JP2010509921A - 溶媒抽出トウモロコシ - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図2
Description
本発明の抽出方法のための典型的な出発原料は、多種のトウモロコシ植物から回収した全粒トウモロコシ種子又は粒でありうる。好適なトウモロコシの種類として、慣用のトウモロコシ(例えば、黄色#2);フリントコーン;ポップコーン;トウモロコシ粉;デントコーン;スイートコーン;ハイブリッド;同系繁殖体;高油分、硬質胚乳、栄養密度、高タンパク質、高デンプン、ワキシーコーンおよびホワイトコーンから選択される、トランスジェニック植物もしくは遺伝子的に改変した植物;またはこれらの組合せが挙げられる。
分別(脱胚芽(degermination)とも呼ぶ)工程では、トウモロコシを、胚芽を含む成分(高油画分)と、胚乳を含む成分(低油分かつ高デンプンの画分)とに分離する。一般に、平均粒径が約500〜約2,000ミクロン、好ましくは約1,000ミクロンの胚芽流体を形成するものであれば、当業者に公知のいずれの分別方法も本発明の実施に好適である。
60:40、約65:35、約70:30または約75:25であるのが好ましい。
上記及び図2に示すように、HOFまたは胚芽(集合的にHOFと呼ぶ)をコンディショニング(5)した後、膨化に付すことにより、エキスパンデットを製造することができる。低水分HOFから調製したエキスパンデットは、水分がより高い材料と比較して、低い多孔性を呈示することができ、油抽出加工上の問題を招きうることがわかっている。さらに、約12wt%未満の水分含量を有する供給材料、および/または約9wt%(無水基準で約10.5wt%)未満の油分含量を有する供給材料は、エキスパンダー性能に有害な影響を及ぼす恐れがあることもわかっている。このようなHOFは、エキスパンダー内でブリッジングを起こし(すなわち、典型的に、流動性が不十分なため、混合さえできず、その結果、不均質な流体が加わることにより、「高温」箇所と「低温」箇所が生じ、加熱が不均一になる)、エキスパンダー圧力の変動および勾配を生じうる(すなわち、押出しが困難である;および/または過剰なせん断応力を発生させ、これによって、エキスパンダーの摩耗および保全上の問題が起こる恐れがある)。油分含量が約9(無水基準で約10.5)重量%未満のHOF、例えば、黄色#2トウモロコシから調製したHOFなどの場合には、特定の流動学的性質により、エキスパンダーの詰まりが起こるため、スループットが低下することが観察されている。特定の理論に拘束されるわけではないが、油分含量が低いと、約26バール〜35バールのエキスパンダー圧力条件下で、粘度が比較的低く、しかも流動性が増大したHOFが得られるため、エキスパンダースクリューとエキスパンダーハウジングとの間に漏れが発生して、エキスパンダー内でHOFを逆流させると考えられる。従って、望ましいエキスパンダー作業圧力を達成することができず、エキスパンダーは材料で詰まってしまう。
図2に示すように、高いせん断力、温度、及び圧力条件下、エキスパンダー(7)中でHOF供給材料(6)を処理することにより、油分含量が無水基準で1.7 wt%未満のSEHOFの調製を可能にする、固有の多孔性、密度、大きさ、形状および/または硬度の特徴を有するエキスパンデット(9)を製造する。
媒滞留が過剰な抽出床を生じうるため、抽出効率が悪くなる。
WO 05/108533にさらに詳しく記載され、また図2に示すように、膨化した分別HOF(9)を溶媒で抽出することにより、抽出コーンミールを製造することができる。一実施形態では、膨化HOF(9)を溶媒抽出工程に付すことにより、湿潤溶媒抽出HOF(14)(「粗SEHOF」)およびミセラ(11)が産出される。油糧種子の溶媒抽出は当分野において周知である。様々な浸漬式またはパーコレーション式抽出装置のいずれかを用いて、抽出工程を達成することができる。一般に、溶媒を油含有エキスパンデットと接触させて、HOFからの油の十分な分離、それに続く、HOFからのミセラの十分な分離を可能にする任意の装置が本発明の実施に適している。