专利名称：豆子胚芽提取物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制备豆子胚芽提取物的方法，并且尤其涉及制备大豆胚芽提取物的方法。
背景技术：
大豆胚芽富含异黄酮，已证明异黄酮具有抗癌活性。然而，由于大豆的气味、味道或质地，很多人不喜欢由其制备的食物产品。这样，就存在了从大豆中提取异黄酮的需求，以使其作为饮食的补充而被摄入。
从大豆中提取异黄酮典型地需要去除大豆蛋白。一些去除大豆蛋白的方法已有报道。例如，在调节含水大豆悬浮液的pH之后，可将大豆蛋白沉淀并与其它成分分离。还可使用凝聚剂，如盐，从含水大豆悬浮液中沉淀蛋白质。
发明简述
在大豆胚芽蛋白的等电点的pH下，可容易地从大豆胚芽中提取异黄酮，本发明即基于这个意外的发现。所得提取物的蛋白质含量足够低，因此当用于食品时，蛋白质不会导致溶解性的问题。在容许的使用水平下，甚至在稍有味道的饮料中，该提取物具有极微弱的或令人难以察觉的味道、气味和颜色。此外，除异黄酮之外所得提取物还含有一定范围的植物营养成分，如皂角苷、寡糖和植酸，这些物质具有潜在的营养和商业意义以及价值。
这样，本发明描述了从豆子胚芽如大豆、绿豆、黑豆和/或菜豆胚芽中制备含异黄酮的提取物的方法。该方法包括将豆子胚芽(完整的或粉碎的)与水接触足够长的时间以分离可溶和不溶物质，从而获得含有异黄酮的溶液。整个过程，将豆子胚芽/水的混合物保持在豆子胚芽蛋白的等电点的pH(例如，约3.0-5.0或约3.5-4.5)下，并且优选保持在约30-99℃(例如，约50-80℃或约65-75℃)的温度下。尽管搅拌并不是必要的，可使用机械搅拌器或其它合适的方法在水中搅拌豆子胚芽。例如，在无需搅拌的条件下，可将豆子胚芽置于连续流动工艺中的水中。不溶物质可通过过滤、离心分离、倾析或其它合适的方法去除。
所使用的豆子胚芽可以以完整的(非粉碎的)或粉碎的形式使用。可通过将胚芽压碎至一定尺寸的细粒而获得粉碎的豆子胚芽。如果将其粉碎，豆子胚芽的尺寸不应太小以防止细粉进入提取物中并且需要被去除。如果将其粉碎，豆子胚芽可以具有诸如70％的粒径低于约250μm的平均粒径。将豆子胚芽于升高的温度下置于水中以溶解水溶性异黄酮。当大部分水溶性异黄酮溶解时，存留时间是足够的，这可根据经验判断。使用合适的，优选食品级酸化剂，调节混合物的pH至豆子胚芽蛋白的等电点，使这些蛋白质的溶解度最小。豆子胚芽蛋白的等电点是一个pH值，在该pH值下，那些蛋白质具有零或接近于零的净电荷，并且因此水溶性最小。当实施这个方法时，调节豆子胚芽/水混合物的pH至豆子胚芽的等电点，比如，在蛋白质净电荷为零时的pH值，或调节至该特定pH值附近约±0.5(优选±0.3)pH单位的pH界限内。
在足够的保留时间之后，可以从上清液中除去不溶物质以获得含异黄酮的溶液。不溶物质既包含豆子胚芽中的水不溶性物质，也包含那些在其它pH值的情况下溶于水但由于pH调节而变得不溶于水的那些物质。如此获得的含异黄酮的溶液可通过除去水而进一步地浓缩从而生产干燥形式(如，粉末)或湿形式(如，浓缩溶液)的提取物。
将在下面的描述中对本发明的一个或多个实例的细节进行陈述。通过细节的描述以及权利要求，将明确本发明的其它特征、目的和优点。
发明详述
可以通过如下方法制备含异黄酮的提取物，例如将豆子胚芽(完整的或粉碎的)置于容器内并且浸入升高温度(如，70℃)的水中，形成浆液。虽然在压力下可以使用超过100℃的水，但水温一般来说低于其沸点。在豆子胚芽浸入期间，可对其进行搅拌。然后将浆液的pH调节到豆子胚芽蛋白的等电点。可通过对浆液直接进行pH调节达到上述目的，或者可在将胚芽浸入水中之前通过足够的滴定剂调节水的pH从而使得水与胚芽进行全面接触之后达到所需的pH。将浆液维持足够长的时间以溶解豆子胚芽异黄酮，这可以预先设定或者在浆液状态的步骤期间确定。使不溶物质质沉降于容器中，然后通过倾析将其从含异黄酮的上清液中分离。还可通过过滤或离心去除不溶物质质以获得含异黄酮的溶液。在浆液状态步骤和去除不溶物质期间，容器维持在升高的温度下。
