饲料添加剂组合物的制作方法

专利名称：饲料添加剂组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制备具有改善的性质的组合物的方法以及由此获得的组合物，所述组合物用于营养方面，尤其是动物营养方面。
更具体地，本发明涉及制备可用作食品或饲料添加剂的组合物的方法以及由此获得的组合物，所述组合物含有乳铁蛋白。
本发明还涉及包含乳铁蛋白的、作为食品饲料添加剂的组合物的用途，尤其是用于改善动物的健康状况；以及，涉及包含基于乳铁蛋白的添加剂的饲料组合物。
乳铁蛋白是天然存在的单链糖蛋白，其分子量大约80,000D，含有1-4个多聚糖(glycan)单元，可使用不同的方将法其从许多动物的奶或奶的衍生物中分离出来。
U.S.专利4,791,193描述了一种制备高纯度牛乳铁蛋白的方法，其中，牛奶与弱酸性阳离子交换树脂接触，所述树脂含有羧甲基基团，用氯化钠溶液来洗脱被吸附的乳铁蛋白。
WO 89/04608公开了一种从乳清中提取纯的乳过氧化物酶和乳铁蛋白的方法。乳清被微滤，并以高流速通过强阳离子交换器，以选择性吸附乳铁蛋白和乳过氧化物酶，用不同浓度的盐溶液进行选择性的连续洗脱。
英国专利申请No.2179947公开了通过超滤和在适当的中性pH下的弱阳离子交换色谱从乳清中分离乳铁蛋白的方法。
WO 93/13676公开了一种从奶或乳清中分离乳铁蛋白的方法，其通过以高表面速度和高液体量(liquid load)将乳铁蛋白吸附到阳离子交换树脂上，用盐溶液例如磷酸缓冲液中的氯化钠进行洗脱，以及，可选地，对其进行干燥。
WO 95/22258报道了一种从奶中对人乳铁蛋白进行充分纯化的方法，所述的奶包括含有编码人乳铁蛋白在其奶中表达和分泌的基因的转基因动物的奶，所述方法通过在增大的离子强度条件下将奶与强阳离子交换树脂接触，用梯级或线形的盐梯度洗脱人乳铁蛋白来实现。
WO 02/096215描述了使用Expanded Bed Adsorption(EBA)技术从大量的例如奶或诸如乳清的奶衍生产品中分离牛乳铁蛋白和其它蛋白质的工业方法。将液体施加到高密度吸附材料，其平均颗粒大小为至多150μm，颗粒密度为至少1.5g/ml，然后将蛋白质从吸附剂上洗脱下来。
乳铁蛋白具有铁结合属性，展现出抗微生物和抗病毒的活性，并在宿主防御(host-defense)系统中显示出免疫调节(immunomodulatory)功能。
乳铁蛋白因而被用作饲料添加剂以改善动物的生长和健康状况。
U.S.专利No.4,726,948公开了包含乳铁蛋白和乳过氧化物酶的抗细菌组合物，其作为食品和动物饲料的组分被用于治疗胃肠道感染。
U.S.专利No.4,977,137公开了来自未加工的奶的乳铁蛋白，其作为膳食成分，能促进人类婴儿和非人类的幼年动物的胃肠道生长。
U.S.专利No.5,656,591公开了来自乳铁蛋白的具有抗微生物活性的肽与抗生素组合用于处理食品和非药物产品的用途。
本发明的一个目的是提供含有乳铁蛋白的粒子，其具有改善的产品性质，适于营养方面，尤其是动物营养方面，本发明还提供其制造方法。本发明还涉及富含经改善的含有乳铁蛋白的粒子的动物饲料。
