CN104797605A - 涉及脱糠技术的用于由谷物粒制备戊糖和基于戊糖的可溶性寡糖/多糖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于从谷物粒提取和分离可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的方法。优选，这样的可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物为可溶性阿拉伯糖基木聚糖、阿拉伯糖基木聚糖-寡糖、木糖、阿拉伯糖、阿魏酸和它们的混合物中的任一种。所述方法包括使整个谷物粒部分脱糠，以得到部分脱糠的谷物粒，接着滚筒碾磨所述部分脱糠的谷物粒，以得到谷物糠。所述方法还包括在水中捣碎至少一部分所述谷物糠，任选涉及同时或序贯地用酶制剂、酸、碱、过氧化物或它们的组合中的任一种处理糊状物，以使包含在所述谷物糠中的一部分阿拉伯糖基木聚糖溶解和任选解聚。优选，所述处理用含有木聚糖内切酶的酶制剂进行。所述方法还包括从所述糊状物分离包含至少一部分溶解的可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的溶解的级分。

Description

涉及脱糠技术的用于由谷物粒制备戊糖和基于戊糖的可溶性寡糖/多糖的方法
发明领域
本发明涉及一种用于从谷物粒提取和分离可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的方法，例如戊糖和/或可溶性基于戊糖的寡糖/多糖，其可用作食品、饮料、化妆品或饲料成分或用作用于发酵或化学改性的基材。
发明背景
阿拉伯糖基木聚糖(AX)为谷物粒的细胞壁的重要的组分。AX为由β-1,4-连接的D-吡喃木糖苷(木糖)单元的骨架组成的碳水化合物，所述单元为未取代的、被单一α-L-阿拉伯呋喃糖苷(阿拉伯糖)在C-(O)-2或C-(O)-3单取代或被单一α-L-阿拉伯呋喃糖苷单元在C-(O)-2和C-(O)-3二取代(Izydorczyk和Biliaderis，1995；Andersson和Aman，2001)。戊糖木糖和阿拉伯糖因此为AX的主要构造单元，并且AX因此也称为戊聚糖。与木糖单元的C-(O)-2位连接的较少丰富的取代基可为葡糖醛酸、4-O-甲基葡糖醛酸，或由L-阿拉伯糖、D-木糖、D-半乳糖、D-葡萄糖和/或糖醛酸组成的短的低聚物，而乙酰基可与木糖单元的C-(O)-2和/或C-(O)-3位连接。还存在羟基肉桂酸(主要为阿魏酸以及较少程度的脱氢二阿魏酸)、对香豆酸和芥子酸作为取代基，并且它们通常与末端阿拉伯糖单元的C-(O)-5位连接(Izydorczyk和Biliaderis，1995；Andersson和Aman，2001)。
除了它们被阿拉伯糖取代的木糖骨架的常见结构特征以外，谷物粒AX构成非常异构的一组碳水化合物。已观察到阿拉伯糖取代的程度和较少丰富的取代基的性质和频率的大的变化，不仅当比较不同的谷物物类时，而且当比较在单一谷物物类内的不同的组织时(Antoine等人，2003；Barron等人，2007)。通常承认谷物AX的聚合度(DP)为1,500-15,000，尽管难以测定它们的精确的分子量，因为在它们的提取和纯化期间通常发生的部分降解(Broekaert等人，2011)。
总的来说，谷物粒含有5-10%的AX。然而，AX在谷物粒的不同的组织中不是均匀分布。特别是谷物粒的外层富含AX，解释了首先使谷物粒物理分级以得到富集在外层中的级分(fraction)(通常称为“糠”)的常见的实践，以用作原料用于制备AX衍生的产物。然而，来自谷物粒的外层的AX的主要部分为水-不可提取的，并且不能以它们的天然状态分离，因为它们通过共价和非共价相互作用与其它细胞壁材料紧密缔合。结果是，从糠分离显著部分的AX通常涉及AX的至少部分水解解聚。此外，从应用的观点，AX的该解聚主要也是期望的。的确，对于AX的许多应用，AX的伴随高分子量的高粘度通常是不期望的。
取决于它们的DP，发现溶解的AX解聚产物在不同的应用中的方式。例如，阿拉伯糖基木聚糖-寡糖(AXOS)近来已显示发挥益生质性质(Cloetens等人，2008；Courtin等人，2008；Van Craeyveld等人，2008；Broekaert等人，2011)。含有AXOS的制剂因此具有宽泛的潜能作为在食品、饮料和饲料应用中的成分。AX还可用作化妆品的成分。戊糖木糖和阿拉伯糖可用于发酵，例如用于生产乙醇，如果将酵母菌株工程化使得它们可利用和发酵木糖和阿拉伯糖(Hahn-H?gerdal等人，2007)。戊糖木糖可用于在药物、化妆品和食品行业中的应用，并且用作用于酶或化学转化为木糖醇的基材，其可用作非生龋齿的甜味剂。戊糖阿拉伯糖在生产药物中广泛用作中间体，例如核苷类似物抗病毒药物。
已描述从谷物糠制备戊糖或基于戊糖的寡糖的若干方法。
在木聚糖内切酶存在下，通过水提取，可由谷物糠制备AX解聚产物(WO 02/067698；WO 2006/027529；Maes等人，2004；Swennen等人，2006)。这些方法具有基于温和提取条件的益处；然而，由于谷物糠AX的重要的部分难以接近酶，AX的回收通常受限。
