專利名稱：高粘度β－葡聚糖濃縮物的制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于二次處理植物物質(zhì)并尤其用于從含有淀粉和纖維的植物物質(zhì)中回收有價(jià)值產(chǎn)物的方法，這些有價(jià)值產(chǎn)物諸如包括β-葡聚糖的纖維、淀粉、蛋白質(zhì)和乙醇可溶物。本發(fā)明尤其涉及通過包括醇制漿以及酶處理和/或聲波降解/聲處理處理步驟的方法來制備高粘度β-葡聚糖產(chǎn)物。
背景技術(shù)：
包括谷類的植物物質(zhì)含有許多有價(jià)值的組份，諸如淀粉、蛋白質(zhì)、混合鍵1-4，1-3β-D-葡聚糖(下文中為“β-葡聚糖”或“BG”)、纖維素、戊聚糖、母育酚等。這些組份和源自這些組份的產(chǎn)物具有多種食物和非食物用途。因此，對于所述植物物質(zhì)的處理存在強(qiáng)烈不斷的工業(yè)利益。
通常認(rèn)為膳食纖維對一系列疾病具有保護(hù)作用，這些疾病流行于西方發(fā)達(dá)國家并包括結(jié)腸直腸癌、冠狀動脈心臟病、糖尿病、肥胖和憩室疾病。術(shù)語“膳食纖維”通常定義為對人類消化道分泌酶的消化作用具有抵抗性，但是可通過結(jié)腸中的微生物群落(microfiora)來使其發(fā)酵的植物物質(zhì)。與纖維食用量增加相關(guān)聯(lián)，總血清膽固醇與LDL膽固醇降低，糖化反應(yīng)和胰島素反應(yīng)得到改善并保護(hù)大腸免遭疾病。BG，非淀粉多糖是一種膳食纖維的水溶性組份并因此提供所述的健康效益。
已對BG進(jìn)行廣泛地研究并已發(fā)現(xiàn)其具有多種積極的健康效益，包括降低膽固醇水平、調(diào)節(jié)糖化反應(yīng)和免疫系統(tǒng)增強(qiáng)。尤其認(rèn)為食用β-葡聚糖會增加腸內(nèi)容物的粘度，因此減緩膳食膽固醇和葡萄糖以及膽汁酸向腸壁的移動從而導(dǎo)致吸收減少。這些效益處已使美國食品與藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)一項(xiàng)健康聲明，其指出每天四份每份含有0.75克可溶性燕麥纖維的燕麥產(chǎn)品可降低心臟病的危險(xiǎn)。
心血管疾病(CVD)被視為所有發(fā)達(dá)國家中首要的死亡原因，全世界20％的死亡都是由這種疾病造成的。1在美國，1997年59.7％的人患有某些形式的CVD，2并且在加拿大，估計(jì)有8百萬人患有CVD。3估計(jì)1億2百萬美國成年人的總血膽固醇水平達(dá)到每分升200毫克(mg/dL)或更高。其中，約4千1百萬人達(dá)到240mg/dL或240mg/dL以上的水平。在成年人中，240mg/dL或更高的總膽固醇水平被視為是高度危險(xiǎn)的。200至239mg/dL的水平被視為邊緣高度危險(xiǎn)。130mg/dL或更高的低密度脂蛋白(LDL)膽固醇水平與增加的冠狀動脈心臟病危險(xiǎn)相關(guān)聯(lián)并存在于大約45％的美國人中。大約18％的美國人的LDL膽固醇水平達(dá)到160mg/dL或更高。高LDL膽固醇水平與較高的冠狀動脈心臟病(CHD)危險(xiǎn)相關(guān)聯(lián)。
CVD不僅是死亡的頭號原因，也是在最發(fā)達(dá)國家中最昂貴的疾病。在美國，2002年此疾病直接和間接花費(fèi)了3292億美元。直接費(fèi)用為1995億美元，其中藥品費(fèi)用總計(jì)318億美元。4加拿大的費(fèi)用統(tǒng)計(jì)僅在最近的1993年進(jìn)行，但這時(shí)的總CVD費(fèi)用為197億美元。直接費(fèi)用總計(jì)73億美元，其中藥品占此總數(shù)的16億美元。5這些統(tǒng)計(jì)資料表明了通過膳食手段降低CVD危險(xiǎn)的重要性。(尤其)通過將β-葡聚糖濃縮物作為一種成份合并到多種食品中而增加可溶性纖維的食用可顯著促成此目標(biāo)。然而，由于逐漸增加的證據(jù)表明β-葡聚糖的健康效益與其粘度相關(guān)連，因此對于β-葡聚糖關(guān)鍵的是具有可實(shí)現(xiàn)權(quán)力要求所述健康效益的高粘度特征。
到目前為止，由于提取的高成本BG僅限于諸如化妝品、醫(yī)學(xué)應(yīng)用和健康補(bǔ)品的高價(jià)市場中，這已經(jīng)阻礙其作為一種食品工業(yè)成份的用途。當(dāng)前市場上的食品含有低濃度的BG，因此為了滿足健康主張的參數(shù)而需要食用所述產(chǎn)品的量是切不實(shí)際的。
