用于制備水解的角蛋白材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及用于制備水解的角蛋白材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可使用動物羽毛、毛發(fā)、蹄、指甲等作為角蛋白（keratinaceous)材料的來源。羽毛 是來自家禽(雞、火雞、鴨等）的副產(chǎn)品，并且毛發(fā)是來自豬、牛、羊等的副產(chǎn)品。而且蹄或指 甲（其可被磨碎)也可被用作角蛋白材料的來源。該角蛋白材料具有較高的蛋白質(zhì)含量(通 常高于80wt%的無水物質(zhì)是蛋白質(zhì)），所述蛋白質(zhì)包含至少17種氨基酸。然而，由于在高度 結(jié)構(gòu)化的多肽中存在很多(二)硫橋，該角蛋白原材料很難被動物或人類消化。
[0003]存在很多用于制備部分水解的角蛋白材料(如羽毛或毛發(fā)）以增加可消化性的方 法。已知方法包括在使用蒸汽的同時加壓水解、用過氧化氫氧化、用亞硫酸鹽還原、酶水解 和用堿或酸化學(xué)水解。
[0004]通常僅將角蛋白材料水解到一定程度。這些方法包括a/o化學(xué)水解或蒸汽水解。如 果產(chǎn)物具有大量的高分子量角蛋白多肽，則限制了可消化性，且由于高分子量(約18000以 上），該產(chǎn)物包含可能導(dǎo)致過敏的化合物。被水解到完全可消化的程度的角蛋白材料通常要 求顯著過量的強酸或強堿的苛刻條件。除了大量的廢料流外，這通常還造成一些氨基酸的 降解(如脫氨基、脫羧基），其最終降低了可消化性。
[0005] 以下文件中提到產(chǎn)生部分水解的羽毛粉（feather meal)的方法的幾個實例： US2542984、US5049397、RU2206231、US5772968、US4286884、US4172073、W02010/114938、 US3806501、EP1566482、GB2061956和W02011/003015。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的一個目的在于提供用于制備水解角蛋白材料的方法，所述材料具有非常 高的可消化性，并優(yōu)選由相對低分子量同時具有高營養(yǎng)價值的肽組成。
[0007]該目的是通過本發(fā)明的用于制備高度可消化的水解角蛋白材料的方法實現(xiàn)的，所 述方法包括以下步驟：（i)在加熱加壓條件下在水和任選地蒸汽的存在下部分水解角蛋白 材料;和(ii)任選地干燥所得的包含至少部分不可溶材料的部分水解的材料;和(iii)使該 任選干燥的部分水解的角蛋白材料經(jīng)受用酸或堿進行的化學(xué)水解步驟，以獲得高度可消化 的水解材料;和(iv)純化該高度可消化的材料。
[0008] 優(yōu)選地，使用足夠量的酸或堿，同時使反應(yīng)進行足夠長的時間且在足夠高的溫度， 以獲得高度可消化的水解材料，該材料具有約95重量％以上的分子量為約5000道爾頓以下 的肽。這是個優(yōu)點，因為分子量為5000道爾頓以下的角蛋白材料被認為是低致敏性的，而分 子量為約18000道爾頓以上的材料被一些人認為造成了患有過敏問題的狗和貓的食物不耐 受。
[0009] 在本發(fā)明中，相對低分子量優(yōu)選指約97%具有低于10000道爾頓的分子量，并且高 于約95wt%的水解角蛋白材料具有約5000道爾頓以下的分子量。優(yōu)選地，事實上所有材料 都具有約10000道爾頓以下的分子量。
[0010] 事實上，更優(yōu)選95%以上的水解角蛋白材料具有約3000道爾頓以下的分子量，并 且甚至更優(yōu)選90%以上具有約1000道爾頓以下的分子量，因為這種多肽被認為是非致敏性 的（an-allergenic)〇
[0011] 尤其優(yōu)選獲得這樣的材料，其中典型地，所有材料具有約5000道爾頓以下的分子 量，且約95%以上的材料具有約1000道爾頓以下的分子量。還優(yōu)選更低的分子量，因為這些 改善了可消化性。