使用碱性提取条件可得到较高的回收率(US 3879373；WO 98/31713)。还描述了使碱与过氧化物组合的提取方法(Maes和Delcour，2001；Hollmann和Lindhauer，2005)。这些方法的主要缺点在于使用高浓度的碱的提取步骤环境不友好，并且需要从不同的产物流昂贵地除去化学品。此外，使用碱性溶液提取的AX具有高分子量，并且通常仍需要另外的木聚糖内切酶处理(Yamada等人，1993；Beaugrand等人，2004)以得到具有期望的分子量的AX解聚产物。最后，使用碱性溶液提取的AX缺乏羟基肉桂酸取代基(Hollmann和Lindhauer，2005)，最可能是由于酯键的皂化。缺乏羟基肉桂酸取代基可为在食品和化妆品应用中使用这种制剂的缺点，由于羟基肉桂酸取代基赋予AX或AXOS期望的抗氧化剂性质(Ohta等人，1997；Yuan等人，2005；Vitaglione等人，2008)。
使用酸性提取条件还可得到较高的回收率。已描述在高温下使用酸溶液的不同的提取方法(Sanjust等人，2004；Palmarola-Adrados等人，2005；WO 2010/088744)。然而，这些方法通常更适于生产戊糖而不是基于戊糖的寡糖，由于多糖键的广泛的酸-催化的水解。
最后，在高压和高温下使用水热处理，在含水溶液中可得到高回收率，导致AX的自动水解(Garrote等人，2002；Kabel等人，2002；Carvalheiro等人，2004；Rose和Inglett，2010)。该处理的潜在的缺点是释放显著量的游离单糖，这可能不总是期望的。此外，导致AX的自动水解的条件也导致形成戊糖降解产物，例如糠醛。
糠按照惯例作为使用滚筒碾磨机碾磨谷物粒的副产物而生产。在滚筒碾磨机中，通过以相对的方向旋转的数对滚筒的作用，研磨谷物粒，筛子用于分离研磨的谷物粒级分。通过滚筒碾磨生产的糠包含多种不同的组织，包括果皮、种皮、珠心表皮、糊粉以及少部分淀粉质胚乳(Delcour和Hoseney，2010)。已知这些不同的组织不仅具有不同含量的AX，而且来自不同组织的AX的结构也不同，因此木聚糖内切酶的易接近性也不同。更特别是，来自糊粉和珠心表皮的较少的阿拉伯糖取代的AX看起来通过木聚糖内切酶的作用很好溶解，而对于来自果皮的更复杂的AX，这是少得多的情况(Benamrouche等人，2002；Ordaz-Ortiz等人，2005；Van Craeyveld等人，2010)。
用于生产谷物糠的另一种方法是脱糠。脱糠为受控去除谷物粒的外周层，而留下其余的谷物粒基本上完整。脱糠可通过摩擦(去皮)进行，即，针对彼此摩擦谷物粒，或通过磨损(成珠状)，即，针对研磨料表面摩擦谷物粒，或通过二者的组合(Hemery等人，2007)。
本发明的一个目的是比起由现有技术已知的方法，提供更成本高效的方法用于从谷物提取和分离可溶性AX产物。较高的成本效率基于在制备可溶性AX产物中，从糠导致较高收率的从谷物粒制备糠的备选的方法。意外地发现，虽然与通过滚筒碾磨得到的糠相比，使用通过使谷物粒脱糠得到的糠不能得到较高的收率，但是使用通过滚筒碾磨部分脱糠的谷物粒制备的糠，得到较高的收率。
发明概述
本发明提供一种用于从谷物粒提取和分离可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的方法。优选，这样的可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物为可溶性阿拉伯糖基木聚糖、阿拉伯糖基木聚糖-寡糖、木糖、阿拉伯糖、阿魏酸和它们的混合物中的任一种。所述方法包括使整个谷物粒部分脱糠，以得到部分脱糠的谷物粒，接着滚筒碾磨所述部分脱糠的谷物粒，以得到谷物糠。所述方法还包括在水中捣碎(mashing)至少一部分所述谷物糠，任选涉及同时或序贯地用酶制剂、酸、碱、过氧化物或它们的组合中的任一种处理糊状物(mash)，以溶解和任选解聚包含在所述谷物糠中的阿拉伯糖基木聚糖的部分。优选，所述处理用含有木聚糖内切酶的酶制剂进行。所述方法还包括从所述糊状物分离包含至少一部分溶解的可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的溶解的级分。
发明详述
定义
在本发明的上下文中，术语“谷物”指禾本科的植物学家族的植物，包括但不限于各种物类，例如(硬质小麦)小麦、小黑麦、大麦、燕麦、裸麦、高粱、玉米和水稻。
在本发明的上下文中，术语“谷物粒”或“谷粒”指谷物植物的天然的种子样果实，也称为颖果，并且包含果皮、种皮、珠心表皮、糊粉、淀粉质胚乳和胚芽组织。在本发明的上下文中，术语“谷物粒”或“谷粒”还指当从谷物植物的天然种子样果实除去外层同时留下其余的内层的种子样结构基本上完整时剩余的材料。在本发明的上下文中，术语“整个谷物粒”或“整个谷粒”指还未经历涉及去除相关量的外部谷粒层的任何处理的谷物粒。因此，这样的“整个谷物粒”或“整个谷粒”包含基本上完整果皮和种皮。
在本发明的上下文中，术语“谷物糠”或“糠”指谷物粒级分，其(a) 与所得到的谷物粒相比，显著富集任何或所有的选自果皮、种皮、珠心表皮和糊粉的组织，和/或(b) 比起所得到的谷物粒，具有显著较低的淀粉含量。
