DE19754838A1

DE19754838A1 - Cellulasehaltiges Enzymgranulat

Info

Publication number: DE19754838A1
Application number: DE1997154838
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr Maurer; Albrecht Dr Weiss; Matthias Dr Sunder
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 1999-06-17
Also published as: WO1999029820A1; EP1040178A1; JP2001526303A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Enzymgranulat, das Cellulase enthält, ein Verfahren zu seiner Herstellung und die Verwendung des Granulats insbesondere zur Herstellung fester, insbesondere teilchenförmiger Wasch- und Reinigungsmittel.

Enzyme, insbesondere Proteasen, finden ausgedehnte Verwendung in Wasch-, Waschhilfs- und Reinigungsmitteln. Üblicherweise kommen die Enzyme dabei nicht in reiner Form, son dern in Mischungen mit einem Verdünnungs- und Trägermaterial zum Einsatz. Mischt man solche Enzymzubereitungen üblichen Waschmitteln bei, so kann beim Lagern ein erheblicher Abbau der Enzymaktivität eintreten, insbesondere wenn bleichaktive Verbindungen zugegen sind. Das Aufbringen der Enzyme auf Trägersalze unter gleichzeitiger Granulation gemäß der deutschen Offenlegungsschrift DT 16 17 190 beziehungsweise durch Aufkleben mit nichtioni schen Tensiden gemäß der deutschen Offenlegungsschrift DT 16 17 188 oder wäßrigen Lö sungen von Celluloseethern gemäß der deutschen Offenlegungsschrift DT 17 67 568 führt nicht zu einer nennenswerten Verbesserung der Lagerstabilität, da sich die empfindlichen En zyme in solchen Aufmischungen in der Regel auf der Oberfläche der Trägersubstanz befin den. Zwar kann die Lagerstabilität der Enzyme wesentlich erhöht werden, wenn man die En zyme mit dem Trägermaterial umhüllt beziehungsweise in dieses einbettet und anschließend durch Extrudieren, Pressen und Marumerisieren in die gewünschte Partikelform überführt, wie zum Beispiel in der deutschen Patentschrift DE 16 17 232, der deutschen Offenlegungs schrift DT 20 32 768, und den deutschen Auslegeschriften DE 21 37 042 und DE 21 37 043 beschrieben. Derartige Enzymzubereitungen besitzen jedoch nur mangelhafte Löslichkeitsei genschaften. Die ungelösten Partikel können sich im Waschgut verfangen und dieses verun reinigen beziehungsweise sie werden ungenutzt in das Abwasser überführt. Aus der deutschen Auslegeschrift DE 18 03 099 bekannte Einbettungsmittel, die aus einem Gemisch fester Säu ren beziehungsweise saurer Salze und Carbonaten beziehungsweise Bicarbonaten bestehen und bei Wasserzusatz zerfallen, verbessern zwar das Lösungsvermögen, sind aber ihrerseits sehr empfindlich gegen Feuchtigkeit und erfordern daher zusätzliche Schutzmaßnahmen.

Ein weiterer Nachteil der vorgenannten Zubereitung ist darin zu sehen, daß die Enzyme nur in Form trockener Pulver verarbeitet werden können. Die üblicherweise bei der Enzymher stellung anfallenden Fermenterbrühen lassen sich in dieser Form nicht einsetzen, sondern müssen zuvor entwässert werden. An diese Voraussetzung sind auch solche Verfahren ge bunden, bei denen ausschließlich leicht lösliche Trägermaterialien, wie Zucker, Stärke und Celluloseether als Bindemittel zur Herstellung von Enzymzubereitungen eingesetzt werden.

Aus der europäischen Patentschrift EP 0 564 476 sind Proteasegranulate zum Einsatz in körni gen Wasch- und Reinigungsmitteln bekannt, die 2 Gew.-% bis 20 Gew.-% Enzym, 10 Gew.- % bis 50 Gew.-% quellfähige Stärke, 5 Gew.-% bis 50 Gew.-% wasserlösliches organisches Polymer als Granulierhilfsmittel, 10 Gew.-% bis 35 Gew.-% Getreidemehl und 3 Gew.-% bis 12 Gew.-% Wasser enthalten. Durch derartige Zuschlagstoffe wird die Enzymverarbeitung ohne größere Aktivitätsverluste möglich und auch die Lagerbestandigkeit der Enzyme in den Granulaten ist zufriedenstellend. Aus diesem Dokument ist auch bekannt, daß Natrium carboxymethylcellulose die Zerfalls- und Dispergiergeschwindigkeit der Granulate in kalten Waschlaugen herabsetzt, während durch einen Zusatz von höhermolekularem Polyethylen glykol diese Wirkung in Richtung auf eine höhere Auflösungsgeschwindigkeit verändert wer den kann. Jedoch weisen die dort beschriebenen Enzymgranulate nicht immer eine so hohe Zerfallsgeschwindigkeit auf, daß bei deren Einsatz in Waschmitteln schon in der Anfangspha se der maschinellen Wäsche genügend Enzym in der Waschflotte vorhanden ist, um enzyma tisch entfernbare Anschmutzungen zu beseitigen. Als Ansatzpunkt zur weiteren Verbesserung der Löslichkeit wurde in der deutschen Patentanmeldung DE 43 10 506 der Einsatz eines spe ziellen Granulierhilfsmittelsystems vorgeschlagen, das Alkali-Carboxymethylcellulose mit Substitutionsgraden von 0,5 bis 1 und Polyethylenglykol und/oder Alkyl- beziehungsweise Alkenylpolyethoxylat in bestimmten Mengen enthält.

