ПИЩЕВОЙ БЕЛКОВЫЙ ИНГРЕДИЕНТ И СПОСОБЫ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
FOOD PROTEIN INGREDIENT AND METHODS FOR PRODUCING SAME

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится, главным образом, к способу ферментативного получения пищевых белковых ингредиентов из кератин-содержащих белковых материалов и к полученным композициям. Более конкретно, оно относится к способам получения пищевых белков из кератин-содержащих источников путем денатурирующей предварительной обработки кератина с последующим гидролизом кератина протеолитическими ферментами для эффективного и экономичного превращения источника белка кератина в приятный на вкус белковый пищевой продукт с высокой усваиваемостью.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Хорошо известно, что рост мирового населения оказывает определенное давление на продовольственные ресурсы. По мере увеличения численности населения уже дорогостоящие ингредиенты питания, такие как пищевой белок, могут стать слишком дорогими для потребления домашними животными и животными-компаньонами. Таким образом, существует необходимость в альтернативных источниках белка, которые не конкурируют с пищевой цепью человека. Такие альтернативные источники белка включают типичные побочные продукты животного происхождения, такие как перья, волосы, мех, шерсть, щетина, рога, копыта, ногти, когти, клювы, наружный слой кожи животных, панцири сухопутных и морских черепах, китовый ус, иглы дикобраза и чешуя рыб, которые содержат волокнистые структурные белки семейства кератинов. Хотя кератиновые белковые материалы, как правило, имеются в изобилии, дешевы и стабильны, они также содержат относительно высокий процент серосодержащих аминокислот, таких как цистеин. Остатки цистеина могут образовывать дисульфидные связи, которые вносят вклад в образование третичной структуры белков кератинов, делая их крепкими и прочными. Такая структурная прочность является причиной низкой усваиваемости и, как правило, делает белки кератины в их естественном состоянии непригодными для использования в качестве источника пищевых белков.
Предпринимаемые ранее попытки превратить исходный кератин-содержащий материал в пищевые белковые материалы были дорогостоящими и приводили к получению продуктов, неприятных на вкус и с низкой усваиваемостью белка. В результате, такое кератин-содержащее сырье традиционно рассматривалось как сельскохозяйственные отходы и предназначалось для захоронения или переработки.
Кератин-содержащие материалы можно денатурировать, подвергая их воздействию жестких физических условий, таких как относительно высокие температура и давление, например, при 146°C и 345 кПа в течение примерно 30-70 минут. Такая обработка может облегчать разрушение сульфидных связей, однако, не полностью гидролизует кератин. Кроме того, такие условия оказывают разрушительное действие на некоторые аминокислоты и могут приводить к образованию в конечных продуктах нежелательных серосодержащих не имеющих пищевой ценности аминокислот.
Химическая обработка может также использоваться для разрушения дисульфидных связей и может приводить к образованию относительно коротких пептидов из кератина. Например, кипячение кератина в течение примерно 2-20 часов при значении pH, меньшем или равном 2,0-4,0, или кипячение в течение более двух часов при сильно щелочных значениях pH приводит к образованию олигопептидов, полипептидов и свободных аминокислот. Однако такая жесткая обработка может частично или полностью разрушать некоторые аминокислоты, тем самым снижая питательную ценность конечного продукта. Щелочной гидролиз, в частности, способствует образованию нежелательных искусственных аминокислот, таких как лантионин и лизиноаланин, последняя из которых проявила себя как токсичный для почек фактор в исследованиях на лабораторных крысах. Обработка кислотными или щелочными материалами также может приводить к образованию остаточных солей в смеси, что может потребовать дополнительных этапов обработки для их удаления.
Таким образом, гидролиз кератин-содержащих материалов при обработке в жестких условиях, таких как высокая температура и химические вещества, сопряжен с проблемами неполного гидролиза и загрязнения пищевого продукта нежелательными аминокислотами и остаточными солями. Более того, такими способами не удавалось добиться получения пищевых продуктов с высокой усваиваемостью. Такими способами, как правило, не удается получать продукты, имеющие усваиваемость выше, чем 80%, что измеряется 2-этапным методом Boisen и Fernandez (1995).
Соответственно, существует необходимость в способе, который будет превращать кератин-содержащий белковый материал в подходящий ингредиент пищевых продуктов, являющийся питательным, вкусным и легкоусваиваемым для животных. Нужный способ должен подходить для использования в предварительной обработке содержащего белок сырья, в частности, имеющегося в избытке стабильного недорогого кератин-содержащего сырья, в мягких условиях для ослабления плотно упакованной бета-складчатой структуры, что позволит затем проводить ферментативный гидролиз для эффективного разрушения пептидных связей в кератине. Пищевой продукт должен быть относительно свободен от нежелательных аминокислот и должен не нуждаться в дополнительной обработке, или нуждаться в минимальной обработке, для удаления остаточных солей и, кроме того, он должен поддаваться промышленной переработке.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу получения пищевых белковых ингредиентов, включающему предварительную обработку кератин-содержащего сырья путем создания контакта некоторого количества материала с восстанавливающим агентом и нагревания для получения белковой смеси. Предварительно обработанное сырье затем подвергают ферментативному гидролизу, смешивая некоторое количество по меньшей мере одного протеолитического фермента в водном растворе с предварительно обработанной белковой смесью для проведения реакции с получением белковой суспензии. Белковую суспензию подвергают эмульгированию и инкубируют в течение времени, достаточного для получения пищевого белкового ингредиента.
Различные цели и преимущества данного способа и композиций станут очевидными из следующего описания в сочетании с прилагаемыми чертежами, в которых изложены, с помощью иллюстраций и примеров, конкретные варианты осуществления способа и полученных в результате композиций.
В одном аспекте изобретение относится к способу получения пищевого белкового ингредиента. Как правило, способ включает этапы получения некоторого количества содержащего белок материала из любого сырья, содержащего некоторое количество белка, причем содержащий белок материал содержит кератин, создания контакта содержащего белок материала с композицией, выбранной из группы, состоящей из восстанавливающего агента, хаотропного агента, детергента, а также их смеси, нагревания находящегося в контакте содержащего белок материала для получения белковой смеси, смешивания некоторого количества протеолитического фермента в водном растворе для получения раствора протеолитического фермента и создания контакта белковой смеси с раствором протеолитического фермента для получения смеси белка с ферментом, проведения смеси белка с ферментом через процесс уменьшения размера для получения смеси белка меньшего размера с ферментом, а также инкубации смеси белка меньшего размера с ферментом в течение времени, достаточного для получения пищевого белкового ингредиента.
В некоторых аспектах изобретения способ дополнительно включает этап создания контакта содержащего белок материала с некоторым количеством воды.
Как правило, восстанавливающий агент выбирают из группы, состоящей из метабисульфита натрия, сульфита натрия, бисульфита натрия, сульфита кальция, фосфитов, 2-меркаптоэтанола, бис(2-меркаптоэтил)сульфона, 2,3-димеркапто-1-пропанола, дитиотреитола, дитиобутиламина, L-цистеина, сложного этилового эфира цистеина, сложного метилового эфира цистеина, триалкилфосфинов, трис(2-карбоксиэтил)фосфин гидрохлорида, а также их сочетаний.
Как правило, хаотропный агент выбирают из группы, состоящей из мочевины, тиомочевины, солей гуанидина, а также их сочетаний.

Как правило, детергент выбирают из группы, состоящей из додецилсульфата натрия (SDS), этилтриметиламмоний бромида, Triton X-100, (1,1,3,3-тетраметилбутил)фенил полиэтиленгликоля, трет-октилфенилового эфира полиэтиленгликоля, продаваемого под торговой маркой Triton X-114 компанией Dow Chemical и ее лицензиатами, полиоксиэтилен (20) сорбитан монолаурата (полисорбат-20), полиоксиэтилен (20) сорбитан монопальмитата (полисорбат-40), полиоксиэтилен (20) моностеарата (полисорбат-60), полиоксиэтилен (20) моноолеата (полисорбат-80), октилглюкозида, октилтиоглюкозида, 3-[(3-холамидопропил)диметиламмонио]-1-пропансульфоната (CHAPS), 3-[(3-холамидопропил)диметиламмонио]-2-гидрокси-1-пропансульфоната (CHAPSO), а также их сочетаний.
