Способ получения гидролизованного кератинсодержащего материала
Изобретение относится к пищевой промышленности. Предложен способ получения переваримого кератинсодержащего материала из пера, волоса, копыта или когтей, включающий этапы гидролиза материала в присутствии воды и высушивание получаемого материала, содержащего по меньшей мере частично нерастворимый материал, в сушилке при комбинации температуры/времени/давления, которая ограничивает снижение переваримости с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке менее чем на 10%, и/или таким образом, что переваримость с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке сохраняется на уровне более 85%, или таким образом, что переваримость с помощью пепсина и в подвздошной кишке сохраняется на уровне более соответственно 75% и 85%. При этом получаемый материал является, по меньшей мере, частично нерастворимым в воде, если при помещении 1 г в 2 мл воды невооруженным глазом видны частицы и волокнистый материал. Изобретение обеспечивает получение кератинсодержащего материала с улучшенной перевариваемостью. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится в целом к способу получения гидролизованного кератинсодержащего материала, такого как перьевая мука или мука из волос.
2. Описание уровня техники
[0002] В качестве источника кератинсодержащего материала можно использовать перья, волос, копыто, когти животных и т.п. Перья побочными продуктами, остающимся от птицы, и волос является побочным продуктом, остающимся от свиней, крупного рогатого скота, овцы и т.п. Также в качестве источника кератинсодержащего материала можно использовать копыта или когти, которые могут быть размолотыми. Такой кератинсодержащий материал характеризуется высоким содержанием белка, состоящего по меньшей мере из 17 аминокислот. Тем не менее, данный кератинсодержащий материал является тяжело переваримым для животных или людей из-за полипептидов со сложной структурой, характеризующихся наличием множества (ди)сульфидных мостиков.
[0003] Существует множество способов получения (частично) гидролизованного кератинсодержащего материала, например, из перьев или волоса, с целью повышения переваримости. Известные способы включают гидролиз под давлением при применении пара, ферментативный гидролиз или химический гидролиз с помощью, например, основания, кислоты или другого реакционно-способного средства.
[0004] Как правило, кератинсодержащий материал не гидролизуется полностью до моноаминокислот для улучшения переваримости. Во многих способах продукт, получаемый посредством частичного гидролиза кератинсодержащего материала, является частично нерастворимым в воде и может содержать смесь жидкого (растворенного) и твердого (нерастворимого) материала. Как правило, комбинированный продукт преобразуют в сухой твердый материал посредством методики высушивания. Получаемый в результате продукт, как правило, не является полностью переваримым для животных в соответствии, например, с исследованием переваримости с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке. Кроме того, из этого следует, что такие продукты могут содержать антипитательные соединения, например, лантионин, в значительных количествах.
[0005] Некоторые примеры способов получения частично гидролизованного кератинсодержащего материала, например, перьевой муки, включают US 5772968, US 4286884 и US 4172073. US 4172073 направлен на водорастворимую часть гидролизованных перьев и, следовательно, не имеет отношения к продукту, который растворим только частично.
[0006] Существуют другие источники информации, в соответствии с которыми в дополнение к применению пара используются также химические реагенты, которые влияют на химический состав гидролизованного материала и обуславливают боле сложные способы обработки, при этом во всех необходимо работать с химическими веществами. Примеры данных способов включают WO 2011/003015, в соответствии с которым применяют окисляющие растворы с низким рН, WO 1990/01023, в соответствии с которым дополнительно применяют пероксид водорода, US 4232123, в котором описывают кислотный гидролиз, сопровождающийся ферментативным гидролизом, и ЕР 0499260, в котором описывают гидролиз посредством сульфитов.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Целью настоящего изобретения является создание способа получения гидролизованного, частично растворимого, твердого кератинсодержащего материала с улучшенной переваримостью.
[0008] Другой целью настоящего изобретения является создание способа получения гидролизованного, частично растворимого, твердого кератинсодержащего материала с относительно низким количеством антипитательных соединений, например, лантионина.
[0009] Данная цель достигается с помощью способа включающего этапы частичного гидролиза кератинсодержащего материала в присутствии воды под давлением и при нагревании, при давлении менее приблизительно 15 бар, предпочтительно менее приблизительно 10 бар, и высушивания получаемого частично гидролизованного продукта, содержащего по меньшей мере частично нерастворимый материал, в сушилке при комбинации температуры/времени/давления, которая ограничивает снижение переваримости с помощью пепсина или в подвздошной кишке менее чем на 10%, и/или таким образом, что переваримость с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке сохраняется на уровне выше 85%.
[0010] Предпочтительно, данную цель достигают посредством способа, включающего этапы частичного гидролиза кератинсодержащего материала в присутствии воды под давлением и при нагревании, при давлении менее приблизительно 15 бар, предпочтительно менее приблизительно 10 бар, и высушивания получаемого частично гидролизованного продукта, содержащего по меньшей мере частично нерастворимый материал, в сушилке при комбинации температуры/времени/давления, которая ограничивает снижение переваримости с помощью пепсина или в подвздошной кишке менее чем на 10%, при этом переваримость с помощью пепсина и в подвздошной кишке сохраняется на уровне более соответственно 75% и 85%.
[0011] Исходя из молекулярных масс гидролизованного кератинсодержащего материала видно, что гидролиз не является полным химическим гидролизом до моноаминокислот, но гидролиз включает гидролизацию существенного числа амидных связей в полипептидах.
[0012] Присутствие воды в течение этапа гидролизации означает присутствие любого из жидкой фазы воды, пара или воды, абсорбированной в кератинсодержащем материале.
