使用酶对糖溶液脱色的方法
【专利说明】使用酶对糖溶液脱色的方法
[0001] 序列表的引用
[0002] 本申请包含一个计算机可读形式的序列表。该计算机可读形式通过引用结合在 此。 发明领域
[0003] 本发明涉及在糖生产中用于对源自糖料作物的糖溶液进行脱色的方法。具体而 言，本发明提供了在糖生产中用于酶法去除有色杂质或颜色前体的方法。本发明还涉及从 含糖汁液中去除颜色用于果汁行业。特别是苹果汁、梨汁、菠萝汁和番木瓜汁以及它们的浓 缩物。
[0004] 发明的【背景技术】
[0005] 精制白糖主要含有蔗糖，其中去除了大部分的多糖类以及其他非蔗糖物化合物。 原糖典型地除包括色素和杂质的蔗糖之外，还包括多糖类及其他化合物。在原糖中颜色的 存在在原糖行业的营销策略中发挥了关键的作用。一些原糖相对难脱色并且甚至可在存储 过程中形成颜色。在含糖汁液如苹果汁和苹果汁浓缩物的情况下，在存储过程中颜色稳定 性是主要问题。在传统方法中，典型地在蒸发浓缩之前通过将杂质吸附到活性炭、炭、或离 子交换树脂上将澄清汁液脱色。
[0006] 在从甘蔗或甜菜原料中生产精制糖的常规方法中，最初在压榨机处，原糖是通过 从汁液结晶化产生的，该汁是从含蔗糖的原料中提取的，伴随着单个澄清处理或多个澄清 处理的组合。原糖后来通过洗涤来精制或者精炼；"熔化"（即，溶解于热水中）；并且然后澄 清以去除多糖类和胶体。常规的澄清通常是通过石灰处理、亚硫酸化、碳酸化、以及磷酸化 来进行的（马霍(Madho)，S和戴维斯(Davis)，SB，可用于减少原糖颜色的成熟技术综述 (Review of proven technologies available for the reduction of raw sugar colour);南非糖技术工艺协会(Proc. S Afr. Sug. Technol .Ass) (2008))。已经进行了涉及 使用酶用于去除甜菜和甘蔗汁中的颜色、浊度以及总多糖类的研究，如在以下中所描述的： 关于在糖萝卜和甘蔗汁中酶对颜色、浊度以及总多糖类的作用的实验室研究（Laboratory Studies on the Effect of Enzymes on Color,Turbidity and Total Polysaccharides in Sugar beet and Sugarcane Juice)，麦基（Mckee)，M.，摩尔（Moore)，S.，特里奇 (Triche)，R.，理查德(Richard)，C?和戈德歇尔(Godshall)，M.A?，于2007年3月28 日周二， 在犹他州盐湖城中的第34届ASSBT会议上提出，第188-196页。观察到，高达31 %的颜色可以 通过添加商业木聚糖酶酶制剂从甜菜汁中去除，并且小于20%的颜色可以从甘蔗汁中去 除。在研究中使用的酶是针对其水解酶活性销售的酶的商业混合物。在商业样品中的水解 酶活性是纤维素酶、葡糖苷酶、木聚糖酶、果胶酶、半纤维素酶和葡聚糖酶。
[0007] 在现有技术中，还已经表明添加 h2〇2来从原糖中化学法去除颜色（由马霍，S和戴维 斯，s B提出的综述：可用于减少原糖颜色的成熟技术综述（R e v i e w 〇 f p r 〇 v e n technologies available for the reduction of raw sugar color);南非糖技术工艺协 会(2008);第175-176页）<XN 101768644披露了通过添加大量的化学过氧化物与植物过氧 化物酶一起用于从糖汁中去除颜色而导致糖汁中的苯酚转化为醌的方法。这些醌是具有反 应性的并且相互沉淀。W0 2012/019266描述了通过在化学试剂的作用下用于从糖溶液中去 除类黑精(malanoidin)的方法。
