專利名稱：白色蛋白質面筋粉及使用方法
交叉參考本申請與2001年8月21日提交的并且系列號為60/313,481的US臨時申請有關。
背景技術：
本發(fā)明涉及新的、低磷、低色素染色(葉黃素)的高度易消化性白色蛋白質面筋粉在飼養(yǎng)操作、特別是水產養(yǎng)殖中用作配料的新用途。這種白色蛋白質面筋粉是將具有獨特特征的本性保留型白色玉米雜交種進行濕法研磨而獲得的。這種新型產品的開發(fā)涉及許多跨各種學科的選擇準則，這些學科包括植物育種、工業(yè)加工、飼養(yǎng)操作和環(huán)境問題。
本文中，用來闡明本發(fā)明背景或就實踐問題而提供附加細節(jié)說明的公開文獻和其它材料，均引入本文作為參考并且為方便起見，在所附的參考文獻中分別進行了歸總。
植物育種的目的是開發(fā)新的、獨特的且優(yōu)越的玉米自交系和雜交種。一般來說，雜交種玉米品種的培育包括三個步驟1)從各種種質庫中選擇植物，以便進行初期育種雜交；2)讓從育種雜交中選擇的植物自交數(shù)代，以便產生一系列自交系，其盡管彼此不同，但純育并是高度均勻的；并且3)將所選擇的自交系與無關的自交系雜交，以便產生雜交種后代(F1)。育種者通過雜交、自交和突變在理論上可以產生數(shù)十億個不同的遺傳組合。
玉米育種者所面臨的最重要的任務之一是需要對新培育出的實驗材料進行評價。這項任務的難點在于區(qū)分遺傳效果和環(huán)境效果。通常的過程是在持續(xù)兩年或三年的性能試驗中在最少六個地方對材料進行評價。更多的地方是優(yōu)選的，但是可利用的資源決定著數(shù)量。測試地點應當位于新培育材料可能上市銷售的地區(qū)。
大部分植物育種者使用篩選型試驗，來排除明顯較差的遺傳型。經常是，在少數(shù)幾個地方觀察大量的很多遺傳型。有時，包括接種盛行性葉病和莖腐爛病原體。那些在嚴酷測試條件下存活下來的雜交種通常要在更大的帶形地測試中生長，由農民來進行評價。如果反應得到贊許，則將所選擇的雜交種投入小批量種子生產，并且在放入大型生產之前還要進入國家品種試驗(state variety trials)。
通過遺傳方式可以改變玉米粒，使得在淀粉、蛋白質、油、粒殼厚度、粒硬度、胚尺寸、粒大小和顏色方面得到改進。這就產生另一套測試產品用的參數(shù)，這些參數(shù)被設計成由玉米加工者使用來生產特定的價值增加的產品或副產品。
得自普通馬齒形或硬質玉米的淀粉由73％支鏈淀粉(具有支化分子的淀粉部分)和27％直鏈淀粉(具有線形分子的部分)組成。蠟質種玉米(具有wx基因)首先在中國發(fā)現(xiàn)，但是蠟質突變也在美國馬齒形品系中發(fā)現(xiàn)。從這個突變中獲得的淀粉是100％支鏈淀粉。
胚乳突變體直鏈淀粉-增量基因(ae)是R.P.Bear在1950年(Vineyard等，1958)發(fā)現(xiàn)的。它可將淀粉中的直鏈淀粉部分增加至50％和50％以上。這種玉米的粒可表征為失去光澤、半透明和部分飽滿外觀。這種ae基因，加上改性劑，可使直鏈淀粉含量達到50-80％，但是直鏈淀粉含量可以穩(wěn)定在各種中等水平下。
一些改變氨基酸平衡的胚乳突變體已被鑒定出來。其中最重要的是opaque-2。Mertz等(1964)報道了opaque-2可降低胚乳中的玉米醇溶蛋白并且增加賴氨酸。其它具有類似效果的突變基因是floury-2和opaque-7。
具有opaque-2基因的玉米?？杀碚鳛檐涃|、白堊色、非透明外觀，具有非常少的硬玻璃狀或角質(horney)胚乳。這種類型的玉米粒更易受粒腐敗、昆蟲、嚙齒動物和收割機器的破壞。
單交雜交種中增加賴氨酸和蛋白質的另一來源是由Strissel等(專利號5,082,993)發(fā)現(xiàn)的。這種營養(yǎng)含量增加是以顯性方式遺傳下來的，而不像opaque-2基因是隱性性質，并且它不是突變。這種獲得專利權的自交品種得自于外來的種質源，并且不僅可增加蛋白質含量，而且蛋白質更易消化。
成熟的玉米粒具有四個容易分離的部分芽冠(tip cap)、粒殼(pericarp)、胚乳和胚芽。玉米的主組分是淀粉，其98％在胚乳中(Earle等，1946)。以一個完整的玉米粒為基準，淀粉含量是72-73％。胚乳中還含有74％的玉米粒蛋白質，其絕大部分是不溶性的儲藏蛋白。
胚芽是脂類的主要貯藏處，其中貯藏了總玉米粒脂類的83％。胚芽脂類的大部分是三酰甘油酯，其在抽提時產生公知的商業(yè)玉米油。胚芽，是具有潛在代謝活性的組織，含有70％的玉米粒糖和26％的玉米粒蛋白質。胚芽蛋白質的大部分是白蛋白或球蛋白，并且可能是細胞酶器的組分。
玉米胚芽中還富含對胚芽早期生長來說是必需的無機元素。胚中含有78％的玉米粒無機物，其中無機磷是最豐富的。它大多數(shù)是以植酸(肌醇的六磷酸酯)的鉀-鎂鹽形式存在。植酸鈣鎂是磷的重要貯藏形式(Hamilton等，1951；O’Dell等，1972)，其通過植酸酶釋放，以引發(fā)胚的發(fā)育。玉米中超過80％的磷是呈植酸鹽的形式。玉米胚芽中含有整個玉米中存在的植物酸鹽的接近90％。
在單胃動物(如豬、雞和魚)飼料中使用谷物和油種籽產品的一個相關問題是植酸鹽的存在。植酸鹽形式的磷是從營養(yǎng)方面講是不能利用的，并且排泄至糞便中。因此懷疑當來自舍飼動物飼養(yǎng)操作的糞肥瀝濾至地面中，并且從中瀝入湖泊、河流和海灣中時，它促使一些生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物的富集。
在鯰魚飼養(yǎng)中，植酸鹽的排泄物通過微生物降解，由此釋放出結合的磷，有利于池塘中的藻類生長。在鱒魚飼養(yǎng)中，過去幾年里，降低飼料中的磷含量大大減少了通過尿排泄的可溶性磷的量，但是在糞便中排泄的不溶性磷的量方面幾乎沒有發(fā)生變化。