[0013] Предпочтительно снижение переваримости с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке составляет менее чем 7%, более предпочтительно менее чем 5%, и/или предпочтительно переваримость с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке сохраняется на уровне приблизительно 90% или выше, более предпочтительно приблизительно 92% или выше. В дополнительном предпочтительном варианте осуществления переваримость с помощью пепсина и в подвздошной кишке сохраняется на уровне соответственно приблизительно 80% и 90% или выше, более предпочтительно соответственно приблизительно 82% и 92% или выше.
[0014] В одном варианте осуществления процесс высушивания включает высушивание при сниженном давлении, таким образом, температура материала сохраняется на уровне температуры ниже приблизительно 90°С, предпочтительно при температуре приблизительно 80°С или ниже и более предпочтительно при приблизительно 75°С или ниже, как например, от приблизительно 60 до приблизительно 75°С, или, например, при температуре приблизительно 70°С или ниже.
[0015] В другом варианте осуществления процесс высушивания включает эффективное вихревое движение кератинсодержащего материала в потоке горячего воздуха, как например, в сушилке с кипящим слоем, сушилке кольцевого типа, сушилке с вращающимся барабаном и т.п. (в дальнейшем в данном документе обозначаемыми как "устройство для сушки горячим воздухом"). В таких случаях важно свести тепловое воздействие к минимуму.
Вследствие этого в течение короткого периода времени, например приблизительно 60 сек. или приблизительно 30 сек. материал может находится при температуре приблизительно 100°С или приблизительно 120°С. Как правило, максимальное значение температуры за короткий период теплового воздействия будет составлять приблизительно 150°С или ниже или предпочтительно приблизительно 120°С или ниже. Относительно высокая температура может применяться при относительно низком содержании воды, так как комбинация воды и нагрева, как представляется, является наиболее вредной.
[0016] Дополнительной целью настоящего изобретения является получение гидролизованного частично растворимого кератинсодержащего материала с улучшенной пищевой ценностью для случаев применения в качестве пищи.
[0017] Данную цель достигают посредством получения частично нерастворимого кератинсодержащего материала с in vivo переваримостью общего количества азота более 80%, предпочтительно приблизительно 82% или более, как измерено для подвергнутых цекэктомии петухов, при этом материал содержит количество лантионина менее приблизительно 2 вес. %.
[0018] Лантионин представляет собой димер цистеина с единственным тиомостиком. Лантионин, как правило, считается антипитательным соединением, и, как представляется, образуется при высушивании частично гидролизованного кератинсодержащего материала. Поскольку лантионин является антипитательным, животное использует значительное количество энергии для удаления такого бесполезного соединения из организма. Таким образом, лантионин является нецелесообразным применительно к конкретной цели добавления в частично гидролизованный кератинсодержащий материал для животного.
[0019] Лантионин является одним из наиболее важных антипитательных соединений в гидролизованном кератинсодержащем материале. Другим антипитательным соединением является, например, лизиноаланин.
[0020] Важным преимуществом настоящего изобретения является то, что образование лантионина снижено по сравнению с гидролизованным кератинсодержащим материалом, широко доступным на рынке, например, перьевой мукой.
[0021] При измерении переваримости в подвздошной кишке и/или с помощью пепсина и количества лантионина, который образуется в течение этапа нагревания, обычный специалист будет способен оптимизировать условия высушивания таким образом, что будут достигнуты преимущества настоящего изобретения.
[0022] Предпочтительно гидролиз осуществляют под давлением, при применении пара, непрерывным способом. Тем не менее, также существуют и в равной степени применяются серийные способы.
[0023] В одном варианте осуществления настоящего изобретения высушивание предпочтительно осуществляют в дисковой сушилке при давлении менее приблизительно 0,4 бара (абс.), при нагревании дисков до температуры менее приблизительно 160°С, предпочтительно менее 140°С, еще более предпочтительно менее 130°С.
[0024] В альтернативном варианте осуществления сушилка представляет собой устройство для сушки горячим воздухом, предпочтительно сушилку с кипящим слоем, с сохранением температуры выходящего потока газа на уровне ниже приблизительно 120°С, предпочтительно в течение периода менее приблизительно 10 мин. и более предпочтительно в течение периода менее приблизительно 5 мин. Альтернативные устройства для сушки горячим воздухом представляют собой аэрофонтанные сушилки или сушилки кольцевого типа.
ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0025] Далее следует описание конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, представленное исключительно посредством примера и со ссылкой на примеры.
[0026] В соответствии с настоящим изобретением способ включает этапы гидролиза кератинсодержащего материала под давлением пара, при давлении ниже приблизительно 15 бар, предпочтительно ниже приблизительно 10 бар, и высушивания получаемого в результате гидролизованного кератинсодержащего материала таким образом, что кератинсодержащая мука характеризуется очень высокой переваримостью.
[0027] Одним из этапов достижения такой высокой переваримости является выдерживание кератинсодержащего материала предпочтительно при температуре ниже приблизительно 120°С, предпочтительно ниже приблизительно 100°С или ниже приблизительно 80°С в течение этапа высушивания. Верхнее значение температуры зависит от периода времени, во время которого поддерживается такая высокая температура.
[0028] В одном варианте осуществления настоящего изобретения высушивание осуществляют при сниженном давлении. Приемлемые значения давления включают значение давления менее приблизительно 0,5 бара (абс), предпочтительно приблизительно 0,4 бара или меньше. При давлении, например, 0,3 бара, вода кипит при приблизительно 70°С, и, таким образом, кератинсодержащий материал главным образом сохраняется при температуре ниже температуры кипения при определенном давлении. Возможно также применение еще более низкого вакуума, но недостаток может заключаться в том, что такой низкий вакуум является относительно дорогостоящим для поддержания. Вследствие этого сниженное давление, как правило, будет являться давлением более 10 мбар (абс.) и предпочтительно приблизительно 100 мбар или больше.
