JP2018532424A - 微小作物から高濃度タンパク質生成物を処理するための方法およびシステム、ならびにその組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2015年9月10日に出願された米国仮出願第62/216,975号に対する優先権を主張し、その内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
いくつかの実施形態において、微小作物は、単一の水生種(例えば、Lemna種、Salvinia種)を含んでいてもよい。微小作物は、Lemna(例えば、ウキクサ)、Spirodela、Landoltia、Wolfiella、Salvinia(例えば、ウキシダ)、Wolffia(例えば、ミジンコウキクサ)、Azolla(例えば、アカウキクサ科のシダ)、Pistia(例えば、ボタンウキクサ)、またはこれらの組み合わせを含んでいてもよい。いくつかの実施形態によれば、微小作物は、Lemnaの一種、例えば、Lemna minor、Lemna obscura、Lemna minuta、Lemna gibba、Lemna valdivianaまたはLemna aequinoctialisであってもよい。微小作物は、いくつかの実施形態によれば、2種類以上の水生種の組み合わせを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、微小作物は、局所的な環境条件の中で発生した、特定された組成および成長の特徴に基づき、局所的な水生種から選択されてもよい。局所的な種は、局所的な環境条件への適応に基づいて、開放した池またはバイオリアクターの中で、他の種を打ち負かす可能性がある。いくつかの実施形態において、微小作物は、温度および光の利用可能性の季節変動に応じて調整されてもよい。
いくつかの実施形態において、作物を大きくする条件下、微小作物と第1の媒体(例えば、水性栄養組成物、成長媒体)とを接触させることによって、微小作物を無性的に繁殖させ(例えば、栽培し)てもよい。いくつかの実施形態によれば、微小作物をバイオリアクターシステムで栽培してもよい。バイオリアクターシステムは、いくつかの実施形態によれば、水および/または栄養組成物を含む第1の媒体(例えば、成長媒体)を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、栄養組成物は、窒素、リン、カリウムおよびカルシウムのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、第1の媒体は、溶解した気体状酸素および/または溶解した気体状二酸化炭素を含んでいてもよい。いくつかの実施形態によれば、第1の媒体は、カルシウムの量が多い組成(例えば、カルシウムの量が多い成長媒体)を有するような構成であってもよい。例えば、カルシウムを多く含む第1の媒体は、カルシウム濃度が約120パーツパーミリオン(ppm)以上、または約115ppm以上、または約110ppm以上、または約105ppm以上、または約100ppm以上、または約95ppm以上、または約90ppm以上、または約85ppm以上、または約80ppm以上、または約75ppm以上、または約70ppm以上、または約65ppm以上、または約60ppm以上、または約55ppm以上、または約50ppm以上、または約45ppm以上、または約40ppm以上、または約35ppm以上、または約30ppm以上、または約25ppm以上、または約20ppm以上であってもよく、ここで、「約」は、±10%を構成していてもよい。いくつかの実施形態において、カルシウムを多く含む第1の媒体は、カルシウム濃度が約20ppm〜約120ppm、約25ppm〜約120ppm、または約30ppm〜約120ppm、または約40ppm〜約120ppm、または約50ppm〜約120ppm、または約60ppm〜約120ppm、または約70ppm〜約120ppm、または約80ppm〜約120ppm、または約20ppm〜約100ppm、または約30ppm〜約100ppm、または約40ppm〜約100ppm、または約50ppm〜約100ppm、または約60ppm〜約100ppm、または約70ppm〜約100ppm、または約80ppm〜約100ppmであってもよい。いくつかの実施形態によれば、カルシウムを多く含む第1の媒体は、カルシウム濃度が少なくとも約20ppm(例えば、±10%)であってもよい。いくつかの実施形態において、カルシウムを多く含む第1の媒体は、少なくとも100ppmのカルシウムを含む。バイオリアクターシステムは、特定の時間インジケータで、またはセンサの読みに応答して、第1の媒体にさらなる栄養素(例えば、窒素、リン、カリウム、カルシウム)または気体(例えば、酸素、二酸化炭素)を挿入するような構成であってもよい。いくつかの実施形態において、カルシウムは、カルシウム、炭酸カルシウム、シュウ酸カルシウム、酸化カルシウム、クエン酸カルシウム、炭化カルシウム、リン酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウム、またはこれらの組み合わせを含んでいてもよい。
微小作物は、バイオマスを作成するために、任意の所望の時間に、全体的または部分的に収穫されてもよい。例えば、1つ以上の特定の時間に、規則的な間隔または不規則な間隔で、および/または連続的に、微小作物を収穫してもよい。収穫時間および/または間隔の選択は、環境条件(例えば、降水量、相対湿度、温度範囲、平均、低または高閾値および/または光の強度、波長範囲、さらされる時間)および/または1つ以上の所望な特徴(例えば、マットの厚さ、マットの分布、成熟)を示す微小作物に基づいていてもよい。微小作物の収穫は、手作業であってもよく、自動化されていてもよい。自動化されたスキマーシステムは、いくつかの実施形態において、バイオリアクターシステムから微小作物を集め、収穫した微小作物を(例えば、圧送システムによって)傾斜のついた振動ふるいに移動し、成長媒体および残屑からバイオマスを分離してもよい。いくつかの実施形態において、バイオリアクターシステムから静止ふるいフィルターまたは移動ふるいフィルターを介して微小作物を減圧スキミングすることによって、微小作物を収穫してもよい。いくつかの実施形態によれば、収穫した微小作物(例えばLemna)および成長媒体(例えば水)を含むバイオマススラリーを、傾斜振動ふるいに運んでもよく、ここでバイオマス(例えば、微小作物)は、成長媒体から分離されてもよい。