Предпочтительные варианты осуществления способа уменьшения размера выбирают из группы, состоящей из измельчения, перемалывания, дробления, разрезания, нарезания на куски, шинкования, эмульгирования, гомогенизации, гомогенизации высокого давления, а также их сочетаний.
Как правило, протеолитический фермент выбирают из группы, состоящей из эндопротеаз, экзопротеаз, экзогенных ферментов, эндогенных ферментов, а также их сочетаний. Предпочтительные ферменты эндопротеазы выбирают из группы, состоящей из бромелинов, катепсина, калпаина, фицина, химопапаина, стрептопаина, папаина, субтилизинов, алкалазы и кератинaзы, а также их сочетаний.
В некоторых вариантах осуществления изобретения белковая смесь вступает в контакт и смешивается более чем с одним протеолитическим ферментом.
Понятно, что процесс уменьшения размера можно проводить или осуществлять до, во время и/или после создания контакта белковой смеси с протеолитическим ферментом.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления пищевой белковый ингредиент подвергают дальнейшей обработке путем центрифугирования, фильтрования или декантации.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к композиции пищевого ингредиента, полученной в соответствии с одним из аспектов изобретения, таким как любой из аспектов, описанных в настоящем документе. Предпочтительно, пищевой ингредиент имеет усваиваемость белка по меньшей мере примерно 85%, по результатам 2-этапного метода Boisen. Более предпочтительно, пищевой ингредиент имеет усваиваемость белка от 90% до примерно 100%, по результатам 2-этапного метода Boisen. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления по меньшей мере 2% всех аминокислот представляют собой серосодержащие аминокислоты. В других предпочтительных вариантах осуществления пищевой ингредиент содержит или также содержит некоторое количество усваиваемых свободных аминокислот.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к композиции пищевого ингредиента, содержащей источник белка, полученный из материала на основе кератина и имеющий усваиваемость белка по меньшей мере примерно 85%, по результатам 2-этапного метода Boisen. В предпочтительных вариантах осуществления пищевой ингредиент имеет усваиваемость белка от 90% до примерно 100%, по результатам 2-этапного метода Boisen.
Композицию пищевого ингредиента, полученную и описанную в настоящем документе, можно использовать в качестве ингредиента в пище для любого животного, включая человека, домашних животных, скота, диких животных и тому подобных. Одним из предпочтительных является использование в качестве пищевого ингредиента для домашних животных.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к корму для домашних животных, содержащему источник белка, полученный из материала на основе кератина и имеющий усваиваемость белка по меньшей мере примерно 85%, по результатам 2-этапного метода Boisen. В предпочтительных вариантах осуществления корм для домашних животных имеет усваиваемость белка от 90% до примерно 100%, по результатам 2-этапного метода Boisen.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к покрывающей композиции для корма для животных, содержащей источник белка, полученный из материала на основе кератина и имеющий усваиваемость белка по меньшей мере примерно 85%, по результатам 2-этапного метода Boisen. В предпочтительных вариантах осуществления покрывающая композиция для корма для животных имеет усваиваемость белка от 90% до примерно 100%, по результатам 2-этапного метода Boisen.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу получения пищевого белкового ингредиента. Как правило, способ включает этапы получения некоторого количества содержащего белок материала (который может представлять собой любое сырье, содержащее некоторое количество белка), причем содержащий белок материал содержит кератин; создания контакта содержащего белок материала с композицией, выбранной из группы, состоящей из восстанавливающего агента, хаотропного агента, детергента, а также их смеси; нагревания находящегося в контакте содержащего белок материала для получения белковой смеси; смешивания некоторого количества протеолитического фермента в водном растворе для получения раствора протеолитического фермента и создания контакта белковой смеси с раствором протеолитического фермента для получения смеси белка с ферментом; а также инкубацию смеси белка с ферментом в течение времени, достаточного для получения пищевого белкового ингредиента. В некоторых вариантах осуществления изобретения способ дополнительно включает этап создания контакта содержащего белок материала с некоторым количеством воды.
Предпочтительные восстанавливающие агенты выбирают из группы, состоящей из метабисульфита натрия, сульфита натрия, бисульфита натрия, сульфита кальция, фосфитов, 2-меркаптоэтанола, бис(2-меркаптоэтил)сульфона, 2,3-димеркапто-1-пропанола, дитиотреитола, дитиобутиламина, L-цистеина, сложного этилового эфира цистеина, сложного метилового эфира цистеина, триалкилфосфинов, трис(2-карбоксиэтил)фосфин гидрохлорида, а также их сочетаний.
Предпочтительные хаотропные агенты выбирают из группы, состоящей из мочевины, тиомочевины, солей гуанидина, а также их сочетаний.

Предпочтительные детергенты выбирают из группы, состоящей из додецилсульфата натрия (SDS), этилтриметиламмоний бромида, Triton X-100, (1,1,3,3-тетраметилбутил)фенил полиэтиленгликоля, трет-октилфенилового эфира полиэтиленгликоля, продаваемого под торговой маркой Triton X-114 компанией Dow Chemical и ее лицензиатами, полиоксиэтилен (20) сорбитан монолаурата (полисорбат-20), полиоксиэтилен (20) сорбитан монопальмитата (полисорбат-40), полиоксиэтилен (20) моностеарата (полисорбат-60), полиоксиэтилен (20) моноолеата (полисорбат-80), октилглюкозида, октилтиоглюкозида, 3-[(3-холамидопропил)диметиламмонио]-1-пропансульфоната (CHAPS), 3-[(3-холамидопропил)диметиламмонио]-2-гидрокси-1-пропансульфоната (CHAPSO), а также их сочетаний.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления данного аспекта способ дополнительно включает процесс уменьшения размера. Как правило, можно использовать любой способ уменьшения размера. Предпочтительные способы уменьшения размера выбирают из группы, состоящей из измельчения, перемалывания, дробления, разрезания, нарезания на куски, шинкования, эмульгирования, гомогенизации, гомогенизации высокого давления, а также их сочетаний.
Предпочтительные протеолитические ферменты выбирают из группы, состоящей из эндопротеаз, экзопротеаз, экзогенных ферментов, эндогенных ферментов, а также их сочетаний. Предпочтительные ферменты эндопротеазы выбирают из группы, состоящей из бромелинов, катепсина, калпаина, фицина, химопапаина, стрептопаина, папаина, субтилизинов, алкалазы и кератинaзы, а также их сочетаний.
В некоторых вариантах осуществления изобретения белковая смесь вступает в контакт и смешивается более чем с одним протеолитическим ферментом.
Процесс уменьшения размера можно проводить в любое время, в том числе до и/или во время, и/или после создания контакта белковой смеси с протеолитическим ферментом.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления пищевой белковый ингредиент подвергают дальнейшей обработке путем центрифугирования, фильтрования или декантации.
В другом аспекте настоящего изобретения композиция пищевого ингредиента, полученная в соответствии с аспектами и вариантами осуществления, описанными выше, предпочтительно имеет усваиваемость белка по меньшей мере примерно 85%, по результатам 2-этапного метода Boisen. Еще более предпочтительно, композиция пищевого ингредиента, полученная в соответствии с аспектами и вариантами осуществления, описанными выше, предпочтительно имеет усваиваемость белка от примерно 90% до примерно 100%, по результатам 2-этапного метода Boisen.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения композиция пищевого ингредиента включает композиции, в которых по меньшей мере 2% всех аминокислот представляют собой серосодержащие аминокислоты.
В других предпочтительных вариантах осуществления композиция пищевого ингредиента содержит некоторое количество усваиваемых свободных аминокислот.
В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения пищевого белкового ингредиента. Как правило, способ включает этапы получения некоторого количества содержащего белок материала (который может представлять собой любое сырье, содержащее некоторое количество белка), причем содержащий белок материал содержит кератин; уменьшения размера частиц содержащего белок материала; создания контакта содержащего белок материала с некоторым количеством воды для получения белковой смеси; смешивания некоторого количества протеолитического фермента с белковой смесью для получения смеси белка с ферментом; проведения смеси белка с ферментом через процесс уменьшения размера для получения смеси белка меньшего размера с ферментом и инкубации смеси белка меньшего размера с ферментом в течение времени, достаточного для получения пищевого белкового ингредиента.
