Способ изготовления лигноцеллюлозной бумаги и бумажных продуктов
Изобретение относится к способу изготовления бумаги и бумажных продуктов. Способ заключается в добавлении к целлюлозной композиции или суспензии образующего изопептидную связь фермента и, факультативно, белка. Причем образующий изопептидную связь фермент выбирают из трансглутаминазы [EC 2.3.2.13], сортаз [EC 3.4.22.71], активирующего убихитин фермента (Еl’s), соединяющих убихитин ферментов (Е2's) и убихитин-лигаз (Е3's) [EC 6.3.2.19]. Обеспечивается улучшение прочностных свойств в сухом состоянии. 15 з.п. ф-лы, 8 табл., 8 пр.
Данная заявка испрашивает приоритет зарегистрированной 3 сентября 2015 года предварительной заявки на патент США номер 62/213,663, все содержимое которой включено по ссылке.
Предпосылки изобретения
Настоящее изобретение относится к способу изготовления бумаги и бумажных продуктов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к процессу изготовления бумаги, причем по меньшей мере только один фермент сам по себе или по меньшей мере с одним источником белка и/или по меньшей мере одним неионным, катионным, анионным или амфотерным полимером используют для улучшения сухой прочности бумаги и бумажных продуктов.
Длительное время у производителей бумаги имелась потребность в изготовления более прочных листов с использованием меньшего количества не бывшего в употреблении волокна и особенно способности использовать рециркулированное древесное волокно при сохранении требуемых свойств бумаги. Были использованы многие добавки, включая низкомолекулярные полимеры и в последнее время ферменты, для придания бумажным продуктам мокрой и сухой прочности. Настоящее изобретение относится к использованию сшивающего белки фермента, такого как трансглутаминаза, отдельно или в комбинации с источником белка, который оказался способным увеличивать сухую прочность бумаги. Настоящее изобретение обеспечивает не только повышенную сухую прочность бумаги, но также позволяет производителям бумаги заменять дорогостоящее древесное волокно на рециркулированное волокно с сохранением требуемых свойств бумаги.
Большинство ферментов, которые использовались в производстве бумаги и обработке сточных вод, являются по природе гидролитическими, такими как целлюлазы, протеазы, амилазы, ксиланазы и пероксидазы. Термин «гидролитический» означает, что эти ферменты расщепляют существующие химические связи, такие как глюкозидные, сложноэфирные и амидные связи. В дополнение в последнее время в процессах изготовления бумаги нашли применение оксидазы, такие как лакказы. Однако мы недавно обнаружили другой класс ферментов, который помогает повысить прочность бумаги. Фермент трансглутаминаза (TG) сшивает белковые субстраты за счет катализирования образования изопептидной связи между глутаминовыми и лизиновыми боковыми цепями субстратного белка. Многие белки растительного происхождения, такие как соевые белки, и белки животного происхождения являются субстратами для трансглутаминазы. Фактически трансглутаминаза является широко используемым в пищевой промышленности ферментом для модифицирования хлеба, мяса и продуктов на основе сои.
Трансглутаминазы (протеин-глутамин : амин γ-глутамилтрансфераза) являются семейством ферментов, которые катализируют переамидирование глутаминового остатка в субстратном белке в лизиновый остаток. Как результат действия трансглутаминазы, через внутримолекулярную реакцию образуется ковалентная связь между боковыми цепями глутамина и лизина в одной и той же белковой молекуле или через межмолекулярную реакцию между боковыми цепями глутамина и лизина в разных белковых молекулах. Образующаяся ковалентная связь углерод-азот между боковым цепями глутамина и лизина называется изопептидной связью. Реакция протекает через реакцию переноса ацила, причем первичный амин в боковой цепи аминокислоты лизина действует как акцептор ацила, а боковая цепь глутамина действует как донор ацила. Ковалентная связь между боковой цепью лизина и любой другой свободной карбоксильной группой белка обычно также называется изопептидной связью. Образованные таким образом ковалентные связи могут приводить к сильно сшитым белковым структурам с очень высокой молекулярной массой. Трансглутаминазы могут также воспринимать как доноры ацила низкомолекулярные амины, такие как путресцин, кадаверин и полиамины.
