CN110678088A - 用于生产基于羽毛的食物产品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种由难以消化的含角蛋白的材料制备食物产品成分的方法。所述方法通常包括向所述含角蛋白的材料中添加一定量的谷类麸皮和/或一种或多种还原糖以提供混合物并水解所述混合物。所述方法产生较少的难闻气味，并且通过所述方法生产的食物产品成分可以类似地受益。也可以添加抗氧化剂，并且在这样的实施方案中，甚至可以产生更少的异味和/或可以增强适口性。

Description

用于生产基于羽毛的食物产品的方法
技术领域
提供了用于加工含角蛋白的蛋白质材料(例如羽毛)以生产可消化的食物产品和饲料产品的方法。更具体地，所提供的方法减少或消除了与常规水解方法相关的气味和/或由此产生的食物产品成分中所提供的气味或异味。
背景技术
众所周知，世界人口增长对食品供应施加了相应的压力。随着人口的增加，本已昂贵的食物成分(例如肉蛋白)用于宠物和伴侣动物消费可能变得过于昂贵。因此，需要不与人类食物链竞争的替代性蛋白质源。这种替代性蛋白质源可以包括任何含有角蛋白的蛋白质材料，包括但不限于羽毛、毛发、羊毛、皮革(hide)、鬃毛、角、蹄、爪、指甲、鳞片或任何其他合适的含角蛋白材料或它们的混合物。
尽管角蛋白(keratin)蛋白质材料通常丰富、廉价和可持续供应，但它们也含有相对高百分比的含硫氨基酸，例如半胱氨酸。半胱氨酸可以形成二硫键，有助于角蛋白的三级结构，使其坚固和耐久。然而，这种结构耐久性也损害了消化率，并且为了使角蛋白易于消化，必须使二硫键至少部分分解。
化学水解、酶水解和热水解已用于使含角蛋白的材料变性并破坏其中的硫键。这些中的任何一种都可能导致明显异味的形成，包括例如有机硫化合物(诸如硫醇和硫化氢)。结果，在其中进行水解反应的设施中的环境会不理想，并且甚至会对那些对这类气味敏感的员工造成健康危害。此外，即使在排气之前或排气过程中洗涤了水解过程中的废气，进行水解反应的制造设备也会难以控制气味向周围社区的释放或渗透。掺入水解角蛋白材料的食品中也可能存在一定量的气味或异味(off odorants or flavorants)。在可能已经具有一定水平的气味或异味的食物产品(例如湿宠物食品)中，这些额外的气味或异味会限制消费者对这些食品的接受程度。
改善与游离肽水解有关的气味的已知方法包括添加相对大量的还原糖，例如添加20％或更多的还原糖，或者肽与还原糖的比例为约1∶1。但是，此类添加可能导致其他不良反应，如糖热解和焦糖化，并且对完整蛋白质水解的任何影响都是无法预料或无法理解的。此外，在水解的角蛋白材料的所有预期最终用途中，包含如此大量的此类糖可能是不可接受的。这的确如此，因为许多常规的角蛋白水解工艺导致最终产品中产生不期望的人造氨基酸，例如羊毛硫氨酸(lanthionine)、赖丙氨酸(lysinoalanine)和本领域公知的其他有害化合物。因此，添加其他不期望的成分并不理想。
因此，需要一种方法，所述方法将含角蛋白的蛋白质材料(如羽毛)转变成所需食物产品成分，同时减少或消除与该方法和掺入水解的角蛋白材料的食物产品相关的气味。如果所述方法采用营养上有利的组分，则将提供进一步的益处。
发明内容
一方面，提供了一种由角蛋白材料生产食品蛋白成分的方法。所述方法包括将一定量的谷类麸皮(cereal bran)、还原糖或它们的组合加入一定量的含角蛋白的材料中以提供混合物。使所述混合物在足以水解其中的含蛋白质材料的条件下进行水解。
所述谷类麸皮可以来自任何谷类来源，包括但不必限于，苋菜(amaranth)、碾碎干小麦(bulgur)、法老小麦(farro)、藜麦、斯佩尔特小麦(spelt)、苔麸(teff)、小黑麦(triticale)、野生稻、小麦、玉米、大麦、黑麦、小米、燕麦、大米、高粱或荞麦。在一些实施方案中，所述谷类麸皮选自小麦、玉米、大麦、黑麦、小米、燕麦或大米麸皮(rice bran)，并且在特定优选的实施方案中，可以是脱脂的大米麸皮。
任何能够参与美拉德反应(Malliard reaction)的还原糖都是合适的，包括所有单糖(半乳糖、葡萄糖、甘油醛、果糖、核糖和木糖)、一些二糖(纤维二糖、乳糖和麦芽糖)、低聚糖(葡萄糖浆、麦芽糖糊精和糊精)和多糖(糖原)。其中，木糖已得到证明是特别有利的，并且在一些实施方案中单独使用或与谷类麸皮组合使用。
可以将所述谷类麸皮以一种或多种添加物按任何合适的量添加至含角蛋白的材料中。理想地，在该方法过程中，以任何数量的添加物而添加的所述谷类麸皮的累积量小于20重量％，或小于10重量％。在一些实施方案中，所述混合物中谷类麸皮的量为0.1重量％至20重量％，或5重量％至10重量％。本文所指的重量百分比是基于含角蛋白的材料和谷类麸皮的总干重。
类似地，可以以任何合适的量以一种或多种添加物将还原糖添加到含角蛋白的材料中或添加到含角蛋白的材料和谷类麸皮的混合物中。令人惊讶的是，已证明少量的还原糖是有效的，并且小于20重量％，或小于10重量％，或甚至小于5重量％或甚至小于1重量％的量是合适的。在一些实施方案中，还原糖例如木糖的量为0.1重量％至1.0重量％。
在其中使用谷类麸皮和还原糖的组合的那些实施方案中，所述组合的量还可以合适地为小于20重量％，或小于10重量％，或小于5重量％。在一些实施方案中，谷类麸皮和还原糖的组合的量可以为2重量％或更少。