虽然可以存在有不同种类的乳铁蛋白，其在氨基酸数量和序列和多聚糖单元上都有所不同，但是本文中下面所使用的术语“乳铁蛋白”包含所有这些不同的分子，而不管其来源，无论它们是天然的或合成的，通过从天然来源中纯化、经典化学合成或重组方法制备的，只要该分子与天然存在的乳铁蛋白分子具有至少60％的氨基酸序列同源性，并显示出其生物活性中的至少一种，尤其是其抗微生物活性。术语“序列同源性”或“序列上的同源性”指可以较天然存在的分子的氨基酸序列更长或更短，具有一个或多个氨基酸取代、插入和/或缺失的氨基酸序列。至少60％的同源性包括70、75、80、85、90、95或更高百分比的同源性。术语“乳铁蛋白”包括市售的乳铁蛋白；从哺乳动物(人、牛、绵羊、山羊、马、骆驼等)的奶，例如初乳、过渡期的奶、成熟的奶、哺乳后期的奶，或从其加工制品，例如脱脂奶、蒸发脱脂奶、酪乳(butter milk)、乳蛋白浓缩物、乳清、干酪乳清、酪蛋白乳清、脱盐乳清或乳清浓缩物中分离出的乳铁蛋白。优选的目标乳铁蛋白是牛乳铁蛋白。由乳清来对其大量生产，乳清是来自干酪生产过程的副产品。已知有不同的方法可用于生产牛乳铁蛋白，其中包含不同的色谱工艺，并包括对经纯化和浓缩的含乳铁蛋白的溶液进行的最后干燥步骤。由此获得的非配方的(non-formulated)乳铁蛋白，即，通过例如冷冻干燥、喷雾干燥或真空干燥之类的传统干燥方法进行干燥之后获得的，以或多或少的干燥形式存在的、自由流动的但仍为精细粉末形式的乳铁蛋白，被随后与饲料或载体物质混合，首先产生预混合物，该预混合物可被用作饲料添加剂。在复杂的多步骤工艺期间，每步都发生变性和生物活性的损失，获得的含有以高度分散形式存在的乳铁蛋白的组合物再经历降解，其贮藏稳定性不高。
本发明克服了此缺点，提供了经特定配方的乳铁蛋白组合物，其在贮藏期间稳定，以分散的固体颗粒形式存在，其中含有包埋于特殊载体基质中的乳铁蛋白。
WO 98/18610公开了一种多步骤的方法，用于连续地将一种组分包入或包埋到到基质中，该方法包括，在低剪切条件下，有增塑剂存在的情况下，将化合物与经冷却的塑化的基质材料混合，将所述可塑型的混合物通过模头挤出，获得挤出料，将所述挤出料切割为小块。该说明书中具体提到了超过八百种的在有增塑剂存在的情况下可被包埋到经塑化的基质材料中的化合物，其中

图1图示了使用商业可获得的挤出机的方法。图2和图3图示了挤出方法，示例性的挤出机桶和螺杆构造。
本发明使用了与WO 98/18610中类似的技术来制备热稳定的、分散的、固体颗粒，所述颗粒含有包埋于基于蛋白质和/或淀粉的载体基质中的乳铁蛋白。本发明的方法特征在于如下步骤(a)向水平螺杆挤出机中加入载体基质、乳铁蛋白，以及可选的内润滑剂，(b)在低剪切和低温条件下于挤出机中混合上述成分，获得均质的可塑型混合物，
(c)将所述可塑型混合物挤出，并切割为小块，以及，可选地，(d)干燥所述的小块。
本发明还涉及上面定义的颗粒作为食品或动物饲料添加剂的用途，尤其是根据上述方法制备出来的颗粒，本发明还涉及此类添加剂组合物本身，并涉及添加有此类添加剂组合物的食品或动物饲料。
根据本发明的方法，可在任何水平螺杆挤出机中，利用用于实现低剪切低温混合的合适的挤出螺杆构造，通过糊状物挤出，来制备分散的固体颗粒或者粒子。例如，可以使用交替小间距运输元件(alternating smallpitch conveying elements)和分布式混合元件(distributive mixingelements)的组合，它们互相交错一个角度，以在挤出机桶内提供轴向漏流。交替小间距运输元件和分布式混合及捏合元件的组合使得料流在不存在对物质剪切的情况下被连续截断，因此使得材料在低的机械能量输入下被混合。同向啮合双螺杆挤出机是优选的，因为较之其它单个螺杆挤出机，它们能提供更好的混合效果，它们例如是可从瑞士的Buhler、法国的Clextral、德国的Werner and Pfleiderer、英格兰的APV或美国的Wenger所获得的双螺杆挤出机，或者可从瑞士的Buss获得的同向捏合机(Co-Kneader)。
