耐高温膜控型植酸酶微丸及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种饲料添加剂的制备方法，尤其涉及一种耐高温膜控型植酸酶微丸的制备方法。
背景技术
矿物质磷是动物生长和生产必需的营养素之一，既是机体重要的结构成分，又广泛参与机体诸多重要的生理、生化过程。家畜必须从饲料中得到充足的磷，才能维持正常生命和生产活动。单胃动物饲料中植物性饲料所占比例很大，其中60～80％的磷是以植酸磷的形式存在，由于单胃动物缺乏分解植酸磷所需的酶而不能充分消化利用其中的磷，因此必须在饲料中添加价格贵的无机磷酸盐，这不仅提高了饲料成本，而且不能消化吸收的磷随粪便排出，造成环境污染。
添加植酸酶可释放出饲料中的磷，使磷能为单胃动物所利用，消除植酸的抗营养作用；减少了磷在环境中的排泄，降低了农业生态的负担，并减缓了水生环境的富营养化；同时，也减少了饲料中无机磷的添加量。对提高动物生产性能和保护生态环境有着极其重要的意义。
然而目前的一些植酸酶产品的抗逆性，尤其是热稳定性不能满足饲料及饲料加工的要求，成为制约植酸酶推广应用的重要限制性因素之一。提高饲用酶热稳定性的方法很多，对于植酸酶，常用的方法有以下几种：(1)自然选择法，筛选耐高温菌种释放的植酸酶。(2)固定化包埋：将酶固定在不溶性载体上，从而稳定酶构象，消除逆性因子的变形作用，从而提高植酸酶稳定性。(3)蛋白质工程法：即通过基因工程重组得到耐高温酶的基因，再表达获得热稳定性植酸酶。(4)化学修饰法：通过化学试剂特异性修饰酶活性中心的某个或某类氨基酸，从而稳定蛋白质的构象，提高其耐热性。(5)制剂学方法：通过向植酸酶溶液添加稳定剂、将植酸酶与载体结合制成普通颗粒、将植酸酶颗粒进行液体后喷涂、包被等制剂学技术来提高植酸酶的热稳定性。
因此，需要研究改善植酸酶热稳定性的方法，提高植酸酶的抗逆性，真正有效地减少植酸酶在饲料制粒过程中酶活的损失。
【发明内容】
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种耐高温膜控型植酸酶微丸及其制备方法。本发明在饲料加工过程中能够耐受制粒和挤压的高温(85℃以上)而保持较高的活性，避免失效，最大限度的保留酶活，发挥酶的作用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种耐高温膜控型植酸酶微丸，它主要由植酸酶丸芯和包衣层组成。植酸酶丸芯和包覆在外层的具有耐高温作用的包衣层的重量配比为20～80∶80～20。优选为50～80∶50～20。
进一步地，所述包衣层由三部分组成，由内到外依次包含水溶性吸水型材料层、水溶性热稳定型材料层和脂溶性阻水型材料层。包衣层由内到外的重量配比为20～60∶10～50∶30～60，优选为30～50∶10～30∶40～60。
进一步地，所述植酸酶丸芯是由植酸酶发酵液、辅料、稳定剂和抗粘剂混合后挤出滚圆制成。其中，辅料可以选用淀粉、玉米淀粉、玉米芯粉、麦芽糊精、乳糖、白炭黑、微晶纤维素、甘露醇、无机盐类、聚乙二醇、聚维酮、交联聚维酮、羧甲基淀粉钠、低取代羟丙基纤维素、交联羧甲基淀粉钠、十二烷基硫酸钠中的一种或几种制成。稳定剂为硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、碳酸钠、氯化钾、氯化钠、氯化钙中的一种或任意多种的混合，抗粘剂可以为滑石粉、微粉硅胶、硬脂酸镁中的一种或任意多种的混合。植酸酶发酵液、辅料、稳定剂和抗粘剂的重量配比为1∶1～1.15∶0.1～0.225∶0.1～0.338。
