防止植物细胞壁材料溶解过程中提取物变暗和恶臭形成的制作方法
【专利说明】防止植物细胞壁材料溶解过程中提取物变暗和恶臭形成
[0001] 本申请是申请号为201080018967. 2的中国专利申请的分案申请。 发明领域
[0002] 本发明涉及减少包含植物材料（例如谷麸）的组合物中颜色和/或不悦味道和/ 或恶臭形成的方法，特别是在所述植物材料的溶解过程中。本发明还涉及优化的溶解方法， 其中颜色和/或不悦味道和/或恶臭的形成受到控制。本发明还涵盖了溶解的植物材料、 试剂盒、所述溶解的植物材料的用途（例如在食品或生物乙醇中）。
[0003] 发明背景
[0004] 除了在动物饲料中使用外，对来自植物材料加工或发酵残留物的副流 (sidestream)(例如来自研磨的谷麸或含可溶物的干酒糟（DDGS))的利用得到了很少的关 注。
[0005] 大多数现有技术描述了酶在面粉和生面团（dough)中的用途，而没有描述对于副 流或工业加工的副产品的用途。
[0006] 最近，由例如Courtin等人在Journal of the science of food and agriculture. 88. p 2517-2522(2008)中以及Cloetens等人在Journal of the American College of Nutrition，Vol. 27, No. 4, 512-518 (2008)中显示了，在鸡中溶解的麸比不可溶 的麸具有更好的营养效果。
[0007] Swennen等人的Journalofthescienceoffoodandagriculture,2006, v ol.86, 1722-1731涉及大规模生产和表征麦麸阿拉伯糖基木聚寡糖。
[0008] W02008000050涉及用于制备作为整粒谷物发酵的副产品的可溶性阿拉伯糖基木 聚糖的方法。
[0009] W02008087167涉及用于在烘烤产品中原位增加水溶性阿拉伯糖基木聚寡糖水平 的方法。
[0010] 对于保持产品的品质而言，防止食物和饲料产品的氧化性降解是非常重要的。产 品中的氧化过程可引起颜色、气味、香气的变化或其它不可接受的感官性变化。此外，氧化 可引起对必需氨基酸的损害并导致维生素的丧失。特别地，含有多不饱和脂肪酸的食品易 于氧化，潜在地产生腐臭食品。
[0011] 当食物分子（例如脂肪酸）在下列的存在下与氧结合时发生氧化反应：自由基； 痕量金属（例如Fe和Cu);或活性氧簇（例如单线态氧、过氧化物或过氧化氢）。抗氧化 剂常常被用于抑制这些反应。普遍使用的抗氧化剂的实例是羟基苯甲醚（BHA)和对羟甲酚 (BHT)(其大多用于高脂肪和高油的食物中），以及亚硫酸盐（其主要用作抗氧化剂来防止 或减少水果和蔬菜的变色）。然而，BHA和BHT对于人类健康可能不是安全的并且已知亚 硫酸盐破坏维生素B。由于这些原因，通常优选的是生物的或天然的抗氧化剂，例如生育酚 (维生素E)、L-抗坏血酸、柠檬酸、类黑精、类黄酮和没食子酸。由于其防止痕量金属引起氧 化的能力，螯合剂（例如EDTA、siderohores(来自微生物的铁螯合剂）、梓檬酸和乳糖酸） 也被用于解决氧化的问题。
[0012] 本领域中需要更好的方法来减少氧化过程，特别是对于来自植物材料加工的副 流（例如来自研磨的谷麸、来自精炼植物油的皂料、含可溶物的干酒糟（DDGS))的利用而 言，其中更少的植物材料将用于低价的应用，例如牛饲料。此外，长久以来就需要能够在传 统的、已经存在的谷物产品中利用来自谷物的麸级分，而不显著影响产品的外观/结构、颜 色或味道，并使得能够增加现存产品的健康和营养效果。
[0013] 发明目的
[0014] 本发明的实施方式的目的是提供用于控制一般性的以及特别是来自工业副流的 植物材料氧化过程的方法。本发明的目的还在于提供使得能够在食品（例如面包或谷物产 品）中利用谷麸而不显著影响产品的外观/结构、颜色或味道，并使得能够增加现存产品的 健康和营养效果的合适方法。