1“心血管疾病流行病學(xué)(Cardiovascular DiseaseEpidemiology)”世界衛(wèi)生組織(World Health Organization)，2000年10月4日。(2000年10月8日在線引用)?？勺詇ttp//www.who.int/ncd/cvd/cvd epi.htm獲得2“心血管疾病統(tǒng)計(jì)學(xué)(Cardiovascular Disease Statistics)”美國心臟協(xié)會(American Heart Association)，2000年。(2000年11月23日在線引用)?？勺詇ttp//www.americanheart.org/Heart and Stroke A Z Guide/cvds.html)獲得3“心臟問題心血管疾病的發(fā)病率(Health MattersIncidence of Cardiovascular Disease)”加拿大心臟與中風(fēng)基金會(Heart and Stroke Foundation of Canada)，2000年。(2000年11月23日在線引用)。可自http//heartandstroke.ca/cgi-bin/English/CataloK/Public/bR.cgi？110100:::rncedence％20of％20Cardiovascular％20Disease％20:::158981323241:::100001:110100獲得4“心血管疾病的經(jīng)濟(jì)成本(Economic Costs of Cardiovascular Diseases)”美國心臟協(xié)會(American Heart Association)，2002。2002年心臟與中風(fēng)統(tǒng)計(jì)更新。
5“加拿大2000年心臟病與中風(fēng)的改變面貌(The Changing Face of Heart Disease and Stroke in Canada 2000)”加拿大心臟與中風(fēng)基金會(Heart and Stroke Foundation of Canada)，2000。(2000年11月29日在線引用)?？勺詇ttp//www.hc-sc.gc.ca/hbp/lddc/bcrdd/hdsc2000/index.html獲得對于從谷物中提取BG，已經(jīng)對包括大麥的這些谷物的分餾進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)室和試生產(chǎn)規(guī)模的研究。通常，慣用方法利用水、酸化水和/或堿溶液(意即NaOH、Na2CO3或NaHCO3)作為溶劑將全部碾碎大麥、大麥粗粉(經(jīng)碾磨的全大麥)或大麥粉(滾磨大麥粉或微?；篼湻?制漿。接著通過諸如過濾、離心和乙醇沉淀的技術(shù)來處理這些漿液以將漿液分成各種組份。用于大麥分餾的此種慣用方法具有許多技術(shù)問題，并且同時(shí)認(rèn)識到有限的商業(yè)化可行性已受到特別用于食品應(yīng)用的產(chǎn)品成本的限制。
尤其因?yàn)榇篼湻壑械摩?葡聚糖是極好的水結(jié)合劑(親水膠體)，并且因此且在添加水(中性、堿性或酸性環(huán)境)后，β-葡聚糖與漿液中的水化合并使?jié){液極度變稠(粘度增加)，所以出現(xiàn)技術(shù)問題。在將漿液進(jìn)一步加工成純大麥組份(意即淀粉、蛋白質(zhì)、纖維等)的過程中，此稠化促成多種技術(shù)問題，包括過濾過程中纖維的阻塞和離心過程中不能分離面粉組份。
通常，通過將實(shí)質(zhì)量的水添加至稠/粘性漿液中用以稀釋并將粘度降低至可進(jìn)行進(jìn)一步處理的水平，從而將這些技術(shù)問題減到最少(若未消除)。然而，使用大體積的水將引起若干另外的問題，包括排出水的體積增加和由此所引起的處理成本增加。此外，在離心過程中用上清液(水)增溶并分離β-葡聚糖，并通常通過用乙醇進(jìn)行沉淀來將其回收。通過將等體積的無水乙醇添加至上清液中來完成此過程。在分離沉淀的β-葡聚糖后，優(yōu)選地將乙醇回收用于再循環(huán)。然而，回收需要蒸餾，從能量使用觀點(diǎn)來看這又是一項(xiàng)昂貴的操作。
此外，認(rèn)為堿溶液的增溶作用和隨后β-葡聚糖在乙醇中的沉淀(和兩者之間的離心步驟)有助于β-葡聚糖鏈的斷裂，此產(chǎn)生更低級、更低粘度的β-葡聚糖產(chǎn)物。
更進(jìn)一步，又認(rèn)為這些過去技術(shù)的使用會支持微生物的生長和酶活性增加，這會有助于β-葡聚糖鏈的水解。這些問題尤其顯現(xiàn)于較大批量的操作中，其中可能變得難于控制酶活性并因此引起批次間的一致性問題。
因此，對用于分餾谷物，并克服漿液粘度和水使用特殊問題的有效方法存在需求。而且，對一種提供高純度、高粘度接近天然狀態(tài)的β-葡聚糖產(chǎn)物的方法存在需求，在該方法中BG產(chǎn)物具有降低的淀粉和蛋白質(zhì)含量。
因此，對于改進(jìn)從包括燕麥和大麥的谷物細(xì)胞壁中提取的β-葡聚糖產(chǎn)物的產(chǎn)率和質(zhì)量的技術(shù)仍舊存在需求，這些技術(shù)可克服基于水的提取技術(shù)的問題。
先前技術(shù)的綜述顯示尚未揭示具有改進(jìn)的流變特性的β-葡聚糖產(chǎn)物。
而且，聲波降解/聲處理/超聲波降解/超聲處理(下文中為“聲波降解”、“超聲波降解”和“US”)技術(shù)尚未應(yīng)用于從呈醇漿液的大麥和燕麥中提取β-葡聚糖的方法。
