涉及脱糠技术的用于由谷物粒制备戊糖和基于戊糖的可溶性寡糖/多糖的方法
【专利说明】涉及脱糠技术的用于由谷物粒制备戊糖和基于戊糖的可溶 性寡糖/多糖的方法 发明领域
[0001] 本发明涉及一种用于从谷物粒提取和分离可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的方法， 例如戊糖和/或可溶性基于戊糖的寡糖/多糖，其可用作食品、饮料、化妆品或饲料成分或 用作用于发酵或化学改性的基材。
[0002] 发明背景 阿拉伯糖基木聚糖（AX)为谷物粒的细胞壁的重要的组分。AX为由0-1，4-连接 的D-吡喃木糖苷（木糖）单元的骨架组成的碳水化合物，所述单元为未取代的、被单一 a -L-阿拉伯呋喃糖苷（阿拉伯糖）在C-(0)-2或C-(0)-3单取代或被单一 a -L-阿拉伯 呋喃糖苷单元在 C- (0) -2 和 C- (0) -3 二取代（Izydorczyk 和 Biliaderis，1995 ;Andersson 和Aman，2001)。戊糖木糖和阿拉伯糖因此为AX的主要构造单元，并且AX因此也称为戊聚 糖。与木糖单元的C-(0)-2位连接的较少丰富的取代基可为葡糖醛酸、4-0-甲基葡糖醛酸， 或由L-阿拉伯糖、D-木糖、D-半乳糖、D-葡萄糖和/或糖醛酸组成的短的低聚物，而乙酰 基可与木糖单元的C-(0)-2和/或C-(0)-3位连接。还存在羟基肉桂酸（主要为阿魏酸以 及较少程度的脱氢二阿魏酸）、对香豆酸和芥子酸作为取代基，并且它们通常与末端阿拉伯 糖单元的 C- (0) -5 位连接（Izydorczyk 和 Biliaderis，1995 ;Andersson 和 Aman，2001) 〇
[0003] 除了它们被阿拉伯糖取代的木糖骨架的常见结构特征以外，谷物粒AX构成非常 异构的一组碳水化合物。已观察到阿拉伯糖取代的程度和较少丰富的取代基的性质和 频率的大的变化，不仅当比较不同的谷物物类时，而且当比较在单一谷物物类内的不同 的组织时（Antoine等人，2003 ;Barron等人，2007)。通常承认谷物AX的聚合度（DP)为 1，500-15, 000,尽管难以测定它们的精确的分子量，因为在它们的提取和纯化期间通常发 生的部分降解（Broekaert等人，2011)。
[0004] 总的来说，谷物粒含有5-10%的AX。然而，AX在谷物粒的不同的组织中不是均匀 分布。特别是谷物粒的外层富含AX，解释了首先使谷物粒物理分级以得到富集在外层中的 级分（fractions通常称为"糠"）的常见的实践，以用作原料用于制备AX衍生的产物。然 而，来自谷物粒的外层的AX的主要部分为水-不可提取的，并且不能以它们的天然状态分 离，因为它们通过共价和非共价相互作用与其它细胞壁材料紧密缔合。结果是，从糠分离显 著部分的AX通常涉及AX的至少部分水解解聚。此外，从应用的观点，AX的该解聚主要也 是期望的。的确，对于AX的许多应用，AX的伴随高分子量的高粘度通常是不期望的。
[0005] 取决于它们的DP，发现溶解的AX解聚产物在不同的应用中的方式。例如，阿拉伯 糖基木聚糖-寡糖（AX0S)近来已显示发挥益生质性质（Cloetens等人，2008;Courtin等 人，2008 ;Van Craeyveld等人，2008 ;Broekaert等人，2011)。含有AX0S的制剂因此具有宽 泛的潜能作为在食品、饮料和饲料应用中的成分。AX还可用作化妆品的成分。戊糖木糖和 阿拉伯糖可用于发酵，例如用于生产乙醇，如果将酵母菌株工程化使得它们可利用和发酵 木糖和阿拉伯糖（Hahn-ffiigerdal等人，2007)。戊糖木糖可用于在药物、化妆品和食品行业 中的应用，并且用作用于酶或化学转化为木糖醇的基材，其可用作非生龋齿的甜味剂。戊糖 阿拉伯糖在生产药物中广泛用作中间体，例如核苷类似物抗病毒药物。
[0006] 已描述从谷物糠制备戊糖或基于戊糖的寡糖的若干方法。
