CN108463116A - 生产高度可消化的水解角蛋白材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种优选由羽毛、毛发、羊毛、蹄或指甲生产可高度消化的、部分水解的角蛋白材料的方法，所述方法包括以下步骤：(1)在加热的水解器中和在约2巴和约100巴之间的压力下，在水的存在下水解角蛋白材料，以及(2)在空气湍流磨机中在约大气压下同时干燥和研磨所得的水解的角蛋白材料，使得胃蛋白酶和/或回肠消化率的下降小于10％，和/或胃蛋白酶和回肠消化率分别保持高于75％和80％，其中所得的角蛋白材料包含至少部分不溶性材料，并且其中如使用干粉Beckman Coulter粒度分析仪通过激光衍射测量的那样，离开所述空气湍流磨机的干燥产物的平均粒度用体积分数的d50计为约20μm和约0.7mm之间，并且d90低于约1mm。

Description

生产高度可消化的水解角蛋白材料的方法
技术领域
本发明涉及生产高度可消化的水解角蛋白材料例如羽毛粉或毛发粉的方法。
背景技术
动物羽毛、毛发、羊毛、蹄和指甲等是角蛋白材料的来源。这种角蛋白材料通常是来自家禽、猪、牛和绵羊等的副产物，其蛋白质含量高，但是大部分蛋白质本身是不可消化的，例如低至仅20％蛋白质可消化。家禽羽毛通常含有约80％至90％的β-角蛋白形式的蛋白质。角蛋白含有相对高含量的导致蛋白质中的交联的半胱氨酸。与(二)硫醚桥的高度交联是为什么例如羽毛中的大部分蛋白质不可消化的原因。因此，角蛋白必须在其蛋白质含量能够被动物消化之前被切割(McCasland和Richardson 1966，Poult.Sci.，45：1231-1236；Moran等人，1966Poult.Sci.，45：1257-1266)。因此，水解的羽毛能够提供可消化的蛋白质和氨基酸的有价值来源。因此，羽毛水解物(即水解的羽毛)能够以多种方式使用，例如动物饲料、宠物食品和水产饲料。
本领域已知用于加工羽毛或毛发以增加消化率并允许其用作饲喂家禽和家畜的蛋白质来源的方法。通常，这些方法包括使用水解来破坏角蛋白蛋白质中的硫醚桥，并将所得水解蛋白掺入饲料中。处理含角蛋白的原料的常用方法又分为1)水热和加压处理方法，2)酸、碱和/或酶水解方法或3)其组合。
用于生产部分水解的角蛋白材料如羽毛粉的几种方法是本领域已知的；包括US5772968、US4286884、US4172073和EP 2832236。
角蛋白材料通常不完全水解成单氨基酸以改善消化率。来自角蛋白材料的部分水解的所得材料部分不溶于水，并且可以包含液体(溶解的)和固体(不溶性材料)的混合物。通常，随后将所得产物干燥以得到固体产物。根据例如胃蛋白酶和/或回肠消化率测试，干燥可以赋予材料消化率。
目前方法的缺点(例如热敏氨基酸和多肽的降解以及所得产物的相对低的消化率)已导致对角蛋白材料的经济新水解方法(其不需要苛刻的处理条件)的持续兴趣。
WO2015/014860描述了一种方法，其中干燥步骤优选在减压下进行，以保持干燥温度低，使得羽毛粉在干燥期间几乎不发生降解。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种以有效工艺生产部分水解的角蛋白材料的方法，该材料具有非常高的消化率并具有高的营养价值，同时具有良好的粉末性能。
本发明的这个目的是通过优选地由羽毛、毛发、蹄、羊毛或指甲生产可消化的、部分水解的角蛋白材料的方法实现的，其包括以下步骤：(i)在加热的水解器中和在约2巴至约100巴的压力下，在水的存在下水解角蛋白材料，以及(ii)在空气湍流磨机中在约大气压下同时干燥和研磨所得的水解角蛋白材料，使得胃蛋白酶和/或回肠消化率的下降小于10％，和/或胃蛋白酶和回肠消化率分别保持高于75％和80％，其中所得的角蛋白材料包含至少部分不溶性材料，并且其中如使用干粉Beckman Coulter粒度分析仪通过激光衍射测量的那样，离开空气湍流磨机的产物的平均粒度(d50)为20μm至0.7mm，并且d90小于1mm。
本发明的另一个目的是提供一种高度可消化的部分水解的角蛋白材料，其对于饲料应用具有改善的营养价值。
下面讨论本发明的这些和其它方面。
本发明的方法具有许多优点。在短时间内有效干燥产生具有优异质量属性的产物，例如胃蛋白酶消化率优选为80％或更高，或甚至82％或更高，例如85％或更高，并且回肠消化率超过85％，或甚至超过90％，例如92％或更高。而且该过程是有效的，因为在一个相对简单的设置中能够执行多达五个操作。在常规方法中，干燥、研磨、微粉化、冷却和筛分是在不同步骤中进行的操作，而当前方法允许在一次操作中进行这5个步骤。此外，如WO2015/014860中所述，相对于真空盘式干燥器中使用的60-90分钟，几秒的短停留时间是可能的。
