用于制备水解的角蛋白材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及用于制备水解的角蛋白材料的方法。
【背景技术】
[0002]可使用动物羽毛、毛发、蹄、指甲等作为角蛋白（keratinaceous)材料的来源。羽毛 是来自家禽(鸡、火鸡、鸭等）的副产品，并且毛发是来自猪、牛、羊等的副产品。而且蹄或指 甲（其可被磨碎)也可被用作角蛋白材料的来源。该角蛋白材料具有较高的蛋白质含量(通 常高于80wt%的无水物质是蛋白质），所述蛋白质包含至少17种氨基酸。然而，由于在高度 结构化的多肽中存在很多(二)硫桥，该角蛋白原材料很难被动物或人类消化。
[0003]存在很多用于制备部分水解的角蛋白材料(如羽毛或毛发）以增加可消化性的方 法。已知方法包括在使用蒸汽的同时加压水解、用过氧化氢氧化、用亚硫酸盐还原、酶水解 和用碱或酸化学水解。
[0004]通常仅将角蛋白材料水解到一定程度。这些方法包括a/o化学水解或蒸汽水解。如 果产物具有大量的高分子量角蛋白多肽，则限制了可消化性，且由于高分子量(约18000以 上），该产物包含可能导致过敏的化合物。被水解到完全可消化的程度的角蛋白材料通常要 求显著过量的强酸或强碱的苛刻条件。除了大量的废料流外，这通常还造成一些氨基酸的 降解(如脱氨基、脱羧基），其最终降低了可消化性。
[0005] 以下文件中提到产生部分水解的羽毛粉（feather meal)的方法的几个实例： US2542984、US5049397、RU2206231、US5772968、US4286884、US4172073、W02010/114938、 US3806501、EP1566482、GB2061956和W02011/003015。
【发明内容】
[0006] 本发明的一个目的在于提供用于制备水解角蛋白材料的方法，所述材料具有非常 高的可消化性，并优选由相对低分子量同时具有高营养价值的肽组成。
[0007]该目的是通过本发明的用于制备高度可消化的水解角蛋白材料的方法实现的，所 述方法包括以下步骤：（i)在加热加压条件下在水和任选地蒸汽的存在下部分水解角蛋白 材料;和(ii)任选地干燥所得的包含至少部分不可溶材料的部分水解的材料;和(iii)使该 任选干燥的部分水解的角蛋白材料经受用酸或碱进行的化学水解步骤，以获得高度可消化 的水解材料;和(iv)纯化该高度可消化的材料。
[0008] 优选地，使用足够量的酸或碱，同时使反应进行足够长的时间且在足够高的温度， 以获得高度可消化的水解材料，该材料具有约95重量％以上的分子量为约5000道尔顿以下 的肽。这是个优点，因为分子量为5000道尔顿以下的角蛋白材料被认为是低致敏性的，而分 子量为约18000道尔顿以上的材料被一些人认为造成了患有过敏问题的狗和猫的食物不耐 受。
[0009] 在本发明中，相对低分子量优选指约97%具有低于10000道尔顿的分子量，并且高 于约95wt%的水解角蛋白材料具有约5000道尔顿以下的分子量。优选地，事实上所有材料 都具有约10000道尔顿以下的分子量。
[0010] 事实上，更优选95%以上的水解角蛋白材料具有约3000道尔顿以下的分子量，并 且甚至更优选90%以上具有约1000道尔顿以下的分子量，因为这种多肽被认为是非致敏性 的（an-allergenic)〇
[0011] 尤其优选获得这样的材料，其中典型地，所有材料具有约5000道尔顿以下的分子 量，且约95%以上的材料具有约1000道尔顿以下的分子量。还优选更低的分子量，因为这些 改善了可消化性。
[0012] 本发明进一步的目的在于提供对于饲料应用具有改善的营养价值的高度可消化 的水解角蛋白材料。
[0013] 通过提供部分或全部可溶的角蛋白材料实现该目的，所述材料的氨基酸组成反映 了原材料的氨基酸组成，其中脱羧基的氨基酸含量为约lOOOppm以下，优选约500ppm以下， 且最优选约300ppm以下。
[0014]该高度可消化的材料优选为全部可溶，这意味着1克水解角蛋白材料可溶于5ml水 中。
[0015] 根据本发明，该角蛋白材料的分子量优选如上所述。
[0016] 根据分子量可以明显看出，所述水解并非完全化学水解为单氨基酸，而是该水解 包括水解多肽中的大量酰胺键。
[0017] 在水解步骤中水的存在是指任何液相水、蒸汽或角蛋白材料中所吸收的水。
[0018] 在本说明书中，反映原材料的氨基酸组成的氨基酸组成优选是指在任何氨基酸中 氨基酸组成的偏差低于20%，和/或在多数氨基酸中绝对含量的偏差低于0.4wt%，而少量 的氨基酸(如2个或3个)可偏差较多，例如最多40%或2wt%。
[0019] 似乎现有技术中公开的化学水解的苛刻条件造成了脱羧基(尤其是具有含氨基侧 链的氨基酸，如赖氨酸)或侧链的脱氨基。这些脱羧基或脱氨基的氨基酸可以是有毒的或抗 营养的。
[0020] 半胱氨酸通常作为胱氨酸存在。胱氨酸(半胱氨酸的二硫二聚体)是可消化的，并 且通常HPLC方法无法将两种形式区分开。在本申请中，使用半胱氨酸，尽管其实际的形式可 能是胱氨酸。
[0021] -些化学水解方法氧化胱氨酸残基，这限制了可用的半胱氨酸的量。
[0022] 氨基酸的其它反应产物可具有抗营养价值（即它们减少了饲料成分的效果）。具有 抗营养价值的氨基酸衍生物(如羊毛硫氨酸或赖氨酸丙氨酸）的含量优选较低。羊毛硫氨酸 的含量优选为约2.5wt %以下，优选约2wt %以下，甚至更优选约1.5wt %以下。半胱氨酸的 含量优选为约3wt%以上，甚至更优选约4wt%以上。
[0023] 由于有毒或抗营养的氨基酸衍生物的含量非常低，本发明的方法允许产生具有高 营养价值的部分或全部可溶的角蛋白材料。.
