KR20050042790A - 탄수화물-기제 효소 입상물 - Google Patents

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루돌프 카롤루스 마리아 바렌세
가브리엘 마리누스 헨리쿠스 미스테르스
한스-피터 하르쯔
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바스프 악티엔게젤샤프트
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Abstract

효소-함유 수용액이 전분과 같은 식용 탄수화물-기제 고형 캐리어와 혼합되고, 과립으로 기계적으로 프로세싱된 다음, 차후 건조되는, 효소-함유 입상물의 제조방법에 관해 기재하고 있다. 이 효소 입상물은 사료 성분들을 입상물과 혼합하고, 증기 처리한 다음 펠릿화함으로써 동물 사료 조성물의 제조에 적당하다. 조성물은 펠릿화 공정동안 개선된 효소 안정성을 보인다.

Description

탄수화물-기제 효소 입상물{CARBOHYDRATE-BASED ENZYME GRANULATES}
본 발명은 탄수화물(예, 전분-)함유 입상물을 위한, 효소, 바람직하게는 사료-효소의 배합, 및 이러한 효소-함유 입상물의 제조방법에 관한 것이다. 이들 (식용) 입상물은 동물 사료에 사용될 수 있다.
동물, 예를 들어 가축의 사료에서 각종 효소의 사용이 거의 일반화되어있다. 이들 효소는 보통 산업 효소 생산자에 의해 가동된 대규모 발효조에서 미생물을 배양하여 생성된다. 발효의 마지막 무렵에 생성된 "브로쓰"는 보통 (용액중) 원하는 효소로부터 바이오매스(미생물)를 분리하기위해 일련의 여과 단계를 거친다. 효소 용액은 액상(종종 각종 안정제의 첨가 후)으로 판매되거나 건조 제형으로 프로세싱된다.
효소 액상 및 건조 제형은 사료 산업에서 공업적 규모로 사용된다. 액상 제형은 펠릿화 공정동안 일어나는 효소(들)의 열 불활성을 피하기위해 펠릿화 후에 사료에 첨가될 수 있다. 그러나 최종 사료 제조물에서 효소의 양은 보통 매우 작아서 사료에 효소의 균일 분포를 달성하기 어렵게 만들고, 액상물은 건조 성분보다 고르게 혼합하기가 좀더 어려운 것으로 널리 알려져있다. 또한 펠릿화 후에 액상물을 사료에 첨가하는 특별한 (값비싼) 장치가 필요하지만 사료 분쇄기조차 현재 시판되는 것이 없다(추가 비용으로 인해).
효소(들)의 건조 제형은 한편 펠릿화 동안 효소의 열-불활성의 단점을 가진다. 사료 산업에서 바람직한 제조 프로토콜은 펠릿화 이전에 사료에 증기 주입(들)이 일어나는 증기 펠릿화를 수반한다. 차후 펠릿화 단계에서 사료는 매트릭스 또는 다이를 통과하고 생성된 스트립은 다양한 길이의 적당한 펠릿으로 절단된다. 펠릿화 바로 직전에 습도 함량은 일반적으로는 18% 내지 19%이다. 이러한 공정 동안 온도는 60-95℃로 오를 수 있다. 고 습도 함량과 고온의 혼합효과는 대부분의 효소에게 치명적이다. 이들 단점은 압출과 팽윤과 같은 기타 타입의 열기계적 처리법에서도 직면되고 있다.
이들 문제를 시험 및 극복하기위해 EP-A-0,257,996(Cultor Ltd)는 효소-함유 용액이 밀가루로 이루어진 곡류-기제 캐리어상으로 흡수되고, 예비믹스가 차후 펠릿화 및 건조되는 효소 "예비믹스"의 제조에 의해 사료 프로세싱에서 효소 안정성이 증가될 수 있음을 제시하고 있다. 그러나, 밀가루-기제 예비믹스의 점성으로 인해, 이들 밀가루-기제 예비믹스는 낮은-압력 압출 또는 고전단 입상화와 같은 입상물로의 (반죽-형 예비믹스)의 보다 완곡한 프로세싱법에는 적당하지 않다.
각종 효소 제조자는 펠릿화 및 저장 동안 건조 효소 제품의 안정성을 개선하기위한 시도로 대체 제형법을 개발했다.
EP-A-0,569,468(Novo Nordisk)은 펠릿화 조건에 대한 저항성을 개선하도록 고 용융 왁스 또는 지방으로 코팅된 효소-함유 "T-입상물"로 구성된 제형에 관해 언급하고 있다. 입상물은 건조 무기(예, 나트륨 설페이트) 충진제를 고전단 제립기에서 효소 용액과 혼합하여 제조된다. EP-A-0,569,468은 펠릿화 안정성에 대한 코팅의 유리한 효과가 코팅된 입상물의 타입에 특이하고, 이 경우 나트륨 설페이트 충진제에 기초함을 교시하고 있다. 그러나, 이들 (나트륨 설페이트) 충진제의 흡수 능력은 밀가루와 같은 캐리어의 것보다 적은데, 이는 좀더 농축된 효소-함유 입상물을 생성하길 원할 경우에는 바람직하지 못하다.
또한, 입상물은 전체적으로 균일한 효소 농도를 얻기가 어려운 광범위한 입자 크기 분포를 가진다. 또한 동물에 대한 효소의 생물학적 이용효능은 왁스 또는 지방 코팅에 의해 감소된다.
WO-A-97/16076(Novo Nordisk)도 입상물에서 왁스 및 기타 수-불용성 물질의 사용에 관해 언급하고 있지만 여기서 이들은 매트릭스 물질로 이용된다.
