DD263790A1 - Verfahren zur herstellung eines granulierten proteaseproduktes - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung eines granulierten Proteaseproduktes. Sie ist insbesondere anwendbar zur Herstellung von Milchgerinnungsproteaseprodukten. Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit geringem technisch-technologischem Aufwand Proteaseprodukte herzustellen, die nicht nur eine gute Enzymstabilitaet, Rieselfaehigkeit und Lagerstabilitaet aufweisen, sondern auch bei Einsatz in der Milchindustrie unkompliziert anwendbar sind. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass eine waesserige Proteaseloesung oder Protease-Kulturloesung mit einem Trockensubstanzgehalt von 2...4% und einer Enzymaktivitaet von etwa 2 000...4 000 Milchgerinnungseinheiten/ml auf in einem Wirbelschichtgranulator befindliche, die Tertiaerstruktur der Protease bei Rekonstitution stabilisierende Traegerstoffe, wie Magermilchpulver und/oder dextrinhaltige Stoffe, bei einer Produkttemperatur von 30...50C aufgesprueht, anschliessend die der Enzymaktivitaet im Endprodukt fuer die Milchgerinnung notwendige Menge Stabilisator zugegeben und das entstehende granulierte Proteaseprodukt mit Magermilch und/oder Maltodextrinloesung ummantelt und auf einen Feuchtegehalt von etwa 2% getrocknet wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines granulierten Proteaseproduktes. Sie ist insbesondere anwendbar zur Herstellung von Milchgerinnungsproteasen.
Zur Erhöhung der Lagerstabilität und Verbesserung der Handhabbarkeit werden Enzympräparate in zunehmendem Maße als Trockenprodukte hergestellt. Bekannt sind insbesondere Verfahren zur Herstellung trockener Enzymprodukte für die Anwendung in Reinigungs- und Waschmitteln.
Die Trocknung erfolgt dabei nach bekannten Verfahren wio Vakuumtrocknung, Gefriertrocknung, Sprühtrocknung, Granulationstrocknung auf Telleranlagen oder auch durch Einschluß in Mikrokapseln.
Herkunftsbedingte Begleitstoffe, wie Fremdproteine, Schleimstoffe u.a. müssen vor der Trocknung aus den Enzymlösungen entfernt und die Enzymlösungen konzentriert werden.
Problematisch bei allen Verfahren sind die zum Teil erheblichen Enzymverluste, die auf geringe Temperaturstabilität, starke Hygroskopie und eine hohe Empfindlichkeit der Enzyme gegen Befall und Abbau durch Mikroorganismen zurückzuführen sind.
Eine Verfahrensauslegung, bei der einerseits keine Hitzedenaturieruncj auftritt und andererseits aber auch die Produkte keine zu hohe Restfeuchte mehr aufweisen und nicht hygroskopisch reagieren, was zum Verkleben und Versetzen der Anlagenteile führt, ist daher nur mit hohem technisch-technologischem Aufwand realisierbar.
Dies ist insbesondere bei der Sprühtrocknung (siehe DE-OS 3141498 und DE-OS 3044454) der Fall, die zwar eine schonende Trocknung der Enzyme ermöglicht, bei der jedoch infolge der starken Hygroskopie des Produktes hohe Enzymverluste durch das Verkleben der Anlagen auftreten. Durch Zusatz von Stabilisatoren und Füllstoffen wird dieser Nachteil umgangen, das Verfahren wird jedoch ökonomisch uneffektiv und die Produkte teuer. Außerdem ergeben sich aus den Zusätzen (z. B. Cobalt- und Mangansalzen) Probleme bei der Applikation der Enzyme bzw. bei Einsatz in der Lebensmittelindustrie.
Bei der Sprühtrocknung kommt es darüber hinaus auch durch ungenügende Abtrennung herkunftsbedingter Begleitstoffe wie Fremdproteine, Schleimstoffe u. c. zu einem Verkleben der Anlagen. Durch zusätzliche aufwendige Verfahrensschritte müssen diese Stoffe restlos aus der zu trocknenden Enzymlösung entfernt werden.
