DK176458B1 - Fremgangsmåde til fremstilling af törfoder i form af færdigeformede foderpiller eller -kugler - Google Patents

Description

. DK 176458 B1

FREMGANGSMÅDE TIL FREMSTILLING AF TØRFODER I FORM AF FÆRDIGFORMEDE FODERPILLER ELLER -KUGLER

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af tørfoder i 5 form af kugler eller piller til kødædende dyr.

Mange typer af dyr til opdræt, for eksempel laks og ørred, er kødædende. Deres naturlige føde består af insekter (til laks og ørred i ferskvandsfasen), fisk og krebsdyr. Til andre kødædende opdrættede dyr, såsom mink og ræve, kan fode-10 ret også indeholde pattedyrskød, for eksempel frisk slagteriaffald. Insekter og krebsdyr har et hudskelet, som blandt andet består af kitin. Kitin er et lineært polysaccharid af N-acetyl-D-glukosamin sammenkoblet ved hjælp af β1->4 bindinger. Andre strukturelle kulhydrater, såsom cellulose (β[1-»4] D-glukose) og alginat (D-mannuronsyre) er ikke fundet i disse rovdyr, og de indeholder heller 15 ikke stivelse (a [1 —>4] D-glukose) som energilagre. Ikke desto mindre har laks, ørred og andre kødædende fisk og dyr enzymer (for eksempel amylase), der er i stand til at nedbryde stivelse i tarmen og gøre den fordøjelig, men de kan være mindre effektive i denne henseende end planteædende fisk og dyr.

20 I foderprodukter, der er bestemt til kødædende fisk, er det almindeligt at tilsætte mellem 8 og 25% kulhydrater, for eksempel i form af hvede eller majs, som et bindemiddel. Efter presning, men specielt efter ekstrudering, vil stivelsen i disse kulhydrater danne en matrix eller grundmasse, som giver pillerne mekanisk styrke og formbestandighed, så at formen af pillerne kan opretholdes efter tør-25 ring, yderligere bearbejdning, lagring og transport.

Kulhydrater udnyttes i metabolisme som en energikilde. Energitætheden i kulhydrater er lavere end i protein og fedt (henholdsvis 17,6; 23,9 og 39,8 MJ/kg). Fordøjeligheden af kulhydrater er også lavere hos kødædende fisk og aftager, 30 når andelen af komplekse kulhydrater i foderet (over 10%) stiger. Forsøg har vist, at laksefisk ikke har noget stofskiftebehov for kulhydrater. Hvis fedt erstatter s 2 DK 176458 B1 kulhydrater som energikilde, vil kulhydratfrit fiskefoder af denne art indeholde mere energi pr. vægtenhed, så længe de relative andele af de andre bestanddele holdes konstant.

5 For at give foderpiller formbestandighed og mekanisk styrke er det som nævnt ovenfor kendt at tilsætte et bindemiddel i form af 8-25% kulhydrater, for eksempel hvede og/eller majs. Efter presning eller ekstrudering vil der i foderstofmaterialet være etableret en stiveisesmatrix af den ønskede styrke.

10 Andre teknikker i forbindelse med formningen af foder til piller, kugler eller lig nende er også blevet beskrevet. I overensstemmelse med for eksempel US patent nr. 4 935 250 er en gel eller masse af alginat også fremstillet under formningen.

15 Patentlitteraturen indeholder beskrivelser af foderprodukter og foderblandinger, i hvilke massen består af gelatine eller caseinat. Se for eksempel britisk patent nr.

2 212 125.

Der findes også foderprodukter, i hvilke bindeegenskaberne frembragt af koa-20 guleringen af naturligt forekommende proteiner udnyttes, se NO 179 731.

Et andet eksempel på et foderprodukt er JP 6 261 692, hvor proteinstrukturen i foderet modificeres ved hjælp af transglutaminase.

25 Små foderpartikler kan fremstilles ved hjælp af en agglomereringsteknik, som er baseret på det princip at aggregere yderst små partikler til større partikler. Denne proces anvender ikke kulhydrater som bindemiddel. Foderbestanddelene bindes sammen ved hjælp af forskellige former for kontaktbindinger mellem de faste partikler i foderet. De forskellige former for kontaktbindinger kan variere fra hy-30 drogenbindinger, adhæsion og kohæsion til kapillarkræfter. Nye kovalente bindinger skabes ikke ved denne proces. Dette er en klar ulempe for opretholdelsen 3 DK 176458 B1 af foderpillens form og styrke, fordi kovalente bindinger er stærkere end andre kemiske bindinger.