[0008] 传统精制方法受制于能量成本高、化学试剂成本高、以及废物处置成本高。精制的 成本与原糖中颜色含量成正比，并且因此降低的市价适用于含较高颜色含量的原糖。因此， 炼糖厂需要容易脱色并具有低杂质负荷的原糖。在其他行业中颜色杂质也是不希望的，如 在果汁浓缩物行业。苹果汁浓缩物、或AJC是可用作食品和饮料的甜味添加剂的全球商品。 AJC是一种澄清的产物，其中将压榨的苹果汁进行过滤。然后用活性炭和/或离子交换处理 该滤液，以便去除颜色和杂质。然后通过蒸发来浓缩经处理的汁液至约70°Brix，之后，将其 存储在冷藏条件下直至使用。颜色稳定性是在AJC(其在若干个月的长期存储过程中会发生 浓缩物的变黑）中的问题。然后必须将变黑的AJC重新稀释并且通过活性炭或离子交换去除 颜色，之后蒸发重新浓缩至70°Brix。通过使用本发明的酶，包含足量的酶如葡萄糖氧化酶 或纤维二糖脱氢酶可以将颜色沉淀到可以滤出的凝集体中，替代了使用高成本的活性炭或 呙子交换。
[0009] 本发明描述了在糖提取和精炼过程中用于酶法使糖溶液脱色的方法，连同从浓缩 的果汁中酶法去除颜色的方法。
【发明内容】
[0010] 诸位发明人已经发现，可以通过将包括氧化酶和脱氢酶的氧化还原酶添加至获得 自糖料作物的糖溶液以及添加至果汁和果汁浓缩物中来实现酶法脱色。
[0011] 在第一方面，本发明提供了用于对获得自糖料作物的糖溶液进行脱色的方法，其 中将该溶液用葡萄糖氧化酶(EC 1.1.3.4)、碳水化合物氧化酶(EC 1.1.3)或脱氢酶进行酶 法处理，导致该溶液的颜色和/或浊度的减少。
[0012] 在第二方面，本发明提供了用于对果汁或果汁浓缩物进行脱色的方法，其中将该 果汁或果汁浓缩物用葡萄糖氧化酶(EC 1.1.3.4)、或其他适合的碳水化合物氧化酶(EC 1.1.3)进行酶法处理，导致果汁或果汁浓缩物的颜色减少。
[0013] 在第三方面，本发明提供了用于在冷藏果汁浓缩物的过程中防止颜色形成的方 法，其中将该果汁浓缩物用葡萄糖氧化酶(EC 1.1.3.4)、或其他适合的碳水化合物氧化酶 (EC 1.1.3)进行酶法处理。
[0014] 定义
[0015] 氧化还原酶:催化电子从一个分子(还原剂或电子供体)转移至氧化剂(或电子受 体)的酶。
[0016] 氧化酶:进行其中电子受体是分子氧的氧化/还原反应的酶。在这种反应中，氧转 化为水或过氧化氢。
[0017] 脱氢酶:通过还原反应氧化底物的酶，该还原反应将一个或多个氢化物(H-)转移 至电子受体。
[0018] 原糖：由使含糖溶液结晶离开此类溶液中发现的其他组分而产生的固体结晶糖。
[0019] 原汁:在甘蔗和甜菜压榨机中，在蒸发步骤之前，源自中间流的任何汁液。
[0020] 混合汁：由糖料作物的初级汁提取产生的汁液。
[0021] 清汁：由澄清步骤产生的汁液，该汁液随后进入蒸发器中。
[0022] 糖溶液:任何包含单糖如蔗糖、葡萄糖或果糖的溶液。针对本发明的上下文，相关 的糖溶液应源自在制糖工业中用于生产原糖而使用的糖料作物。
[0023] 糖料作物：用于生产原糖的作物，并且具体地选自下组，该组由以下各项组成：甘 蔗、甜菜、以及甜高粱。
[0024] 浊度：由于悬浮固体的存在，在一些溶液中发现的混浊度。
[0025] ICUMSA颜色:在pH 7下设计为ICUMSA单位，乘以1000的吸光指数的值(IU7.0)。
[0026]脱色:从材料中去除悬浮固体或发色(颜色形成的)组分导致具有显著较浅颜色的 产物。在本发明上下文中脱色可以经光度计测量。如在此使用的脱色(或颜色减少）意指根 据ICUMSA标准确定的以及描述于以下中的光吸收度的减少：ICUMSA方法书（ICUMSA Methods Book) (2009)，艾伯特巴顿斯 KG 博士 出版社（Verlag Dr .Albert Bartens KG)，柏 林，2010, ISBN 978-3-87040-553-3以及增刊ISBN 978-3-87040-563-2)。这种方法确定了 衰减指数，其通过在定义的条件下通过光吸收度来确定。通常使用ICUMSA方法在420nm下测 量，并且称为ICUMSA单位或IU。
