PL192370B1 - Sposób wytwarzania pokarmu lub dodatku paszowego oraz sposób wytwarzania pokarmu lub paszy dla zwierząt - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania pokarmu lub dodatku paszowego przeznaczonego dla zwierzat jednozoladkowych, znamienny tym, ze obejmuje etapy, w których (i) miesza sie mechanicznie zawiesine o pH wynoszacym 2,0-8,0 zawierajaca (a) 100 czesci wagowych rozgniecionych nasion oleistych, (b) 60-1000 czesci wagowych mieszaniny rozpusz- czalników, która zawiera wode oraz nie mieszajacy sie z woda rozpuszczalnik organiczny o tempe- raturze wrzenia wynoszacej 20-100°C, przy czym rozpuszczalnik organiczny nie mieszajacy sie z woda stanowi 20-85% wagowych mieszaniny rozpuszczalników, oraz (c) fitaze; po czym (ii) suszy sie rozgniecione nasiona oleiste usuwajac rozpuszczalnik organiczny. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania pokarmu lub dodatku paszowego oraz sposób wytwarzania pokarmu lub paszy dla zwierząt. W szczególności, wynalazek dotyczy takiego sposobu, który może być włączony do tradycyjnych procesów, tradycyjnie stosowanych przy ekstrakcji oleju z nasion oleistych.

Fitynian mioinozytol 1, 2, 3, 4, 5, 6, -heksakis (kwas dwuwodorofosforowy) można znaleźć w różnych ilościach we wszystkich roślinach jako główną postać magazynowania fosforu. Od 60 do 80% wagowych całkowitej ilości fosforu w roślinach jest magazynowana w postaci fitynianu. Fitynian wroślinach można często znaleźć w postaci kompleksów z kationami takimi jak wapnia, magnezu lub potasu. Otrzymane kompleksy czasami nazywa się fityną (sól wapniowo-magnezowa kwasu fitynowego). Określenie fitynian, tak jak tutaj jest używane, obejmuje zwłaszcza takie kompleksy fityny.

Fitynian jest bardzo słabo trawiony przez zwierzęta jednożołądkowe. W wyniku tego, zwierzęta jednożołądkowe karmione dietą bogatą w fitynian mogą przewlekle cierpieć na choroby spowodowane niedoborem fosforu. Dzieje się tak, dlatego że fosfor zawarty w fitynianie nie jest bio-dostępny, i większość z dostarczonego wraz z dietą fitynianu skonsumowanego przez jednożołądkowe zwierzę przechodzi przez jego przewód pokarmowy i jest wydalana z fekaliami. Wydalanie to jest szczególnie ważne na obszarach o intensywnej produkcji żywego inwentarza, gdzie nadmierne ilości obornika wzbogaconego w fosfor mogą powodować szkody środowiskowe.

Kolejnym problemem związanym z obecnością fitynianu w pokarmach jest to, że tworzy on kompleksy z wielowalencyjnymi kationami metali. Może to upośledzać bio-dostępność tych kationów u ludzi i zwierząt. Może to też prowadzić do zaburzeń spowodowanych niedostatkiem takich metali lub do niedostatecznej mineralizacji kości, zwłaszcza w przypadku wegetarian, ludzi w podeszłym wieku i dzieci.

Fitynian powoduje także tą niedogodność, że inhibuje on różne enzymy w przewodzie pokarmowym, w tym pepsynę i trypsynę. Tworzy on również kompleksy z białkami uniemożliwiając ich trawienie. Z tych powodów, obecność fitynianu w diecie jest aktualnie przeciwwskazana, gdyż powoduje on zmniejszenia zdolności trawienia współ-obecnych z nim białek.

Zaproponowane rozwiązanie powyższych problemów dotyczyło sposobu wytwarzania pokarmu lub dodatku paszowego obejmującego przekształcania fitynianu w nieorganiczny fosforan. Fosfor obecny w nieorganicznym fosforanie jest bio-dostępny dla zwierząt jednożołądkowych. Zastosowanie tego rozwiązania zmniejsza zawartość fosforu w fekaliach, uwalnia kationy uprzednio związane w kompleksach z fitynianem, wspomaga trawienie białek i zapobiega inhibowaniu enzymów trawiennych przez fitynian. Przekształcanie takie jest znane jako powodowane przez traktowanie fitynianu zarówno in vitro jak i in vivo enzymem fosfatazowym zwanym fitazą. Produkty reakcji tego przekształcania stanowią mioinozytol oraz ortofosforan, ten ostatni będący w tym opisie określany mianem nieorganicznego fosforanu.