[0015] 发明概述
[0016] 发明人已发现，通过控制植物材料的氧化过程可实现减少颜色和/或不悦味道和 /或恶臭的形成。
[0017] 因此，在广泛的方面，本发明涉及用于减少包含植物材料的组合物中不当感官特 性（例如，坏的味道（如更少的苦味）、气味、颜色外观）形成的方法，其中所述方法包括一 个或多个控制所述植物材料的氧化过程的步骤。
[0018] 在第一个方面，本发明涉及用于减少包含植物材料的组合物中颜色和/或不悦味 道和/或恶臭形成的方法，其中所述方法包括一个或多个控制所述植物材料的氧化过程的 步骤。
[0019] 在第二个方面，本发明涉及用于减少包含至少部分溶解的植物材料的组合物中颜 色和/或不悦味道和/或恶臭形成的方法，其中所述方法包括一个或多个控制所述植物材 料的氧化过程的步骤。
[0020] 在第三个方面，本发明涉及溶解包含植物材料的组合物的方法，所述方法包括控 制所述植物材料的氧化过程的步骤。
[0021] 在第三个方面，本发明涉及通过溶解包含植物材料的组合物的方法而生产的溶解 的谷麸，所述方法包括控制所述植物材料的氧化过程的步骤。
[0022] 在又一个方面，本发明涉及溶解的谷麸用于生产食品的用途，所述溶解的谷麸是 通过溶解包含植物材料的组合物的方法生产的，所述方法包括控制所述植物材料的氧化 过程的步骤。
[0023] 在又一个方面，本发明涉及通过溶解的谷麸用于生产食品的用途而获得的食品， 所述溶解的谷麸是通过溶解包含植物材料的组合物的方法生产的，所述方法包括控制所 述植物材料的氧化过程的步骤。
[0024] 在又一个方面，本发明涉及溶解的谷麸用于生产生物乙醇的用途以及由所述用途 生产的生物乙醇，所述溶解的谷麸是通过溶解包含植物材料的组合物的方法生产的，所述 方法包括控制所述植物材料的氧化过程的步骤。
[0025] 在又一个方面，本发明涉及试剂盒，其包括
[0026] i) -种或多种选自下列的化合物：氧化还原酶；抗氧化剂；脂质修饰酶；
[0027] ii)用于在根据本发明的方法中使用的说明书；以及任选地
[0028] iii) -种或多种如本专利申请中所定义的其它化合物。
[0029] 在又一个方面，本发明涉及试剂盒，其包括
[0030] i) -种或多种选自下列的化合物：氧化还原酶；抗氧化剂；脂质修饰酶；
[0031] ii)包含下列的酶组合：一种或多种细胞壁修饰酶；一种或多种淀粉修饰酶，以 及任选的一种或多种其它的酶；
[0032] iii)用于在根据本发明的方法中使用的说明书；以及任选地
[0033] iv) -种或多种用于食品的其它成分。
【附图说明】
[0034] 图1:温育24小时后，麸悬浮物预沸腾的样品的颜色形成。1:空白；2:细胞壁和 淀粉修饰酶；3:细胞壁和淀粉修饰酶+抗坏血酸；4:细胞壁和淀粉修饰酶+葡糖氧化酶； 5:细胞壁和淀粉修饰酶+葡糖氧化酶和过氧化氢酶。
[0035] 图2:没有起初预沸腾麸悬浮物，6小时后样品的颜色形成。1:空白；2:细胞壁和 淀粉修饰酶；3:细胞壁和淀粉修饰酶+抗坏血酸；4:细胞壁和淀粉修饰酶+葡糖氧化酶； 5:细胞壁和淀粉修饰酶+葡糖氧化酶和过氧化氢酶。
[0036] 图3.来自实施例2的挥发物的顶空分析。试验1:空白；试验2:细胞壁和淀粉修 饰酶；试验5:细胞壁和淀粉修饰酶+葡糖氧化酶和过氧化氢酶。
[0037] 图4.氧势随时间的形成。试验1，细胞壁和淀粉修饰酶。试验2,细胞壁和淀粉 修饰酶+葡糖氧化酶。试验3,细胞壁和淀粉修饰酶+葡糖氧化酶+过氧化氢酶。
[0038] 发明详述
[0039] 本专利申请的发明人在麸的酶促溶解过程中观察到了所生成的可溶性提取物的 显著变暗以及恶臭的形成。这些是溶解过程商业化的显著障碍，特别是对于食品中的利用 而言。令人惊讶地，我们发现了用氧化还原酶（例如葡糖氧化酶（G0X))进行处理和/或加 入抗氧化剂（例如抗坏血酸）消除了由氧化过程引起的所述可溶性提取物的变暗并且降低 了氧势。这也将减少内源性化合物的氧化引起的恶臭。在本发明的某些方面，控制氧化过 程和降低氧势的处理可与溶解过程同时进行，例如在麸的溶解中。
