CN105472993B - 用于制造饲料组合物的方法 - Google Patents

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Abstract

在包括淀粉的饲料组分的蒸汽造粒中，向原料粉中添加α‑淀粉酶可以减少饲料压制中的能量消耗(能量输入)，并且增加通过量(容量/小时)，并且有可能降低压粒机中的温度。

Description

用于制造饲料组合物的方法
发明领域
本发明涉及一种用于制造饲料组合物的方法。
发明背景
许多动物饲料是以球粒形式制备的。饲料球粒的生产涉及使饲料经受湿热，随后进行机械压制。
蒸汽造粒(又称蒸汽粒化)涉及混合通常具有高淀粉含量的饲料组分，蒸汽调节该混合物，并且在模压机中机械压制以形成球粒。在蒸汽造粒中，在蒸汽处理后，该饲料混合物通常具有相当低的含水量，导致在球粒压制期间在饲料混合物中几乎没有淀粉的糊化。相比之下，饲料制备的可替代方法涉及挤出蒸制，其中含水量通常较高并且饲料中的淀粉趋向于高度糊化。饲料组分通常具有高淀粉含量，并且该造粒通常在比挤出的可替代方法低的湿度下完成。球粒的压制涉及相当大的能量消耗，并且感兴趣的是减少这种能量消耗。
US 2009/297644 A1披露了用于低温形成基于淀粉的饲料和/或基于蛋白质的饲料的方法。US 2004/076715 A1披露了制造干宠物食品产品的方法。
发明概述
诸位发明人已经发现在包括淀粉的饲料组分的蒸汽造粒中，向饲料组分中添加α-淀粉酶可以减少饲料压制中的能量消耗(能量输入)，并且增加通过量(容量/小时)，并且有可能降低压粒机中的温度。
因此，本发明提供了用于制造粒状饲料组合物的方法，该方法包括以下步骤：
a)将包括淀粉的饲料组分与α-淀粉酶混合，
b)蒸汽处理混合物(a)以获得按混合物的重量计低于20％的含湿量，并且
c)压制经蒸汽处理的混合物(b)以形成球粒，
在一定条件下进行以便相比于没有α-淀粉酶的方法减少步骤(c)中的能量消耗。
发明详述
饲料组分
本发明中所使用的饲料组分包括淀粉。包含淀粉的饲料组分典型地包括植物材料，如一种或多种谷物，例如玉米(玉蜀黍)、小麦、大麦、黑麦、水稻、高粱和小米中的一种或多种，和/或根茎类，如马铃薯、木薯和甘薯。可以研磨该植物材料，例如，湿磨或干磨谷物，或者蒸馏器干燥谷物固体(DDGS)。
这些饲料组分典型地包含20％-80％w/w的淀粉。
这些饲料组分还可以包含富含蛋白的饲料成分，如大豆(优选的是大豆粉)、油菜籽、棕榈仁、棉籽和向日葵。这些饲料组分可以进一步包括常用成分，如维生素和矿物质。
α-淀粉酶
将饲料组分与α-淀粉酶混合。该α-淀粉酶应当以允许与淀粉良好接触的形式掺入。它可以处于液体或粉末形式，例如冻干粉或喷雾干燥粉。
该α-淀粉酶是一种分类在EC 3.2.1.1下的酶。该α-淀粉酶可以是细菌的或真菌的。根据本发明使用的细菌α-淀粉酶可以例如来源于芽孢杆菌属的菌株，芽孢杆菌属有时也称作土芽孢杆菌属。在一个实施例中，该芽孢杆菌属α-淀粉酶来源于解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、盐敏芽孢杆菌或枯草芽孢杆菌的菌株，但是也可以来源于其他芽孢杆菌属。
该α-淀粉酶优选地具有75℃以上，特别是80℃以上、85℃以上或90℃以上的熔点。可以通过例如如描述于实例中的热转移测定(TSA)来确定熔点。
有用于本发明的可商购的α-淀粉酶包括Stainzyme、Stainzyme Plus、DuramylTM、TermamylTM、Termamyl Ultra、Natalase、Maltogenase、FungamylTM、LiquozymeTM、LiquozymeSC、Termamyl SC和BANTM(诺维信公司(Novozymes A/S))、RapidaseTM和PurastarTM(来自杰能科国际公司(Genencor International Inc.))。