[0027]类黑精:类黑精是棕色的、高分子量的多相聚合物，其在糖和氨基酸在高温(典型 地140°C_165°C)下和低水活性下结合(通过美拉德反应)时形成。
[0028]吸收度:溶液既不传送也不反射的光的量，与溶液中色素的浓度成正比。用于对产 品关于其颜色进行限定/量化。
[0029] 透光度：已经通过溶液的光强度与当进入溶液时的光强度的比率。用于对产品关 于其颜色进行限定/量化。
[0030] 序列一致性:用参数"序列一致性"来描述两个氨基酸序列之间或两个核苷酸序列 之间的相关性。
[0031] 出于本发明的目的，使用如在EMBOSS包(EMBOSS:欧洲分子生物学开放软件套件， 赖斯(Rice)等人，2000，遗传学趋势(Trends Genet ?) 16:276-277)(优选5 ? 0 ? 0版或更新版 本)的尼德尔程序中所实施的尼德尔曼-翁施算法(尼德尔曼(Needleman)和翁施(Wunsch)， 1970，分子生物学杂志(J.Mol. Biol. )48:443-453)来确定两个氨基酸序列之间的序列一致 性。所使用的参数是空位开放罚分10,空位延伸罚分0.5,以及EBL0SUM62(BL0SUM62的 EMBOSS版本)取代矩阵。尼德尔标注的"最长的一致性"的输出（使用-非简化选项获得)被用 作百分比一致性，并且计算如下：
[0032](一致的残基X100)/(比对长度-比对中的空位总数）
[0033]出于本发明的目的，使用如在EMBOSS包(EMBOSS:欧洲分子生物学开放软件套件， 赖斯等人，2000,同上）（优选5.0.0版或更新版本)的尼德尔程序中所实施的尼德尔曼-翁施 算法(尼德尔曼和翁施，1970,同上)来确定两个脱氧核糖核苷酸序列之间的序列一致性。所 使用的参数是空位开放罚分1 〇，空位延伸罚分〇 . 5，以及EDNAFULL(NCBI NUC4.4的EMBOSS 版)取代矩阵。尼德尔标注的"最长的一致性"的输出（使用-非简化选项获得)被用作百分比 一致性，并且计算如下：
[0034](一致的脱氧核糖核苷酸X100)/(比对长度-比对中的空位总数）
[0035]发明的详细说明
[0036]本发明描述了从获得自糖料作物的糖溶液中去除颜色和颜色前体的酶方法。该方 法还适用于从果汁中去除颜色。在使用酶处理糖溶液的情况下，颜色和/或浊度可以明显减 少，从而减少或甚至消除在生产糖中传统用来去除颜色的化学漂白剂、絮凝剂或离子交换 树脂的使用。
[0037] 酶处理产生了基本脱色的糖溶液，该糖溶液将更容易被处理成高质量精制糖产 物。在果汁或其浓缩物的情况下，可以获得具有减少的变黑或颜色形成的产物，尤其是在长 期存储过程中。
[0038] 原糖是典型地源自糖压榨机的固体结晶产物，其中将富含糖的原料进行处理，以 提取含糖量。
[0039]在加工厂中将原料进行洗涤并切碎成小块(甘蔗茎)或条(甜菜根），从而使该原料 具有用于压榨或渗出的正确的特征；特别是，该汁可以容易地提取。在一组压碎压榨机中 (或在渗出器中），通过提取将含蔗糖的汁液从剩余的制备的原料中分离。关于综述，参见， 例如，制糖工艺学：甜菜和鹿糖生产（Sugar Technology:Beet and Cane Sugar Manufacture)，作者:彼得威廉范德普尔(Pieter Willem van der Poel)，休伯特M.席韦克 (Hubert M.Schiweck)，汤玛斯K.施瓦兹（Thomas K.Schwartz);艾伯特巴顿斯KG博士出版 社，1998。在从蔗糖的糖生产中压榨是主要提取方法，而渗出器系统在从甜菜提取蔗糖中占 主导。在压榨