所述含角蛋白的材料可以是任何含角蛋白的蛋白材料，包括但不限于羽毛、毛发、羊毛、皮革、鬃毛、角、蹄、爪、指甲、鳞片或任何其他合适的含角蛋白的材料，或它们的混合物。含角蛋白的材料可进一步包含一种或多种任何含角蛋白的材料的水解产物或部分水解产物。在一些实施方案中，含角蛋白的材料包括生羽毛(raw feathers)。
该方法的水解可根据任何已知方法进行，包括蒸汽、酶、化学水解或它们的组合。蒸汽水解的合适条件包括约0磅/平方英寸(psig)至约200磅/平方英寸(psig)的压力和/或升高的温度，例如从100℃到160℃，持续约15分钟至约240分钟的时间。酶水解的合适条件包括用合适的酶或酶溶液在足以水解含角蛋白的材料/谷类麸皮混合物的时间和温度下温育。合适的酶包括内切蛋白酶(例如角蛋白酶、木瓜蛋白酶及它们的组合)、外切蛋白酶、内源酶及它们的组合。
可以在水解之前、之中或之后将一种或多种食品级抗氧化剂添加到含角蛋白的材料中。包含这样的抗氧化剂不仅可以帮助进一步减少与脂肪氧化有关的异味，而且还可以令人惊讶地使所得的食物蛋白成分以及因此掺入该食物蛋白成分的食物产品更可口。如果需要，一种或多种食品级抗氧化剂可以按照食品和饲料法规以合适的量包含在食品蛋白成分中，例如，基于食品蛋白成分的总重量为0.01重量％至10重量％的量。
可以使含角蛋白的材料/谷类麸皮和/或还原糖的混合物经受水解过程中常规使用的一种或多种预处理、中间处理或后处理步骤。例如，可通过离心、过滤、倾析、干燥、筛分、在研磨之前积聚(accumulating prior to milling)、浓缩、冷藏、冷冻、巴氏杀菌、酸化、进一步水解及它们的组合来进一步处理水解的混合物。
本发明的方法导致在基于含角蛋白的材料的食物产品成分的制造过程中所产生令人不适的气味的最小化。预期掺入通过所述方法生产的食物产品成分的食物产品具有类似的益处，即具有最小的与之相关的令人不适的气味。进一步地，掺入所述食物产品成分的食物产品可以表现出更少或更小程度的掺入由常规生产的含角蛋白的材料生产的食物产品成分的食物产品所表现出的任何异味。
并且因此，另一方面，提供了食物产品成分。所述食物产品成分可以是通过本发明方法生产的一种食物产品成分，或者换句话说，所述食物产品成分可以由含有角蛋白的材料和谷类麸皮以及任选地一定量的一种或多种抗氧化剂的水解混合物组成。所述食物产品成分可以包括至多20wt％的谷类麸皮，并且在一些实施方案中，基于所述食物产品成分的总重量，理想地包括5wt％至10wt％的谷类麸皮。所述食物产品成分反过来可以以基于食物的总重量至多25重量％，或至多20重量％，或至多15重量％，或至多10重量％的量掺入湿食品或干食品中。可以将至少1重量％，或者至少5重量％的食物产品成分掺入到湿食品或干食品中。湿食品或干食品中所述食物产品成分的可接受范围为1重量％至25重量％，或5重量％至20重量％，或10重量％至15重量％。本文提供的重量百分比是基于食物产品成分中间混合物、食物产品成分或食物产品的总重量，视情况而定，并以干物质为基础计算。
附图说明
所述方法及其组合物的多种目的和优点将从以下描述结合附图显而易见，所述附图以说明和举例方式阐述该方法和所得组合物的某些实施方案。
图1是本发明方法的一个实施例的流程图；
图2是本发明方法的另一实施例的流程图；
图3是本发明方法的另一实施例的流程图；以及
图4是本发明方法的另一实施例的流程图。
具体实施方式
文中所用术语“第一”、“第二”等不指定任何顺序、数量或重要性，而是用于使一个要素与另一个要素区分开。术语“一(a)”和“一(an)”不是指数量限定，而是指存在至少一个提及的项目。
术语“大约”、“近似”和“基本上”旨在表示合格的项目不限于指定的确切值，而是包括例如由于测量误差、制造公差、施加在各个部位上的应力、磨损和损耗、或它们的组合而引起的一些细微变化或偏差。
整个说明书中对“一个实施例(one example)”或“一实施例(an example)”的引用意味着结合实施方式或实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施方式中。因此，在整个说明书中多处出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”并不一定表示参考同一实施方式。此外，在一个或多个实施方式中，可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。因此，类似地，尽管本文所公开的发明构思旨在涵盖包括一个或多个特征的所有组合和置换，但是说明书中多个位置的短语“在一个实施例中”不一定指同一实施例。
提供了用于生产用于食品和饲料产品的角蛋白基蛋白质成分以及所得的食品蛋白质成分的方法。所述方法采用一定量的含角蛋白的材料，该材料可以包括任何含角蛋白的蛋白质材料，包括但不限于羽毛、毛发、羊毛、皮革、鬃毛、角、蹄、爪、指甲、鳞片或任何其他合适的含角蛋白的材料或它们的混合物。这些中的任何一个都可以从屠宰场或其他来源获得，并且对于毛发和羽毛的情况下，可以从脱毛或换羽毛的活体动物中获得。
这些中的任何一种也可以在潮湿或湿的条件下提供，因此，期望通过沥水、过筛等将其脱水以除去过量的水。脱水的基于角蛋白的蛋白质成分通常可具有约65％至约80％的水分含量。
接下来将脱水的材料转移到连续的或输送箱中，在该处对材料进行充气、搅动或以其他方式消除压实，然后输送到污染物分离站，在此处从含蛋白质的材料中分离出有机污染物和/或无机污染物，以减少或消除对后续加工设备的损害或加工食料产品的污染。
