CN101653188B - 一种羽毛蛋白粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及羽毛蛋白粉的制备方法以及采用所述方法制备的羽毛蛋白粉。本发明首先进行洗涤、干燥和切割预处理，然后采用汽爆技术对羽毛进行有效的汽爆处理，破坏羽毛角蛋白的稳定空间结构，再进行酶解处理，使其变为可溶性的小肽及氨基酸，从而提高羽毛蛋白的胃蛋白酶消化率，使其生物学效价得到很大的提高。本发明的生产方法简单、生产成本低、加工周期短，而且设备效率高，羽毛粉中粗蛋白含量高达90％以上，体外胃蛋白消化率达到88％以上。

Description

一种羽毛蛋白粉及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及动物饲料技术领域。更具体地，本发明涉及羽毛蛋白粉制备方法，还涉及采用所述方法制备的羽毛蛋白粉。

【背景技术】

家禽养殖业是我国畜牧业的支柱产业之一，也是规模化集约化程度最高、与国际先进水平最为接近的产业，但是蛋白饲料资源的不足与缺乏已严重制约家禽养殖业的可持续发展，主要靠进口鱼粉来填补能量饲料中的蛋白质空缺。根据国家饲料工业办公室的预测，到2010年，我国蛋白质饲料需要量为6000万吨，而供给量仅能达到2200万吨。面对如此巨大的资源缺口，如何找到合适的动物蛋白源已成为当前饲料业的重要课题。

羽毛的蛋白质含量为80％-90％，并且富含必需氨基酸，除蛋氨酸、赖氨酸等4钟含量稍低外，其他氨基酸含量均高于鱼粉。在国际上被认为是一种有巨大潜在价值的蛋白质。随着我国养禽业的不断发展，每年家禽出栏数达32亿只，年生产家禽羽毛20万吨以上，但被利用的不足10万吨。大量的家禽羽毛被浪费，同时还造成了严重的环境污染。

由于羽毛角蛋白的特殊结构，严重影响其开发利用。从一级结构看，羽毛角蛋白含胱氨酸较多(4.65％)，胱氨酸中的二硫键在肽链间形成交联结构阻碍了角蛋白的溶解；从高级结构上看，α-螺旋状的肽链组成复合螺旋式的初原纤维，11根初原纤维构成小原纤维，小原纤维在平行排列大原纤维二形成角蛋白，空间构象属纤维蛋白。由于角蛋白结构复杂，表现出质够坚硬、不溶于水、不能酶解、不能被消化吸收，必须通过物理或化学手段处理使之结构发生变化，变成小肽、氨基酸等才能被动物消化吸收。

目前，羽毛处理方法主要有高温高压水解法、酸碱水解法和酶降解法等。

高温高压水解法一般应用于角蛋白饲料生产中，其流程为：羽毛清杂、投入水解罐，直接或间接通入蒸汽，水解成块状蛋白质凝胶，烘干粉碎后用作饲料。产品质量取决于时间、温度、压力等工艺参数。目前我国大多采用这种方法进行角蛋白饲料的生产。由于工艺设备落后，工艺参数不易控制，水解效果不佳，产品质量不稳定，氨基酸消化率低或蛋白质严重变生。

酸碱水解法在中和阶段，需消耗大量酸碱，产品含盐量过高，适口性差，产品用作饲料或饲料添加剂后，会抑制动物生长，加之产生大量的酸碱废水，污染环境，因此应用受到一定限制。

近年来也有氧化法提取羽毛角蛋白的报道，采用的氧化剂主要有过氧乙酸、卤素和双氧水等，但也存在氧化反应时间长、羽毛溶解率低的缺陷。生物技术包括微生物及酶降解的办法，然而，现在还没有简单的方法可以用于工业生产，尤其是利用角蛋白酶或降解角蛋白的微生物对角蛋白进行工业化分解。通常情况下，普通的酶难以分解羽毛蛋白(何武顺，饲用羽毛粉的加工方法，粮食与饲料工业，2001(2)：21-24)，因此该法的关键在于能否找到高效降解菌株并设计出一套适合这种高效降解菌株的水解工艺。

