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Title:
METHOD FOR PRODUCING A FILTER MATERIAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/039737
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a filter material, particularly in the form of a deep filter layer, comprising a given number of native fibers made of cellulose for example, and toxically active or toxicity promoting polyaccharides provided in a suspension before being further processed to form the finished filter material. By adding specific enzymes, the respective polysaccharide is converted into a non-toxic end product or an end product having low toxicity. As a result, the respective (lipo)polysaccharide chain is cleaved at given binding points according to the enzyme used and is degraded to form a non-toxic or low toxic end product.

Inventors:
BRANDT SIGRID (DE)
GEIGER GUENTHER (DE)
NARDO PIERRE LOUIS (IT)
Application Number:
PCT/EP2004/009670
Publication Date:
May 06, 2005
Filing Date:
August 31, 2004
Export Citation:
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Assignee:
BEGEROW E GMBH & CO (DE)
BRANDT SIGRID (DE)
GEIGER GUENTHER (DE)
NARDO PIERRE LOUIS (IT)
International Classes:
B01D39/14; B01D39/16; B01D39/18; C08B16/00; C12P19/04; C12S3/04; D06L4/40; (IPC1-7): B01D39/18
Foreign References:
DE10044218A12002-04-04
US5597619A1997-01-28
US5462801A1995-10-31
Attorney, Agent or Firm:
Bartels, Und Partner (Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Filtermaterials, insbesondere in Form einer Tiefenfilterschicht, mit einer vorgebbaren Anzahl an nativen Fa sern, wie solche aus Zellstoffmaterial, und mit einem Gehalt an toxisch wirkenden oder die Toxizität begünstigenden Polysacchariden, die in einer Suspension vorliegen, bevor diese zum fertigen Filtermaterial wei terverarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zugabe von spezifischen Enzymen das jeweilige Polysaccharid in ein nichttoxisches Endprodukt oder ein solches mit geringer Toxizität umgewandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Polysac charid ein Glucan vorliegt, das unter Zugabe von Glucanase als Enzym zu Glucose als Endprodukt umgewandelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Glucan ein 1, 3ßDGlucan ist und als Glucanase 1, 3 ßDGlucanase eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Einfluß des Enzyms 1, 3ßDGlucanase die Polysaccharidkette an der 1, 3ßDglycosidischen Bindung unter Bildung der Glucose gespalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Exoenzyme, wie Glucanase, eingesetzt werden, oder endoenzyma tisch wirkende Stoffe und/oder Wirkverbindungen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass 0,1 g bis 50 g Enzyme pro 100 kg Suspension eingesetzt werden bei einer Reaktionszeit von 5 min. bis 8 Std. und bei einer Temperatur von 10°C bis zur Inaktivierungstemperatur von ca. 60°C bis 70°C im vorzugsweise sauren Bereich von pH 2, 8 bis 6.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mahlgrad der Zellstoffsuspension auf 15° bis 80° SR, insbe sondere auf 18° SR eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere Kieselgur und Perlite der Suspension zugegeben wer den.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass spätestens nach Durchlaufen der Siebmaschine (28) in einem Trockner (30) für das Filtermaterial der enzymatische Abbau an Polysac chariden, insbesondere in Form von 1, 3ßDGlucan beendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Durch laufen des Trockners (30) das blattförmige Filtermaterial in vorgebbaren Formaten in einer Formatschnitteinrichtung (32) zugeschnitten wird.
11. Filtermaterial hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zugabe von spezifischen Enzymen im Fil termaterial vorhandene Polysaccharide in ein nichttoxisches Endpro dulcet oder ein solches mit geringer Toxizität umgewandelt wird.
Description:
Verfahren zum Herstellen eines Filtermaterials Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Filtermaterials, insbesondere in Form einer Tiefenfilterschicht, mit einer vorgebbaren An- zahl an nativen Fasern, wie sölche aus Zellstoffmaterial und mit einem Ge- halt an toxisch wirkenden oder die Toxizität begünstigenden Polysacchari- den.

