专利名称：酶液的流化床制粒工艺及设备的制作方法
技术领域：
本发明属于酶的制粒＊、干燥、涂膜方面的工艺和设备，是一个直接由浓缩的酶发酵液直接连续制取胶囊型的颗粒酶制剂的方法。本发明的工艺及设备可广泛应用于化工、冶金、医药、饲料及生化制剂的制粒、干燥、涂膜等方面。
随着生物技术的广泛发展，酶在国民经济中的应用日益广泛，但酶易分解失活且应用粉状酶尘害严重，污染环境，危害工人健康，因此酶的制粒，酶粒的涂膜工艺受到广泛重视和研究。
近30年来颗粒酶制剂的生产方法得到很大的发展，现有的生产颗粒酶制剂的技术大体可分为两大类第一类，固体混合法。酶的固体浓缩物(酶泥、酶粉)与充填剂、粘结剂、辅料等混合后用摇摆机或挤压机制粒。代表性的工艺为挤压成型制粒，如丹麦NOVO公司即用此法生产碱性蛋白酶颗粒，制粒后进行流化床包膜。我国国内也主要用此工艺制粒成型，但无涂膜。此法能连续生产，产品颗粒均匀，但生产工艺流程长，设备多，效率低，颗粒大小受限制，且易发生局部过热而导致酶失活，酶收率低。
第二类，核心颗粒载酶法。予先将载体粉料制成颗粒(核心)，然后将浓缩酶液、粘结剂直接加到载体核心上，代表性工艺为流化床法。此法可直接使用酶液，处理能力大，间歇操作，产品粒度分布宽，同时需先用转鼓机，园盘选粒机或流化床等制备载体核心颗粒，如日本专利
1-162，185，美国专利4，689，297。
为改进现有的颗粒酶制剂在我国生产的工艺落后和设备效率低的现状，改善工人劳动条件，减少环境污染及人体皮肤的伤害，同时为现在已有技术中应用流化床干燥制粒存在不能连续操作、产品粒度分布宽、工序复杂、成本高等问题，本发明提供一个高效，高能力的酶颗粒制备工艺和设备。
本发明是一种生产颗粒酶制剂的新工艺，为实现此新工艺本发明也开发出一种高效的新设备，可以同时完成干燥、制粒、分级、涂膜几个工序，实现连续操作。由于酶制剂在较高温度下易失活，特别是湿含量高时，因此干燥需在低温下进行。
本发明的制粒工艺过程是将水溶性的载体粉末由加料器连续地加入到制粒流化床中。在空气为流化气和热空气为旋转气流的作用下呈悬浮、旋转运动装态;经浓缩后的酶发酵液或酶泥制浆液与粘结剂经喷咀输送到制粒流化床中并均匀地喷洒到在床中流化了的载体粉末上，在载体微粒间形成“液桥”粘附成微小核心颗粒，然后在核心的表面一层一层粘附长大，形成颗粒。在热气流作用下，溶剂被蒸发，颗粒不断被干燥。流化床干燥温度以不影响酶活力而选定。流化气速和旋转气速依颗粒粒度，比重及床层物料量而选定，使欲干燥的酶粒在流化床中物料呈悬浮和强烈的旋转状态，增强传热传质过程，促进颗粒长大;待颗粒长大到指定的尺寸后，在分级气流的作用下，经分级管自动地排出进入到涂膜流化床中。涂膜液用泵打入喷咀经空气雾化喷洒到颗粒表面，在热空气的流化气流作用下使颗粒再次干燥，而在载酶颗粒的表面形成一层薄膜使之与大气隔离，从而可使载酶颗粒得以长期贮存保持活性。涂膜后的颗粒由排料口排出。
本发明工艺生产过程中可以很方便地根据需要调节分级管内气体速度，控制所得产品粒度大小。如对于用作洗衣粉添加剂的碱性蛋白酶，只要控制分级管中的气体速度在4.2-5.2米/秒范围，可制得相当于洗衣粉粒度(-18～+65目)占95%以上的颗粒酶产品。
本发明工艺生产酶颗粒产品的活力单位大小，视浓缩酶液原料活力单位及加入粘结剂的量而定，可用改变酶液与粘结剂的比例进行调节。如用8-20万活力单位/毫升的浓缩酶液为原料，粘结剂与酶液的比例在0.10-1.2范围内调节，可制得1-10万活力单位/克的颗粒酶。