舉例而言，雖然已描述超聲波降解在魔芋粉生產(chǎn)中的用途(參看Kimura，T.，Sugahara，T和Goto，M，2000年，使用超聲波降解處理制造魔芋粉方法的改良(Improvement of amethod for production of konnyaku powder using ultrasonic treatment)，日本食品科學(xué)工學(xué)會志(Journal of the Japanese Society for Food Science and Technology)(Nippon ShokuhinKagaku Kogaku Kaishi)47(8)604-612)，但是此參考文獻(xiàn)并未敘述有關(guān)β-葡聚糖的提取。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，一種分餾工藝制造維持高質(zhì)量功能特征(包括改進(jìn)的粘度特征)的BG濃縮物。在本發(fā)明的情況下，BG的改進(jìn)的粘度特征涉及與根據(jù)先前技術(shù)制備的BG溶液的粘度特征相比較根據(jù)本發(fā)明方法制備的BG纖維殘余物溶液增加的粘度或高粘度，其中兩種溶液包括相等濃度的BG。
此方法極大地降低生產(chǎn)時(shí)間并改進(jìn)處理效率，因此在BG的提取和純化中實(shí)現(xiàn)顯著的成本節(jié)約。高BG品種的谷物增加所提取BG的產(chǎn)率，因此也降低提取和純化的總成本。
更準(zhǔn)確地說并根據(jù)本發(fā)明，提供一種制備β-葡聚糖(BG)產(chǎn)物的方法，其包含下列步驟a)將面粉和醇混合以形成面粉/醇漿液；b)從此醇中分離出一纖維殘余物，其中所述纖維殘余物具有高BG含量；c)使來自步驟b)的纖維殘余物經(jīng)歷至少一個(gè)額外的處理步驟，所述額外的處理步驟包括將來自步驟b)的纖維殘余物與醇混合以形成纖維殘余物/醇漿液，并使此纖維殘余物/醇漿液經(jīng)歷一個(gè)聲波降解、蛋白酶或淀粉酶處理步驟或聲波降解、蛋白酶或淀粉酶處理步驟的組合，并其后從所述的纖維殘余物/醇漿液中分離出一最終纖維殘余物。
此外，并在多個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括一個(gè)聲波降解處理步驟，一個(gè)聲波降解和蛋白酶處理步驟，一個(gè)聲波降解和淀粉酶處理步驟，一個(gè)蛋白酶和淀粉酶處理步驟或一個(gè)聲波降解、蛋白酶或淀粉酶處理步驟。
本發(fā)明也提供一種制備高粘度BG產(chǎn)物的方法，通過使根據(jù)上述方法制備的經(jīng)增溶的BG纖維殘余物與源自先前技術(shù)方法的經(jīng)增溶的BG纖維殘余物的粘度相比較，所述BG產(chǎn)物的粘度特征可為高粘度。
本發(fā)明更特定的實(shí)施例包括提供一具有一定組成的最終纖維殘余物，其中對于特殊品種的源面粉BG含量大于25％(w/w，以干物質(zhì)計(jì))并且對于其它品種的源面粉大于35％(w/w，以干物質(zhì)計(jì))。此外，本發(fā)明提供一種方法，其中所述最終纖維殘余物具有一定組成，其具有少于40％(w/w，以干物質(zhì)計(jì))的淀粉含量且優(yōu)選少于20％(w/w，以干物質(zhì)計(jì))的淀粉含量。
本發(fā)明也提供具有高β-葡聚糖(BG)含量和高粘度的纖維殘余物，所述高粘度特征在于自纖維殘余物制備的0.5％(w/w)BG溶液在20℃，12.9s-1的剪切速率下具有大于200mPa·s、大于350mPa·s或大于500mPa·s的粘度。
在一個(gè)實(shí)施例中，纖維殘余物的BG含量優(yōu)選地大于35％(w/w)。
所述方法優(yōu)選利用微粒化谷物，其中成微粒者大于20％且更優(yōu)選地大于25-40％。面粉的粒度優(yōu)選地小于250微米。
當(dāng)經(jīng)歷一個(gè)蛋白酶或淀粉酶處理過程時(shí)，優(yōu)選的為用0.1-3％(w/w，以蛋白質(zhì)或淀粉重量計(jì))之蛋白酶或淀粉酶培養(yǎng)所述纖維殘余物/醇漿液，并且其中所述蛋白酶可選自木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、微生物蛋白酶中的任一種或其組合，并且所述淀粉酶可選自微生物、植物或動物淀粉酶中的任一種或其組合。
當(dāng)經(jīng)歷一個(gè)聲波降解處理步驟時(shí)，優(yōu)選的為在2.5-3.5kW的功率水平下或在經(jīng)選擇使BG的裂解度最小的功率下，將纖維殘余物/醇漿液聲波處理3至15分鐘。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供超聲波降解于自面粉和醇的漿液制造高β-葡聚糖含量的β-葡聚糖產(chǎn)物的用途。