따라서 펠릿화 이외의 입상화 방법에 적당하고 고 흡수 능력을 가질 수 있는 캐리어에 기초한 효소의 안정한 제형에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 제 1 측면에서는 동물 사료에 이용하기 적당한 효소-함유 입상물의 제조방법을 제공하고 있으며, 본 공정은 효소, 최소 15% (중량/중량) 식용 탄수화물 중합체를 포함하는 고형 캐리어 및 물을 적절한 상대적인 양으로 프로세싱하여 효소-함유 과립을 얻은 다음, 차후 과립을 건조하는 단계를 포함한다. 본 공정(효소 및, 최소 15%(중량/중량) 식용 탄수화물 중합체를 포함하는 고형 캐리어로부터 형성된 건조된 과립을 포함하는 입상물을 포함한 본 발명의 제 2 측면을 형성함)에 의해 생성될 수 있는 효소-함유 입상물은 기존에 직면된 문제점들을 해결하거나 최소한 약화시키고자 한다.
본 발명은 따라서 캐리어로서 탄수화물을 이용하는 입상물 형태의 효소 제형의 제조방법을 제공할 수 있다. 캐리어는 입상물 또는 분말 형상일 수 있다. 효소와 물은 바람직하게는 용액 또는 슬러리와 같이, 고형 캐리어와 혼합될 수 있고 캐리어상으로 흡수시키는 효소-함유(바람직하게는 수)용액 형태로 제공된다. 혼합 도중 또는 후에, 효소-함유액과 캐리어는 입상물로 프로세싱되는데, 이는 차후 건조될 수 있다. 탄수화물 캐리어의 사용은 다량의 효소-함유액(및 이에따른 효소)을 흡수할 수 있다. 혼합물을 사용하여 과립으로 쉽게 프로세싱될 수 있는, 예를 들면 압출가능한 플라스틱 페이스트 또는 비-탄력성 반죽을 형성할 수 있다. 적당한 캐리어는 보다 쉽게 입상화하는 비-섬유질이다: 섬유성 물질은 압출에 의해 입상화를 방해할 수 있다.
다수의 기존 자료가 각종 효소를 함유한 펠릿에 관해 언급하고 있지만, 이들은 종종 세척 조성물에서 세제로 이용된다. 반면, 본 출원은 동물 사료에 이용되고 이러한 이유로 인해 본 발명의 입상물은 식용(동물의 경우)이고 바람직하게는 소화될 수 있다. 따라서 본 발명의 입상물, 과립 및 조성물은 비누, 세제 및 표백 또는 표백 화합물, 제올라이트, 바인더, 충진제(TiO2, 카올린, 실리케이트, 활석 등)에는 없다는 사실이 놀랍지 않다.
식용 탄수화물 중합체는 사료가 동물이 먹을 수 있고, 바람직하게는 소화될 수 있도록 선택되어야 한다. 중합체는 바람직하게는 글루코스(예, 글루코스-함유 중합체), 또는 (C6H10O5)n 단위를 포함한다. 바람직하게는 탄수화물 중합체는 α-D-글루코피라노스 단위, 아밀로스(선형 (1→4) α-D-글루칸 중합체) 및/또는 아밀로펙틴 (α-D-(1→4) 및 α-D-(1→6) 링키지를 지닌 측쇄 D-글루칸)을 포함한다. 전분이 바람직한 탄수화물 중합체이다. 전분 대신, 또는 전분 이외에 사용될 수 있는 기타 적당한 글루코스-함유 중합체는 α-글루칸, β-글루칸, 펙틴(예를 들면 프로토-펙틴), 및 글리코겐을 포함한다. 에테르 및/또는 에스테르와 같은 이들 탄수화물 중합체의 유도체도 고려되지만 젤라틴화된 전분은 가장 피해지고 따라서 존재할 수 없다. 적당하게는 탄수화물 중합체는 수-불용성이다.
본원에 기재된 실시예에서는 옥수수-, 감자- 및 쌀-전분이 사용된다. 그러나, 타피오카, 카사바, 밀, 옥수수, 사고, 호밀, 귀리, 보리, 삼, 수수, 또는 칡과 같은 기타 (예를 들면, 야채 또는 작물과 같은 식물) 원료에서 얻어진 전분도 동일하게 이용될 수 있다. 마찬가지로 천연 또는 변형된 (예, 덱스트린) 타입의 전분 모두 본 발명에 사용될 수 있다. 바람직하게는 탄수화물(예, 전분)은 단백질을 거의 함유하지 않거나 전혀 함유하지 않는데, 예를 들면, 5% (중량/중량) 이하, 2% (중량/중량) 이하, 바람직하게는 1%(중량/중량) 이하로 함유한다. 전분 (또는 기타 탄수화물 중합체)의 타입에 상관없이, 동물 사료에 사용될 수 있는 형태, 즉 식용 또는 소화가능한 형태일 수 있다.
고형 캐리어의 최소 15%(중량/중량)는 탄수화물 중합체(예, 전분)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 그러나, 고형 캐리어의 최소 30%(중량/중량), 최적으로는 최소 40%(중량/중량)는 탄수화물을 포함한다. 유리하게는 고형 캐리어의 주요 성분은 탄수화물(예, 전분), 예를 들어 50%(중량/중량)이상, 바람직하게는 최소 60%(중량/중량), 적당하게는 최소 70%(중량/중량), 및 최적으로는 최소 80%(중량/중량)이다. 이들 중량 퍼센티지는 최종 건조 입상물에서 비-효소적 성분의 총 중량을 기준으로 한다.