収穫後、バイオマスを浸漬し、および/または緩衝化してもよい。収穫したバイオマスを浸漬し、および/または緩衝化することは、タンパク質生成物のシュウ酸含量の低下に寄与し得る。いくつかの実施形態において、収穫したバイオマスを浸漬し、および/または緩衝化することは、タンパク質生成物のシュウ酸および/またはシュウ酸塩の含量の低下に寄与し得る。
いくつかの実施形態において、微小作物またはバイオマス(例えば、第1の部分、第2の部分)を処理することは、過剰な成長媒体、溶媒溶液、残屑、汚染物質、微生物および/または毒素を除去するための洗浄手順(例えば、図1Bの106、図2Bの206)を含んでいてもよい。バイオマスを洗浄することにより、タンパク質生成物の純度および/または収量を増加させてもよい。洗浄手順によって、バイオマスを殺菌および/または駆除し、バイオマスの表面またはその周囲にある細菌、真菌、ウイルス、昆虫、およびそれらの任意の組み合わせを減らすか、または除去してもよい。いくつかの実施形態において、洗浄手順は、バイオマスの少なくとも1つの表面を洗浄液(例えば、水、成長媒体、抗菌溶液)にさらす(例えば、沈める、噴霧する)ことによって実施されてもよい。いくつかの実施形態において、洗浄液をバイオマス(例えば、第1の部分、第2の部分)と組み合わせてスラリーを作成してもよい。
いくつかの実施形態において、微小作物またはバイオマス(例えば、第1の部分、第2の部分)を処理することは、微小作物材料をブランチングし(例えば、図1Aの110、図2Aの210)、濡れたタンパク質濃縮物を作成すること(例えば、図1Aの111、図2Aの211)を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、ブランチングは、例えば、(1)収穫(例えば、図1Aの104、図2Aの204)した後、または(2)収穫し、洗浄(例えば、図1Cの104/106、図2Cの204/206)した後に、バイオマス上で行われてもよい。いくつかの実施形態によれば、洗浄手順の代わりに、または洗浄手順に加えて、ブランチング手順を使用してもよい。ブランチングは、いくつかの実施形態によれば、高濃度タンパク質生成物(例えば、濡れたもの、フレーク/顆粒、粉状物、粉砕した乾燥タンパク質濃縮物)の灰分、シュウ酸含量、および/またはフェノール(例えば、タンニン)含量を下げるだろう。
いくつかの実施形態によれば、濡れたタンパク質濃縮物を冷却してもよい(例えば、図1Bの112)。冷却手順は、濡れたタンパク質濃縮物の少なくとも1つの表面を冷却溶液(例えば、水)にさらす(例えば、沈める、噴霧する)ことによって、または濡れたタンパク質濃縮物の少なくとも1つの表面を、低温の空気または対流冷却条件(例えば、風、空気の動き)にさらすことによって行われてもよい。
いくつかの実施形態において、プロセスを使用し、濡れたタンパク質濃縮物の含水量を減らしてもよい。いくつかの実施形態によれば、濡れたタンパク質濃縮物を冷却する(例えば、図1Bの112)ことなく、濡れたタンパク質濃縮物の含水量を減らしてもよい。濡れたタンパク質濃縮物の含水量を減らすことは、例えば、最終タンパク質生成物(例えば、タンパク質濃縮物のフレーク/顆粒)を乾燥させるのに必要なエネルギーが減ることによって、資本コストおよび操作費を低減することができる。
いくつかの実施形態によれば、微小作物、またはバイオマス(例えば、第1の部分、第2の部分)または濡れたタンパク質濃縮物を処理することは、溶媒洗浄されたタンパク質生成物を作成するために、溶媒洗浄手順を含んでいてもよい(例えば、図2Aの232)。
いくつかの実施形態によれば、濡れたタンパク質濃縮物または溶媒洗浄されたタンパク質生成物を乾燥させ、タンパク質濃縮物のフレークまたはタンパク質濃縮物の顆粒(例えば、第1の部分、第2の部分)を作成してもよい。乾燥手順は、いくつかの実施形態において、濡れたタンパク質濃縮物または溶媒洗浄されたタンパク質生成物の水分含量を、所望のレベル(例えば、より低い水分含量、所望の含水量)まで下げることができる。タンパク質濃縮物のフレーク/顆粒の含水量は、いくつかの実施形態において、例えば、タンパク質濃縮物のフレーク/顆粒の約90重量%未満、または約80重量%未満、または約70重量%未満、または約60重量%未満、または約50重量%未満、または約40重量%未満、または約30重量%未満、または約20重量%未満、または約10重量%未満、または約5重量%未満、または約1重量%未満であってもよい。乾燥手順は、例えば、スプレードライヤー、ドラムドライヤー、ダブルドラムドライヤー、フラッシュドライヤー、流動床ドライヤー、対流ドライヤー、エバポレーター、またはこれらの任意の組み合わせを含む機構を用いて行われてもよい。
いくつかの実施形態によれば、タンパク質濃縮物のフレーク/顆粒を粉砕し(例えば、図1Aの118、図2Aの218)、タンパク質濃縮物の粉状物120を作成してもよい。粉砕手順は、ハンマーミル、ピンミル、振動ミル、流体エネルギーミル、ジェットミル、またはそれらの任意の組み合わせを含んでいてもよい。
いくつかの実施形態は、収穫した微小作物(例えば、水生植物種、Lemna、藻種)のバイオマスから高濃度タンパク質生成物(例えば、濡れたタンパク質濃縮物、溶媒洗浄されたタンパク質濃縮物、タンパク質濃縮物のフレーク/顆粒、タンパク質濃縮物の粉状物、粉砕した乾燥タンパク質濃縮物)を製造するためのプロセスに関する。所望のタンパク質の収量(例えば、最大収量、選択された収量)を達成するためのプロセスを構成し、または実施することができる。いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、タンパク質濃度が、乾燥質量基準(DMB)で、少なくとも約35%、または少なくとも約40%、または少なくとも約45%、または少なくとも約50%、または少なくとも約60%、または少なくとも約65重量%、または少なくとも約70重量%、または少なくとも約75重量%、または少なくとも約80重量%であってもよい。高濃度タンパク質生成物の残りの部分には、炭水化物、繊維、脂肪、ミネラル、またはそれらの任意の組み合わせが含まれていてもよい。高濃度タンパク質生成物のタンパク質濃縮物は、動物飼料および/またはヒトの摂取に適していてもよい。例えば、高濃度タンパク質生成物は、多数のヒト食品中で個々に、または成分および添加物として現在使用されているタンパク質濃縮物(例えば、大豆、エンドウ豆)の有効な代替物として役立つだろう。いくつかの実施形態によれば、高濃度タンパク質生成物のタンパク質組成物の少なくとも一部は、変性タンパク質または部分変性タンパク質を含んでいてもよい。
