专利名称：由芥子分馏异硫氰酸烯丙酯、异硫氰酸对羟基苄酯、蛋白和纤维的制作方法
本申请属于食品加工领域。更具体而言，本申请属于将植物物质，即芥菜籽加工成各种有用和/或改进的馏分的领域。
背景技术：
芥子由于其调味特性和药用性质，已为人们使用多年。在制备芥子产品中，最终目标是将辣味、味道和医疗作用最大化并将其它所需成分保留在最终产品中。当将芥子用作调味品或调料时，该技术领域中的主要问题是保持最浓的香味以及延长芥子产品的贮存期。在加工过程中产热、芥子油与水分的存在以及芥子酶如黑芥子酶的活性均是最终芥子产品质量的决定因素。
由不同种类的芥菜籽可得到香味和辣味不同的产物。芥子的辣味取决于化学上称为芥子油苷(glycosinolate)的特殊芥子糖苷的酶促分解，其被黑芥子酶分解为各种异硫氰酸酯化合物，总称为芥子油。在白芥菜籽中，已知在香味和辣味方面，关键的苷是白芥子硫苷。白芥子硫苷被黑芥子酶酶促降解产生D-葡萄糖和异硫氰酸对羟基苄酯(苄基油)。苄基油是非挥发性化合物，且是该菜籽原料的主要香味成分。在东方芥子(Oriental mustard)中，在香味和辣味方面，关键的苷是黑芥子硫苷酸钾。黑芥子硫苷酸钾也被黑芥子酶降解，但由黑芥子硫苷酸钾水解形成的产物是D-葡萄糖和异硫氰酸烯丙酯(烯丙基油)。就是烯丙基油赋予了东方芥子的特征性辛辣味，为该类芥子的两种高度有用的性质。
对于所有芥子品种，黑芥子酶是在芥子成品中产生芥子香味的关键。但是，高于45℃的温度使黑芥子酶失活。因此，任何涉及将混合物加热至超过45℃的制备方法均不可能保持黑芥子酶的活性，结果导致芥子油的生成(根据所用的芥菜籽原料不同，为烯丙基油或苄基油)和所形成的香味性质均类似地被破坏。
由于黑芥子酶的性质不稳定，所以加工之前和加工过程中对芥菜籽的处理可影响最终芥子产品的性质。例如，在Sakai的制备芥末的美国专利4,496,598中，使芥菜籽在研磨前经受高热以刻意使黑芥子酶失活，产生较温和的芥子产品。但是，当需要更辛辣的芥子产品时，该’598专利中所公开的方法将是不适合的。Sakai等人的加拿大专利2,250,020号公开了制备芥末的方法，其中黑芥子酶的活性以及芥子油(苄基油或烯丙基油)的量和性质得到了最大化。另外，在现有技术的方法和工艺中未解决的、制备精制芥子中的其它关键问题是延长产品的贮存期并使产品的香味稳定，以便芥子产品在使用时具有所需的香味特性。
在过去，精制芥子已通过以下方法制备将芥菜籽或芥子饼压碎；由压碎的菜籽中榨取粗油；然后将芥子粉浸泡在调味液体中以便产生香味和辣味。在液体、通常在水中浸泡可激活黑芥子酶的活性，同时控制产生香味的挥发性化合物或其它有益化合物的蒸发或破坏。随后将得到的产物根据需要加入其它调料或成分以调节香味。
遗憾的是，现有制备方法不足以解决贮存期限制或香味稳定性的问题。在一段时间后香味和辣味变弱，因为所需的芥子油即苄基油和烯丙基油通过蒸发而丧失或通过化学转化成为其它化合物。另外，芥子产品易受细菌污染，其导致腐败。通常，向精制芥子产品中加入盐或醋以通过控制黑芥子酶活性和抑制细菌生长而保持香味并改善贮存期。但是常规添加剂的效力有限，以至于用现有技术方法制备的产品的贮存期仍然非常短。
