation von Syringaldazin unter aeroben Bedingungen bestimmt. Die Intensität der violetten Farbe, die bei der Oxidationsreaktion erzeugt wird, wird bei 530 nm gemessen.
Die analytischen Bedingungen sind: 19 uM Syringaldazin, 23,2 mM Acetatpuffer, pH 5,5, 30ºC, Reaktionszeit 1 Minute.
1 Laccase-Einheit (laccase unit; LACU) ist die Menge an Enzym, die die Umsetzung von 1 uM Syringaldazin pro Minute unter diesen Bedingungen katalysiert.

Anwendungen

Wie vorstehend bereits angedeutet besitzen gelierte Erzeugnisse oder Erzeugnisse mit einer erhöhten Viskosität, die gemäß der Erfindung erzeugt wurden, einen breiten Anwendungsbereich, z. B. in den Bereichen der Nahrungsmittel und Futtermittel, den pharmazeutischen und landwirtschaftlichen Bereichen, und dem Bereich der persönlichen Pflege/persönlichen Hygiene.
Eine besonders interessante und wertvolle Eigenschaft bestimmter Gelerzeugnisse ("Hydrogele"), die gemäß der Erfindung erzeugt wurden, ist ihre Fähigkeit, wenn sie getrocknet oder dehydratisiert sind, ein vielfaches ihres eigenen Gewichts an Flüssigkeit (insbesondere Wasser oder ein wäßriges Medium, z. B. eine Körperflüssigkeit wie Urin oder Blut) zu absorbieren. Stoffe, die derartige Absorptionseigenschaften aufweisen, werden manchmal als "superabsorbierende" Stoffe bezeichnet.
Anfänglich wurde die gesamte Absorptionskapazität als die wichtigste Eigenschaft im Zusammenhang mit den superabsorbierenden Stoffen betrachtet. Anschließend wurde jedoch erkannt, daß eine Anzahl anderer Eigenschaften von großer Bedeutung sind. Diese Eigenschaften schließen die folgenden ein. Absorptionsrate; die Fähigkeit, dem sogenannten "gel-blocking" zu widerstehen (wodurch ein Teil des absorbierenden Stoffs mit der Flüssigkeit gesättigt wird und den Zugang von weiterer Flüssigkeit zu dem verbleibenden Teil des absorbierenden Stoffs verhindert); und die Absorption unter Last (absorbtion under load; AUL; d. h. die Fähigkeit eines superabsorbierenden Stoffs, Flüssigkeit zu absorbieren, wenn er beispielsweise einer Kompression oder Zentrifugalkräften unterworfen ist.
Es ist festgestellt worden, daß bestimmte Erzeugnisse, die gemäß der vorliegenden Erfindung erhältlich sind, z. B. gelierte Erzeugnisse, die aus pektischen Stoffen wie Zuckerrübenpektin erzeugt wurden, für eine Verwendung als superabsorbierende Stoffe des vorstehend umrissenen Typs sehr gut geeignet sind, und die vorliegende Erfindung umfaßt eine derartige Verwendung. Als Beispiele für Verwendungen der Flüssigkeits-Absorptions-Eigenschaften von getrockneten oder dehydratisierten Gelerzeugnissen, die gemäß der Erfindung erhältlich sind, kann deren Verwendung als ein Absorbens in Einweg-Windeln für Säuglinge/Kleinkinder und für Personen, die an Inkontinenz leiden, oder in Einweg- Erzeugnissen für die weibliche Hygiene (Damenbinden, Slipeinlagen, Tampons und dergleichen) genannt werden.
Das Trocknen oder Dehydratisieren von gelierten Erzeugnissen, die gemäß der Erfindung erhältlich sind, kann auf geeignete Weise erreicht werden, beispielsweise durch Trocknen unter Vakuum bei Umgebungstemperatur oder bei einer leicht erhöhten Temperatur (z. B. einer Temperatur bis zu ungefähr 40ºC). In einigen Fällen kann eine Vorbehandlung wie ein Waschen mit einem wassermischbaren organischen Lösungsmittel (z. B. Aceton, Ethanol oder dergleichen) von Wert bei dem Reduzieren des Wassergehalts eines Gels vor dem abschließenden Trocknen durch, z. B. Vakuumbehandlung, sein.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter veranschaulicht, die auf keine Weise den Schutzbereich der beanspruchten Erfindung einschränken sollen.