将谷类麸皮和/或一种或多种还原糖添加到含蛋白质的材料中，并且最好在任何加工步骤之前、在接收原料后、在任何脱水步骤之后，或者在任何污染物移除步骤之前或之后添加。最好在任何水解步骤之前添加谷类麸皮和/或还原糖，但是可以在所述方法的一个或多个水解步骤之前和之后分批添加。谷类麸皮和还原糖可以在添加到含蛋白质的材料中之前混合，或者可以分别和/或顺序地添加到含蛋白质的材料中。
如果需要，可以将谷类麸皮脱脂。可以使用任何谷类的麸皮，例如苋菜、碾碎干小麦、法老小麦、藜麦、斯佩尔特小麦、苔麸、小黑麦、野生稻、小麦、玉米、大麦、黑麦、小米、燕麦、大米、高粱或荞麦。在一些实施方案中，谷类麸皮可以是小麦、玉米、大麦或大米麸皮。在一些实施方案中，谷类麸皮是大米麸皮(rice bran)，其可以脱脂或可以未脱脂。脱脂的谷类麸皮的使用可以提供进一步的优点，因为谷类麸皮的脂肪部分可以被分离并用于其他产品中。因此，使用脱脂谷类麸皮的那些实施方案可以提供额外的经济利益。
在所述方法过程中，以任何数量添加的谷类麸皮的累积量优选不超过含有角蛋白的材料和谷类麸皮的混合物的总重量的20％，或不超过18％，或不超过16％，或不超过14％，或不超过12重量％或不超过10重量％。所述谷类麸皮的累积量理想地为按重量计，基于含角蛋白的材料和谷类麸皮的混合物的总重量(以干物质计)的至少0.1％，或至少0.5％，或至少1％，或至少2％，或至少3％或至少4％或至少5％。在一些实例中，混合物中谷类麸皮的量为0.1重量％至20重量％，或0.5重量％至18重量％，或1重量％至16重量％，或2重量％至14重量％，或3重量％至12重量％，或5重量％至10重量％。
任何能够参与美拉德反应(Malliard reaction)的还原糖都是合适的，包括所有单糖(半乳糖、葡萄糖、甘油醛、果糖、核糖和木糖)、一些二糖(纤维二糖、乳糖和麦芽糖)、低聚糖(葡萄糖浆、麦芽糖糊精和糊精)和多糖(糖原)。其中，木糖已被证明是特别有利的，并且在一些实施方案中单独使用或与谷类麸皮组合使用。
令人惊讶的是，已证明少量的还原糖是有效的，并且小于20重量％，或小于10重量％，或甚至小于5重量％或甚至小于1重量％的量是合适的。在一些实施方案中，还原糖例如木糖的量将为0.1重量％至1.0重量％。
在其中使用谷类麸皮和还原糖的组合的那些实施方案中，所述组合的量还可以是合适地小于20重量％，或小于10重量％，或小于5重量％。在一些实施方案中，谷类麸皮和还原糖的组合的量可以是2重量％或更少。
在水解之前可以使用或可以不使用蛋白水解酶和合适的还原剂对含蛋白质的材料进行预处理。例如，可以将食品级还原化学品(例如焦亚硫酸钠)添加到含角蛋白的材料、包含谷类麸皮和含角蛋白的材料的混合物中以促进水解。
然后在足以水解其中的含蛋白质材料，即破坏二硫键并使角蛋白变性的条件下，使包含谷类麸皮和/或还原糖以及含角蛋白的材料的混合物进行水解。可以进行任何合适类型的水解、包括蒸汽水解、酶水解和/或化学水解。在这样的实施方案中，可以进行多个水解步骤；每个水解步骤可以使用相同或不同的水解方法进行。
可以使用多个蒸汽水解步骤、多个酶水解步骤、多个化学水解步骤或这些的组合。当采用一个以上的水解步骤时，可以使用相同或不同的水解过程。也可以使用相同水解过程的变体。工艺中的变体可以包括条件的变化，包括保留时间、压力、温度、酶类型的变化或这些的任意组合。可能需要多个水解步骤以进一步增强或最大化最终水解产物的消化率。
合适的蒸汽水解条件包括在约1巴或14.7磅/平方英寸(psig)至约4巴或58.8磅/平方英寸(psig)的压力下的饱和蒸汽和相应的升高的温度，其可以基于已知的饱和蒸汽性质来确定。热量可以通过高压容器夹套(high pressure vessel jacket)间接提供，也可以通过蒸汽加热直接提供。所述含蛋白质的材料/谷类麸皮和/或还原糖的混合物经过一段预定时间的蒸汽水解，以达到所需的消化率，通常为约15至约60分钟，或约15至约90分钟，或约15至约120分钟，或约15分钟至约150分钟，或约15分钟至约180分钟，或约15分钟至约210分钟，或甚至约15分钟至约240分钟。
可以在蒸汽水解过程中例如通过摇动或搅拌来搅动所述含蛋白质的材料/谷类麸皮和/或还原糖的混合物。可以采用搅拌来提供基本连续的混合，这有利于加压蒸汽的渗透以使整个混合物中获得均匀的热量。混合物的水解可以使用连续操作的蒸汽压力水解器系统或批处理类型系统来完成。一旦按照预定的压力、温度和时间参数进行了水解，所述混合物就被排放到膨胀罐中，在那里释放压力和多余的水分。这通常使混合物的温度降低至约208-216°F，优选约212°F。优选地，所得冷却的混合物具有大于约40％至约75％的保留水分含量。
可以使用本领域已知的任何蛋白水解酶来进行酶水解，所述蛋白水解酶包括但不限于蛋白酶，例如内切蛋白酶和外切蛋白酶；外源酶；内源酶；或它们的组合。内切蛋白酶，例如角蛋白酶和木瓜蛋白酶，可以单独使用或结合使用。蛋白酶组合的使用可以协同水解角蛋白，从而为该方法提供了效率。
外切蛋白酶也可以作为全部使用或作为任何酶水解的一部分使用，以进一步缩减蛋白质大小，产生所需特性的肽和/或产生低变应原性和/或无变应原性蛋白质成分。可以使用含有纯化的外切蛋白酶的任何合适的酶产物，例如风味蛋白酶
Figure BDA0002291533080000081
