KR20080081892A - 옥수수 단백질 농축물 - Google Patents

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유진 제이. 폭스
주니어 도날드 엘. 샨데라
에릭 벨
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카아길, 인코포레이팃드
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Abstract

본 발명에서는 옥수수 단백질 농축물(CPC: corn protein concentrates)를 제공한다. CPC는 상업적인 목적으로 사육되는 반려동물 및 동물에 의한 소비를 위한 사료 생산물에 사용될 수 있다. 사료 생산물은 적어도 하나 이상의 단백질 농축물 및 수용성 탄수화물을 함유하는 적어도 하나 이상의 수성 스트림(stream)을 생산하는, 하나 또는 그 이상의 습식 제분 스트림 및 하나 또는 그 이상의 탄수화물 분해효소에 하나 또는 그 이상의 단백질 함유 물질을 접촉하는 단계; 및 수용성 탄수화물을 함유하는 수성 스트림으로부터 단백질 농축물을 분리하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된 옥수수 단백질 농축물을 포함한다.
옥수수 단백질, 동물 사료, 습식 제분

Description

옥수수 단백질 농축물{CORN PROTEIN CONCENTRATES}
본 발명은 단백질 농축물, 보다 상세하게는 옥수수 단백질 농축물에 관한 것이다.
옥수수 습식 제분 방법은 옥수수 커널(kernel)을 전분, 단백질, 섬유질 및 오일과 같은 생산물로 분리하는데 사용된다. 옥수수 습식 제분 방법은 옥수수 커널을 부드럽게 하고 다음 단계를 수월하게 하는 침지 공정; 및 정제된 전분 및 오일, 섬유질 및 단백질과 같은 다른 공동-생산물이 생성되는 습식 제분 공정으로 이루어진 2단계 공정이다.
발명의 개요
본 발명은 옥수수 단백질 농축물(corn protein concentrates: CPC)을 제공한다. 본 명세서에 기재된 CPC는 상업적 목적으로 사육되는 반려동물 또는 동물에 의한 소비에 적합한 사료 생산물에 사용될 수 있다.
한 측면에서, 본 발명은 옥수수 단백질 농축물을 포함하는 반려동물용 사료 생산물을 제공한다. 본 발명에 의한 옥수수 단백질 농축물은 하나 또는 그 이상의 단백질 함유 물질을 하나 또는 그 이상의 습식 제분 스트림 및 하나 또는 그 이상의 탄수화물 분해효소와 접촉시켜 하나 이상의 단백질 농축물 및 수용성 탄수화물을 함유하는 하나 이상의 수성 스트림(stream)을 생산하는 단계; 및 수용성 탄수화물을 함유하는 수성 스트림으로부터 단백질 농축물을 분리하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된다.
본 명세서에 개시된 사료 생산물은 개, 고양이, 새, 물고기, 미니 돼지(potbelly pig), 파충류, 양서류 및 설치류를 포함하나, 이에 한정되지 않는 반려동물용 사료가 될 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에 개시된 사료 생산물은 애완동물 식품 및/또는 애완동물 취급품(예를 들면, 비스킷, 바(bar), 껌(chew), 쿠키, 키블(kibble) 또는 장난감)을 포함할 수 있다. 어떤 구현예에서, 사료 생산물은 비스킷, 바, 껌, 쿠키, 키블, 에너지 바, 에너지 소스 또는 에너지 드링크와 같은 영양 보충제이다.
본 명세서에 개시된 사료 생산물은 기호성을 증강시킬 수 있다. 어떤 구현예에서, 옥수수 단백질 농축물은 애완동물 식품 표면에 도포될 수 있다. 본 명세서에 기재된 사료 생산물은 옥수수 글루텐 밀(corn gluten meal: CGM) 또는 옥수수 글루텐 밀로 제조된 사료보다 우수한 기호성(palatability)을 가지고; 동물에게 급식하는 경우 옥수수 글루텐 밀을 함유하는 사료 생산물보다 우수한 포만감(satiety)을 주며; 그리고/또는 칼로리 밀도 관리(caloric density management)를 허용한다. 본 명세서에 기재된 사료 생산물은 CGM과 비교시 일반적으로 보다 높은 pH(예를 들면, 4.8 내지 5.6)를 갖는다. 또한 본 발명에서는 본 명세서에 기재된 사료 생산물을 포함하는 동물 사료를 제공한다.
본 명세서에 기재된 옥수수 단백질 농축물을 제조하는 공정은 단백질 함유 물질을 탈지(defatting)하는 단계; 단백질 함유 물질에 존재하는 칼라-바디들(color-bodies)을 탈색, 표백 및/또는 감소시키는 단계; 옥수수 단백질 농축물을 탈취 화합물(예를 들면, 사이클로덱스트린)과 접촉키는 단계; 및/또는 하나 또는 그 이상의 단백질 함유 물질을 하나 또는 그 이상의 피타아제(phytases)와 접촉시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 옥수수 단백질 농축물을 제조하는 공정에서, 하나 또는 그 이상의 습식 제분 스트림들은 침지액(steep liquor), 적은 비중의 침지수(light steep water), 큰 비중의 침지액(heavy steep liquor) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있고; 습식 제분 스트림은 제분 스트림의 주요 분획이 질소 함유량 또는 단백질 함유량을 함유하도록 글루텐 농축화 또는 제분 점증화 습식 제분 스트림으로부터 유도할 수 있으며; 단백질 함유 물질은 경질 글루텐 분획, 중질 글루텐 분획, 옥수수 글루텐 농축물, 옥수수 글루텐 밀, 글루텐 케이크 및 이들의 혼합물을 함유할 수 있으며; 탄수화물 분해효소는 알파 아밀라아제, 덱스트린 분해효소, 플루란 분해효소, 글루코아밀라아제, 헤미셀룰라아제, 셀룰라아제 및 이들 혼합물을 함유할 수 있다.
본 명세서에 기재된 사료 생산물은 압출성형될 수 있다. 이러한 압출성형된 사료 생산물은 일반적으로 10%의 최소 오일 함량 및 30%의 최대 오일 함량을 갖는다. 오일은 예를 들면, 식물성 오일(예를 들면, 옥수수유, 대두유, 카놀라유, 팜유, 평지유, 땅콩유, 및 해바라기유) 또는 동물성 오일(예를 들면, 닭 지방, 우지(tallow), 백색 수지(白色 獸脂: white grease), 라드 및 어유)이 될 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 하나 또는 그 이상의 단백질 함유 물질을 하나 또는 그 이상의 습식 제분 스트림 및 하나 또는 그 이상의 탄수화물 분해효소와 접촉시켜 하나 이상의 단백질 농축물 및 수용성 탄수화물을 함유하는 하나 이상의 수성 스트림을 생산하는 단계; 및 수용성 탄수화물을 함유하는 수성 스트림으로부터 단백질 농축물을 분리하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된 옥수수 단백질 농축물을 포함하는 동물 사료 생산물을 제공한다.
이러한 동물 사료는 닭, 칠면조, 엽조(獵鳥; game birds), 소, 물고기, 돼지, 양, 야생조류, 개구리, 새우, 달팽이, 파충류, 양서류 또는 설치류용 사료가 될 수 있다. 이러한 동물 사료는 예를 들면, 10% 미만의 전분을 함유하는 양어 사료(aquafeed)가 될 수 있다. 동물 사료(예를 들면, 양어 사료)는 보다 맛있는 펠릿(pellet)을 제조하는 방식으로 사료가 부유, 현탁 및/또는 침전되도록 사료 밀도에 기여하는 팽창 특성을 나타낼 수 있다. 본 명세서에 개시된 동물 사료는 사료에서 메티오닌의 농축된 소스를 제공할 수 있다. 게다가, 본 명세서에 개시된 동물 사료 내 단백질은 또한 바람직한 반추위 우회 특성(rumen bypass property)을 갖는다.
다른 측면에서, 본 발명은 건조 중량 기준으로 약 80% 이상의 단백질을 가지고 당화 효소 활성(saccharification enzyme activity)을 갖는 하나 또는 그 이상의 외인성 폴리펩타이드가 실질적으로 없는 옥수수 단백질 농축물을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 옥수수 글루텐 밀과 비교시, a) 약 5 이상에서 일정하게 유지되는 pH를 가지며; b) 보다 적은 습식 제분 냄새를 가지고; c) 보다 적은 세균수를 나타내며; 그리고/또는 d) 단위 단백질 기준으로 보다 적은 회분 함량(ash content)을 가지는 옥수수 단백질 농축물을 제공한다. 일반적으로, 옥수수 단백질 농축물과 옥수수 글루텐 밀 사이에는 동물에 의한 단백질 분해율(protein digestibility)에서의 유의적인 차이가 없다.
다른 측면에서, 본 발명에서는 10% 미만의 수분 함량에서 옥수수 글루텐 밀 보다 낮은 수분 활성; 및 건조 중량 기준으로 적어도 약 80% 이상의 단백질, 약 5% 미만의 과립 전분 및 약 1% 내지 약 10% 액화 전분 탄수화물 및 당을 포함하는 옥수수 단백질 농축물을 갖는 옥수수 단백질 농축물을 제공한다. 일반적으로, 본 명세서에 기재된 옥수수 단백질 농축물 내에서 물 추출가능한 총 탄수화물(DP 1-13)의 적어도 10% 이상은 액화 전분 탄수화물(DP 5-13)로부터 얻어진다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 옥수수 단백질 농축물이 압출성형 후 옥수수 글루텐 밀와 비교되는 경우, a) 보다 제어가능한 팽창을 나타내며; b) 보다 우수한 팽창을 나타내고; c) 보다 균일한 세포 구조를 나타내며; d) 보다 균질한 생산물을 형성하고; e) 보다 매끄러운 표면을 지닌 키블을 생산하며; 그리고/또는 보다 우수한 오일 결합능(oil binding capacity)을 나타내는 옥수수 단백질 농축물을 제공한다.
달리 정의되어 있지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 기술을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 같은 의미를 가진다. 본 명세서에 기재된 방법들 및 물질들과 유사하거나 또는 동등한 방법들 및 물질들도 본 발명의 실시나 시험에 사용될 수 있겠지만, 적절한 방법들 및 물질들을 아래에 기술한다. 또한 물질들, 방법들 및 실시예들은 설명을 위한 것일 뿐, 한정하기 위한 의도는 아니다. 본 명세서에 언급된 모든 공개문헌들, 특허출원들, 특허들 및 다른 참고문헌들은그 전체 내용이 본 명세서에 참고 인용되어 있다. 상충되는 경우에 있어서는, 정의를 포함한 본 발명의 명세서가 우선한다.
본 발명의 하나 또는 그 이상의 구현예의 자세한 내용은 첨부한 도면 및 상세한 설명에 기술되어 있다. 본 발명의 다른 특성들, 목적들 및 장점들은 도면으로부터 그리고 상세한 설명 및 청구범위로부터 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
상세한 설명
본 발명은 반려동물(예를 들면, 애완동물) 또는 다른 동물(예를 들면, 가축 및 상업적 목적으로 사육되는 다른 동물)에 의해 소비되는 사료에 사용될 수 있는 옥수수 단백질 농축물을 제공한다.
옥수수 단백질 농축물( Corn Protein Concentrate , CPC )
본 명세서에 기재된 CPC는 일반적으로 적어도 80% 이상의 단백질(건조 중량 기준)(예를 들면, 건조 중량 기준으로 85%, 90%, 95%, 99%, 또는 100%)을 갖는다. 본 명세서에 기재된 CPC는 우선적으로, 용해도 또는 용매 중의 폴리펩타이드에 기초한 단백질 분류인 오스번 분류 체계에 근거하는 프롤라민과 글루텔린으로 구성된다. 옥수수 글루텐 밀(CGM)와 비교하여 본 명세서에 기재된 CPC의 전형적인 근사 분석(proximate analysis)은 아래와 같다.
성분 CPC (현재) CGM (현재)
단백질 75% 60%
지방(에테르 추출가능함) 2.5% 2%
조섬유질 3% 2.5%
전분 <1% 15%
수분 10% 10%
크산토필(mg/lb) 121 107
밀도(lb/cu ft) 38-41 36-43
CGM의 전형적인 아미노산 분석은 아래와 같다. 본 명세서에 기재된 CPC의 아미노산 조성은 CGM의 경우에 비해 유의적인 차이가 날 것으로 기대되지 않는다.