Трансглутаминазы встречаются во многих разных типах организмов, включая людей, бактерии, дрожжи, растения и низших позвоночных. Многие из этих трансглутаминаз управляются кальцием и небольшими нуклеозидами, такими как гуанозинтрифосфат (GTP), и их трудно приспособить к биотехнологическим приложениям вследствие сложности связанных с этим применений. Однако микробные трансглутаминазы относительно независимы от кальция и нуклеозидов, приводя к простоте применения, и неудивительно, что они нашли широко распространенное применение в многочисленных областях биотехнологии, таких как пищевые продукты, биоматериалы и медицина. Микробные трансглутаминазы также обладают более широкой субстратной специфичностью и допускают широкий диапазон субстратов. Кроме соединения белок-белок, трансглутаминазы использовались для соединения белка с нуклеотидами, белка с полимерами и белков с малыми молекулами. Однако их наиболее значительное промышленное применение было в пищевой промышленности.
Патент США №. 4,917,904 описывает способ улучшения текстуры основанных на белке продуктов питания, таких как мясо, молоко и соя, с использованием трансглутаминазы, причем содержание белка пищевого продукта изменяется ферментом.
Патент США 6,472,182 раскрывает способ изготовления микробной трансглутаминазы культивированием различных микроорганизмов и затем изолированием трансглутаминазы. Еще многие описывающие использование трансглутаминазы для изменения продуктов питания патенты описаны согласно уровню техники и находятся вне объема настоящего изобретения.
Трансглутаминазы использовались для модифицирования природных и синтетических биоматериалов. Патент США №. 6,051,033 раскрывает модифицирование шерстяных волокон с использованием протеолитического фермента, такого как трипсин и трансглутаминаза. Обработанная шерсть проявила улучшенную стойкость к усадке, смачиваемости, улучшенную мягкость, прочность на продавливание, прочность на растяжение и характеристики окрашиваемости.
Заявка на патент США №. 2004/0265951 описывает способ синтеза биомиметических гелей с использованием модифицированной короткими последовательностями аминокислот основной цепью полимера полиэтиленгликоля и трансглутаминазы.
Заявка на патент США 2004/0266690 описывает ковалентно и сайт-специфично связанный с неантигенными полимерами эритропоэтин, биологически активный белок, что приводит к улучшенному времени полувыведения и стабильности белок-полимерных конъюгатов.
Заявка на патент США №. 2002/0155524 описывает способ использования трансглутаминазы для стабилизации кож и шкур в отношении эффективного и улучшенного способа дубления. Трансглутаминаза предлагается для сшивания коллагеновых волокон в коже или шкуре.
Заявка на патент США №. US 2014/0116635 А1 описывает использование фермента лакказы в сочетании с катионным полимером для улучшения сухой прочности бумаги. Прежде всего, патент сообщает об увеличении индекса сжатия кольца и прочности при растяжении бумаги, изготовленной с использованием волокон целлюлозной массы, которые были обработаны лакказой и катионным полимером.
Во время изготовления основанных на бумаге материалов, таких как туалетная бумага, бумажные полотенца, упаковочные контейнеры и т.п., изготовители бумаги используют множество добавок или для улучшения существующих свойств бумаги, или придания новых функциональностей бумажному материалу. Эти добавки обычно включают в себя среди прочего проклеивающие средства, полимеры для улучшения мокрой прочности, полимеры для улучшения сухой прочности, мягчители, разрыхлители и оптические отбеливатели. В последнее время использование ферментов стало также преобладающим в производстве бумаги и родственных применениях. Например, целлюлазы использовались как добавки для улучшения прочности, так и как средства для обезвоживания. Липазы и протеазы использовались для снижения уровня гидрофобных загрязнений и примесей. В дополнение, также широко известно использование ксиланаз для улучшения эффективности отбеливающих химикатов.
Следует отметить, что большинство используемых в настоящее время в процессах изготовления на бумажных и целлюлозных заводах ферментов являются по своей природе гидролитическими. Например, целлюлазы и амилазы расщепляют гликозидные связи, протеазы расщепляют амидные связи, и липазы катализируют гидролиз липидов или жиров. Однако не является общеупотребительным использование в производстве бумаги и родственных применениях ферментов, которые катализируют образование гликозидных и амидных связей, таких как трансглутаминаза.
Также известно использование в производстве бумаги и родственных применениях основанных на неферментных белках добавок, таких как соевая мука. Прежде всего, в научной литературе (см., например, Jin et al. J. Ag. FoodChem., 2012, 60, 9828-9833) имелись сообщения об использовании соевой муки как улучшающего сухую прочность агента. Высокомолекулярные полимеры, такие как полиакриламиды, поливиниламины и крахмал, были использованы для повышения прочности бумаги за счет электростатических взаимодействий с древесным волокном через образование мостиков между волокнами. Полагают, что соевый белок взаимодействует с древесными волокнами за счет электростатический взаимодействий аналогичным образом. Белковый мономер из-за его низкой молекулярной массы представляется менее эффективным в отношении вызывающих увеличение прочности образующих мостики взаимодействий между целлюлозными волокнами. Однако сшитая и полимеризованная молекула белка из-за его ее намного большего размера и молекулярной массы, возможно, будет взаимодействовать с несколькими целлюлозными волокнами и действовать как улучшающая сухую прочность добавка в основанных на бумаге применениях.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение относится к способу увеличения сухой прочности бумаги. Более конкретно, способ касается использования модифицированного белком фермента, одного или вместе с источником белка.