本发明所采用的水溶性载体粉末可以十分广泛，只要对酶无付作用而对后续的过程有利或无害的可溶性粉末均可以应用，如NaCl，NaHCO3，等等。在制备洗衣粉用添加剂的碱性蛋白酶粒时，可采用无水硫酸钠或三聚磷酸钠等，平均粒度120-150目，此时酶液中加入少量聚乙烯吡咯烷酮、明胶可增加酶的稳定性，加入量为0.1-2.0克/升。
本发明所用粘结液有两类，一类是以稀释的水玻璃为粘结剂pH＝10-13，其中配入少量饴糖，粘结剂粘度10-30 C.P.;一类是黄糊精、淀粉等水溶液或是将黄糊精、淀粉直接溶入至酶液中配成粘结剂，粘度为40-150 C.P.。
本发明所用的涂膜剂可以是脂肪酸脂，烷氧基醇，聚乙烯醇等，在制备碱性蛋白酶粒时，采用的涂膜剂为水溶性高分子材料聚乙二醇，其分子量为5，000-10，000，用量为0.1-0.5%。
为配合本发明工艺改进的流态化反应器由制粒流化床和涂膜流化床组成，由制粒流化床的气室使之与涂膜流化床同轴联接成一体，其中安装有分级管;制粒流化床亦可与涂膜流化床分开用L伐或星形伐等相连。
图1为制粒流化床与涂膜组合成一体的结构示意图。
图2为制粒流化床与涂膜流化床分开相互间以L伐或星形伐等相连的结构示意图。
图3为流化床中气力分级管及助涂结构示意图。
图4为制粒流化床中引进旋转气流的切向喷管结构示意图。
图5为气力分级管下部助涂结构放大示意图。
其中1、贮料斗，螺旋加料器2、制粒流化床分布板3、气室4、气力分级管5、产品排出口6、涂膜流化床分布板7、气体入口8、喷咀9、分级气入口10、旋转气体入口11、空气加热炉12、喷咀A、制粒流化床B、涂膜流化床Q、金属网R、锥形挡体S、锥形缩口现结合附图为例进一步说明本发明的设备。
本发明的流化床设备系由制粒锥形流化床(A)与涂膜锥形流化床(B)两个流化床组合而成，通过制粒流化床(A)的分布板(2)下方的气室(3)与涂膜流化床(B)同轴相连(图1)，在制粒流化床(A)中，载体物料从床上部由螺旋加料器加入，近分布板(2)上方四周均匀分布有切向喷管(13)，经予热的旋转气流(10)由喷管沿切向进入床层，从而使床层物料产生旋转运动，对于尺寸较大的流化床在床层中部还装有辅助的切向喷管，以增强床层旋涡运动，提高造粒效率，强化传质传热过程，流化气则从分布板(2)下方气室(3)引入，使床层物料流化，分布板为一直孔多孔板，气力分级管上端固接并开口在分布板(2)中央，下部伸入涂膜流化床(B)中，酶液则用泵打入喷咀(12)用空气雾化后均匀地喷洒在沸腾的载体上，涂膜流化床也是一带有多孔分布板的锥形床，流化气体(7)从分布板(6)下方进入，喷咀(8)安放在分级管(4)下端，涂膜液用泵打入喷咀(8)经空气雾化后喷洒在加酶后的颗粒酶上，涂膜后产品从排料口(5)排出;涂膜锥形床也可以与制粒流化床分开为二个独立的流化床，二者之间用L伐或星形伐相联接(图2)，从制粒流化床(A)制得的颗粒酶产品通过L伐或星形伐直接加入到涂膜流化床(B)中，涂膜液用泵打入安装在床顶部的喷咀(8)经空气雾化后喷进床中，流化气(7)则从床底部经分布板(6)进入床中，涂膜颗粒从排料口(5)排出。将制粒流化床与涂膜流化床分开通过L伐或星形伐等串接成一体，涂膜流化床可以连续操作，也可间歇操作，可以使操作调控范围更宽。
本发明设备配置的气力分级管，根据颗粒比重调节分级管中气速，即可调控产品粒级，气力分级管的长径比L/D＞15-20，可设计成直管也可做成曲折管形式。
本发明设备中分级管下部可安装一助涂结构，该结构由一锥形挡体(R)和锥形缩口(S)组成(图3)，涂膜喷咀(8)放置在(R)与(S)之间，目的是提高涂膜颗粒的均匀性。
本发明设备中分级管下部助涂结构的上部四周开有均匀的孔或槽其外面用金属网(40或60目)(Q)包裹，孔或槽的开口面积大于分级管的断面1.5-2.0倍，分级气流经孔或槽均匀地进入。
