專利名稱：谷物分離方法和其產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植物原料的次級加工方法，且特別是針對由含淀粉和纖維的植物原料回收有價(jià)值的產(chǎn)品，所述的有價(jià)值的產(chǎn)品例如是纖維包括β-葡聚糖、淀粉、蛋白質(zhì)和乙醇溶解物。
本發(fā)明
背景技術(shù)：
植物原料包括谷物含有許多有價(jià)值的成分例如淀粉、蛋白質(zhì)、混合的1-4、1-3鍵合β-D-葡聚糖(β-葡聚糖)、纖維素、戊聚糖和母育酚等。這些成分，以及源自這些成分的產(chǎn)品，具有許多食品或非食品用途。因此，對于這樣的植物原料的加工就有了強(qiáng)烈而持續(xù)的興趣。
以大麥谷粒為例，其中存在的作為胚乳細(xì)胞壁主要成分的β-葡聚糖通常含量多達(dá)8％w/w，還含有其它少量成分，例如纖維素和半纖維素(戊聚糖)。β-葡聚糖在食品(即，功能食品)、制藥和化妝品工業(yè)中具有許多潛在的應(yīng)用。營養(yǎng)研究已經(jīng)指出，在人類的膳食中添加β-葡聚糖和母育酚(即生育酚和生育三烯酚)將有益于人類健康。
在大麥中的淀粉(多達(dá)65％)與玉米淀粉相比顯示出可媲美的功能性(即增稠性、膠凝性、造紙品質(zhì)、耐酸/酶性等)，玉米淀粉目前在許多應(yīng)用領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。因此，大麥淀粉在許多現(xiàn)有的食品和工業(yè)產(chǎn)品的制備中可以替代玉米淀粉(即改性食用淀粉、用于造紙業(yè)的陽離子或兩性離子淀粉、用于食品和造紙工業(yè)的糊精、粘合劑、酸定淀粉(acid cut starches)等)。由于前述的原因，對于大麥谷粒的分離和應(yīng)用目前存在著強(qiáng)烈而持續(xù)的工業(yè)興趣。
對于大麥分離已經(jīng)進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)室和中間工廠規(guī)模的研究。一般，已經(jīng)將水、酸化水和/或堿性水(即NaOH或NaHCO3)用作使整個(gè)破碎大麥、大麥粗粉(磨制的全大麥粉)或大麥粉(輥軋大麥粉或碾壓大麥粉)成為漿液的溶劑。漿液接著通過例如過濾、離心和乙醇沉淀這樣的技術(shù)進(jìn)行加工，以便于將漿液分離成各種成分。對于大麥分離這種常規(guī)的方法具有許多技術(shù)問題，特別是對于食品應(yīng)用的產(chǎn)品，其成本限制了有限的商業(yè)可行性。
特別是由于大麥粉中β-葡聚糖是出色的保水劑(親水膠體)，這樣就帶來了技術(shù)問題，因此添加了水(中性、堿性或酸性環(huán)境)后，β-葡聚糖水合，使?jié){液產(chǎn)生了嚴(yán)重的增稠現(xiàn)象(提高了粘度)。在進(jìn)一步的將漿液加工成純大麥成分(即淀粉、蛋白質(zhì)、纖維等)的時(shí)候，這種增稠會帶來了許多技術(shù)問題，包括在過濾期間造成了過濾器的堵塞和在離心期間面粉成分的低效率分離。
通常通過向稠/粘的漿液添加大量的水，使?jié){液稀釋，并使粘度降低到可以進(jìn)行進(jìn)一步加工的水平，使這些技術(shù)問題被最小化，盡管并沒有完全消除。然而，使用大量的水，進(jìn)一步導(dǎo)致一些問題，包括增加廢水量，并提高了處理費(fèi)用。另外，在離心期間，溶解于上清液并與上清液(水)一起分離的β-葡聚糖，通常通過乙醇沉淀回收。這是通過向上清液添加等體積的無水乙醇實(shí)現(xiàn)的。在沉淀的β-葡聚糖分離之后，優(yōu)選回收乙醇用于再循環(huán)。然而，回收需要蒸餾，從能量的消耗情況來看這也是高成本的工藝。
因此，就有了對谷物有效分離方法的需要，該方法能克服漿液粘性和耗水這些特殊的問題。而且，就有了對提供高純度β-葡聚糖產(chǎn)品方法的需要，所述的產(chǎn)品淀粉和蛋白質(zhì)的含量降低。
更特別的是，就有了對谷物分離方法的需要，在該方法中谷?；蚬确墼谌軇┲谐蓾{液狀，其中β-葡聚糖被回收，且并不溶解，而用于使谷?；蚬确蹪{液化的溶劑可被有效地回收。
對現(xiàn)有技術(shù)的回顧顯示出這樣的方法到目前為止還沒有實(shí)現(xiàn)。
例如，有大量現(xiàn)有專利描述了通過上述提及的溶解和后續(xù)的乙醇沉淀工藝而實(shí)現(xiàn)的各種谷物分離方法。這樣的專利實(shí)例包括US4,018,936(Garbutt等人)、US5,512,287(Wang等人)、US5,614,242、US5,725,901(Fox)、US6,197,952(Fox)、US6,113,908(Paton等人)、US5,169,660(Collins)、US5,312,636(Myllymaki)、US5,518,710(Bhatty)和US5,846,590(malkki)。