在含有1.6％總磷的鱒魚飼料中，植酸鹽形式的磷占總磷的0.22％。飼料制造商現(xiàn)在正在減少魚粉的量并且用大豆、小麥和玉米基料的蛋白濃縮物取代之。這些濃縮物的總磷含量較低，但是由于植酸鹽而使可利用性磷含量也較低。在其中2/3的魚粉用植物蛋白質源取代的鱒魚飼料中，植酸鹽形式的磷可能占飼料中總磷的一半或更多，從而增加了排泄物性的磷損失。
植酸鹽對飼料構成成分具有其它可能的影響，這主要與其能夠直接和間接地與某些無機物(特別是鈣、鎂、鋅和鐵)相互作用有關，從而減少了它們被動物的可利用性(Underwood，1962；Momcilovic和Shahl，1976)。例如，鈣結合的植酸鹽可增加與微量無機物的螯合作用，特別是與鋅的螯合作用，從而形成同沉淀物，使得鋅不能被動物或魚所利用。
Richardson等(1985)展示了當將植酸鈉添加至大鱗大麻哈魚幼魚飼料中時，鋅的可利用性大大降低，并且結果是魚兒患上白內障。在斑點叉尾鮰中，在飼料中僅補充1.1％植酸就必需得增加膳食中預防缺乏征候所必需的鋅的量，所增加的量是半純化膳食中所需要量的10倍(Gatlin和Wilson，1984)。
普通魚飼料成分中的磷含量是非常不定的。一些實際用成分中含有有限量的P(例如，血粉中含有0.3％P)，而其它成分中含有非常顯著量的P(肉粉和骨粉中含有4-5％P)(NRC，1993)。有機化合物(例如，磷脂和核酸)中所含的磷對魚來說明顯是高度易消化的。植酸(肌醇六磷酸)也是有機化合物，其中所含的磷對魚而言是不能消化的，因為它們缺乏所必需的酶(植酸酶)。無機物形式的P(諸如磷酸二鈣、磷酸二氫鈉和磷酸巖)，其消化率隨化合物的溶解性程度而不同，所以是非常不定的(Lall，1991)。骨中所含的P(磷灰石)的消化率在魚品種之間是不定的，并且主要取決于動物的胃部pH(Lall，1991)。對虹鱒而言，其是具有真(酸)胃的魚，骨P的表觀消化率系數(shù)(ADC)似乎是在40-60％之間。對無胃的魚，如鯉魚而言，骨P的ADC似乎更低(Lall，1991)。其它因素，如顆粒粒度、飼料加工技術和酶處理，也已知影響P的ADC(Lall，1991)。
許多研究顯示，膳食中摻加微生物植酸酶可改進含植酸的魚飼料中的P的ADC(Rodehutscord和Pfeffer，1995；Oliva Teles等，1998；Vielma等，1998；Forster等，1999)。這種酶的活性受環(huán)境溫度影響并且其活性在低水溫下非常有限(Forester等，1999)。此外，這種酶對熱敏感并且在制丸和在標準商業(yè)條件下擠出的過程中容易受到破壞。
消化率和數(shù)量都決定著喂養(yǎng)給魚的P的結局。膳食中未消化的P部分被魚通過糞便排泄。被動物消化的P部分被吸收，在生長過程中沉積在魚的體內(骨，鱗、肉等)。大量的實驗證據表明，使生長最大化并且使磷的沉積和骨的礦化最大化是必要的。使虹鱒生長最大化所需的磷是0.37％的易消化P，并且磷沉積最大化所需的磷是0.53％(Rodehutscord，1996)。
只接受滿足生長所需量的易消化性P的魚，只排泄極少量的非糞便P，說明魚所攝取的易消化性P差不多完全指向沉積(Rodehutscord，1996；Vielma和Lall，1998；Bureau和Cho，1999)。有證據說明P的利用性效率隨著易消化性P含量從生長最大化所需量增加至P沉積最大化所需量而趨于降低(Rodehutscord，1996；Rodehutscord等，2000b)。可利用的數(shù)據的解釋說明，以生長最大化所需的量喂養(yǎng)含有易消化性P的膳食可導致最小非糞便P排泄，以最大P沉積所需的量喂養(yǎng)含有易消化性P的膳食可導致顯著的非糞便排泄。
自養(yǎng)魚業(yè)開始以來，魚粉(fish meal)便是所養(yǎng)殖的肉食性魚的飼料中使用的主要蛋白源。魚粉用不是用于人消費的魚群來生產，并且每年全球產量為6.5百萬公噸(mmt)/年(Hardy和Green，1999)。傳統(tǒng)上，秘魯和智利占每年全球產量的大約35％，使用鳳尾魚(anchovies)和金槍魚。周期性地，在El Nino年，海洋溫度和洋流引起魚群離開海岸，超出了捕魚區(qū)，秘魯和智利的產量便下降超過80％。在發(fā)生這種情況的年度里，全世界的魚粉產量下降，通常下降至4-4.5mmt，并且魚粉的價格增加至超過$600/mt，是其最低價值的兩倍。如果其他魚粉生產國在El Nino年的捕魚業(yè)經歷衰退，則供應/需求狀況變得更糟。
當全球魚粉產量下降時，飼料生長者轉向代用型蛋白質，如來自谷物和油種籽的煉制產物(rendered products)和蛋白濃縮物。在煉制產物中，將家禽副產物粗粉、肉粉和骨粉、血粉和羽毛粗粉用于動物和魚飼料中。大豆粉(去皮)是用于動物飼料的來自油種籽的主要蛋白源。玉米面筋粉(corn gluten meal)是得自谷物的主要蛋白源。其它代用品包括低芥酸菜籽粗粉、大豆蛋白濃縮物和小麥面筋，但是價格限制了大豆蛋白濃縮物和小麥面筋的使用(Hardy，1999)。
水生動物飼料現(xiàn)在每年消費全球魚粉產量的25％以上，從八年前的10-12％上升至今(Hardy，1999)。家禽飼料使用全球產量的50％，豬15％，并且其余的用于寵物飼料、瘤胃旁路蛋白質(rumen by-pass proteins)和小品種的飼料。按照推測，據估計水產養(yǎng)殖的不斷成長將會增加全球魚粉的比例，用于魚和蝦的飼料。然而，大部分觀察家認定，魚飼料中所用的魚粉的百分比將會降低。在這個假設之下是第二個假設，即代用型蛋白源將會替代魚粉。目前，水產養(yǎng)殖中三個種類的飼料占水產養(yǎng)殖飼料中所用魚粉的70％鮭魚、蝦和鱒魚。