いくつかの実施形態によれば、高濃度タンパク質生成物は、参照標準(例えば、カゼイン)と比較して、PDCASSが少なくとも0.88、または少なくとも0.89、または少なくとも0.90、または少なくとも0.91、または少なくとも0.92、または少なくとも0.93、または少なくとも0.94、または少なくとも0.95であってもよい。いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、PDCASSが0.88〜0.94、または0.90〜0.94、または0.92〜0.94であってもよい。PDCASSは、例えば、動物(例えば、ラット)モデルによって、またはin vitro酵素消化モデルによって評価されてもよい。PDCASS値を計算することは、制限するアミノ酸に依存していてもよい。いくつかの実施形態によれば、高濃度タンパク質生成物のPDCASS値は、ヒスチジン組成物によって制限される場合がある。
いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、1つ以上の必須アミノ酸を含んでいてもよい。例えば、高濃度タンパク質生成物は、ロイシン、イソロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、トリプトファン、バリン、ヒスチジン、アルギニン、アスパラギン酸、セリン、グルタミン酸、プロリン、グリシン、アラニン、チロシンおよびシステインから選択される1つ以上のアミノ酸を含んでいてもよい。必須アミノ酸の濃度は、いくつかの実施形態において、少なくとも約1g/タンパク質濃縮物(100g)、または少なくとも約1.5g/タンパク質濃縮物(100g)、または少なくとも約2g/タンパク質濃縮物(100g)、または少なくとも約2.5g/タンパク質濃縮物(100g)、または少なくとも約3g/タンパク質濃縮物(100g)、または少なくとも約4g/乾燥物(100g)、少なくとも約2.5g/タンパク質濃縮物(100g)、または少なくとも約3g/タンパク質濃縮物(100g)、または少なくとも約4g/タンパク質濃縮物(100g)、または少なくとも約5g/タンパク質濃縮物(100g)、または少なくとも約6g/タンパク質濃縮物(100g)、または少なくとも約7g/タンパク質濃縮物(100g)、または少なくとも約8g/タンパク質濃縮物(100g)、または少なくとも約9g/タンパク質濃縮物(100g)、または少なくとも約10g/g/タンパク質濃縮物(100g)であってもよい。
いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、脂肪含量が、タンパク質生成物のDMBによって、約20%未満、または約15%未満、または約10%未満、または約8%未満、または約5%未満、または約4%未満、または約3%未満、または約2%未満、または約1%未満、または0.5%未満、または0.4%未満、または0.3%未満、または0.2%未満、または0.1%未満であってもよい。いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、脂肪含量が、タンパク質生成物のDMBによって、約1%〜約10%、または約10%〜約20%、または約0.1%〜約10%、または約0.1%〜約5%、または約0.1%〜約2%、または約0.1%〜約1%、または約0.1%〜約0.5%であってもよい。タンパク質濃縮物は、所望の脂肪含量(例えば、より高い濃度またはより低い濃度、所望の脂肪組成)を満たすようにさらに処理されてもよい。
いくつかの実施形態によれば、高濃度タンパク質生成物は、減少したクロロフィル含量を有していてもよい。いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、無色にみえてもよく、または緑色の発色が低減していてもよい。高濃度タンパク質生成物は、クロロフィル含有量が6,000mg/100g未満、または5,500mg/100g未満、または5,000mg/100g未満、または4,500mg/100g未満、または4,000mg/100g未満、または3,500mg/100g未満、または3,000mg/100g未満であってもよい。
いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、少なくとも1つのアピオガラクツロナンおよび/またはオリゴガラクツロニドを含んでいてもよい。いくつかの実施形態によれば、高濃度タンパク質生成物の多糖生成物は、少なくとも1つのアピオガラクツロナンの濃度が、少なくとも1%DMB、または少なくとも3%DMB、または少なくとも5%DMB、または少なくとも7%DMB、または少なくとも10%DMB、または少なくとも12%DMB、または少なくとも15%DMB、または少なくとも20%DMB、または少なくとも25%DMB、または少なくとも30%DMBであってもよい。いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、少なくとも1つのアピオガラクツロナンの濃度が、少なくとも10%DMBであってもよい。いくつかの実施形態において、多糖生成物は、少なくとも1つのアピオガラクツロナンの濃度が、少なくとも15%DMBであってもよい。この段落に引用される濃度は、単一のアピオガラクツロナンまたは2種類以上(から全てまで)の存在するアピオガラクツロナンを合わせた(合計)濃度を指していてもよい。