BEISPIEL 1

Gelierung von Feruloyl-Arabinoxylan

Ein Gel von Getreidekleie-Extrakt (Feruloyl-Arabinoxylan-Pulver) wurde auf die folgende Weise hergestellt:
Demineralisiertes Wasser (198 ml) wurde auf 90ºC erhitzt, und Getreidekleie- Extrakt (2,00 g; erhältlich von GB Gels Ltd, Wales, GB) wurde unter starkem Rühren zugegeben. Aliquots von 5 ml der resultierenden Lösung wurden dann in 10 ml-fassende Aluminiumformen gegossen (Temperatur 40ºC). Laccase [Trametes villosa-Laccase; erzeugt durch Novo Nordisk A/S. Bagsvaerd, Dänemark] wurde in drei verschiedenen Konzentrationsniveaus hinzugegeben: 0,18 LACU/g Getreidekleie-Extrakt, 1,8 LACU/g Getreidekleie-Extrakt und 18 LACU/g Getreidekleie-Extrakt. Eine Kontrolle wurde ebenfalls hergestellt, die 18,0 LACU an inaktivierter Laccase (inaktiviert durch Erhitzen auf 85ºC für 15 min) pro g Getreidekleie-Extrakt enthielt. Die Aluminium-Probenformen wurden mit einem Deckel bedeckt und bei Raumtemperatur stehengelassen.
Die Härte der verschiedenen gelierten Proben wurde am folgenden Tag durch die Texturanalyse (vide supra) gemessen unter Verwendung eines SMA- Texturanalysegerätes TA-XT2 (Stable Micro Systems; XT.RA Dimensions, Handbuch Version 37) mit einem flachen Kompressionszylinder mit einem Durchmesser von 20 mm.

Die Meßbedingungen waren wie folgt:

% Gel-Deformation (Kompression): 20%
Deformationsrate (Kompression): 2 mm/sec
Der pH-Wert aller Proben blieb ohne Einstellung bei 4,9.
Die erhaltenen Ergebnisse sind nachstehend wiedergegeben (Durchschnitt aus vier Messungen). Es sollte beachtet werden, daß aus Gründen der Einfachheit die Spitzenkraft für jedes Gel hier in Newton (N) anstatt N/m² angegeben wird, da die verschiedenen Gelproben alle die gleiche Querschnittsfläche besaßen.

Verhältnis von Laccase zu Getreidekleie (LACU/g) Kraft (N)

0,18 0,20
1,80 0,44
18,0 071

BEISPIEL 2

Gelierung von Zuckerrübenpektin

Lösungen, die 1 Gew.-%, 2 Gew.-% bzw. 3 Gew.-% (w/w) von pektischem Stoff enthielten, wurden zubereitet durch Lösen von verschiedenen Mengen an Zuckerrübenpektin [siehe F. Guillon und J.-F. Thibault, Carbohydr. Polym. 12 1990, 353-374 (vide supra); die für diesen Zweck geeignete a-Arabinofuranosidase ist von Megazyme, Australien, erhältlich] in wäßriger 0,05 M NaH&sub2;PO&sub4;- Pufferlösung, wobei der pH-Wert jeder Lösung auf 5,5 durch Zugabe von 0,5 M NaOH eingestellt wurde, und wobei die Pektinkonzentration jeder Lösung durch Zugabe von Wasser eingestellt wurde. Die Lösungen wurden dann in einem Wasserbad bei 30ºC Temperatur-reguliert.
Zu Proben jeder Pektinlösung wurden verschiedene Mengen an Laccase- Zubereitungen zugegeben [Trametes villosa-Laccase; erzeugt durch Novo Nordisk A/S, Bagsvaerd, Dänemark], die 275 LACU/g Laccase-Zubereitung enthielt. Die resultierenden Lösungen wurden dann mechanisch gerührt, bis eine Gelierung stattfand. Die Gele wurden dann bei 30ºC über Nacht Temperatur-reguliert.
Jede Gelprobe wurde gewaschen, indem sie in 30 ml destilliertem Wasser für 1-2 Stunden stehengelassen wurde. Das Wasser wurde durch Filtration über einen Stahlmaschenfilter entfernt. Die einzelnen Gele wurden gründlich mit reichlichen Mengen an Wasser gespült, mit Aceton gewaschen (300 ml) und in einem Vakuum-Trocknungsofen bei 30ºC über Nacht getrocknet. Die auf diese Weise getrockneten Erzeugnisse wurden in kleine Stücke geschnitten und in einer kleinen Labormühle (Retsch Ultra Centrifugal Mill ZM 1000, mit einem Ringsieb 6,0) zerkleinert.
Die folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Kombinationen von Pektinkonzentration und Laccasekonzentration, die bei der Herstellung jedes Gels benutzt wurden:
Die freie Schwellkapazität (Free Swelling Capacity, FSC; d. h. die Flüssigkeitsaufnahme pro Gramm an getrocknetem Gel) und die Rückhaltekapazität (Retention Capacity, RC; d. h. die Flüssigkeitsretention pro Gramm an getrocknetem Gel) jedes der getrockneten Gele wurde wie folgt bestimmt:
FSC: Eine Probe von 0,2 g an zerkleinertem getrockneten Gel wurde in einen feinmaschigen Nylon-"Teebeutel" (3,5 · 6 cm) gegeben. Der geschlossene "Teebeutel" wurde dann für eine Stunde in eine wäßrige Lösung getaucht, die menschlichen Urin simulierte, und die folgende Zusammensetzung besaß:
60 mM KCl, 130 mM NaCl, 3,5 mM MgCl&sub2; · 6H&sub2;O, 2,0 mM CaCl&sub2; · 2H&sub2;O, 300 mM Harnstoff, Oberflächenspannung eingestellt auf 6 · 10² N durch Zugabe von TritonTM X-100 (Rohm & Haas) [die Oberflächenspannungsmessungen wurden mit einem CAHN Dynamic Contact Angle Analyser (Cahn Instruments Inc.) unter Verwendung der Wilhelmy-Plattentechnik vorgenommen].
Den eingeweichten "Teebeutel" mit Inhalten ließ man 2 Minuten "tropftrocken" werden (drip-dry). Die FSC für das fragliche Gel wurde berechnet durch Dividieren des Gewichts (in Gramm) Flüssigkeit, die durch die Gelprobe in dem Teebeutel absorbiert wurde, durch das anfängliche Gewicht (0,2 g) der getrockneten Gelprobe.
RC: Der tropf-getrocknete "Teebeutel" wurde bei 327 · g für 10 Minuten zentrifugiert (WIFUG Laborzentrifuge 500E). Die RC für das fragliche Gel wurde berechnet durch Dividieren des Gewichts (in Gramm) absorbierter Flüssigkeit, die in dem Teebeutel nach Zentrifugation blieb, durch das anfängliche Gewicht (0,2 g) der getrockneten Gelprobe.
Die Ergebnisse der FSC- und RC-Messungen für die verschiedenen Gele sind in der nachfolgenden Tabelle gezeigt. Die entsprechenden Daten für eine Probe von ungeliertem Zuckerrübenpektin sind zum Vergleich mit enthalten:
Ungeliertes Pektin 3 **
**: Die Probe trat durch das Nylonsieb des "Teebeutels"
Es ist aus dem vorangehenden offensichtlich, daß getrocknete Gele, die auf erfindungsgemäße Weise aus phenolischen Polysacchariden, in diesem Fall Zuckerrüben-Pektin hergestellt worden waren, ausgezeichnete Flüssigkeit-Absorptions- und Flüssigkeit-Retentions-Eigenschaften aufweisen können.