본 발명의 공정에서 효소와 물은 고형 캐리어와 접촉하기 이전에 동일한 조성물에 존재할 수 있다. 이러한 관점에서, 효소-함유 수용액을 제공할 수 있다. 이 액체는 발효 공정에서 나오거나, 이에서 유도된 용액 또는 슬러리일 수 있다. 이 발효 공정은 보통 효소가 생성되는 것이다. 발효 공정은 (원하는 효소를 생성하는) 미생물과 수용액을 함유하는 브로쓰를 만들 수 있다. 미생물에서 일단 분리되면(예를 들면, 여과에 의해), 이 수용액은 본 발명에 사용되는 효소-함유 수용액일 수 있다. 따라서 바람직한 양태에서 효소-함유 수용액은 여과액이다.
캐리어상으로 흡수될 수 있는 효소-함유액(및 효소)의 양은 보통은 흡수될 수 있는 물의 양에 의해 제한된다. 천연, 과립, 전분의 경우 이는 (전분을 팽윤시키는) 승온을 이용함이없이, 25-30%(중량/중량)로 달라질 수 있다. 실제로 탄수화물에 첨가될 수 있는 효소액의 퍼센티지는 종종 이보다 큰데 이는 효소 함유액이 보통 상당량의 고형물을 함유할 것이기 때문이다. 효소액은 약 25%(중량/중량) 고형물을 함유할 수 있는데, 이로인해 탄수화물 (예, 전분)과 효소액은 각각, 약 60%(중량/중량):40%(중량/중량)비와 같이, 탄수화물:효소액의 비 0.5:1 내지 2:1, 예를 들면, 1.2:1 내지 1.6:1로 혼합될 수 있다. 바람직하게는 고형 캐리어에 첨가되는 액체의 양은 (수)용액에서 (실질적으로) 모든 물이 고형 캐리어에 존재하는 탄수화물에 의해 흡수되는 정도이다.
승온에서 전분과 기타 탄수화물 중합체는 팽윤하에 다량의 물을 흡수할 수 있다. 이러한 이유로 인해, 탄수화물 중합체는 원한다면 물(또는 효소-함유 수용액)을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 옥수수 전분은 60℃에서 물 중량의 3배까지를 흡수할 수 있고 70℃에서는 10배까지 흡수할 수 있다. 본 발명에서는 보다 많은 양의 효소-함유액을 흡수하기 위해 보다 높은 온도의 사용이 고려되고, 실제로는 열안정성 효소를 처리할 때 특히 바람직하다. 이들 효소의 경우 따라서 고형 캐리어와 액체(또는 효소 및 물)의 혼합은 승온(예를 들면, 주위 온도이상), 예를 들면 30℃ 이상, 바람직하게는 40℃ 이상, 최적으로는 50℃ 이상에서 수행될 수 있다. 달리 또는 이외에 액체는 이 온도에서 제공될 수 있다.
그러나, 일반적으로, 보다 낮은(예, 주위) 온도에서 비-팽윤 조건이 바람직하다. 이는 고온에서 (열민감성) 효소의 불안정성으로 인해 일어나는 활성 손실을 최소화할 수 있다. 적당하게는 효소와 물의 혼합동안 온도는 20 내지 25℃이다.
효소, 물(예, 효소-함유액) 및 고형 캐리어를 혼합시켜 과립을 만드는 (즉 입상화) 본 발명에 사용된 기계적 프로세싱은 식품, 사료 및 효소 배합 공정에서 종종 사용된 공지 기술을 이용할 수 있다. 이는 팽윤, 압출, 구형화, 펠릿화, 고전단 입상화, 드럼 고형화, 유체층 응집 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이들 공정은 보통은 스크루 드라이브, 혼합 메카니즘의 반복, 펠릿화 장치의 롤링 메카니즘의 압력, 유동층 응집기의 회전 바닥판에 의한 입자의 이동 또는 가스 스트림에 의한 입자의 이동과 같은 기계적 에너지 주입, 또는 이들의 조합이 특징적이다. 이들 공정은 고형 캐리어(예, 분말 형태)를 효소 및 물, 예를 들면 효소-함유액(수용액 또는 슬러리)과 혼합하고, 차후 입상화한다.
달리 고형 캐리어는 효소(예, 분말 형태)와 혼합될 수 있고, 여기에 액체(또는 슬러리)와 같은 물(입상화 액체로 작용 할 수 있음)이 첨가될 수 있다.
본 발명의 추가 양태에서 입상물(예, 응집물)은 예를 들면 유동층 응집기에서 효소-함유액을 캐리어상으로 분무하거나 코팅시켜 형성된다. 생성된 과립은 유동층 응집기에서 생성될 때 응집물을 포함할 수 있다.
바람직하게는 효소-함유액과 고형 캐리어의 혼합은 혼합물의 반죽을 추가로 포함한다. 이는 입상화(예, 압출)를 촉진하기위해 혼합물의 가소성을 개선시킬 수 있다.
입상물이 압출에 의해 형성되면 이는 바람직하게는 낮은 압력에서 수행된다. 이는 압출되는 혼합물의 온도가 증가되지 않거나, 약간 증가되는 이점을 제공할 수 있다. 저-압 압출은 예를 들면 Fuji Paudal 바스켓- 또는 돔-압출기에서의 압출을 포함한다. 바람직하게는 압출은 압출될 물질의 온도가 40℃ 이상으로 오르지 못하게한다. 압출은 본래 과립(과립은 다이를 통과한 후 파쇄될 수 있음)를 생성할 수 있거나 커터가 이용될 수 있다.
적당하게는 과립은 33 내지 37%와 같이, 30 내지 40%의 수분 함량을 가질 것이다. 효소 함량은 바람직하게는 3 내지 15%, 예를 들면 5 내지 12%(예, 최소 50,000 ppm)이다.
