NO176248B - Fremgangsmåte for fremstilling av partikler som inneholder biologisk produsert materiale - Google Patents

Description

Biologisk produserte materialer tilveiebringes i utgangspunktet hovedsakelig i form av en fortynnet vandig væske. For eksempel kan naturlige produkter ekstraheres fra planter ved pressing eller løsningsmiddelekstraksjon for å danne en vandig væske som inneholder det naturlige produkt, og fermenterings-produkter lages ved fermentering i en fermenteringsbuljong. Eksempler er makromolekylære materialer slik som xantan og andre mikrobielle polysakkarider, enzymer, sporer, mycelier, bakterier og cellulære materialer.

Fermenteringsbuljongen kan konsentreres til et fermente-ringsbul jongkonsentrat ved konvensjonelle teknikker som omfatter filtrering (for eksempel sentrifugering) og/eller ultlrafiltre-ring, og disse kan forenkles ved for eksempel flokkulering. Imidlertid inneholder konsentratet fortsatt en relativt stor mengde vann. Det er derfor nødvendig å avdampe dette. På samme måte er det nødvendig å avdampe plante-ekstraktene.

Mange biologisk produserte materialer er tilbøyelige til å bli ødelagt ved utsettelse for varme, og derfor er det nødvendig å prøve å unngå overopphetning, selv i mikroskopisk målestokk, under tørkingen.

Det er ofte ønskelig eller i noen tilfeller nødvendig å gi det tørkede biologisk produserte materiale form av partikler som inneholder dette materialet innkapslet av polymert materiale, enten som et skall rundt det biologiske materialet eller som en grunnmasse, hvorigjennom det biologiske materialet er fordelt. For eksempel involverer en fremgangsmåte for tørking av en fermenteringsvæske som er vidt anvendt, forstøvningstørking, men en vanskelighet med forstøvningstørking er at den danner en stor mengde støv, og støving av produktet kan danne alvorlige problemer. Fremgangsmåten må derfor utføres under nøye kontrollerte betingelser, og det er hovedsakelig nødvendig å agglomerere produktet, for eksempel ved forstøvningstørking av det med et bindemiddel eller ved å tilføre et bindemiddel til det tørkede produkt. Imidlertid forblir støving et problem, og forstøvnings-tørking kan ødelegge fermenteringsproduktet. For eksempel kan det være et vesentlig tap i enzymatisk aktivitet under forstøvnings-tørking av en buljong eller et konsentrat som inneholder enzymer.

Det er blitt gjort forsøk på å kombinere innkapsling med tørking av en enzymløsning. Således blir i JP 75-22506 poly-sakkarid eller polyakrylaminpolymer tilsatt til en enzymløsning før forstøvningstørking, i DE 2.435.008 blir en løsning av metylcellulose forstøvet på et fluidisert sjikt av et enzym og i GB 1.377.725 blir en vandig enzymløsning forstøvet på et fluidisert sjikt av stivelse, men disse fremgangsmåter er fortsatt tilbøyelige til å gi støvingsproblemer og kan gi ikke-ensartet belegning med polymeren.

I EP 128661 og 1803 66 er det beskrevet fremgangsmåter for tørking av polysakkarider som omfatter emulgering av et fermenteringskonsentrat i en vannublandbar væske og så enten azeotrop destillasjon av det for å danne en konsentrert dispersjon eller forstøvningstørking av det. Imidlertid gir ikke disse fremgangsmåter den nødvendige polymere grunnmasse.

En fremgangsmåte for å fremskaffe dette er beskrevet i

EP 284367, men det krever dannelse av den polymere grunnmasse ved polymerisering fra monomer i nærvær av det mikrobielle poly-sakkarid, og dette innebærer visse ulemper. Således er det kjent andre fremgangsmåter hvor det biologiske materialet blir inkorpo-rert i en monomerblanding som blir polymerisert for å danne den polymere grunnmasse. For eksempel i Chemical Abstracts Vol 8 5 147053J blir et enzym innkapslet i partikler i en tverrbundet akrylamidakrylsyre~kopolymer som et resultat av at de er blandet med monomerene før suspensjonpolymerisering. Imidlertid inhiberer noen biologiske materialer polymeriseringen. Andre blir desensitivisert ved kontakt med monomere eller andre komponenter til stede under polymeriseringsprosessen. Spesielt er polymeriseringen hovedsakelig eksoterm, og mange aktive bestanddeler er følsomme for de høye temperaturer blandet i den polymere grunnmasse under polymeriseringen. For eksempel kan den aktive bestanddel deaktiveres eller den kan avdampes ut av polymeriserings-blandingen. For eksempel er det hovedsakelig nødvendig å unngå å utsette enzymer for de temperaturer som er fremherskende under konvensjonell kulepolymerisering eller andre eksoterme polymeriseringsprosesser.

Det er foreslått fremgangsmåter for å forsøke å minimalisere problemene forårsaket av den eksoterme polymerisering (se for eksempel EP 239633 og Chemical Abstracts volum 95 81582c). Imidlertid medfører alle disse fremgangsmåter alvorlige praktiske ulemper. Det er også kjent at man kan anvende en

polymeriseringsblanding som omfatter en blanding av monomer og difunksjonell lavmolekylvektpolymer som tverrbindingsmiddel (U.S. 4.177.056), men denne fremgangsmåte involverer fortsatt at man utsetter den aktive bestanddel for monomeren og eksotermen.