进一步地，所述包衣层中，水溶性吸水型材料层包括氯化钠、碳酸钠、碳酸钾、硫酸镁、硫酸铵、硫酸锌、硫酸钠、氯化钾、氯化钙中的任意一种或多种；水溶性热稳定型材料层为黄原胶或阿拉伯胶；脂溶性阻水型材料层为聚丙烯酸树脂、苯二甲酸醋酸纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。
上述耐高温膜控型植酸酶微丸的制备方法，包括以下步骤：
(1)在搅拌情况下将稳定剂和抗粘剂缓慢加入植酸酶发酵液中，将辅料过筛混合，再将植酸酶发酵液和辅料混合均匀制成软材；
(2)将制成的软材置于挤出滚圆机中挤出并滚圆，制成植酸酶丸芯；
(3)分别配置三层包衣液，即在搅拌条件下将包衣材料慢慢加入水中，混合均匀。取适量植酸酶微丸置于流化床中，均匀喷射，待三层包衣结束后使微丸在流化床中流化20～40分钟；
(4)干燥，将包衣后的植酸酶微丸置于35～55℃的鼓风干燥箱中干燥6～12小时。
本发明的有益效果是：本发明制备的耐高温膜控型植酸酶微丸流动性、分散性好，能够耐受强烈的高温湿热的作用而保持很高的酶活性。经模拟饲料加工试验，90℃2分钟后酶活保留率在90％以上。与植酸酶普通颗粒相比，其酶活保留率提高了52％。
【具体实施方式】
本发明耐高温膜控型植酸酶微丸由植酸酶丸芯和适宜的耐高温包衣材料制成。植酸酶丸芯和包覆在外层的具有耐高温作用的包衣材料的重量配比为20～80∶80～20，优选的重量配比为50～80∶50～20。
耐高温膜控剂植酸酶微丸的包衣层由三部分组成，由内到外依次包含水溶性吸水型材料层、水溶性热稳定型材料层和脂溶性阻水型材料层。包衣层由内到外的重量配比为20～60∶10～50∶30～60，优选为30～50∶10～30∶40～60。
植酸酶丸芯是由植酸酶发酵液、辅料、稳定剂和抗粘剂混合后挤出滚圆制成。其中，辅料可以选用淀粉、玉米淀粉、玉米芯粉、麦芽糊精、乳糖、白炭黑、微晶纤维素、甘露醇、无机盐类、聚乙二醇、聚维酮、交联聚维酮、羧甲基淀粉钠、低取代羟丙基纤维素、交联羧甲基淀粉钠、十二烷基硫酸钠中的一种或几种制成。稳定剂为硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、碳酸钠、氯化钾、氯化钠、氯化钙中的一种或任意多种的混合，抗粘剂可以为滑石粉、微粉硅胶、硬脂酸镁中的一种或任意多种的混合。
植酸酶发酵液、辅料、稳定剂和抗粘剂的重量配比为1∶1～1.15∶0.1～0.225∶0.1～0.338。
包衣层中，水溶性吸水型材料层包括氯化钠、碳酸钠、碳酸钾、硫酸镁、硫酸铵、硫酸锌、硫酸钠、氯化钾、氯化钙中的任意一种或多种；水溶性热稳定型材料层为黄原胶、阿拉伯胶中的一种或多种；脂溶性阻水型材料层为聚丙烯酸树脂、苯二甲酸醋酸纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。
此外，脂溶性阻水型材料层中均可以酌情添加增塑剂、抗粘剂、表面活性剂。增塑剂为聚乙二醇类、柠檬酸三乙酯、癸二酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、三醋酸甘油酯中的一种或几种；抗粘剂为滑石粉、硬脂酸镁、微粉硅胶、单硬脂酸甘油酯中的一种或几种；表面活性剂为吐温-80。增塑剂的含量为脂溶性阻水型材料层干重的0.1％-10％。抗粘剂的含量为脂溶性阻水型材料层干重的0.1％-10％。表面活性剂含量为脂溶性阻水型材料层干重的0.1％-10％。