얻어진 과립은 구형화기, 예를 들면, MARUMERISERTM기로 원형화(예, 구형화)되고/되거나 압착될 수 있다. 과립은 건조전에 구형화될 수 있는데 이는 이것이 최종 입상물에서 분진 형성을 감소시킬 수 있고/있거나 입상물의 코팅을 촉진할 수 있기 때문이다.
과립은 유동층 건조기로 건조될 수 있거나, 유동층 응집의 경우, 즉시 건조(응집기에서)되어 (고형 건조) 입상물을 얻는다. 숙련인은 식품, 사료 또는 효소 산업에서 과립을 건조하는 기타 공지방법을 사용할 수 있다. 적당하게는 입상물은 유동적이다.
건조는 바람직하게는 25 내지 60℃, 예를 들면 30 내지 50℃의 온도에서 일어난다. 여기서 건조는 10분 내지 수시간, 예를 들면 15 내지 30분간 지속될 수 있다. 요구되는 시간은 물론 건조될 과립의 양에 좌우되지만, 안내서에 따르면 이는 과립 1 kg당 1 내지 2초이다.
과립을 건조한 후, 생성된 입상물은 바람직하게는 3 내지 10%, 예를 들면 5 내지 9%의 수분 함량을 가진다.
코팅제는 추가(예, 선호된) 특성 또는 성질, 예를 들어, 저분진 함량, 색, 주위 환경으로부터 효소 보호, 하나의 입상물에서 상이한 효소 활성 또는 이들이 조합된 것들을 제공하기위해 입상물에 적용될 수 있다. 과립은 지방, 왁스, 중합체, 염, 고약 및/또는 연고 또는 (제 2) 효소를 함유하는 코팅제(예, 액체) 또는 이들의 조합물로 코팅될 수 있다. 원한다면 (상이한) 코팅제의 다수층이 적용될 수 있음을 알 수 있다. 코팅제(들)를 입상물에 적용하기 위해서는 유동층, 고전단 제립기, 믹서 제립기, 또는 Nauta-믹서의 사용을 포함한 다수의 공지방법이 이용될 수 있다.
기타 양태에서 추가 성분들은 예를 들어, 펠릿화 안정성 및/또는 입상물의 저장 안정성의 추가 개선을 위한, 프로세싱 보조제로서, 입상물에 혼입될 수 있다. 다수의 이러한 바람직한 첨가제는 하기에 기재되어있다.
염이 입상물(예를 들면, 고형 캐리어 또는 물과 함께)에 포함될 수 있다. 바람직하게는 (EP-A-0,758,018에서 제시된) 무기염(들)이 첨가될 수 있는데, 이는 프로세싱과 건조 효소 제조물의 저장 안정성을 개선할 수 있다. 바람직한 무기염은 수용성이다. 이들은 아연(특히), 마그네슘, 및 칼슘과 같은 2가 양이온을 포함할 수 있다. 설페이트가 가장 선호되는 음이온이지만 수용성인 기타 음이온도 이용될 수 있다. 염은 고형물 형태로 (예를 들어 혼합물에) 첨가될 수 있다. 그러나, 염(들)은 고형 캐리어와의 혼합 이전에 물 또는 효소-함유액에 용해될 수 있다. 적당하게는 최소 15%(효소를 기준으로 한 중량/중량), 예를 들면 최소 30% 양의 염이 제공된다. 그러나, 이는 최소 60% 또는 심지어 70%(효소의 중량/중량 기준)만큼 높을 수 있다. 이들 양은 과립 또는 입상물에 적용될 수 있다. 입상물은 따라서 염의 12%(중량/중량) 이하, 예를 들면 2.5 내지 7.5%, 4 내지 6%를 포함할 수 있다.
염이 물에 제공되면 5 내지 30%(중량/중량), 예를 들면 15 내지 25% 양일 수 있다.
펠릿화 안정성의 추가 개선은 소수성, 겔-형성 또는 느린 용해 (예, 물에서) 화합물의 혼입에 의해 얻어질 수 있다. 이들은 1 내지 10%, 예를 들면 2 내지 8%, 바람직하게는 4 내지 6 중량%로 제공될 수 있다(물과 고형 캐리어 성분들의 중량을 기준으로). 적당한 물질은 유도 셀룰로스, 예를 들면 HPMC(하이드록시-프로필-메틸-셀룰로스), CMC(카복시-메틸-셀룰로스), HEC(하이드록시-에틸-셀룰로스); 폴리비닐 알콜(PVA); 및/또는 식용유를 포함한다. 콩기름 또는 카놀라유와 같은 식용유는 프로세싱 보조제로 (예, 입상화된 혼합물에) 첨가될 수 있지만, 종종 입상물은 소수성 물질(예, 팜유)을 함유하지 않는 것이 바람직하다.
바람직하게는 과립은 비교적 좁은 크기 분포를 가진다(예, 이들은 단분산적임). 이는 과립에 효소 및/또는 동물 사료에서 효소 입상물의 균일한 분포를 촉진할 수 있다. 본 발명의 공정은 좁은 크기 분포를 지닌 입상물을 생성하는 경향이 있다. 그러나, 필요시, 예를 들어 선별과 같은 과립의 크기 분포를 추가로 좁히는 추가 단계가 공정에 포함될 수 있다. 입상물의 크기 분포는 적당하게는 100㎛ 내지 2000㎛, 바람직하게는 200㎛ 내지 1800㎛, 최적으로는 300㎛ 내지 1600㎛이다. 과립은 불규칙(그러나 바람직하게는 규칙) 형상, 예를 들면 대략 구형일 수 있다.
