洗滌產品專用酶製劑的造粒方法與流程
2023-07-02 00:42:01
本發明涉及生物酶及其混合物中酶粒狀或自由流動酶組成的製備，尤其涉及洗滌產品專用酶製劑的造粒方法。
背景技術：
酶是一類具有專一性、高效性和溫和性的生物催化劑，應用於洗滌劑配方中能提高特定汙漬去汙性能，同時減少了洗滌劑中表面活性劑及助洗劑用量，減少環境汙染。
纖維素酶的去汙機理是內切和外切葡聚糖酶首先共同作用於纖維素表面，內切葡聚糖酶作用在纖維素纖維的無定形區，隨機水解β-1，4-葡萄糖苷鍵，將纖維素大分子截短，產生新的多糖鏈末端；外切葡聚糖酶作用於纖維素多糖鏈的還原或非還原末端，從末端以纖維二糖為單位對纖維素進行切割，產生纖維二糖和葡萄糖。在內切和外切酶的共同作用下，纖維素被降解為可溶性寡聚葡萄糖，它們在β-葡萄糖苷酶的作用下被降解為葡萄糖。
蛋白酶是洗滌劑工業中應用最廣泛的酶製劑。蛋白酶可將蛋白質水解為易於溶解或分散於洗滌劑溶液中的肽鏈和胺基酸，用於洗滌劑配方中有助於去除如汗漬、血漬、糞便、草漬。
脂肪酶是由動植物及微生物產生的能在水—油界面催化甘油三酯水解的酶，而且在非水相介質中可催化酯合成反應。脂肪酶能夠很好地去除脂質性汙漬如食用油脂類漬、唇膏、黃油及衣服袖口領口上的頑固汙漬。
工業洗滌劑中纖維素酶的酶活力一般為5000U/g、蛋白酶的酶活力一般在20萬U/g和脂肪酶的酶活力一般在15萬左右，在洗滌劑中添加量為重量比的1％～2％。將生物酶製劑制粒有如下優點：①改善流動性混合均勻；②以延長酶製劑保存期和顆粒強度；③防止產生塵埃，被人吸入體內，有害健康；④提高溶解度；⑤提高產品價值。由於洗滌工業酶製劑的添加量很小，因此要求酶製劑顆粒大小一般在50～60目左右，這樣有利於與其他粉狀洗滌劑混合均勻。目前國外酶製劑造粒主要採用流化床噴霧造粒，但是設備昂貴、工藝複雜、消耗能量大、對環境和人體均不利。
由於生物酶製劑具有卓越的優越性，洗滌工業酶製劑的造粒是必然趨勢。應用擠出滾圓法可以製備顆粒大小為50～60目左右的顆粒，在合理的結構參數和工作條件下，擠出溫度可始終保持在50℃以下。通過對輔料配方的研究，應用擠出滾圓制各顆粒乾燥後的成品的酶活可達80％以上，完全可以滿足實際生產對酶活要求的需要。擠出滾圓法製備的顆粒分布窄，大小均勻，成品率高、機械強度較好，酶活的保留高。此法生產能力大，是製備酶製劑顆粒的理想方法之一。
技術實現要素：
本發明為了解決現有酶製劑造粒存在的諸多問題，提供了一種洗滌產品專用酶製劑的造粒方法。
本發明是通過以下技術方案實現的：一種洗滌產品專用酶製劑的造粒方法，包括如下步驟：
⑴發酵、淨化及一次過濾得到酶液：一種或多種菌種在發酵罐內發酵，發酵液進行淨化，使發酵殘渣和菌體凝聚成絮狀物，使酶分子留在水中，過濾得到酶液；
⑵鹽析及二次過濾：酶液鹽析，靜置使蛋白酶沉澱，過濾得到酶泥；
⑶酶泥研磨及混合攪拌：
將酶泥與二氧化矽預混合，其中酶泥與二氧化矽的質量比為1:0.5～20，混合靜置1～10小時，酶泥經溼磨成泥漿使酶活力損失不超過5～9％，然後把研磨的酶泥加10～70％重量比的無機鹽、2～8％重量比膨潤土、3～15％重量比的酶保護劑、0.1～1.5％重量比的表面活性劑和1～12％重量比的纖維素混合攪拌，攪拌速度30～50r/min，時間為20～40min；步驟⑶中各重量比為原料與酶泥的重量百分比；