其它專利也教導(dǎo)了在谷物加工期間使用淀粉酶用于水解淀粉，包括US4,804,545(Goering)、US5,013,561(Goering等人)、US5,082,673(Inglett)和US3,912,590(Slott)。
其它專利涉及通過尺寸的減少和篩分/風(fēng)選對β-葡聚糖的機(jī)械濃縮，且包括US5,063,078(Foehse)、US5,725,901(Fox)和US6,083,547(Katta)。
其它專利涉及在回收β-葡聚糖中使用低濃度的乙醇溶液且包括US5,106,640和US5,183,677(Lehtomaki)。
另外一些專利涉及各種谷物分離技術(shù)例如US5,106,634(Thacker)、US4,211,801和4,154,728(Oughton)、US3,950,543(Buffa)、US4,431,674(Fulger)、US5,312,739(Shaw)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種由植物原料獲得纖維或β-葡聚糖的方法，包括以下步驟a)在一個(gè)步驟中將植物原料粉和有機(jī)溶劑水溶液進(jìn)行混合和培養(yǎng)；和b)將步驟a)獲得的混合物進(jìn)行分離形成濾液部分和殘余物部分；其中殘余物部分具有高含量的纖維或β-葡聚糖。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，步驟a)還包括用淀粉酶或蛋白酶的任意一種或其組合對混合物進(jìn)行培養(yǎng)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，植物原料粉選自大麥和燕麥的任意一種或其組合和/或有機(jī)溶劑選自甲醇、乙醇、丙醇或丁醇或其混合物。
在一個(gè)更具體的實(shí)施方案中，溶劑是乙醇，而步驟a)中的乙醇溶液濃度是10-100％(v/v)，且優(yōu)選40-50％(v/v)。
實(shí)施該方法的溫度是15-60℃，且優(yōu)選室溫。
為了獲得較高產(chǎn)率和所需的濃度，優(yōu)選控制植物原料粉的粒徑，其中大于80％的面粉是小于250μ、大于85％的面粉小于250μ、大于90％的面粉小于250μ或大于95％的面粉的粒徑小于250μ。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，漿液通過孔徑在40-250μ的篩網(wǎng)被分離，且優(yōu)選40-75μ的孔徑。
在另外的實(shí)施方案中，面粉與有機(jī)溶劑水溶液的比例是1∶2至1∶10(w/v)。
還涉及該方法的另一個(gè)實(shí)施方案，包括再循環(huán)步驟b)的濾液部分的有機(jī)溶劑水溶液可重復(fù)步驟a)。
另外，步驟b)的殘余物部分可經(jīng)過至少一次用有機(jī)溶劑水溶液的后續(xù)洗滌，且分離形成后續(xù)濾液和殘余物部分。后續(xù)洗滌步驟也可以包括用淀粉酶或蛋白酶的任意一種或其組合對混合物進(jìn)行培養(yǎng)。
根據(jù)本發(fā)明，源自大麥的β-葡聚糖濃縮物的濃度是40-70wt.％，其具有的淀粉濃度是1-40％。
在該方法的另一個(gè)實(shí)施方案中，將濾液部分進(jìn)一步蒸發(fā)，以形成含有機(jī)溶劑的餾出液部分和含淀粉和有機(jī)溶劑可溶物的產(chǎn)品固體部分。在該方法包括酶處理的情況下，濾液部分可被進(jìn)一步蒸發(fā)，以形成含有機(jī)溶劑的餾出液和含糊精、水解蛋白質(zhì)和有機(jī)溶劑可溶物的產(chǎn)品固體部分。
另外，本發(fā)明提供了按下述方法由大麥、燕麥或其混合物制備的β-葡聚糖濃縮物，所述方法包括以下步驟a)在一個(gè)步驟中將大麥或燕麥粉或其混合物和有機(jī)溶劑水溶液進(jìn)行混合和培養(yǎng)；和b)將步驟a)獲得的混合物進(jìn)行分離形成濾液部分和殘余物部分；其中殘余物部分具有高含量β-葡聚糖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明概述參照附

圖1-3，描述了沒有β-葡聚糖分子溶解的β-葡聚糖濃縮方法10。該方法包括直接制成漿液，即在裝有有機(jī)溶劑16(優(yōu)選乙醇水溶液)和其中的植物原料粉(優(yōu)選谷物粉)14的槽12中進(jìn)行混合，并從漿液中分離18出含β-葡聚糖的固體纖維濃縮物20。洗滌和干燥含β-葡聚糖的纖維濃縮物20，并碾磨22以制備高濃度的β-葡聚糖產(chǎn)品。在分離淀粉之后，含淀粉和有機(jī)溶劑可溶物的濾液24可以被再循環(huán)進(jìn)混合槽12中。該方法可以任選擇性地包括用蛋白酶和/或淀粉酶26處理，通過去除蛋白質(zhì)和/或淀粉，用以提供具有較少蛋白質(zhì)或淀粉的β-葡聚糖濃縮物，以便于進(jìn)一步提高纖維/β-葡聚糖濃縮物中β-葡聚糖的濃度。