En alvorlig ulempe ved agglomererede foderprodukter er således, at bindingerne 5 er svage, og under forudsætning af manglen på en kontinuerlig matrix er så danne piller let smuldrende og skøre. Agglomereringsteknikken kan ikke anvendes til at fremstille foderpartikler i pilleform med en diameter større end ca. 2,5 - 3,0 mm.

10 For at kunne fremstille større foderpartikler/fragmenter/piller/kugler osv. må man opgive agglomereringsteknikken uden tilsætning af kulhydrat og igen vende tilbage til kulhydrat som et bindemiddel. I lave koncentrationer fordøjes komplekse kulhydrater, såsom stivelse, af for eksempel laksefisk, men hvis deres koncentration overstiger 10%, falder fordøjeligheden af kulhydrat fraktionen (Aksnes A., 15 1995. Growth, feed efficiency and slaughter quality of salmon, Salmo salar L, given feeds with different ratios of carbohydrate and protein. Aquaculture Nutrition, 1:241-248). Energiindholdet i kulhydratfraktionen kan erstattes affedt. Det vil resultere i større frihed med hensyn til at variere de relative andele af fedt, protein og mikronæringsstoffer, da kulhydraterne udgør resten af fodersammen-20 sætningen. Et sådant foder vil være rigere i energi end et tilsvarende foder, som indeholder kulhydrater, og der vil opnås en reduktion i foderomsætningsforholdet defineret som mængden af foder, der forbruges for at fremstille et kg fiskebiomasse.

25 I overensstemmelse med den foreliggende opfindelse har man tilsigtet at tilveje bringe en fremgangsmåde til modificering af proteinstrukturen af foderproduktioner, hvis næringsmiddelsammensætning nøje ligner det naturlige valg af foderprodukter til kødædende fisk og dyr. I overensstemmelse med opfindelsen opnås gunstig binding i foderprodukter - uden kulhydrater - hvilket resulterer i 30 formbestandighed i piller og lignende former for foderstof og på en sådan måde, at den maksimale partikelstørrelse/pillediameter kan forøges i tilfælde af agglo- s 4 DK 176458 B1 mereret foder under samtidig opretholdelse af foderets form. Opfindelsen tilsigter også at forøge energitætheden i alle fodertyper, navnlig fiskefoderprodukter.

Det nævnte formål opnås ved at gå frem som beskrevet i patentkrav nr. 1. Foder-5 piller fremstillet af et sådant foderstof, hvis proteinstruktur er blevet modificeret ved fremgangsmåden, falder også inden for rammerne af patentkravene, som de er blevet formuleret.

Opfindelsen består således i hovedsagen i et foderstof eller alternativt i en eller 10 flere af de bestanddele, hvoraf det består, til dannelse af piller, alternativt i be lægning af overfladen på de dannede piller for at tilsætte et enzym (fortrinsvis transglutaminase), som katalyserer dannelsen af kovalente bindinger mellem aminosyrerne, som danner protein kæd erne i proteinråmaterialer, der indeholder proteiner i naturlig eller denatureret form. Råmaterialerne til proteinet i foder-15 blandingen indbefatter de naturlige aminosyrer glutamin og lysin i proteinkæ- deme. Det tilsatte enzym vil virke som en katalysator og katalyserer dannelsen af kovalente (ε- (y-Glu)Lys) bindinger mellem aminosyrerne glutamin og lysin i pro-teinråbestanddelene i foderet.

20 Ved tilpasningen af reaktionstemperatur og reaktionstid vil denne enzymatiske reaktion danne en matrix eller grundmasse af proteinråmaterialer, som vil udvise tilstrækkelig styrke til at give foderpillerne en konstant og varig form.

I agglomereret foder vil denne enzymatiske reaktion føre til kovalente tværgå-25 ende bindinger (tværbindinger) mellem proteinerne. Dette vil give agglomeratet forøget styrke ved at indføre den stærkeste type af kemisk binding ud over de andre tre typer kemiske bindinger, der giver foderproduktet dets fasthed og styrke.

30 I pressede eller ekstruderede foderprodukter vil dannelsen af kovalente (ε- (γ-

Glu)Lys) bindinger, der fører til dannelsen af en proteinmatrix, være i stand til s 5 DK 176458 B1 delvis eller helt at erstatte tilsætningen af kulhydrater. Dette gør det muligt at fjerne kulhydrater fra formulationen for foderet eller at reducere andelen af kulhydrater. Dette er en vigtig fordel ud fra en række synspunkter. Kulhydrater spiller i virkeligheden ikke nogen rolle i den naturlige diæt for kødædende fisk og 5 dyr, og den samlede energitæthed i foderpiller kan forøges, fordi både protein og fedt er rigere i energi end kulhydrater. I overensstemmelse med den foreliggende opfindelse vil et dyrefoder i form af piller ikke kræve nogen andre bindemidler, såsom gelatineringsmidler i form af for eksempel gelatine.