據評價，黃色玉米面筋粉作為魚粉代用品用于魚得到中等程度的成功。Weede(1997)發(fā)現(xiàn)，玉米面筋在虹鱒飼料中可以取代25％的魚粉，取代50％或更多將會導致飼料的攝取量和生長降低。Skonberg等(1998)報道，使用在鱒魚飼料中使用超過15％的玉米面筋粉會引起魚肉變黃，并且大部分鱒魚飼料制造商在飼料中將玉米面筋粉限制至5％或者干脆避免使用之。玉米面筋蛋白質據報道相對很好被虹鱒和太平洋大麻哈魚消化，但磷的可利用性低(Sugiura等，1998)，可能是由于植酸的原因。由此，之所以在鮭魚和蝦的飼料中限制使用玉米面筋粉是由于存在葉黃素色素和植酸。如果這些問題得到解決，則潛在的市場(以在飼料中使用25％計)是大約900,000mt用于大麻哈魚、蝦和鱒魚。在其它種類中這個潛在的市場存在至少兩倍，尤其是歐洲seabass、gilthead sea bream、yellow tail和亞洲的各種淡水鲇魚品種。
黃色玉米面筋粉得自于玉米的濕法研磨過程。濕法研磨工藝的主要產物是食用和工業(yè)用淀粉和甜味劑。副產物包括玉米油和飼料產物玉米面筋飼料(corn gluten feed，CGF)、玉米面筋粉(corn glutenmeal，CGM)、玉米胚芽粉和凝縮發(fā)酵玉米提出物(浸漬玉米漿(steepliquor))。將胚芽用溶劑提取，以便回收油，并且將提取過的胚芽粉用于飼料產品中。通過離心從淀粉中分離出面筋，得到含69-72％(干物質計)總蛋白質的物料流，將其干燥，變成60％蛋白質CGM。其是高度易消化的，含有4,131kcal/kg干物質的可代謝能量(ME)(對小雞而言)，并且是可利用性胡蘿卜素(49-73mg/kg)和葉黃素(244-550mg/kg，干物質計)的豐富來源。其粗蛋白質是高度易消化的，是蛋氨酸和胱氨酸的良好來源，但是賴氨酸和色氨酸含量非常低。黃色面筋粉的平均磷含量為0.78％(干物質計)(玉米化學和技術，1987)。通過蒸發(fā)，將浸漬過程中從玉米中除去的可溶物濃縮，并且稱作浸漬玉米漿。將玉米麩(纖維)、玉米胚芽粉和浸漬玉米漿合并，形成具有18-21％典型蛋白質含量的CGF。
普通黃色馬齒形玉米是加工用的主要玉米。其的淀粉具有27％直鏈淀粉(線形葡萄糖聚合物)和73％支鏈淀粉(支鏈葡萄糖聚合物)。
硬質玉米(其是生長在南美的一種普通玉米品種)得到成功地加工，雖然它即使經過50-60小時的浸漬不能軟化。其淀粉產率略小于常用玉米，但其品質較好并且直鏈淀粉-支鏈淀粉之比與普通馬齒形玉米相同。在美國沒有對硬質玉米進行過加工。
蠟質種玉米(waxy corn)，一種基因突變體，含有完全由支鏈淀粉組成的淀粉。它可以按與常用玉米相同的方式加工，作很少的調整。糊化溫度較低，從而該工藝必須冷卻約3℃。淀粉和面筋的分離較容易，但淀粉產率僅為常用玉米的90％。在美國，通過濕法研磨加工的玉米中，約1.5％的玉米是蠟質型。
另一種在商業(yè)上加工的基因突變體品種是高直鏈淀粉含量玉米，所含的淀粉中60-70％是直鏈淀粉。與蠟質種玉米相同，農民必須讓其在遠離其它品種玉米的田地中生長，以便防止交叉?zhèn)鞣?，然后在收獲后還得單獨處置之，以便避免混雜。與蠟質種玉米需要較低溫度不同，加工溫度應當比常用玉米高3℃。需要較長的浸漬時間，淀粉-面筋分離和淀粉過濾較困難，并且淀粉產率僅為常用玉米的80-90％。在美國，用濕法研磨的玉米中僅有約0.2％是這種高直鏈淀粉品種。
白色玉米雜交種大多數(shù)情況被干法研磨或者用于其它食物制品中，并且通常是為硬胚乳而育種的，使得它們不適合于工業(yè)濕法研磨目的。傳統(tǒng)上，只有少量的白色玉米被濕法研磨，來生產具有非常亮白色程度的特殊產品。為經濟可行，所得特殊淀粉的價值不僅必須解決生產額外費用，而且還必須補償面筋粉的價值降低。在美國市場上，額外費用是為面筋粉而負擔的，因為黃色類胡蘿卜素是家禽工業(yè)所想要的。著色的價值被認為是$0.03-$0.07每磅面筋粉或$0.08-$0.19每蒲式耳。
傳統(tǒng)上講，干法和濕法研磨工業(yè)是根據諸如粒的硬度、顏色、應力開裂量、薄度(thin)、測試重量、粗面粉(gist)與胚芽比、密度和粒殼去除度來選擇品種的。所有批準的雜交種一般來說是按隨機方式收集和加工的。
發(fā)明概述本文所描述的本發(fā)明涉及白色蛋白質面筋粉(white proteingluten meal)的新用途，其中所說的白色蛋白質面筋粉是將一種或多種具有特定性狀的本性保留型白色玉米雜交種濕法研磨所產生的。
本發(fā)明包括白色蛋白質面筋粉在水產養(yǎng)殖飼料工業(yè)中的用途，同時可以應用于其它牲畜養(yǎng)殖。使用這種新的配料對內的品質、肉中的營養(yǎng)沉積具有影響并且具有潛在的有利于環(huán)境的效果。
本發(fā)明還包括選擇具有特定谷物組分的白色玉米雜交品種，例如，胚乳的蛋白質特征、淀粉特征、葉黃素、磷和與白色蛋白質面筋粉分離和形成有關的濕法研磨性狀。
因此，第一個方面，本發(fā)明涉及具有磷含量為約0.30％-約0.60％范圍的白色蛋白質面筋粉。該白色蛋白質面筋粉還可以具有范圍在約2.5mg/Kg-約80.0mg/Kg內的小于80mg/Kg的葉黃素含量。該白色蛋白質面筋粉中還可以具有范圍在約0.03-約3.0mg/Kg內的小于3.0mg/Kg的β-胡蘿卜素含量。本發(fā)明蛋白質的表觀消化率系數(shù)(apparent digestibility coefficients，ADC)在約80.0％-約96.0％范圍內。最后，以干物質計(DSB)，白色蛋白質面筋粉中的粗蛋白質含量大于70％，其范圍為約70.0％-約85.0％。
第二個方面，本發(fā)明涉及白色玉米面筋粉的生產方法，該方法包括a)選擇總谷物磷含量小于0.28％的白色玉米谷物(white corngrain)；并且b)將所說的谷物濕法研磨(wet milling)，以便產生白色蛋白質面筋粉。