[0012] 本發(fā)明進一步的目的在于提供對于飼料應(yīng)用具有改善的營養(yǎng)價值的高度可消化 的水解角蛋白材料。
[0013] 通過提供部分或全部可溶的角蛋白材料實現(xiàn)該目的，所述材料的氨基酸組成反映 了原材料的氨基酸組成，其中脫羧基的氨基酸含量為約lOOOppm以下，優(yōu)選約500ppm以下， 且最優(yōu)選約300ppm以下。
[0014]該高度可消化的材料優(yōu)選為全部可溶，這意味著1克水解角蛋白材料可溶于5ml水 中。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，該角蛋白材料的分子量優(yōu)選如上所述。
[0016] 根據(jù)分子量可以明顯看出，所述水解并非完全化學(xué)水解為單氨基酸，而是該水解 包括水解多肽中的大量酰胺鍵。
[0017] 在水解步驟中水的存在是指任何液相水、蒸汽或角蛋白材料中所吸收的水。
[0018] 在本說明書中，反映原材料的氨基酸組成的氨基酸組成優(yōu)選是指在任何氨基酸中 氨基酸組成的偏差低于20%，和/或在多數(shù)氨基酸中絕對含量的偏差低于0.4wt%，而少量 的氨基酸(如2個或3個)可偏差較多，例如最多40%或2wt%。
[0019] 似乎現(xiàn)有技術(shù)中公開的化學(xué)水解的苛刻條件造成了脫羧基(尤其是具有含氨基側(cè) 鏈的氨基酸，如賴氨酸)或側(cè)鏈的脫氨基。這些脫羧基或脫氨基的氨基酸可以是有毒的或抗 營養(yǎng)的。
[0020] 半胱氨酸通常作為胱氨酸存在。胱氨酸(半胱氨酸的二硫二聚體)是可消化的，并 且通常HPLC方法無法將兩種形式區(qū)分開。在本申請中，使用半胱氨酸，盡管其實際的形式可 能是胱氨酸。
[0021] -些化學(xué)水解方法氧化胱氨酸殘基，這限制了可用的半胱氨酸的量。
[0022] 氨基酸的其它反應(yīng)產(chǎn)物可具有抗營養(yǎng)價值（即它們減少了飼料成分的效果）。具有 抗營養(yǎng)價值的氨基酸衍生物(如羊毛硫氨酸或賴氨酸丙氨酸）的含量優(yōu)選較低。羊毛硫氨酸 的含量優(yōu)選為約2.5wt %以下，優(yōu)選約2wt %以下，甚至更優(yōu)選約1.5wt %以下。半胱氨酸的 含量優(yōu)選為約3wt%以上，甚至更優(yōu)選約4wt%以上。
[0023] 由于有毒或抗營養(yǎng)的氨基酸衍生物的含量非常低，本發(fā)明的方法允許產(chǎn)生具有高 營養(yǎng)價值的部分或全部可溶的角蛋白材料。.
[0024] 本發(fā)明方法的一個優(yōu)點在于，大多數(shù)角蛋白起始材料都被轉(zhuǎn)化為低分子量產(chǎn)物。 因此，得到具有相對較低分子量的產(chǎn)物。產(chǎn)率優(yōu)選為約80%以上(所加入的重量vs所獲得的 重量，假設(shè)大致相同的水含量），且更優(yōu)選約85%以上。在步驟(iii)中加入的材料確實含有 無法產(chǎn)生高度可消化的角蛋白材料的脂肪、灰以及其它非角蛋白材料。
[0025] 在本發(fā)明的方法中，優(yōu)選使用強無機酸(如鹽酸、磷酸或硫酸)進行化學(xué)水解步驟。 如果使用強堿，優(yōu)選使用氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈣或氫氧化鈣等。
[0026] 優(yōu)選在通過中和形成鹽并將該鹽從角蛋白材料分離的同時進行高度可消化的水 解角蛋白材料的純化?？赏ㄟ^向堿溶液中加酸溶液或反之來完成中和步驟。堿、酸或鹽的分 離并不必須是完全除去，因為一些殘留的鹽和/或離子是可接受的。至多10-20%的鹽的殘 留量會是可接受的，但是優(yōu)選約7wt %以下。
[0027] 如果其用途允許存在相對高含量的鹽，則純化步驟可不總是必需的。因此，在某些 實施方案中，中和的水解反應(yīng)混合物的產(chǎn)物可以原樣使用，尤其是與其它營養(yǎng)物預(yù)混合時。