适合的α-淀粉酶还描述于WO 1996/023873、WO 1996/023874、WO 97/41213、WO1999/019467、WO 2000/060059、WO 2002/010355、WO 2011/082425中。
该α-淀粉酶可以按至少2g酶蛋白/吨的饲料组分的量被包括在混合物(a)中，特别是至少5g/t，例如2g-100g/t或5g-40g/t。它可以按提供54,000-960,000KNU的α-淀粉酶活性/吨的饲料组分的量进行添加。KNU是α-淀粉酶活性单位；1KNU被定义为在标准条件：37℃、淀粉浓度4.63mg/mL、0.0003M Ca2+、pH 5.6下，每小时糊精化5.26g的淀粉干物质的酶量。
用于制造饲料球粒的方法
蒸汽调节
饲料球粒的制造涉及造粒前的蒸汽处理，一个称为调节的过程。在后续造粒步骤中，该饲料可以强制通过一个模具并且所得到的带状物在压粒机中切割成可变长度的适合的球粒。通过将酶与所希望的饲料组分混合来制备该饲料混合物。该混合物被引导至一个调节器，例如，具有蒸汽注入的级联混合器中。
在蒸汽调节之前，含水量典型地是8％-16％w/w，特别是12％-16％w/w。
在调节步骤期间(在造粒之前)，可以通过注入蒸汽而使在调节器出口处测量的过程温度上升到60℃、70℃、80℃、90℃或100℃以上。停留时间可以从秒变至分钟并且甚至小时，例如至少5秒、10秒、15秒、30秒、1分钟、2分钟、5分钟、10分钟、15分钟、30分钟或1小时。
在调节后(在造粒之前)，该饲料混合物具有20％w/w以下的含水量(含湿量)，特别是19％w/w以下或18％以下，例如11％-19％w/w或15％-18％w/w。在调节之后(在造粒之前)，该饲料混合物典型地具有15％以上的含水量(含湿量)，特别是16％以上或17％w/w以上。含水量可以由在103℃下干燥16小时后的重量损失来确定。
在调节步骤中添加的蒸汽的量可以在3％w/w以上，特别是在3.5％以上，并且它典型地是在4.5％w/w以下，特别是在4％以下。在调节和造粒期间的停留时间可以在15秒以下，特别是在10秒以下。
压制(造粒)
该饲料混合物从调节器被引导至一个压粒机中，其中球粒是通过压制通过模具中的孔的饲料混合物，并且切割形成的。设备的实例是西蒙黑森压制机(Simon Heesenpress)和玛他多压制机(Matador press)。在压制后，这些球粒典型地具有70℃以上、75℃以上或80℃以上的温度。造粒后的温度典型地在105℃以下、100℃以下、95℃以下、90℃以下或85℃以下，并且该饲料组分的混合物的温度在整个制造过程中通常保持在该极限以下。将这些球粒放置在冷气机中并且冷却指定时间例如15分钟。
在本发明的方法中，相比于没有α-淀粉酶的方法，α-淀粉酶的添加导致压粒机中的能耗(被确定为kWh输入)减少。在没有α-淀粉酶的方法中的能量消耗典型地是10kWh-20kWh/吨，特别是12kWh-18kWh/吨。
如果制粒机已经以最大负载运行，电力消耗的降低可以导致更高的容量并且因此限制饲料加工，因为可以使用同一能量增加通过量。通过量增加可以降低闲置能量和用来制造相同量的饲料的工时。可替代地，有可能在相同时间内产生更多饲料。
任选的第二酶
任选地，除α-淀粉酶之外，该饲料组合物还包括一种或多种酶，特别是改进饲料消化率的饲料酶，例如，第二淀粉酶或蛋白酶、氨肽酶、糖酶、羧肽酶、过氧化氢酶、纤维素酶、壳多糖酶、角质酶、环糊精糖基转移酶、脱氧核糖核酸酶、酯酶、α-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷酶、葡糖淀粉酶、α-葡糖苷酶、β-葡糖苷酶、卤素过氧化物酶、转化酶、漆酶、脂肪酶、甘露糖苷酶、氧化酶、果胶分解酶、肽谷氨酰胺酶、过氧化物酶、植酸酶、多酚氧化酶、蛋白水解酶、核糖核酸酶、转谷氨酰胺酶或木聚糖酶。该一种或多种饲料酶可以来源于微生物(如细菌或真菌)或者来源于植物或动物。这些组合物可以根据本领域中已知的方法进行制备。