Более конкретно, способ относится к обработке бумажной массы образующим изопептид ферментом и, факультативно, белком.
Способ также относится к обработке бумажной массы, причем к бумажной массе добавляют белок, трансглутаминазу и по меньшей мере один другой фермент, такой как целлюлаза, лакказа, гемицеллюлаза, липаза, амилаза и/или эстераза.
В другом варианте осуществления способа бумажную массу обрабатывают источником белка, образующим изопептидную связь ферментом и неионным, анионным, катионным или амфотерным полимером, причем источник белка, фермент и полимер могут добавлять последовательно в любом порядке, одновременно или как композицию. В дополнение компоненты или композиция из компонентов могут добавлять в процесс изготовления бумаги одноразово или в течение времени, и добавление химикатов может быть мгновенным или они могут добавляться в течение промежутка времени в 30 минут или меньшего промежутка времени.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к способу изготовления бумаги и бумажных продуктов. Более конкретно, способ относится к изготовлению бумаги с использованием образующего изопептид фермента в качестве добавки и, факультативно, источника белка, низко- и высокомолекулярных природных и синтетических молекул и/или природных и синтетических полимеров для улучшения сухой прочности бумаги или бумажных продуктов.
В одном аспекте настоящий способ обеспечивает обработку бумажной массы образующим изопептидную связь ферментом и, факультативно, источником белка, и изготовленную обработанной массой бумагу. Заявитель удивительным образом обнаружил, что изготовленная настоящим способом бумага имеет улучшенные прочностные свойства в сухом состоянии, такие как тест на продавливание по Муллену и значение индекса сжатия кольца.
В другом аспекте настоящего способа образующий изопептидную связь фермент может быть трансглутаминазами [ЕС 2.3.2.13], сортазами [ЕС 3.4.22.71], активирующим убиквитин ферментом (E1's), соединяющими убиквитин ферментами (E2's), убиквитинлигазы (E3's) [ЕС 6.3.2.19] и их комбинациями.
В других аспектах настоящего способа образующие изопептидную связь ферменты могут быть также использованы с комбинации с другими классами ферментов, такими как оксидоредуктазы [ЕС1], гидролазы [ЕС3], такие как целлюлазы, протеазы, и лигазы [ЕС6]. Ферменты могут быть из разных источников, могут быть дикого типа или мутантными и могут быть изготовлены рекомбинантно или получены из имеющихся в природе источников.
В другом аспекте настоящего способа бумажную массу могут обрабатывать другими ферментами, источниками белка, полимерами и другими добавками. Как и в вышеприведенных аспектах настоящего способа, ферменты, источники белка, полимеры и другие добавки могут добавлять к бумажной массе последовательно, одновременно или как смесь.
В еще одном другом аспекте настоящего способа химикаты могут быть объединены и добавлены как композиция к бумажной массе. Примеры пригодных для использования с образующим изопептидную связь ферментом и источником белка соединений включают в себя, но не ограничивают, добавки для улучшения сухой прочности, такие как крахмал и производные крахмала, производные полиакриламида, имеющийся в природе и модифицированный гуар, поливиниламин, добавки для улучшения мокрой прочности, такие как полиэтиленимин, поливиниловый спирт, мочевино-формальдегидная смола, прореагировавший с эпихлоргидрином полиаминамид, крахмальный альдегид, глиоксилированный полиакриламид (GPAM), флокулянты, коагулянты, средства для обезвоживания, удерживающие средства, проклеивающие средства, размягчители, клеи, пластификаторы, крепирующие добавки и модификаторы. Любые из вышеприведенных комбинаций или индивидуальных компонентов могут быть использованы в производстве бумаги вместе или последовательно. Дополнительно индивидуальные компоненты любой из вышеописанных комбинаций могут смешивать перед употреблением.