在本发明的上下文中，术语“谷物粉”或“粉”指研磨的谷物粒级分，其(a) 与所得到的谷物粒相比，显著富集淀粉质胚乳组织，和/或(b) 与所得到的谷物粒相比，具有显著较高的淀粉含量。
在本发明的上下文中，术语“滚筒碾磨”指研磨谷物粒和将已研磨的谷物粒分离成为至少一种糠级分和一种粉级分的任何方法。所述方法的特征还在于以相反的方向旋转的数对滚筒用于研磨谷物粒，并且筛子用于分离研磨的谷物粒级分。
在本发明的上下文中，术语“脱糠”指从谷物粒除去外层而没有碾磨或另外研磨谷物粒的任何方法，优选具有最小或不破坏或改变下面的谷物粒层，即，例如具有最小破坏谷物粒或最小点蚀或划谷物粒的所述下面的层。脱糠技术的实例为去皮(基于谷物粒之间的摩擦的去除)和成珠状(基于谷物粒和研磨料机械表面之间的摩损的去除)。
在本发明的上下文中，术语“部分脱糠”指得到谷物粒的任何脱糠方法，通过随后的滚筒碾磨或随后的脱糠，由所述谷物粒可得到显著量的糠。
在本发明的上下文中，缩写为DBG的术语“部分脱糠的谷物粒”或“部分脱糠的谷粒”指通过使谷物粒部分脱糠得到的谷物粒。
在本发明的上下文中，缩写为DBB的术语“使糠脱糠”指通过使谷物粒脱糠得到的糠。
在本发明的上下文中，缩写为RMB的术语“滚筒碾磨糠”指通过滚筒碾磨谷物粒得到的糠。
在本发明的上下文中，术语“中值粒径”指第百分之50粒径(D50)，即，按质量计的粒径分布值，使得50%质量的颗粒的直径为该值或更少。优选，通过标准筛分分析来测定粒径分布，涉及具有不同的金属丝网筛网的一系列筛子的嵌套的柱。
在本发明的上下文中，术语“木聚糖内切酶”指能水解在含有木糖的多糖中的连接木糖单元的内部糖基键的酶。这样的糖基键可为例如在这样的多糖的β-D-吡喃木糖基-1,4-β-D-吡喃木糖基单元中的β-1,4-糖基键。木聚糖内切酶可衍生自多种有机体，包括植物、真菌(例如，曲霉属(Aspergillus)、青霉属(Penicillium)、侧孢属(Disporotrichum)、脉孢菌属(Neurospora)、镰孢菌属(Fusarium)、腐质霉属(Humicola)、木霉菌属(Trichoderma)种类)或细菌种类(例如，芽胞杆菌属(Bacillus)、气单胞菌属(Aeromonas)、链霉菌属(Streptomyces)、拟诺卡氏菌属(Nocardiopsis)、Thermomyces、袍菌属（Thermotoga）种类) (参见例如WO92/17573、WO92/01793、WO91/19782、WO94/21785)。市售可得的纯化的或部分纯化的木聚糖内切酶制剂包括但不限于FrimaseTM B210 (Puratos)、ShearzymeTM (Novozymes)、Biofeed WheatTM (Novozymes)、PentopanTM Mono BG (Novozymes)、PentopanTM 500 BG (Novozymes)、PulpzymeTM (Novozymes)、EcopulpTM (AB Enzymes)、VeronTM 191 (AB Enzymes)、VeronTM Special (AB Enzymes)、MultifectTM CX12L (Genencor/Danisco)、SpezymeTM CP (Genencor/Danisco)、GrindamylTM H640 (Danisco)和GrindamylTM PowerbakeTM (Danisco)。
在本发明的上下文中，缩写为AX的术语“阿拉伯糖基木聚糖”指由骨架的聚合度超过100的β-1,4-连接的D-吡喃木糖苷(木糖)单元的骨架组成的聚合物。木糖单元为未取代的、被单一α-L-阿拉伯呋喃糖苷(阿拉伯糖)单元在C-(O)-2或C-(O)-3单取代或被单一α-L-阿拉伯呋喃糖苷单元在C-(O)-2和C-(O)-3二取代。其它取代基(例如乙酰基、α-葡糖醛酸基、α-4-O-甲基葡糖醛酸基、半乳糖醛酸基、木糖基、鼠李糖基、半乳糖基或葡糖基侧链或短的寡糖侧链)可与一个或多个木糖单元连接，并且羟基肉桂酸(例如阿魏酸、脱氢二阿魏酸、对香豆酸、咖啡酸或芥子酸)可与一个或多个阿拉伯糖单元连接。
在本发明的上下文中，缩写为AXOS的术语“阿拉伯糖基木聚糖-寡糖”指木-寡糖或阿拉伯-木-寡糖或者木-寡糖和阿拉伯-木-寡糖的混合物。木-寡糖指仅由聚合度为2-100的未取代的β-(1-4)-连接的D-吡喃木糖基(木糖)单元组成的多糖或寡糖。阿拉伯-木-寡糖指由骨架的聚合度为1-100的β-(1-4)-连接的D-吡喃木糖基(木糖)单元的骨架组成的多糖或寡糖，并且对于每个分子，至少一个α-L-阿拉伯呋喃糖基(阿拉伯糖)单元与骨架的木糖单元之一连接。其它取代基(例如乙酰基、α-葡糖醛酸基、α-4-O-甲基葡糖醛酸基、半乳糖醛酸基、木糖基、鼠李糖基、半乳糖基或葡糖基侧链或短的寡糖侧链)可与一个或多个木糖单元连接，并且羟基肉桂酸(例如阿魏酸、脱氢二阿魏酸、对香豆酸、咖啡酸或芥子酸)可与一个或多个阿拉伯糖单元连接。
在本发明的上下文中，术语“AX(OS)”指如上定义的AX和AXOS二者。
在本发明的上下文中，术语“阿拉伯糖基木聚糖解聚产物”指阿拉伯糖基木聚糖-寡糖、木糖、阿拉伯糖和羟基肉桂酸(例如阿魏酸)或它们的混合物。