在一更特定的實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種制備高粘度β-葡聚糖產(chǎn)物的方法，其包含下列步驟a)將面粉混合至含水乙醇中以產(chǎn)生第一面粉-醇漿液；b)過濾所述面粉-醇漿液以產(chǎn)生醇濾液和第一纖維殘余物；c)將所述第一纖維殘余物與含水乙醇混合以形成纖維殘余物/醇漿液；d)過濾所述纖維殘余物/醇漿液以產(chǎn)生第二醇濾液和含有高粘度β-葡聚糖的第二纖維殘余物；其中，使面粉/醇或纖維殘余物/醇漿液中的一者或兩者經(jīng)歷一個(gè)超聲波降解處理過程。
在另外的實(shí)施例中，步驟a和c中的含水醇為8-100％(w/w)、40-95％(w/w)或50％(w/w)并且/或面粉∶含水乙醇為1∶5至1∶8(w/w)。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種通過使含水醇BG纖維殘余物溶液經(jīng)歷一個(gè)聲波降解處理過程來控制含水醇BG纖維殘余物溶液中β-葡聚糖(BG)裂解程度的方法，其中基于溶液中所需的β-葡聚糖裂解度來選擇溶液中水∶醇的比率，其中選擇較低的水∶醇比率降低溶液中β-葡聚糖的裂解水平，而選擇較高的水∶醇比率提高溶液中β-葡聚糖的裂解水平。


參照下列圖式來描述本發(fā)明，其中圖1A是本發(fā)明用于制備改進(jìn)的β-葡聚糖產(chǎn)物的方法的概述。
圖1B是用于制備改進(jìn)的β-葡聚糖產(chǎn)物的優(yōu)選方法的概述。
具體實(shí)施例方式
參照圖1A和圖1B來描述本發(fā)明。圖1A是本發(fā)明用于制備改進(jìn)的β-葡聚糖產(chǎn)物的方法的概述并且圖1B是用于制備改進(jìn)的β-葡聚糖產(chǎn)物的優(yōu)選方法的概述。
參照圖1A，將微?；任锩娣?與醇2混合以形成面粉/醇漿液，其可包括可選擇的聲波降解5、蛋白酶6和淀粉酶處理。將此漿液過濾3以將纖維殘余物(FR1)與濾液4分離。必要時(shí)(路徑B-E)以可選擇的聲波降解5、蛋白酶6和淀粉酶7處理再次重復(fù)此混合和過濾步驟，以產(chǎn)生纖維殘余物FR2-FR6和濾液b-e。
更準(zhǔn)確地說并且參照圖1B，用于制備BG纖維殘余物的優(yōu)選方法10如綜合步驟I-VI和詳細(xì)步驟18-78所述。步驟I是指第一次乙醇洗滌，步驟II是指第二次乙醇洗滌，步驟III是指一個(gè)聲波降解步驟，步驟IV是指一個(gè)蛋白酶處理步驟，步驟V是指一個(gè)淀粉酶處理步驟并且步驟VI是指最終乙醇洗滌。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明步驟I可與步驟II-V中的任一組合相組合，其中優(yōu)選的為以步驟VI完成此制程。
以下描述對自CDC-燭大麥、黑非燕麥和安東尼燕麥的微?；任锩娣蹃碇苽涓哒扯菳G纖維殘余物進(jìn)行三次研究，用以測定單獨(dú)的處理步驟對纖維殘余物(FR)產(chǎn)率以及FR中β-葡聚糖純度的影響。
材料與方法通過將全大麥或燕麥微?；?10-35％微粒化)并使用一針磨機(jī)將微?；任镅心ブ列∮?50μm，來制備大麥與燕麥面粉。
研究#1圖1B的各處理步驟對以A)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模和B)試生產(chǎn)規(guī)模制備的纖維殘余物粘度的影響。
A)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模研究在實(shí)驗(yàn)室中，根據(jù)圖1B中的所選步驟，使用100g面粉作為起始材料來制備下列纖維殘余物空白組(乙醇洗滌)(圖1B-步驟I、II和VI)-在50％乙醇中洗滌兩次(每次30分鐘)，回收纖維殘余物并在無水乙醇中進(jìn)行最終洗滌。
US(超聲波降解)(圖1B-步驟I、II、III和VI)-類似于空白組進(jìn)行兩次乙醇洗滌，回收纖維殘余物，在50％乙醇中US處理10分鐘，回收纖維殘余物并進(jìn)行最終無水乙醇洗滌。以下更為詳細(xì)解釋一種超聲波降解方法。
PT(蛋白酶處理)(圖1B-步驟I、II、IV和VI)-類似于空白組進(jìn)行兩次乙醇洗滌，回收纖維殘余物，在50％乙醇中蛋白酶處理8小時(shí)，回收纖維殘余物并進(jìn)行最終無水乙醇洗滌。
US+PT(US和PT)(圖1B-步驟I、II、III、IV和VI)-類似于空白組進(jìn)行兩次乙醇洗滌，回收纖維殘余物，US處理10分鐘，蛋白酶處理8小時(shí)，回收纖維殘余物并進(jìn)行最終無水乙醇洗滌。
PT+TT(PT和耐熱α-淀粉酶處理(TT))(圖1B-步驟I、II、IV、V和VI)-類似于空白組進(jìn)行兩次乙醇洗滌，對纖維殘余物進(jìn)行蛋白處理酶8小時(shí)，回收纖維殘余物，在50％乙醇中對纖維殘余物進(jìn)行TT處理1小時(shí)，回收纖維殘余物并進(jìn)行最終無水乙醇洗滌。