在羽毛粉的加工处理方面，借助在温和条件下复合处理方法，可获得上面描述的方法所没有的许多优点。CN 02156489.2公开了一种羽毛粉的加工处理方法，该方法使用弱碱性盐、弱酸性盐作为氧化还原剂，酵母菌作为催化剂进行反应，用置换的方式破解羽毛粉中的角蛋白分子链间的二硫键，然后再通过膨化机械处理得到羽毛粉。CN 92101599.2公开一种水解角蛋白的方法，该方法使用含有亚硫酸根离子的水溶液处理固态角蛋白成分以生成变性的角蛋白，再用角蛋白酶水解生成角蛋白水解液，经进一步处理后可用作饲料添加剂。

采用上述现有技术获得的羽毛蛋白粉产品的胃蛋白酶消化率仅仅达到约80％，这表明本技术在提高蛋白饲料的体外消化率方面优势突出。

为此，本发明人经过大量试验研究，终于完成了本发明，本发明不同于上述现有技术，采用物理与生物方法相结合的处理方式，反应条件更加温和，避免了剧烈的化学反应，对羽毛粉的品质无影响，质量稳定。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种羽毛蛋白粉的制备方法。

本发明的另一个目的是提供一种羽毛蛋白粉。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明涉及一种羽毛蛋白粉的生产方法。

该方法的步骤如下：

1)家禽羽毛原料进行洗涤、干燥与切割预处理；

2)将预处理羽毛装满汽爆机的爆腔，在室温与1.0-2.5MPa的压力下进行汽爆处理；

3)按照羽毛与水的重量比为1∶1至1∶5往汽爆处理的羽毛中加水；

4)使用酸或碱将其水的pH调节至6.0-8.5，然后以家禽羽毛原料重量计加入0.05％-0.5％蛋白酶制剂，再在温度45-75℃下进行酶解反应0.5-3h；

5)上述步骤4)得到的酶解液在100℃下保温8-12min灭酶；

6)灭酶后再进行干燥、粉碎得到羽毛蛋白粉。

根据本发明的一种优选实施方式，所述的家禽羽毛原料是一种或多种选自鸡、鸭、鹅羽毛或羽绒加工下脚料的原料。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的干燥是以已知方式将所述的家禽羽毛原料干燥至以所述原料总重量计水含量小于18％。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的家禽羽毛原料在洗涤干燥后不经切割而直接使用。

优选地，切割处理的尺寸降低至1.0cm以下较佳。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的汽爆处理时间是60-500秒。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的酸选自无机酸或有机酸；所述的碱选自无机碱或有机碱。

优选地，所述的无机酸选自硫酸、盐酸、硝酸或磷酸；所述的有机酸选自乙酸、柠檬酸、酒石酸或丙酸；所述的无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或氢氧化铵；所述的有机碱选自丁胺、辛胺、乙醇胺或四甲基氯化铵。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的酶是一种或多种选自真菌蛋白酶、细菌蛋白酶、胰蛋白酶、组织蛋白酶、木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶的蛋白酶。

本发明还涉及采用所述方法得到的羽毛蛋白粉，其特征在于所述羽毛蛋白粉的粗蛋白含量是以所述羽毛蛋白粉总重量计90％以上，所得产品的体外胃蛋白酶消化率在88％以上。

下面将详细地描述本发明。

本发明首先采用汽爆技术对羽毛进行有效的预处理，破坏羽毛角蛋白的稳定空间结构，然后进行酶解处理，使其变为可溶性的小肽及氨基酸，从而提高羽毛蛋白的胃蛋白酶消化率，使其生物学效价得到较大的提高。

本发明涉及一种羽毛蛋白粉的生产方法。

该方法的步骤如下：

1)家禽羽毛原料进行洗涤、干燥与切割预处理。

家禽羽毛的蛋白含量很高，而且富含动物所需的多种必需氨基酸，但是家禽羽毛因为其所含的角蛋白稳定性非常强，很难被胃肠道内的消化酶消化，造成消化利用率极低，所以没有得到有效的利用。因此，家禽羽毛原料需要进行预处理。

