CN101035440B - 高蛋白豆粕 - Google Patents

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Abstract

公开了一种高蛋白豆粕。该豆粕产生自可具有商业化产量的大豆，其中该豆粕包含以干重为基础至少58％的蛋白质。本发明的豆粕也可以产生自这样的大豆，该大豆所含平均全种子总蛋白质加油的含量以干重为基础多于大约64％，其中该大豆在标准农艺条件下具有至少30蒲式耳每英亩的产量。还公开了含有本发明的豆粕的动物饲料。

Description

高蛋白豆粕
本申请要求2004年1月26日提交的美国临时申请No.60/539,168的优先权，将该申请的公开全文并入本文以供参考。
本发明涉及动物营养和专用饲料领域。具体地，本发明涉及适于在动物饲养操作(feeding operation)中用作配料(ingredient)的高蛋白豆粕(soybeanmeal)。
大豆在世界上很多地方是主要的农产品，也是许多供人类和动物消耗的有用产品的来源。从大豆得来的两种较重要的商业产品是大豆油(soybean oil)和豆粕。大豆油在动物饲料中用作能源，尽管它的主要用途是供人类消费。豆粕主要用作动物饲料中的成分。
商品化的豆粕是家禽食谱中的良好的氨基酸来源，因为与其他谷物类来源例如玉米(corn)相比，它们蛋白质含量相对较高。期望得到具有更高的蛋白质含量的豆粕(Edwards等，Poultry Sci.，79：525-527(2000))。但是，商品化的豆粕中的总内源蛋白质含量是有限度的，因为商品化大豆通常含以干重为基础的约41％的蛋白质。在大豆中显著更高的蛋白质含量，例如以干重为基础超过55％，全都与低下的农艺品质，例如低产量相关联。参考例如Wehrmann等，Crop Sci.，27：927-931(1987)及Simpson和Wilcox，Crop Sci.，23：1077-1081(1983)。另外，使用外源的蛋白质源来补充豆粕会增加成本和配方的问题。
因此，期望有一种从农艺品质良好的大豆得来的、具有更高的内源蛋白质含量的豆粕。
发明概述
本发明为上面提出的需求提供了解决方案。具体地，本发明提供一种豆粕，其产生自可具有商业化产量的大豆，并含有以干重为基础至少大约58％的蛋白质。在另一个实施方案中，本发明提供一种豆粕，其产生自可具有商业化产量的大豆，并含有以干重为基础至少大约60％的蛋白质。在另一个实施方案中，本发明提供一种豆粕，其产生自可具有商业化产量的大豆，并含有以干重为基础至少大约62％的蛋白质。
在另一个方面中，该大豆在标准的农艺操作下，具有至少大约30蒲式耳(bushels)每英亩(acre)的实际籽粒产量(grain yield)。在另一个方面中，该大豆相对于一种农学上良种(agronomically elite variety)具有至少约67％的比较产量。
本发明进一步提供一种含有豆粕的饲料，该豆粕产生于可具有商业化产量的大豆，并含有以干重为基础至少约58％的蛋白质。
本发明进一步提供一种含有豆粕的饲料，该豆粕产生于可具有商业化产量的大豆，并含有以干重为基础至少约58％的蛋白质，其中该大豆在标准的农艺操作下具有至少大约30蒲式耳每英亩的籽粒产量。
在本发明的另一个方面中，所述大豆是转基因的。在另一个方面中，该转基因大豆含有赋予除草剂抗性的外源基因。在另一个方面中，该转基因大豆对草甘膦除草剂具有抗性。
本发明进一步提供一种豆粕，其产生自可具有商业化产量的大豆，并含有以干重为基础至少大约56％的蛋白质，其中该大豆在标准的农艺操作下具有至少大约30蒲式耳每英亩的产量。
本发明进一步提供一种豆粕，其产生自这样的大豆，该大豆所含平均全种子总蛋白质(mean whole seed total protein)和油的含量以干重为基础至少约64％，其中该大豆可具有商品化的产量。本发明进一步提供一种豆粕，其产生自这样的大豆，该大豆所含平均全种子总蛋白质和油的含量以干重为基础至少约64％，其中该大豆在标准的农艺操作下具有至少大约30蒲式耳每英亩的产量。
本发明进一步提供一种豆粕，其由加工高蛋白大豆品种所产生，该高蛋白大豆品种所具有的平均全种子总蛋白质含量以干重为基础大于约45％，其中该大豆品种可具有商业化产量。
本发明还提供由本发明的豆粕制备的蛋白质分离物和蛋白质浓缩物。
优选实施方案详述
本发明包括新的豆粕在动物和水产品饲养操作(aquaculture feedingoperations)中的用途。
本文中用到下面的定义：
农学上优秀的(agronomically elite)：具有许多可辨别的特性，例如出苗(emergence)，活力(vigor)，营养势(vegetative vigor)，抗病性，结籽，直立能力(standability)及脱粒能力的大豆表型，该表型使生产者得以收获具有商业价值的产品。
商业化产量(commercial yield)：对种植者而言有商业意义的籽粒产量，表示为至少30蒲式耳每英亩(Bu/A)的实际籽粒产量，这是在标准农艺操作下种植，在至少14种环境(enviroments)中测量所得的平均值。
比较产量(comparative yield)：以另一大豆品种的产量的百分数表示的籽粒产量，另一大豆品种是在比较性产量试验的条件下种植的。比较性产量试验的条件(conditions for comparative yield trials)在大豆育种领域是熟知的。例如，具有43Bu/A产量的大豆品种相对于具有54Bu/A产量的农学上优秀的大豆品种的比较产量为80％。
去皮豆粕(dehulled soybean meal)：在去皮处理步骤中去除了大部分豆皮组分的豆粕，去皮的、溶剂提取后的豆粕不得含有超过3.5％的纤维，且通常在12％的湿度基础上含有48-50％的蛋白质。
外源蛋白质(exogenous protein)：不是生产豆粕的大豆的内在固有部分的蛋白质。外源蛋白质可以被添加到所述豆粕或饲料中以增加相应产品中的蛋白质浓度。
全脂豆粕(full fat soybean meal)：没有经过油提取而生产出来的豆粕。
高纤维豆粕(high fiber soybean meal)：去皮处理被省略了或最小化了的豆粕。高纤维大豆中通常的纤维水平在12％的湿度基础上是4-8％。
等营养食谱(isonutritive diets)：配制为具有等水平的营养素的动物食谱，营养素包括能量，蛋白质和必需氨基酸。