异硫氰酸烯丙酯(又称为烯丙基油)是挥发性化合物，其是东方芥子中的所需产物，除作为芥子产品成分这一作用以外，还已知其在食品和化学工业中的用途。烯丙基油不仅使东方芥子具有辣味，而且其也已显示具有抗微生物性质。目前，纯烯丙基油通过合成方法制备，要求昂贵的化学生产设备和可能破坏前体化合物的处理。因此，任何可由原料如芥菜籽成功制备高级烯丙基油或将其它天然原料成功制备成其它产品的方法将是合乎需要的。
发明概述本发明的目的是提供改进的、加工芥菜籽或芥子饼以得到精制芥子和其它芥子馏分或产物的方法。
本发明的另一目的是提供芥子加工方法，其可用于在将芥菜籽加工成其它馏分或产物的过程中由芥菜籽中提取或制备异硫氰酸烯丙酯(烯丙基油)。在这点上，本发明的又一目的是提取贮存期长的、较纯的烯丙基油，方法是除去可在延长贮存期间降解异硫氰酸烯丙酯或影响其质量的任何残留的酶、化合物或其它物质。
本发明的另一目的是提供可由适宜的芥菜籽原料制备异硫氰酸对羟基苄酯(苄基油)的方法，同样或者旨在从所述的芥子产品中除去苄基油或者备选地用于除去苄基油以用于其随后的分离纯化和使用。
本发明的另一目的是制备纯化的芥子蛋白馏分，其可用于制备预处理的肉、健康食品、饲料和肥料。
因此，使用本发明的方法，可将芥菜籽分馏为以下有用且稳定的产物精制芥子、烯丙基油和芥子蛋白。
本发明，即分馏芥菜籽得到烯丙基油的方法由以下步骤组成粉碎待加工的芥菜籽原料，其中的芥菜籽原料含有芥子油苷黑芥子硫苷酸钾和黑芥子酶。芥菜籽原料被粉碎后，即将其与水混合，得到活化的芥子浆，因为水活化其中所包含的黑芥子酶。然后使黑芥子酶依赖性水解在活化芥子浆中发生，该水解将黑芥子硫苷酸钾转化为分馏的异硫氰酸烯丙酯(烯丙基油)。在预定的温度和预定的大气压下，使黑芥子酶依赖性水解进行一段时间，该段时间为接触期。最后，将由水解步骤得到的烯丙基油与活化芥子浆的其余部分分离。除去烯丙基油后的活化芥子浆其余部分即为废芥子浆。
在该新方法中，在减压和控温条件下，优选在45mmHg的压力和45℃±5℃的温度下，将烯丙基油自黑芥子酶依赖性水解步骤开始时自芥子浆其余部分蒸馏出来。通过使用可用种类的热交换设备如食品制备工业中常用的刮除式(scraping-type)热交换单元，可在水解步骤中小心地控制浆中的酶活性。蒸馏得到基本上不合其它芥子浆成分的纯烯丙基油。水解和蒸馏过程完成后，出于灭菌目的，可立即将其余的浆在刮除式热交换单元中进行加热，优选加热至85℃±10℃。通过灭菌步骤将残余的酶活性和微生物灭活是制备具有长贮存期和化学稳定性的精制芥子浆的关键。通过随后加入定量的纯化烯丙基油可将该灭菌的芥子产物重构至所需的香味和辣味。
芥菜籽原料可以通过压碎、研磨或其它粉碎方法获得。
在该情况下，活化芥子浆中粉碎的芥菜籽原料与水的比例为以重量计1∶1至1∶7。
通过将废芥子浆温育得到的灭菌芥子浆是精制芥子产物，其中黑芥子酶的酶活性已因温育而被消除。
也可将灭菌芥子浆或精制芥子产物脱水。
除了使用原始芥菜籽原料以本发明方法制备粉碎的芥菜籽原料外，粉碎的芥菜籽原料也可以是预先通过将含所需化合物的芥菜籽压碎而制备的芥子饼。
另一种有用的芥子馏分或产物是芥子蛋白。根据本发明，使用质量不足以用于制备更高价值的芥子调味品或产品的芥菜籽原料批次可制备芥子蛋白馏分。芥子蛋白可用于丰富或增强精制肉或鱼的香味和特性。
