JP5653646B2 - 有核酵素含有造粒物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有核酵素含有造粒物の製造方法に関する。

衣料用の洗浄剤や漂白剤には、その洗浄力を高めるために各種の酵素が配合されている場合が多い。この酵素は使用時に水中に溶解して効果を発揮する。従って、製造時から使用に至るまでの期間、酵素と洗剤成分あるいは外気との接触をできるだけ最小にするなどして、酵素を失活させずに機能を保持し続けることが重要である。また、製造時の作業者や使用時の消費者における取り扱いの観点より、微粉末よりも造粒物の形態が好ましい。そのため、通常酵素は洗浄剤等に配合する際には造粒物として配合されている。

有核酵素含有造粒物の製造方法としては、酵素粉末を、水溶性核物質及び水溶性有機バインダーと共に攪拌転動造粒機により乾式造粒する方法が主流となっている（特許文献１）。また、酵素含有造粒物を連続的に製造するために、最初に水溶性核物質のみを仕込み、攪拌しながら攪拌転動造粒機を特定の温度に加熱した後、次いで他の原料を仕込み、造粒する洗剤用酵素顆粒の連続的製造方法（特許文献２）や、酵素の失活を抑制するため、酵素溶液を乾燥して粉末状酵素製剤とする工程及び／又は得られた粉末状酵素製剤を造粒する工程をアミノ酸（塩）の存在下にて行う酵素含有造粒物の製造方法（特許文献３）等が提案されている。

特開昭６２−２５７９９０号公報 特開２００７−７０５５６号公報 特開２００８−１６４４８９号公報

しかし、攪拌転動造粒機により乾式造粒する方法では、所望の粒子径を有する有核酵素含有造粒物以外の粒度の粒状物も同時に製造されてしまい、歩留まりが低くなるという問題がある。また、有核酵素含有造粒物が洗浄剤としての性能を発揮するためには、酵素活性が高いことが望まれる。
従って、本発明の課題は、高活性な有核酵素含有造粒物を収率良く製造することのできる方法を提供することにある。

本発明者らが検討した結果、攪拌転動造粒機を用いる有核酵素含有造粒物の製造において、造粒工程において生じる所望の粒度以外の造粒物を有核酵素含有造粒物から分離し、粉砕した後、特定の粒度分布の成分を造粒原料としてリサイクルすることで、収率良く有核酵素含有造粒物を得ることができることを見出した。また、再使用する成分は粉砕工程を経ているという点から回収粉砕後にも酵素活性が残存しているのかどうかが懸念された。しかしながら、特定の粒度分布の成分を用いることにより、全く意外にも、むしろ酵素活性が向上した有核酵素含有造粒物となることを見出した。

すなわち、本発明は、核となる物質と酵素とを含む原料を用い、攪拌転動造粒機を用いて有核酵素含有造粒物を製造する方法であって、次の工程（１）〜（４）、
（１）有核酵素含有造粒物から所望の粒度以外の造粒物を分離する工程、
（２）分離した所望の粒度以外の造粒物を粉砕して粉砕物を得る工程、
（３）当該粉砕物から、平均粒径が前記所望の有核酵素含有造粒物の平均粒径に対して０．０６〜０．５倍の平均粒径を有する成分を分離し、回収酵素粉末として得る工程、
（４）核となる物質、酵素、及び回収酵素粉末を含む原料を用い、攪拌転動造粒機を用いて有核酵素含有造粒物を製造する工程、
を有する、有核酵素含有造粒物の製造方法を提供するものである。

本発明によれば、高活性な有核酵素含有造粒物を収率良く得ることができる。また、原料の消費を節減することができる。

本発明における有核酵素含有造粒物は、核となる物質の表面に、酵素が付着して造粒された有核造粒物である。

核となる物質の平均粒径は、核の形成性より２００μｍ以上が好ましい。また、平均粒径は、２００〜８５０μｍ、更に３５０〜８００μｍ、特に４２５〜７００μｍであることが、造粒収率の点から好ましい。更に、粒子径が４２０μｍ以下の粒子が１０％以下、更に７％以下、特に５％以下であることが好ましく、また、粒子径７１０μｍ以上の粒子が１０％以下、更に７％以下、特に５％以下であることが同様の点から好ましい。

