用于提取阿魏酸的具有预处理的优化方法
【专利说明】用于提取阿魏酸的具有预处理的优化方法
[0001] 本发明涉及回收存在于通过处理植物材料获得的水性流出物中的天然阿魏酸的 领域，目的是提取高纯度阿魏酸以便能够将其作为原料用于多种类型的工业中，特别是化 学品、化妆品、药物、生物技术或食品加工工业。本发明非常有利地找到了从纯化的阿魏酸 制备调味品、特别是食品调味品、特别是香草醛的应用。 现有技术
[0002] 阿魏酸存在于许多谷物如水稻、小麦、玉米、或燕麦中。它还发现于食品加工工业 的副产物中，如废玉米颗粒（淀粉制造）、甘蔗渣（甘蔗的转化）、甜菜根浆料或来自精炼米 糠油的残余物（被称为皂脚）。现有技术是在碱性蒸煮或酶处理之后通过提取小麦糠、米 糠或玉米糠回收阿魏酸。在残余固体植物材料的分离之后，获得了由按重量计80%至99% 的水以及还有阿魏酸、多糖以及矿物盐组成的稀释的水溶液。专利US5 288 902描述了碱 性蒸煮产生自米糠油精炼的残余物的方法。在用己烷提取杂质之后通过重结晶纯化该阿魏 酸。专利申请W0 2004/110975描述了通过以下方式直接处理来自蒸煮（用石灰）的玉米提 取液：具体包括酸化所述提取液（被称为nejayote，产生自碱性蒸煮）的步骤，并且然后在 合成树脂或活性碳上吸附该阿魏酸的步骤，接着用有机溶剂洗脱并且，最后重结晶的步骤。 专利申请W0 2001/067891描述了在水存在下通过挤出预处理米糠，接着在纤维素酶和/或 半纤维素酶（如甘露聚糖酶、葡聚糖酶或阿拉伯糖酶）存在下酶水解。使用有机溶剂提取 该阿魏酸，同时用α-淀粉酶处理水性部分以便产生可溶多糖的部分。
[0003] 总体上，所描述的这些方法导致相当大的水消耗及非常低的副产物利用率，特别 是残余的植物材料和多糖。环境冲击没有优化，因此导致地下水的消耗和排放到环境中的 有机负荷的增加。此外，在阿魏酸纯化阶段过程中多糖的存在导致产率的显著降低并且损 害了该方法的经济收益。
[0004] 因此，为了弥补在实施先前方法时遇到的缺点，本发明提出了提取阿魏酸的清洁 生产方法，以获得高纯度和高产率的阿魏酸。所获阿魏酸可借助于生物发酵工艺高效的转 化为天然香草醛。
[0005]发明说明
[0006] 本发明的主题是用于提取存在于水相中的阿魏酸的方法，该水相通过处理至少一 种植物材料获得并且还包含多糖，所述方法包括至少以下步骤：
[0007] 1)处理所述植物材料，接着固/液分离以便回收固相和水性液相，该水性液相包 含该阿魏酸和所述多糖，
[0008] 2)处理所述液相以便选择性分离所述多糖部分和该存在于水性部分中的阿魏酸，
[0009] 3)任选地浓缩包含该阿魏酸的所述水性部分以便回收阿魏酸浓缩液，
[0010] 4)以固体形式回收该阿魏酸。
[0011] 根据本发明的方法，当进行步骤3)时，一旦已经进行了根据所述步骤1)的处理， 步骤2)和3)的顺序不具有重要性。优选地，所述步骤2)在所述步骤3)之前。不管步骤 2)和3)的顺序如何，经受根据本发明方法的所述步骤4)的步骤回收的溶液为几乎不含多 糖的阿魏酸浓缩液，即它包含小于500ppm、优选地小于lOOppm的多糖。
[0012] 根据本发明，选择性分离这些多糖的步骤以及浓缩包含该阿魏酸的水性部分的步 骤是在所述步骤1)结束时获得的所述水相的预处理步骤，其在进行根据所述步骤4)的实 际的阿魏酸的回收之前进行。
[0013] 在本发明的方法中使用的植物材料优选自小麦糠、米糠、玉米糠、燕麦糠、废玉米 颗粒、甘蔗渣、甜菜根浆料和来自精炼米糠油的残余物、以及其混合物。所述植物材料优选 自小麦糠、米糠、玉米糠、以及废玉米颗粒。
[0014] 根据本发明方法的所述步骤1)的所述植物材料的处理在于使该植物材料经受 碱性浸剂和/或酶处理以便释放构成或到该起始植物的纤维素或半纤维素的化学物质。 具体地，根据所述步骤1)的处理释放该阿魏酸和这些多糖。优选地，所述步骤1)包括 蒸煮或碱性浸提处理至少一种上述原始植物材料。通过碱性浸剂的处理不会引起初始 的化学物种的任何结构改变，它仅是通过水解释放特定官能团，特别是酯链。在欧洲指 令（2008年12月16日的欧洲议会以及委员会的法规（EC)编号1334/2008)(European Directive(Regulation(EC)No. 1334/2008oftheEuropeanParliamentandofthe CouncilofDecember16,2008))的含义内，此类物理处理使得可能保持所释放的化合物 (即该阿魏酸和这些多糖）的天然性质的标准。
