專利名稱：用于生物技術(shù)獲得的有用物質(zhì)及其含水制劑的脫臭和穩(wěn)定化方法
如今，通過培養(yǎng)選定的微生物種群而用生物技術(shù)制備有用物質(zhì)及其混合物已經(jīng)具有突出的工業(yè)化意義。這里僅例舉所提及的洗滌酶和/或干洗酶，尤其由蛋白酶、纖維素酶、脂肪酶和淀粉酶所制備的以及藥物活性有用物質(zhì)的生產(chǎn)。作為初步的工藝產(chǎn)物，細(xì)胞內(nèi)和/或細(xì)胞外有用物質(zhì)的水制品，都污染有多種雜質(zhì)，例如營養(yǎng)液?，F(xiàn)有技術(shù)中已有許多文獻(xiàn)記載了這種培養(yǎng)液的處理，這里僅簡(jiǎn)要地提及Rahse等人的文章“Mikrofiltration vonFermenterbruhen”，Chem-Ing-Tech.57(1985)，Nr9,747至753頁和其中引用的原始文獻(xiàn)。作為專利文獻(xiàn)僅例舉EP-Bl0200032；WO93/16173和在先的德國專利申請(qǐng)DE4310506及DE4322229。
這些生物技術(shù)所得含水培養(yǎng)液的處理包括多個(gè)工藝步驟，尤其是通過必要時(shí)的多步過濾和/或洗滌以及通常隨后用固體載體來固定含水的活性物質(zhì)制劑而盡可能地去除不需要的組分。特別與工業(yè)化有關(guān)的用細(xì)菌學(xué)方法獲取洗滌和干洗活性酶物質(zhì)的領(lǐng)域中，在下述方面存在特殊的難題含生物物質(zhì)的發(fā)酵液由于在發(fā)酵過程中的新陳代謝作用而含有少量低分子化合物，尤其是相應(yīng)的含氮化合物，這些物質(zhì)具有令人不快的氣味，并可促使生物活性物質(zhì)降解而形成其它難聞的化合物。這種現(xiàn)象的一個(gè)典型的實(shí)例是用生物技術(shù)獲取蛋白酶或蛋白酶溶液，它們可用于洗滌劑和干洗劑，尤其可用作織物洗滌劑的混合成分。除了已提到的現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)，還可參見國際專利申請(qǐng)WO91/2792。類似于德國專利說明書DE2925427所述的方法，這里用選定的微生物(地衣形桿菌-ATCC53926)得到一種含生物物質(zhì)的發(fā)酵液，其中每克含約70,000蛋白酶單位(PU/g)。該發(fā)酵液除了溶解的蛋白酶、鹽、蛋白質(zhì)和代謝產(chǎn)物外還含有不溶性組份如桿菌細(xì)胞、介質(zhì)殘留物和粘液物質(zhì)。在處理發(fā)酵液時(shí)(WO92/11347)，穩(wěn)定了蛋白酶并通過潷析和微過濾除去了較粗的顆粒和不溶性組份。借助于超濾和隨后的真空蒸發(fā)而濃縮蛋白酶溶液。使所得到的蛋白酶溶液與固體載體和造粒助劑混合，加工成用于洗滌劑的酶粒。
盡管已有耗費(fèi)大的提純和處理工藝，濃縮的蛋白酶溶液仍然含有少量氣味難聞的低分子氮化合物，這些物質(zhì)還可加速蛋白酶在存放過程中降解而形成其它難聞的硫化物，例如硫醇或硫醚。
本發(fā)明的任務(wù)在于，在一個(gè)另加的簡(jiǎn)單易行的處理步驟中將這些尤其是低分子的有味物質(zhì)去除到使得在將有用物質(zhì)或其混合物如通常那樣封裝后可得到有中性氣味的產(chǎn)品的程度，同時(shí)排除或至少大大地降低自引發(fā)的分解過程。本發(fā)明的理論在下文中借助于由生物技術(shù)獲得的發(fā)酵液所制備相應(yīng)處理的洗滌及干洗活性蛋白酶而解釋，但本發(fā)明的理論并不局限于該特定實(shí)例。在本發(fā)明說明書范圍內(nèi)所述的原理可以廣泛地用于本文提及的由生物技術(shù)所制備有用物質(zhì)及其溶液以及其有關(guān)的領(lǐng)域。