-HIM CO- ~HN CO- \/ \/

CH CH

l l

Lysin ^Η2)3 mh ch2 ch2

i I

nh2 nh

Transglutaminase | o = c-nh2 -^ o = c +nh3 i ! ch2 ch2

GiU,ami" CH, CH,

I I

CH CH

/\ / \ 10 -HN CO- -HN CO-

Den ovenstående reaktionsformel, i hvilken enzymet transglutaminase virker som en katalysator, viser skabelsen af ε- (γ-Glutamyl) lysinbinding mellem ami-nosyrerne glutamin og lysin.

15

Transglutaminase er defineret som enzymer, der er klassificeret som protein-glutamin γ-glutamyltransferase (EC 2.3.2.13; International Union of Biochemistry and Molecular Biology, Nomenclature Comittee). Transglutaminase kan fore- c DK 176458 B1 6 komme i en ren form eller som en særskilt forblanding med passende fyldstof og transglutaminase i justeret koncentration. Transglutaminase kan tilsættes til de andre råbestanddele i foderet i form af et pulver, i opløsning eller i suspension.

5 Udtrykket ’'proteinråmaterialer” henviser til råbestanddele, som indeholder pro tein i enten naturlig eller denatureret form. Eksempler indbefatter fiskemel, pressevand, pressevandskoncentrat, blodmel, fjedermel, ben- og hornmel, hvedegluten, majsgluten, soyamel og rapsfrømel. Disse er kun illustrative eksempler og udelukker ikke anvendelsen af andre råbestanddele i foderprodukter som del-10 vis erstatning for eller tilsætninger til en eller flere af de nævnte råbestanddele.

Udtrykket ’’foderpiller” henviser til partikler eller fragmenter, fortrinsvis runde, som er dannet ved hjælp af en speciel proces, således at de er af en størrelse og form, der gør dem egnet som foder, fortrinsvis til kødædende fiskearter, såsom 15 opdrættet laks, torsk, helleflynder, havaborre og havbrasen.

Aktiviteten af enzymet (transglutaminase) aftager ved temperaturer højere end 50°C, og det deaktiveres ved temperaturer ud over 65°C. Dannelsen af en pro-teinmatrix som beskrevet heri kan således finde sted under procesvarmebetin-20 gelser, ved hvilke procestemperaturen varierer mellem 0 og 60°C. Den korteste procestid opnås ved ca. 50°C, da procestiden forlænges ved temperaturer over og under denne temperatur.

Transglutaminase tilsættes til de andre bestanddele i foderet, før disse formes til 25 piller ved en egnet fremgangsmåde, da enzymet kan tilsættes som en opløsning eller som en suspension i en egnet væske, for eksempel vand, eller blandes som en tør bestanddel, før væske tilsættes til blandingen. Ud over transglutaminase kan en vandig opløsning indeholde rent vand, pressevand eller pressevandskoncentrat eller en anden proteinrig væske, for eksempel en ikke begræn-30 sende gelatineopløsning.

7 DK 176458 B1

Transglutaminase kan også tilsættes til overfladen af foruddannede piller ved en egnet fremgangsmåde, idet enzymet kan tilsættes opløst i damp eller som en opløsning, suspension eller mask i en egnet væske, såsom vand.

5 Fedtindholdet i foderet kan i overensstemmelse med et ikke begrænsende fore trukket eksempel bestå af fiskeolie, der kan tilsættes til foderet enten før eller efter, at det formes til piller, eller efter at disse er blevet tørret. Efter at foderet er blevet formet til piller, holdes disse ved en temperatur på mellem 0 og 60°C, så at transglutaminaseenzymet har tid til at katalysere ε- (γ-Glutamyl) lysinbindin-10 gerne, som ønskes.

Reaktionstiden tilpasses til reaktionstemperaturen.

Endelig tørres de formede piller til det ønskede vandindhold/den ønskede grad af 15 tørhed i en egnet dehydreringsenhed, såsom et tørreskab.