いくつかの実施形態によれば、高濃度タンパク質生成物は、減少したシュウ酸(H2C2O4またはHOOCCOOH)含量を有していてもよい。いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、DMBによって、シュウ酸含量が約1.5%未満、約1.4%未満、または約1.3%未満、または約1.2%未満、または約1.1%未満、または約1.0%未満、または約0.9%未満、または約0.8%未満、または約0.75%未満、または約0.7%未満、または約0.65%未満、または約0.6%未満、約0.55%未満、約0.5%未満、または約0.45%未満、または約0.4%未満、または約0.35%未満、または約0.3%未満、または約0.25%未満、または約0.2%未満、または約0.15%未満、または約0.1%未満、または約0.05%未満、または約0.04%未満、または約0.03%未満、または0.02%未満であってもよい。いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、DMBによって、シュウ酸含量が約0.02%〜約0.6%、約0.02%〜約0.5%、または約0.02%〜約0.4%、または約0.02%〜約0.3%、または約0.02%〜約0.2%、または約0.02%〜約0.15%、または約0.02%〜約0.1%であってもよい。いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、シュウ酸含量が0.1%以下であってもよい。いくつかの実施形態によれば、高濃度タンパク質生成物は、0.05%以下のDMBのシュウ酸含量を有していてもよい。
いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、少なくとも1つのポリフェノール(例えば、タンニン)の量が減少されていてもよい。いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物(例えば、濡れたタンパク質濃縮物、溶媒洗浄されたタンパク質濃縮物、タンパク質濃縮物のフレーク/顆粒、タンパク質濃縮物の粉状物)は、ポリフェノール(例えば、全可溶性ポリフェノール)を、約1.5mg/100g未満、または約1.55mg/100g未満、または約1.6mg/100g未満、または約1.65mg/100g未満、または約1.7mg/100g未満、または約1.75mg/100g未満、または約1.8mg/100g未満、または約1.85mg/100g未満、または約1.9mg/100g未満、または約2.0mg/100g未満、または約2.2mg/100g未満、または約2.4mg/100g未満、または約2.6mg/100g未満、または約2.8mg/100g未満、または約3.0mg/100g未満、または約3.2mg/100g未満の濃度(mg/高濃度タンパク質生成物(100g))で含んでいてもよい。
いくつかの実施形態によれば、高濃度タンパク質生成物は、無機鉱物元素を含む残基からなる灰分を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、灰分は、有機物質を除去するために高温(例えば、500℃以上)でタンパク質生成物を燃焼させることによって決定されてもよい。高濃度タンパク質生成物は、いくつかの実施形態において、タンパク質生成物のDMBによって、灰分が約50%未満、または約40%未満、または約30%未満、または約25%未満、または約20%未満、または約15%未満、または約10%未満、または約5%未満、または約4%未満、または約3%未満、または約2%未満、または約1%未満であってもよい。高濃度タンパク質濃縮物は、いくつかの実施形態によれば、所望の灰分(例えば、より高い濃度またはより低い濃度、所望の灰分組成)を満たすようにさらに処理することができる。
いくつかの実施形態によれば、高濃度タンパク質生成物は、タンパク質生成物のDMBによって、炭水化物含量(例えば、ペクチン)が約50%未満、または約40%未満、または約30%未満、または約25%未満、または約20%未満、または約15%未満、または約10%未満、または約5%未満、または約4%未満、または約3%未満、または約2%未満、または約1%未満であってもよい。いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、炭水化物含量が、タンパク質生成物のDMBによって、約1%〜約10%、または約10%〜約20%、または約20%〜約30%、または約30%〜約40重量%、または約40重量%〜約50重量%であってもよい。いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、炭水化物含量が、タンパク質生成物のDMBによって、約1%〜約50%、または約2%〜約40%、または約5%〜約30%、または約8%〜約20%、または約10%〜約15%であってもよい。高濃度タンパク質生成物は、所望の炭水化物含量(例えば、より高い濃度またはより低い濃度、所望の炭水化物組成)を満たすようにさらに処理されてもよい。
いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、食物繊維含量が、少なくとも約20%DMB、または少なくとも約25%、または少なくとも約30%、または少なくとも約35%、または少なくとも約40%、または少なくとも約45%、または少なくとも約50%であってもよく、「約」は、±3%を表していてもよい。いくつかの実施形態によれば、高濃度タンパク質生成物は、食物繊維含量が約20%〜約45%、または約30%〜約45%、または約35%〜約45%であってもよく、「約」は、±3%を表していてもよい。高濃度タンパク質生成物は、所望の食物繊維含量(例えば、より高い濃度またはより低い濃度、所望の食物繊維組成)を満たすようにさらに処理されてもよい。
いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、水結合能が高濃度タンパク質生成物1g当たり約4mlの水(ml/g)、または約4.5ml/g、または約5.0ml/g、または約6.0ml/g、または約7.0ml/g、または約7.5ml/g、または約8.0ml/g、または約8.5ml/g、または約9.0ml/g、または約9.5ml/g、または約10.0ml/gであってもよい。いくつかの実施形態によれば、高濃度タンパク質生成物は、水結合能が少なくとも4ml/g、または少なくとも5ml/g、または少なくとも6ml/g、または少なくとも7ml/g、または少なくとも7.5ml/g、または少なくとも8ml/g、または少なくとも8.5ml/g、または少なくとも9ml/g、または少なくとも9.5ml/gであってもよい。