本發(fā)明主題的第一種實(shí)施方式是一種從液態(tài)的有用物質(zhì)制劑中去除有味物質(zhì)的方法，尤其在由生物技術(shù)所得培養(yǎng)液制取有用物質(zhì)的范圍內(nèi)，其特征是，用一種蒸汽流處理呈霧化物質(zhì)的可流動(dòng)制劑，該蒸汽流在噴霧區(qū)的操作條件下為過熱蒸汽。
本發(fā)明的方法特別適用于由生物技術(shù)培養(yǎng)液尤其是由相應(yīng)的發(fā)酵液中所得含水制劑的脫臭和穩(wěn)定化，其中優(yōu)選在減壓下用過熱水蒸汽流在噴霧區(qū)處理霧化的液相。通過選擇噴霧區(qū)減壓的工藝參數(shù)，可以按下面詳述的方式安全地控制霧化的微滴狀物料在噴霧區(qū)與過熱水蒸汽接觸的最高溫度。
在另一種實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及使用在噴霧區(qū)通過用過熱水蒸汽處理而使液態(tài)有用物質(zhì)制劑脫臭的方法以使有用物質(zhì)的活性長期穩(wěn)定化并用于對(duì)含有溶解和/或分散的由生物技術(shù)途徑獲得的有用物質(zhì)的原料，特別是含水原料中去除有味物質(zhì)。
在早期申請(qǐng)尚未公布的國際專利申請(qǐng)PCT/EP94/00563中描述了一種改進(jìn)的用蒸汽蒸餾分離多種物質(zhì)混合物的方法。在第一種實(shí)施方式中，該早期申請(qǐng)的主題是通過在操作壓力下用過熱的水蒸汽蒸發(fā)以使原料中的水蒸汽揮發(fā)組份易于除去以加強(qiáng)和/或加速至少部分有機(jī)源的多種物質(zhì)混合物的蒸餾分離的方法，該方法的特征在于，使一種在操作條件下液態(tài)原料以微細(xì)噴霧形式蒸發(fā)，其中用一種推進(jìn)氣體使其霧化，這里是用過熱水蒸汽作為推進(jìn)氣體。
在該方法的修改方案中，該在先申請(qǐng)涉及有如下特征的方法，在不用推進(jìn)氣體的條件下使一種至少基本無水并在操作條件下可流動(dòng)的原料霧化進(jìn)入過熱水蒸汽流。在該在先申請(qǐng)中提到了用蒸發(fā)脫臭工藝的許多應(yīng)用領(lǐng)域和特定應(yīng)用實(shí)例，但那里并未提及本發(fā)明涉及的范圍，即生物技術(shù)方法所得的有用物質(zhì)制劑，尤其是含水有用物質(zhì)制劑的處理領(lǐng)域。因此，這里提到的在先申請(qǐng)及其引用的有關(guān)文獻(xiàn)所公開的內(nèi)容也明確地屬于本發(fā)明公開范圍。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，也可以使用該在先申請(qǐng)的操作方式，即使用一種推進(jìn)氣體使要凈化或要脫臭的可流動(dòng)有用物質(zhì)制劑進(jìn)行霧化，即用過熱水蒸汽作推進(jìn)氣體。但是，本發(fā)明優(yōu)選方案是在不用推進(jìn)氣體的條件下使液相原料噴霧進(jìn)過熱水蒸汽流中。與上面提到的在先申請(qǐng)中的修改方案相比，本發(fā)明的理論的特征在于，要脫臭和/或要穩(wěn)定的原料通常以有用物質(zhì)的含水制劑的形式存在。發(fā)酵液和其它用生物技術(shù)途徑獲得的原始產(chǎn)物均為有大量水份的含水形式的制劑。因此，本發(fā)明的待凈化原料的水含量一般至少為15％(重量)，優(yōu)選至少35至40％(重量)。無論怎樣，在洗滌劑和干洗劑酶領(lǐng)域，作為一次和二次凈化步驟的產(chǎn)物，通常所得的是一種含有用物質(zhì)的水相，其水含量至少為50％(重量)，例如為60至80％(重量)。含細(xì)胞外洗滌劑蛋白酶的水溶液，它必要時(shí)通過多步過濾步驟提純以及通過另外的真空蒸發(fā)濃縮，在與載體物質(zhì)尤其是固體載體混合之前一般含有55至75％(重量)水相。