В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает этап создания контакта содержащего белок материала с восстанавливающим агентом.
Предпочтительные восстанавливающие агенты выбирают из группы, состоящей из метабисульфита натрия, сульфита натрия, бисульфита натрия, сульфита кальция, фосфитов, 2-меркаптоэтанола, бис(2-меркаптоэтил)сульфона, 2,3-димеркапто-1-пропанола, дитиотреитола, дитиобутиламина, L-цистеина, сложного этилового эфира цистеина, сложного метилового эфира цистеина, триалкилфосфинов, трис(2-карбоксиэтил)фосфин гидрохлорида, а также их сочетаний.
В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно включать этап создания контакта содержащего белок материала с хаотропным агентом.
Предпочтительные хаотропные агенты выбирают из группы, состоящей из мочевины, тиомочевины, солей гуанидина, а также их сочетаний.
В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно включать этап создания контакта содержащего белок материала с детергентом.

Предпочтительные детергенты выбирают из группы, состоящей из додецилсульфата натрия (SDS), этилтриметиламмоний бромида, Triton X-100, (1,1,3,3-тетраметилбутил)фенил полиэтиленгликоля, трет-октилфенилового эфира полиэтиленгликоля, продаваемого под торговой маркой Triton X-114 компанией Dow Chemical и ее лицензиатами, полиоксиэтилен (20) сорбитан монолаурата (полисорбат-20), полиоксиэтилен (20) сорбитан монопальмитата (полисорбат-40), полиоксиэтилен (20) моностеарата (полисорбат-60), полиоксиэтилен (20) моноолеата (полисорбат-80), октилглюкозида, октилтиоглюкозида, 3-[(3-холамидопропил)диметиламмонио]-1-пропансульфоната (CHAPS), 3-[(3-холамидопропил)диметиламмонио]-2-гидрокси-1-пропансульфоната (CHAPSO), а также их сочетаний.
Предпочтительные протеолитические ферменты выбирают из группы, состоящей из эндопротеаз, экзопротеаз, экзогенных ферментов, эндогенных ферментов, а также их сочетаний. Предпочтительные ферменты эндопротеазы выбирают из группы, состоящей из бромелинов, катепсина, калпаина, фицина, химопапаина, стрептопаина, папаина, субтилизинов, алкалазы и кератинaзы, а также их сочетаний.
Способ уменьшения размера может включать любой общепринятый способ для уменьшения размера. Предпочтительные способы уменьшения размера выбирают из группы, состоящей из измельчения, перемалывания, дробления, разрезания, нарезания на куски, шинкования, эмульгирования, гомогенизации, гомогенизации высокого давления, а также их сочетаний. Процесс уменьшения размера можно проводить до и/или во время, и/или после создания контакта белковой смеси с протеолитическим ферментом.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления белковая смесь вступает в контакт и смешивается более чем с одним протеолитическим ферментом.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления способ может дополнительно включать этап нагревания содержащего белок материала.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления пищевой белковый ингредиент подвергают дальнейшей обработке путем центрифугирования, фильтрования или декантации.
В другом аспекте настоящее изобретение относится a композиции пищевого ингредиента, полученной способом, описанным в настоящем документе, в которой пищевой ингредиент имеет усваиваемость белка по меньшей мере примерно 85%, по результатам 2-этапного метода Boisen. Предпочтительно, пищевой ингредиент имеет усваиваемость белка от 90% до примерно 100%, по результатам 2-этапного метода Boisen.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления по меньшей мере 2% всех аминокислот в композиции пищевого ингредиента представляют собой серосодержащие аминокислоты.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления композиция пищевого ингредиента содержит некоторое количество усваиваемых свободных аминокислот.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу получения пищевого белкового ингредиента. Как правило, способ включает этапы получения некоторого количества содержащего белок материала (который включает любое сырье, содержащее некоторое количество белка), причем содержащий белок материал содержит кератин; создания контакта содержащего белок материала с некоторым количеством воды; нагревания содержащего белок материала для получения белковой смеси; смешивания некоторого количества протеолитического фермента с белковой смесью для получения смеси белка с ферментом и инкубации смеси белка с ферментом в течение времени, достаточного для получения пищевого белкового ингредиента.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления способ может дополнительно включать создание контакта содержащего белок материала с восстанавливающим агентом. Предпочтительные восстанавливающие агенты выбирают из группы, состоящей из метабисульфита натрия, сульфита натрия, бисульфита натрия, сульфита кальция, фосфитов, 2-меркаптоэтанола, бис(2-меркаптоэтил)сульфона, 2,3-димеркапто-1-пропанола, дитиотреитола, дитиобутиламина, L-цистеина, сложного этилового эфира цистеина, сложного метилового эфира цистеина, триалкилфосфинов, трис(2-карбоксиэтил)фосфин гидрохлорида, а также их сочетаний.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления способ может дополнительно включать этап создания контакта содержащего белок материала с хаотропным агентом. Предпочтительные хаотропные агенты выбирают из группы, состоящей из мочевины, тиомочевины, солей гуанидина, а также их сочетаний.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления способ может дополнительно включать этап создания контакта содержащего белок материала с детергентом. Предпочтительные детергенты выбирают из группы, состоящей из додецилсульфата натрия (SDS), этилтриметиламмоний бромида, Triton X-100, (1,1,3,3-тетраметилбутил)фенил полиэтиленгликоля, трет-октилфенилового эфира полиэтиленгликоля, продаваемого под торговой маркой Triton X-114 компанией Dow Chemical и ее лицензиатами, полиоксиэтилен (20) сорбитан монолаурата (полисорбат-20), полиоксиэтилен (20) сорбитан монопальмитата (полисорбат-40), полиоксиэтилен (20) моностеарата (полисорбат-60), полиоксиэтилен (20) моноолеата (полисорбат-80), октилглюкозида, октилтиоглюкозида, 3-[(3-холамидопропил)диметиламмонио]-1-пропансульфоната (CHAPS), 3-[(3-холамидопропил)диметиламмонио]-2-гидрокси-1-пропансульфоната (CHAPSO), а также их сочетаний.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления способ может дополнительно включать процесс уменьшения размера. Предпочтительные способы уменьшения размера выбирают из группы, состоящей из измельчения, перемалывания, дробления, разрезания, нарезания на куски, шинкования, эмульгирования, гомогенизации, гомогенизации высокого давления, а также их сочетаний.
Предпочтительные протеолитические ферменты выбирают из группы, состоящей из эндопротеаз, экзопротеаз, экзогенных ферментов, эндогенных ферментов, а также их сочетаний. Предпочтительные ферменты эндопротеазы выбирают из группы, состоящей из бромелинов, катепсина, калпаина, фицина, химопапаина, стрептопаина, папаина, субтилизинов, алкалазы и кератинaзы, а также их сочетаний.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления белковая смесь может вступать в контакт и смешиваться более чем с одним протеолитическим ферментом.
Процесс уменьшения размера можно проводить до и/или во время, и/или после создания контакта белковой смеси с протеолитическим ферментом.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления пищевой белковый ингредиент можно подвергать дальнейшей обработке путем центрифугирования, фильтрования или декантации.
В другом аспекте настоящее изобретение относится a композиции пищевого ингредиента, полученной способом, описанным в настоящем документе, в которой пищевой ингредиент имеет усваиваемость белка по меньшей мере примерно 85%, по результатам 2-этапного метода Boisen. В предпочтительных вариантах осуществления пищевой ингредиент будет иметь усваиваемость белка от 90% до примерно 100%, по результатам 2-этапного метода Boisen.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления в композиции пищевого ингредиента по изобретению по меньшей мере 2% из всех аминокислот, содержащихся в ней, будут представлять собой серосодержащие аминокислоты.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления пищевой ингредиент будет содержать некоторое количество усваиваемых свободных аминокислот.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу получения пищевого белкового ингредиента и к полученному пищевому белковому ингредиенту. Способ получения пищевых белковых ингредиентов из кератин-содержащего сырья включает этапы: во-первых, предварительной обработки кератин-содержащего сырья для разрушения дисульфидных связей и денатурации белка кератина, затем, ферментативного гидролиза предварительно обработанного материала, что может включать уменьшение размера белков гидролизата, с последующей обработкой гидролизованного материала. Предполагается, что способ получения пищевого белкового ингредиента можно осуществлять с использованием непрерывного, периодического режима или их сочетаний.