在一个优选的分批式提取的实例中，在上述过程之后再一次提取不溶物质。然后，将如此获得的含异黄酮的溶液与第一次提取所获得的混合。可将含异黄酮的混合溶液中的水蒸发以生产浓缩的或干燥的含异黄酮的提取物。干燥的提取物还可通过其它合适的干燥方法制备，例如冻干法或按需要使用合适的载体(如，麦芽糖糊精)对浓缩提取物喷雾干燥。在连续的提取工艺中，循环或再循环使用水直到达到令人满意的提取效率。
为实施本发明的方法，可根据经验确定足够的接触或浸入(或搅拌，如果使用的话)时间。例如，可以对豆子胚芽中水溶性异黄酮的量与已溶于水中的异黄酮的量进行比较，从而确定是否已经溶解了令人满意量的水溶性异黄酮。通过取一份试样并对其进行分析，可以确定溶于水中的异黄酮的量。当已经有满意量(分数)的异黄酮溶解于水中时，就可以确定接触/浸入时间是足够的。当溶解于水中的异黄酮的量不随时间而进一步显著地提高时，也可以确定接触/浸入时间是足够的。典型地，接触/浸入时间将在约15分钟-约2小时之间，优选在约30-约60分钟之间。可以向溶液中添加本领域已知的影响异黄酮溶解的物质。例如，参见授权于2002年10月1日的0no等的U.S.专利6458406和公开于2002年4月25的0no等的U.S.公开申请2002/0048627A1，通过引用将二者合并入本文。
为了确定豆子胚芽蛋白的等电点，可以于不同pH值下测量上清液的蛋白质浓度。等电点就是当蛋白质在水溶液中整体上最不溶或接近最不溶时的pH。经常使用等电聚焦的电泳技术(IEF)测量蛋白质的等电点。然而，当处理自然存在的蛋白质混合物时，根据经验的方法在此是有效的。可通过紫外可见光谱或其它合适的方法测量上清液的蛋白质浓度。当实施本发明方法时，将豆子胚芽/水混合物的pH保持在豆子胚芽蛋白整体上最不溶的pH。
在上述工艺期间，可以使用本领域已知的技术对含异黄酮的提取物进行脱色以去除任何不希望的颜色。例如，在将含异黄酮溶液进行浓缩以形成含异黄酮的提取物之前，可对其进行脱色。本领域已知的脱色方法的例子包括使用活性炭或漂白土。参见例如在1999年由Aspen Publication 出版的K.Liu的“Soybeans，Chemistry，Technology，and Utilization”中的方法。
可以使用多种豆子的豆子胚芽作为起始原料制备含异黄酮的提取物。例如，大豆胚芽，其含有大量的大豆异黄酮，可以通过上述方法提取。可商业上获得的大豆胚芽可以从Acatris，(Minneapolis，MN)(例如，SoyLife Focus或者SoyLifeComplex)或者从Cargill(Minneapolis，MN)(例如，Advanta SoyComplete)获得。其它可以使用的豆子胚芽的例子包括绿豆胚芽、黑豆胚芽和菜豆胚芽。
本发明方法可以按照分批工艺实施，或者按照流动工艺例如连续提取和过滤工艺实施。典型地，使用流动工艺有助于保持合理的生产消耗。当使用流动工艺时，豆子胚芽/水混合物的搅拌经常是不必要的。
可将通过本发明方法获得的含异黄酮的提取物以干燥的或湿的形式添加至食物产品中。食物产品可以是固态的、浆糊状或液态食物产品，例如但不限于奶、茶、软饮料、果汁、咖啡、调料、谷类食品、水、啤酒、小甜饼、口香糖、巧克力或汤。
含异黄酮的提取物可以含有来自两种或多种不同豆子或豆子胚芽中的提取物，并且还可以含有来自其它谷类例如大麦、大米和麦芽中的共提取物。此外，可以用电解质(如硫酸镁和氯化钾)、香料、防腐剂(如抗坏血酸和没食子酸丙基酯)和其它添加剂(如，维生素和矿物质)加强提取物。
已知植物胚芽是所需营养成分的来源。通过独立试验测定本发明制备的各个批次的浓缩物的组成。
通过本发明方法从大豆胚芽中提取出的异黄酮的范围反映了存在于大豆胚芽中的异黄酮的分布。在避免提取过程中发生化学变化的条件下，在提取物进入溶剂如乙醇中之后，通过高效液相色谱对天然存在于大豆胚芽中的异黄酮进行分析。典型的分布如下所示