在本发明的上下文中，术语“可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物”指可溶性阿拉伯糖基木聚糖、阿拉伯糖基木聚糖解聚产物或它们的混合物。
在本发明的上下文中，术语“α/β-葡聚糖”指α-葡聚糖或β-葡聚糖或者α-葡聚糖和β-葡聚糖的混合物。α-葡聚糖指由聚合度等于或超过2的α-(1-4)-和/或α-(1-6)-连接的D-吡喃葡糖基(葡萄糖)单元组成的多糖或寡糖，包括但不限于淀粉、直链淀粉、支链淀粉、麦芽糖糊精、麦芽糖或它们的混合物。β-葡聚糖指由聚合度等于或超过2的β-(1-3)-和/或β-(1-4)-连接的D-吡喃葡糖基(葡萄糖)单元组成的非结晶多糖或寡糖。在本发明的上下文中，术语“α/β-葡聚糖”还指由聚合度等于或超过2的连接的D-吡喃葡糖基(葡萄糖)单元组成的多糖或寡糖，在110℃下在2 N三氟乙酸中1小时温育期间，其完全水解为葡萄糖。
在本发明的上下文中，术语“可溶性”或“溶解的”分别指可溶于作为溶剂的水或在作为溶剂的水中溶解。
描述
可溶性阿拉伯糖基木聚糖和阿拉伯糖基木聚糖解聚产物在食品、饲料和化妆品应用中用作成分。此外，它们提供中间体化合物用于化学和药物行业。谷物糠(特别是小麦、裸麦和燕麦糠)为阿拉伯糖基木聚糖的良好来源。然而，如以上解释的，需要允许有效提取这些阿拉伯糖基木聚糖和阿拉伯糖基木聚糖解聚产物，同时避免苛刻的提取条件的技术。
本发明的一个目的是提供一种用于从谷物粒提取和分离可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的方法。在第一步中，所述方法包括使整个谷物粒部分脱糠，以从所述整个谷物粒除去部分外层，得到第一谷物糠和部分脱糠的谷物粒。优选，所述部分脱糠导致生产相应于整个谷物粒初始重量的至少2% (w/w)，优选至少4% (w/w)，例如至少5、6或7% (w/w)的量的所述第一谷物糠。进一步优选所述部分脱糠导致生产相应于整个谷物粒初始重量的至多15% (w/w)，优选至多13% (w/w)，例如至多12%或10% (w/w)的量的所述第一谷物糠。还优选整个谷物粒的所述部分脱糠导致生产相应于整个谷物粒初始重量的至少85% (w/w)，例如至少90% (w/w)的量的部分脱糠的谷物粒。进一步优选所述部分脱糠导致生产相应于整个谷物粒初始重量的至多98% (w/w)，优选至多96% (w/w)，例如至多95、94或93% (w/w)的量的所述部分脱糠的谷物粒。考虑整个谷物粒的所述部分脱糠目的在于从所述谷物粒除去至少一部分外层，优选所述第一谷物糠特别富含果皮材料。
随后，将所述部分脱糠的谷物粒滚筒碾磨，得到第二谷物糠和谷物粉。将所述第二谷物糠或其一部分级分随后在含水溶液中捣碎，以溶解和可能解聚至少一部分包含在其中的阿拉伯糖基木聚糖。所述方法可任选涉及同时或序贯地用酶制剂、酸、碱、过氧化物或它们的组合中的任一种处理所述糊状物。任选，在其捣碎之前，将所述第二谷物糠干碾磨或另外研磨。优选，将所述第二谷物糠研磨，以得到中值粒径小于1000 μm，更优选小于750 μm，例如小于500 μm的谷物糠。进一步优选所述研磨的第二谷物糠的中值粒径为250 μm或更多，例如300或350 μm或更多。所述谷物糠的这样的研磨可涉及使用锤磨机或其它合适的研磨设备。在本发明的框架内，与粒径高于250 μm的糠颗粒相比，观察到在所述第二谷物糠或粒径小于250 μm，例如小于150 μm，或小于100 μm的研磨的第二谷物糠中，糠颗粒相对富含淀粉，并且阿拉伯糖基木聚糖含量低。因此，可能有利的是，在其捣碎之前，将所述第二谷物糠或所述研磨的第二谷物糠分级，使用例如筛分或空气分级，以除去显著部分的粒径小于250 μm的糠颗粒，优选以除去显著部分的小于150 μm的颗粒，例如以除去显著部分的小于100 μm的颗粒。优选，与在分级前在第二谷物糠或研磨的第二谷物糠中的所述重量分数相比，所述分级导致在分级后在所述第二谷物糠或研磨的第二谷物糠中小于250 μm的颗粒的重量分数降低至少40% (w/w)，更优选至少60% (w/w)，例如至少70% (w/w)或80% (w/w)。更优选，与在分级前在第二谷物糠或研磨的第二谷物糠中的所述重量分数相比，所述分级导致在分级后在所述第二谷物糠或研磨的第二谷物糠中小于150 μm的颗粒的重量分数降低至少50% (w/w)，更优选至少70% (w/w)，例如至少80% (w/w)或90% (w/w)。从所述(研磨的)第二谷物糠去除这些具有相对低阿拉伯糖基木聚糖含量的较小的颗粒提高可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的提取效率和收率。
为了有利于从捣碎的第二谷物糠材料提取可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物，优选在捣碎所述糠材料后，将糊状物温育至少1小时，更优选至少4小时，例如至少6小时的时间段。进一步优选糊状物的温育时间为至多24小时，例如至多12小时或10小时。在本发明的方法用于生产阿拉伯糖基木聚糖解聚产物的目的的情况下，建议将木聚糖内切酶制剂加入到其中将所述糠捣碎的所述含水溶液中。更优选，所述加入的木聚糖内切酶制剂包含对于水-不可提取的阿拉伯糖基木聚糖具有高选择性的木聚糖内切酶，例如糖基水解酶家族11的木聚糖内切酶。