いくつかの実施形態において、高濃度タンパク質生成物は、高濃度タンパク質生成物1g当たり約2ミリリットルの油(例えばコーン油)の油結合能(例えばトウモロコシ油)(ml/g)を有していてもよく、または油結合能が約2.5ml/g、または約3.0ml/g、または約3.5ml/g、または約4.0ml/g、または約4.5ml/g、または約5.0ml/g、または約5.5ml/gであってもよい。いくつかの実施形態によれば、高濃度タンパク質生成物は、水結合能が少なくとも2ml/g、または少なくとも2.5ml/g、または少なくとも3.0ml/g、または少なくとも3.5ml/g、または少なくとも4.0ml/g、または少なくとも4.5ml/g、または少なくとも5.0ml/g、または少なくとも5.5ml/gであってもよい。例えば、本明細書に記載の方法によって製造された高濃度タンパク質生成物は、以下の表3に要約される内容物を含んでいてもよい。
図1A、図1B、図1Cおよび図1Dは、本開示の具体的な実施形態の例にしたがって高濃度タンパク質生成物を生成するために微小作物(例えば、水生植物種、Lemna、藻類)を成長させ、収穫し、処理するための方法100を示す模式図である。微小作物(例えば、Lemna)は、バイオリアクターシステム中で栽培され(102)、収穫され(104)、バイオマスを作成してもよい。図1A〜図1Dに示すように、いくつかの実施形態において、バイオマスを処理し、濡れたタンパク質濃縮物111、タンパク質濃縮物のフレーク/顆粒118、タンパク質濃縮物の粉状物122、またはこれらの任意の組み合わせを含む高濃度タンパク質生成物を作成してもよい。高濃度タンパク質生成物は、動物飼料および/またはヒトの摂取に適した生成物を含んでいてもよい。プロセス100は、例えば、その場所の特定の環境特徴に基づき、屋内、屋外、およびそれらの任意の組み合わせで実行されてもよい。
図2A、図2B、図2Cおよび図2Dは、本開示の具体的な実施形態の例にしたがって高濃度タンパク質生成物を生成するために微小作物(例えば、水生植物種、Lemna、藻類)を成長させ、収穫し、処理するための方法200を示す模式図である。微小作物(例えば、Lemna)は、バイオリアクターシステム中で栽培され(202)、収穫され(204)、バイオマス(205)を作成してもよい。図2A〜図2Dに示すように、いくつかの実施形態において、バイオマスを処理し、濡れたタンパク質濃縮物211、タンパク質濃縮物のフレーク/顆粒216、タンパク質濃縮物の粉状物220、またはこれらの任意の組み合わせを含む高濃度タンパク質生成物と、クロロフィルおよび/または脂肪副生成物228を作成してもよい。高濃度タンパク質生成物は、動物飼料および/またはヒトの摂取に適した生成物を含んでいてもよい。プロセス200は、例えば、その場所の特定の環境特徴に基づき、屋内、屋外、およびそれらの任意の組み合わせで実行されてもよい。
本開示の実施形態はまた、微小作物(例えば、Lemna、Wolffia)由来の少なくとも1つの高濃度タンパク質生成物(例えば、タンパク質濃縮物のフレーク/顆粒、タンパク質濃縮物の粉状物)を含む製品組成物も提供する。例えば、製品組成物は、タンパク質のシェイク、スムージー、栄養バー、動物飼料製品、または他の食品を含んでいてもよい。
本開示の実施形態はまた、高濃度タンパク質生成物を生成するための微小作物(例えば、水生種、Lemna)を処理するシステムも提供する。このようなシステムには、例えば、微小作物を増殖させるための栽培ユニット(例えば、102)と;微小作物を収穫してバイオマスを得るための収穫ユニット(例えば、104)と;洗浄ユニット(例えば、106)と;バイオマスをブランチングし、濡れたタンパク質濃縮物を作成するためのブランチングユニット(例えば、110)と;濡れたタンパク質濃縮物をブランチング溶液から分離するための第1の分離ユニットと;濡れたタンパク質濃縮物を冷却溶液から分離するための第2の分離ユニットと;濡れたタンパク質濃縮物の含水量を下げるための脱水ユニットと;濡れたタンパク質濃縮物および/または粉砕した濡れたタンパク質濃縮物を乾燥させ、タンパク質濃縮物のフレーク/顆粒を作成するための乾燥ユニット(例えば、114/214)と;濡れたタンパク質濃縮物またはタンパク質濃縮物のフレーク/顆粒を粉砕し、タンパク質濃縮物の粉状物を作成するための粉砕ユニット(例えば、118)とを備えていてもよい。表8に要約されているのは、上述のユニットに含めることができる装置である。
高タンパク質組成物を、溶媒抽出を行い、また溶媒抽出を行わずに調製した。簡潔には、水および栄養素を含む成長媒体中でレムナ(Lemna)を栽培することにより、濡れたタンパク質濃縮物を調製した。微小作物を収穫し、バイオマスを塩素化した井戸水の洗浄液で洗浄した。洗浄液を、バイオマスの排水および圧縮によって除去した。バイオマスにブランチング処理を行い、ここで、洗浄したバイオマスそれぞれ1kgを3.5Lの65℃の蒸留水のブランチング溶液と合わせ、10分間絶えず撹拌し、それによって、濡れたタンパク質濃縮物を作成した。濡れたタンパク質濃縮物をブランチング溶液から排出し、冷水に沈め、濃縮物が室温に達するまで、濡れたタンパク質濃縮物に冷水を連続的に注いだ。冷却した濡れたタンパク質濃縮物の第1のサンプルに過剰の水を流し、凍結させ、溶媒抽出を行わずに第1の高タンパク質組成物とした。冷却した濡れたタンパク質濃縮物の第2のサンプルに、1kgのサンプルを1Lのエタノール(溶媒溶液)と合わせ、100℃の水浴中で30〜40分間インキュベートする溶媒抽出手順を行った。溶媒溶液を濡れたタンパク質濃縮物から排出し、溶媒抽出プロトコールは、添加を4回繰り返した。溶媒抽出洗浄の間に、抽出されたクロロフィルを、濡れたタンパク質濃縮物から、ふるい分けによって除去した。最後の抽出の後、濡れたタンパク質濃縮物を水ですすぎ、排水し、凍結させた。このサンプルを、溶媒抽出を伴う第2の高タンパク質組成物とした。
様々なブランチング条件の影響について、タンパク質濃度(DMB)を評価した。簡潔には、水および栄養素を含む成長媒体中でレムナ(Lemna)を栽培することにより、濡れたタンパク質濃縮物を調製した。微小作物を収穫し、バイオマスを塩素化した井戸水の洗浄液で洗浄した。洗浄液を、バイオマスの排水および圧縮によって除去した。バイオマスに種々のブランチング処理を行い、ここで、洗浄したバイオマスそれぞれ1kgを3.5Lの蒸留水のブランチング溶液と合わせ、所定時間絶えず撹拌し、それによって、濡れたタンパク質濃縮物を作成した。試験パラメータは、(1)60〜65℃で5分間、(2)60〜65℃で10分間、(3)60〜65℃で15分間、(4)70〜75℃で5分間、(5)70〜75℃で5分間、(6)70〜75℃で10分間、(7)70〜75℃で15分間、(8)80〜85℃で5分間、(9)80〜85℃で10分間、(10)80〜85℃で15分間を含んでいた。濡れたタンパク質濃縮物をブランチング溶液から排出し、冷水に沈め、濃縮物が室温に達するまで、濡れたタンパク質濃縮物に冷水を連続的に注いだ。冷却した濡れたタンパク質濃縮物の第1のサンプルに過剰の水を流し、凍結させ、溶媒抽出を行わずに第1の高タンパク質組成物とした。結果を表11に示す。