优选实施方案详述用本发明的方法制备了具有优异香味性质和稳定性且具有更长的贮存期的精制芥子。用本发明的方法还制备了纯化、稳定的芥子馏分，即烯丙基油和芥子蛋白。
精制芥子的制备本发明的方法可用于主要使用东方芥菜籽或白芥菜籽为主要芥子原料基础制备精制芥子和其它芥子馏分。
本发明方法的第一步是获得或制备用于本方法的芥菜籽原料。通过研磨或压碎或挤压或其它行为将芥菜籽原料粉碎。或者，也可以使用预先将芥菜籽压碎所制备的芥子饼材料，可将所述芥子饼粉碎或与任何其它芥菜籽原料混合以制得用于本方法的最初的芥菜籽原料起始批次。将芥菜籽原料粉碎后，即可继续本方法。
无论使用哪种原料，本方法的下一步骤均涉及将粉碎的芥菜籽原料与水一起置于其中可在减压条件下发生水解和蒸馏的反应室中。将粉碎的芥菜籽原料与水混合以活化其中包含的黑芥子酶，有效地制得活化芥子浆。黑芥子酶水解于反应室或在活化芥子浆中发生，据此，水解可将活化芥子浆中的黑芥子硫苷酸钾转化或降解为分馏的异硫氰酸烯丙酯。其也称为烯丙基油。使水解在预定的有效温度和预定的有效大气压下进行一段时间，该时间应适宜产生必需量或所需量的烯丙基油。
活化芥子浆中粉碎的芥菜籽原料与水的比例为以重量计1∶1至1∶7。
就温度、压力而言，水解会在30至90分钟内、在40℃至50℃的优选温度范围内、在45mmHg的压力下发生。在这些条件下，存在于该类芥菜籽原料中的黑芥子硫苷酸钾的水解可产生挥发性烯丙基油，其同时从反应室和活化芥子浆中被蒸馏出来。通过蒸馏从活化芥子浆中除去烯丙基油可显著改善由其余的或废芥子浆得到的精制芥子产物的贮存期，因为烯丙基油的正常分解显著促进产品腐败。
由此，本方法得到了其中已发生水解且通过黑芥子酶活性从中生成烯丙基油的废芥子浆。在升温和减压条件下蒸发烯丙基油并将其从剩余或残余的废芥子浆中蒸馏出来。
然后可将烯丙基油进一步加工或纯化用于其它目的。
当主要使用白芥菜籽而非东方芥菜籽时，同样制备芥菜籽原料或芥子饼原料。可将所用的芥菜籽压碎或粉碎并与压碎的芥子饼原料等合并。然后可同样将粉碎的芥菜籽原料与温水在反应室中混合，芥菜籽原料与水的份数比例仍是以重量计1∶2至1∶7。同样使水解进行一段时间，在该段时间中，对于白芥菜籽，其中存在的芥子油苷是白芥子硫苷，而不是存在于东方芥菜籽中的芥子油苷黑芥子硫苷酸钾。将所述的粉碎的芥菜籽原料与水混合以活化其中的黑芥子酶并得到活化的芥子浆。在活化芥子浆中发生的黑芥子酶诱发的水解可将白芥子硫苷转化为异硫氰酸对羟基苄酯(苄基油)馏分，并且使水解在预定的有效温度下进行一段时间，该段时间为接触期。
在产生适宜量或所需量的苄基油后，或者适宜所需量的芥子油苷白芥子硫苷已被降解或从本方法的粉碎芥菜籽原料中除去后，就可通过加热对活化芥子浆进行灭菌。将活化芥子浆的温度升高至85℃±10℃，以使任何黑芥子酶的酶活性灭活并将活化芥子浆灭菌。该方式中的升高温度也可用于降解由白芥子硫苷降解所制备的苄基油。因为苄基油不是挥发性的，所以其不会象烯丙基油那样从活化芥子浆中蒸馏出来。在灭菌或温育步骤中苄基油的降解显著地改善了所述芥子产品的贮存期，因为苄基油的其它分解产物促进芥子腐败。