아미노산 합계(%) 단백질(%)
알라닌 아르기닌 아스파르트산 시스테인 글루탐산 글리신 히스티딘 이소류신 류신 리신 메티오닌 페닐알라닌 프롤린 세린 트레오닌 트립토판 티로신 발린 5.94 2.42 4.40 1.13 15.5 1.69 1.76 3.15 12.9 1.08 1.59 4.65 6.95 4.07 2.21 0.30 4.22 3.44 7.92 3.23 5.87 1.50 20.7 2.25 2.35 4.20 17.3 1.45 2.12 6.20 9.27 5.42 2.95 0.40 5.62 4.59
본 명세서에서, CGM은 보다 많은 부분인 전분과 배아(germ)를 제거한 후 옥수수 전분 또는 시럽의 습식 제분 제조로 채택된 공정, 또는 배젖의 효소 처리에 의해, 겨를 분리한 옥수수 건조 잔류물을 나타낸다. CGM은 발효 옥수수 추출물 및/또는 옥수수 유래 배아 가루를 포함할 수 있다. CGM 내의 단백질은 물에 대해 낮은 용해도를 갖고 반추위 우회 특성을 갖는다.
건조 고형물은 네델란드 표준 방법 NEN 3332로부터 채택된 방법을 사용하고 곡물 화학 미국 협회(American Association of Cereal Chemist, AACC)의 공정분석법(Offical Methods) 44-15A에 따라 상기 물질을 103℃에서 건조하거나 또는 국제분석학회(AOAC International)의 공정분석법, 섹션 935.29를 사용함으로써 결정될 수 있다.
용액 내 CPC 단백질 함량은, 예를 들면, Bradford 단백질 정량(Bradford, 1975, Anal . Biochem ., 7:248)을 사용함으로써 결정될 수 있다. 총량 또는 가용성 단백질 함량은 AACC 방법 46-30 또는 AOAC 990.03에 따라 결정될 수 있다.
전분 함량은 옥수수 정제업자 협회(Corn Refiners Association's, CRA)의 G-28과 같은 적절한 공식적인 분석 방법들로부터 유도된 방법을 사용함으로써 결정될 수 있다. 전분 및 액화 제조 탄수화물 총량은 분석 996.11의 AOAC 공정분석법에 의하여 결정될 수 있다. 전분 가수분해의 액화 생산물은 비정제 전분이 아니며 가용성 전분, 고분자당(higher sugars) 및 당으로 구성된 액화 생산물로 간주 되어야 한다. 이들은 물 세정 및/또는 에탄올 세정과 같은 방법들에 의한 분석을 통해 분리될 수 있다. CRA G-28과 AOAC 996.11의 전분 조성 결과 사이의 차이(예를 들면, 측정된 총 전분 탄수화물과 전분 함량 사이의 차이)는 가용성 전분, 고분자당 및 당의 양으로 귀결되는데, 이는 제분 스트림 본연의 당 대신 전분 액화 생산물로 간주된다.
제분 스트림 및 수집된 여과액의 당 함량은 AACC 방법 80-05로부터 유도된 절차를 사용하여(예를 들면, HPLC 시스템(예를 들면, 0.01N 황산 이동상으로 용리되고 굴절지수 검출기를 갖는 Aminex HPX-87H 이온 배제 컬럼(Bio-Rad, 헤라클레스, CA))을 사용함으로써) 결정된다. 당 함량은 일반적으로 컬럼에서 표준화된 글루코오스, 과당, 말토오스 및 말토트리오스(maltotriose) 당의 함량의 합계이다.
CPC의 제분 스트림, 액화물 및 추출된 가용물 내에서의 당 DP 프로파일 및 계량은 AACC 방법 80-05로부터 유도된 절차를 사용하여 수행될 수 있다. 물 추출물은 예를 들면, 술포살리실산(sulfosalicylic acid)으로 단백질을 침전시키는 단계, 음이온 및 양이온 수지와 이온교환하는 단계, 필터(예, 0.45 마이크론 와트만 주사기용 필터)를 통한 각각의 액체 분획을 여과하는 단계, 및 이동상으로 물과 은이온 교환 컬럼을 갖고 굴절 지수 검출기를 갖는 HPLC 시스템으로 액체를 주입하는 단계 등에 의해 분석될 수 있다.
획득한 정보의 분석은 컬럼에 대하여 표준화된 14 글루코오스 중합(DP) 정도(degree) 보다 적은 용리된 피크의 합으로 이루어질 수 있다. DP 1-4 당의 비율(%)(DP 1-4 당 곡선도표 아래 영역의 합계를 DP 1-14 당 곡선도표 아래 영역의 합계로 나누어 산출)는 DP 5-13 당의 비율(%)(DP 5-13 당 곡선도표 아래 영역의 합계를 DP 1-14 당 곡선도표 아래 영역의 합계로 나누어 산출)과 비교된다. 일반적으로, CGM은 있더라도 미량인 DP 5-13를 가지면서 DP 1-2 당을 우세하게 갖는다. 반면에, 본 명세서에 기재된 CPC는 DP 1-4 당과 거의 동일하거나 더 많은 양의 DP 5-13 당을 함유할 수 있다.
총량 또는 조지방 함량은 AACC 방법 30-24, 30-20, 30-25, CRA G-11, 또는 AOAC 920.39 또는 954.02에 의해 유도된 프로토콜을 사용하여 결정될 수 있다. 에테르 추출, Spex 제분기에서의 볼(ball) 제분과 병합한 헥산 추출 또는 산-가수분해반응(acid-hydrolysis)을 사용하는 방법들은 종종 다른 지질 값을 결과로 나타내는데, 에테르 추출이 일반적으로 가장 낮은 지질 값을 결과로 나타내고, 산-가수분해반응이 일반적으로 가장 높은 지질 값을 결과로 나타낸다.
수분 또는 알코올의 흡수는 흡수 지수를 이용하여 결정될 수 있고, 물 또는 알코올의 용해도는 Osbourn의 단백질 추출 분류와 가용화 설계를 사용하여 평가될 수 있다.
유기산 함량은 UV 또는 RI 검출을 사용한 HPLC에 의해 결정될 수 있다. 회분은 560℃에서 시료의 습식 회화법(wet-ashing)에 의해 또는 AOAC 942.05에 의해 AACC 방법 08-01로부터 유도된 절차를 사용하여 결정될 수 있다.
조섬유질(crude fiber)은 AOAC 962.09에 의해 결정될 수 있다.
피틴산염(phytate)은 시료 내에서 피틴산의 추출에 의해 결정될 수 있으며, 다른 기술들을 사용하여 정제될 수 있고 전도성을 이용한 HPLC에 의해 정량적으로 분석될 수 있다.
수분 활성도(aw)는 기질 내에서 물의 상대적인 유용성이고, 동일한 온도에서 정제수의 증기압으로 나눈 물의 증기압으로 정의된다. 예를 들면, 정제 증류수는 1.0의 수분 활성도를 가진다. 온도가 증가할수록, 일부 염 및 당 용액을 제외하고 aw는 일반적으로 감소한다. 물은 높은 aw 기질로부터 낮은 aw 기질로 이동하는 경향이 있다. 더구나, 높은 aw 기질은 미생물 성장을 보다 지원하는 경향이 있다. 예를 들면, 세균은 보통 적어도 0.91 이상의 aw를 요구하고, 곰팡이는 적어도 0.7 이상의 aw를 요구한다.
a w ≡p/ p o
상기 식에서, p는 기질 내에서 물의 증기압이고, po는 동일한 온도에서 정제수의 증기압이다.
옥수수 단백질 농축물을 제조하는 방법
본 명세서에 기재된 CPC는 PCT국제특허출원 제PCT/US2005/003282호에 기재된 공정에 의해 제조될 수 있으며, 상기 특허를 참조함으로써 그 전체 내용에 대하여 본 명세서에 편입된다. 간략하게, 본 명세서에 기재된 CPC는 하나 또는 그 이상의 옥수수 단백질 함유 물질을 하나 또는 그 이상의 습식 제분 스트림 및 하나 또는 그 이상의 탄수화물 분해효소에 접촉하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된다.
"옥수수 단백질 함유 물질"이라는 용어는 습식 제분 공정에서 발생하는 흐름을 나타내고, 여기에서 2%를 초과하는 고형물이 글루텐 및 4분의 1 보다 적은 본래 커널 섬유질 및 배아이다. 본 명세서에서 사용된 "옥수수 글루텐"이라는 용어는 배유에서 유래된 수불용성 단백질을 나타낸다. 옥수수 단백질 함유 물질은 큰 비중의 글루텐, 글루텐 케이크, 전분 세정 유출물, 및 일차 사료와 같은 흐름을 포함한다. 하나 또는 그 이상의 상기 옥수수 단백질 함유 물질이 공정 내에서 사용될 수 있다.
습식 제분 스트림은 습식 제분 공정에 의해 생성된 유동성(flowable) 흐름이다. 전형적인 습식 제분 스트림은 큰 비중(증발된 CSL) 또는 적은 비중(LSW)의 어느 쪽도 될 수 있는 옥수수 침지액(steep liquor), 일차 사료, 임의의 원심분리기 또는 습식사이클론(hydrocyclone) 유출물, 세정 또는 탈수 여과액 또는 그 혼합물을 포함한다. 전형적인 원심분리기 유출물은 제분 스트림 농축장치 유출물, 일차 유출물, 정화기 유출물, 전분 세정 유출물 또는 그 혼합물을 포함한다. 전형적인 습식사이클론 유출물은 전분 세정 유출물 및 제분 스트림 농축장치 유출물을 포함한다. 전형적인 세정 및 탈수 흐름은 글루텐 여과액 및 섬유질 세정 여과액을 포함한다. 이 흐름들은 적어도 극미량 이상의 옥수수 유래 단백질 및 탄수화물을 가지는 것이 특징이다.
사용된 탄수화물 분해효소는 복합 탄수화물이 수용성 탄수화물로 분해되는 것(당화 및/또는 액화와 같은)을 촉진시킬 수 있는 임의의 효소가 될 수 있다. 예를 들면, 알파-아밀라아제, 글루코아밀라아제, 덱스트린 분해효소, 플루란 분해효소, 헤미셀룰라아제 및 셀룰라아제 또는 그 혼합물들이 사용될 수 있다. 알파-아밀라아제는 약 40 포도당 당량(dextrose equivalent: DE) 당도 측량까지 전분을 액화하는데 사용될 수 있다. 글루코아밀라아제 및 플루란 분해효소의 혼합물은 액화 후 약 95-97DE 까지 전분 중합체를 더 분해하는 당화 단계에서 더 사용될 수 있고, 이것은 적어도 90% 이상의 당이 DP 1-4인 조성으로 총 당(DP 1-14)의 90%를 초과하여 함유한다.
어떤 구현예에서, 상기 방법들은 당화를 거치지 않는 액화 공정을 포함한다. 이들 구현예에서, 사용된 효소들은 알파-아밀라아제와 같이 전분 분자를 가수분해하는데 통상적으로 사용되는 것일 수 있다. 어떤 구현예에서, 상기 방법들은 액화 및 선택적으로, 당화 공정과 조합하여 물질을 헤미셀룰로오스 및 셀룰로오스에 접촉하는 단계를 포함한다. 또한 맥아 곡류(malted grain) 및 그 일부는 효소의 소스로서 사용될 수 있다.
어떤 구현예에서, 단백질 농축물의 단백질 함량은 부가적인 효소를 사용함으로써 변경될 수 있다. 예를 들면, 피타아제 및/또는 펙티나아제는 각각 피틴산염 및/또는 펙틴을 분해하는데 사용될 수 있으며, 단백질 농축물로부터 이들이 분리되도록 한다. 또한 피타아제 및 펙티나아제를 사용함으로써 이들이 처리되지 않은 농축물보다 분해되기 쉬운 단백질 농축물이 생성된다.
어떤 용도들에서는 연장 단백질들(elongated proteins)이 보다 바람직하다. 폴리페놀옥시다아제 및/또는 트랜스글루타미나아제와 같이 단백질 단편들과 결합하는 효소가 사용될 수 있다. 이 효소들은 동시에 탄수화물 분해효소들과 함께 유도될 수 있고 또는 이들은 분리 단계에서 첨가될 수 있다.