⑷擠壓成型、塗層及乾燥：
混合後的酶泥混合物在立式擠壓機中的擠壓道形成酶顆粒，擠壓攪拌速率為20～60r/min，擠出篩網為0.5～3mm；酶顆粒表面採用1～10％重量比TiO2與聚醚、或PVP、或PVA的混合溶液塗覆層後，乾燥，即得產品。步驟⑷中重量比為塗覆層(幹)與酶顆粒的重量百分比。
具體應用本發明所述技術方案時，步驟⑴和⑵可採用本領域常規使用的工藝來獲得酶液及酶泥。
具體實施時，酶顆粒表面採用的塗覆層塗覆方式為噴霧塗覆，該噴霧塗覆是將酶顆粒送進塗層塔，塔床上塔內溫度保持45～48℃用噴射管噴，同時在塔底用風吹顆粒到塔室，使塗覆均勻和及時乾燥。這樣得到的酶顆粒率達90～95％。
另外，本發明提供了通過上述造粒方法獲得的產品作為洗滌助劑在洗衣粉、洗衣皂以及工業清洗劑中的應用。具體應用時，通過本發明造粒方法獲得的顆粒可以配製成手洗或機洗的洗衣劑，包括適於預處理玷汙的織物的清潔添加劑組合物或織物軟化劑組合物，例如洗衣皂、洗衣粉等；或者是一般用於家庭硬表面清潔操作的洗滌劑組合物或用於手洗、機洗碗碟操作的組合物，例如洗潔精、洗滌劑等；或者是汽車專用、列車專用的清洗劑、洗滌劑等。具體使用方法為將本發明製得的顆粒作為洗滌助劑按2％的重量比添加於洗衣粉(或其他洗滌用品配方)中，可使洗衣粉對特定汙漬的去汙能力提高10％以上。
本發明相對於現有技術具有以下有益效果：
1、本發明對酶泥的研磨、混合和加穩定劑都進行了合理的選擇，尤其整個操作工藝酶一直是潤溼狀態，防止酶粉飛揚，有害人體健康。
2、本發明採用的是滾圓造粒採用立式旋轉擠出機，其優點①連續作業，生產效率高。②擠壓均勻，密度好，成品率高，發熱量低(基本不發熱)，噪音小，安全保障性高。③多種孔徑的網孔板，可擠出0.5mm～3.0mm酶顆粒。④安裝簡單易操作，安全性能高。開蓋時設備自動停機，物料在擠壓過程中受力小，產生的摩擦少，對擠出物塑性變形能力增大起到了積極的作用。⑤對熱敏性物料可進行快速無熱擠壓，比雙螺杆要好、不用冷卻、不會有孔板爆裂。
3、本發明構成成分簡單，製備方法容易，成本低廉。本發明可以進一步加大生物酶製劑在洗滌劑中的應用範圍，這對於我國的洗滌劑工業未來的減少碳排放等環保壓力以及減少洗滌劑對石油衍生品的依賴有著重要的現實意義。
附圖說明
圖1為採用本發明所述造粒方法造粒獲得的酶顆粒的外觀形態圖。圖中左圖為微觀圖，右圖為宏觀圖。由圖可以看出：製備的顆粒分布窄，大小均勻，成品率高。
圖2為實施例8中製得的複合酶顆粒以1％的重量比加入到洗衣皂配方中進行去汙力實驗與未添加酶的洗衣皂去汙力實驗柱狀對比圖。從圖可知，三種國標汙布JB-01、JB-02和JB-03在未添加酶的洗衣皂中洗滌後，測得其白度值為9.24、6.03和12.8，在添加酶的洗衣皂洗滌後白度值為13.0、10.0和15.6，白度值分別提升了40.7％、65.8％和21.9％。由數據可知，添加酶的洗衣皂對三種國標汙布的洗滌效果明顯好於未添加酶的洗衣皂對該汙布的洗滌效果。
具體實施方式
下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在本發明提供的一些實施例中，所述無機鹽為碳酸鋅、碳酸銅、碳酸鋅、碳酸鈉、碳酸鉀、硫酸鎂、硫酸鋅、硫酸鐵、硫酸鈣、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鋁、氯化鎂、氯化鐵、氯化鋅、氯化鈣、氯化鈉或氯化鉀。