在本发明的意义上，所述的家禽羽毛原料应该理解是任何动物羽毛原料，例如鸡、鸭、鹅羽毛、驼鸟、鸽子、火鸡羽毛，还应该理解是家禽食品加工或羽毛加工工业的含有羽毛的废料。

优选地，所述的家禽羽毛原料是一种或多种选自鸡、鸭、鹅羽毛或羽绒加工下脚料的原料。

家禽羽毛原料预处理包括用水洗涤除去在该原料中夹带的诸如沙土、杂草等杂物。

洗涤方式可以是没有任何限制，例如可以采用直接用水冲洗方式，或者采用水浸泡与沥干相结合的方式。

然后，以已知方式进行干燥，将所述的家禽羽毛原料干燥至以所述原料总重量计水含量小于18％。所谓的已知干燥方式可以包括例如自然晾干、使用烘干设备干燥之类的本技术领域的技术人员熟知的方式。

所述的切割并非必须的，切割手段是采用本技术领域的技术人员已知的粉碎技术将家禽羽毛尺寸减小至符合以后处理的要求，例如减小至1.0cm以下，更有利于后续处理。实施所述切割所使用的设备也是本技术领域的技术人员已知的设备，例如上海嘉定粮油仪器有限公司生产的微型粉碎机。

2)将预处理羽毛装满汽爆机的爆腔，在室温与1.0-2.5MPa的压力下进行汽爆处理。

前面处理得到的干燥羽毛接着进行汽爆处理。

汽爆技术的本质是让渗透到植物组织内部的压缩气体在毫秒级时间内突然释放出来，能量密度高而且集中，因此可以充分地将物料大分子分解成小分子。对于本发明而言，汽爆技术可以破坏羽毛角蛋白的稳定空间结构，将羽毛角蛋白分解成蛋白小分子。

本发明使用的脉冲汽爆机是目前市场上大量销售的脉冲汽爆机，例如河南鹤壁市正道重机厂生产的蒸汽爆破装置。

优选地，所述的预处理羽毛在脉冲汽爆机中在室温与1.0-2.0MPa的压力下进行汽爆处理。

更优选地，所述的预处理羽毛在室温与1.2-1.8MPa的压力下进行汽爆处理。

所述的汽爆处理时间是60-500秒。

3)按照羽毛与水的重量比为1∶1至1∶5往汽爆处理的羽毛中加水。

优选地，羽毛与水的重量比为1∶2至1∶4。

更优选地，羽毛与水的重量比为1∶2至1∶3。

4)使用酸或碱将其水的pH调节至6.0-8.5，然后以家禽羽毛原料重量计加入0.05％-0.5％蛋白酶制剂，再在温度45-75℃下进行酶解反应0.5-3h。

酶制剂是指从微生、物动物和植物中提取的具有生物催化特性的蛋白质，主要作用是催化食品加工过程中各种化学反应，改进食品加工方法。它的特点是用量少，催化效率高，专一性强。

在本发明中，所述的酶选自真菌蛋白酶、细菌蛋白酶、胰蛋白酶、组织蛋白酶、木瓜蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶以及它们的混合物。

优选地，所述的酶选自真菌蛋白酶、细菌蛋白酶、胰蛋白酶、组织蛋白酶以及它们的混合物。

更优选地，所述的酶选自细菌蛋白酶、胰蛋白酶以及它们的混合物。

所述的真菌蛋白酶、细菌蛋白酶、胰蛋白酶、组织蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝白酶都是目前市场上销售的产品，例如由上海宝丰生化有限公司供应的以商品名真菌蛋白酶销售的真菌蛋白酶，诺维信公司以Alcalase销售的碱性蛋白酶，上海楷洋生物技术有限公司以商品名胰蛋白酶销售的胰蛋白酶，上海麦莎生物科技有限公司提供的以商品名组织蛋白酶D销售的组织蛋白酶等。