US+PT+TT(US、PT和TT處理)(圖IB-步驟I、II、III、IV、V和VI)-類似于空白組進(jìn)行兩次乙醇洗滌，US處理10分鐘，回收纖維殘余物，對纖維殘余物進(jìn)行蛋白酶處理8小時(shí)，回收纖維殘余物，對纖維殘余物進(jìn)行TT處理1小時(shí)，回收纖維殘余物并進(jìn)行最終無水乙醇洗滌。
另外，在實(shí)驗(yàn)室中使用先前技術(shù)的堿溶液提取和乙醇沉淀方法來制備自大麥粉獲得的高純度BG樣品(78％w/w，以干重量計(jì))(下文中稱為LAB膠)。此制程由以下步驟組成將面粉與水混和并通過添加碳酸鈉將pH值調(diào)節(jié)至堿性pH值(優(yōu)選pH值為9)。在55℃下連續(xù)提取1小時(shí)。將所述混合物的pH值調(diào)節(jié)至pH 4.5以使蛋白質(zhì)沉淀，接著通過離心將其從溶液中分離出來。通過添加無水乙醇使上清液中的BG沉淀并通過離心回收BG并隨后將其干燥。
β-葡聚糖溶液的制備接著使用經(jīng)干燥的纖維殘余物(β-葡聚糖濃縮物)制備β-葡聚糖水溶液(0.5％，w/w)?；诟鶕?jù)Megazyme程序(Megazyme國際公司，Bray，Ireland)所測定的纖維殘余物的β-葡聚糖含量來計(jì)算含有100mgβ-葡聚糖所需的經(jīng)干燥纖維殘余物的量。將一個(gè)含有20g水的燒杯放置于一個(gè)加熱攪拌器上。伴隨有力的攪拌將纖維殘余物混合至水中。添加加熱穩(wěn)定淀粉酶(35μL，Termamyl 120L，自Novozyme，Toronto，Ontario獲得)以使剩余淀粉水解并將淀粉對隨后的粘度測量的影響減到最小。
將此燒杯用鋁箔覆蓋并使燒杯的內(nèi)容物快速達(dá)到沸騰并于約80℃下在熱板上將其攪拌大于1小時(shí)。接著將溶液冷卻，以蒸餾水進(jìn)行重量調(diào)節(jié)以補(bǔ)償加熱期間的任何損失使最終β-葡聚糖濃度達(dá)到0.5％(w/w)，將溶液攪拌約30秒并轉(zhuǎn)移至50mL經(jīng)巴氏滅菌的試管中。接著將所述試管在4000rpm下離心(Centra MP4，國際設(shè)備公司，美國(International Equipment Company，USA))10分鐘并將上清液用于粘度測量。
粘度測量使用PAAR Physica UDS流變儀(Glenn Allen，Virginia)測量所述上清液的粘度。將上清液(7.05g+0.01g)用移液管直接移至一DG 27杯中并在1-100rpm(剪切速率＝1.29-129s-1)和20℃下以受控剪切速率模式測定粘度。
B)試生產(chǎn)規(guī)模研究對根據(jù)如上所述步驟I、II、III、V和VII并參照圖1B，使用5kg和200kg批量的面粉作為起始材料來制備的燭大麥和安東尼燕麥纖維殘余物進(jìn)行試生產(chǎn)規(guī)模研究。根據(jù)與用于實(shí)驗(yàn)室研究相同的方法測定粘度。
研究#2受微?；c超聲波降解程度影響的纖維殘余物的產(chǎn)率、回收率(BG)和組成-實(shí)驗(yàn)室研究此項(xiàng)研究中使用燭大麥和黑非燕麥面粉。將10-35％的谷物微?；?。在實(shí)驗(yàn)室中，根據(jù)步驟I、II、III和VI通過超聲波降解來制備纖維殘余物。
纖維殘余物的產(chǎn)率是基于相對于起始面粉重量的纖維殘余物重量。BG回收率是基于相對于起始面粉中BG重量的所回收纖維殘余物中的BG重量。通過標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)(AACC2000)測定粗產(chǎn)物和所回收的纖維殘余物的BG、蛋白質(zhì)和淀粉含量并且其為所回收的纖維殘余物中各自的重量％。
研究#3當(dāng)在含水乙醇漿液和100％水溶液中進(jìn)行超聲波降解時(shí)，受其影響的燕麥和大麥纖維殘余物中的β-葡聚糖的粘度此項(xiàng)研究中使用燭大麥和黑非燕麥面粉。將30％的谷物微?；?。在實(shí)驗(yàn)室中，根據(jù)步驟I、II、III和VI通過超聲波降解來制備纖維殘余物并如上所述進(jìn)行粘度測定。為在100％含水介質(zhì)中對BG進(jìn)行超聲波降解，將通過步驟I、II、III和VI獲得的干纖維殘余物增溶于水中以制備均一溶液并在80％振幅下進(jìn)行超聲波降解10分鐘。
結(jié)果與過論研究#1(表1和2)測定在實(shí)驗(yàn)室中由自如圖1B中的上述方法(兩步驟的50％乙醇洗滌(空白組)和US、蛋白酶處理(PT)和淀粉酶處理(TT)步驟的各種組合)獲得的纖維殘余物制備的新鮮溶液的粘度(含有0.5％BG(w/w))(表1)。也顯示出以慣用的堿溶液提取法獲得的兩種其它β-葡聚糖膠(商業(yè)燕麥膠和大麥LAB膠)的粘度以達(dá)到比較的目的。商業(yè)燕麥膠具有純度58％BG(w/w，以干物質(zhì)計(jì))且高粘度大麥LAB膠具有78％BG(w/w，以干物質(zhì)計(jì))的純度。