옥수수 단백질 함유 물질(들), 습식 제분 스트림(들) 및 탄수화물 분해효소들은 슬러리화(slurring), 혼합 또는 배합과 같이 당업계에 알려진 임의의 방법을 사용하여 서로 접촉하도록 배치될 수 있다. 어떤 구현예에서, 방법들은 원하지 않는 또는 바람직하지 않은 성분들을 제거하는 여과 단계를 포함할 수 있다.
탄수화물 분해효소들, 습식 제분 스트림(들) 및 옥수수 단백질 함유 물질(들)을 함유하는 조성물은 적어도, 생성된 옥수수 단백질 농축물로부터 수용성 탄 수화물을 함유하는 수성 스트림을 분리할 때 수성 스트림이 탄수화물 분해효소 접촉에 우선하여 습식 제분 스트림보다 높은 수용성 탄수화물 농도를 가지는 시점까지, 옥수수 단백질 함유 물질 및/또는 습식 제분 스트림에 존재하는 전분 및/또는 다른 복합 탄수화물들을 분해하기 충분한 시간과 온도에서 항온배양된다.
탄수화물 분해효소, 습식 제분 스트림(들) 및 옥수수 단백질 함유 물질(들)을 함유하는 혼합물의 항온배양에 사용될 수 있는 전형적인 온도는 약 30 내지 250℉(15-120℃)를 포함하며, 전형적인 항온배양 시간은 약 1/2시간 내지 약 40시간을 포함한다.
수성 스트림으로부터 옥수수 단백질 농축물의 분리는 당업계에 알려진 임의의 방법에 의해 수행될 수 있다. 예를 들면, 여과, 원심분리, 응고, 및 이들의 조합이 사용될 수 있다. 또한 공정에서 습식 제분 스트림 중 하나로서 수성 스트림을 재순환하거나 또는 재생하여 수성 스트림 내에서 수용성 탄수화물의 농도를 증가시킬 수 있다.
생성된 단백질 농축물 내에서 단백질의 농도는 생성된 농축물을 물 및/또는 습식 제분 스트림으로 헹구어냄으로써 부가적으로 증가시킬 수 있다. 상기 헹구는 과정은 잔류 탄수화물을 씻어내고 건조 기준으로 단백질 농도를 증가시킨다. 이 기술의 사용하면 단백질 농도는 건조 기준으로 적어도 2%, 5%, 7%, 10% 또는 20% 까지 증가될 수 있다.
단백질 농축물 내에서 단백질의 농도를 증가시키는 또 다른 방법은 농축물로부터 지방을 제거하는 것(즉, 탈지)이다. 탈지는 당업계에 알려진 임의의 방법, 예 를 들면, 지방을 분해하는 하나 또는 그 이상의 용매 및/또는 효소를 사용하여 수행될 수 있다. 사용될 수 있는 용매들의 예는 헥산, 이소헥산, 알콜 및 그 혼합물을 포함한다. 사용될 수 있는 효소들의 예는 리파아제 등을 포함한다. 지방들은 당업계에 알려진 임의의 방법, 예를 들면, 여과, 부양, 및/또는 원심분리를 이용하여 단백질 농축물로부터 연속해서 분리될 수 있다.
게다가, 단백질 농축물은 화학적 및/또는 효소적 방법들을 사용하여 표백함으로써 탈색될 수 있다. 표백을 촉진하는데 사용될 수 있는 효소들은 지방산화효소(lipoxgenase: LOX) 활성 또는 과산화효소 활성을 가지는 것들을 포함한다. 단독, 또는 표백을 촉진하는 효소와 조합하여 사용될 수 있는 화학 제품들은 오존, 과황산염 및 과산화물들을 포함한다.
단백질 농축물의 여과는 예를 들면, 45℃, 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 80℃, 또는 100℃ 보다 높은 온도에서 단백질을 함유하는 흐름을 진행하는 동안에 수행될 수 있다. 이는 여과 공정 동안 미생물의 성장 및 진균독 농도를 제어할 수 있는 이점을 제공한다. 증가된 온도를 사용하는 능력은 효소 활성을 조절할 수 있게 한다.
본 명세서에 기재된 CPC는 산으로 처리될 수 있고(예를 들면, 열 및/또는 압력의 존재 하에) 및/또는 하나 또는 그 이상의 단백질 분해효소로 처리될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 단백질 분해효소는 펩타이드 결합에서 일반적인 가수분해 활성을 가질 수 있거나, 또는 하나 또는 그 이상의 단백질 분해효소는 예를 들면, 공정 기능성을 증강시키거나 또는 맛을 발생시키는 것과 같이 보다 특이적 활성을 가질 수 있다. 가수분해된 단백질은 바람직한 냄새 및 맛을 제공하기 위하여 당(예를 들면, 글루코오스, 과당, 옥수수 시럽 또는 다른 화합물과 같은 환원당) 존재하에 선택적으로 가열될 수 있다. 예를 들면, 고기맛은 환원당의 존재 하에 아미노산, 즉, 발린을 가열하여 생성될 수 있다. 선택적으로, 단백질은 물 용해도와 같은 기능성을 변경하는 이러한 처리들에 의해 탈아미노화될 수 있다.
CPC는 탈취 화합물을 사용하여 탈취될 수 있다. 탈취 화합물은 건조 상태 또는 액상 또는 현탁된 상태로 CPC에 첨가될 수 있다. 탈취 화합물들은 사이클로덱스트린 및 알콜류를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 사이클로덱스트린의 예는 알파-사이클로덱스트린, 베타-사이클로덱스트린, 및/또는 감마-사이클로덱스트린을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 사이클로덱스트린은 독특한 냄새 및 용해도를 가지는 다른 활성들을 야기하기 위하여 여러 가지 수준으로 치환하여 수산화프로필화, 메틸화, 에틸화 또는 아세틸화와 같은 기능기 치환함으로써 변형될 수 있다. 탈취 화합물은 CPC 제조 공정 동안 어떠한 지점에서도 도입될 수 있다. 탈취 화합물은 완성된 CPC 생산물에 첨가될 수 있고 또는 혼합, 배합, 분무, 코팅 또는 당업계에서 숙련된 자에게 명백한 다른 방법들에 의해 CPC 포장에 적용될 수 있다. CPC에 사용되는 탈취 화합물의 양은 변경될 수 있지만, 일반적으로 약 0.05% 내지 5%(건조 기준으로 wt/wt CPC)(예를 들면, 약 0.25% 내지 2.5%(건조 기준으로 wt/wt CPC))의 탈취 화합물이 충분한 성과를 제공할 것이다.
사료 생산물
본 명세서에 기재된 CPC는 반려동물에 의한 소비를 위한 사료 생산물로 사용될 수 있다. 반려동물은 개, 고양이, 새, 물고기, 미니 돼지, 설치류, 말, 파충류 및 거북이를 포함지만 이에 한정되지 않는다. 반려동물에 의한 소비를 위한 사료 생산물은 예를 들면, 애완동물 식품 및/또는 애완동물 취급품이 될 수 있다. 반려동물용 사료는 건조 사료(예를 들면, 일반 단백질 또는 고단백질 제형) 또는 습성(moist) 또는 습식 사료일 수 있다. 반려동물용 사료는 예를 들면, 감미재료(palatant)로서 애완동물 식품에 도포하거나 또는 쏟아 붓는 소스 및 드레싱을 포함할 수 있다. 반려동물용 사료는 체중 감소용 또는 영양상의 이점을 위해 제형화 될 수 있다. 어떤 구현예에서, 반려동물용 사료는 본 사료 공정을 위한 성형 또는 조리 성형압출기를 통과하여 제조될 수 있는데, 그 산출물은 바람직한 펠릿 및/또는 키블 기능성을 나타낸다. 마찬가지로 식품이 성형(mold) 또는 형성(form)될 수 있다.
본 명세서에 기재된 CPC는 닭, 칠면조, 엽조, 소(예를 들면, 젖소, 소(beef)), 물고기(양식장 또는 연안-양식 잉어, 틸라피아, 연어, 월아이(walleye), 송어, 농어 또는 메기), 돼지, 말, 양, 야생 조류, 염소, 라마, 물소, 야생 생물, 이색 동물(exotic animals), 동물원 동물, 양서류, 갑각류 및 연체동물과 같이 다른 유형의 동물들에 의해 소비되는 사료 생산물에 사용될 수 있다. 양서류는 예를 들면, 개구리를 포함한다. 갑각류는 새우, 바닷가재, 게, 가재 및 참새우(prawns)를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 연체동물은 달팽이, 대합조개, 굴, 오징어, 문어 및 홍합을 포함한다. 엽조는 꿩, 뇌조, 자고(partridges), 오리, 거위, 백조, 작은 비둘기(doves) 및 큰 비둘기(pigeons)를 포함한다. CPC를 함유하는 동물 사료는 매일, 매주 또는 사료 보충제로서 사용하여 동물에게 급식될 수 있 다. 야생생물은 예를 들면, 사슴, 영양, 다람쥐, 곰 및 토끼를 포함한다. 이색 동물들은 원숭이, 뱀 및 친칠라를 포함한다. 동물원 동물은 원숭이, 영양, 기린, 코끼리, 고양이 및 곰을 포함한다.
본 명세서에 기재된 CPC는 현존하는 동물 사료에 첨가되거나 또는 적용될 수 있으며, 또는 혈분(bloodmeal) 또는 골분(bornmeal)과 같은 동물 사료의 다른 성분들을 대신하여 사용될 수 있다. 사료 내에서 CPC의 전형적인 함유물 수준은 약 0.1% 내지 약 100%로 변경할 수 있고, 일반적으로 약 2% 내지 약 40%의 범위이다. CPC를 함유하는 동물 사료의 유효성은 예를 들면, 당업계에 알려진 생체 내 및 십이지장의 수집 기술들을 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 문헌[Beever et al., 1971, Brit . J. Nurt., 26:123-134]을 참조할 수 있다.
본 명세서에 기재된 CPC 함유 사료 생산물은 기호성 시험을 이용하여 냄새 및 맛에 대하여 평가될 수 있다. 예를 들면, Two-Pan 시험, 삼각 비교(Triangle-comparison) 또는 감각평가의 Hedonic Scale 평가 방법(Powers, 1982, In Food Flavours, Part A, Introduction, Morton & Macleod, eds., Elseviers Scientific, Amsterdam, pp 121-168) 등에 근거한 특성화, 평가 및 비교 방법 등을 참조할 수 있다.
본 명세서에 기재된 CPC는 사료의 단백질 함량을 증가시키기 위한 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 기술 분야 내에서 통상적인 화학, 생화학 및 미생물적 기술에의 적용이 가능하다. 이러한 기술들은 전부 문헌에서 설명된다. 본 발명은 더 나아가 다음의 실시예들에 기술되는데, 이는 청구범위에 기재된 본 발명의 범위에 한정되지 아니한다.
실시예 1 - CPC 평가
네 개의 옥수수 글루텐 시료를 기능적 특성 분석하였고, A, B, C 및 D로 라벨하였다. 시료 A 및 B는 CPC였고, 시료 C 및 D는 옥수수 글루텐 밀였다.
수분, 지방, 단백질 및 회분에 대하여 근사 분석을 수행하였다. 이 분석의 결과는 표 1과 같고 건조 중량 기준(수분 제외)으로 기록된다. 시료들의 pH는 동량의 증류수에서 단백질 시료를 현탁하고, 10분간 균형을 유지하게 한 후 pH 탐침기로 pH를 측정하여 결정하였다. 국제분석학회의 공정분석법을 이용하여 근사 분석을 수행하였다. 수분은 AOAC 935.29에 의해; 지방은 AOAC 954.02에 의해; 단백질은 AOAC 990.03에 의해; 및 회분은 AOAC 942.05에 의해 결정되었다.