[0007] 在木聚糖内切酶存在下，通过水提取，可由谷物糠制备AX解聚产物（WO 02/067698 ;WO 2006/027529 ;Maes 等人，2004 ;Swennen 等人，2006)。这些方法具有基于温 和提取条件的益处；然而，由于谷物糠AX的重要的部分难以接近酶，AX的回收通常受限。
[0008] 使用碱性提取条件可得到较高的回收率（US 3879373 ;WO 98/31713)。还描述了 使碱与过氧化物组合的提取方法（Maes和Delcour，2001 ;Hollmann和Lindhauer，2005)。 这些方法的主要缺点在于使用高浓度的碱的提取步骤环境不友好，并且需要从不同的产物 流昂贵地除去化学品。此外，使用碱性溶液提取的AX具有高分子量，并且通常仍需要另外 的木聚糖内切酶处理（Yamada等人，1993;Beaugrand等人，2004)以得到具有期望的分子 量的AX解聚产物。最后，使用碱性溶液提取的AX缺乏羟基肉桂酸取代基（Hollmann和 Lindhauer，2005)，最可能是由于醋键的阜化。缺乏羟基肉桂酸取代基可为在食品和化妆品 应用中使用这种制剂的缺点，由于羟基肉桂酸取代基赋予AX或AX0S期望的抗氧化剂性质 (Ohta 等人，1997 ;Yuan 等人，2005 ;Vitaglione 等人，2008) 〇
[0009] 使用酸性提取条件还可得到较高的回收率。已描述在高温下使用酸溶液的不同的 提取方法（Sanjust 等人，2004 ;Palmarola-Adrados 等人，2005 ;W0 2010/088744)。然而， 这些方法通常更适于生产戊糖而不是基于戊糖的寡糖，由于多糖键的广泛的酸-催化的水 解。
[0010] 最后，在高压和高温下使用水热处理，在含水溶液中可得到高回收率，导致AX 的自动水解（Garrote 等人，2002 ;Kabel 等人，2002 ;Carvalheiro 等人，2004 ;Rose 和 Inglett，2010)。该处理的潜在的缺点是释放显著量的游离单糖，这可能不总是期望的。此 外，导致AX的自动水解的条件也导致形成戊糖降解产物，例如糠醛。
[0011] 糠按照惯例作为使用滚筒碾磨机碾磨谷物粒的副产物而生产。在滚筒碾磨机 中，通过以相对的方向旋转的数对滚筒的作用，研磨谷物粒，筛子用于分离研磨的谷物粒 级分。通过滚筒碾磨生产的糠包含多种不同的组织，包括果皮、种皮、珠心表皮、糊粉以及 少部分淀粉质胚乳Oelcour和Hoseney，2010)。已知这些不同的组织不仅具有不同含量 的AX，而且来自不同组织的AX的结构也不同，因此木聚糖内切酶的易接近性也不同。更特 别是，来自糊粉和珠心表皮的较少的阿拉伯糖取代的AX看起来通过木聚糖内切酶的作用 很好溶解，而对于来自果皮的更复杂的AX，这是少得多的情况（Benamrouche等人，2002 ; Ordaz-Ortiz 等人，2005 ;Van Craeyveld 等人，2010)。
[0012] 用于生产谷物糠的另一种方法是脱糠。脱糠为受控去除谷物粒的外周层，而留下 其余的谷物粒基本上完整。脱糠可通过摩擦（去皮）进行，即，针对彼此摩擦谷物粒，或通过 磨损（成珠状），即，针对研磨料表面摩擦谷物粒，或通过二者的组合（Hemery等人，2007)。
[0013] 本发明的一个目的是比起由现有技术已知的方法，提供更成本高效的方法用于从 谷物提取和分离可溶性AX产物。较高的成本效率基于在制备可溶性AX产物中，从糠导致较 高收率的从谷物粒制备糠的备选的方法。意外地发现，虽然与通过滚筒碾磨得到的糠相比， 使用通过使谷物粒脱糠得到的糠不能得到较高的收率，但是使用通过滚筒碾磨部分脱糠的 谷物粒制备的糠，得到较高的收率。
