KR20050021347A - 지방 및 가용성 당의 함량이 적은 대두박, 및 그의 제조및 사용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 어류 및 육상 동물의 사료의 제조시 어분 및 기타 단백질 및 에너지 공급원의 일부 또는 전부를 대체하기에 적합한, 가용성 당의 함량이 적은 고단백질의 오일 함유 대두박에 관한 것으로, 본 발명의 대두박은 탈부 및 박편화된 대두로부터 오일을 기계적으로 추출하는 공정으로 제조된다. 이어서 역류 용매 추출 공정에서, 탈지된 대두 케이크로부터 에탄올/물 혼합물을 사용하여 가용성 당을 추출한다. 생성되는 대두박은 최소 약 8 중량％의 잔류 대두유를 함유하며, 이를 건조, 냉각 및 분쇄하여 미세한 자유 유동 분말 생성물을 제조한다. 이 방법은 또한 에탄올의 제조를 위한 발효원으로 사용하기에 적합한 당 시럽 및 고품질의 대두유를 생성한다. 이 시럽은 또한 동물 사료용 미각 향상제로서 사용하기에 적합하다 (통상 대두박에 첨가됨).

Description

지방 및 가용성 당의 함량이 적은 대두박, 및 그의 제조 및 사용 방법 {Soybean Meal with a Reduced Fat and Soluble Sugar Content, and Methods of Making and Using the Same}

실시예 1: 대두박 제조

이 실시예에서는 유에스 옐로우 (U.S. Yellow) 제4 대두를 사용하였다. 선별 및 정제 후, 대두의 초기 물 함량 약 12 중량％에서 최종 물 함량 약 9.5 중량％가 되도록 대두를 건조시켰다. 그 후, 대두를 약 60 ℃의 온도로 가열하고, 홈이 있는 롤이 장착된 롤러 밀로 공급하였고, 여기서 대두를 탈부시키고 조각으로 분쇄하였다. 외피 및 조각을 흡인기로 공급하고, 여기서 외피를 대두 조각 ("미트")으로부터 분리하였다. 흡인 후, 대두 미트에는 벗겨진 외피 1 중량％ 미만이 함유되었고 미트의 1 중량％ 미만에는 외피 박편들이 보유되었다. 도 2는 탈부 작업에 대한 전형적인 물질 수지를 나타내는 것이다.

대두 단편을 콘디셔너내의 단 상에서 가열하여 이의 온도를 약 20분의 주기에 걸쳐 25 ℃ 내지 약 60 ℃로 상승시켰다. 이후에 가열된 미트를 매끈한 롤을 가진 로울러 분쇄기에 공급하여 두께 약 0.40 내지 약 0.50 mm의 박편을 생성하였다. 이후에 박편을 수직으로 쌓은 단 콘디셔너에서 가열하여 이의 온도를 약 30분의 주기에 걸쳐 약 60 ℃에서 약 90 내지 100 ℃로 가열하였다. 이후에 가열된 박편을 대두유가 기계적으로 추출되는 스크류 압착기로 공급하였다. 오일 함량을 약 21 중량％에서 약 8.5 중량％로 감소시켰다. 도 3에는 이러한 탈지 작용의 전형적인 물질 수지가 기록되어 있다.

회수된 오일을 약 30분 동안 고체로부터 경사분리한 후, 약 70 ℃의 온도에서 고무 성질을 제거하였다. 상기 마지막 작용은 이후에 진공 (60 mmHg)하에 제거되는 소량의 물 (약 2 중량％)을 첨가하는 것을 포함하였다. 생성된 오일은 맑고 밝은 색이며 고급 조-등급 대두유로 구성되어 있었다.

스크류 압착기로부터 회수된 케이크를 컨베이어 벨트 상에서 수집하고 약 75 ℃로 냉각시켰다. 벨트는 케이크를 "팽윤기"로서 작용하는 아르키메데스-스크류가 장착된 역류 용매 추출기로 옮겼다. 이 스크류 내부에서 케이크가 약 30 내지 40분 동안 약 70 ℃의 온도에서 모든 추출 잔사를 흡수하게 하여 케이크 부피가 약 150％로 팽윤되게 하였다. 이후에 케이크를 서서히 "팽윤" 스크류로부터 역류 추출기로 옮겼다.

추출기를 추출기 내부의 케이크의 총 잔류 시간이 약 1시간이 되게 하는 방식으로 작동시켰다. 케이크를 9개의 분리 단계의 추출을 겪게하고, 용매는 케이크 1 kg 당 2 내지 2.5 kg을 사용하였다. 층의 최대 높이는 1.2 m이고, 용매는 1 제곱 미터 당 1시간 당 약 10,000 리터의 속도 (l/hr/m²)로 층을 통해 여과되게 하였다. 추출 공정 마지막에, 케이크를 약 12분 동안 배수시켰다. 도 4에는 이 추출기 작동의 전형적인 물질 수지가 기록되어 있다.

추출기로부터 회수된 케이크를 가압하여 용매를 회수하였다. 용매를 그의 원래 크기의 약 1/3으로 압축하고, 케이크의 용매 함량을 약 75 중량％에서 약 50 중량％로 감소시켰다. 이후에 케이크를 통상적인 탈용매기 또는 플레시 탈용매기로 옮겨 용매, 즉 물/에탄올을 제거하여 약 1000 ppm 미만의 농도의 에탄올로 만들었다. 탈용매기는 최대 온도 약 100 ℃에서 작동하였다. 도 5에는 상기 탈용매기에 대한 전형적인 물질 수지가 기록되어 있다. 탈용매기로부터 한번 회수된 대두박을 건조하고, 연마하고, 포장하고(하거나) 저장하였다.

