食物蛋白质成分及制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明基本涉及一种从含有角蛋白的蛋白质材料酶促制备食物蛋白质成分的方 法以及所制备的组合物。更具体地，它涉及通过以下方式从含有角蛋白的来源生产食物蛋 白质的方法：变性预处理角蛋白，随后由蛋白水解酶水解角蛋白，以有效和经济地将角质蛋 白源转化成可口的高度可消化的蛋白质食品。 发明背景
[0002] 众所周知世界人口增长对食品供应生产相应的压力。随着人口增加，已经昂贵的 食物成分，如食物蛋白质，可以对宠物和伴侣动物消费而言是极其昂贵的。因此，需要不与 人类食物链竞争的替代性蛋白质源。这种替代性蛋白质源包括常见的动物副产物，如羽毛、 毛发、软毛、羊毛、鬃毛、角、蹄，指甲、爪、喙、外层动物皮、陆龟壳和海龟壳、鲸须、豪猪刺和 鳞，它们含有在角蛋白家族中的纤维状结构蛋白。尽管角蛋白材料通常丰富、价廉和可持续 供应，但是它们也含有相对高百分数的含硫氨基酸如半胱氨酸。半胱氨酸可以形成有助于 角蛋白三级结构的二硫键，使其坚固和耐久。结构耐久性导致低消化率并且使得角蛋白总 体上不适合以其天然状态用作食品级蛋白质的来源。
[0003] 将含有生角蛋白的材料转化成食品级蛋白质材料的先前尝试代价昂贵，并且产生 不可口和蛋白质消化率低的产物。因此，这类含有角蛋白的原料已经传统上作为农业废弃 物处理并且被分配至处置或再循环。
[0004] 含有角蛋白的材料可以通过使它们经历苛刻物理条件如相对高的热和压力（例 如在146°C和345kPa持续约30至70分钟）进行变性。这种处理可以促进破坏二硫键，但 是仅不完全水解角蛋白。此外，这类条件对某些氨基酸是破坏性的并且可以导致终产物中 不利的含硫非营养性氨基酸产生。
[0005] 化学处理也可以用来破坏二硫键并且可以从角蛋白生产相对较短的肽。例如，在 小于或等于2. 0至4. 0的pH煮沸角蛋白约2至20小时，或在高碱性pH煮沸超过2小时产 生了寡肽、多肽和游离氨基酸。然而，这类苛刻处理可以部分地或完全摧毁某些氨基酸，因 而降低终产物的营养层面。碱性水解尤其趋向于产生不利的人工氨基酸如羊毛硫氨酸和赖 丙氨酸，后者已经作为实验室大鼠中肾毒因子涉及。用酸性物质或碱性物质处理也可以在 混合物中产生残余盐，所述盐可能需要额外的加工步骤以除去。
[0006] 因而，借助苛刻处理如加热和化学品水解含有角蛋白的材料遭遇到不完全水解和 不利氨基酸及残余盐污染食品的问题。另外，这类方法在生产高度可消化食品方面尚未成 功。这些方法通常不产生具有大于约80%消化率的产物，如通过博伊森（Boisen)和费尔南 德斯（Fernandez)的2步骤方法（1995)所测量。
[0007] 因此，需要将含有角蛋白的蛋白质材料转化成合乎需要的食品成分的方法，所述 食品成分有营养、可口并且是动物高度可消化。所需的方法应当适用于温和条件下预处 理含有蛋白质的原料，特别是丰富、可持续供应、低成本的含有角蛋白的原料，以疏松紧凑 折叠结构，因而允许后续酶促水解有效地破坏角蛋白的肽键。该食品应当相对不含不利 的氨基酸并且不应当需要额外的加工或最低加工以除去残余盐，并且应当还是工业加工可 操作的。 发明简述
[0008] 本发明提供用于制备食物蛋白质成分的改进方法，所述改进方法涉及通过使一定 量的含有角蛋白的原料与还原剂接触并加热以产生蛋白质混合物，预处理该材料。随后通 过在水溶液中混入一定量的至少一种蛋白水解酶以便与预处理的蛋白质混合物反应以生 产蛋白质浆液，使预处理的原料经历酶水解。该蛋白质浆液经受乳化过程并孵育一段足以 生产食物蛋白质成分的时间。
[0009] 这种方法及其组合物的多种目的和优点将从以下描述结合附图显而易见，所述附 图以说明和举例方式阐述该方法和所得组合物的某些实施方案。