载体基质由可食用的组分构成，其可被动物很好地接受。主要的组分是含有蛋白质的成分和所有类型的淀粉，它们是天然存在的，以经纯化和/或经化学修饰的形式存在的或者作为被碾碎的谷物的组分存在的，例如谷物面粉或粗粉，优选是谷物或谷物副产品。在一种优选的实施方式中，使用纯粹的基于淀粉的混合物，特别是小麦淀粉和硬质小麦粉(semolina，粗粒小麦粉)的混合物。
乳铁蛋白以溶液(经稀释的或浓缩的)或粉末(或多或少干燥的)的形式被加入到载体基质中，如果需要的话，可以以预混合物的形式被加入。
如果需要的话，可以向载体基质中加入能影响基质疏水性或水结合能力的试剂。加入疏水化合物可协助阻止或延缓水或胃液渗透进基质，因此延缓被包埋的乳铁蛋白的释放。具有高的水结合能力的化合物可与能渗入颗粒的水结合，或者阻止水溶解基质，因此也阻止或延缓了乳铁蛋白从载体基质上的释放。用于控制乳铁蛋白释放速率的额外的化合物可以以多达30％(w/w)的量来使用，优选为大约5-15％(w/w)。
还可以向载体基质中加入植物油或脂肪，作为用于混合和挤出过程的内润滑剂，以避免粉尘的形成。当乳铁蛋白以干粉形式加入到基质中时，这是特别需要的。任何商业可获得的植物油都可使用，其加入量可以多达固体颗粒终重量的大约10％(w/w)，优选为多达大约5％(w/w)。特别优选的油是精炼的大豆油。
最后，可以向载体基质中加入具有生理活性和相容性的矿物质，例如硫酸盐的诸如镁、锌或钠盐，以及对pH值有影响的盐，例如乙酸盐、柠檬酸盐或磷酸盐，其加入量与实际需要相适应。
载体基质在饲料添加剂组合物的比例(w/w)为至少50％，例如从大约60-95％，优选为大约75％。
载体基质的组分可被混合，并作为预混合物被加入到螺杆挤出机中，或者其可被单独加入。乳铁蛋白也可作为干粉被加入到预混合物中，再和载体基质一起被引入到挤出机中。但是，优选是将溶液形式的乳铁蛋白单独加入，以润湿混合物。或者，将油组分单独加入，作为内润滑剂。均化和挤出期间，挤出机被冷却，以确保挤出机和混合物的温度，即，工作条件下低于60℃，通常在20-50℃，优选在35-40℃。
用于本发明方法的乳铁蛋白是商业可获得的乳铁蛋白，或者，可根据本领域现有技术所述的方法将其制备出来的乳铁蛋白。优选的来源是牛奶或乳清。乳铁蛋白的纯度并不重要，但其应当为至少80％，优选超过90％，在冷冻干燥材料的情况下通常为90-95％。
在本发明的方法中，乳铁蛋白优选以溶液形式被加入到挤出机中，因为这种形式是从奶或乳清中对其进行生产的大多数方法，即，通过从吸附柱中洗脱的方法所获得的形式。优选的用于从奶或乳清中获得经纯化的乳铁蛋白的技术是EBA技术，如，例如WO 02/096215、WO 01/85329或WO 99/65586所述的，上述文献的内容在此被明确地包括进本说明书中。
在其中包埋到乳铁蛋白的粒子中，乳铁蛋白的含量在大约6％至大约50％(w/w)，在特定的实施方式中，优选在8-12％(w/w)或者大约20-30％(w/w)。
经过均化的混合物通过模头板被挤出，挤出的糊状条被切割为独立的球形颗粒。