추출기로부터 회수된 추출 잔사를 통상적인 증발기계로 옮기고 이를 소포제와 혼합하고 에탄올 약 60 중량％를 회수하고 추출기로 재순환시켰다. 잔여의 추출 잔사를 증류 컬럼으로 옮겼다. 이 잔여의 추출 잔사는 약 70 ℃의 온도에서는 시럽이었다. 이것을 증류 컬럼에 넣을 때는 고체 농도가 약 11 중량％였고, 증류 컬럼에서 배출될 때는 약 30 내지 35 중량％였다. 컬럼내에서 시럽의 최대 온도는 약 85 ℃이고 시럽이 컬럼을 나온 후에 온도는 약 40 ℃로 감소되었다. 시럽의 최대 에탄올 농도는 약 0.5 중량％였다. 회수된 당 시럽 (또는 당밀)은 수크로스 약 50 중량％, 스타키오스 약 25 중량％ 및 라피노스 약 25 중량％를 포함하였다. 당밀의 총 당 함량은 약 16 중량％였다. 도 6에는 통상적인 증발기의 작동에 대한 물질 수지가 기록되어 있다.

당 시럽을 발효시켜 에탄올을 생성할 수 있었다. 적합한 크기의 배트 (vat)에서, 당 시럽 약 100,000 내지 약 300,000 리터를 실온 및 pH 약 3.5 내지 약 4.0에서 약 8시간 동안 효모와 혼합하였다. 소포제를 배트 당 약 1 내지 2 kg 첨가하였다. 발효 공정은 당 1 kg 당 에탄올 약 0.562 kg을 생성하였다.

상기 공정에 의해 생성된 대두박은 일반적으로 하기의 특징들을 가졌다:

물리 화학

출현 미세 자유 흐름 건조 분말

단백질 (N x 6.25로서) 최소 58.0％

수분 최대 8.0％

지방 최소 6.0％

회 최대 5.5％

조 섬유 최대 5.0％

탄수화물 (NFE) 17.0 내지 21.0％

올리고당 최대 3.0％

트립신 억제제 생성물의 최대 5000 TIU/g

로비본드색 최대 표준 L 최소 65.0

a 최대 4.0

b 최대 20.0

최소 표준 L 최대 70.0

a 최소 2.0

b 최소 17.0

미생물학

플레이트 총계 최대 20,000 cfu/g

살모넬라 25 g 중 부재

아미노그램

아미노산 단백질의 g/100 g 생성물의 g/100 g

리신 6.2 3.8

메티오닌 0.9 0.5

시스틴 n.a*. n.a*.

테레오닌 3.2 1.9

류신 8.7 5.3

이소류신 4.5 2.7

페닐알라닌 5.1 3.1

티로신 3.5 2.1

트립토판 2.0 1.2

히스티딘 2.5 1.5

발린 4.9 3.0

*n.a. = 분석되지 않음

실시예 2: 어류 사료 중 어분에 대한 대체물로서 대두박의 용도

물질 및 방법

9개의 압출된 사료를 9 ℃ 민물에서 84일 동안 실험에서 88 g의 대서양 연안의 연어 3개 그룹에게 주었다. LT-어분을 탈부 대두박 (데노파 (Denofa)에 의해 제조되고, 사료에서 30％ 조 단백질을 제공함) 또는 아크바소이 (AkvaSoy) (본 발명의 방법에 의해 제조된 대두박 및 사료에서 40％ 조 단백질을 제공함)로 부분적으로 대체하고, 소야 사료를 유화제 (0.5％ 인지질; 0.5％ 담즙; 0.5％ 인지질 + 0.5％ 담즙)와 함께 보충하였다. 사료 제제 및 근사 조성물을 하기 표 1 및 2에 나타내었다.

공통 성분¹ (g/kg 사료): 비타민 및 미량 무기질 예비 혼합물, 10.0; 개질 감자 전분, 30.0; 색소 (8 아스타크산틴 (Astaxanthin)), 0.3; 비타민 C (15％), 0.4; Y₂O₃, 1.0.

결과 및 토론

실험 결과를 하기 표 3에 요약하였다.

모든 물고기 군은 잘 성장하였다. 특정 성장율은 약 1 퍼센트 d^-1이었고, 섭식:증가 비 (FGR)는 0.7과 0.9 사이의 범위였다. 단백질의 소화율에 있어서 적은 차이가 있는 반면, 에너지의 소화율은 대두를 갖는 사료에 있어서 더 낮았다. 데노파를 공급받은 연어는 아크바소이를 공급받은 것들보다 우수하였다. 사료 섭취량 및 단백질 및 에너지의 소화율은 데노파를 공급받은 물고기가 가장 높았다. FGR은 아크바소이를 공급받은 연어가 더 낮았다. 색소 형성은 아크바소이를 공급받은 것이 데노파를 공급받은 것들보다 더 우수하였다.

인지질의 포함에 대하여 성장의 차이는 보이지 않았다. FGR는 인지질이 사료에 포함됨으로써 약간 개선된 반면, 에너지 소화율 및 단백질 보유력은 약간 감소하였다. 색소 형성은 인지질 보충에 의해 영향을 받지 않았다.

담즙 보충에 대해, 공급의 첫째 달 동안에 성장 및 FGR에 있어서 약간의 감소가 있은 반면, 이는 연구의 나머지 기간 동안 일정하지는 않았다. 담즙 보충은 추출된 대두를 갖는 사료에 대해 단백질 및 에너지 둘 다의 소화율에 증가를 초래하였으나, 아크바소이를 갖는 것들에 대해서는 그렇지 않았다. 사료에 담즙을 포함시킨 것은 단백질 보유력을 감소시켰다. 담즙 공급에 의해 잔해 퍼센트는 감소하였고, 장의 퍼센트는 증가하였으나, 장의 지방 함량은 감소하였다.

대두 사료에 담즙을 보충할 경우 어류군 내에서 색소 형성이 증가되고 과육 색상의 변화가 증가되는 경향이 있었다.