I WO83/03102 blir den aktive bestanddel enten blandet med en monomer som så blir polymerisert (og således blir gjenstand for ulempene diskutert ovenfor) eller blandet i en løsning av en på forhånd dannet polymer som blir dispergert i et ikke-vandig medium og blir gelet i det mediet, for eksempel ved avkjøling, tverrbinding, nøytralisering fulgt av oppvarming eller enzymatisk reaksjon. Disse prosesser er alle nokså vanskelige å utføre på vellykket måte, spesielt er det vanskelig å oppnå partikler som har tilstrekkelig fysisk styrke. Denne fremgangsmåte kan være egnet til å lage laboratoriereagenser, men er ikke anvendbar til kommersiell produksjon i stor målestokk.

I JP-A-61-254244 blir enzym og vannløselig polymer dispergert i hydrokarbon i væskeform, og så blir aceton tilsatt. Selv om anvendelse av en "kulturløsning" er nevnt er det klart at hensikten er å presipitere polymeren rundt enzymet snarere enn å danne en grunnmasse hvorigjennom enzymet er fordelt, og til dette formål kan et på forhånd tørket enzym anvendes. Hvis det resulterende "skall" av polymer blir ødelagt, blir hele "kjernen" av enzym utsatt for omgivelsene. Vi sikter mot å fordele enzymet gjennom en polymer grunnmasse for å unngå denne risiko.

I JP-A-63-105098 blir det laget relativt store (for eksempel 150 til 800^m) mikrokapsler som er egnet til anvendelse i flytende eller gelvaskemidler, og en fremgangsmåte for fremstilling som er nevnt, men ikke eksemplifisert, innebærer dispergering i et hydrofobt løsningsmiddel av en vandig fase som inneholder enzym, polyhydroksyforbindelse og polyvinylalkohol og så fjerning av vanninnholdet ved oppvarming eller trykkreduksjon.

I GB 1.353.317 er det beskrevet forskjellige fremgangsmåter for dannelse av et presipitert kompleks mellom et enzym og en anionisk polymer, og i eksempel 2 blir dette oppnådd ved å tilsette en spesiell polymerløsning til et konsentrert kultur-filtrat fulgt av tilsetning av syre for å danne et presipitat som så blir filtrert og vasket med aceton.

Hvis en fremgangsmåte for utvinning av tørt biologisk materiale, fordelt gjennom en polymer grunnmasse, skal være kommersielt vellykket, må den kunne praktiseres på en reproduser-bar måte i stor kommersiell målestokk, men ingen av de teknikker som er beskrevet i litteraturen tilbyr denne mulighet.

I henhold til foreliggende oppfinnelse blir det laget partikler som inneholder biologisk produsert materiale fordelt gjennom en grunnmasse av polymert materiale ved å blande polymert materiale med en vandig væske som inneholder det biologisk produserte materiale, og som er en fermenteringsvæske eller en planteekstrakt, for å danne en vandig polymerfase som inneholder det biologisk produserte materiale i det vesentlige jevnt fordelt gjennom fasen, idet man samtidig eller i rekkefølge dispergerer den vandige fase som en vannublandbar væske i nærvær av en dispersjonsstabilisator for å danne en i det vesentlige stabil dispersjon, og azeotropdestillerer av dispersjonen for å danne i det vesentlige tørre partikler, som hver omfatter en grunnmasse av det polymere materialet med det biologisk produserte materialet dispergert i det vesentlige jevnt gjennom grunnmassen. Det henvises forøvrig til krav 1.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen har den store fordel at den produserer de ønskede polymere partikler i et enkelt trinn idet man starter fra en vandig fermenteringsvæske eller en vandig planteekstrakt hvori det biologiske materialet først er produsert. Således er det i henhold til oppfinnelsen ikke nødvendig å ekstrahere det biologiske materialet fra utgangs-væsken, for eksempel ved forstøvningstørking før kombinering av dette med polymeren, og i stedet blir fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen anvendt som en samtidig utvinnings-og innkapslings-prosess. Således unngår fremgangsmåten for eksempel vanskelig-hetene med forstøvningstørking fulgt av agglomerering eller innkapsling.

Den unngår eksponering av fermenteringsproduktet for eksotermen, initiatoren og andre betingelser forbundet med en polymeriseringsblanding. Den tillater at tørkingen blir utført under nøye kontrollerte betingelser for å unngå overopphetning både i makromålestokk og i mikromålestokk. Siden oppvarmingen kan kontrolleres svært nøye, er det mulig å minimalisere risikoen for deaktivering av det biologiske materialet, og således er det mulig å produsere partikler som har en svært tilfredsstillende biologisk aktivitet, ofte betraktelig større enn den som på en passende måte kan lages ved kjente utvinningsteknikker.

