CN1017905B - 适用于洗涤剂添加剂的含酶团粒 - Google Patents

Abstract

作为洗涤剂添加剂的含酶团粒。

该含酶团粒含少于2%的氧化物，此外还含酶、涂层材料、造粒助剂、水、特定量的一种或多种易水溶性盐，一尤其是碱性金属硫酸盐，特定量的一种或多种难水溶盐—尤其是硫酸盐，碳酸盐，磷酸盐或硅酸盐。该团粒具有优秀的储存稳定性和令人满意的物理强度。

Description

在过去几十年里，加酶洗涤剂领域飞速发展。请参阅克劳斯·旦博曼（Clause    Dambmann）、鲍尔·赫尔姆（Poul    Holm）、维利·詹森（Villy    Jensen）和芒金斯·希尔默·尼尔森（Mogen    Hilmen    Nielsen）等人1971年在美国工业微生物学协会（Society    for    Tndustria    Microbiology）所属的生物科学科学研究所（American    Institute    of    Biological    sciences）出版的《工业生物学之发展》（Developments    in    Industria    Microbiology）第12卷上发表的一篇题为“酶怎样进入洗涤剂”的文章;和那德·盎斯特勒普（Knad    Aunstrup）、奥托·安德利森（Otto    Andres    en）、爱德瓦特、A·发尔奇（Edvard    A·Falch）和泰格·杰恩·尼尔森（Tage    Kjaer    Nielson）等人1979年在学院出版社（Academic    Press）出版的微生物技术（Microbial    Technology）一书第2版第1卷（281页-311页）上发表的“微生物酶的生产”一文。

最普通的洗涤剂的酶添加剂是水解蛋白的添加剂，但也有文记述过水解淀粉、水解纤维素，水解脂肪的洗涤剂添加剂。如英国第1554482号专利、比利时第888632号专利和美国第401169号专利的第4栏65行到5栏第68行。并非仅上面所列的这些，但它们代表了洗涤剂中最常用的酶添加剂。

洗涤剂酶添加剂的物理形态是多种多样的。市场上能得到的添加剂有固体的，如包含制成团粒状产品的粒状的（在这一发明中，粉碎制粒产品被认为是一种特殊制备的颗粒），或作为稳定化溶剂或悬浮液的液态形式的。

市场上最常见的一种酶添加剂形态是颗粒状的。这种颗粒能用几种方法生产。可参阅英国第1362365号专利。该项专利记述了用挤压机和制丸机（商标为MARUMER    IZER）生产用作洗涤剂添加剂的含酶料粒，另参阅美国第4106991号专利，该专利记述了使用鼓状粒化器生产作为洗涤剂添加剂的含酶料粒。本发明仅涉及可用于洗涤剂的含酶料粒。后面所 述的关于丸粒稳定性的现象完全是就用挤压机和制丸机制备的团粒的而言（见上），但某种程度上关系到其它种类的丸粒。

从上面所引证的美国第4106991号专利第3栏31页-40页的内容来看，似乎最常用的填料是氯化钠，在该专利说明书中还列举了若干加相对大量氯化钠的实施例。另据前文所引证的英国第1362365号专利，似乎用大剂量的氯化钠作填料是可行的[见实施例（2）]，其中预混料中氯化钠高达70%。

通常使用氯化钠作填料的原因有几个：价格便宜，使用氯化钠造粒非常顺利（与若干其它填料相比），团粒的物理稳定性令人满意，而且氯化钠也不会在最后的洗涤溶液中起什么不良效果（因为添入洗涤剂的含酶团粒典型的量仅为0.5%）。

但是，现在发现使用氯化钠作填料有很严重的缺陷;这是因为常规浓度的含氯化钠团粒，在高湿度条件下酶的稳定性较差，无论是单独存储，还是已参入洗涤粉中，特别是当洗涤粉中有过硼酸盐成分时，都是如此。现发现氯化物是降低活性稳定的根源。其它象氯化钾、氯化氨和氯化钙等可溶性氯化物对此类团粒中酶的稳定性也有类似的有害作用。令人吃惊的是，已发现氯化物的浓度超过大约0.5%重量/重量，尤其团粒中的氯化物的浓度超过2%重量/重量，在上述条件下对酶的稳定性危害很大。（0.5和2不是个临界值，酶的稳定性与氯化物浓度的关系曲线图是一条光滑曲线，没有任何突然变化，所以，这两个数字在实际情况下仅作为选择可接受的活性降低的实用的指南）。本发明基于这一发现提出的。