Некоторое количество кератин-содержащего материала помещают в подходящий устойчивый к нагреванию и химическим реагентам герметизирующий контейнер, типичный стандартный контейнер, используемый в промышленности, такой как, но без ограничения, резервуар из нержавеющей стали. Содержащий белок материал может включать любой белковый материал, известный в данной отрасли как содержащий кератин, включая, но без ограничения, перья, волосы, мех, шерсть, щетину, рога, копыта, ногти, когти, клювы, наружный слой кожи животных, панцири сухопутных и морских черепах, китовый ус, иглы дикобраза и чешую рыб, или любой другой кератин-содержащий материал, либо их смеси. При том, что кератин-содержащий материал является одним из источников белка, можно использовать любое подходящее сырье, содержащее некоторое количество белка, включая, но без ограничения, источники животного происхождения, растительные источники, одноклеточные организмы, а также их сочетания.
Белки, в целом, состоят из множества пептидов, связанных между собой пептидными связями. Белки могут содержать одну или более пептидных цепей и, как правило, сворачиваются в сложные структуры более высокого порядка. Эти структуры более высокого порядка, как правило, поддерживаются за счет пяти основных типов взаимодействия: (1) дисульфидных связей, (2) ионных взаимодействий (таких как соляные мостики); (3) ван-дер-ваальсовых сил (включая диполь-дипольные взаимодействия, индуцированные дипольные взаимодействия и лондоновские дисперсионные силы); (4) взаимодействий за счет водородных связей (включая водородные связи) и (5) гидрофобных взаимодействий.
Сначала создают контакт материала с некоторым количеством агента, способного разрушать дисульфидные связи. В одном варианте осуществления агент представляет собой любой агент, используемый для сульфитолиза. В другом варианте осуществления агент представляет собой восстанавливающий агент в водном растворе, что позволяет наносить восстанавливающий агент на материал распылением. Количество жидкого компонента, смешанного с восстанавливающим агентом, будет зависеть от используемого восстанавливающего агента, например, можно использовать раствор восстанавливающего агента в концентрации от примерно 9% до примерно 10% масс./об. в воде. В альтернативном варианте осуществления восстанавливающий агент может находиться в любой форме, такой как порошок или газ, которая позволяет восстанавливающему агенту контактировать с содержащим белок материалом. Восстанавливающий агент может быть любым агентом, известным или используемым в промышленности для разрушения дисульфидных связей в структуре кератина.
В одном варианте осуществления восстанавливающий агент представляет собой пищевой или непищевой продукт, включая, но без ограничения, сульфитные соединения, такие как метабисульфит натрия, сульфит натрия, бисульфит натрия, сульфит кальция, фосфиты, 2-меркаптоэтанол, бис(2-меркаптоэтил)сульфон, 2,3-димеркапто-1-пропанол, дитиотреитол, дитиобутиламин, L-цистеин, сложный этиловый эфир цистеина, сложный метиловый эфир цистеина, триалкилфосфины, трис(2-карбоксиэтил)фосфин гидрохлорид, а также их сочетания. Если восстанавливающий агент является непищевым продуктом, предполагается, что любые остаточные количества непищевого восстанавливающего агента могут быть удалены из конечного продукта, например, путем фильтрования, диализа, выпаривания или любых других подходящих методов. Восстанавливающий агент добавляют в достаточных количествах для разрушения дисульфидных связей, имеющихся в содержащем белок материале. В одном варианте осуществления количество восстанавливающего агента составляет от примерно 0,01% до примерно 1,0% по массе от сухой массы кератина.
В одном варианте осуществления содержащий белок материал добавляли в герметизирующий контейнер с некоторым количеством воды, содержащейся в сырье кератина, получая в результате смесь, включающую от примерно 36% до примерно 90% содержащего белок материала и от примерно 10% до примерно 64% воды. В других вариантах осуществления содержащий белок материал добавляли с количеством воды, которое приводило к получению смеси, включающей примерно 37% или 38%, или 39%, или 40%, или 41%, или 42%, или 43%, или 44%, или 45%, или 46%, или 47%, или 48%, или 49%, или 50%, или 51%, или 52%, или 53%, или 54%, или 55%, или 56%, или 57%, или 58%, или 59%, или 60%, или 61%, или 62%, или 63%, или 64%, или 65%, или 66%, или 67%, или 68%, или 69%, или 70%, или 71%, или 72%, или 73%, или 74%, или 75%, или 76%, или 77%, или 78%, или 79%, или 80%, или 81%, или 82%, или 83%, или 84%, или 85%, или 86%, или 87%, или 88%, или 89% или 90% содержащего белок материала и примерно 11%, или 12%, или 13%, или 14%, или 15%, или 16%, или 17%, или 18%, или 19%, или 20%, или 21%, или 22%, или 23%, или 24%, или 25%, или 26%, или 27%, или 28%, или 29%, или 30%, или 31%, или 32%, или 33%, или 34%, или 35%, или 36%, или 37%, или 38%, или 39%, или 40%, или 41%, или 42%, или 43%, или 44%, или 45%, или 46%, или 47%, или 48%, или 49%, или 50%, или 51%, или 52%, или 53%, или 54%, или 55%, или 56%, или 57%, или 58%, или 59%, или 60%, или 61%, или 62%, или 63%, или 64% воды. Один из предпочтительных диапазонов включает от примерно 36% до примерно 40% белка и от 60% до примерно 64% воды. Предполагается также, что дальнейшее концентрирование смеси можно осуществлять при помощи распылительной сушки содержащего белок материала перед добавлением. В другом варианте осуществления содержащий белок материал добавляли с количеством воды, которое приводило к получению смеси, включающей примерно 90% или 89%, или 88%, или 87%, или 86%, или 85%, или 84%, или 83%, или 82%, или 81%, или 80%, или 79%, или 78%, или 77%, или 76%, или 75%, или 74%, или 73%, или 72%, или 71%, или 70%, или 69%, или 68%, или 67%, или 66%, или 65%, или 64%, или 63%, или 62%, или 61%, или 60%, или 59%, или 58%, или 57%, или 56%, или 55%, или 54%, или 53%, или 52%, или 51%, или 50%, или 49%, или 48%, или 47%, или 46%, или 45%, или 44%, или 43%, или 42%, или 41%, или 40%, или 39%, или 38%, или 37%, или 36% содержащего белок материала и от примерно 0% до 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40%, 41%, 42%, 43%, 44%, 45%, 46%, 47%, 48%, 49%, 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83% 84%, 85%, 86%, 87%, 88% или 89% воды.
Предполагается, что в некоторых вариантах осуществления воду можно добавлять после того, как содержащий белок материал вступает в контакт с агентом, используемым для сульфитолиза. Этот этап может также разрушать ионные взаимодействия, взаимодействия за счет водородных связей, ван-дер-ваальсовые взаимодействия и гидрофобные взаимодействия.

В другом варианте осуществления композицию хаотропного агента и/или детергента можно объединять с, или добавлять к восстанавливающему агенту для облегчения разрушения взаимодействий, вовлеченных в поддержание структуры белка. Детергенты представляют собой амфипатические молекулы, содержащие как неполярный хвост, так и полярную голову. Они могут быть ионными (анионными или катионными), неионными или цвиттерионными. Подходящие композиции детергента включают, но без ограничения, додецилсульфат натрия (SDS), этилтриметиламмоний бромид, Triton X-100, (1,1,3,3-тетраметилбутил)фенил полиэтиленгликоль, трет-октилфенилового эфира полиэтиленгликоль, продаваемый под торговой маркой Triton X-114 компанией Dow Chemical и ее лицензиатами, полиоксиэтилен (20) сорбитан монолаурат (полисорбат-20), полиоксиэтилен (20) сорбитан монопальмитат (полисорбат-40), полиоксиэтилен (20) моностеарат (полисорбат-60), полиоксиэтилен (20) моноолеат (полисорбат-80), октилглюкозид, октилтиоглюкозид, 3-[(3-холамидопропил)диметиламмонио]-1-пропансульфонат (CHAPS), 3-[(3-холамидопропил)диметиламмонио]-2-гидрокси-1-пропансульфонат (CHAPSO), а также их сочетания.