(诺和诺德公司(Novo Nordisk)，鲍斯韦(Bagsvaerd)，丹麦)和Validase
Figure BDA0002291533080000082
(DSM，Heerland，荷兰)。可选地，原料中所携带的内源酶可以用来减少添加的内切蛋白酶的所需要剂量。这些内源酶可以从动物内脏获得，例如，蛋白酶、糖酶和/或脂肪酶。
酶促水解条件得到选择以产生最佳结果，并且这些条件取决于所使用的酶。根据所选的酶选择搅拌速率、水分含量、pH和温度，并调整温育条件以实现最佳结果。在不产生抗营养物质(anti-nutrients)如赖丙氨酸和羊毛硫氨酸的情况下，可以采用更高的水解温度来提高转化率。
酶促水解步骤的持续时间取决于起始原料以及所需的终产物，但是可以持续长达约6小时，优选约30分钟至约6小时。为了维持该方法的商业可行性，在某些优选的实施方案中，水解时间限于小于约4小时。在某些特别优选的实施方案中，水解时间范围可以为约2小时至约3小时。在其他实施方案中，水解时间可以为约30分钟至约2小时。
可以在水解之前、之中或之后将一种或多种食品级抗氧化剂添加到含角蛋白的材料中。在一些实施方案中，可以在水解之前或水解过程中添加抗氧化剂。在其他实施方案中，可以在水解之后并且在干燥之前添加抗氧化剂。包含此类抗氧化剂不仅可以帮助进一步减少与脂肪氧化有关的异味，而且还令人惊讶地被发现，其使得所得的食物蛋白成分以及由此掺入了该食物蛋白成分的食物产品更加可口。
可以包含在食品蛋白质成分中的食品级抗氧化剂的实例包括任何已知的食品级抗氧化剂，包括但不限于类胡萝卜素，例如β-胡萝卜素、叶黄素、虾青素、玉米黄质(zeaxanthin)、胭脂素(bixin)和番茄红素(lycopene)；硒；辅酶Q10；叶黄素；生育三烯酚(tocotrienol)；大豆异黄酮；S-腺苷甲硫氨酸；谷胱甘肽；牛磺酸；N-乙酰半胱氨酸；维生素E；维生素C；维生素A；硫辛酸；左旋肉碱；没食子酸丙酯；抗坏血酸棕榈酸酯；卵磷脂；生育酚和混合生育酚；多酚，例如迷迭香油、迷迭香提取物、迷迭香酸、可可多酚，或茶或绿茶中发现的多酚、咖啡提取物、咖啡酸、姜黄提取物、蓝莓提取物、葡萄籽提取物、丁基化羟基茴香醚(butylated hydroxyanisole,BHA)、叔丁基对苯二酚(tertiary butylhydroquinone，TBHQ)、丁基化羟基甲苯(butylated hydroxytoluene，BHT)，含有一个或多个酚基、羧基、内酯环和/或异戊二烯单元的化合物，或这些的组合。可接受用于食品中的可商购的抗氧化剂的实例包括
Figure BDA0002291533080000091
Premium Liquid(建明工业(Kemin Industries)，德梅因(DesMoines)，爱荷华州(IA))和
Figure BDA0002291533080000092
Liquid(建明工业(Kemin Industries)，德梅因(Des Moines)，爱荷华州(IA))。
如果需要的话，一种或多种食品级抗氧化剂可以按照食品和饲料法规的量包括在食品蛋白成分中，例如以干物质计为100ppm至10000ppm，或者基于食物蛋白成分的总重量0.01重量％至1.0重量％。
水解后，可以根据常规水解方法进一步加工水解的材料。这可以包括使材料经受干燥、筛分、研磨、粉碎、浓缩、冷藏、冷冻、巴氏灭菌、酸化、离心、过滤和/或超滤和/或倾析中的一种或多种。应当理解，该列表不是穷举的，并且还应当理解，并非在该方法的每个实施例中都需要执行所有进一步的处理步骤。可选地，可将水解产物直接干燥。
例如，可将水解的混合物转移至干燥器进料器，以供应至干燥器单元用于除去水分，以使产物在环境温度和储存条件下稳定。干燥食物产品成分可以适当地具有按重量计低于约10％，优选地按重量计约7.5％的水分含量。可以采用任何合适类型的干燥器，例如盘式干燥器或闪蒸干燥器。干燥机的温度和暴露时间应最小化，以防止变黑和消化率降低。也可以单独使用或组合使用工业上已知的其他干燥技术，包括但不限于喷雾干燥或流化层干燥。一步式轻研磨干燥(One step gentle mill drying)是一种特别有利的干燥方法的例子。
接下来可以将混合物过筛并转移到积聚或保持箱。如果需要，可以对所述材料进行进一步研磨或粉碎，或对所述材料施加其他污染物去除技术，例如通过高强度磁棒或杆进行磁性金属分离。接下来将混合物转移到冷却和干燥的大容量存储器中以备使用。
如对于某些最终用途的应用可能需要的那样，在所述方法任何步骤之前、之中或之后，可以对含角蛋白的材料、包含谷类麸皮和/或还原糖的混合物以及含角蛋白的材料和/或水解的混合物进行一种或多种尺寸缩减步骤。任何这样的尺寸缩减可以在潮湿条件、干燥条件或适合于实现尺寸缩减的任何其他条件下进行。任何这样的尺寸缩减可以在单次或多次通过操作中完成，其可以包括一个、两个、三个、四个或任何数量的尺寸缩减步骤，以实现期望的平均粒度或期望的D90，例如，低于约400μm。
与由含角蛋白的材料生产食物产品成分的常规方法相比，本发明的方法可引起产生较少的异味。该益处可以延续到通过该方法生产的产品，以及包含食物产品成分的下游产品。即，与通过常规方法由含角蛋白的材料制成的食物产品成分相比，通过所述方法制成的食物产品成分可以排出较少的异味，并且掺入通过该方法制成的食物产品成分的下游产品可以类似地受益。可以将所述食物产品成分掺入任何最终用途的食物产品中，并且在将所述食物产品成分掺入动物饲料中时可以发现特别的优势，在动物饲料中，其是体积大并且还容易获得、经济、营养、易消化且可口的蛋白质来源而受到追捧。由于具有较少的异味，比起无本发明时所能够使用的角蛋白材料，本发明可以使用大量的角蛋白材料。