本发明的方法还具有显著降低干燥产物与沙门氏菌等的微生物污染风险的额外益处。由于转子的高速旋转和气流产生的湍流以及在生产运行期间增加气流温度的容易可能性(如果必要的话)，空气湍流磨机中没有死区，这是避免产物堆积或冷点的重要因素，并因此防止和减轻微生物污染。
具体实施方式
术语“约”是指±20％，优选±10％，更优选±5％，最优选±2％。
术语“角蛋白”还包括术语“角质”，是指具有高角蛋白含量的所有材料，例如羽毛、蹄、羊毛、指甲毛和发等。
如本文所用，术语“角蛋白水解产物”是指在包含角蛋白的材料水解后的所得产物。
原料
用于本发明的角蛋白材料优选包括羽毛、毛发、羊毛、蹄或指甲。羽毛是来自家禽(鸡、火鸡和鸭等)的副产物，头发和羊毛是猪、牛和羊等的副产物。蹄或指甲可以源自各种动物来源，并且可以以磨碎的形式用作角蛋白材料的来源。
在一个优选的实施方式中，羽毛用作角蛋白材料，因为该材料可以大量连续获得，使得生产角蛋白材料的工业设备可以连续地投入使用。
有利地，根据本发明的方法产生的角蛋白材料可以在动物饲料中提供有价值的蛋白质和/或氨基酸来源。例如，角蛋白材料能够提供以下一种或多种氨基酸的来源：蛋氨酸，半胱氨酸，赖氨酸，苏氨酸，精氨酸，异亮氨酸，亮氨酸，缬氨酸，组氨酸，苯丙氨酸，甘氨酸，丝氨酸，脯氨酸，丙氨酸，天冬氨酸，酪氨酸，色氨酸和谷氨酸。
用于本发明的角蛋白材料优选具有高蛋白质含量(通常大于干物质的70重量％)，包含至少17个氨基酸。蛋白质含量通常通过测量氮的总量，并将所述总氮含量乘以所谓的琼斯因子6.25来确定。结果是蛋白质的理论量。通常，羽毛包含70-90％的固体蛋白质；从屠宰场收集的原始羽毛中的固体量通常为约30重量％。羽毛粉通常含有约72至约87重量％的蛋白质，假设水分小于8重量％。
在本发明的一个实施方式中，屠宰动物的血液也可以与角蛋白材料一起加工。
在水解步骤之前，血液产物可以与原始羽毛或其它角蛋白材料混合，并根据本发明的方法水解和干燥，以获得适合用作食品或饲料产品的膳食。或者，将血液和羽毛通过分开的入口引入水解器中，并在水解器中混合并水解。在另一个优选的实施方式中，凝结的血液可以在进入空气湍流磨机之前与水解的角蛋白材料组合。
在本发明的这种优选实施方式中，原始全血可以首先通过直接接触凝结并与新鲜蒸汽混合，并进一步离心以从凝结血液中机械地去除血液。通常被称为“血凝块”的凝结血液可以与从水解器中出来的水解羽毛混合在一起，随后在空气湍流磨机中作为混合物干燥。
或者，可以使用在屠宰动物后未凝结的血液。可以用常规抗凝血剂如EDTA和柠檬酸盐处理血液。或者，通过渗透压休克、pH休克等裂解红细胞。然后可以根据针对角蛋白材料描述的方法进一步处理血液，并且在该替代实施方式中，优选将其与原始角蛋白材料混合。
在血液与角蛋白材料组合使用的情况下，可以与羽毛或其它角蛋白材料一起使用的适量血液角蛋白材料包括1至10，优选1.3至3的比例。通常，相对量将是约10-50重量％的血液和50-90重量％的角蛋白材料，优选25-45重量％的血液和55-75重量％的角蛋白材料。
水解工序
在优选的方法中，本发明方法的步骤(i)中角蛋白材料的部分水解将如下：(a)用原始羽毛或其它角蛋白材料，任选地用原始血液负载连续或不连续的垂直或水平的水解剂(如果是原始羽毛，它们的水分含量在55％至70％；这些水分通常来自屠宰场，因为在拔毛前将鸡在热水中烫伤，然后将拔掉的羽毛在水中输送以在排出到接收箱之前进行离心或压制，(b)凭借蒸汽夹套(和/或注入直接蒸汽)加热水解器，由于水蒸发和/或直接蒸汽注入而产生压力，保持压力为约2巴至约100巴，优选约2至约15巴，更优选2至8巴，达5秒至240分钟，优选90秒至30分钟，更优选5分钟至40分钟，最优选10至30分钟，(c)减压并排出至干燥部分。较低的压力通常需要较长的处理时间，而高压需要较短的处理时间以获得合适的水解。
可以将原始角蛋白材料研磨或压碎以在装入水解器之前减小尺寸。通常，不需要减小猪或牛的羽毛和毛发的尺寸。
当供应到水解器时，湿的原始角蛋白材料通常具有约30％至约80％的水分含量(相对于角蛋白材料加水分的总重量的水分％)，优选水分含量为约50重量％或更多，通常为约70％左右。优选使用小于75重量％的水分(即在1份角蛋白材料的干物质上少于3份水)，因为需要除去添加的水，并且在水解器中使能量加热。因此，优选的水量为约65重量％或更少(相对于1份角蛋白材料的干物质，优选羽毛，至多约2份水)。