白色玉米谷物中還可以具有在約2.0mg/Kg-約5.3mg/Kg之間范圍內的小于5.3mg/Kg的葉黃素含量。這種白色玉米還可以具有在約0.02μg/100g-約0.10μg/100g范圍內的小于0.10μg/100g的β-胡蘿卜素含量。最后，所選的這種白色玉米中粗蛋白質含量在經過濕法研磨后大于70％(DSB)，其范圍在約70％-約85％之間。
第三個方面，本發(fā)明涉及含有1％-60％白色蛋白質面筋粉的動物飼料。這種動物飼料優(yōu)選含有12％-24％的白色蛋白質面筋粉。更優(yōu)選，動物飼料含有24％-50％的白色蛋白質面筋粉。這種動物飼料在需要高度可消化性蛋白源、同時需要增加磷的利用性以及不需要葉黃素色素的應用中特別有用。一種這樣的應用是水產養(yǎng)殖。
第四個方面，本發(fā)明涉及動物飼養(yǎng)方法，該方法包括給動物飼喂含有1％-60％白色蛋白質面筋粉的動物飼料。該動物飼料優(yōu)選含有12％-24％的白色蛋白質面筋粉。更優(yōu)選，動物飼料中含有24％-50％的白色蛋白質面筋粉。在一個優(yōu)選的實施方案中，動物飼養(yǎng)是水產養(yǎng)殖。
第五個方面，本發(fā)明涉及在動物飼養(yǎng)操作中減少磷的損失的方法，該方法包括給動物飼喂含有1％-60％白色蛋白質面筋粉的動物飼料。該動物飼料優(yōu)選含有12％-24％的白色蛋白質面筋粉。更優(yōu)選，動物飼料中含有24％-50％的白色蛋白質面筋粉。在一個優(yōu)選的實施方案中，動物飼養(yǎng)操作是水產養(yǎng)殖。
第六個方面，本發(fā)明涉及在動物飼養(yǎng)操作中增加動物肉中磷保留率的方法，該方法包括給動物飼喂含有1％-60％白色蛋白質面筋粉的動物飼料。該動物飼料優(yōu)選含有12％-24％的白色蛋白質面筋粉。更優(yōu)選，動物飼料中含有24％-50％的白色蛋白質面筋粉。在一個優(yōu)選的實施方案中，動物飼養(yǎng)操作是水產養(yǎng)殖。
優(yōu)選實施方案的詳細描述本發(fā)明包括新配料，白色蛋白質面筋粉，在水產養(yǎng)殖飼養(yǎng)操作中取代魚粉作為替代蛋白源從而降低總磷投入量并且增加磷在肉中的保留率的用途。除此之外，這種產品幾乎完全不含葉黃素色素，并且產生白色的魚肉片，而不是當使用了6％以上的黃色面筋時便產生的帶有黃色的肉片。
本文中使用了以下定義。
β-胡蘿卜素含量β-胡蘿卜素的總量。β-胡蘿卜素具有40個碳的骨架，并且是在玉米中主要的維生素A原類胡蘿卜素。
玉米面筋飼料(corn gluten feed，CGF)具有中等蛋白質含量并且所有類別的牲畜和家禽都愛吃的一種飼料配料。CGF中不含任何面筋。它由纖維部分(麩質)、浸漬玉米漿(steep liquor)和(當可利用時)胚芽粉組成。它通常含有最少21％的粗蛋白質和大約的15％淀粉。
玉米面筋粉(Corn Gluten Meal，CGM)一種飼料配料，其是從谷物胚乳部分中分離淀粉而產生的脫水蛋白質物料流(stream)。它具有高營養(yǎng)密度并且其市售產品中通常含有最少60％的總蛋白質。它是高度易消化的，并且是胡蘿卜素(49-73mg/kg)和葉黃素(244-550mg/kg)的豐富來源。
粗蛋白質含量存在于植物物質中的總的含氮物質。蛋白質＝N×6.25。
干物質基(DSB)以零含水量為基準測量。
飼料效率(FE)本文中，飼養(yǎng)研究中的飼料效率是通過將濕重量增量除以干飼料攝取量來測定的。具有最高數(shù)值的膳食具有最好和最高飼料效率。
具有特定性狀的本性保留型白色玉米雜交種(Identity PreservedWhite Corn Hybid)通過如下體系生產的白色玉米雜交種谷物其中玉米栽培者購買特定的白色玉米雜交種，讓其單獨生長，以防止受黃玉米或其它不同白色玉米污染，將谷物用較低溫度干燥，以保持谷物溫度小于140°F，然后將谷物儲存在單獨分開的儲藏器中，以保持其純度。
磷含量無機元素磷的總量。其大多數(shù)以植酸(肌醇的六磷酸酯)的鉀-鎂鹽形式存在。
磷的沉積率在生長過程中被動物消化的磷中被動物體吸收并且沉積在動物體(骨、鱗、肉等)內的磷的百分率。膳食中未消化的P部分排泄在糞便中?！傲椎某练e率”與“磷保留率”具有相同含義。
蛋白質功效比本文中，飼養(yǎng)研究中的蛋白質功效比是指濕重量增量除以蛋白質攝取量。膳食中蛋白質能得到最佳利用的膳食具有最高數(shù)值。
比生長速率本文中，比生長速率是通過將增重的重量除以天數(shù)來測定的。顯示最高計算值的膳食具有最好的生長速率。
白色蛋白質面筋粉一種通過將白色玉米雜交種濕法研磨而獲得的蛋白質飼料配料，在此濕法研磨中，典型地將谷物分離成五種分開的部分(segments)蛋白質、淀粉、纖維、胚和浸漬玉米漿。白色蛋白質面筋粉主要得自于玉米粒的胚乳部分并且蛋白質含量高于70％(以干物質計)。該蛋白質部分是高度可消化的，具有約0.30％-約0.60％的低磷含量并且含有約0.03mg/Kg-約3.0mg/Kg范圍內的非常低含量的β-胡蘿卜素和/或約2.5mg/Kg-約80mg/Kg范圍內的低含量葉黃素。
葉黃素含量黃色類胡蘿卜素色素的總量。
白色蛋白質面筋粉的開發(fā)起因于鑒定出被稱作1851W的特定白色雜交種，該雜交種不僅具有特殊的內在谷物性狀，而且通過工業(yè)濕法研磨還產生價值增加的副產品。