本发明耐高温膜控型植酸酶微丸的制备方法，，先采用挤出滚圆法制备植酸酶丸芯，再应用底喷式流化床将植酸酶微丸制备成包衣微丸。包括：
步骤一：在搅拌情况下将稳定剂和抗粘剂缓慢加入植酸酶发酵液中，将辅料过筛混合，再将植酸酶发酵液和辅料混合均匀制成软材；
步骤二：将制成的软材置于挤出滚圆机中挤出并滚圆，制成植酸酶丸芯；
步骤三：分别配置三层包衣液，即在搅拌条件下将包衣材料慢慢加入水中，混合均匀。取适量植酸酶微丸置于流化床中，均匀喷射，待三层包衣结束后使微丸在流化床中流化20～40分钟；
步骤四：干燥，将包衣后的植酸酶微丸置于35～55℃的鼓风干燥箱中干燥6～12小时。
下面根据实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
实施例1：
植酸酶微丸制备
软材制备：在搅拌情况下将5％硫酸钠缓慢加入植酸酶发酵液中，将辅料100g玉米淀粉、150g白炭黑过筛混合，再将植酸酶发酵液和辅料混合均匀制成软材，备用。
挤出滚圆：将软材置于挤出机中挤出，调节挤出速度，待长条型挤出物全部落入滚圆机后开始滚圆，调节适宜的滚圆速度，滚圆时间为3-15分钟。
植酸酶包衣微丸制备
水溶性吸水型包衣层：1％聚乙烯吡咯烷酮水溶液50mL，其中含30％氯化钾，滑石粉适量。
水溶性热稳定型包衣层：黄原胶5g，用水配置成溶液，备用。
脂溶性阻水型包衣层：Eudragit RL/RS溶液45mL(Eudragit RL∶EudragitRS＝1∶4)，其中单硬脂酸甘油酯、吐温-80、柠檬酸三乙酯分别为聚合物干重的5％、2％、20％。
制备工艺：称取植酸酶微丸50g，置于底喷式流化床包衣机中，配置好水溶性吸水型包衣层，搅拌，包衣，包衣后流化20分钟，同样操作，依次上水溶性热稳定型包衣层和脂溶性阻水型包衣层物料温度控制在37℃以下，包衣结束后，再置于45℃干燥箱中烘干6小时即得。
检测结果：所得产品圆整度、流动性均好，20-30目颗粒得率达88.6％，经100℃水蒸气热处理后的剩余酶活达到87.4％。
实施例2：
植酸酶微丸制备
软材制备：在搅拌情况下将4％硫酸镁缓慢加入植酸酶发酵液中，将辅料100g微晶纤维素、30g白炭黑、70g麦芽糊精过筛混合，再将植酸酶发酵液和辅料混合均匀制成软材，备用。
挤出滚圆：将软材置于挤出机中挤出，调节挤出速度，待长条型挤出物全部落入滚圆机后开始滚圆，调节适宜的滚圆速度，滚圆时间为3-15分钟。
植酸酶包衣微丸制备
水溶性吸水型包衣层：1％聚乙烯吡咯烷酮水溶液40mL，其中含15％硫酸锌，微粉硅胶适量。
水溶性热稳定型包衣层：阿拉伯胶6g，用水配置成溶液，备用。
脂溶性阻水型包衣层：乙基纤维素20mL，其中硬脂酸镁、吐温-80、癸二酸二丁酯分别为聚合物干重的50％、0.1％、10％。
制备工艺：称取植酸酶微丸50g，置于底喷式流化床包衣机中，配置好水溶性吸水型包衣层，搅拌，包衣，包衣后流化20分钟，同样操作，依次上水溶性热稳定型包衣层和脂溶性阻水型包衣层物料温度控制在37℃以下，包衣结束后，再置于45℃干燥箱中烘干8小时即得。
检测结果：所得产品圆整度、流动性均好，20-30目颗粒得率达86.2％，经100℃水蒸气热处理后的剩余酶活达到82.4％。
实施例3：
植酸酶微丸制备
软材制备：在搅拌情况下将5％氯化钠缓慢加入植酸酶发酵液中，将辅料100g玉米淀粉、50g乳糖和50g微晶纤维素过筛混合，再将植酸酶发酵液和辅料混合均匀制成软材，备用。