Im Stand der Technik sind Kieselgur-Stützschichten als Filtermaterial und Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Zur Erhöhung der Nassfesteigen- schaften und unter Vermeidung von Quelldehnungen bei der durch An- schwemmen von nativen Fasern und darauffolgendem Trocknen hergestell- ten und bei der Kieselgur-Anschwemmfiltration in Filterpressen Verwen- dung findenden Kieselgur-Stützschicht bestehen 20 bis 50 Gewichts-% be- zogen auf die Gesamtfasermenge der Kieselgur-Stützschicht (trockenge- dacht) aus Polyolefinfasern mit einer Faserlänge von 0, 8 bis 1,2 mm. Zur Herstellung der Kieselgur-Stützschicht werden die Polyolefinfasern der wässrigen Lösung aus nativen Fasern (Zellstoffasern) zugegeben, die Sus- pension aus dem Fasergemisch auf ein Siebband angeschwemmt und ent- wässert und die Schicht mit der Sinterungstemperatur der Polyolefinfasern getrocknet. Hierdurch ergibt sich eine Kieselgur-Stützschicht, die unter Vermeidung von nach geltenden Lebensmittelrecht unzulässigen Bindemit- teln sowohl hervorragende Nassfesteigenschaften aufweist als auch prak- tisch frei ist von Quelldehnungen. Trotz dieser Vorteile ist die Oberflächen- anbindung der Polyolefinfasern an die Kieselgur-Stützschicht reduziert, was die Stabilität sowie die Festigkeit und die Homogenität des Gesamt- Filtermaterials beeinträchtigt. Auch lassen sich gewünschte weitere Eigen- schaften, wie Erhöhung der Nassfestigkeit oder der chemischen Beständig- keit, durch Einbringen von Zusatzmaterialien nur sehr eingeschränkt auf- grund des Grundstrukturaufbaues des bekannten Filtermaterials vornehmen.

Durch die DE 32 04 120 C2 ist eine poröse Stützschicht als Filtermaterial für einen durch Anschwemmen gebildeten Kieselgur-Filterkuchen bekannt, wobei native Fasern (Zellulose) und ein Verfestigungsmittel ein Fasergefüge bilden, das gegenüber zu filtrierenden Medien nassfest ist. Vorzugsweise besteht dabei das bekannte Filtermaterial aus 20 bis 50 Gewichts-% der Stützschicht, bezogen auf das trockene Fasergefüge, aus Polyolefinfasern mit einer Faserlänge von 0,8 bis 1,2 mm (Kurzstapelfaser), die sowohl mit- einander als auch mit den nativen Fasern zusammengesintert sind. Um das dahingehend bekannte Filtermaterial herzustellen, wird eine wssrige Sus- pension aus nativen Fasern (Zellulose) und einem Verfestigungsmittel auf einem Siebband angeschwemmt zu einem schichtartigen Fasergefüge ent- wässert und das Fasergefüge anschließend einer Trocknung unterworfen, wobei bezogen auf das Trocknen des Fasergefüges 20 bis 50 Gewichts-% Polyolefinfasern mit der genannten Faserlänge der wässrigen Suspension zugegeben werden. Anschließend werden die Polyolefinfasern bei der Trocknung sowohl miteinander als auch mit den nativen Fasern gesintert, wobei die Trocknung mit einer Temperaturführung erfolgt, die die morpho- logische Struktur der Polyolefinfasern erhält.

Da bei der bekannten Lösung die eingesetzten Polyolefinfasern einen sehr niederen Schmelzpunkt aufweisen, ist während des Trocknungs-und Sin- terverfahrens ein Durchschmelzen der Fasern möglich, so dass nicht an je- der Verbindungsstelle mit den nativen oder sonstigen Polyolefinfasern ein sicherer fester Verbund erreichbar ist.

Durch die DE 100 44 218 AI ist ein nassfest ausgerüsteter Filter bekannt, insbesondere ein Tiefenfilter, mit hoher Quellfähigkeit, der als native Fasern eine Zellulosefasern enthaltende offenporige Hohlräume aufweisende Fil- termatrix umfaßt, wobei die Zellulosefasern an ihrer Oberfläche chemisch gebundenes Polyisocyanat aufweisen. Da das Polyisocyanat chemisch in der Filtermatrix gebunden ist, ist der dahingehende nassfest ausgerüstete Filter insbesondere auch geeignet für die Verwendung in der Nahrungs-, Getränkemittel-und pharmazeutischen Industrie.