等容食谱(isometric diet)：配制为具有相同水平的某一特定组分的动物食谱。例如，假定的食谱A含有25％的商品豆粕，假定的食谱B含有25％的高蛋白豆粕，则说A和B相对豆粕是等容的(isometric)。
等氮食谱(isonitrogenous diet)：配制为具有相同蛋白质和必需氨基酸水平的动物食谱。
倒伏评分(lodging score)将倒伏性以1到9的等级评分。分值1表示直立的植株。分值5表示植株和地面成45度角倾斜，分值9表示植株伏于地面。
油含量(oil content)：大豆种子和豆粕中含有的油的重量百分比，按干物质计。
表型(phenotype)：细胞或生物体的可检测的特征，这些特征是基因表达的表现。
蛋白质含量(protein content)：大豆种子和豆粕中含有的蛋白质的重量百分比，除非另有说明，以干物质重计(dry weight basis)。
相对成熟度(relative maturity)在给定的种植区域内由大豆工业指定的成熟度分组。该数字(figure)一般被分成相对成熟度组的十分之几。在范围较窄的比较中，相对成熟度组的十分之一(a tenth)的差很粗略地等于收获时的成熟度相差一天(a day)。
豆粕(soybean meal)：由加工大豆籽粒所生产的饲料成分，其中大部分油(脂肪)被除去。短语“豆粕”在本发明的上下文中使用时，指脱脂的，去溶剂的，烘烤过的且碾磨过的大豆材料，其中没有添加外源的蛋白质源。
大豆蛋白分离物(soybean protein isolate)：大豆中的主要蛋白质组分，从去皮大豆通过除去大部分非蛋白质组分而制备得到，其含有以干重为基础不少于约90％的蛋白质。
大豆蛋白浓缩物(soybean protein concentrate)：高品质(high quality)大豆种子的制品，其通过去除大部分油和水溶性非蛋白组分而制得，并含有以无水基础计不少于约65％的蛋白质。
标准农艺操作(standard agronomic practices)：商业种植者所采用的操作，在限定的区域内该操作至少能保证平均产量。标准农艺操作包括种植、施肥、杂草控制、害虫控制、疾病控制和籽粒收获。
高蛋白大豆品种
本发明提供高蛋白豆粕，其来自可具有商业化产量的并具有以干重为基础至少约45％的蛋白质含量的大豆品种。另外，本发明提供豆粕，其来自可具有商业化产量，具有高蛋白质含量，且种子油没有相应减少的大豆品种。具体地，本发明提供蛋白质含量以干重为基础至少约58％以上蛋白质的豆粕，这些豆粕来自于具有约45％以上的平均全种子总蛋白质含量的大豆品种。这些大豆品种的特征是可以具有商业化产量。如本文所用的，商业化产量的定义是：用标准农艺操作种植，在至少14种环境下测量所得的至少约30蒲式耳每英亩的平均产量。
本发明的高蛋白大豆品种优选地还包括以干重为基础计约64％，约66％，约68％，或约70％以上的平均全种子总蛋白加油含量。在本发明的另一个实施方案中，所述高蛋白大豆品种的以干重为基础的平均全种子总蛋白含量为至少约45％到多达约50％。
在本发明的上下文中使用的大豆品种的例子是那些具有约45％以上的平均全种子总蛋白含量，或者约64％以上的平均全种子总蛋白加油含量的品种。最优地，这些大豆品种可以具有商业化产量，例如，但不限于，大豆品种0008079，0137335，0137472，0137441和0137810，如Byrum等所描述的(美国公开专利No.20040060082)。
在本发明的上下文中使用的具有商业化产量能力的高蛋白大豆品种的其它例子为大豆品种DBL3404D0R，DCP2904B0R，DFN3204E0R，DFN2204D0R，DRM2004A0R和DOX2804E0R。
本发明的上下文中优选使用的可具有商业化产量的高蛋白大豆品种的其它例子为大豆品种EXP125A(在7/11/2002提交的美国专利申请No.10/194,922中称为“大豆品种007583”；美国典型培养物保藏中心(ATCC)保藏号PTA-5764)，EXP2702REN(在12/23/2003提交的美国专利申请No.10/745,299中称为“大豆品种0137443”；ATCC保藏号PTA-5762)，EXP2902REN(在12/23/2003提交的美国专利申请No.10/745,300中称为“大豆品种0137400”；ATCC保藏号PTA-5763)，EXP2303REN，和EXP3103REN。
本发明的一个优选的方面涉及一种豆粕，其产生自具有上面提出的特征的大豆品种，并且具体地，其产生自本文提出作为例子的具体大豆品种。本发明的另外一个方面涉及豆粕，其产生自由上述高蛋白大豆品种的可再生细胞的组织培养物所产生的大豆，其培养物所再生的大豆植株能够产生表现该品种的所有生理和形态特征的种子。上述可再生细胞可包括由之所产生的胚胎，分生细胞，花粉，叶，根，根尖或花，或原生质体或愈伤组织。
上面列出的用于举例说明的大豆品种并不意味着限制本发明的范围。其他具有至少约45％的平均全种子总蛋白含量或至少约64％的平均全种子总蛋白加油含量，且可具有商业化产量的大豆品种也可用于产生本发明的豆粕。
在另一个优选的方面中，本发明的大豆品种相对于一种农学上优秀的品种具有至少约67％的比较产量。更优选地，本发明的上下文中所用的大豆品种的比较产量为至少约70％；还更优选地，比较产量为至少约75％；至少约80％；至少约90％；最优地，至少约95％。
大豆加工
将原(raw)大豆加工为油和豆粕有很多已知方法。例示性的豆粕制备方法包括美国专利4,992,294；5,225,230；5,773,051和5,866,192所介绍的那些方法。通常，商业性大豆加工包括通过任何常规运输手段，例如卡车，船舶和轨道车从田间接收大豆。大豆被接收时通常是脏的且经常是湿的状态，可以加以清洁，清洁是将大豆与振动筛(screen)接触放置，通过振动筛将大豆与非大豆物料例如石头、枝条、叶、茎，污垢，杂草种子及不想要的大豆碎片分离。清洁过的大豆连同未被振动筛去除的松散豆皮被转入抽吸器中，在抽吸器中大部分残余的松散豆皮被空气去除。大豆被转去贮藏，而松散豆皮则被收集作为副产品进行进一步加工。
在加工过程的这一点，大豆通常含有12重量％(12wt％)的水，但实际的水含量可能因为许多不同因素而变化。如果大豆的水含量超过大约12wt％，则在贮藏前可对大豆加以干燥以使其含水量降为低于大约12wt％。控制含水量对于贮藏中防止长霉和微生物污染是关键的。
