专利名称：：淀粉分离方法
技术领域：
：本发明涉及用于分离来自含淀粉农作物的淀粉的新方法，特别涉及在分离方法期间包含一个或多个酶处理的方法，以增加从块茎，包括木薯中的淀粉提取。背景木薯(ManihotesculentaCrantz)是大戟科(Euphorbiaceae)的成员，并且由于其贮藏根，木薯在热带地区是作为食物来源而被种植的。磨碎的木薯称为木薯淀粉。与其他农作物如稻、甘蔗和玉米一样，在非洲、拉丁美洲和亚洲，木薯是主要的热量来源并是数百万人的主要食物。由于将木薯应用于淀粉生产具有许多优点的事实。例如，木薯可以提供相对便宜的含有高浓度淀粉(干物质基础)的原材料来源，其至少相当于或者甚至优于由来自农作物诸如玉米、小麦、甘薯和稻的其他淀粉所显现的特性。木薯根的许多用途之一是用于木薯淀粉生产。从根分离淀粉在历史上依赖于机械方法。通常在洗涤和剥皮后，将根磨碎以释放淀粉颗粒。将含有悬浮颗粒的水(称为“淀粉乳”)从浆中分离，之后通过沉降或离心从水中分离颗粒。那时，需要将淀粉天然地或人工地干燥以在碾磨、筛选和包装前除去水分。然而，这些标准机械方法并不是没有缺点。例如，由于通过天然(日光)方法干燥淀粉，常规方法包括了较长的加工时间。该延长的加工时间也导致了产物产率和质量的损失，部分归因于湿度的变化以及腐烂和污染的增加的可能性。在另一实例中，更现代化的方法(其一般地掺入了快速干燥以降低加工时间)需要工厂花费大量资本投入，运营成本高并需要高度熟练的技术人员维护设备。此外，在该方法期间，这些工厂必须具有可得到的可靠电力供应。在世界上木薯生长和收获的那些地方，这些需求产生了非常高的需要克服的障碍。在任何情况下，在分离淀粉时，木薯生产者必须在降低产率和质量或者运营现代设备的经济负担之间选择。因此，对于改进和增强的淀粉提取产率的方法仍存在需求。MM描述了从木薯根分离淀粉的方法。在一个实施方案中，该方法包括以下步骤将木薯根至少部分地去皮，切碎或磨碎木薯根以形成醪液，通过将醪液穿过至少一种过滤装置从醪液中分离纤维残留物，用至少一种水解酶温育醪液，并干燥醪液以形成含有淀粉的木薯饼。在一些实施方案中，水解酶是纤维素酶、蛋白酶、果胶酶、果胶酶和蛋白酶的组合，或者果胶酶、纤维素酶和蛋白酶的组合。在另一个实施方案中，从醪液中分离纤维残留物的步骤包括将醪液穿过至少一种过滤装置。在另一个实施方案中，在将醪液穿过至少一种过滤装置之间发生用至少一种水解酶温育。又在另一个实施方案中，在一个以上的温育期中发生用至少一种水解酶温育醪液。在另一个实施方案中，从至少一个木薯根中的淀粉提取比从不用水解酶处理的至少一个木薯根的淀粉提取多至少约10%。也描述了从块茎中分离淀粉的方法。该方法包括以下工序将块茎捣碎成醪液或浆液，并用至少一种水解酶温育醪液或浆液，以与当不用水解酶温育醪液或浆液时提取的淀粉相比较，增加从醪液或浆液中的淀粉提取。在一个实施方案中，通过将醪液或浆液至少两次穿过过滤装置，从醪液或浆液中分离淀粉。在另一个实施方案中，在将醪液或浆液穿过过滤装置之间用至少一种水解酶温育醪液或浆液。在其他实施方案中，至少一种水解酶是果胶酶、纤维素酶、蛋白酶，选自由果胶酶、纤维素酶和蛋白酶组成的组的两种或多种水解酶的组合。还描述了基本分离的淀粉产物。该产物从块茎分离获得，将块茎捣碎成醪液或浆液，并用至少一种水解酶温育醪液或浆液，以与当不用水解酶温育醪液或浆液时产生的淀粉相比较，增加从醪液或浆液中的淀粉产生。在一个实施方案中，通过将醪液或浆液两次或多次穿过过滤装置，从醪液或浆液中分离淀粉。在另一个实施方案中，在将醪液或浆液穿过过滤装置之间用至少一种水解酶温育醪液或浆液。