Probleme bei der Anwendung treten auch beim Verkapseln von Enzymen bzw. bei dem Einbetten von Enzymen in geeignete Trägerstoffe (siehe US-PS 4266029, DE-OS 2060095, US-PS 4116771) auf. Nicht immer sind die Trägermaterialien für den Anwendungsbereich der Enzyme geeignet und zugelassen. Außerdem sind diese Verfahren derzeit noch sehr teuer und können nur für hochwertige Spezialprodukte angewendet werden.
In der DE-OS 2354791 wird ein Verfahren zur Herstellung von feston Enzymgranulaten für die Verwendung in Reinigungsmittelzusammensetzungen beschrieben. Eine Protease und anorganische Salze enthaltende Enzymlösung wird in einem Lödige-Mischer auf granulatförmiges Natriumpolyphosphat zerstäubt. Auf die so hergestellten Granulenkerne wird eine wässerige, Dextrin und Glukose enthaltende Lösung zerstäubt.
Die entstehenden Granulate werden anschließend in einem Wirbelbett getrocknet.
In der DE-OS 3336235 wird ein Verfahren zur Herstellung eines granulatförmigen immobilisierten Enzyms beschrieben. In einem ersten Schritt wird nur ein Trägergemisch, bestehend aus einem Bindemittel (z. B. Gelatine, Kasein, Agar, Alginat) und einem feinteiligr.n inerten Füllstoff (z. B. Ton, gemahlenes Glas, Asbest, Ruß, Metallstaub) hergestellt.
Anschließend wird das Trägergemisch in einem zweiten Vsrfahrensschritt im Wirbelbett mit der Enzymlösung und einem Vernetzungsmittel besprüht und getrocknet. Nach diesem Verfahren werden sehr harte Enzympräparate mit einem Anteil von 20...30% Enzym-Trockensubstar.z erhalten.
Nachteile dieser beschriebenen Verfahren sind eine sehr aufwendige Technologie und Technik und der stark eingeschränkte Anwendungsbereich der Enzymprodukte durch die im Produkt enthaltenen Träger-, Füll- und Hilfsstoffe, bzw. die eingesetzten Stabilisatoren.
Nach DD-WP 229590 wird ein Verfahren zur Herstellung eines granulierten Enzympräparates beschrieben, bei dem eine Proteaselösung mit einem Trockensubstanzanteil von 10...30% auf in der Wirbelschicht befindliche Proteasegranulate mit einem Durchmesser von 0,5...2mm aufgedüst wird.
Haben die Granulate einen Durchmesset von 3mm erreicht, verlassen sie über einen klassierenden Abzug die Wirbelschicht urd werden in einem Fließbettkühler abgekühlt.
Der Produktstrom von 15kg/h wird in 2 Stoffstrome geteilt, wobei 6kg/h mit einer Feuchte von 8% der Lagerung zugeführt werden und 9 kg/h auf eine Korngröße von 0,5... 2 mm zerkleinert und der Wirbelschicht zur Aufrechterhaltung des Granulierprozesses zugeführt werden.
Hin wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist die hohe Temperaturbelastung des Enzyms und die damit zwangsläufig verbundene Abnahme der Enzymaktivität durch Verwendung des granulierten und vermahlenen Enzymproduktes als Vorlage.
Zusätzlich entsteht ein Aufwand für das Vermählen der Granulate.