[0015]该通过碱性浸剂的处理（步骤1)在于在碱性溶液或碱性悬浮液中浸渍并且蒸煮 所述植物材料。该植物材料/碱性溶液重量比是在0. 05与0. 5之间。在该碱性溶液中的 碱含量是按重量计在1%与30%之间。用于此处理的碱优选自氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸 钠。进行该碱性浸提的温度是优先地在60°C与120°C之间。此处理的操作时间是优先地 在2与8小时之间。该碱性浸提优选使用搅拌槽进行，该搅拌槽配备有搅拌轴（stirring spindle)、加热夹套和反向桨叶，使得可能优化该材料和能量传递条件。将原始植物材料 引入至包含稀释的碱性溶液的所述槽中。在该煎煮结束时，所获得的混合物是两相混合物： 固相包含植物细胞壁的组分纤维素及半纤维素纤维，而液相包含溶解的多糖、基本糖、矿物 盐、蛋白质和成盐的阿魏酸。
[0016] 优选地，在该碱性浸提步骤中的物料传递使用具有高剪切系数（□ >5000s4的技 术耦合有效的能量传递并且使这些混合物组分相接触进行优化。在这些技术之中，特别地 可以提及双螺杆挤出机和均质研磨机。它们具有使溶剂量最小化的优点并且可以在连续或 平行的步骤中实施。例如，在双螺杆挤出机中，可能的是通过精密地控制流速、温度和内部 螺纹的安排（输送、共混和/或反向螺旋）连续地进料有待处理的植物材料和该碱性溶液。 不同参数的精密控制根据本领域技术人员已知的惯例进行。这些双螺杆挤出机可以配备有 洗涤区，其中挤出物被连续地用洗涤水流稀释以便允许残余的固体纤维和碱性液相的更容 易的随后分离，该碱性液相包含已经溶解的多糖和成盐的阿魏酸。还有利的是用护套过滤 器配备挤出机、尤其双螺杆挤出机以便原位进行随后的固/液分离。
[0017] 使用均质研磨机的技术对于把这些植物纤维撕开并且因此促进与该碱性 溶液的接触也是有利的。它们可以以分批方式或以连续方式实施。例如，可以利用 UltraTurraxv^FRYMA?类型的研磨机。这些研磨机可以使用（在浸入至该碱性溶液 中时）或可以在线控制。特别地可以偶联在线研磨机和搅拌槽以便具有足够的停留时间 (例如2至8小时的碱性浸提）以及在植物纤维与碱性溶液之间的接触的加强。
[0018] 还有利的是偶联具有高剪切系数的技术与使用微波照射或超声波的技术，这可以 通过局部加速水解动力学进一步加剧阿魏酸的释放。
[0019] 根据本发明方法的所述步骤1)的所述植物材料的处理还可以由酶处理组成。这 些酶通过水解特定官能团、特别是植物壁的组分酯官能团进行阿魏酸和糖的释放。所述酶 优先地选自纤维素酶、半纤维素酶和阿魏酸酯酶、以及其混合物。所述酶是可商购的。该酶 处理有利地在20°C与70°C之间的温度下进行持续在0. 5与20小时之间的时间。有利的是 偶联以上描述的碱性浸提与酶处理以便使阿魏酸的释放最大化（碱性酶浸提）。还有利的 是偶联该酶处理与挤出的实施（酶挤出）。
[0020] 优选地，依据根据本发明方法的所述步骤1)的植物材料的所述处理由碱性浸提 或碱性酶浸提组成。
[0021] 与该植物材料处理步骤、优先地与该碱性浸提步骤结合的固/液分离步骤例如通 过离心或通过过滤实施。通过离心的实施有利地使用板式离心机或沉降式离心机进行，允 许连续分离固相和液相。该固/液分离步骤结束时得到的固相包含植物细胞壁的组分纤维 素纤维及半纤维素纤维。此固相可以有利地在多种应用中利用，特别是在动物营养中。在 所述固/液分离步骤结束时获得的水性液相主要由水（按重量计至少90% )、糖（特别是 处于多糖的形式）（优选按重量计从〇· 2%至4% )以及阿魏酸（优选从10至10OOOppm) 构成。所述水相是碱性的并且优选具有大于9的pH。
[0022] 根据本发明的方法，使在根据所述步骤1)的固/液体分离之后获得的所述液相经 受选择性分离溶解于所述液相中的多糖的步骤（步骤2)。此分离步骤导致生产，一方面，主 要由多糖组成的水性部分以及，另一方面，包含阿魏酸的水性部分。主要由多糖组成的部