在其他实施方案中，该至少一种水解酶是果胶酶、纤维素酶、蛋白酶，或者选自由果胶酶、纤维素酶和蛋白酶组成的组的两种或多种的组合。附图简述图1描述了从木薯根中分离淀粉的一般步骤的流程图。在概括的分离方法中存在3个主要点(A-C)，这些点是用酶处理木薯醪液或浆液以增加淀粉提取的优选时间段。发明详述木薯或木薯淀粉是相对便宜的含有高浓度淀粉的原材料来源。本发明通过在分离方法的不同阶段对作物材料实施一个或多个酶处理以增加淀粉提取，提供了用于从含淀粉块茎中分离淀粉的新方法。基于所使用的潜在的农作物材料和分离方法的类型，可以选择特定的酶或酶组合以优化淀粉提取。1.定义除非另外指明，本文中所使用的所有技术和科学术语具有该公开所属领域普通技术人员通常理解的相同含义。并且，出于明确和便于参考的目的，以下定义了一些术语。术语“活性的”、“活性”和“生物学活性”指与特定酶相关的生物学活性。因此，给定酶的生物学活性指被本领域技术人员一般归属于该酶的任一生物学活性。例如，与果胶酶相关的酶活性是水解的，并因此活性的果胶酶具有水解活性。如本文中所用，术语“块茎”意为膨胀的和/或新鲜的茎或植物的根部分。块茎的实例可以是但不限于木薯、马铃薯、山药、芋头、甜菜、胡萝卜、姜、洋葱、大蒜和菊苣根。术语“去皮”指从植物中除去皮的过程。木薯根包括通过剥皮除去的薄的红褐色纤维皮。如本文中所用，术语“部分去皮”指不完全地除去木薯根皮。尽管优选的是完全除去皮，但是部分去皮反映并不是实际上除去了全部皮。如本文中所用，术语“醪液”和“浆液”二者指压碎的根物质的稠度。当混合物存在较少水形成部分时，压碎的根更类似于“醪液”，并且当混合物存在更多水形成部分时，压碎的根更类似于“浆液”。通常，当水含量为约50-80%之间时，压碎的根物质类似于醪液，并且当水含量为约70-90%之间时，压碎的根物质类似于浆液。如本文中所用，“捣碎”的过程是将固体物质转变成醪液或浆液。如本文中所用，术语“过滤”(或“过滤”的活性)意为从固体中分离液体，或者基于颗粒大小分离流体介质中的颗粒。过滤可以通过任一过滤装置和/或机械，包括筛网、筛、网、筛子、滤网、离心机或蒸馏器进行。将待过滤的物质穿过过滤装置，以致基于过滤装置的孔的大小，较小的颗粒穿过了过滤装置，而较大的颗粒没有穿过过滤装置。术语“水解酶”意为催化化学键水解的酶。不受限制地，水解酶可以是果胶酶、纤维素酶和蛋白酶。术语“基本上分离的淀粉”意为淀粉，其基本上无淀粉可以与其天然存在的细胞组分、或者用于反应的任何试剂或者反应副产物。“基本上分离的”并不意为该制备物是技术上纯的(同质的)，而意为已充分地分离淀粉，以至于可以以将其制备成商业用途的形式提供该淀粉。当给出数值的范围时，应当理解，该范围的上下限之间的每个居间值(除文中清楚地另作说明外，直至下限单位的十分之一)也是明确公开的。在所述范围内的任意所述值或居间值之间的每个较小范围和在该所述范围内的任意其他所述值或居间值也包含于本发明中。这些较小范围的上限和下限可以独立地包含或排除于该范围，并且每个范围(其中两个极限之一包含于较小范围内、两个极限都不包含于较小范围内或两个极限都包含于较小范围内)也包含于本公开中，受到该所述范围内的任意明确排除的极限。在所述的范围包含一个或两个极限时，本公开中也包括排除那些所包含的极限之一或二者的范围。在更详细地描述示例性实施方案之前，应理解本发明不限制于所描述的具体实施方案，当然，此类实施方案也可以变化。尽管可以在本公开的实践和测试中使用与本文中所述的那些方法和材料类似或等同的任一方法和材料，但现在描述示例性方法和材料。