CZ433499A3

CZ433499A3 - Enzymové granuláty na bázi uhlohydrátů

Info

Publication number: CZ433499A3
Application number: CZ19994334A
Authority: CZ
Inventors: Rudolf Carolus Maria Barendse; Gabriel Marinus Henricus Meesters; Hans-Peter Harz
Original assignee: Dsm N. V.
Priority date: 1997-06-04
Filing date: 1998-06-04
Publication date: 2000-03-15
Also published as: HK1022718A1; CZ299636B6; PL337464A1; CA2292953A1; CA2292955A1; EP0986313A2; ID24116A; WO1998054980A2; CN1268029A; IL133280A0; SK167699A3; PT986313E; BR9809919B1; TR199903010T2; AU741828B2; ES2272005T3; GB2340834B; GB9928690D0; ID24680A; CN1315397C

Description

Enzymové granuláty na bázi uhlohydrátů

Oblast techniky

Vynález se týká formulace enzymů, výhodně krmných enzymů, ve formě granulátů obsahujících uhlohydrát (například škrob) a způsobu přípravy takových granulátů obsahujících enzymy. Tyto (jedlé) granuláty mohou být použity v krmivech pro zvířata.

Dosavadní stav techniky

Použití různých enzymů v krmivech pro zvířata, například v rámci živočišné výroby, se stalo téměř běžnou praxí. Tyto enzymy jsou obvykle vyráběny kultivací mikroorganismů ve fermentorech provozovaných v rámci velkovýroby průmyslovými výrobci enzymů. Po ukončení fermentace se rezultující fermentační břečka podrobí řadě filtračních stupňů za účelem oddělení biomasy (mikroorganismy) od požadovaného enzymu (v roztoku). Takto získaný roztok enzymu se potom prodává bud’ ve formě kapaliny (často až po přidání různých stabilizátorů) nebo se zpracuje na suchou formulaci.

Kapaliny s obsahem enzymu nebo suché formulace obsahující enzym jsou potom použity v komerčním měřítku při velkovýrobě krmiv. Kapalné formulace mohou být přidány ke krmivům až po jejich peletizaci, aby se zabránilo tepelné desaktivaci enzymu nebo enzymů, ke které by jinak mohlo dojít v průběhu peletizačního procesu. Avšak množství enzymů ve finálních krmných přípravcích je velmi malé, v důsledku čehož je velmi obtížné dosáhnout homogenní * 9 ·· 9 ·9 ·· 99 • 9 9 9 · · · · 9 9 · « • 9 · · 99999 99 99 9 99999999 9 9 9 9 9 9 9

9999 999 9999 99 ·9 distribuce enzymů v krmivu, přičemž je známo, že dosažení rovnoměrné distribuce kapaliny v pevné směsi je obtížnější než dosažení distribuce pevné přísady v takové směsi. Kromě toho je zapotřebí mít k dispozici specifické (nákladné) zařízení pro přidání kapalin do krmiv po jejich peletizaci, přičemž takové zařízení není běžně k dispozici u většiny mlýnů pro přípravu krmiv (vzhledem k dodatečným nákladům).

Na druhé straně nevýhodou suchých formulací enzymů je tepelná desaktivace enzymů v průběhu peletizace. V rámci výhodných výrobních postupů průmyslové výroby krmiv je prováděna parní peletizace, při které je krmivo vystaveno před peletizaci působení vstřikované páry. V následujícím peletizačním stupni se krmivo tlačí skrze průvlak a rezultující pásy jsou potom nasekány do vhodných pelet různé délky. Obsah vlhkosti bezprostředně před peletiizací se obecně pohybuje mezi 18 a 19 %. V průběhu tohoto procesu může teplota stoupnout na 60 až 95 °C. Kombinovaný účinek vysoké vlhkosti a vysoké teploty má neblahý účinek na většinu enzymů. Těmto problémům je třeba čelit i při ostatních typech tepelně-mechanických zpracování, mezi které patří vytlačování a expanze.

Za účelem překonání těchto problémů se v patentovém dokumentu EP-A-0,257,996 (Cultor Ltd) uvádí, že stabilita enzymů v průběhu zpracování krmiv by mohla být zvýšena přípravou enzymové předsměsi, ve které by byl roztok obsahující enzym absorbován zrnitým nosičem tvořeným moučkou a takto získaná předsměs by potom byla peletizována a sušena. Nicméně tyto předsměsi na bázi moučky nejsou vhodné pro sofistikované postupy zpracování (pastovité předsměsi) směsí do formy granulátů, jakými jsou nizkotlaková extruzní granulace nebo vysokostřižná granulace vzhledem k lepivému charakteru uvedených předsměsi na bázi moučky.

Patentový dokument EP-A-0 569 468 (Novo Nordisk) popisuje formulaci tvořenou ’’ T-granulátem obsahujícím • to toto • ·· • ·· 9· ·<

• ·· to· ···· ·· · to · · · to to • to·· · ·> ··* ··* • •to ·· ·· »· ···· ·»· toto·* toto »· enzym, který je povlečen voskem nebo tukem s vysokou teplotou tání, který by měl údajně zajistit zlepšenou odolnost vůči peletizačním podmínkám. Granulát se v tomto případě připraví smíšením suchého anorganického plniva (kterým je například síran sodný) s roztokem enzymu ve vysokostřižném granulátoru (granulátoru provozovaném za podmínek vysokého střižného napětí). V patentovém dokumentu EP-A-0 569 4 68 se uvádí, že příznivý vliv povlaku na stabilitu v průběhu peletizace je specifický pro typ povlečeného granulátu, který je v tomto případě založen na plnivu tvořeném síranem sodným. Avšak absorpční kapacita těchto plniv (síran sodný) je mnohem nižší než absorpční kapacita obvyklých nosičů, mezi které patří například moučky, což je nežádoucí v případě, kdy je žádoucí připravit koncentrované granuláty s obsahem enzymů.

Kromě toho mají takové granulátu širokou distribuci velikosti částic, což je na závadu získání homogenního enzymového koncentrátu. Navíc povlak z vosku nebo tuku snižuje biodostupnost enzymu pro krmená zvířata.