玉米雜交種，1851W，是一種具有專有權的單交白色玉米品種，由Wilson Genetics，L.L.C.培育。該雜交種自各種自交雜交(inbredcrosses)，根據一種或多種谷物特征選擇而來，例如，顏色、產量、粒的硬度、芽冠的光滑度、粒的大小和形狀均勻性、胚乳的蛋白質特征和淀粉的特征。1851W的內在谷物性狀包括約9.3％-約11.7％的較高谷物蛋白質含量、具有50.2％直鏈淀粉和49.8％支鏈淀粉這種獨特組合的致密淀粉、提高的非常易消化的胚乳蛋白質(9.05％)、低含量的胚乳磷(0.07％)和高含量的總膳食纖維(10.7％)，以干物質計。這些性狀可以使用常規(guī)的育種技術在其它白色玉米雜交種中選擇。
與白色玉米在濕法研磨應用中表現(xiàn)較差(如果有的話)的預計相反，當用標準濕法研磨方法時，1851W雜交種意想不到地表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。更具體說，1851W的谷物組分(淀粉，纖維，蛋白質和胚)，與其它白色玉米以及很多黃色馬齒形玉米相比，分離起來更干凈和更容易，導致提取出的產物更純。據信當用標準濕法研磨方法時，1851W雜交種的這種優(yōu)越性能可歸因于1851W雜交種具有特殊的谷物性狀。被測試的具有相同特殊谷物性狀的其它雜交種當用標準濕法研磨方法時也具有優(yōu)越的性能。
當考慮在濕法研磨加工過程中將玉米粒分離成各組分時，玉米粒內的無機物的沉積是重要的。在1851W谷物中，胚乳中含有0.07％磷，而胚中含有0.79％。所以，如果可以將胚完整無損地提取并且與胚乳分開，則從胚乳中獲得的面筋(其基本上是蛋白質)具有低磷含量。
1851W的谷物特征的意想不到的組合，及其用濕法研磨時的特性，產生了在飼料業(yè)中具有新用途的白色蛋白質產物。
實施例實施例1雜交種1851W的濕法研磨分析由濕法研磨1851W(Colorado Sweet Gold，Johnston，Colorado)制得的本發(fā)明的白色蛋白質面筋粉，并且與黃色玉米面筋進行比較，如表1所示。這種分析是按照Experiment Station ChemicalLaboratories(University of Missouri-Columbia，Columbia，Missouri)使用的標準程序根據AOAC標準來完成的。本發(fā)明的白色蛋白質面筋粉具有較高的蛋白質、較少的磷和非常低的葉黃素和β-胡蘿卜素含量。表1中的結果不包括胚，因為在形成面筋粉之前其被干凈地提取出。表1中所示的數(shù)值是以9％含水量為基準的。
表1白色蛋白質面筋vs標準黃色面筋的分析性狀 白色蛋白質面筋黃色面筋粗蛋白質(％) 73.31-77.46 68.55-73.57粗脂肪(％) 0.69-1.47 0.87-3.06粗纖維(％) 0.60-0.80 0.60-0.92灰分(％) 1.67-2.90 2.93-4.45ADF(％)2.30 0.96NDF(％)2.82 1.65纖維素(％) 2.15 1.93磷(％) 0.36-0.58 0.67-0.98β-胡蘿卜素(μg/100g) 104.0 345.0葉黃素(mg/lb) 5.0-25.0 130.0-170.0實施例2虹鱒飼養(yǎng)試驗和實驗用飼料的組成大部分魚粉來源中的磷含量范圍為約2.7-約3.8％(食料成分分析表2000版)，而本發(fā)明白色蛋白質面筋粉中的磷含量為0.36％-0.58％。將本發(fā)明的白色蛋白質面筋粉摻入虹鱒的實驗用膳食中，摻入量以6％為增量，范圍在0-36％之間。表2匯總了摻入白色蛋白質面筋粉對膳食中磷含量的影響。在表2和隨后的表中，本發(fā)明的白色蛋白質面筋粉簡稱作白色蛋白質。
表2實驗用飼料中以As-Fed-基準的近似組成(％)處理 含水量 粗蛋白質 粗脂類 灰分磷(phosphorou)魚粉對照 6.6643.5218.95 7.811.206白色蛋白質-6％7.4642.4918.32 7.861.116白色蛋白質-12％ 6.5041.4917.05 7.771.020白色蛋白質-18％ 6.5942.2617.87 7.720.941白色蛋白質-24％ 6.4143.0217.70 5.510.866白色蛋白質-30％ 6.1443.1718.89 6.340.752白色蛋白質-36％ 6.1743.9618.20 7.280.668實施例3鱒魚飼喂試驗方法和重量增重結果在Hagerman Fish Culture Experiment Station(University ofIdaho)，在重復實驗中評價了本發(fā)明的白色蛋白質面筋粉作為新飼料摻加成分。從大魚群中選擇虹鱒(均重51g)，算入30條魚的組中，稱重并且放入三十只150升纖維玻璃缸中，每只缸提供4-6l/min未處理的恒溫(14.5℃)泉水。使用馴養(yǎng)品系的虹鱒(House Creek品系，College of Southern Idaho)。采納由計時器和熒光燈來控制的固定的光周期(14-hrs日光10-hrs黑暗)。
在飼養(yǎng)試驗中，使用Bozeman魚技術中心通過蒸煮-擠出(cooking-extrusion)生產的實際魚飼料，按照Lovell(1998)描述的用于虹鱒的飼料配方，檢驗白色蛋白質面筋粉。將白色蛋白質面筋粉配入實驗用飼料中取代魚粉，配入量以6％為增量，范圍為0-36％，產生七份實驗用膳食。使用黃色玉米面筋粉取代6％、12％和18％魚粉，生產另外的三份實驗用膳食。把魚飼喂至表觀上吃飽，每天三次，每周六天。每種膳食平行喂養(yǎng)三缸的鱒魚，并且將缸與缸之間膳食完全按隨機設計安排。
每3周將飼養(yǎng)試驗中的小虹鱒魚成堆稱重并且計數(shù)，并且從此數(shù)據中計算出魚的生長速率和飼料轉化比率。開始時從魚的公共池中取出試樣進行近似和化學分析，并且在結束時從每只缸中(每缸5條魚，匯集)取出試樣進行分析。將來自每缸中的魚磨碎、干燥并且分析。按照Taussky and Shorr(1953)來測定試樣中的磷。如果需要，將數(shù)據換算，并且使用方差分析(ANOVA)，用GraphPad Prism，2.0版(GraphPad Software，Inc.，San Diego，CA)，進行統(tǒng)計學意義分析。使用P＜0.05的顯著水平并且將缸的均值看作是用于統(tǒng)計學分析的觀測單位。
