一、前言
植酸酶在動物腸道中有效分解植酸磷,從而提高磷的生物可用度,減少磷的直接排泄給環境帶來的污染.
動物胃液中的消化酶可分解植酶,導致其不能充分分解植酸磷,因而應進行腸溶包衣確保在胃液中不能溶出.
二、制粒(丸)的目的
* 增加流動性: 作為預混劑30～80目顆粒,確保混合時,不易分層,達到高度分散的目的.
* 減少粉塵飛揚,利于飼料顆粒制粒,改善操作環境.
* 增加強度: 避免在飼料制粒操作時不被破碎.
* 降低表面積: 通過制粒降低表面積,增加強度,以備包衣作業.
三、制粒及設備
* 噴霧制粒
壓力式噴霧造粒是以發酵液通過高壓霧化,直接噴霧成60～100目的微粒.
A、 機理
料液經過濾后由高壓泵送至壓力式噴頭霧化;空氣經過濾、加熱后進入噴霧干燥塔,霧粒與熱空氣在塔內并流,經對流干燥方式完成水份的干燥.成品顆粒由塔底排出,細粉隨排風由旋風分離器收集,水蒸汽隨排風由引風機抽出.
B、影響因素
a. 進風溫度
提高進風溫度是提高熱效率的有效途徑.植酸酶最佳安全操作溫度為140℃～165℃.進風溫度過高會使酶活單位下降;過低則會產生顆粒水份超標.
b. 排風溫度的控制
排風溫度通過進料速度和風量,進風溫度等參數調控.在噴霧干燥過程中,由于排風直接接觸干料,因此過高的排風溫度將導致酶活的急劇下降,通常在60～75℃之間.
c. 噴霧壓力
噴霧壓力高低直接影響顆粒度大小,壓力越高,顆粒越細,常用壓力2.5～4MPa.
d. 漿料性質
適當的添加輔料與濃縮液混合噴霧,對成粒至關重要.由于植酸酶噴霧濃度低,以并流方式噴霧干燥顆粒趨于空心或多孔,因此,調節輔料對成粒極為有效.
A. 噴霧制粒的特點
由液體直接瞬間制粒,干燥時間短,不會導致酶活下降.
采用高塔造粒,一次性成粒率極高(>80%),顆粒為空心或多孔性,強度低,不利于后續包衣操作.
l 流化床噴霧造粒
A、 制粒機理
酶粉和輔料投入流化床錐形料斗內,熱風經分布板后促使物料建立流化態,多成份物料得以充分混合,然后將發酵液由壓縮空氣霧化后噴入流化的粉層成粒,細粉由布袋過濾器捕集起來,并由氣缸清灰返回流化床再聚附成粒.
B、 影響制粒的因素
a. 進風溫度
進風溫度高,床內質熱傳遞速度加快,可以增加噴霧速度,因而成粒速度加快.但是,過高進風溫度將導致床內潤濕能力下降,成粒過程慢或無法制粒及活性下降;過低的進風溫度則因床內水份來不及干燥,導致物料水份不斷上升,容易造成結團,形成溝流,惡化流化過程,顆粒不勻,甚至無法噴液.
植酸酶的合適進風溫度在45～55度間選擇
b. 流化風量
流化風量除提供流化所必須的足夠動力外,還作為蒸發制粒漿液水份的載體,流化風量大,粉料流動性好,成粒越均勻,但過大的流化風里將導致:
(1) 顆粒摔碎嚴重,成粒速度減慢
(2) 粉塵夾帶嚴重,加重布袋積粉,增加阻力,風量過低則流化平緩,成粒不均.
c. 漿料性質
漿液濃度、粘度和供給速度對顆粒的硬度,成粒率大小、強度、崩解性、溶出率、生物可用度等均有重要影響.
首先,漿液的用量越多成粒越大,密度增加,顆粒越致密結實,這是因為漿液用量增加,標志床內潤濕滲透能力增加的原故.
其二,漿液濃度增加,粉粒間架橋能力提高,成粒速度快.
d. 霧化用壓縮空氣
沸騰制粒工藝所采用的氣流式霧化器利用高速(近音速)壓縮空氣與液體在噴嘴口處的速度差將漿液撕裂霧化,霧化空氣壓力越高,霧化粒越細,成粒均勻,反之相反.
e. 噴嘴霧化器的位置和霧化角
噴嘴距離流化床位置越高或霧化角越大,其霧粒投至流化床范圍越大,粉液結合越好,成粒均勻.但因距離增加,霧粒穿透粉末能力減弱,即潤濕能力降低,成粒細小,速度變慢.
使用本法的廠家有: 四川禾本生物有限公司、福建福大百特科技發展有限公司、北京昕地美飼料科技有限公司等企業.
四、制丸及設備
1、制丸的目的
* 降低生產成本
微丸具有最小的表面積及表面高致密性,因此,對植酸酶微丸進行腸溶包衣具有最低的增重比,節約有機溶劑和包衣材料的使用量,縮短了包衣時間,從而提高生產效益.