[0040] 数个问题与在研磨中增加提取产量相关，所产生的粉的性能受到增加提取产量的 影响。
[0041] 增加提取产量或向谷物应用中添加更多麸材料的另外的问题是感官特性的改变。 通过根据本发明修饰麸级分，有可能修饰所产生的粉的感官特性，给出较少苦的和更美味 的感官特性。
[0042] 此技术可应用于大多数谷物应用，例如烘烤、早餐谷物、意大利面食（pasta)等。
[0043] 定义
[0044] 如本申请中所使用的，短语"控制氧化过程"指使用任何方法或条件，其中修饰了 植物材料内化合物的氧化。化合物的氧化可通过氧化过程整体上的减少而被修饰。备选地， 化合物的氧化可通过使特别的化合物被氧化以避免其他化合物的氧化而被修饰。
[0045] 术语"颜色形成"指在所述至少部分溶解的植物材料中随着时间形成对可见光谱 内任何光的增加的吸收。在去除不可溶的组分后（例如通过沉淀或离心去除）测量颜色形 成。可通过视觉或任何其它合适的光谱光度测量方法来测量颜色形成。
[0046] 术语"恶臭形成"指如普通人所客观评价的，随时间形成增加的气味。所述增加的 气味可以是在强烈度（强度）和/或性质（令人不快的程度）两方面。可通过本领域技术 人员已知的任何合适的方法来测量恶臭，例如GC-SNIF或CHARM分析。
[0047] 如本申请中所使用的，术语"不悦味道形成"指如普通人所客观评价的，随时间形 成对不悦、尖刺或不喜欢味道（例如苦味）的增加的人类感知。
[0048] 如本申请中所使用的，术语"抗氧化剂"指任何能够通过其自身被氧化而减慢或防 止其它分子的氧化的化合物。所述术语包括但不限于抗坏血酸，抗坏血酸的脂肪酸酯，N-乙 酰半胱氨酸，异硫氰酸苄酯，β胡萝卜素，绿原酸，柠檬酸，2, 6-二-叔-丁基苯酚，乳酸，酒 石酸，尿酸，抗坏血酸钠，抗坏血酸钙，磷酸钠（例如磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸三钠）， 磷酸钾（例如磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸三钾），卵磷脂，抗坏血酸钾，迷跌香提取物，绿 茶提取物，红茶提取物，生育酚类（例如生育酚（维生素Ε)、例如混合的生育酚类、α-生育 酚（任何立体异构体或其任意混合），β-生育酚，γ-生育酚，S-生育酚），维生素Κ，丁 轻甲苯（ΒΗΤ), 丁羟基茴香醚（BHA)，erythorbinacid，anoxomer抗氧化剂，异抗坏血酸， 异抗坏血酸钠，erythorbin钠，乙氧喹，单油酸甘油酯，过氧化氢酶，愈创树脂，苹果 酸，没食子酸丙酯，没食子酸辛酯，没食子酸十二酯，掊酸乙酯，叔丁基氢醌（TBHQ)，抗 坏血酸硬脂酸酯，抗坏血酸棕榈酸酯，谷胱甘肽，脂肪酸的甘油单酯或甘油二酯的柠檬酸 酯，硫代二丙酸，或鞣酸，或其组合。在优选的实施方式中，根据本发明所使用的抗氧化剂 为食品级的抗氧化剂。在一些实施方式中所述抗氧化剂对于被处理的组合物为外源性的。 然而，也可向具有少量相同内源性抗氧化剂的组合物中加入抗氧化剂以增加总体有效量。
[0049] 在一些实施方式中，抗氧化剂是酶，例如过氧化氢酶，超氧化物歧化酶和各种过 氧化物酶。
[0050] 所使用的抗氧化剂的量可以是有效降低氧势的量，所述量可在50-50000ppm的范 围内，优选在75-25000ppm的范围内并且更优选在100-10000ppm的范围内。
[0051] 所使用的抗氧化剂的量可以是有效降低氧势的量，所述量可以在0.005-5% (w/ w)的范围内，优选在0.008-2. 5% (w/w)的范围内并且更优选在0.01-1 % (w/w)的范围 内。