挤出滚圆：将软材置于挤出机中挤出，调节挤出速度，待长条型挤出物全部落入滚圆机后开始滚圆，调节适宜的滚圆速度，滚圆时间为3-15分钟。
植酸酶包衣微丸制备
水溶性吸水型包衣层：1％聚乙烯吡咯烷酮水溶液50mL，其中含15％硫酸铵，滑石粉适量。
水溶性热稳定型包衣层：阿拉伯胶1.25g，用水配置成溶液，备用。
脂溶性阻水型包衣层：羟丙甲纤维素邻苯二甲酸酯溶液8.5mL，其中微粉硅胶、吐温-80、邻苯二甲酸二甲酯分别为聚合物干重的20％、7％、50％。
制备工艺：称取植酸酶微丸50g，置于底喷式流化床包衣机中，配置好水溶性吸水型包衣层，搅拌，包衣，包衣后流化20分钟，同样操作，依次上水溶性热稳定型包衣层和脂溶性阻水型包衣层物料温度控制在37℃以下，包衣结束后，再置于45℃干燥箱中烘干7小时即得。
检测结果：所得产品圆整度、流动性均好，20-30目颗粒得率达90.5％，经100℃水蒸气热处理后的剩余酶活达到85％。
实施例4：
植酸酶微丸制备
软材制备：在搅拌情况下将5％碳酸钠缓慢加入植酸酶发酵液中，将辅料20g淀粉、80g微晶纤维素、100g白炭黑过筛混合，再将植酸酶发酵液和辅料混合均匀制成软材，备用。
挤出滚圆：将软材置于挤出机中挤出，调节挤出速度，待长条型挤出物全部落入滚圆机后开始滚圆，调节适宜的滚圆速度，滚圆时间为3-15分钟。
植酸酶包衣微丸制备
水溶性吸水型包衣层：1％聚乙烯吡咯烷酮水溶液20mL，其中含20％氯化钠，滑石粉适量。
水溶性热稳定型包衣层：黄原胶7.8g，用水配置成溶液，备用。
脂溶性阻水型包衣层：聚丙烯酸树脂溶液52mL，其中滑石粉、吐温-80、柠檬酸三乙酯分别为聚合物干重的10％、5％、30％。
制备工艺：称取植酸酶微丸50g，置于底喷式流化床包衣机中，配置好水溶性吸水型包衣层，搅拌，包衣，包衣后流化20分钟，同样操作，依次上水溶性热稳定型包衣层和脂溶性阻水型包衣层物料温度控制在37℃以下，包衣结束后，再置于45℃干燥箱中烘干10小时即得。
检测结果：所得产品圆整度、流动性均好，20-30目颗粒得率达83.9％，经100℃水蒸气热处理后的剩余酶活达到85.8％。
实施例5：
植酸酶微丸制备
软材制备：在搅拌情况下将5％氯化钾缓慢加入植酸酶发酵液中，将辅料150g微晶纤维素、100g玉米芯粉过筛混合，再将植酸酶发酵液和辅料混合均匀制成软材，备用。
挤出滚圆：将软材置于挤出机中挤出，调节挤出速度，待长条型挤出物全部落入滚圆机后开始滚圆，调节适宜的滚圆速度，滚圆时间为3-15分钟。
植酸酶包衣微丸制备
水溶性吸水型包衣层：1％聚乙烯吡咯烷酮水溶液50mL，其中含20％硫酸镁，滑石粉适量。
水溶性热稳定型包衣层：阿拉伯胶3g，用水配置成溶液，备用。
脂溶性阻水型包衣层：Eudragit RL/RS溶液60mL(Eudragit RL∶EudragitRS＝1∶4)，其中单硬脂酸甘油酯、吐温-80、三醋酸甘油酯分别为聚合物干重的30％、6％、35％。
制备工艺：称取植酸酶微丸50g，置于底喷式流化床包衣机中，配置好水溶性吸水型包衣层，搅拌，包衣，包衣后流化20分钟，同样操作，依次上水溶性热稳定型包衣层和脂溶性阻水型包衣层物料温度控制在37℃以下，包衣结束后，再置于45℃干燥箱中烘干8小时即得。
检测结果：所得产品圆整度、流动性均好，20-30目颗粒得率达84.4％，经100℃水蒸气热处理后的剩余酶活达到86.9％。
实施例6：
植酸酶微丸制备