В вариантах осуществления, в которых белок представляет собой кератин, хаотропный агент действует, разрушая плотно упакованную бета-складчатую структуру кератина. Хаотропный агент действует, разрушая белковые структуры за счет дестабилизации взаимодействий, опосредованных нековалентными силами, то есть, водородными связями, ван-дер-ваальсовыми силами, гидрофобными взаимодействиями и ионными взаимодействиями. Разрушая нековалентные взаимодействия, хаотропный агент позволяет дополнительному растворителю проникать в бета-складчатую структуру кератина. Это позволяет белкам растворяться более легко и приводит к солюбилизации дополнительных количеств белка. Хаотропный агент можно включать в смесь с восстанавливающим агентом, например, в распыляемую жидкость, или вводить самостоятельно в содержащий белок материал до или после применения восстанавливающего агента. Можно использовать любой хаотропный агент, и выбор нужного хаотропного агента будет зависеть от используемого исходного белкового материала и желаемого конечного продукта. В одном варианте осуществления можно использовать пищевые хаотропные агенты, например, мочевину, тиомочевину, соли гуанидина, или их сочетания. Количество хаотропного агента будет также зависеть от используемого исходного белкового материала и желаемого конечного продукта, но может включать количества вплоть до примерно 1% по массе от массы белкового материала.
Покрытый распыленной жидкостью материал затем нагревают для получения белковой смеси. Нагревание смеси увеличивает скорость реакции восстанавливающего агента, а также вызывает гидролиз белка за счет разрушения нековалентных взаимодействий, ответственных за поддержание структуры более высокого порядка. Кроме того, нагревание способствует смягчению структуры кератина. Пар является предпочтительным источником тепла, хотя предполагается, что могут быть также использованы другие подходящие средства для нагревания, известные в промышленности. Нагревание с помощью пара позволяет добиться более глубокого проникновения тепла в белковый материал и, как правило, уменьшает время обработки. Кроме того, важная роль нагревания заключается в снижении количества или элиминации микробных патогенов, встречающихся на поверхности или внутри белкового материала. Ограничивая подачу тепловой энергии в реакционную смесь, пар также способствует уменьшению производства вредных аминокислот. Предпочтительно использовать низкое давление и большой объем пара, особенно высоконасыщенный пар, поскольку это увеличивает теплопередачу и позволяет свести к минимуму время воздействия высокой температуры. В другом варианте осуществления можно также использовать обработку перегретым паром.
Предпочтительно, пар имеет температуру от примерно 148°C до примерно 157°C и может подаваться через перфорированную пластину в нижней части резервуара или любым другим способом, разработанным для того, чтобы позволить пару контактировать и проникать в массу кератин-содержащего материала. Пар подают к предварительно обработанной смеси до тех пор, пока температура смеси не достигнет значения от примерно 85°C до примерно 95°C. Во время начальной предварительной обработки перемешивать, например, перемешивать для постоянного смешивания белкового материала. Постоянное перемешивание обеспечивает равномерное распределение выбранного восстанавливающего агента, а также лучшее проникновение горячего пара.
Нагревание, как правило, проводят в течение периода времени от примерно 5 до примерно 30 минут, и высокую температуру нагретого материала можно поддерживать при помощи изоляции до
следующего этапа способа. Предполагается, что воздействие пара может поддерживаться при помощи изоляции в течение периода времени до примерно 2,0 часов. В другом варианте осуществления нагревание, как правило, проводят в течение от примерно 15 до примерно 30 минут. Продолжительность термической обработки будет зависеть от ряда переменных параметров обработки, таких как, но без ограничения, способ нагревания, герметизирующий контейнер, перемешивание в течение этапа нагревания, время перемещения до следующего этапа способа, а также используемые восстанавливающие агенты и/или детергенты, и/или хаотропные агенты. В другом варианте осуществления также предусмотрено, что этап предварительной денатурирующей обработки может быть проведен не в условиях окружающей среды, например, в условиях низкого содержания кислорода или при повышенном давлении.
В случае существенной задержки по времени между сбором кератин-содержащего сырья и предварительной обработкой, материал можно подвергать быстрому охлаждению, например, с помощью сухого льда или жидкого азота, для снижения микробной активности.
Необязательно, во время предварительной обработки к кератин-содержащему материалу можно подмешивать вплоть до примерно 50% другого источника белка. В одном варианте осуществления можно добавлять другой источник белка в количестве от примерно 0,01% до примерно 50%. В другом варианте осуществления можно добавлять другой источник белка в количестве от примерно 1% до примерно 50%. В другом варианте осуществления можно добавлять другой источник белка в количестве от примерно 10% до примерно 50%. В другом варианте осуществления можно добавлять другой источник белка в количестве от примерно 20% до примерно 50%. В другом варианте осуществления можно добавлять другой источник белка в количестве от примерно 30% до примерно 50%. В другом варианте осуществления можно добавлять другой источник белка в количестве от примерно 40% до примерно 50%. В другом варианте осуществления можно добавлять другой источник белка в количестве от примерно 0,01% до примерно 30%. В другом варианте осуществления можно добавлять другой источник белка в количестве от примерно 1% до примерно 30%. В другом варианте осуществления можно добавлять другой источник белка в количестве от примерно 10% до примерно 30%. В другом варианте осуществления можно добавлять другой источник белка в количестве от примерно 20% до примерно 30%. В другом варианте осуществления можно добавлять другой источник белка в количестве от примерно 25% до примерно 30%. Можно использовать любой кератин-содержащий материал, например, можно также включать отработанных кур, волос животных, щетину, шерсть, мех или любой другой животный материал, включая, но без ограничения, кровь животных, внутренние органы, наружный слой кожи животных, головы, корм или внутренности рыб, например, внутренности холодноводных рыб. Аминокислотные профили желаемого конечного продукта будут определять используемый исходный белковый материал, тем самым создавая и усиливая баланс конечного продукта. Помимо кератин-содержащих материалов можно также добавлять любой другой белковый материал или источник белка к кератин-содержащему материалу, такой как, например, растения, полученные из растений материалы, семена, одноклеточные организмы, микроводоросли и водоросли.
В другом варианте осуществления во время предварительной обработки можно предпринимать необязательные шаги для сокращения времени реакции, включая уменьшение размера сырьевого материала путем предварительного измельчения, перемалывания, дробления, разрезания, нарезания на куски, шинкования, эмульгирования, гомогенизации, гомогенизации высокого давления или тому подобного, или любого их сочетания, до или после начала предварительной обработки, или во время предварительной обработки. Уменьшения размера можно достигать с помощью любого эффективного оборудования, известного в данной области, такого как гранулятор, нож, резак, инструмент для нарезания, продольно-режущий станок, измельчитель, размалывающая машина, эмульгирующая мельница, гомогенизатор, гомогенизатор высокого давления или тому подобное. Материал можно предварительно обрабатывать ультразвуком, пульсовой волной, газом, перегретым паром, жидким азотом или сухим льдом перед уменьшением размера, или уменьшение размера можно проводить в условиях охлаждения или заморозки для облегчения дальнейшего уменьшения размера за один прогон или несколько прогонов. Можно уменьшать размер материала, находящегося либо во влажном или сыром, либо в высушенном состоянии. Размер материала можно также уменьшать путем эмульгирования смеси до размера частиц менее чем примерно 20 мм, предпочтительно менее чем примерно 10 мм, более предпочтительно менее чем примерно 5 мм, более предпочтительно менее чем примерно 1 мм и еще более предпочтительно, до размера менее чем примерно 0,05 мм. Размер материала можно также уменьшать путем эмульгирования смеси до размера частиц менее чем примерно 19 мм, 18 мм, 17 мм, 16 мм, 15 мм, 14 мм, 13 мм, 12 мм, 11 мм, 10 мм, 9 мм, 8 мм, 7 мм, 6 мм, 5 мм, 4 мм, 3 мм, 2 мм, 1 мм, 0,9 мм, 0,8 мм, 0,7 мм, 0,6 мм или 0,5 мм, 0,4 мм, 0,3 мм, 0,2 мм, 0,1 мм или 0,05 мм.