水解器通常在约15巴或更低的压力下工作，优选10巴或更低，因为更高的压力越来越昂贵。但是，根据所用设备的类型，可以使用高达100巴的压力。压力通常为约2巴或更高。优选更高的压力以增加水解的程度和速度。因此，压力优选为约4巴或更高，甚至更优选为约6巴或更高。通常，压力将为约9巴或更低。压力以巴绝对值给出。
水热水解反应通过水、温度和压力的作用破坏肽键。通常，不存在酸或碱，尽管一些可能存在于来自屠宰场的角蛋白材料中。通常可以使用少量添加的试剂，例如氢氧化钙或耐高温酶如Cibenza、Valkerase酶制剂。优选仅用水/蒸汽作为活性试剂进行水解反应。
步骤(i)中的水解将在水解器(通常称为蒸汽水解器)中进行。这种水解器基本上是搅拌容器，并且可以以分批或连续方式操作。水解器优选地允许连续过程，并且是搅拌管样容器，如挤出机或垂直搅拌容器。水解器可以是水平水解器或垂直水解器。优选用缓慢推进的螺杆型混合器或桨叶等进行搅拌。
水解步骤(i)通常持续约5秒至约240分钟，优选90秒或更长，并且在低于约15巴的压力下通常为约5分钟至约240分钟，优选约10分钟至约180分钟。较低的压力通常需要较长的反应时间。优选以这样的方式进行反应，即在水解器中的停留时间将是约60分钟或更少，最优选约40分钟或更少。
蒸汽可以直接注入和/或用于间接加热。间接加热也可能被例如热油盘管影响。最终，压力应该是所需的，并且水量优选是这样的，即饱和蒸汽存在于所选择的压力和温度下。优选地，存在的蒸汽量为约200g蒸汽或更多/kg角蛋白材料。
干燥工序和空气湍流磨机及附件
根据本发明的步骤(ii)，此后将部分水解的角蛋白材料干燥。通常通过多个步骤进行干燥。第一步包括使离开蒸汽水解器的混合物达到大气压，同时蒸发部分水。该水蒸气可以在热氧化器中进一步直接氧化或冷凝，并在废水处理设备等中处理。
在本发明的一个优选实施方式中，将离开水解器的混合物(其中一部分水由于压力降低而蒸发)进行压制步骤。在该步骤中，去除来自角蛋白材料的部分水，使水含量例如为约65重量％至约45重量％。
在水解步骤后从角蛋白材料压制的水通常称为粘性水。粘性水富含溶解的蛋白质，具有营养价值。可以使用常规的废热回收通过蒸发浓缩粘性水，并且使用适当的干燥系统进一步自身干燥并如此增值，但是通常将其浓缩并转移回水解的羽毛以产生干燥的羽毛粉。
在本发明的一个实施方式中，优选在水解步骤后将可从角蛋白材料中压出的粘性水浓缩，并且可以将浓缩溶液与固体角蛋白材料分开注入空气湍流磨机中，或在将角蛋白材料引入空气湍流磨机之前混合回来。
在另一个甚至更优选的实施方式中，在根据本发明的方法中，离开水解器的混合物在降低到大气压的同时仍然处于高温下，直接进料到空气湍流磨机中。湿热的角蛋白材料包含很多能量，使得在环境温度下的气流可用于在空气湍流磨机中干燥材料。潮湿的角蛋白材料通常具有约70℃或更高的温度，例如约80℃或更高，例如约90至100℃。由于角蛋白材料处于大气压下，温度将为约100℃(取决于环境压力)或更低。
在本发明的一个优选实施方式中，将所得的仍然潮湿的部分水解的角蛋白材料干燥至水分含量为约10重量％或更低，优选约8重量％或更低。通常不需要干燥至低于约4重量％的水量，但不会造成伤害。最优选进行干燥直至水分含量为约5-7重量％。干燥产生储存稳定的产品。
干燥对于角蛋白材料(如羽毛粉)的最终质量是重要步骤。通常的干燥技术似乎导致消化率降低。在本发明的优选实施方式中，步骤(ii)的干燥在大气压下进行，同时形成小颗粒，使得干燥非常有效。大气压力包括轻微的真空，其通常用于帮助气体的流动和粉末的输送。可以凭借气锁旋转阀从干燥旋风分离器中回收粉末。在磨机之前的压力可以是-5至-8毫巴，并且在磨机之后的压力是-30至-50毫巴。
在一个优选的实施方式中，由步骤(i)得到的部分水解的材料用允许低热损伤的方法干燥，使得角蛋白材料的消化率降低受限，并且特征在于胃蛋白酶和/或回肠消化率保持分别高于为80％和85％，优选分别为82％和90％，更优选为约85％和92％或更高。更优选地，在干燥步骤之前和之后测量的胃蛋白酶和/或回肠消化率的降低优选小于5％。为了获得具有低热损伤的这种材料，本发明的发明人发现，在用气流进行干燥的同时研磨该材料。本发明人发现，通过使用空气湍流磨机可以进一步改善角蛋白材料的体外消化率和材料特性，因为由研磨作用产生的小颗粒有助于快速干燥水解材料。