在12周的飼喂試驗過程中，虹鱒以正常生長率生長，在顯示最高重量增加的處理組中，重量增加了其原始重量的約五倍。如表3所示，在飼喂魚粉對照膳食(膳食1)的魚和飼喂含最多24％白色蛋白質面筋粉的實驗用膳食(膳食5)的魚之間沒有觀察到重量增量的顯著差異。
表3喂養(yǎng)12周的虹鱒的重量增量膳食處理 重量增量(g)膳食1-魚粉對照 264.0a膳食2-白色蛋白質-6％ 254.7a膳食3-白色蛋白質-12％ 240.7ab膳食4-白色蛋白質-18％ 233.0ac膳食5-白色蛋白質-24％ 226.7ad膳食6-白色蛋白質-30％ 185.0cde膳食7-白色蛋白質-36％ 190.3bcdf膳食8-黃色玉米面筋-6％ 257.7a膳食9-黃色玉米面筋-12％234.3aef膳食10-黃色玉米面筋-18％ 243.7a
實施例4飼養(yǎng)試驗和磷保留率結果如表4所示，意想不到地，隨著鯡魚粉被白色蛋白質面筋粉所取代，磷的保留率數(shù)值顯出漸進性和顯著性增加。當白色蛋白質面筋粉的含有量為36％時，肉片中的磷保留率為50.4％，是最高的，明顯好于魚粉對照。還值得注意的是，盡管含有36％白色蛋白質面筋粉的膳食具有明顯比對照少的磷，但沉積了更多的磷。這清楚地說明，與使用魚粉相比，白色蛋白質面筋粉中的磷是更可利用的并且更接近沉積所需的魚營養(yǎng)需求。
表4喂養(yǎng)實驗用膳食的魚的磷保留率值膳食處理 磷保留率(％)膳食1-魚粉對照32.1±1.3a膳食2-白色蛋白質-6％ 33.0±1.8a膳食3-白色蛋白質-12％ 40.3±4.4ad膳食4-白色蛋白質-18％ 38.5±4.6ad膳食5-白色蛋白質-24％ 41.9±2.8ad膳食6-白色蛋白質-30％ 47.0±8.9bcd膳食7-白色蛋白質-36％ 50.4±4.3bd膳食8-黃色玉米面筋-6％33.4±4.7a膳食9-黃色玉米面筋-12％ 35.7±1.6ac膳食10-黃色玉米面筋-18％ 40.0±1.7a實施例5得自飼養(yǎng)試驗的魚肉片的顏色出人意料地，在喂給含有黃色玉米面筋粉的膳食的魚與喂給含有白色蛋白質面筋粉的膳食或對照膳食的魚之間，注意到魚肉片的顏色有明顯差異。魚肉片的Minolta色度讀數(shù)(Minolta color readings)支持了對喂給黃色玉米面筋的魚的肉片中明顯黃色色調的視覺觀察，如表5所示。在整個肉片中，從頭至尾，都觀察到黃色著色，并且肉片中黃色的強度隨膳食中所含黃色玉米面筋的百分含量的增加而增加。
表5虹鱒肉片的Minolta色度計數(shù)值肉片來自在飼喂試驗結束時所選膳食處理組。讀取每片肉片的側線以上的三個位置(頭部、中部、尾部)(數(shù)值越高說明黃色色調增加)膳食處理重復 頭部 中部 尾部膳食1-魚粉對照 1 2.22 2.63 4.76膳食1-魚粉對照 2 1.73 1.59 5.28膳食1-魚粉對照 3 2.27 2.38 5.66膳食2-白色蛋白質-6％1 2.57 0.26 2.67膳食2-白色蛋白質-6％2 2.34 2.67 2.08膳食2-白色蛋白質-6％3 2.09 1.88 2.00膳食2-白色蛋白質-6％4 1.26 -0.60 1.96膳食7-白色蛋白質-36％ 1 1.94 1.06 1.51膳食7-白色蛋白質-36％ 2 3.84 2.91 3.07膳食7-白色蛋白質-36％ 3 3.43 1.28 4.09膳食7-白色蛋白質-36％ 4 1.41 1.81 2.37膳食8-黃色玉米面筋-6％ 1 3.85 4.76 9.13膳食8-黃色玉米面筋-6％ 2 7.42 5.88 11.67膳食9-黃色玉米面筋-12％ 1 10.23 10.22 11.06膳食9-黃色玉米面筋-12％ 2 8.10 9.27 11.56實施例6表觀消化率系數(shù)(ADC)-方法和結果將小批量的每種實驗用膳食磨碎，與1％氧化鉻和水混合，再制成丸并且空氣干燥。將每種膳食飼喂給兩只重復試驗缸的魚，喂養(yǎng)兩周，并且通過擼(stripping)魚，每周3天，收集糞便樣品，將每缸的糞便樣品匯集起來。分析每缸的樣品，每種膳食進行兩次重復分析。針對含有本發(fā)明白色蛋白質面筋粉的膳食的干物質而言，表觀消化率系數(shù)(ADCs)從76.6％至84.3％之間變化，與膳食中白色蛋白質面筋粉的含量沒有特別的關聯(lián)趨勢，如表6中所示。相反，針對蛋白質而言，ADCs隨膳食中白色蛋白質面筋粉含量的增加而意想不到地增加。針對含有黃色玉米面筋的膳食的干物質和蛋白質而言，ADCs隨膳食中黃色玉米面筋含量的增加而顯出下降的趨勢。
表6實驗用膳食的體內表觀消化率系數(shù)(ADCs)處理 ADC干物質ADC蛋白質魚粉對照 73.7 88.5白色蛋白質-6％ 76.6 89.7白色蛋白質-12％76.7 90.5白色蛋白質-18％83.4 92.4白色蛋白質-24％77.2 91.7白色蛋白質-30％77.5 91.3白色蛋白質-36％84.3 93.3黃色玉米面筋-6％ 84.3 92.4黃色玉米面筋-12％ 79.8 90.7黃色玉米面筋-18％ 77.9 89.0在消化率研究中，將同樣的1851W白色蛋白質面筋直接與墨西哥來源的玉米面筋進行比較。同樣地，表7中所示的結果清楚地顯示了蛋白質是意想不到地高度易消化的(97.5％)，特別是與其它來源的面筋(80.9％)相比。
