DE1943608A1 - Enzym enthaltende Mikrokapseln und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Enzym enthaltende Mikrokapseln und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Description
DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 1943608
DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT
TELEFON: 55547« 8000 MÖNCHEN 15, 27. AugUSt 1969
W. 14 458/69
Fuji Photo Film Co.,Ltd. Kanagawa (Japan)
Toyο Jozo Co., Ltd.
Shizuoka (Japan)
Shizuoka (Japan)
Enzym enthaltende Mikrokapseln und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf Enzym enthaltende Mikrokapseln und auf ein Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf Enr:/m enthaltende Mikidcapseln, die in trockenem Zustand das Enzym schützen,
jedoch beim Einbringen in Wasser rasch aufbrechen und dabei eine wäßrige Lösung des Enzyms bilden. Außerdem bezieht sich
die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Mikrokapseln durch Verkapseln einer Dispersion eines
Enzyms und von quellbaren Teilchen in einer Bindemittelflüssigkeit nach einem Sprühtrocknungsverfahren.
109811/1688
Es gibt eine Mannigfaltigkeit von im Handel erhältlichen
Enzymen, z.B. Protease, Lipase, Carbohydrase o.dgl., die auf
Substrate von hohem Molekulargewicht wirken, sowie auch Enzyme, beispielsweise Peroxydase, Hydrase, Amidase ο.dgl.,
die auf Substrate von niederem Molekulargewicht wirken. Diese . Enzyme sowie andere sind gewöhnlich im Handel in Form eines
trockenen Pulvers erhältlich.
Diese werden gewöhnlich aus wäßrigen Lösungen von rohren
Enzymen durch Zugabe von Aceton, Alkoholen* o.dgl. des AusfiLlmittel
hergestellt.
Die pulverförmigen Enzyme werden in den meisten Fällen durch die Anwesenheit von !feuchtigkeit oder durch Berührung
.mit anderen Substanzen ziemlich rasch desaktiviert. Wenn z.B. ' pulverförmige Lipase mit einem Reinigungsmittel für Reinigungs-
: zwecke gemischt wird, verliert sie häufig aufgrund des Einflusses des gleichzeitig vorhandenen Reinigungsmittels ihre
Aktivität. Überdies agglomerieren bestimmte pulverförmige Enzyme durch die Absorptinn von Feuchtigkeit in der Luft oder
agglomerieren teilweise beim Einbringen in Wasser zur Bildung von wäßrigen Lösungen. Dies erschwert die rasdB Herstellung
einer wäßrigen Lösung des Enzyms.
Die Enzym enthaltenden Mikrokapseln gemäß der Erfindung überwinden derartige Nachteile umgehend· Dabei wird durch die
Mikrokapselbildung das Enzym"vor Feuchtigkeit aus der Luft
sowie vor einer Berührung mit anderen Substanzen geschützt und die Mikrokapseln agglomerieren nicht in Luft, da sie in
Form von kugelförmigen festen Teilchen vorliegen. Beim Einbringen in Wasser wird die Mikrokapsel durch die Wirkung :
der quellbaren Teilchen, die darin enthalten sind, ausgedehnt und aufgebrochen, wobei eine wäßrige Enzymlösung ohne
Agglomerierung gebildet wird.
ßBlßlHAL INSPECTED
109811/1688 OBIöinal
Im allgemeinen werden die Enzym enthaltenden Kapseln gemäß der Erfindung hergestellt, indem man eine Dispersion
eines Enzyms, eines Bindemittels, eines Lösungsmittels für dieses Bindemittel und von quellbaren Teilchen, die in dem
Lösungsmittel unlöslich sind, bildet. Das Bindemittel kann entweder ein in Wasser oder in einem organischen Lösungsmittel
lösliches Material sein.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das
Enzym in einer Lösung des Bindemittels und von dem Lösungsmittel gelöst oder dispergiert. Die quellbaren Teilchen
werden dann in der Mischung dispergiert und die sich abgebende Dispersion wird getrocknet. Wenn jedoch das Enzym und/
oder das quellbare Mittel in der Bindemittellösung schwer zu lösen oder zu dispergieren sind, können sie. vor dem Mischen
in der Bindemittellösung in einem Lösungsmittel dispergiert werden. Das unter diesen Umfetänden verwendete Lösungsmittelkann
das gleiche wie das Bindemittellösungsmittel oder von diesem verschieden sein, es muß jedoch ein derartiges
Lösungsmittel sein, dase<fie sich ergebende Dispersion
und die Trocknungsstufen nicht nachteilig beeinflußt.
Die gemäß der Erfindung hergestellten Mikrokapseln variieren in ihrer Größe entsprechend den Größenabmessungen und
der Art der verwendeten Sprühtrocknungsvorrichtung. Im allgemeinen variiert die Produktgröße im Bereich von einigen bis
zu mehreren Tausend Mikron. Gemäß der Erfindung wird es jedoch bevorzugt, eine Zerstäubung in kleinste Teilchen
(atomizing) in der Weise auszuführen, um Teilchen im Bereich von etwa 10 bis 2000 Mikron zu erhalten.