Zur Erhöhung der Lagerstabilität von Enzymformulierungen ist verschiedentlich vorge schlagen worden, Erdalkalimetallionen einzusetzen. So ist zum Beispiel aus der europäischen Patentschrift EP 0 028 865 die enzymstabilisierende Wirkung einer Ca-Ameisensäure-Kombi nation und aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 378 262 die entsprechende Wirkung von Magnesiumsalzen bekannt. Das europäische Patent EP 0 383 828 betrifft teilchenförmige Mittel, die ein Cellulasegranulat enthalten, welches zu 1 bis 50 Gew.-% aus Calciumcarbonat besteht. Die dort konkret offenbarten Granulate enthalten Cellulose als Bestandteil des Trä germaterialgemisches.

Cellulolytische Enzyme sind in der Lage, β-D-glucosidische Bindungen in Cellulosemolekü len zu spalten. Neben der Verwendung zum Abbau von Holz-Cellulose zu Zuckern ist auch ihr Einsatz in Waschmitteln seit langer Zeit bekannt, wo sie zwar auch zum Reinigungsergeb nis beitragen können, primär aber zur Entfernung von aus der Textilfaser herausragenden Cel lulose-Mikrofibrillen eingesetzt werden, was sowohl die Weichheit als auch den Farbeindruck des Textils verbessert.

Wenn man Cellulasen unter Anwendung der im wesentlichen bei der Konfektionierung von Proteasen gefundenen Erkenntnisse wie oben geschildert in granularer Form konfektioniert und in Waschmittel einarbeitet, beobachtet man einen sehr weitgehenden, im Extremfall voll ständigen Aktivitätsverlust unter den Anwendungsbedingungen des Waschmittels, obwohl genauere Analysen zeigen, daß der Abbau des Enzyms durch die sonstigen Waschmittel inhaltsstoffe bei weitem nicht so dramatisch ist und im Gegenteil kaum stattgefunden hat. Dies legt den Schluß nahe, daß das Trägermaterial in irgendeiner Weise unvorteilhaft für den Waschprozeß mit der Cellulase wechselwirkt. Da übliche Bestandteile des Trägermaterials beziehungsweise Granulierhilfsmittels, insbesondere Cellulose und Cellulosederivate, Sub strate für das hier zu konfektionierende Enzym sind, war eine erhöhte Enzymstabilität im Sin ne einer stabilisierenden Bindung der Cellulase an diese Substrate zu erwarten, nicht eine En zymdesaktivierung.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein cellulasehaltiges Granulat, geeignet für den Einsatz in Wasch- und Reinigungsmitteln, zu entwickeln, das bei guten Pul vereigenschaften, insbesondere Löslichkeit und Einspülbarkeit, eine hohe Aktivität der Cel lulase unter den Anwendungsbedingungen des Mittels gewährleistet, auch wenn man das Granulat oder das dieses enthaltende Mittel über längere Zeit lagert. Diese Aufgabe wird durch die nachfolgend geschilderte Erfindung im wesentlichen durch die Optimierung des Trägermaterials und Granulierhilfsmittels gelöst.

Bei dieser Optimierung wurde überraschenderweise gefunden, daß ein erhöhter Gehalt an Calciumionen der Stabilität der Cellulase besonders abträglich ist, und daß verschiedene Poly saccharid-Derivate nicht gleichermaßen zur Stabilisierung der Cellulase beizutragen vermö gen.

Die Erfindung betrifft ein insbesondere für die Einarbeitung in teilchenförmige Wasch- oder Reinigungsmittel geeignetes Enzymgranulat, enthaltend cellulolytisches Enzym und anorga nisches und/oder organisches, gegebenenfalls Cellulose enthaltendes Trägermaterial sowie Granulierhilfsmittel, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es weniger als 4 Gew.-%, ins besondere bis zu 2 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% Calcium (berechnet als CaCl₂.H₂O) enthält.

Das Enzymgranulat enthält in einer bevorzugten Ausführungsform 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.- % insbesondere 0,2 Gew.-% bis 1 Gew.-%, berechnet als Protein, an Cellulase. Es weist vor zugsweise eine cellulolytische Aktivität im Bereich von 10 CMC-U/g bis 1000 CMC-U/g, insbesondere 20 CMC-U/g bis 150 CMC-U/g auf, wobei Granulate mit Aktivitäten im letzt genannten Bereich für den Einsatz in Wasch- und Reinigungsmitteln besonders bevorzugt sind. Die Aktivitätsbestimmung der Cellulase (CMCase-Aktivität) beruht auf Mo difizierungen des von M. Lever in Anal. Biochem. 47 (1972), 273-279 und Anal. Biochem. 81 (1977), 21-27 beschriebenen Verfahrens. Dazu wird eine 2,5 gewichtsprozentige Lösung von Carboxymethylcellulose (bezogen von der Firma Sigma, C-5678) in 50 mM Glycinpuffer (pH 9,0) eingesetzt. 250 µl dieser Lösung werden 30 Minuten bei 40°C mit 250 µl einer Lö sung, die das zu testende Enzym enthält, inkubiert. Anschließend werden 1,5 ml einer 1 ge wichtsprozentigen Lösung von p-Hydroxybenzoesäurehydrazid (PAHBAH) in 0,5 M NaOH, die 1 mM Bismutnitrat und 1 mM Kaliumnatriumtartrat enthält, zugegeben und die Lösung wird 10 Minuten auf 70°C erwärmt. Nach Abkühlen (2 Minuten 0°C) wird bei Raumtempe ratur die Absorption bei 410 nm (zum Beispiel unter Verwendung eines Photometers Uvi kon® 930) gegenüber einem Blindwert bestimmt. Als Blindwert wird eine Lösung herange zogen, die wie die Meßlösung vorbereitet wurde mit dem Unterschied, daß man sowohl die PAHBAH-Lösung als auch die CMC-Lösung in dieser Reihenfolge erst nach der Inkubation des Enzyms zugibt und auf 70°C erwärmt. Auf diese Weise werden eventuelle Aktivitäten der Cellulase mit Medienbestandteilen auch im Blindwert erfaßt und von der Gesamtaktivität der Probe abgezogen, so daß tatsächlich nur die Aktivität gegenüber CMC ermittelt wird. 1 CMC-U entspricht der Enzymmenge, die unter diesen Bedingungen 1 µmol Glucose pro Mi nute erzeugt.