V patentovém dokumentu WO-A-97/16076 (Novo Nordisk) se rovněž popisuje použití vosků a dalších ve vodě nerozpustných látek v zrněných materiálech, avšak vosky a ve vodě nerozpustné látky zde tvoří základní (jádrový) materiál.

Z výše uvedeného je zřejmé, že existuje potřeba mít k dispozici stabilní formulace enzymů, které by byly založeny na nosiči, který je vhodný pro granulační metody jiné než peletizace a které by měly vysokou absorpční kapacitu.

Podstata vynálezu

V rámci prvního předmětu vynálezu je poskytnut způsob přípravy granulátu obsahujícího enzym vhodného pro použití v krmivech pro zvířata, jehož podstata spočívá v tom, že se zpracuje enzym, pevný nosič obsahující alespoň 15 % hmotn. jedlého uhlohydrátového polymeru a voda v příslušných vzájemných množstvích k získání granulí obsahujících enzym a získané granule se následně vysuší. Granulát obsahují enzym vyrobitelný tímto způsobem (který představuje druhý předmět vynálezu, který rovněž kryje granulát obsahující vysušené granule tvořené enzymem a pevným nosičem, který obsahuje alespoň 15 % hmotn. jedlého uhlohydrátového polymeru) řeší nebo alespoň částečně eliminuje výše uvedené problémy dosavadního stavu techniky.

Vynález takto poskytuje způsob přípravy enzymových formulací ve formě granulátů, ve kterých se jako nosič používá uhlohydrát. Tento nosič může být v zrnité nebo práškové formě. Enzym a voda se výhodně dodávají jako kapalina (výhodně voda) obsahující enzym, jakou je například roztok nebo suspenze, která se smísí s pevným nosičem a která je tímto nosičem absorbována. V průběhu míšení nebo až po smíšení se kapalina obsahující enzym a nosič zpracují na granulát, který může být potom vysušen. Použití uhlohydrátového nosiče umožňuje absorpci velkého množství kapaliny obsahující enzym (a tudíž i velké množství enzymu) . Uvedená směs může být použita ve formě tvárné pasti nebo neelastické hmoty, která může být snadno zpracována na granule, například vytlačováním. Vhodným nosičem je nevláknitý nosič, který umožňuje snadnější granulaci: vláknité materiály by mohly bránit úspěšnému průběhu granulace vytlačováním.

V rámci dosavadního stavu techniky existuje celá řada dokumentů týkajících se pelet obsahujících enzymy, avšak takové pelety nacházejí použití jako povrchově aktivní činidla (detergenty), nejčastěji v pracích prášcích. Na rozdíl od toho se předmět přihlášky vynálezu týká použití pelet v krmivech pro zvířata a z tohoto důvodu jsou granuláty podle vynálezu jedlé (pro zvířata) a výhodně také stravitelné. Není proto překvapující, že granuláty, granule

a kompozice podle vynálezu jsou prosté mýdel, detergentů a bělidel, zeolitů, pojiv, plniv (TiO₂, kaolin, křemičitany, talek, atd.) a obdobných látek.

(C₆H₁₀O₅)_n. Výhodně a-D-glukopyranozové (l-»4) -a-D-glukanový (rozvětvený D-glukan

Jedlý uhlohydrátový polymer by měl být zvolen tak, aby byl pro zvíře, pro které je krmivo určeno, jedlý a výhodně také stravitelný. Takové polymery výhodně zahrnují glukózu (například polymer obsahující glukózu) nebo jednotky uhlohydrátový polymer obsahuje jednotky, amylozu (lineární polymer) nebo/a amylopektin . vazbami (l->4)-a-D a (l-»6)-a-D).

Výhodným uhlohydrátovým polymerem je škrob. Další vhodné polymery obsahující glukózu, které mohou být použity místo škrobu nebo společně se škrobem, zahrnují a-glukany, β-gluksny, pektin (jakým je proto-pektin) a glykogen. Rovněž lze uvažovat o derivátech uvedených polymerů, jakými jsou jejich ethery nebo/a estery, i když je třeba nejlépe se vyhnout zželatinovanému škrobu, který by neměl být přítomen. Vhodným uhlohydrátovým polymerem je ve vodě nerozpustný uhlohydrátový polymer.

V dále uvedených příkladech je použit kukuřičný, bramborový a rýžový škrob. Rovněž však mohou být použity škroby získané s dalších zdrojů (například z rostlin, jakými jsou například zelenina nebo jiná zemědělská plodina), mezi které například patří tapioka, maniok, pšenice, ságo, žito, oves, ječmen, jam, sorgum nebo maranta třinová. Stejně tak mohou být v rámci vynálezu použity přirozeně se vyskytující nebo modifikované (například dextrin) typy škrobů. Výhodně uhlohydrát (například škrob) obsahuje malé množství nebo nulové množství proteinu, například méně než 5 % hmotn., například méně než 2 % hmotn. a výhodně méně než 1 % hmotn.. Bez ohledu na typ použitého škrobu (nebo jiného uhlohydrátového polymeru) by škrob nebo jiný uhlohydrátový polymer měl být ve formě, která umožňuje použití v krmivech pro zvířata, což jinými slovy znamená že by uvedený škrob nebo jiný polymer měl být v jedlé nebo stravitelné formě.

Alespoň 15 % hmotn. pevného nosiče může být tvořeno uhlohydrátovým polymerem (jakým je například škrob). Výhodně je však alespoň 30 % hmotn. pevného nosiče tvořeno uhlohydrátem a optimálně je alespoň 40 % hmotn. pevného nosiče tvořeno uhlohydrátem. Výhodněji uhlohydrát (například škrob) tvoří převážnou složku pevného nosiče, což znamená, že například více než 50 % hmotn., výhodně alespoň 60 % hmotn., vhodně alespoň 70 % hmotnosti a optimálně alespoň 80 % hmotnosti pevného nosiče je tvořeno uvedeným uhlohydrátem. Tyto hmotnostní procentické údaje jsou vztaženy na celkovou hmotnost neenzymových složek ve finálním suchém granulátu.