本发明的方法还包括将包含至少一部分可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的溶解的级分与在所述糊状物中的不溶性材料分离。
优选，使用过滤或层析法技术或它们的组合将所述溶解的级分进一步处理，以降低悬浮的固体的存在，或降低杂质(例如矿物质和蛋白质)的存在。还可能有利的是将所述溶解的级分进一步分离成为两种或更多种游离阿魏酸含量、阿拉伯糖与木糖的比率或可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的平均聚合度不同的级分。
任选，将包含木聚糖内切酶的酶制剂加入到溶解的级分中，以降低可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的平均聚合度。
优选将这样的包含可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的溶解的级分最终浓缩，以提高其干物质浓度。进一步优选将这样的溶解的级分或这样的浓缩的溶解的级分结晶或干燥，以得到基本上干的产物。
在一个具体的实施方案中，将用于提取和分离可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的所述第二谷物糠或其一部分或级分处理，以降低矿物质的存在和/或降低在包含可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的最终的溶解的级分中淀粉和/或蛋白质衍生的产物的存在。典型地，通过捣碎和在第一含水溶液中温育所述第二谷物糠材料进行这一点。任选，将包含淀粉酶活性的酶制剂和包含蛋白酶活性的酶制剂中的任一个或二者加入到所述第一含水溶液中，以溶解至少一部分包含在所述第二谷物糠中的淀粉和蛋白质材料。在捣碎和在所述第一含水溶液中温育所述第二谷物糠材料之后，将至少一部分溶解的材料分离，将其余的非溶解的糠材料在第二含水溶液中捣碎，以溶解和任选解聚至少一部分包含在所述糠材料中的阿拉伯糖基木聚糖。为了有利于从所述糠材料溶解阿拉伯糖基木聚糖，优选在捣碎所述糠材料之后，将糊状物温育至少1小时，更优选至少4小时，例如至少6小时的时间段。进一步优选糊状物的温育时间为至多24小时，例如至多12或10小时。在根据该实施方案的本发明的方法用于生产阿拉伯糖基木聚糖解聚产物的目的的情况下，建议将木聚糖内切酶制剂加入到所述第二含水溶液中。更优选，所述加入的木聚糖内切酶制剂包含对于水-不可提取的阿拉伯糖基木聚糖具有高选择性的木聚糖内切酶，例如糖基水解酶家族 11的木聚糖内切酶。根据本实施方案的本发明的方法还包括将包含至少一部分可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的溶解的级分与在所述糊状物中的不溶性材料分离。如前所述，随后，可将所述溶解的级分进一步处理、浓缩和/或干燥。
根据本发明的方法得到的溶解的级分典型地包含至少20% (w/w)可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物，基于干重，更优选其包含至少40% (w/w)，例如至少60% (w/w)或至少70% (w/w)可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物，基于干重。
说明性实施方案
实施例1：在滚筒碾磨之前，在小麦糠生产中，脱糠对小麦糠的阿拉伯糖基木聚糖溶解的影响
脱糠
如下清洁来自法国北部区域的小麦粒：通过在3360 μm筛网上筛分以除去大的杂质，例如稻草和未脱粒的小麦(清洁的小麦粒通过筛网)，和在2380 μm筛网上筛分，以除去小的杂质和破碎的小麦粒(清洁的小麦粒留在筛网上)。小麦粒的水分含量为12.3% (w/w)，并且在脱糠之前不调节。
在多次通过中，在Satake VAF 10AM脱糠机上使清洁的小麦粒脱糠。在每一次通过中，除去约5% (w/w)的小麦粒。在通过之间，在2380 μm筛网上清洁脱糠的小麦粒，以除去由脱糠过程得到的破碎的麦粒和碎片(非破碎的小麦粒留在筛网上)。在脱糠和筛分步骤期间，实际的去除率示于表1。脱糠因此导致糠样品DBB 0-5、DBB 5-10、DBB 10-15和部分脱糠的麦粒样品DBG 5+和DBG 10+，如表1所示。
滚筒碾磨
在调节小麦粒水分含量(过夜温育)至在表2中显示的水平之后，在Bühler MLU 202实验室规格磨机上滚筒碾磨清洁的未经处理的和部分脱糠的麦粒样品DBG 5+和DBG 10+。从每一个小麦粒样品收集三种不同的碾磨级分(粗糠、细糠和粉)。粗糠由> 530 μm的颗粒组成，基本上衍生自初始麦粒的果皮、种皮、珠心表皮和糊粉组织。细糠由530 μm-150 μm的颗粒组成，基本上衍生自初始麦粒的果皮、种皮、珠心表皮、糊粉和淀粉质胚乳组织。粉由< 150 μ的颗粒组成，基本上衍生自初始麦粒的淀粉质胚乳组织。由不同的小麦粒样品得到的不同的碾磨级分的水平示于表2。如表2所示，收集六种不同的糠制剂用于进一步的研究。这些为从三种小麦粒样品的每一种收集的粗糠级分(RMB 0-11、RMB 5-11和RMB 10-14)和也从三种小麦粒样品的每一种收集的粗糠和细糠的混合物(RMB 0-23、RMB 5-25和RMB 10-27；以由碾磨得到的比率混合)。