109811/1688
In der Zeichnung ist eine schematische Querschnittsansicht einer Enzym enthaltenden Mikrokapsel gemäß der
Erfindung dargestellt, worin dicht gepackte Teilchen 1 des pulverförmigen Enzyms und quellfähige Teilchen 2 von einer
Bindemittelsubstanz 3 eingeschlossen sind.
Bei der praktischen Ausführung der Erfindung werden als Bindemittellösung Lösungen von Methanol, Aceton oder
ähnlichen organischen Lösungsmitteln eines in Wasser und organischen Lösungsmitteln löslichen Materials, z.B. Ä'thylen-Maleinsäureanhydrid-Mischpolymerisate,
Vinylmethyläther-Maleinsäureanhydrid-Mischpolymerisate
o.dgl., verwendet. Es können auch wäßrige Lösungen eines in Wasser löslichen
Materials, z.B. Gelatine, Casein, Dextrin, Dextran, Gummi arabicum, Cellulosederivate, JüLyvinylalkohol (PVA), Agar
Agar, Natriumalginat o.dgl., verwendet werden. Die Konzentration der Lösung kann von etwa 0,1 % bis 20 $, vorzugsweise
1 % bis 20 #, bezogen auf Gewicht, in Abhängigkeit von der
Viskosität variiert werden. Um jedoch in Wasser ein rasches Aufbrechen zu erzielen, soll das Bindemittel in einer möglichst
geringen Menge, wie durch Versuch bestimmt, verwendet werden. Natürlich soll das Bindemittel derartig sein, daß es
von dem einverleibten Enzym nicht besLnflußt wird.. Die Bindemittel,
die bei der praktischen Ausführung der Erfindung bevorzugt werden, müssen das Enzym aktiv beibehalten und umfassen
solche, die eine ausgezeichnete Affinität für Wasser
aufweisen und sich in organischen Lösungsmitteln mit niedrigen Siedepunkten auflösen. Beispiele für derartige Bindemittel
sind Vinylmethyläther-Maleinsäure- oder -Maleinsfiureanhydrid-Mischpolymerisate (PVM/MA), Gummi arabicum und Dextrin.
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Die quellbären Teilchen sind feinteilige Peststoffe, die
nicht mit dem Bindemittel reagieren, das Enzym nicht desaktivieren, in dem Lösungsmittel für das Bindemittel unlöslich
sind und derartige physikalische Änderungen, wie Lösen, Quellen und Brechen bei Berührung mit Wasser, erleiden.
Beispiele hierfür sind Siliciumdioxyd, Ton, Stärke, pulverisiertes
Dextran, Gelatine, gehärtete Gäatine, Casein o.dgl..
Hiervon sind Siliciumdioxyd und Stärke mühelos erhältlich und zeigen eine gute Wirkung gemäß der Erfindung;'Das quellbare
Pulver ist vorzugsweise in einer Menge von dem 0,5-bis 50-fachen der Menge des vorhandenen Bindemittels, bezogen
auf Gewicht, vorhanden.
Mit Bezug auf die vorstehenden Angaben ist. ersichtlich, daß Lösungsmittel,wie Wasser, Aceton und niedere.· Alkohole,
bevorzugt werden. Jedoch kann irgendein Lösungsmittel, das bei einer ausreichend niedrigen Temperatur verdampft, um
eine Denaturierung des Enzyms zu vermeiden, und die Löslichkeits-Unlöslichkeits-Bedingungen
des Bindemittels und quellbaren Mittels erfüllt, verwendet werden.
Die Menge des bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendeten Enzyms ändert sich in Übereinstimmung mit dessen
Titer sowie mit der gewünschten Endkonzentration.
Beispiele für Zusammensetzungen der Dispersion,·angegeben
in Gewichtsteilen« sind nachstehend aufgeführt*
ORIGINAL INSPECTED
1.0981 1/ 1688
1 | 8 | (4) |
1 | - | |
_ | 8 | (15) |
Wasser Methanol-Aceton PVM/MA PVA Stärke SiOp
10 -
10 0,5
Zum Sprühtrocknen kann irgendeiner der im Handel erhältlichen Sprühtrockner, z.B. Trockner der Zentrifugalzerstäubungsart
oder Sprühdüsenart, verwendet werden. Da dte meisten Enzyme eine Denaturierung bei Temperaturen
oberhalb 600C erleiden, wird die Trocknung vorteilhafterweise
'bei Raumtemperatur oder bei einer etwas erhöhten Temperatur, bei welcher das Innere der Kapseln bei einer Temperatur beibehalten
wird, die keine Denaturierung des Enzyms verursacht, ausgeführt. Beispiele für Trocknungstemperaturen sind?
Organisches Lösungsmittel - Einlaß 80°C, Auslaß 60°C; Wasser - Einlaß 150°C, Auslaß 1000C.
Das gemäß der Erfindung verwendete quellbare Pulver ist notwendig, um ein rasches Auflösen der Kapsel zu ermöglichen.