Außer der Cellulase enthält ein erfindungsgemäßes Enzymgranulat weitere insbesondere feste Bestandteile, die sich in zwei Gruppen zusammenfassen lassen: Trägermaterial und Granu lierhilfsmittel. Während das Trägermaterial seiner Bezeichnung entsprechend die Cellulase trägt und für die Festigkeit des Granulats im wesentlichen verantwortlich ist, wird das Granu lierhilfsmittel im Rahmen der Granulatherstellung benötigt und erleichtert das Herstellverfah ren beziehungsweise macht es durch seine Funktion als Bindemittel überhaupt erst möglich.

Als Trägermaterialien sind im Prinzip alle organischen oder anorganischen teilchen- bezie hungsweise pulverförmigen Substanzen brauchbar, welche die zu granulierenden Enzyme nicht oder nur tolerierbar wenig zerstören oder desaktivieren und unter Granulationsbedin gungen stabil sind. Zu derartigen Substanzen gehören beispielsweise Getreidemehl, Maltodex trose, Saccharose, Invertzucker, Glukose, Alkalialumosilikate, insbesondere Zeolithe, Schicht silikate, zum Beispiel Bentonit oder Smectit, und wasserlösliche anorganische oder organi sche Salze, zum Beispiel Alkalichlorid, Alkalisulfat, Alkalicarbonat oder Alkaliacetat, wobei Natrium oder Kalium die bevorzugten Alkalimetalle sind. Bevorzugt wird ein Trägerma terialgemisch aus in Wasser quellfähiger Stärke, Cellulose sowie gegebenenfalls Getreide mehl und/oder Saccharose eingesetzt.

Bei der in Wasser quellfähigen Stärke handelt es sich vorzugsweise um Maisstärke, Reis stärke, Kartoffelstärke oder Gemische aus diesen, wobei der Einsatz von Maisstärke beson ders bevorzugt ist. Quellfähige Stärke ist in den erfindungsgemäßen Enzymgranulaten vor zugsweise in Mengen von 20 Gew.-% bis 70 Gew.-%, insbesondere von 25 Gew.-% bis 60 Gew.-% enthalten. Dabei beträgt die Summe der Mengen der quellfähigen Stärke und des Mehls vorzugsweise nicht über 80 Gew.-%, insbesondere 32 Gew.-% bis 70 Gew.-%.

Bei dem im Rahmen der Erfindung geeigneten Getreidemehl, welches bekanntermaßen zur Geruchsreduktion der Enzymgranulate beitragen kann, handelt es sich insbesondere um ein aus Weizen, Roggen, Gerste oder Hafer herstellbares Produkt oder um ein Gemisch dieser Mehle, wobei Vollkornmehle bevorzugt sind. Unter einem Vollkornmehl wird hier ein nicht voll ausgemahlenes Mehl verstanden, das aus ganzen, ungeschälten Körnern hergestellt wor den ist oder zumindest überwiegend aus einem derartigen Produkt besteht, wobei der Rest aus voll ausgemahlenem Mehl beziehungsweise Stärke besteht. Vorzugsweise werden handels übliche Weizenmehl-Qualitäten, wie Type 450 oder Type 550, eingesetzt. Auch die Verwen dung von Mehlprodukten der zu vorgenannten quellfähigen Stärken führenden Getreidearten ist möglich, wenn darauf geachtet wird, daß die Mehle aus den ganzen Körnern hergestellt worden sind. Derartiges Getreidemehl kann in den erfindungsgemäßen Enzymgranulaten vor zugsweise in Mengen von 5 Gew.-% bis 35 Gew.-%, insbesondere von 10 Gew.-% bis 25 Gew.-% enthalten sein. Gewünschtenfalls kann durch den Einsatz von Getrei demehlproteinen wie Gluten, die man durch Extraktion der eiweißhaltigen Bestandteile des Mehls gewinnen kann, die Lagerstabilität der Enzyme und die Granulierbarkeit im Rahmen des Herstellprozesses verbessert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfindungsgemäßer beziehungsweise nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren hergestellter Enzymgranulate enthält das Trägermaterial, jeweils bezogen auf fertiges Enzymgranulat, 10 Gew.-% bis 70 Gew.-% in Wasser quellfähige Stärke, 3 Gew.-% bis 10 Gew.-% Saccharose, bis zu 70 Gew.-%, insbesondere 10 Gew.-% bis 70 Gew.-% Getreidemehl und bis zu 10 Gew.-%, insbesondere 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% Cellulose.