因此，根据本发明，使用空气湍流磨机将由步骤(i)得到的部分水解材料同时干燥并用气流(通常是空气，可以是低氧)研磨。空气湍流磨机具有快速研磨和干燥效果的优点，并且通过使材料干燥和将气流(通常是空气)引入密闭室内的高速转子，使用根据本发明的空气湍流磨机导致干燥并同时磨碎或研磨角蛋白材料。
空气湍流磨机通常包括具有用于产物和气流的适当入口和出口的腔室(定子)，其中旋转构件(转子)安装有堆叠的冲击装置，旋转构件可以高速旋转。定子的内壁优选地衬有冲击构件，如波纹板，以便通过额外的摩擦力和剪切力来提高研磨效率。转子通常相对于出口垂直定位。
存在几种类型的空气湍流磨机。它们通常被称为湍流空气研磨机或涡旋式空气磨机。其中一些也被称为“旋转干燥机和研磨机”，其它也称为“闪蒸干燥机和研磨机”。旋转式干燥机和研磨机以及闪蒸干燥机和研磨机在很短的时间内基本上干燥和研磨湿产品。转子通常相对于出口垂直定位。本发明考虑了在“空气湍流磨机”的概念下使用所有这些。优选使用垂直定位的转子，因为这些似乎使用较少的能量。
空气湍流磨机，例如Atritor(Cell Mill)，Hosokawa(Drymeister)，Larsson(Whirl flash)，(Ultra Rotor)，Rotormill，(TurboRotor)或SPX等本领域中已知的那些可用于本发明中的干燥和研磨。一些这样的空气湍流磨机在例如US4747550、WO1995/028512和WO2015/136070中描述。
空气湍流磨机可包括分级器，其引起较大和较小颗粒的分离。使用分级器允许较大的颗粒返回磨机，而较小的颗粒被留下用于进一步处理。在另一个实施方式中，通过在分级器外部具有两个出口，生产了两种或更多种粒状羽毛粉，其具有不同的粒度和整体性质。
在高速转子中用气流(通常是空气，可以是低氧)进行干燥。入口温度通常在约20℃至500℃的范围内，优选约20℃至450℃，甚至更优选约20℃至180℃。温度的较高端可能需要仔细处理和/或可能需要使用较少量的加热气体。例如，如果需要高气体速度，则可以在约450℃的温度下使用加热的气体，在室温下使用第二气流。
空气的出口温度通常低于100℃，优选低于90℃。在角蛋白进料具有较高温度的情况下，入口气体的温度可以较低。
空气流量通常为约5m3/h或更高/kg进料材料，优选约10m3/h/kg进料材料。通常，该量为每kg进料材料约50m3/h或更低，优选约40m3/h/或更低。合适的，最优选的量是例如15至30，如20至25m3/h/kg进料产品。
气流可以直接与进料材料一起进料到磨机中，或者间接地进料到磨机中，其中水解的角蛋白材料在一个地方进料，并且气流在一个或几个其它位置分别进料到空气湍流磨机中。
用于本发明的空气湍流磨机优选地包括具有用于产品和气体流的适当入口和出口的密闭室(定子)，其中安装有堆叠的切割和冲击装置(例如刀片、盘和板等)的垂直定位的轴(转子)高速旋转。定子的内壁可以衬有波纹板，以便通过额外的摩擦力和剪切力来提高研磨效率。
转子通常以约10m/s或更高的叶尖速度旋转，更优选约15m/s或更高，甚至更优选约20m/s或更高。在一个实施方式中，通常，速度为约50m/s或更低，优选约30m/s或更低。合适的速度例如为约25m/s。在另一个甚至更优选的实施方式中，叶尖速度为约150m/s或更低，优选约100m/s或更低，最优选约75m/s或更低。通常，叶尖速度为约20m/s或更高，优选约30m/s或更高。
研磨机可产生大量热量。此外，进入的湿角蛋白材料可以处于高于室温的温度。如果有用的话，可以加热气流，例如通过在气体燃烧器中直接加热(这也导致氧气水平降低，降低了引燃危险)，或者通过与蒸汽或热油的热交换进行间接加热。
空气湍流磨机包括一个或多个用于气流的入口。可以加热这些气流中的一种或多种。在加热一股气流的情况下，优选将其加热至约50℃或更高的温度。
可以以不同方式引入气流。通常，主气流在空气湍流磨机的底部引入。该入口可以是与湿产品入口相同的入口。在这种情况下，气流通常用于运输产品。第二气流可以用于影响磨机的研磨和流动行为。特别是在产品不易与气流一起运输的情况下，可以通过螺杆或泵将其引入磨机中。
为了保持部分水解的材料的高消化率，空气湍流磨机中的平均停留时间优选短，例如小于10秒，优选小于5秒，更优选小于2秒，甚至更优选小于1秒。材料在磨机中干燥的低平均停留时间允许有效干燥，同时仅观察到角蛋白材料的相对小的温度增加。在使用分级器的情况下，平均停留时间将更长，但实际上任何粉末在磨机中的时间保持优选低于10秒，甚至更优选低于5秒。