실시예 3: 초기에 젖을 뗀 돼지에 대한 사료에 있어서 건조 스킴 우유의 부분적 대체로서의 대두박의 사용

재료 및 방법

4 상 육종 프로그램에서의 수행시, 건조 스킴 우유 블렌드의 부분적 대체로서 아크바소이 (본 발명의 방법에 의해 제조된 대두박) 또는 대두 단백질 농축물 (SPC)의 공급의 효과를 평가하기 위해서, 16 내지 20일에 젖을 뗀 792 마리의 돼지를 포함하는 육종 시험을 수행하였다. 사료 처리는 다음과 같았다:

상 1 처리 1 - 대조군 1

처리 2 - 건조 스킴 우유 블렌드로부터의 25％ 리신을 아크바소이로부터의 리신으로 대체

처리 3 - 건조 스킴 우유 블렌드로부터의 50％ 리신을 아크바소이로부터의 리신으로 대체

처리 4 - 대조군 1

처리 5 - 건조 스킴 우유 블렌드로부터의 25％ 리신을 프로핀 (Profine)-E (SPC)로부터의 리신으로 대체

처리 6 - 건조 스킴 우유 블렌드로부터의 50％ 리신을 프로핀 (Profine)-E (SPC)로부터의 리신으로 대체

상 2 처리 1 - 대조군 2

처리 2 - 대조군 3

처리 3 - 대조군 4

시험 설계는 완전화 임의화 블록이었다. 돼지를 육안으로 크기별로 중량에 의해 성별 내에서 세 개의 복제본으로 선별하였다 (22 마리의 수퇘지 또는 22 마리의 암퇘지/우리). 우리의 중량은 복제본 내에서 측정하였다. 우리를 6개의 실험 사료 중 하나에 임의로 할당하였다 (암퇘지 3 우리 및 수퇘지 3 우리/처리). 상 1의 사료가 소비되었을 때, 상 2, 3 및 4 동안 우리에 공통의 사료를 공급하였다. 복제본에 의한 평균 초기 중량은 표 4에 나타나 있다.

상 1의 사료는 450 파운드/톤 (lb/톤) 분무 건조 유장을 갖는 총 리신 1.60 퍼센트 및 총 락토오스 25.1 퍼센트를 함유하도록 제제화하였다. 상 2를 위한 실험 사료는 총 리신 1.45 퍼센트에서 300 lb/톤 분사 건조 유장 (총 락토오스 10.2 퍼센트), 어분 3.0 퍼센트 및 혈분 1.25 퍼센트를 함유하도록 제제화하였다. 상 1 및 2는 아연 (산화아연과 같은)이 첨가된 2400 ppm을 함유하였다. 상 3 사료는 어분 2.5 퍼센트를 갖는 총 리신 1.35 퍼센트 및 총 락토오스 4.25 퍼센트를 함유하였다. 상 4 사료는 혈분 1.25 퍼센트를 갖는 총 리신 1.23 퍼센트을 함유하였다.

돼지 당 공급된 각 상 사료의 양은 초기 중량을 기준으로 하였다. 복제본에 의한 사료 할당은 하기에 열거되어 있다. 상 4 사료는 시험의 할당된 상 3 사료 단위 완성이 소비되었을 때 공급되었다.

복제본	상 1	상 2	상 3
1	1.9 lb/돼지	5.5 lb/돼지	12.0 lb/돼지
2	2.7 lb/돼지	6.5 lb/돼지	14.0 lb/돼지
3	3.2 lb/돼지	7.5 lb/돼지	16.0 lb/돼지

페그 돼지 중량, 사료 소비, 및 섭식:증가 비를 각 사료 상의 마지막에 계산하였다. 단지 복제본의 6개의 우리의 3개가 할당된 사료 중량을 소비하였을 때 사료 상을 교환하였다. 필요할 경우, 돼지를 단위 채식동물에 대해 전술한 바와 같은 비타민 B₁₂, 덱사메타손, 및 페니실린의 조합으로 주입하였다.

SAS의 GLM 방법을 이용하여 임의화 완전 블록으로서 데이타를 분석하였다. 통계 모델은 처리, 성별, 중량 블록 및 1차 상호작용을 포함하였다. 0.25 초과의 확률을 갖는 상호 작용은 모델로부터 제외하고, 에러 항에 합하였다. 모든 수행 분석에서 초기 중량을 공변으로서 사용하였다. 주요 효과의 평균을 스튜던츠-T 시험에 의해 분리하였다.

결과 및 토의

상 1 (11.6 내지 13.9 lb)

건조 스킴을 증가된 수준의 프로핀-E (리신을 기준)으로 대체한 것은 일일 중량 증가에 (P<0.05) 및 사료 전환율 (P<0.07)에 2차 반응을 초래하였다. 평균 일일 증가는 25 퍼센트 프로핀-E에서의 대체에 의해 증가하였으나, 0 및 50 퍼센트로 감소하였다. 섭식과 증가는 유사한 패턴을 따랐다. 아크바소이의 수준의 증가에 의한 유의한 차이는 없었다 (P0<0.10).

상 2 (13.9 내지 20.4 lb)

건조 스킴 우유를 상 1에서의 리신을 기준으로 증가된 수준의 프로핀-E로 대체한 것은 상 2 사료에서 섭식:증가 비의 선형 개선을 초래하였다 (P<0.08). 돼지는 이전의 상 사료에서 증가된 수준의 프로핀-E로 보다 효과적으로 사료를 전환하였다. 평균 일일 증가 및 사료 섭취량은 아크바소이 처리에 의해 유의하게 영향을 받지 않았다 (P<0.10).

상 3 (20.4 내지 32.3 lb)

건조 스킴을 상 1에서의 증가된 수준의 프로핀-E로 대체한 것은 상 3에서의 일일 중량 증가 (P<0.02) 및 사료 섭취량 (P<0.04)에 선형 반응을 초래하였다. 상 1에서의 증가된 수준의 프로핀-E는 수행에서 증가에 있어서 선형 반응 (P<0.07) 차이를 초래하였다. 상 1에서의 아크바소이의 수준은 상 3의 수행에 영향을 주지 않았다.

상 4 (32.3 내지 53.5 lb)

아크바소이를 이전에 공급받은 돼지는 상 4의 공급 기간의 17일 동안 프로핀-E를 이전에 공급받은 것들보다 4.8 퍼센트 더 많은 사료를 소비하였다 (P<0.02). 건조 스킴 우유를 상 1에서의 증가된 수준의 프로핀-E로 대체한 것은 상 4에서 평균 일일 사료 섭취량에 있어서 선형 감소 (P<0.04)를 초래하였다. 그러나, 건조 스킴 우유를 리신을 기준으로 증가된 수준의 아크바소이로 상 1에서 대체한 것은 사료 소비에 있어서 2차 반응 (P<0.05)을 초래하였다. 상 4 동안의 사료 섭취량은 상 4에서 25 퍼센트 아크바소이에서의 대체에 의해 증가하였으나, 0 및 50 퍼센트로 감소하였다.