Størrelsen av de i det vesentlige tørre partikler er bestemt av størrelsen av de dispergerte vandig fasepartikler i den ublandbare væsken. Det er ofte ønsket at de tørre partikler er kuler som har en størrelse på minst 3 0 / jlv\, ofte minst 100/xm, for eksempel opp til 500/im eller opp til 1 mm eller til og med 2 mm eller større. Med partikler av denne størrelse vil de i det vesentlige tørre partikler bli separert fra den vannublandbare væsken ved filtrering, sentrifugering eller andre konvensjonelle separasjons-metoder og kan underkastes videre tørking etter separasjonen. Denne videre tørking kan være ved bytte av løsningsmiddel, men er fortrinnsvis ved varmluft, for eksempel i et fluidisert sjikt.

Kulene må tørkes tilstrekkelig, slik at de ikke er klebrige, og de blir hovedsakelig tørket til et fuktighetsinnhold som er i likevekt med omgivelsene eller er tørrere enn disse.

En spesiell fordel med oppfinnelsen er det at det er meget mulig å produsere kuler med en svært regulær form og et snevert størrelseområde. Dette er bare mulig fordi tørkingen er ved azeotropdestillasjon og fordi den aktive bestanddel og polymeren først blir dispergert i vannublandbar væske.

Selv om produksjonen av disse kuler vanligvis er foretrukket, er en annen fordel med fremgangsmåten at det er mulig også å lage mye mindre, tørre partikler. Således kan imidlertid partiklene være under 30/zm, for eksempel hovedsakelig under 10/im og ofte under 3/zrn. Hvis slike partikler blir separert fra den vannublandbare væske, er det en risiko for støvingsproblemer, og slike partikler blir fortrinnsvis beholdt som en stabil dispersjon i den ublandbare væske. Disse trenger ikke å tørkes til atmosfærisk likevekt og kan beholdes med for eksempel et fuktighetsinnhold på 25% basert på polymeren. Fortrinnsvis blir de imidlertid tørket til atmosfærisk likevekt eller mindre, for eksempel under 10% fuktighet basert på polymer.

Et viktig trekk er at det biologiske materialet ikke er beskyttet fra omgivelsene bare ved et innkapslende skall av polymer (som har tendens til å bli ødelagt), men er i stedet beskyttet ved å være fordelt igjennom en grunnmasse av polymeren. Tilstrekkelig polymer må være til stede for å danne en kontinuer-lig grunnmasse og gi partiklene de styrke-, frigjørings- eller andre egenskaper som er påkrevet. Hovedsakelig betyr dette at mengden av polymer må være minst 0,5 ganger mengden av aktiv bestanddel (på tørrvekt-grunnlag). Fortrinnsvis er det overskudd av polymer, for eksempel minst to ganger mengden av aktiv bestanddel, og fortrinnsvis er det et stort overskudd, for eksempel minst 7 ganger. Anvendelse av dette 7 gangers overskudd (eller mer) av polymer betyr at det biologiske materialet blir beskyttet svært effektivt fra omgivelsene, og selv om partiklene blir ødelagt, er mengde av aktiv bestanddel som er tilbøyelig til å bli utsatt for eller unnslippe til omgivelsene, svært lav. Hovedsakelig er mengden av polymer minst 10 ganger og vanligvis minst 15 ganger mengden av aktiv bestanddel (på tørrvektgrunnlag). Det er vanligvis unødvendig at det er mer enn 50 ganger, og mengder i området 15 til 30 ganger er ofte egnet selv om mengder opp til 100 ganger eller mer kan anvendes.

Små mengder av fyllstoff og andre tilsetningsstoffer kan inkluderes i grunnmassen. Hovedsakelig utgjør det polymere materialet minst 50%, fortrinnsvis minst 75% og mest foretrukket minst 90 vekt% av den faste sammensetning dannet av en grunnmasse, aktiv bestanddel og et hvilket som helst inert materiale fordelt gjennom matriksen.

Det biologisk produserte materialet som blir innkapslet ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, kan være en planteekstrakt, for eksempel en naturlig olje eller annen ekstrakt eller aromastoff som er presset fra eller ekstrahert fra det hele eller en del av en plante, eller det kan være et fermenteringsprodukt slik som enzymer, sporer, bakterier eller celler eller sekundære metabolitter av dem slik som antibiotika. Når det er en plante ekstrakt, er det vandige medium vanligvis en fortynnet vandig løsning av den naturlige olje eller annen ekstrakt. Når det, som foretrukket, er et fermenteringsprodukt, er dette i utgangspunktet en fermenteringsvæske som kan være selve fermenteringsbuljongen eller kan være et filtrat eller konsentrat dannet fra buljongen. For eksempel, når det biologisk produserte materialet er en løselig komponent, for eksempel et enzym, vil buljongen ofte først ha vært filtrert for å fjerne uløselig cellulært materiale. Konsentreringsteknikker som kan utføres på buljongen eller et filtrat av buljongen før anvendelse i oppfinnelsen, inkluderer standard konsentrasjonsteknikker slik som flokkulerings- og/ultra-filtrering.

Oppfinnelsen er av spesiell verdi når den aktive bestanddel er en som ville interferere med eller bli ødelagt av monomer som polymeren er laget av eller ville ha tilbøyelighet til å bli inaktivert (enten ved avdampning eller desensitivisering) hvis den ble utsatt for eksoterm polymerisering. Oppfinnelsen er derfor av spesiell verdi når den aktive bestanddel er et følsomt materiale som er tilbøyelig til å bli desensitivisert.