优选地，从空气湍流磨机出来的角蛋白材料的温度在约30℃至90℃的温度范围内，更优选地约40℃至80℃，甚至更优选地约45℃至约75℃。
气流与干燥产物一起离开空气湍流磨机，任选地通过分级器。将小颗粒形式的干燥产物与气流分离，该分离通常在一个或多个旋风分离器(优选一个旋风分离器)中或凭借袋式过滤器或两者的组合来进行。
可以进一步将离开旋风分离器的所得粉末分级，例如在水平筛上，用于筛选过大的大颗粒和/或除去灰尘。此外，可以生产不同等级的羽毛粉，具有更小和更大的粒度。
优选将筛网(过大的颗粒和/或灰尘)的废弃物重新引入进料中以在空气湍流磨机中进一步处理。废弃物与湿进料材料混合(也称为“反混”)可以改善进料操作和干燥和研磨的总效率。
优选地，在筛子(或其它分级装置)上进行分级，截止为1mm或更低，优选为800μm或更低。分级可以例如在具有300μm、500μm或900μm的截止的筛上进行。
此外，可以调节进入空气湍流磨机的空气流量以影响颗粒的停留时间和/或尺寸。例如，空气流量直接影响腔室中的停留时间和与研磨装置的接触时间；空气流量越大，停留时间越短，因此颗粒越大，反之亦然，空气流量越小，颗粒越小。颗粒的大小进一步受分类器的影响。技术人员将能够平衡空气湍流磨机以根据需要提供粒度。
得到的干燥角蛋白材料(羽毛粉)
部分水解的角蛋白材料进一步用作干燥产品(当起始角蛋白材料是羽毛时通常称为羽毛粉)，水分含量为约10重量％或更低。
干燥材料优选包含小于8％的水分。最优选地，干燥材料的水分含量为5-7重量％。
干燥后的部分水解的材料优选为胃蛋白酶和回肠消化率分别高于约80％和90％，更优选高于约82％和92％。甚至更优选的胃蛋白酶消化率高于85％。
即使水解步骤显著提高消化率，但大部分羽毛粉不溶于淡水(半水)。通常，超过50重量％的羽毛粉是不可溶的，更通常超过90％是不可溶的。
在空气湍流磨机中进行干燥和研磨还具有以下优点：材料的颜色是乳白浅棕色，比经典干燥的材料更轻且更均匀。粉末的颜色可以例如使用Chromameter根据CIE-L*a*b颜色空间测量。较浅的颜色的特征在于相对高的(L)值，任选地与相对高的(b)值组合。高的(L)值表示粉末的亮度，而较高的(b)值表示明显的较黄色。
通常，角蛋白材料的(L)值为约50或更高，优选54或更高，更优选约60或更高。
通常，(b)值为约10或更高，优选12或更高，更优选约14或更高。
组合的(L)和(b)值优选为(L)值高于50，并且(b)值高于10，高于12或高于14。组合的(L)和(b)值更优选的是(L)值为约54或更高，并且(b)值高于10，高于12或高于14。组合的(L)和(b)值甚至更优选为(L)值为约60或更高，(b)值高于10，高于12或高于14。
来自根据本发明使用的水解以及干燥和研磨方法的所得角蛋白材料是具有粉末特征的粉末形式，优选这样的粉末具有良好的流动性、包装特性以及良好的剂量特性以配制宠物食品和动物饲料。
可消化的角蛋白粉末材料如羽毛粉包含至少17个氨基酸，优选至少18个氨基酸，例如半胱氨酸和酪氨酸。
优选地，相对于总蛋白质含量，半胱氨酸的量为约2重量％或更多，更优选约3重量％或更多，甚至更优选约4重量％至约5重量％或更多。
优选地，相对于总蛋白质含量，酪氨酸的量为约1重量％或更多，更优选约1.5重量％或更多，甚至更优选约2至约3重量％或更多。
经干燥和研磨的材料通常为颗粒形式，其中大于约99重量％小于几mm，例如小于约2mm。通常，大于约95重量％大于约8μm，以便具有易于处理的自由流动粉末，并进一步加工成例如配制的宠物食品和动物饲料。
在一个优选的实施方式中，使用标准软件在Beckman Coulter粒度分析仪上通过激光衍射测量的平均粒度(定义为d50；颗粒体积分数的50％更大，50％更小)为约20μm至约0.7mm，优选约20μm至约500μm，更优选约50μm至约300μm。例如，平均粒度为约75或约150μm。
d90优选低于约1mm，更优选低于约0.7mm。d10优选高于约10μm，更优选高于约15μm。
上述尺寸是非常有利的。在传统盘式干燥器中干燥的水解羽毛在干燥器的出口处具有粗糙的不均匀粒度分布，粒度平均大于2mm并且通常大于5mm，需要另外的研磨和筛分设备，因此需要额外的占地面积，额外的粉尘排放并且通常得到一个不太吸引人的过程设置。
本发明的部分水解的角蛋白材料的粒度分布是相对均匀的。例如，d90除以d10为约20或更小，优选为约15或更小，而d90为约1mm或更小。