전체 (11.6 내지 53.5 lb)

상 1 동안 건조 스킴 우유, 아크바소이 또는 프로핀-E를 공급한 것은 전체 수행에 유의한 영향을 주지 않았다 (P<0.10). 그러나, 아크바소이를 공급받은 돼지는 프로핀-E를 공급받은 것들보다 46일의 공급 기간의 마지막에 1.2 lb 더 무거웠다 (P<0.10). 상호작용 평균은 건조 스킴 우유를 상 1에서의 증가된 수준의 아크바소이로 대체한 것이 암퇘지에서 ADG (P<0.08) 및 ADFI (P<0.08)에서의 2차 반응을 초래한다는 것을 보여준다.

본 발명은 이어진 상세한 설명 및 실시예를 통해 상당히 상세하게 기재되었으나, 상기 세부 사항은 예시를 목적으로 하며 부속되는 청구항에 기재된 본 발명의 범위 및 개념을 제한하려는 것으로 해석되지는 않는다.

본 발명은 대두박 (soybean meal)에 관한 것이다. 본 발명의 일면은 지방 및 가용성 당을 적게 함유하는 대두박에 관한 것이며, 다른 일면은 대두박의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 일면은 대두박을 경제적으로 유용한 1종 이상의 부산물과 함께 제조하는 일체화된 방법에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 일면은 제품용 동물 사료, 특히 제품용 어류 사료의 제조에 있어서 대두박을 사용하여 어분, 기타 단백질 및 에너지 공급원의 적어도 일부를 대체하는 방법에 관한 것이다.

대두는 세계의 여러 지역에서 생산되는 주요 농업 상품이며, 인간 및 동물 모두가 소비하는 많은 유용한 산물들의 공급원이다. 대두로부터 얻어지는 보다 중요한 산물들 중 2가지는 대두유 (soybean oil) 및 대두박이다. 이들 산물 둘 다는 인간 및 가축에 의해 소비되지만, 대두유의 주요 용도는 인간의 소비를 위한 식물성유로서의 용도이며, 대두박의 주요 용도는 동물 사료 혼합물용 성분으로서의 용도이다. 대두박은 단백질 함량이 높으며, 동물이 그 자신의 단백질을 구성하는 데 사용되는 아미노산의 이상적인 공급원이다.

원료 대두를 대두유 및 대두박으로 가공하는 많은 방법들이 공지되어 있다. 이러한 방법들의 예는 미국 특허 제3,721,569호, 동 제4,035,194호, 동 제4,359,480호, 동 제4,496,599호, 동 제4,728,522호, 동 제4,748,038호, 동 제4,785,726호, 동 제4,810,513호, 동 제4,992,294호, 동 제5,225,230호, 동 제5,773,051호 및 동 제5,866,192호에 교시되어 있다. 상기 방법에서는 농장에서 수확한 대두를 전형적으로는 통상적인 임의의 운송 수단, 예를 들어 트럭, 바지선 (barge), 레일 카 (rail car) 등으로 운반하여 이물질이 묻어 있고, 종종 축축한 상태로 수령한다. 이후, 대두를 요소 분리 방법으로, 예를 들어 대두를 대두 이외의 물질, 예를 들어 돌, 나뭇가지, 잎, 줄기, 먼지, 잡초 종자 등, 및 원치않는 대두 물질, 예를 들어 스캘핑 (scalping), 작거나 손상된 대두, 벗겨진 외피 등으로부터 분리하는 진동 스크린과 접촉시켜 처리한다.

"순수한" 대두는 요소 분리 과정 동안 제거되지 않은 벗겨진 외피와 함께 흡출기로 전달되고, 여기서 나머지 벗겨진 외피의 대부분이 공기에 의해 제거된다. 대두를 저장소로 옮기고, 벗겨진 외피는 추가 가공을 위한 부산물로서 수획한다.

이 시점에서, 대두는 물을 통상적으로 약 12 중량％ 포함하지만, 대두의 실제 물 함량은 다수의 상이한 인자들에 따라 달라질 것이다. 대두의 물 함량이 약 12 중량％를 초과하는 경우, 대두를 저장하기에 앞서 대두의 물 함량이 약 12 중량％ 미만으로 감소되게끔 대두에 통상적으로 건조 처리를 행한다. 대두의 수분 함량이 약 12 중량％ 미만으로 잔류한다면, 대두는 박테리아 또는 곰팡이에 의한 물질 분해 없이 수년간 저장될 수 있다.

이 시점 이후부터의 대두 가공 방식은 대부분 목적하는 최종 산물에 따라 달라진다. 흔히, 대두는 먼저 크래킹 롤 (cracking roll) 또는 햄머 밀 (hammer mill)과 같은 통상의 장치를 통상의 흡출 시스템과 병용하여 외피를 제거하지만, 미국 특허 제5,225,230호에 교시된 바와 같은 몇몇 과정에서는 추가 가공에 앞서 외피를 제거하지 않는다. 외피를 제거하던지 제거하지 않던지간에, 대두는 통상의 장치, 예를 들어 홈이 있는 롤러를 사용하여 거의 항상 최대로 압착 또는 분쇄함으로써 분말을 얻는다. 압착 또는 분쇄 과정에 앞서 또는 그 동안, 통상적으로 대두에 열처리하여 항-영양 인자, 예를 들어 트립신 저해제 및 렉틴을 실활화한다.