На следующем этапе предварительно обработанный материал подвергают ферментативному гидролизу. В одном варианте осуществления предварительно обработанный материал содержит от примерно 20% до примерно 45% сухого вещества. Предполагается, что предварительно обработанный материал может также содержать от примерно 25% до примерно 40% сухого вещества или от примерно 30% до примерно 35% сухого вещества. В некоторых вариантах осуществления предварительно обработанный материал содержит от примерно 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40%, 41%, 42%, 43%, или 44% до примерно 45% сухого вещества. В некоторых вариантах осуществления предварительно обработанный материал содержит от примерно 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, или 39% до примерно 40% сухого вещества. В некоторых вариантах осуществления предварительно обработанный материал содержит от примерно 30%, 31%, 32%, 33% или 34% до примерно 35% сухого вещества. В одном варианте осуществления можно использовать любой протеолитический фермент, известный в данной области, включая, но без ограничения, протеазы, такие как эндопротеазы, экзопротеазы, экзогенные ферменты, эндогенные ферменты, а также их сочетания. Эндопротеазы можно использовать либо отдельно, либо в сочетании, и они включают, но без ограничения, бромелины, катепсин, калпаин, фицин, химопапаин, стрептопаин, папаин, субтилизины, алкалазу и кератинaзу. Используемое количество эндопротеазы(эндопротеаз) будет зависеть от исходного материала и желаемого конечного продукта, но будет включать количество от примерно 0,3% до примерно 13% по массе от массы сухого белка. В некоторых вариантах осуществления количество эндопротеазы(эндопротеаз) будет включать количество от примерно 0,5% или 1%, или 2%, или 3%, или 4%, или 5%, или 6%, или 7%, или 8%, или 9%, или 10%, или 11%, или 12% до примерно 13% по массе от массы сухого белка. В другом варианте осуществления предпочтительно использовать сочетание протеаз, поскольку сочетание может синергически гидролизовать кератин эффективным образом. При использовании сочетания эндопротеаз количество каждой эндопротеазы будет составлять от примерно 0% до примерно 7% по массе от массы сухого белка. В другом варианте осуществления можно добавлять экзопротеазы, предпочтительно на более поздней стадии гидролиза, когда большее число пептидов становятся доступными в результате более раннего протеолиза, чтобы дополнительно уменьшать размер белка для получения пептидов с желаемыми характеристиками, а также для получения гипоаллергенных и/или не аллергенных белковых ингредиентов. Можно использовать любые подходящие ферментные препараты, содержащие смеси очищенных эндо- и экзопротеаз, например, Flavourzyme и Kojizyme (Novozymes A/Z, Bagsvaerd, Denmark) и валидазу FP (DSM, Heerland, Netherlands), а также экзопептидазы, такие как лейцин аминопептидаза. Альтернативно, для уменьшения необходимых количеств добавляемых эндопротеаз можно использовать эндогенные ферменты, содержащиеся в сырье. Их можно получать из внутренних органов животных, например, протеазы, карбогидразы и/или липазы.
В процессе ферментативного гидролиза важно обеспечить выбор условий, способствующих получению оптимальных результатов. Условия будут зависеть от ферментов, используемых для гидролиза, однако значение pH будет, как правило, составлять от примерно 6,0 до примерно 8,0 в диапазоне температур от примерно 55° до примерно 80°C. В некоторых вариантах осуществления значение pH будет, как правило, составлять от примерно 6,5, 6,6, 6,7, 6,8, 6,9, 7, 7,1, 7,2, 7,3, 7,4, 7,5, 7,6, 7,7, 7,8, 7,9 до примерно 8,0. В некоторых вариантах осуществления диапазон температур будет от примерно 60°, 65°, 70° или 75° до примерно 80°C. Как pH, так и температура будут зависеть от выбранного фермента(ов) и условий, специально подобранных для обеспечения оптимальных результатов. Можно использовать более высокие температуры, если это повышает коэффициент конверсии без образования непищевых добавок, таких как лизиноаланин и лантионин. Продолжительность гидролиза будет зависеть от используемого исходного материала, а также от желаемого конечного продукта, но может составлять от примерно 30 минут до примерно 6 часов. Для сохранения рентабельности данного способа в некоторых вариантах осуществления время гидролиза ограничено сроком менее чем примерно 4 часа. В других вариантах осуществления время гидролиза может составлять от примерно 2 часов до примерно 3 часов. В других вариантах осуществления время гидролиза может составлять от примерно 30 минут до примерно 2 часов.
Этап гидролиза предпочтительно включает эмульгирование для уменьшения размера частиц белковой смеси. Можно использовать любое подходящее оборудование для обработки эмульгированием, такое как, например, оборудование для эмульгирования, производимое компанией Stephan Food Processing Machinery (Symnpak Group, Hameln, Germany). Обработку эмульгированием можно проводить до или после контакта белковой смеси с ферментативной реакционной смесью, и обработку эмульгированием можно продолжать в сочетании с протеолитической ферментативной реакцией в белковой суспензии. В другом варианте осуществления эмульгирование можно проводить до этапа гидролиза. В одном варианте осуществления эмульгирование будет уменьшать размер частиц до менее чем примерно 20 мм или менее чем примерно 10 мм, или менее чем примерно 5 мм, или менее чем примерно 1 мм, или менее чем примерно 0,5 мм. В некоторых вариантах осуществления эмульгирование будет уменьшать размер частиц до менее чем примерно 20 мм, 19 мм, 18 мм, 17 мм, 16 мм, 15 мм, 14 мм, 13 мм, 12 мм, 11 мм, 10 мм, 9 мм, 8 мм, 7 мм, 6 мм, 5 мм, 4 мм, 3 мм, 2 мм, 1 мм, 0,9 мм, 0,8 мм, 0,7 мм, 0,6 мм или менее чем примерно 0,5 мм.
После ферментативного гидролиза белковый материал обрабатывают в соответствии с типичными промышленными методами и процедурами для обеспечения стабильности при хранении. В одном варианте осуществления гидролизованный продукт подкисляют до значения pH менее чем примерно 2,5 фосфорной кислотой и нагревают при 90°C в течение примерно 10 минут для уничтожения ферментов и бактерий. Время нагревания может варьироваться, и его предварительно выбирают так, чтобы избежать образования нежелательных побочных продуктов. Альтернативно, гидролизованный продукт можно сразу высушивать, предпочтительно с использованием вакуумной печи для сушки, чтобы извлечь пользу из остаточного тепла в продукте. Можно использовать другие методы сушки, известные в промышленности, такие как, но без ограничения, сушка распылением, сушка в барабанной сушилке, сушка перегретым паром или сушка в псевдоожиженном слое. Гидролизованный продукт перед высушиванием можно также подвергать центрифугированию, фильтрации и/или ультрафильтрации, или декантации, либо любому сочетанию вышеперечисленных методов.
Восстанавливающие сахара, дрожжи и нуклеотиды можно также добавлять к жидкой основе гидролизата для дальнейшей реакции при высокой температуре и давлении с целью повышения вкусовой привлекательности белкового продукта. Можно измерять количество летучих, полулетучих соединений, а также другие химические композиционные показатели для сопоставления потребительских питательных качеств пищевых продуктов, содержащих такие белковые ингредиенты.
Предпочтительный белковый ингредиент-продукт, полученный в соответствии с вышеизложенным способом, стабилен при комнатной температуре, обладает высокими вкусовыми качествами и имеет усваиваемость белка от примерно 85% до примерно 100%. В другом варианте осуществления продукт имеет усваиваемость белка от примерно 90% до примерно 100%. В других вариантах осуществления продукт имеет усваиваемость белка от примерно 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% или 99% до примерно 100%. В других вариантах осуществления продукт имеет усваиваемость белка по меньшей мере примерно 93%. Все из приведенных выше процентных значений усваиваемости белка измерены 2-этапным ферментативным методом, описанным Boisen и Fernandez (1995).