本发明工艺上的特点是流程短，设备少，载酶、制粒、干燥、分级、涂膜整个工艺过程可以在一个或两个设备中连续完成，所得产品粒度均匀，球形度高，颗粒大小可按需要进行控制，酶的活力单位高低也可调控，酶稳定性好，可长期保存，并可生产复合酶制剂，工艺无粉尘污染。
本发明在设备方面的主要特点，是在流化床中紧靠分布板的上方沿切线方向引入制粒、干燥的旋转气流(经予热的空气)产生强烈的旋转作用，强化了传热传质过程，促进了成粒。由于旋转气流不通过分布板，因而压力损失小，节省动力，同时由于分布板上设计有一气力分级管，保正了产品粒度更加均匀，在分级器内部设有助涂结构，改进了涂膜均匀性。制粒和涂膜流化床结构简单，可在一套设备中同时连续实现本发明的工艺过程要求。用本发明的工艺和设备可以很方便地制得10，000-50，000u/g的涂膜颗粒酶制剂，也可生产100，000u/g的颗粒酶。
实例一载体粉料为无水硫酸钠，粒度分布(%wt.)(目)+50 -50～+60 -60～+80 -80～+200 -200～+300 -300%wt. 0.10.2 9 55.6 19.415.7浓缩酶液136，000u/ml，粘结剂水玻璃溶液v＝10 C.P.，粘结剂/酶液＝1∶1.2;涂膜液聚乙二醇溶液，浓度2%，涂膜液喷入量600ml/hr，流化床Φ250/Φ500mm，锥体高500mm，上部园柱高 1.4m，流化气20-22M′/hr，分级气速4.2-4.6m/s，旋转气50-80m'/hr，t床≤50-70℃;可制得粒度18-65目的颗粒＞95%wt，22Kg/hr，活性12，700u/g，酶收率～85%，半年存活率95%。
实例二载体粉料为无水硫酸钠，粒度分布(%wt.)
-40 -60 -100 -120 -260(目) 1 1 1 1 1 -300+40 +60 +100 +120 +260 +300(%wt.) - 11.43 60.45 12.83 12.8 0.9 1.55浓酸酶液116，000u/ml;按0.25的比例将黄糊精溶入浓缩酶液中，加入明胶0.2g/L，v＝60C.P.，制粒流化床Φ100/Φ250mm，筒体高1.5米，流化气5M′/hr，旋转气14M′/hr，分级管气速5-5.2M/S，t床≤50-70℃;在Φ100/Φ300涂膜流化床中涂膜，涂膜液聚乙二醇，浓度2%，用量50ml/Kg酶颗粒，t涂＝40℃，得产品粒度18-65目粒级为95-98%wt，活性为20，000-48，000u/g，酶收率≥95%。
实例三载体及粘结剂同实例2，在酶液中加入少许聚乙烯吡咯脘胴，在Φ250/Φ500mm流化床制粒器中，流化气28M′/h，旋转气80M′/h，旋转气80M′/hr，分级气速4.2-4.6m/s，t床＝42-52℃，涂膜条件同例1，制得颗粒酶粒度18-65目，95.5%wt，酶收率＞95%。
权利要求
1.一种由浓缩酶液直接进行制粒、干燥、涂膜制取颗粒酶的方法，其特征在于以水溶性粉体物料作载体，加入到制粒流化床中，在空气为流化气和热空气为旋转气流的作用下呈悬浮、旋转运动状态；浓缩酶液和粘结液经喷咀喷洒在流化床中的载体上，连续地进行载酶、制粒、干燥；干燥温度以不影响酶的活力而选定，流化气和旋转气由颗粒粒度、比重及床中物料量选定；在以空气为分级气流的作用下，长大到指定粒度的载酶颗粒，经分级管自动排出进入到涂膜流化床，涂膜液经由喷咀均匀地喷涂在酶颗粒表面上，在热空气的流化气流作用下，在颗粒表面形成一层薄膜，制备涂膜的酶粒。