다음 공정 단계는 주로 대두박의 목적하는 오일 함량에 따라 달라진다. "지방이 풍부한 (fullfat)" 대두박을 원한다면, 대두박에 오일 (또한 지방 또는 지질로도 알려짐) 추출 처리를 행하지 않는다. 한편, "탈지된" 대두박을 원한다면, 대두박에 지방 추출 처리, 예를 들어 용매 추출 또는 기계적 추출 처리를 행한다. 오늘날 세계 시장에서 시판되고 있는 대부분의 대두박은 오일 함량이 1 중량％ 미만인 용매-추출된 대두박이다. 이 공정에서, 대두박을 적합한 용매, 예를 들어 헥산과 접촉시켜 오일을 통상적으로 0.5 중량％ 미만의 함량으로 제거한다. 미국 특허 제3,721,569호는 통상의 방법을 기술한다. 별법으로, 예를 들어 스크류 압착기 (screw press)를 사용하여 대두박에서 지방을 기계적으로 제거한다. 이러한 "탈지 (expeller)" 대두박은 통상적으로 잔류 오일을 4 내지 8 중량％ 포함한다. 대두박의 의도된 용도가 반추 동물의 사료 보충물로서의 용도인 경우, 대두박을 먼저 가열하고, 미국 특허 제5,225,230호에 교시된 것과 같은 특정 방식으로 건조한 다음, 오일을 기계적으로 추출한다.

오일을 대두박으로부터 추출한 후, 통상적으로 원심분리 또는 기타 처리를 행하여 오염 물질을 제거한다. 이로서 정화된 조질 등급의 오일을 제조한다. 오일이 추출된 대두박을 건조하고, 통상적으로는 분쇄 또는 펠렛화한 다음, 식품 보충물 또는 동물 사료로 사용하기에 적합한 상태로 분쇄한다.

최종 목적 용도에 따라, 상기 단계의 대두박을 추가로 가공할 수 있다. 예를 들어, 인간 소비용으로 의도된 경우, (미국 특허 제3,721,569호에 교시된 바와 같이) 추가로 지방을 추출하는 처리를 행하여 잔류 인지질을 제거할 수 있다.

대두박을 그의 여러 형태로 제조하는 공지된 방법은 원료 대두의 원래의 가용성 당을 대부분은 아니더라도 다량 보유하는 대두박을 거의 항상 생산한다. 이러한 가용성 당 함량의 일부는 다양한 세정 또는 추출 단계 동안 제거될 수 있지만, 통상적으로 최종 대두박의 가용성 당 함량은 예를 들어 원료 대두의 가용성 당 함량의 90 중량％를 초과하는 유의한 비율로 존재한다. 이러한 가용성 당의 존재가 통상적으로는 성체 초식 동물 및 잡식 동물에 대해 혹시 있다 하더라도 거의 문제가 되지 않지만, 이 가용성 당은 육식 동물 및 어린 동물에 대해 일반적으로 해로운 것으로 입증될 수 있다. 이러한 예의 하나가 양식 어류, 예를 들어 연어 또는 송어의 성장 및 건강에 대한 대사되지 않는 가용성 당의 부정적인 효과이다. 또한, (대사되지 않는 가용성 당의 높은 함량 및 낮은 지방 수준으로 인해) 지방이 완전히 제거된 대두박의 낮은 에너지 밀도는 집약 농업에서 사료내 그의 함유 수준을 제한한다 [Cremer, M., 1999. Soy in Aquaculture Diets. In: Drackley, J. K. Ed. Opportunities for Soy Products in Animal Nutrition. Global Soy Forum 1999, Chicago, IL, August 6-7, 1999].

양식 어류의 주된 먹이는 제조된 어류용 사료이고, 이러한 사료는 그들의 영양학적 가치에 따라 선택된 다수의 성분의 혼합물이다. 주된 성분의 하나는 물론 단백질이고, 이 성분을 위한 주된 단백질 공급원의 하나는 어분, 즉 어류 또는 어류의 일부분으로 제조된 분말 형태의 영양물이다. 모든 실용적인 목적에서, 어분은 본질적으로 가용성 당분을 포함하지 않는다. 어분은 단백질 공급원으로서 우수하지만, 어류용 사료의 제조에 단백질 공급원으로서 사용하기에는 비싸다. 어분의 제조는 어류의 포획, 가공, 및 이후에 어분의 영양학적 가치를 시험하는 것을 포함하는 다단계 공정이다. 또한, 어분 공급원으로 이용할 수 있는 어류의 종은 제한적이고, 이 종들의 개체수는 상대적으로 일정하다. 어분의 수요 증가 및 어류 남획으로부터 어류를 보호하려는 정부의 억제책으로 인하여, 어분의 입수 가능성은 감소하고 어분의 가격은 상승하고 있다. 이러한 비용 증가로 대안적인 단백질 공급원을 꾸준하게 찾게 되었고, 높은 단백질 함량 덕분에, 대두박은 어류용 사료의 제조에 있어서 어분을 완전히 또는 일부 대체할 수 있는 잠재력이 있다.

그러나, 대부분의 시판되는 용매추출된 대두박은, 오일 함량 (우수한 에너지 공급원)이 너무 적고(적거나) 가용성 당분 (대개 올리고당류)의 함량이 너무 높다. 이러한 당분은, 어류에게 있어서 영양학적 가치가 있다고 하더라도 너무 적을 뿐 아니라, 충분한 농도로 존재한다면 실질적으로는 어류의 건강과 성장에 부정적인 영향이 있을 정도로 어류의 대사를 방해한다. 또한, 대두 중에 고유하게 존재하는 당분은 수용성이고 어류용 사료는 어류의 자연적인 환경에서 어류에게 공급되기 때문에, 즉 당분의 일부는 자연스럽게 어류가 소비하게 전에 물에 용해되고, 따라서 수질 오염에 기여하게 된다. 대두박 중의 가용성 당분의 존재는, 대두박이 다른 동물 (예를 들어, 새우, 새끼 돼지, 송아지 등) 사료의 성분으로 사용된다면 또한 역효과를 나타낼 수도 있다.

따라서, 적지만 유효량의 오일을 포함하고, 가용성 당이 있다 하더라도 거의 없는 대두박에 대한 지속적인 관심이 존재한다. 추가로, 다수의 서로 다른 사료에 적용할 수 있는 분말을 경제적으로 효율적인 방식으로 제조하는 것에 대한 지속적인 관심이 존재한다.