核となる物質の仕込量は、得られる有核酵素含有造粒物の収率の点から、有核酵素含有造粒物全体の３０〜８０質量％（以下、単に「％」という）が好ましく、更には４０〜６０％が好ましい。

核となる物質は、洗浄剤や漂白剤として使用する際に溶解性が高いことが好ましいため、水溶性であることが好ましい（以下、水溶性核物質ともいう）。
ここで、水溶性核物質としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸ナトリウム、炭酸ソーダ、砂糖等が挙げられる。

本発明における酵素は、洗浄剤へ配合して効果を発揮する酵素であれば特に制限されないが、例えば、プロテアーゼ、エステラーゼ、カルボヒドラーゼ等が挙げられる。プロテアーゼの具体例としては、ペプシン、トリプシン、キモトリプシン、コラゲナーゼ、ケラチナーゼ、エラスターゼ、ズブチリシン、パパイン、アミノペプチダーゼ、カルボキシペプチダーゼ等が挙げられる。エステラーゼの具体例としては、ガストリックリパーゼ、パンクレアチックリパーゼ、植物リパーゼ類、ホスホリパーゼ類、コリンエステラーゼ類、ホスホターゼ類等が挙げられる。カルボヒドラーゼの具体例としては、セルラ−ゼ、マルターゼ、サッカラーゼ、アミラーゼ、ペクチナーゼ、α−及びβ−グリコシダーゼ等が挙げられる。これらは１種又は２種以上を用いることができる。中でも、タンパク分解酵素、即ちプロテアーゼを用いることが好ましい。

酵素は、酵素粉末の形状で用いることが好ましい。酵素粉末は、酵素を含有する溶液を従来の噴霧乾燥等の方法で乾燥して得ることができる。この酵素を含有する溶液には、酵素活性を一定に保つための希釈剤を必要に応じて配合することができる。希釈剤としては、例えば、硫酸塩、ハロゲン化物、炭酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸又はその塩、糖類等が挙げられる。

有核酵素含有造粒物中の酵素粉末の含有量は特に制限はないが、洗浄剤に配合して使用する際の効果から考えて一般には０．０１〜３０％が好ましく、より好ましくは０．１〜３０％である。

核となる物質の表面に酵素を付着させる場合、溶解性の観点より水溶性バインダーを用いることが好ましい。水溶性バインダーとしては、融点或いは軟化点が２５〜９０℃の水溶性有機バインダーが、保存中の造粒物のケーキングの抑制、造粒物の溶解性、造粒時の酵素失活抑制の点から好ましい。融点或いは軟化点は、更に３０〜８０℃、特に３５〜７０℃であることが同様の点から好ましい。具体的物質としては、（ａ）ポリエチレングリコール又はその誘導体、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレングリコール共重合体からなる群より選ばれる水溶性高分子、（ｂ）ポリオキシエチレン・アルキルエーテル等の非イオン性界面活性剤、（ｃ）平均分子量が４０００以上のポリカルボン酸塩等が挙げられ、これらの１種又は２種以上の混合物を用いることができる。中でもポリエチレングリコールが、酵素含有造粒物の溶解性の点から好ましい。

水溶性バインダーの使用量は、バインダー毎に性質の相違があるので一概にはいえないが、得られる酵素含有造粒物の酵素活性をできるだけ高めるために、できるだけ少量でバインダー効果が発現するものが一般には好ましい。そのため、水溶性バインダーの含有量は、有核酵素含有造粒物中に５〜５０％が好ましく、更に１０〜３０％が好ましい。

有核酵素含有造粒物には、さらに必要に応じて、粉末状の増量剤；界面活性剤；糖、カルボキシメチルセルロース等の有機物、色素、染料、顔料等を含有させることができる。
例えば、粉末状の増量剤としては、アルカリ金属或いはアルカリ土類金属の硫酸塩、炭酸塩、塩酸塩からなる群より選ばれる１種又は２種以上の無機塩を用いることが好ましい。中でも硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、塩化ナトリウム等の水溶性無機アルカリ金属塩が洗浄性能に影響等がない点から好ましい。また他の増量剤としてクエン酸ナトリウム等の水溶性有機酸塩、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、ゼオライト、炭酸マグネシウム、活性白土、カオリン、ケイソウ土、ベントナイト、パーライト、酸性白土等が挙げられる。

