JP2011516095A - 澱粉含有穀物から得られる蛋白質濃縮物、その組成、製造方法及び使用 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
本明細書で使用される場合、「蛋白質濃縮物」と言う用語は、元々の栄養源から単離された蛋白質、例えば、澱粉含有穀物又は脂肪種子から単離された蛋白質を意味する。一般的に、単離された蛋白質は元々の状態よりもさらに濃縮されている。
1つの具体的な実施形態では、本発明は澱粉含有穀物から蛋白質濃縮物を生産する製法を提供する。従って、1つの具体的な実施形態では、本発明は、水性養殖用飼料の調製に適した高品質な高可消化蛋白質濃縮物を提供する。
(A.穀物)
(大麦)
大麦は灌漑された環境と乾燥地の環境の両方で商業的に栽培されるシーズンの短い早熟成の作物である。大麦は旱魃、洪水及び霜に抵抗力があるので、様々な栽培環境に良く適応する。大麦はその適応能力と広範な環境条件への耐性能力の故に、他のセリアル穀物では栽培が困難あるいは不可能な世界の多くの地域でも栽培できる。
他の穀物も本明細書開示の方法で蛋白質濃縮物を調製するのに使用できる。1つの具体的な実施形態では、澱粉含有穀物はオート麦である。事実、1つの具体的な実施形態では、少なくとも約47%の蛋白質濃度を有するオート麦蛋白質濃縮物が当該製法に従って調製される。
(籾殻除去)
1つの具体的な実施形態では、蛋白質濃縮物を生産する本明細書開示の製法は籾殻除去の工程も含んでいる。1つの具体的な実施形態では、籾殻除去には標準の商業用の籾殻除去装置を用いる(例えば、R.D.Reichert等(2006)Journal of Food Science 49(1):267−272を参照)。
穀物の粒度を減少させる業界で周知の方法であればどの方法でも、澱粉含有穀物又は脂肪種子を粉砕するのに使用できる。1つの具体的な実施形態では、穀物の粒度はハンマミルを用いて達成される。別の具体的な実施形態では、穀物の粒度はローラミルを用いて達成される。ハンマミル及びローラミルは業界で周知である(例えば、Kim Koch, Hammermilles and Roller mills, Kansas State University, 2002年5月を参照)。
穀物のスラリーは一般的に澱粉含有穀物から調製される。一般的に、粉砕された澱粉含有穀物は全固形物含量が約10%ないし約40%になるまで水でスラリー状にする。蛋白質濃縮物は、本明細書の以下に開示されるいくつかの製法の1つを用いてスラリーから調製される。
1つの具体的な実施形態では、製品収率又は転化効率を下げることなく出来るだけ多くの固形物含量を持つように調製される。一般的に、マッシュの粘度がマッシュ中の最大%の固形物を制限する要因である。固形物の含有量は穀物の種類により異なる。例えば、大麦は一般的にトウモロコシよりも粘度の高いマッシュとなる。一般的に、マッシュの粘度は約2500センチポイズ(cp)ないし約5000cpの上限を有している。当業者は特定の応用ごとに適切な固形物含量を認識するであろう。
(I.加熱加工)
1つの具体的な実施形態では、スラリーはpH5ないし7に調整される。次にスラリーを加熱し、約80℃ないし約125℃の温度に5分ないし24時間維持する。既知の穀物加工においてスラリーを加熱及び保持する手段であれば、どのような手段でも利用できる。例えば、蒸気注入又は熱交換により加熱される貯蔵タンク、ジェットクッカー、保持タンクに供給されるハイドロヒーター(hydroheaters)などである。澱粉を可溶性のデキストリンに加水分解するのに十分な量の耐熱性アルファアミラーゼ(例えば、バチルス‐リケニフォルミス由来)を添加する。可溶性デキストリンの測定方法は業界で周知である(例えば、L.Serre and C.Lauriere(1990)Analytical Biochemistry 186(2):312−315を参照)。