В некоторых аспектах настоящего способа источник белка могут смешивать с ферментами или обрабатывать ферментами, прежде чем его добавят к бумажной массе. Источник белка могут также модифицировать любым ферментом или комбинацией ферментов перед добавлением к бумажной массе. В дополнение белок могут предварительно обработать другими ферментами для изменения молекулярной массы белка или могут комбинировать с другими добавками для изготовления бумаги, такими как перечисленные выше катионные, анионные, неионные, амфотерные или природные полимеры. Обработанный ферментом белок могут комбинировать с другими придающими прочность агентами, такими как другие ферменты, полимеры или небольшие молекулы. Дополнительные придающие прочность агенты, такие как другие ферменты, полимеры или небольшие молекулы, могут добавлять во время обработки ферментом белка, которое может происходить во времени, и получающийся состав могут добавлять к бумажной массе.
В другом аспекте настоящего способа источник белка могут обрабатывать сшивающим белок ферментом, затем гидролизующим белок ферментом, таким как Alcalase® (Novozymes), трипсин, химотрипсин и т.п. Наоборот, белок могут обрабатывать сначала гидролизующими белок ферментами, такими как Alcalase® (Novozymes), трипсин и химотрипсин, затем сшивающими белок ферментами, такими как трансглутаминаза. Источник обработанного ферментом белка может быть объединен с придающими прочность агентами, такими как полимеры и низкомолекулярные соединения, которые могу добавлять к бумажной массе перед, одновременно или после фермента и/или источника белка.
Ферменты, источники белка, полимеры и другие придающие прочность агенты могут добавлять на любой стадии процесса изготовления бумаги. Эти компоненты могут добавлять во время приготовления целлюлозной массы или приводить в контакт с волокнами в любом складском баке, баке высокой или низкой консистенции или любом другом баке выдержки. Термин «целлюлозная масса» или «бумажная масса» относится к волокну целлюлозной массы на любой стадии процесса изготовления бумаги и называется в заявке целлюлозным волокном, целлюлозной композицией, целлюлозным шламом, целлюлозной суспензией. Образующий изопептидную связь фермент и другие компоненты могут добавлять к белой воде или могут использовать в контурах водоочистки на фабриках по производству не бывшей в употреблении или рециркулированной бумаги.
В некоторых аспектах настоящего способа образующий изопептидную связь фермент могут добавлять к целлюлозной массе в любом количестве. Уровни добавления фермента могут изменяться от 0,001% до 5% по массе от массы сухой целлюлозы или волокна, могут быть от 0,01% до 2,5% по массе, могут быть от 0,1% до 2%, и могут быть от 0,5% до 1% по массе от массы сухой целлюлозы или волокна.
Если количество фермента базируется на сухой массе источника белка, то уровни добавления фермента могут изменяться в пределах от примерно 0,0001% до 5% по массе от массы сухого белка, могут быть от примерно 0,001% до примерно 2,5% по массе, могут быть от примерно 0,01% до примерно 2%, и могут быть от примерно 0,5% до 1% по массе от массы сухого белка.
Activa RM® является имеющимся на рынке пищевым составом, содержащим 0,5% фермента в расчете на сухую массу. В приведенных ниже показательных примерах фермент использовали при 0,5% и 1% уровне дозировки исходя из массы сухого волокна в расчете на продукт в состоянии поставки. Полимеры и другие добавки для изготовления бумаги могут добавлять в любом количестве в зависимости от рассматриваемого применения. Например, полимерную добавку могут добавлять в количестве от примерно 0,1 килограмм (кг) до примерно 10 кг на тонну бумажной массы в расчете на сухую целлюлозу или волокно. Однако в зависимости от типа процесса изготовления бумаги могут использовать другие количества.
В некоторых аспектах настоящего способа могут использовать для модифицирования источника белка и добавлять в процесс изготовления бумаги и родственные применения любые образующие изопептиды ферменты. Приемлемые ферменты включают в себя, но не ограничивают, трансглутаминазы [ЕС 2.3.2.13], сортазы [ЕС 3.4.22.71], активирующие убиквитин ферменты (E1's), соединяющие убиквитин ферменты (E2's) и убиквитин-лигазы (E3's) [ЕС 6.3.2.19]. Полагают, что образующие изопептидную связь ферменты могут быть использованы в комбинации с другими классами ферментов, такими как оксидоредуктазы [ЕС1], гидролазы [ЕС3], такие как целлюлаза, протеазы, и лигазы [ЕС6]. Ферменты могут быть из разных источников, могут быть дикого типа или мутантными и могут быть изготовлены рекомбинантно или получены из имеющихся в природе источников.
Представленные ниже примеры и данные лучше иллюстрируют преимущества заявляемого изобретения и не должны быть ограничивающими. Многие другие комбинации ферментов, источников белка и синтетических или природных полимеров будут очевидны для специалистов в этой области техники.