A B C D
수분 5.37 6.16 5.91 4.69
단백질 78.14 81.05 68.32 67.31
지방 8.95 5.54 8.06 6.24
지방:단백질 비 0.115 0.068 0.118 0.093
회분 0.95 1.54 1.27 1.29
회분:단백질 비 0.012 0.019 0.019 0.019
pH 5.6 5.5 3.9 4.1
CPC의 용해도는 물 및 에탄올 용액들 내에서 조사하였다. 용액들은 용해도를 조사하기 위하여 다른 용매 내에 부유된 5% 단백질의 농도 당량을 제공하기에 충분한 CPC를 갖도록 제조되었다. 물, 물:변성 에탄올(1:1 비율로) 또는 변성 에탄올(97%)이 용매로서 사용되었다. 현탁액에서 Bio-Rad 단백질 정량을 이용하여 단백질을 분석하였다. 각 현탁액의 1ml 분취량들은 10분간 Eppendorf 미량원심분리기로 원심분리되었고 상청액은 Bio-Rad 단백질 정량을 이용하여 용해된 단백질에 대하여 분석하였다. 단백질 용해도 지수들은 다음과 같이 산출되었다:
[수학식 1]
[상청액의 단백질 함량/현탁액의 단백질 함량]×100
표 2는 네 개의 시료들이 모두, 예를 들면, 계란 및 정제된 대두 단백질 분리물과 같은 구형 단백질과 비교하여 물에서 상대적으로 낮은 용해도를 갖는 것을 보여준다.
결과들은 시료 A 및 B의 용해도가 물:에탄올 용매에서 실질적으로 증가된 것을 나타내었다. 반면에 시료 D의 상청액은 용해도에서 유의적 증가를 나타내는 2.9% 및 2.1%로 평가되었다.
에탄올-현탁된 시료 A 및 B에서 어떤 용해 단백질이 검출되는 동안에, 에탄올 내 시료 C 및 D의 상청액들이 시료 C 및 D에서 매우 낮은 용해도를 나타내어 각각 0.05% 및 0.0%로 평가되었다.
물에서의 용해도는 용해도를 향상시키는 것으로 보이는 에탄올의 존재하에서도 불구하고 네 개의 시료들에서 모두 낮았다. 어떤 결과에서, 물:에탄올 용매는 시료 A 및 B(CPC)에 대한 적절한 용매가 되는 것으로 나타난다.
A B C D
물 2.03 1.96 5.04 3.01
1:1 물:EtOH 13.82 21.57 6.25 --
EtOH 16.35 9.39 -- 0.0
시료 A 및 B의 용해도에서 pH의 효과가 조사되었다. 시료 A 및 B에 대하여 상기한 대로 제조된 수상 현탁액의 pH는 하기 표 3에서 보여지는 pH들(즉, 2, 4, 5.5, 7, 9 및 11)로 각각 조정하였고, 분취량를 작성하였다. 분취량는 각각의 pH에서 단백질의 상대적인 용해도를 나타내는 단백질 농도를 얻기 위해 원심분리되고 분석되었다. 결과들은 표 3에서 보여진다. 시료 A의 알칼리성 pH에서 용해도가 매우 적게 증가하였고, 시료 B에서는 증가가 없는 만큼 적게 검출되었다.
pH A B
2 0.250 0.075
4 0.150 검출 한계 미만
5.5 0.112 검출 한계 미만
7 1.193 0.062
9 0.612 검출 한계 미만
11 1.325 0.168
용해도에 적합한 하나 보다 많은 최적의 pH가 관찰되었지만, 이 시료들이 하나 보다 많은 단백질 유형을 함유하므로 다른 단백질들이 다른 pH의 용해도에서 용해도를 높이는 것이 가능하다.
실시예 2 - CPC 평가
세 개의 CPC 시료들 및 세 개의 옥수수 글루텐 밀 시료들은 근사 분석을 위하여 외부 실험실에 보냈다. 근사 분석은 국제분석학회의 공정분석법을 사용하여 수행되었다. 수분은 AOAC 935.29에 의해; 지방은 AOAC 954.02(산 가수분해반응) 및 AOAC 920.39(에테르 추출)에 의해; 단백질은 AOAC 990.03에 의해; 회분은 AOAC 942.05에 의해; 및 총 전분 및 당은 AOAC 996.11에 의해 결정되었다. 총 전분은 옥수수 정제업자 협회의 CRA G-28과 같은 적절한 공식적인 분석적 방법들에 의해 결정되었다. 당은 총 전분 및 당에서 총 전분을 뺀 값 사이의 차이에 의해 결정된다. 당은 CPC에서 포획되는 습식 제분 스트림의 비가공물을 포함하는 전분 액화 생산물, 고분자당 및 당을 포함한다. 이 분석의 결과는 표 4와 같고, 건조 중량 기준(수분 제외)으로 기록된다. 단백질에 대한 지방 또는 회분의 비는 건조 조성 기준으로 단백질의 함량으로 나눈 지방 또는 회분 함량으로 산출된다.
옥수수 글루텐 밀 대비 옥수수 단백질 농축물의 조성 분석
CPC 1 CPC 2 CPC 3 CGM 1 CGM 2 CGM 3
수분 7,3 8.2 10.6 8.6 9.6 11.0
단백질 81.5 82.2 81.5 70.3 70.6 70.7
지방(에테르 추출) 2.42 2.56 2.44 1.25 1.11 1.39
EE 지방:단백질 비 0.030 0.031 0.030 0.012 0.016 0.020
지방(산 가수분해) 5.2 4.8 5.7 4.4 4.1 3.7
AH 지방:단백질 비 0.064 0.058 0.070 0.063 0.058 0.052
회분 1.5 1.1 1.3 1.2 1.2 1.2
회분:단백질 비 0.018 0.013 0.016 0.017 0.017 0.017
총 전분 0.4 0.9 0.7 16.0 16.6 18.5
총 전분 및 당 5.4 5.7 6.6 18.5 19.2 20.5
당 5.0 5.8 5.9 2.5 2.6 2.0
마그네슘 0.07 0.06 0.05 0.05 0.04 0.07
pH 5.6 5.5 5.5 4.4 0.4 4.3
CPC는 CGM과 비교하여 에테르-추출 지방의 양이 보다 높다. 그러나, 산 가수분해에 의해 결정된 시료들의 총 지방 함량은 단백질 단위(비) 기준으로 CGM과 CPC 사이에서 유사하다.
임의의 특별한 메커니즘에 의해 결합되지 않더라도, 본 명세서에 기재된 CPC 제조공정은 에테르로 추출하는데 있어 보다 유리하도록 지방을 방출할 수 있다. 이 보다 높은 수준의 "무"지방은 CGM과 비교하여 CPC의 다른 기능 및 영양 특성들(예를 들면, 압출성형 공정 기능성 및 분해율)을 생성한다. 게다가, 에테르 및 헥산과 같은 용매들에 대한 지방 및 오일들의 보다 높은 접근성은 CPC 물질을 보다 쉽게 탈지시킨다. 비손상 지방의 양은 CGM의 16.0-18.5%에서 CPC의 0.4-0.9%로 감소된다. 당 및 전분 액화물(고분자당)의 양은 CGM(건조 중량 조성)의 2.0-2.6%에서 CPC의 약 5.0-5.9%로 증가된다. CPC의 마그네슘 함량은 예상외로 CGM과 유사하고 전분의 제거로 인해 농축되지 않았다(예를 들면, 마그네슘 함량은 질량 기준으로 유의적인 차이가 없고, 단백질 기준으로 CGM 보다 낮다). 실시예 1에서와 같이, CPC의 pH는 약 5.5-5.6으로, 3.9-4.6인 CGM 보다 높고, CPC는 pH 제어 및 조절 단가의 제조상 이점을 위하여 보다 일정한 pH를 갖는다. CGM과 비교할 때, CPC는 보다 적은 습식 제분 냄새와 향을 함유하는 것이 발견되었다; 감정가 및 습식 제분 공정의 전문가들은 CPC가 CGM에 비해 보편적으로 습식 제분 공정과 관련된 냄새가 보다 적고 옥수수에 보다 가까운 냄새를 갖는다고 판단하였다.
실시예 3 - CPC 로부터 지방 추출
CPC 내 단백질의 농도는 지방의 제거(즉, 탈지)를 통하여 증가되었다. 탈지의 한 방법은 산업 용매 추출기에서 CPC의 층(bed)을 지나 헥산이 통과하여 수행된다. 헥산은 새로운 대부분의 지방 추출 CPC의 이동에서 역방향 흐름 패턴에 적용될 수 있다. CPC는 지방종자 및 배아 추출 식물에서 일반적으로 발견되는 용매제거-토스터(desolventizing-toaster) 기기를 사용하여 원심 분리 또는 여과한 후 용매를 제거한다. 사용될 수 있는 다른 용매들의 예는 헥산, 이소헥산, 알콜 및 이들의 혼합물을 포함한다. 선택적으로, 용매는 CPC에 적용될 수 있고 환류 또는 막 분리 장치에서 분리될 수 있다. 용매는 용매로부터 오일을 분리하는 증류를 통하여 회수되고 재생된 용매는 추출 공정에서 재사용될 수 있다.
실시예 4 - 애완동물 식품 및 동물 사료 제형
애완동물 식품 및 동물 사료 제형은 표 5, 7 및 9에서 보여지는 바와 같이 제조되었다. 각각의 애완동물 식품 또는 동물 사료는 영양 분석 및, 우선적인 제형 및 조성 컴퓨터 소프트웨어 프로그램을 사용한, CPC 제형을 거친다. 유사한 프로그램들이 상업적으로 이용가능하다. 전형적인 제형들은 표 6, 8 및 10와 같다.
고양이 사료
베이스 CGM (60% 단백질) % CPC (75% 단백질) % CPC (80% 단백질) %
밀 가금류 부산물(POULTRY BY-PRODUCT:PBP) 염분 지방 칼륨 CH50 엽산 USP 대두유 옥수수 글루텐 밀(CGM) 염화콜린 60 인산 리신 밀 레드독(Wheat red dog) 양조쌀(Brewers rice) 타우린 애완동물 식품 비타민 애완동물 식품 PMX 옥수수 단백질 농축물(CPC) 20.00 27.90 0.64 10.00 0.53 0.00 2.00 20.00 0.08 1.00 0.15 6.81 10.00 0.05 0.28 0.58 - 20.00 28.40 0.60 10.00 0.54 0.00 2.50 - 0.08 1.00 0.13 5.01 10.00 0.05 0.68 1.00 20.00 20.00 28.40 0.61 10.00 0.54 0.00 2.50 - 0.08 1.00 0.13 5.01 10.00 0.05 0.68 1.00 20.00
100 100 100
고양이 사료 분석
베이스 CGM (60% 단백질) % CPC (75% 단백질) % CPC (80% 단백질) %
단백질 지방 회분 섬유질 칼슘 인 인접 총 전분(ADJ total starch) 34.00 16.00 7.00 1.22 1.28 1.14 22.74 36.26 16.95 7.00 1.12 1.30 1.14 20.02 37.25 16.95 7.00 1.12 1.30 1.14 19.22
액상 사료
베이스 CGM (60% 단백질) % CPC (75% 단백질) % CPC (80% 단백질) %
옥수수 밀(wheat) MIDDS 쌀겨-고지방(Rice bran-hi fat) 우모분(Feather meal) 대두 밀(SBM) 탄산칼슘(Calcium carb) 옥수수 글루텐 밀(CGM) 생선 가용성분 ML 닭고기 밀(meal) 어유(fish oil) 수분 변화 옥수수 단백질 농축물(CPC) - 12.00 15.00 - 14.00 - 2.48 4.00 65.00 18.54 0.80 (31.82) - - 12.29 15.00 - 14.00 - 2.99 0.80 65.00 17.00 0.80 (31.87) 4.00 - 12.69 15.00 - 14.00 - 2.99 0.40 65.00 17.00 0.80 (31.88) 4.00
100 100 100
액상 사료 분석
베이스 CGM (60% 단백질) % CPC (75% 단백질) % CPC (80% 단백질) %
단백질 지방 회분 섬유질 칼슘 인 ADJ 총 전분 50.00 10.92 11.59 2.28 1.43 1.02 8.87 50.00 10.83 11.88 2.27 1.60 1.00 8.73 50.00 10.83 11.88 2.28 1.60 1.00 8.69
송아지 사료
베이스 CGM (60% 단백질) % CPC (75% 단백질) % CPC (80% 단백질) %
옥수수 간 옥수수(Hominy) MIDDS 대두 밀 염분 당밀 가금류 지방 탄산칼슘 인산칼슘(Dical Phos) 소혈분(Beef Blood Meal) 미량의 미네랄 칼륨 CH50 옥수수 배아 산화 마그네슘 54(Mag OX 54) 옥수수 글루텐 밀(CGM) 황산구리 레드 독 셀레늄 유기 미량의 미네랄 유제품 비타민 프리믹스(PREMIX) 옥수수 단백질 농축물(CPC) 9.15 - 32.00 3.00 0.93 3.00 0.34 1.58 0.09 - 0.03 0.16 - 0.22 5.93 0.00 43.14 0.13 0.10 0.21 - 9.94 - 32.00 3.00 0.91 3.00 - 1.56 0.11 - 0.03 0.16 - 0.22 1.72 0.00 41.79 0.13 0.10 0.21 5.13 10.98 - 32.00 3.00 0.90 3.00 - 1.55 0.13 - 0.03 0.16 - 0.22 1.75 0.00 41.01 0.13 0.10 0.21 4.81
100 100 100
송아지 사료 분석
베이스 CGM (60% 단백질) % CPC (75% 단백질) % CPC (80% 단백질) %
단백질 지방 회분 섬유질 칼슘 인 총 전분 18.87 3.59 6.66 5.21 0.79 0.70 25.61 18.96 3.44 6.66 5.16 0.79 0.70 25.96 18.91 3.44 6.66 5.14 0.79 0.70 26.18
본 발명의 명세서에 기재된 CPC 함유 사료 제형화 및 배급량은 고려된 동물, 애완동물, 새 또는 수중생물종(aqua species)에 대한 균형잡힌 영양 프로파일을 제공하는 배급량에서 우선적으로 간격량에 기초하는 이점의 변화 정도를 제공하였다. CPC는 보다 낮은 농도의 전분을 갖는 식물 단백질의 농축된 소스이다. 제형에서 CPC의 사용이 보다 고농도의 단백질 및, 때로는 CGM과 비교하여 CPC 생산물에 의해 제공되는 오일로 인하여 배급량 내에 포함하는 다른 성분들이 보다 유연성 있도록 하는 명확한 이점을 제공하였다. 유사한 이점들은 CPC를 대두 밀, 다른 콩 밀, 닭고기 부산물 밀, 생선 밀 및 혈분과 같이 다른 농축된 단백질 소스들과 비교할 때 관찰될 것이다. CPC는 좋은 메티오닌 소스를 제공하고 혈분과 같이 통상적으로 사용되는 소스를 대신하여 송아지 사료에 혼합될 수 있다. CPC는 반추위에서 서서히 소화되고 반추위 우회 특성을 가진다.