当将食物产品成分掺入到可能会散发出常规产生的气味的湿动物饲料、鱼食或宠物食品中时，它们可能会特别有益。就是说，其中与这样的产品相关的香气可能不能对所有的使用者/消费者有吸引力，在这样的产品中使用所述食物产品成分，可能至少不会增加任何可察觉的恶臭，就像将用常规加工的含有角蛋白材料的食物产品成分掺入此类产品中的情况一样。
所述方法的一个实施例在图1中示出。如图所示，方法100通常包括向一定量的含角蛋白的材料(例如羽毛)中添加102一定量的谷类麸皮(例如大米麸皮)和/或还原糖(例如木糖)以提供混合物以及水解(例如蒸汽水解)所述混合物104。
图2示出了所述方法的另一实施例。在方法200中，可以使包含角蛋白的材料经受一个或多个预处理步骤202，例如去除任何有机污染物或无机污染物、润湿、脱水、筛分、漂洗、缩减尺寸、添加蛋白水解酶或还原剂等。一定数量的谷类麸皮，例如苋菜、碾碎干小麦、法老小麦、藜麦、斯佩尔特小麦、苔麸、小黑麦、野生稻、小麦、玉米、大麦、黑麦、小米、燕麦、大米、高粱或荞麦的麸皮，和/或将还原糖，例如半乳糖、葡萄糖、甘油醛、果糖、核糖、木糖、纤维二糖、乳糖、麦芽糖、葡萄糖浆、麦芽糊精、糊精或糖原添加至含蛋白质的材料204。基于含蛋白质材料和谷类麸皮的混合物的总重量，谷类麸皮的量为0.1重量％至20重量％、或1重量％至15重量％、或5重量％至10重量％，是合适的。类似地，小于20重量％、或小于10重量％、或甚至小于5重量％或甚至小于1重量％的还原糖的量是合适的。在一些实施方案中，基于含蛋白质的材料和谷类麸皮和/或还原糖的混合物的总重量，还原糖(例如木糖)的量为0.1重量％至1.0重量％。
然后将含蛋白质的材料/谷类麸皮和/或还原糖的混合物水解206。所述水解可以是任何水解过程，包括但不限于蒸汽水解、化学水解、酶促水解，或它们的组合。所述水解步骤可以使用相同的工艺，或者它们也可以使用不同的工艺(例如酶法或蒸汽法)或不同的加工条件(例如不同的酶、不同的压力、不同的温度、不同的保留时间等)。
然后将水解的羽毛进行进一步的处理208，该处理可以包括在水解过程中进行的任何步骤。例如，所述水解的羽毛可以在研磨之前进行一种或多种缩减尺寸的处理、干燥、筛分和积聚，并放置在干燥的大容量存储器中，或者可以将它们浓缩、冷藏，冷冻，巴氏灭菌、酸化和/或进一步水解。
图3示出了方法300的另一实施例方案，其中在添加谷类麸皮和/或还原糖304与水解306之间进行一个或多个中间处理步骤305。中间处理步骤305可以包括去除任何有机污染物或无机污染物、润湿、漂洗、缩减尺寸、添加蛋白水解酶或还原剂等。
如图4所示，另一种替代方法400包括添加402谷类麸皮和/或还原糖、水解404和第二水解406的步骤。水解过程404、406可以使用相同的工艺，或者一个或多个水解步骤可以使用不同的水解工艺或相同水解工艺的变体。工艺的变体可能包括条件的变化，包括保留时间、压力、温度、酶类型的变化或这些变化的任意组合。
然后可以使水解的混合物再次进行污染物去除步骤，其中使用X射线或其他合适的分选手段分离任何异物(foreign material)。去除此类夹杂物可防止损坏切割头设备的损坏以及原料产品的污染。
根据前述方法制备的食物产品成分在室温下是稳定的、高度可口的，并且表现出至少约85％、或至少约87％，或至少约89％，或至少约91％，或至少约92％，或至少约93％，或至少约94％，或至少约95％，或至少约96％，或至少约97％，或至少约98％，或至少约为99％，甚至至少约为99.5％通过博伊森(Boisen)和费尔南德斯(Fernandez)(1995)描述的2-步骤酶促方法测量的蛋白质的消化率。在一些实施方案中，所述食物产品成分显示出通过2步骤博伊森(Boisen)方法测量的85％-95％之间的蛋白质消化率。
所述食物产品成分包含多种氨基酸，包括但不限于半胱氨酸、亮氨酸、精氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丝氨酸和苯丙氨酸。
以下实施例描述了其中含蛋白质的材料包括生羽毛和/或生羽毛水解产物的实施方案。然而，所述方法不限于此，并且可以无限制地应用于任何含有角蛋白的材料。
实施例1
预处理(可选)
将1818.2g的焦亚硫酸钠溶解在10kg的水中，制成溶液以喷洒到大约2000磅的羽毛表面上。当为了运输将羽毛放入塑料容器中时，将所述溶液喷洒到羽毛层上。将包装好的羽毛进行蒸汽处理约15分钟，以达到最低温度180°F。在所述处理之后，在蒸汽水解步骤之前适当地运输和存储羽毛。任选地，在预处理和包装之前可以将所需量的所需谷类麸皮和/或还原糖添加至预处理溶液中或直接添加至羽毛中。
蒸汽水解
单独将120千克的生羽毛或预处理过的羽毛(对照物)，或与12千克添加的脱脂大米麸皮(本发明)一起放入中试分批蒸汽水解器中。所述分批水解器具有安装在单轴上的双板，可在水解过程中混合羽毛。所述轴速度保持在18转每分钟(rpm)。来自锅炉的蒸汽通过分批水解器的夹套循环。通过从所述夹套壁传导到羽毛或羽毛/大米麸皮混合物的热量，所述羽毛和羽毛/大米麸皮混合物在容器中得到加热。夹套中的蒸汽压力保持在55磅/平方英寸(psig)至70磅/平方英寸(psig)的范围内。随着热量转移到混合物中，容器中的压力会随着时间而增加，但需要手动调节以保持在40磅/平方英寸(psig)。所述水解在磅/平方英寸(psig)下进行60分钟。在预定时间之后，通过打开手动阀来缓慢释放容器的压力直到压力达到大气压。接下来，打开分批水解器，将水解的羽毛和混合物转移到单独的容器中。