更多的水溶性糖基(glycone)形式的天然异黄酮也在本发明提取物中占主导，如下所示。
如LC-MS所示，丙二酰衍生物也存在于天然大豆胚芽和其提取物中，但由于没有有效的标准还未对其进行量化。
除异黄酮外，已知大豆是碳水化合物和糖以及植物营养成分的来源。尽管由于这些组分在大豆的大豆胚芽和子叶中的分布并未完全被证实，造成这些组分在提取物中的存在和浓度不能被量化，但是用独立实验通过分析证明，本发明的浓缩的提取物含有不同级别的在生理学上很重要的此类营养成分和植物营养成分。
1使用AOAC方法977.20进行碳水化合物的分布分析。
2使用AOAC方法982.14进行糖的分布分析。
a使用Hu等人的方法(2002)分析产物中的皂角苷水平b使用AOAC方法986.11测量产物中的植酸水平c使用AOCS方法Ba 12-75分析胰蛋白酶抑制剂的水平
已知植物胚芽是维生素的来源。通过独立实验分析本发明浓缩大豆胚芽提取物的样品，该样品每mL含有约10mg异黄酮。通过添加这种提取物以提供20mg的异黄酮(2mL)来提供RDI/RDA比例的计算结果，与此同时，将结果报告如下。
B-维生素含量
当将该提取物以20mg异黄酮的日常用量添加至食品中时，提取物提供的被测试维生素的RDI/RDA低于1％。
膳食纤维含量
正如所预期的，提取物仅是可溶纤维的来源。
仅将下面具体的实施例视作例证，但无论如何这些实施例不能以任何方式作为对所未公开部分的限制。无需进一步确认，相信本领域技术人员基于本文的描述可最大限度地应用本发明。所有在此引用的公开文件全部通过引用合并入本文。
实施例1
将925mL去离子水在顶部安装有螺旋桨搅拌器的混合容器中加热至70℃。将75g大豆胚芽(SoyLife Focus，批号#83H/1284/RG，Acatris)添加至已加热的水中，并且搅拌混合物至形成浆液。使用具有整体热补偿的pH电极测量浆液的pH。将总量为8g的柠檬酸以等分的方式添加从而将pH调节至3.75。将浆液搅拌30分钟。然后关掉搅拌器，使得不溶物质质沉降15-3O分钟。将上清液倾入第二个维持在70℃的混合容器中。回收了575g上清液(提取物#1)。
使用凭经验的方法确定等电点。目的是找到蛋白质的混浊程度最小的pH。研究的第一步包括在5.00、4.00、3.50和3.00的pH下观察不溶物质的沉降速率和上清液的清晰度(在70C，标况)，上述目的是通过连续添加柠檬酸、搅拌溶解并导致沉降而达到的。视觉观察得出3.50-4.00是有效的范围。在一定的pH值范围以及通过使用Lowry蛋白质分析而在约3.75下确定的最小蛋白质浓度条件下，作进一步的研究。将在接下来的实施例中对其进行描述。
从不溶物质和第一次提取液的剩余上清液制备提取物#2。通过向第一混合容器中添力575g去离子水而再次对不溶物质进行提取。将混合物在70℃搅拌30分钟。然后关掉搅拌器，使得不溶物质沉降15-30分钟。
将35g的Celite#560添加至提取物#1中。搅拌混合物至形成悬浮液。然后通过150mm直径的布氏漏斗在#4滤纸条件下进行真空过滤。在7O℃通过形成于布氏漏斗上的Celite床，提取物#2也进行真空过滤。收集1250g大豆胚芽提取物的滤液，随后在40mmHg下经真空蒸馏而获得浓缩的提取物(83.3g溶液)。经蒸发的浓缩提取物在大约70℃是清澈溶液，但是当将其冷却到室温或更低时，就形成了沉淀物，通过再次加热至约70℃沉淀会再次溶解。
每克浓缩提取物含有19.5毫克的异黄酮。水溶性糖基型异黄酮代表了约95％的提取的异黄酮。
使用2695 Waters Alliace HPLC体系分析大豆提取物。注入的样品为3μL，用Waters 2996 Photodiode Array Detector在260nm处监控UV吸光度。用反相C18柱(3.9×75mm，4mm均匀粒径，Waters Corporation)完成单独异黄酮的分离。溶剂体系由在水中的0.1％醋酸(A)和乙腈(B)组成。使用由90％的A和10％的B组成的流动相作为初始条件，并且在20分钟内以线性梯度使其变成含65％A和35％B的条件下，在0.8mL/min的流量下进行洗脱。
