專利名稱：氣味控制組合物及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于控制氣味，例如工業(yè)過程所產生的氣味(odor)的組合物(composition)和方法。
背景技術：
對于許多工業(yè)過程和工業(yè)方法的主要抱怨是涉及到工廠產生的氣味。例如紙漿(pulp)和造紙廠(paper mills)產生令人討厭的氣味(惡臭)是盡人皆知的，而且這些工廠經常遭到周邊社區(qū)對于發(fā)出的這種氣味的投訴。公眾也經常將釋放出的氣味與其它嚴肅的環(huán)境或健康問題，例如致癌物質的釋放和過敏物質的產生相聯(lián)系，即使發(fā)出的氣味與這些問題沒有關聯(lián)。
環(huán)境中這有許多不同的氣味類型及該氣味的來源。工業(yè)過程中的氣味通常是由還原的(reduced)硫化物，含氮化合物和其它的有機化合物，例如揮發(fā)性(volatile)短鏈脂肪酸產生的。在工業(yè)過程(process)中的不同階段也產生氣味，可以是由微生物污染物或工業(yè)過程中存在的化學和/或生物試劑引發(fā)的。
已經有了一些旨在控制環(huán)境中氣味問題的方案，包括，例如用可減少氣味或無味的試劑來替代產生惡臭的試劑(agents)，和/或使用組合物和設備(例如汽化器)來中和氣味和/或氣味源。
例如美國專利No.5,804,170公開了一種含有酚化合物和能夠氧化酚化合物的酶的除臭劑組合物(composition)。當與氧化酶，諸如多酚氧化酶，單酚氧化酶，過氧化物氧化酶，漆酶，酪氨酸酶和葡糖氧化酶結合使用時，酚化合物被聲明具有除臭的效果。
美國專利No.6,074,631公開了惡臭減少的組合物和方法，包括氧化還原酶與介質結合來減少惡臭的用法。
美國專利No.6,025,186公開了使用鹵過氧化物酶結合過氧化氫源來減少從污物衛(wèi)生學產物中發(fā)出的惡臭。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及利用糖氧化酶來減少或防止惡臭。在優(yōu)選的具體實施方式
中，本發(fā)明涉及利用糖氧化酶來減少或防止由糖類物質降解成揮發(fā)性短鏈脂肪酸，例如丁酸，乳酸，乙酸和丙酸而產生的惡臭。盡管不受任何操作理論的限制，但是據(jù)認為糖氧化酶的處理可以通過將糖類物質(例如糖或其它來自糖類物質的寡聚物)轉化成有機酸，如葡糖酸，乳糖酸和/或纖維二糖酸(cellobionic acid)以致防止或減少揮發(fā)性短鏈脂肪酸的形成從而減少或防止惡臭。
本發(fā)明還涉及含有糖氧化酶的脫臭組合物。
附圖簡要說明

圖1是由敞開的大氣條件(atmospheric conditions)下OCC濾物(filtrate)中乳酸和乙酸濃度(g/L)HPLC數(shù)據(jù)產生的圖表。
圖2是由封閉的大氣條件下OCC濾物乳酸和乙酸濃度(g/L)HPLC數(shù)據(jù)產生的圖表。
本發(fā)明的詳細描述糖氧化酶(carbohydrate oxidase)(EC1.1.3)指的是一種能夠氧化糖類底物的酶。優(yōu)選地，該糖氧化酶能夠通過將糖類底物(例如，葡萄糖或其它糖或寡聚物中間體)轉化成有機酸，例如葡糖酸，乳糖酸和/或纖維二糖酸而抑制短鏈脂肪酸(例如，丁酸，乳酸，乙酸和丙酸)形成。糖類氧化酶的例子包括蘋果酸氧化酶(malate oxidase)(EC 1.1.3.3)，葡糖氧化酶(EC 1.1.3.4)，己糖氧化酶(EC 1.1.3.5)，半乳糖氧化酶(EC 1.1.3.9)，吡喃糖氧化酶(EC1.1.3.10)，兒茶酚氧化酶(EC 1.1.3.14)，山梨糖氧化酶(EC 1.1.3.11)和纖維二糖氧化酶(EC 1.1.3.25)，甘露糖醇氧化酶(EC 1.1.3.40)。優(yōu)選的氧化酶包括單糖氧化酶，諸如葡糖氧化酶，己糖氧化酶，半乳糖氧化酶和吡喃糖氧化酶。