水解过程中排气
预计单独羽毛(对照物)的水解会产生类似于天然气或腐烂鸡蛋气味的典型含硫气味的臭味，而对本发明样品(包括脱脂的大米麸皮)的水解预计会产生与烘烤的谷物气味类似的更细腻且更少硫磺味的气味。
消化率的测量
最后，对两个容器中的材料都进行2步骤博伊森(Boisen)方法测定消化率。从前面的描述可以看出，在两个容器之间的处理的唯一区别是，对于本发明实施例，向羽毛中添加了脱脂的大米麸皮。脱脂的大米麸皮的添加不会不利地影响食物产品成分的消化率，并且可能会稍微提高消化率。
烘干
将面团状材料干燥以达到保存稳定的条件。在该实验中，使用了由明尼苏达州新布拉格的斯科特设备公司(Scott Equipment)提供的热风干燥机。干燥机具有腔室，该腔室被高速通过的热空气加热。通过放置在单个旋转轴上的一系列叶片将材料分散。所述叶片还向干燥室内输送物料，并且可以根据需要进行调节。干燥室热风入口温度设置为600°F，并且出口温度为245°F。干燥后的材料以细粉形式出来，并通过在“袋式除尘器(baghouse)”中组装的一系列过滤器收集。收集的粉末通过气锁回转阀传送并排入容器。此点测得的产品温度为135°F。水分低于10％，水分活度足够低，可以在环境温度下存储。本领域技术人员将理解，还可以采用与所描述的方法相关的其他干燥技术来生产高质量的羽毛水解产物粉末。
异味/气味的产生
在储存24小时、48小时、72小时、1周和2周后，或者在同一设施中，或者在运输/转移到其他设施/实体之后，将对照物(羽毛单独水解)食物产品成分和本发明(羽毛与谷类麸皮一起水解)食物产品成分添加到对照物宠物食物产品和本发明宠物食物产品中。预计对照宠物食物产品具有比本发明宠物食品的香气更不为人类消费者所接受的香气。
结果
与根据常规方法(即，不添加谷类麸皮)生产的食物产品成分相比，预计根据本方法生产的食物产品成分不仅在其制造过程中释放出较少的异味。进一步地，与使用常规方法由角蛋白材料制备的食物产品成分相比，本发明掺入食物产品成分的宠物食品有望获得更大的消费者认可度。此外，与包括常规加工的角蛋白材料的宠物食品相比，预计宠物更喜欢包含本发明宠物食品成分的食品。甚至更进一步地，与常规的角蛋白材料相比，食品可以包含更多量的本发明的角蛋白材料。
实施例2：实验室规模筛选
将一种或多种糖或谷类麸皮、200克羽粉水解产物和200克水混合，并在Parr反应器(帕尔仪器公司(Parr Instrument Co.)，莫林市(Moline)伊利诺伊州(IL))中在120℃下反应30分钟。由三位熟悉常规羽毛水解产生的异味的人类评估员组成的小组对处理过的湿样品进行感官评价，但未使用任何特定的标准化感官方法。样本按1到5的等级进行排序，其中5是最佳气味(定义为温和和/或令人愉快的气味)且1是最难闻的气味(定义为强烈和/或令人不愉快的气味)。糖量、谷类麸皮量和感官等级如下表1所示。
表格1
Figure BDA0002291533080000161
Figure BDA0002291533080000162
如表1所示，含有0.5重量％的木糖、1重量％的木糖和5重量％的脱脂大米麸皮的样品(样品2-2、样品2-6和样品2-7)得分最高。不含糖、含HCFS和木糖的组合或含啤酒酵母的对照样品2-1、对照样品2-4和对照样品2-5得分最低。因此，决定对脱脂大米麸皮和木糖进行中试工厂规模的筛选，并以高果糖玉米糖浆为对照例。实施例3描述了这种筛选。
实施例3中试工厂规模
糖或谷类麸皮与生羽毛的混合量如表2所示。每个样品都在140℃、40磅/平方英寸(PSI)的利特尔福德日中试水解器(Littleford Day Pilot Hydrolyzer)中处理15分钟。使用
Figure BDA0002291533080000163
1700型处理机(厄舍尔实验室有限公司(Urschel Laboratories，Inc.))粉碎水解的羽毛，并使用环式干燥机(Ring dryer)在82℃的干燥温度下干燥。由3名人类评价员组成的小组对干燥的样品进行感官评价，他们熟悉常规羽毛水解产生的异味，但不使用任何特定的标准化感官方法。样本按1到5的等级进行排序，其中5是最佳气味(定义为温和和/或令人愉快的气味)且1是最难闻的气味(定义为强烈和/或令人不愉快的气味)。产生的感官等级如下表2所示。
表格2
Figure BDA0002291533080000171
如表2所示，使用木糖或脱脂的大米麸皮制成的样品的得分优于用HFCS制成的对照例。更具体地说，小组成员将样品3-1的气味描述为煮熟的糖味，将样品3-3的气味描述为烘烤的谷物味，而将对照样品3-2的气味描述为与常规制备的水解羽毛相同。此外，小组成员将本发明样品3-3描述为具有吸引人的浅黄色/浅棕色。根据这些结果，决定使用快速概要方法(Flash Profiling methodology)进行确认性的感官测试。实施例4中描述了这种验证性测试。
实施例4验证性测试