根據(jù)本發(fā)明，可以產(chǎn)生富含β-葡聚糖的纖維產(chǎn)品，其色澤淺而味淡，用于食品和非食品(包括化妝品、醫(yī)療、藥品)應(yīng)用。
除了濃縮β-葡聚糖以外，通過該方法產(chǎn)生的其它產(chǎn)品成分包括淀粉濃縮物17和有機(jī)溶劑可溶物。如果采用酶處理，其它產(chǎn)品成分包括糊精、水解蛋白質(zhì)和有機(jī)溶劑可溶物。
該方法對于由大麥和燕麥粒胚乳濃縮在接近自然形式的狀態(tài)的β-葡聚糖是特別有效的。原料的干加工用于該方法的原料包括谷物粒粗粉(meal)、面粉(flour)或糠麩(bran)，它們是通過如附圖2描述的各種傳統(tǒng)干燥加工技術(shù)制備的。如本文所使用的術(shù)語，“粗粉”指的是磨碎/碾磨過的整粒(帶殼、去殼(dehulled)或無殼(hull-less)的谷粒)。“面粉”指的是采用例如制粉、篩分、風(fēng)選、篩選等技術(shù)由整粒谷物產(chǎn)生的谷物粉，但并不含有100％的整粒成分，而“糠麩”指的是除了殼以外的谷粒外表組織層，特別是亞糊粉層下，和緊鄰亞糊粉層下的胚乳層。
如圖2所示，采用不同的干燥加工技術(shù)，可以產(chǎn)生不同的面粉成分，脫殼50的或無殼52的大麥或燕麥谷粒被任選地?zé)崽幚?，以產(chǎn)生穩(wěn)定的谷粒54。進(jìn)行熱穩(wěn)定是為了鈍化內(nèi)源酶例如脂肪酶、脂肪氧合酶、淀粉酶、β-葡聚糖酶、蛋白酶等，這些酶會污染不同的成分，并導(dǎo)致多種產(chǎn)品成分的分子降解。
碾磨56產(chǎn)生碾磨粉(pearling flour)(糠麩)58和碾磨谷粒(pearled grain)60。碾磨優(yōu)選在SATAKE或碟型碾磨機(jī)中進(jìn)行，以根據(jù)谷粒達(dá)到具體的碾磨水平。例如，根據(jù)具體的不同點(diǎn)，對于燕麥和大麥碾磨的最佳水平可以分別是約12％和32％。如果碾磨大大超過了這樣的水平，就會有大量的β-葡聚糖損失。然而，大麥和燕麥可以被碾磨到任何程度，碾磨粉和碾磨的谷粒(當(dāng)磨碎/制粉時(shí)，或之后)可以用于進(jìn)一步分離加工。
對碾磨谷粒60進(jìn)行制粉產(chǎn)生面粉62(指定為面粉1)，其具有的粒徑為大于80-85％的面粉通過250μ篩。更精細(xì)的成分64(指定為面粉1a)是通過進(jìn)一步制粉而產(chǎn)生的，其具有的粒徑為大于90-95％的面粉通過250μ篩。
面粉1部分通過風(fēng)選/篩分66產(chǎn)生面粉68(指定為面粉C1)，其大于85-87％的面粉通過250μ篩，而較大的粒徑成分70具有較高的蛋白質(zhì)含量。
對粉C1進(jìn)行進(jìn)一步的制粉和風(fēng)選/篩分72產(chǎn)生面粉74(指定為C2)，其具有的粒徑為大于90-95％的面粉通過250μ篩，而較大的粒徑成分76具有較高的蛋白質(zhì)含量。
對面粉C2進(jìn)一步制粉和風(fēng)選/篩分78產(chǎn)生面粉80(指定為C3)，其具有的粒徑為＞95-97％的面粉通過250μ篩。而較大的粒徑成分82具有較高的蛋白質(zhì)含量。
制粉可以是如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的輥壓式制粉、錘式制粉或研磨制粉。
通過連續(xù)的制粉和風(fēng)選技術(shù)形成的各種面粉將影響β-葡聚糖產(chǎn)品的產(chǎn)率和純度。即為了實(shí)現(xiàn)纖維濃縮物最佳產(chǎn)率和β-葡聚糖的最佳濃度，通過乙醇水溶液漿液化和篩選方法，粒徑的控制是重要的。例如，據(jù)測定，通過重復(fù)制粉制備的含較高比例細(xì)粒(直徑＜50μ)的粉將降低纖維濃縮物的產(chǎn)率。通過單次制粉制備的含較高比例粗粒(直徑＞250μ)的粉會降低纖維濃縮物的β-葡聚糖濃度。為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步加工所需要的合適的粒徑分布，制粉、篩分和風(fēng)選步驟的任意組合是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠想到的。