Das Granulierhilfsmittel ist im Vergleich zum Trägermaterial nur in untergeordneten Mengen von vorzugsweise 1 Gew.-% bis 15 Gew.-%, insbesondere 2 Gew.-% bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf fertiges Enzymgranulat, vorhanden. Üblicherweise werden als Granulierhilfs mittel beziehungsweise als Komponente des Granulierhilfsmittels Cellulose- und Stärkederi vate wie nichtionische Cellulose- und Stärkeether, beispielsweise Methylcellulose bezie hungsweise -stärke, Ethylcellulose beziehungsweise -stärke, Propylcellulose beziehungsweise -stärke und deren hydroxylgruppenhaltige Derivate wie zum Beispiel Hydroxyethylcellulose beziehungsweise -stärke, Hydroxypropylcellulose beziehungsweise -stärke, und anionische Cellulose- oder Stärkeether, die in Form wasserlöslicher Salze, insbesondere der Alkalisalze, vorliegen, wie Carboxymethylcellulose, Carboxymethylstärke und phosphatierte Stärke, so wie sogenannte Mischether wie zum Beispiel Methylhydroxyethylcellulose beziehungsweise -stärke, Methylhydroxypropylcellulose beziehungsweise -stärke, Methylcarboxy methylcellulose beziehungsweise -stärke und deren Gemische, eingesetzt. Unter phosphatier ter Stärke wird ein Stärkederivat verstanden, bei der Hydroxylgruppen der Stärke- Anhydroglukoseeinheiten durch die Gruppe -O-P(O)(OH)₂ oder deren wasserlösliche Salze, insbesondere Alkalisalze wie Natrium- und/oder Kaliumsalze, ersetzt sind. Unter dem mittle ren Substitutionsgrad der Stärke beziehungsweise Cellulose ist die Zahl der substituierten Sauerstoffatome, die Teil einer Ether- beziehungsweise Phosphatgruppe sind, pro Saccharid- Monomer des Polysaccharids gemittelt über alle Saccharid-Einheiten, zu verstehen. Bei phos phatierten Stärken liegt der mittlere Substitutionsgrad (in diesem Falle Phosphatierungsgrad) vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 2,5, da besonders bei deren Einsatz relativ geringe Men gen ausreichend sind, um eine gewünschte Granulatfestigkeit zu erreichen. Die genannten Stärkederivate können Abkömmlinge nativer Stärke oder deren Bruchstücken, sogenannter teilhydrolysierter Stärken, sein. Unter teilhydrolysierten Stärken sollen im Rahmen der vorlie genden Erfindung Oligo- beziehungsweise Polymere von Kohlenhydraten verstanden werden, die nach üblichen, beispielsweise säure- oder enzymkatalysierten Verfahren durch partielle Hydrolyse von Stärke zugänglich sind. Vorzugsweise handelt es sich um Hydrolyseprodukte mit mittleren Molmassen im Bereich von 440 bis 500 000. Bevorzugt sind Polysaccharide mit einem Dextrose-Equivalent (DE) im Bereich von 0,5 bis 40, insbesondere von 2 bis 30, wo bei DE ein gebräuchliches Maß für die reduzierende Wirkung eines Polysaccharids im Ver gleich zu Dextrose, welche ein DE von 100 besitzt, ist. Brauchbar sind nach Veretherung be ziehungsweise Phosphatierung sowohl Maltodextrine (DE 3-20) und Trockenglukosesirupe (DE 20-37) als auch sogenannte Gelbdextrine und Weißdextrine mit höheren mittleren Mol massen im Bereich von etwa 2000 bis 30 000.

Gegebenenfalls können als zusätzliche Bestandteile des Granulierhilfsmittels auch weitere dafür bekannt brauchbare Substanzen, wie Gelatine, Casein, oben genanntes Getreidemehl protein, Traganth oder andere in Wasser lösliche beziehungsweise dispergierbare Polymere naturlichen oder synthetischen Ursprungs verwendet werden. Brauchbare synthetische wasser lösliche Polymere sind Polyacryiate, Polymethacrylate, Copolymere der Acrylsäure mit Mal einsäure oder vinylgruppenhaltige Verbindungen, ferner Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, das auch teilverseift sein kann, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 200 bis 6000, 1,2-Propylenglykol sowie Polyethoxylate gemäß Formel I,

R-(OCH₂CH₂)_n-OH I

in der R einen geradkettigen oder verzweigten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 3 C-C- Doppelbindungen mit 8 bis 22, insbesondere 12 bis 18 C-Atomen und der mittlere Ethoxy lierungsgrad n eine Zahl von 10 bis 80, insbesondere von 30 bis 45 bedeutet. Soweit es sich bei den vorgenannten Verbindungen um solche mit freien Carboxylgruppen handelt, liegen sie normalerweise in Form ihrer Alkalisalze, insbesondere ihrer Natriumsalze vor. Derartige zu sätzliche Granulierhilfsmittelkomponenten können in den erfindungsgemäßen Enzymgra nulaten in Mengen bis zu 10 Gew.-%, insbesondere von 0,5 Gew.-% bis 8 Gew.-% enthalten sein.