本発明における有核酵素含有造粒物は、攪拌転動造粒機を用いて製造される。ここで、攪拌転動造粒機とは、攪拌羽根を備えた主攪拌軸を内部の中心に有し、更に混合を補助し粗大粒子の発生を抑制するための補助攪拌軸を一般的には主攪拌軸と直角方向に壁面より突出させている構造を有する造粒機である。攪拌転動造粒機としては、主攪拌軸が底面に対して垂直に設置されているものとしてヘンシェルミキサー（三井三池化工機（株））、ハイスピードミキサー（深江パウテック（株）、（株）アーステクニカ）、バーチカルグラニュレーター（富士産業（株））等を挙げることができる。主攪拌軸が水平に設置されているものとしてはレディゲミキサー（松坂技研（株））、プローシェアミキサー（太平洋機工（株））等を挙げることができる。

造粒は、乾式造粒が好ましい。乾式造粒とは、バインダーとして水を使用しない造粒方を意味し、造粒中のバインダー中の水分量は０〜１０％、更に０〜５％、特に０〜３％であることが、造粒中の酵素失活抑制の点から好ましい。

造粒時の温度は、水溶性バインダーの融点或いは軟化点付近が好ましく、４０〜１１０℃、さらに４５〜１００℃、特に５０〜９０℃が、操作性及び造粒中の酵素失活抑制の点から好ましい。

造粒により、有核酵素含有造粒物が得られる。所望の粒度は求める用途によって適宜決定することができるが、本発明においては、所望の有核酵素含有造粒物の粒度として、その平均粒径が３５０〜１０００μｍ、さらに４００〜７００μｍの範囲であるものが造粒収率、あるいは水への溶解性や嵩密度の点から好ましい。また、所望の有核酵素含有造粒物の粒子径範囲が、２１２〜２８００μｍ、さらに３５５〜１０００μｍの範囲であることが同様の点から好ましい。

造粒の際、本発明の所望の粒度以外の造粒物、すなわち、所望の粒度より大きい粒度の粗大粒状物、及び所望の粒度より小さい粒度の微粉も同時に生じる。本発明では、有核酵素含有造粒物から所望の粒度以外の造粒物を分離する工程（１）を有する。
粗大粒状物及び微粉の分離は、篩分けにより行うのが好ましい。具体的には、目的に応じた篩を用いて所望の有核酵素含有造粒物を得、篩分け後に除かれた粗大粒状物及び微粉を回収する。篩は、ＪＩＳ Ｚ ８８０１規定の金属製網の篩を用いるのが好ましい。

また、本発明では、工程（１）において分離した所望の粒度以外の造粒物を粉砕して粉砕物を得る工程（２）を有する。粉砕方法は、特に限定されず、例えば、ターボミルやブレードミル等の粉砕機を用いる方法等により行うことができる。粉砕時間、粉砕時の温度、粉砕機の回転数等の粉砕条件は、所望の粒子を形成するために適宜設定すればよいが、例えば、ターボミルを用いる場合は、１０００〜５０００ｒ／ｍｉｎで行うのが好ましく、特に２０００〜３０００ｒ／ｍｉｎで行うのが好ましい。粉砕時の温度は、使用している水溶性バインダーの融点、或いは軟化点未満が好ましい。また、粉砕後の粉砕物は、粗大粒状物及び微粉を混合して粉砕したものでもよいが、粗大粒状物を粉砕したものに微粉を混合したものでもよい。

本発明においては、工程（２）より得られた粉砕物から、平均粒径が前記所望の有核酵素含有造粒物の平均粒径に対して０.０６〜０．５倍の範囲となる成分を分離し、回収酵素粉末として得る工程（３）を有する。本比率は０．１〜０．５倍、さらに０.１５〜０.４倍、特に０.２〜０.３倍の範囲とするのが、造粒性及び酵素失活の点から好ましい。所望の成分は、例えば、粉砕時の条件を適宜調整し、さらに、前記と同様、篩によって分級することにより得ることができる。