還優(yōu)選面粉幾乎不含或根本不含糠麩，因?yàn)樵诳符熤械姆有曰衔锖兔笗?dǎo)致終產(chǎn)品的變色。實(shí)驗(yàn)如圖1和3所示和上述一般性的描述，提供漿液化、篩分、酶處理、再循環(huán)、后處理和實(shí)施例實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。漿液化通過上述干加工技術(shù)的任何組合制備得到谷粒成分(即粗粉、面粉、糠麩等)，在乙醇水溶液(10-100％(v/v)，但優(yōu)選40-50％(v/v))中，在15-50℃溫度范圍且優(yōu)選室溫下，在不同的時(shí)間范圍，但優(yōu)選10-30分鐘制漿，所述的溫度范圍便于實(shí)現(xiàn)有效的能量消耗。該纖維/β-葡聚糖濃縮物通過下述篩分/過濾由漿液中被回收。另外，谷粒(即整粒、碾磨的、破碎的、粗磨的等)可以被直接與乙醇水溶液混合并粉碎(濕磨)，以形成更細(xì)的顆粒，并使用流水線上的浸漬器制漿。
可以使用其它有機(jī)溶劑包括甲醇、丙醇或丁醇或其混合物。篩分采用TYLER篩網(wǎng)/篩對漿液進(jìn)行篩分。從篩中收集殘余物(纖維/β-葡聚糖濃縮物)，在過量乙醇中洗滌并干燥。應(yīng)根據(jù)原料(即粗粉、面粉、糠麩、粉碎/浸漬的谷粒等)粒徑選擇篩網(wǎng)大小，且可以是40-250μ，這是在面粉粒徑、篩網(wǎng)網(wǎng)眼大小、β-葡聚糖產(chǎn)率和濃度之間觀察到的一種關(guān)系的結(jié)果。例如，發(fā)現(xiàn)使用TYLER 250(63μ)篩網(wǎng)對獲得最佳β-葡聚糖產(chǎn)率是特別有效的。通過使乙醇緩慢地通過篩網(wǎng)流下，低于40μ的過濾器網(wǎng)眼增加了分離的時(shí)間。采用大于75μ的篩網(wǎng)降低了β-葡聚糖濃縮物的產(chǎn)率，且提高了濾液中的纖維含量。
采用多個(gè)篩將提高纖維/β-葡聚糖濃縮物的回收率，并基于粒徑大小產(chǎn)生多種纖維產(chǎn)品。
其它方法例如離心可以用來代替過濾，用以從濾液中分離纖維殘?jiān)?，但需要更?fù)雜的設(shè)備或方法，以進(jìn)一步從纖維中分離其它化合物。
表1中示出谷粒成分粒徑對經(jīng)篩分獲得的纖維/β-葡聚糖濃縮物的回收率和組成的影響。
表1面粉1粒徑對通過乙醇水溶液-洗滌2獲得的纖維濃縮物的β-葡聚糖含量的影響面粉 風(fēng)干纖維殘?jiān)?樣品 β-葡聚糖％ 粒徑說明(w/w，db)[具有粒徑＜250μ的面粉％(w/w)]燕麥 產(chǎn)率％6β-葡聚糖％7(脫殼) (w/w，db) (w/w，db)整粒/ 3.5380-85 12-13去殼谷粒(groat) 3.6 95-97 10-11 24-25面粉1 3.6 85-87 14-15 31-32面粉1a5.1 90-95 14-15 26-27面粉C16.0 95-97 20-21 28-29面粉C27.3 31-32面粉C37.94整粒/ 7.9 80-85 25-26去殼谷粒 7.9 95-97 22-23 29-30面粉1 32-33面粉1a無殼大麥整粒/ 7.04去殼谷粒 7.8 80-85 30-31 23-24面粉1 7.8 95-97 19-20 33-34面粉1a9.4 85-87 31-32 28-29面粉C111.5 90-95 28-29 34-35面粉C213.4 95-97 35-36 35-36面粉C31通過圖2顯示的程序生產(chǎn)面粉。2通過圖3顯示的程序進(jìn)行乙醇水溶液洗滌。3有規(guī)律的變化。4高β-葡聚糖種類。5圖3-方框346產(chǎn)率％是纖維殘?jiān)空计鹗济娣哿康陌俜謹(jǐn)?shù)7β-葡聚糖％是風(fēng)干纖維殘?jiān)笑?葡聚糖的濃度。
風(fēng)干纖維殘?jiān)笑?葡聚糖的回收指的是在原料面粉中大多數(shù)的纖維粒徑大于63μ，如以下的更進(jìn)一步的解釋。酶處理用電子掃描顯微鏡檢查谷粒(即大麥和燕麥)粗粉/面粉顯示纖維(包括β-葡聚糖、纖維素、戊聚糖/半纖維素)與蛋白質(zhì)基質(zhì)和淀粉顆粒有緊密的聯(lián)系，且大多數(shù)淀粉顆粒被包含在蛋白質(zhì)基質(zhì)中。
如圖1中所示，在乙醇漿液化12期間，用蛋白酶和/或淀粉酶26選擇性地處理，水解與纖維緊密聯(lián)系的蛋白質(zhì)和淀粉，從而釋放出較大量的纖維/β-葡聚糖和淀粉。
以蛋白質(zhì)或淀粉的重量計(jì)，酶的優(yōu)選含量是0.1-1％，w/w。原料與乙醇水溶液之間的比例是1∶2至1∶20，優(yōu)選1∶8(w/v)。基于酶濃度、溫度(1-90℃)和pH(一般5.0-7.0，但不限于該范圍)并使之優(yōu)化，反應(yīng)時(shí)間可以不同(一般0.5小時(shí)至1天)。