본 발명에 따르면, 단백질 함량이 높고, 가용성 당분이 적고, 오일을 함유하는 대두박이 대두에서 지방을 제거하고 당분을 추출하기 전에 분쇄되고, 탈부되고, 콘디쇼닝되고, 박편화되는 공정에 의해 제조된다. 통상적인 공정과 같이, 원료 대두는 농장으로부터 공급되어 세정된 후에 저장소로 보내지거나 추가 가공이 진행된다. 다음 공정은 대두의 건조, 분쇄 및 탈부를 포함하고, 이어서 탈부된 대두를 가열하고 박편화한다. 전형적으로 잔여 외피의 1 중량％ 미만을 포함하는 박편들은, 기계적인 오일 제거에 앞서 가열된다. 온도의 증가는 오일 제거를 강화하고, 생성된 "케이크"의 오일 함량은 케이크 중량 기준으로 약 6 내지 약 12 중량％로 감소된다. 디캔팅 및 탈검 (degumming)한 후에, 추출된 오일은 조질의 탈검된 대두유로서 판매될 수 있다.

케이크는 가용성 당분 (또한 올리고당 또는 탄수화물로 공지된)의 제거를 위하여 추가 가공된다. 먼저, 케이크를 충분한 추출 잔사와 함께 약 50 내지 약 80 부피％의 알코올을 포함하는 알코올/물 용액에 케이크가 팽윤할 때까지 적신다. 케이크는 흡수 용량이 매우 크기 때문에 쉽게 팽윤한다. 이어서 팽윤된 케이크는 붕괴되지 않도록 서서히 역류 추출기를 통해 운반되고, 여기서 증가되는 순도의 용매, 예를 들어, 에탄올/물 용액과 접촉한다.

케이크의 추출에 의해 두 생성물 스트림이 제조된다. 한 스트림은 알코올/당분/물 혼합물 (또한 미량의 대두유 및 단백질을 함유할 수 있음)인 충분한 추출 잔사 스트림이다. 이 스트림을 증발 및(또는) 증류함으로써, 대부분의 알코올을 회수하고 사탕수수 가공 공장에서 제조되는 시럽과 유사한 특징을 갖는 당 용액 (즉, 시럽)을 제조한다. 이 시럽을 발효시켜 추출 공정에 사용될 수 있는 알코올을 제조할 수 있다.

다른 스트림은 계속 알코올 용액으로 젖어있는 케이크이다. 이 스트림은 기계적인 탈수 장치 (예를 들어, 조절가능한 역압 프레스)로 보내진 후에, 잔여 알코올 함량이 최종 케이크 (즉, 탈수, 탈용매화된 케이크) 중량 기준으로 약 1500 ppm 미만이 되도록 잔여 알코올을 제거하는 장치로 보내진다. 이어서 최종 케이크를 건조시키고, 냉각시키고, 원하는 입도로 분쇄한다.

도 1은 본 발명의 공정의 한 실시양태의 개략적인 순서도이다.

도 2는 본 발명의 탈부 작업을 위한 물질 수지의 개요도이다.

도 3은 본 발명의 오일 추출 작업을 위한 물질 수지의 개요도이다.

도 4는 본 발명의 가용성 당 추출 작업을 위한 물질 수지의 개략도이다.

도 5는 본 발명의 플래쉬 증발 작업을 위한 물질 수지의 개략도이다.

도 6은 본 발명의 통상의 증발 작업을 위한 물질 수지의 개략도이다.

도 1을 참고하여 앞서 주지한 바와 같이, 본 발명에 의해 가공된 대두는 경작지 또는 저장소, 또는 이들 둘다로부터 유래된다. 경작지로부터 유래되는 경우, 원료 대두는 세정되고, 선별되어 이물질 및 원치않는 품질의 대두로부터 대두를 분리한 후, 건조시킨다. 저장소로부터 유래되는 경우, 추측컨대 원료 대두는 이미 세정, 선별 및 건조되었을 것이다. 본 발명에 사용되는 전형적인 원료 대두는 U.S.옐로우 #2 및 #4 대두이다.

원료 대두의 공급원 및 품질이 어떠하든 간에, 이들 대두는 임의의 통상의 기술을 사용하여 탈부된다. 예를 들어, 원료 대두는 순환 열풍 (예를 들어, 약 100 ℃)에 대략 2 내지 5분 동안 노출되어 대두로부터 임의의 잔류 수분을 제거하고 그의 자엽을 시들게 한다. 원료 대두는 통상 12 중량％ 이상의 수분 함량을 갖고, 이는 통상 탈부되기 전에 10 중량％ 이하로 감소된다. 따라서, 이는 외피의 제거를 용이하게 한다. 임의의 통상적인 장치 및 과정이 건조된 대두를 탈부하는데 사용될 수 있고, 예를 들어, 홈이 있는 롤을 갖는 롤러 밀을 사용할 수 있다. 대두는 통상 약 8조각으로 파쇄된다. 외피 및 대두는 후속적으로 흡인기를 통과하고 여기서 외피가 제거되고 대두는 오일 추출전에 콘디쇼닝을 위해 전송된다. 외피는 공정의 부산물로서 회수되고 후속적으로 동물 사료 보충물로 가공 (예를 들어, 분쇄 또는 펠렛화)될 수 있다. 탈부 작업후, 바람직하게는 탈부된 대두의 벗겨진 외피 함량은 약 1 중량％ 미만이고, 그의 외피를 보유하는 대두의 양은 또한 약 1 중량％ 미만이다.

그 후, 탈부된 대두는 기계적 수단에 의해 오일 추출을 위해 콘디쇼닝된다. 통상, 탈부된 대두는 증기가 통상 가열 매체 (트레이의 바닥 밑에 위치됨)인 수직 적층된 트레이 콘디셔너에서 콘디쇼닝된다. 통상의 콘디셔너는 원통형 형상이고 6 내지 8개의 트레이를 포함한다. 이 장치는 주변의 초기 온도 (예를 들어, 약 25 ℃)로부터 약 60 ℃의 최종 온도로 약 20분에 걸쳐 대두 조각 ("미트 (meat)")을 가열할 것이다. 이 온도에서, 조각은 적어도 제한량의 가소성을 나타낸다.