Transglutaminaseproduktet anvendt i de følgende eksempler (fra fabrikanten Ajinomoto i Japan) består af 60% natriumcaseinat, 39,5% maltodextrin og 0,5% transglutaminase. En kødkværn med en matricestørrelse på ca. 6,5 mm kan an-20 vendes til at forme foderet til piller. Apparatet kan også omfatte et varmeskab og et tørreskab (arbejdstemperatur ca. 80-90°C). Ved et holdbarhedsforsøg blev der anvendt en rotationshastighed på 500 omdrejninger pr. minut uden anvendelse af metal kugler.

25 Eksempel 1 500 g fiskemel (norsk LT mel) og 500 ml vand blev blandet til dannelsen af en dej, som derefter blev formet til piller ved hjælp af en kødkværn. De dannede piller blev tørret i ca. 35 minutter. 300 g piller blev anvendt til holdbarhedsforsø-30 get.

8 DK 176458 B1 25 g transglutaminaseprodukt indeholdende 125 mg transglutaminase og 15 g natriumcaseinat blev rørt i 500 ml vand ved ca. 40°C. Opløsningen blev tilsat ti! 500 g fiskemel (norsk LT mel), blandet til en dej og formet til piller ved hjælp af en kødkværn. Disse piller blev varmebehandlet i det nævnte varmeskab i ca. 60 5 minutter ved ca. 40°C og derefter tørret i ca. 50 minutter. 300 g piller anvendt til holdbarhedsforsøget.

Resultat

Sammensætning af fi- Protein 72,5% skemel Fedt 8,7%

Aske 11,8%

Vand 8,5%

Vandindhold efter tørring Mel + vand 3,3%

Mel + natriumcaseinat + 3,6% vand + transglutaminase

Holdbarhedsforsøg, tilba- Mel + vand 1,2% geværende piller Mel + natriumcaseinat + 86,3% vand + transglutaminase 10 Eksemplet viser, at blanding af ca. 125 ppm transglutaminase i en blanding af fiskemel, natriumcaseinat og vand frembragte piller med betydeligt større fasthed og styrke end piller dannet af en fodermasse (fiskemel + vand) uden dette enzymadditiv.

15 Enzymet transglutaminase i pulverform kan blandes med en eller flere af de an dre tørre bestanddele i foderet, før vand tilsættes i form af væske, for eksempel rent vand, pressevand, pressevandskoncentrat, anden proteinberiget væske eller vanddamp.

20 Tørring kan finde sted umiddelbart efter formningen til piller, så længe der pas ses på at sikre, at temperaturen ikke stiger over 60°C, således at enzymet gives 9 DK 176458 B1 tilstrækkelig tid til at virke for at skabe en proteinmatrix, før vandaktiviteten bliver så lav, at enzymet ikke længere vil virke som en katalysator.

Transglutaminase fremstillet ved hjælp af temperaturtolerante bakterier vil være i 5 stand til at virke ved temperaturer højere end 60°C.

Produktionsbetingelser kan således være over 60°C, hvis der anvendes termo-stabil transglutaminase.

ΊΟ Eksempel 2 I dette tilfælde blev der anvendt en anden proteinkilde (soja), hvis virkelige proteinniveau er ca. 20% lavere end proteinniveauet for fiskemel. Foderstoffet blev fremstillet i hovedsagen som angivet i eksempel 1.

15 500 g soyamel (Hamlet) og 700 ml vand blev blandet til dannelse af en dej, som blev formet til piller og tørret i ca. 40 minutter. Som i eksempel 1 blev der udført et holdbarhedsforsøg. Efter at forsøget var blevet afsluttet, blev de resterende hele piller underkastet et nyt holdbarhedsforsøg og denne gang med fire metal-20 kugler og ved 150 omdrejninger.

25 g transglutaminaseprodukt indeholdende 125 mg transglutaminase og 15 g natriumcaseinat blev rørt i 700 ml vand ved ca. 40°C. Opløsningen blev tilsat til 500 g soyamel, blandet og formet som angivet i eksempel 1, varmebehandlet 25 ved 40°C i 60 minutter og tørret i ca. 60 minutter.

30 10 DK 176458 B1

Resultat

Sammensætning af Protein 56,5% soyamel Fedt 1,0%

Aske 7,1%

Vand 7,9%

Vandindhold efter tørring Mel + vand 10,0%

Mel + natrium 7,2%

Caseinat + vand + transglutaminase

Holdbarhedsforsøg uden Mel + vand 85,6% kugler, resterende piller Mel + natriumcaseinat + 95,8% vand + transglutaminase

Holdbarhedsforsøg uden Mel + vand 35,5% kugler, resterende piller Mel + natriumcaseinat + 72,0% vand + transglutaminase

Opfindelsen omfatter også andre enzymer, som katalyserer dannelsen af kovalente bindinger mellem aminosyrer, der danner en del af proteinkæderne i rå-5 materialerne i foderets protein.