[0029] С целью обеспечения экономичного способа важно, чтобы оборудование или установка для обработки кератинсодержащего материала были способны обрабатывать приблизительно 2 тонны в час или больше, предпочтительно от приблизительно 4 до приблизительно 15 тонн. Ввиду требуемого высокого количества перерабатываемого продукта невозможным является применение ряда методик высушивания, как например, высушивание в течение ночи в сушильной камере. Кроме того, предпочтительно не осуществляют сублимационную сушку, и такой способ высушивания предпочтительно исключают из-за его относительной дороговизны.
[0030] Вследствие этого, в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно исключают способы высушивания, которые включают высушивание без перемешивания/без движения. Под высушиванием без перемешивания/без движения понимают способ, при котором кератинсодержащий материал главным образом остается на фиксированном месте, например, когда количество перьевой муки размещают в печи при, например, при 50°С в течение ночи для высушивания продукта, или когда продукт размещают в туннельной установке для сублимационной сушки.
[0031] Кератинсодержащий материал, например, перо или волос, как правило, является влажным перед подачей материала в гидролизер. Количество воды, как правило, составляет от приблизительно 30 до приблизительно 80 вес. % и более предпочтительно от приблизительно 50 до приблизительно 75 вес. % и наиболее предпочтительно от приблизительно 65 вес. % до приблизительно 75 вес. %.
[0032] Кератинсодержащий материал можно размалывать или дробить для снижения размера. Как правило, снижение размера для волос свиней или крупного рогатого скота не является весьма пригодным.
[0033] Гидролизер, как правило, эксплуатируется при давлении приблизительно 15 бар или меньше, предпочтительно приблизительно 10 бар или меньше, поскольку при увеличении давления возрастают затраты. Давление, как правило, составляет приблизительно 2 бара или больше. Более высокое давление является предпочтительным для повышения степени и скорости гидролизации. Вследствие этого, давление предпочтительно составляет приблизительно 4 бара или больше и еще более предпочтительно приблизительно 6 бар или больше. Как правило, давление будет составлять приблизительно 9 бар или меньше. Давление приведено в барах абсолютного давления.
[0034] Гидролиз будет осуществляться в гидролизере, как правило, называемом паровой гидролизер. Гидролизер представляет собой, по сути, перемешиваемый сосуд, и может быть серийного действия или непрерывного действия. Гидролизер предпочтительно обеспечивает непрерывный способ и представляет собой перемешиваемую трубу, например, сосуд, например, экструдер или вертикально перемешиваемый сосуд. Перемешивание предпочтительно выполняют с помощью медленно движущейся мешалки червячного типа, мешалок с лопастями или подобных.
[0035] Этап гидролиза, как правило, будут осуществлять в течение периода от приблизительно 5 до приблизительно 180 мин., предпочтительно от приблизительно 10 до приблизительно 60 мин. Более низкое давление, как правило, требует более длительных периодов времени реакции.
[0036] Вследствие этого, диапазон периода времени/давления, как правило, будет составлять от приблизительно 2 до приблизительно 15 бар в течение от приблизительно 5 мин. до приблизительно 3 часов, предпочтительно от приблизительно 2 и приблизительно 10 бар и более предпочтительно от приблизительно 4 до приблизительно 9 бар в течение от приблизительно 10 мин. до приблизительно 1 часа. Значение температуры является следствием давления пара (насыщенного). Таким образом, температура при приблизительно 2 барах составляет приблизительно 120°С, 4 бара соответствует 144°С и 9 бар - 175°С, температура при приблизительно 10 барах составляет приблизительно 180°С и приблизительно 15 бар соответствует приблизительно 200°С.
[0037] Пар можно вводить непосредственно или можно применять для непрямого нагревания. Непрямое нагревание может также применяться с помощью обмотки с горячим маслом. В конечном счете, давление должно быть таким как требуется, а количество воды предпочтительно является таковым, что насыщенный пар присутствует при выбранном давлении и температуре. Предпочтительно, общее количество присутствующего пара составляет приблизительно 200 грамм пара или больше на кг пера и более предпочтительно 300 грамм на кг пера. Вместо глухого пара для повышения степени гидролиза можно применять больше острого пара.
[0038] Гидролиз посредством такой методики всегда приводит к исключительно частичному гидролизу. Вследствие этого, получаемая в результате смесь содержит олигопептиды и полипептиды.
[0039] Гидролизованный кератинсодержащий материал будет подвержен высушиванию после (частичного) гидролиза. Данное высушивание, как правило, выполняют с помощью ряда этапов. Первый этап включает приведение смеси, выпускаемой из гидролизера, к атмосферному давлению при выпаривании части воды.
[0040] Необязательно, возможным является отжим части воды из кератинсодержащего материала для приведения значения содержания воды, например, от приблизительно 55 вес. % или больше до приблизительно 45 вес. % или меньше.
[0041] Воду, отжатую из кератинсодержащего материала после этапа гидролиза, как правило, называют клеевой водой. Клеевая вода, как правило, содержит некоторое количество жирных материалов и осадка, при этом жирные материалы можно удалять путем центрифугирования, если это необходимо.
[0042] Удаление жира из необработанной клеевой воды обеспечит получение кератинсодержащего материала с низким содержанием жира, такого как перьевая мука. Количество жира в необработанной клеевой воде может составлять, например, 30% или больше, как например, приблизительно 50% или больше от общего количества жира, присутствующего в необработанных перьях. При центрифугировании большую часть жира можно удалить из клеевой воды. Таким путем будет устранено приблизительно 30% или больше, предпочтительно приблизительно 50% или больше от общего содержания жира. Как правило, не весь жир можно удалить таким путем и удаляется, например, менее приблизительно 70% жира.