标准制备-对于黄豆苷、染料木苷、大豆黄素、染料木黄酮、乙酰黄豆苷、乙酰染料木苷和乙酰大豆黄素的标准是从LC实验室获得的。所制备的每种异黄酮的储液在乙醇中以0.2mg/mL含有异黄酮。将每种异黄酮储液1mL用乙醇稀释至10mL，从而制备了标准工作溶液。对于每一种异黄酮计算响应因子，并用该响应因子量化样品。
样品制备-用80％v/v的乙醇溶液提取粉末样品并声波处理30分钟。将液态样品过滤并且直接注入。
异黄酮提取之后所剩大豆胚芽残渣可以用乙醇均化从而批量提取大豆皂角苷。
实施例2
提取和过滤-在50加仑的装配了负载传感器且安装了用于保温的夹套的Groen搅拌釜中，将大豆胚芽粉(32磅)分散于392磅预热的(约70℃)去离子水中。通过添加3磅柠檬酸，使用结合了整体温度补偿探头的联合pH探头，将pH调节至3.75±0.1。搅拌以使粉状物维持悬浮并且加热以使温度连续保持30分钟。然后停止搅拌，使得固体物沉降。在大约30分钟之后，通过抽吸除去相对清澈的上清液，并且使其通过100μm的袋氏滤器过滤以及通过在36″真空布氏漏斗上的Celite 560床进一步过滤，从而纯化。过滤是在足以避免提取物显著冷却的速率下进行的，直到其到达真空收集器。将真空收集器中的物质转移至200加仑的装配了负载传感器、安装了搅拌器且维持在70℃的Groen釜中。将其称为提取物1。在沉降之后，除去并过滤总量约200磅的上清液。这表示约加入了50％的水。用与提取物1等重的去离子水对釜中残留的固体再一次提取。在将所需重量的水加入釜中后，将温度升至约70℃并检测pH。无需再添加柠檬酸。搅拌下提取30分钟以及无搅拌下沉降30分钟之后，将提取物按照对提取物1所描述的方法进行过滤。随着持续地保温，将浆液在布氏漏斗上尽可能完全地脱水。将该提取物表示为提取物2，并将其与200加仑Groen釜中同一批次的提取物1合并。
浓缩-浓缩是使用Pfaudler Wiped Film Evaporator(WFE4.2平方英尺，316L不锈钢，TeflonTM刮水片)进行的。将条件调节至得到约2磅/分钟的蒸发速率并且相对低的蒸发表面温度。应用真空度约为24″Hg。
将来自200加仑Groen釜的合并提取物通过抽吸加料至WFE中，并且对该釜再次进行浓缩。丢弃馏出物。继续浓缩直到达到釜重显示为10倍的浓度。整个浓缩过程釜温维持在约70℃。
浓缩结束之后，将浓缩物分装至6加仑的塑料桶中，该塑料桶已经用乙醇冲洗并完全排净。将桶在冷冻下储存。
实施例3
将250Kg的SoyLife Focus Unmilled(Acatris，Minneapolis，MN，1.5％总异黄酮)投料至Schrader提取器中。在一个分离罐中，通过板框式换热器的再循环将2500Kg反渗透处理的水和16.75Kg柠檬酸加热至75℃。加热的溶液通过换热器，然后以4000L/h流量的向上流动通过Schrader提取器，然后返回至罐中。在再循环的2小时期间，温度维持在74-76℃且pH稳定在3.63-3.7。停止再循环后，将热提取物通过25μm的袋氏滤器过滤以去除细小颗粒。在所得的2200L提取物中(从大豆胚芽中的提取产率为76％)，总异黄酮浓度为1.3mg/mL。将提取物在Schrader二阶段真空蒸发器中在约27英寸汞柱的真空度下进行浓缩，直到在蒸发器的最小工作体积下获得约305Kg的浓缩物。浓缩物的总异黄酮为7.3mg/mL。
实施例4在大豆胚芽的提取过程中，对于提供最小蛋白质含量的提取物的pH的确定。
为了确定提取中最佳的pH，该pH在大豆胚芽的异黄酮水性提取期间使蛋白质的溶解最小化，实施实验性的提取，其中将大豆胚芽分散于温水中，连续等分添加柠檬酸至获得所需的pH水平，并且使该pH达到平衡。在每个pH水平，将液态提取物移出、过滤并引入标准蛋白质分析。