[0024] 本发明方法的一个优点在于，大多数角蛋白起始材料都被转化为低分子量产物。 因此，得到具有相对较低分子量的产物。产率优选为约80%以上(所加入的重量vs所获得的 重量，假设大致相同的水含量），且更优选约85%以上。在步骤(iii)中加入的材料确实含有 无法产生高度可消化的角蛋白材料的脂肪、灰以及其它非角蛋白材料。
[0025] 在本发明的方法中，优选使用强无机酸(如盐酸、磷酸或硫酸)进行化学水解步骤。 如果使用强碱，优选使用氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙或氢氧化钙等。
[0026] 优选在通过中和形成盐并将该盐从角蛋白材料分离的同时进行高度可消化的水 解角蛋白材料的纯化。可通过向碱溶液中加酸溶液或反之来完成中和步骤。碱、酸或盐的分 离并不必须是完全除去，因为一些残留的盐和/或离子是可接受的。至多10-20%的盐的残 留量会是可接受的，但是优选约7wt %以下。
[0027] 如果其用途允许存在相对高含量的盐，则纯化步骤可不总是必需的。因此，在某些 实施方案中，中和的水解反应混合物的产物可以原样使用，尤其是与其它营养物预混合时。
[0028] 优选地，所述盐为不可溶的盐，优选二水合硫酸钙，其通过过滤或离心除去。
[0029] 因此，在优选的实施方案中，用硫酸进行水解，并通过用钙碱中和酸并除去所形成 的二水合硫酸钙沉淀来实现纯化。
[0030] 其它纯化步骤是不必要的，但是不排除进一步的步骤。优选地，纯化包括除去酸、 碱或盐作为唯一的纯化步骤。在该纯化步骤之后，进行浓缩和/或干燥步骤，其也会导致除 去一定量的挥发性有机化合物。在实践中，不将有机挥发物的去除认为是纯化步骤。
[0031] 在一个优选的实施方案中，将水解角蛋白材料浓缩为具有约1 〇wt %以上固体物质 的溶液，优选该溶液具有约30_60wt %的固体物质，且更优选该溶液具有约40-55wt %的固 体物质。可原样使用该浓缩的液体水解角蛋白材料。
[0032] 在本发明进一步优选的实施方案中，在热空气流(例如热风筒干燥器、流化床干燥 器和任何其它温和干燥系统，优选喷雾干燥器）中干燥经纯化的水解角蛋白材料。通常，上 述浓缩的液体水解角蛋白材料被用作干燥步骤的起始材料。
[0033] 在优选的实施方案中，干燥的高度可消化角蛋白材料的灰含量优选为约15wt%以 下，更优选约l〇wt %以下，且最优选约8wt%以下。通常，灰含量将为约2wt%以上。浓缩的液 体优选具有等量的灰含量(相对于干燥物质）。
[0034]在优选的实施方案中，步骤（ii)后获得的部分水解的角蛋白材料具有约2wt%以 下、优选约1.5wt %以下、且最优选约0.5wt %以下的羊毛硫氨酸含量。
[0035] 在优选的实施方案中，该水解的、完全可溶的角蛋白材料具有一定量的尸胺(脱羧 基的赖氨酸/Lys)、腐胺(脱羧基的鸟氨酸)和/或组胺(脱羧基的组氨酸/His);所述量各自 低于约500ppm，优选低于约300ppm且最优选低于约lOOppm。此外，或作为备选，这些胺的总 量低于约lOOOppm，优选地低于约500ppm，更优选低于约300ppm。此外，尤其优选该材料还含 有低于1.5wt%、优选低于1 .Owt%量的羊毛硫氨酸。
[0036] 本发明的高度可消化的角蛋白材料(水解产物）的氨基酸组成优选大致如表1所示 (以wt%表示含量）：
[0037]
[0038] 据此，尸胺的量低于约500ppm，优选低于约300ppm，且更优选低于约lOOppm。此外， 生物胺（即，例如腐胺、尸胺和组胺）的总量优选低于约lOOOppm，更优选低于500ppm，最优选 低于 300ppm。
[0039] 优选地，该组合物组合有以下特征，即羊毛硫氨酸的量低于1.5wt%。
[0040] 在本发明的另一实施方案中，本发明涉及用于制备高度可消化的水解角蛋白材料 的方法，所述方法包括以下步骤:使用酸或碱使原材料羽毛、毛发、羊毛、蹄或指甲直接经受 化学水解步骤(iii)以获得高度可消化的水解材料;和(iv)纯化该高度可消化的水解材料， 优选使用此处所述的优选方案的任一种。
[0041] 在优选的实施方案中，结合了几个或所有的优选方案，也如同几个实施例中所示 的那样。
[0042] 示例性实施方案的描述
[0043]以下是仅通过实施例的方式并参照实施例对本发明的某些实施方案的说明。
[0044] 本发明的所述用于制备高度可消化的水解角蛋白材料的方法包括以下步骤：（i) 在加热加压条件下在水的存