回収酵素粉末の平均粒径は、４０〜３００μｍ、さらに７５〜２３０μｍ、特に１００〜１５０μｍであることが酵素活性を高める点、造粒性の点から好ましい。なお、本明細書において平均粒径とは、レーザー回折散乱法により体積基準に従って求められる平均値をいう。
また、回収酵素粉末の粒子径範囲は、３２〜３５５μｍ、さらに７５〜１８０μｍ、特に１００〜１５０μｍの範囲であるのが同様の点から好ましい。なお、本明細書において、粒子径範囲とはＪＩＳ規格の篩の目開きの値の幅をもっていう。

本発明では、回収酵素粉末を、原料の一部として用いる。すなわち、本発明は、核となる物質、酵素、及び回収酵素粉末を含む原料を用い、攪拌転動造粒機を用いて有核酵素含有造粒物を製造する工程（４）を有する。
工程（４）における原料中の回収酵素粉末の含有量は３〜２５％、更に４〜２０％、特に５〜１５％、殊更６〜１２％とするのが、造粒性の点から好ましい。

上記の工程は複数回繰り返しても差し支えない。すなわち、回収酵素粉末を用いて有核酵素含有造粒物を製造し、さらに有核酵素含有造粒物から所望の粒度以外の造粒物を分離し、当該造粒物を粉砕して粉砕物を得、当該粉砕物から平均粒径が前記所望の有核酵素含有造粒物の平均粒径に対して０．０６〜０．５倍の平均粒径を有する成分を分離し、回収酵素粉末として得、核となる物質、酵素、及び当該回収酵素粉末を含む原料を用い、攪拌転動造粒機を用いて有核酵素含有造粒物を製造することができる。

本発明の有核酵素含有造粒物は、必要に応じてコーティングすることもできる。コーティング剤としては、特に制限されないが、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸塩、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、セルロース誘導体、デンプン誘導体等の水溶性被膜形成ポリマー；これらのポリマーとタルク、クレー、酸化チタン、炭酸カルシウム等の水溶性又は難溶性無機粒子又はアルカリ金属ケイ酸塩、アルカリ金属炭酸塩等の保護剤等との組み合わせが挙げられる。コーティング剤は有核酵素含有造粒物１００質量部（以下、単に「部」と表記する）に対して０．０１〜０．７部、更に０．０５〜０．６部とすることが酵素の保存安定性向上効果の点から好ましい。

被覆方法としては、流動層造粒機、コーティングパン式造粒機、攪拌造粒機等の装置により常法により被覆する方法が挙げられる。

本発明方法により製造された有核酵素含有造粒物は、洗浄剤組成物の配合成分として有用であり、これを配合した洗浄剤組成物は、衣料用、食器用、住居用等の洗浄剤として使用することができる。

〔分析方法〕
＜平均粒径の測定＞
ＬＳ １３ ３２０（ＢＥＣＫＭＡＮ ＣＯＵＬＴＥＲ製）を用い、レーザー回折散乱法にて測定した。

＜歩留まりの算出法＞
次式により、有核酵素含有造粒物の歩留まりを算出した。
所望の有核酵素含有造粒物の重量／投入原料の重量×１００ （％）

＜酵素活性測定法＞
１００ｍＭ ＡＡＰＬ（タンパク研究所：Ｇｌｔ−Ａｌａ−Ａｌａ−Ｐｒｏ−Ｌｅｕ−ｐＮＡジメチルスルホキシドに溶解：終濃度５ｍＭとして使用）及びリン酸緩衝液（１／１５ｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ７．４）を０．９ｍｌに酵素溶液０．０５ｍｌを加え３０℃、１０分間反応を行なった。５％（ｗ／ｖ）のクエン酸溶液を２ｍｌ添加して反応を停止させ、分光高度計を用いて４２０ｎｍにおける吸光度を測定した。得られた値に酵素の希釈率を乗じた値をプロテアーゼの力価とした。