已對不同的蛋白酶(包括木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等)和淀粉酶(包括真菌淀粉酶、透阿米爾(termamyl)等)在不同的溫度范圍即15-85℃進(jìn)行了研究。結(jié)果表明酶具有不同的蛋白水解和淀粉水解性能。因此，對酶的選擇將取決于成本和性能。再循環(huán)由篩分分離的濾液24含有乙醇水溶液以及其它成分包括淀粉、糊精(如果使用淀粉酶)、蛋白質(zhì)、水解蛋白(如果使用蛋白酶)、一些纖維和醇溶物質(zhì)等。如圖1和3中所示，優(yōu)選乙醇再循環(huán)回混合槽12。通過在再循環(huán)之前或特定數(shù)量的循環(huán)之后的離心，從濾液中回收淀粉或糊精。同樣，乙醇可以被周期性地蒸餾，以回收其它醇溶物質(zhì)?；厥盏暮虼既芪镔|(zhì)可以被進(jìn)一步純化或加工。后處理分離后的殘?jiān)?0含纖維，且特別是進(jìn)行了β-葡聚糖的濃縮?？蓪?jiān)?0進(jìn)行干燥產(chǎn)生粉末，用于進(jìn)一步的應(yīng)用。當(dāng)期望得到的較高純度的β-葡聚糖產(chǎn)品時(shí)，可以對殘?jiān)M(jìn)行進(jìn)一步的純化。
參照圖3，纖維殘?jiān)?0通過重復(fù)的乙醇洗滌過程被加工，以去除額外的淀粉。如圖3所示，在步驟2中，殘?jiān)c乙醇水溶液混合28，產(chǎn)生漿液，再過濾30，產(chǎn)生了纖維殘?jiān)?2和濾液36。必要時(shí)可重復(fù)步驟2。步驟2也可以包括上述的酶處理。
纖維殘?jiān)?0、34可以進(jìn)行另外的處理，用于加入進(jìn)一步的產(chǎn)品中。如果使殘?jiān)L(fēng)干，由于其中含有水，其趨向于產(chǎn)生硬顆粒產(chǎn)品。需要加強(qiáng)的制粉以由顆粒產(chǎn)品形成粉末。在用脫水有機(jī)溶劑洗滌之后，通過烘箱緩慢的干燥進(jìn)行脫水，將會去除其中的水，并不會影響β-葡聚糖的品質(zhì)。
可以對其它的產(chǎn)品17a，例如糊精粗品進(jìn)行干燥，例如通過噴霧干燥產(chǎn)生粗糊精粉，該粗糊精粉可以用于多種應(yīng)用例如食品或飼料配制或非食品應(yīng)用，例如粘結(jié)劑/粘合劑，例如用在紙板工業(yè)中。淀粉17可以通過離心回收。乙醇可溶物質(zhì)可以通過蒸餾回收。
實(shí)施例2實(shí)施例1的纖維/β-葡聚糖濃縮物在20℃用20小時(shí)進(jìn)行乙醇水溶液制漿并篩分將由實(shí)施例1獲得的纖維/β-葡聚糖濃縮物在乙醇水溶液(50％，v/v)中制漿(纖維/β-葡聚糖濃縮物和乙醇水溶液之間的比例是1∶8w/v)，在20℃下攪拌20小時(shí)，并篩分(63μ篩)，在篩網(wǎng)上回收纖維/β-葡聚糖濃縮物。將該濃縮物再制漿，并再篩分。接著將纖維/β-葡聚糖濃縮物用無水乙醇洗滌并干燥。
實(shí)施例3以實(shí)施例2同樣的方法操作，但在35℃下攪拌將由實(shí)施例1獲得的纖維/β-葡聚糖濃縮物在乙醇水溶液(50％，v/v)中制漿(纖維/β-葡聚糖濃縮物和乙醇水溶液之間的比例是1∶8w/v)，在35℃下攪拌20小時(shí)，并篩分(63μ篩)，在篩網(wǎng)上回收纖維/β-葡聚糖濃縮物。將該濃縮物再制漿，并再篩分。接著將纖維/β-葡聚糖濃縮物用無水乙醇洗滌并干燥。
實(shí)施例4對實(shí)施例1的纖維/β-葡聚糖濃縮物在20℃進(jìn)行蛋白酶處理將由實(shí)施例1獲得的纖維/β-葡聚糖濃縮物在乙醇水溶液(50％，v/v)中再制漿(纖維/β-葡聚糖濃縮物和乙醇水溶液之間的比例是1∶8w/v)，該乙醇水溶液中含有蛋白酶(1％，蛋白質(zhì)干重計(jì))，并在20℃下處理20小時(shí)。接著對該漿液進(jìn)行篩分(63μ篩)，回收纖維/β-葡聚糖濃縮物，接著用無水乙醇洗滌并干燥。
實(shí)施例5在20℃直接用蛋白酶處理面粉將100g的面粉在800ml的乙醇水溶液(50％，v/v)中制漿，在20℃下用蛋白酶(1％，蛋白質(zhì)干重計(jì))處理20小時(shí)。該漿液接著進(jìn)行篩分(63μ篩)，以回收纖維/β-葡聚糖濃縮物，接著再制漿，在20℃下攪拌30分鐘，再篩分，并接著用無水乙醇洗滌并干燥。
實(shí)施例6以實(shí)施例4同樣的方法操作，但用蛋白酶在35℃下處理將由實(shí)施例1獲得的纖維/β-葡聚糖濃縮物在乙醇水溶液(50％，v/v)中制漿(纖維/β-葡聚糖濃縮物和乙醇水溶液之間的比例是1∶8w/v)，該乙醇水溶液中含有蛋白酶(1％，蛋白質(zhì)干重計(jì))，并在35℃下處理20小時(shí)。接著對該漿液進(jìn)行篩分(63μ篩)，以回收纖維/β-葡聚糖濃縮物，接著再制漿，在20℃下攪拌30分鐘，再篩分，并接著用無水乙醇洗滌并干燥。
實(shí)施例7對實(shí)施例1獲得的纖維/β-葡聚糖濃縮物進(jìn)行α-淀粉酶處理將由實(shí)施例1獲得的纖維/β-葡聚糖濃縮物在乙醇水溶液(50％，v/v)中再制漿(纖維/β-葡聚糖濃縮物和乙醇水溶液之間的比例是1∶8w/v)，該乙醇水溶液中含有α-淀粉酶(1％，淀粉干重計(jì))，并在20℃下處理20小時(shí)。接著對該漿液進(jìn)行篩分(63μ篩)，以回收纖維/β-葡聚糖濃縮物，接著用無水乙醇洗滌并干燥。