要制备氯化物成分少于大约0.5%重量/重量，尤其是少于大约2%重量/重量的含酶洗涤剂添加剂团粒，必须用某些其它填料替换氯化物。如果用另一种价格低廉，易溶水的盐，比如Na₂SO₄来代替全部的氯化物，结果发现酶的稳定性问题就解决了。但是这样的团粒1）物理稳定性不好，而且/或2）造粒性能降低而无法大规模生产。但按本发明，用一种或多种一定比例的更易于溶水的，属于某一特定种类的盐和一种或多种一定比例 的更难于溶水的，属于某一特定种类的盐来替换大部分氯化物，结果发现用作洗涤剂添加剂的含酶团粒既具有极好的酶的稳定性，又具有极好的物理稳定性。

因此，按本发现，可用于洗涤剂添加剂的含酶团粒中含少于大约2%重量/重量，最好为少于大约0.5%重量/重量的氯化物，并主要为占5-70%重量/重量的一种易溶于水的盐，即从元素周期表第1或第2族中选择的一种或多种金属的硫酸盐，包括硫酸铵;5-70%重量/重量的难溶于水的盐，即一种或多种硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐及/或硅酸盐，其溶度积K值小于10^-3。由此，易溶于水的盐和难溶于水的盐的总百分比至少为35%重量/重量，最好是至少45%重量/重量。补足100%重量/重量的其余部分是酶、涂层材料、造粒助剂、水及杂质，还可包括其它一些可供选择的添加剂如酶的稳定剂、溶解速率加强剂以及装饰剂。

英国第1297461号专利第3实施例中，描述一种团粒的酶，其团粒中既包含了易水溶盐（三聚磷酸盐）也包含难水盐（硫酸钙）。这种团粒不在本发明范围之内，因为其中没有本发明所用的任何种类的易水溶盐。并且，该混合物的挤压成形性非常差，用其生产的团粒的物理强度不好，生产中三聚磷酸钠还会破坏环境。

包括权利要求书在内的本说明书中所说的酶，应理解为用作洗涤剂添加剂的活性组分的任何一种酶，即在叙述先有技术时所提到的那些酶，如蛋白水解酶、淀粉水解酶、纤维素水解酶和脂肪水解酶。

包括权利要求书在内的本说明书中所说的易溶于水的盐应理解为在室温下溶解度为10克/升的盐。并且，与难溶于水的盐有关的溶解度的K值应理解为也是在室温下测定的。

氯化物的临界限度某种程度上依赖酶的性质。对于蛋白水解酶ALCALASE，同0.5%左右的氯化物相混即可观察到稳定性明显下降，氯化物为2%左右时，稳定性大大下降。如前所说，数字0.5和2不能被认为是临界值。

易溶盐的量以占10-65%重量/重量为好，如其量为20-60%重量/重量则更好。符合本发明要求的典型的易溶于水的硫酸盐是硫酸钠，硫酸钾，硫酸铵和硫酸镁。难溶于水的盐的量在5-60%重量/重量之间为好。

本发明中所说的造粒助剂，包括造粒时通常使用的制剂，如抗粘结剂（抗粘剂用于防止连于MARUMER    IZER（制丸机）的挤压机挤压出的条坯间相互粘黏，或防止团粒之间互相粘黏），以及粘合剂和润滑剂。参见英国第136365号专利第2页35-57页。上文提到的杂质是无酶活性的物质，在团粒中不起任何作用。它们通常产生于发酵液或产生于酶的产生过程。

在本发明中一个非常好的实施例中，团粒是用挤压和造粒二步生产的。用这种方法生产的团粒成本低廉，物理稳定性和酶稳定性均为优秀。

在本发明中一个非常好的实施例中，易溶于水的盐是硫酸钠，其用量为团粒总重量的20-60%重量/重量之间，用40-60%重量/重量的量更好。依此制备的团粒的物理稳定性和酶稳定性都很好。

在本发明中一个非常好的造粒实施例中，所用难溶于水的盐是碳酸钙及/或硫酸钙，其用量在团粒总重量的5-40%重量/重量之间，用5-20%重量/重量的量更好。以此制备的团粒，其物理稳定性和酶稳定性均很好。