本发明的这些粒子的形状和尺寸主要取决于挤出模头的形式和直径、混合物被挤出的速度以及切割机的速度，还在较小的程度上取决于随后的干燥过程的条件。传统的挤出模头可以具有0.1-5mm的口径，优选为0.5-1mm。得到的颗粒中的大约85％尺寸在0.2-0.8mm，优选为0.3-0.6mm。
可用旋转式切割机、造粒机或旋转刀在模头表面上对挤出料条进行切割。在其它实施方式中，可用用于制造小球或切片的传统切割或成型设备将挤出料条从模头上切下来。切出的小块的长度直径比(1/d)可以为大约0.5至10，优选为大约1。粒子或多或少具有锋利的边缘，并或多或少地去除了粉尘，这取决于其含水量。
根据本发明的方法，颗粒大小可有所变动，以对小球或粒子的表面积与体积的比进行控制，以实现期望的受控的乳铁蛋白释放。例如，可以通过使用不同直径的挤出模头开口，来改变颗粒大小。还可以通过在挤出机末端的模头板处使用可变速的切割机来改变颗粒大小，或者离开挤出机在所述的条已被运输了一段短距离之后使用可变速切割机。通过改变切割机的速度，针对给定的挤出机挤出量，切出的小块的大小可有所改变。使用离开模头板一段短距离(例如大约0.5米至大约5米)的可变速切割机，可以允许进一步的表面冷却，进一步的表面干燥，并能降低粘性，以将所述的条更好地切割为小球。
切割之后，得到的小块或粒子可被干燥至足够低的含水量，以确保其贮藏期间具有足够长期的贮藏稳定性。例如，小球可被干燥至在至少大约九个月的贮藏期内具有贮藏稳定性的程度，优选是至少大约十八个月。
可使用传统的干燥设备来进行干燥，其中所用的干燥温度是不会对乳铁蛋白的稳定性产生负面影响的。示例性的干燥温度可在大约10℃至大约90℃之间的范围，优选在大约20℃至大约60℃之间。干燥可进行至水含量小于大约按重量计30％，优选小于大约按重量计12％，例如按重量计从大约6％至大约9％。优选的干燥方法使用流化床干燥器。干燥之后，由于互相摩损，颗粒边缘锐利程度降低。如果需要的话，可用传统的包被设备和方法用成膜物质对干燥过的颗粒进行包被，以向其提供特定的所希望的属性。
根据本发明的其中包埋有乳铁蛋白的粒子可用作食品或饲料添加剂，其可与传统的以及特殊的饲料混合或一起加工，所述饲料是用于包括人类的所有类型的动物的，所述动物例如是猪、反刍动物、家禽、鱼、宠物或动物园里可找到的动物，其添加量能够提供需要的日常吸收量，通常为大约0.5至大约200mg乳铁蛋白/kg动物体重，这取决于动物的种类、年龄和/或健康状态。如果需要的话，用传统类型的球压机将添加有乳铁蛋白粒子的饲料制成球状。对本领域的技术人员来说，很明显，本发明的颗粒虽然主要用作动物饲料的添加剂，但其还可用作生产其它制剂，例如化妆品或药物制剂。
因为本发明的粒子具有有利的颗粒大小，乳铁蛋白被包埋在稳定的基质中，所以其具有改善的属性，尤其是作为饲料添加剂较之非包埋的乳铁蛋白的情况。
根据本发明的包埋到颗粒状的载体基质中的乳铁蛋白，较之非包埋的经冻干的材料，不仅显示出改进的稳定性和更长的贮藏时间，在胃肠道的释放更为缓慢，而且令人吃惊地，其还增加了胃肠道对氨基酸的吸收、饲料转化率(FCR)和动物的每日体重增长。这些效果已被分别发现于，例如吻合猪(anastomosed pigs)和断奶幼猪中。
本发明的以热稳定性形式存在的含有乳铁蛋白的固体颗粒不仅具有对高温和长时间贮藏带来的负面影响的耐性，而且还具有对加工期间受到的更高的温度(例如，超过80℃)的耐性。
下述实施例将进一步地阐述本发明。
实施例I
向型号为WP58 Continua的双螺杆挤出机中加入作为预混合物的22.5kg的小麦淀粉、12.5kg的硬质小麦粉以及12.5kg的乳铁蛋白。单独加入用于润湿混合物的水和2.5kg的大豆油(精炼的)。在均化和挤出期间，用饱和盐水对挤出机进行冷却，令温度保持为不超过35℃。