糖氧化酶可以由任何適當?shù)膩碓串a生，如微生物，諸如細菌，真菌或酵母菌。糖氧化酶的例子包括在WO 95/29996(Novozymes A/S)；WO99/31990(Novozymes A/S)，WO 97/22257(Novozymes A/S)，WO 00/50606(Novozymes Biotech)，WO 96/40935(Bioteknologisk Institute)，美國專利No.6,165,761(Novozymes A/S)，美國專利No.5,879,921(Novozymes A/S)，美國專利No.4,569,913(Cetus Corp.)，美國專利No.4,636,464(Kyowa HakkoKogyo Co.，Ltd)，美國專利No.6,498,026(Hercules Inc.)；和EP 321811(Suomen Sokeri)；和EP 833563(Danisco A/S)中公開的糖氧化酶。
葡糖氧化酶可以來源于曲霉屬(Aspergillus)或青霉屬(Penicillium)菌株，優(yōu)選地是黑曲霉(A.niger)，點青霉(P.notatum)，P.amagasakiense或P.vitale。優(yōu)選地，葡糖氧化酶是一種黑曲霉葡糖氧化酶。其它的葡糖氧化酶包括“酶學方法”(Methods in Enzymology)中所描述的葡糖氧化酶，Biomass Part B Glulose oxidase of phanerochaete chrysosporium，R.L.Kelley和C.A.Reddy(1988)161，第306-317頁和葡糖氧化酶Hyderase 15(AmanoPharmaceutical Co..Ltd.)。
己糖氧化酶可以從例如海藻類自然產生的酶中分離出來。這些海藻是在屬于杉藻目(Gigartinales)的杉海苔科(Gigartinaceae)中發(fā)現(xiàn)的。屬于杉海苔科的產生己糖氧化酶的藻類的例子有Chondrus crispus和Iridophycusflaccidum。Cryptomeniales目的藻類也是己糖氧化酶的潛在來源。已經從幾種紅藻類例如Irjdo-phycus flaccidum(Bean和Hassid，1956，J.Biol.Chem.，218425-436)和Chondrus crispus(Ikawa 1982，Methods Enzymol.，89145-149)中分離出了己糖氧化酶。另外，Euthora cristata(Sullivan等人1973，Biochemica et BiophysicaActa，30911-22)也被顯示可以產生己糖氧化酶。其它潛在的己糖氧化酶的來源包括微生物種類或陸生植物種類。在Bean等人，Journal of Biological Chemistry(1961)2361235-1240中公開了一種植物來源的己糖氧化酶實例，它能夠氧化較寬范圍糖，包括D-葡萄糖，D-半乳糖，纖維二糖，乳糖，麥芽糖，D-2-脫氧葡糖，D-甘露糖，D-葡糖胺和D-木糖。其它的具有己糖氧化酶活性的酶的例子有Dowling等人，Journal ofBacteriology(1956)72555-560公開的從馬鼻疽桿菌(Malleomyces mallei)中得到的糖氧化酶。另外的適用的己糖氧化酶的例子是EP 833563中描述的己糖氧化酶。
吡喃糖氧化酶可以來源于真菌例如絲狀真菌或酵母，優(yōu)選Basidomycetefungus。吡喃糖氧化酶可以來源于屬于傘菌目(Agaricales)的種屬，諸如Oudemansiella屬或Mycena，屬于多孔菌目(Aphyllophorales)的栓菌屬(Trametes)，如T.hirsuta，T.versicolor，T.gibbosa，T.suaveolens，T.ochracea，T.pubescens，或者屬于Phanerochaete，Lenzites或Peniophora的真菌。吡喃糖氧化酶存在很廣，特別是在擔子菌(Basidiomycetes)真菌中。