일단 가열되면, 미트는 임의의 통상적인 장치, 전형적으로 약 60 kg/cm²의 압력에서 작동되는 평탄한 롤을 갖는 롤러 압착기에 의해 박편화된다. 박편의 통상적인 두께는 약 0.40 내지 약 0.50 mm이다.

그 후, 박편은 통상의 장치에서 약 60 ℃의 온도 (박편화 밀로부터의 박편의 온도)로부터 약 90 내지 약 100 ℃의 온도로 가열된다. 이 가열은 통상 수직 적층된 트레이 콘디셔너 (상기 기재된 콘디쇼닝 단계에 사용된 것과 유사함)에서 약 30분에 걸쳐 수행된다.

그 후, 가열된 박편은 박편이 탈지되는 오일 추출 장치, 예를 들어 스크류 압착기 (익스펠러로도 공지됨)로 이동된다. 박편으로부터의 오일의 기계적 추출은 본 발명의 특징을 특성화하는 것이다. 박편의 지방 성분의 헥산 또는 다른 용매 추출은 사용되지 않는다. 박편의 오일 함량은 약 12 중량％ 초과, 통상 약 15 내지 20 중량％로부터 약 12 중량％ 미만, 바람직하게는 약 6 내지 10 중량％로 감소된다. 가열된 박편으로부터 추출된 오일의 양은 박편에 적용된 압력의 양을 제어함으로써 적어도 부분적으로 제어된다. 박편에 더 큰 압력이 적용될 수록, 더 많은 오일이 박편으로부터 추출된다. 최대 압착 압력은 통상 약 120 ton/cm²를 초과하지 않는다.

추출된 오일은 회수되고, 임의의 통상적인 방식으로 더 가공되어 조 대두유로서 판매하기에 적합하게 한다. 추가 가공은 통상 탈검 및 정화를 포함하고, 후자는 고체가 통상 원심분리에 의해 제거되는 과정이다. 오일이 용매의 사용없이 제조되기 때문에, 통상 가격 프리미엄의 가치가 있다.

탈지된 박편, 즉 약 6 내지 12 중량％의 오일을 함유하는 박편은 크림 착색된 케이크로서 스크류 압착기로부터 탈지된다. 통상, 이 케이크는 콘베이어 벨트상에 침적되어 가용성 당의 제거를 위한 향류식 용매 추출 장치에 이송된다. 케이크는 약 75 ℃로 냉각된 후, 용매 추출기로 주의깊게 이송되어 케이크의 붕괴를 방지한다. 케이크가 붕괴되는 경우, 케이크의 매우 미세한 입자 성분, 즉 "분말"이 케이크로부터 떨어져 나가서 용매중으로 동반되고, 그로부터 결국 장치 필터 및 표면상으로 침전될 수 있다 (따라서, 장치 막힘을 초래할 수 있다).

케이크는 향류식 추출기 (수직 또는 수평 배열)로 이송되고, 여기서 케이크는 바스켓중으로 또는 벨트상으로 배치되거나, 케이크를 추출기의 유입구로부터 추출기의 유출구로 운반하기 위한 추출기내의 다른 수단에 배치된다. 케이크를 바스켓중으로 또는 벨트상으로 이송하는 것 그리고 추출기 내부에서의 바스켓 또는 벨트의 이동은 케이크의 붕괴를 방지하기 위해 느리고 주의깊게 수행된다.

추출 공정의 제1 단계는 팽윤 단계이고, 이는 추출기의 내부 또는 외부에서 일어날 수 있다. 통상, 이 팽윤 단계는 완전 추출 잔사와 케이크 사이의 최대 접촉을 제공하도록 설계된 스크류 콘베이어에서 수행되고, 이 접촉은 케이크를 통상 크기 (부피)의 적어도 2배로 생성시킨다. 케이크 부피의 이러한 증가는 일단 케이크가 추출기로 이송되면 (또는 추출기내에 이미 존재하는 경우, 일단 추출 공정에서 팽윤 단계로부터 다음 단계로 이동하면) 초래될 수 있는 막힘 문제를 감소시키거나 제거한다.

일단 추출기 내에서, 케이크를 전체 추출 잔사 (즉, 알코올/물/가용성 당을 포함하는 혼합물)와 다시 접촉시킨다. 케이크를 추출기의 유출구 또는 배출 말단으로 옮기면서, 점차 투명한 용매, 즉 케이크로부터의 추출물을 함유하지 않으며, 가용성 당이 케이크로부터 추출되도록 할 용매와 계속적으로 접촉시킨다. 케이크가 추출기의 유출구로 진행될 때까지, 용매는 전체 추출 잔사에서 본질적으로 순수한 용매 (즉, 약 60 부피％의 알코올을 함유하는 물/알코올 혼합물)로 변화된다. 효율성, 경제성 및 생산 안정성의 이유에도 불구하고, 탈지된 케이크로부터 가용성 당이 추출되도록 할 임의의 알코올 또는 알코올 혼합물은 본 발명의 실행에 사용되며, 바람직하게는 알코올은 에탄올이다. 용매 추출 공정에 의해 가용성 당은 탈지된 케이크의 약 1.5 중량％ 미만으로 제거될 것이다. 또한 이 가공에 의해, 추출 잔사의 일부가 될 무시할만한 소량의 오일이 탈지된 케이크로부터 제거될 수 있다.

이 추출 공정에 의해 2종의 생성물 스트림이 생성된다. 물론, 제1 생성물 스트림은 탈지되고, 당제거된 케이크이다. 이 케이크를 표준 용매제거 시스템 (예를 들어, 쉬네켄 스크류 후의 DT-디솔벤타이저 토스터 (Desolventizer Toaster)) 또는 플래쉬 증발기로 전달하여 알코올을 1500 ppm 미만의 함량으로 제거한다. 전형적으로, 플래쉬 증발기는 밀이 사람에게 소비될 것으로 의도되는 경우에 사용한다. 크림색 케이크를 분쇄한 후, 판매용으로 포장하고(하거나) 저장한다. 적절히 저장된 경우, 그의 영양가는 6개월 이상 유지된다. 포장은 필요에 따라 25 kg 미만의 비교적 소형 백 내지 800 kg 이상의 벌크 백, 내지 벌크 용기 범위로 다양할 수 있다.