Przekształcanie in vivo prowadzi się poprzez dodawanie fitazy do pokarmów zawierających fitynian. W wyniku tego, zarówno fitynian jak i fitaza są współ-obecne w przewodzie pokarmowym, gdzie przynajmniej w teorii, fitaza może przekształcać fitynian w nieorganiczny fosforan. Jednakże udowodniono, że sposób ten jest jedynie częściowo skuteczny w praktyce, gdyż w najlepszym razie prowadzi do przekształcenia nie więcej niż 55% fosforu zawartego w fitynianie w nieorganiczny fosforan, a zwykle w znacznie mniejszej proporcji. Takie niekompletne przekształcanie jest po pierwsze konsekwencją warunków panujących wewnątrz przewodu pokarmowego, które są zupełnie różne od warunków optymalnych dla działania fitazy. Temperatura, pH, wilgotność oraz zawartość minerałów w treściach trawionych są takie, że fitaza jest jedynie częściowo skuteczna w przewodzie żołądkowe-jelitowym w czasie, który potrzebują treści trawione na przejście przez przewód pokarmowy.

Drugie rozwiązanie dotyczące poddawania pokarmu zawierającego fitynian hydrolizie prowadzonej in vitro za pomocą fitazy, okazało się bardziej skuteczne, niż wyżej opisane przekształcanie prowadzone in vivo. Dzieje się tak, dlatego iż warunki reakcji in vitro można tak dopasować, aby były podobne do warunków, które powodują, że fitaza może osiągnąć swoją optymalną aktywność. Europejski opis zgłoszeniowy EP-A-0 380343 ujawnia jeden przykład takiego procesu, w którym fitynian obecny w izolatach z białka soi przekształca się w nieorganiczny fosforan. Przekształcanie to prowadzi się w roztworze wodnym z zastosowaniem bakteryjnej fitazy przy pH równym 2 do 6 i w temperaturze równej 20-60°C.

Jednakże stwierdzono, że nawet takie zabiegi ciągle jeszcze nie są satysfakcjonujące. Po pierwsze, otrzymana po takich obróbkach zawiesina musi zostać wysuszona poprzez odprowadzenie znacznej ilości wody, która zwykle znajduje się w zawiesinie. Chociaż takie suszenie jest stoPL 192 370 B1 sunkowo łatwym etapem tego procesu, to jest ono relatywnie drogie do przeprowadzenia z powodu bardzo dużej ilości wody, którą tradycyjnie się używa. Taka duża ilość wody jest niezbędna po pierwsze dla zapewnienia wodnego środowiska reakcji wymaganego przez fitazę w celu jej katalitycznego uaktywnienia, a po drugie dla ułatwienia mieszania tej zawiesiny, która w przeciwnym wypadku utworzyłaby stosunkowo lepką masę. W rezultacie tego problemu z suszeniem, proces prowadzony in vitro osiągnął ograniczony sukces komercyjny. Drugim zaobserwowanym problemem było to, że przekształcanie fitynianu w nieorganiczny fosforan w tym procesie in vitro jest ciągle jeszcze dalekie od przekształcenia zupełnego, pomimo iż stosuje się w nim wyjątkowo wysokie stężenia (stosunkowo kosztownej) fitazy. Obecni twórcy wynalazku stwierdzili, że spowodowane jest to tym, że fitynian występuje w dwóch postaciach: fitynianu w postaci wrażliwej na działanie fitazy oraz fitynianu w postaci opornej na działanie fitazy, związany z minerałami. Stwierdzono, że postacią oporną na działanie fitazy jest fitynian w postaci kompleksu z kationami metali ziem alkalicznych takimi jak Mg⁺ i Ca⁺.

W związku z tym, pierwszym celem wynalazku jest dostarczenie komercyjnie opłacalnego sposobu wytwarzania pokarmu lub dodatku paszowego, w czasie którego następuje przekształcanie in vitro fitynianu z pokarmu w nieorganiczny fosforan. Drugim celem wynalazku jest dostarczenie ekonomicznie opłacalnego sposobu, w którym około 50% molowych lub więcej fitynianu byłoby przekształcane w nieorganiczny fosforan. Trzecim celem jest połączenie tego sposobu z tradycyjnym procesem ekstrahowania oleju z nasion oleistych w celu dostarczenia, jako półproduktu, odżywki wzbogaconej w nieorganiczny fosforan nadającej się do włączenia jej do paszy zwierzęcej lub ogólnie do pożywienia.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania pokarmu lub dodatku paszowego przeznaczonego dla zwierząt jednożołądkowych, charakteryzujący się tym, że obejmuje etapy, w których (i) miesza się mechanicznie zawiesinę o pH wynoszącym 2,0-8,0 zawierającą (a) 100 części wagowych rozgniecionych nasion oleistych, (b) 60-1000 części wagowych mieszaniny rozpuszczalników, która zawiera wodę oraz nie mieszający się z wodą rozpuszczalnik organiczny o temperaturze wrzenia wynoszącej 20-100°C, przy czym rozpuszczalnik organiczny nie mieszający się z wodą stanowi 20-85% wagowych mieszaniny rozpuszczalników, oraz (c) fitazę; po czym (ii) suszy się rozgniecione nasiona oleiste usuwając rozpuszczalnik organiczny.