2.按权利要求1所述方法，其特征在于用调节分级气流来控制产品粒度;对于用作洗衣粉添加剂的碱性蛋白酶，只要控制分级管中的气体速度4.2-5.2米/秒，可制得相当于洗衣粉粒度的颗粒酶产品(-18目～+65目大于95%)。
3.按权利要求1、2所述方法，其特征还在于所制得的产品的活力单位可用改变酶液与粘结剂的比例进行调节，如用8-20万活力单位/毫升的浓缩酶液为原料，粘结剂与酶液的比例在0.10-1.2范围内调节，可制得2-10万单位/克颗粒酶。
4.按权利要求1、2所述的方法，其特征在于对碱性蛋白酶采用的水溶性载体为无水硫酸钠或三聚磷酸钠，其平均粒度为120-150目，在浓酶液中加入少量聚乙烯吡咯烷酮，明胶以增加酶的稳定性，加入量为0.1-2.0克/升。
5.按权利要求1、4所述的方法，其特征在于所用的粘结液有两类，以水玻璃为粘结液pH＝10-13，粘度为10-30C.P.;用黄糊精、淀粉、明胶等水溶液为粘结液，粒度为40-150C.P.。
6.按权利要1、4所述的方法，其特征在于所用的涂膜剂为水溶性高分子材料聚乙二醇，其分子量为5，000-10，000，用量为0.1-0.5%。
7.按权利要求1所述方法应用的设备，其特征在于整个装置是由制粒流化床(A)和涂膜流化床(B)二个流化床耦合组成;制粒流化床(A)是一个带有气力分级管(4)的锥形流化床，在分布板(2)上方沿床边沿四周均匀布有切向喷管(13)，经予热的旋转气流(10)由喷管(13)切向进入制粒流化床层下部，使床层物料产生旋涡运动;分布板(2)下为气室(3)与涂膜流化床(B)同轴联接成一体;气力分级管(4)上端固接并开口在分布板(2)中央，下部伸入涂膜流化床(B)中，酶液喷管(12)安装在制粒流化床上方;涂膜流化床(B)也是一带有多孔分布板的锥形床，流化气体(7)从分布板(6)下方进入，涂膜液喷咀(8)安放在分级管(4)下端，涂膜后产品从排料口(5)排出;涂膜流化床(B)也可以不与制粒流化床(A)组合在一起，而是分开为二个独立的流化床，二者之间用L伐或星形伐相联接;从制粒流化床(A)制得的颗粒酶产品，通过L伐或星形伐直接加入到涂膜流化床(B)中，涂膜液从安装在床顶部的喷咀(8)喷进床中，流化气体(7)则从床底部经分布板(6)进入床中，涂膜后的涂膜颗粒从排料口(5)排出。
8.按权利要求7所述的设备，其特点在于制粒流化床(A)上所配置的气力分级管(4)的长径比L/D＞15-20，可以是直管也可以是曲折管。
9.按权利要求7、8所述设备，其特点还在于A床与B床为一体时分级管下部可装有一助涂结构R-S，该助涂膜结构系由一锥形挡体(R)和锥形缩口(S)组成，涂膜喷咀(8)放置在(R)和(S)之间，此结构亦可应用在A床与B床分开时涂膜流化床(B)中。
10.按权利要求7、9所述设备，其特点还在于分级管下部助涂结构的上部四周开有均布的孔或槽，其外面用金属网(40或60目)(Q)包裹，孔或槽的开口面积大于分级管的断面积的1.5-2.0倍，分级气流由此进入分级管内。
全文摘要
本发明属于酶的制粒、干燥、涂膜的工艺和设备，是一个直接由浓缩的酶液连续制取胶囊型的颗粒酶制剂的新工艺，与引相应地开发出一个连续操作的新型流化床设备。在该设备中，能同时完成载酶、制粒、干燥、分级、涂膜等工序。产物酶的收率高，颗粒的粒度及酶的活力以很方便地调控，水溶性好，稳定性好，可以长期保存，本工艺无粉尘污染。本发明的工艺及设备可广泛应用于化工、冶金、医药、饲料及生化制剂的制粒、干燥、包涂等方面。
文档编号C12N9/98GK1051197SQ9010685
公开日1991年5月8日 申请日期1990年8月22日 优先权日1990年8月22日
发明者陈丙瑜, 夏麟培, 李燕燕, 方国平, 杨成砚 申请人:中国科学院化工冶金研究所