可以将抗氧化剂和/或抗结块剂共混到角蛋白粉末材料中，以分别改善其氧化稳定性和流动性。
在一个优选的实施方式中，在湍流磨机之前加入抗氧化剂并将其混合到湿进料中，以便均匀掺入并避免如果在成品粉末上进行这种掺入所不希望的斑点和凝聚。
在本发明的一个优选实施方式中，角蛋白粉末材料的松装密度为约0.2g/cm3或更高，更优选约0.25g/cm3或更高，甚至更优选约0.3g/cm3或更高。通常，松装密度为约0.6g/cm3或更低，例如约0.55g/cm3或更低。
在本发明的另一个优选实施方式中，角蛋白粉末材料的振实堆积密度为约0.25g/cm3或更高，更优选约0.3g/cm3或更高，甚至更优选约0.35g/cm3或更高，更优选约0.4g/cm3或更高，甚至更优选约0.45g/cm3或更高。通常，振实密度为约0.7g/cm3或更低，例如约0.65g/cm3或更低。
在另一个实施方式中，可以将角蛋白粉末材料造粒以增加其密度以优化体积和运输成本。
在干燥之前或之后，可以将一些氨基酸添加到部分水解的角蛋白材料中。特别地，添加蛋氨酸、赖氨酸和色氨酸中的一种或多种、或含有相对大量的这些氨基酸的可消化蛋白质可能是有用的，因为这些氨基酸的量在角蛋白材料中相对较低。
干燥的高度易消化的角蛋白材料能够装在小袋子、大袋子或其它散装容器中。角蛋白材料可以用任何种类的散装容器、大袋子或其它容器包装和运输。
可消化的角蛋白材料如羽毛粉可用作饲料，作为饲料添加剂，例如宠物食品和/或水产养殖饲料。该材料可以粉末形式使用，或者可以使用常规加工技术以颗粒和薄片等形式转化为较大的剂量单位。羽毛粉可用作其它成分的载体，和/或可用作增量剂。
当用于制备饲料时，根据本发明生产的角蛋白材料可以与以下一种或多种结合使用：营养上可接受的载体或增量剂，营养上可接受的稀释剂，营养上可接受的赋形剂，营养上可接受的佐剂或营养活性成分。角蛋白材料本身可以是其它功能成分的载体或增量剂，例如矫味剂、调味剂和引诱剂。
本发明的方法可以容易地应用于传统的羽毛粉设备中，因为具有可选的分级器、旋风分离器和空气供应的空气湍流磨机所占据的空间比传统的盘式干燥机或其它带有辅助设备的传统干燥机要小得多。因此，本发明还涉及一种通过用空气湍流磨机和带有辅助设备的旋风器代替传统的干燥设备来改装羽毛粉设备的方法。
测量方法
在实施例中使用以下方法，并且它们适合作为测量说明书和权利要求中所述参数的方法：
重量百分比(重量％)水分：湿润的角蛋白材料在真空炉中在减压下干燥过夜并用干燥剂干燥。在干燥步骤之前和之后对材料进行称重，并且使用初始测量的重量作为100％计算水分量，同时假设所有挥发性材料都是水。
通过在20℃下将1g角蛋白材料溶解在5ml水中来测定角蛋白材料的溶解度。液体的透明度由人眼决定。羽毛粉很大程度上不溶于水。通常，超过50重量％的羽毛粉是不可溶的，更通常超过90％是不可溶的。
在定量测试中，角蛋白材料的溶解度可以如下进行：将100g羽毛粉混合到1000mL水中，并将混合物在20℃下搅拌15分钟。在压力下通过350μm过滤器过滤混合物。将滤液和过滤器上的固体干燥并测量其重量。在该分析中，一个可以校正材料的水分含量，即也应测量羽毛粉的水分含量。此外，一个应该校正滤出的湿固体中残留的可溶性材料的量
胃蛋白酶消化率根据ISO 6655(1997年8月)测量，按照上述标准，在盐酸中胃蛋白酶浓度为0.02％。
回肠消化率(也称为Boisen消化率)根据S.Boisen在“通过体外分析预测猪的饲料中蛋白质和氨基酸的表观回肠消化率”，动物饲料科学技术，51，第29-43页(1995)描述的方法测量，并在“用于确定猪的饲料和膳食的实际批次中蛋白质和氨基酸的标准化回肠消化率的体外分析”；Livestock Science，309：第182-185页(2007)中进一步描述。
用标准HPLC方法进行氨基酸分析、羊毛硫氨酸和脱羧基氨基酸(如尸胺、腐胺或组胺)分析。
已用激光衍射在Beckman Coulter粒度分析仪-干粉系统上测量粒度分布。使用制造商的标准软件。结果描述为d10、d50、d90等，其与体积分数有关。
松装和振实密度能够通过将一定量的羽毛粉倒入100mL圆筒(直径2.5cm)中并测量以克为单位的膳食量来测量。通过将烧杯放置在振动表面(0.5mm垂直振动；每分钟240次)上5分钟来完成振实；并测量羽毛粉的体积。将松装密度计算为羽毛粉量除以100(g/cm3)。振实密度是相同的克数除以测量的体积。