因此，在本方法的这一步骤中，当涉及东方芥菜籽时，已通过蒸馏除去任何残余的烯丙基油并且已将任何否则将促进精制芥子成品腐败的酶灭活。类似地，对于白芥子，其含有芥子油苷白芥子硫苷，使水解后的活化芥子浆中存在苄基油而非烯丙基油，苄基油可通过温育步骤降解并且白芥子硫苷在水解步骤中已被消耗或除去。类似地，否则将促进成品腐败的黑芥子酶或酶也在此时被灭活。
灭菌或另外加热后，可将白芥子或东方芥子的灭菌芥子浆的温度降低至室温或者任何随后的处理步骤所需的任何其它温度。在任一种情况下所得到的灭菌芥子浆为精制芥子。
此时，可将精制芥子产品再次加热以进一步灭菌，优选加热至80℃±5℃，持续所需的时间。进一步灭菌之后，可将温度降低至室温或任何随后的处理步骤所需的任何温度。
异硫氰酸烯丙酯(烯丙基油)的制备和纯化本发明的方法还提供了在加工精制芥子过程中纯异硫氰酸烯丙酯(烯丙基油)的提取或制备。可以在通过黑芥子酶的水解作用由存在于东方芥菜籽中的芥子油苷黑芥子硫苷酸钾制备烯丙基油的同时将其蒸馏出来。如本文进一步所述，将所述的粉碎的芥菜籽原料与水混合以制备活化芥子浆。在控制温度和减压条件下，可将挥发性烯丙基油从芥子浆中蒸馏出来。由于在很多情况下烯丙基油可能与水一起蒸馏，所以本发明还考察了另外的步骤用于纯化烯丙基油。这可以通过再蒸馏或沉降分离(烯丙基油的比重略高于水)等技术完成。本领域技术人员可以理解存在其它纯化方法，也可用于从反应室中蒸馏出来的烯丙基油，所有此类变体也均处于本发明范围内。
获得一定量的纯烯丙基油后，可将一些这样的油加回至精制芥子产物中以增强产物的香味和贮存期。总之，本方法提供了一种制备用于其它工业或产品中的纯烯丙基油的简单的、流线型的方法。
芥子蛋白的制备本发明还考察了可使用与上述类似的方法由腐败的芥菜籽中或由否则其质量不足以用于更高水平的调味品的芥菜籽制备芥子蛋白馏分。芥子蛋白可在肉和鱼加工中用作粘合剂。由于芥子蛋白是芥菜籽和芥子饼的主要成分，如加拿大专利No.2,250,620所报道，榨出油之后以重量计占43％，所以由上述水解和蒸馏过程得到的芥子产物提供了重要的芥子蛋白源。
现有技术方法中存在的芥子蛋白的加工问题是存在残余的烯丙基油和酶，其可缩短由此得到的芥子蛋白的贮存期。因此，为了使用芥子蛋白，需要破坏酶并除去烯丙基油。
还考察了在提取芥子蛋白之前，可通过在控制温度和减压下蒸馏实现从芥子原料中除去烯丙基油。当芥子原料含有以重量计高于0.4％的烯丙基油时，在水解和蒸馏步骤中可使用刮除式热交换器设备。当芥子原料含有以重量计低于0.4％的烯丙基油时，可使用Sun-Kneder设备。如上所述，水解和蒸馏步骤产生无酶活性和烯丙基油且被灭菌的芥子产物。应理解也可考虑使用其它类型的设备或方法将烯丙基油从其余的芥子原料中提取出来，并且本领域技术人员可理解的任何此类变化和/或有关方法变体均包括在本发明范围内。
然后，通过加入水、优选以重量计10％的水以及优选以重量计0.02至0.1％的盐卤或苛性钠，可将得到的芥子产物再水化，之后将产物压制以榨出液体，其包含温和变性的粗蛋白溶液。然后可通过任何数量的标准操作提取或处理粗蛋白溶液，所述标准操作包括但不限于离心、浓缩、分馏或冻干，以产生香辣的芥子蛋白，其可用于多种目的。
总之，由此可见，本发明完成了其所提出的所有目的。前述内容仅应视为对本发明原理的举例性阐述。此外，由于对于本领域技术人员而言很容易发现存在多种变化和变体，所以不应将本发明限定为所给出和所述的具体解释和操作。因此，在操作框架内可采取的所有此类适宜的变化或变体均落入要求保护的本发明的范围内。