粒度分布與包衣增重比比較表:
粒度>80目粉體60~100噴霧粒子40~60流化造粒30~60微丸
粘結劑HPMC 2%HPMC 1%
包材HPMCP 22%HPMCP 17.5%HPMCP 15%HPMCP 11%
* 提高生物利用度
制丸應包衣工藝的要求,通過對微丸進行耐高溫腸溶包衣,植酸酶在飼料制粒時活性得到保護,同時由于腸溶包衣在動物胃中不會溶出,提高了在腸道中的生物可用度.
2、制丸及設備
微丸系統是常州市佳發制粒干燥設備有限公司首推的制劑新工藝,先后已被云南康和生物工程有限公司、北京昕大洋科技發展有限公司、江西南昌美多星生物科技有限公司、廣州巨元生化科技有限公司等單位選用.
A、制丸工藝
濃縮液與吸附性輔料混合,制備濕材.
濕材經擠壓造粒機制備成條狀顆粒.
濕條狀顆粒經離心拋圓機滾圓成丸.
濕丸在流化床內完成水份的干燥.
B、影響制丸的因素
粘結劑
根據輔料特點決定粘結劑用量,以玉米芯材為輔料可直接吸附植酸酶溶液,當以淀粉等吸附性差的物料時,根據后續工藝要求,還需要添加水溶性的粘結劑.粘結劑用量以制粒來確定,過多會導致大粒或團塊,過少會出現干燥后粉塵量過大.
輔料
玉米芯等吸附性強、塑性良好的輔料在拋圓機內成丸容易.輔料應滿足:①塑性良好,易于成型、滾圓.②粘性適度.高粘度拋圓同時出現大團,粘度低時則會散裂,無法制丸.
常州市佳發制粒干燥設備有限公司在長期制丸工藝探索中,摸索出獨特的空白丸芯配方,微丸真球度高,成本低.
C、特點
混合、制粒、拋圓、干燥四步作業,每道工序工藝簡單,生產指標容易控制.
制粒后滾圓、成丸均勻,其過程在常溫條件下完成,并低溫流化干燥,確保活性單位不致下降較多.
五、包衣及設備
1、包衣的目的
* 穩定活性: 薄膜包衣便于存放,減少活性單位下降.
* 改善外觀: 著色包衣,增加美感.
* 提高生物利用度: 通過腸溶包衣確保在胃液中活性單位不下降,從而提高在腸溶中的生物利用度,有效分解腸道中的植酸磷.
2、包衣膜材的選擇
(1) 丙稀酸樹脂
Ⅱ、Ⅲ號丙稀酸樹脂均為耐胃酸腸溶包材.
丙稀酸Ⅱ號樹脂(L100): 非水溶性腸溶材料,在PH>6的介質中溶解.
優點: 成膜性好,耐胃酸,在PH>7的微堿性緩沖液中較Ⅲ號樹脂慢.
缺點: 不溶于水,需用乙醇等有機溶劑介質,衣材成本高.
丙稀酸Ⅲ號樹脂(S): 非水溶性腸溶材料,可溶解于PH>7的弱堿性介質.
優點: 成膜性、光澤度較Ⅱ號樹脂好.
缺點: 粘度大,溶解度(PH>7)較Ⅱ號快,由于這一特點較少單獨使用,而常與Ⅱ號混用達到互補目的.
(2) 羥丙基甲基纖維素鄰苯二甲酸脂(HPMCP)
該材料不溶于PH>5.5的酸性溶液,是良好的腸溶材料,其成膜性、衣膜塑性均較良好,并對溫度穩定.
3、包衣設備
A、旋流流化床流程系統示意圖
B、結構特點
a. 輻射式進風驅動盤
* 熱空氣以輻射切向進入,物料作三維運動,與頂噴流化床比較達到快速混合并不產生分層.
* 物料在床內形成旋轉翻騰,比頂噴更為規則,因而利于實現粉、粒、丸均勻包衣.
* 物料在床內運行同時,產生自轉,其表面成膜厚度均勻,因而可應用于緩控釋包衣.
b. 霧化器
* 三流體霧花器: 內層氣用以霧化,外層氣則在出口處將霧化區與物料隔離,確保無粘連.
* 霧化器埋入物料層底噴操作,霧粒到達物粒表面距離極短,包衣時,霧粒不致形成噴霧干燥,確保完全利用,生產成本低.
* 多噴槍作業并不產生交叉影響,生產效率提高.
六、結論
1、 流化床制備30~80目預混劑植酸酶顆粒,成粒均勻.
2、 旋流流化床一步完成植酸酶的制粒、制丸及包衣,縮減了生產工藝,降低操作成本.
3、 以微丸產品進行耐高溫腸溶包衣,避免在胃液中被分解,提高生物利用度.
4、 常溫狀態下制丸,低溫干燥及包衣,活性下降低.