可以按颗粒的形式提供该第二酶，特别是包衣颗粒，例如具有包括盐的包衣，例如至少60％w/w的盐。该盐包衣可以是如在EP 1804592中所描述的。因此，该盐可以选自下组，该组由以下各项组成：NaCl、Na2CO3、NaNO3、Na2HPO4、Na3PO4、NH4Cl、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4、(NH4)2SO4、KCl、K2HPO4、KH2PO4、KNO3、Na2SO4、K2SO4、KHSO4、MgSO4、ZnSO4、CuSO4和柠檬酸钠。
实例
实例1：蒸汽粒化饲料的制造
测试两种来源于芽孢杆菌属的细菌α-淀粉酶：BAN 480L和Liquozyme SC DS(Termamyl SC)。BAN是一种来源于解淀粉芽孢杆菌菌株的α-淀粉酶。Termamyl SC DS是来源于地衣芽孢杆菌的天然α-淀粉酶的变体；已知的是它比BAN更具热稳定性。
α-淀粉酶热稳定性
使BAN 480L的样品经受热转移测定(TSA)：在LightCycler 480多孔板96，white(罗氏(Roche))的孔中，将调节至0.3mg/ml浓度的10μl样品等分试样与10μl MES缓冲液(200mM MES，1mM CaCl2，pH 6)和10μl宝石橙染料(S6650，英杰公司(Invitrogen)，100倍稀释于200mM MES，1mM CaCl2，pH 6中)混合，并且用LightCycler 480密封膜进行密封。在LightCycler 480II(罗氏)上，以16次采集/℃(对应于约200℃/h)使样品经受25℃-96℃加热谱。通过“LightCycler 480蛋白质熔融”软件(罗氏)进行Tm的计算。每个样品运行两次测定，并且将结果以这两次测定的平均值给出。
发现熔点为80.9℃。
饲料混合物的配方
饲料组合物的配方如下：
大麦(55.0％)、小麦(19.3％)、大豆粉(16.4％)、燕麦(5.0％)、石灰岩(1.3％)、磷酸一钙(0.5％)、盐(0.5％)、植物油(0.5％)、微量物质(Minor)(0.2％)
酶剂量：
在早期混合步骤之一(卧式混合器)中添加α-淀粉酶以允许尽可能多的反应时间。以下面所示的剂量添加每种酶，并且添加水以确保在所有试验中添加了相同量的液体。在仅添加水的情况下进行一个对照试验。
每吨饲料混合物添加6kg的液体(酶和水)。对于对照，向饲料混合物中添加6kg的水/吨。
方法
所有的饲料组分都是预制造的并储存在大袋中。在以2975rpm运行的冠军(Champion)磨机中在3.5mm筛上研磨该饲料。在卧式混合器中将磨碎的饲料混合10分钟。
在造粒前，将包含饲料混合物的大袋在卧式混合器中倒空，并且将酶/水喷雾到饲料上。将饲料混合物混合10分钟。将饲料混合物通过升降机和螺旋输送机从混合器运输至压粒机原料预仓中。
将混合物通过计量螺杆从预仓加入级联混合器中，设定为27％，保持3.0吨/h的恒容量。在级联混合器中的停留时间为30-40sec。饲料温度被设定为73℃-74℃，这是达到83℃-84℃的球粒温度所需的温度。为了调节饲料混合物温度，将蒸汽添加至级联混合器中的饲料中。该蒸汽是基于用pt 100传感器所测量的温度进行调节的。蒸汽％被计算为：(饲料混合物温度，出来的-饲料混合物温度，冷粉)/14(1％蒸汽将温度提高14℃)。针对每个测试，计算蒸汽的量。在造粒前(级联混合器之后)饲料的含湿量是通过在103℃下干燥16小时来测定的。在压粒机中的停留时间约为5秒。
所有的试验在具有
Figure BDA0000886105540000061
模具的压粒机上进行。压粒机电机的电力消耗用kWh电度表测量，当工艺参数稳定时，该电度表被重置。在所有的试验中，Kwh表的重置是在五分钟的运行时间后完成的。在造粒期间，通过在定义时间跨度期间从压制机中收集球粒来测量容量。该容量是基于球粒的重量和所消耗的时间来计算的。在球粒压制后立即收集热球粒样品。用pt 100传感器手动测量热球粒的温度。
在过程期间，来自在试验系列中的生产和粒化的所有工艺数据在PC上自动进行登记。在运行期间，在启动时测量/登记容量、粉温度、球粒温度，500kg(k1)、1000kg(k2)和1500kg(k3)。