這樣的有用物質(zhì)的含水制劑是本發(fā)明通過在噴霧區(qū)用過熱水蒸汽處理進(jìn)行脫臭和穩(wěn)定化的優(yōu)選原料。其中在優(yōu)選的實(shí)施方式中不用推進(jìn)氣體操作。在下文詳述的工藝條件下優(yōu)選以逆流方式用流過噴霧區(qū)的過熱水蒸汽流處理蛋白酶水溶液。該處理可一步或多步完成。通常優(yōu)選在噴霧區(qū)進(jìn)行多步處理。其中該多步處理可以通過部分循環(huán)回流水相到噴霧區(qū)而實(shí)現(xiàn)，但也可以先后串接多個(gè)噴霧區(qū)。這樣串接的噴霧區(qū)可在相同或不同的操作條件下操作。對(duì)于蛋白酶水溶液充分的脫臭和穩(wěn)定化來說，在噴霧區(qū)2至5級(jí)處理含水原料液即可得到令人滿意的凈化效果。
含有有生命力的有機(jī)體或有機(jī)體成分的有用物質(zhì)及其混合物如酶或其它生物技術(shù)培養(yǎng)產(chǎn)物對(duì)溫度常常是極敏感的。這特別適用于洗滌劑酶，例如所述類型的蛋白酶。生物原料的處理必須考慮到溫度敏感性。這當(dāng)然也特別適用于本發(fā)明使用過熱水蒸汽的處理步驟。本發(fā)明以非常簡(jiǎn)單的方式通過給定和調(diào)節(jié)噴霧區(qū)的壓力條件以預(yù)定和檢控噴霧區(qū)的最高物料溫度而調(diào)節(jié)和滿足這種要求。通常，本發(fā)明的噴霧區(qū)是在真空下操作。在噴霧區(qū)調(diào)節(jié)的具體真空度決定了水的沸點(diǎn)。因此，由液相原料帶入的較大量的水同時(shí)承擔(dān)了噴霧區(qū)溫度調(diào)控的保護(hù)功能。過熱水蒸汽流必要時(shí)以明顯高于其沸點(diǎn)的溫度送入噴霧區(qū)，只要保證物料滴中有足夠濃度的含水液相，就不會(huì)將噴霧區(qū)的物料滴加熱到過高的溫度。由過熱蒸汽帶入的熱能由于部分水分的相應(yīng)汽化而被吸收，不會(huì)造成物料滴溫度的明顯升高。本發(fā)明所用操作條件利用了這種自然規(guī)律。在噴霧區(qū)優(yōu)選的操作條件下實(shí)際上沒有或僅有很有限的含水原料相同時(shí)進(jìn)行濃縮。這種規(guī)則至少適用于易受溫度損害的，諸如洗滌劑蛋白酶類的有用物質(zhì)。
然而，需要時(shí)也可改進(jìn)整個(gè)工藝，將較強(qiáng)稀釋的生物學(xué)有用物質(zhì)原料液送入噴霧區(qū)，在此不僅脫臭而且同時(shí)進(jìn)行部分濃縮。細(xì)節(jié)可參見上述在先申請(qǐng)PCT/EP/94/00563。
對(duì)于本發(fā)明洗滌劑蛋白酶的凈化和穩(wěn)定化來說，使噴霧區(qū)的物料溫度保持在最高約45至50℃，優(yōu)選最高35至40℃可能是有利的。在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)噴霧區(qū)的物料溫度最高約為30℃，其中選定操作條件和尤其是調(diào)節(jié)噴霧區(qū)的真空度，使得水的最高沸點(diǎn)為約20至25℃。由水的沸點(diǎn)與所調(diào)操作壓力的依賴性規(guī)律來具體選定噴霧區(qū)的操作壓力。在實(shí)踐中，噴霧區(qū)的操作壓力可為約10至250毫巴(mbar)，優(yōu)選約15至50毫巴可能是有利的。