从这一点以后加工步骤取决于所需的终产品。例如可以先用常规设备例如辊式破碎机(cracking rolls)或锤磨机(hammer mills)结合常规的抽吸系统来将大豆去皮。作为选择，在进一步加工之前也可以不去皮(参见，例如，美国专利5,225,230)。为了使抗营养因子(antinutritional factors)例如胰蛋白酶抑制剂失活，可以在破裂、碾磨或粉碎之前将大豆加热一段设定的时间。然后用常规设备例如带槽轧辊(grooved rollers)将大豆粉碎或碾磨成豆粕。
在破裂工艺中，清洁、干燥、完整的大豆被送入具有粗糙波纹的辊式破碎机或称“破裂机”(crakers)。这些破碎机可具有一组或多组辊。产生的大豆碎片称为“裂片”(cracks)。破裂步骤的目标是使大小为起始大豆的1/4到1/8的碎片达到最多，而使细屑(fines)即直径小于1mm的碎片的形成达到最小。
完整大豆的颗粒(即裂片)被从破碎机输送到多级抽吸去皮系统，该系统一般使用1到3级。每一级由抽吸器和尺寸筛选系统组成。在每一级中，富含纤维的“豆皮”首先通过逆流空气流和旋风分离器(cyclone)被除去。重一些的、含纤维少的“豆肉”(”meat”)部分被送到筛选系统中，筛选系统根据尺寸除去至少一个附加组分，并产生一股流体(stream)用于进一步抽吸。作为选择，筛选可以在抽吸前进行。“豆皮”气流通常与其他大豆副产品合并，用作动物饲料成分。去皮的“豆肉”使用二级商业预提取(pre-extraction)方法再次经过去皮使得粗纤维少于以质量计约3％(以脱脂的干基础重计4.28％)。但是可以使用单级系统来产生豆肉流。
然后在回转式或者层式蒸煮锅(rotary or stack cooker)里对产生的豆肉进行热预处理(heat condition)。裂片的停留时间通常在约20到约40分钟之间。出口温度(discharge temperature)通常在120到180℉的范围。如果可以忍受刨片机中产生更多的细屑，预处理温度可以更低。
预处理的豆肉(conditioned meats)接着被送进被称为刨片机(flakers)的光面辊式破碎机中。通常大于约500kPa表压(72.5psig)的力被施加到辊上。优选地，产生的薄片的厚度小于大约0.75mm(0.030”)，以便在下面的油提取步骤中获得最大的油收率。可选地，破裂和去皮步骤可以省略，或者在预处理步骤之后接着进行。还可以选择在提取油之前将一部分刨成片的大豆膨胀形成“套爪”(collets)。其他过程变化包括在破裂步骤前进行预处理及在油提取之前省略去皮步骤。由包含省略或缩短去皮步骤的变化的过程所产生的本发明的豆粕可以认为是高蛋白和高纤维的豆粕。高纤维豆粕可具有4-8％之间的纤维含量。该产品在饲养猪操作(swineproduction operation)中是理想的饲料配料。
豆粕产生过程的下一个步骤是油提取。提取步骤通常使用亲脂性溶剂，但也可以使用机械提取。在这个过程中，将豆粕与合适的溶剂例如己烷接触以除去油，使得油含量以重量计通常低于约1％。美国专利3,721,569描述了一种常规的溶剂提取步骤。
但是，如果需要“全脂的”豆粕，那么就不对含油豆粕进行油(也称为脂肪或脂)提取。在本发明的这个实施方案中，所得产品是一种高蛋白的、“全脂”的豆粕。
在这个阶段，经过溶剂提取的、脱脂的豆粕通常含有约30重量％的溶剂。在用作动物饲料之前，豆粕通常经过脱溶剂器-烘烤器(desolventizer-toaster，DT)操作来处理，以除去残留溶剂，并通过将蛋白组分加热使胰蛋白酶抑制剂和其他天然存在的有毒物质失活。通常地，气流与豆粕接触，冷凝中的气流所释放的气化热将溶剂气化，然后溶剂被回收并循环利用。
作为选择，利用例如螺旋压力机(screw press)对豆粕进行机械脱脂。机械脱脂的或者说“压榨机”(expeller)豆粕通常含有大约4-8重量％的残余油。如果豆粕将被用作反刍动物的饲料添加物，那么可以先用特定的方式将豆粕加热并干燥，例如美国专利5,225,230中所教导的，然后再机械提取油。脱脂后的豆粕然后被干燥，通常还被碾磨，或者制粒后碾磨形成适合用作食品添加物或动物饲料的物理状态。
还可以对大豆或豆粕进行进一步加工使得生成的饲料更加可口，更易于利用和/或在动物中更容易消化。这些加工包括加入酶或营养物，和对豆粕进行热处理。另外，还可以对例如颗粒状或立方体状(cub)的豆粕进行进一步加工使其在分布上更紧凑、致密。
对豆粕进行进一步加工可以产生大豆粉(soybean flour)，大豆蛋白浓缩物和大豆蛋白分离物，其可应用于食品、饲料和工业。大豆粉是简单地通过碾磨和筛分脱脂豆粕而生产的。含有至少约65wt％蛋白质的大豆蛋白浓缩物是通过除去脱脂豆粕中的可溶性糖类物质而得到的。含水酒精抽提(60-80％乙醇)或在蛋白质的等电pH 4.5下酸浸出是最常用的去除可溶性糖类组分的方法。大豆蛋白浓缩物和组织化的浓缩物在加工食品、肉类、家禽、鱼、谷物和乳业系统中已发展了非常多的用途，本发明的高蛋白豆粕可以用于其中任何一种用途。
大豆蛋白分离物优选地通过标准的化学分离来生产，即通过溶解(pH 7-10下的碱提取)、分离然后等电点沉淀将蛋白质从脱脂的大豆薄片(flake)中抽提出来。结果，分离物含有以干重为基础至少约90wt％的蛋白质。它们有时富含钠和矿物质(灰分)，这种性质可能限制它们的应用。它们主要应用于乳替代品，例如用于婴儿配方食品和代乳品中。
大豆粉经常用于制造肉的补充剂和类似物(analog)、宠物食品、焙烤食品的配料和其他食品。由大豆粉和分离物制造的食品包括婴儿食品、糖果产品、谷物食品、食用饮料、面条、酵母、啤酒和爱儿啤酒(ale)等等。
本发明的豆粕可以进一步加工为此处描述的任何产品。使用本发明的高蛋白豆粕的优点是高蛋白和低糖类含量，从而降低了获得所需的终产品的加工程度。
大豆还在工业上有许多用途。大豆在工业上常见的用途之一是制备可用于制造复合材料(composites)例如木复合材料的粘合剂。基于大豆的粘合剂用于制造普通木制品例如胶合板(plywood)已经有70多年的历史了。尽管脲-甲醛和酚-甲醛树脂的推广减少了基于大豆的粘合剂在木制品中的应用，但是对环保的考虑以及消费者对于可再生的原材料制造的粘合剂的偏爱，开发新的基于大豆的产品用于木复合材料工业重新引起了人们的兴趣。