在球粒压制后，将这些球粒通过传送带和升降机转移至安德里茨(ANDRITZ)饲料和生物燃料逆流冷却器中。该冷却器具有1200kg的容量。当它完全水平时，贯穿试验的剩余时间自动进行清扫。当实验结束时，已经扫除800kg。在开始最后的清扫前，将剩余的1200kg在冷却器中再保持15分钟。所使用的冷却空气为环境温度。在冷却器之后收集所有的样品。
结果
结果显示出淀粉酶处理对能量消耗(比能和能量减少)影响如下：
Figure BDA0000886105540000071
讨论
饲料温度的设定点是基于在造粒之前和之后的温度的经验。它旨在达到由法律所规定的81℃的球粒温度。在六个试验中球粒温度是在82℃和84℃之间的。
分析显示出在所有试验中冷却的球粒具有14％的含湿量并且没有看到明显的变化。测定所生产的球粒中的粉尘和持久性，并且没有看到显著性差异。
用kW表测量能量消耗。在对照中使用15.3Kwh/吨。对于BAN和Liquozyme SC DS，存在范围在5％和10％之间的能量消耗的减少。最高的减少是分别使用最大剂量的BAN 480L和Liquozyme SC DS获得的。

Claims (14)

1.一种用于制造粒状饲料组合物的方法，该方法包括以下步骤：
a)将包括淀粉的饲料组分与一种α-淀粉酶混合，
b)蒸汽处理该混合物(a)至按重量计含水量为11-19w/w％，并且
c)压制该经蒸汽处理的混合物(b)以形成球粒，
相比于没有该α-淀粉酶的方法减少步骤(c)中的能量消耗，
其中在步骤(b)之前，该混合物具有为8-16％w/w的含水量，
其中该α-淀粉酶以至少2g酶蛋白/吨的饲料组分的量被包括在该混合物(a)中，
其中该α-淀粉酶具有75℃以上的熔点。
2.如权利要求1所述的方法，其中该α-淀粉酶以液体或粉末形式被包括在该混合物(a)中。
3.如权利要求2所述的方法，其中该α-淀粉酶来源于细菌。
4.如权利要求3所述的方法，其中该α-淀粉酶来源于芽孢杆菌属。
5.如权利要求4所述的方法，其中该α-淀粉酶来源于
解淀粉芽孢杆菌、盐敏芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌或嗜热脂肪芽孢杆菌。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中该α-淀粉酶以至少5g/t酶蛋白/吨的饲料组分的量被包括在该混合物(a)中。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中在造粒该经蒸汽处理的混合物后的温度在75℃以上。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中该饲料组合物造粒后的温度保持在105℃以下。
9.如权利要求1或2所述的方法，其中在步骤b)和c)中的总停留时间低于15秒。
10.如权利要求1或2所述的方法，其中该混合物(a)进一步包括一种处于颗粒的形式的第二酶。
11.如权利要求10所述的方法，其中这些颗粒具有一种包括盐的包衣。
12.如权利要求11所述的方法，其中该包衣包括至少60％w/w的盐。
13.如权利要求12所述的方法，其中该包衣中的盐选自下组，该组由以下各项组成：NaCl、Na2CO3、NaNO3、Na2HPO4、Na3PO4、NH4Cl、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4、(NH4)2SO4、KCl、K2HPO4、KH2PO4、KNO3、Na2SO4、K2SO4、KHSO4、MgSO4、ZnSO4、CuSO4和柠檬酸钠。
14.如权利要求10所述的方法，其中该第二酶具有淀粉酶、蛋白酶、植酸酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果胶酶、纤维素酶和/或脂肪酶活性。
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