Korzystnie mieszający się z wodą rozpuszczalnik organiczny stanowi 40-75% wagowych mieszaniny rozpuszczalników. Korzystnie stosuje się zawiesinę, która ponadto zawiera środek chelatujący kationy metali ziem alkalicznych. Korzystnie jako środek chelatujący stosuje się kwas askorbinowy, kwas ftalowy, kwas cytrynowy lub EDTA. Korzystnie rozgniecione nasiona oleiste przeznaczone do włączenia do zawiesiny otrzymuje się poprzez zmieszanie rozgniecionych nasion oleistych z nie mieszającym się z wodą rozpuszczalnikiem organicznym ekstrahując olej z tych nasion oleistych, i oddzielenie rozgniecionych nasion oleistych rozcieńczonych rozpuszczalnikiem od rozpuszczalnika zawierającego olej. Korzystnie miesza się 10-80% wagowych rozgniecionych nasion oleistych z 90-20% wagowych rozpuszczalnika organicznego. Korzystnie rozgniecione nasiona oleiste miesza się z rozpuszczalnikiem z wytworzeniem mieszaniny zawierającej 15-65% wagowych rozpuszczalnika oraz 85-35% wagowych rozgniecionych nasion oleistych.

Korzystnie zawiesinę otrzymuje się poprzez zmieszanie:

100 części wagowych (wyłączając współ-obecny rozpuszczalnik) rozgniecionych nasion oleistych rozcieńczonych rozpuszczalnikiem;

10-10000 jednostek fitazy na kg rozgniecionych nasion oleistych;

30-350 części wagowych wody; oraz ewentualnie dodatkowy rozpuszczalnik organiczny, tak aby całkowita ilość rozpuszczalnika organicznego w zawiesinie wynosiła 30-850 części wagowych.

Korzystnie stosuje się zawiesinę, która ponadto zawiera 0,05-10 części wagowych środka chelatującego kationy metali ziem alkalicznych. Korzystnie jako środek chelatujący stosuje się kwas askorbinowy, kwas ftalowy, kwas cytrynowy lub EDTA. Korzystnie jako nasiona oleiste stosuje się soję, nasiona słonecznika, nasiona rzepaku, nasiona kanola, ryż, otręby ryżowe, kukurydzę, nasiona bawełny, orzechy arachidowe, nasiona szafranu barwierskiego, orzechy kokosowe, orzechy palmowe, orzechy włoskie lub orzechy laskowe. Korzystnie etap mieszania (i) prowadzi się w mikserze przez 5 minut do 2 godzin w temperaturze 10-70°C. Korzystnie jako rozpuszczalnik organiczny stosuje się pentan, heksan lub heptan. Korzystnie stosuje się zawiesinę, która ponadto zawiera ziarno zbóż jednego lub więcej rodzajów, mąkę zbóż jednego lub więcej rodzajów, tłuszcze, witaminy, aminokwasy oraz jeden lub więcej enzymów. Korzystnie stosuje się zawiesinę, która ponadto zawiera jeden lub

PL192 370B1 więcej enzymów wybranych z grupy obejmującej proteazę, karboksypeptydazę, celulazę, ksylanazę, mannazę, amylazę, α-galaktozydazę, pektynazę, β-glikonazę oraz esterazę.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania paszy dla zwierząt lub pożywienia dla ludzi, znamienny tym, że obejmuje etapy, w których (i) miesza się mechanicznie zawiesinę o pH wynoszącym 2,0-8,0 zawierającą (a) 100 części wagowych rozgniecionych nasion oleistych, (b) 60-1000 części wagowych mieszaniny rozpuszczalników, która zawiera wodę oraz nie mieszający się z wodą rozpuszczalnik organiczny o temperaturze wrzenia wynoszącej 20-100°C, przy czym rozpuszczalnik organiczny nie mieszający się z wodą stanowi 20-85% wagowych mieszaniny rozpuszczalników, oraz (c) fitazę; po czym (ii) suszy się rozgniecione nasiona oleiste usuwając rozpuszczalnik organiczny, a następnie (iii) miesza się tak otrzymany dodatek paszowy z jednym lub więcej dodatkowymi produktami pokarmowymi.

W powyższym sposobie, stosuje się korzystnie zawiesinę zawierającą 150-750 części wagowych mieszaniny rozpuszczalników, korzystniej 250-600 części wagowych, a najkorzystniej 325-475 części wagowych.

Powyższy sposób jest zdolny przekształcić fitynian obecny w pokarmie w nieorganiczny fosforan przy mniejszych kosztach w porównaniu z kosztami uprzednio dostępnych sposobów prowadzonych in vitro, i w dodatku z wysoką wydajnością. Aby skutecznie katalizować przekształcanie fitynianu w nieorganiczny fosforan, fitaza wymaga współ-obecności znacznych ilości rozpuszczalnika. Podczas gdy w stanie techniki zawsze podkreślano, że rozpuszczalnikiem tym powinna być wyłącznie woda, to obecnie twórcy wynalazku nieoczekiwanie stwierdzili, że zasadniczą część tej wody można zastąpić nie mieszającym się z wodą rozpuszczalnikiem organicznym, bez jakiegoś znaczącego oddziaływania na zdolność fitazy do katalizowania tego przekształcania fitynianu w nieorganiczny fosforan. Zastosowanie takiego układu rozpuszczalników, który zawiera 20-85% wagowych, korzystniej 40-75% wagowych, a najkorzystniej 50-70% wagowych nie mieszającego się z wodą rozpuszczalnika organicznego jest zdolne do podtrzymywania aktywności fitazy, przy jednoczesnej korzyści, że suszenie takiej zawiesiny po katalizowanym fitazą przekształcaniu w celu otrzymania możliwej do przyjęcia zawartości wilgoci mniejszej niż 20% wagowych jest zasadniczo tańsze, niż suszenie porównywalnej zawiesiny, w której rozpuszczalnik w całości stanowi woda. Dzieje się tak, dlatego że mieszanina rozpuszczalników stosowana w niniejszym wynalazku wymaga zużycia mniejszej ilości energii dla odparowania rozpuszczalników z zawiesiny.