Vorzugsweise enthält ein erfindungsgemäßes Cellulasegranulat als Granulierhilfsmittel bezie hungsweise als Komponente des Granulierhilfsmittels phosphatierte Stärke und/oder Car boxymethylcellulose mit der Maßgabe, daß bei Anwesenheit von Cellulose im Trägermaterial der Gehalt an phosphatierter Stärke den Gehalt an Cellulose übertrifft. Dies trägt wesentlich zur Lagerstabilität der Enzymgranulate bei. Das Gewichtsverhältnis von phosphatierter Stärke zu Carboxymethylcellulose liegt vorzugsweise im Bereich von 0 : 100 bis 50 : 50.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines cellulasehaltigen Enzym granulates mit einer mittleren Korngröße von 0,3 mm bis 3 mm aus einem durch Vermischen einer wäßrigen cellulasehaltigen Flüssigkeit mit Trägermaterial und Granulierhilfsmittel als Zuschlagstoffen entstandenen Enzym-Vorgemisch mit Hilfe eines verdichtenden Formge bungsschrittes, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die wäßrige cellulasehaltige Flüssigkeit, die eine gegebenenfalls durch Mikrofiltration von unlöslichen Bestandteilen be freite, aufkonzentrierte Fermentationsbrühe sein kann, mit einem Zuschlagstoffgemisch ver mischt, das aus anorganischem und/oder organischem, gegebenenfalls Cellulose enthaltendem Trägermaterial und Granulierhilfsmittel besteht, welches phosphatierte Stärke und/oder Car boxymethylcellulose enthält, mit der Maßgabe, daß bei Anwesenheit von Cellulose der Gehalt an phosphatierter Stärke den Gehalt an Cellulose übertrifft. Die verdichtende Formgebung kann durch übliche Verfahren, in denen Verdichtungskräfte aufgewandt werden, wie Granu lieren, Kompaktieren, beispielsweise Walzenkompaktieren oder Extrudieren, Tablettieren oder Pelletieren erfolgen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens besteht im Extrudieren eines durch Vermischen einer wäßrigen cellulasehaltigen Flüssigkeit mit dem Trägermaterial und dem Granulierhilfsmittel als Zuschlagstoffen entstandenen Enzym-Vorgemischs, gege benenfalls Sphäronisierung des Extrudats in einem Rondiergerät, gegebenenfalls Trocknung und gegebenenfalls Aufbringen eines Farbstoff und/oder Pigment enthaltenden Überzugs.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im Prinzip jede Cellulase stabil in Granu latform konfektioniert werden. Vorzugsweise ist in den erfindungsgemäßen Granulaten eine Cellulase mit einem Verhältnis von Zugreißfestigkeitsverlust zu Antipilling-Effekt unter 1, insbesondere unter 0,8 und besonders bevorzugt im Bereich von 0,001 bis 0,5, wie sie in der internationalen Patentanmeldung WO 96/34092 beschrieben ist, enthalten. Die Cellulase- Aktivität, insbesondere der wäßrigen Lösung, kann ergänzend zum oben beschriebenen Ver fahren zur Bestimmung der CMCase-Aktivität in Anlehnung an das von Schlochtermeier et. al. (Appl. Env. Microbiol. 1992, 58, 3240-3248) beschriebene Verfahren anhand der Freiset zung von o-Nitrophenol aus o-Nitrophenyl-β-D-Cellobiosid (oNPC) photometrisch (bei 405 nm) bestimmt werden. Der Bestimmungsansatz enthält 600 µl 50mM Kaliumphosphat- Puffer (pH 6,7), der 9 mM o-NPC und 50 µl einer Lösung des zu testenden Enzyms enthält. Alle Reagentiengemische werden bei 40°C inkubiert. Die Reaktion wird durch Zusatz von 350 µl 200 mM Glycin/Natriumhydroxid Puffer (pH 10) gestoppt. 1 oNPC-Aktivitätseinheit (oNPC-U) entspricht der Freisetzung von 1 µmol o-Nitrophenol pro Minute.

Die erfindungsgemäßen beziehungsweise unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Enzymgranulate können außer der Cellulase noch weitere Enzyme, darunter auch solche, die mit der Cellulase zu reagieren vermögen, enthalten. Insbesondere im letztge nannten Fall bedient man sich vorzugsweise der aus den internationalen Patentanmeldungen WO 96/00772 oder WO 96/00773 bekannten Maßnahmen zur Vermeidung des Enzymabbaus. Als zusätzliche Enzyme kommen in erster Linie die aus Mikroorganismen, wie Bakterien oder Pilzen, gewonnenen Proteasen, Lipasen, Amylasen, Pullulanasen, Xylanasen, Hemicellulasen, Oxidasen und/oder Peroxidasen in Frage, wobei von Bacillus-Arten erzeugte Proteasen sowie ihre Gemische mit Amylasen bevorzugt sind. Sie werden in bekannter Weise durch Fermenta tionsprozesse aus geeigneten Mikroorganismen gewonnen, die zum Beispiel in den deutschen Offenlegungsschriften DE 19 40 488, DE 20 44 161, DE 22 01 803 und DE 21 21 397, den US-amerikanischen Patentschriften US 3 632 957 und US 4264 738 sowie der europäischen Patentanmeldung EP 0 006 638 beschrieben sind. Besonders vorteilhaft kann das erfindungs gemäße Verfahren auch zur Mitkonfektionierung der sehr aktiven Proteasen der sogenannten vierten Generation verwendet werden, zu denen beispielsweise Durazym® und aus den inter nationalen Patentanmeldungen WO 95/23221, WO 95/27049, WO 95/30010, WO 95/30011, WO 95/30743 oder WO 95/34627 bekannte Enzyme gehören, deren lagerstabile Einarbeitung in Wasch- und Reinigungsmittel oft Probleme bereitet. Falls es sich bei dem erfindungsgemä ßen Enzymgranulat um eine neben Cellulase auch Protease enthaltende Formulierung handelt, beträgt die Proteaseaktivität vorzugsweise 60 000 Proteaseeinheiten (PE, bestimmt nach der in Tenside 2 (1970), 125 beschriebenen Methode) bis 350 000 PE, insbesondere 140 000 PE bis 280 000 PE, pro Gramm Enzymgranulat.

Erfindungsgemaß ist es möglich, bei Fermentationsprozessen anfallende Brühen extrazellulä rer cellulolytischer Enzyme nach Abtrennen der unlöslichen Begleitstoffe beispielsweise durch Mikrofiltration sowie nachfolgende Aufkonzentration durch Ultrafiltration und gegebe nenfalls anschließendes Eindampfen im Vakuum unmittelbar in lagerbeständige, weitgehend geruchlose Granulate zu überführen. Die Entstehung unerwünschter Enzymstäube und die bei zusätzlichen Trocknungsprozessen auftretenden Aktivitätsverluste werden durch das beson ders angepaßte Zuschlagstoffgemisch vermieden.