Примеры
Пример 1 - Испытание трансглутаминазы
Ферментную активность трансглутаминазы определяли с использованием разработанного Folk и Cole (Folk, J.E. and Cole, P.W., Biochim. Biophys. Acta, 122, 244,1966) колориметрического метода. Это испытание чаще известно как гидроксаматный тест и использует CBZ-глутаминглицин как субстрат акцептора амина трансглутаминазы, и гидроксиламин (Product №. 159417, Sigma Aldrich) как донор амина. Трансглутаминаза катализирует реакцию между гидроксиламином и CBZ -глутаминглицином с выработкой CBZ-глутамилгидроксаматглицина, который образует окрашенный комплекс с Fe(III) с сильным ультрафиолетовым поглощением при 525 нанометрах (нм). Было проведено испытание, причем реакционную смесь приготовили путем растворения 120 миллиграмм (мг) CBZ-глутаминглицина (продукт № С 6154, Sigma Aldrich) в 2 миллилитрах (мл) 1000 миллимолярного (мМ) трис буфера (продукт № Т-1503, Sigma Aldrich) рН 6,0 при 37°С. К этому раствору добавили 2 мл 200 мМ гидроксиламина с 20 мМ глутатиона (продукт № G-4251, Sigma Aldrich) и тщательно перемешали. рН этой реакционной смеси довели до 6,0 100 миллимолярным (мМ) NaOH и разбавили деионизированной водой до конечного объема 10 мл.
0.5% раствор образца (в состоянии поставки) трансглутаминазы Novozymes приготовили с использованием деионизированной воды (TG1). Двадцать миллиграмм Activa TI® (Ajinomoto®) растворили в 200 микролитрах (мкл) деионизированной воды (TG2). В двух отдельных контейнерах 200 мкл реакционной смеси смешали с растворами фермента и оба образца инкубировали при 37°С в течение точно десяти минут. К обоим испытательным образцам добавили 500 мкл 12% (объем/объем) раствора трихлоруксусной кислоты и образцы перемещали пипеткой. В заключение к обоим растворам добавили 500 мкл 5% (вес/объем) раствора хлорного железа и перемешали пипеткой. Приготовили еще три образца, как показано в приведенной ниже таблице.
Все образцы хорошо смешали и центрифугировали в течение пяти минут и перенесли в кюветы. Поглощение каждого образца регистрировали при 525 нм.
Число единиц образующего изопептидную связь фермента вычисляли с использованием следующих уравнений:
Число единиц для трансглутаминазы определяется следующим образом: одна единица фермента будет катализировать образование 1 микромоля (мкм) L-глутаминовой кислоты-Y-моногидроксамата в минуту из CBZ-глутаминилглицина и гидроксиламина при рН 6,0 при 37°С.
В общем, основываясь на вышеописанном испытании, было найдено, что TG1 в состоянии поставки имела активность примерно 500 единиц на грамм материала, и TG2 в состоянии поставки имела активность примерно 20 единиц на грамм материала.
Пример 2
Получено от Novozymes (Bagsvaerd, Denmark)
Коммерческий продукт, доступный от Cargill
Смесь из 25% небеленого не бывшего в употреблении волокна и 75% рециркулированного волокна
Пример 2 иллюстрирует применение полученной от Novozymes (Bagsvaerd, Denmark) экспериментальной трансглутаминазы. Фермент добавляли к бумажной массе один или в комбинации с соевой мукой (Prolia 290, Cargill).
Суспензию небеленой крафт-целлюлозы из мягкой породы дерева (UBK) и рециркулированные волокна приготовили с 3% консистенцией (25:75). Суспензию целлюлозного волокна обработали одной трансглутаминазой (0,2% от массы сухого волокна) и соевой мукой (1% от массы сухого волокна), добавленной одной и в комбинации с трансглутаминазой. Бумага была изготовлена с использованием расположенной по адресу 500 Hercules Rd., Wilmington DE опытной бумагоделательной машины. 25% небеленой крафт-целлюлозы и 75% суспензии рециркулированного волокна размололи до степени помола в 500 мл канадской стандартной степени помола (CSF) с использованием измельчителя с двойным диском Andritz. Суспензия целлюлозного волокна имела рН 7,0 и температуру 50°С. Плотность формованной бумаги была равна 80 фунтов/3000 квадратных футов. Флокулянт PerForm®PC 8713 (Solenis LLC, Wilmington, DE) добавляли к мокрому концу бумагоделательной машины в количестве 0,0125% от массы сухого целлюлозного волокна. Приготовленную таким образом бумагу испытали на прочностные свойства в сухом состоянии, такие как продавливание по Муллену (TAPPI Test Method Т403) и индекс сжатия кольца (TAPPI Test Method Т822 om-02). Как показано в таблице 2, обработка бумажной массы трансглутаминазой и, факультативно, источником белка показала значительные улучшения в значениях как продавливания по Муллену, так и индекса сжатия кольца. Следует отметить, что синергическая совместная обработка целлюлозной массы трансглутаминазой и соевой мукой приводит к наибольшему улучшению в значении продавливания по Муллену по сравнению с изготовленной из необработанной целлюлозной массы бумагой.