實(shí)施例8依次對面粉進(jìn)行蛋白酶和α-淀粉酶處理將由實(shí)施例1獲得的纖維/β-葡聚糖濃縮物在乙醇水溶液(50％，v/v)中再制漿(纖維/β-葡聚糖濃縮物和乙醇水溶液之間的比例是1∶8w/v)，該乙醇水溶液中含有蛋白酶(1％，蛋白質(zhì)干重計(jì))，并在20℃下處理20小時(shí)。接著對該漿液進(jìn)行篩分(63μ篩)，以回收纖維/β-葡聚糖濃縮物，接著在乙醇水溶液(50％，v/v)中再制漿(纖維/β-葡聚糖濃縮物∶乙醇的比例是1∶8w/v)，該乙醇水溶液中含有α-淀粉酶(1％，淀粉干重計(jì))，并在20℃下處理20小時(shí)。接著對該漿液進(jìn)行篩分(63μ篩)，以回收纖維/β-葡聚糖濃縮物，接著用無水乙醇洗滌并干燥。
實(shí)施例9以實(shí)施例7或4同樣的方法操作，但用酶混合物(蛋白酶+α-淀粉酶)處理將由實(shí)施例1獲得的纖維/β-葡聚糖濃縮物在乙醇水溶液(50％，v/v)中再制漿(纖維/β-葡聚糖濃縮物和乙醇水溶液之間的比例是1∶8w/v)，該乙醇水溶液中含有蛋白酶(1％，蛋白質(zhì)干重計(jì))和α-淀粉酶(1％，淀粉干重計(jì))混合物，并在20℃下處理20小時(shí)。接著對該漿液進(jìn)行篩分(63μ篩)，回收纖維/β-葡聚糖濃縮物，接著用無水乙醇洗滌并干燥。
實(shí)施例10以實(shí)施例8同樣的方法操作，但用耐熱的α-淀粉酶處理將由實(shí)施例1獲得的纖維/β-葡聚糖濃縮物在乙醇水溶液(50％，v/v)中再制漿(纖維/β-葡聚糖濃縮物和乙醇水溶液之間的比例是1∶8w/v)，該乙醇水溶液中含有蛋白酶(1％，蛋白質(zhì)干重計(jì))，并在20℃下處理20小時(shí)。接著對該漿液進(jìn)行篩分(63μ篩)，以回收纖維/β-葡聚糖濃縮物，接著在乙醇水溶液(50％，v/v)中再制漿(纖維/β-葡聚糖濃縮物∶乙醇的比例是1∶8w/v)，該乙醇水溶液中含有耐熱的α-淀粉酶(1％，淀粉干重計(jì))，并在80-85℃下處理1小時(shí)。接著對該漿液進(jìn)行篩分(63μ篩)，回收纖維/β-葡聚糖濃縮物，接著用無水乙醇洗滌并干燥。
實(shí)施例11以實(shí)施例7同樣的方法操作，但用耐熱的α-淀粉酶處理將由實(shí)施例1獲得的纖維/β-葡聚糖濃縮物在乙醇水溶液(50％，v/v)中再制漿(纖維/β-葡聚糖濃縮物和乙醇水溶液之間的比例是1∶8w/v)，該乙醇水溶液中含有耐熱的α-淀粉酶(1％，淀粉干重計(jì))，并在80-85℃下處理1小時(shí)。接著對該漿液進(jìn)行篩分(63μ篩)，回收纖維/β-葡聚糖濃縮物，接著用無水乙醇洗滌并干燥。
表2酶處理效果原料 纖維/β-葡聚糖濃縮物樣品 β-葡聚糖c處理 產(chǎn)率β-葡聚糖cβ-葡聚糖 蛋白質(zhì) 淀粉r％ ％ ％ 回收de％％ ％大麥面粉-1a7.84實(shí)施例130.323.6 88.4 8.0 51.8實(shí)施例227.925.6 87.4 8.1 53.2實(shí)施例413.054.9 91.6 7.4 19.8實(shí)施例512.655.9 85.3 6.8 19.8實(shí)施例10 13.351.7 84.4 5.8 26.0實(shí)施例11 19.834.6 85.9 9.8 34.7面粉-2b11.50 實(shí)施例128.634.6 81.7 5.2 43.2實(shí)施例226.640.4 89.4 5.2 38.1實(shí)施例325.039.1 82.6 4.9 37.5實(shí)施例416.458.9 84.0 4.9 17.6實(shí)施例516.060.3 81.3 4.9 16.6實(shí)施例620.151.8 86.8 4.5 27.1實(shí)施例723.346.0 90.1 4.8 30.4實(shí)施例813.968.4 79.6 2.5 8.7實(shí)施例922.047.7 88.6 4.4 29.9實(shí)施例10 20.056.1 77.8 3.6 20.9實(shí)施例11 25.940.7 89.3 5.4 33.9燕麥面粉-1 3.63實(shí)施例112.424.8 79.7 22.525.3實(shí)施例214.426.4 100.0 21.522.2實(shí)施例410.331.1 85.8 22.718.8實(shí)施例510.430.1 83.2 24.222.0實(shí)施例10 11.732.9 99.0 25.213.7實(shí)施例11 13.626.6 97.1 25.316.1面粉-2 7.28實(shí)施例120.231.7 81.4 21.518.2實(shí)施例219.431.2 78.6 20.416.7實(shí)施例320.230.6 80.7 20.917.8實(shí)施例416.138.0 