来自于玉米纤维的食品级阿拉伯木聚糖产物的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请设及并主张2013年3月12日申请的名称为"来自于玉米纤维的食品级阿 拉伯木聚糖产物"的美国临时申请第61/777, 353号的权益，该美国临时申请的全部内容出 于所有目的通过引用方式被并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明设及用于在溫和的水解条件下从玉米纤维中提取含阿拉伯木聚糖寡糖的 产物的方法。由此得到的产物适于用作食物成分，可包含相对高量的结合型抗氧化组分。
【背景技术】
[0004] 在美国，玉米湿磨工艺每年生产超过4百万吨的玉米纤维。迄今为止，至少在美国 运种玉米纤维已经用于动物饲料用途。除了别的W外，玉米纤维包括阿拉伯木聚糖，阿拉伯 木聚糖也被称为半纤维素和玉米纤维胶。来源于玉米的阿拉伯木聚糖潜在地具有远超过其 用于动物饲料用途的商业价值。例如，人们认为玉米阿拉伯木聚糖可W在诸如饮料用香精 乳化的应用中用作阿拉伯胶的取代物。另外人们认为玉米阿拉伯木聚糖可W用于诸如成 膜、增厚、乳化W及水溶液和悬浮液的稳定等应用中。此外，人们知道食品和饮料中的阿拉 伯木聚糖寡糖（AX0S)(包括玉米阿拉伯木聚糖及其有限的水解产物）可产生健康益处，例 如提高巧和儀的吸收、降低胆固醇的吸收、降低血浆胆固醇、减少肝中的胆固醇堆积W及令 人满意的益菌保护效应。
[0005] 鉴于玉米阿拉伯木聚糖可能相对较高的应用价值，W商业规模从玉米纤维中提取 阿拉伯木聚糖及尤其是阿拉伯木聚糖寡糖）的生产过程已经成为并将继续是研究和研 发活动的主题就不足为奇了。
[0006] 阿拉伯木聚糖是具有[P-(l，4)-D-木糖]骨架重复单元的多糖。部分水解阿拉伯 木聚糖可W产生有时被缩写称之为"AX0S"的阿拉伯木聚糖寡糖。阿拉伯木聚糖骨架尤其 被阿拉伯糖侧链取代，一部分阿拉伯糖侧链与酪类化合物醋化，尤其是与诸如香豆酸和阿 魏酸的酪酸醋化（例如，一个和两个酪酸基团可W在骨架的单个木糖重复单元上被取代）。 阿魏酸是具有有效的抗氧化活性和公知的人类健康益处的芳香族化合物。其他W结合形式 存在于阿拉伯木聚糖中的酪酸诸（如香豆酸）也被认为具有与抗氧化剂一样的活性。需要 研发出从玉米纤维中产生AX0S的有效方法，玉米纤维使AX0S骨架上的阿魏酸与其他酪类 取代基很大程度上保持完好无损，即仍与寡糖化学结合。在吃完诸如包含AX0S的食品的物 品之后，AX0S中结合的阿魏酸残基可W在AX0S在消化道中消化的期间持续释放抗氧化剂。 玉米纤维中的阿拉伯木聚糖多糖是坚初的、胶粘的、高分子量物质，其（通过阿魏酸醋取代 基）相互共价交联并与玉米纤维中的木质素结构共价交联。从玉米纤维中提取可溶形式的 阿拉伯木聚糖低聚物通常设及与运种交联有关的共价键的裂解。然而，先前研发的在碱性 条件下提取阿拉伯木聚糖低聚物的方法趋向于也裂解在多糖骨架的阿拉伯糖侧链上被取 代的阿魏酸醋。因此运样的方法导致损失很大一部分结合态的阿魏酸。此外，碱提取不是 十分有效，会将很难去除的盐和颜色引入提取物中。从玉米纤维中提取阿拉伯木聚糖低聚 物的酸处理方法也是已知的，然而运样的方法显著降解阿拉伯木聚糖寡糖，因此需要严格 控制工艺参数（例如酸和玉米纤维的量、溫度）。运样的方法也经常产生相对大量的单糖和 双糖，由此降低了所需的阿拉伯木聚糖寡糖的收率。提取物中的残留酸也必须被中和，会产 生盐，该盐通常必须被去除W使提取物适于用作食品级成分。
【发明内容】
[0007] 本发明的一个方面提供了一种从玉米纤维中离析食品级阿拉伯木聚糖产物的方 法，其中所述方法按顺序包含W下步骤：曰）将玉米纤维与水介质混合W形成玉米纤维的水 混合物（即，玉米纤维和水介质的混合物）；b)测量玉米纤维的水混合物的pH;c)确定玉米 纤维的水混合物的所测量的抑是否与预选的初始抑值一致；d)如果所测量的抑与预选 的初始抑值不一致，那么，向玉米纤维的水混合物中添加有效地使所测量的抑与预选的初 始抑值一致的量的酸或碱；e)将玉米纤维的水混合物在有效地将阿拉伯木聚糖寡糖从玉 米纤维中提取到水介质中的溫度下加热一段时间，使得被提取到水介质中的阿魏酸中的至 少50%阿魏酸共价结合到阿拉伯木聚糖寡糖上拟及，f)从玉米纤维中分离出含有被提取 的阿拉伯木聚糖的水介质。不需要将副产物或处理剂从由此获得的水溶性提取物中去除， 该水溶性提取物通常适于用作食品成分。