如本文和所附权利要求中所用，除非另外清楚指明，单数形式“一个”、“一”和“所述”(“a”、“an”和“the”)包括其复数指代。因此，例如，提到“一个基因”包括多个此类候选基因，并且提到“细胞”包括提到一个和多个细胞和本领域技术人员已知的其等同物，等寸。提供本文所讨论的出版物仅是为了其在本申请提交日期之前的公开内容。本文的任何内容不应解释为认可本发明没有资格由于现有发明而先于这类出版物。2.缩写DSpHtdsWt%0CkDg或gmμ§mgμ和μMl和mLmmμιηMmMμΜUMWsec(s)或s(s)min(s)或m(s)hr(s)orh(s)m/vN3.用于处理含淀粉块苯的酶干物质^MJt总溶解的固体重量百分比摄议千道尔顿克微克毫克微升毫升毫米微米毫摩尔微摩尔单位分子量秒分钟小时质量/体积正常如本文中所考虑，单独或者以多种组合使用了许多酶，以增加从含淀粉的块茎中淀粉的提取。例如，为了有助于水解在植物细胞壁中和在植物细胞之间的胞间层中存在的果胶或其他多糖，可以使用果胶酶。如本文中所考虑，可以使用来源于(设计自)任一来源的果胶酶，如来自真菌或细菌的果胶酶。例如，不受限制地，本文中考虑了使用果胶酶如原果胶酶、酯酶和解聚酶。在一些实施方案中，可以使用果胶酶如果胶酯酶、果胶果胶水解酶(pectylhydrolase)、半乳聚糖1，4_α-半乳糖醛酸酶、外切-聚-α-半乳糖醛酸酶、果胶酸裂合酶、果胶酸二糖裂合酶、寡半乳糖醛酸苷裂合酶和果胶裂合酶。在优选的实施方案中，使用PECTINASEFE(Genencor-Danisco)。其他合适的市售果胶酶例如包括PECTINEX禾口UltraPEELZYM(Novozymes)、PectinaseG和PectinasePL(Amano)；Pectinase3S、PectinaseSS、PectinaseHL、MacerozymeA禾口MacerizymeS(Yakult)、RapidaseIntense、RapidasePRESS；RapidaseSMART>RapidaseADEX-D>CITRUSCLOUDY；RapidaseC80MAX(DSM)和GAMMAPECTPCL和ROHAVINCXL(ABEnzymes)。在另一个实施方案中，使用多种果胶酶。应当理解，可以使用如本领域技术人员所理解的具有果胶酶样活性的任一酶。如本文中所考虑，果胶酶可以在约2-10pH之间，更优选地约4-5pH之间，和约30-60°C之间温度的条件下，具有最佳活性。也可以使用在这些条件之外具有活性的果胶酶，但并不是优选的。使用的果胶酶的量可以为约0.01-5.Okg/tds，优选地约0.1至1.Okg/tds，和更优选地约0.^g/tds(或者kg/MTds)。使用的果胶酶的量也可以基于单位确定。基于温育时间、选择用于酶促反应的PH和温度，可以改变在任一特定的反应中使用的果胶酶的量。在另一实例中，可以使用纤维素酶水解在植物细胞壁中发现的某些多糖链如纤维素。如本文中所考虑，可以使用来源于(设计自)任一来源的纤维素酶，如来自真菌、细菌、原生动物、植物或动物的纤维素酶。例如，不受限制地，本文中考虑了使用纤维素酶如内切纤维素酶，外切纤维素酶、cellubiase、氧化纤维素酶和纤维素磷酸酶。在优选的实施方案中，使用ACCELLERASE(Genencor-Danisco)。在另一个实施方案中，使用多种纤维素酶。应当理解，可以使用如本领域技术人员所理解的具有纤维素酶样活性的任一酶，例如ROVABIO(Adisseo)、NATUGRAIN(BASF))、MULTIFECTBGL(DaniscoUS,Inc.