Při provádění způsobu podle vynálezu mohou být enzym a voda přítomny před uvedením do styku s pevným nosičem v jedné a téže kompozici. V tomto ohledu mohou být voda a enzym dodány ve formě vodné kapaliny obsahující enzym. Touto kapalinou může být roztok nebo suspenze, která pochází z fermentačního procesu. Tímto fermentačním procesem je obvykle proces, při kterém se získává enzym. Výsledkem fermentačního procesu může být břečka, která obsahuje mikroorganismy (které produkují požadovaný enzym) a vodný roztok. Tento vodný roztok potom, co byl oddělen od mikroorganismů (například filtrací) může tvořit vodnou kapalinu obsahující enzym použitelnou v rámci vynálezu. Takto je výhodně vodnou kapalinou obsahující enzym právě uvedený filtrát.

Množství kapaliny obsahující enzym (a tudíž i množství enzymu), které může být absorbováno nosičem je obvykle omezeno množstvím vody , které může být absorbováno. Pro přírodní granulám! škrob se může uvedené množství pohybovat mezi 25 a 30 % hmotn. aniž by přitom byla použita zvýšená teplota (která by způsobila nabobtnání škrobu). V praxi bude procentické množství enzymové kapaliny, určené

pro přidání k uhlohydrátu, často mnohem větší, protože kapalina obsahující enzym bude obvykle obsahovat velké množství pevného podílu. Enzymový roztok může obsahovat asi 25 % hmotnosti pevného podílu, v důsledku čehož mohou být uhlohydrát (například škrob) a enzymový roztok smíšeny v poměru uhlohydrát:enzymový roztok rovném 0,5:1 až 2:1, například 1,2:1 až 1,6:1, což je v poměru asi 60 % hmotn.:40 % hmotn.. Výhodně se k pevnému nosiči přidá takové množství kapaliny, že (v podstatě) veškerá voda v uvedené (vodné) kapalině je absorbována uhlohydrátem přítomným v pevném nosiči.

Při zvýšených teplotách mohou škrob a ostatní uhlohydrátové polymery absorbovat mnohem větší množství vody při současném nabobtnání. Z tohoto důvodu je uhlohydrátový polymer schopen absorbovat vodu (nebo vodné kapaliny obsahující enzym) požadovaným způsobem. Tak například kukuřičný škrob může absorbovat při teplotě 60 °C množství vody, které je rovné trojnásobku jeho hmotnosti, přičemž při teplotě 70 °C tento škrob absorbuje množství vody rovné až desetinásobku jeho hmotnosti. V rámci vynálezu se takto uvažuje o použití vyšších teplot za účelem dosažení absorpce větších množství kapaliny obsahující enzym, což přichází zejména v úvahu v případě tepelně stabilních enzymů. U těchto enzymů může být proto smíšení pevného nosiče a kapaliny (enzymu a vody) provedeno při zvýšené teplotě (například při teplotě vyšší než je okolní teplota), jakou je například teplota vyšší než 30 °C, výhodně vyšší než 40 °C a optimálně vyšší než 50 °C. Alternativně nebo dodatkově může být uvedená kapalina připravena při této teplotě.

Nicméně obecně jsou výhodné podmínky, při kterých k nabobtnání pevného nosiče nedochází, což znamená nízké teploty (například teplotu okolí). To může minimalizovat úbytek aktivity enzymů, ke kterému dochází v důsledku nestability enzymů (tepelně sensitivních enzymů) při • · 1 zvýšených teplotách. Vhodnými teplotami pro smíšení enzymu a vody jsou teploty od 20 do 25 ° C.

Mechanické zpracování, použité v rámci vynálezu pro převedení směsi enzymu, vody (například kapaliny obsahující enzym) a pevného nosiče do formy granulí (jinými slovy: granulování), může zahrnovat známé techniky, které se běžně používají v procesu formulace krmiv a enzymů. Tyto techniky mohou zahrnovat expanzi, vytlačování, sféronizaci, peletování, vysokostřižnou granulaci, bubnovou granulaci, aglomeraci ve fluidním loži nebo kombinaci uvedených technik. Tyto procesy jsou uplatněním mechanické energie, pohonu šněku, otáčení mísícího mechanismu, tlaku válcovacího mechanismu peletizačního stroje, pohybu částic základnové desky, pohybu obvykle charakterizovány například prostřednictvím způsobeného způsobeného otáčením proudem částic zařízeni plynu v aglomeračním provozovaném na bázi fluidní vrstvy, přičemž lze použít i kombinace uvedených mechanismů. Tyto procesy umožňují smíšení pevného nosiče (například ve formě prášku) s enzymem a vodou, například ve formě kapaliny obsahující enzym (vodný roztok nebo suspenze) a následné granulování získané směsi.

Alternativně může být pevný nosič smíšenm s enzymem (například v práškové formě) a k této směsi se potom přidá voda, která může takto působit jako granulační kapalina.

V rámci další formy provedení vynálezu se granulát (například aglomerát) vytvoří postřikem pevného nosiče kapalinou obsahující enzym v aglomeračním zařízením s fluidní vrstvou.V tomto případě získané granule obsahují granulát, který může být vyroben v aglomeračním zařízení s fluidním ložem.

Výhodně míšení kapaliny obsahující enzym a pevného nosiče může dodatečně zahrnovat hnětení směsi. To může zlepšit plastičnost směsi, což zase usnadňuje průběh granulace (například vytlačování).

V případě, že se granulát připravuje vytlačováním, potom se toto vytlačování výhodně provádí při nízkém tlaku. Výhodou tohoto nízkotlakového vytlačování je, že při něm nedochází nebo dochází jen v malé míře ke zvýšení teploty. Nízkotlakové vytlačování se například provádí v košovém extrudéru typu Fuji Paudal. Výhodně nemá vytlačování za následek zvýšení teploty vytlačovaného materiálu nad teplotu 40 °C. Vytlačováním mohou být získány granule, které se mohou odlamovat po průchodu skrze průvlak extrudéru, nebo mohou být získány pomocí řezačky.

Vhodně budou mít granule obsah vody 30 až 40 % hmotn., například 33 až 37 % hmotn.. Obsah enzymu v granulích výhodně činí 3 až 15 % hmotn., zejména 5 až 12 % hmotn. (například alespoň 50 000 ppm).