Zawiesina, którą miesza się mechanicznie, korzystnie zawiera dodatkowo środek chelatujący kationy metali ziem alkalicznych. Taki środek chelatujący konkuruje z fitynianem w wiązaniu kationów nieorganicznych, a zwłaszcza kationów metali ziem alkalicznych takich jak Ca⁺ i Mg⁺. Takie wiązanie kationów nieorganicznych przez środek chelatujący powoduje przekształcanie postaci fitynianu opornej na działanie fitazy w postać fitynianu wrażliwą na działanie fitazy, która z kolei jest zdolna do poddania się przekształceniu w nieorganiczny fosforan przez współ-obecną fitazę.

Pokarm, który może być przetwarzany sposobem według wynalazku może stanowić dowolny pokarm zawierający fitynian. Pokarmami takimi są zwykle typowe pokarmy pochodzenia roślinnego. Według szczególnie korzystnego aspektu niniejszego wynalazku, pokarmem takim jest pokarm otrzymany poprzez zmieszanie rozgniecionych nasion oleistych z rozpuszczalnikiem organicznym w celu wyekstrahowania oleju z tych nasion oleistych, i następnie oddzielenie rozgniecionych nasion oleistych rozcieńczonych rozpuszczalnikiem od rozpuszczalnika zawierającego olej. Są to typowe etapy stosowane przy ekstrahowaniu oleju na przykład z soi, nasion słonecznika, nasion rzepaku, nasion kanola (hybryda rzepaku i kapusty), ryżu, otrąb ryżowych, kukurydzy, nasion bawełny, orzechów arachidowych, nasion szafranu barwierskiego, orzechów kokosowych, orzechów palmowych, orzechów włoskich lub orzechów laskowych, lub z innych przetworzonych pochodnych powyższych nasion oleistych, takich jak odtłuszczona soja. Innymi źródłami fitynianu, które mogą być przetwarzane, są ziarna zbóż, takie jak pszenica, jęczmień, triticale (hybryda pszenicy i ryżu), ryż, sorgo lub owies.

Podczas ekstrahowania oleju z wyżej wymienionych nasion, 10-80% wagowych (korzystniej 35-60% wagowych) rozgniecionych nasion oleistych miesza się z 90-20% wagowych (korzystniej 65-40% wagowych) rozpuszczalnika organicznego, którym zwykle jest n-heksan, chociaż można zastosować każdy inny nie mieszający się z wodą rozpuszczalnik organiczny, który ma temperaturę wrzenia wynoszącą 20-100°C. Po energicznym mieszaniu, olej z rozgniecionych nasion oleistych przechodzi do heksanu, po czym ten heksan wzbogacony olejem oddziela się od rozgniecionych nasion oleistych, na których pozostaje resztka rozpuszczalnika heksanowego. Rozgniecione nasiona oleiste rozcieńczone rozpuszczalnikiem zwykle zawierają 15-65% wagowych rozpuszczalnika oraz 85-35% wagowych rozgniePL 192 370 B1 cionych nasion oleistych, korzystniej zawierają 25-50% wagowych rozpuszczalnika oraz 75-50% wagowych rozgniecionych nasion oleistych, a najkorzystniej zawierają 35-45% wagowych rozpuszczalnika oraz 65-55% wagowych rozgniecionych nasion oleistych. Rozgniecione nasiona oleiste rozcieńczone rozpuszczalnikiem czasami w tej dziedzinie techniki określa się jako wytłoki lub jako białe łuski.

Według stanu techniki w sposobie ekstrahowania oleju z nasion oleistych, rozgniecione nasiona oleiste rozcieńczone rozpuszczalnikiem na tym etapie byłyby kierowane do usunięcia wszystkich śladowych ilości rozpuszczalnika organicznego. Jednakże nie według niniejszego wynalazku, gdzie te rozgniecione nasiona oleiste rozcieńczone rozpuszczalnikiem są następnie traktowane w celu przekształcenia obecnego w nich fitynianu w nieorganiczny fosforan. W szczególności, 100 części wagowych (wyłączając rozpuszczalnik) rozgniecionych nasion oleistych rozcieńczonych rozpuszczalnikiem organicznym miesza się uzyskując zawiesinę z 10-10000 jednostkami fitazy na kg rozgniecionych nasion oleistych, z 30-350 częściami wagowymi (korzystniej 100-250 częściami wagowymi, a najkorzystniej z 120-180 częściami wagowymi) wody, i ewentualnie z dodatkowym nie mieszającym się z wodą rozpuszczalnikiem organicznym o temperaturze wrzenia wynoszącej 20-100°C, który może być tym samym rozpuszczalnikiem lub innym niż rozpuszczalnik organiczny stosowany w etapie ekstrahowania oleju tak, aby całkowita ilość rozpuszczalnika organicznego wynosiła 30-850 części wagowych (korzystniej 125-500 części wagowych, a najkorzystniej 200-300 części wagowych). Zawiesinę następnie poddaje się mechanicznemu mieszaniu, stosując na przykład mikser ślimakowy, podczas którego fitaza przekształca fitynian obecny w rozgniecionych nasionach oleistych w nieorganiczny fosforan.