权利要求
1.分馏芥菜籽的方法，所述方法包括以下步骤a.将待加工的芥菜籽原料粉碎，其中所述的芥菜籽原料含有芥子油苷黑芥子硫苷酸钾和黑芥子酶；b.将所述的粉碎的芥菜籽原料与水混合以活化所述的黑芥子酶，制得活化的芥子浆；c.使黑芥子酶水解在所述的活化芥子浆中发生，其中所述水解将所述黑芥子硫苷酸钾转化为异硫氰酸烯丙酯(烯丙基油)馏分，且其中使所述水解在预定的有效温度和预定的有效大气压下进行一段时间，该段时间为接触期；和d.将所述的烯丙基油与所述的活化芥子浆其余部分分离，其中除去所述的烯丙基油后的其余部分即为废芥子浆。
2.权利要求1的方法，其中所述的粉碎的芥菜籽原料通过压碎、研磨的技术之一粉碎。
3.权利要求1的方法，其中所述的活化芥子浆中的粉碎的芥菜籽原料与水的比例为以重量计1∶1至1∶7。
4.权利要求1的方法，其中所述的预定的有效温度为40至50摄氏度。
5.权利要求1的方法，其中所述的预定的有效大气压为约45mmHg。
6.权利要求4的方法，其中所述的预定的有效大气压为约45mmHg。
7.权利要求1的方法，其中所述的接触期足够长，以使基本上所有存在于所述活化芥子浆中的黑芥子硫苷酸钾转化为烯丙基油。
8.权利要求1的方法，其中所述的接触期为30至90分钟。
9.权利要求1的方法，其中将所述的烯丙基油与所述活化芥子浆的其余部分分离，基本上不合所述活化芥子浆的任何其它成分。
10.权利要求1的方法，其中将所述的烯丙基油通过蒸馏与所述的活化芥子浆其余部分分离。
11.权利要求10的方法，还包括通过再蒸馏或沉降纯化所述的分离的烯丙基油。
12.权利要求1的方法，还包括将废芥子浆温育有效的温育时间，以消除更多的黑芥子酶活性并得到灭菌芥子浆。
13.权利要求12的方法，其中所述的温育在75至95摄氏度的温度下进行。
14.权利要求12的方法，其中所述的温育时间足够长以使所述废浆中的任何残余的黑芥子酶或其它酶的活性失活。
15.权利要求12的方法的产物，即灭菌的芥子浆。
16.权利要求12的方法，还包括使所述的灭菌芥子浆脱水。
17.权利要求16的方法的产物，即脱水的芥子浆。
18.权利要求1的方法，其中所述的粉碎的芥菜籽原料为预先通过将芥菜籽压碎所制备的芥子饼。
19.权利要求1的方法的产物，即异硫氰酸烯丙酯(烯丙基油)。
20.权利要求10的方法的产物，即异硫氰酸烯丙酯(烯丙基油)。
21.由芥菜籽制备异硫氰酸烯丙酯(烯丙基油)的方法，所述方法包括以下步骤a.将待加工的芥菜籽原料粉碎，其中所述的芥菜籽原料含有芥子油苷黑芥子硫苷酸钾和黑芥子酶；b.将所述的粉碎的芥菜籽原料与水混合以活化所述的黑芥子酶，制得活化的芥子浆；c.使黑芥子酶水解在所述的活化芥子浆中发生，其中所述水解将所述黑芥子硫苷酸钾转化为异硫氰酸烯丙酯(烯丙基油)，且其中使水解在预定的有效温度和预定的有效大气压下进行一段时间，该段时间为接触期；和d.将所述的烯丙基油自所述活化芥子浆的其余部分提取出来。
22.权利要求21的方法，其中将所述的异硫氰酸烯丙酯通过蒸馏与所述活化芥子浆的其余部分分离。