マッシュの加熱において、マッシュの温度を少なくとも穀物澱粉のゼラチン化点まで上昇させるシステムであれば、いずれのシステムでも適切に利用可能である。一般的に、澱粉のゼラチン化温度は澱粉の種類及び澱粉源により異なっており、業界で周知のいずれの方法で測定してもよい(例えば、Li F.D.等(2004)J. Food Eng.62(2):113−120を参照)。ほとんどの穀物由来の澱粉は一般的に約65℃近辺でゼラチン化を開始する。一方、ジャガイモの澱粉は一般的に約51℃近辺でゼラチン化を開始する。加熱工程では、温度範囲は65℃ないし140℃であってよい。当該製法の好ましい温度は90℃ないし120℃である。この温度は汚染微生物を阻止又は死滅させるのに十分高く、アミラーゼ酵素は依然有効であり、しかも蛋白質分子が改変されない程度に十分低い。「非加熱」工程では、澱粉をゼラチン化温度にまで加熱する必要はない。
1つの具体的な実施形態では、温度及び耐酸性アルファアミラーゼがゼラチン化した澱粉の可溶化及び/又は液状化に用いられる。温度及び耐酸性アルファアミラーゼ酵素は110℃まで耐性であり、一般的に約4ないし約6のpH最適範囲を有している。加熱穀物マッシュに適しているいくつかの典型的な温度及び耐酸性アルファアミラーゼ酵素には、ジェネンコア社のSPEZYME FRED及びノボザイム社のLiquozyme(登録商標)が含まれる。1つの具体的な実施形態では、大麦マッシュはpHを約5に調整し、90℃ないし105℃の範囲の温度まで加熱し、アルファアミラーゼを製造元の供与量率に関する推薦に一致する酵素対澱粉比で添加する。当該製法には、どのようなアルファアミラーゼ酵素を用いてもよい。その中には、選択された微生物の培養により現場又は他の場所で別個にしかし並行したプロセスによって調製される酵素(例えば、W/O1989・012679、米国特許4,5236,477、Aehle, Wolfgang ed.Enzymes in Industry:Production and Applications. Wilet−VCH, 2007を参照)又は商業用の供給会社から購入したアルファアミラーゼが含まれる。
1つの具体的な実施形態では、70℃まで活性であるグルコアミラーゼが用いられる。1つの具体的な実施形態では、ジェネンコア社のDistillase及びノボザイム社のSpiritzymeが当該製法に適した商業的に入手可能なグルコアミラーゼである。1つの具体的な実施形態では、加熱大麦マッシュは約65℃まで冷却し、pHを調整し、製造元の推薦に一致した供与量率で酵素を添加する。マッシュは約50℃ないし約70℃の温度で約数分ないし約24時間保持し、それから20℃ないし35℃の醗酵温度まで冷却する。当該製法ではどのようなグルコアミラーゼを用いてもよい。その中には、業界周知の方法を用い、蛋白質の生産場所で、選択された微生物を使って別個だが並行したプロセスにより生産されるグルコアミラーゼも含まれる(例えば、米国特許4,536,477を参照)。
1つの具体的な実施形態では、当該製法は大麦を用い、ベータグルカナーゼを使って大麦中のベータグルカンをグルコースに加水分解する。ベータグルカン加水分解は粘度を下げ炭水化物を可溶化するので、蛋白質濃縮物及びエタノール収率が上昇する。ベータグルカナーゼは製造元が勧める温度及びpHで添加される。典型的なベータグルカナーゼは、限定されないが、ジェネンコア社のOptimash及びノボザイム社のViscozymeである。しかし、当該製法ではどのようなベータグルカナーゼを用いてもよい。その中には、当業者に周知のように、蛋白質の生産場所又は他の場所で、選択された微生物を使って別個だが並行したプロセスにより生産されるベータグルカナーゼも含まれる。1つの具体的な実施形態では、ベータグルカナーゼは加熱マッシュを適切な温度に冷却したのちに添加される。別の具体的な実施形態では、ベータグルカナーゼは、マッシュの粘度を下げるため、加熱の前にマッシュに添加する。
グルコアミラーゼとベータグルカナーゼを添加したのち、マッシュは更に35℃まで冷却し、醗酵を開始させるため酵母培養物を添加する。1つの具体的な実施形態では、醗酵温度は35℃である。別の具体的な実施形態では、醗酵温度は約15℃ないし約40℃の範囲である。1つの具体的な実施形態では、pHは約4.0である。別の具体的な実施形態では、pHは約3.3ないし約7の範囲で変化する。