[0052] 如本申请中所使用的，术语"氧化还原酶"指任何能够催化电子从一个分子转移至 另一个分子的酶。在一些实施方式中，根据本发明所使用的氧化还原酶能够与作为底物的 糖反应。所述氧化还原酶可以是能够与作为底物（例如碳水化合物，如葡萄糖或麦芽糖） 的电子供体反应的氧化酶或脱氢酶。
[0053] 所述氧化酶可以是E.C. 1. 1. 3.X组的任何合适的氧化酶。所述氧化酶可以是葡 糖氧化酶，吡喃糖氧化酶，己糖氧化酶，甘油氧化酶，吡喃糖氧化酶（EC1.1.3. 10)，半 乳糖氧化酶（EC1.1. 3. 9)或对于麦芽糖比对于葡萄糖具有更高活性的碳水化合物氧化 酶。葡糖氧化酶（EC1. 1. 3. 4)可源自黑曲霉（Aspergillusniger)，例如，具有U.S.Pat-No. 5, 094, 951 中所描述的氨基酸序列 。己糖氧化酶（EC1. 1. 3. 5) 可源自藻类物种，例如 Iridophycusflaccidum,角叉菜（Chondruscrispus)和Euthoracristata。所述吡喃糖氧 化酶可源自担子菌纲（Basidiomycete)的真菌，大隔孢伏革菌（Peniophoragigantean), 多孔菌(Aphyllophorales),白腐真菌(Phanerochaetechrysosporium),Polyporus pinsitus,Bierkanderaadusta或Phlebiopsisgigantean。所述对于麦芽糖比对于葡 萄糖具有更高活性的碳水化合物氧化酶可源自微结节菌属（Microdochium)或支顶孢属 (Acremonium),例如，来自雪霉叶枯病菌（M.nivale) (U.S.Pat.No. 6, 165, 761)，点枝顶孢 (A.strieturn),梭链枝顶抱（A.fusidioides)或A.potronii〇
[0054]WO96/39851公开了己糖氧化酶的用途，其能够将D-葡萄糖和数种其它的还原糖 (包括麦芽糖、乳糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖和纤维二糖）氧化为其相应的内酯类，伴随着 随后水解为相应的二糖醛酸。
[0055] 所述脱氢酶可以是葡萄糖脱氢酶（EC1. 1. 1. 47,EC1. 1. 99. 10)，半乳糖脱氢酶 (EC1.1. 1.48)，D-己醛糖脱氢酶（EC1.1. 1. 118,EC1.1. 1.119)，纤维二糖脱氢酶（EC 1. 1.5. 1，例如，来自特异腐质霉（Humicolainsolens))，果糖脱氢酶（EC1. 1.99. 11，EC 1.1. 1.124,EC1.1.99.11)，乙醛脱氢酶（EC1.2. 1.3,EC1.2. 1.4,EC1.2. 1.5)。另一个 实例是葡萄糖-果糖氧化还原酶（EC1. 1. 99. 28)。
[0056] 所使用的氧化还原酶的量可有效减少终产品中气味和/或产生颜色的经氧化化 合物的量。对于葡糖氧化酶，所述量可以在50-20, 000 (例如，100-10, 000或1，000-5, 000) G0DU/kg原材料中干物质的范围内。1G0DU是使用20分钟的温育时间、以葡萄糖16. 2g/ 1 (90mM)作为底物、在30°C，pH5. 6 (乙酸盐缓冲剂）下，形成1微摩尔过氧化氢/分钟的 酶的量。对于其它的酶，通过用合适的底物进行分析，可类似地发现剂量。
[0057] 如本申请中所使用的，术语"含脂质植物材料"指包含大量源自含有内源性量脂质 的植物的材料的任何植物材料（例如谷麸）。合适地，所述植物材料可被大量获得，含有大 量的脂质并且可被用于工业加工中。
[0058] 在一些实施方式中，所述含脂质植物材料是副流，或工业加工的副产品。在一些 实施方式中所述植物材料也可含有非植物材料，例如来自发酵的可能含有酵母细胞的副产 品。
[0059] 在一些【具体实施方式】中，所述含脂质植物材料是谷麸，例如来自传统研磨的麦 麸。