Bei Verwendung vnn Gelatine als quellbares Material wird diese üblicherweise in einer PVM/MA-Acetoüösung dispergiert. Bei
Verwendung von Dextrin als Bindemittel wird eine wäßrige Lösung gebildet, wenn es jedoch als quellbares Mittel verwendet wird, wird Dextrin in einem organischen Lösungsmittel
dispergiert. Da Casein in Alkali löslich ist, kann es als Bindemittel in schwach alkalischen Lösungen verwendet werden,
wobei es jedoch in anderen Fällen als quellbares Pulver wirkt.
ORIGINAL INSPECTED 109811/168 8
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen
näher erläutert.
Eine Bindemittellösung, die durch Auflösen von 20 g eines Äthylen-Maleinsäureanhydrid-Mischpolymerisats in
100 ml einer 1:1- Mischung von Methanol und Aceton hergestellt worden war, wurde mit einer flüssigen Dispersion,
die durch Dispergieren von 100 g pulvaförmiger Lipase und 80 g von pulvQförmigem Dextran in 800 ml Aceton hergestellt
worden war, gemischt, um eine flüssige Zerstäubungsdispersion zu t£Lden. Die Dispersion wurde durch eine Düse mit
einem Durchmesser von 1,3 mm unter einem Druck von 1 a tu
in eine Trocknungskammer mit einem Durchmesser von 1 m und einer Tiefe von 2 m zerstäubt, wobei hierdurch l,)r
je min Heißluft durchgeführt wurde. Die Lufttemperatur am
Einlaß betrug 70°C und die Lufttemperatur am Auslaß war 4O0C. Es wurden dabei 130 g von Lipase enthaltenden Kapseln
mit Teilchengrößen im Bereich von 20 Mikron bis 100 Mikron erhalten. Die Lipase enthaltenden Kapseln zeigten ein Lösungsausmaß
öler eine Lösungsgeschwindigkeit, die im wesentlichen mit derjenigen von pulverisierter Lipase vor der
Verkapselung gleich war. Die Kapseln wurden im Gemisch mit einem im Handel erhältlichen gekörnten Reinigungsmittel
während 3 Monaten gelagert, wobei keinerlei Abnahme der Aktivität der Lipase beobachtet wurde.
Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde mit der Abänderung
wiederholt,daß anstelle von Lipase das Milch koagulierende
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Enzym, nämlich Labferment (Rennet), verwendet wurde. Die Labferment enthaltenden Kapseln, die auf diese Weise erhalten
wurden, wurden in Wasser oder Milch ohne jegliche Agglomerierung rasch gelöst.
Eine wäßrige Bindemittellösung, die durch Auflösen von 20 g Dextrin in J500 ml Wasser hergestellt worden war,
wurde mit einer flüssigen Dispersion, die durch Dispergieren von 200 g von feinem Siliciumdioxyd und 20 g Lipase in
350 ml Aceton hergestellt worden war, gemischt. Die so gebildete
flüssige Dispersion wurde einer Mikroverkapselung mit Hilfe eines Minor Unit Sprühtrockners unterworfen.
Der Trockner wurde bei einer Geschwindigkeit von 20.000 U/min,einer Einlaßtemperatur von 1200C, einer Auslaßtemperatur
von 6O0C und mit einem Luftstrom von 100 nr/min
betrieben. Das Tropfungsausmaß (dropping rate) der Dispersion betrug 5OO ml/Std. Es wurden dabei 100 g Lipase
enthaltende Kapseln mit Teilchengrößen von 20 bis 50 Mikron
erhalten.
10 9 8 11/16 8 8
Claims (6)
- Patentansprüche.1. Enzym enthaltende Mikrokapseln, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Enzym und Teilchen eines quellbaren Feärstcfres in einer Bindemittelsubstanz eingekapselt enthalten.
- 2. Verfahren zur Herstellung von Enzym enthaltenden Mikrokapseln, dadurch gekennzeichnet, daß man eine flüssige Dispersion von einem Enzym, einem Bindemittel, einem Lösungsmittel für das genannte Bindemittel und einem quellbaren Peststoff, der in dem genannten Lösungsmittel unlöslich ist, bildet und die Dispersion bei einer Temperatur unterhalb" derjenigen, bei welcher das Enzym eine Denaturierung erleidet, sprühtrocknet. :
- j5. Verfahren nach Anspruch 2," dadurch gekennzeichnet, daß manjäie Dispersion durch Auflösen oder Dispergieren d?s genannten Enzyms in einer Lösung von dem genannten Bindemittel und dem genannten Lösungsmittel bildet und darin die Teilchen des quellbaren Peststoffes dispergiert.
- 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als quellbaren Feststoff Siliciumdioxyd oder Stärke verwendet,
- 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Enzym in einem Teil des genannten Lösungsmittels vor dem Dispergieren oder Auflösen in einer Lösung von dem genannten Bindemittel und Lösungsmittel auflöst.10 9 8 11/16 8 8- ίο -
- 6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Enzym und den quellbaren Feststoff in einem Lösungsmittel hierfür vor der Bildung der Dispersion mit einer Lösung des genannten Bindemittels und des genannten Lösungsmittels auflöst.10981 1/1688
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