[0010] 在一个方面，本发明提供一种用于制备食物蛋白质成分的方法。通常，该方法包括 以下步骤：从含有一定量蛋白质的任何原料提供一定量的含有蛋白质的材料，其中所述含 有蛋白质的材料含有角蛋白，使含有蛋白质的材料与选自还原剂、离液剂、去垢剂及其混合 物的组合物接触，加热接触的含有蛋白质的材料以产生蛋白质混合物，在水溶液中混入一 定量的蛋白水解酶以生产蛋白水解酶溶液并且使该蛋白质混合物与蛋白水解酶溶液接触 以生产蛋白质和酶的混合物，通过尺寸缩减过程加工蛋白质和酶的混合物以生产尺寸缩减 的蛋白质和酶的混合物，并且将尺寸缩减的蛋白质和酶的混合物孵育一段足以生产食物蛋 白质成分的时间。
[0011] 在本发明的一些方面，该方法还包括使含有蛋白质的材料与一定量的水接触的步 骤。
[0012] 通常，还原剂选自由焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钙、亚磷酸盐、 2-巯基乙醇、双（2-巯基乙基）砜、2, 3-二巯基-1-丙醇、二硫苏糖醇、二硫代丁胺、L-半 胱氨酸、半胱氨酸乙酯、半胱氨酸甲酯、三烷基膦、三（2-羧乙基）膦盐酸盐及它们的组合所 组成的组中。
[0013] 通常，离液剂选自由脲、硫脲、胍盐及它们的组合所组成的组中。
[0014] 通常，去垢剂选自由十二烷基硫酸钠（SDS)、乙基三甲基溴化铵、曲拉通 X-100(TritonX-100)、（1，1，3, 3-四甲基丁基）苯基-聚乙二醇、由陶氏化工（Dow ChemicalCompany)及其被许可方按商标Triton?X-114出售的聚乙二醇叔辛基苯基醚、 聚氧乙烯（20)山梨糖醇酐单月桂酸酯（聚山梨醇酯-20)、聚氧乙烯（20)山梨糖醇酐单棕 榈酸酯（聚山梨醇酯-40)、聚氧乙烯（20)单硬脂酸酯（聚山梨醇酯-60)、聚氧乙烯（20) 单油酸酯（聚山梨醇酯-80)、辛基葡糖苷、辛基硫代葡糖苷、3-[(3_胆酰胺丙基）二甲基氨 基]-1丙磺酸（CHAPS)、3-[(3-胆酰胺丙基）二甲基氨基}-2_羟基-1-丙磺酸（CHAPS0) 及它们的组合所组成的组中。
[0015] 尺寸缩减过程的优选方式选自由碾磨、研磨、切碎、切削、切丁、撕碎、乳化、均质 化、高压均质化及它们的组合所组成的组中。
[0016] 通常，蛋白水解酶选自由内切蛋白酶、外切蛋白酶（exoprotease)、外源酶、内源酶 及它们的组合。优选的内切蛋白酶选自菠萝蛋白酶、组织蛋白酶、钙蛋白酶、无花果蛋白酶、 木瓜凝乳蛋白酶、链菌蛋白酶（streptopain)、木瓜蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶、碱性蛋白酶 (alcalase)和角蛋白酶及它们的组合所组成的组中。
[0017] 在本发明的一些方式中，使蛋白质混合物与多于一种蛋白水解酶接触并与之混 合。
[0018]可以理解，尺寸缩减过程可以在蛋白质混合物与蛋白水解酶接触之前、在其期间 和/或之后实施或进行。
[0019] 在一些优选的方式中，食物蛋白质成分通过离心、过滤或滗析进一步加工。
[0020] 在另一个方面，本发明提供从本发明的一个方面（如本文所述的任一方面）生产 的食物成分组合物。优选地，该食物成分具有基于2步骤博伊森（Boisen)法至少约85% 的蛋白质消化率。更优选地，该食物成分具有基于2步骤博伊森（Boisen)法从90%至约 100%的蛋白质消化率。在一些优选的方式中，至少2%的总氨基酸是含硫氨基酸。在其他 的优选方式中，食物成分包含或还包含一定量的可用游离氨基酸。
[0021] 在另一个方面，本发明提供一种食物成分组合物，其包含从基于角蛋白的材料衍 生并具有基于2步骤博伊森（Boisen)法至少约85%的蛋白质消化率的蛋白质源。在优选 的方式中，该食物成分具有基于2步骤博伊森（Boisen)法从90%至约100%的蛋白质消化 率。