[0060] 在一些实施方式中，至少约100mg(例如至少约200mg,例如至少约300mg)的量 /l〇〇g含脂材料干重量是磷脂。
[0061] 在一些实施方式中，至少约10mg(例如至少约20mg,例如至少约30mg)的量/100g 含脂质植物材料干重量是磷脂酰肌醇（PI)。
[0062] 如本申请中所使用的，短语"部分溶解的含脂质植物材料"指含有脂质、并且至少 部分地通过酶促或机械作用而被溶解的植物材料。
[0063] 如本申请中所使用的，术语"植物材料"指任何属于植物（plantae)这一生物界的 物种。在一些其它的实施方式中，所述植物材料是水果。在一些【具体实施方式】中，所述植物 材料适于人或动物消费。在其它的实施方式中，所述植物材料适于工业利用（例如食品制 备）或适于生物乙醇的生产。优选地，所述植物材料为谷麸。
[0064] 如本申请中所使用的，术语〃谷物〃指来自禾本（Poaceae)科植物的果实，此类种 子至少含有包含糊粉粒的麸、以及淀粉性胚乳，另外存在或不存在果皮、种子外皮（备选地 称为种皮）和/或胚。此术语包括但不限于例如下列的种：小麦、大麦、燕麦、斯佩耳特小麦 (spelt)、黑麦、高梁、玉米和稻。
[0065] 如本申请中所使用的，术语"麸"指源自谷物的研磨级分，其与相应的完整种子相 比富含选自下列的任何或全部组织：糊粉粒、果皮和种子外皮。
[0066] 如本申请中所使用的，术语"溶解"指在根据本发明的方法中溶解植物材料（例如 谷麸）并且意在包括任何程度的溶解。因此，"溶解"可以是为了获得100%可溶的材料或 可以是为了获得低于100%的溶解度，例如低于70%，例如在30% -60%的范围内。在一些 实施方式中，所述溶解度是基于干物质相对于干物质麸而被测定的。
[0067] 如本申请中所使用的，术语"至少部分溶解"指高于1%，例如高于5%，例如高 于10%的溶解度。要理解，如果植物材料没有被溶解至某种程度，那么脂修饰酶的作用可能 没有根据本发明最佳地起作用。在根据本发明的特定方面，其中加入脂修饰酶以与为了获 得溶解的处理（例如与用一种或多种细胞壁修饰酶进行的处理）同时起作用，所述溶解和 脂修饰酶的作用将同时发生。
[0068] 如本申请中所使用的，术语〃研磨级分〃指由机械减小谷粒大小而产生的全部或 部分级分，所述机械减小谷粒大小是通过例如但不限于：切削、乳制、压碎、破裂或研磨，伴 随或不伴随通过例如（但不限于）筛析，筛选，筛分，吹制，抽气，离心筛分，风筛，静 电分离，或电场分离而分级。
[0069] 在本发明的情境中，"功能性脂质"指对其中使用了所述功能性脂质的产品有影 响的脂质。在一些【具体实施方式】中，所述功能性脂质是乳化剂或其它食品改良剂。
[0070] 在本发明的情境中，"细胞壁修饰酶"指任何能够水解或修饰植物细胞壁的复杂 基质多糖的酶，例如任何将在本申请所包括的"细胞壁溶解测试"中具有活性的酶。在"细 胞壁修饰酶"这一定义中所包括的有纤维素酶（例如纤维二糖水解酶I和纤维二糖水解酶 II)、内切葡聚糖酶和β-葡糖苷酶、木聚葡糖酶以及半纤维素降解酶（例如木聚糖酶）。
[0071] 如在本申请中所使用的，术语〃纤维素酶〃或〃纤维素降解酶〃被理解为包含纤 维二糖水解酶（EC3. 2. 1. 91)，例如纤维二糖水解酶I和纤维二糖水解酶II，以及内切葡 聚糖酶（EC3. 2. 1. 4)和β-葡糖苷酶（EC3. 2. 1. 21)。
[0072] 包括在纤维素酶定义中的有：随机切割纤维素链的内切葡聚糖酶（EC3. 2. 1. 4); 从纤维素链末端切割纤维二糖基单元的纤维二糖水解酶（EC3. 2. 1. 91)和将纤维二糖及 可溶性的纤维糊精转化为葡萄糖的β-葡糖苷酶（EC3. 2. 1. 21)。在这三类涉及纤维素的 生物降解的酶中，纤维二糖水解酶是降解天然结晶纤维素的关键的酶。术语"纤维二糖水 解酶Γ在本申请中被定义为纤维素1，4-β-纤