糠制剂的表征
通过气相-液相色谱法测定通过脱糠和/或滚筒碾磨小麦粒得到的九种糠制剂的AX(OS)含量、α/β-葡聚糖含量和A/X比率。
在样品在2 N三氟乙酸中酸水解，接着用硼氢化钠还原，用乙酸酐乙酰基化之后，通过糖醇乙酸酯的气相-液相色谱分析测定总糖含量，如Courtin等人(2000)描述的。β-D-阿洛糖用作内标，在每一组样品中包括含有单糖D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-木糖和L-阿拉伯糖的校准样品。在用硼氢化钠还原，接着酸水解，用乙酸酐乙酰基化之后，通过糖醇乙酸酯的气相-液相色谱分析测定还原端糖含量，如Courtin等人(2000)描述。分析游离单糖含量的程序与分析总糖的程序非常类似(Courtin等人，2000)，唯一的差别在于在还原和乙酰基化为糖醇乙酸酯之前样品不水解。
由总糖、还原端糖和游离单糖含量，分别根据下式(a)、(b)和(c)计算AX(OS)含量、α/β-葡聚糖含量和A/X比率。
(a) AX(OS)含量=0.88×[阿拉伯糖TOT-阿拉伯糖FREE]+[木糖RED-木糖FREE]+0.88×[木糖TOT-木糖RED]
(b) α/β-葡聚糖含量=0.90×[葡萄糖TOT-葡萄糖FREE]
(c) A/X比率=[阿拉伯糖TOT-阿拉伯糖FREE]/[木糖RED-木糖FREE]
在上式中，下标TOT、RED和FREE分别指总糖、还原端糖和游离单糖含量，并且因子0.88和0.90分别校正在戊糖糖类和己醣糖类的水解期间水的掺入(Femia等人，2010)。所有含量用干物质的% (% dm)表述。
在实施例1中生产的糠制剂的AX(OS)含量、α/β-葡聚糖含量和A/X比率示于表3。
通过使小麦粒(DBB 0-5、DBB 5-10和DBB 10-15)脱糠得到的“脱糠糠”制剂的组成说明，当将小麦粒的外层逐步除去时，它们逐步含有较少的AX(OS)和更多的α/β-葡聚糖，并且具有较低的A/X比率(表3)。虽然比起传统的滚筒碾磨小麦粒得到的糠(RMB 0-11和RMB 0-23)，小麦粒(DBB 0-5)的第一5% (w/w)脱糠糠级分含有更多的AX(OS)和较少的α/β-葡聚糖，但是其A/X比率远高于传统糠制剂的那些。与此相反，小麦粒的随后的5% (w/w)脱糠糠级分(DBB 5-10和DBB 10-15)的A/X比率相当于或甚至稍微低于传统的糠制剂(RMB 0-11和RMB 0-23)的那些。然而，它们的AX(OS)含量低得多，并且它们的α/β-葡聚糖含量远高于传统的糠制剂的那些。糠的高α/β-葡聚糖水平消极地影响可溶性AX(OS)制剂的纯度或导致较高的努力(较高的成本)以得到相同纯度的可溶性AX(OS)制剂。
通过滚筒碾磨(脱糠的)小麦粒得到的“滚筒碾磨糠”制剂的组成显著不同，取决于在样品中是否包括“细糠”小麦碾磨级分的选择。表3显示无论用于滚筒碾磨的小麦粒原料的性质如何，向“粗糠”中加入“细糠”总是导致比起仅由“粗糠”组成的相应的糠制剂具有较低的AX(OS)含量、较高的α/β-葡聚糖含量和较高的A/X比率的糠制剂(在表3中，比较RMB 0-23与RMB 0-11，RMB 5-25与RMB 5-11，以及RMB 10-27与RMB 10-14)。
表3进一步显示，在滚筒碾磨之前使小麦粒脱糠对滚筒碾磨糠样品的组成有明显的影响。与由未经处理的小麦粒得到的滚筒碾磨糠制剂相比，在滚筒碾磨之前脱糠通常导致具有较低的AX(OS)含量、较高的α/β-葡聚糖含量和较低的A/X比率的滚筒碾磨糠制剂(在表3中，比较RMB 5-11和RMB 10-14与RMB 0-11，以及比较RMB 5-25和RMB 10-27与RMB 0-23)。
有趣的是，比起通过使部分脱糠的麦粒进一步脱糠得到的脱糠糠制剂，在相当的去除率下，通过滚筒碾磨部分脱糠的麦粒得到的滚筒碾磨糠制剂具有显著较高的AX(OS)含量、较低α/β-葡聚糖含量和较低的A/X比率(在表3中，比较RMB 5-11与DBB 5-10，比较RMB 10-14与DBB 10-15)。
由糠生产可溶性AX(OS)制剂
以下方法用于由通过脱糠和/或滚筒碾磨小麦粒得到的九种糠制剂(表3)的每一种生产可溶性AX(OS)制剂。将糠与水(10 kg/kg糠)和α-淀粉酶制剂(Termamyl 120LS，Novozymes，Bagsvaerd，Denmark；250 μL/kg糠)混合。将糠浆料温育(90℃，2小时)，随后过滤。保留物用温水(80℃，5 kg/kg糠)洗涤，冷冻干燥。测定保留物和滤液的量和干物质含量，以具有第一提取步骤的质量平衡数据。随后，将第一提取的保留物与水(15.67 kg/kg 保留物)和木聚糖内切酶制剂(Multifect CX 12 L，Genencor/Danisco，Palo Alto，USA；2 mL/kg保留物)混合。在50℃下温育6小时后，将保留物浆料热处理(10分钟，90℃)，随后过滤。滤液通过离心(10 000 g，15分钟)进一步澄清，冷冻干燥，以得到可溶性AX(OS)制剂。测定可溶性AX(OS)制剂的量和干物质，以具有第二提取步骤的质量平衡数据。