在本發明提供的一些實施例中，所述酶保護劑為2-乙磺醯基咪唑並[1,2-a]吡啶-3-磺醯胺，N,N-二甲基甲醯胺，2,4-二羥基苯甲醯胺，N-甲基對甲苯磺醯胺，5-氯-2,4-二磺醯胺基苯胺，4-溴-3-氟苯磺醯胺，4-氨基苯基-N-甲基甲烷磺醯胺，2-甲氧基-5-磺醯胺苯甲酸甲酯，N,N-二乙基乙醯胺，(S)-(-)-N-[1-(羥甲基)-2-苯基乙基]-4-甲基苯磺醯胺或多元醇；所述多元醇選自甘油，丙二醇，1,3－丁二醇，乙二醇，1,2－丙二醇，1,3－丙二醇，1,2,3－三羥基丁醇，1,2,4－三羥基丁醇，2,2,3－三甲基－1,4－丁二醇或2,2－二羥甲基丁醇。
在本發明提供的一些實施例中，所述表面活性劑為十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(帶2個或3個EO鏈)、脂肪醇聚氧乙烯醚(帶2、3、7或9個EO鏈)或烷基糖苷(帶6、10、12或14個C鏈)。
優選的，無機鹽的重量比為40～60％，膨潤土的重量比為3～5％，酶保護劑的重量比為2～7％，表面活性劑的重量比為0.8～1％，纖維素的重量比為5～9％。優選的酶顆粒表面採用的塗覆層的重量比為1～8％。
實施例1
一種洗滌產品專用酶製劑的造粒方法，包括如下步驟：
⑴發酵、淨化及一次過濾得到酶液：絲狀真菌在發酵罐內發酵，發酵液進行淨化，使發酵殘渣和菌體凝聚成絮狀物，使酶分子留在水中，過濾得到酶液；
⑵鹽析及二次過濾：酶液鹽析，靜置使蛋白酶沉澱，過濾得到酶泥；
⑶酶泥研磨及混合攪拌：
將酶泥與二氧化矽預混合，其中酶泥與二氧化矽的質量比為1:0.5，混合靜置1小時，酶泥經溼磨成泥漿使酶活力損失不超過5％，然後把研磨的酶泥加10％重量比的碳酸銅、2％重量比膨潤土、15％重量比的2-乙磺醯基咪唑並[1,2-a]吡啶-3-磺醯胺、1％重量比的十二烷基磺酸鈉和1％重量比的纖維素混合攪拌，攪拌速度30r/min，時間為40min；
⑷擠壓成型、塗層及乾燥：
混合後的酶泥混合物在立式擠壓機中的擠壓道形成酶顆粒，擠壓攪拌速率為20r/min，擠出篩網為2.5mm；酶顆粒表面採用5％重量比TiO2與聚醚(質量比為1:2)的混合溶液塗覆層後，乾燥，即得纖維素酶顆粒。該顆粒可用於洗衣皂中。
實施例2
一種洗滌產品專用酶製劑的造粒方法，包括如下步驟：
⑴發酵、淨化及一次過濾得到酶液：黑麴黴菌在發酵罐內發酵，發酵液進行淨化，使發酵殘渣和菌體凝聚成絮狀物，使酶分子留在水中，過濾得到酶液；
⑵鹽析及二次過濾：酶液鹽析，靜置使蛋白酶沉澱，過濾得到酶泥；
⑶酶泥研磨及混合攪拌：
將酶泥與二氧化矽預混合，其中酶泥與二氧化矽的質量比為1:1，混合靜置3小時，酶泥經溼磨成泥漿使酶活力損失不超過6％，然後把研磨的酶泥加60％重量比的碳酸鉀、3％重量比膨潤土、7％重量比的N,N-二甲基甲醯胺、0.1％重量比的十二烷基苯磺酸鈉和12％重量比的纖維素混合攪拌，攪拌速度50r/min，時間為20min；
⑷擠壓成型、塗層及乾燥：