在本发明中，所述的酶解反应优选地在温度50-70℃下进行1.0-2.5h，更优选地在温度60-65℃下进行1.0-1.5h。

所述的酸选自无机酸或有机酸。

所述的无机酸选自硫酸、盐酸、硝酸或磷酸；所述的有机酸选自乙酸、柠檬酸、酒石酸或丙酸。

优选地，所述的无机酸选自硫酸、盐酸或磷酸；所述的有机酸选自乙酸、柠檬酸或丙酸。

更优选地，所述的无机酸选自硫酸或盐酸；所述的有机酸选自乙酸或柠檬酸。

所述的碱选自无机碱或有机碱。

所述的无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或氢氧化铵；所述的有机碱选自丁胺、辛胺、乙醇胺或四甲基氯化铵。

优选地，所述的无机碱选自氢氧化钠、碳酸钠或氢氧化铵；所述的有机碱选自丁胺、辛胺或四甲基氯化铵。

更优选地，所述的无机碱选自氢氧化钠或碳酸钠；所述的有机碱选自丁胺或辛胺。

5)上述步骤4)得到的酶解液在100℃下灭酶8-12min。

在本发明中，所述灭酶应该理解是将所述酶解液中的酶失去活性的一种操作。能够实现将所述酶解液中的酶失去活性的任何方法也都适合于本发明，例如干热、微波、常压蒸汽、高压蒸汽法，或者常压蒸汽与微波结合法、高压蒸汽与微波结合法。

6)灭酶后再进行干燥、粉碎得到羽毛蛋白粉。

灭酶后的酶解液采用热风干燥或流化床干燥，干燥产物再使用粉碎机进行粉碎，得到本发明的羽毛蛋白粉。

采用国家标准GB/T6432“饲料中粗蛋白测定方法”测定了所得到羽毛蛋白粉中的粗蛋白质含量，以所述羽毛蛋白粉总重量计90％以上。

采用国家标准GB/T 17811-2008《动物性蛋白质饲料胃蛋白酶消化率的测定过滤法》测定本发明的羽毛胃蛋白酶消化率可以达到88％以上。

[有益效果]

本发明的生产方法简单、生产成本低、加工周期短，而且设备效率高，羽毛粉中粗蛋白含量高达90％以上，本发明羽毛蛋白粉产品的胃蛋白酶消化率可以达到88％以上，而采用现有技术获得的羽毛蛋白粉产品的胃蛋白酶消化率仅仅达到约80％。

将汽爆技术用来处理羽毛，可短时间实现预处理效果，极大降低了工业生产的单位能耗、减少了汽爆产物的污染程度。

采用酶法综合利用工艺，由于酶解反应条件温和，避免了剧烈的化学反应，对羽毛粉的品质影响小，生产的羽毛粉品质高、质量稳定。

废物得到充分回收，变废为宝，美化环境。

【具体实施方式】

实施例1

利用羽绒加工后的废料，用水洗净，晾干后使用上海嘉定粮油仪器有限公司生产的微型粉碎机粉碎至1.0cm；然后将粉碎废羽毛加到河南鹤壁市正道重机厂以商品名QBS系列汽爆工艺试验台销售的脉冲汽爆机，装满汽爆机的爆腔，在室温与1.8MPa的压力下进行汽爆处理500s，然后泄压，爆破取出，加入广西南宁杰沃利生物制品有限公司以商品名木瓜蛋白酶销售的蛋白酶，木瓜蛋白酶的量是以所述废料重量计0.1％，在温度50℃与搅拌条件下进行酶解反应1.0h，得到的酶解液在100℃下保持8min进行灭酶，灭酶后再在恒温条件下进行干燥，得到的产物再使用上海嘉定粮油仪器有限公司生产的微型粉碎机进行粉碎至20目，这样得到羽毛蛋白粉。