Získané granule mohou být zaobleny (sféronizace), například ve sféromizéru, zejména ve sféromizéru typu Marumeriser, nebo/a zhutněny. Granule mohou být zaobleny ještě před sušením, neboť se tím dosáhne omezení tvorby prachu ve finálním granulátu, přičemž zaoblený usnadňuje povlékání granulátu.

Granulát může být potom vysušen, například v sušičce s fluidním ložem, nebo může být v případě aglomerace prováděné ve fluidním loži přímo vysušen v aglomeračním zařízení k získání pevného suchého granulátu. Mohou být použity i další sušící metody, o kterých je obecně známo, že jsou vhodné pro sušení granulátu. Výhodně je granulát tekoucím produktem.

Uvedené sušení se výhodně provádí při teplotě od 25 do 60 °C, například při teplotě od 30 do 50 °C. Sušení může trvat od 10 minut do několika hodin, například od 15 do 30 minut. Doba sušení bude samozřejmě záviset na množství granulátu určeného k sušení, přičemž jako vodítko lze uvést, že vysušení jednoho kilogramu granulí trvá 1 až 2 sekundy.

·· ··

9 4

4 « · ·

Po vysušení granulí má rezultující granulát výhodně obsah vody rovný 3 až 10 % hmotn., například 5 až 9 % hmotn..

Získané granule mohou být povlečeny za účelem získání dodatečných (například výhodných) charakteristik nebo vlastností, mezi které patří nízký obsah prachu (neprašná úprava), získání požadované barvy, ochrana enzymu před okolním prostředím, dosažení různých účinků enzymu v jednom a téže granulátu nebo kombinace uvedených charakteristik. Granule mohou být povlečeny tukem, voskem, polymerem, solí nebo/a mastí nebo povlakem (například kapalinou) obsahujícím (druhý) enzym. Je samozřejmě možné povléci granule několika požadovanými vrstvami (různých) povlaků. Pro nanesení povlaku nebo povlaků na granule je známe celá řada postupů, které zahrnují použití fluidního lože, vysokostřížného granulátoru, mixéru-granulátoru nebo mixéru typu Nauta.

V rámci dalších forem provedení mohou být do granulátu zabudovány dodatečné přísady, mezi které například patří procesní pomocná činidla sloužící k dalšímu zlepšení stability enzymů v průběhu peletizačního procesu nebo/a stability granulátu v průběhu skladování. Některé z výhodných přísad jsou uvedeny dále.

Do granulátu mohou být začleněny soli (například společně s pevným nosičem nebo vodou). Výhodně mohou být přidány anorganické soli (jak je to navrženo v patentovém dokumentu EP-A-0 758 018), které mohou zlepšit zpracování a stabilitu v průběhu skladování suchého enzymového přípravku. Výhodnými anorganickými solemi jsou ve vodě rozpustné soli. Tyto soli mohou obsahovat dvojmocný kationt, jakým je (zejména) hořčík a vápník. Nejvýhodnějším aniontem je síranový aniont, i když mohou být použity i další ve vodě rozpustné anionty. Soli mohou být přidány (například do směsi) v pevné formě. Nicméně tyto soli mohou být rozpuštěny ve vodě nebo v kapalině obsahující enzym a to ještě dříve než je uvedená voda nebo kapalina obsahující enzym smíšena s pevným nosičem. Vhodně je sůl přidána v množství alespoň rovném 15 % hmotn. (vztaženo na hmotnost enzymu), například v množství rovném alespoň 30 % hmotn. Nicméně sůl může být přidána v množstvím rovném až 60 % hmotn. nebo dokonce v množství rovném až 70 % hmotn. (opět vztaženo na hmotnost enzymu). Tato množství mohou být aplikována buď do granulí nebo do granulátu. Granulát může proto obsahovat méně než 12 % hmotn. soli, například 2,5 až 7,5 % hmotn. soli, zejména 4 až 6 % hmotn. soli.

V případě, že je sůl přidána ve vodě, potom její množství může činit 5 až 30 % hmotn., zejména 15 až 25 % hmotn.

Dalšího zlepšení stability enzymu v průběhu peletizace může být dosaženo zabudováním hydrofobních, gelotvorných nebo pomalu (například ve vodě) rozpustných sloučenin. Tyto sloučeniny mohou být přidány v množství 1 až 10 % hmotn., například v množství 2 až 8 % hmotn. a výhodně v množství 4 až 6 % hmotn. (vztaženo na hmotnost vody a složek pevného nosiče). Takové vhodné sloučeniny zahrnují deriváty celulózy, jakými například jsou HPMC (hydroxypropylmethylceluloza), CMC (karboxymethylceluloza), HEC (hydroxyethylceluloza; polyvinylalkoholy (PVA); nebo/a jedlé oleje. Tyto jedlé oleje, jako například sójový olej nebo olej canola, mohou být přidány (například do směsi určené ke granulaci) jako pomocná procesní činidla, i když je často výhodné, aby granuláty neobsahovaly žádné hydrofobní látky (například palmový olej).

Granuláty mají výhodně relativně úzkou distribuci velikosti částic (například jsou monodisperzní). Tato vlastnost může usnadnit homogenní distribuci enzymu v granulátu nebo/a homogenní distribuci enzymového granulátu v krmivu pro zvířata. V rámci způsobu podle vynálezu je snaha připravit granuláty s úzkou distribucí velikosti částic. Nicméně v případě potřeby je možné zařadit do • · · · · · způsobu podle vynálezu dodatečný stupeň, který ještě dále zužuje distribuci velikosti částic připravených granulí a který zahrnuje prosévání. Distribuce velikosti částic uvažovaného granulátu se vhodně pohybuje mezi 100 a 2000 mikrometry, výhodně mezi 200 a 1800 mikrometry a optimálně mezi 300 a 1600 mikrometry. Granule mohou mít nepravidelný (avšak výhodně pravidelný) tvar, například přibližně sférický tvar.

Voda nebo kapalina obsahující enzym mohou obsahovat jeden nebo několik enzymů, které jsou obvykle mikrobiálního původu, například získané mikrobiální fermentací. Obvykle bude enzym v aktivní formě (například může mít katalytickou nebo fyziologickou účinnost). Výhodně je uvedená kapalina v koncentrované formě, jakou představuje například ultra-filtrát (UF), který může umožňovat výrobu granulátu s požadovanou úrovní aktivity.