混合後的酶泥混合物在立式擠壓機中的擠壓道形成酶顆粒，擠壓攪拌速率為60r/min，擠出篩網為0.5mm；酶顆粒表面採用6％重量比TiO2與PVA(質量比為1:1)的混合溶液塗覆層後，乾燥，即得脂肪酶顆粒。該顆粒可用於洗衣粉中。
實施例3
一種洗滌產品專用酶製劑的造粒方法，包括如下步驟：
⑴發酵、淨化及一次過濾得到酶液：鏈黴菌在發酵罐內發酵，發酵液進行淨化，使發酵殘渣和菌體凝聚成絮狀物，使酶分子留在水中，過濾得到酶液；
⑵鹽析及二次過濾：酶液鹽析，靜置使蛋白酶沉澱，過濾得到酶泥；
⑶酶泥研磨及混合攪拌：
將酶泥與二氧化矽預混合，其中酶泥與二氧化矽的質量比為1:5，混合靜置5小時，酶泥經溼磨成泥漿使酶活力損失不超過7％，然後把研磨的酶泥加40％重量比的硫酸鋅、5％重量比膨潤土、3％重量比的2,4-二羥基苯甲醯胺、0.8％重量比的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(帶2個EO鏈)和9％重量比的纖維素混合攪拌，攪拌速度35r/min，時間為30min；
⑷擠壓成型、塗層及乾燥：
混合後的酶泥混合物在立式擠壓機中的擠壓道形成酶顆粒，擠壓攪拌速率為40r/min，擠出篩網為3mm；酶顆粒表面採用7％重量比TiO2與PVP(質量比為1:2)的混合溶液塗覆層後，乾燥，即得蛋白酶顆粒。該顆粒可用於洗潔精中。
實施例4
一種洗滌產品專用酶製劑的造粒方法，包括如下步驟：
⑴發酵、淨化及一次過濾得到酶液：枯草芽孢桿菌在發酵罐內發酵，發酵液進行淨化，使發酵殘渣和菌體凝聚成絮狀物，使酶分子留在水中，過濾得到酶液；
⑵鹽析及二次過濾：酶液鹽析，靜置使蛋白酶沉澱，過濾得到酶泥；
⑶酶泥研磨及混合攪拌：
將酶泥與二氧化矽預混合，其中酶泥與二氧化矽的質量比為1:10，混合靜置7小時，酶泥經溼磨成泥漿使酶活力損失不超過8％，然後把研磨的酶泥加70％重量比的硫酸鋁、8％重量比膨潤土、2％重量比的N-甲基對甲苯磺醯胺、1.5％重量比的脂肪醇聚氧乙烯醚(帶9個EO鏈)和5％重量比的纖維素混合攪拌，攪拌速度40r/min，時間為25min；
⑷擠壓成型、塗層及乾燥：
混合後的酶泥混合物在立式擠壓機中的擠壓道形成酶顆粒，擠壓攪拌速率為30r/min，擠出篩網為1mm；酶顆粒表面採用8％重量比TiO2與聚醚(質量比為1:2)的混合溶液塗覆層後，乾燥，即得纖維素酶顆粒。該顆粒可用於洗滌劑中。
實施例5
一種洗滌產品專用酶製劑的造粒方法，包括如下步驟：
⑴發酵、淨化及一次過濾得到酶液：枯草芽孢桿菌和鏈黴菌在發酵罐內發酵，發酵液進行淨化，使發酵殘渣和菌體凝聚成絮狀物，使酶分子留在水中，過濾得到酶液；
⑵鹽析及二次過濾：酶液鹽析，靜置使蛋白酶沉澱，過濾得到酶泥；
⑶酶泥研磨及混合攪拌：
將酶泥與二氧化矽預混合，其中酶泥與二氧化矽的質量比為1:15，混合靜置8小時，酶泥經溼磨成泥漿使酶活力損失不超過9％，然後把研磨的酶泥加20％重量比的氯化鎂、4％重量比膨潤土、4％重量比的5-氯-2,4-二磺醯胺基苯胺、0.5％重量比的烷基糖苷(帶6個C鏈)和3％重量比的纖維素混合攪拌，攪拌速度45r/min，時間為35min；
⑷擠壓成型、塗層及乾燥：
混合後的酶泥混合物在立式擠壓機中的擠壓道形成酶顆粒，擠壓攪拌速率為25r/min，擠出篩網為1.5mm；酶顆粒表面採用9％重量比TiO2與聚醚(質量比為1:2)的混合溶液塗覆層後，乾燥，即得澱粉酶和蛋白酶的複合顆粒。該複合顆粒可用於汽車專用的清洗劑中。