실시예 5 - 양어 사료( Aquafeed )
표 11에서 보여지는 바와 같이, CPC는 육식성 어류를 위한 저전분, 고단백의 제형에 사용될 수 있다. 육식성 어류의 예는 농어, 연어 및/또는 송어를 포함한다. 액상 사료는 독자적인 제형 및 통상적으로 이용가능한 조성물 컴퓨터 소프트웨어 프로그램을 사용하는 CPC와 함께 제형화된다. 제형의 분석은 표 12와 같다. 제형은 일반적으로 10% 미만의 전분(예를 들면, 8% 또는 5% 미만의 전분), 10%를 초과하는 지방(예를 들면, 15%를 초과하는 지방) 및 45%를 초과하는 단백질(예를 들면, 50%를 초과하는 단백질)을 함유한다.
낮은 전분 함량은 배설물의 부피를 감소시키고, 연못의 투명도를 증가시키며, 질병 잠재력을 감소시키고, 냄새 및 조류(algae) 문제를 줄이며, 제형에서 가소화 에너지의 양을 증가시킨다. 입수율은 전형적인 사료, 예를 들면, Fish NRC (1993)로부터 채택된 사료보다 저전분 액상 사료가 더 높다. CPC에 의한 사료에 제공되는 액화 전분 탄수화물, 고분자당 및 당은 현재 액상 사료에서 발견된 비손상 전분 보다 더 분해하기 쉽다. 총 전분은 옥수수 정제업자 협회의 CRA G-28과 같은 공식적인 분석적 방법들 또는 다른 적절한 분석법에 의해 결정될 수 있다.
영양적 이점에 부가하여, CPC의 기능적 특성들은 제형에서 성분들의 결합을 허용하고, 양어 사료 펠릿이 전형적인 저전분 제형을 사용하여 정상적으로 완수할 수 없는 특이적 부유 및 가라앉는 특성들을 가지도록 제조될 수 있도록 압출성형 공정 동안 팽창하는 생산물을 허용한다. CPC의 오일 결합 특성들은 사료 내에 보다 고오일 함유물을 허용한다. 또한 저전분, 고 CPC 제형은 보다 긴 급식 시간, 및 보다 적은 낭비 및 물 오염을 허용하는 낮은 물 흡수율을 가진다.
CPC 함유물을 가지는 양어 사료의 제형
성분 함유물(%)
생선 밀 25.000
옥수수 단백질 농축물 20.080
밀(중력분) 12.200
혈분 10.000
생선 오일 9.000
육골분(Meat and bone meal) 8.106
유장(탈수된) 5.000
밀 배아(wheat germ) 5.000
닭고기 부산물 밀 3.339
비타민 D 500 1.000
염분 0.750
염화칼륨 0.218
비타민 프리믹스 C 0.188
미량의 미네랄 프리믹스 0.100
비타민 프리믹스(Stay-C35) 0.014
탈수 해초(Kelp) 0.006
양어 사료 분석
영양성분 조성
건조물(%) 92.06
조단백질(%) 50.03
메티오닌(%) 0.92
조지방(%) 14.01
리놀레산(%) 1.37
회분(%) 10.27
칼슘(%) 2.28
인(%) 1.47
칼륨(%) 0.80
구리(mg/kg) 15.84
아연(mg/kg) 184.72
비타민 A(IU/kg) 11278.82
비타민 D(IU/kg) 6125.30
콜린(mg/kg) 1458.39
트립토판(%) 0.40
조섬유질(%) 2.57
전분(%) 7.60
대사에너지(ME, kcal/kg) 3483.79
실시예 6 - 애완동물 식품
고양이 식품 사료는 표 13에서 보여지는 제형으로 제조되었다. 이 제형은 독자적인 제형 및 통상적으로 이용가능한 조성물 컴퓨터 소프트웨어 프로그램을 사용하는 CPC와 함께 영양분석되고 제형화된다. 사료는 약 34.5% 단백질, 15% 지방, 8% 미만의 회분 및 3700kcal/kg 대사 에너지(Metabolizable Energy: ME)를 목표로 한다. CPC 함유물 수준은 옥수수 글루텐 밀(CGM)와 대비하여 변경되었다. 모든 제형들은 변경 수준에서 닭고기 부산물 밀을 포함하였고, 또한 일차 단백질 소스로서 CBPM으로 제형화된 0% 옥수수 단백질(예를 들면, CPC 또는 CGM 유래)도 포함하였다.
성분들을 배합하여 사료를 제조하였다. 성분은 약 33.2-33.6kg/hr로 첨가된 흐름, 및 전처리기 내에서 첨가된 약 13.1-15.4kg/kr로 물 및 압출성형기로 첨가된 7.8-11.8kg/hr 물(CPC는 CGM 및CBPM 보다 적은 물이 필요하다)과 함께 300rpm의 스크류 회전속도, 400-450psi의 압력 수두, 및 약 98-100℃의 배럴 온도에서 작동되는 Wenger X-20 단일 스크류 압출성형기를 통해 압출성형되었다. 압출성형된 키블들은 Wenger 유동층 건조기에서 건조되었다. 키블들은 냉각 후 닭 지방으로 코팅되었다.
기호성, 분해율 및 변 품질 검사는 동물복지법(Animal Welfare Act)에 의거 USDA에 등록된 사육장 시설 실험에 의해 수행되었다. 기호성은 두 개의 팬 시험을 사용하여 조사되었다. 각각의 사료를 고양이당 4시간동안 100g씩 급식하였다. 20마리의 고양이를 이틀간 시험하였다. 사료 흡수는 매일 기록였다. 결과는 표 14와 같다. 사료에서 분해율 분석은 미국사료검사관협회(Association of American feed control official: AAFCO)의 방법 1로 정의된 대로 수행하였다. 결과는 표 15와 같다. 변은 하루에 3회 수집하였다. 5일간 사료를 급식받은 6마리의 동물에서 급식 연구 동안 변 품질을 조사하였다. 변은 1 내지 5의 척도로 품질에 대하여 수집되고 평가되었다(1= 축축한 설사, 1.5=설사, 2= 수분 없는 형태, 2.5=얼마간의 수분 형태, 3= 수분생성, 3.5=모양이 좋고 점착성, 4=모양이 좋음, 4.5=단단하고 건조, 5=단단함, 건조, 부서지기 쉬움).
고양이 사료 제형
성분 다른 사료 내 성분 함유물(%)
CGM, 25% CPC, 20% CPC, 35% CPC, 7% CBPM 42%만
옥수수 단백질 농축물 0 20 35 7 0
옥수수 글루텐 밀 25 0 0 0 0
닭고기 부산물 밀 20 20 14.2 34.3 42.7
밀 10 10 10 10 10
옥수수 10 10 10 10 10
양조쌀 17 22 12.7 20.8 19.4
닭고기 밀(HPPC) 5 5 5 5 5
동물 지방(6% 코팅) 10 10 10 10 10
타우린, 효모, 비타민 및 미네랄 프리믹스 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
소화 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
고양이 사료에서 CGM 및 CBPM 대비 CPC 함유물의 기호성 평가
사료/제형 소비량(g) 흡수율(%) 소비선호 (# 고양이) 총 일차 선택(# 관찰) 개별적 일차 선택(# 고양이)
CPC, 20% 대 CGM, 25% 선호하지 않음 1417 922 -- 60.7 39.3 -- 2 0 18 26 14 -- 6 0 14
CPC, 35% 대 CPC, 20% 선호하지 않음 1314 684 -- 64.1 35.9 -- 2 0 18 16 24 -- 6 2 12
CPC, 20% 대 CBPM, 42% 선호하지 않음 1202 827 -- 61.0 39.0 -- 1 0 19 31 9 -- 12 1 7
사료 시험에서 고양이 사료의 분해율(%)
단백질(%) 지방(%) 칼로리(%) 건조물(%)
CGM, 25% 88.9 90.8 90.2 86.2
CPC, 20% 86.5 89.5 89.5 85.4
CPC, 35% 87.3 88.8 88.4 84.8
CBPM, 42% 83.3 92.2 88.7 81.9
급식 고양이 사료의 변 품질 평가
사료 변 품질 평가(1-5)
CGM, 25% 3.72
CPC, 20% 3.68
CBPM, 42% 3.56
CPC 제형은 CGM 또는 CBPM 제형 보다 압출성형 배럴 내에서 적은 물이 필요하였다. CPC 제형은 20% 및 35% CPC 함유물 수준에 대하여 각각 7.4 및 8.3kg/hr로 물이 첨가된 반면에, 유사한 팽창 및 압출성형 기능성을 달성하는데 CGM 제형 사료는 11.5kg/hr이 필요하였고, CBPM 제형은 11.8kg/hr가 필요하였다. CPC 제형으로부터 압출성형된 키블들은 384g/L 용적 밀도를 가지는 반면에, CGM은 450g/L 용적 밀도를 가지고 CBPM은 460g/L 용적 밀도를 가졌다. 사료 내 CPC 함유물은 적은 양의 물 첨가로 보다 팽창하여 낮은 용적 부피를 가지는 압출성형 기능성을 생성한다. 보다 적은 양의 물 첨가는 압출성형후 보다 적은 건조 비용 및 보다 적은 건조 요건들로 인하여 잠재적으로 우수한 영양 보존의 이점을 가졌다.