根据标准技术，使用CIE-Lab进行颜色测量。色度计与标准软件一起使用。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本文所述的材料和方法进行除上述那些之外的进一步修改。
因此，尽管已经描述了特定实施方式，但以下仅是示例，并不限制本发明的范围。
实施例
在连续垂直水解器中，在7巴和饱和蒸汽下工作，将来自小鸡的水分含量为65重量％的羽毛处理25分钟。部分水解的角蛋白材料通过减压阀达到大气压，纤维物质含有约55％的水，同时温度为95℃。
用两个不同的空气湍流磨机干燥部分水解的羽毛。对于第一空气湍流磨机，空气的入口温度为约环境温度，因为使用的进料直接来自水解器。第一磨机配备有分级机，将大于约300μm的颗粒返回磨机。产物进料为约200kg/h，而空气量为4000-5000m3/h。在第二组实验中，在螺旋压榨机中压制纤维物质以除去水并使其冷却至低于30℃。部分水解的羽毛中的残留水为约45重量％，当在约环境温度下时使用纤维物质作为空气湍流磨机的进料。第二空气湍流磨机用入口气体(空气)在120℃的温度下操作。气体量为约15至30m3/h*kg。
在第一磨机中，产物的平均停留时间估计为约2秒，在第二磨机中为约1秒。在干燥和研磨期间，产物未达到高于约80℃的温度。
干燥和研磨后颗粒的水分为约7％。总氮物质的体外胃蛋白酶消化率(胃酸中胃蛋白酶浓度为0.02％)为85％或更高，回肠(Boisen)消化率为92％。颜色均匀地为乳白色至浅棕色。
得到的粉末具有有用的尺寸和流动性。粉状羽毛粉能够用以下特性表征：结果：
(1)Beckman Coulter粒度分析仪不测量大于2mm的颗粒。常规羽毛粉含有这样的较大颗粒，但在本表所示结果中忽略了这些颗粒。
(2)根据WO2015/014860生产的羽毛粉
此外，根据CIE-Lab(L*a*b*颜色空间)对几批产品进行颜色测量。(L)代表亮度，L＝0时为黑色，L＝100时为白色(因此，(L)数值越高，颜色越浅)：Mill-1产生具有最浅颜色的羽毛粉。与常规干燥的羽毛粉相比，并且还与根据WO2015/014860生产的羽毛粉相比，Mill-2还提供了颜色较浅的羽毛粉。(a)和(b)代表颜色尺寸(a＝红绿色；b＝黄色-蓝色；a＝0且b＝0是中性灰色)。这种类型材料的高(b)值表示黄色调。(a)值通常非常低，但强着色材料的(a)值高于4。因此，(a)值低于约4是优选的，与(L)和(b)值的组合在别处解释。更优选地，(a)值低于3.5。结果如下表所示：
(1)根据WO2015/014860生产的羽毛粉
从该表中可以清楚地看出，对于空气湍流研磨和干燥羽毛粉，绝对颜色要轻得多。此外，黄色调(b)显著更高，给予羽毛粉明显的外观。绿色/红色调(a)在所有情况下都很低，但是当羽毛粉相对较暗时略微增加。因此，(L)和(b)表示用空气湍流磨机干燥的角蛋白材料的淡乳白色。
实施例2
在空气湍流磨机(型号Ultra Rotor III a)中，如前面实施例中所述，将200kg/h的水解羽毛进料(残留水含量为约45重量％)干燥并研磨成多个批次。空气湍流磨机用入口气体(空气)在160℃的温度下操作。气体量为约15至30m3/h*kg。转子的叶尖速度为50至60m/s。
估计产物的平均停留时间小于约1秒。在干燥和研磨期间，估计产品没有达到高于约80℃的温度，因为空气湍流磨机出口处的空气温度为约90℃。将产物在300μm筛上筛分，并且如下所述进一步表征较小的级分。较大部分(约10-15重量％)在一次试验中进料回空气湍流磨机的进料中；这一批次顺利进行。
干燥和研磨后颗粒的水分为约6％(通常为5.7-6.3重量％)。蛋白质(Kjelahl)的量为约88重量％。总氮物质的体外胃蛋白酶消化率(盐酸中胃蛋白酶浓度为0.02％)为约85％；回肠(Boisen)的消化率为约90％。颜色是均匀的乳白色。
得到的粉末具有有用的尺寸和流动性。粉状羽毛粉的特征在于以下性质(体积％)：d10：23μm；d50：70μm和d90：153μm。振实密度为约0.38。

Claims (15)