Claims

1. Verfahren zum Bewirken des Gelierens oder Erhöhens der Viskosität eines wäßrigen Mediums, das einen gelierbaren polymeren Stoff enthält, der Substituenten mit phenolischen Hydroxygruppen enthält, wobei eine wirksame Menge einer Laccase zu dem wäßrigen Medium hinzu gegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gelierbare polymere Stoff ein Polysaccharid ist, das Substituenten mit phenolischen Hydroxygruppen besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die phenolischen Substituenten substituierte Zimtsäureestergruppen sind.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Polysaccharidstoff ein Arabinoxylan oder ein pektischer Stoff ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Arabinoxylan aus einem Getreide erhältlich ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Getreide Weizen oder Mais ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-6, wobei das Arabinoxylan aus Mehl oder Kleie extrahiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der pektische Stoff von einem Mitglied der Familie Chenopodiaceae erhältlich ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der pektische Stoff aus Zuckerrüben erhältlich ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der pektische Stoff aus Zuckerrübenpulpe extrahiert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 8-10, wobei einige der Arabinosegruppen des pektischen Stoffes entfernt wurden, vorzugsweise durch eine milde Säurebehandlung und/oder durch die Verwendung einer Arabinofuranosidase.

12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gelierbare polymere Stoff zwei oder mehr Polysaccharide umfaßt, die phenolische Substituenten, vorzugsweise substituierte Zimtsäureestergruppen, besitzen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der gelierbare polymere Stoff ein Arabinoxylan umfaßt, vorzugsweise ein Getreide-Arabinoxylan, stärker bevorzugt ein Weizen- oder Mais-Arabinoxylan, und einen pektischen Stoff, vorzugsweise Rüben-Pektin.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, wobei die Laccase aus einem Mikroorganismus, vorzugsweise einem Pilz, erhältlich ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Laccase aus einem Mitglied der Gattung Trametes oder der Gattung Myceliophthora erhältlich ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Laccase aus Trametes villosa oder aus Myceliophtora thermophila erhältlich ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-16, wobei die eingesetzte Menge an Laccase in einem Bereich von 0,1 bis 100 kLACU pro kg an gelierbarem polymeren Stoff ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-17, wobei das gelierte Erzeugnis einem Trocknungsverfahren oder Verfahren zum Wasserentzug unterworfen wird.

19. Geliertes Erzeugnis, erhältlich durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-17.

20. Getrocknetes oder dehydratisiertes Gelerzeugnis, erhältlich durch ein Verfahren gemäß Anspruch 18.

21. Verwendung eines Erzeugnisses gemäß Anspruch 19 bei der Herstellung eines absorbierenden Stoffes zum Absorbieren eines wäßrigen Mediums.

22. Die Verwendung eines Erzeugnisses gemäß Anspruch 20 als ein absorbierender Stoff zum Absorbieren eines wäßrigen Mediums.

23. Verwendung nach Anspruch 21 oder 22, wobei das wäßrige Medium eine Körperflüssigkeit ist.