Da nur 40% des entstehenden Enzymproduktes der Lagerung bzw. der Verwendung zugeführt werden, ist das Verfahren insgesamt wenig effektiv.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit geringem technisch-technologischem Aufwand granulierte Proteaseprodukte, insbesondere MilchgerinnungsproteaseprocJukte, herzustellen, die eine gute Enzymaktivität aufweisen, lagerstabil, riesol- bzw. fließfähig und in ihrer Anwendung unkompliziert sind.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahrensbedingungen aufzuzeigen, bei denen, ausgehend von einer Enzymlösung geringer Aktivität, die Konzentrierungs-, Granulierungs- und Trocknungsprozesse in oiner solchen Weise durchgeführt werden, daß stabile lagerfähige Proteasegranulate mit gegenüber der Ausgangslösung erhöhter Enzymaktivität entstehen. Gleichzeitig sollen die Verfahrensbedingungen so gestaltet werden, daß Proteasegranulate entstehen, die in ihrer Anwendung in der Milchindustrie unkompliziert sind. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine wässerige Proteaselösung bzw. Proteasekulturlösung mit einem Trockensubstanzgohalt von 2...4% und einer F.nzymaktivität von etwa 3000 Milchgerinnungseinheiten/ml auf ein in einem Wirbelschichtgranulator (WSG) befindliches Trägermaterial unter Erreichung einer Produkttemperatur von 30... 500C in der Weise aufgesprüht wird, daß das Endprodukt mindestens 10000 Gerinnungseinheiten/g aufweist. Als Trägermaterial werden die Tertiärstruktur der Protease bei Rekonsticu.ion stabilisierende Stoffe, wie zum Beispiel Magermilchpulver und/oder dextrinhaltige Stoffe, verwendet. Das Aufsprühen der Proteaselösung erfolgt also bei definierter Produkttemperatur von 3O...5O°C, indem die Temperatur der trocknenden und das Wirbelbett erzeugenden Zuluft 70...8O0C beträgt.
Anschließend wird auf das wirbelnde Gemisch eine etwa 40%ige wässerige Lösung Kalziumchlorid aufgesprüht, wobei das Verhältnis Kalziumsalz zu Enzymaktivität im Endprodukt so gewählt wird, daß ein nochmaliger Zusatz von Kalziumsalz bei der Anwendung der Milchgerinnungsprotease entfallen kann. Die Kalziumsalzlösung kann zusätzlich Molkereihilfsstoffo enthalten.
Gemäß einer Ausführungsvariante ist es auch möglich, die Kalziumsalzlösung in der erforderlichen Menge gemeinsam mit der Proteaselösung auf das im WSG befindliche Trägermaterial aufzusprühen. Auf die im WSG sich bildenden Enzymgranulate werden zur Verbesserung der Lagerstabilität und Erhöhung der fliesel- bzw. Fließfähigkeit der Granulate Magermilch und/oder eine Maltodextrinlösung die Zusatzstoffe zur Verhinderung des mikrobiellen Befalls der Proteasegranulate, wie zum Beispiel Natriumbenzoat oder -sorbat enthalten kann, aufgesprüht.
Das Wesen der Erfindung besteht demnach darin, daß eine wässerige Proteaselösung, insbesondere Milchgerinnungsprotease, bzw. eine Proteasekulturlösung mit einem Trockensubstanzgehalt von 2.. .4% und einer Enzymaktivität von etwa 2000...4000 Milchgerinnungseinheiten/ml auf in einem WSG befindliche, die Tertiärstruktur der Protease bei Rekonstitution stabilisierende Trägerstoffe, wie Magermilchpulver und/oder dextrinhaltige Stoffe bei einer Produkttemperatur von 30...500C aufgesprüht wird, erschließend die der Enzymaktivität im Endprodukt für die Milchgerinnung notwendige Menge Stabilisator, insbesondere Kalziumchlorid, in Form einer 35...50%igen Lösung, die gegebenenfalls noch Molkereihilfsstoffe wie Citrate und/oder Azotate und/oder Phosphate enthält, zugegeben wird und das entstehende granulierte Proteaseprodukt mit Magermilch und/oder Maltodextrinlösung, die gegebenenfalls bakterizide Stoffe, wie Natriumbezoat und/oder -sorbat enthält, ummantelt und auf einen Feuchtegehalt von etwa 2% getrocknet wird.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch Ausnutzung der in der Wirbelschicht in einem Arbeitsschritt durchführbaren Verfahrensschritte Mischen, Granulieren und Trocknen, ausgehend von einer Proteaselösung oder auch einer Protease-Kulturlösung, die noch Beimengungen enthält, die bei anderen Trocknungsverfahren erheblich stören, ohne wesentlichen Aktivitätsverlust ein Produkt erhalten wird, das abgesehen von guter Riesel- bzw. Fließfähigkeit nicht nur eine ausgezeichnete Lagerstabilität aufweist, sondern gleichzeitig für den Einsatz in der Milchindustrie optimal zusammengesetzt ist. Das heißt, Arbeitsschritte, die bei Anwendung der bisher bekannton flüssigen oder trocknen Milf.hgerinnungsproteasen notwendig sind, können entfallen. So bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß enzymstabilisierende und enzymeffektivierende Substanzen, vorzugsweise lösliche Kalziumsalze, die sonst beim Einsatz von Enzymen getrennt zugesetzt werden, entweder zusammen mit der Proteaselösung auf das im WSG befindliche Trägermaterial gesprüht werden oder daß Proleaselösung und enzymstabilisierende und enzymeffektivierende Substanzen getrennt nacheinander auf das Trägermaterial gesprüht werden.