[0043] Клеевую воду (обезжиренную или необезжиренную) можно дополнительно концентрировать с помощью выпарных аппаратов, таких как, например, выпарных аппаратов множественного эффекта с нисходящими пленками, восходящими пленками или выпарных аппаратов с распределяемой пленкой, предпочтительно при сниженном давлении, с применением горячих паров сушилки в системе с комбинированной рекуперацией тепла. С помощью такого выпаривания будет подниматься содержание сухого вещества клеевых вод от приблизительно 5-10% до приблизительно 25-40%. Данный концентрат, насыщенный солюбилизированными и нерастворимыми белками, можно повторно вводить в сушилку и обрабатывать с твердым кератинсодержащим материалом.
[0044] В альтернативном варианте осуществления клеевую воду можно высушить как таковую с применением подходящих способов высушивания. Подходящие методики высушивания включают ряд методик, таких как, например, сушка в барабанной сушилке и распылительная сушка. При применении распылительной сушки, предпочтительно, чтобы жирные материалы и осадок были удалены из клеевой воды. Высушенный кератинсодержащий материал может характеризоваться подходящими размерами частиц с D50 от приблизительно 50 мкм до приблизительно 2 мм, предпочтительно от приблизительно 0,1 до приблизительно 1 мм. Продукт можно гранулировать до любого подходящего размера частиц. Такое применение клеевой воды имеет преимущество, заключающееся в получении продукта с очень высокой переваримостью, как например, предпочтительно более приблизительно 95% переваримости в подвздошной кишке и/или с помощью пепсина, более предпочтительно приблизительно 97% или больше.
[0045] Следовательно, настоящее изобретение также относится к способу получения кератинсодержащего материала с высокой степенью переваримости в форме порошка (или в сухой форме) посредством гидролиза кератинсодержащего материала, как описано, и отделения водной фазы (или жидкой фазы) от твердого кератинсодержащего материала посредством пресса, и высушивания водной (или жидкой) фазы с получением продукта в форме порошка, характеризующегося переваримостью в подвздошной кишке и/или с помощью пепсина более приблизительно 95%.
[0046] Кроме того, настоящее изобретение относится к способу получения кератинсодержащего материала с высокой степенью переваримости в сухой форме со сниженным содержанием жира посредством гидролиза кератинсодержащего материала в присутствии воды в гидролизере, при нагревании и при давлении от приблизительно 2 бар до приблизительно 15 бар, предпочтительно от приблизительно 2 бар до приблизительно 10 бар, отделения жидкой фазы от твердого кератинсодержащего материала в прессе, центрифугирования жидкой фазы для отделения водной фазы, содержащей солюбилизированные белки, жирной фазы и остатков твердых веществ, и повторного введения обезжиренной водной фазы и остатков твердых веществ в кератинсодержащий материал и дополнительного высушивания материала с получением перьевой муки высокой степени переваримости с низким содержанием жира.
[0047] Необходимым является высушивание получаемого все еще влажного кератинсодержащего материала до содержания влаги приблизительно 12 вес. % или меньше, предпочтительно приблизительно 8 вес. % или меньше. Высушивание до количества воды менее приблизительно 3 вес. %, как правило, не является необходимым, но не нанесет вреда. Высушивание наиболее предпочтительно осуществляют до содержания влаги приблизительно 4-8 вес. %. Количество указано относительно общего количества продукта.
[0048] Высушивание, как представляется, является важнейшим этапом для качества кератинсодержащего материала, такого как перьевая мука. Как представляется, традиционные методики высушивания обуславливают существенное снижение переваримости.
[0049] По утверждению GePro, компании, продающей перьевую муку, сушка в потоке горячего воздуха (сушка горячим воздухом) приводит к лучшей in vitro переваримости. Было обнаружено, что переваримость в подвздошной кишке составляет менее 85%. Переваримость с помощью пепсина составляет от приблизительно 70% до приблизительно 80%. Кроме того, существует стремление к дополнительному улучшению.
[0050] Авторы настоящего изобретения обнаружили, что дополнительное улучшение было возможным посредством использования, например, традиционной дисковой сушилки при сниженном давлении и сниженной температуре, или, например, при использовании сушилки с кипящим слоем.
[0051] Таким образом, в настоящем изобретении предусматривают способ, посредством которого получают частично гидролизованный кератинсодержащий материал с более высокой in vitro и/или in vivo переваримостью.
[0052] Посредством способа в соответствии с настоящим изобретением возможным является получение гидролизованного, частично нерастворимого кератинсодержащего материала с содержанием влаги менее приблизительно 8 вес. % и in vivo уровнем переваримости общего количества азота приблизительно 80% или выше (переваримость измеряли для подвергнутых цекэктомии петухов).
[0053] Предпочтительно, количество лантионина в гидролизованном кератинсодержащем материале составляет приблизительно 2 вес. % или меньше, предпочтительно приблизительно 1,7 вес. % или меньше или предпочтительно приблизительно 1,5 вес. % или меньше, более предпочтительно приблизительно 1,2 вес. % или меньше.
[0054] Гидролизованный кератинсодержащий материал является по меньшей мере частично нерастворимым в воде, если 1 грамм помещен в 2 мл воды, невооруженным глазом видны частицы и волокнистый материал.
[0055] При количественном исследовании можно измерять количество нерастворимого материала. Такое исследование можно осуществлять посредством растворения 100 г перьевой муки в 1000 мл воды путем перемешивания в течение 15 минут в воде при 20°С. Смесь фильтруют, фильтрат и твердый материал взвешивают и сушат и высушенный материал взвешивают.
