13. Микрокапсулирование и гранулирование ферментных препаратов

Неблагоприятные условия применения ферментных препаратов приводят к быстрому их инактивированию, увеличению расхода и снижают экономический эффект процесса. Поэтому заключение фермента в полупроницаемую оболочку в ряде случаев позволяет защитить его от воздействия внешних факторов.

Микрокапсулирование дает возможность многократного использования фермента, а также вывода из процесса в случае, если дальнейшее его пребывание в субстрате нежелательно. Заключение ферментного препарата в капсулу устраняет контакт рабочего персонала с ферментами, что важно с точки зрения повышения безопасности труда [10].

Полупроницаемая оболочка капсулы должна иметь небольшой размер пор, иначе фермент будет вымываться. В свою очередь, субстрат должен быть низкомолекулярным, чтобы проникнуть в капсулу, где он подвергается каталитическому воздействию фермента и удаляется во внешнюю среду. Это основной недостаток, ограничивающий применение микрокапсулирования для многих ферментных препаратов. Тем не менее к ряду ферментов (каталаза, глюкозоизомераза, β-фруктофуранозидаза, β-галоктозидаза) этот метод вполне применим.

Размеры капсул составляют от нескольких нанометров до нескольких миллиметров. Толщина полупроницаемой оболочки, ее механические и физико-химические свойства зависят от вида полимера, способа микрокапсулирования и условия применения капсул.

Оболочки микрокапсул представляют собой полимеры животного (казеин, желатин, альбумин) или растительного происхождения (КМЦ, метилцеллюлоза, ацетатцеллюлоза, нитроцеллюлоза), синтетические поли-меры (поливинилацетат, полиакриламид, поливиниловый спирт). Поскольку многие из них токсичны, область их применения, к сожалению, ограничена.

Процесс микрокапсулирования осуществляют двумя способами – химическим или физическим.

Химическое микрокапсулирование – образование пленки на границе раздела фаз при реакциях полимеризации и поликонденсации.

Физическое микрокапсулирование – вакуум-напыление, микрокапсулиро-вание в псевдоожиженом слое, а также процесс при взаимодействии аэрозолей, имеющих различный электрический заряд.

Наиболее часто используют химический способ. Используют органический растворитель, частично смешивающийся с водой, но хорошо растворяющий полимер, добавляют к нему ферментный препарат и интенсивно диспергируют смесь в среде насыщенного водного раствора хлорида, сульфата, нитрата или фосфата натрия, калия, аммония или кальция до получения частиц размером 5–20 мм. Затем из смеси под вакуумом удаляют органический растворитель, и ферментный препарат оказывается заключенным в полупроницаемые полимерные оболочки. Этот процесс является дорогим, и используется лишь в тех случаях, когда без него невозможно обойтись.

Более широко, чем микрокапсулирование, используется метод гранулирования ферментных препаратов [10]. Гранулирование обычно связывают с необходимостью ликвидировать пыление ферментного препарата и чаще всего применяют для препаратов, предназначенных к использованию в составе синтетических моющих средствах. Гранулы должны быть близки по размерам к гранулам других компонентов стиральных порошков, прочными в сухом виде и не измельчаться, однако при контакте с водой легко и полностью растворяться в реакционной среде.

Гранулы ферментных препаратов можно получить окатыванием, прессованием, таблетированием, в псевдокипящем слое (см. рис. 13.1). В различных грануляционных установках совмещается несколько процессов – увлажнение, смешивание, гранулирование и сушка получаемых гранул.

Рис. 13.1. Установка для гранулирования ферментных препаратов в псевдокипящем слое:

1 – приемная емкость; 2 – пневматический ци­линдр; 3 – резиновый конус; 4, 9 – клапаны;

5 – калорифер; 6 – фильтр; 7 – вентилятор; 8 – сегментная камера; 10 – рукавный фильтр;

11 – форсунка; 12 – камера; 13 – пер­форированное днище; 14 – емкость для жидкости

Недостатком метода гранулирования является возможность возникновения высоких зарядов статического электричества.

Производительность большинства грануляторов колеблется в пределах 0,2–600 кг/ч.

Для ферментных препаратов в виде гранул используют также гранулирование методом прессования. В России щелочную протеиназу

(Протосубтилин Г10х) гранулируют методом экструзии с последующим окатыванием до гранул сферической формы.

Предварительно ферментный препарат смешивают с расплавлен­ным ПАВ и затем направляют в корпус двухшнекового экструдера, где смесь прессуют и продавливают через отверстия нуж­ных размеров. Окатывание гранул до сферической формы осуществляют в центробежном аппарате. Смесь должна содержать не менее 37–40 % наполнителей (типа алкилоамида). Если подобных наполнителей не добавлять, из экструдера будет выходить неокатываемая порошко­образная масса.