[0028] 優(yōu)選地，所述鹽為不可溶的鹽，優(yōu)選二水合硫酸鈣，其通過過濾或離心除去。
[0029] 因此，在優(yōu)選的實施方案中，用硫酸進行水解，并通過用鈣堿中和酸并除去所形成 的二水合硫酸鈣沉淀來實現(xiàn)純化。
[0030] 其它純化步驟是不必要的，但是不排除進一步的步驟。優(yōu)選地，純化包括除去酸、 堿或鹽作為唯一的純化步驟。在該純化步驟之后，進行濃縮和/或干燥步驟，其也會導(dǎo)致除 去一定量的揮發(fā)性有機化合物。在實踐中，不將有機揮發(fā)物的去除認為是純化步驟。
[0031] 在一個優(yōu)選的實施方案中，將水解角蛋白材料濃縮為具有約1 〇wt %以上固體物質(zhì) 的溶液，優(yōu)選該溶液具有約30_60wt %的固體物質(zhì)，且更優(yōu)選該溶液具有約40-55wt %的固 體物質(zhì)?？稍瓨邮褂迷摑饪s的液體水解角蛋白材料。
[0032] 在本發(fā)明進一步優(yōu)選的實施方案中，在熱空氣流(例如熱風筒干燥器、流化床干燥 器和任何其它溫和干燥系統(tǒng)，優(yōu)選噴霧干燥器）中干燥經(jīng)純化的水解角蛋白材料。通常，上 述濃縮的液體水解角蛋白材料被用作干燥步驟的起始材料。
[0033] 在優(yōu)選的實施方案中，干燥的高度可消化角蛋白材料的灰含量優(yōu)選為約15wt%以 下，更優(yōu)選約l〇wt %以下，且最優(yōu)選約8wt%以下。通常，灰含量將為約2wt%以上。濃縮的液 體優(yōu)選具有等量的灰含量(相對于干燥物質(zhì)）。
[0034]在優(yōu)選的實施方案中，步驟（ii)后獲得的部分水解的角蛋白材料具有約2wt%以 下、優(yōu)選約1.5wt %以下、且最優(yōu)選約0.5wt %以下的羊毛硫氨酸含量。
[0035] 在優(yōu)選的實施方案中，該水解的、完全可溶的角蛋白材料具有一定量的尸胺(脫羧 基的賴氨酸/Lys)、腐胺(脫羧基的鳥氨酸)和/或組胺(脫羧基的組氨酸/His);所述量各自 低于約500ppm，優(yōu)選低于約300ppm且最優(yōu)選低于約lOOppm。此外，或作為備選，這些胺的總 量低于約lOOOppm，優(yōu)選地低于約500ppm，更優(yōu)選低于約300ppm。此外，尤其優(yōu)選該材料還含 有低于1.5wt%、優(yōu)選低于1 .Owt%量的羊毛硫氨酸。
[0036] 本發(fā)明的高度可消化的角蛋白材料(水解產(chǎn)物）的氨基酸組成優(yōu)選大致如表1所示 (以wt%表示含量）：
[0037]
[0038] 據(jù)此，尸胺的量低于約500ppm，優(yōu)選低于約300ppm，且更優(yōu)選低于約lOOppm。此外， 生物胺（即，例如腐胺、尸胺和組胺）的總量優(yōu)選低于約lOOOppm，更優(yōu)選低于500ppm，最優(yōu)選 低于 300ppm。
[0039] 優(yōu)選地，該組合物組合有以下特征，即羊毛硫氨酸的量低于1.5wt%。
[0040] 在本發(fā)明的另一實施方案中，本發(fā)明涉及用于制備高度可消化的水解角蛋白材料 的方法，所述方法包括以下步驟:使用酸或堿使原材料羽毛、毛發(fā)、羊毛、蹄或指甲直接經(jīng)受 化學(xué)水解步驟(iii)以獲得高度可消化的水解材料;和(iv)純化該高度可消化的水解材料， 優(yōu)選使用此處所述的優(yōu)選方案的任一種。
[0041] 在優(yōu)選的實施方案中，結(jié)合了幾個或所有的優(yōu)選方案，也如同幾個實施例中所示 的那樣。
[0042] 示例性實施方案的描述
[0043]以下是僅通過實施例的方式并參照實施例對本發(fā)明的某些實施方案的說明。
[0044] 本發(fā)明的所述用于制備高度可消化的水解角蛋白材料的方法包括以下步驟：（i) 在加熱加壓條件下在水的存