1.一种优选由羽毛、毛发、羊毛、蹄或指甲生产可消化的、部分水解的角蛋白材料的方法，包括以下步骤：(1)在加热的水解器中和在约2巴至约100巴的压力下，在水的存在下水解角蛋白材料，以及(2)在空气湍流磨机中在约大气压下同时干燥和研磨所得的部分水解的角蛋白材料，使得胃蛋白酶和/或回肠消化率的下降小于10％，和/或胃蛋白酶和回肠消化率分别保持高于75％和80％，其中所得的角蛋白材料包含至少部分不溶性材料，并且其中如使用干粉Beckman Coulter粒度分析仪通过激光衍射测量的那样，离开所述空气湍流磨机的干燥产物的平均粒度用体积分数的d50计为约20μm和约0.7mm之间，并且d90低于约1mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在使得所述角蛋白材料保持在低于约90℃、优选低于约80℃的温度的温度下进行在空气湍流磨机中同时干燥和研磨包含至少部分不溶性材料的所得的部分水解的角蛋白材料。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述空气湍流磨机包括具有用于产物和气体流的适当入口和出口的腔室，其中旋转构件安装有堆叠的冲击装置，所述旋转构件能够高速旋转，并且其中优选地，定子的内壁衬有冲击构件，其中所述旋转构件以20-150m/s之间的叶尖速度旋转。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述空气湍流磨机包括分级器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述空气湍流磨机在约20℃和约500℃之间、优选约20℃和约450℃之间的温度下用气流、优选具有任选降低的氧含量的空气流操作。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述气流、优选空气为约10m3/h/kg和约50m3/h/kg之间进料，该流可以调节以影响干燥后角蛋白材料的粒度，并且其中停留时间少于10s。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，如使用CIE L*a*b颜色空间测量，所述干燥角蛋白材料具有均匀的乳白色，其中所述角蛋白材料的(L)值为约50或更高，优选54或更高，且更优选约60或更高，和/或其中所述(b)值为约10或更高，优选约12或更高，且更优选约14或更高。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用干粉Beckman Coulter粒度分析仪通过激光衍射测量，所述干燥和研磨的可消化的角蛋白材料的平均粒度(d50)为约20μm和约0.5mm之间，优选为约50μm和约300μm之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用干粉Beckman Coulter粒度分析仪通过激光衍射测量，所述干燥和研磨的可消化的角蛋白材料具有低于约0.7mm的d90粒度，和/或其中使用干粉Beckman Coulter粒度分析仪通过激光衍射测量，所述干燥和研磨的可消化角蛋白材料具有高于约10μm、优选高于约15μm的d10粒度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述干燥和研磨的可消化的角蛋白材料的d90除以d10为约20或更低，优选约15或更低。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，离开所述干燥器和磨机的所述干燥和研磨的可消化的角蛋白材料的松装密度为约0.2g/cm3或更高，优选约0.25g/cm3或更高。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，离开所述干燥器和磨机的所述干燥和研磨的可消化角蛋白材料的振实堆积密度为约0.25g/cm3或更高，优选约0.3g/cm3或更高，甚至更优选约0.35g/cm3或更高。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将血液与所述部分水解的角蛋白材料一起加入所述空气湍流磨机中，其中所述血液和角蛋白材料的量为约10-50重量％血液和约50-90％角蛋白材料之间。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，含有或不含血液的所得角蛋白材料的胃蛋白酶和/或回肠消化率分别高于约80％和90％，更优选分别高于约82％和92％。
15.根据前述权利要求中任一项所述的水解的、部分不溶的角蛋白材料如在宠物食品或水产养殖饲料中作为饲料和/或饲料添加剂、或在化妆品中作为宠物食品和饲料调味剂的载体和/或增量剂的用途。
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