The effect of additives on enzyme particle size and distribution in spray drying
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2016-08-23
Department
Major/Subject
Biotekniikka ja elintarviketekniikka
Mcode
KE3002
Degree programme
KEM - Kemian tekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
83+45
Series
Abstract
Enzymes and other products are dried to increase the storage life as liquid products are more vulnerable to contamination. Spray drying can be used to produce enzyme powders but they often contain fine particles. Enzymes are allergenic and thus the smallest enzyme particles can cause permanent health issues for employees exposed to them. The aim of this study was to find ways to affect enzyme particle size by using additives as well as to reduce or remove the smallest particles from the product. The effect of sodium chloride on enzyme particle size was studied with three enzymes. In addition, depending on the enzyme the use of sodium sulphate, calcium acetate, calcium chloride, methyl cellulose, ascorbic acid and pH was studied. The enzyme samples were spray dried with BÜCHI Mini Spray Dryer B-290. The particle size distribution and enzyme activity were measured for all the samples, and electron microscope pictures were taken of chosen samples to receive more information. There were significant differences between the particle size distributions of different enzymes. The largest particle sizes were received with an enzyme that precipitated easily because of additives or adjustment of pH. That enzyme also showed the greatest differences between the additives. Largest particles were around 1000 μm in diameter formed of particles with a diameter of around 10 μm. These kinds of particles are called agglomerates. Agglomeration was discovered to be an important factor in the increase of the particle size and to reduce the number of small particles. Even though it was possible to increase the mean particle size by increasing the diameter of the particles, the differences were still significantly smaller compared to those samples that had agglomeration. A connection between enzyme precipitation and increased agglomeration was discovered but as there were many factors, of which several unknown, that affect the final product, the analysis of the results was complicated. In order to confirm the connection, repeating the experiments is necessary.Entsyymejä ja muita tuotteita kuivataan säilyvyyden lisäämiseksi, sillä nestemäisinä entsyymiliuokset ovat alttiimpia kontaminaatioille. Spray-kuivauksen tuloksena saadaan entsyymijauhetta, joka usein sisältää heinojakoisia partikkeileita. Entsyymit ovat allergeenisia, ja siksi pienimmät entsyymipartikkelit voivat aiheuttaa altistumisriskinsä vuoksi pysyviä terveyshaittoja työntekijöille. Tässä työssä tarkoituksena oli etsiä keinoja vaikuttaa entsyymien partikkelikokoon lisäaineiden avulla. Lisäksi pienimpien partikkelien poistaminen tai vähenteminen entsyymijauheista oli merkittävä käytännön tavoite. Työssä tutkittiin natriumkloridin vaikutusta kolmen eri entsyymin partikkelikokoon. Lisäksi entsyymistä riippuen tutkittiin natriumsulfaatin, kalsiumasetaatin, kalsiumkloridin, metyyliselluloosan ja askorbiinihapon sekä pH:n vaikutuksia. Entsyyminäytteet lisäaineineen kuivattiin BÜCHI Mini Spray Dryer B-290 –pöytäkuivurilla. Partikkelikokojakauma ja entsyymiaktiviisuus mitattiin kaikille jauhenäytteille ja lisäksi osa näytteistä analysoitiin elektronimikroskooppikuvien avulla. Entsyymien välillä huomattiin suuria eroja partikkelikokojakaumissa. Suurimmat partikkelikoot saatin entsyymillä, joka sakkautui lisäaineiden tai pH-olosuhteiden vaikutuksesta voimakkaimmin. Lisäaineiden välillä näkyi myös suurimmat erot kyseisellä entsyymillä. Suurimmat partikkelit olivat kokoluokkaa 1000 μm halkaisijaltaan. Ne olivat agglomeraatteja, eli ns. partikkeliryppäitä, jotka muodostuivat noin 10 μm halkaisijan partikkeleista. Agglomeraatio todettiin merkittäväksi tekijäksi pienten partikkelien vähentämisen kannalta. Vaikka keskimääräinen partikkelikoko saatiin kasvamaan ilman merkittävää agglomeraatiota, erot olivat suhteessa merkittävästi pienempiä kuin silloin kun parkikkelikoko kasvoi agglomeraation vaikutuksesta. Enstyymien sakkautumisen ja lisääntyneen agglomeraation välillä huomattiin yhteys, mutta monet tekijät vaikuttivat lopputuotteeseen vaikeuttaen tulosten analysointia. Toistojen vähyyden takia yhteyttä ei myöskään voitu todistaa.Description
Supervisor
Frey, AlexanderThesis advisor
Kujala, ArniKeywords
spray drying, enzyme, particle size distribution, agglomeration, precipitation