Удивительным образом и неожиданно обработка бумажной массы одной только трансглутаминазой без какого-либо источника белка показала значительное улучшение прочностных свойств бумаги, прежде всего, значений продавливанию по Муллену (см. таблицу 2).
Пример 3
В примере 3 описанную выше целлюлозную массу обработали имеющимся в продаже пищевым трансглутаминазным составом (ACTIVA RM®, Ajinomoto Inc.) и соевой мукой. Следует отметить, что состав ACTIVA RM® содержит в дополнение к ферменту трансглутаминазе молочный белок казеин. Бумагу изготовили, как описано в примере 1. Смешанную целлюлозную массу обработали только одним трансглутаминазным составом ACTIVA RM® (1% от массы сухого волокна с использованием продукта в состоянии поставки), только одной соевой мукой (1% от массы сухого волокна) или обоими компонентами. Как показано в таблице 3, снова были заметны значительные улучшения в прочностных характеристиках бумаги в сухом состоянии, прежде всего, в значениях продавливания по Муллену.
Коммерчески доступно от Ajinomoto Co., Inc. (Tokyo, Japan)
Коммерческий продукт, доступный от Cargill
Смесь из 25% небеленого не бывшего в употреблении волокна и 75% рециркулированного волокна
Пример 4
В примере 4 целлюлозную композицию с 3% консистенцией приготовили с использованием 100% рециркулированных волокон и обработали коммерческой трансглутаминазной композицией и соевой мукой. Рециркулированную целлюллозную композицию обработали только ACTIVA RM® трансглутаминазной композицией (1% от массы сухого волокна с использованием продукта в состоянии поставки), только соевой мукой (1% от массы сухого волокна) или в комбинации с трансглутаминазой. Бумага была изготовлена с использованием подробно описанной в примере 1 и примере 2 бумагоделательной машины. Как показано в таблице 4, значительное улучшение в продавливании по Муллену и индексе сжатия кольца наблюдали, когда целлюлозную композицию обработали только трансглутаминазой и в комбинации с соевой мукой. Следует ожидать дополнительного улучшения прочностных свойств бумаги при использовании 100% рециркулированных волокон.
Коммерчески доступно от Ajinomoto Co., Inc. (Tokyo, Japan)
Коммерческий продукт, доступный от Cargill (ОН, USA)
100% рециркулированных волокон
Примеры 4-6 демонстрируют применение трансглутаминазы в отношении улучшения прочности бумаги при использовании установки "Noble and wood" для ручного отлива листов бумаги. Примеры 5 и 6 обеспечивают данные по отклику на дозу для трансглутаминазы и источника белка.
Пример 5
Пример 5 использует экспериментальную трансглутаминазы от Novozymes (Bagsvaerd, Denmark). Суспензию небеленого крафт-волокна (UBK) приготовили с 3% консистенцией и обработали только трансглутаминазой и в комбинации с соевым изолятом (PRO-FAM®, ADM). Волокно целлюлозного шлама обработали одной трансглутаминазой (2% от массы сухого волокна), только изолятом сои (1% от массы сухого волокна) и обоими компонентами. Отлитые вручную листы бумаги изготовили с целевой плотностью 60 фунтов/3000 квадратных футов на установке "Noble and wood" для ручного отлива листов бумаги при рН 7,0. Отлитые вручную листы спрессовали во влажном состоянии до 33% содержания сухих веществ и высушили на барабанной сушилке при 240°F (116°С) в течение одной минуты с получением влажности 3-5%.
Получено от Novozymes (Bagsvaerd, Denmark)
Коммерческий продукт, доступный от ADM (Chicago, IL, USA)
100% небеленых не бывших в употреблении волокон
Как показано в таблице 5, бумага, изготовленная с использованием волокон, которые обработали только трансглутаминазой, показала 7% улучшение в продавливании по Муллену по сравнению с необработанным листом. Удивительным образом, обработанное только соевым изолятом волокно не обеспечило никакого улучшения в значении продавливания по Муллену в сухом состоянии, однако значение индекса сжатия было улучшено на 10% по сравнению с необработанным листом. Следует отметить, что соевый изолят имеет более высокое процентное содержание белка по сравнению с соевой мукой. Бумага ручного отлива, изготовленная из обработанных как трансглутаминазой, так и соевым изолятом волокон, показала 12% увеличение как в продавливании по Муллену в сухом состоянии, так и значении индекса сжатии кольца по сравнению с необработанным контрольным образцом.