Powyższa zawiesina może ponadto zawierać 0,05-10 części wagowych środka chelatującego. Jak już uprzednio wspomniano, środek ten konkuruje z fitynianem w wiązaniu nieorganicznych kationów tak, że przekształca fitynian w postaci opornej na działanie fitazy w fitynian wrażliwy na działanie fitazy. Taki środek chelatujący stanowi dowolny materiał, który może chelatować kationy metali ziem alkalicznych. Zwykle takimi środkami chelatującymi są bi-, tri-, lub terta-karboksylowe kwasy, takie jak kwas askorbinowy, kwas ftalowy, kwas cytrynowy lub EDTA.

Korzystniej w tym etapie, 100 części wagowych (wyłączając rozpuszczalnik) rozgniecionych nasion oleistych miesza się z 0,5-5 częściami wagowymi środka chelatującego, oraz z 100-1000 jednostkami fitazy na kg rozgniecionych nasion oleistych.

Zawiesinę korzystnie poddaje się reakcji w mikserze, gdzie fitynian przekształca się w nieorganiczny fosforan poprzez działanie katalityczne fitazy przez okres czasu wynoszący 5 minut do 2 godzin, korzystniej przez 15-20 minut, a najkorzystniej przez 30-75 minut, korzystnie w temperaturze 10-70°C, korzystniej 20-65°C, a najkorzystniej 40-60°C. Korzystnie odczyn pH zawiesiny jest równy 2-8, korzystniej 3-6, a najkorzystniej 4,5-5,5. Kwaśny odczyn zawiesiny może być spowodowany obecnością kwaśnego środka chelatującego, chociaż również kwas mineralny taki jak HCl lub H3PO4 można alternatywnie lub ewentualnie dodać, w celu nastawienia odczynu pH tej zawiesiny do takiej wartości, w której można uzyskać optymalną aktywność fitazy.

Można zastosować dowolny nie mieszający się z wodą rozpuszczalnik organiczny, pod warunkiem jednak, że jego temperatura wrzenia mieści się w zakresie 20-100°C. Wyższa temperatura wrzenia rozpuszczalników nie jest korzystna, gdyż nie byłoby łatwo odparować lub wygotować takie rozpuszczalniki z zawiesiny. Naturalnie, wybrany rozpuszczalnik organiczny musi mieć temperaturę wrzenia powyżej wartości temperatury, przy której prowadzi się przekształcanie fitynianu w nieorganiczny fosforan. Typowymi rozpuszczalnikami organicznymi, które mają odpowiednią temperaturę wrzenia, są rozpuszczalniki alifatyczne, o co najmniej 5 atomach węgla, i korzystnie są to pentan, heksan i heptan, ich strukturalne izomery, oraz izooktan.

W preferowanym aspekcie wynalazku, zawiesina ponadto zawiera ziarno zbóż jednego lub więcej rodzajów, mąkę zbóż jednego lub więcej rodzajów, tłuszcze, witaminy, aminokwasy oraz jeden lub więcej enzymów. Ziarno zbóż i mąka zbóż zawierają fitynian, i on także będzie korzystnie przekształcany w nieorganiczny fosforan podczas obróbki fitazą. Obecność jednego lub więcej enzymów, takich jak proteaza, karboksypeptydaza, celulaza, ksylanaza, mannaza, amylaza, α-galaktozydaza, pektynaza, β-glikonaza oraz estraza jest również korzystna. Korzystna jest obecność takich enzymów w zawiesinie, gdyż mogą ona pomagać w uwalnianiu fitynianu z roślin czyniąc go bardziej wrażliwym na działanie fitazy i/lub działają one na inne składniki pokarmu polepszając ich strawność.

W następnym etapie, pokarm suszy się w celu usunięcia co najmniej rozpuszczalnika organicznego i korzystnie co najmniej części rozpuszczalnika wodnego. Można tego dokonać poprzez powtórne potraktowane rozpuszczalnikiem tego pokarmu na drodze na przykład ogrzewania lub suszenia rozpyłowego. Uzyskany suchy produkt korzystnie zawiera rozpuszczalnik organiczny w ilości mniej6

PL192 370B1 szej niż 0,1% wagowy, korzystnie mniejszej niż 0,04% wagowych, a zawartość wilgoci w tym suchym produkcie jest mniejsza niż 20% wagowych, korzystniej mniejsza niż 10% wagowych.