78.6 20.713.5實(shí)施例513.341.0 74.9 19.514.3實(shí)施例618.135.4 83.7 22.016.9實(shí)施例720.330.2 79.4 21.718.1實(shí)施例812.342.3 67.3 19.312.6實(shí)施例915.237.0 73.1 20.415.2實(shí)施例10 14.044.2 79.0 21.06.4實(shí)施例11 19.431.6 80.7 23.812.3a)通過對碾磨的谷粒進(jìn)行輥壓式制粉產(chǎn)生的面粉b)通過附加的制粉和風(fēng)選對面粉-1進(jìn)行進(jìn)一步的加工產(chǎn)生的面粉。
c)通過Megazyme工藝方法995.16(為美國谷物化學(xué)家協(xié)會(American Association of Cereal Chemists)批準(zhǔn))測定，使用其分析設(shè)備。
d)％回收＝(纖維濃縮物的重量×％纖維濃縮物的β-葡聚糖)×100/(原料wt×％原料的β-葡聚糖)e)蛋白質(zhì)％＝％N×6.25；N含量由Leco程序(LECO FP-428定氮儀，LECO公司，St.Joseph，MI)測定。
f)通過Megazyme工藝(為美國谷物化學(xué)家協(xié)會(AmericanAssociation of Cereal Chemists)批準(zhǔn)，AACC方法32-33)測定，使用其分析設(shè)備。討論在混合和酶處理期間使用的有機(jī)溶劑例如乙醇的水溶液，其濃度應(yīng)能使淀粉和蛋白質(zhì)溶解/水解，但應(yīng)防止β-葡聚糖和高分子量淀粉水解產(chǎn)品的溶解，否則可導(dǎo)致漿液的增稠。而優(yōu)選的乙醇水溶液的濃度是約40-60％(v/v)，根據(jù)所遵循的具體方案，乙醇濃度可以是10-100％。乙醇濃度低于30％將導(dǎo)致混合期間的面粉-乙醇漿液的逐漸增稠(也許是由于β-葡聚糖的水合作用)，這又帶來分離期間的技術(shù)難題，包括分離篩網(wǎng)或過濾器的堵塞。乙醇濃度在60％以上顯著使淀粉和蛋白質(zhì)酶水解的程度降低，導(dǎo)致了纖維/β-葡聚糖濃縮物中較高的淀粉濃度。發(fā)現(xiàn)乙醇濃度大于90％，不適于酶水解。當(dāng)該產(chǎn)品用于人消費(fèi)時(shí)，食品級乙醇是優(yōu)選的。
面粉與乙醇混合直至形成基本上均勻的漿液。根據(jù)混合的速度和設(shè)備，確定混合所需要的時(shí)間。應(yīng)使用足夠的乙醇使?jié){液易于處理。發(fā)現(xiàn)面粉與乙醇的比例是1∶2-1∶10時(shí)有效。一般，當(dāng)起始物料具有較小粒徑時(shí)需要較大量的乙醇。反應(yīng)優(yōu)選在室溫下進(jìn)行。
數(shù)據(jù)表明，與空白對照相比，使用蛋白酶顯著提高了纖維/β-葡聚糖濃縮物的β-葡聚糖濃度。在大麥中β-葡聚糖濃度多達(dá)61％，而燕麥中β-葡聚糖達(dá)到41％。
面粉/原料的β-葡聚糖含量影響纖維殘?jiān)摩?葡聚糖含量。
粒徑的影響是非常明顯的。不管面粉的β-葡聚糖含量，當(dāng)大麥和燕麥中95-97％的面粉降低到低于250μ，纖維殘?jiān)摩?葡聚糖濃度均提高到32-34％(db)。
權(quán)利要求
1.一種由植物原料獲得纖維或β-葡聚糖的方法，包括以下步驟a)在一個(gè)步驟中將植物原料面粉和有機(jī)溶劑水溶液進(jìn)行混合和培養(yǎng)；b)將步驟a)獲得的混合物進(jìn)行分離形成濾液部分和殘余物部分；其中殘余物部分具有高含量的纖維或β-葡聚糖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟a)還包括用淀粉酶或蛋白酶的任意一種或其組合對混合物進(jìn)行培養(yǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中植物原料面粉選自大麥和燕麥的任意一種或其組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的方法，其中有機(jī)溶劑選自甲醇、乙醇、丙醇或丁醇或其混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中溶劑是乙醇，而步驟a)中的乙醇溶液濃度是10-100％(v/v)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中步驟a)中的乙醇溶液濃度是40-50％(V/V)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的方法，其中步驟a)是在15-60℃進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的方法，其中步驟a)是在室溫進(jìn)行的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一權(quán)利要求所述的方法，其中用于步驟a)的植物原料面粉具有的粒徑分布為大于80％的面粉小于250μ。