粘合剂的制备代表了来自大豆的蛋白质级分(fraction)的另一个常见的工业应用。大豆粘合剂的例子包括大豆水解物粘合剂和大豆粉粘合剂。大豆水解物是通过将大豆蛋白分离物在5％氢氧化钠溶液中加热(120℃)和加压(30psig)反应而制得的无色水溶液。如此得到的降解的大豆蛋白质水溶液是碱性的(pH 11)且在室温下易流动(大约500cps)。从大豆粉可以制得多种粘合剂配方，其中第一步通常需要将大豆粉溶于氢氧化钠溶液中。由此得到的配方的强度及其他性质会依赖于配方中的添加剂而改变。大豆粉粘合剂也可能可以和其他市售的树脂联合使用。
饲料配方
本发明的高蛋白豆粕用于多种饲料配方。在一个优选的实施方案中，本发明的高蛋白豆粕用于单胃动物例如猪和家禽的饲料配方。由于本发明的豆粕的蛋白含量较高，添加(inclusion)率通常较之商品化的豆粕低。在饲料配方中使用本发明的高蛋白豆粕将降低饲料中的总大豆蛋白，大豆纤维，大豆寡糖和钾离子(K+)。降低这些组分对于不能充分利用大豆纤维或大豆蛋白源的幼小的哺乳动物或家禽可能是有益的。另外，由于本发明的高蛋白豆粕的能量含量高于商品化的豆粕，将减少家禽饲料中所需要包含的(inclusion)外源油脂源。这对于家禽生产者提供了一个潜在的益处，使得他们可以避免使用不合适的饲料级油或脂肪源。当使用本发明的高蛋白豆粕时，可以减少豆粕和油或脂添加物的总质量的组合，这样就可以在饲料配方中创造出更多的空间来加入其他配料。本发明的高蛋白豆粕的这种特性对动物生产者和饲料配制者是有益的，使得他们在配制饲料时可以有更多的选择。
本发明的高蛋白豆粕的另外一个特性是与商品化豆粕相比更稳定的蛋白质和能源质量。更稳定的蛋白质和能源质量可以减少其他副产品例如下脚骨肉粉(meat and bone meal)和家禽副产品的使用。这样可以减少对于配料贮仓的需要，从而减少维护这些配料贮仓的维护费用。下表举例说明了使用本发明的高蛋白豆粕时选择饲料配方的灵活性。该表显示了一种代表性的玉米-豆粕配方(Agri Stats 2001 Annual Analysis，Agri Stats Inc.，FortWayne，Indiana)的组成，以及使用本发明的高蛋白豆粕的三种替代配方。该表显示，当配制者使用本发明的高蛋白豆粕作为配料时，可以替代焙烤副产品或者省去下脚骨肉粉的使用。
表1.一种典型的玉米-豆粕配方(Agri Stats 2001 Annual Analysis，AgriStats Inc.，Fort Wayne，Indiana)的组成，以及使用本发明的高蛋白豆粕的三种替代配方。
Figure G05803200120060801D000101
本发明在下面的实施例中得到进一步说明，这些实施例的提出是为了帮助说明而并非意在以任何方式限定本发明。所使用的技术是本领域熟知的标准技术或者在下文具体描述的技术。
实施例1
本实施例描述了可用于产生本发明的高蛋白豆粕的高蛋白大豆的生产。
培育了6种蛋白加油含量高且与商品化品种具有相同产量的大豆品种，如下面例子所示。育种和筛选步骤根据Byrum等(美国公开专利申请No.20040060082)的描述进行。在商业种子生产者通常使用的标准农艺操作下进行了三个单独的产量试验，试验在遍及印第安纳、伊利诺伊和艾奥瓦州(Iowa)的不同地点进行。在每个地点，除了蛋白质和油的分析外，还进行了产量的测量和倒伏的评估。每个试验都与选择的商品化品种进行比较。这些试验的结果显示在下面的表2-4。
表2.高蛋白大豆品种DRM2004A0R和选择的商品化品种的产量试验评估。结果代表了遍及美国中西部的19个不同地点的平均值。
                         相对     产量    倒伏   蛋白质      油          蛋白质+油
品种                     成熟度   (bu/A)  评分   (％干物质)  (％干物质)  (％干物质)
DRM2004A0R               2.0      48.0    1.6    45.3        20.6        65.9
ASGROW BRAND AG1901      1.9      48.5    2.2    40.1        22.8        62.9
PIONEER BRAND 91M90      1.9      47.3    1.8    41.2        20.9        62.1
DEKALB BRAND DKB19-52    1.9      47.4    1.3    39.7        21.7        61.4
SYNGENTA BRAND S19-V2    1.9      48.5    1.2    40.3        21.3        61.6
ASGROW BRAND AG1903      1.9      49.5    1.5    39.7        20.9        60.6
ASGROW BRAND AG2001      2.0      48.0    1.8    41.2        22.0        63.2
DEKALB BRAND DKB20-52    2.0      52.2    1.3    40.4        22.1        62.5
PIONEER BRAND 92M00      2.0      46.9    1.6    40.5        21.8        62.3
表3.高蛋白大豆品种DOX2804E0R和DCP2904B04与选择的商品化品种的产量试验评估。结果代表了遍及美国中西部的25个不同地点的平均值。
                       相对    产量    倒伏   蛋白质      油          蛋白质+油
品种                   成熟度  (bu/A)  评分   (％干物质)  (％干物质)  (％干物质)
DOX2804E0R             2.8     49.5    3.4    44.0        20.2        64.2
DCP2904B0R             2.9     50.0    2.7    45.5        19.5        65.0