Vhodnými enzymy jsou enzymy určené k přidání do krmiv zvířat, která zahrnují krmivá určená pro domácí zvířata. Funkce těchto enzymů často spočívá ve zlepšení rychlosti konverze krmivá, čehož se dosáhne například snížením viskozity nebo snížením antinutričního účinku některých složek krmivá. Rovněž mohou být použity krmné enzymy (jakým je například fytaza), například za účelem snížení množství sloučenin ve hnoji, které jsou škodlivé pro okolní životní prostředí. Výhodnými enzymy pro tyto účely jsou: fosfatazy, jako například fytazy (jak 3-fytazy, tak i 6-fytazy) nebo/a kyselé fosfatazy; karbohydrazy, jakými jsou amyolytické enzymy a enzymy odbourávající rostlinnou buněčnou stěnu, zahrnující celulazy, jako β-glukanazy, hemicelulazy, jako xylanazy, nebo galaktanazy; peptidazy, galaktosidazy, pektinazy, esterazy; proteazy, výhodně s neutrálním nebo/a kyselým optimem pH; a lipázy, výhodně fosfolipazy, jako například savčí pankreatické fosfolipazy.

Výhodně tyto enzymy nezahrnují enzymy odbourávající škrob (například amylazy). V rámci některých forem

44 provedení mouhou být z enzymů vyloučeny proteazy, zejména ty, které mohou při trávení produkovat škodliviny.

V případě, že enzymem je fosfataza, jako například fytaza, potom bude mít finální granulát výhodně aktivitu 5000 až 10 000 FTU/g, zejména 6 000 až 8 000 FTU/g. Jestliže je enzymem enzym odbourávající rostlinnou buněčnou stěnu, jako například celulaza, a zejména hemicelulaza, jako xylana, potom finální granulát může mít aktivitu enzymu pohybující se od 3 000 do 100 000, výhodně od 5 000 do 80 000 a optimálně od 8 000 do 70 000 EXU/g. Jestliže je enzymem celulaza, jako například β-glukonaza, potom může mít finální granulát emzymatickou aktivitu od 500 do 15000, výhodně od 1 000 do 10 000 a optimálně od 1 500 do 7 000 BGU/g.

Uvedené granule mohou obsahovat 5 až 20, například 7 až 15 % hmotn. enzymu nebo enzymů. Tyto enzymy mohou být přirozeně se vyskytujícími enzymy nebo rekombinantními enzymy.

Kromě uvedených enzymů je vynález rovněž použitelný pro polypeptidy s dalšími biologickými aktivitami, jakými jsou například antigenní determinanty, které například nachází použití ve vakcínách, nebo/a polypeptidy konstruované se zvýšeným obsahem esenciálních aminokyselin, jejichž biologická aktivita může být náchylná k tepelné desaktivaci; termín enzym je takto třeba chápat tak, že zahrnuje i uvedené sloučeniny.

Výhodný způsob podle vynálezu proto zahrnuje:

a) smíšení vody, enzymu a pevného nosiče obsahující alespoň 15 % hmotn. jedlého uhlohydrátového polymeru, například smíšení pevného nosiče s vodnou kapalinou obsahující enzym;

b) případně hnětení získané směsi;

• Φ φφ • φ φ φ φ φ φ • φ φ φ φφφ φφ φφφφ

c) granulování, například mechanickým zpracováním, směsi za účelem získání granulí obsahujících enzym, například za použití granulátoru nebo vytlačováním;

d) případnou sféronizaci granulí; a

e) sušení získaných granulí k získání granulátu obsahujícího enzym.

V průběhu celého tohoto procesu je třeba udržovat nejvyšší teplotu, které je enzym vystaven nebo které jsou enzymy vystaveny, nižší než 80 °C.

Granuláty podle vynálezu jsou vhodné pro použití při přípravě krmivá pro zvířata. Při takové přípravě uvedených krmiv se uvedené granuláty smísí s krmnými látkami v inividuální formě nebo ve formě předsměsi. Charakteristiky granulátů podle vynálezu umožňují použití těchto granulátů ve funkci složky směsi obzvláště vhodné jako krmivo pro zvířata a to zejména v případě, kdy je směs zpracována parou a následně peletizována.

Vysušené granule mohou být viditelné nebo odlišitelné v takových peletách.

Třetím předmětem vynálezu je takto způsob přípravy krmivá pro zvířata nebo předsměsi pro takové krmivo nebo prekurzoru takového krmivá, jehož podstata spočívá v tom, že se granulát podle druhého předmětu vynálezu smísí s jednou nebo více látkami nebo přísadami tvořícími součást krmiv pro zvířata (například zrní). Krmivo může být sterilizováno, například vystavením účinku vodní páry. Rezultují kompozice se potom vhodným způsobem zpracuje do formy pelet.

Čtvrtým předmětem vynálezu je kompozice obsahující granulát podle druhého předmětu vynálezu, která je výhodně jedlou krmivovou kompozicí, jakou je například krmivo pro zvířata. Tato kompozice je výhodně ve formě pelet (každá peleta může být tvořena 1 až 5, například 2 až 4 vysušenými granulemi).

• · · · • ··« ·«· • · ·· ··

Uvedená kompozice může mít obsah vody 10 až 20 % hmotn., například 12 až 15 % hmotn.. Množství enzymu nebo enzymů se vhodně pohybuje od 0,0005 do 0,0012 % hmotn., a zejména činí alespoň 5 ppm.

Pátý předmět vynálezu se týká způsobu podpoření růstu zvířat, jehož podstata spočívá v tom, že se zvířatům podává potrava, které obsahuje granulát podle druhého předmětu vynálezu nebo kompozici podle čtvrtého předmětu vynálezu. Uvedená zvířecí potrava zahrnuje bud uvedený samotný granulát nebo uvedený granulát přítomný v krmivu.