采用国家标准GB/T 17811-2008《动物性蛋白质饲料胃蛋白酶消化率的测定过滤法》测得该实施例羽毛胃蛋白酶消化率为92.9％。

采用国家标准GB/T6432“饲料中粗蛋白测定方法”测定了该实施得到的羽毛蛋白粉中的粗蛋白质含量，以所述羽毛蛋白粉总重量计91.0％。

实施例2

利用鸡毛为原料，用水洗净，晾干后将粉碎废羽毛加到脉冲汽爆机(河南鹤壁市正道重机厂生产的蒸汽爆破装置)，装满汽爆机的爆腔，在室温与1.2MPa的压力下进行汽爆处理60s，然后泄压，爆破取出，加入诺维信公司销售的Alcalase木瓜蛋白酶，该木瓜蛋白酶的量是以所述废料重量计0.2％，在温度60℃与搅拌条件下进行酶解反应3.0h，得到的酶解液在100℃进行灭酶10min，灭酶后再在恒温条件下进行干燥，得到的产物再使用粉碎机(上海嘉定粮油仪器有限公司)进行粉碎至20目，这样得到羽毛蛋白粉。

采用国家标准GB/T 17811-2008《动物性蛋白质饲料胃蛋白酶消化率的测定过滤法》测得该实施例鸡毛胃蛋白酶消化率为88.8％。

采用国家标准GB/T6432“饲料中粗蛋白测定方法”测定了该实施得到的羽毛蛋白粉中的粗蛋白质含量，以所述羽毛蛋白粉总重量计91.5％。

实施例3

利用鸭毛为原料，用水洗净，晾干后使用粉碎机(上海嘉定粮油仪器有限公司)粉碎至0.5cm；然后将粉碎废羽毛加到脉冲汽爆机(河南鹤壁市正道重机厂生产的蒸汽爆破装置)，装满汽爆机的爆腔，在室温与1.5MPa的压力下进行汽爆处理180s，然后泄压，爆破取出，加入上海楷洋生物技术有限公司以商品名胰蛋白酶销售的胰蛋白酶，胰蛋白酶的量是以所述鸭毛重量计0.05％，在温度50℃与搅拌条件下进行酶解反应1.5h，得到的酶解液在100℃下灭酶10min，灭酶后再在恒温条件下进行干燥，得到的产物再使用微型粉碎机(上海嘉定粮油仪器有限公司)进行粉碎至20目，得到羽毛蛋白粉。

按上实施例测定方法得到该实施例产品的胃蛋白酶消化率为90.2％。羽毛蛋白粉中的粗蛋白质含量(以所述羽毛蛋白粉总重量计)91.8％。

Claims (9)

1.一种羽毛蛋白粉的生产方法，其特征在于该方法的步骤如下：

1)家禽羽毛原料进行洗涤、干燥和切割预处理；

2)将预处理羽毛装满汽爆机的爆腔，在室温与1.0-2.5MPa的压力下进行汽爆处理，汽爆处理时间是60-500秒；

3)按照羽毛与水的重量比为1∶1至1∶5往汽爆处理的羽毛中加水；

4)使用酸或碱将其所用水的pH调节至6.0-8.5，然后以家禽羽毛原料重量计加入0.05％-0.5％蛋白酶制剂，再在温度45-75℃下进行酶解反应0.5-3h；

5)上述步骤4)得到的酶解液在100℃下保持8-12min灭酶；

6)灭酶后再进行干燥、粉碎得到羽毛蛋白粉。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的家禽羽毛原料是一种或多种选自鸡、鸭、鹅羽毛或羽绒加工下脚料的原料。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的干燥是以已知方式将所述的家禽羽毛原料干燥至以所述原料总重量计水含量小于18％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的家禽羽毛原料在洗涤干燥后不经切割而直接使用。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的酸选自无机酸或有机酸；所述的碱选自无机碱或有机碱。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的酸选自硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸或丙酸；所述的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、氢氧化铵、丁胺、辛胺、乙醇胺或四甲基氯化铵。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的酶是一种或多种选自真菌蛋白酶、细菌蛋白酶、胰蛋白酶、组织蛋白酶、木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶的蛋白酶。

8.根据权利要求1-8中任一项权利要求所述方法得到的羽毛蛋白粉，其特征在于所述羽毛蛋白粉的粗蛋白含量是以所述羽毛蛋白粉总重量计 90％以上。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述羽毛蛋白粉的体外胃蛋白酶消化率达到88％以上。