DEKALB BRAND DKB26-52  2.6     48.9    3.7    40.2        21.9        62.0
PIONEER BRAND 92M70    2.7     52.2    3.0    38.6        22.8        61.4
ASGROW BRAND AG2703    2.7     51.2    2.9    38.1        22.7        60.8
ASGROW BRAND AG2705    2.7     50.7    3.0    40.9        21.3        62.2
PIONEER BRAND 92M80    2.8     54.0    2.3    39.8        22.2        62.0
DEKALB BRAND DKB28-53  2.8     53.0    3.1    39.5        21.9        61.4
ASGROW BRAND AG2801    2.8     52.6    2.9    39.9        21.7        61.5
SYNGENTA BRAND S28-L9  2.8     51.3    4.6    42.2        20.0        62.2
表4.高蛋白大豆品种DBL3204F0R，DFN3204E04和DBL3404D0R与选择的商品化品种的产量试验评估。结果代表了遍及美国中西部的31个不同地点的平均值。
                       相对    产量    倒伏   蛋白质   油       蛋白质+油
品种                   成熟度  (bu/A)  评分   (％dmb)  (％dmb)  (％dmb)
DBL3204F0R             3.2     47.2    1.9    44.3     20.5     64.8
DFN3204E0R             3.2     47.3    2.7    44.4     19.5     63.9
DBL3404D0R             3.4     48      3.3    45.3     20.1     65.4
DEKALB BRAND DKB31-51  3.1     51.4    2.1    38.8     23.4     62.2
ASGROW BRAND AG3202    3.2     52.2    3.0    39.6     21.8     61.4
SYNGENTA BRAND S32-G5  3.2     48.5    2.1    36.1     22.7     58.8
ASGROW BRAND AG3302    3.3     51.3    3.2    39.0     22.2     61.2
ASGROW BRAND AG3305    3.3     53.1    2.3    35.3     22.8     58.1
SYNGENTA BRAND S34-U4  3.4     51.4    3.4    38.6     21.7     60.3
PIONEER BRAND 93M41    3.4     51.0    2.7    37.8     22.9     60.7
ASGROW BRAND AG3401    3.4     53.6    3.4    40.5     21.6     62.1
PIONEER BRAND 93M60    3.6     51.9    3.4    39.2     22.2     61.4
上述结果举例说明，具有至少约64％的蛋白质加油含量且可以具有商业化产量的高蛋白大豆品种可用于产生本发明的高蛋白豆粕。
实施例2
本实施例描述了在本发明的高蛋白豆粕的制备中应用的EXP125A大豆的生产。
EXP125A大豆在美国专利申请No.10/194,922中被描述为“大豆品种007583”，ATCC保藏号PTA-5764。
进行产量试验来评估EXP125A和其他高蛋白大豆品种的实例EXP2702REN和EXP2092REN。产量试验在商品种子生产者通常使用的标准农艺操作下，在遍及印第安纳、伊利诺伊和艾奥瓦州的14个不同地点进行，在每个地点都进行与选择的商品化品种的比较。试验结果显示在下面的表5，其产量表示为14个地点的平均值。该结果说明这些试验中评估的高蛋白大豆可以具有商业化产量。
表5.高蛋白品种EXP125A、EXP2702REN和EXP2092REN及选择的商品化品种的评估。该结果代表了遍及美国中西部的14个不同试验地点的平均值。
  类型   品种   产量(bu/A)
  高蛋白   EXP125A   47
  高蛋白   EXP2702REN   47
  高蛋白   EXP2902REN   46
  商品化   Asgrow A2247   46
  商品化   Asgrow A2553   53
  商品化   Pioneer 92B23   48
  商品化   Pioneer 92B35   48
  商品化   NK24-L2   48
为了生产用于加工高蛋白豆粕及本文后面描述的饲养试验所需要的量的大豆，在标准的农艺操作下，在美国中西部(艾奥瓦、伊利诺伊和印第安纳州)的不同地点种植EXP125A大豆。生产涵盖了总计约12,000英亩的商业农场。所有地点总计收获了大约14,500吨大豆籽粒。所有生产的籽粒都被运输到常规的商业规模加工设施。
实施例3
本实施例描述在商业规模加工设施中高蛋白豆粕的生产。下面描述的所有单元操作都使用商品化可购得的设备进行。
如实施例2所述，高蛋白大豆由卡车运到商业加工设施。送达时的大豆含水量为11-12％范围内，含油量测得为19.5wt％，蛋白质含量为45.2wt％(按干物质为基础)。
将大豆清洁而后干燥到平均初始含水量为10.4wt％。然后用双辊式破碎机将清洁并干燥的大豆破裂。
大豆裂片接着被输送到二级抽吸系统。从抽吸流中回收的所得豆皮具有0.84wt％的平均脂肪含量。然后将所得豆肉去皮最终产生含粗纤维2.9wt％的脱脂成品豆粕。根据需要调节抽吸真空系统的设置以使豆皮和豆肉的分离最优化。