All diesen bekannten Filtermaterialien, insbesondere auch in der Form von Tiefenfilterschichten, ist gemeinsam, dass sie native Fasern, insbesondere in Form von Zellulosefasern, für den Grundmatrix-Aufbau verwenden. Durch den Einsatz von Zellstoff oder Zellstoffasern kann aber nicht ausgeschlossen werden, dass diese mit einem Schimmelpilz versehen sind, dessen Aus- scheidungsprodukt toxisch wirkt, wobei die dahingehenden Ausschei- dungsprodukte den Endotoxinen und Pyrogenen zuzurechnen sind. Die dahingehenden toxischen Ausscheidungsprodukte, insbesondere in Form der Endotoxine, gehören der Familie der Polysaccharide, insbesondere der Lipopolysaccharide, an. Neben den genannten Endotoxinen können die nativen Fasern (Zellstoff) sog. Glucane und Glucanverbindungen aufweisen, wobei neuere Untersuchungen gezeigt haben, dass die toxische Wirkung von Endotoxinen durch das Vorhandensein von Glucanen, insbesondere in Form von ß-Glucanen, im Organismus noch verstärkt werden kann.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Filtermaterials zu schaffen, das sicherstellt, dass die Toxizität von etwa vorhandenen Endoto- xinen reduziert oder erst gar nicht vorhanden ist. Eine dahingehende Auf- gabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in sei- ner Gesamtheit.

Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 durch Zugabe von spezifischen Enzymen das jeweilige Polysaccharid in ein nicht-toxisches Endprodukt oder ein solches mit geringer Toxizität umge- wandelt wird, wird sichergestellt, dass abhängig vom eingesetzten Enzym die jeweilige (Lipo-) Polysaccharidkette an vorgebbaren Bindungsstellen auf- gespalten und dergestalt zu nicht-toxischen oder wenig toxischen Endpro- dukten abgebaut wird. Zur Vermeidung oder zumindest zur Reduzierung des genannten Glucangehaltes in den bekannten Filtermaterialien ist erfin- dungsgemäß vorgesehen, mittels des Enzyms Glucanase die Polysaccharid- kette des Glucans an der glycosidischen Bindung zu spalten, um dergestalt als unschädliches Abbau-oder Endprodukt Glucose (Zucker) zu erhalten.

Insbesondere das häufig auftretende 1, 3-, 8-D-Glucan läßt sich dergestalt durch 1, 3-ß-D-Glucanase abbauen. Das dahingehende Glucanase-Enzym wirkt als sog. Exoenzym vom Kettenende der Polysaccharidkette her ; ent- sprechend modifizierte Glucanase oder andere Wirkstoffe erlauben aber auch gegebenenfalls als sog. Endoenzyme einen Angriff innerhalb der Poly- saccharidkette, was mit einer erhöhten Aktivität und somit Schnelligkeit beim Abbau des 1, 3-p-D-Glucans einhergeht.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausfüh- rungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt in prinzipi- eller Darstellung in der Art eines Ablaufplanes die einzige Figur die wesent- lichen Verfahrensschritte bezogen auf eine Herstellvorrichtung zum Aufbau des in Rede stehenden Filtermaterials als Fertigware.

In einen sog. Pulper 10 erfolgt ein Stoffeintrag in Form von Zellstoff 12 so- wie von Wasser 14 aus einem entsprechenden Vorratstank 16. Hierdurch entsteht im Pulper 10 eine Zellstoffsuspension, wobei durch das Einbringen des Zellstoffes 12, wie eingangs dargelegt, in die Suspension auch Endoto- xine, Pyrogene sowie ß-Glucan und ß-Glucan-Verbindungen mit einge- bracht werden können. Durch die Zugabe eines Enzyms, symbolisch darge- stellt als Block 18, lassen sich die (Lipo)-Polysaccharidketten an entspre- chenden Bindungsstellen aufspalten und in nicht-toxische oder in der Toxi- zität reduzierte Endprodukte umwandeln. Insbesondere läßt sich das Poly- saccharid 1, 3- ß-D-Glucan durch 1, 3-ß-D-Glucanase abbauen, indem die zugehörige Polysaccharidkette an der 1, 3-ß-D-glycosidischen Bindung unter Bildung letztendlich von Glucose (Zucker) gespalten wird. Der dahinge- hende Angriffsmechanismus erfolgt vom Kettenende her, also von der Wir- kung her als exoenzymatischer Angriffsmechanismus. Dadurch, dass das ß- Gluccan derart zu einem Zuckerwirkstoff aufgebaut wird, ist jedenfalls er- reicht, dass eine normalerweise nicht-toxische Exposition von Endotoxinen keine tödliche Wirkung zeigen kann, was ansonsten bei Tierversuchen (Rat- ten) zu durchaus einer tödliche Wirkung führen kann, nachdem die Ver- suchstiere vorher ß-Glucanverbindungen ausgesetzt waren.