[0056] При количественном исследовании количества твердых веществ составляют приблизительно 60 вес. % или больше, предпочтительно приблизительно 80 вес. % или больше и еще более предпочтительно приблизительно 90 вес. % или больше.
[0057] Количество растворимого материала в соответствии с данным исследованием может составлять приблизительно 1 вес. % или больше, например, приблизительно 2, приблизительно 3 вес. %, приблизительно 4 или приблизительно 5 вес. %. В случае отдельной обработки клеевой воды количество нерастворимого материала может составлять 100-98 вес. %.
[0058] Несмотря на низкую растворимость в воде, возможным является измерение молекулярно-массового распределения по меньшей мере части кератинсодержащего материала предпочтительно в растворителе, который способен растворять белковый материал лучше чем вода. Наиболее часто применяемый способ представляет собой HPLC с водой/ацетонитрилом в качестве растворителя с трифторуксусной кислотой (TFA; 0,1 вес. %) и SEC-колонкой. Кератинсодержащий материал может характеризоваться лучшей растворимостью или быть полностью растворимым в указанном растворителе. Частично гидролизованный материал проявляет широкий пик. Молекулярно-массовое распределение в данной области в целом не обозначается как Mn/Mw, так как не весь материал может быть растворен. В любом случае можно утверждать какая часть материала, измеренная посредством HPLC, обладает определенной молекулярной массой.
[0059] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения растворенная часть гидролизованного кератинсодержащего материала состоит из приблизительно 70 вес. % или больше материала, имеющего молекулярную массу приблизительно 5000 дальтон или меньше, и более 30 вес. % материала имеет молекулярную массу приблизительно 1000 дальтон или меньше.
[0060] В другом предпочтительном варианте осуществления, который можно объединять с вариантом осуществления в предыдущем абзаце, количество материала с молекулярной массой более приблизительно 5000 дальтон составляет приблизительно 10 вес. % или больше, предпочтительно приблизительно 20 вес. % или больше.
[0061] После частичной гидролизации гидролизованный кератинсодержащий материал высушивают до содержания влаги приблизительно 12 вес. % или меньше или приблизительно 8% или меньше посредством способа, обеспечивающего низкую степень повреждения от нагревания. Низкая степень повреждения от нагревания предусматривает низкое или отсутствующее снижение количества переваримого материала, и конечная переваримость с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке составляет по-прежнему более 85%. Предпочтительно, переваримость с помощью пепсина и в подвздошной кишке сохраняется на уровне более соответственно 75% и 85%. Конечный уровень переваримости с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке может составлять приблизительно 85% или выше или 90% или выше.
[0062] Высушивание предпочтительно осуществляют в сушилке при комбинации температуры/времени/давления, которая ограничивает снижение переваримости с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке менее чем приблизительно на 10%, и/или таким образом, что переваримость с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке сохраняется на уровне выше приблизительно 90%. В дополнительном предпочтительном варианте осуществления переваримость с помощью пепсина и в подвздошной кишке сохраняется на уровне соответственно приблизительно 80% и 90% или выше, более предпочтительно соответственно приблизительно 82% и 92% или выше.
[0063] Предпочтительно, снижение переваримости с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке составляет приблизительно 7% или меньше, более предпочтительно приблизительно 5% или меньше и/или, предпочтительно, переваримость в подвздошной кишке сохраняется на уровне приблизительно 90% или выше, более предпочтительно приблизительно 92% или выше.
[0064] Дополнительное высушивание предпочтительно выполняют при сниженном давлении или в сушилке с кипящим слоем так, что степень повреждения от нагревания, измеренная как сниженная переваримость, является таковой, что конечный продукт по-прежнему характеризуется уровнем переваримости с помощью пепсина и в подвздошной кишке соответственно более приблизительно 80% и 90%.
[0065] Достижение такой низкой степени повреждения от нагревания является беспрецедентным при получении перьевой муки, получение которой уже осуществляют в течение более 60 лет (см., например, US 2542984).
[0066] Одним из этапов достижения такого высокого уровня переваримости является выдерживание кератинсодержащего материала предпочтительно при температуре ниже приблизительно 120°С, предпочтительно ниже приблизительно 100°С или ниже приблизительно 80°С. Верхнее значение температуры зависит от периода времени, во время которого поддерживается такая высокая температура.
[0067] В одном варианте осуществления настоящего изобретения высушивание осуществляют при сниженном давлении. Приемлемые значения давления включают значение давления менее приблизительно 0,5 бара (абс), предпочтительно ниже приблизительно 0,4 бара. При давлении 0,3 бара вода кипит при приблизительно 70°С, и, таким образом, кератинсодержащий материал главным образом сохраняется при температуре ниже такой температуры. Возможно также применение еще более низкого вакуума, но недостаток может заключаться в том, что такой низкий вакуум является относительно дорогостоящим для поддержания. Вследствие этого сниженное давление, как правило, будет являться давлением более приблизительно 10 мбар (абс), предпочтительно составлять приблизительно 100 мбар или больше.
[0068] В другом варианте осуществления процесс высушивания включает эффективное вихревое движение кератинсодержащего материала в сушилке с кипящим слоем, циркуляционной сушилке или, например, аэрофонтанной сушилке. В таких случаях важно свести тепловое воздействие к минимуму. Вследствие этого в течение короткого периода времени, например приблизительно 60 сек. или приблизительно 30 сек. материал может находится при температуре приблизительно 100°С или приблизительно 120°С. Как правило, максимальное значение температуры за короткий период теплового воздействия будет составлять приблизительно 150°С или ниже или предпочтительно приблизительно 120°С или ниже. Относительно высокая температура может применяться при относительно низком содержании воды, так как комбинация воды и нагрева, как представляется, является наиболее вредной.