＜活性収率の算出法＞
次式により、活性収率を算出した。
有核酵素含有造粒物実活性／有核酵素含有造粒物理論活性×１００ （％）
ここで、有核酵素含有造粒物理論活性とは、造粒前の酵素粉末の活性［Ｕ／ｇ−酵素粉末］に造粒物中の酵素粉末含有量［ｇ−酵素粉末／ｇ−造粒物］を乗じて計算される、造粒物単位重量あたりの酵素活性［Ｕ／ｇ−造粒物］である。
また、回収酵素粉末を使用する場合は、酵素粉末の活性［Ｕ／ｇ−酵素粉末］及び、回収酵素粉末の活性［Ｕ／ｇ−酵素粉末］それぞれに造粒物中の酵素粉末含有量［ｇ−酵素粉末／ｇ−造粒物］と回収酵素粉末含有量［ｇ−酵素粉末／ｇ−造粒物］を乗じ、それらを加算したものである。
有核酵素含有造粒物実活性とは、造粒により得られた造粒物の単位重量あたりの酵素活性［Ｕ／ｇ−造粒物］である。

〔酵素粉末の調製〕
Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．ＫＳＭ−９８６５（ＦＥＭ−Ｐ１８５６６）由来のプロテアーゼ（酵素固形分６％）溶液（第４級アンモニウム塩（コータミン６０Ｗ、花王（株））を酵素固形分１００部に対し０．１部含有）に硫酸ナトリウムを添加して、並流式噴霧乾燥機で乾燥し、酵素粉末とした。

〔原料〕
核となる物質として、焼き塩（粒子径７１０μｍ以上の粒子が５％以下、４２０μｍ以下の粒子が５％以下で、平均粒径５２０μｍもの）を用いた。
バインダーとして、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ６０００（花王（株））、融点６０℃）を用いた。
硫酸ナトリウムは平均粒径が１００μｍ以下の粉末を用いた。
比較例１
〔１回目造粒〕
酵素粉末（１００部）、硫酸ナトリウム（１６３部）、ポリエチレングリコール（３５部）、焼き塩（５８６部）、酸化チタン（７５部）を原料として用いた。
原料をハイスピードミキサー（（株）アーステクニカ製）に投入し、ジャケットに９０℃の温水を流しながら、アジテーター５４０ｒ／ｍｉｎ、チョッパー９００ｒ／ｍｉｎで攪拌転動を行ない、内容物を８８℃まで上昇させた。その後温水を止め、冷却水をジャケットに流し、内容物が５４℃まで冷却した。原料投入から約１時間１５分の造粒操作により造粒物を得た。この造粒物を篩（１０００μｍ・３５５μｍ）で篩うことにより、所望の有核酵素含有造粒物（粒子径範囲１０００μｍ〜３５５μｍ、平均粒径５７０μｍ、以下同じ）８９５部とオーバーサイズ（粒子径範囲１０００μｍ超）９６部、アンダーサイズ（粒子径範囲３５５μｍ未満）７５部の造粒物を得た。所望の有核酵素含有造粒物の歩留まり、活性収率、及びその積を表１に示す（以下同じ）。

比較例２
１回目造粒で得られたオーバーサイズをターボミル（２０００ｒ／ｍｉｎ）で１Ｐａｓｓ粉砕した後、アンダーサイズと混合し、篩（１８０μｍ・４２５μｍ）で篩うことにより粒子径範囲１８０〜４２５μｍ、平均粒径３２０μｍの回収酵素粉末を得た。この回収酵素粉末（１０７部）と、酵素粉末（１００部）、硫酸ナトリウム（１６３部）、ポリエチレングリコール（３５部）、焼き塩（５８６部）、酸化チタン（７５部）をハイスピードミキサー（アーステクニカ製）に投入し、比較例１と同じ条件で造粒操作を行い、有核酵素含有造粒物を得た。