Предпочтительный белковый ингредиент-продукт содержит по меньшей мере примерно 2% серосодержащих аминокислот от общего количества аминокислот. По меньшей мере примерно 90% остаточного белка составляют пептиды с короткой цепью, имеющие молекулярную массу менее чем примерно 10 кДа. По меньшей мере примерно 80% остаточного белка составляют пептиды, имеющие молекулярную массу в диапазоне от примерно 1200 Да до примерно 1500 Да, и предпочтительно в диапазоне от примерно 1000 Да до примерно 1400 Да. В некоторых вариантах осуществления пептиды имеют молекулярную массу в диапазоне от примерно 1000, 1100, 1200, 1300 или 1400 до примерно 1500 Да. По меньшей мере примерно 2% молекул остаточного белка имеют молекулярную массу менее чем примерно 230 Да. По меньшей мере примерно 80% частиц имеют размер менее чем 100 мкм. Продукт содержит множество усваиваемых свободных аминокислот, включая, но без ограничения, лейцин, аргинин, глютаминовую кислоту, глицин, серин и фенилаланин. Кроме того, все биогенные амины имеют концентрацию менее чем примерно 10 промилле.
Такой легкоусваиваемый белковый пищевой продукт, имеющий усваиваемость, превышающую 85% по методу Boisen, как правило, невозможно получать общепринятыми методами. Как обсуждалось ранее, в результате применения других известных методов, в которых используется жесткий кислотный или щелочной гидролиз, такой как, например, гидролиз при помощи HCl и NAOH или KCl, или KOH, получаются продукты, содержащие остаточные соли. Эти соли очень дорого удалять путем центрифугирования или выпаривания. Белковый ингредиент-продукт, полученный описанным способом и имеющий усваиваемость белка выше чем примерно 85%, измеренную 2-этапным методом Boisen, практически не содержит остаточные соли.
По меньшей мере примерно 85% остаточного белка в белковом ингредиенте-продукте, полученном описанным способом, имеет молекулярную массу от примерно 1000 Да до примерно 1400 Да.
В некоторых вариантах осуществления к гидролизованным материалам можно добавлять модификатор вязкости для получения белкового гидролизата, устойчивого к увеличению вязкости. К гидролизату можно также добавлять хелатирующий агент, такой как пирофосфатная соль, для уменьшения содержания магния или кальция в гидролизате. Добавление пирофосфатной соли уменьшает затвердевание или застывание гидролизата, тем самым позволяя гидролизату лучше сохраняться. Примеры пирофосфатов могут включать, но без ограничения, пирофосфат щелочного металла или аммония, пирофосфат тетранатрия, пирофосфат тетракалия или пирофосфат тетрааммония. Нерастворимые соли магния или кальция затем можно удалять из гидролизата при последующей обработке.
Хотя изобретение было объяснено применительно к иллюстративным вариантам осуществления, следует понимать, что его различные модификации будут очевидны специалистам в данной области после прочтения описания. Таким образом, следует понимать, что изобретение, раскрытое в настоящем документе, должно охватывать такие модификации, как входящие в объем формулы изобретения.
Пример I
Предварительная обработка
2
2
5
372 кг свежеобработанных сырых перьев собирали при 36-38°C. 0,74 кг NaSO, растворенного в 8 литрах воды, распыляли на сырые перья слой за слоем в процессе перенесения перьев в два 378-литровых герметизирующих контейнера или резервуара из нержавеющей стали. Каждый из резервуаров был снабжен перфорированной пластиной, расположенной над конической донной частью резервуара. Пар в большом объеме при низком давлении (HVLP) при температуре 148-157°C вводили в перьевую массу из выпускной трубы, расположенной в нижней части каждого резервуара. Пар проходил через соответствующие перфорированные пластины, равномерно распределяясь среди перьев. Процесс пропаривания продолжали в течение 20-30 минут до того, как температура перьев, измеренная в верхнем слое, достигала 90-93°C. Обработанные и пропаренные перья оставляли в резервуаре в течение следующих 2 часов до проведения дальнейших этапов переработки. В конце этого 2-часового периода температура перьев в верхней части резервуаров для сбора опускалась до 63-71°C, и сухое вещество перьев составляло 36-40% по массе.
Ферментативный гидролиз
114 л воды нагревали до 60°С в реакционном сосуде емкостью 568 литров. 1,5% сухого фермента кератиназы (по массе от общей массы перьевого сырья), растворенной в 3 литрах воды, и 1% жидкого папаина (по массе от общей массы перьевого сырья) добавляли в сосуд. Затем 372 кг перьевого вещества из этапа предварительной обработки загружали вручную в реакционный сосуд в течение 1 ч при перемешивании скребком для очистки стен со скоростью 40 об/мин. Добавляли дополнительно 57 литров воды во время загрузки перьев для поддержания нужной для образования завихрений густоты смеси. После загрузки перьевого вещества в реакционный сосуд в него добавляли 1,5% сухой кератиназы (по массе от общей массы перьевого сырья), растворенной в 3 литрах воды, и 1% жидкого папаина (по массе от общей массы перьевого сырья). Смесь оставляли для протекания реакции при 60°C на 1 ч, затем переносили в эмульгатор с двойными 1,3-мм и 0,5-мм режущими ножевыми пластинами на 0,5 ч, и смесь оставляли для протекания реакции при 60°C еще на 1,25 ч. Температуру смеси поднимали до 80°C на протяжении 5 минут путем прямого введения 15 литров пара из выпускной трубы, расположенной в нижней части котла. Смесь оставляли для протекания реакции при 80°C на 1,25 ч. Затем к смеси добавляли фосфорную кислоту (5,7% по массе от общей массы перьевого сырья) для снижения pH до менее чем 2,5. Добавляли сорбиновую кислоту (1% по массе от общей массы смеси) для подавления роста плесени. Температуру смеси поднимали до 90°C на протяжении 5 минут путем прямого введения 15 литров пара, и температуру поддерживали при 90°C в течение 10 минут для денатурации ферментов. Затем смесь охлаждали до температуры ниже 32°C и добавляли природный антиоксидант (0,15% по массе от общей массы смеси). Конечная жидкая суспензия по результатам анализа содержала 30% сухого вещества, до 25% белка и до 9,0% золы. Конечный продукт был также стабилен при комнатной температуре, с плановым сроком хранения до 12 месяцев. Предполагается, что этап обработки кислотой можно опускать, если ингредиент получают в соответствии с данным примером для использования сразу же после производства в качестве добавки в пищевой продукт или корм для домашних животных, который будет подвергаться дальнейшей обработке путем экструзии или стерилизации в автоклаве.
Пример II. Использование восстанавливающего агента
Предварительная обработка
2
2
5
372 кг свежеобработанных сырых перьев собирали при 36-38°C. 0,74 кг NaSO, растворенного в 8 литрах воды, распыляли на сырые перья слой за слоем в процессе перенесения перьев в два 378-литровых герметизирующих контейнера или резервуара из нержавеющей стали. Обработанные перья оставляли в резервуаре в течение следующих 2 часов, и в течение этого времени давали возможность стекать избытку воды от уплотнения перьев. К концу 2-часового периода сухое вещество перьев составляло 36-40% по массе.