，GenencorDivision)>Viscozyme(Novozymes)禾口ECONASE(ABEnzymes)。如本文中所考虑，纤维素酶可以在约2-10pH之间，更优选地约4-5pH之间，和约30_60°C之间温度下具有最佳活性。也可以使用在这些条件之外具有活性的纤维素酶，但并不是优选的。使用的纤维素酶的量可以为约0.01-5.Okg/tds，优选地约0.1至1.Okg/tds，和更优选地约0.5kg/tds。使用的纤维素酶的量也可以基于单位确定。基于温育时间、选择用于酶促反应的PH和温度，可以改变在任一特定的反应中使用的纤维素酶的量。在另一实例中，可以使用蛋白酶水解在受试植物材料中发现的多肽链或者蛋白质复合物。可以使用任一种蛋白酶或蛋白酶的组合，例如丝氨酸、胱氨酸、天冬氨酸、苏氨酸和谷氨酸蛋白酶和金属蛋白酶。如本文中所考虑，可以使用来源于(或设计自)任一生物的蛋白酶。例如，可以使用蛋白酶如木瓜蛋白酶和Bromalien(来自植物)或者胰酶制剂、胰蛋白酶和胃蛋白酶(来自动物)以及真菌、细菌或其他微生物。换言之，在酸性、中性和碱性PH中显示出活性的蛋白酶都是合适的。在优选的实施方案中，使用ftx)Steep(Genencor-Danisco)。其他合适的市售蛋白酶可以包括Alcalase、Neutrase、Protamex和Novo-Pro(Novozymes)和PROTEX、MULTIFECTP3000和Neutral(GENENC0R)。如本文中所考虑，尽管多种蛋白酶在较宽范围的PH和温度条件下具有活性，优选的条件在约2-10pH之间，更优选地约4-5pH之间，和约30-60°C之间的温度。使用的蛋白酶的量可以为约0.01-5.Okg/tds，优选地约0.1至1.Okg/tds，和更优选地约0.5kg/tds。使用的蛋白酶的量也可以基于单位确定。基于温育时间、选择用于酶促反应的PH和温度，可以改变在任一特定的反应中使用的蛋白酶的量。如前所提及，可以单独或者以多种组合使用这些酶以增加淀粉提取。仅仅作为非限制性实例，示例性组合是果胶酶和纤维素酶、果胶酶和蛋白酶、纤维素酶和蛋白酶，以及果胶酶、纤维素酶和蛋白酶。也可以使用其他此类组合，例如果胶酶和多种蛋白酶、或者果胶酶和多种纤维素酶。应当理解，如本文中所考虑，本发明不受前述酶的任一特定用途或者组合的限制。各个酶或酶组合的温育时间可以为约10分钟至8小时。在一个实施方案中，木薯产物的酶处理为约1小时。在其他实施方案中，温育时间可以在酶组合内的酶种类之间变化。例如，果胶酶和蛋白酶的酶组合可以包含单独的果胶酶的温育时间约1小时，然后接着温育果胶酶和蛋白酶组合约1小时。应当理解，只要酶促条件保持恒定，那么受试材料的水解随着温育时间的延长而增加。4.淀粉加工期间的酶处理如本文中所考虑，在淀粉分离方法中使用前述酶以增加淀粉提取。如前述，用于从木薯根中产生天然淀粉的标准方法涉及以下主要阶段根洗涤和去皮、切碎和磨碎、淀粉和纤维残留物分离、脱水和干燥。不受限制地，任一标准的、非酶促淀粉分离的方法都可以形成用于增加淀粉提取的新酶促处理方法的基础。例如，有两种主要的用于工业加工天然木薯淀粉的方法——常规方法和用于大规模工业加工的“AlfaLaval型”方法。在常规方法中，将新鲜根洗涤并去皮，然后在旋转圆盘式粉碎机中碾碎以形成醪液或浆液，或者以本领域已知的任一其他方法碾碎根。然后，从碾碎的浆中分离淀粉，并通过穿过一系列往复式尼龙筛或者孔大小减小的筛网过滤。