Die Konzentration des Enzymeinsatzes ist abhängig von der auftretenden Suspensionsmenge und beträgt regelmäßig zwischen 0, 1g bis 50g pro 100kg Suspension. Je nach eingesetztem Enzym und Enzymaktivität kann die Reaktionszeit von 5 min bis 8 Std. dauern und als günstig haben sich Temperaturen von 10°C bis Inaktivierungstemperatur des verwendeten En- zyms, die regelmäßig bei 60°C bis 70°C liegt, erwiesen. Als pH-Wert- Einstellungen kommen Werte von pH 2 bis pH 11 in Frage, bevorzugt wird jedoch im sauren Bereich gearbeitet zwischen pH 2,8 bis 6. Das Enzym 1, 3-ß-D-Glucanase ist unter den Markenbezeichnungen"SIHA Panzym Fino G"der Anmelderin Begerow zu erhalten. Ein anderer Anbieter, die Firma Novozymes, vertreibt ein vergleichbares Glucanase-Produkt unter der Mar- kenbezeichnung"Glucanex".

Bei der genannten Zellstoffsuspension wird der Mahlgrad auf 18 % SR ein- gestellt, wobei durch das Mahlen an sich der Glucangehalt steigt bedingt durch den mechanischen Aufschluß sowie die Vergrößerung der wirksamen Oberfläche. Durch Wahl eines geeigneten Mahlgrades läßt sich also derge- stalt die Wirksamkeit des Glucans einstellen und gegebenenfalls auch die Möglichkeit verbessern, durch die Vergrößerung der Oberfläche einen bes- seren Angriff für das Enzym Glucanase zu schaffen. Über eine Pumpe 20 und eine Ventilverteileinrichtung 22 wird die Suspension zumindest teil- weise in einem sog. Refiner 24 mit weiteren Filtermaterialien, wie Kieselgur und/oder Perliten, versehen, um dergestalt den notwendigen Filtermaterial- aufbau zu erhalten. Anschließend werden die über die Ventilverteileinrich- tung 22 aufgeteilten Materialströme wiederum in einer Mischbütte 26 zu- sammengeführt und von dort aus zu einer Langsiebmaschine 28 gebracht, wo die eigentliche Filtermaterialherstellung durch Entwässern der Suspensi- on nebst Blattbildung durchgeführt wird. Anschließend gelangt das derart hergestellte Filtermaterial in den Umlauftrockner 30 und von dort aus zu einer Formatschnitteinrichtung 32, wo die Blattbildung für das jeweilige Filtermaterial zur stapelbaren Fertigware 34 erfolgt. Da der Trockner 30 regelmäßig mit höheren Temperaturen als 60°C bis 70°C arbeitet, hat dies zur Folge, dass spätestens zu diesem Zeitpunkt der enzymatische Abbau- prozeß gestoppt wird und insoweit die Polysaccharidaufspaltung ihren defi- nitiven Abschluß findet.

Nachfolgend werden noch zwei Anwendungsbeispiele angegeben, die die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens belegen. So wurden beim ersten Anwendungsbeispiel 1 Okg Langfasersulfatzellstoff in 90 kg Wasser zur Suspension aufgelöst und als Enzym wurden 10 g SIHA Panzym Fino G zugegeben. Anschließend erfolgte im Pulper 10 eine Bevorratung für 60 min. bei 30°C. Der vorher eingebrachte Glucangehalt reduzierte sich derart auf etwa 1/3 der vorangegangenen ermittelten Menge.

Als noch wirksamer zur Reduzierung des Glucangehaltes hat es sich erwie- sen, die aus 90 kg Wasser und 10 kg Langfasersulfatzellstoff bestehende Suspension im Pulper 10 mit Phosphorsäure auf pH 4,5 anzusäuern. Als Gluconase-Enzym wurde 10 g Glucanex zugegeben. Bei einer Einstellung des Mahlgrades der Zellstoffsuspension auf 18° SR sowie Bevorratung im Pulper 10 bei 50°C für einen Zeitraum von 60 min. hat sich demgegenüber ein noch viel deutlicher reduzierter Glucangehalt im späteren Fertigprodukt der Filterware ergeben.