1つの具体的な実施形態では、本発明が提供する穀物澱粉の加水分解及び糖の醗酵方法は非加熱加工である。非加熱加工では、マッシュの温度は澱粉のゼラチン化点未満の温度に維持される。非加熱加工は業界で周知である(例えば、米国特許7,037,704、米国特許出願公開20040234649、米国特許出願公開20050233030、米国特許出願公開20040219649を参照)。1つの具体的な非加熱加工では、大麦マッシュは約10%ないし約35%の固形物(w/v)を含むように調製される。マッシュはpHを約3.5ないし約4.0に調整し、その後、酵母培養物及びゼラチン化されていない生澱粉を加水分解する酵素調剤を添加する。1つの具体的な実施形態では、アルファアミラーゼとベータグルカナーゼを含む酵素製剤はこの製法に適している。別の具体的な非加熱加工では、商業用に入手可能な酵素製剤を澱粉のゼラチン化点未満の温度で非加熱加工に使用してもよい。酵素と酵母を含むマッシュは、好ましくは攪拌しながら、約30℃ないし70℃の範囲の温度から選択される温度で約48時間ないし約72時間培養して、同時に澱粉の加水分解と醗酵を行う。
(固形物と液体の分離)
醗酵完了後、蒸留前に、業界周知の方法、例えば遠心分離、濾過などで、固形物を液体から分離する。1つの具体的な実施形態では、シャープレス連続フロー遠心分離機が用いられる。しかし、適切な遠心分離機又は濾過システムであればいずれを用いてもよい。液体流は蒸留してエタノールを回収する。1つの具体的な実施形態では、蒸留残留物又はエタノール後の残留液体は除去し、それを「逆流」又はマッシュを形成するための補給水として使用するために再生してもよい。
1つの具体的な実施形態では、固形物画分と液体画分は遠心分離や濾過などの機械的手段により醗酵前に分離される。湿った固形物画分は回収し、水で再びスラリー状にして残留した糖を洗い流し、遠心分離や濾過などで再分離する。固形物は回収し乾燥させる。固形物画分は蛋白質濃縮物であり、一般的に30%ないし約70%の蛋白質を含んでいる。液体画分は上述した本明細書開示の醗酵微生物を添加して醗酵させ、それから蒸留する。
上述した如く、水産養殖は世界で最も速く成長している食品生産部門である。例えば、米国の水産養殖生産の現在価額は約9億ドルであり、米国商務省は2025年までにその額が50億ドルに上昇するのを期待している。このように、貝、甲殻類及び魚製品の生産面で現在生じている偉大な変化の故に、水産養殖は正に次の農業革命である。
業界で周知の通り、魚の餌は、魚による効率的な消費と水の汚染の最小化を考慮して、一般的に、水中で安定した粒子状(顆粒、ペレット)に加工される。製造された魚の餌の多くは圧縮ペレッティング又は押出しにより加工される。他の製造形には、湿った(又はやや湿った)餌、マイクロカプセル化された餌、微粉砕された餌などが含まれる。これらの加工は業界で周知である。
一般的に、魚のサイズや種類並びに水産養殖に用いられる様々な環境及び管理条件ごとに、要求される摂食戦術も異なってくる。栄養源(生餌又は死んだ餌)、粒度、キメ、密度、美味などの食餌の特徴は、魚のサイズや種類ごとに注意深く考慮しなければならない。餌の許容値及び摂食頻度は成長率及び摂食効果にとって重要である。使用される餌の種類(浮遊又は沈降)及び摂食方法は、魚の種類、養殖システム及び利用可能な装置や人材により異なってくる。
本明細書開示の方法により生産される蛋白質濃縮物は、植物由来の高蛋白源が必要とされている(又は望まれている)水産養殖用の飼料及び他の動物の飼料の成分として適している。
エタノールは業界周知の方法により液体醗酵流で生産される(例えば、Gyamerah, M. and Glover, J.(1996)J. of Chem. Tech. and Biotech. 66(2):145−152、Minier, M. and Coma, G(1981)Biotechnology Letters 3(8):405−408、P. Christen等(1990)Biotechnology and Bioengineering 36(2):116−123を参照)。1つの具体的な実施形態では、液体流と洗浄水は適当なタンクで組み合わされる。適切な醗酵微生物が添加され、液体流を醗酵させる。適切な微生物には、限定されないが、液体流を醗酵してエタノールにする酵母が含まれる。醗酵液体中のエタノール濃度は一般的に最初のスラリーの固形物含有量と大麦の炭水化物含有量により異なっているが、通常は約3%ないし15%の範囲にある。蛋白質固形物を分離した後、醗酵液体流は周知の方法により蒸留し、エタノールを水から分離する(例えば、Kister, Henry Z.(1992)Distillation Design (1st Edition ed.)McGraw−Hillを参照)。