En spesielt foretrukket type av aktiv bestanddel er et enzym. Enzymet er fortrinnsvis en protease, spesielt en alkalisk protease av den type som blir anvendt i vaskepulvere eller andre vaskemidler, men andre egnede enzymer for disse formål inkluderer amylaser og lipaser.

Naturligvis, hvis enzymet skal inkluderes i et fast vaskemiddel, så vil partiklene som fremstilles i henhold til oppfinnelsen fortrinnsvis være i kuleform. Hvis det skal inkluderes i et vaskemiddel i væskeform, så er det hovedsakelig fortrukket at produktet er i form av en dispersjon av partiklene i ikke-vandig væske.

En annen foretrukket type av aktiv bestanddel er et mikrobielt jordbruks- eller farmasøytisk-anvendbart produkt slik som et antibiotikum til human og/eller veterinær anvendelse, et biopesticid, bioherbicid eller en biofertilisator. Et eksempel er Bacillus Thuringiensis toksin for å drepe larver. Med dette og med mange andre mikrobielle produkter kan cellene innkapsles enten døde eller levende fordi det er det toksiske protein i cellen, snarere enn den levende celle som er påkrevet. Imidlertid er det i noen tilfeller ønskelig at cellen er levende i den polymere grunnmasse slik at den kan metabolisere og multipliseres så snart den er frigjort fra grunnmassen, for eksempel på overflaten av et blad, i jorden eller på et eller annet punkt i fordøyelseskanalen.

Andre egnede biologiske materialer er bakterier eller enzymer dannet fra bakterier, egnet for anvendelse i ensilering eller kompostfremstilling for å fremme de nødvendige ensilerings- eller komposteringsfermenteringsprosesser. Andre egnede biologiske materialer er enzymer eller hele celler som kan anvendes til nedbrytning av fettstoffer, cellulose eller proteiner eller til fjerning av nitrater eller tungmetaller, fra avløpsstrømmer fra vann som blir renset for anvendelse som for eksempel drikkevann.

Polymeren bør være filmdannende i den betydning at den polymere rest vil danne en sammenhengende grunnmasse som et resultat av den azeotropiske avdampning av det meste eller alt vannet.

Polymeren er fortrinnsvis løselig i den vandige væske som inneholder det biologisk produserte materialet, og kan settes til den vandige væske enten som en på forhånd dannet vandig løsning eller i en hvilken som helst annen egnet form. Polymeren kan være en naturlig eller modifisert polymer slik som en stivelse eller en cellulose (for eksempel karboksymetylcellulose) eller gummi. Fortrinnsvis er den en syntetisk polymer dannet fra en etylenisk umettet vannløselig monomer eller monomerblanding, som kan være ikke-ionisk eller ionisk.

Egnete anioniske monomerer er etylenisk umettede karboksyl-eller sulfonmonomerer, mest fortrukket monomerer slik som (met)-akrylsyre, krotonsyre, itakonsyre, maleinsyre, (met)allylsulfon-syre, vinylsulfonsyre og 2-akrylamid-2-metylpropansulfonsyre. Akryl- eller metakrylsyre er foretrukket.

Egnete kation-monomerer er dialkylaminoalkyl-(met)akrylamider og fortrinnsvis-akrylater, vanligvis som syreaddisjons- eller kvaternære ammoniumsalter.

Spesielt foretrukket er monomerer slik som dietylamimoetyl-(met)akrylat.

Egnede ikke-ioniske monomerer av denne type er (met)akrylamid og hydroksy-lavere-alkyl(met)akrylater. Anion- og kationmonomerene kan enten være i den frie syre eller frie baseform når de er tilstrekkelig løselige i denne form (for eksempel akrylsyre), men mer vanlig i form av et alkalimetall- eller ammoniumsalt av anion-monomerer eller et syreaddisjons- eller kvaternært ammoniumsalt av kationiske monomerer.

Den foretrukne polymer er vanligvis basert på 0-50% akrylamid og 50-100% akrylsyre eller løselig salt av denne.

Den løselige polymer kan være fremstilt ved en hvilken som helst konvensjonell polymeriseringsteknikk, slik som revers fase-suspensjonspolymerisering, løsningspolymerisering, revers fase-kulepolymerisering eller gelpolymerisering.

Alternativt kan polymeren være en kopolymer av løselige og uløselige monomerer (for eksempel metakrylsyre og etylakrylat) og kan være fremstilt ved olje-i-vann-emulsjonspolymerisering fulgt av tilsetning av natriumhydroksyd eller annet alkali for omdannelse til en løselig form.

Istedenfor tilsetning av polymeren i en løselig form kan polymeren være en polymer som er uløselig i vann, men er løselig i alkali og som blir tilsatt som en olje-i-vann-emulsjon som er fremstilt ved emulsjonspolymerisering av etylenisk umettet monomer eller monomerblanding som er uløselig i vannfasen i polymeriseringsblandigen. Monomerene er hovedsakelig en blanding av anioniske løseliggjørings-monomerer (typisk valgt fra anion-monomerene diskutert ovenfor) og etylenisk umettede ikke-ioniske monomerer, idet hele blandingen er uløselig ved emulsjonens pH. Således kan emulsjonspolymerisering utføres ved en pH under 7, men når polymeren videre blir utsatt for mer alkaliske betingelser, blir polymeren løselig (eller sterkt svellbar). Egnede ikke-ioniske vannuløselige monomerer inkluderer alkyl(met)akrylater, styren, akrylnitril, vinylklorid, vinylacetat eller vinylbutyl-eter. Etylakrylat er foretrukket, idet polymeren fortrinnsvis blir dannet av 10 til 70% metakrylsyre eller anion-monomer, 10 til 70% etylakrylat eller annen uløselig monomer og 0 til 70% akrylamid eller annen løselig ikke-ionisk monomer.