表1中所示的燭大麥、黑非燕麥和安東尼燕麥纖維殘余物的粘度均優(yōu)于高粘度LAB膠和商業(yè)燕麥膠。如所預(yù)期的，纖維殘余物溶液表現(xiàn)出假塑性或剪切稀化性狀，其中粘度隨剪切速率從1.29s-1增加至129s-1而下降。在129s-1時(shí)，纖維殘余物的粘度接近LAB膠的粘度。
表2中的數(shù)據(jù)顯示在試驗(yàn)性工廠中自燭大麥和安東尼燕麥面粉獲得的纖維殘余物(US和TT處理的組合)的水溶液粘度。這些結(jié)果與那些自實(shí)驗(yàn)室研究獲得的結(jié)果相當(dāng)，這指出在規(guī)模擴(kuò)大的過程中使用工業(yè)設(shè)備對BG粘度不存在損害。
研究#2(表3和4)表3和4顯示分別受用于黑非燕麥和燭大麥的微粒化與超聲波降解程度影響的纖維殘余物的產(chǎn)率、回收率(BG)和組成。
當(dāng)微?；黾訒r(shí)，纖維殘余物的產(chǎn)率(以面粉干重量計(jì))顯示出少量的降低(小于1.5％)。β-葡聚糖的回收率在80至94％間變化。當(dāng)微?；潭仍黾訒r(shí)，纖維殘余物的β-葡聚糖含量增加多達(dá)2.4％。隨著微?；降脑黾?，燕麥和大麥纖維殘余物的蛋白質(zhì)含量增加，而大麥中的淀粉含量增加，但燕麥中的淀粉含量僅或多或少地發(fā)生變化。
因此，從產(chǎn)率的角度來看，微?；潭仍黾游达@示出顯著的優(yōu)點(diǎn)。然而，微?；斤@示出對纖維殘余物的色彩/亮度的顯著影響，其中微?；叽笥?5％的樣品充分地亮于微?；咝∮?0％的樣品。
與空白組樣品(未經(jīng)US所產(chǎn)生的樣品)相比，經(jīng)聲降解的樣品顯示出充分較高(高達(dá)12％)的β-葡聚糖含量。如表3中所示，自35％微?；任镏苽涞暮诜敲娣蹣悠樊a(chǎn)生含有28.4％(w/w)β-葡聚糖的纖維殘余物，而相當(dāng)?shù)慕?jīng)聲降解的纖維殘余物含有40.1％(w/w)β-葡聚糖。如表4中所示，使用經(jīng)聲波降解的燭大麥觀察到類似的BG濃度改進(jìn)。
這些結(jié)果表明超聲波降解在以高回收率濃縮β-葡聚糖中的效果。據(jù)信超聲波降解尤其有效于分解植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，由此提高從其余細(xì)胞材料分離出接近天然狀態(tài)形式的β-葡聚糖。
研究#3(表5)表5顯示當(dāng)在含水乙醇漿液和100％水溶液中進(jìn)行聲波降解時(shí)，其對BG溶液粘度的影響。
通過在50％乙醇介質(zhì)中進(jìn)行超聲波降解所制備的纖維殘余物具有與那些空白組的纖維殘余物相當(dāng)?shù)恼扯?，這指出在乙醇的存在下超聲波降解未對β-葡聚糖的質(zhì)量造成損害。然而，若在沒有乙醇而用100％水的情況下施加超聲波降解，則β-葡聚糖完全水解并增溶，接著存在粘度的顯著下降，這指出含水介質(zhì)中的β-葡聚糖分子對損害是高度敏感的，它們可能在聲波降解后裂解。因此，使用聲波降解作為通過選擇漿液介質(zhì)來控制β-葡聚糖粘度的工具也是有效的。就是說選擇高水含量的漿液介質(zhì)通過聲波降解處理產(chǎn)生較低粘度的產(chǎn)物，而高醇含量的漿液介質(zhì)產(chǎn)生較高粘度的產(chǎn)物。
分子量研究進(jìn)行分子量研究以檢驗(yàn)不同提取技術(shù)對β-葡聚糖纖維殘余物分子量的影響。
根據(jù)三種獨(dú)立的方法制備高純度β-葡聚糖纖維殘余物，以比較來自各方法的殘余物的分子量。通過將β-葡聚糖纖維殘余物增溶于熱水中并使用高效尺寸篩析色譜法分析分子量來對分子量進(jìn)行測定。
使用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備以傳統(tǒng)堿方法(在pH9-10下進(jìn)行堿溶液提取并隨后在醇中沉淀)從燭大麥面粉(原料)中提取β-葡聚糖纖維殘余物(大于85％純度)，由此制造具有1.03±0.015百萬道爾頓分子量的β-葡聚糖纖維殘余物。再使用試驗(yàn)性工廠設(shè)備利用相同的方法制造具有0.21±0.0008百萬道爾頓較低分子量的β-葡聚糖纖維殘余物(大于85％純度)。這表明在試驗(yàn)性工廠規(guī)模上傳統(tǒng)堿方法制造出顯著較低分子量的β-葡聚糖纖維殘余物。
在試驗(yàn)性工廠規(guī)模上利用主體過程與聲波降解來重復(fù)此方法，并且對應(yīng)于燭大麥與黑非燕麥品種制造出具有1.31±0.04百萬道爾頓和1.10±0.02百萬道爾頓分子量的β-葡聚糖纖維殘余物。
這些結(jié)果表明在試驗(yàn)性工廠規(guī)模上此主體方法有效于制造出高分子量的β-葡聚糖纖維殘余物。
表1實(shí)驗(yàn)室中自燭大麥、黑非燕麥和安東尼燕麥粉1獲得的纖維殘余物的水溶液粘度。
用于粘度測量的溶液濃度為0.5重量％β-葡聚糖。

1自30％微?；任镏苽?在實(shí)驗(yàn)室中使用堿溶液提取法獲得的高粘度大麥β-葡聚糖膠具有78％(w/w)的β-葡聚糖純度3商業(yè)燕麥膠具有58％(w/w)的β-葡聚糖純度表2在試驗(yàn)性工廠中自燭大麥和安東尼燕麥面粉1獲得的纖維殘余物的水溶液粘度。