表71851W面筋與墨西哥玉米面筋(Mexican corn gluten)的表觀消化率系數(shù)(ADCs)比較營養(yǎng)成分 ADC(％) ADC(％)1851W CG 墨西哥CG蛋白質 97.5 80.9精氨酸 97.9 61.5天冬氨酸 97.2 71.4谷氨酸 95.4 84.4甘氨酸 98.1 76.5組氨酸 91.4 77.5異亮氨酸 95.3 83.5亮氨酸 96.5 91.6賴氨酸 100.0 69.5蛋氨酸 96.0 59.0苯丙氨酸 98.2 92.9脯氨酸 95.8 78.8絲氨酸 94.1 76.4纈氨酸 95.7 82.8本發(fā)明的白色蛋白質面筋粉賦予了新的特征，其在需要高度可消化性蛋白源、同時需要增加磷的利用性以及不需要葉黃素色素的飼養(yǎng)操作中作為替代蛋白源是特別有用的。一種這樣的飼養(yǎng)操作是水產養(yǎng)殖。目前沒有使用具有上述性狀組合的產品的飼養(yǎng)體系。
盡管本發(fā)明的用途主要是針對水產養(yǎng)殖用的飼料而公開的，但不能認為就此限制了本發(fā)明的范圍。本發(fā)明可以用于需要代用型蛋白質來源、磷的利用率是重要的和存在減少廢物或流出物中磷含量的潛力的其它飼養(yǎng)操作中。
參考文獻Bureau，D.P. & Cho，C.Y.1999。虹鱒(Oncorhynchus mykiss)對磷的利用溶解磷排出量的評價。Aquaculture 179127-140。
Earle，F(xiàn).R.1977。玉米中的蛋白質和油從1907至1972年收成年的變化。Cereal Chem.5470-79。
Forster，I.等，1999。膳食植酸酶改進低芥酸菜籽蛋白濃縮物營養(yǎng)價值和降低放入11攝氏度新鮮水中的虹鱒(Oncorhynchus mykiss)的磷排出量的潛在可能性。Aquaculture 179，109-125Gatlin，III，D.M.和Wilson，R.P.，1984。斑點叉尾鮰膳食中鋅的補充。Aquaculture 41，31-36。
Hamilton，T.S.等1951。玉米粒的物理和化學組成對土壤肥沃性和種植體系的依賴性。Cereal Chem.28163-176。
Hardy，R.W.，1999。水產養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展對替代蛋白源的需求。Feed Management，50(1)25-28。
Hardy，R.W.和Green，J.A.，1999。世界需要多少飼料？Aquaculture Asia，IV(1)4-8。
Lall，S.P.1991。魚對膳食磷的消化、代謝和排泄營養(yǎng)戰(zhàn)略和水產養(yǎng)殖廢料(C.B.Cowey & Cho，C.Y.編)，pp.21-36.Proceedings of the 1st International Symposium on NutritionalStrategies in Management of Aquaculture Waste，Guelph，Ontario，Canada。
Lovell，R.T.，1998。魚的營養(yǎng)和飼養(yǎng)，第2版，R.T.Lovell(ed)。Kluber Scientific Publishers，Boston，267pp。
Mertz，E.T.等1964。改變玉米胚乳中蛋白質組成和增加賴氨酸含量的突變基因。Science 145279-280。
Momcilovic，B.和Shahl，B.C.1976。喂養(yǎng)塔式油菜籽(Brassicanapus)蛋白濃縮物的大鼠中的股骨鋅、鎂和鈣。Nutr.Rep.Int.13135-142。
O’Dell，B.L.等1972。植酸鹽和營養(yǎng)重要元素在谷類谷粒形態(tài)學組分之間的分布。J.Agric.Food Chem.20718-721。
Oliva-Teles，A.等1998。seabass(Dicentrarchus labrax)幼魚對補充微生物植酸酶的膳食的利用。Aquatic Living Resources11，255-259。
Richardson，N.L.等1985。植酸鈣、磷、鋅和鈉鹽含量對大鱗大麻哈魚(Oncorhynchus tshawytscha)白內障發(fā)生率、生長和病理組織血的影響。J.Nutr.115，553-567。
Rodehutscord，M.1996。虹鱒(Oncorhynchus mykiss)從50g生長至200g對在半純化飲食中補充磷酸氫二鈉的響應。Journal ofNutrition 126，324-331。
Rodehutscord，M.和Pfeffer，E.1995。補充微生物植酸酶對虹鱒(Oncorhynchus mykiss)中磷的消化率和利用率的影響。WaterScience Technology 31，143-147。
Rodehutscord，M.，Gregus，Z. & Pfeffer，E.(2000)。磷對虹鱒(Oncorhynchus mykiss)的有效性，1.方法學原理。IXInternational Symposium on Nutrition and Feeding of Fish，21-25，Miyazaki，Japan.(文摘052)。
Skonberg，D.1.，Hardy，R.W.，Barrows，F(xiàn).T.和Dong，F(xiàn).M.，1998。用含有玉米或小麥面筋的低磷飼料喂養(yǎng)的農田飼養(yǎng)虹鱒(Oncorhynchus mykiss)肉片的顏色和風味分析。Aquaculture，166269-277。
Sugiura，S.H.等1998。用于鮭魚飼料的各種飼料成分中的表觀蛋白質消化率和無機物利用率。Aquaculture，159177-202.