送往凈化處理噴霧區(qū)的水蒸汽流的入口溫度可以明顯高于在操作條件下的水的沸點(diǎn)。因此，送入水蒸汽的入口溫度可以比在凈化步驟操作壓力下水的沸點(diǎn)至少高50℃并優(yōu)選至少高出100℃。適用的入口溫度可比在凈化步驟操作壓力下水的沸點(diǎn)至少高150至200℃。以常壓為基準(zhǔn)，本發(fā)明優(yōu)選的工作蒸汽的入口溫度為250℃以下，優(yōu)選200℃以下，其中特別優(yōu)選的溫度范圍為約130至200℃。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，送入噴霧區(qū)的待凈化含水原料的本身溫度至少與操作條件下水的沸點(diǎn)相當(dāng)。當(dāng)然，要特別考慮因生物學(xué)有用物質(zhì)的溫度敏感性所產(chǎn)生的限制性因素。通常，在實(shí)際操作，例如蛋白酶水溶液的凈化，送入噴霧區(qū)的液態(tài)原料的溫度范圍為大約20至35或40℃。
本發(fā)明待處理含水酶溶液的另一個(gè)重要特點(diǎn)是生物學(xué)有用物質(zhì)的含水培養(yǎng)液常常有一定的觸變性。通過合適的輔助措施，尤其是向待凈化物料施加剪切力，可以確保含水有用混合物的流動(dòng)性。在設(shè)計(jì)和布置噴霧區(qū)時(shí)應(yīng)當(dāng)特別注意確保霧化物料的順利排出?？傊?，可按專業(yè)人員公知的方式由該效果來確定本發(fā)明噴霧凈化的操作條件。下面的實(shí)施例說明了其特征性的操作參數(shù)。
實(shí)施例按德國專利說明書DE2925427所述的方法，用地衣形桿菌(BacillusLicheniformis ATCC532926)發(fā)酵制得的一種含生物物質(zhì)的發(fā)酵液，其蛋白酶含量為每克約70,000單位(PU/g)，該發(fā)酵液有非常難聞的氣味。該發(fā)酵液除了含有溶解的蛋白酶、鹽、蛋白質(zhì)和新陳代謝產(chǎn)物以外，還含有不溶性成分如桿菌細(xì)胞、介質(zhì)殘留物和粘液物質(zhì)。先按國際專利申請(qǐng)WO92/11347所述，處理最初得到的發(fā)酵液，通過潷析及微過濾除去較粗的顆粒和不溶性組分。借助于超濾并隨后在真空下蒸發(fā)對(duì)預(yù)凈化蛋白酶溶液進(jìn)行濃縮。使?jié)饪s后的蛋白酶溶液與固體載體及造粒助劑混合，加工成用于洗滌劑的酶粒。
甚至這樣處理過的蛋白酶溶液和酶粒仍然具有難聞的氣味。以微量存在的低分子氧化物加速了蛋白酶分解，其分解后又形成了其它難聞的硫化物(例如硫醇、硫醚)。
為了除去蛋白酶水溶液中的有味物質(zhì)，使其真空蒸發(fā)后按本發(fā)明的一個(gè)附加工藝步驟中在噴霧區(qū)脫臭。具體的工藝參數(shù)如下酶的水溶液的干物質(zhì)含量(酶+發(fā)酵殘?jiān)?為35％，并在25℃得以下數(shù)據(jù)密度1,100kg/m3表1含水酶溶液的粘度與剪切速率的關(guān)系剪切速率粘度S1 (毫巴)32.5 16054.3 116106.0 81.8150.9 69.8252.3 57.0420.3 50.0701.3 43.51169.0 41.0在脫臭過程中，將酶溶液從上面噴入一個(gè)容器中。在容器底部收集酶溶液，并可在循環(huán)中重新送往噴咀裝置。過熱水蒸汽與液體以逆流方式分配均勻地進(jìn)入脫臭容器。
通過一真空系統(tǒng)排出蒸汽和夾帶的有氣味物質(zhì)并使水蒸氣冷凝。容器內(nèi)的絕對(duì)壓力為20毫巴。表2列出了脫臭容器、噴咀的尺寸及所調(diào)節(jié)的操作參數(shù)。
表2脫臭設(shè)備的尺寸和蛋白酶溶液試驗(yàn)的操作參數(shù)尺寸1.脫臭容器直徑 300mm高度 1,200mm2.中空錐形噴咀直徑 0.6mm平均體積的液滴直徑 約60μm操作參數(shù)-蛋白酶溶液流量 10kg/h噴咀壓力 10溫度 25℃-水蒸汽流量 1.7kg/h壓力 1巴(絕對(duì))溫度 170℃使蛋白酶溶液通過脫臭步驟循環(huán)三次，隨后如上所述加工成成品酶粒。酶粒的氣味特征從4.5-5改善到3(按學(xué)校分?jǐn)?shù)制度1-5評(píng)分)。
權(quán)利要求