用于粘度測量的溶液濃度為0.5重量％β-葡聚糖。

1自約30％微粒化谷物制備2在實(shí)驗(yàn)室中使用堿溶液提取法獲得的高粘度大麥β-葡聚糖膠具有78％(w/w)的β-葡聚糖純度3商業(yè)燕麥膠具有58％(w/w)的β-葡聚糖純度表3.黑非燕麥纖維殘余物的產(chǎn)率、回收率(BG)和組成

1產(chǎn)率＝(纖維殘余物的重量/起始面粉的重量)×1002回收率＝(纖維殘余物中β-葡聚糖的重量/起始面粉中β-葡聚糖的重量)×100(Megazyme方法)
表4.燭大麥纖維殘余物的產(chǎn)率、回收率(BG)和組成

1產(chǎn)率＝(纖維殘余物的重量/起始面粉的重量)×1002回收率＝(纖維殘余物中β-葡聚糖的重量/起始面粉中β-葡聚糖的重量)×100
表5.經(jīng)和未經(jīng)聲波降解處理后，自燭大麥和黑非燕麥面粉1獲得的纖維殘余物的粘度

1自30％微?；任镏苽?在實(shí)驗(yàn)室中使用堿溶液提取法獲得的高粘度大麥β-葡聚糖膠具有78％(w/w)的β-葡聚糖純度3商業(yè)燕麥膠具有58％(w/w)的β-葡聚糖純度
權(quán)利要求
1.一種制備β-葡聚糖(BG)產(chǎn)物的方法，其包含下列步驟a.將面粉和醇混合以形成面粉/醇漿液；b.從所述醇中分離出一纖維殘余物，其中所述纖維殘余物具有高BG含量；c.使來自步驟b)的所述纖維殘余物經(jīng)受至少一個(gè)額外的處理步驟，所述額外的處理步驟包括將來自步驟b)的所述纖維殘余物與醇混合以形成纖維殘余物/醇漿液，并使所述纖維殘余物/醇漿液經(jīng)歷一個(gè)聲波降解、蛋白酶或淀粉酶處理步驟或聲波降解、蛋白酶或淀粉酶處理步驟的組合，并其后從所述的纖維殘余物/醇漿液中分離出一最終纖維殘余物。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其中步驟c)包含一個(gè)聲波降解處理步驟。
3.根據(jù)權(quán)力要求2所述的方法，其中步驟c)包含一個(gè)聲波降解處理步驟，并且其中以一個(gè)蛋白酶處理步驟來重復(fù)步驟c)。
4.根據(jù)權(quán)力要求3所述的方法，其中以一個(gè)淀粉酶處理步驟來重復(fù)步驟c)。
5.根據(jù)權(quán)力要求2所述的方法，其中步驟c)包括一個(gè)聲波降解處理步驟，并且其中以一個(gè)淀粉酶處理步驟來重復(fù)步驟c)。
6.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含干燥所述最終纖維殘余物和將所述最終纖維殘余物增溶于水中以形成具有高粘度的纖維殘余物溶液的步驟。
7.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其中所述最終纖維殘余物具有一組成，其中BG含量大于25％(w/w，以干物質(zhì)計(jì))。
8.根據(jù)權(quán)力要求7所述的方法，其中所述最終纖維殘余物具有一組成，其中β-葡聚糖含量大于35％(w/w，以干物質(zhì)計(jì))。
9.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其中所述最終纖維殘余物具有一組成，其具有少于40％(w/w，以干物質(zhì)計(jì))的淀粉含量。
10.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其中所述最終纖維殘余物具有一組成，其具有少于20％(w/w，以干物質(zhì)計(jì))的淀粉含量。
11.一種具有高β-葡聚糖(BG)含量和高粘度的纖維殘余物，所述高粘度特征在于自纖維殘余物制備的0.5％(w/w)BG溶液在20℃，12.9s-1的剪切速率下具有大于200mPa·s的粘度。
12.一種具有高β-葡聚糖(BG)含量和高粘度的纖維殘余物，所述高粘度特征在于自纖維殘余物制備的0.5％(w/w)BG溶液在20℃，12.9s-1的剪切速率下具有大于350mPa·s的粘度。
13.一種具有高β-葡聚糖(BG)含量和高粘度的纖維殘余物，所述高粘度特征在于自纖維殘余物制備的0.5％(w/w)BG溶液在20℃，12.9s-1的剪切速率下具有大于500mPa·s的粘度。
14.根據(jù)權(quán)力要求11所述的纖維殘余物，其中所述BG含量大于35％(w/w)。
15.根據(jù)權(quán)力要求11所述的纖維殘余物，其中所述纖維殘余物源自大麥或燕麥。
16.根據(jù)權(quán)力要求15所述的纖維殘余物，其中所述大麥為燭大麥(Candle barley)且所述燕麥為黑非燕麥(HiFi oat)或安東尼燕麥(Antoine oat)。
17.根據(jù)權(quán)力要求11所述的纖維殘余物，其中所述BG分子量大于1百萬道爾頓。
18.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其中用于步驟a)的所述面粉自微粒谷物來制備，其中成微粒者大于20％。