在本发明中一个非常好的造粒实施例中，团粒内含有1-10%的粘合剂。以此制备的团粒，物理稳定性及其优秀。在造粒工艺中所有已知的粘合剂材料都适用，如淀粉胶、淀粉衍生物、淀粉分解产物及其它们的衍生物（如糊精），糖（如葡萄糖、蔗糖、山梨醇）、纤维素衍生物（如NaCMC）、明胶、聚乙烯化合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯和聚乙烯醇。但是某些粘合剂对酶的稳定性有些有害作用，应以予考虑，填加时应加相对较低浓度的。

在本发明中一个非常好的造粒实施例中，所用的酶是蛋白水解酶，特别是ALCALASE、SAVINASE或ESPERASE等。这些都是商品酶。至为重要的是它们既具备令人满意的酶稳定性，又具备令人 满意的物理稳定性。

在本发明中一个非常好的造粒实施例中，酶是蛋白水解酶，团粒的水解蛋白活性在0.5-5.0安生（Anson）单位/克才适用，才能在洗涤粉中产生适度的水解蛋白活性。

在本发明中一个非常好的造粒实施例中，所用酶是淀粉水解酶，尤其是TERMANYL。此种酶是商品酶，至关重要的是它具有令人满意的酶稳定性和物理稳定性。

在本发明中一个非常好的实施例中，酶是淀粉分解酶，团粒的淀粉水解酶的活性在15-400KNU/克之间。以实用标准，淀粉水解的活性在30-300KNU/克之间为宜，这样才能在洗涤粉中产生适宜的水解淀粉活性。

团粒中易溶于水的盐之浓度越低，难溶于水的盐之浓度就越高。在含酶洗涤剂的洗涤液中，高浓度的难溶于水的盐对于其最终的应用不利。

如果团粒成分中易水溶性盐在70%重量/重量以上，一般最后得到的团粒的物理稳定性将是不能令人满意的。而且，如果这种团粒用MARUMER    IZER机生产，造粒过程中易于发生极其不利的情况，即不是因破碎而大大降低产率，就是造成严重的粉尘问题，或者形成很粘的团块而不能成粒。

从实用目的考虑，鉴于其它一些硫酸盐均太贵，所以只使用Na₂SO₄、K₂SO₄、（NH₄）₂SO₄和MgSO₄作为易水溶性盐。

难水溶性盐，例如有钙盐、镁盐和钡盐。

上述的限制应理解为是为适合所有常用的造粒方法而定的，即上述限制所包括的某一种配方并不一定合适于所有的造粒方法。但任何本专业的熟练的技术人员都能根据不同的造粒方法来正确调配易水溶性盐和难水溶性盐的用量。

为了说明本发明的效果，请参见后面的实施例。

某些实例是说明增加氯化物对酶稳定性有害的。其它大部分实例都单 独列出了酶稳定性的值。但因为做这种酶稳定性试验是很困难的，然而，最好尽可能给各个实例一个酶的稳定值，所以我们在某些例子中使用一个不仅用于一个实例的酶稳定值，其值不一定与某一个实例完全相符，但能十分接近。因此酶的稳定值仅是在半定量基础上表示的，即比对照物（C）稍好，比对照物（B）好得多，比对照物（A）更好。对照物是一种类似的先有技术中有的团粒，其中易水溶性盐和难水溶性盐用等量的NaCl替代。而且，某些稳定性试验是用团粒本身做的，其它是用团粒和洗涤剂的混合物做的，其中含酶团粒的量为混合物的1%重量/重量，洗涤剂是重负荷标准欧洲粉末洗涤剂，其过硼酸盐的含量为25%。所有稳定性试验的温度是25℃或30℃，湿度为80%。

为了说明本发明的团粒效果，举了些非本发明范围内的团粒例子。

关于蛋白水解酶活性的测定（Anson单位和KNPU单位，请参阅NOVO出版物AF101/4-GB。关于解淀粉酶活性的测定（KNU单位）请参阅NOVO出版物F-320385。

这两种出版物可免费从NOVO    INDUSTRI    A/S免费得到，地址是丹麦，2880    Bagsvaerd，Novo    Allé。

例1

该例表明，在作为洗涤剂添加剂的含蛋白酶团粒中，氯化物的浓度高于临界最高浓度时对酶的稳定性造成的不良影响。

所有团粒都含有下列主要组分：

10%纤维素    Arbcel    BC    200

4% tiO₂

3%黄糊精

25%alcalase    浓缩物，大约11.5AU/克。

用盐补足到100%。

英国第2078756    A号专利第3页36-45行描述了生产ALCALASE浓缩物的方法，可依此生产。

上述的盐是Na₂SO₄和NaCl的混合物，其用量多少决定着后面所说的团粒中氯化物的百分比。

美国第4106991号专利实施例（1）中指明了生产这种团粒的方法，（只是不使用聚乙烯吡咯烷酮[PVP]）。涂层工艺可按美国第4106991号专利第22实施例所表示的方法做，只是使用7%聚乙二醇4000和11.25%的、比例为4∶1的二氧化钛和硅酸镁混合物，涂层时温度是65℃（而不是聚乙二醇1500所用的55℃）。