Claims (19)
- 澱粉を含有する穀物又は脂肪種子から蛋白質濃縮物を生産する製法であり、
(i)澱粉含有穀物を粉砕し、粉砕された澱粉含有穀物を生産する工程、
(ii)粉砕された澱粉含有穀物を水でスラリー状にし、澱粉およびグルカンを含むスラリーを調製する工程、
(iii)前記スラリーを構成する澱粉及びグルカンを酵素で可溶化し、可溶性のスラリーを提供する工程、
(iv)前記可溶性スラリーに醗酵微生物を添加する工程、
(v)前記醗酵微生物を含む可溶性スラリーを醗酵が完了するまで醗酵させ、醗酵したスラリーを生産する工程、
(vi)前記醗酵したスラリーを固形物と液体の画分に分離する工程、
(vii)前記固形物と液体の画分を回収する工程、及び
(viii)前記回収した固形物の画分を蛋白質が変性又は損傷する温度未満の温度で乾燥させ、蛋白質濃縮物を生産する工程を含む、方法。 - 酵素で澱粉及びグルカンを可溶化する工程がグルコースを生産する、請求項1に記載の方法。
- 前記製法が非加熱製法である、請求項1に記載の製法。
- 前記製法が加熱製法である、請求項1に記載の製法。
- 請求項1に記載の方法であり、
(ix)前記液体画分を蒸留して醗酵生成物を回収する工程をさらに含む方法。 - 前記醗酵生成物がエタノールである、請求項5に記載の方法。
- 前記澱粉含有穀物が、大麦、小麦、オート麦、トウモロコシ、ライ麦、ライコムギ、サトウモロコシ、大豆又は大豆粉、フラックス、カメリナ、又はそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記澱粉含有穀物が大麦である、請求項7に記載の方法。
- 前記大麦が籾殻のない大麦の種類から選ばれる、請求項8に記載の方法。
- 前記大麦の籾殻が工程(i)以前に除去される、請求項8に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法によって生成される蛋白質濃縮物。
- 乾燥状態で約30%ないし約70%の蛋白質を含む、請求項11に記載の蛋白質濃縮物。
- 請求項12に記載の蛋白質濃縮物を含む水産養殖飼料。
- 請求項1に記載の方法であり、工程(viii)以前に、
(a)工程(vii)で回収した液体画分を含む培地で適切な微生物を培養し、細胞集団を提供する工程、及び、
(b)前記細胞集団を穀物固形物と一緒に回収し、蛋白質濃縮物を増量させて提供する工程をさらに含む、方法。 - 前記適切な微生物はリゾプス・オリーゼとリゾプス・ミクロスポラスとからなる群から選択される、請求項14に記載の方法。
- 請求項14に記載の方法によって生成される蛋白質濃縮物。
- 澱粉含有穀物から蛋白質濃縮物を増量させて提供する方法であり、
(i)澱粉含有穀物を粉砕し、粉砕された澱粉含有穀物を生産する工程、
(ii)澱粉およびグルカンを含む穀物を水でスラリー状にする工程、
(iii)澱粉及びグルカンを酵素で可溶化する工程、
(iv)細胞集団生成用に選んだ適切な微生物を前記スラリーに添加する工程、
(v)前記適切な微生物を含むスラリーを醗酵が完了するまで醗酵させ、可溶性の糖を細胞集団に転化したスラリーを生産する工程、
(vi)前記可溶性の糖が細胞集団に転化したスラリーを固形物と液体の画分に分離する工程、
(vii)前記固形物と液体の画分を回収する工程、及び
(viii)前記細胞集団を前記固形物画分と一緒に回収し、前記回収した固形物の画分を蛋白質が変性又は損傷する温度未満の温度で乾燥させ、増量した蛋白質濃縮物を生産する工程を含む、方法。 - 前記適切な微生物はリゾプス・オリーゼとリゾプス・ミクロスポラスとからなる群から選択される、請求項17に記載の方法。
- 請求項17に記載の方法によって生成される蛋白質濃縮物。
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