實施例6
一種洗滌產品專用酶製劑的造粒方法，包括如下步驟：
⑴發酵、淨化及一次過濾得到酶液：絲狀真菌和黑麴黴菌在發酵罐內發酵，發酵液進行淨化，使發酵殘渣和菌體凝聚成絮狀物，使酶分子留在水中，過濾得到酶液；
⑵鹽析及二次過濾：酶液鹽析，靜置使蛋白酶沉澱，過濾得到酶泥；
⑶酶泥研磨及混合攪拌：
將酶泥與二氧化矽預混合，其中酶泥與二氧化矽的質量比為1:20，混合靜置10小時，酶泥經溼磨成泥漿使酶活力損失不超過7％，然後把研磨的酶泥加30％重量比的氯化鐵、6％重量比膨潤土、5％重量比的4-溴-3-氟苯磺醯胺、1.3％重量比的脂肪醇聚氧乙烯醚(帶7個EO鏈)和10％重量比的纖維素混合攪拌，攪拌速度50r/min，時間為40min；
⑷擠壓成型、塗層及乾燥：
混合後的酶泥混合物在立式擠壓機中的擠壓道形成酶顆粒，擠壓攪拌速率為35r/min，擠出篩網為2mm；酶顆粒表面採用10％重量比TiO2與聚醚(質量比為1:2)的混合溶液塗覆層後，乾燥，即得纖維素酶和脂肪酶複合酶顆粒。該複合顆粒可用於列車專用的洗滌劑中。
實施例7
一種洗滌產品專用酶製劑的造粒方法，包括如下步驟：
⑴發酵、淨化及一次過濾得到酶液：枯草芽孢桿菌和絲狀真菌在發酵罐內發酵，發酵液進行淨化，使發酵殘渣和菌體凝聚成絮狀物，使酶分子留在水中，過濾得到酶液；
⑵鹽析及二次過濾：酶液鹽析，靜置使蛋白酶沉澱，過濾得到酶泥；
⑶酶泥研磨及混合攪拌：
將酶泥與二氧化矽預混合，其中酶泥與二氧化矽的質量比為1:0.5，混合靜置9小時，酶泥經溼磨成泥漿使酶活力損失不超過9％，然後把研磨的酶泥加50％重量比的氯化鈣、7％重量比膨潤土、10％重量比的丙二醇、0.7％重量比的烷基糖苷(帶12個C鏈)和4％重量比的纖維素混合攪拌，攪拌速度30r/min，時間為25min；
⑷擠壓成型、塗層及乾燥：
混合後的酶泥混合物在立式擠壓機中的擠壓道形成酶顆粒，擠壓攪拌速率為45r/min，擠出篩網為3mm；酶顆粒表面採用5％重量比TiO2與PVA(質量比為3:2)的混合溶液塗覆層後，乾燥，即得澱粉酶和纖維素酶複合顆粒。該複合顆粒可用於汽車專用的清洗劑中。
實施例8
一種洗滌產品專用酶製劑的造粒方法，包括如下步驟：
⑴發酵、淨化及一次過濾得到酶液：鏈黴菌和絲狀真菌在發酵罐內發酵，發酵液進行淨化，使發酵殘渣和菌體凝聚成絮狀物，使酶分子留在水中，過濾得到酶液；
⑵鹽析及二次過濾：酶液鹽析，靜置使蛋白酶沉澱，過濾得到酶泥；
⑶酶泥研磨及混合攪拌：
將酶泥與二氧化矽預混合，其中酶泥與二氧化矽的質量比為1:10，混合靜置2小時，酶泥經溼磨成泥漿使酶活力損失不超過8％，然後把研磨的酶泥加25％重量比的氯化鈉、2％重量比膨潤土、13％重量比的1,2,4－三羥基丁醇、0.2％重量比的脂肪醇聚氧乙烯醚(帶3個EO鏈)和11％重量比的纖維素混合攪拌，攪拌速度40r/min，時間為30min；
⑷擠壓成型、塗層及乾燥：
混合後的酶泥混合物在立式擠壓機中的擠壓道形成酶顆粒，擠壓攪拌速率為50r/min，擠出篩網為0.5mm；酶顆粒表面採用7％重量比TiO2與PVP(質量比為1:2)的混合溶液塗覆層後，乾燥，即得蛋白酶和纖維素酶顆粒。該複合顆粒可用於汽車專用的清洗劑中。