如以上对于糠制剂描述的，通过气相-液相色谱法测定九种可溶性AX(OS)制剂的总糖、还原端糖和游离单糖含量。由这些结果，根据以上用于糠制剂的AX(OS)含量显示的式(a)，计算可溶性AX(OS)制剂的AX(OS)含量。认为AX(OS)含量是可溶性AX(OS)制剂的总体纯度的度量。分别根据式(d)和(e)计算AX(OS)平均DP和游离单糖(MS)含量。
(d) AX(OS)平均DP={[阿拉伯糖TOT-阿拉伯糖FREE]+[木糖TOT-木糖FREE]}/[木糖RED-木糖FREE]
(e) 游离MS含量=葡萄糖FREE+半乳糖FREE+甘露糖FREE+木糖FREE+阿拉伯糖FREE
在上式中，下标TOT、RED和FREE分别指总糖、还原端糖和游离单糖含量。
由生产过程的质量平衡数据和可溶性AX(OS)制剂的AX(OS)含量和相应的糠制剂，如下计算以下生产品质参数：计算制剂收率作为可溶性AX(OS)制剂的生产的干物质的量与用于该生产的糠的干物质的量的比率；计算AX(OS)收率作为在生产的可溶性AX(OS)制剂中AX(OS)的干物质的量与用于该生产的糠的干物质的量的比率；计算AX(OS)回收率作为在生产的可溶性AX(OS)制剂中AX(OS)的干物质的量与用于该生产的糠中的AX(OS)的干物质的量的比率。
对于九种不同的糠制剂的每一种，可溶性AX(OS)制剂的性质和由糠生产这些制剂的品质参数示于表3。
表3显示对于小麦粒的随后的5% (w/w)脱糠糠级分(DBB 0-5、DBB 5-10、DBB 10-15)，制剂收率和AX(OS)回收率提高。然而，与糠的具有较低的AX(OS)和较高的α/β-葡聚糖含量一致，对于随后的5% (w/w)脱糠糠级分，可溶性AX(OS)制剂的纯度降低。结果是，对于不同的5% (w/w)脱糠糠制剂，AX(OS)收率不是非常不同(表3)。更重要地，所有脱糠糠制剂的AX(OS)收率远低于传统的滚筒碾磨糠制剂(RMB 0-11和RMB 0-23)的那些。此外，由脱糠糠制剂制备的可溶性AX(OS)制剂的纯度显著低于由传统的滚筒碾磨糠制剂制备的可溶性AX(OS)制剂的那些(表3)。通过另外的洗涤和/或纯化步骤，可提高可溶性AX(OS)制剂的纯度。然而，这通常导致较高的生产成本。
仅含有“粗糠”碾磨级分的滚筒碾磨糠制剂与含有“粗糠”和“细糠”碾磨级分二者的那些之间的组成差异反映在可溶性AX(OS)制剂的生产的差异(在表3中，比较RMB 0-23与RMB 0-11，RMB 5-25与RMB 5-11，和RMB 10-27与RMB 10-14)。虽然在糠制剂中包括“细糠”碾磨级分对AX(OS)回收率仅具有少量影响，但是制剂收率、AX(OS)收率和纯度显著降低。
出乎意料地，与仅通过脱糠得到的脱糠糠制剂相反，比起传统的滚筒碾磨糠制剂，通过脱糠/滚筒碾磨组合得到的滚筒碾磨糠制剂具有显著较高的AX(OS)收率(在表3中，比较RMB 5-11和RMB 10-14与RMB 0-11，和比较RMB 5-25和RMB 10-27与RMB 0-23)。此外，可溶性AX(OS)制剂的纯度类似，尽管与由未经处理的麦粒得到的传统的滚筒碾磨糠制剂相比，通过滚筒碾磨部分脱糠的麦粒得到的滚筒碾磨糠制剂具有较低的AX(OS)和较高的α/β-葡聚糖含量。这可由当使用来自部分脱糠的小麦粒的滚筒碾磨糠制剂时，观察到的AX(OS)回收率显著提高来解释(表3)。还应注意到，与通过部分脱糠5%糠去除相比，当通过部分脱糠除去10%糠时，观察到甚至更高的AX(OS)回收率(在表3中，比较RMB 10-14与RMB 5-25，和比较RMB 10-27与RMB 5-25)。
使用通过使部分脱糠的麦粒进一步脱糠制备的糠制剂，未观察到AX(OS)回收率的这样的提高(在表3中，比较RMB 5-11与DBB 5-10，和比较RMB 10-14与DBB 10-15)。相反，通过两步脱糠得到的糠制剂的AX(OS)回收率甚至低于传统的滚筒碾磨糠制剂(RMB 0-11和RMB 0-23，表3)的那些。
明显地，作为提高AX(OS)收率同时保持纯度在可比的水平的结果，在滚筒碾磨之前，使用来自部分脱糠的麦粒的滚筒碾磨糠同样导致较高的制剂收率(表3)。
最后，应注意到，使用实施例1的不同的糠制剂，尽管纯度、制剂收率、AX(OS)收率和AX(OS)回收率有强的变化，但是观察到AX(OS)平均DP和游离MS含量仅少量的变化，只是第一5% (w/w)脱糠机糠制剂(DBB 0-5)具有相对高的游离MS含量(表3)。
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Claims (27)

1. 一种用于从谷物粒提取和分离可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的方法，其中所述方法包括(i) 通过部分脱糠而除去整个谷物粒的部分外层，得到第一谷物糠和部分脱糠的谷物粒，(ii) 滚筒碾磨所述部分脱糠的谷物粒，以得到第二谷物糠，所述方法还包括(iii) 在含水溶液中捣碎至少一部分所述第二谷物糠，以溶解和任选解聚至少一部分包含在所述第二谷物糠中的阿拉伯糖基木聚糖和(iv) 将包含至少一部分溶解的可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的溶解的级分与所述糊状物的不溶性级分分离。