23.分馏芥菜籽的方法，所述方法包括以下步骤a.将待加工的芥菜籽原料粉碎，其中所述的芥菜籽原料含有芥子油苷白芥子硫苷和黑芥子酶；b.将所述的粉碎的芥菜籽原料与水混合以活化所述的黑芥子酶，制得活化的芥子浆；和c.使黑芥子酶水解在所述的活化芥子浆中发生，其中所述水解将所述白芥子硫苷转化为异硫氰酸对羟基苄酯(苄基油)馏分，且其中使所述的水解在预定的有效温度下进行一段时间，该段时间为接触期。
24.权利要求23的方法，其中所述的粉碎的芥菜籽原料通过压碎、研磨的技术之一粉碎。
25.权利要求23的方法，其中所述活化芥子浆中的粉碎的芥菜籽原料与水的比例为以重量计1∶1至1∶7。
26.权利要求23的方法，其中所述的预定的有效温度为40至50摄氏度。
27.权利要求23的方法，其中所述的接触期足够长以使基本上所有存在于所述活化芥子浆中的白芥子硫苷转化为苄基油。
28.权利要求23的方法，其中将所述的苄基油与所述活化芥子浆的其余部分分离，基本上不合所述活化芥子浆中的任何其它成分。
29.权利要求23的方法，还包括将废芥子浆温育有效的温育时间，以消除更多的黑芥子酶活性并得到灭菌的芥子浆。
30.权利要求29的方法，其中所述的温育在75至95摄氏度的温度下进行。
31.权利要求29的方法，其中所述的温育时间足够长以使所述浆中的任何残余的黑芥子酶或其它酶的活性失活。
32.权利要求29的方法的产物，即灭菌的芥子浆。
33.权利要求29的方法，还包括将所述的灭菌芥子浆脱水。
34.权利要求33的方法的产物，即脱水的芥子浆。
35.权利要求23的方法，其中所述的粉碎的芥菜籽原料为预先通过将芥菜籽压碎所制备的芥子饼。
36.权利要求23的方法的产物，即异硫氰酸对羟基苄酯(苄基油)。
37.异硫氰酸对羟基苄酯(苄基油)产物，根据权利要求23的方法制备。
38.权利要求33的方法，还包括a.必要时将所述的灭菌芥子浆再水化；b.向所述的灭菌芥子浆中加入变性剂，以得到变性的芥子蛋白溶液；和c.将所述的变性芥子蛋白溶液脱水以得到芥子蛋白馏分。
39.权利要求33的方法，其中所述的再水化包括向所述的灭菌芥子浆加入水。
40.权利要求39的方法，其中加入的水为以重量计10％。
41.权利要求38的方法，其中所述的变性剂为盐卤。
42.权利要求38的方法，其中所述的变性剂为苛性钠。
43.权利要求38的方法，其中所加入的变性剂的量为以重量计0.02至0.1％。
44.权利要求40的方法，还包括纯化所述的变性芥子蛋白溶液。
45.权利要求44的方法，其中所述的纯化采用选自离心、浓缩、分馏或冻干的技术进行。
46.权利要求38的方法的产物，即芥子蛋白。
全文摘要
本发明涉及可将白芥菜籽或东方芥菜籽分馏，以制备异硫氰酸烯丙酯和异硫氰酸对羟基苄酯，以及精制芥子产物和芥子蛋白。本发明公开了由芥菜籽原料制备这些各种馏分的方法。将菜籽原料用水研碎，以得到活化浆，其中的黑芥子酶将菜籽原料中的芥子油苷水解并破坏成为异硫氰酸酯。然后可将残余的浆灭菌并进一步按常规方式处理以得到改进的芥子成品。
文档编号A23L1/225GK1579222SQ20041007056
公开日2005年2月16日 申请日期2004年8月6日 优先权日2003年8月7日
发明者酒井四郎, 酒井诚, 田中久生, 冢崎龙二, 近俊雄 申请人:酒井四郎