软材制备：在搅拌情况下将5％硫酸铵缓慢加入植酸酶发酵液中，将辅料70g玉米淀粉、100g玉米淀粉、30g麦芽糊精过筛混合，再将植酸酶发酵液和辅料混合均匀制成软材，备用。
挤出滚圆：将软材置于挤出机中挤出，调节挤出速度，待长条型挤出物全部落入滚圆机后开始滚圆，调节适宜的滚圆速度，滚圆时间为3-15分钟。
植酸酶包衣微丸制备
水溶性吸水型包衣层：1％聚乙烯吡咯烷酮水溶液100mL，其中含16％碳酸钠，滑石粉适量。
水溶性热稳定型包衣层：阿拉伯胶8g，用水配置成溶液，备用。
脂溶性阻水型包衣层：羟丙基甲基纤维素溶液54mL，其中硬脂酸镁、吐温-80、柠檬酸三乙酯分别为聚合物干重的25％、4％、15％。
制备工艺：称取植酸酶微丸50g，置于底喷式流化床包衣机中，配置好水溶性吸水型包衣层，搅拌，包衣，包衣后流化20分钟，同样操作，依次上水溶性热稳定型包衣层和脂溶性阻水型包衣层物料温度控制在37℃以下，包衣结束后，再置于45℃干燥箱中烘干7小时即得。
检测结果：所得产品圆整度、流动性均好，20-30目颗粒得率达82.5％，经100℃水蒸气热处理后的剩余酶活达到84.6％。
实施例7：
植酸酶微丸制备
软材制备：在搅拌情况下将5％氯化钙缓慢加入植酸酶发酵液中，将辅料20g微粉硅胶、80g白炭黑和100g淀粉过筛混合，再将植酸酶发酵液和辅料混合均匀制成软材，备用。
挤出滚圆：将软材置于挤出机中挤出，调节挤出速度，待长条型挤出物全部落入滚圆机后开始滚圆，调节适宜的滚圆速度，滚圆时间为3-15分钟。
植酸酶包衣微丸制备
水溶性吸水型包衣层：1％聚乙烯吡咯烷酮水溶液50mL，其中含24％氯化钠，滑石粉适量。
水溶性热稳定型包衣层：黄原胶6g，用水配置成溶液，备用。
脂溶性阻水型包衣层：聚丙烯酸树脂溶液40mL，其中单硬脂酸甘油酯、吐温-80、聚乙二醇分别为聚合物干重的40％、2.5％、25％。
制备工艺：称取植酸酶微丸50g，置于底喷式流化床包衣机中，配置好水溶性吸水型包衣层，搅拌，包衣，包衣后流化20分钟，同样操作，依次上水溶性热稳定型包衣层和脂溶性阻水型包衣层物料温度控制在37℃以下，包衣结束后，再置于45℃干燥箱中烘干6小时即得。
检测结果：所得产品圆整度、流动性均好，20-30目颗粒得率达86.6％，经100℃水蒸气热处理后的剩余酶活达到86.5％。
实施例8：
植酸酶微丸制备
软材制备：在搅拌情况下将5％硫酸钠缓慢加入植酸酶发酵液中，将辅料80g玉米淀粉、120g白炭黑过筛混合，再将植酸酶发酵液和辅料混合均匀制成软材，备用。
挤出滚圆：将软材置于挤出机中挤出，调节挤出速度，待长条型挤出物全部落入滚圆机后开始滚圆，调节适宜的滚圆速度，滚圆时间为3-15分钟。
植酸酶包衣微丸制备
水溶性吸水型包衣层：1％聚乙烯吡咯烷酮水溶液100mL，其中含37％氯化钙，滑石粉适量。
水溶性热稳定型包衣层：黄原胶9.4g，用水配置成溶液，备用。
脂溶性阻水型包衣层：乙基纤维素溶液32mL，其中微粉硅胶、吐温-80、柠檬酸三乙酯分别为聚合物干重的8％、3％、10％。
制备工艺：称取植酸酶微丸50g，置于底喷式流化床包衣机中，配置好水溶性吸水型包衣层，搅拌，包衣，包衣后流化20分钟，同样操作，依次上水溶性热稳定型包衣层和脂溶性阻水型包衣层物料温度控制在37℃以下，包衣结束后，再置于45℃干燥箱中烘干12小时即得。
检测结果：所得产品圆整度、流动性均好，20-30目颗粒得率达83.2％，经100℃水蒸气热处理后的剩余酶活达到82.7％。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。