通过造粒模头板(模头直径0.5mm)将经过均化的混合物挤出，在模头板处用旋转式切割机将挤出的糊状条切成长度为大约0.5mm的小块。挤出之后，用流化床干燥器在进口空气温度最高为50℃的情况下对含有乳铁蛋白的颗粒进行干燥。
下面的组合物被用于制备用作动物饲料添加剂的粒子
在其它实施方式中，在同样的加工条件下使用具有不同重量比的上述成分的组合物
实施例II向型号为WP58 Continua的双螺杆挤出机中加入作为预混合物的20.0kg的小麦淀粉、24.5kg的硬质小麦粉。加入被浓缩至大约25％蛋白质含量(其中大约90％是乳铁蛋白)的通过对乳清进行色谱操作得到的富含乳铁蛋白的溶液。单独加入2.5kg的大豆油(精炼的)。在均化和挤出期间，用饱和盐水对挤出机进行冷却，令温度保持为不超过35℃。
下面的组合物被用于制备用作动物饲料添加剂的粒子
在其它实施方式中，同样的加工条件下使用具有不同重量比的组合物，加入大约30％蛋白质含量(其中90％是乳铁蛋白)的富含乳铁蛋白的溶液
权利要求
1.一种制备热稳定的、分散的、固体颗粒的方法，所述颗粒含有包埋于基于蛋白质和/或淀粉的载体基质中的乳铁蛋白，所述方法的特征在于如下步骤(a)向水平螺杆挤出机中加入载体基质、乳铁蛋白，以及可选的内润滑剂，(b)在低剪切和低温条件下于挤出机中混合上述成分，获得均质的可塑型混合物，(c)将所述可塑型混合物挤出，并切割为小块，以及，可选地，(d)干燥所述的小块。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述载体基质包含小麦淀粉和硬质小麦粉。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中乳铁蛋白以水性溶液或干粉的形式被加入。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中植物油被用作内润滑剂。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中工作条件下所述挤出机的温度低于大约60℃。
6.热稳定的、分散的固体颗粒，含有包埋于基于蛋白质和/或淀粉的载体基质中的乳铁蛋白。
7.如权利要求6所述的固体颗粒，由如权利要求1-5中任意一项所述的方法制得。
8.如权利要求6或7所述的用于动物饲料或食品添加剂的固体颗粒。
9.一种基于如权利要求6-8中任意一项所述的固体颗粒的食品或动物饲料添加剂组合物。
10.一种添加有如权利要求9所述的组合物的食品或动物饲料。
全文摘要
本发明公开了一种制备热稳定、分散的、固体颗粒的方法，所述颗粒含有包埋于基于蛋白质和/或淀粉的载体基质中的乳铁蛋白，所述方法通过下述步骤来实现在水平螺杆挤出机中混合载体基质、乳铁蛋白以及可选的内润滑剂，挤出所述混合物，将其切为小块，可选地，对所述小块进行干燥；本发明还公开了上述颗粒作为食品或动物饲料添加剂的用途。
文档编号B29C47/04GK1774324SQ200480009776
公开日2006年5月17日 申请日期2004年4月6日 优先权日2003年4月15日
发明者罗纳德·布鲁哲尔, 马丁·伽蒂恩特, 帕提克·谷根布尔, 卡洛斯·斯莫思奴恩斯, 伯恩德·韦志奴德利, 维纳·内吾泊特 申请人:帝斯曼知识产权资产管理有限公司