Zur Herstellung erfindungsgemäßer Enzymgranulate geht man vorzugsweise von Fermen terbrühen aus, die durch Mikrofiltration von unlöslichen Begleitstoffen befreit werden kön nen. Die Mikrofiltration wird dabei vorzugsweise als Querstrom-Mikrofiltration unter Ver wendung poröser Rohre mit Mikroporen größer 0,1 µm, Fließgeschwindigkeiten der Konzen tratlösung von mehr als 2 m/s und einem Druckunterschied zur Permeatseite von unter 5 bar durchgeführt, wie beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP 0 200 032 be schrieben. Anschließend wird das Mikrofiltrationspermeat vorzugsweise durch Ultrafiltration, gegebenenfalls mit anschließender Vakuumeindampfung, aufkonzentriert. Die Auf konzentration kann dabei, wie im europäischen Patent EP 0 564476 für andere Enzyme be schrieben, so geführt werden, daß man nur zu relativ niedrigen Gehalten an Trockensubstanz von vorzugsweise 5 Gew.-% bis 50 Gew.-%, insbesondere von 10 Gew.-% bis 40 Gew.-% gelangt. Vorzugsweise weist die so erhältliche wäßrige cellulasehaltige Flüssigkeit eine Akti vität im Bereich von 500 oNPC-U/ml bis 1500 oNPC-U/ml, insbesondere 750 oNPC-U/ml bis 1250 oNPC-U/ml auf. Die Cellulaselösung wird einem zweckmäßigerweise zuvor hergestell ten trockenen, pulverförmigen bis körnigen Gemisch der oben beschriebenen Zuschlagstoffe zudosiert. Der Wassergehalt der Mischung sollte so gewählt werden, daß sie sich bei der Bear beitung mit Rühr- und Schlagwerkzeugen in körnige, bei Raumtemperatur nicht klebende Partikel überführen und bei Anwendung höherer Drücke plastisch verformen, insbesondere extrudieren läßt. Vorzugsweise werden 10 Gew.-Teile bis 50 Gew.-Teile der wäßrigen Cellu laselösung mit 70 Gew.-Teilen bis 90 Gew.-Teilen des Trägermaterials und 0,5 Gew.-Teilen bis 10 Gew.-Teilen des Granulierhilfsmittels vermischt.

Das enzymhaltige Vorgemisch wird anschließend in im Prinzip bekannter Weise, zum Bei spiel mit Hilfe von Extrudern oder Pelletpressen, in Granulate überführt. Bevorzugt wird es in einem Kneter sowie einem angeschlossenen Extruder zu einer plastischen Masse verarbei tet, wobei sich die Masse als Folge der mechanischen Bearbeitung auf Temperaturen zwi schen 40°C und 60°C, insbesondere 45°C bis 55°C erwärmen kann. Das den Extruder verlas sende Gut wird durch eine Lochscheibe mit nachfolgendem Abschlagmesser geführt und da durch zu zylinderförmigen Partikeln definierter Größe zerkleinert. Zweckmäßigerweise be trägt der Durchmesser der Bohrungen in der Lochscheibe 0,3 mm bis 3 mm, vorzugsweise 0,5 mm bis 1,5 mm. Die in dieser Form vorliegenden Partikel können anschließend getrocknet und der späteren Verwendung zugeführt werden. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, die den Extruder und Zerhacker verlassenden zylindrischen Partikel anschließend zu sphäroni sieren, das heißt sie in geeigneten Vorrichtungen zu verrunden und zu entgraten. Ein solches Sphäronisierungsverfahren ist beispielsweise in den deutschen Auslegeschriften DE 21 37 042 und DE 21 37 043 beschrieben. Man verwendet hierzu eine Vorrichtung, die aus einem zylin drischen Behälter mit stationären, festen Seitenwänden und einer bodenseitig drehbar gela gerten Reibplatte bestehen. Vorrichtungen dieser Art sind unter der Warenbezeichnung Marumerizer® in der Technik verbreitet. Gegebenenfalls können die noch feuchten Kügel chen nach der Verrundung kontinuierlich oder chargenweise, vorzugsweise unter Verwendung einer Wirbelschichttrockenanlage, bei vorzugsweise 35°C bis 60°C und insbesondere bei einer maximalen Produkttemperatur von 45°C, bis zu einem Restfeuchtegehalt von 4 Gew.-% bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 5 Gew.-% bis 8 Gew.-% getrocknet werden. Nach oder vor zugsweise während der Trocknung können zusätzlich Stoffe zum Umhüllen und Beschichten der Partikel eingebracht werden. Geeignete Hüllstoffe sind insbesondere die Filmbildner unter den vorgenannten wasserlöslichen organischen Polymeren. Weiterhin lassen sich in diesem Stadium auch Farbstoffe oder Pigmente auf die Partikel aufbringen, um so eine eventuelle Eigenfarbe, die meist vom Enzymkonzentrat herrührt, zu überdecken beziehungsweise zu ver ändern. Als inertes und physiologisch unbedenkliches Pigment hat sich insbesondere Titandi oxid bewährt, das vorzugsweise in wäßriger Dispersion eingebracht wird. Das über die Pig mentdispersion beziehungsweise über die Polymer-Lösung zugeführte Wasser wird bei der gleichzeitig vorgenommenen oder anschließend erneut erforderlichen Trocknung wieder ent fernt.

Durch Sieben oder Windsichten können bei der Herstellung eventuell auftretende staubförmi ge Anteile sowie eventuelle Grobanteile entfernt und gegebenenfalls in den Herstellungs prozeß zurückgeführt werden. Die erfindungsgemäßen Granulate enthalten vorzugsweise we niger als 5 Gew.-%, insbesondere höchstens 1 Gew.-% an Partikeln mit Korngrößen unterhalb von 0,3 mm beziehungsweise oberhalb von 1,6 mm.