[0014] 发明概述 本发明提供一种用于从谷物粒提取和分离可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的方法。优 选，这样的可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物为可溶性阿拉伯糖基木聚糖、阿拉伯糖基木聚 糖-寡糖、木糖、阿拉伯糖、阿魏酸和它们的混合物中的任一种。所述方法包括使整个谷物 粒部分脱糠，以得到部分脱糠的谷物粒，接着滚筒碾磨所述部分脱糠的谷物粒，以得到谷物 糠。所述方法还包括在水中捣碎（mashing)至少一部分所述谷物糠，任选涉及同时或序贯 地用酶制剂、酸、碱、过氧化物或它们的组合中的任一种处理糊状物（mash)，以溶解和任选 解聚包含在所述谷物糠中的阿拉伯糖基木聚糖的部分。优选，所述处理用含有木聚糖内切 酶的酶制剂进行。所述方法还包括从所述糊状物分离包含至少一部分溶解的可溶性阿拉伯 糖基木聚糖产物的溶解的级分。
[0015] 发明详述 定义 在本发明的上下文中，术语"谷物"指禾本科的植物学家族的植物，包括但不限于各种 物类，例如（硬质小麦）小麦、小黑麦、大麦、燕麦、裸麦、高粱、玉米和水稻。
[0016] 在本发明的上下文中，术语"谷物粒"或"谷粒"指谷物植物的天然的种子样果实， 也称为颖果，并且包含果皮、种皮、珠心表皮、糊粉、淀粉质胚乳和胚芽组织。在本发明的上 下文中，术语"谷物粒"或"谷粒"还指当从谷物植物的天然种子样果实除去外层同时留下 其余的内层的种子样结构基本上完整时剩余的材料。在本发明的上下文中，术语"整个谷物 粒"或"整个谷粒"指还未经历涉及去除相关量的外部谷粒层的任何处理的谷物粒。因此， 这样的"整个谷物粒"或"整个谷粒"包含基本上完整果皮和种皮。
[0017] 在本发明的上下文中，术语"谷物糠"或"糠"指谷物粒级分，其（a)与所得到的谷 物粒相比，显著富集任何或所有的选自果皮、种皮、珠心表皮和糊粉的组织，和/或（b)比 起所得到的谷物粒，具有显著较低的淀粉含量。
[0018] 在本发明的上下文中，术语"谷物粉"或"粉"指研磨的谷物粒级分，其（a)与所得 到的谷物粒相比，显著富集淀粉质胚乳组织，和/或（b)与所得到的谷物粒相比，具有显著 较高的淀粉含量。
[0019] 在本发明的上下文中，术语"滚筒碾磨"指研磨谷物粒和将已研磨的谷物粒分离成 为至少一种糠级分和一种粉级分的任何方法。所述方法的特征还在于以相反的方向旋转的 数对滚筒用于研磨谷物粒，并且筛子用于分离研磨的谷物粒级分。
[0020] 在本发明的上下文中，术语"脱糠"指从谷物粒除去外层而没有碾磨或另外研磨谷 物粒的任何方法，优选具有最小或不破坏或改变下面的谷物粒层，即，例如具有最小破坏谷 物粒或最小点蚀或划谷物粒的所述下面的层。脱糠技术的实例为去皮（基于谷物粒之间的 摩擦的去除）和成珠状（基于谷物粒和研磨料机械表面之间的摩损的去除）。
[0021] 在本发明的上下文中，术语"部分脱糠"指得到谷物粒的任何脱糠方法，通过随后 的滚筒碾磨或随后的脱糠，由所述谷物粒可得到显著量的糠。
[0022] 在本发明的上下文中，缩写为DBG的术语"部分脱糠的谷物粒"或"部分脱糠的谷 粒"指通过使谷物粒部分脱糠得到的谷物粒。
[0023] 在本发明的上下文中，缩写为DBB的术语"使糠脱糠"指通过使谷物粒脱糠得到的 糠。
[0024] 在本发明的上下文中，缩写为RMB的术语"滚筒碾磨糠"指通过滚筒碾磨谷物粒得 到的糠。
[0025]在本发明的上下文中，术语"中值粒径"指第百分之50粒径（D5Q)，即，按质量计的 粒径分布值，使得50%质量的颗粒的直径为该值或更少。优选，通过标准筛分分析来测定粒 径分布，涉及具有不同的金属丝网筛网的一系列筛子的嵌套的柱。
[0026] 在本发明的上下文中，术语"木聚糖内切酶"指能水解在含有木糖的多糖中的 连接木糖单元的内部糖基键的酶。这样的糖基键可为例如在这样的多糖的0-D-吡喃 木糖基-I，4_f3-D-吡喃木糖基单元中的0-1，4-糖基键。木聚糖内切酶可衍生自多种 有机体，包括植物、真菌（例如，曲霉属dpergiBys)、青霉属、侧孢属 (/7/5770/'0(/'/<^腫)、脉抱菌属（7\^?/'05770/'<3)、镜抱菌属（/ ；1/>5<3/'/腫)、腐质霉属（//腫/<^97 <3)、 木霉菌属种类）或细菌种类（例如，芽胞杆菌属（feciWys)、气单胞菌属 (如_/，0?0/7<351)、链霉菌属（5^/'6 1/7^