[0069] Вследствие этого, диапазон температуры/периода времени может составлять от приблизительно 60 до приблизительно 150°С и от приблизительно 30 сек. до приблизительно 2 часов в зависимости от повреждения, нанесенного нагреванием влажного кератинсодержащего материала. Более низкая температура обеспечивает более длительные периоды высушивания и требует, как правило, сниженного давления. Более высокие температуры требуют коротких периодов высушивания, и, как правило, не требуют сниженного давления.
[0070] Переваримый кератинсодержащий материал, такой как перьевая мука, содержит по меньшей мере 17 аминокислот, как например, очень ценные аминокислоты, например цистеин и тирозин.
[0071] Предпочтительно, количество цистеина составляет приблизительно 2 вес. % или больше, более предпочтительно приблизительно 3 вес. % или больше, еще более предпочтительно приблизительно 4-5 вес. % или больше. Вес. % выражен относительно общего содержания белка.
[0072] Высушенный продукт может быть размолот и/или агломерирован до подходящего размера частиц. Частицы, как правило, имеют размер меньше нескольких мм и более 20 мкм, с целью получения свободнотекучего порошка, который можно легко обрабатывать. Как правило, размер частиц будет составлять от 0,01 до 2 мм.
[0073] Переваримый кератинсодержащий материал, такой как перьевая мука, можно применять в качестве корма или кормовой добавки, как например, в качестве корма для животных и/или для аквакультуры или в качестве добавки в косметических средствах.
[0074] Высушенная перьевая мука высокой степени переваримости является в особенности весьма пригодной в качестве корма или кормовой добавки, например, в качестве корма для рыбы и для мелких ракообразных. Она может заменить дорогостоящую и нерациональную с экологической точки зрения рыбную муку в таких пищевых рационах для аквакультуры. Замещение рыбной муки будет зависеть от вида и примерных количеств, включая до 40% в корме для лосося и до 75% в корме для африканского сома. При очень хорошем качестве перьевой муки по настоящему изобретению, предполагается, что возможными являются еще большие количества замещения.
[0075] Переваримый кератинсодержащий материал, такой как перьевая мука, может быть упакован в маленькие пакеты, большие пакеты или перевозиться в контейнерах для насыпных грузов.
[0076] Следующие способы применяли в примерах, и они являются пригодными в качестве способов измерения параметров, указанных в описании и формуле изобретения.
[0077] Весовой процент (вес. %) влаги. Влажный кератинсодержащий материал высушивали в течение ночи в вакуумной сушильной камере при сниженном давлении и с помощью сиккатива. Материал взвешивали до и после этапа высушивания и количество влаги рассчитывали при применении начального измеренного веса как 100%, при этом предполагается, что все летучие вещества представляют собой воду.
[0078] Определение HPLC и Mw. Можно использовать стандартное оборудование для HPLC. Растворитель для кератинсодержащего материала представляет собой воду MilliQ, ацетонитрил и трифторуксусную кислоту (TFA) при 0,1 вес. %. В качестве колонки можно использовать силикагелевую колонку TSK G2000 SWXL (5 мкм) от Tosoh Bioscience и защитную колонку TSK-Gel SWXL (7 мкм) от Tosoh Bioscience или сравнимые колонки. Подвижная фаза представляет собой трифторуксусную кислоту 0,1 вес. %, содержащую 15% ацетонитрила (CH3CN). Регистрацию выполняли с помощью UV-детектора при 214 нм. Колонку можно калибровать с помощью смеси бацитрацина, инсулина, альфа-лакто-альбумина, бета-лакто-глобулина и триптофана.
[0079] Растворимость кератинсодержащего материала количественно определяли посредством растворения 1 грамма кератинсодержащего материала в 2 мл воды при 20°С. Прозрачность жидкости определяли на глаз.
[0080] При количественном исследовании растворимость кератинсодержащего материала можно определять как описано далее. 100 г перьевой муки растворяли в 1000 мл воды посредством перемешивания в течение 15 минут в воде при 20°С. Смесь фильтровали через 350 мкм фильтр под давлением. Фильтрат и твердые вещества на фильтре высушивали и измеряли их вес. В данном анализе можно корректировать содержание влаги в материалах, т.е. содержание влаги в перьевой муке должно быть также измерено. Кроме того, следует корректировать количество растворимого материала, остающееся во влажных твердых веществах, которые отфильтровывают.
[0081] Переваримость с помощью пепсина измеряют в соответствии с ISO 6655 (август 1997 г.); 0,02% пепсина.
[0082] Переваримость в подвздошной кишке (также называемую "переваримость по Бойсену") измеряют в соответствии с S. Boisen, 2007 ("In vitro analysis for determining standardized ileal digestibility of protein and amino acids in actual batches of feedstuffs and diets for pigs"; Livestock Science (2007) 309:182-185).
[0083] In vivo переваримость общего количества азота измеряли для подвергнутых цекэктомии петухов в соответствии с Johnson et al., 1998. "Effects of species raw material source, ash content, and processing temperature on amino acid digestibility of animal by-product meals by cecectomized roosters и ileally cannulated dogs" Journal of Animal Science; 76:1112-1122.
[0084] Процентное содержание лантионина (сокращенного как LAN в примерах) определяли посредством стандартных HPLC-способов.
[0085] Дополнительные модификации в дополнение к таковым, описанным выше, можно выполнять в отношении материалов и способов, описанных в настоящем документе, без отклонения от сути и объема настоящего изобретения. Соответственно, несмотря на то, что были описаны конкретные варианты осуществления, они являются исключительно примерами и не ограничивают объем настоящего изобретения.