例如在下列來源中已經對吡喃糖氧化酶進行了表征或分離Peniophora gigantea(Huwig等人，1994，Journal ofBiotechnology 32，309-315；Huwig等人，1992，Med.Fac.Landbouww，Univ.Gent，57/4a，1749-1753；Danneel等人，1993，Eur.J.Biochem.214，795-802)，屬于Aphyllophorales的屬(Volc等人，198S，F(xiàn)olia Microbiol.30，141-147)，黃孢原毛平革菌屬(Phanerochaetechrysosporium)(Volc等人，1991，Arch.Mirobiol.156，297-301，Volcand Eriksson，1988，Methods Enzymol 161B，316-322)，Polyporus pinsitus(Ruelius等人，1968，Biochim.Biophys.Acta，167，493-500)和Bierkanderaadusta和Phebiopsis gigantea(Huwig等人，1992，op.cit.)。另外的吡喃糖氧化酶的例子是WO97/22257公開的，例如來自Trametes，特別是毛栓菌(T.hirsuta)的吡喃糖氧化酶。
半乳糖氧化酶是本領域公知的酶。半乳糖氧化酶的一個例子是WO00/50606中所描述的半乳糖氧化酶。
可商業(yè)使用的糖氧化酶包括GLUZYME TM(Novozymes A/S)，和GRINDAMYL TM(Danisco A/S)，葡糖氧化酶HP S100和葡糖氧化酶HPS120(Genzyme)；葡糖氧化酶-SPDP(Biomeda)；葡糖氧化酶，G7141，G7016，G6641，G6125，G2133，G6766，G6891，G9010和G7779(Sigma-aldrich)；和半乳糖氧化酶，G7907和G7400(Sigma-aldrich)。
用于本發(fā)明的組合物或處理程序中的糖氧化酶，優(yōu)選是根據(jù)要處理的系統(tǒng)，程序或組合物中存在的糖源來選擇的。因此，在一些優(yōu)選的具體實施方式
中，優(yōu)選單一形式的糖氧化酶，例如當涉及單糖源(single carbohydratesource)時，選擇葡糖氧化酶。在另一些優(yōu)選的具體實施方式
中，可優(yōu)選糖氧化酶的組合，例如葡糖氧化酶和己糖氧化酶。優(yōu)選的是，糖氧化酶來源于屬于微結節(jié)菌屬(Microdochium)的真菌，較佳的是Microdochium nivale真菌，諸如美國專利NO.6,165,761中所描述的在保藏號是CBS 100236的中所保藏的Microdochium nivale(Novozymes A/S.)，在此引入該專利作為參考。粉狀霉的糖氧化酶對大范圍的糖類底物都具有活性。
糖氧化酶的樣品優(yōu)選無過氧化氫酶(catalase-free)，以防止后續(xù)程序步驟中所用的過氧化氫酶(hydrogen peroxidase)的降解。
糖氧化酶處理可用于任何想要的環(huán)境中的惡臭的控制(即減少或防止)，例如工廠(例如工廠排出的)，機器，生產液流(例如工廠(mill)的白水(white water))，污泥處理廠，廢水處理廠，lagoon，儲存設備，廢棄的或清除的容器(disposal container)和廢棄的或銷毀(disposal)的設備中的惡臭。在一個優(yōu)選的具體實施方式
中，糖氧化酶被用于控制廢水中的惡臭。在一個優(yōu)選的具體實施方式
中，糖氧化酶被用于防止由糖降解而引起的惡臭，例如淀粉降解(通常是經由糖中間體)成短鏈揮發(fā)性的酸，例如丁酸，乳酸，乙酸和丙酸而發(fā)出的惡臭。
優(yōu)選地，糖氧化酶處理是通過將惡臭源(也就是有惡臭的原料)與糖氧化酶接觸來進行的。這里所用的“odiferous組合物”指的是含有惡臭源的組合物。在優(yōu)選的應用中，惡臭是糖類底物(例如淀粉，纖維素和/或半纖維素底物)轉化成糖分子，例如葡萄糖，葡萄糖隨后又轉化成揮發(fā)性短鏈脂肪酸的結果(也是糖氧化酶處理所應用的)。轉化過程經常是由微生物，酶和/或化學物質的作用引起的。因此，當由這種轉化過程或類似的轉化過程引起惡臭時，預先或在過程中或在發(fā)生向揮發(fā)性短鏈脂肪酸轉化的過程中使用糖氧化酶處理是優(yōu)選的。