実施例１
１回目造粒で得られたオーバーサイズ及び、アンダーサイズをターボミル（２５００ｒ／ｍｉｎ）にて１Ｐａｓｓ粉砕したものを粉砕物とし、篩（１００μｍ・１８０μｍ）で篩うことにより粒子径範囲１００〜１８０μｍ、平均粒径１５０μｍの回収酵素粉末を得た。この回収酵素粉末（１０７部）と、酵素粉末（１００部）、硫酸ナトリウム（１６３部）、ポリエチレングリコール（３５部）、焼き塩（５８６部）、酸化チタン（７５部）を用いて比較例１と同様に攪拌転動造粒を行ない、所望の有核酵素含有造粒物を得た。

実施例２
実施例１で得られた粉砕物を篩（１００μｍ・１５０μｍ）で篩うことにより粒子径範囲１００〜１５０μｍ、平均粒径１２０μｍの回収酵素粉末を得た。この回収酵素粉末（１０７部）と、酵素粉末（１００部）、硫酸ナトリウム（１６３部）、ポリエチレングリコール（３５部）、焼き塩（５８６部）、酸化チタン（７５部）を用いて実施例１と同様に攪拌転動造粒を行ない、所望の有核酵素含有造粒物を得た。

実施例３
実施例１で得られた粉砕物を篩（７５μｍ・１４９μｍ）で篩うことにより粒子径範囲７５〜１４９μｍ、平均粒径１００μｍの回収酵素粉末を得た。この回収酵素粉末（１０７部）と、酵素粉末（１００部）、硫酸ナトリウム（１６３部）、ポリエチレングリコール（３５部）、焼き塩（５８６部）、酸化チタン（７５部）を用いて実施例１と同様に攪拌転動造粒を行ない、所望の有核酵素含有造粒物を得た。

実施例４
１回目造粒で得られたオーバーサイズ及び、アンダーサイズをターボミル（４０００ｒ／ｍｉｎ）にて１Ｐａｓｓ粉砕し、篩（３２μｍ・７５μｍ）で篩うことにより粒子径範囲３２〜７５μｍ、平均粒径が５０μｍの回収酵素粉末を得た。この回収酵素粉末（１０７部）と、酵素粉末（１００部）、硫酸ナトリウム（１６３部）、ポリエチレングリコール（３５部）、焼き塩（５８６部）、酸化チタン（７５部）を用いて実施例１と同様に攪拌転動造粒を行ない、所望の有核酵素含有造粒物を得た。

表１に示したように、造粒工程において生じる所望の粒度の有核酵素含有造粒物以外の造粒物を回収して粉砕した後、特定の粒度分布の成分を次の造粒原料としてリサイクルすることで、歩留まりが高くなり、且つ活性の高い有核酵素含有造粒物が得られた。特に、粉砕後の平均粒径を１００〜１５０μｍとすることで、活性の高い有核酵素含有造粒物が収率良く得られた。

Claims (7)

1. 核となる物質と酵素とを含む原料を用い、攪拌転動造粒機を用いて有核酵素含有造粒物を製造する方法であって、次の工程（１）〜（４）、
   （１）有核酵素含有造粒物から所望の粒度以外の造粒物を分離する工程、
   （２）分離した所望の粒度以外の造粒物を粉砕して粉砕物を得る工程、
   （３）当該粉砕物から、平均粒径が前記所望の有核酵素含有造粒物の平均粒径に対して０．０６〜０．５倍の平均粒径を有する成分を分離し、回収酵素粉末として得る工程、
   （４）核となる物質、酵素、及び回収酵素粉末を含む原料を用い、攪拌転動造粒機を用いて有核酵素含有造粒物を製造する工程、
   を有する、有核酵素含有造粒物の製造方法。
2. 工程（４）における原料中の回収酵素粉末の含有量が３〜２５質量％である、請求項１記載の有核酵素含有造粒物の製造方法。
3. 所望の粒度の有核酵素含有造粒物の平均粒径が３５０〜１０００μｍである、請求項１又は２に記載の有核酵素含有造粒物の製造方法。
4. 核となる物質の平均粒径が２００〜８５０μｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有核酵素含有造粒物の製造方法。
5. 回収酵素粉末の平均粒径が４０〜３００μｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の有核酵素含有造粒物の製造方法。
6. 核となる物質が水溶性である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の有核酵素含有造粒物の製造方法。
7. 核となる物質が塩化ナトリウムである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の有核酵素含有造粒物の製造方法。