물 또는 효소-함유액은 하나 이상의 효소(들)를 포함할 수 있고 보통은 미생물 발효에서 얻어진 미생물 기원이다. 보통 효소는 활성 형태를 할 것이다(예를 들면 촉매적 또는 생리학적 활성을 가질 수 있음). 바람직하게는 액체는 한외-여과액(UF)과 같은 농축된 형태이며, 이는 원하는 활성 수준으로 입상물을 생성할 수 있다.
적당한 효소(들)은 페트 식품을 포함하는 동물 사료에 포함되는 것들이다. 이들 효소의 기능은 예를 들어, 점도를 감소시키거나 특정 사료 화합물의 항-영양소적 효과를 줄임으로써 종종 공급 전환 속도를 개선하는데 있다. 사료 효소(예, 피타제)도 퇴비에서 환경에 해로운 화합물의 양을 줄이는데 사용될 수도 있다. 이들 목적을 위한 바람직한 효소는 피타제(3-피타제 및 6-피타제 모두)와 같은 포스파타제 및/또는 산 포스파타제; 아밀롤리틱 효소와, β-글루카나제와 같은 셀룰라제, 자일라나제와 같은 헤미셀룰로스, 또는 갈락타나제를 포함하는 식물 세포벽 분해 효소와 같은 카보하이드라제; 펩티다제, 갈락토시다제, 펙티나제, 에스테라제; 바람직하게는 중성 및/또는 산성 pH 옵티맘을 지닌 프로테아제; 및 리파제, 바람직하게는 포유류 췌장 포스포리파제 A2와 같은 포스포리파제이다.
바람직하게는, 효소는 전분 분해 효소(예를 들면 아밀라제)를 포함하지 않는다. 몇몇 양태에서 프로테아제는 섭취시 해로울 수 있는 것들은 제외될 수 있다.
효소가 피타제와 같은 포스파타제이면, 바람직하게는 최종 입상물은 5,000 내지 10,000, 예를 들면 6,000 내지 8,000 FTU/g의 활성을 가질 것이다. 효소가 식물 세포벽 분해 효소, 예를 들어 셀룰라제, 특히 자일라나제와 같은 헤미셀룰로스이면, 최종 입상물은 3,000 내지 100,000, 바람직하게는 5,000 내지 80,000, 최적으로는 8,000 내지 70,000 EXU/g 범위의 효소 활성을 가질 수 있다. 효소가 β-글루코나제와 같은 셀룰라제인 경우, 최종 입상물은 500 내지 15,000, 바람직하게는 1,000 내지 10,000, 최적으로는 1,500 내지 7,000 BGU/g의 효소 활성을 가질 수 있다.
과립은 5 내지 20, 예를 들면 7 내지 15%의 효소(들)을 포함할 수 있다. 효소(들)는 본래의 것이거나 재조합될 수 있다.
이들 효소 이외에 본 발명은 항원성 결정인자와 같이, 기타 생물 활성을 지닌 폴리펩티드에 동일하게 적용될 수 있는데, 예를 들면 증가된 함량의 필수 아미노산을 가지도록 설계된 백신 및/또는 폴리펩티드에서 사용되고, 이의 생물학적 활성은 열 불활성에 민감할 수 있으며, 본원에서 사용된 용어 "효소"는 이러한 것으로 해석될 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 공정은 따라서
a. 물, 효소 및 최소 15%(중량/중량) 또는 식용 탄수화물 중합체를 포함하는 고형 캐리어를 혼합, 예를 들면 고형 캐리어를 효소-함유 수용액과 혼합하고;
b. 생성된 혼합물을 임의로 반죽하며;
c. 예를 들면 기계적 프로세싱, 제립기를 사용하거나 압출에 의해, 혼합물을 입상화하여 효소-함유 과립을 얻고;
d. 과립을 임의로 구형화한 다음;
e. 생성된 과립을 건조시켜 효소-함유 입상물을 얻는 단계를 포함한다.
전 공정 동안 효소(들)가 80℃ 이하로 노출되도록 최고 온도를 유지한다.
본 발명의 입상물은 동물 사료의 제조에 이용하기 적당하다. 이러한 공정에서 입상물은 사료 물질과, 예비믹스 또는 이의 일부 형태로 혼합된다. 본 발명에 따른 입상물의 특성은 특히 혼합물이 증기 처리되어 차후 펠릿화될 경우, 동물 사료로 매우 적합한 혼합물의 성분으로 이용하게 해준다. 건조된 과립은 이러한 펠릿에서 눈에 띠거나 구분될 수 있다.
따라서 본 발명의 제 3 측면은 제 2 측면의 입상물을 하나 이상의 동물 사료 물질(예, 종자) 또는 성분들과 혼합하는 단계를 포함하는, 동물 사료, 또는 동물 사료에 대한 예비믹스 또는 전구체의 제조방법에 관한 것이다. 이는 멸균, 예를 들면, 열처리될 수 있다. 생성된 조성물은 적당하게는 펠릿으로 프로세싱된다.
본 발명의 제 4 측면은 제 2 측면의 입상물을 포함하는 조성물에 관한 것으로, 조성물은 바람직하게는 동물 사료와 같은 식용 사료 조성물이다. 이 조성물은 바람직하게는 펠릿 형태이다(펠릿당 1-5, 예를 들면 2-4 건조된 과립일 수 있음).
조성물은 10 내지 20%, 예를 들면, 12-15%의 수분 함량을 가질 수 있다. 효소(들)의 양은 적당하게는 0.0005 내지 0.0012%, 예를 들면 최소 5 ppm이다.