[0022] 本文中描述并生产的食物成分组合物可以用作针对任何动物的食品中的成分，所 述动物包括人类、宠物、家畜、野生动物等。一个优选的用途是作为宠物食品成分。
[0023] 在另一个方面，本发明提供一种宠物食品，其包含从基于角蛋白的材料衍生并具 有基于2步骤博伊森（Boisen)法至少约85%的蛋白质消化率的蛋白质源。在优选的方式 中，该宠物食品具有基于2步骤博伊森（Boisen)法从90%至约100%的蛋白质消化率。
[0024] 在另一个方面，本发明提供一种宠物食品涂层组合物，其包含从基于角蛋白的材 料衍生并具有基于2步骤博伊森（Boisen)法至少约85%的蛋白质消化率的蛋白质源。在优 选的方式中，该宠物食品涂层组合物具有基于2步骤博伊森（Boisen)法从90%至约100% 的蛋白质消化率。
[0025] 在另一个方面，本发明提供一种用于制备食物蛋白质成分的方法。通常，该方法包 括以下步骤：提供一定量的含有蛋白质的材料（其可以是含有一定量蛋白质的任何原料）， 其中所述含有蛋白质的材料含有角蛋白；使含有蛋白质的材料与选自还原剂、离液剂、去垢 剂及其混合物的组合物接触；加热接触的含有蛋白质的材料以产生蛋白质混合物；在水溶 液中混入一定量的蛋白水解酶以生产蛋白水解酶溶液并且使该蛋白质混合物与蛋白水解 酶溶液接触以生产蛋白质和酶的混合物；并且将该蛋白质和酶的混合物孵育一段足以生产 食物蛋白质成分的时间。在本发明的一些方式中，该方法还包括使含有蛋白质的材料与一 定量的水接触的步骤。
[0026] 优选的还原剂选自由焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钙、亚磷酸盐、 2-巯基乙醇、双（2-巯基乙基）砜、2, 3-二巯基-1-丙醇、二硫苏糖醇、二硫代丁胺、L-半 胱氨酸、半胱氨酸乙酯、半胱氨酸甲酯、三烷基膦、三（2-羧乙基）膦盐酸盐及它们的组合所 组成的组中。
[0027] 优选的离液剂选自由脲、硫脲、胍盐及它们的组合所组成的组中。
[0028] 优选的去垢剂选自由十二烷基硫酸钠（SDS)、乙基三甲基溴化铵、TritonX-100、 (1，1,3, 3-四甲基丁基）苯基-聚乙二醇、由（DowChemicalCompany)及其被许可方按商标 Triton?X-114出售的聚乙二醇叔辛基苯基醚、聚氧乙烯（20)山梨糖醇酐单月桂酸酯（聚 山梨醇酯-20)、聚氧乙烯（20)山梨糖醇酐单棕榈酸酯（聚山梨醇酯-40)、聚氧乙烯（20)单 硬脂酸酯（聚山梨醇酯-60)、聚氧乙烯（20)单油酸酯（聚山梨醇酯-80)、辛基葡糖苷、辛 基硫代葡糖苷、3_[(3_胆酰胺丙基）二甲基氨基]-1丙磺酸（CHAPS)、3-[(3-胆酰胺丙基） 二甲基氨基}_2_羟基-1-丙磺酸（CHAPSO)及它们的组合所组成的组中。
[0029] 在这个方面的一些优选方式中，该方法还包括尺寸缩减过程。通常，可以使用任何 尺寸缩减过程。优选的尺寸缩减过程选自由碾磨、研磨、切碎、切削、切丁、撕碎、乳化、均质 化、高压均质化及它们的组合所组成的组中。
[0030] 优选的蛋白水解酶选自由内切蛋白酶、外切蛋白酶、外源酶、内源酶及它们的组 合。优选的内切蛋白酶选自菠萝蛋白酶、组织蛋白酶、钙蛋白酶、无花果蛋白酶、木瓜凝乳蛋 白酶、链菌蛋白酶（streptopain)、木瓜蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶、碱性蛋白酶（alcalase) 和角蛋白酶及它们的组合所组成的组中。
[0031] 在一些优选的方式中，使蛋白质混合物与多于一种蛋白水解酶接触并与之混合。
[0032] 该尺寸缩减过程可以在任何时间实施，所述时间包括在蛋白质混合物与蛋白