다른 제형 사료의 키블들은 외관이 변경되었다. CPC 사료 제형으로부터 제조된 키블들은 오렌지색을 가지는 CGM 제형 및 갈색을 띠는 CBPM 제형과 비교하여 노란색을 띠어 보다 밝은 색깔이 된다. 노란색이 오렌지색 또는 붉은 색 보다 쉽게 외관 선호도가 변경될 수 있음은 당업자에게 자명하다. CPC는 키블의 외관을 밝게 하는 다양한 양으로 포함될 수 있다. 또한 CPC로부터 제조된 키블들은 CGM 또는 CBPM 제형으로부터 제조된 키블들 보다 표면이 매끄럽고 그들의 형상이 보다 균일하였다. 매끄러운 표면이 고양이뿐만 아니라 동물들을 위한 사료 선호에 바람직함은 이 기술분야의 사람에게 자명하다. 또한 형상의 균일성은 또한 최적의 외관에 있어 중요하다. 게다가, 보다 적은 양의 잔류 CPC 입자들은 CGM과 비교하여 표면 또는 키블들 내부에 존재하였다. CPC는 다른 성분들과 보다 잘 혼합되고 키블 내에 보다 잘 분산되는 이점을 가진다. CPC가 CGM과 비교하여 키블들의 표면에 유의적인 양의 입자들을 가지지 않으므로 건조 또는 포장하는 동안 미세 키블이 보다 적게 생성되었고 키블의 표면이 보다 균일한 우수한 외관을 가졌다. 미세 키블들이 바람직하지 않은 경제적인 공정 손실이 되는 것은 당해 기술분야에서 당업자에게 자명하다.
표 14에서 보여지는 기호성 조사 결과는 고양이들이 예상외로 CGM 또는 CBPM과 비교하여 CPC 함유물을 가지는 사료를 선호하였고, CPC의 보다 고함유물(35% 대 20%)을 선호하는 것을 입증하였다. 또한 예상외로 고양이들은 CBPM, 예를 들면 동물 단백질의 고함유물에 비하여 옥수수 단백질 함유 물질 사료를 선호하였다. CPC-기초 사료는 CPC의 함유물이 없는 사료들보다 많은 양으로 보다 높은 흡수율에서 소비되었다. 사료들을 동시에 급식하였을 때 보다 많은 소비 및 보다 큰 일차 선택 선호에 의해 증명된 바와 같이 고양이들은 CGM 또는 CBPM에 비하여 CPC로 제형화된 사료들을 선호하였다. CPC가 20% 함유물과 비교하여 보다 높은 수준인 35%에서 사료에 포함될 때 35% 함유물 수준 사료는 보다 많은 양으로 소비되었고, 보다 높은 소비 선호를 가졌으며, 또한 고양이들 사이에서 보다 높은 개별적 일차 선택 선호를 가졌다. CPC는 기호성에 대하여 긍정적인 영향을 가지고, 보다 높은 함유물 수준이 바람직하였다.
표 15에서 보여지는 바와 같이, 예상외로 옥수수 단백질 보충 사료들은 CBPM(동물 단백질)-기초 사료보다 고단백질 및 건조물 분해율을 가진다. 이 결과는 옥수수 단백질 성분의 중간 정도의 분해율을 나타내는 대부분의 공개 문헌들과 대조를 이루었다. CPC는 분해율 또는 제조 품질에 부정적인 효과를 가지지 않는 35% 까지 포함하였다. 표 16에서 보여지는 바와 같이, 변 품질 평가는 사료 내 옥수수 단백질 함유 물질로 인해 약간 단단해졌으며, CPC는 바람직한 평가 내에 있는 가장 단단한 변을 생성하였다. 동물에게 유익한 유사 기능성, 기호성, 분해율, 변 품질 및 다른 인자들은 CPC가 반려동물의 다른 종들뿐만 아니라 다른 동물들을 위한 사료에 포함될 때 기대된다.
실시예 7 - 애완동물 식품 제조 이점들
개 식품 사료는 표 17에서 보여지는 제형으로 제조하였다. 이 제형은 독자적인 제형 및 통상적으로 이용가능한 조성물 컴퓨터 소프트웨어 프로그램을 사용하는 CPC로 영양분석되고 제형화되었다. 사료는 약 28% 단백질, 17% 지방, 8% 미만의 회분 및 3700kcal/kg 대사 에너지를 목표로 하였다. CPC 함유물 수준은 옥수수 글루텐 밀(CGM)와 대비하여 변경되었다. 또한 동물 단백질만을 기초로 하는 사료(닭고기 부산물 밀, CBPM)을 제조하였다. 모든 제형들은 변경하는 수준에서 CBPM을 포함하였다.
성분들을 배합하여 사료를 제조하였다. 성분들은 약 33.2-33.6kg/hr 부가 흐름, 및 전처리기 내에 첨가된 약 30.0-31.2kg/kr 증기 및 약 7.8-11.8kg/hr 물 및 압출성형기 배럴(CPC는 CGM 및 CBPM 보다 허용가능한 공정 기능성을 달성하는데 보다 적은 물이 첨가되었다)로 첨가된 5.6-7.0kg/hr 물을, 400psi의 압력 수두, 및 약 80-82℃의 영역 2 배럴 온도에서 295-300rpm 스크류 속도로 작동되는 Wenger X-20 단일 스크류 압출성형기를 통해 압출성형되었다. 압출성형 매개변수는 표 18과 같다. 압출성형된 키블들은 Wenger 유동층 건조기에서 건조되었다. 키블들은 색깔, 상대적인 매끄러움(1=거친 것부터 5=매끄러운 것까지), 압출성형된 키블 조직, 및 기록된 10개 키블들의 외부에서 CGM 또는 CPC 미립자의 총 수량에 대하여 평가되었다. 키블들은 13-14.9% 닭 지방으로 코팅되었다.
개 사료 제형
성분 다른 사료 내 성분 함유물(%)
CGM, 20% CPC, 16% CPC, 25% CPC, 4.5% CBPM 31%만
옥수수 단백질 농축물 0 16 25 4.5 0
옥수수 글루텐 밀 20 0 0 0 0
닭고기 부산물 밀 15 15 0.6 25 31
밀 10 10 10 10 10
옥수수 10 10 10 10 10
양조쌀 24.1 28 29.3 29.6 28.1
닭고기 밀 4 4 4 4 4
동물 지방(닭고기) 13 13.1 14.9 13 13
소화 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
개 사료 압출성형 매개변수 및 압출성형 사료에 필요한 동력(전동기 부하(%)로 표시)
압출성형 매개변수 사료 제형/함유물(%)
CGM, 20% CPC, 16% CPC, 25% CBPM 31%만
전처리기에서 물 첨가(kg/hr) 11.1 10.1 9.1 14.6
전처리기에서 증기 첨가(kg/hr) 30.1 31.0 30.5 31.4
배럴에서 물 첨가(kg/hr) 6.0 6.4 5.6 7.0
압출성형 전동기 부하(%) 28 30 39 24
개 사료 압출성형 키블들의 물리적 특성
키블 특성 사료 제형으로부터 압출성형된 키블
CGM, 20% CPC, 16% CPC, 25% CBPM 31%만
키블 색깔 오렌지 노랑 밝은 노랑 황갈색/갈색
키블 점착성 점착력있음 반죽상태 반죽상태 푸석푸석함
표면 매끄러움(1-5) 2 4 5 1
표면 글루텐 미립자(#/10 키블들) 12 2 3 N/A
용적 밀도(g/L) 344 328 300 531
CPC를 포함하는 제형으로부터 제조된 키블들은 보다 매끄러운 표면 조직을 가지고, 내부 세포 구조는 글루텐과 같은 기능성을 나타내는 반죽상태-신장하는(doughy-stretchable) 특성을 가졌다. 또한 표 19는 CGM(10개의 키블당 12개의 미립자)와 비교하여 CPC(10개의 키블당 2-3개 미립자)로 제조된 키블들의 표면에 글루텐 미립자들이 매우 적게 존재하는 것을 보여준다. 옥수수 글루텐 단백질 미립자의 보다 좋은 결합은 CPC 제형 사료를 압출성형하는데 필요한 조금 더 우수한 전동기 부하로 명백해진다. 미립자들의 결손은 보다 균일한 색상과 품질의 외관을 제공하였다.
CPC 함유 키블들은 CGM 키블들에서 발견되는 오렌지색 보다 옅은 색상으로 보다 밝은 노란색의 색상이었다. CPC 제형으로부터 제조한 키블들은 동일한 압출성형 조건 하에서 형상이 상대적으로 보다 균일하고 보다 우수한 팽창을 가졌다. 보다 우수한 팽창은 키블들의 보다 낮은 용적 밀도로 명백해진다(표 19 참조). CPC 함유물로 인한 보다 우수한 팽창은 압출성형 공정에서 보다 적은 물을 사용하여 이루어졌다. 또한 추가의 팽창은 실시예 7의 CPC 함유 고양이 사료에서와 같이 보다 적은 물 사용량으로 달성되었다. 보다 적은 물 사용은 키블들이 대략 40% 수분에서 10% 미만까지 건조되므로 건조 비용을 절약한다(표 19 참조). 키블을 개에게 급식하였고, CPC 키블은 단백질, 지방 및 CGM과 같은 건조물, 및 실시예 6에 기재된 것과 동일한 절차에 의하여 조사된 닭고기 부산물 밀에 대하여 유사한 분해율을 가졌다. 결과는 표 20과 같다.
사료 시험에서 개 사료의 분해율
단백질(%) 지방(%) 칼로리(%) 건조물(%)
CGM, 20% 88.6 95 92.7 88.6
CPC, 16% 87.7 94 91.4 86.7
CPC, 25% 89.1 95.9 92.7 88.3
CBPM, 42% 81.6 94.6 90.2 84
실시예 8 - 포만 제제
실시예 7에서 보여지는 바와 같이, CPC는 제형 내 4.5, 16, 및 25% 함유물 수준에서 개 식품 사료로 제형화되었고, 또한 실시예 6에서 보여지는 바와 같이 7, 20, 및 35% 함유물 수준에서 고양이 식품 사료들로 제형화되었다. 사료 연구는 CPC 사료가 공급된 동물들이 보다 오랜 시간 동안에 걸쳐 보다 적은 양의 식품을 섭취한 것을 알렸다. CPC의 고함유물 수준 및 고단백질 사료는 동물에 포만감을 제공한다. 동물들은 CPC 사료의 고단백질 및 고함유물 수준을 공급할 때 보다 이상적인 체중을 유지하였다. 동물에서 감소된 렙틴 AUC(곡선도표 아래 영역) 및 증가된 그레린(ghrelin) AUC 호르몬의 존재하에서 효과가 이론화되기는 하였으나, CPC의 보다 높은 수준 급식에서 하나의 효과가 실현되었다(Weigle et al., AM J Clin Nutr. 2005 Jul; 82(1):1-2). 또한 이 효과는 동물 유도 단백질과 대비되는 CPC의 아미노산 프로파일로 인한 것이다.
실시예 9 - 칼로리 밀도 관리
CPC는 실시예 6 및 7에서 보여지는 바와 같이 애완동물 식품 사료에 포함되었다. 개와 고양이 식품 사료에서 CPC 함유물은 유사한 함유물 수준(단백질 기준) 또는 동물 단백질 기초 사료 제형에서 CGM을 가지는 애완동물 식품과 비교하여 펠릿의 보다 우수한 팽창 및 저용적 밀도를 가졌다. 제형에 대한 다른 변화 를 위한 요구 또는 제조 공정에서 에너지 및 물의 증가없이 보다 우수한 팽창을 달성하기 위한 역량은 단위 부피당 보다 적은 칼로리를 함유하는 저용적 밀도의 사료로 귀결되었다. 식품에 적은 양의 지방만을 제공하지만, CPC는 고단백질 함량을 위한 식품에 통합될 수 있는 애완동물 식품용 농축 단백질의 유일한 소스이다. 애완동물 소유자는 외관상 급식하는 큰 부피의 물질에 대한 이점을 경험하고, 반면에 애완동물은 칼로리가 과급식되지 않으므로 보다 이상적인 체중을 유지한다. 제조업자는 라벨에서 우위의 바람직한 상태를 사육하는 동안 인지된 유익한 사료를 공급하는 성분 선택의 이점을 가진다. 칼로리 관리 이점이 달성된다.
실시예 10 - 영양 보충제
CPC는 단일 분배형 영양 바(single serving-style nutrition bar; 예를 들면, 에너지 바) 또는 취급품에 포함될 수 있다. CPC는 단백질의 소스로서 및/또는 바의 조직을 증강시키기 위하여 15% 함유물의 비율로 제형 내 성분으로 포함될 수 있다. 일반적으로, 영양 바는 단백질 함량이 20%를 초과하여 함유된다. 게다가, CPC 오일 결합 특성들은 바의 오일 및 전체 에너지 함량을 증가시키는데 사용될 수 있다. 실시예 11은 이러한 바, 취급품 또는 키블와 오일이 어떻게 결합하는 지에 대한 한 실례를 제공한다.