제 5 측면은 제 2 측면의 입상물 또는 제 4 측면의 조성물을 포함하는 사료를 동물에게 공급하는 단계를 포함하는, 동물의 성장을 촉진하는 방법에 관한 것이다. 여기서, 동물 먹이는 입상물 자체, 또는 사료에 존재하는 입상물을 포함할 수 있다.
적당하게는 조성물은 포스파타제, 예를 들어 피타제의 0.05 내지 2.0, 예를 들면 0.3 내지 1.0, 최적으로는 0.4 내지 0.6 FTU/g을 포함한다. 자일라나제는 0.5 내지 50, 예를 들면, 1 내지 40 EXU/g으로 존재할 수 있다. 달리 또는 추가로 셀룰라제는 09.1 내지 1.0, 예를 들면 0.2 내지 0.4 BGU/g으로 존재할 수 있다.
본 발명의 제 6 측면은 동물 사료의 성분 또는 동물 사료에 사용되는 성분 형태로 제 2 측면의 입상물의 사용에 관한 것이다.
본 발명의 제 7 측면은 효소의 펠릿화 안정성을 개선하기위한 효소용 캐리어로서 식용 탄수화물 중합체 최소 15%(중량/중량)를 포함하는 조성물의 사용에 관한 것이다.
적당한 동물은 농장 동물(돼지, 가금, 가축), 비-반추 또는 단위 동물(돼지, 닭, 가금, 어류와 같은 해저동물), 반추동물(소 또는 양, 예를 들면 암소, 양, 염소, 사슴, 송아지, 어린양)을 포함한다. 가금은 병아리, 수탉 및 칠면조를 포함한다.
본 발명의 일 측면의 바람직한 특성은 필요한 변경을 가하여 또 다른 측면에 동일하게 적용될 수 있다.
실시예
하기 실시예는 단지 본 발명을 설명하기위해 제시되고, 제한적인 의도로 해석되지는 않는다.
일반 재료 및 방법
1.0 mm의 스크린 구멍, 1.2 mm의 스크린 두께, 70 rpm의 작동 속도, 및 0.6-2.0 A의 전류를 지닌, Fuji Paudal DG-L1 바스켓 압출기를 이용하여 압출 시험을 수행한다.
구형화기는 3 리터의 충진 용적, 3 mm의 플레이트 피치, 45-200초의 보유 시간 및 750 rpm의 회전 속도를 지닌 Fuji Paudal Marumerizer QJ-400이다.
1500 rpm의 절단 속도 및 100 rpm의 경운전단 속도를 지닌 Lodige형 고 전단 제립기 FM20을 이용하여 고 전단 입상화 시험을 수행한다. 분말을 제립기에 두고 효소-함유액을 상부에 분산시킨다. 생성된 입상물을 유동층 건조기에서 건조시킨다.
사용된 효소 용액은
- 16840 FTU/g의 활성, 및 22.4%(중량/중량)의 건조 고형물 함량을 지닌 아스퍼질러스에서 유도된 피타제의 한외여과액(실시예 1-7)
- 12680 EXU/g과 BGU/g의 엔도-자일라나제와 β-글루카나제 활성, 및 20.6%(중량/중량)의 건조 고형물 함량의 트리코더마에서 유도된 혼합물을 함유하는 한외-여과액(실시예 8)이다.
과정 "ISL-법 61696"(매뉴얼 바나데이트 분석)에 따라 피타제 활성을 측정한다. 과정 "ISL-법 62170"(매뉴얼 점성도 분석)에 따라 β-글루카나제 활성을 측정한다. 과정 "ISL-법 62169"(매뉴얼 점성도 분석)에 따라 엔도-자일라나제 활성을 측정한다. ISL-법은 네덜란드 2600 엠에이 델프트 피.오.박스 1 워터링스웨그 1에 소재하는 Gist-brocades, Food Specialties, Agri Ingredients Group로부터 요청에 따라 얻을 수 있다.
실시예 1
반죽, 압출, 구형화 및 건조에 의한 옥수수 전분-기제 효소 입상물의 제조
옥수수 전분 60% (중량/중량)와 피타제를 함유하는 한외-여과액 40% (중량/중량)의 혼합물을 혼합 및 반죽하여 효소 제조물을 얻는다. 이 혼합물을 Fuji Paudal 바스켓 압출기를 사용하여 압출시켜 평균 직경 780㎛의 원형 입자를 얻기위해 1분간 MARUMERISERTM에서 구형화되는 습윤 압출물을 얻는다. 이들 입자를 차후 40℃의 층 온도 및 75℃의 유입 온도에서 20분간 유동층 건조기에서 건조한다. 입자의 대략 500 kg을 18분간 건조한다. 이렇게 얻어진 건조 효소 입상물은 6980 FTU/g의 활성을 가진다.
실시예 2
고 전단 입상화 및 건조에 의한 옥수수 전분-기제 효소 입상물의 제조
피타제 한외-여과액과 옥수수 전분을 20 리터의 뱃치 크기를 지닌, Lodige 타입의 뱃치형 고 전단 제립기에서 혼합한다. 제립기에 옥수수 전분 60% (중량/중량)으로 채우고 혼합 공정동안 한외-여과액 40% (중량/중량)를 믹서 중으로 분무한다. 한외-여과액을 첨가한 후(10분), 제립기에서 추가 5분간 계속 혼합하여 입자를 형성 및 압착한다. 이렇게 얻어진 과립을 실시예 1과 같이 유동층 건조기에서 건조한다. 생성된 입상물은 7420 FTU/g의 활성을 가진다. 입자의 평균 직경은 480 ㎛이다.