Anvendelsen av en emulsjonspolymer av denne type er av spesiell verdi når det er ønsket at den polymere grunnmasse skal tillate i det vesentlige ingen frigjøring av det biologiske materiale i et miljø (for eksempel nøytralt eller surt) og hurtig frigjøring i et alkalisk miljø).

Kontrollert frigjøring av biologisk materiale kan også oppnås når polymeren i utgangspunktet blir tilsatt som .et salt med et flyktig amin (for eksempel ammoniakk) av en polymer dannet av etylenisk umettet karboksylsyremonomer slik som (met)akrylsyre. Saltet er løselig i vann, men ammoniakken eller annet flyktig amin avdamper under azeotropdestillasjonen og gjør polymeren mindre hydrofil. Følgelig vil i det minste det ytre skall av partiklene og muligens i det vesentlige hele den polymere grunnmasse være mindre hydrofil og vannløselig enn når karboksygruppene er i alkali- eller aminsaltform. Partiklen har derfor relativt lav permeabilitet for omgivende fuktighet, men når den utsettes for en svakt alkalisk vandig løsning (som for eksempel i en vaskevæske) vil polymeren bli tilstrekkelig oppløst til å tillate hurtig frigjøring av det oppfangede enzym eller annet biologisk materiale. For dette formål er polymeren fortrinnsvis basert på

0 til 50% akrylamid og 50 til 100% akrylsyre eller fortrinnsvis metakrylsyre. Produkter av disse typer er beskrevet i mer detalj i vår samtidige søknad nr. 89.3389 inngitt på samme dato som denne.

Molekylvekten til polymeren vil velges med henblikk på konsentrasjonen og løsningsviskositetene som kreves, og spesielt gelstyrken som kreves i de endelige kuler. Hvis molekylvekten til en løsningsmiddelpolymer er for høy, kan det være vanskelig å danne en stabil dispersjon av vandige polymerpartikler som inneholder en kommersielt anvendbar konsentrasjon av aktiv bestanddel, og derfor bør for mange polymerer molekylvekten være under 1 million, ofte under 500.000. Hvis molekylvekten er for lav, kan sluttgelstyrken være utilstrekkelig, selv om kulene har overflate-tverrbinding. I noen tilfeller kan molekylvekten være ned til for eksempel 4.000 eller til og med 2.000. Et område på 5.000 til 300.000 er ofte passende.

Polymerene som blir anvendt i oppfinnelsen, kan være ureaktive polymerer, det vil si polymerer som ikke kan gjennomgå noen vesentlig kjedeforlengelse selv om det kan være mulig å forårsake tverrbinding gjennom utstikkende grupper siden enhver slik tverrbinding vanligvis ikke resulterer i noen signifikant eksoterm eller andre betingelser som kunne ødelegge den aktive bestanddel. Det er også mulig å anvende en polymer som gjennomgår kjedeforlengelser ved addisjonspolymerisering i løpet av prosessen forutsatt at dette ikke medfører tilstedeværelse av skadelige mengder av initiator, eksoterm eller andre tilstander som kan ødelegge den aktive bestanddel. Risikoen for dette kan minimaliseres ved å sikre at den reaktive polymer allerede har en vesentlig kjedelengde, for eksempel minst 50 og vanligvis minst 100 karbonatomer i kjeden. Avhengig av graden av manglende substitusjon i den reaktive polymer kan den endelige polymer være lineær eller kan være tverrbundet, og hvis den er tverrbundet, vil den polymere grunnmasse snarere være svellbar enn løselig. Foretrukne reaktive polymerer er beskrevet i EP 328321.

Polymeren kan gjennomgå tverrbinding før, etter eller fortrinnsvis under azeotropdestillasjon. For eksempel er det kjent at mange polymerer, spesielt de som inneholder anion-grupper, kan gjennomgå ionisk tverrbinding hvis de utsettes for polyvalente metallforbindelser, og således kan inklusjon av slike forbindelser i den vandige løsning av polymer eller i den ikke-vandige væske eller begge resultere i tverrbinding. Hvis den polyvalente metallforbindelse fortrinnsvis er løselig i den ikke-vandige væske (for eksempel om den er aluminiumisopropoksyd eller annet polyvalent metallalkoksyd), så vil tverrbindingen primært være konsentrert på overflaten av partiklene. Hvis tverrbindingsmidlet fortrinnsvis er løselig i den vandige løsning av polymer, så kan tverrbindingen forekomme i det vesentlige jevnt gjennom partiklene. Tverrbindingsmidler slik som glutaraldehyd kan anvendes sammen med passende polymerer.