2. 权利要求1的方法，其中在其捣碎之前，将所述第二谷物糠分级，以除去至少一部分小于150 μm的颗粒。
3. 权利要求1的方法，其中在其捣碎之前，将所述第二谷物糠研磨至250-1000 μm的中值粒径。
4. 权利要求3的方法，其中在其捣碎之前，将所述研磨的第二谷物糠分级，以除去至少一部分小于150 μm的颗粒。
5. 权利要求1-4的方法，其中使整个谷物粒部分脱糠导致生产相应于整个谷物粒初始重量的2-15% (w/w)的量的所述第一谷物糠。
6. 权利要求5的方法，其中使整个谷物粒部分脱糠导致生产相应于整个谷物粒初始重量的5-10% (w/w)的量的所述第一谷物糠。
7. 权利要求6的方法，其中使整个谷物粒部分脱糠导致生产相应于整个谷物粒初始重量的7-10% (w/w)的量的所述第一谷物糠。
8. 权利要求1-7中任一项的方法，其中所述使谷物粒部分脱糠通过成珠状进行。
9. 权利要求1-8中任一项的方法，其中所述谷物粒为小麦粒。
10. 权利要求1-9中任一项的方法，其中将木聚糖内切酶制剂加入到所述含水溶液中，用于溶解和解聚至少一部分包含在所述第二谷物糠中的阿拉伯糖基木聚糖。
11. 权利要求10的方法，其中所述木聚糖内切酶制剂包含对于水-不可提取的阿拉伯糖基木聚糖具有高选择性的木聚糖内切酶。
12. 权利要求10或11中任一项的方法，其中所述木聚糖内切酶制剂包含糖基水解家族11的木聚糖内切酶。
13. 权利要求10-12中任一项的方法，其中所述用木聚糖内切酶制剂处理的持续时间为2-12小时。
14. 权利要求1-9的方法，其中将至少一部分所述第二谷物糠在第一含水溶液中捣碎，以从所述第二谷物糠提取和溶解矿物质、淀粉衍生的化合物和/或蛋白质衍生的化合物，并且其中将包含溶解的矿物质、淀粉衍生的化合物和/或蛋白质衍生的化合物的至少一部分级分与其余的非溶解的糠材料分离，随后将其在第二含水溶液中捣碎，以溶解和任选解聚至少一部分包含在所述其余的非溶解的糠材料中的阿拉伯糖基木聚糖。
15. 权利要求14的方法，其中将包含淀粉酶的酶制剂加入到所述第一含水溶液中。
16. 权利要求14或15的方法，其中将包含蛋白酶的酶制剂加入到所述第一含水溶液中。
17. 权利要求14-16中任一项的方法，其中将木聚糖内切酶制剂加入到所述第二含水溶液中，用于溶解和解聚至少一部分包含在所述其余的非溶解的糠材料中的阿拉伯糖基木聚糖。
18. 权利要求17的方法，其中所述木聚糖内切酶制剂包含对于水-不可提取的阿拉伯糖基木聚糖具有高选择性的木聚糖内切酶。
19. 权利要求17或18中任一项的方法，其中所述木聚糖内切酶制剂包含糖基水解家族11的木聚糖内切酶。
20. 权利要求17-19中任一项的方法，其中所述用木聚糖内切酶制剂处理的持续时间为2-12小时。
21. 权利要求1-20中任一项的方法，其中所述可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物为可溶性阿拉伯糖基木聚糖、阿拉伯糖基木聚糖-寡糖、木糖、阿拉伯糖、阿魏酸或这些化合物中的两种或更多种的混合物。
22. 权利要求1-21中任一项的方法，其中所述包含可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的溶解的级分通过过滤或层析法或它们的组合进一步处理，以降低其矿物质和/或其它杂质的水平。
23. 权利要求1-22中任一项的方法，其中所述包含可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的溶解的级分通过过滤或层析法或它们的组合处理，以制备两种或更多种游离阿魏酸含量、阿拉伯糖与木糖的比率或可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的平均聚合度不同的级分。
24. 权利要求1-23中任一项的方法，其中这样的包含可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的溶解的级分用包含木聚糖内切酶的酶制剂温育，以降低可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的平均聚合度。
25. 权利要求1-24中任一项的方法，其中将这样的包含可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的溶解的级分浓缩，以提高其干物质浓度。
26. 权利要求1-25中任一项的方法，其中将这样的包含可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的溶解的级分干燥或结晶。
27. 权利要求1-26中任一项的方法，其中基于干重，这样的包含可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物的溶解的级分包含至少40% (w/w)的可溶性阿拉伯糖基木聚糖产物。
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