对于分离，可以使用约5目至200目的蹄目。例如，可以使用10目、20-40目和/或100-200目。如本文中所考虑，可以使用任一形式的过滤装置，包括但不限于，例如筛网、网、筛子、筛、过滤器、蒸馏器或离心机，只要颗粒大小不会变得太小，以致不利地影响了通量。使用通常设计为曲折图案的浅的沉降摇床(shallowsettlingtable)或者一系列倾斜的通道(inclinedchannel)沉降得到的淀粉乳约4-8小时。然后将沉降的淀粉在大型水泥干燥地板上晒干大约8小时。在该时间期间，水分含量一般从45-50%下降到10-12%。为了实现有效干燥，需要环境温度>30°C和相对湿度约20-30%的日晒条件。然后将干燥的淀粉磨碎成细粉并包装用于销售。在更现代化的“AlfaLaval型”方法中，将根同样地洗涤并去皮、切片，并然后在旋转圆盘式粉碎机中碾碎。然后将淀粉浆经过两个锥形旋转抽提器以从纤维物质中分离淀粉颗粒，并然后经有安全防护的筛子和旋液分离器进料给连续离心机以洗涤并浓缩。然后将浓缩的淀粉乳穿过旋转真空过滤器以使水含量降低至约40-45%，并随后快速干燥。快速干燥在几秒内使水分含量降低到约10-12%，因此淀粉颗粒不会加热和遭受热降解。如在图1中所述，进一步概括了这些步骤，其中在A点、B点或C点的任意一个或多个中插入了酶处理。根据醪液或浆液的需要，可以在A点、B点或C点的任意一点期间加入水。例如，在A点，在粉碎和筛选阶段后，对于最佳酶活性，可以通过标准方法调整pH，并且对于所使用的酶或酶组合，可以在设定的时间，在优化的温度下温育木薯醪液。在另一实例中，在B点，对于最佳的酶处理期，可以在第一次精细提取后类似地调整pH和温度。同样，在C点，对于最佳酶处理期，可以在第二次精细提取后调整pH和温度。在其他实施方案中，可以存在多个酶处理期。例如，第一次酶处理可以在A点进行，然后在B点和/或C点分别进行第二次和/或第三次酶处理。应当理解，在该淀粉分离方法中，可以在多个点进行任意数量的酶处理，如本领域技术人员所理解。又在另一实施方案中，当使用了多个酶处理期时，每一特定的酶处理期可以是相似的或不同的。例如，可以在A点进行包含果胶酶和蛋白酶的酶组合的第一个处理，并且可以在B点进行包含纤维素酶的第二个酶处理。再次，应当理解，可以使用前述酶的任一组合、温育时间和本文中所述的淀粉分离方法中酶处理的点，以使得从受试含淀粉块茎中淀粉的提取是增加的。实施例实施例1-各个酶类型将新鲜木薯根用小刀去皮，并通过湿度平衡检查新鲜根中的干物质。其水分含量平均约为75-82%。取决于新鲜根中的实际DS，加入自来水以制备约10-15%DS的醪液。然后将去皮的根称重，切成小块并用研磨机碾磨。在碾磨加工期间，根据需要将自来水加入到醪液中，并将最终的碾磨醪液穿过20目的筛子。由此，制备了含15%木薯(基于干物质)的含水浆液。用20%盐酸，将醪液pH调整至约4.0。然后将醪液分成分别含约300g醪液的4个单独的样品。如在表1中所述，分别将多种酶(PECTINASEFE、ftOSt^p*ACCELLERASEL1000)加入到样品1-3中。表1样品PectinaseFE(kg/tds)Accellerase002(kg/tds)ProSteep(kg/tds)PH温度(°C)反应时间(小时)空白///4.0401.01号0.50//4.0401.02号/0.50/4.0401.03号//0.504.0401.0将醪液加热至约40°C，并维持在该温度约1小时。温育期后，用自来水洗涤经酶处理的醪液，并穿过120目的筛子。收集留在筛子上面的木薯浆。