Uzyskaną w ten sposób odżywkę wzbogaconą w nieorganiczny fosforan można następnie przetwarzać w paszę dla zwierząt lub w pożywienie dla ludzi poprzez jej zmieszanie z jednym lub więcej dodatkowymi produktami pokarmowymi, w zależności od potrzeb.

Uzyskana odżywka wzbogacona w nieorganiczny fosforan ma zasadniczo większą wartość odżywczą dla ludzi oraz dla wszystkich gatunków zwierząt hodowlanych, w porównaniu z pokarmem wyjściowym. W szczególności, ta odżywka wzbogacona w nieorganiczny fosforan może być wprowadzana do diet zwierząt hodowlanych, takich jak kurczaki, indyki, trzoda chlewna, bydło rogate, ryby i owce. Ponieważ otrzymane w ten sposób pasze (odżywki) mają stosunkowo niską lub żadną zawartość fitynianu, to dają one również korzyść w postaci poprawienia bio-dostępności minerałów i białek znajdujących się w pożywieniu i paszach, do których są one wprowadzone. Zwłaszcza kationy, które zostaną skompleksowane przez środek chelatujący staną się bio-dostępne, gdyż powstające sole są rozpuszczalne w wodzie. Również bio-dostępność białek w pożywieniu jest poprawiona, gdyż fitynian nie jest już dłużej obecny do wyłapywania ich w kompleksy białko-fitynian.

Fitaza, którą można stosować w sposobie według wynalazku jest wytwarzana przez różne mikroorganizmy, takie jak Aspergillus spp., Rhizopus spp., oraz niektóre drożdże. Fitaza jest również produkowana przez nasiona różnych roślin, na przykład pszenicy, podczas kiełkowania. Preferowane fitazy obejmują Natuphos® do nabycia z firmy BASF, Niemcy, PHYTASE NOVO do nabycia z firmy Novo Nordisk oraz Finase®S do nabycia z firmy Alko Ltd.

Ilość wymaganej fitazy będzie zależeć od zastosowanego preparatu, od zawartości fitynianu w pokarmie, oraz od warunków reakcji. Specjalista biegły w stanie techniki z tej dziedziny będzie mógł z łatwością wyliczyć średnią dawkę fitazy. Aktywność fitazy można określać stosując jako podłoże 1% roztwór fitynianu sodu (do nabycia z firmy Sigma St. Louis, Missouri, USA). Reakcję enzymu prowadzi się przy pH wynoszącym 5,5 i w temperaturze 40°C. Fitaza uwalnia grupy fosforanowe z fitynianu. Oznaczanie uwolnionego nieorganicznego fosforu bazuje na kolorze powstającym w wyniku redukcji kompleksu fosfomolibdanianu.

Ułatwiając również suszenie zawiesiny, współ-obecność rozpuszczalnika organicznego obok wody daje i taką korzyść, że ponadto zasadniczo redukuje lepkość zawiesiny. Stwierdzono, że przy braku rozpuszczalnika organicznego, rozpuszczalne w wodzie białka obecne w pokarmie mogą powodować, że zawiesina staje się tak lepka, iż niezbędne przecież mieszanie mechaniczne staje się niemożliwe bez dodatku znacznego nadmiaru wody.

Obecny wynalazek zostanie poniżej dokładniej wyjaśniony w oparciu o następujący przykład. Przykład ten ilustruje, jak sposób według wynalazku można wprowadzić do typowego procesu stosowanego przy ekstrakcji oleju z nasion rzepaku. Należy jednocześnie zauważyć, że przykład ten nie ma za zadanie ograniczanie w jakikolwiek sposób zakresu ochrony niniejszego wynalazku.

Przykład

Przetwarzanie nasion rzepaku

Nasiona rzepaku zawierają cienkie ciałka olejowe wewnątrz ich komórek i są przede wszystkim hodowane w celu uzyskiwania jak największej wydajności oleju. Zebrane nasiona rzepaku oczyszczono, wysuszono i wstępnie kondycjonowano w znany sposób. Następnie nasiona rzepaku pocięto na łuski poprzez wałkowanie w celu złamania i otworzenia strąków. Etap ten przeprowadzono poprzez przepuszczenie nasion rzepaku przez chwyt pary miękkich wałków kręcących się z różną prędkością. Działanie tych wałków ścina nasiona na łuski przy jednoczesnym rozerwaniu niektórych komórek olejowych.

Łuski następnie poddano działaniu termicznego kondycjonowania w temperaturze około 80°C przez około 1 godzinę, co otworzyło pozostałe komórki olejowe. Etap ten pomaga także poprawić bio-dostępność białka w otrzymanym produkcie spożywczym. Takie kondycjonowane łuski, które zawierały około 42% wagowych oleju i około 8% wagowych wilgoci następnie podano na serie niskociśnieniowych ciągłych pras ślimakowych, gdzie poddano je działaniu umiarkowanego ciśnienia. Etap ten ekstrahował około połowy oleju rzepakowego dostępnego z tych nasion rzepaku.