Taussky，H.H.和Shorr，E.，1953。測定無機磷的微比色法。J.Biol.Chem.，202675-685。
Underwood，E.J.1962。人和動物營養(yǎng)中的微量元素，第2版。Academic Press，Inc.，New York。
Vielma，J.和Lall，S.P.1998。在新鮮水中控制大西洋鮭(Salmosalar)的磷的內穩(wěn)態(tài)。Fish Physiology and Biochemistry 19，83-93.
Vielma，J.等1998。膳食植酸酶和膽鈣化醇對虹鱒(Oncorhynchus mykiss)的磷生物利用性的影響。Aquaculture163，309-323。
Vineyard，M.L.等1958。高直鏈淀粉玉米-具有高含量直鏈淀粉的玉米雜交種的培育I.遺傳學原理。Agron.J.50595-598。
Weede N.1997。虹鱒(Oncorhynchus mykiss)用成品膳食中的低磷植物蛋白成分。M.S.thesis，University of Washington，Settle，147pp。
權利要求
1.一種磷含量在約0.30％-約0.60％之間的白色蛋白質面筋粉。
2.權利要求1的面筋粉，其葉黃素含量在約2.5mg/Kg-約80mg/Kg之間并且β-胡蘿卜素含量在約0.03mg/Kg-約3.0mg/Kg之間。
3.權利要求1的面筋粉，其粗蛋白質含量在約70％-約85％之間，以干物質計。
4.一種葉黃素含量在約2.5mg/Kg-約80.0mg/Kg之間的白色蛋白質面筋粉。
5.權利要求4的面筋粉，其磷含量在約0.30％-約0.60％之間。
6.權利要求4的面筋粉，其β-胡蘿卜素含量在約0.03mg/Kg-約3.0mg/Kg之間。
7.權利要求4的面筋粉，其粗蛋白質含量在約70％-約85％之間，以干物質計。
8.一種β-胡蘿卜素含量在約0.03mg/Kg-約3.0mg/Kg之間的白色蛋白質面筋粉。
9.權利要求8的面筋粉，其磷含量在約0.30％-約0.60％之間。
10.權利要求8的面筋粉，其葉黃素含量在約2.5mg/Kg-約80.0mg/Kg之間。
11.權利要求8的面筋粉，其粗蛋白質含量在約70％-約85％之間，以干物質計。
12.一種粗蛋白質含量以干物質計在約70％-約85％之間的白色蛋白質面筋粉。
13.權利要求12的面筋粉，其磷含量在約0.30％-約0.60％之間。
14.權利要求12的面筋粉，其葉黃素含量在約2.5mg/Kg-約80.0mg/Kg之間并且β-胡蘿卜素含量在約0.03mg/Kg-約3.0mg/Kg之間。
15.一種白色玉米面筋粉的生產方法，包括a)選擇總谷物磷含量在約0.01％-約0.28％之間的白色玉米谷物，并且b)濕法研磨所說的谷物，以便生產白色蛋白質面筋粉。
16.權利要求15的方法，其中所說谷物的葉黃素含量在約2.0mg/Kg-約5.4mg/Kg之間并且β-胡蘿卜素含量在約0.02ug/100g-約0.10ug/100g之間。
17.一種含有約1％-約60％白色蛋白質面筋粉的動物飼料。
18.權利要求17的動物飼料，其含有約6％-約25％的白色蛋白質面筋粉。
19.權利要求17的動物飼料，其含有約26％-約50％的白色蛋白質面筋粉。
20.一種動物飼養(yǎng)方法，包括給動物飼喂含約1％-約60％白色蛋白質面筋粉的動物飼料。
21.權利要求20的動物飼料，其含有約6％-約25％的白色蛋白質面筋粉。
22.權利要求20的動物飼料，其含有約26％-約50％的白色蛋白質面筋粉。
23.權利要求20的方法，其中所說的動物飼養(yǎng)是水產養(yǎng)殖。
24.一種在動物飼養(yǎng)操作中減少磷的損失的方法，包括給動物飼喂含1％-60％白色蛋白質面筋粉的動物飼料。
25.權利要求24的方法，其中所說的飼料含有約6％-約25％的白色蛋白質面筋粉。
26.權利要求24的方法，其中所說的飼料含有約26％-約50％的白色蛋白質面筋粉。
27.權利要求24的方法，其中所說的飼養(yǎng)操作是水產養(yǎng)殖。
28.一種在動物飼養(yǎng)操作中增加動物肉中磷保留率的方法，包括給動物飼喂含約1％-約60％白色蛋白質面筋粉的動物飼料。
29.權利要求28的方法，其中所說的飼料含有約6％-約25％的白色蛋白質面筋粉。
30.權利要求28的方法，其中所說的飼料含有約26％-約50％的白色蛋白質面筋粉。
31.權利要求28的方法，其中所說的飼養(yǎng)操作是水產養(yǎng)殖。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可在飼養(yǎng)操作、特別是水產養(yǎng)殖中使用的低磷、低著色的、高度易消化的白色蛋白質粉。
文檔編號A23K1/14GK1545379SQ02816369
公開日2004年11月10日 申請日期2002年8月21日 優(yōu)先權日2001年8月21日
發(fā)明者J·F·斯特里賽爾, J F 斯特里賽爾, M·J·史蒂菲爾, 史蒂菲爾 申請人:辛根塔種子公司