Vhodně uvedená kompozice obsahuje 0,05 až 2,0, jako například 0,3 až 1,0, optimálně 0,4 až 0,6 FTU/g fosfatazy, například fytazy. Xynalaza může být přítomna v množství 0,5 až 50, například 1 až 40 EXU/g. Alternativně nebo dodatečně může být přítomna celulaza v množství 0,091 až 1,0, napříkladv množství 0,2 až 0,4 BGU/g.

Šestý předmět vynálezu se týká použití granulátu podle druhého předmětu vynálezu v krmivu pro zvířata nebo jako složky krmivá pro zvířata nebo použití uvedeného granulátu v potravě pro zvířata.

Sedmý předmět vynálezu se týká použití kompozice obsahující alespoň 15 % hmotn. jedlého uhlohydrátového polymeru jako nosiče enzymu za účelem zlepšení stability enzymu v průběhu peletizace.

Vhodnými zvířaty jsou hospodářská zvířata (prasata, drůbež, skot, koně, ovce), nepřežvykující nebo monogastrická zvířata (prasata, drůbež, mořská zvířata, jako například ryby), přežvýkavci (hovězí dobytek, ovce, například krávy, kozy, jeleni, telata a jehňata). Drůbež zahrnuje zejména slepice, kuřata a krocany a krůty).

Výhodné znaky a charakteristiky některého z předmětů vynálezu jsou rovněž aplikovatelné na další mutatis mutandis.

V následující části popisu bude vynález blíže objasněn pomocí konkrétních příkladů jeho provedení, přičemž tyto příklady mají pouze ilustrační charakter a nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně vymezen definicí patentových nároků.

Příklady provedení vynálezu

Použité metody a látky

Extruzní testy byly provedeny za použití kpšového extrudéru typu Fuji Paudal DG-L1, který má velikost ok síta 1,0 mm, tloušťku síta 1,2 mm a který je provozován při rychlosti 70 otáček za minutu a proudu 0,6 až 2,0 A.

Jako sféronizační zařízení byl použit sféronizér typu Fuji Paudal Marumerizer QJ-400 s objemem vzázkového prostoru 3 litry a roztečí desek 3 mm, který je provozován při době zdržení 45 až 200 sekund a rychlosti otáčení 750 otáček za minutu.

byly provedeny za typu Lódige FM20, sekacího nože 1500

Vysokostřižné granulační testy použití vysokostřižného granulátoru provozovaného při rychlosti otáčení otáček za minutu a rychlosti otáčení radlice 100 otáček za minutu. Do granulátoru byl předložen prachový produkt a do horní části granulátoru byla ve formě postřiku zaváděna kapalina obsahující enzym. Získaný granulát byl vysušen v sušičce s fluidním ložem.

Byly použity tyto roztoky enzymů:

ultrafiltrát obsahující fytazu odvozenou od mikroorganismu Aspergillus s aktivitou 16840 FTU/g a obsahem sušiny rovným 22,4 % hmotn. (příklady 1 až 7);

ultrafiltrát obsahující směs endo-xylanazy a β-glukanazy odvozenou od mikroorganismu Trichoderma s aktivitami 12680 EXU/g a BGU/g a obsahem sušiny rovným 20,6 % hmotn. (příklad 8).

Aktivita fytazy byla stanovena postupem ISL-method 61696 (manuální vanadátové stanovení). Aktivita β-glukanazy byla stanovena postupem ISL-method 62170 (manuální viskozimetrické stanovení). Aktivita endo-xylanazy byla stanovena postupem ISL-method 52169 (manuální viskozimetrické stanovení). Methody ISL jsou k dosažení na vyžádání u Gist-brocades Food Specialties, Agri Ingredients Group, Wateringseweg 1, P.O. Box 1, 2600 MA,

Delft, Holandsko.

Příklad 1

Příprava enzymového granulátu na bázi kukuřičného škrobu hnětením, vytlačováním, sféronizací a sušením

Enzymový přípravek by získán smíšením 60 % hmotn.

kukuřičného škrobu a 40 % hmotn. ultrafiltrátu obsahujícího fytazu a hnětením takto získané směsi. Tato směs se potom vytlačuje za použití košového extruderu typu Fuji Paudal, přičemž se získá extrudát, který se potom sféronizuje v zařízení Marumeriser po dobu jedné minuty k získání kulatých částic majících střední průměr 780 mikrometrů. Tyto částice se potom suší v sušičce s fluidním ložem po dobu 20 minut při teplotě fluidního lože rovné 40 °C a vstupní teplotě vzduchu 75 °C. Přibližně 500 kg granulí bylo vysušeno v průběhu 18 minut. Takto získaný suchý enzymový granulát má aktivitu 6980 FTU/g.

Příklad 2

Příprava enzymového granulátu na bázi kukuřičného škrobu vysokostřižnou granulací a sušením

··

0 0 0

0·0 000

0

0 0 0

Fytazový ultrafiltrát a kukuřičný škrob se smísí ve vysokostřižném šaržovém granulátoru typu Lódige s objemem vsázky 20 litrů. Do granulátoru bylo předloženo 60 % hmotn. kukuřičného škrobu a v průběhu míšení bylo do granulároru zaváděno 40 % hmotn. ultrafiltrátu ve formě postřiku. Po přidání veškerého množství ultrafiltrátu (10 minut) se v míšení pokračuje ještě po dobu dalších 5 minut, přičemž se vytvoří požadované částice, které se potom zhutní. Takto získané granule se vysuší v sušičce s fluidním ložem stejně jako v příkladu 1. Rezultující granulát má aktivitu 7420 FTU/g. Střední průměr získaných částic činí 480 mikrometrů.

Příklad 3

Příprava enzymového granulátu na bázi kukuřičného škrobu míšením, peletizací a sušením

Připraví se směs 40 % hmotn. fytazového ultrafiltrátu a 60 % hmotn. kukuřičného škrobu. Směs se peletizuje za použití Schluterova lisu, typ PP85, přičemž extrudát se odsekává rotujícími noži uspořádanými na hlavě vytlačovacího stroje, a hlava extrudéru má průvlakovou desku s průvlaky o průměru 1 mm. Pelety se potom vysuší stejně jako v příkladu 1, přičemž se získá finální produkt mající aktivitu 7460 FTU/g. Střední průměr částic je roven 1080 mikromterům.