실시예 11 - 압출성형 특성 및 오일 결합
중간 및 고 분배 스크류(Flite) 배치를 가지는 파일럿 스캐일 Buhler 트윈 스크류 압출성형기로 CPC를 시험하였다. 상기 압출성형기는 450rpm에서 작동하였다. 물과 사료 비율은 CPC 및 팽창 비로 주입하는 작업을 제어하도록 변경되었다. CPC 단독 및 다른 성분과의 혼합물에 사용된 압출성형 매개변수는 표 21에 나타내었다. 압출성형의 조직 분석은 배면 압출성형 셀(Back Extrusion Cell) 및 1mm/sec 및 50g 제동력(trigger force)의 압축 변형 비율을 가지는 45mm 직경의 탐침을 사용하는 TA 기구 조직 분석기(TA Instruments Texture Analyzer: Model TX2i)에서 수행되었다. 상기 탐침은 펠릿 3mm를 압출한 다음 압출 스트로크가 반복되었고 이차 압출의 그램에 대한 세기가 표시되었다.
압출성형 CPC 단독 및 다른 성분들과의 혼합물의 트윈 스크류 압출성형 매개변수
사료 (kg/hr) 물 (kg/hr) 에너지 (Watt*Hr/kg) 금형 온도 (℃) 금형 압력 (Bar)
100% CPC 60 8.5 142 151 37
100% CPC 35 8.0 134 132 26
90% CPC + 10% 타피오카 전분 60 9.0 142 147 34
70% CPC + 30% 대두 단백질 분리물 60 14.0 129 147 39
88% CPC + 10% 옥수수유 + 2% 대두 레시틴 60 5.5 92.8 132 22
80% CPC + 20% 팜 핵 오일 55 2.5 105 129 15
85% CPC + 15% 닭 지방 60 3.0 88.9 135 13
함유물(%)은 주성분에 대한 수치임.
트윈 스크류 압출성형된 CPC 및 다른 첨가 성분들을 가지는 CPC의 생산물 특성들
압출성형된 성분 용적밀도 (g/L) 안식각 (등급) 조직 분석 (g Force)
100% CPC 202 21.3 6.33
100% CPC 564 14.51 110455
90% CPC + 10% 타피오카 전분 360 18.45 24388
70% CPC + 30% 대두 단백질 분리물 436 19.67 73961
88% CPC + 10% 옥수수유 + 2% 대두 레시틴 662 23.17 50496
80% CPC + 20% 팜 커넬유 653 -- --
85% CPC + 15% 닭 지방 267 -- --
다른 성분들 없이 압출성형할 때, CPC는 여러 가지 크기들, 형상들 및 용적 밀도의 확장된 또는 팽창된 펠릿을 제조하는 우수한 팽창 특성들을 가졌다. 표 22는 여러 가지 압출성형물의 물리적 특성들을 기입하였다. 시스템으로의 에너지 투입 제어는 소비 시 임의의 밀 또는 모래 같은 조직의 입맛; 높은 수준의 분배, 및 100% CPC가 압출성형될 때 압출성형물의 조직 및 입맛을 개선시키는 작업이 빠진 펠릿을 제조하는 데 사용될 수 있다. 타피오카 전분의 첨가는 팽창을 증가시켰고 또한 물의 필요성을 증가시켰다. 전분이 첨가된 시료들은 CPC만으로 제조된 것들 보다 균일하게 확장되지 않았다(예를 들면, 형상 및/또는 부풀음). 대두 단백질 분리물의 첨가는 압출성형 동안 물의 필요성을 증가시켰지만, 대두 분리물 함유물은 최종 생산물에서 보다 균형잡힌 아미노산 프로파일을 제공한다. 80%를 초과하는 단백질 펠릿은 CPC와 대두 단백질 분리물의 배합을 압출성형하여 제조될 수 있다. 닭 지방, 팜유, 대두유 및 옥수수유의 혼합은 5, 10, 15 및 20%의 함유물 수준으로 조사되었다. 또한 대두 레시틴은 여러 가지 지방을 가지는 2% 수준에서 포함되었다. 포화 수준 영향 압출성형능; 팜유와 같은 포화 지방은 가장 쉽게 혼합되었다. 또한 CGM은 다른 성분들과의 조합하여 압출성형능을 조사하였으나, CGM은 비교적 낮은 압출성형 성과, 진한 갈색 또는 담황갈색(camel)을 가졌고 오일뿐만 아니라 CPC에도 결합하지 않았다.
실시예 12 - 가수분해에 의한 추가 공정
단백질을 가수분해하기 위하여 90℃에서 1시간 동안 2N HCl에 CPC를 혼합하여 가열 환류하는 공정을 더 거친다. 가수분해된 단백질은 보다 높은 용해도 단백질 소스로 사용될 수 있고, 사료 용도로 더 사용되는 향료 화합물의 제조에서 탈수 및 열처리하여 더 가공될 수 있다.
실시예 13 - 감미재료로의 추가 가공
CPC는 단백질 분해효소로 처리하여 더 가공된다. 가수분해된 단백질 부분에 10% 고과당 옥수수 시럽(high fructose corn syrup)을 혼합한 후 상기 혼합물을 350℉에서 충분한 시간동안 조리하여 고기와 유사한 풍미를 내도록 더 가공한다. 액체는 건조되고, 개별적으로 또는 함께 애완동물 음식에 적용되어 음식의 기호성을 증강시킨다.
실시예 14 - 물 흡수 및 용해도 지수
CGM 및 CPC의 물 흡수 지수(water absorption index: WAI) 및 물 용해도 지수(water solubility index: WSI)는 개설된 곡물 화학 미국 협회(AACC)의 공식 방법 56-20 및 문헌[Anderson et al., 1969, Cereal Science Today, 14(1):4-11]에 따라 결정된다. 더욱이, 용해된 단백질(%)은 Elemntar Variomax 질소분석기 및 6.25의 단백질 전환 인자를 사용하는 AACC에 의해 측정되는 바와 같이 원심분리한 다음 상청액에서 측정된 최초 시료들 단백질 함량의 산출된 백분율로 산출하였다. CPC 생산물은 CGM 보다 물 용액(상청액)으로 보다 유의적으로 고형물을 방출하였다. 상청액 내 WAI 및 단백질(%)는 실질적으로 상이하지 않았다. 결과는 표 23과 같다.
물에서 단백질 생산물에 의한 WAI 및 WSI
생산물 WAI(%) WSI(%) 용해된 단백질(%)
CGM 1 252 3 4.1
CGM 2 260 3 5.0
CPC 1 253 6 5.7
CPC 2 307 5 2.6
실시예 15 - 가성 용해도 지수(caustic solibility index)
실시예 14에서 사용된 방법 및 물질을 기초로 하여 0.5N 수산화나트륨에서 실시예 14에서 제조한 CPC 및 CGM 시료들의 용해도를 조사하였다. CPC 및 CGM을 0.5N 수산화나트륨(NaOH)에 넣고 1시간 동안 혼합하였다. 시료를 4000×g에서 10분간 원심분리하고 상청액을 수집하였다. 용해된 단백질(%)은 AOAC 990.03에 의해 측정되는 바와 같이 원심분리 이후 상청액에서 측정되었고 최초 시료에서 단백질 함량의 백분율로 표시하였다. 예상외로 CPC는 0.5N 수산화나트륨(NaOH) 용액에서 CGM 보다 낮은 단백질 용해도(용액으로 단백질 방출)를 가졌다. 결과는 표 24와 같다.
CGM 및 CPC의 0.5N NaOH 중의 용해된 단백질
생산물 용해된 단백질(%)
CGM 1 74.3
CGM 2 74.3
CPC 1 28.8
CPC 2 27.5
실시예 16 - 도데실 황산나트륨 (Sodium Dodecyl Sulfate: SDS ) 용해도 지수
1% SDS 용액에서 CPC 및 CGM 용해도는 실시예 14에서 사용된 방법 및 물질들을 기초로 하여 조사하였다. CPC 및 CGM을 1% SDS에 넣고 1시간 동안 혼합하였다. 시료를 4000×g에서 10분간 원심분리하고 상청액을 수집하였다. 용해된 단백질(%)은 AOAC 990.03에 의해 측정되는 바와 같이 원심분리 이후 상청액에서 측정되었고 최초 시료에서 단백질 함량의 백분율로 표시하였다. CGM과 비교하여 조금 적은 단백질(예를 들면, 질소)이 CPC에서 용액으로 방출되었다.
생산물 용해된 단백질(%)
CGM 1 11.8
CGM 2 13.9
CPC 1 10.4
CPC 2 8.4
실시예 17 - 단백질 분해효소 분해율
단백질 물질 약 3g을 물 30g에 현탁하고 효소량을 첨가한 후 혼합물을 50℃ 수욕조에서 20시간 동안 진탕하여 항온배양하였다. 처리 1은 CPC 또는 CGM 및 물(pH 4.3으로 조절)의 각 혼합물에 GC106 단백질 분해효소 3㎕씩 첨가하였다. 처리 2는 각 혼합물(pH 4.3으로 조절)에 GC106 및 단백질 가수분해효소 T(Proteinase T)를 각각 50㎕씩 첨가하였다. 20시간 항온배양한 다음 각 혼합물을 4000×g에서 15분간 원심분리하고 AOAC 990.03에 의해 상청액에서 가용성 단백질 함량을 조사하였다. 결과는 표 26과 같다. CGM과 CPC 사이에 단백질 분해율에 대한 유의적인 차이는 관찰되지 않았다. 단백질 분해효소에 의해 소화된 총 단백질은 사용된 단백질 분해효소의 농도 및 유형 모두에 의존하는 것으로 나타났다.
단백질 분해효소 처리 용액으로 방출된 최초 CGM 또는 CPC 단백질(질소×6.25)의 백분율(%)
생산물 효소 처리(20시간, 50℃, pH 4.3)
처리 1:GC103 처리 2: 단백질 가수분해효소 T + GC106
CGM 1 11 27
CGM 2 14 28
CPC 1 11 28
CPC 2 8 25
실시예 18 - 미생물 안정성
네 개의 CPC 또는 CGM 시료에서 미생물 및 수분 활성을 분석하였다. CPC는 표 27에서 보여지는 바와 같이 AOAC 966.23에 따른 표준 평판 계측(Standard Plate Count) 조사에 의해 결정된 바와 같이 세균수가 보다 적었다.
CPC와 CGM의 표준 평판 계측의 비교
시료 표준 평판 계측
옥수수 글루텐 밀 2000
CPC Lot #1 450
CPC Lot #2 220
CPC Lot #3 460
CPC Lot #4 330
실시예 19 - 탈취
사이클로덱스트린(알파-, 베타- 및 프로필화 베타-)의 혼합물이 CPC의 여과 케이크 물질에 사용된다. 사이클로덱스트린은 건조 형태, 또는 케이크와 혼합되거나 또는 분무된 습식 형태로 사용될 수 있다. 그런 다음 처리된 케이크는 사이클로덱스트린 존재하에 건조된다. 건조된 CPC는 비처리 물질 보다 실질적으로 옥수수 및/또는 습식 제분 결합 냄새가 적었다.
실시예 20 - 탈취
사이클로덱스트린의 수용액 또는 알콜 용액을 완성된 CPC에 중량/중량(wt/wt) 기준으로 약 0.1% 및 약 2%의 두 가지 농도로 분무 사용하였다. CPC 약 25g을 150ml 밀봉 용기에 넣었다. 사이클로덱스트린 용액 또는 물 대조군을 CPC에 사용하였다. CPC를 혼합하고 밀봉 용기에서 5분간 평형을 유지하였다. 인간 감정가가 용기의 상부 공간 부분에서 후각 검사(sniff test)를 실시하였다. 6명의 감정가 패널은 사이클로덱스트린으로 처리된 CPC가 습식 제분 공정과 일반적으로 연계된 냄새를 유의적 및 실질적으로 감소시키는 것을 만장일치로 발견하였다. 처리된 생산물은 자극성이 적도록 0.1%의 매우 낮은 수준으로 사용될 때 옥수수와 유사한 특징을 가지고, 용액이 약 2% 사용될 때 냄새의 결여를 가지는 것이 기술되었다. 처리된 CPC는 건조될 수 있다. 선택적으로, 건조 형태의 CPC에 사이클로덱스트린을 사용할 경우, 유사한 결과들이 기대된다.