실시예 3
혼합, 펠릿화 및 건조에 의한 옥수수 전분-기제 효소 입상물의 제조
피타제 한외-여과액 40% (중량/중량)와 옥수수 전분 60% (중량/중량)의 혼합물을 제조한다. 혼합물을 Schlutter 프레스 타입 PP85를 이용하여 펠릿화하고, 압출물을 직경 1 mm의 구멍을 지닌 다이 플레이트가 장착된 압출기 헤드에서 회전 나이프로 절단한다. 펠릿을 실시예 1과 같이 건조하면, 7460 FTU/g의 활성을 지닌 최종 산물이 생성된다. 입자의 평균 직경은 1080 ㎛이다.
실시예 4
혼합, 반죽, 펠릿화 및 건조에 의해 콩기름과 MgSO 4 첨가물을 함유한 감자 전분-기제 효소 입상물의 제조
믹서/반죽기에서 감자 전분 30 kg을 첨가하고 콩기름 2.5 kg을 혼합한다. 차후 MgSO4.7H2O(MgSO4.7H2O 3.5 kg을 한외-여과액 14 kg에 용해시킴)를 함유한 피타제 한외-여과액을 첨가한다. 산물을 반죽기에서 철저하게 혼합하고, 압출한 다음 실시예 1에서처럼 유동층 건조기에서 건조한다. 이는 5870 FTU/g의 산물을 생성한다.
실시예 5
혼합, 반죽, 압출, 구형화 및 건조에 의한 쌀 전분-기제 효소 입상물의 제조
쌀 전분 62% (중량/중량)과 피타제 한외-여과액 38% (중량/중량)를 혼합 및 반죽하여 혼합물을 제조한다. 이 혼합물을 Fuji Paudal 바스켓 압출기를 이용하여 압출시켜 평균 직경 785 ㎛의 원형 입자를 얻기위해 1분간 MARUMERISERTM에서 구형화되는 습윤 압출물을 얻는다. 이들 입자를 실시예 1에서처럼 유동층 건조기에서 차후 건조한다. 입상물의 최종 활성은 7280 FTU/g이다.
실시예 6
혼합, 반죽, 압출, 구형화 및 건조에 의해 HPMC 첨가물을 함유하는 옥수수-전분-기제 효소 입상물의 제조
옥수수 전분 54% (중량/중량), HPMC(하이드록시-프로필-메틸-셀룰로스) 5% 및 피타제 한외-여과액 41% (중량/중량)의 혼합물을 반죽하여 효소 제조물을 얻는다. 이 혼합물을 Fuji Paudal 바스켓 압출기를 이용하여 압출시켜 평균 직경 780㎛의 원형 입자를 얻기위해 1분간 MARUMERISERTM에서 구형화된 습윤 압출물을 얻는다. 이들을 40℃ 층 온도, 및 75℃ 유입 온도에서 20분간 유동층 건조기에서 차후 건조한다. 이렇게 얻어진 건조 효소 입상물은 8470 FTU/g의 활성을 가진다.
실시예 7
혼합, 반죽, 압출, 구형화 및 건조에 의해 HEC 첨가물을 함유한 옥수수 전분-기제 효소 입상물의 제조
옥수수 전분 54% (중량/중량)와 HEC(하이드록시-에틸-셀룰로스) 5% (중량/중량)를 피타제 한외-여과액 41% (중량/중량)와 혼합 및 반죽하여 효소 제조물을 얻는다. 이 혼합물을 Fuji Paudal 바스켓 압출기를 이용하여 압출시켜 평균 직경 780㎛의 원형 입자를 얻기위해 1분간 MARUMERISERTM에서 구형화된 습윤 압출물을 얻는다. 이들을 40℃ 층 온도 및 75℃ 유입 온도에서 20분간 유동층 건조기에서 차후 건조한다. 이렇게 얻어진 건조 효소 입상물은 8410 FTU/g의 활성을 가진다.
실시예 8
고 전단 입상화 및 건조에 의한 옥수수 전분-기제 효소 입상물의 제조
20리터의 뱃치 크기를 지닌 Lodige 타입의 뱃치형 고 전단 제립기에서, 옥수수 전분 60% (중량/중량)를 엔도-자일라나제 및 β-글루카나제를 함유한 한외-여과액 40% (중량/중량)와 하기의 방법으로 혼합한다. 제립기에 옥수수 전분을 채우고 한외-여과액을 혼합 공정동안 믹서 중으로 분무한다. 한외-여과액의 첨가 후(10분), 제립기를 다시 5분간 작동시켜 입자를 형성 및 압착한다. 이렇게 얻어진 과립을 실시예 1에서처럼 유동층 건조기에서 건조한다. 생성된 입상물은 13100 EXU/g과 5360 BGU/g의 활성을 가진다.
실시예 9
펠릿화 안정성의 비교
본 발명의 상이한 효소 입상물을 펠릿화 시험하고 이의 펠릿화 안정성을 표준 사료 효소 제형의 것과 비교한다. 펠릿화 시험은 1000 rpm으로 사료 예비믹스와 효소(입상물)를 혼합하는 것으로 이루어진다. 이 혼합물을 증기 주입 처리하여 온도를 70℃로 올린 후, 혼합물을 펠릿화기에서 펠릿화하여 차후 건조되는 사료 펠릿을 얻는다. 이러한 공정 타입은 사료 펠릿을 얻기위한 사료 산업에서 전형적이다.
NATUPHOSTM의 경우, 비교를 위해, 표준으로 사용된 피타제 함유 제형은 분무 건조된 한외-여과액과 거친 밀가루의 혼합물이다.
β-글루카나제와 엔도-자일라나제를 함유하는 효소 제조물인 NATUGRAINTM의 경우, 이는 효소층으로 염핵을 코팅하여 제조된, 유동층으로 제조된 과립으로서, 이는 한외-여과액을 핵에 분무시켜 적용된다.