Placek filtracyjny uzyskany z tych pras ślimakowych następnie przeniesiono do ekstraktora rozpuszczalnikowego typu Rotocell, gdzie za pomocą komercyjnie dostępnego n-heksanu ekstrahowano olej kanola (rzepakowy). Placek wprowadzono do ekstraktora rozpuszczalnikowego poprzez jednostkę szczelną wobec oparów, gdzie został on umieszczony w koszu do rozdzielania. N-heksan przemieszczał się dzięki sile grawitacji poprzez złoże placka tak, że całkowicie przeniknął

PL 192 370 B1 i nasycił sobą fragmenty placka. Olej rzepakowy przeniknął do rozpuszczalnika organicznego, po czym rozpuszczalnik zawierający ten olej wypłynął poprzez ekran wspierający placek znajdujący się na dole koszyka do rozdzielania.

Ciśnienie par n-heksanu ogranicza stosowaną w praktyce temperaturę operacyjną w ekstraktorze rozpuszczalnikowym do około 55°C. Wyższa temperatura w niepożądany sposób zwiększa ilości par rozpuszczalnika, które muszą być odzyskiwane. Ponadto, jeśli temperatura placka jest taka sama lub przybliżona do temperatury wrzenia tego rozpuszczalnika, to faza par powstaje w przestrzeniach pomiędzy fragmentami placka a rozpuszczalnikiem, co skutecznie blokuje dyfuzję płynu. W ten sposób, ekstraktor pozwolił uzyskać zasadniczo ciekłą fazę zawierającą olej kanola (rzepakowy) i n-heksan, oraz „stałą” fazę zawierającą wyekstrahowane z oleju nasiona rzepaku rozcieńczone n-heksanem.

W tradycyjnym sposobie przetwarzania nasion rzepaku, takie nasiona rzepaku rozcieńczone n-heksanem byłyby w następnym etapie powtórnie potraktowane rozpuszczalnikiem. Jednakże, zgodnie ze sposobem według wynalazku, nasiona rzepaku następnie poddano obróbce za pomocą fitazy w celu przekształcenia fitynianu znajdującego się wewnątrz nasion w nieorganiczny fosforan.

kg rozgniecionych wyekstrahowanych z oleju nasion rzepaku zawierających 0,38 moli całkowitego fosforanu w postaci fitynianu rozcieńczonego za pomocą 0,3 litra n-heksanu doprowadzono do postaci zawiesiny dodając 750 jednostek Natuohos®, fitazy dostępnej na rynku z firmy BASF Germany, 1litr wody oraz 1,1 litra dodatkowego n-heksanu. Ilość fitynianu obecnego w wyekstrahowanych z oleju nasionach rzepaku można oznaczyć zgodnie z metodą Tangkongchitra i wsp. opisaną w Cereal Chem., 58, str.226-228. Uzyskaną zawiesinę szczelnie zamknięto w naczyniu z pleksy utrzymywanym w temperaturze 50°C poprzez inkubowanie w kąpieli wodnej i ciągle mieszano przez 1 godzinę stosując układ mieszający z hakiem do mieszania ciasta. Pod koniec tego okresu inkubowania, otrzymany pokarm (próbka 1) zawierał 0,17 mola nieorganicznego fosforanu, równoważnik przekształcenia 45% molowych wyjściowego fitynianu. Znanych jest kilka metod oznaczania nieorganicznego fosforanu, takie jak metoda Pons i Guthrie (Ind. Eng. Chem. Anal. Ed. 18, str. 184-186). Dla porównania, przeprowadzono identyczną obróbkę na 1kg rozgniecionych nasion rzepaku, z tą różnicą, że pominięto dodawanie fitazy. Otrzymany pokarm (próbka 2) zawierał jedynie 0,019 mola nieorganicznego fosforanu, równoważnik przekształcenia tylko 5% molowych wyjściowego fitynianu zawartego w wyekstrahowanych z oleju nasion rzepaku.

Dalej, 1 kg ładunku rozgniecionych nasion rzepaku traktowano tak jak próbkę 1, z tą różnicą, że do zawiesiny dodano kwas cytrynowy jako środek chelatujący uzyskując końcowe stężenie 0,5% wagowych kwasu cytrynowego w zawiesinie. Kwas cytrynowy zmniejszył odczyn pH mieszaniny do wartości 5,0. W wyniku takej obróbki uzyskano pokarm (próbka 3) zawierający 0,32 mola nieorganicznego fosforanu, równoważnik przekształcenia 85% molowych wyjściowego fitynianu. Próbka 3 wskazuje na korzyści, jakie uzyskano z kombinowanej obróbki z zastosowaniem zarówno rozpuszczalnika organicznego jak i środka chelatującego. Podobnie wysokie wartości przekształcania fitynianu można uzyskać dzięki zastosowaniu alternatywnych środków chelatujących, takich jak EDTA lub kwas ftalowy.