豆肉接着在回转式预处理系统中接受热预处理。出口温度维持在157.4到160.1℉，裂片的表观(nominal)停留时间为30分钟。
链板式输送机(drag conveyor)将热的裂片从预处理器的出口输送到数个刨片机的进料器。裂片的加工过程中使用多种品牌和型号的刨片机。所有刨片机所产生的薄片都小于0.4mm(0.016”)厚。产生的薄片的大约60％接下来被用膨胀机膨化形成套爪。
接下来以0.7-0.8磅(lb)溶剂/磅全豆的比例，用异己烷对薄片和套爪(collets)进行溶剂提取，异己烷渗滤穿过26英尺直径的固定底座提取器。混合的套爪和薄片的床深度为8英尺。固体停留时间通常为20分钟。提取器温度保持在132.4和140.0℉之间。固体对溶剂进料比、固体停留时间、溶剂排出时间、床深度及其他提取器参数的设置都被调节以使油提取最优化，且都在本领域技术人员通常使用的范围之内。
使用168英寸脱溶剂器-烘烤器(DT)对经过溶剂提取的薄片和套爪脱溶剂。顺序使用串联的两台升膜式(rising film)蒸发器及一台刮油器来对提取的大豆油脱溶剂。操作条件是商业大豆提取设施通常使用的条件并为本领域技术人员所熟知。
所得豆粕被干燥到含水量低于12.5wt％，然后冷却到低于104℉。然后用锤磨机处理豆粕使得代表性的样品中多于80％的部分可以通过美国#10筛网。
如上所述生产了大约1140公吨的高蛋白豆粕。从火车车皮的卸货中取复合样品并分析，结果如下面的表6所示。然后，该豆粕被用于下面的实施例中描述的饲养试验。
表6.如实施例3所产生的高蛋白豆粕的复合样品的分析
        脲酶pH升高值1   粗蛋白(％)  残余粗脂肪(％)  粗纤维(％)  水分(％)
最小    0.02            52.8        0.9             2.6         11.4
平均    0.05            53.6        1.0             2.9         12.0
最大    0.11            54.4        1.2             3.4         12.6
1脲酶pH升高值是烘烤操作中发生的蛋白质变性的程度的指标。pH的升高值与未变性的脲酶的量成正比。
实施例4
本实施例描述了如实施例2所述商业规模生产的高蛋白豆粕的真代谢能(TME)的测定。
设计了一种代谢试验来测定该高蛋白豆粕的真代谢能。对36只44周龄的单冠白色来亨雄鸡(leghorn roosters)(Hy-line种)按3x 3拉丁方(Latinsquare)设计分别实施3种处理，这3种处理是：
对照-黄玉米，用于测定内源能量；
豆粕A-中试(pilot)规模加工的高蛋白大豆
豆粕B-中试规模加工的商品化大豆
试验前，将雄鸡随机地放养在代谢笼(metabolic cage)中并禁食30小时。第二天后，分别给每只雄鸡喂35克相应的处理饲料或对照，并用不锈钢盘持续48小时收集排泄物。重复3次该程序。
将收集到的排泄物单独称重、干燥然后再次称重以计算含水量。随机汇合3个样本，用弹式量热器(Parr Instrument Co.，Moline，Illinois)测定总能量(GE)。每种配方的排泄物汇合后用标准Wiley磨(Wiley mill)碾磨成粉，然后将每种粉各约1克分别用Parr压丸机(Parr Instrument Co.，Moline，Illinois)制成丸。然后将这些丸状样品放在绝热的氧弹(Parr Instrument Co.，Moline，Illinois)中测定总能量。对汇合的样品的分析按一式两份进行。
不同的豆粕的总能量按照和排泄物相似的程序进行。使用上述同样的实验设备将碾磨过的豆粕样品制成丸。然后将丸状样品放到同一绝热氧弹中，按照上面所述测定总能量。对汇合的样品的分析按一式两份进行。
按照下面的等式计算真代谢能(TME)：
TME＝(饲料克数x(饲料GE)-(收集的排泄物的克数x收集的排泄物GE)-(内源GE))/饲料克数
本文中所用的内源GE定义为从被喂以对照饲料(97％黄玉米(yellowcorn)和3％维生素/矿物质)的雄鸡收集的粪便样品的总能量。
另外，还进行蛋白质、油、粗纤维、中性洗涤剂纤维(neutral detergentfiber，NDF)、酸性洗涤剂纤维(acid detergent fiber，ADF)、灰分及氨基酸谱分析并与由一种标准豆粕所得的值作比较，该标准豆粕曾为国家研究委员会(National Research Council，NRC)所提及(Nutrient Requirement forPoultry(1994)及Nutrient Requirement for Swine(1998))。所有的分析都按照AOAC
Figure G05803200120060801D000161
Official MethodsSM (AOAC
Figure G05803200120060801D000162
International，Gaithersburg，Maryland)所提出的规范操作进行。简要地，粗蛋白分析依照AOAC
Figure G05803200120060801D000163
OfficialMethod 990.03(2000)；粗纤维参照AOAC
Figure G05803200120060801D000164
Official Method 978.10(2000)；灰分依照AOACOfficial Method 942.05(2000)；氨基酸谱依照AOAC
Figure G05803200120060801D000166
Official Method 982.30E(a，b，c)，CHP.45.3.05(2000)。NDF和ADF分析分别参照AOAC
Figure G05803200120060801D000167
56：1352-1356(1973)和AOAC
Figure G05803200120060801D000168
Official Method 973.18(A-D)(2000)，作了一些修改。
如下面表7所示的结果显示，高蛋白豆粕的TME比常规豆粕的TME高出175kcal/kg(2660对2485kcal/kg)。另外，与蛋白质的增加相比，精氨酸和缬氨酸的浓度的增加更大。因此，氨基酸的质量是该高蛋白豆粕的另一显著特征。