ПРИМЕРЫ
Пример 1 и сравнительные эксперименты А-С
[0086] В гидролизере, эксплуатируемом при 7 бар и с насыщенным паром, обрабатывали куриные перья с содержанием влаги 65 вес. % в течение 25 мин. Частично гидролизованное волокно приводили к атмосферному давлению с помощью клапана снижения давления и волокнистую массу, содержащую приблизительно 55% воды, отжимали в винтовом прессе для удаления воды. Остаточная вода в перьевой муке составляла приблизительно 45 вес. %.
[0087] Частично гидролизованную перьевую муку высушивали посредством ряда различных путей, с помощью классической дисковой сушилки при 170°С (давление пара внутри диска 8 бар) в течение приблизительно 1 часа (сравн. прим. А) и в течение приблизительно 0,8 часа (сравн. прим. В) (оба сравнительных примера в соответствии с предыдущим уровнем техники), устройства для сушки горячим воздухом (сравн. прим. С) (с применением температуры воздуха в течение 80 сек. при 270°С и в течение 120 сек. при 80°С) и дисковой сушилки при давлении 300 мбар (абс.) (пример 1). В последнем из упомянутых способов высушивания (например, 1) перьевая мука не достигала температур выше приблизительно 70°С.
[0088] Измеряли растворимость перьевой муки, полученной в примере 1. 100 г перьевой муки с содержанием влаги 4,81 вес. % растворяли в 1000 мл воды посредством перемешивания в течение 15 минут в воде при 20°С. Смесь фильтровали через 350 мкм фильтр под давлением. Фильтрат (923,5 г) и твердые вещества на фильтре высушивали и измеряли их вес, и он составлял: твердые вещества на фильтре (влажные) 148,1 грамма; твердые вещества на фильтре (сухие) 90,54 г. Фильтрат содержал 3,42 г твердого материала. Следовательно, влага в твердом материале (которая составляла 57,56 г) содержала 0,21 г растворимого продукта. Следовательно, из 95,19 г сухой перьевой муки, 3,63 г (3,42 г + 0,21 г) были растворимы. Это составляет до 3,8 вес. % относительно перьевой муки.
Пример 2
[0089] В гидролизере серийного действия, эксплуатируемом при 7 бар и с насыщенным паром, обрабатывали куриные перья с содержанием влаги 70 вес. % в течение 25 мин. Частично гидролизованное волокно приводили к атмосферному давлению с помощью клапана снижения давления и волокнистая масса содержала 65% воды.
[0090] Частично гидролизованную перьевую муку высушивали в сушилке с кипящим слоем. Температура горячего воздуха на впуске составляла 140°С; при этом температура на выпуске составляла приблизительно 85°С. Перьевая мука не достигала температур выше приблизительно 80°С в течение любого значительного периода времени. Высушивание до содержания влаги приблизительно 7 вес. % занимало приблизительно 8 мин. In-vivo переваримость общего количества азота (TNM), измеренная для подвергнутых цекэктомии петухов, составляла 80% и in-vitro переваримость в подвздошной кишке TNM составляла 88%.
Пример 3
[0091] В гидролизере непрерывного действия, эксплуатируемом при 5 бар и с насыщенным паром, обрабатывали смешанные перья птиц, содержащие куриные перья и перья индейки, с содержанием влаги приблизительно 70% в течение приблизительно 20 минут при скорости потока 4 тонны/час. На выпуске гидролизера содержание влаги гидролизованных перьев составляло 50-55%, и переваримость в подвздошной кишке и с помощью пепсина составляла соответственно 95% и 88%. Гидролизованные перья высушивали при сниженном давлении в дисковой сушилке при давлении 300 мбар (абс.) при скорости потока 4 тонны/час. Переваримость в подвздошной кишке и с помощью пепсина высушенной перьевой муки (2,5% влаги) составляла соответственно 90% и 81%. Снижение переваримости с помощью пепсина и в подвздошной кишке на этапе высушивания составляло следовательно менее 10%. Исследование in-vivo переваримости данной перьевой муки для подвергнутых цекэктомии петухов показало переваримость 83%. Количество лантионина составляло 1,66 вес. %.
Заключение
[0092] Примеры являются исключительно иллюстративными, но исследования показывают, что при гидролизе и высушивании, которые осуществляют в соответствии с настоящим изобретением, получают кератинсодержащую муку высокой степени переваримости, например, перьевую муку.
1. Способ получения переваримого кератинсодержащего материала из пера, волоса, копыта или когтей, включающий этапы гидролиза кератинсодержащего материала в присутствии воды в гидролизере при нагревании и при давлении от 2 бар до 15 бар и высушивания получаемого в результате гидролизованного кератинсодержащего материала, содержащего по меньшей мере частично нерастворимый материал, в сушилке при комбинации температуры/времени/давления, которая ограничивает снижение переваримости с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке менее чем на 10%, и/или таким образом, что переваримость с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке сохраняется на уровне более 85%, или которая ограничивает снижение переваримости с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке менее чем на 10%, где переваримость с помощью пепсина и в подвздошной кишке сохраняется на уровне более соответственно 75% и 85%, при этом получаемый гидролизованный кератинсодержащий материал является, по меньшей мере, частично нерастворимым в воде, если при помещении 1 г в 2 мл воды невооруженным глазом видны частицы и волокнистый материал.
2. Способ по п. 1, где гидролиз осуществляют в гидролизере непрерывного действия.