Das erfindungsgemäße oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Enzymgranu lat wird vorzugsweise zur Herstellung fester, insbesondere teilchenförmiger Wasch- oder Rei nigungsmittel verwendet, die durch einfaches Vermischen der Enzymgranulate mit in derarti gen Mitteln üblichen weiteren Pulverkomponenten erhalten werden können. Für die Einar beitung in teilchenförmige Wasch- und Reinigungsmittel weist das Enzymgranulat vorzugs weise mittlere Korngrößen im Bereich von 0,3 mm bis 3 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 1,5 mm auf. Weitere Einsatzgebiete für die erfindungsgemäßen beziehungsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Enzymgranulate sind die Baumwollbehandlung in der Textiltechnik und die Pulpebehandlung in der Papierindustrie.

Die erfindungsgemäß erhaltene Enzymzubereitung besteht aus weitgehend abgerundeten, staubfreien Partikeln, die in der Regel ein Schüttgewicht von etwa 500 bis 900 Gramm pro Liter, insbesondere 650 bis 880 Gramm pro Liter, aufweisen. Ihre Enzymaktivität kann, be dingt durch den flexiblen Gehalt der Cellulaselösungen vor dem Vermischen mit den Zu schlagstoffen, bei Einsatz von Cellulase-haltigen Fermenterbrühen auf Werte im Bereich von vorzugsweise 10 CMC-U/g bis 1000 CMC-U/g, insbesondere von 20 CMC-U/g bis 150 CMC-U/g, eingestellt werden. Die erfindungsgemäßen Granulate zeichnen sich durch eine sehr hohe Lagerstabilität, insbesondere bei Temperaturen über Raumtemperatur und ho her Luftfeuchtigkeit, eine gute Freisetzung der in ihnen enthaltenen cellulolytischen Aktivität sowie eine gute Einspülbarkeit in Waschmaschinen und ein rasches Lösungsverhalten in der Waschflotte aus. Vorzugsweise setzen die erfindungsgemäßen Granulate innerhalb von 5 Mi nuten in Wasser bei 21°C über 90%, insbesondere 100% ihrer cellulolytischen Aktivität frei.

Beispiele

Eine biomassehaltige Cellulase-Fermenterbrühe, erhalten wie in der internationalen Patent anmeldung WO 96/34108 beschrieben, wurde durch Dekantieren, Querstrom-Mikrofiltration, Ultrafiltation und anschließendes Eindampfen im Vakuum analog zu dem im europäischen Patent EP 0 564 476 beschriebenen Vorgehen zu einem Cellulasegehalt von ca. 900 oNPC- U/ml aufkonzentriert (F1). Die so aufkonzentrierte Fermenterbrühe wurde in einem mit rotie rendem Schlagwerkzeug ausgerüsteten Mischer mit den in Tabelle 1 aufgeführten Zuschlägen vermischt und in einem mit einer Außenkühlung versehenen Kneter homogenisiert. Die Ex trusion der plastischen Masse erfolgte mittels eines mit einer Lochscheibe (Lochdurchmesser 0,9 mm) und einem rotierenden Messer ausgerüsteten Extruder. Man erhielt die in Tabelle 1 durch ihre Zusammensetzung charakterisierten Extrudate E1 bis E5 gemäß der Erfindung und zum Vergleich nicht erfindungsgemäß zusammengesetzte Extrudate V1 bis V4, jeweils mit Längen von 0,7 mm bis 1 mm, die in einer Sphäronisierungsvorrichtung (Marumerizer®) während einer Bearbeitungszeit von etwa 1 Minute unter gleichzeitigem Bestäuben mit pul verförmigem Zeolith Na-A (3 Gew.-%) zu abgerundeten Partikeln verformt und entgratet wur den. Das den Sphäronisator verlassende Gut wurde in einem Wirbelschichttrockner bei Tem peraturen von 40°C bis 45°C innerhalb von 15 Minuten auf einen Wassergehalt von etwa 6 Gew.-% getrocknet. Durch anschließendes Sieben wurden Partikel mit Teilchengrößen unter 0,4 mm und über 1,6 mm weitgehend entfernt, die dem Prozeß auf der Stufe des Vermischens mit den Zuschlagstoffen wieder zugeführt wurden. Man erkennt, daß die erfindungsgemäßen Granulate eine höhere Lagerstabilität aufweisen als nicht erfindungsgemäße Granulate, die zum Beispiel einen erhöhten Ca-Gehalt (V4), einen Unterschuß an Stärkephosphat gegenüber Cellulose (V3) oder Carboxymethylstärke statt Carboxymethylcellulose (V4, V5) enthalten.

Tabelle 1

Enzymgranulate

a): Arbocel® FD 600/30 (Hersteller Rettenmaier & Söhne)
b): Emsize® CMS 60 (Hersteller Emsland Stärke GmbH)
c): Pregeflo® PJ-20 (Hersteller Roquette-Frere)
d): Carbocel® TM 500 S (Hersteller Lamberti s.p.a)
e): Polyethylenglykol, mittleres Molekulargewicht 2000
f: Restaktivität (in % der Ausgangsaktivität) nach Lagerung in einer Klimazelle (30°C, 80% relative Luftfeuchtigkeit) in Abmischung mit einem bleichmittel- und protease haltigen teilchenförmigen Waschmittel (0,3 Gew.-% Enzymgranulat in der Mischung) über einen Zeitraum von 4 Wochen in unkaschierten Kartons

Claims

1. Für die Einarbeitung in Wasch- oder Reinigungsmittel geeignetes Enzymgranulat, enthal tend cellulolytisches Enzym und anorganisches und/oder organisches, gegebenenfalls Cellulose enthaltendes Trägermaterial sowie Granulierhilfsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß es weniger als 4 Gew.-% Calcium (berechnet als CaCl₂.H₂O) enthält.