簡潔には、水および栄養素を含む成長媒体中でレムナ(Lemna)を栽培することにより、濡れたタンパク質濃縮物を調製した。微小作物を収穫し、保持ホッパーに入れた。濡れた質量基準(WMB)で約100〜150kgのサンプルをホッパーから取り出し、500Lの井戸水のブランチング溶液を含むタンク中、開始温度85〜88℃で浸漬した。ブランチング溶液中、浮いてくるLemnaサンプルを繰り返し沈めるような様式で、サンプルをタンク内で撹拌した。2分間にわたって、タンク内のブランチング溶液の温度は、76℃〜78℃に低下した。サンプルを浸漬してから2分後、ブランチング溶液からサンプルを取り出し、1500Lの室温(約23℃)の水を含む冷却タンクに浸した。3〜4分後、冷却タンク内の水の温度は37℃〜38℃に上昇した。冷却タンクからLemnaサンプルを取り出し、排液した後、スクリュープレスによって冷却溶液から分離した。脱水したLemnaサンプルを流動床乾燥機で乾燥させ、高濃度のタンパク質フレークを作成した。高濃度タンパク質フレークサンプルの一部をピンミルで粉砕し、平均粒径が約120μmのタンパク質濃縮物の粉状物を生成した。
簡潔には、水および栄養素を含む成長媒体中でレムナ(Lemna)を栽培することにより、濡れたタンパク質濃縮物を調製した。微小作物を収穫し、保持ホッパーに入れた。濡れた質量基準(WMB)で約100〜150kgのサンプルをホッパーから取り出し、500Lの井戸水のブランチング溶液を含むタンク中、開始温度85〜88℃で浸漬した。ブランチング溶液中、浮いてくるLemnaサンプルを繰り返し沈めるような様式で、サンプルをタンク内で撹拌した。2分間にわたって、タンク内のブランチング溶液の温度は、76℃〜78℃に低下した。サンプルを浸漬してから2分後、ブランチング溶液からサンプルを取り出し、1500Lの室温(約23℃)の水を含む冷却タンクに浸した。3〜4分後、冷却タンク内の水の温度は37℃〜38℃に上昇した。冷却タンクからLemnaサンプルを取り出し、排液によって、冷却溶液から分離した。全固形分含量が約10%のブランチングしたLemnaの0.5kgWMB部分を、1:5の比率で80%〜90%のエタノール溶液と温度50℃で混合した。エタノールスラリーを約30分間撹拌した。ブランチングしたLemnaサンプルからエタノール溶液を濾過により分離した。ブランチングしたLemnaサンプルを、再び、温度50℃で80%〜90%エタノールの溶液と1:5の比で混合し、30分間撹拌し、濾過してエタノール溶液を除去した。このプロセスをさらに2回繰り返し、Lemnaのサンプル1.5kgをエタノール溶液でそれぞれ30分間、4回抽出した。次いで、Lemnaサンプルを3つの部分に分け、各部分を異なる方法で乾燥させた。第1の部分を凍結乾燥によって乾燥させ、第2の部分を減圧乾燥させ、第3の部分をオーブンで乾燥させた。組成分析を行い、その結果を表15に示す。
簡潔には、水および栄養素を含む成長媒体中でレムナ(Lemna)を栽培することにより、濡れたタンパク質濃縮物を調製した。微小作物を収穫し、保持ホッパーに入れた。濡れた質量基準(WMB)で約100〜150kgのサンプルをホッパーから取り出し、500Lの井戸水のブランチング溶液を含むタンク中、開始温度85〜88℃で浸漬した。ブランチング溶液中、浮いてくるLemnaサンプルを繰り返し沈めるような様式で、サンプルをタンク内で撹拌した。2分間にわたって、タンク内のブランチング溶液の温度は、76℃〜78℃に低下した。サンプルを沈めてから2分後、ブランチング溶液からサンプルを取り出し、1500Lの室温(約23℃)の水を含む冷却タンクに沈めた。3〜4分後、冷却タンク内の水の温度は37℃〜38℃に上昇した。冷却タンクからLemnaサンプルを取り出し、排液した後、スクリュープレスによって冷却溶液から分離した。全固形分含量が約10%のブランチングしたLemnaの0.5kgWMB部分を、1:5の比率で80%〜90%のエタノール溶液と温度50℃で混合した。エタノールスラリーを約30分間撹拌した。ブランチングしたLemnaサンプルからエタノール溶液を濾過により分離した。ブランチングしたLemnaサンプルを、再び、温度50℃で80%〜90%エタノールの溶液と1:5の比で混合し、30分間撹拌し、濾過してエタノール溶液を除去した。このプロセスをさらに2回繰り返し、Lemnaのサンプル1.5kgをエタノール溶液でそれぞれ30分間、4回抽出した。
Lemna由来の高濃度タンパク質生成物の水結合能を決定するために、タンパク質生成物がもはや追加の水を吸収できなくなるまで高濃縮タンパク質生成物0.5gに一定量の水を加えてスラリーを作成した。スラリーを3500rpmで5分間遠心分離し、遠心分離ペレットを作成した。遠心分離ペレットを取り出し、秤量し、上清を捨てた。高濃縮タンパク質生成物の水結合能は、タンパク質濃縮物1グラム当たり水7.91mlであると決定された。
Claims (51)
- 微小作物を含むバイオマスを処理する方法であって、
ブランチング溶液中、バイオマスの第1の部分をブランチングし、濡れたタンパク質濃縮物を作成することと;
分離した溶液から、第1の濡れたタンパク質濃縮物を分離することと;
第1の濡れたタンパク質濃縮物を乾燥させ、第1のタンパク質濃縮物のフレークおよび第1のタンパク質濃縮物の顆粒のうち少なくとも1つを作成することとを含み、
第1のタンパク質濃縮物のフレークおよび第1のタンパク質濃縮物の顆粒のうち少なくとも1つは、少なくとも45%のタンパク質を含み、タンパク質消化性補正アミノ酸スコア(PDCASS)値が少なくとも0.88である、方法。 - PDCASS値がヒスチジンによって制限される、請求項1に記載の方法。
- ブランチング溶液とバイオマスの第1の部分との比が、7:1(w/w)、または6:1(w/w)、または5:1(w/w)、または4:1(w/w)である、請求項1に記載の方法。