3. Способ по любому из пп. 1, 2, где в гидролизер подают кератинсодержащий материал с содержанием влаги от 30 до 80 вес. % (относительно веса влаги плюс кератинсодержащего материала).
4. Способ по п. 1, где сушилка представляет собой дисковую сушилку, эксплуатируемую при сниженном давлении в диапазоне от 10 до 500 мбар (абс).
5. Способ по п. 1, где высушивание осуществляют в потоке горячего воздуха.
6. Способ по п. 5, где высушивание осуществляют в сушилке с кипящим слоем, сушилке кольцевого типа или вращающихся аэрофонтанных сушилках.
7. Способ по п. 1, где высушенный переваримый кератинсодержащий материал характеризуется содержанием влаги менее 12 вес. %.
8. Способ по п. 1, где кератинсодержащий материал обрабатывают в количестве более 2 тонн за час, и способ высушивания не является способом высушивания без перемешивания/без движения.
9. Способ по п. 1, где этап высушивания осуществляют при комбинации температуры/времени/давления, которая ограничивает снижение переваримости с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке менее чем на 7%, и/или таким образом, что переваримость с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке сохраняется на уровне соответственно более 80% и 90%.
10. Способ получения переваримого кератинсодержащего материала из пера, волоса, копыта или когтей, включающий этапы гидролиза кератинсодержащего материала в присутствии воды в гидролизере при нагревании и при давлении от 2 бар до 15 бар и высушивания получаемого в результате гидролизованного кератинсодержащего материала, содержащего по меньшей мере частично нерастворимый материал, в сушилке при температуре таким образом, чтобы кератинсодержащий материал находился при температуре ниже 90°C, при этом получаемый гидролизованный кератинсодержащий материал является по меньшей мере частично нерастворимым в воде, если при помещении 1 г в 2 мл воды невооруженным глазом видны частицы и волокнистый материал.
11. Способ по п. 10, где гидролиз осуществляют в гидролизере непрерывного действия.
12. Способ по любому из пп. 10, 11, где в гидролизер подают кератинсодержащий материал с содержанием влаги от 30 до 80 вес. % (относительно веса влаги плюс кератинсодержащего материала).
13. Способ по п. 10, где сушилка представляет собой дисковую сушилку, эксплуатируемую при сниженном давлении.
14. Способ по п. 10, где высушивание осуществляют в потоке горячего воздуха.
15. Способ по п. 14, где высушивание осуществляют в сушилке с кипящим слоем, сушилке кольцевого типа или вращающихся аэрофонтанных сушилках.
16. Способ по п. 10, где высушенный переваримый кератинсодержащий материал характеризуется содержанием влаги менее 12 вес. %.
17. Способ по п. 10, где этап высушивания осуществляют при комбинации температуры/времени/давления, которая ограничивает снижение переваримости с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке менее чем на 10%, и/или таким образом, что переваримость с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке сохраняется на уровне более 85%, или которая ограничивает снижение переваримости с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке менее чем на 10%, где переваримость с помощью пепсина и в подвздошной кишке сохраняется на уровне более соответственно 75% и 85%.
18. Способ по п. 10, где кератинсодержащий материал обрабатывают в количестве более 2 тонн за час, и способ высушивания не является способом высушивания без перемешивания/без движения.
19. Способ по п. 10, где этап высушивания осуществляют при комбинации температуры/времени/давления, которая ограничивает снижение переваримости с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке менее чем на 7%, и/или таким образом, что переваримость с помощью пепсина и/или в подвздошной кишке сохраняется на уровне соответственно более 80% и 90%.
20. Гидролизованный, частично нерастворимый кератинсодержащий материал, получаемый посредством способа по любому из пп. 1-19, где материал характеризуется содержанием влаги менее 12 вес. % и переваримостью в подвздошной кишке и с помощью пепсина соответственно 75% и 85% или больше, или переваримостью in vivo для подвергнутых цекэктомии петухов 80% или больше.
21. Гидролизованный частично нерастворимый кератинсодержащий материал по п. 20, в котором, после растворения 100 г кератинсодержащего материала в 1 л воды при температуре 20°C посредством перемешивания в течение 15 минут, количество нерастворимого материала составляет 60% по весу или более.
22. Гидролизованный, по меньшей мере, частично нерастворимый кератинсодержащий материал по пп. 20, 21, где материал содержит лантионин в количестве 2,0 вес. % или меньше.
23. Гидролизованный частично нерастворимый кератинсодержащий материал по любому из пп. 20-22, где растворимая часть гидролизованного кератинсодержащего материала содержит полипептиды в количестве более 70 вес. %, характеризующиеся молекулярной массой менее 5000 дальтон, и более 30 вес. % - менее 1000 дальтон.
24. Применение гидролизованного частично нерастворимого кератинсодержащего материала по любому из пп. 20-23 в качестве корма и/или кормовой добавки.
25. Способ получения кератинсодержащего материала высокой степени переваримости из пера, волоса, копыта или когтей в сухой форме со сниженным содержанием жира посредством гидролиза кератинсодержащего материала в присутствии воды в гидролизере при нагревании и при давлении от 2 бар до 15 бар, отделения жидкой фазы от твердого кератинсодержащего материала в прессе, центрифугирования жидкой фазы для отделения водной фазы, содержащей солюбилизированные белки, жирной фазы и остатков твердых веществ, повторного введения обезжиренной водной фазы и остатков твердых веществ в кератинсодержащий материал и дополнительного высушивания материала с получением перьевой муки высокой степени переваримости с низким содержанием жира, при этом получаемый гидролизованный кератинсодержащий материал является, по меньшей мере, частично нерастворимым в воде, если при помещении 1 г в 2 мл воды, невооруженным глазом видны частицы и волокнистый материал.