19.根據(jù)權(quán)力要求18所述的方法，其中微?；邽?5-40％。
20.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其中用于步驟a)的所述面粉具有小于250微米的粒度。
21.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其中在步驟c)過程中，用0.1％(w/w，以蛋白質(zhì)或淀粉重量計(jì))的蛋白酶或淀粉酶培養(yǎng)所述纖維殘余物/醇漿液。
22.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其中在步驟c)過程中，用0.1-3％(w/w，以蛋白質(zhì)或淀粉重量計(jì))的蛋白酶或淀粉酶培養(yǎng)所述纖維殘余物/醇漿液。
23.根據(jù)權(quán)力要求21所述的方法，其中所述蛋白酶選自植物、動物或微生物蛋白酶中的任一種或其組合，并且所述淀粉酶選自微生物、植物或動物淀粉酶中的任一種或其組合。
24.根據(jù)權(quán)力要求2所述的方法，其中所述聲波降解處理步驟包括在大于2.5kW的功率水平下使纖維殘余物/醇漿液經(jīng)歷聲波降解。
25.根據(jù)權(quán)力要求2所述的方法，其中所述聲波降解處理步驟包括在2.5-3.5kW的功率水平下使纖維殘余物/醇漿液經(jīng)歷聲波降解3-15分鐘。
26.根據(jù)權(quán)力要求2所述的方法，其中所述聲波降解處理步驟在經(jīng)選擇使BG的裂解度最小同時(shí)使其從谷物的細(xì)胞網(wǎng)中釋放最大的功率下實(shí)施。
27.根據(jù)權(quán)力要求所述1的方法，其中所述最終纖維殘余物具有大于1百萬道爾頓的BG分子量。
28.一種超聲波降解于自面粉和醇的漿液制造高β-葡聚糖含量的β-葡聚糖產(chǎn)物的用途。
29.一種制備高粘度β-葡聚糖產(chǎn)物的方法，其包含下列步驟a.將面粉混合至含水乙醇中以產(chǎn)生第一面粉-醇漿液；b.過濾所述面粉-醇漿液以產(chǎn)生醇濾液和第一纖維殘余物；c.將所述第一纖維殘余物與含水乙醇混合以形成纖維殘余物/醇漿液；d.過濾所述纖維殘余物/醇漿液以產(chǎn)生第二醇濾液和含有高粘度β-葡聚糖的第二纖維殘余物；其中，使面粉/醇或纖維殘余物/醇漿液中的一者或兩者經(jīng)歷一個(gè)超聲波降解處理過程。
30.根據(jù)權(quán)力要求29所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包含使所述第二纖維殘余物經(jīng)歷一個(gè)另外的乙醇洗滌和過濾步驟。
31.根據(jù)權(quán)力要求29所述的方法，其中步驟a和c中的所述含水醇為8-100％w/w。
32.根據(jù)權(quán)力要求29所述的方法，其中步驟a和c中的所述含水醇為40-95％w/w。
33.根據(jù)權(quán)力要求29所述的方法，其中步驟a和c中的所述含水醇為50％w/w。
34.根據(jù)權(quán)力要求29所述的方法，其中所述粉含水乙醇為1∶5至1∶8(w/w)。
35.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其中所述醇為8-100％w/w。
36.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其中所述醇為40-95％w/w。
37.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其中所述醇為50％w/w。
38.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其中所述面粉醇為1∶5至1∶8(w/w)。
39.一種控制含水醇BG纖維殘余物溶液中的β-葡聚糖(BG)裂解程度的方法，其包含使所述含水醇BG纖維殘余物溶液經(jīng)歷一個(gè)聲波降解處理過程，其中基于溶液中所需的β-葡聚糖裂解度來選擇溶液中水∶醇的比率，其中選擇較低的水∶醇比率降低溶液中β-葡聚糖的裂解水平，而選擇較高的水∶醇比率提高溶液中β-葡聚糖的裂解水平。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于二次處理植物物質(zhì)并尤其用于從含有淀粉和纖維的植物物質(zhì)中回收有價(jià)值產(chǎn)物的方法，這些有價(jià)值產(chǎn)物諸如包括β－葡聚糖的纖維、淀粉和乙醇可溶物。本發(fā)明尤其涉及通過涉及聲波降解/聲處理和酶的方法來制備高粘度β－葡聚糖產(chǎn)物。
文檔編號C12P19/00GK1764672SQ200480008307
公開日2006年4月26日 申請日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月27日
發(fā)明者薩瓦拉南·瓦桑善, 費(fèi)羅·泰梅麗, 茲翁科·伯克斯 申請人:加拿大阿爾伯達(dá)大學(xué)董事會