Ферментативный гидролиз
114 л воды нагревали до 60°С в реакционном сосуде емкостью 568 литров. 1,5% сухого фермента кератиназы (по массе от общей массы перьевого сырья), растворенной в 3 литрах воды, и 1% жидкого папаина (по массе от общей массы перьевого сырья) добавляли в сосуд. Затем 372 кг перьевого вещества из этапа предварительной обработки загружали вручную в реакционный сосуд в течение 1 ч при перемешивании скребком для очистки стен со скоростью 40 об/мин. Добавляли дополнительно 57 литров воды во время загрузки перьев для поддержания нужной для образования завихрений густоты смеси. После загрузки перьевого вещества в реакционный сосуд в него добавляли 1,5% сухой кератиназы (по массе от общей массы перьевого сырья), растворенной в 3 литрах воды, и 1% жидкого папаина (по массе от общей массы перьевого сырья). Смесь оставляли для протекания реакции при 60°C на 1 ч, и смесь оставляли для протекания реакции при 60°C еще на 1,25 ч. Температуру смеси поднимали до 80°C на протяжении 5 минут путем прямого введения 15 литров пара из выпускной трубы, расположенной в нижней части котла. Смесь оставляли для протекания реакции при 80°C на 1,25 ч. Затем к смеси добавляли фосфорную кислоту (5,7% по массе от общей массы перьевого сырья) для снижения pH до менее чем 2,5. Добавляли сорбиновую кислоту (1% по массе от общей массы смеси) для подавления роста плесени. Температуру смеси поднимали до 90°C на протяжении 5 минут путем прямого введения 15 литров пара, и температуру поддерживали при 90°C в течение 10 минут для денатурации ферментов. Затем смесь охлаждали до температуры ниже 32°C и добавляли природный антиоксидант (0,15% по массе от общей массы смеси). Конечная жидкая суспензия по результатам анализа содержала 30% сухого вещества, 17,5% белка и 8,3% золы. Конечный продукт был также стабилен при комнатной температуре, с плановым сроком хранения 3-6 месяцев. Предполагается, что этап обработки кислотой можно опускать, если ингредиент получают в соответствии с данным примером для использования сразу же после производства в качестве добавки в пищевой продукт или корм для домашних животных, который будет подвергаться дальнейшей обработке путем экструзии или стерилизации в автоклаве.
Пример III. Использование эмульгирования
Предварительная обработка
2
2
5
372 кг свежеобработанных сырых перьев собирали при 36-38°C. 0,74 кг NaSO, растворенного в 8 литрах воды, распыляли на сырые перья слой за слоем в процессе перенесения перьев в два 378-литровых герметизирующих контейнера или резервуара из нержавеющей стали. Обработанные перья оставляли в резервуаре в течение следующих 2 часов, и в течение этого времени давали возможность стекать избытку воды от уплотнения перьев. По завершении 2-часового периода сухое вещество перьев составляло 36-40% по массе.
Ферментативный гидролиз
114 л воды нагревали до 60°С в реакционном сосуде емкостью 568 литров. 1,5% сухого фермента кератиназы (по массе от общей массы перьевого сырья), растворенной в 3 литрах воды, и 1% жидкого папаина (по массе от общей массы перьевого сырья) добавляли в сосуд. Затем 372 кг перьевого вещества из этапа предварительной обработки загружали вручную в реакционный сосуд в течение 1 ч при перемешивании скребком для очистки стен со скоростью 40 об/мин. Добавляли дополнительно 57 литров воды во время загрузки перьев для поддержания нужной для образования завихрений густоты смеси. После загрузки перьевого вещества в реакционный сосуд в него добавляли 1,5% сухой кератиназы (по массе от общей массы перьевого сырья), растворенной в 3 литрах воды, и 1% жидкого папаина (по массе от общей массы перьевого сырья). Смесь оставляли для протекания реакции при 60°C на 1 ч, затем переносили в эмульгатор с двойными 1,3-мм и 0,5-мм режущими ножевыми пластинами на 0,5 ч, и смесь оставляли для протекания реакции при 60°C еще на 1,25 ч. Температуру смеси поднимали до 80°C на протяжении 5 минут путем прямого введения 15 литров пара из выпускной трубы, расположенной в нижней части котла. Смесь оставляли для протекания реакции при 80°C на 1,25 ч. Затем к смеси добавляли фосфорную кислоту (5,7% по массе от общей массы перьевого сырья) для снижения pH до менее чем 2,5. Добавляли сорбиновую кислоту (1% по массе от общей массы смеси) для подавления роста плесени. Температуру смеси поднимали до 90°C на протяжении 5 минут путем прямого введения 15 литров пара, и температуру поддерживали при 90°C в течение 10 минут для денатурации ферментов. Затем смесь охлаждали до температуры ниже 32°C, и добавляли природный антиоксидант (0,15% по массе от общей массы смеси). Конечная жидкая суспензия по результатам анализа содержала 30% сухого вещества, 17,5% белка и 8,3% золы. Конечный продукт был также стабилен при комнатной температуре, с плановым сроком хранения 3-6 месяцев. Предполагается, что этап обработки кислотой можно опускать, если ингредиент получают в соответствии с данным примером для использования сразу же после производства в качестве добавки в пищевой продукт или корм для домашних животных, который будет подвергаться дальнейшей обработке путем экструзии или стерилизации в автоклаве.
Пример IV. Использование предгидролизного нагревания
Предварительная обработка
372 кг свежеобработанных сырых перьев собирали при 36-38°C. 8 литров воды распыляли на сырые перья слой за слоем в процессе перенесения перьев в два 378-литровых герметизирующих контейнера или резервуара из нержавеющей стали. Каждый из резервуаров был снабжен перфорированной пластиной, расположенной над конической донной частью резервуара. Пар в большом объеме при низком давлении (HVLP) при температуре 148-157°C вводили в перьевую массу из выпускной трубы, расположенной в нижней части каждого резервуара. Пар проходил через соответствующие перфорированные пластины, равномерно распределяясь среди перьев. Процесс пропаривания продолжали в течение 20-30 минут до того как температура перьев, измеренная в верхнем слое, достигала 90-93°C. Обработанные и пропаренные перья оставляли в резервуаре в течение следующих 2 часов, и в течение этого времени давали возможность стекать избытку воды от уплотнения перьев. По завершении 2-часового периода температура перьев в верхней части резервуаров для сбора опускалась до 63-71°C, и сухое вещество перьев составляло 36-40% по массе.
Ферментативный гидролиз
114 л воды нагревали до 60°С в реакционном сосуде емкостью 568 литров. 1,5% сухого фермента кератиназы (по массе от общей массы перьевого сырья), растворенной в 3 литрах воды, и 1% жидкого папаина (по массе от общей массы перьевого сырья) добавляли в сосуд. Затем 372 кг перьевого вещества из этапа предварительной обработки загружали вручную в реакционный сосуд в течение 1 ч при перемешивании скребком для очистки стен со скоростью 40 об/мин. Добавляли дополнительно 57 литров воды во время загрузки перьев для поддержания нужной для образования завихрений густоты смеси. После загрузки перьевого вещества в реакционный сосуд в него добавляли 1,5% сухой кератиназы (по массе от общей массы перьевого сырья), растворенной в 3 литрах воды, и 1% жидкого папаина (по массе от общей массы перьевого сырья). Смесь оставляли для протекания реакции при 60°C на 1 ч, и смесь оставляли для протекания реакции при 60°C еще на 1,25 ч. Температуру смеси поднимали до 80°C на протяжении 5 минут путем прямого введения 15 литров пара из выпускной трубы, расположенной в нижней части котла. Смесь оставляли для протекания реакции при 80°C на 1,25 ч. Затем к смеси добавляли фосфорную кислоту (5,7% по массе от общей массы перьевого сырья) для снижения pH до менее чем 2,5. Добавляли сорбиновую кислоту (1% по массе от общей массы смеси) для подавления роста плесени. Температуру смеси поднимали до 90°C на протяжении 5 минут путем прямого введения 15 литров пара, и температуру поддерживали при 90°C в течение 10 минут для денатурации ферментов. Затем смесь охлаждали до температуры ниже 32°C и добавляли природный антиоксидант (0,15% по массе от общей массы смеси). Конечная жидкая суспензия по результатам анализа содержала 30% сухого вещества, 17,5% белка и 8,3% золы. Конечный продукт был также стабилен при комнатной температуре, с плановым сроком хранения 3-6 месяцев. Предполагается, что этап обработки кислотой можно опускать, если ингредиент получают в соответствии с данным примером для использования сразу же после производства в качестве добавки в пищевой продукт или корм для домашних животных, который будет подвергаться дальнейшей обработке путем экструзии или стерилизации в автоклаве.
Следует понимать, что, хотя в настоящем документе проиллюстрированы и описаны некоторые варианты осуществления способа получения пищевого белкового ингредиента из кератин-содержащих материалов, изобретение не должно быть ограничено описанными и представленными конкретными вариантами осуществления или аранжировкой составных частей.