Пример 6
Пример 6 иллюстрирует зависящее от дозировки улучшение прочности бумаги, когда целлюлозную композицию обработали трансглутаминазой и источником белка, таким как казеин. В этом исследовании волокна целлюлозного шлама обработали увеличенными количествами имеющегося в продаже состава ACTIVA RM®. Листы ручного отлива приготовили с использованием волокон необработанного контрольного целлюлозного шлама и волокон обработанного целлюлозного шлама, как описано в примере 5. Отлитые вручную листы испытали на продавливание по Муллену (TAPPI Test Method Т403) и индекс сжатия кольца (TAPPI Test Method Т822 om-02).
Таблица 6 иллюстрирует прямую зависимость между увеличением ACTIVA RM® и соответствующим увеличением прочностных свойств бумаги.
Коммерчески доступно от Ajinomoto Co., Inc. (Tokyo, Japan)
100% рециркулированных волокон
Пример 7
В примере 7 целлюлозный шлам приготовили с использованием 100% рециркулированных волокон и обработали увеличивающимися количествами трансглутаминазы и казеинового белка. Как показано в таблице 7, один казеин при 1% уровне дозировки не обеспечивает улучшения требуемых свойств бумаги. Однако совместная обработка трансглутаминазой и казеином обеспечивает улучшение значения продавливания по Муллену в сухом состоянии.
Получено от Novozymes (Bagsvaerd, Denmark)
Коммерческий продукт, доступный от Sigma Aldrich (St. Louis, МО)
100% рециркулированных волокон волокон
Пример 8
Пример 8 демонстрирует, что одинаковые прочностные преимущества были получены, когда суспензию волокна для изготовления бумаги обработали стабильной композицией, составленной из обработанного ферментом белка, природных полимеров и синтетических полимеров, как описано выше. Состав приготовили следующим образом: 10-процентную суспензию 200 грамм соевой муки (Prolia®290, ADM (Chicago, IL, USA) в воде перемешивали в течение 5 минут и нагрели до 50°С. 500 мг образца трансглутаминазы ACTIVA®RM (Ajinomoto Co., Inc.) (разбавленного 2 мл деионизированной воды) добавили к суспензии и перемешивали в течение 15 минут при 50°С. К этой суспензии добавили 60 грамм крахмала (Sta-lok® 300) с последующими 2,5 граммами сухого поливинилового спирта (Elvanol® 75-15, Kuraray America Inc.) и температуру повысили до 95%С. Эту суспензию выдержали при 95°С в течение 20 минут, и в это время добавили 152 грамма 13% HercoBond® 2800 (Solenis, LLC) и перемешивали в течение 5 минут. Полученный образец охладили до 40°С и добавили 1,2 грамма биоцида RX9100 (Solenis, LLC), тщательно перемешали и хранили при комнатной температуре.
Бумагу изготовили с использованием опытной бумагоделательной машины, как описано выше, с использованием 100% рециркулированных волокон. Бумажную массу обработали 1% дозой белкового состава (12% - 14% общего сухого вещества), как показано в таблице 8. Обработка с тремя слегка разными изменениями ферментно-белкового состава привела к улучшению прочностных свойств в продавливании по Муллену и разрушении кольца. Эти результаты показывают, что предварительно составленный основанный на высокомолекулярном белке продукт может быть использован для повышения сухой прочности бумаги и продуктов на основе бумаги. Следует отметить, что с добавлением биоцида эти составы были стабильными до трех месяцев.
Предшествующие относящиеся к изобретению описание и примеры предусмотрены только как иллюстративные и не предполагаются быть ограничивающими. Специалисту в данной области техники будет понятно, что могут быть представлены различные комбинации, модификации и вариации раскрытых вариантов осуществления настоящего способа без отклонения от объема изобретения.
1. Способ изготовления бумажных продуктов с улучшенной сухой прочностью, содержащий:
а) обеспечение целлюлозной композиции или суспензии,
б) добавление к целлюлозной композиции или суспензии образующего изопептидную связь фермента и, факультативно, белка, причем образующий изопептидную связь фермент выбирают из группы, состоящей из трансглутаминазы [ЕС 2.3.2.13], сортаз [ЕС 3.4.22.71], активирующего убихитин фермента (E1's), соединяющих убихитин ферментов (E2's) и убихитин-лигаз (E3's) [ЕС 6.3.2.19],
в) изготовление бумажного продукта.