Überraschender Weise hat sich gezeigt, daß das Verfahren eine Trocknungstemperatur zuläßt, die oberhalb der Inaktivierungstemperatur der Protease liegt. Das heißt, die zu erwartende Denaturierung der Protease tritt nicht ein und die angewandte Temperatur ermöglicht eine Trocknung bis auf einen Feuchtegehalt von etwa 2%.
Die erfindungsgemäßen Varianten des gleichzeitigen oder getrennten Aufsprühens bieten darüber hinaus den Vorteil, den Verfahcensablauf in bezug auf Temperatur der Zuluft und Verweildauer im WSG an die Tempciraturstabilität der einzusetzenden Prcteaselösung anzupassen, es hat sich gezeigt, daß auch bei längerer Verweildauer der Proteaselösung im WSG die Stabilisatoren, wenn sie zusammen mit der Proteaselösung auf das Trägermaterial gesprüht werden, den Verfahrensablauf so günstig beeinflussen, daß sogar oberhalb der Inaktivierungstemperatur der Protease, bei Milchgerinnungsprotease oberhalb 40°C, getrocknet werden kann und damit die Verweildauer im WSG bei gleichzeitiger Erzielung einer gegenüber bekannten Verfahren niedrigeren Restfeuchte verkürzt werden kann.
Dabei ist ein wesentlicher Faktor für das Verhalten der Protease bei diesen Temperaturen offensichtlich in dem Zusammenwirken vcn ausgewähltem Trägermaterial und Milchgerinnungsstabilisatoren zu sehen.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die Proteaselösung, enigegen z.B. der Verfahrensweise nach WP 229590, nicht auf arteigene Trägerstoffe gesprüht wird (also fertiges Proteasegranulat), sondern das Trägerstoffe eingesetzt werden, die gleichzeitig die Tertiärstruktur der Frotease bei Rekonstitution stabilisieren. Zur Stabilisierung von wässerigen Enzymlösungen in ihrer räumlichen Struktur werde:· im allgemeinen wasserlösliche Polyalkohole, Stärke oder Gelatine, daher quellende Substanzen, eingesetzt. Diese Stoffe sind für Proteasen, die in der Milchindustrie eingesetzt werden nicht geeignet. So bietet das Verfahren den Vorteil, daß Stoffe im WSG vorgelegt werden, die eine Doppelfunktion ausüben, indem sie einmal als Trägermaterial dienen, zum anderen für den speziellen Anwendungszweck in der Milchindustrie eine stabilisierende Funktion übernehmen.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß durch Ummanteln der entstehenden Granulate mit Lösungen oder Dispersionen aus Magermilchpulver und/oder Dextrinen und geringen Mengen bakterizider Substanzen die Lagerstabilität erhöht und das Risiko des mikrobiellen Befalls verringert wird.
Die nach dem erfindungsgemäßon Verfahren hergestellten Produkte haben neben den bereits aufgeführten guten Gebrauchseigenschaften einen Feuchtegehalt, der mit etwa 2% wesentlich unter dem bekannter Produkte liegt, und eine um das 3~5foche erhöhte Enzymaktivität gegenüber der Ausgangslösung. Sie sind etwa 12 Monate haltbar. Durch ihre optimale Zusammensetzung und unkomplizierte Anwendbarkeit führen die erfindungsgemäß hergestellten Produkte zu ein :,· wesentlichen Verbesserung der bei der Milchgerinnung und Käseproduktion ablaufenden Prozesse.