제2 스트림은 추출기 하부로부터 회수된 전체 추출 잔사의 부산물 스트림이다. 전형적으로, 발포제거 장치 및 항발포제 중 하나 또는 둘 모두로 작동되는 통상적으로 2개의 수직 향류 증발기 세트를 포함하는 종래의 증발기 시스템으로 상기 스트림을 전달한다. 55 내지 70 부피％ 범위의 알코올 풍부 혼합물을 증발기 시스템으로부터 회수하고 추출 공정으로 되돌린다. 그 후, 증발기 시스템으로부터 회수된 당밀 (당, 물 및 소량의 알코올로 이루어진 혼합물)을 증류 컬럼 또는 박막 증발기 (목적한 생성물에 따라 선택됨)로 옮긴다. 전형적으로, 목적한 생성물이 농축된 당 시럽, 예를 들어 80 중량％ 이상의 당을 함유한 시럽인 경우에는 당밀을 최종적으로 물 및 미량 알코올을 제거하기 위해 박막 증발기로 전달하고, 이 생성물을 동물 사료의 미각 향상제로서 사용한다.

전형적으로, 목적한 생성물이 당 농도 80 중량％ 미만의 시럽인 경우에는 당밀을 종래의 알코올 증류 컬럼으로 전달한다. 전형적으로, 증류 컬럼으로부터의 하부 스트림은 컬럼에 대한 공급물 스트림이 약 60 내지 65 중량％이고, 이것은 전형적으로 1 내지 3 중량％의 알코올을 함유한다. 바람직하게는, 상기 하부 스트림을 에탄올로의 전환을 위해 발효 플랜트로 옮긴다. 상기 당 시럽은 통상적인 사탕수수 시럽에 비해 더 높은 에탄올 수율을 제공하는 경향이 있다. 에탄올을 추출 공정 용매로 되돌릴 수 있고, 이것은 전체적인 비용 또는 투입량, 또는 공정의 작업 비용을 감소시킨다. 발효 탱크로부터 회수된 발효액은 유용한 비료가 된다.

탈지 전에, 당제거된 케이크를 플래쉬 증발기로 옮기고, 압착하여 용매 (물/알코올)의 양을 감소시킨다. 전형적으로, 추출 후 압착 전에 탈지, 당제거된 케이크는 약 75 중량％의 용매/물을 함유한다. 전형적으로, 가공 후에 케이크는 약 50 중량％의 용매/물을 함유한다.

최종 대두박 생성물은 미세하고, 자유 유동되며, 건조한 크림색 분말의 외관을 갖는다. 이것은 단백질, 수분, 지방, 조 섬유, 탄수화물 및 각종 아미노산, 예를 들어 리신, 메티오닌, 시스테인, 트레오닌, 류신, 이소류신, 페닐알라닌, 티로신, 트립토판, 히스티딘 및 발린을 포함한다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 대두박의 비교적 높은 오일 함량 및 비교적 낮은 가용성 당 함량에 의해, 이것은 특히, 제조된 어류 사료용, 특히 제조된 어류 사료의 어분 성분 일부 또는 전부에 대한 대체용으로 특히 용이하게 사용된다. 또한, 본 발명의 대두박은 기타 제조된 동물 사료, 특히 육식 동물 및 잡식 동물, 예를 들어 작은 새우, 새끼 돼지, 송아지 및 애완 동물 (예를 들면, 고양이 및 개)의 단백질 및 에너지 공급원으로서 유용하다.

본 발명은 하기 실시예에 의해 더 상세히 설명된다. 달리 언급되지 않는 한, 모든 부 및 ％는 중량부 및 중량％이다.

Claims (12)

1. A. 원료 대두를 세정, 선별 및 건조시키는 단계;

   B. 세정, 선별 및 건조된 대두를 탈부시키는 단계;

   C. 탈부된 대두를 컨디쇼닝 및 박편화시키는 단계;

   D. 박편화된 대두의 오일 함량을 기계적으로 감소시켜 대두유 생성물 및 탈지된 케이크를 제조하는 단계; 및

   E. 탈지된 케이크로부터 가용성 당을 추출하여 (i) 시럽 생성물 및 (ii) 약 5 중량％ 미만의 가용성 당을 함유하는 케이크 생성물을 제조하는 단계

   를 포함하는, 원료 대두로부터 가용성 당의 함량이 낮은 고단백질의 오일 함유 대두박을 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 박편화된 대두를 압착하여 탈지시키는 방법.
3. 제2항에 있어서, 박편화된 대두를 약 80 내지 110 ℃의 온도에서 압착시키는 방법.
4. 제3항에 있어서, 탈지된 케이크를 약 100 ℃ 미만의 온도로 냉각한 후 가용성 당을 추출하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 탈지된 케이크로부터 에탄올을 사용하여 가용성 당을 추출하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 냉각 및 탈지된 케이크를 우선 추출 잔사와 접촉시키는 방법.
7. 제6항에 있어서, 시럽 생성물을 발효시켜 에탄올을 생성하고, 탈지된 케이크로부터 가용성 당을 추출하는 공정으로 되돌리는 방법.
8. 제7항에 있어서, 약 5 중량％ 미만의 가용성 당을 함유하는 케이크를 압착하여 에탄올을 제거하고, 잔류 에탄올을 플래시 증발시키고, 건조, 냉각 및 분쇄하여 크림색 분말을 얻는 방법.
9. 제1항에 기재된 방법으로 제조된 대두박.
10. 제9항에 있어서, 어류, 새우, 새끼 돼지 또는 송아지의 사료 또는 애완 동물 먹이의 성분으로 사용되는 대두박.
11. 제1항에 있어서, 탈지된 케이크 중 가용성 당의 함량이 약 3 중량％ 이하인 방법.
12. 제1항에 있어서, 탈지된 케이크 중 가용성 당의 함량이 약 1 중량％ 이하인 방법.