Następnie uzyskane sposobem według wynalazku pokarmy (odżywki) wzbogacone w nieorganiczny fosforan czyli próbka 1i próbka 3 poddano usuwaniu rozpuszczalnika poprzez przypiekanie. Etap usuwania rozpuszczalnika powoduje usunięcie n-heksanu i zawrócenie go do obiegu z powrotem do etapu ekstrahowania oleju, co zapewnia się poprzez odparowanie go z pokarmu razem z częścią wody. Otrzymany w ten sposób suszony pokarm można następnie wykorzystać bezpośrednio jako wysokobiałkowy, bogaty w nieorganiczny fosforan dodatek paszowy dla zwierząt lub dodatek do pożywienia dla ludzi.

Claims (14)

1. Sposób wytwarzania pokarmu lub dodatku paszowego przeznaczonego dla zwierząt jednożołądkowych, znamienny tym, że obejmuje etapy, w których (i) miesza się mechanicznie zawiesinę o pH wynoszącym 2,0-8,0 zawierającą (a) 100 części wagowych rozgniecionych nasion oleistych, (b) 60-1000 części wagowych mieszaniny rozpuszczalników, która zawiera wodę oraz nie mieszający się z wodą rozpuszczalnik organiczny o temperaturze wrzenia wynoszącej 20-100°C, przy czym rozpuszczalnik organiczny nie mieszający się z wodą stanowi 20-85% wagowych mieszaniny rozpuszczalników, oraz (c) fitazę; po czym (ii) suszy się rozgniecione nasiona oleiste usuwając rozpuszczalnik organiczny.

PL192 370B1

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nie mieszający się z wodą rozpuszczalnik organiczny stanowi 40-75% wagowych mieszaniny rozpuszczalników.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się zawiesinę, która ponadto zawiera 0,05-10 części wagowych środka chelatującego kationy metali ziem alkalicznych.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że jako środek chelatujący stosuje się kwas askorbinowy, kwas ftalowy, kwas cytrynowy lub EDTA.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rozgniecione nasiona oleiste przeznaczone do włączenia do zawiesiny otrzymuje się poprzez zmieszanie rozgniecionych nasion oleistych z nie mieszającym się z wodą rozpuszczalnikiem organicznym ekstrahując olej z tych nasion oleistych, i oddzielenie rozgniecionych nasion oleistych rozcieńczonych rozpuszczalnikiem od rozpuszczalnika zawierającego olej.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że miesza się 10-80% wagowych rozgniecionych nasion oleistych z 90-20% wagowych rozpuszczalnika organicznego.

7. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że rozgniecione nasiona oleiste miesza się z rozpuszczalnikiem z wytworzeniem mieszaniny zawierającej 15-65% wagowych rozpuszczalnika oraz 85-35% wagowych rozgniecionych nasion oleistych.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiesinę otrzymuje się poprzez zmieszanie:

100 części wagowych (wyłączając współ-obecny rozpuszczalnik) rozgniecionych nasion oleistych rozcieńczonych rozpuszczalnikiem;

10-10000 jednostek fitazy na kg rozgniecionych nasion oleistych;

30-350 części wagowych wody; oraz ewentualnie dodatkowy rozpuszczalnik organiczny, tak aby całkowita ilość rozpuszczalnika organicznego w zawiesinie wynosiła 30-850 części wagowych.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako nasiona oleiste stosuje się soję, nasiona słonecznika, nasiona rzepaku, nasiona kanola, ryż, otręby ryżowe, kukurydzę, nasiona bawełny, orzechy arachidowe, nasiona szafranu barwierskiego, orzechy kokosowe, orzechy palmowe, orzechy włoskie lub orzechy laskowe.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap mieszania (i) prowadzi się w mikserze przez 5 minut do 2 godzin w temperaturze 10-70°C.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako rozpuszczalnik organiczny stosuje się pentan, heksan lub heptan.

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się zawiesinę, która ponadto zawiera ziarno zbóż jednego lub więcej rodzajów, mąkę zbóż jednego lub więcej rodzajów, tłuszcze, witaminy, aminokwasy oraz jeden lub więcej enzymów.

13. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że stosuje się zawiesinę, która ponadto zawiera jeden lub więcej enzymów wybranych z grupy obejmującej proteazę, karboksypeptydazę, celulazę, ksylanazę, mannazę, amylazę, α-galaktozydazę, pektynazę, β-glikonazę oraz esterazę.

14. Sposób wytwarzania pokarmu lub paszy dla zwierząt, znamienny tym, że obejmuje etapy, w których (i) miesza się mechanicznie zawiesinę o pH wynoszącym 2,0-8,0 zawierającą (a) 100 części wagowych rozgniecionych nasion oleistych, (b) 60-1000 części wagowych mieszaniny rozpuszczalników, która zawiera wodę oraz nie mieszający się z wodą rozpuszczalnik organiczny o temperaturze wrzenia wynoszącej 20-100°C, przy czym rozpuszczalnik organiczny nie mieszający się z wodą stanowi 20-85% wagowych mieszaniny rozpuszczalników, oraz (c) fitazę; po czym (ii) suszy się rozgniecione nasiona oleiste usuwając rozpuszczalnik organiczny, a następnie (iii) miesza się tak otrzymany dodatek paszowy z jednym lub więcej dodatkowymi produktami pokarmowymi.