Příklad 4

Příprava enzymového granulátu na bázi bramborového škrobu, obsahujícího přísady sójového oleje a síranu horečnatého, míšením, hnětením, peletizací a sušením

Do mixéru-hnětače se předloží 30 kg bramborovégho škrobu, ke kterému se přimísí 2,5 kg sójového oleje. Potom se přidá fytazový ultrafiltrát obsahující heptahydrát • »· ·· φ φ • · • φ φ φ φ φ φφφ ·· φφ ·· · síranu hořečnatého (3,5 kg MgSO₄.7H₂O se rozpustí ve 14 kg ultrafiltrátu). Získaná směs se důkladně v hnětači promísí, načež se vytlačuje a vysuší v sušičce s fluidním ložem stejně jako v příkladu 1. Získá se produkt mající aktivitu 5870 FTU/g.

Příklad 5

Příprava enzymového granulátu na bázi rýžového škrobu míšením, hnětením, vytlačováním, sféronizací a sušením

Směs připravená smíšením a hnětením 62 % hmotn. rýžového škrobu a 38 % hmotn. fytazového ultra-filtrátu se vytlačuje za použití košového extruderu typu Fugi Paudal, přičemž se získá mokrý extrudát, který se potom sféronizuje v zařízení Marumeriser po dobu jedné minuty k získání kulatých částic majících střední průměr rovný 785 mikrometrům. Tyto částice se následně vysuší v sušičce s fluidní vrstvou stejně jako v příkladu 1. Finální granulát má aktivitu 7280 FTU/g.

Příklad 6

Příprava enzymového granulátu na bázi kukuřičného škrobu, obsahujícího přídavek hydroxypropylmethylcelulozy (HPMC), míšením, hnětením, vytlačováním, sféronizací a sušením

Enzymový přípravek byl získán hnětením směsi 54 % hmotn. kukuřičného škrobu, 5 % hmotn. HPMC a 41 % hmotnosti fytazového ultrafiltrátu. Tato směs se vytlačuje za použití hydraulického extrudéru typu Fuji Paudal, přičemž se získá mokrý extrudát, který se sféronizuje v zařízení typu Marumeriser po dobu jedné minuty k získání kulatých částic majících střední průměr 780 mikrometrů. Tyto částice se následně suší v sušičce s fluidním ložem po dobu 20 minut při teplotě lože 40 °C a vstupní teplotě vzduchu 75 °C. Takto získaný suchý enzymový granulát má aktivitu 8470 FTU/g.

• · · 9 ·· 99·· ··< «··« • 9 99 • ·· 9

9 9 9

999 9·«

9

99

Příklad 7

Příprava enzymového granulátu na bázi kukuřičného škrobu, obsahujícího přídavek hydroxyethylcelulozy (HEC), míšením, hnětením, vytlačováním, sféronizací a sušením

Enzymový přípravek se získá míšením a hnětením 54 % hmotn. kukuřičného škrobu, 5 % hmotnosti HEC a 41 % hmotn. fitazového ultrafiltrátu. Získaná směs se potom vytlačuje za použití košového extrudéru typu Fuji Paudal, přičemž se získá mokrý extrudát, který se sféronizuje v zařízení typu Marumeriser po dobu jedné minuty k získání kulatých částic majících střední průměr 780 mikrometrů. Tyto částice se následně suší v sušičce s fluidním ložem po dobu 20 minut při teplotě lože 40 °C a vtupní teplotě vzduchu 75 °C. Takto získaný suchý enzymový granulát má aktivitu 8410 FTU/g.

Příklad 8

V šaržovém vysokostřižném granulátoru typu Lódige s kapacitou vsázky 20 litrů se smísí 60 % hmotn. kukuřičného škrobu a 40 % hmotn. ultrafiltrátu obsahujícího endo-xynalazu a β-glukanazu následujícím způsobem. Do granulátoru se předloží kukuřičný škrob, načež se v průběhu míšení vstřikuje do granulátoru uvedený ultrafiltrát. Po ukončení přídavku ultrafiltrátu (10 minut) se v míšení pokračuje ještě po dobu 5 minut, načež se vytvořené částice zhutní. Takto získané granule se potom vysuší v sušičce s fluidním ložem stejně jako v příkladu 1. Získaný granulát má aktivitu 13100 EXU/g a 5360 BGU/g.

Příklad 9 ·· »· *999 ·

9 ·

9 9 9 • 9 ·

9999 · ·· 99 99 • · «999

9 9 9 9 • 9 999 999 • 9 9

9999 99 99

Srovnání stabilit enzymů v průběhu peletizace

Různé enzymové granuláty podle vynálezu byly podrobeny peletizačním peletizačního standardních testům a procesu krmivových jejich stabilita v průběhu byla srovnána se stabilitou formulací s obsahem enzymů.

Peletizační test byl proveden následujícím způsobem: enzym (granulát) byl smíšen s krmivovou předsměsí při 1000 otáčkách za minutu. Tato směs se potom zpracuje vstřikováním páry, čímž stoupne její teplota na 70 °C, načež se směs peletizuje v peletizačním stroji a získané pelety se následně vysuší. Tímto typem procesu se v průmyslu krmiv získávají pelety krmivových směsí.

Jako srovnávací standard je zde použita formulace s obsahem fytazy známá pod označením Natuphos; jde o směs pšeničné krupice s ultrafiltrátem vysušeným rozprašováním.

Jako další srovnávací standard je zde použit enzymový přípravek obsahující β-glukanazu a endo-xylanazu; jde o granule připravené ve fluidním loži, získané povlečením jádra tvořeného solí vrstvou enzymu nanesenou na jádro postřikem ultrafiltrátu.

Výsledky uvedených peletizačních testů jsou shrnuty v následující tabulce 1. Z tabulky 1 je zřejmé, že granuláty získané za použití uhlohydrátového nosiče poskytují ve srovnání se standardními formulacemi lepší peletizační výsledky.