표 1은 펠릿화 시험의 결과를 요약하고 있다. 탄수화물 캐리어를 이용하여 만들어진 입상물이 표준 제형과 비교해 개선된 펠릿화 수율을 제공함이 표 1에서 알 수 있다.
효소 번호 과립의 효소 활성 70℃에서 펠릿화 이후 효소 수율
FTU/g EXU/gBGU/g %
실시예 1 6980 - 54.9
실시예 2 7420 - 51.8
실시예 3 7460 - 62.8
실시예 4 5870 - 62.7
실시예 5 7280 - 54.7
실시예 6 8470 - 69.6
실시예 7 8410 - 67.3
실시예 8 - 131005360 61.325.8
표준 NATUPHOSTM 5250 - 29.8
표준 NATUGRAINTM - 81506030 38.610.4
입상화법, 즉, 기계적 프로세싱의 타입이 본 발명에 의해 해결될 문제점들을 어드레싱하는데 있어 중요하지 않음을 알 수 있다. 탄수화물 중합체를 이용하는 제형은 기존의 NATUPHOSTM 및 NATUGRAINTM 제형과 비교해 보다 우수한 펠릿화 안정성을 제공한다.
본 발명에 따른 효소 입상물은 사료 성분들을 입상물과 혼합하고, 증기 처리한 다음 펠릿화함으로써 동물 사료 조성물의 제조에 적당하다. 조성물은 펠릿화 공정동안 개선된 효소 안정성을 보인다.

Claims (27)

  1. 효소, 식용 탄수화물 중합체 최소 15% (중량/중량)를 포함하는 고형 캐리어 및 물을 적절한 상대적인 양으로 프로세싱하여 효소-함유 과립을 얻은 다음, 차후 과립을 건조하는 단계를 포함하는, 동물 사료에 이용하기 적당한 효소-함유 입상물의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 물과 효소가 효소-함유 수용액 형태로 제공되는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 액체가 효소를 생성하는 발효 공정에서 유도된 여과액인 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    a) 효소를 함유하는 수용액을 고형 캐리어와 혼합하고;
    b) a)에서 얻어진 혼합물을 기계적으로 프로세싱하여 효소-함유 과립을 얻은 다음;
    c) b)에서 얻어진 효소-함유 과립을 건조하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 프로세싱이 기계적이고 압출, 펠릿화, 고전단 입상화, 팽윤, 유동층 응집 또는 이들의 조합을 포함하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 효소-함유 수용액과 고형 캐리어가 혼합되어 생성된 혼합물이 입상화 이전에 반죽되는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 프로세싱이 낮은 압력 및/또는 바스켓- 또는 돔-압출기에서 수행되는 압출인 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 얻어진 과립이 건조 이전에 구형화되는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 공정에 의해 생성될 수 있는 효소-함유 입상물.
  10. 효소와, 식용 탄수화물 중합체 최소 15% (중량/중량)를 포함하는 고형 캐리어로부터 형성된 건조된 과립을 포함하는 입상물.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 과립이 적어도 하나의 2가 양이온을 포함하는 입상물.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 과립이 하나 이상의 소수성, 겔-형성 또는 수 불용성 화합물(들)을 포함하는 입상물.
  13. 제 12 항에 있어서, 소수성, 겔-형성 수 불용성 화합물이 유도 셀룰로스, 폴리비닐 알콜 (PVA) 또는 식용유를 포함하는 입상물.
  14. 제 13 항에 있어서, 유도 셀룰로스가 하이드록시-프로필-메틸-셀룰로스, 카복시-메틸-셀룰로스 또는 하이드록시-에틸-셀룰로스이고/이거나 식용유가 콩기름 또는 카놀라유인 입상물.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 효소가 피타제, 엔도-자일라나제 및/또는 β-글루카나제를 포함하는 입상물.
  16. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 입상물을 하나 이상의 동물 사료 물질(들) 또는 성분(들)과 혼합하는 단계를 포함하는, 동물 사료, 또는 동물 사료의 예비믹스 또는 전구체의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 사료 물질(들) 및 입상물의 혼합물이 멸균 또는 증기 처리되고, 펠릿화된 다음 임의로 건조되는 방법.
  18. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 입상물을 포함하는 조성물.
  19. 제 18 항에 있어서, 식용 사료 조성물인 조성물.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 동물 사료인 조성물.
  21. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 입상물과 혼합된 하나 이상의 사료 물질(들) 또는 성분(들)의 펠릿을 포함하는 조성물.
  22. 제 21 항에 있어서, 입상물:사료 물질(들) 또는 성분의 비가 최소한 1 g:1 kg(예를 들면 최소 100 ppm)인 조성물.
  23. 제 18 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 16 항 또는 제 17 항에 따른 공정에 의해 제조가능한 동물 사료, 또는 동물 사료에 대한 예비믹스 또는 전구체인 조성물.
  24. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 입상물 또는 제 18 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 포함하는 먹이를 동물에게 공급하는 단계를 포함하는, 동물의 성장 촉진방법.
  25. 동물 사료의 성분 또는 동물 먹이에 유용한 성분으로서, 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 입상물의 사용.
  26. 효소의 펠릿화 안정성을 개선하기 위한 효소용 캐리어로서 식용 탄수화물 중합체를 최소 15% (중량/중량) 포함하는 조성물의 사용.
  27. 효소-함유액과, 최소 15% (중량/중량) 전분을 포함하는 고형 캐리어가 기계적으로 프로세싱되어 차후 건조되는 효소-함유 과립을 얻는, 효소-함유 입상물의 제조방법.
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