Ved passende valg av type og mengde av tverrbinding er det mulig å kontrollere de fysiske egenskaper hos partiklene. For eksempel er det mulig å kontrollere frigjøring av aktiv bestanddel fra partiklene og/eller å øke gelstyrken til partiklene og/eller å øke hardheten eller redusere klebrigheten til overflaten av partiklene. Også hvis tverrbindingen er konsentrert på overflaten av partiklene, har de resulterende partikler tilbøyelighet til å løses hurtigere i vann.

Istedenfor å oppnå tverrbinding i løpet av fremgangsmåten

i henhold til oppfinnelsen, er det også mulig (spesielt når polymeren i utgangspunktet produseres som en olje-i-vann-emulsjon) å tilveiebringe polymeren i utgangspunktet som en tverrbundet polymer. Imidlertid er polymeren hovedsakelig lineær og er laget i det vesentlige i fravær av tverrbindingsmonomer eller annet tverrbindingsmiddel.

Polymeren kan tjene til å gi kontrollert frigjøring, for eksempel under utvalgte pH-betingelser som beskrevet ovenfor, eller kan tjene bare som et relativt inert materiale som vil binde det biologiske materialet inne i de ønskede påstøvete partikler og det vil gi frigjøring på den passende tid, eller polymeren kan tjene til å gi anvendbare egenskaper i omgivelsene hvori det biologiske aktive materialet skal anvendes. Spesielt når det biologiske materialet er et enzym som skal inkluderes i et vaskemiddel, er det særlig bekvemt at den polymere matriks er en polymer som er anvendbar som en komponent i et vaskemiddel, for eksempel som et vaskemiddelbyggestoff eller vaskemiddel-anti-gjenavsetnings-hjelpestoff. Egnede polymerer inkluderer karboksymetylcellulose polyvinyl-pyrrolidon, polyvinylalkohol og anioniske syntetiske polymerer, for eksempel polymerer av etylen og (met)-akrylsyre og andre polymerer fortrinnsvis med molekylvekt 4.000 til 300.000 og dannet fra vannløselig etylenisk umettet karboksyl-syre eller sulfonmonomer, eventuelt med vannløselig ikke-ionisk monomer. Fortrinnsvis er polymeren av natriumpolyakrylat, men kopolymerer med arylamid og homopolymerer eller kopolymerer med for eksempel allylsulfonat eller 2-akrylamid-metylpropansulfonat kan anvendes. Kopolymerer av maleinsyreanhydrid med for eksempel akrylsyre er også egnet.

Det polymere materialet kan blandes med fermenteringsvæsken eller annen vandig væske som inneholder biologisk materiale for å danne en vandig polymerfase som inneholder både polymeren og det biologiske materiale, og denne fase kan så dispergeres i den vannublandbare væske. Alternativt kan fermenteringsvæsken eller planteekstrakten dispergeres i den vannublandbare væske, og polymeren så tilsettes (vanligvis som en på forhånd dannet løsning eller emulsjon), eller alternativt kan polymeren dispergeres og fermenteringsbuljongen eller planteekstrakten så tilsettes. I hvert tilfelle bør det sørges for tilstrekkelig røring for å sikre at de dispergerte vandige partikler i den vannublandbare væske har et i det vesentlige ensartet innhold av både polymer og biologisk materiale.

Den vandige fase må selv være i det vesentlige stabil, for hvis det er tendens til at den skal gjennomgå faseseparasjon, vil dette interferere med dannelsen og opprettholdelsen av en ensartet dispersjon i den vannublandbare væske. Den vandige fase er derfor fortrinnsvis en som stort sett er stabil og ikke gjennomgår fase-seperasjon. Hvis den aktive bestanddel er ionisk, er det foretrukket at polymeren er ikke-ionisk eller ko-ionisk. For eksempel, når den aktive bestanddel er et enzym, som er svakt kationisk, kan det være en risiko for at noen anioniske polymerer kan forårsake destabilisering, og i et slikt tilfelle bør den vandige fase stabiliseres. Dette kan oppnås ved fortykning av den vandige fase og/eller ved tilsetning av en polyhydroksyforbindelse, spesielt sukrose eller et annet sukker eller en glykol eller en annen lavmolekylvekt-polyhydroksyforbindelse, for eksempel propylen-glykol.

Den vandige fase kan også inkludere andre tilsetningsstoffer som er valgfrie for den tilsiktede anvendelse av sluttproduktet. For eksempel kan løsningen ofte inneholde inerte fyllstoffer slik som leire og/eller pigmenter eller farvestoffer.

Den resulterende dispersjon av vandige partikler som inneholder polymer og aktiv bestanddel, må være tilstrekkelig stabil til at den kan underkastes azeotrop destillering, og til dette formål er det hovedsakelig nødvendig at dispersjonen inkluderer en polymer dispersjonsstabilisator og noen ganger også et emulgator-overflateaktivt middel.

Konsentrasjonen av polymeren i polymerløsningen vil velges i henhold til molekylvekten og løsningsviskositeten i polymeren, men er ofte i området 5 til 50%, typisk 20 til 30%.

Partikkelstørrelsen av de vandige dråper og de endelige tørre partikler kan kontrolleres ved valg av graden av skjærkraft som dispersjonen blir utsatt for, valg og mengde av stabilisator og valg og mengde av overflateaktivt middel. Når sluttproduktet skal være en stabil dispersjon i olje eller annen ublandbar væske, er det foretrukket å anvende en vann-i-olje-emulgator for å fremme dannelsen av små partikler som har en størrelse under 10 /nm, for eksempel under 3/zm. Imidlertid, når kuler er påkrevet, for eksempel over 30 og vanligvis over 70/xm, kan emulgatoren utelates.