- ブランチング溶液中、バイオマスの第1の部分をブランチングすることは、バイオマスの第1の部分と、ブランチング溶液とを7:1の生成物流速比で組み合わせることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- ブランチング溶液中、バイオマスをブランチングすることは、バイオマスをブランチング溶液に1分未満さらすことをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- ブランチング溶液中、バイオマスをブランチングすることは、バイオマスの少なくとも1つの表面とブランチング溶液とを接触させることをさらに含む、請求項5に記載の方法。
- ブランチング溶液中、バイオマスの第1の部分をブランチングすることは、バイオマスをブランチング溶液に約45秒間さらすことを含む、請求項1に記載の方法。
- ブランチング溶液中、バイオマスの第1の部分をブランチングすることは、バイオマスをブランチング溶液に2分未満さらすことを含み、ブランチング溶液は、約75〜95℃の温度を有する、請求項1に記載の方法。
- 分離した溶液から第1の濡れたタンパク質濃縮物を分離することが、スクリュープレスを用いて行われる、請求項1に記載の方法。
- タンパク質濃縮物のフレークおよびタンパク質濃縮物の顆粒のうち少なくとも1つを粉砕し、タンパク質濃縮物の粉状物を作成することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 濡れたタンパク質濃縮物を溶媒抽出することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 分離した溶液から濡れたタンパク質濃縮物を分離することが、振動ふるいを用いて行われる、請求項11に記載の方法。
- バイオマスの第1の部分を、第1の洗浄液、第2の洗浄液および第3の洗浄液のうちの少なくとも1つで洗浄することをさらに含み、第1の洗浄液、第2の洗浄液および第3の洗浄液は、水、リサイクルされた流体およびオゾン処理された溶液から独立して選択される、請求項1に記載の方法。
- 濡れたタンパク質濃縮物を冷却することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- ブランチング溶液が、少なくとも1種のカルシウム塩を含む、請求項1に記載の方法。
- 微小作物が、LemnaおよびWolffiaのうち少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。
- 分離した溶液をリサイクルすることをさらに含み、分離した溶液をリサイクルすることは、
分離した溶液を希釈すること;
分離した溶液を濾過すること;および
分離した溶液をモニタリングすることのうち少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。 - ブランチング溶液中またはリサイクルされたブランチング溶液中、バイオマスの第2の部分をブランチングし、第2の濡れたタンパク質濃縮物を作成することと;
分離した溶液から、第2の濡れたタンパク質濃縮物を分離することと;
第2の濡れたタンパク質濃縮物を乾燥させ、第2のタンパク質濃縮物のフレークおよび第2のタンパク質濃縮物の顆粒のうち少なくとも1つを作成することとを含み、
第2のタンパク質濃縮物のフレークおよび第2のタンパク質濃縮物の顆粒のうち少なくとも1つは、少なくとも45%のタンパク質を含み、PDCASS値が少なくとも0.88である、請求項17に記載の方法。 - 微小作物を含むバイオマスを処理することによって作られる、高濃度タンパク質生成物であって、この処理方法は、
ブランチング溶液中、バイオマスの第1の部分をブランチングし、濡れたタンパク質濃縮物を作成することと;
分離した溶液から、第1の濡れたタンパク質濃縮物を分離することと;
第1の濡れたタンパク質濃縮物を乾燥させ、第1のタンパク質濃縮物のフレークおよび第1のタンパク質濃縮物の顆粒のうち少なくとも1つを作成することとを含み、
第1のタンパク質濃縮物のフレークおよび第1のタンパク質濃縮物の顆粒のうち少なくとも1つは、少なくとも45%のタンパク質を含み、タンパク質消化性補正アミノ酸スコア(PDCASS)値が少なくとも0.88である、高濃度タンパク質生成物。 - PDCASS値がヒスチジンによって制限される、請求項19に記載の高濃度タンパク質生成物。
- 前記方法が、タンパク質濃縮物のフレークおよびタンパク質濃縮物の顆粒のうち少なくとも1つを粉砕し、タンパク質濃縮物の粉状物を作成することをさらに含む、請求項19に記載の高濃度タンパク質生成物。
- タンパク質濃縮物のフレークおよびタンパク質濃縮物の顆粒のうち少なくとも1つが、
少なくとも0.92のPDCASS;
少なくとも90%の消化率;
10%未満DMBの灰分;
少なくとも30%の食物繊維含量;
1%未満DMBのシュウ酸含量;
3.2mg/100g未満のポリフェノール含量;
7%未満の脂肪含量;
少なくとも7ml/gの水結合能;および
少なくとも3ml/gの油結合能
のうち少なくとも1つを有する、請求項19に記載の高濃度タンパク質生成物。 - タンパク質濃縮物のフレークおよびタンパク質濃縮物の顆粒のうち少なくとも1つが、
0.25%未満DMBのシュウ酸含量;
1.75mg/100g未満のポリフェノール含量
のうち少なくとも1つを有する、請求項19に記載の高濃度タンパク質生成物。 - 前記方法が、濡れたタンパク質濃縮物を溶媒抽出することをさらに含む、請求項19に記載の高濃度タンパク質生成物。
- 分離した溶液から濡れたタンパク質濃縮物を分離することが、振動ふるいを用いて行われる、請求項24に記載の高濃度タンパク質生成物。
- タンパク質濃縮物のフレークおよびタンパク質濃縮物の顆粒のうち少なくとも1つが、
少なくとも50%のタンパク質含量;
少なくとも0.92のPDCASS;
減少したクロロフィル濃度;
少なくとも90%の消化率;
10%未満DMBの灰分;
少なくとも30%の食物繊維含量;
1%未満DMBのシュウ酸含量;
3.2mg/100g未満のポリフェノール含量;
5%未満の脂肪含量;
少なくとも7ml/gの水結合能;および
少なくとも3ml/gの油結合能
のうち少なくとも1つを有する、請求項24に記載の高濃度タンパク質生成物。 - タンパク質濃縮物のフレークおよびタンパク質濃縮物の顆粒のうち少なくとも1つが、