糖或谷类麸皮与生羽毛的混合量如表3所示。每个样品都在140℃、40磅/平方英寸(PSI)的利特尔福德日中试水解器(Littleford Day Pilot Hydrolyzer)中处理15分钟。使用
Figure BDA0002291533080000172
1700型处理机(厄舍尔实验室有限公司(Urschel Laboratories，Inc.))粉碎水解的羽毛，并使用环式干燥机(Ring dryer)在82℃的干燥温度下干燥。使用快速概要方法(Flash Profiling methodology)对干燥的样品进行感官评估，所依据的方法见www.sensorysociety.org/knowledge/sspwiki/pages/FlashProfile.aspx。
样本按1到5的等级进行排序，其中5是最佳气味(定义为温和和/或令人愉快的气味)且1是最难闻的气味(定义为强烈和/或令人不愉快的气味)。产生的感官等级如下表3所示。
表格3
Figure BDA0002291533080000181
据信实施例2、实施例3和实施例4之间分数的差异是由于实施例4所采用的方法不同。尽管如此，三个实施例一起清楚地表明，少量(例如10重量％或更少)对与水解的含蛋白质的材料相关的气味具有积极的影响。
实施例5
预处理(可选)
将1818.2g的焦亚硫酸钠溶解在10kg的水中，制成溶液以喷洒到大约2000磅的羽毛表面上。当为了运输将羽毛放入塑料容器中时，将所述溶液喷洒到羽毛层上。将包装好的羽毛进行蒸汽处理约15分钟，以达到最低温度180°F。在所述处理之后，在蒸汽水解步骤之前适当地运输和存储羽毛。在进行预处理和包装之前，将所需量的所需谷类麸皮和/或还原糖添加至预处理溶液中或直接添加至羽毛中。
蒸汽水解
单独将120千克的生羽毛或预处理过的羽毛(对照物)，或与12千克添加的(10重量％)脱脂大米麸皮(本发明)、1.2千克(1重量％)木糖(本发明)、以及10千克脱脂的大米麸皮和2千克木糖(本发明混合物10重量％)一起放入中试分批蒸汽水解器中。所述分批水解器具有安装在单轴上的双板，可在水解过程中混合羽毛。所述轴速度保持在18转每分钟(rpm)。来自锅炉的蒸汽通过分批水解器的夹套循环。通过从所述夹套壁传导到羽毛或羽毛/大米麸皮、羽毛/木糖以及羽毛/大米麸皮和木糖混合物的热量，羽毛以及羽毛/大米麸皮，羽毛/木糖以及羽毛/大米麸皮和木糖的混合物在容器中得到加热。夹套中的蒸汽压力保持在55磅/平方英寸(psig)至70磅/平方英寸(psig)的范围内。随着热量转移到混合物中，容器中的压力会随着时间而增加，但需要手动调节以保持在40磅/平方英寸(psig)。所述水解在40磅/平方英寸(psig)下进行60分钟。在预定时间之后，通过打开手动阀来缓慢释放容器的压力直到压力达到大气压。接下来，打开分批水解器，将水解的羽毛和混合物转移到单独的容器中。
水解过程中排气
预计单独羽毛(对照物)的水解会产生类似于天然气或腐烂鸡蛋臭味的典型含硫气味的臭味，而预计本发明样品的水解会产生与烘烤的谷物气味类似的更细腻且更少硫磺味的气味。
消化率的测量
最后，对来自每个容器的材料都进行2步骤博伊森(Boisen)方法测定消化率。从前面的描述可以看出，在容器之间的处理的唯一区别是在本发明的实施例中羽毛中添加了脱脂的大米麸皮、木糖和脱脂的大米麸皮加木糖。添加脱脂的大米麸皮、木糖或脱脂的大米麸皮加木糖不会不利地影响食物产品成分的消化率，并且可能会稍微提高消化率。
烘干
将面团状材料干燥以达到保存稳定的条件。在该实验中，使用了由明尼苏达州新布拉格的斯科特设备公司提供的热风干燥机。干燥机具有腔室，该腔室被高速通过的热空气加热。通过放置在单个旋转轴上的一系列叶片将材料分散。所述叶片还向干燥室内输送物料，并且可以根据需要进行调节。干燥室热风入口温度设置为600°F，并且出口温度为245°F。干燥后的材料以细粉形式出来，并通过在“袋式除尘器(bag house)”中组装的一系列过滤器收集。收集的粉末通过气锁回转阀传送并排入容器。此点测得的产品温度为135°F。水分低于10％，水分活度足够低，可以在环境温度下存储。本领域技术人员将理解，还可以采用与所描述的方法相关的其他干燥技术来生产高质量的羽毛水解产物粉末。
产生异味/气味
在储存24小时、48小时、72小时、1周和2周后，或者在同一设施中，或者在运输/转移到其他设施/实体之后，将对照物(羽毛单独水解)食物产品成分和本发明(羽毛与谷类麸皮、木糖以及谷类麸皮和木糖一起水解)食物产品成分添加到对照物宠物食物产品和本发明宠物食物产品中。预计对照宠物食品具有比本发明宠物食品的香气更不为人类消费者所接受的香气。
结果
与根据常规方法(即不添加谷类麸皮、木糖以及谷类麸皮和木糖的组合)生产的食物产品成分相比，预计根据本发明方法生产的食物产品成分不仅在其制造过程中释放出较少的异味。进一步地，与使用常规方法由角蛋白材料制备的食物产品成分相比，本发明掺入食物产品成分的宠物食品有望获得更大的消费者认可度。此外，与包括常规加工的角蛋白材料的宠物食品相比，预计宠物更喜欢包含本发明宠物食品成分的食品。甚至更进一步地，与常规的角蛋白材料相比，食品可以包含更多量的本发明的角蛋白材料。
应当理解，尽管在本文中已经说明和描述了从含角蛋白的材料生产食物蛋白成分的方法的某些形式，但是其不限于所描述和示出的部分的特定形式或布置。在研究了本文件中提供的信息之后，对本文件中描述的实施方式以及其他实施方式的修改对于本领域普通技术人员将是明显的。提供本文中提供的信息，尤其是所描述的示例性实施例的具体细节，主要是为了清楚地理解，并且由此不会引起不必要的限制。如有冲突，以本文档的说明(包括定义)为准。