Den polymere stabilisator er hovedsakelig en amfipatisk stabilisator, for eksempel dannet fra hydrofile og hydrofobe akryliske monomerer. Egnede overflateaktive midler, ikke-vandige væsker og polymere stabilisatorer og egnede azeotrop-destilleringsbetingelser er beskrevet i for eksempel EP 0128661

og EP 0126528. Stabilisatorene beskrevet i GB 2.002.400 eller fortrinnsvis 2.001.083 eller 1.482.515 er spesielt foretrukne.

Den ublandbare væske er ikke-vandig og må inkludere væske som vil danne en azeotrop med vann. Ofte er den vannublandbare væske en blanding av en væske med relativt høyt kokepunkt som forblir i dispersjonen og en væske med lavt kokepunkt som blir azeotropdestillert fra dispersjonen. Temperaturen hvorved azeotropdestillasjon forekommer er hovedsakelig under 100"C og blir kontrollert ved valg av væske og spesielt trykket hvorved destillasjonen blir utført. Hovedsakelig blir destillasjonen utført under redusert trykk, og når den aktive bestanddel er temperaturfølsom (for eksempel et enzym), er det reduserte trykk fortrinnsvis slik at azeotropdestillasjonen forekommer ved en maksimumstemperatur på ikke mer enn 80°C, ofte under 70"C og mest foretrukket under 50°C. For eksempel ved anvendelse av et relativt høyt vakuum er det mulig å azeotropdestillere ved svært lave temperaturer, for eksempel så lavt som 30°C. Natriumsulfat eller et annet salt tilsettes for å senke azeotrop-destillasjons-temperaturen.

Polymeren bør være filmdannende ved destillasjonstempera-turen, og vanligvis er filmdannelse ved 20"C eller lavere.

Etter å ha azeotropdestillert tilstrekkelig av vannet fra partiklene til å omdanne partiklene til en i det vesentlige fast og ikke-klebrig form, kan partiklene (hvis tilstrekkelig store) separeres fra den ikke-vandige væske og kan videre tørkes, om ønsket, på konvensjonell måte, for eksempel på et fluidisert sj ikt.

Før eller etter azeotropdestillasjon kan partiklene gis en overflatebehandling for å justere deres egenskaper. For eksempel kan en polymer som inneholder et vannløselig salt av en relativt uløselig monomer, omdannes til en mindre løselig form (for eksempel kan natrium-metakrylat i overflaten av partiklene omdannes til metakrylsyre). En relativt uløselig polymer eller annet hydrofobt materiale kan tilføres (for eksempel kan en olje-i-vann-emulsjonspolymer tilføres, og vil løse seg når partiklene blandes med vaskevann).

Det følger noen eksempler.

Eksempel 1

En 25% vandig løsning blir dannet av natriumpolyakrylat som har molekylvekt 30.000 og blandes med tilstrekkelig fermenterings-bul jong som inneholder en vaskemiddel-alkalisk protease (eller en amileasé eller lipatase) for å gi et polymer:enzym-tørrvektforhold på 19:1. Løsningen røres inn i en paraffinolje i nærvær av en amfipatisk polymerstabilisator dannet fra stearylmetakrylat, metylmetakrylat og metakrylsyre. Den resulterende dispersjon underkastes azeotropdestillasjon under redusert trykk slik at maksimumstemperaturen i dispersjonen ikke overstiger omtrent 50°C. Så snart tilstrekkelig vann er blitt avdrevet til at de dispergerte partikler skal være i det vesentlige tørre å berøre, blir de separert fra den gjenværende væske ved filtrering og kan så tørkes videre på konvensjonell måte. De har en partikkel-størrelse i området 100 til 1000/xm.

De resulterende kuler er ikke-støvende og kan således håndteres trygt. Når et vaskemiddelpulver som inneholder dem, blandes med vann, løses de hurtig for å frigjøre enzymet inn i vannet.

Eksempel 2

Det blir dannet en løsning av 640 g 25% natrium-polyakrylat og 160 g av et fermenterings-buljongkonsentrat som er en 5% vaskemiddelproteaseløsning (det vil si 8 g tørrvekt enzym og 160 g tørrvekt polymer), og pH blir justert til 7.

1600 g av en vannublandbar, alifatisk hydrokarbonvæske (Solvent 41) og 53 g av en 15% løsning i organisk løsningsmiddel av en amfipatisk polymer stabilisator ble helt i et 3 liters harpikskar utstyrt med en mekanisk rører og et Dean & Stark apparat forbundet med en kjøler, og den vandige fase blir tilsatt og blandingen rørt i 5 minutter, hvilket fører til dannelse av små kuledråper. Innholdet blir så varmet til 45°C og trykket redusert tilstrekkelig til å forårsake at løsningsmiddel og vann destil-leres azeotropt. Volumet av vann som blir fjernet, observeres, og destillasjon fortsetter inntil det ikke oppsamles noe mer vann (minst 2 timer).

Innholdet i kolben blir avkjølt, kulene filtreres, vaskes i aceton og tørkes i varm luft.