0.25%未満DMBのシュウ酸含量;
1.75mg/100g未満のポリフェノール含量
のうち少なくとも1つを有する、請求項24に記載の高濃度タンパク質生成物。 - 微小作物が、LemnaおよびWolffiaのうち少なくとも1つを含む、請求項19に記載の高濃度タンパク質生成物。
- 微小作物を含むバイオマスを処理する方法であって、
ブランチング溶液中、バイオマスの第1の部分をブランチングし、第1の濡れたタンパク質濃縮物を作成することと;
分離した溶液から、第1の濡れたタンパク質濃縮物を分離することと;
第1の濡れたタンパク質濃縮物を粉砕し、第1の粉砕した濡れたタンパク質濃縮物を作成することと;
第1の粉砕した濡れたタンパク質濃縮物を乾燥させ、第1の粉砕した乾燥タンパク質濃縮物を作成することとを含み、
第1の粉砕した乾燥タンパク質濃縮物は、少なくとも45%のタンパク質を含み、タンパク質消化性補正アミノ酸スコア(PDCASS)値が少なくとも0.88である、方法。 - PDCASS値がヒスチジンによって制限される、請求項29に記載の方法。
- ブランチング溶液とバイオマスの第1の部分との比が、7:1(w/w)、または6:1(w/w)、または5:1(w/w)、または4:1(w/w)である、請求項29に記載の方法。
- ブランチング溶液中、バイオマスの第1の部分をブランチングすることは、バイオマスの第1の部分と、ブランチング溶液とを7:1の生成物流速比で組み合わせることをさらに含む、請求項29に記載の方法。
- ブランチング溶液中、バイオマスをブランチングすることは、バイオマスをブランチング溶液に1分未満さらすことをさらに含む、請求項29に記載の方法。
- ブランチング溶液中、バイオマスをブランチングすることは、バイオマスの少なくとも1つの表面とブランチング溶液とを接触させることをさらに含む、請求項33に記載の方法。
- ブランチング溶液中、バイオマスの第1の部分をブランチングすることは、バイオマスをブランチング溶液に約45秒間さらすことを含む、請求項29に記載の方法。
- ブランチング溶液中、バイオマスの第1の部分をブランチングすることは、バイオマスをブランチング溶液に2分未満さらすことを含み、ブランチング溶液は、約75〜95℃の温度を有する、請求項29に記載の方法。
- 第1の濡れたタンパク質濃縮物または第1の粉砕した濡れたタンパク質濃縮物を溶媒抽出することをさらに含む、請求項29に記載の方法。
- 分離した溶液から濡れたタンパク質濃縮物を分離することが、振動ふるいを用いて行われる、請求項37に記載の方法。
- バイオマスの第1の部分を、第1の洗浄液、第2の洗浄液および第3の洗浄液のうちの少なくとも1つで洗浄することをさらに含み、第1の洗浄液、第2の洗浄液および第3の洗浄液は、水、リサイクルされた流体およびオゾン処理された溶液から独立して選択される、請求項29に記載の方法。
- 濡れたタンパク質濃縮物を冷却することをさらに含む、請求項29に記載の方法。
- ブランチング溶液が、少なくとも1種のカルシウム塩を含む、請求項29に記載の方法。
- 微小作物が、LemnaおよびWolffiaのうち少なくとも1つを含む、請求項29に記載の方法。
- 分離した溶液をリサイクルすることをさらに含み、分離した溶液をリサイクルすることは、
分離した溶液を希釈すること;
分離した溶液を濾過すること;および
分離した溶液をモニタリングすること
のうち少なくとも1つを含む、請求項29に記載の方法。 - ブランチング溶液中またはリサイクルされたブランチング溶液中、バイオマスの第2の部分をブランチングし、第2の濡れたタンパク質濃縮物を作成することと;
分離した溶液から、第2の濡れたタンパク質濃縮物を分離することと;
濡れたタンパク質濃縮物の第2の部分を粉砕し、第2の粉砕した濡れたタンパク質濃縮物を作成することと;
第2の粉砕した濡れたタンパク質濃縮物を乾燥させ、第2の粉砕した乾燥タンパク質濃縮物を作成することとをさらに含み、
第2の粉砕した乾燥タンパク質濃縮物は、少なくとも45%のタンパク質を含み、PDCASS値が少なくとも0.88である、請求項43に記載の方法。 - 少なくとも1つの高濃度タンパク質生成物と少なくとも1つの媒体を含むタンパク質組成物であって、
少なくとも1つの高濃度タンパク質生成物が、タンパク質濃縮物のフレーク、タンパク質濃縮物の顆粒、タンパク質濃縮物の粉状物または粉砕した乾燥タンパク質濃縮物のうち少なくとも1つを含み、
少なくとも1つの高濃度タンパク質生成物が、微小作物から抽出され、
少なくとも1つの高濃度タンパク質生成物が、少なくとも45%のタンパク質を含み、タンパク質消化性補正アミノ酸スコア(PDCASS)値が少なくとも0.88である、タンパク質組成物。 - PDCASS値がヒスチジンによって制限される、請求項45に記載のタンパク質組成物。
- タンパク質組成物が、シェイク、スムージー、栄養バーおよび動物飼料製品から選択される、請求項45に記載のタンパク質組成物。
- タンパク質濃縮物のフレーク、タンパク質濃縮物の顆粒、タンパク質濃縮物の粉状物または粉砕した乾燥タンパク質濃縮物のうち少なくとも1つが、
少なくとも50%のタンパク質含量;
少なくとも0.92のPDCASS;
減少したクロロフィル濃度;
少なくとも90%の消化率;
10%未満DMBの灰分;
少なくとも30%の食物繊維含量;
1%未満DMBのシュウ酸含量;
3.2mg/100g未満のポリフェノール含量;
5%未満の脂肪含量;
少なくとも7ml/gの水結合能;および
少なくとも3ml/gの油結合能
のうち少なくとも1つをさらに有する、請求項45に記載のタンパク質組成物。 - タンパク質濃縮物のフレーク、タンパク質濃縮物の顆粒、タンパク質濃縮物の粉状物または粉砕した乾燥タンパク質濃縮物のうち少なくとも1つが、
0.25%未満DMBのシュウ酸含量;
1.75mg/100g未満のポリフェノール含量
のうち少なくとも1つをさらに有する、請求項45に記載のタンパク質組成物。 - 少なくとも1つの添加剤をさらに含む、請求項45に記載のタンパク質組成物。
- 少なくとも1つの添加剤が、甘味料、親水コロイド安定剤、フレーバー、栄養成分、またはそれらの任意の組み合わせから選択される、請求項50に記載のタンパク質組成物。
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