由此，在優(yōu)選的具體實施方式
中，是將糖氧化酶添加到含有糖類底物和產生惡臭的試劑的組合物中。產惡臭物(agent)可能是將糖類底物轉化為短鏈揮發(fā)性脂肪酸的微生物(例如細菌或真菌)，酶或化學品(例如酸或堿水解)。通常，將糖類氧化酶直接添加到糖類底物，例如含糖類底物的廢水中效果最好。此外，本發(fā)明的糖氧化酶處理的脫臭效果不依賴于酚化合物的存在，在該處理過程中或脫臭組合物中其不必存在。
在其它的優(yōu)選實施方式中，糖氧化酶是以與糖類降解酶(例如淀粉降解酶，諸如α-淀粉酶或葡糖淀粉酶和/或纖維素或半纖維素降解酶，例如纖維素酶或半纖維素酶)組合的形式添加以使糖類材料轉化成適當?shù)奶茄趸傅牡孜铩?br> 糖氧化酶是以減少惡臭或防止惡臭，更優(yōu)選的是減少揮發(fā)性短鏈脂肪酸的形成的有效量來添加的。糖氧化酶的有效量的例子包括0.01mg-1g酶蛋白/L，優(yōu)選的是0.1mg-500mg酶蛋白/L，而更優(yōu)選的是0.5mg-100mg酶蛋白/L。
糖氧化酶處理的溫度和pH并不嚴格，只要能提供適于糖氧化酶酶活力的溫度和pH即可。通常溫度和pH是依據(jù)系統(tǒng)，組合物或要被處理的過程和方法而定。適當?shù)臏囟群蚿H包括5℃-120℃和pH 1到12，但是周圍環(huán)境的溫度和pH條件是優(yōu)選的。
處理的時間可以依據(jù)尤其是惡臭問題的程度(例如存在的糖類材料量和/或產惡臭物的量)和類型以及使用的糖氧化酶的量而改變。也可以以預防形式使用糖氧化酶，這樣的話，處理時間是連續(xù)的或者可在過程中一個設定點(a set point)上進行。
在一個優(yōu)選的具體實施方式
中，本發(fā)明涉及使用糖氧化酶來減少或防止紙漿和造紙廠的惡臭。在紙漿和造紙廠(paper mills)中，惡臭經常是由淀粉，配料(furnish)(例如木質底物，形形色色的辦公室廢物或廢舊皺褶卡紙板)中的纖維素和半纖維素轉化成短鏈脂肪酸，如丁酸，乳酸，醋酸和丙酸時引起的。轉化過程可以是由于紙漿和造紙過程中存在的多種源，如，來自微生物，生物物質(例如酶)或化學品導致的。紙漿、造紙廠和其它工業(yè)過程中的惡臭正成為相當大的問題，因為這些過程和設備移到封閉的水系統(tǒng)或水循環(huán)(loops)(例如白水或廢水)中導致了淀粉和其它糖源的堆積。對于紙漿和造紙過程，盡管不限制溫度和pH，但通?？梢允?5℃到65℃，且pH是3到9。
在一個優(yōu)選的具體實施方式
中，可以通過用糖氧化酶處理紙漿和造紙廠中的廢水或處理(process)水(如白水)來防止或減少紙漿和造紙廠(papermill)的惡臭。
在另一個優(yōu)選的具體實施方式
中，本發(fā)明涉及一種防止或減少造紙再循工廠發(fā)出的惡臭的方法。在造紙再循環(huán)工廠中，用以提高紙漿亮度(brightness)的方法，例如脫墨，由于水中糖類材料的存在而經常伴有惡臭。因此，在脫墨步驟中添加糖氧化酶，例如，優(yōu)選采用脫墨酶，可以減少或防止惡臭。
本發(fā)明的糖氧化酶處理還具有降低生化需氧量(BOD)和/或化學需氧量(COD)這一額外的好處。盡管不受任何操作理論的限制，但是糖氧化酶利用氧將糖類材料氧化成有機酸，其結果是降低了BOD和COD。BOD和COD及其改善可用本領域已知的標準技術來測定。
本發(fā)明還涉及含有糖氧化酶的脫臭組合物。該脫臭組合物可以是任何適當?shù)男问剑缫后w(如含水的(aqueous))載體或固體載體，如片劑。除載體材料外，其它的成分也可以包括在脫臭組合物中，諸如表面活性劑，穩(wěn)定劑以及其它的脫臭劑。
本發(fā)明還涉及基本上是由糖氧化酶組成的脫臭組合物，也就是缺乏用于脫臭效果的酚化合物。本發(fā)明還涉及由糖氧化酶組成的脫臭組合物。
本發(fā)明還涉及有機酸，如舉例來說，葡糖酸，乳糖酸和/或纖維二糖酸作為氣味控制劑來使用。在發(fā)明的這一方面中，有或沒有糖氧化酶處理，有機酸都直接起氣味控制劑的作用。有機酸可以以控制(減少或防止)氣味的有效量相應地添加到組合物或方法中。