2. Способ по п. 1, причем факультативный белок могут добавлять к целлюлозной композиции или суспензии перед, одновременно и после добавления трансглутаминазы [ЕС 2.3.2.13], сортаз [ЕС 3.4.22.71], активирующего убихитин фермента (E1's), соединяющих убихитин ферментов (E2's) и убихитин-лигаз (E3's) [ЕС 6.3.2.19].
3. Способ по п. 1, причем трансглутаминазу [ЕС 2.3.2.13], сортазу [ЕС 3.4.22.71], активирующий убихитин фермент (E1's), соединяющие убихитин ферменты (E2's) и убихитин-лигазы (E3's) [ЕС 6.3.2.19] смешивают с факультативным белком перед добавлением к целлюлозной композиции или суспензии.
4. Способ по п. 1, причем факультативный белок получен из промышленных или животных источников.
5. Способ по п. 1, причем источником факультативного белка является соевая мука или молочный белок.
6. Способ по п. 5, причем источником факультативного белка является соевая мука.
7. Способ по п. 1, причем трансглутаминазу [ЕС 2.3.2.13], сортазу [ЕС 3.4.22.71], активирующий убихитин фермент (E1's), соединяющий убихитин фермент (E2's) и убихитин-лигазу (E3's) [ЕС 6.3.2.19] добавляют к целлюлозной композиции или суспензии в количестве от 0,001% до 5% от массы сухой целлюлозной массы, может быть от 0,01% до 2,5% от массы сухой целлюлозной массы, может быть от 0,1% до 2% от массы сухой целлюлозной массы, и может быть от 0,5% до 1% от массы сухой целлюлозной массы.
8. Способ по п. 1, причем трансглутаминазу [ЕС 2.3.2.13], сортазу [ЕС 3.4.22.71], активирующий убихитин фермент (E1's), соединяющий убихитин фермент (E2's) и убихитин-лигазу (E3's) [ЕС 6.3.2.19] добавляют к целлюлозной композиции или суспензии в количестве от 0,0001% до 5% от массы сухого белка, может быть от 0,001% до 2,5% от массы сухого белка, может быть от 0,01% до 2%, и может быть от 0,5% до 1% от массы сухого белка.
9. Способ по п. 1, причем композиция дополнительно содержит один или более ферментов, выбранных из группы, состоящей из гемицеллюлаз, амилаз, протеаз, липаз, эстераз, целлюлазы, оксидоредуктаз, лакказ и пероксидаз, добавляемых к целлюлозной композиции или суспензии.
10. Способ по п. 1, дополнительно содержащий неионный, катионный, анионный, амфотерный полимер или их комбинации.
11. Способ по п. 10, причем неионный, катионный, анионный, амфотерный полимер или их комбинацию добавляют к целлюлозной суспензии перед добавлением трансглутаминазы [ЕС 2.3.2.13], сортаз [ЕС 3.4.22.71], активирующего убихитин фермента (E1's), соединяющих убихитин ферментов (E2's) и убихитин-лигаз (E3's) [ЕС 6.3.2.19].
12. Способ по п. 10, причем полимер или их комбинацию добавляют к целлюлозной суспензии после добавления трансглутаминазы [ЕС 2.3.2.13], сортаз [ЕС 3.4.22.71], активирующего убихитин фермента (E1's), соединяющих убихитин ферментов (E2's) и убихитин-лигаз (E3's) [ЕС 6.3.2.19].
13. Способ по п. 1, причем трансглутаминазы [ЕС 2.3.2.13], сортазы [ЕС 3.4.22.71], активирующий убихитин фермент (E1's), соединяющие убихитин ферменты (E2's) и убихитин-лигазы (E3's) [ЕС 6.3.2.19], могут быть также использованы в комбинации с другими классами ферментов.
14. Способ по п. 13, причем другие классы ферментов выбирают из группы, состоящей из оксидоредуктаз [ЕС1], гидролаз [ЕС3], таких как целлюлазы и протеазы, лигаз [ЕС6] и их комбинаций.
15. Способ по п. 13, причем другие классы ферментов могут быть дикого типа, мутантными и могут быть изготовлены рекомбинантно и/или получены из имеющихся в природе источников.
16. Способ по п. 1, причем трансглутаминазы [ЕС 2.3.2.13], сортазы [ЕС 3.4.22.71], активирующий убихитин фермент (E1's), соединяющие убихитин ферменты (E2's) и убихитин-лигазы (E3's) [ЕС 6.3.2.19], и факультативный белок смешивают перед добавлением в процесс изготовления бумаги.