离心过滤的浆液以产生淀粉饼。最后，在约55°C，在烘箱中过夜干燥木薯淀粉饼和木薯浆。如在表2中所述，前述加工从约300g木薯醪液中产生了总共大约13.85%DS的淀粉、约41.55g的干物质重量、约84.67%的淀粉含量和约35.18g的干淀粉重量。彪新鲜木薯根中的总淀粉权利要求1.从木薯根中分离淀粉的方法，包括以下步骤至少部分地去皮木薯根；切碎或磨碎木薯根以形成醪液；通过将醪液穿过至少一种过滤装置从醪液中分离纤维残留物；用至少一种水解酶温育醪液；和干燥醪液以形成含淀粉的木薯饼。2.权利要求1的方法，其中所述至少一种水解酶是果胶酶。3.权利要求1的方法，其中所述至少一种水解酶是纤维素酶。4.权利要求1的方法，其中所述至少一种水解酶是蛋白酶。5.权利要求1的方法，其中所述至少一种水解酶是果胶酶和纤维素酶的组合。6.权利要求1的方法，其中所述至少一种水解酶是果胶酶和蛋白酶的组合。7.权利要求1的方法，其中所述至少一种水解酶是果胶酶、纤维素酶和蛋白酶的组合。8.权利要求1的方法，其中所述从醪液中分离纤维残留物的步骤包括将醪液穿过至少一种过滤装置。9.权利要求8的方法，其中在将醪液穿过至少一种过滤装置之间发生用至少一种水解酶温育。10.权利要求9的方法，其中所述用至少一种水解酶温育醪液发生在一个以上的温育期中。11.权利要求1的方法，其中从至少一个木薯根中的淀粉提取比从不用水解酶处理的至少一个木薯根中的淀粉提取多至少约10%。12.从块茎中分离淀粉的方法，包括将块茎捣碎成醪液或浆液，并用至少一种水解酶温育醪液或浆液，以与当不用水解酶温育醪液或浆液时提取的淀粉相比较，增加从醪液或浆液中的淀粉提取。13.权利要求12的方法，其中通过将醪液或浆液至少两次穿过过滤装置，从醪液或浆液中分离所述淀粉。14.权利要求13的方法，其中在醪液或浆液穿过过滤装置之间，用至少一种水解酶温育所述醪液或浆液。15.权利要求14的方法，其中所述至少一种水解酶是果胶酶、纤维素酶或蛋白酶16.权利要求15的方法，其中所述至少一种水解酶是选自由果胶酶、纤维素酶和蛋白酶组成的组的两种或多种水解酶的组合。17.权利要求16的方法，其中所述至少一种水解酶是果胶酶、纤维素酶和蛋白酶的组I=IO18.基本分离的淀粉产物，其从已经分离的块茎中获得，所述分离块茎包括将块茎捣碎成醪液或浆液，并用至少一种水解酶温育醪液或浆液，以与当不用水解酶温育醪液或浆液时产生的淀粉相比较，增加从醪液或浆液中的淀粉产生。19.权利要求18的产物，其中通过将醪液或浆液两次或多次穿过过滤装置从醪液或浆液中分离所述淀粉。20.权利要求19的产物，其中在醪液或浆液穿过过滤装置之间用至少一种水解酶温育所述醪液或浆液。21.权利要求20的产物，其中所述至少一种水解酶是果胶酶、纤维素酶或蛋白酶。22.权利要求21的产物，其中所述至少一种水解酶是由选自果胶酶、纤维素酶和蛋白酶组成的组的两种或多种的组合。23.权利要求22的产物，其中所述至少一种水解酶是果胶酶、纤维素酶和蛋白酶的组合24.权利要求18的产物，其中所述块茎是木薯根。全文摘要本发明涉及在淀粉分离方法的不同阶段用一种或多种酶处理块茎材料以增加淀粉提取，从含淀粉的块茎中分离淀粉的新方法。基于所使用的潜在的农作物材料和分离方法的类型，可以选择特定的酶或酶组合以优化淀粉提取产率。文档编号C12P19/14GK102414322SQ201080019219公开日2012年4月11日申请日期2010年5月5日优先权日2009年5月7日发明者J·舍蒂,S·K·托克,周红伟,段钢,钱莹申请人:丹尼斯科美国公司