按照表1所示条件测定按上述方法生产的团粒的稳定性，测定样品为含过硼酸盐25%的欧洲标准洗涤剂，其中含1%的该含酶团粒。为了对酶的稳定性与氯化物浓度之间的依赖关系有一个更直观的印象，请参阅与表Ⅰ相应的图1。同样图2-6相应于下面的表2-6。

表1    图1

30℃，80%相对湿度。

团粒种类    氯化物    所用Alcalase    %两周后

%    团粒的活性，Au/克    剩余活性

浓缩物10326    1.0    2.0    59

A    10326A    2.6    2.0    31

10324    31.4    2.0    31

浓缩物10522    0.05    2.0    78

B    10522A    2.2    2.0    53

10521    B    34.1    2.0    51

从表1和图1来看，显然酶的稳定性与氯化物浓度之间的依赖关系受浓缩物的种类影响很大。

表2    图2

25℃，80%相对湿度。

团粒种类    氯化物    所用Alcalase    %两周后剩余活性

%    团粒的活性，

AU/克

30929    0.4    2.0    80

31006    0.6    2.0    68

31013    1.0    2.0    72

31013    A    1.4    2.0    69

31014    29    2.0    45

例2

本例是表明作为洗涤剂添加剂的含淀粉酶的团粒中，氯化物的浓度高于临界最大浓度时，对酶的稳定性造成的损害。

淀粉酶用地衣形芽孢杆菌制备，termamyl浓缩物用加拿大（CA）第964215号专利所示方法生产的，特别请参阅该专利说明书中第5，6页的有关段落。

团粒是按美国第4106991号专利实施例1中所述方法制备的。

按上述方法制备的团粒依下面所示条件进行测定。测定样品为含25%过硼酸盐的欧洲标准含酶洗涤剂，其中含1%的该含酶团粒。

表3    图3

25℃，80%相对湿度

团粒种类    氯化物    所用Termamyl团粒    %两周后剩余

%    的活性，KNU/克    活性

310052    0.3    60    70

310062    0.5    60    50

31004    Y    38    60    24

例3

用类似例1和例2的方法，对不同种类的氯化物做试验，其中氯化物的量逐步增加（然而造粒采用类似例4的使用MARUMER    IZER机挤压造粒的方法），发现由于增加氯化物的浓度而产生的氯化物损害作用，不取决氯化物的阳离子。稳定性试验的温度是25℃，湿度是80%。

试验结果表示在下列图表中。

表4，图4

SAVINASE    M团粒，最初活性6.0KNPU/克

团粒种类    氯化物%    %剩余活性

（以氯化钙加入）    1周后    2周后

41121    0.29    76    39

41127    0.49    60    34

41127    A    0.69    59    30

41127    B    1.1    55    28

41127    C    1.9    57    22

41127    D    3.5    58    28

41122    D    35.0    49    25

表5，图5

ALCALASE    M团粒，最初活性2.0安生（Anson）单位/克

团粒种类    氯化物%    %剩余活性

（以KCL加入）    一周后    两周后

41126    0.28    94    69

41126    A    0.38    92    57

41126    B    0.49    86    44

41126    C    0.71    86    47

41126    D    1.1    78    37

41126    E    2.0    80    30

41126    F    3.6    76    34

41126    G    7.2    69    36

41126    H    25.8    58    23

表6，图6

SAVINASE    M团粒，初始活性6.0KNPU/克

团粒种类    氯化物%    %剩余活性

（以NH₄cl加入） 一周后 两周后

41121    0.25    76    39

41121    A    0.34    69    36

41121    B    0.42    61    38

41121    C    0.59    56    32

41122    0.92    44    27

41122    A    1.6    40    25

41122    B    2.9    40    19

41122    C    5.6    34    22

41122    D    35.0    49    25

例4

为了比较的目的，本例所示的团粒不在主权项范围之内。

在本例及其后的一例中，所使用的酶是SAVINASE或ESPERASE。这两种酶是按美国第3723250号专利所叙述的方法制备的蛋白水解酶。相应的浓缩物是用制备ALCALASE浓缩物的类似方法制备的。