Et sådant enzym kan for eksempel katalysere en ækvivalent reaktion mellem asparagin og lysin (ε- (β-aspartyl) lysinbinding) (transasparaginase).

10 Andre eksempler er enzymet proteindisulphidisomerase (EC 5.3.4.1), som katalyserer omlejringen af cystin og enzymet lipoxygenase.

* „ DK 176458 B1 11

PATENTKRAV

1. Fremgangsmåde til fremstilling af tørfoder i form af kugler eller piller til kødædende dyr, hvor kuglerne eller pillerne har formbestandighed, og fremgangs-5 måden omfatter: (A) (I) ved blanding af ingredienser at danne en blandet fodemnasse 10 omfattende proteinholdigt råmateriale, som indeholder protein i nativ eller denatureret form og et enzym, der kan katalysere dannelse af kovalente bindinger mellem aminosyrerester, der udgør en del af proteinkædeme i det proteinholdige råmateriale, idet enzymet iblandes den forblandede andel af fodermasseingredienser før blanding 15 eller alternativt en eller flere af ingredienserne før blanding, og at danne foderkugler eller foderpiller fra fodermassen, idet der opretholdes en sådan temperatur i et sådant tidsrum, at de kovalente bindinger dannes, eller 20 (II) at danne foderkugler eller foderpiller fra en fodermasse omfat tende det proteinholdige materiale, idet enzymet sættes til overfladen af de dannede foderkugler eller foderpiller, og de dannede foderkugler eller foderpiller inkuberes ved en sådan temperatur og i et sådant tidsrum, at de kovalente bindinger dannes; og 25 (B) at tørre de dannede foderkugler eller foderpiller fra (A) ved en kendt metode til fremstilling af tørfoderkugler eller tørfoderpiller, som har en kovalent koblet proteinmatrix og derved har formbestandighed.

30 2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, hvor (i) enzymet er transglutaminase, og 12 DK 176458 B1 aminosyreresterne er glutamin- og lysinrester, eller (ii) enzymet er trans-asparaginase, og aminosyreresterne er asparagin- og lysinrester, eller (iii) enzymet er proteindisulfidisomerease eller lipoxygenase, og aminosyreresterne er cystinrester.

5 3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller krav 2, hvor enzymet er transglutaminase tilvejebragt som en opløsning eller suspension i vand.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, hvor den vandige opløsning af trans- 10 glutaminase er en opløsning, der også indeholder en proteinrig væske.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller krav 2, hvor enzymet er transglutaminase, og transglutaminasen påføres overfladen af foderkuglerne eller foderpillerne som en opløsning eller suspension i vand efter trinet til dannelse af 15 kuglerne eller pillerne.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, hvor den vandige transglutaminaseopløsning er en opløsning i vand i form af partikler, som kollektivt danner vanddamp.

20 7. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af krav 3 til 6, hvor den enzym katalyserede dannelse af kovalente bindinger bevirkes ved en temperatur på fra 0 °C til 60 °C.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 1, hvor enzymet er transglutaminase og iblan- 25 des fodermassen i en mængde på mindst 10 ppm transglutaminase baseret på fodermassens (tørre) vægt, idet kuglerne eller pillerne efter trinet til dannelse af dem inkuberes ved en temperatur i området på 10 °C til 50 °C og derpå tørres, idet de katalytiske egenskaber af enzymet ophører, når kuglerne eller pillerne er helt tørre.

30 9. Fremgangsmåde ifølge krav 1, hvor enzymet er transglutaminase og sættes 13 DK 176458 B1 til en vandig blandingsvæske for fodermassen, idet transglutaminasen sættes til blandingsvæsken i en mængde på mindst 20 ppm transglutaminase baseret på vægten af blandingsvæsken, idet transglutaminasen røres ind i blandingsvæsken til frembringelse af en vandig opløsning eller suspension, og opløs-5 ningen eller suspension blandes med en tørfodermasse med tilnærmelsesvis samme vægt som blandingsvæsken.

10. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor det pro-teinholdige råmateriale er fiskemel, limvand, limvandkoncentrat, blodmel, fjer-10 mel, benmel, hvedegluten, majsgluten, sojamel, rapsmel, casein, natrium- caseinat, gelatine eller collagen.