실시예 21 - 70% 에탄올 흡수 지수( EtOH-AI)
0.3% 메르캅토에탄올을 함유하고 70% 에탄올:30% 물로 이루어진 용액에서 CPC 용해도/흡수 기능성은 실시예 4에서 사용된 방법 및 물질들을 기초로 하여 개설된 곡물 화학 미국 협회의 공식 방법 56-20 및 문헌[Anderson et al., 1969, Cereal science Today, 14(1):4-11]에 따라 조사되었다. 흡수 지수는 최종 펠릿 중량에서 산출되고, 펠릿 내 흡수된 에탄올 용액의 보유액뿐만 아니라 용액으로 단백질이 용해되어 발생하는 중량의 손실로 혼합된다. CPC로부터 원심분리된 펠릿은 CGM으로부터 원심분리된 펠릿 보다 비교적 무게가 나가고 이로 인해 보다 높은 흡수 지수를 가진다.
생산물 EtOH-AI
CGM 1 2.5
CGM 2 2.4
CPC 1 3.3
CPC 2 3.6
실시예 22 - 오일 용해도 및 흡수 지수
단백질 물질 약 7g을 옥수수유 20g에 현탁시키고, 1시간 동안 50ml 원심분리 튜브에서 붕괴시켰다. 그런 다음 상기 튜브를 4500×g에서 15분간 원심분리하고 상청오일은 쏟아버렸다. 물 20mg을 첨가하고 펠릿을 15초간 볼텍싱(vortexing)하여 재현탁되었다. 혼합물을 상기 조건으로 다시 원심분리하였다. 현탁된 오일을 제거하고, 건조하여 무게를 재었고, 오일 결합 지수는 재생된 오일 중량/단백질 물질(db) 중량 ×100으로 산출되었다. 상청액 물을 펠릿에서 쏟아버리고 펠릿을 건조하였다. 초기 물질와 건조 펠릿 사이에서 건조 기준 중량의 증가가 결정되었고, 오일 흡수 지수는 펠릿(db)의 중량 증가/단백질 물질(db)의 중량 ×100으로 산출되었다. 단백질 물질의 건조 기준 중량 증가는 처리기간 동안 흡수된 오일로 평가되었다. CPC는 CGM 대조군 보다 입자 표면에서 보다 적은 오일을 흡수하였다. 결과는 표 29와 같다.
단백질 생산물에 의한 옥수수 오일 흡수 및 결합
생산물 오일 흡수 지수(OAI) 오일 결합 지수
CGM 1 109 1151
CGM 2 111 1300
CPC 1 103 1335
CPC 2 103 1168
다른 구현예들
본 발명이 상세한 설명과 연결되어 설명됨에 있어서 전술한 내용은 설명하기 위한 의도이며, 첨부된 청구 범위에 의해 정해진 본 발명의 범위를 한정하지는 않는다. 다른 측면, 이점 및 변경들은 본 발명의 청구범위 내에 포함된다.

Claims (44)

  1. 옥수수 단백질 농축물을 포함하는 반려동물용 사료 생산물로서, 상기 옥수수 단백질 농축물은
    하나 또는 그 이상의 단백질 함유 물질을 하나 또는 그 이상의 습식 제분 스트림 및 하나 또는 그 이상의 탄수화물 분해효소와 접촉시켜 하나 이상의 단백질 농축물 및 수용성 탄수화물을 함유하는 하나 이상의 수성 스트림(stream)을 생산하는 단계; 및
    수용성 탄수화물을 함유하는 수성 스트림으로부터 단백질 농축물을 분리하는 단계
    를 포함하는 공정에 의해 제조되는 것인 반려동물용 사료 생산물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 사료 생산물은 개, 고양이, 새, 물고기, 미니 돼지(potbelly pig), 파충류, 양서류 및 설치류로 이루어진 군에서 선택된 반려동물용인 것인 사료 생산물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 사료 생산물이 애완동물 식품(pet foods)인 사료 생산물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 사료 생산물이 애완동물 취급품(pet treats)인 사료 생산물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 애완동물 취급품이 비스킷, 바(bar), 껌(chew), 쿠키, 키블(kibble) 또는 장난감인 사료 생산물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 사료 생산물이 영양 보충제인 사료 생산물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 영양 보충제가 비스킷, 바, 껌, 쿠키, 비스킷, 키블(kibble), 에너지 바, 에너지 소스 또는 에너지 드링크인 사료 생산물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 사료 생산물은 기호성을 증강시키는 것인 사료 생산물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 옥수수 단백질 농축물은 애완동물 식품의 표면에 도포되는 것인 사료 생산물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 사료 생산물은 옥수수 글루텐 밀(gluten meal) 또는 옥수수 글루텐 밀로 제조된 사료보다 우수한 기호성(palatability)을 갖는 것인 사료 생산물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 사료 생산물은, 동물에게 급식하는 경우, CGM 함유 사료 생산물 보다 우수한 포만감(satiety)을 갖는 것인 사료 생산물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 사료 생산물은 칼로리 밀도 관리(caloric density management)를 허용하는 것인 사료 생산물.
  13. 제1항에 있어서, 상기 사료 생산물은 CGM과 비교시 더 높은 pH를 갖는 것인 사료 생산물.
  14. 제13항에 있어서, 상기 pH가 대략 4.8 내지 5.6인 사료 생산물.
  15. 제1항의 사료 생산물을 포함하는 동물 사료.
  16. 제1항에 있어서, 상기 공정은 단백질 함유 물질을 탈지시키는 단계를 더 포함하는 것인 사료 생산물.
  17. 제1항에 있어서, 상기 공정은 단백질 함유 물질에 존재하는 칼라-바디들(color-bodies)을 탈색, 표백 및/또는 감소시키는 단계를 더 포함하는 것인 사료 생산물.
  18. 제1항에 있어서, 상기 공정은 옥수수 단백질 농축물을 탈취 화합물과 접촉시키는 단계를 더 포함하는 것인 사료 생산물.
  19. 제18항에 있어서, 상기 탈취 화합물이 사이클로덱스트린인 사료 생산물.
  20. 제1항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 습식 제분 스트림 중 하나 이상은 침지액(steep liquor), 적은 비중의 침지수(light steep water), 큰 비중의 침지액(heavy steep liquor) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 사료 생산물.
  21. 제1항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 습식 제분 스트림 중 하나 이상은 글루텐 농축화 또는 제분 점증화 습식 제분 스트림으로부터 유도되고, 여기서 제분 스트림의 주요 분획은 질소 함유량 또는 단백질 함유량을 갖는 것인 사료 생산물.
  22. 제1항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 단백질 함유 물질 중 하나 이상은 경질 글루텐 분획, 중질 글루텐 분획, 옥수수 글루텐 농축물, 옥수수 글루텐 밀, 글루텐 케이크 및 이들 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 사료 생산물.
  23. 제1항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 탄수화물 분해효소의 하나 이상 은 알파-아밀라아제, 덱스트린 분해효소, 풀루란 분해효소, 글루코아밀라아제, 헤미셀룰라아제, 셀룰라아제 및 이들 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 사료 생산물.
  24. 제1항에 있어서, 상기 공정은 하나 또는 그 이상의 단백질 함유 물질을 하나 또는 그 이상의 피타아제와 접촉시키는 단계를 더 포함하는 것인 사료 생산물.
  25. 제1항에 있어서, 상기 사료 생산물은 압출성형된 것인 사료 생산물.
  26. 제25항에 있어서, 상기 압출성형된 사료 생산물은 10%의 최소 오일 함량 및 30%의 최대 오일 함량을 포함하는 것인 사료 생산물.
  27. 제26항에 있어서, 상기 오일이 식물성 오일인 사료 생산물.
  28. 제27항에 있어서, 상기 식물성 오일은 옥수수유, 대두유, 카놀라유, 팜유, 평지유, 땅콩유 및 해바라기유로 이루어진 군에서 선택되는 것인 사료 조성물.
  29. 제26항에 있어서, 상기 오일이 동물성 오일인 사료 조성물.
  30. 제29항에 있어서, 상기 동물성 오일은 닭 지방, 우지(tallow), 백색 수지, 라드 및 어유로 이루어진 군에서 선택되는 것인 사료 생산물.
  31. 옥수수 단백질 농축물을 포함하는 동물 사료 생산물로서, 상기 옥수수 단백질 농축물은
    하나 또는 그 이상의 단백질 함유 물질을 하나 또는 그 이상의 습식 제분 스트림 및 하나 또는 그 이상의 탄수화물 분해효소와 접촉시켜 하나 이상의 단백질 농축물 및 수용성 탄수화물을 함유하는 하나 이상의 수성 스트림(stream)을 생산하는 단계; 및
    수용성 탄수화물을 함유하는 수성 스트림으로부터 단백질 농축물을 분리하는 단계
    를 포함하는 공정에 의해 제조되는 것인 동물 사료 생산물.
  32. 제31항에 있어서, 상기 사료는 닭, 칠면조, 엽조, 소, 물고기, 돼지, 양, 야생 조류, 개구리, 새우, 달팽이, 파충류, 양서류 및 설치류로 이루어진 군에서 선택된 동물용인 것인 동물 사료 생산물.
  33. 제31항에 있어서, 상기 사료가 양어 사료(aquafeed)인 동물 사료 생산물.
  34. 제31항에 있어서, 상기 사료는 10% 미만의 전분을 함유하는 것인 동물 사료 생산물.
  35. 제33항에 있어서, 상기 사료는 보다 맛있는 펠릿을 제조하는 방식으로 사료가 부유, 현탁 및/또는 침전되도록 사료 밀도에 기여하는 팽창 특성을 나타내는 것인 동물 사료 생산물.
  36. 제31항에 있어서, 상기 사료는 사료에 메티오닌의 농축된 소스를 제공하는 것인 동물 사료 생산물.
  37. 제31항에 있어서, 상기 사료내 단백질은 바람직한 반추위 우회 특성(rumen bypass property)을 갖는 것인 동물 사료 생산물.
  38. 건조 중량 기준으로 약 80% 이상의 단백질을 포함하는 옥수수 단백질 농축물로서, 상기 옥수수 단백질 농축물은 당화 효소 활성(saccharification enzyme activity)을 갖는 하나 또는 그 이상의 외인성 폴리펩타이드가 실질적으로 없는 것인 옥수수 단백질 농축물.
  39. 옥수수 단백질 농축물로서, 상기 옥수수 단백질 농축물이 옥수수 글루텐 밀과 비교되는 경우, 상기 옥수수 단백질 농축물은
    a) 약 5 이상에서 일정하게 유지되는 pH를 가지며;
    b) 보다 적은 습식 제분 냄새를 가지고;
    c) 보다 적은 세균수를 나타내며; 그리고/또는
    d) 단위 단백질 기준으로 보다 적은 회분 함량을 갖는
    것인 옥수수 단백질 농축물.
  40. 제39항에 있어서, 옥수수 단백질 농축물과 옥수수 글루텐 밀 사이에는 동물에 의한 단백질 분해율(protein digestibility)에서의 유의적인 차이가 없는 것인 옥수수 단백질 농축물.
  41. 10% 미만의 수분 함량에서 옥수수 글루텐 밀보다 낮은 수분 활성을 갖는 것인 옥수수 단백질 농축물.
  42. 건조 중량 기준으로 약 80% 이상의 단백질, 약 5% 미만의 과립 전분 및 약 1% 내지 약 10% 액화 전분 탄수화물 및 당을 포함하는 옥수수 단백질 농축물.
  43. 제42항에 있어서, 액화 전분 탄수화물로부터 총 물 추출가능한 탄수화물(DP 1-13)의 10% 이상이 DP 5-13인 옥수수 단백질 농축물.
  44. 옥수수 단백질 농축물로서, 상기 옥수수 단백질 농축물이 압출성형 후 옥수 옥수수 글루텐 밀와 비교되는 경우, 상기 옥수수 단백질 농축물은
    a) 보다 제어가능한 팽창을 나타내며;
    b) 보다 우수한 팽창을 나타내고;
    c) 보다 균일한 세포 구조를 나타내며;
    d) 보다 균질한 생산물을 형성하고;
    e) 보다 매끄러운 표면을 지닌 키블을 생산하며; 그리고/또는
    f) 보다 우수한 오일 결합능(oil binding capacity)을 나타내는
    것인 옥수수 단백질 농축물.
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