Claims (27)

1.一种用于从角蛋白材料生产食物蛋白质成分的方法，所述方法包括：
将一定量的谷类麸皮和/或一种或多种还原糖添加到一定量的含角蛋白的材料中以提供混合物；以及
在足以水解其中的含蛋白质的材料的条件下使所述混合物经受水解。
2.根据权利要求1的方法，其中所述谷类麸皮选自苋菜、碾碎干小麦、法老小麦、藜麦、斯佩尔特小麦、苔麸、小黑麦、野生稻、小麦、玉米、大麦、黑麦、小米、燕麦、大米、高粱或荞麦麸皮。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述谷类麸皮选自小麦、玉米、大麦、黑麦、小米、燕麦或大米麸皮。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述谷类麸皮被脱脂。
5.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述混合物的总重量，所述谷类麸皮的添加量为10重量％或更少。
6.根据权利要求1的方法，其中基于所述混合物的总重量，所述谷类麸皮的添加量为5重量％或更少。
7.根据权利要求1的方法，其中将谷类麸皮和一种或多种还原糖两者都加入到所述含角蛋白的材料中。
8.根据权利要求1或7的方法，其中所述一种或多种还原糖包括半乳糖、葡萄糖、甘油醛、果糖、核糖、木糖、纤维二糖、乳糖、麦芽糖、葡萄糖浆、麦芽糖糊精、糊精或糖原。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述一种或多种还原糖是木糖。
10.根据权利要求1或7所述的方法，其中基于所述混合物的总重量，所述一种或多种还原糖的添加量为5重量％或更少。
11.根据权利要求10所述的方法，其中基于所述混合物的总重量，所述一种或多种还原糖的添加量为1重量％或更少。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述角蛋白材料包括生羽毛。
13.根据权利要求1所述的方法，其中使所述含角蛋白的材料在约0磅/平方英寸至约200磅/平方英寸的压力和/或升高的温度下经受蒸汽水解约15分钟至约240分钟。
14.根据权利要求1所述的方法，其中使所述含角蛋白的材料经受酶水解。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述酶水解包括
向所述混合物中添加在水性环境中包含一定量的至少一种蛋白水解酶的蛋白水解酶浆液以产生蛋白浆液；
将所述蛋白浆液以足以产生食品蛋白成分的时间温育。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述蛋白水解酶选自由内切蛋白酶、外切蛋白酶、内源酶，以及它们的组合所组成的组中。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述内切蛋白酶包括选自由角蛋白酶、木瓜蛋白酶及它们的组合所组成的组中的酶。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述水解的含角蛋白的材料通过离心、过滤、倾析、干燥、筛分、在研磨之前积聚、浓缩、冷藏、冷冻、巴氏杀菌、酸化、进一步水解，以及它们的组合来进一步处理。
19.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括在水解之前、之中或之后将一定量的一种或多种抗氧化剂添加到所述含角蛋白的材料中。
20.一种宠物食品，所述宠物食品包含通过以下方法生产的食物蛋白成分，所述方法包括：
将一定量的谷类麸皮和/或一种或多种还原糖添加到一定量的含角蛋白的材料中以提供混合物；以及
在足以水解其中的含蛋白质材料的条件下使所述混合物经受水解。
21.一种食物产品成分，所述食物产品成分由水解的角蛋白材料、谷类麸皮和/或一种或多种还原糖以及可选的一种或多种抗氧化剂组成。
22.根据权利要求21所述的食物产品成分，基于所述食物产品成分的总重量，所述食物产品成分包含20重量％或更少的谷类麸皮和/或5重量％或更少的还原糖。
23.谷类麸皮用于改善水解角蛋白材料的适口性的用途。
24.一种从角蛋白材料中去除恶臭和/或增加角蛋白材料适口性的方法，该方法包括以下步骤：将一定量的谷类麸皮和/或一种或多种还原糖添加到一定量的含角蛋白的材料中以提供混合物；在足以水解其中的含蛋白质材料的条件下使所述混合物经受水解，并任选地在水解之前、之中或之后向含角蛋白的材料中添加一定量的一种或多种抗氧化剂。
25.一种宠物食品，所述宠物食品包含由水解的角蛋白材料、谷类麸皮和/或一种或多种还原糖以及任选地一种或多种抗氧化剂组成的食物产品成分，其中水解的角蛋白材料的量高于在不含谷类麸皮的宠物食物产品中水解的角蛋白材料的量。
26.根据权利要求25所述的宠物食品，其中所述宠物食品是湿宠物食品，并且其中所述食物产品成分的含量为1重量％至25重量％。
27.根据权利要求25所述的宠物食品，其中，所述宠物食品是干宠物食品，并且其中，所述食物产品成分的含量为1重量％至25重量％。
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