表7.本发明的高蛋白豆粕与商品化(常规)豆粕的比较性分析
标准分析，％(90％干物质)
              高蛋白豆粕     常规豆粕a
              (HP SBM)
蛋白质        55.9           48.5
油            1.2            1.0
粗纤维        2.8            3.9
NDF           6.9            8.9
ADF           2.8            5.4
灰分          6.4            5.7
能量，kcal/kg
家禽TME       2,660          2,485
氨基酸含量，％(88％干物质)
              高蛋白豆粕    常规豆粕(SBM)
赖氨酸        3.34          2.96
甲硫氨酸      0.75          0.67
半胱氨酸      0.81          0.72
苏氨酸        2.05          1.87
色氨酸        0.78          0.74
精氨酸        4.12          3.48
异亮氨酸      2.50          2.12
亮氨酸        4.20          3.74
缬氨酸        2.67          2.22
组氨酸        1.48          1.28
苯丙氨酸      2.80          2.34
酪氨酸        1.91          1.95
甘氨酸        2.26          2.05
丝氨酸        2.36          2.48
丙氨酸        2.25          -
天冬氨酸      6.35          -
谷氨酸        10.48         -
a常规豆粕组合物的数据来自NRC，Nutrient Requirement for Poultry(1994)and Swine(1998)。
实施例5
本实施例描述用肉仔鸡(broilers)进行的饲养试验，以评价如实施例2所产生的高蛋白豆粕。
使用总共960只雄性肉仔鸡(以下称作“鸡”(”bird”))进行受控的地栏(floor pen)试验，以评估高蛋白豆粕(HPSBM)与商品化豆粕(SBM)相比的营养价值。所用的鸡(480)的一半是Cobb 500(Cobbs-Vantress，Siloam Springs，Arkansas)，另一半是Ross 308(Aviagen，Huntsville，Alabama)。对这些鸡随机地分别施以如下表所列的3种处理。
表8实施例5所述的肉仔鸡饲养试验中所用处理的描述
  处理1SBM-对照  处理2HPSBM-I   处理3HPSBM-II
  描述   商品化豆粕(SBM)  配制为与处理1具有相同的蛋白质和氨基酸水平的食谱。假定HPSBM和SBM之间ME相等   为处理1的等容食谱，用相等的HPSBM替代SBM的使用
  主配料   玉米，SBM，油脂(tallow)  玉米，HPSBM，油脂   玉米，HPSBM，油脂
Figure G05803200120060801D000181
从第1天到第42天，用根据以上列出的处理策略配制的幼雏期、生长期和肥育期饲料食谱喂鸡。每种食谱喂养14天。下表所示的结果说明被喂以HPSBM-II的鸡与其他两种食谱相比，明显地具有更大的体重增长和更好的饲料转化率。喂以HPSBM-I食谱的鸡比喂以对照饲料的鸡生长得稍微少一些(P＞0.05)。但是饲料转化率比对照食谱好4.2点(HPSBM-I和SBM对照分别是1.748和1.790)。这些结果显示HPSBM的能量高于商品化SBM，因此，喂以HPSBM-I食谱的鸡以类似的速度生长，但是其体重增长更有效率。这些结果证实了实施例3描述的TME测定结果。
表9.实施例5描述的肉仔鸡饲养试验结果
  配方   日平均增重，g   饲料：增重比
  SBM-Control   55.92   1.790
  HPSBM-I   55.06   1.748
  HPSBM-II   57.66*   1.698*
*P＜.05
实施例6
本实施例描述商业规模的肉仔鸡饲养试验，其比较一种具有48％蛋白质(48％SBM)的商品化豆粕与如实施例2所制备的高蛋白豆粕(HPSBM)的性能。
本试验是在美国东南部多个商业农场进行的。本试验中使用的畜舍的时间在1到25年，全部都配置有加热和通风设施。每个商业养殖场养有15,000到18,000只鸡。随意(ad libitum)地向鸡供应清洁的水和新鲜的饲料。所有的商业农场都使用常规的保健和管理程序，而不另加修改。养殖场被随机地指定为喂养含有商品化豆粕的对照定额饲料或喂养含有高蛋白豆粕的定额饲料。
根据Agri.Stats Report 2003(Agri Stats，Fort Wayne，Indina)所载的标准工业操作，配制了四个不同阶段的饲料，对应于幼雏期饲料(starter)、生长期饲料(grower)、停药期1饲料((停添加剂期1)withdraw 1)和停药期2饲料((停添加剂期2)withdraw 2)。这些饲料中的基础配料为玉米和豆粕，配方中的平衡用料则由一些焙烤食品厂和精炼(rendering)厂的普通副产品组成。使用商品化豆粕或者高蛋白豆粕，将每个阶段的饲料被配制为具有相等的能量、蛋白质和必需氨基酸水平。汇总的数据如下表所示。
表10.如实施例6所述使用本发明的高蛋白豆粕进行商业饲养试验的结果。
  #鸡   存活率，％   第一周死亡率％   饲料：体重比(gain ratio)  5磅鸡所需热量
  HPSBM   819,500   96.75   0.87   1.86  2,587
  48％SBM   564,600   96.39   1.29   1.90  2,620
这些结果显示用HPSBM喂养的鸡具有稍好的存活率(+0.36)和提高的饲料：增重比(4点)。该结果说明在本试验的等热量和等氮条件下，HPSBM与标准的商品化豆粕相比显示出更好的生长性能。
实施例7
本实施例描述了中试工厂中生产的高蛋白豆粕与中试工厂中以商业规模生产的商品化豆粕的蛋白质和氨基酸消化率(digestibility)的比较。