Sluttproduktet har 12 til 15% fuktighetsinnhold, er i form av kuler med jevn, nesten sfærisk form som er harde og frittflytende og løses lett i kaldt og varmt vann. Kulene har et snevert størrelsesområde på omtrent 2 50 til 500^m, og produktet var i det vesentlige fritt for støv.

Eksempel 3

Fremgangsmåten i eksempel 2 gjentas med unntak av at 5% (på tørr polymer og enzym) av titandioksyd tilsettes for å produsere kuler som er nesten hvite og ugjennomsiktige.

Eksempel 4

Fremgangsmåten i eksempel 2 gjentas med unntak av at den vandige fase dannes av 160 g tørrvekt natriumpolyakrylat, 160 g tørrvekt sukrose og vann for å lage 800 g. Kulene har et aktivt proteininnhold på omtrent 3% og har lignende egenskaper som beskrevet i eksempel 2. Hvite kuler kunne oppnås ved å erstatte 16 g sukrose med 16 g titandioksyd.

Eksempel 5

Fremgangsmåten i eksempel 2 gjentas med unntak av at natriumpolyakrylat erstattes med den samme vekt av ammoniumpolymetakrylat. Grunnmassen i de endelige kuler dannes av en blanding av polymetakrylsyre og ammoniumpolymetakrylat, hvor majoriteten av polymeren i det ytre skall er i form av den frie syre. Kulene har mindre permeabilitet for fuktighet enn kulene i eksempel 2, men løses hurtig når de blandes i en svakt alkalisk løsning.

Eksempel 6

Fremgangsmåten i henhold til eksempel 2 gjentas med unntak av at den 25% natriumpolyakryltløsning erstattes av en 25% emulsjon ved pH 4 av en kopolymer av metakrylsyre og butylakrylat.

Kulene er i det vesentlige uløselige og ikke-svellende i springvannymen løses hurtig når de utsettes for et alkalisk miljø. Ved passende valg av forholdet mellom metakrylsyre og butylakrylat er det mulig å velge pH hvorved frigjøring forekommer.

Eksempel 7

Fremgangsmåten i eksempel 2 gjentas med unntak av at en liten mengde av en vann-i-olje-emulgator (5 g sorbitanmono-oleat) inkluderes i den vandige fase, og dispersjonen dannes ved påføring av høyskjærkraft. Det azeotropdestillerte produkt er en stabil dispersjon i den vannublandbare væske av partikler som har en størrelse under 3/im.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av partikler som inneholder biologisk produsert materiale valgt blant plante-ekstrakter, enzymer, sopper, sporer, bakterier, celler og antibiotika i en grunnmasse av polymert materiale, ved å utnytte det polymere materiale og en fermenteringsvæske eller en ekstrakt av det biologisk produserte materiale, karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å blande det polymere materiale med en vandig væske som inneholder det biologisk produserte materiale og som er en fermenteringsvæske eller et planteekstrakt, for å danne en vandig polymer fase som inneholder det biologiske materiale i det vesentlige jevnt fordelt gjennom den vandige fase, samtidig eller påfølgende dispersjon av den vandige fase i en vannublandbar væske i nærvær av en dispersjonsstabilisator for å danne en i det vesentlige stabil dispersjon, og azeotropdestillering av dispersjonen for å danne i det vesentlige tørre partikler som hver omfatter grunnmassen av det polymere materiale i en mengde av minst 0,5 ganger vekten av det biologisk produserte materiale og med det biologisk produserte materiale dispergert i det vesentlige jevnt gjennom grunnmassen.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat nevnte vandige væske som inneholder biologisk produsert materiale, er et fermenterings-bul j ongkonsentrat.

3. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det biologisk produserte materiale omfatter et enzym egnet for anvendelse i vaskemidler.

4. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat azeotrop-destillasjon utføres ved en temperatur under 50°C.

5. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat dispersjonsstabilisatoren er en amfipatisk polymer stabilisator dannet ved polymerisering av hydrofil monomer og hydrofob monomer.

6. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat mengden av polymert materiale er minst 7 ganger vekten av det biologisk produserte materiale.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 6, karakterisert vedat mengden av det polymere materiale er fra 15 til 50 ganger vekten av det biologisk produserte materialet.

8. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det biologisk produserte materiale er et enzym egnet for anvendelse i vaskemidler og polymeren er valgt fra karboksymetylcellulose og anioniske syntetiske polymerer som har en molekylvekt på 4.000 til 3 00.000 og er dannet fra etylenisk umettede karboksyl-eller sulfonmonomerer og, eventuelt ikke-ioniske etylenisk umettede monomerer.

9. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat polymeren er dannet fra (met)akrylsyre eller et løselig salt av dette, eventuelt med akrylamid.

10. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat polymeren tilsettes som et salt av en polymer av en etylenisk umettet karboksylsyremonomer med et flyktig amin, og aminet i det minste delvis blir avdampet under azeotropdestillasjon for å redusere de hydrofile egenskaper i grunnmassen.

11. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av krav 1-7,karakterisert vedat polymeren tilsettes som en olje-i-vann emulsjon av en kopolymer av etylenisk umettet anionisk monomer og vannuløselig etylenisk umettet ikke-ionisk monomer, og hvor kopolymeren er løselig eller svellbar i alkali.