1.一種用于由流動(dòng)性有用物質(zhì)制劑，尤其是由生物技術(shù)所得培養(yǎng)液的有用物質(zhì)中除去有味物質(zhì)的方法，其特征是，用一種蒸汽流處理噴霧狀物質(zhì)的流動(dòng)制劑，該蒸汽流在噴霧區(qū)的操作條件下為過熱蒸汽。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，在噴霧區(qū)用水蒸汽流處理由生物技術(shù)培養(yǎng)液制成的水溶液制劑，特別是相應(yīng)的發(fā)酵液制劑，優(yōu)選的使噴霧區(qū)在減壓下操作。
3.按權(quán)利要求1和2所述的方法，其特征是，在由含水制劑用生物技術(shù)獲取細(xì)胞外有用物質(zhì)時(shí)期內(nèi)，進(jìn)行有味物質(zhì)的去除，處理這些制劑以獲取用于洗滌劑和干洗劑的酶。
4.按權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征是，對(duì)蛋白酶水溶液進(jìn)行脫臭，優(yōu)選的使其在真空濃縮后，在噴霧區(qū)進(jìn)行蒸汽處理。
5.按權(quán)利要求1至4所述的方法，其特征是，通過給定和控制噴霧區(qū)的真空度并由此控制操作條件下水的沸點(diǎn)來控制該區(qū)的最高物料溫度。
6.按權(quán)利要求1至5所述的方法，其特征是，脫臭有用物質(zhì)的含水制劑，其水含量至少為15％(重量)，優(yōu)選至少35％(重量)，特別優(yōu)選至少50％(重量)。
7.按權(quán)利要求1至6所述的方法，其特征是，處理對(duì)溫度敏感的有用物質(zhì)的含水制劑，其中操作區(qū)的物料溫度最高為45℃，優(yōu)選低于35至40℃，最好是至高約30℃。
8.按權(quán)利要求1至7所述的方法，其特征是，所用工作蒸汽的入口溫度為250℃以下，優(yōu)選為200℃以下，特別優(yōu)選130至200℃。
9.按權(quán)利要求1至8所述的方法，其特征是，在噴霧區(qū)脫臭的同時(shí)優(yōu)選較少地降低原料中的水含量。
10.按權(quán)利要求1至9所述的方法，其特征是，在噴霧區(qū)多次處理有用物質(zhì)含水制劑。
11.按權(quán)利要求1至10所述的方法，其特征是，蒸汽流與噴霧液相逆向流動(dòng)。
12.通過在噴霧區(qū)用過熱水蒸汽處理而使流動(dòng)性有用物質(zhì)制劑脫臭的方法的應(yīng)用，它可用于從含溶解和/或分散的和由生物技術(shù)途徑獲得的有用物質(zhì)的含水制劑中脫除有味物質(zhì)。
13.按權(quán)利要求12所述的應(yīng)用，其特征是，用該方法處理來自發(fā)酵工藝的含水培養(yǎng)液，尤其是含洗滌和/或干洗活性酶的發(fā)酵溶液。
14.按權(quán)利要求12和13所述的應(yīng)用，其特征是，處理含水的蛋白酶溶液，并同時(shí)優(yōu)選穩(wěn)定不需要的自分解的催化作用。
全文摘要
描述了一種由流動(dòng)性有用物質(zhì)制劑中脫除有味物質(zhì)的方法，尤其是由生物技術(shù)所得含水培養(yǎng)液所獲取有用物質(zhì)，在噴霧區(qū)用蒸汽流處理該含水制劑，該蒸汽在噴霧區(qū)的操作條件下為過熱蒸汽。該方法特別適用于降低酶濃縮物的難聞氣味并使之穩(wěn)定化，該酶可用于洗滌劑和清潔劑領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01D3/38GK1149839SQ95193428
公開日1997年5月14日 申請(qǐng)日期1995年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月15日
發(fā)明者韋爾弗來德·瑞斯, 凱瑟琳·帕茲, 沃納·皮齊勒, 霍斯特·阿帕德克 申請(qǐng)人:漢克爾股份兩合公司