實施例實施例1來源于廢舊皺褶卡板紙(corrugated cardboard)(OCC)的紙漿用纖維素酶(Celluclast 1.5L，Novozymes A/S)，淀粉酶(Aquazyme 240L，NovozymesA/S)，和葡糖淀粉酶(Spirizyme Plus Novozymes A/S)的組合物以5％的稠度(consistency)，45℃下處理3小時。每種酶的劑量是2kg/噸紙漿。紙漿通過Whatman濾紙(No.4)過濾。隨后用糖氧化酶(Microdochium nivale糖氧化酶，Novozymes A/S)以20mg蛋白/L在40℃下處理濾液1小時。用Quntofix過氧化物測試條(MACHEREY-NAGEL可商業(yè)使用的)測定產生的過氧化氫的水平。將所有裝有濾液的燒杯放入40℃水浴中孵育。其中的一些燒杯(beaker)在水浴中是敞開的，以模擬需氧條件，而另一些是封閉的以模擬厭氧條件。孵育幾天后，讓一個5人組成的小組來聞水樣(濾液)，并給出1到5級的等級評定，而5是最糟的。
表1
結果顯示，糖氧化酶處理的OCC廢水在需氧和厭氧條件下所產生的氣味都明顯減少。
實施例2源自形形色色辦公室廢物(mixed office waste)(MOW)的紙漿用例1所描述的方式處理。結果顯示在表2中。
表2
表2的結果顯示糖氧化酶處理可以有效防止MOW廢水產生氣味。
實施例3在第2，3，4和7天從實例1的燒杯中取出大約1ml的濾液。隨后用HPLC分析該樣品。隨時間而形成的乳酸和醋酸顯示在圖1和圖2中。
如這些圖中所示，在需氧和厭氧條件下，糖氧化酶處理大大減少了乳酸和醋酸的形成。
實施例4將(1)10mM葡糖酸；(2)10mM葡萄糖；和(3)5mM葡萄糖/5mM葡糖酸組合物各250mL分別放到燒杯1，2和3中。另外250mL的(4)10mM葡萄糖放到燒杯4中。在燒杯4中加入20mg蛋白/L的糖氧化酶(Microdochium nivale糖氧化酶，Novozymes A/S)并在40℃保溫1小時。將來自實施例2的需氧對照的3天的有氣味濾液0.5mL加到所有的燒杯中。蓋上燒杯并放到40℃的水浴中7天。孵育結束后，如實例1所描述的，要一組人來聞該樣品。
表3
很明顯，葡糖酸不會導致氣味產生，不像葡萄糖。甚至對于葡糖酸與葡萄糖的組合物(比率1∶1)，葡糖酸有效減少氣味的產生。當用糖氧化酶處理葡萄糖時，也基本上減少了氣味產生的趨勢。
實施例5在這個研究中，OCC配料在加入葡糖氧化酶之前不用水解酶(淀粉酶，葡糖淀粉酶或纖維素酶)處理，以確定從OCC配料的微生物降解中是否有葡糖氧化酶作用的足夠的底物。
將OCC樣品(2L粘稠度5％的配料(50g/L)粘漿)降解10分鐘，并將樣品(500ml)等分放入大的(LOM)燒杯中。從液體中過濾出紙漿并棄之。室溫下將葡糖氧化酶加到適當?shù)臒?相當于2kg/噸)。室溫下燒杯敞口放置3小時。給敞口和密閉對照以及酶的樣品進行標記，并放入40℃的水浴中歷時7天。7天后，做一組評估，結果顯示在圖1中。對于敞口和封閉容器，對照和酶處理的樣品彼此之間相比較，而葡糖氧化酶處理的樣品被選出因其只具有少量氣味。
表4 正如上面所示，葡糖氧化酶能夠減少OCC配料的氣味，而且有足夠的源自OCC配料微生物降解的底物來減少氣味。
權利要求
1.一種控制惡臭的方法，包括用糖氧化酶接觸odiferous組合物。
2.權利要求1的方法，其中odiferous組合物包含糖類物質和惡臭產生物。
3.權利要求2的方法，其中惡臭產生物是微生物。
4.權利要求1的方法，其中所述接觸導致?lián)]發(fā)性短鏈脂肪酸形成的減少。
5.權利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是己糖氧化酶。
6.權利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是葡糖氧化酶。
7.權利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是半乳糖氧化酶。
8.權利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是蘋果酸氧化酶。