按下列方法制成一种混合物料，以制备干燥后7公斤的末涂层的团粒。

0.95公斤SAVNASE浓缩物

0.14公斤Ti O₂

0.21公斤黄糊精

5.28公斤研磨很细的Na₂SO₄

在20升Loedig混合器中仔细混合。混合器加一个蒸汽加热罩。粉末混合物温度可用向罩中注入蒸汽的方法而提高到70℃。其后用60℃热水的替换蒸汽，以保持进料温度不低于55-60℃。

向热粉末混合物中喷洒含溶于0.6公斤水中的0.14公斤的聚乙烯吡咯烷酮（PVP    K30）溶液。最后用0.28公斤溶融的椰子单乙酰胺（CMEA）喷洒潮湿的粉末混合物。

上述混合物被送入双螺旋挤压机（富士Denki    Kogyo，型号EXD    C-100），通过0.8毫米的筛板挤出。

挤压出之后，这种可塑的，潮湿的压出物被送入MARUMERIZER制丸机（富士Denki    Kogyo，型号Q-400），用此造粒。然后团粒在流动床设备中干燥。

干燥的团粒进行筛分，去掉大于1000μ和小于300μ的颗粒。把2公斤颗粒大小在300μ-1000μ之间的团粒按美国第4106991号专利第22实例所示的方法涂层，涂层在5升Loedige混合器中进行，向其中加入4.5%的聚乙二醇1500和二氧化碳与硅酸镁（比例4∶1）的混合物。

除了例5和例6的进料量是50公斤以外，例5-例61都是用与本例同样的方法完成的。成分量显示在下列表格中。为了方便起见，本例的数据也包括在表格中。

有关更详细的内容可参阅英国1362365号专利。

机械强度按下列方法检测。把50克经筛分的，颗粒大小在420μ-710μ的团粒在球磨机（钢桶直径11.5厘米，高10厘米）中处理5分钟，球磨机转速为100转/分。钢桶中有8个直径为20毫米的钢球。这步处理后再在420μ筛上筛分。机械强度是用留在420μ筛上的团粒的重量与原来样品重量之 间差的百分数来表示。这样，比如90%的机械强度即表示10%的团粒被磨碎，当再次筛分时便通过了420μ筛。从经验看，如果要分出完全可接受的团粒，物理强度必须在90%以上。如果团粒能够涂层，并由此得到一种具有令人满意的操作性能的涂层团粒，则物理强度大于90%是必要的，物理强度低于80%通常被认为是完全不能接受的。

Claims (10)

1、一种可用作洗涤剂添加剂的含酶颗粒，其颗粒含有酶、易水溶无机盐和颗粒粘结剂，其特征在于，该颗粒还含有少于2%的氯化物和5-70%的选自硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐和硅酸盐之类的难水溶无机盐，并且所用的易水溶无机盐选自原素周期表第一族中的硫酸铵、硫酸镁和金属类硫酸盐，含量5-70%(重量/重量)，盐的总量超过颗粒组合物的大约35%(重量/重量)。

2、权利要求1所述之含酶组合物，其中该组合物中氯化物少于大约0.05%（重量/重量）。

3、权利要求1所述之含酶组合物，其中颗粒中含1-10%的粘结剂。

4、权利要求1所述之含酶组合物，其中所述的酶包括蛋白酶。

5、权利要求1所述之含酶组合物，其中所述的酶包括蛋白酶，其蛋白水解活性在0.5-5.0Anson单位/克。

6、权利要求1所述之含酶组合物，其中水溶盐选自Na₂SO₄、K₂SO₄、（NH₄）₂SO₄。

7、权利要求1所述之含酶组合物，其中难水溶盐选自硫酸钙、硫酸钡、碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、磷酸钙、磷酸镁、磷酸钡、硅酸钙、硅酸镁和硅酸钡。

8、权利要求1所述之含酶颗粒，其中酶是淀粉酶，其淀粉解力为15至400KNU/克之间。

9、权利要求1所述之含酶颗粒，其中硫酸钠是水溶性盐，其含量占颗粒总重的20-60%（重量/重量）。

10、权利要求8所述之颗粒，其中水不溶盐是碳酸钙或硫酸钙，其含量为颗粒总重的5-40%（重量/重量）。