使用180只雄性Ross 308肉用仔鸡进行确定中试工厂加工的高蛋白豆粕(HPSBM)的氨基酸(AA)消化率的实验。本实验按随机完全区组设计(randomized complete block design)使用5种食谱处理，每种处理进行6次重复实验。每个处理重复实验由2栏组成，每栏3只鸡。用普通玉米-豆粕、幼雏期饲料和生长期饲料食谱(按工业平均水平配制)喂养26天。在鸡龄26天时，将鸡称重并调配使得各重复实验的平均重量相等。在鸡龄26天时开始使用处理食谱，投喂4天。鸡的饲料和水供应可随意无限制。鸡龄29天时，收集新鲜排泄物用以确定能量消化率和氨基酸消化情况。
如表11(1)所示的所有试验食谱，它们所含所有配料(ingredients)的浓度都是相同的，除了豆粕源以外。加入氧化铬和钛作为不消化的标记物。
本试验的豆粕的处理分配如下：
1.由商业粉碎工厂加工的商品化大豆。
2.中试工厂规模加工的商品化大豆(与处理1相同的大豆源)。
3.中试工厂规模加工的高蛋白大豆(豆粕含有4,900胰蛋白酶抑制剂单位及0.11个脲酶pH上升值)。
4.中试工厂规模加工的高蛋白大豆(豆粕含有6,800胰蛋白酶抑制剂单位及0.47个脲酶pH上升值)。
处理3和4代表在同一次加工过程(run)中不同时间点上采取的样品。每个处理的重复试验由两个栏构成，将两个栏的排泄物样品合并、冷冻、冻干、碾磨然后分析氧化铬和氨基酸。栏温控制在65+/-2℉，整个试验使用的照明方案为23小时照明，其中从午夜开始有1个小时黑暗期。每个栏由三只鸡组成，生长密度为每只鸡0.67平房英尺。
通过比较处理重复实验的平均值将数据汇总，并使用SAS(SAS Institute.，Cary，North Carolina)的普通线性模型(General Linear Models，GLM)方法对每个测量结果的偏差进行统计学分析。
表11.试验食谱的配料组成
Figure G05803200120060801D000211
1商品化豆粕(SBM)，在商业粉碎工厂加工
2中试工厂规模生产的商品化豆粕(与处理1相同的大豆源)
3中试工厂生产的高蛋白大豆，具有4,900胰蛋白酶抑制剂单位及0.11个脲酶pH上升值(0.11urease)。
4中试工厂生产的高蛋白大豆，具有6,800胰蛋白酶抑制剂单位及0.47个脲酶pH上升值。
消化率数据如表12所示。两个HPSBM处理的半胱氨酸消化率较之两个商品化SBM(分别为处理1，2和处理3，4)为高(P＜0.04)。但是对于所有其他的氨基酸，HPSBM和商品化SBM具有相同的(P＞0.05)消化率。商业规模加工的商品化SBM与中试工厂规模加工的商品化SBM(分别为处理1和2)的消化率没有区别(P＞0.06)。另外，所有中试工厂规模加工的SBM对于任何一种氨基酸的平均值没有区别(P＞0.15)(处理1，2，3和4)。两个HPSBM(处理3和4)对于甲硫氨酸、半胱氨酸、缬氨酸和异亮氨酸消化率的平均值要高于(P＜0.04)中试工厂规模加工的普通豆粕(处理2)。其他氨基酸的消化率相等(P＞0.04)。两种中试工厂规模加工的SBM的消化率没有区别(P＞0.15)。
表12.商品化SBM和HPSBM的氨基酸消化率1
Figure G05803200120060801D000221
1来自从30日龄的Ross 308肉仔鸡的下回肠收集的排泄物。
2在商业粉碎工厂加工的商品化豆粕。
3中试工厂规模粉碎的商品化豆粕(与处理1相同的大豆源)
4中试工厂规模粉碎的高蛋白大豆(4,900胰蛋白酶抑制剂单位及0.11个脲酶pH上升值)。
5中试工厂规模粉碎的高蛋白大豆(6,800胰蛋白酶抑制剂单位及0.47个脲酶pH上升值)。

Claims (19)

1.含有以干重为基础至少58％的蛋白质的豆粕，其中没有加入外源的蛋白质源，其中所述豆粕产生自可具有商业化产量的大豆，其中所述商业化产量为至少30蒲式耳每英亩(Bu/A)的实际籽粒产量，这是在标准农艺操作下种植，在至少14种环境中测量所得的平均值。
2.权利要求1的豆粕，其中所述大豆具有以干重为基础至少45％的蛋白质含量。
3.权利要求1的豆粕，其中所述大豆具有以干重为基础至少64％的油加蛋白质含量。
4.权利要求1的豆粕，其中所述豆粕包含以干重为基础至少60％的蛋白质。
5.权利要求1的豆粕，其中所述豆粕包含以干重为基础至少62％的蛋白质。
6.由加工高蛋白大豆品种产生的豆粕，该高蛋白大豆品种具有以干重为基础大于约45％的平均全种子总蛋白质含量，其中该大豆品种可具有商业化产量，其中所述商业化产量为至少30蒲式耳每英亩(Bu/A)的实际籽粒产量，这是在标准农艺操作下种植，在至少14种环境中测量所得的平均值。
7.权利要求1的豆粕，其中该大豆是转基因的。
8.权利要求7的豆粕，其中该转基因大豆含有赋予除草剂抗性的外源基因。
9.权利要求8的豆粕，其中该转基因大豆对草甘膦除草剂具有抗性。
10.含有权利要求1的豆粕的饲料。
11.从权利要求1的豆粕制备的蛋白质分离物。
12.从权利要求1的豆粕制备的蛋白质浓缩物。
13.饲养动物的方法，包括在饲料定额中掺入含有以干重为基础至少58％的蛋白质的豆粕，其中未添加外源的蛋白质源，其中该豆粕产生自可具有商业化产量的大豆，其中所述商业化产量为至少30蒲式耳每英亩(Bu/A)的实际籽粒产量，这是在标准农艺操作下种植，在至少14种环境中测量所得的平均值。
14.权利要求13的方法，其中所述豆粕含有以干重为基础至少60％的蛋白质。
15.权利要求13的方法，其中所述豆粕含有以干重为基础至少62％的蛋白质。
16.权利要求13的方法，其中所述动物选自由家禽、猪、牛和伴侣(companion)动物构成的组。
17.权利要求13的方法，其中所述动物是家禽。
18.含有以干重为基础至少58％的蛋白质的豆粕，其中没有加入外源的蛋白质源，其中所述豆粕产生自包括ATCC保藏号PTA-5764的大豆品种。
19.加工大豆的方法，包括：提供含有以干重为基础至少45％的蛋白质含量的大豆，其中该大豆可具有商业化产量；加工此大豆以产生油级分和豆粕级分，其中所述商业化产量为至少30蒲式耳每英亩(Bu/A)的实际籽粒产量，这是在标准农艺操作下种植，在至少14种环境中测量所得的平均值。
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