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一權(quán)利要求所述的方法，其中用于步驟a)的植物原料面粉具有的粒徑分布為大于85％的面粉小于250μ。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一權(quán)利要求所述的方法，其中用于步驟a)的植物原料面粉具有的粒徑分布為大于90％的面粉小于250μ。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一權(quán)利要求所述的方法，其中用于步驟a)的植物原料面粉具有的粒徑分布為大于95％的面粉小于250μ。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一權(quán)利要求所述的方法，其中漿液通過孔徑在40-250μ的篩網(wǎng)被分離。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一權(quán)利要求所述的方法，其中篩網(wǎng)孔徑在40-75μ。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14任一權(quán)利要求所述的方法，其中面粉與有機(jī)溶劑水溶液的比例是1∶2至1∶10(w/v)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15任一權(quán)利要求所述的方法，其中利用步驟b)的濾液部分的有機(jī)溶劑水溶液重復(fù)步驟a)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16任一權(quán)利要求所述的方法，還包括將步驟b)的殘余物部分經(jīng)過至少一次用有機(jī)溶劑水溶液的后續(xù)洗滌，且分離形成后續(xù)濾液和殘余物部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中后續(xù)洗滌包括用淀粉酶或蛋白酶的任意一種或其組合對混合物進(jìn)行培養(yǎng)。
19.具有的β-葡聚糖濃度大于40重量％的源自大麥的β-葡聚糖濃縮物。
20.具有的β-葡聚糖濃度大于60重量％的源自大麥的β-葡聚糖濃縮物。
21.通過權(quán)利要求1-17任一權(quán)利要求的方法制備的源自大麥、燕麥或其混合物的β-葡聚糖濃縮物，其中殘余物部分具有的β-葡聚糖濃度是40-70％，淀粉濃度是1-40％。
22.根據(jù)權(quán)利要求1-18任一權(quán)利要求所述的方法，其中將濾液部分進(jìn)一步蒸發(fā)，以形成含有機(jī)溶劑的餾出液部分和含淀粉和有機(jī)溶劑可溶物的產(chǎn)品固體部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求2-18任一權(quán)利要求所述的方法，其中將濾液部分進(jìn)一步蒸發(fā)，以形成含有機(jī)溶劑的餾出液和含糊精、水解蛋白質(zhì)和有機(jī)溶劑可溶物的產(chǎn)品固體部分。
24.由包括以下步驟的方法制備的源自大麥、燕麥或其混合物的β-葡聚糖濃縮物a)在一個(gè)步驟中將大麥或燕麥粉或其混合物和有機(jī)溶劑水溶液進(jìn)行混合和培養(yǎng)；b)將步驟a)獲得的混合物進(jìn)行分離形成濾液部分和殘余物部分；其中殘余物部分具有高含量β-葡聚糖。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及用于對植物原料分離的方法，該方法分離出有價(jià)值的成分包括β－葡聚糖。該方法使用有機(jī)溶劑和水代替單獨(dú)的水、酸化水和/或堿性水作為溶劑，用于使谷物粉漿液化。除了濃縮β－葡聚糖以外，通過該方法產(chǎn)生的其它產(chǎn)品成分包括淀粉濃縮物和有機(jī)溶劑可溶物。如果采用酶處理，其它產(chǎn)品成分包括糊精、水解蛋白質(zhì)和有機(jī)溶劑可溶物。該方法對于由大麥和燕麥顆粒胚乳濃縮在接近自然形式的狀態(tài)的β－葡聚糖是特別有效的。
文檔編號A61K31/716GK1466595SQ01816407
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月27日
發(fā)明者T·瓦桑坦, F·特梅利, T 瓦桑坦, 防 申請人:艾伯塔大學(xué)校董