9.權利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是兒茶酚氧化酶。
10.權利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是纖維二糖氧化酶。
11.權利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是甘露糖醇氧化酶。
12.權利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是山梨糖氧化酶。
13.權利要求1的方法，其中所述糖氧化酶是源自屬于Microdochium屬真菌的糖氧化酶。
14.權利要求1的方法，其中所述的糖氧化酶源自Microdochium nivale.。
15.權利要求1的方法，其中所述的糖氧化酶是糖氧化酶的組合。
16.權利要求1的方法，其中所述odiferous組合物是廢水。
18.權利要求1的方法，其中所述odiferous組合物是在紙漿和造紙廠中。
19.權利要求18的方法，其中所述odiferous組合物是紙漿和造紙廠中使用的處理水或廢水。
20.權利要求18的方法，其中所述接觸是在脫墨過程中發(fā)生的。
21.一種在紙漿和造紙廠中控制惡臭的方法，包括用糖氧化酶與紙漿和造紙廠中所用的處理水或廢水相接觸。
22.權利要求21的方法，其中odiferous組合物包含糖類物質和產惡臭物。
23.權利要求21的方法，其中產惡臭物是微生物。
24.權利要求21的方法，其中所述接觸導致?lián)]發(fā)性短鏈脂肪酸形成的減少。
25.權利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是己糖氧化酶。
26.權利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是葡糖氧化酶。
27.權利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是半乳糖氧化酶。
28.權利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是蘋果酸氧化酶。
29.權利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是兒茶酚氧化酶。
30.權利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是纖維二糖氧化酶。
31.權利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是甘露糖醇氧化酶。
32.權利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是山梨糖氧化酶。
33.權利要求21的方法，其中所述糖氧化酶是源自屬于Microdochium屬真菌的糖氧化酶。
34.權利要求21的方法，其中所述的糖氧化酶源自Microdochiumnivale。
35.權利要求21的方法，其中所述的糖氧化酶是糖氧化酶的組合。
36.權利要求21的方法，進一步包括用選自α-淀粉酶，葡糖淀粉酶，纖維素酶或半纖維素酶的酶與組合物相接觸。
37.一種包含糖氧化酶和載體的脫臭組合物。
38.一種基本上由糖氧化酶和載體組成的脫臭組合物。
39.一種由糖氧化酶和載體組成的脫臭組合物。
40.權利要求37-39的脫臭組合物，其中的載體是含水組合物或固體組合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用糖氧化酶來減少或防止惡臭。本發(fā)明還涉及一種含有糖氧化酶的脫臭組合物。
文檔編號C12N9/04GK1806041SQ200480016652
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月14日 優(yōu)先權日2003年6月14日
發(fā)明者徐輝, 亨里克·倫德, 羅菁, 金·布盧姆菲爾德 申請人:諾維信北美公司, 諾維信公司