Die Erfindung wird an 2 Beispielen näher erläutert.
Ausführungcbeispiele
In einem WSG werden 20kg Magermilchpulver (sprühgetrocknet) in einem Luftstrom bewegt und dabei gemischt. Auf den Trägerstoff werden 75I einer Enzymlösung mit einem Trockensubstanzgehalt von 3% aufgesprüht. Die Enzymlösung hat eine Proteaseaktivität von 2000 Milchgerinnungseinheiten/ml. Die Verfahrensparameter im WSG werden so gewählt, daß die Produkttemperatur 40°C beträgt. Dazu wird die Temperatur der Zuluft auf 70...8O0C eingestellt. Die entstehenden Granulate weraen mit 221 einer 40%igen Kalziumchloridlösung besprüht. Anschließend wird das granulierte Proteaseprodukt mit 201 Magermilch, die 250g Natriumbenzoat enthalten, ummantelt und bis auf einen Feuchtegehalt von 2% getrocknet. Das granulierte Proteaseprodukt hat eine Enzymaktivität von etwa 10000 Milchgerinnungseinheiten/g.
In einem WSG werden 10kg Magermilchpulver (sprühgetrocknet) und 10kg Maltodextrin in einem Luftstrom bewegt und dabei gemischt. Auf die wirbelnden Trägerstoffe werden 381 einer Enzymkulturlösung mit einem Trockensubstanzgehnlt von 4% zusammen mit 221 einer 40%igen Kalziumchloridlösung die zusätzlich noch Phosphat- und Zitratsalze enthält, besprüht. Die Enzymkulturlösung hat eine Proteaseaktivität von 4000 Milchgerinnungseinheiten/ml. Die Verfahrensparameter werden so eingestellt, daß die P.odukttemperatur 450C beträgt. Das entstehende granulierte Proteaseprodukt wird mit einer Lösung, die 2 kg Maltodextrin und 200g Natriumsorbat enthält, ummantelt und auf einen Feuchtegehalt von 2% getrocknet. Das granulierte Proteaseprodukt hat eine Enzymaktivität von etwa 10000 Milchgerinnungseinheiten/g.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines granulierten Proteaseproduktes, insbesondere eines Milchgerinnungs sroteaseproduktes, unter Anwendung der Wirbelschichttechnik, dadurch gekennzeichnet, daß eine wässerige Proteaselösung bzw. eine Proteasekulturlösung mit einem Trockensubstanzgehalt von 2...4% und einer Enzymaktivität von etwa 2000...4000 Milchgerinnungseinheiten/ml auf in einem Wirbelschichtgranulator befindliche, die Tertiärstruktur der Protease bei Rekonstitution stabilisierende Trägerstoffe, wie Magermilchpulver und/oder dextrinhaltige Stoffe, bei einer Produkttempeiatur von 30... 500C aufgesprüht wird, anschließend die der Enzymaktivität im Endprodukt für die Milchgerinnung notwendige Menge Stabilisator, insbesondere Kalziumchl-vid, in Form einer 35...50%igen Lösung zugegeben wird und das entstehende gr£ jlierte! r\ ,aseprodukt mit Magermilch und/oder Maltodextrinlösung ummantelt und auf einen Feuchtegehalt von etwa 2% getrocknet wird.
2. Verfahren nach Pkt. 1, dadurch s jkennzeichnet, daß die für die Milchgerinnung notwendige Menge Stabilisator zusammen mit der Proteaselösung auf die Trägerstoffe gesprüht wird.
3. Verfahren nach Pkt. 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisatorlösung nach Molkeioinilfsstoffe, wie zum Beispiel Citrate und/oder Phosphate, enthält.
4. Verfahren nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ummantelung des granulierten Proteaseproduktes mit Magermilch und/oder Maltodextrinlösung bakterizide Stoffe, wie zum Beispiel Natriumbenzoat und/oder -sorbat zugegeben werden.
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