2. Enzymgranulat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Granulierhilfsmittel beziehungsweise als Komponente des Granulierhilfsmittels phosphatierte Stärke und/oder Carboxymethylcellulose enthält, unter der Maßgabe, daß bei Anwesenheit von Cellulose der Gehalt an phosphatierter Stärke den Gehalt an Cellulose übertrifft.

3. Enzymgranulat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es phosphatierte Stärke mit mittlerem Phosphatierungsgrad im Bereich von 1,5 bis 2,5 enthält.

4. Enzymgranulat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gra nulierhilfsmittelsystem, jeweils bezogen auf fertiges Granulat, 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, insbesondere 0,5 Gew.-% bis 15 Gew.-% phosphatierte Stärke und/oder Carboxymethyl cellulose sowie 0,1 Gew.-% bis 15 Gew.-%, insbesondere 0,5 Gew.-% bis 10 Gew.-%

Polyethylenglykol mit einer mittleren Molmasse von 200 bis 6000, 1,2-Propylengly kol und/oder eines Polyethoxylats gemäß Formel I,
R-(OCH₂CH₂)_n-OH I
in der R einen geradkettigen oder verzweigten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 3 C-C- Doppelbindungen mit 8 bis 22, insbesondere 12 bis 18 C-Atomen und der mittlere Ethoxy lierungsgrad n eine Zahl von 10 bis 80, insbesondere von 30 bis 45 bedeutet, enthält.

5. Enzymgranulat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Granulierhilfsmittel enthält, das phosphatierte Stärke und Carboxymethylcellulose im Gewichtsverhältnis von 0 : 100 bis 50 : 50 enthält.

6. Enzymgranulat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es eine cellulolytische Aktivität von 10 CMC-U/g bis 1000 CMC-U/g, insbesondere von 20 CMC-U/g bis 150 CMC-U/g aufweist.

7. Enzymgranulat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,2 Gew.-% bis 1 Gew.-%, berechnet als Prote in, an Cellulase enthält.

8. Enzymgranulat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es neben Cellulase ein weiteres Enzym wie Protease, Lipase, Amylase, Pullulanase, Xylanase, He micellulase, Oxidase und/oder Peroxidase, insbesondere Protease, enthält.

9. Enzymgranulat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trä germaterial, jeweils bezogen auf fertiges Enzymgranulat, 10 Gew.-% bis 70 Gew.-% in Wasser quellfähige Stärke, 3 Gew.-% bis 10 Gew.-% Saccharose, bis zu 70 Gew.-%, ins besondere 10 Gew.-% bis 70 Gew.-% Getreidemehl und bis zu 10 Gew.-%, insbesondere 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% Cellulose enthält.

10. Enzymgranulat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es eine mittlere Korngröße von 0,3 mm bis 3 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 1,5 mm aufweist und weniger als 5 Gew.-%, insbesondere höchstens 1 Gew.-% an Partikeln mit Korngrö ßen unterhalb von 0,3 mm und weniger als 5 Gew.-%, insbesondere höchstens 1 Gew.-% an Partikeln mit Korngrößen oberhalb von 1,6 mm enthält.

11. Enzymgranulat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es in Wasser bei 21°C innerhalb von 5 Minuten mindestens 90%, insbesondere 100% seiner cellulolytischen Aktivität freisetzt.

12. Verfahren zur Herstellung eines cellulasehaltigen Enzymgranulates mit einer Korngröße von 0,3 mm bis 3 mm aus einem durch Vermischen einer wäßrigen cellulasehaltigen Flüs sigkeit mit Trägermaterial und Granulierhilfsmittel als Zuschlagstoffen entstandenen En zym-Vorgemisch mit Hilfe eines verdichtenden Formgebungsschrittes, dadurch gekenn zeichnet, daß man die wäßrige cellulasehaltige Flüssigkeit mit einem Zuschlag stoffgemisch vermischt, das aus anorganischem und/oder organischem, gegebenenfalls Cellulose enthaltendem Trägermaterial und Granulierhilfsmittel besteht, welches phos phatierte Stärke und/oder Carboxymethylcellulose enthält, unter der Maßgabe, daß bei Anwesenheit von Cellulose der Gehalt an phosphatierter Stärke den Gehalt an Cellulose übertrifft.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige enzymhaltige Flüssigkeit eine gegebenenfalls durch Mikrofiltration von unlöslichen Bestandteilen be freite, aufkonzentrierte Fermenterbrühe ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß man 10 Gew.-Teile bis 50 Gew.-Teile der wäßrigen cellulasehaltigen Flüssigkeit mit 70 Gew.-Teilen bis 90 Gew.- Teilen des Trägermaterials und 0,5 Gew.-Teilen bis 10 Gew.-Teilen des Granulier hilfsmittels vermischt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige cellulasehaltige Flüssigkeit eine Aktivität im Bereich von 500 oNPC-U/ml bis 1500 oNPC-U/ml, insbesondere 750 oNPC-U/ml bis 1250 oNPC-U/ml aufweist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man den verdichtenden Formgebungsschritt als Extrusion mit Hilfe einer Lochplatte, deren Löcher einen Durchmesser von 0,7 mm bis 1,2 mm aufweisen, durchführt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man das Extrudat verrundet und nach der Verrundung bei Temperaturen von 35°C bis 50°C auf einen Wassergehalt von 4 Gew.-% bis 10 Gew.-% trocknet.

18. Verwendung eines Enzymgranulats gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 oder erhalten nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17 zur Herstellung fester, insbe sondere teilchenförmiger Wasch- oder Reinigungsmittel.

19. Verwendung eines Enzymgranulats gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 oder erhalten nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17 zur Baumwollbehandlung in der Textiltechnik.

20. Verwendung eines Enzymgranulats gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 oder erhalten nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17 zur Pulpebehandlung in der Papierindustrie.