[0008] 本发明的另一个方面提供了一种从玉米纤维源中提取的食品级含阿拉伯木聚糖 的提取物，其包含基于干固体的重量百分比至少为60%的阿拉伯木聚糖寡糖，其中该阿拉 伯木聚糖寡糖含有至少50%W结合形式存在于食品级含阿拉伯木聚糖的提取物中的阿魏 酸。提取物因此可具有有利的高低聚物含量（例如，基于干固体，按重量计60-75%的DP3 和DP更高的寡糖的含量）、浅色泽和高的结合态抗氧化剂含量。
【附图说明】
[0009] 图1显示了用于实施本发明的过程的管式反应器。
[0010] 图2显示了与图1中的管式反应器结合使用的辅助设备。
[0011] 图3显示了在某些说明性的提取条件下，溫度对达到50%收率的反应时间W及对 反应速率的影响。
[0012] 图4显示了用于实施本发明的过程的圆筒形反应器。
[0013] 图5显示了在某些说明性的提取条件下，初始抑与最终抑之间的关系。
[0014] 图6显示了对于某些示例性条件而言，初始抑与反应/提取速率之间的关系。
[0015] 图7显示了初始抑值对在不同提取溫度下从玉米纤维中提取的产物中的阿拉伯 木聚糖寡糖含量的影响。
[0016] 图8显示了水溶性产物的收率与提取产物的颜色之间的关系。
[0017] 图9显示了提取产物的酪含量与用于得到提取产物的条件之间的关系。
[0018] 在实例中将更详细地描述运些图。
【具体实施方式】
[0019] 本发明至少部分地设及一种分离玉米纤维的一种或一种W上组分的方法，该玉米 纤维含有由阿拉伯木聚糖（半纤维素）、纤维素和木质素组成的基质。虽然不需要，但是在 本发明的一个实施例中，玉米纤维源材料为去淀粉玉米纤维。
[0020] 有利地，使用去淀粉玉米纤维通常产生具有更高百分比的纤维的过程产物，运倾 向于使最终产物更适宜作为食品成分。就是说，如果不关注本发明的过程所产生的产物是 否包含大量淀粉或水解淀粉（例如，产物意在用于制造乙醇的发酵过程中），则使用未去淀 粉玉米纤维可能是理想的。此外，用于本发明的过程中的去淀粉玉米纤维可根据任何适用 的去淀粉过程被去淀粉，例如使用酶、水洗、W及它们的组合。鉴于上述内容，应该理解为， 玉米纤维、去淀粉玉米纤维W及任何程度地被部分去淀粉的玉米纤维可用于本发明的过程 中。例如，在本发明的各个实施例中，所用的玉米纤维基于干固体值巧的淀粉含量按重量 计不超过约20%、按重量计不超过约15%、按重量计不超过约10%、或按重量计不超过约 5%。玉米纤维薄片可在去淀粉后不进行任何另外的处理（例如干燥和/或研磨）就直接 用于本发明的过程中。
[0021] 更具体地讲，本发明的过程包括将玉米纤维与具有预选的初始抑值的水介质接 触。在此过程的提取步骤期间，水介质中的玉米纤维混合物倾向于随着提取的进行而变得 酸性更强，特别地在抑最初高于4时。运被认为是由于，随着提取的进行而发生的某些反 应导致生成酸性产物。例如，提取开始时的抑可为约6,在提取过程中抑值降到约4。一 般来说，无论初始抑是多少（至少在约4至约9的范围内），一旦大量阿拉伯木聚糖已从玉 米纤维中提取出，则水介质的抑通常最终在约3. 5至约4. 5范围内（假定在提取步骤期间， 没有酸性或碱性物质被引入水介质中）。然而，现在已发现，初始抑值显著地影响所得到的 被提取的阿拉伯木聚糖产物的特性。从不同来源或通过不同过程得到的不同批次的玉米纤 维在被分散于水介质中时显示出变化的抑。此外，来自商业来源的水的抑也可能随时间变 化。由于运些原因，用作阿拉伯木聚糖提取过程的馈料的玉米纤维/水介质混合物的抑在 工业操作中可能不是恒定的，并可能每天和/每批之间完全不同。已经发现运种变化性干 扰被提取的高质量和高稠度阿拉伯木聚糖寡糖的生产。明显地，尤其在被提取的阿拉伯木 聚糖产物打算用作消耗品中的成分的情况下，此所得产物的特性波动是不合需要的。此问 题可通过W下步骤来解决：将玉米纤维与水介质混合；测量运样得到的混合物的抑；然后， 如果所测抑与所需的预选的初始抑值不一致，则向所述混合物中添加酸或碱W使所测抑 与预选的初始抑值一致。
[0022] 预选的初始抑值可介于微酸性与微碱性之间，运取决于被提取的阿拉伯木聚糖 产物的所需特性。例如，预选的初始抑值可为至少3或至少4。例如，最大抑值可最初为 10、9、8、7或6。在本发明的各个实施例中，预选的初始抑值可