Tabulka 1

Výsledky peletizačních testů

Číslo příkladu	Aktivita	enzymu v granulích	Výtěžek enzymu po peletizaci při 70 °
	FTU/g	EXU/g BGU/g	O O
Př. 1	6980	-	54,9
Př.2	7420	-	51,8
Př. 3	7460	-	62,8
Př.4	5870	-	62,7
Př. 5	7280	-	54,7
Př. 6	8470	-	69, 6
Př. 7	8410	-	67,3
Př. 8 Standard		13100	61,3
Natuphos Standard	5250	—	29, 8
Natugrain		8150 6030	38, 6 10,4

Z tabulky 1 je zřejmé, že typ granulační metody, t.j. typ mechanického zpracování, nemá rozhodující vliv na řešení problému, jehož řešením se zabývá vynález. Formulace využívající uhlohydrátový polymer jako nosič enzymu vykazují mnohem lepší stabilitu enzymu v průběhu peletizace ve srovnání se známými formulacemi typu Natuphos a Natugrain.

Claims

1. Způsob přípravy granulátu, obsahujícího enzym nebo enzymy, vhodného pro použití v krmivu pro zvířata, vyznačený tím, že se enzym, pevný nosič obsahující alespoň 15 % hmotn. jedlého uhlohydrátového polymeru a voda v příslušných relativních množstvích zpracují na granule obsahující enzym a tyto granule se následně vysuší.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se voda a enzym dodají ve formě vodné kapaliny obsahující enzym.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že vodnou kapalinou je filtrát pocházející z fermentačního procesu, při kterém se produkuje enzym.

4. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačený tím, že zahrnuje

a) smíšení vodné kapaliny obsahující enzym s pevným nosičem,

b) mechanické zpracování směsi získané ve stupni a) na granule obsahující enzym, a

c) sušení granulí obsahujících enzym získaných ve stupni

b) .

5) Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačený tím, že zpracováním je mechanické zpracování, které zahrnuje vytlačování, peletizaci, vysokostřižnou granulací, expanzi, aglomeraci ve fluidním loži nebo kombinaci těchto operací.

6. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačený tím, že vodná kapalina obsahující enzym a pevný nosič se smísí a získaná směs se před granulací hněte.

7. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačený tím, že zpracováním je vytlačování provedené v nízkotlakém nebo/a košovém nebo kopulovém vytlačovacím stroji.

8. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačený tím, že získané granule se před sušením sféronizují.

9. Granulát obsahující enzymv yznačený tím, že je vyrobítelný způsobem podle některého z předcházejících nároků.

10. Granulát tvořený vysušenými granulemi obsahujícími enzym a pevný nosič, vyznačený tím, že pevný nosič obsahuje alespoň 15 % hmotnosti jedlého uhlohydrátového polymeru.

11. Granulát podle nároku 9 nebo 10, vyznačený tím, že granule obsahují alespoň jeden dvojmocný kationt.

12. Granulát podle některého z nároků 9 až 11, vyznačený t í m, že granule obsahují jednu nebo více hydrofobních gelotvorných nebo ve vodě nerozpustných sloučenin.

* · ·· · t> · ·· • · · · · · · · · · I ♦ ♦ · · · · · « • · ·· · · · · · · * · · · · · ·· ···· «···««· «·

13. Granulát podle nároku 12, vyznačený tím, že hydrofobní gelotvorná nebo ve vodě nerozpustná sloučenina je tvořena derivatizovanou celulózou, polyvinylalkoholem (PVA) nebo jedlým olejem.

14. Granulát podle nároku 13, vyznačený tím, že derivatizovanou celulózou je hydroxypropylmethylceluloza, karboxymethylceluloza nebo hydroxyethylceluloza nebo/a jedlým olejem je sójový olej nebo olej canola.

15. Granulát podle některého z nároků 9 až 14, vyznačený t í m, že enzym je tvořen fytazou, endoxylanazou nebo/a β-glukanazou.

16. Způsob přípravy krmivá pro zvířata nebo předsměsi pro toto krmivo nebo prekurzoru tohoto krmivá, vyznačený t í m, že zahrnuje smísení granulátu definovaného v některém z nároků 9 až 15 s jednou nebo více látek nebo přísad tvořících součást krmivá.

17. Způsob přípravy podle nároku 16, vyznačený tím, že směs látek tvořících součást krmivá a granulátu se sterilizuje nebo zpracuje parou, peletizuje a případně suší.

18. Kompozice, vyznačená tím, že obsahuje granulát definovaný v některém z nároků 9 až 15.

19. Kompozice podle nároku 18, vyznačená tím, že je jedlou krmivovou kompozicí.

• · · 9 9 • 9 9 9 9 • · 999 999 • 9 9 ··· ·9 99

20. Kompozice podle nároku 18 nebo 19, vyznačená tím, že je krmivém pro zvířata.

21. Kompozice podle některého z nároků 18 až 20, vyznačená t í m, že obsahuje pelety jedné nebo více látek nebo přísad tvořících součást krmivá smísené s granulátem podle některého z nároků 9 až 15.

22. Kompozice podle nároku 21, vyznačená tím, že poměr granulátu k látkám nebo přísadám tvořícím součást krmivá je alespoň roven poměru lg:lkg (jako například alespoň 100 ppm).

23. Kompozice podle některého z nároků 18 až 22, vyznačená t í m, že je krmivém pro zvířata nebo předsměsí pro toto krmivo nebo překurzorem tohoto krmivá, přepravitelným způsobem podle nároku 16 nebo 17.

24. Způsob podpoření růstu zvířat, vyznačený tím, že se zvířatům podává potrava obsahující buď granulát definovaný v některém z nároků 9 až 15 nebo kompozici definovanou v některém z nároků 18 až 23.

25. Použití granulátu podle některého z nároků 9 až 15 v krmivu pro zvířata nebo jako složky krmivá pro zvířata nebo ve zvířecí potravě.

26. Použití kompozice obsahující alespoň 15 % hmotn. jedlého uhlohydrátového polymeru jako nosiče enzymu za účelem zlepšení stability enzymu v průběhu peletizace.

27. Způsob přípravy granulátu obsahujícího enzym, vyznačený tím, že kapalina obsahující enzym a pevný nosíc obsahující alespoň 15 % hmotn. škrobu se mechanicky zpracují na granule obsahující enzym, které se následně suší.