这样，将75g SoyLife FOCUSUnmilled(批次54G/1309/F)与925mL去离子水在装有顶部搅拌器和温度补偿pH探头的烧杯中搅拌，将整个烧杯置于72℃的控温水浴中。达到平衡之后，移出5mL样品，并且通过0.45μm ACRODISC进行过滤以去除微粒，并记录pH(pH6.07)。平衡之后等分添加足够将pH降至5.27的固态柠檬酸。用与之前同样的方法将样品移出，另外添加等分的柠檬酸，重复该过程直到获得一定范围的连续的具有低pH的样品。
在蛋白质TCA析出以及去除上清液以避免来自多元酚如异黄酮的任何干扰之后，将这些提取物样品中的1mL次级提取物样品引入标准Lowry蛋白质分析(Sigma蛋白质分析Kit P5656)。看起来很明显，最低蛋白质浓度出现在约pH3.75。在650nm处检测吸光度并且从获得的数据可知蛋白质的溶解量最小是明显的。
这些数据概括在下表中
其它实施方案
该说明书中所披露的所有特征可以任意结合。该说明书所披露的每一个特征均可用能达到相同、等效或相似目的任选的特征所代替。因此，除非另作特意地声明，所披露的每一个特征仅是普通的一系列等效或相似特征的一个例子。
本领域技术人员通过上面的描述可容易地确定本发明的必要特征，在不悖离本发明精神和范围的情况下，可对本发明进行各种改变或改进以使其适应各种用途或条件。因此，其它实例也在下述权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种从豆子胚芽中制备含异黄酮的提取物的方法，包括将豆子胚芽与水接触足够长的时间，以便从所述豆子胚芽中分离可溶与不溶物质，从而获得含有异黄酮的溶液；其中豆子胚芽/水混合物具有约30℃-约99℃的温度和约为豆子胚芽蛋白的等电点的pH值。
2.权利要求1的方法，其中豆子胚芽选自大豆胚芽、绿豆胚芽、黑豆胚芽、菜豆胚芽和其混合物。
3.权利要求2的方法，其中豆子胚芽是粉碎的。
4.权利要求3的方法，其中豆子胚芽是大豆胚芽。
5.权利要求4的方法，其中豆子胚芽/水混合物具有约3.0-约5.0的pH值。
6.权利要求5的方法，其中豆子胚芽/水混合物的温度为约50℃-约80℃。
7.权利要求6的方法，其中豆子胚芽/水混合物的pH值为约3.75。
8.权利要求7的方法，其中豆子胚芽/水混合物的温度为约70℃。
9.权利要求8的方法，其中接触步骤持续约30-约60分钟。
10.权利要求1的方法，进一步包括从含异黄酮的溶液中除去不溶物质。
11.权利要求1的方法，进一步包括从含异黄酮的溶液中蒸发水，以获得浓缩的或干燥的含异黄酮的提取物。
12.权利要求1的方法，其中豆子胚芽/水混合物的温度为约50℃-约80℃。
13.权利要求12的方法，其中豆子胚芽/水混合物的温度为约65℃-约75℃。
14.权利要求1的方法，其中豆子胚芽/水混合物的pH值为约3.0-约5.0。
15.权利要求14的方法，其中豆子胚芽/水混合物的pH值为约3.5-约4.5。
16.权利要求1的方法，其中搅拌豆子胚芽和水的混合物。
17.权利要求1的方法，作为连续流动工艺进行。
18.权利要求4的方法，其中含异黄酮的提取物还含有得自大豆胚芽的植物营养成分。
19.通过权利要求1的方法制备的产品。
20.通过权利要求3的方法制备的产品。
21.通过权利要求7的方法制备的产品。
22.通过权利要求10的方法制备的产品。
23.通过权利要求11的方法制备的产品。
24.通过权利要求1的方，法制备的产品，其中含异黄酮的提取物还含有得自大豆胚芽的植物营养成分。
全文摘要
本发明描述了一种从豆子胚芽中制备含异黄酮的提取物的方法。该方法包括将豆子胚芽加入水中足够长的时间(可搅拌混合物)以便从豆子胚芽中分离可溶和不溶物质，从而获得含异黄酮的溶液。豆子胚芽/水混合物具有约30℃－约99℃的温度和豆子胚芽蛋白的等电点的pH值。
文档编号A23L1/164GK1901814SQ200480039848
公开日2007年1月24日 申请日期2004年12月1日 优先权日2003年12月12日
发明者R·C·哈蒙德 申请人:天然香料公司