典型的な抽出装置の具体的なタイプとして、回転床式抽出機、深床式抽出機、カルーセル式抽出機、水平ベルト式抽出機、連続ループ式抽出機、パーコレーション式抽出機、スクリュー型抽出機、オーガー型連続抽出機が挙げられる。典型的なパーコレーション式溶媒抽出方法として、例えば、回転深床、水平ベルトおよび連続ループなどが挙げられる。回転深床式抽出では、約5メートルまでの深さのHOF床を有する1シリーズの深いセルを新鮮な溶媒およびミセラによる向流抽出に付す。水平ベルト抽出の場合には、向流スキームにおいて一連の溶媒噴霧を施しながら、浅いHOF床を運搬する。連続ループ式抽出機は、向流スキームにおいて、閉じた垂直ループを通じてHOFを運搬する浅床式抽出機である。いずれの方法でも、ミセラは上記床に浸透し、これを回収して、溶媒除去/再循環および油の完成(finishing)を実施する。有用な溶媒として、例えば、炭化水素、アルカノールおよびアルカノール含有水溶液などが挙げられる。好適な溶媒の例として、限定するものではないが、C2-8炭化水素、C1-4アルカノール、およびこれらの混合物が挙げられる。一実施形態では、溶媒は、メタノール、エタノール、n-プロパノール、i-プロパノール、アセトンおよびヘキサンから選択される。溶媒とのHOF床滞留時間(すなわち、接触時間)は、少なくとも10分、少なくとも30分、少なくとも45分、または少なくとも60分であることが好ましい。
WO 05/108533により詳しく記載され、また図2に示すように、粗SEHOF(14)(すなわち、湿潤量の溶媒を含むSEHOF)を脱溶媒化操作(15)において処理することにより、SEHOF(16)と再生溶媒とを取得し;ミセラ(11)を脱溶媒化操作(12)において処理することにより、トウモロコシ油(13)と再生溶剤とを取得する。上昇薄膜式蒸発、乾燥、放水(flashing)、またはこれらの任意の組合せ(例えば、当分野で公知の脱溶媒化/トースター装置など)など、典型的方法のいずれかを用いて、溶媒を粗SEHOFおよびミセラから再生する。一般に、粗SEHOFおよびミセラに熱を加えることにより、溶媒を蒸発させる。次に、溶媒を凝結させて、回収し、随意に脱水してから、抽出機に再循環させる。一実施形態では、脱溶媒化/トースター装置における粗SEHOFからの溶媒除去は、二段階操作で実施する。第1の前脱溶媒化ステップでは、粗SEHOFを典型的には約65℃〜約70℃に加熱して、約10%〜約25%の溶媒を除去する。前述したように、脱溶媒化操作におけるこのステップでの粗SEHOF凝集を防ぐために、エキスパンデットの水分濃度は12重量%未満であることが好ましい。第2のスパージングステップでは、第1ステップから得た加熱粗SEHOFを典型的には低圧蒸気で少なくとも約1時間、最終温度約70℃〜約105℃までスパージングすることにより、SEHOF(すなわち、脱溶媒化した粗SEHOF)を取得する。典型的には、粗SEHOFに含まれる溶媒の少なくとも約90 wt%、95 wt%、96 wt%、97 wt%、98 wt%、または99 wt%を除去し、SEHOFは、典型的に、少なくとも約10 wt%、11 wt%、12 wt%、13 wt%、14 wt%、15 wt%、16 wt%、17 wt%、または18 wt%の水分含量を有する。アルカノールまたはその溶液を抽出溶媒として用いる、ミセラ脱溶媒化の一実施形態では、希釈、pH調節および/または冷却のような手段により油溶性を低下させることによって、ミセラ相の分離を実施することができる。次に、得られた相を分離し、油相を随意に蒸留することにより、アルカノールを除去する。必要であれば、このアルカノール相を再濃縮することもできる。エタノール生産操作を含むトウモロコシ油
加工工場では、エタノールをHOF抽出溶媒として用いることができ、再濃縮は、発酵水溶液からのエタノール分離と組合せることができる。
本発明のSEHOFは、油、タンパク質、アミノ酸、デンプン、および中性デタージェント繊維(「NDF」)を含み、これら成分の濃度は無水重量基準(%)で報告されている。油分含量は、1.7%未満であり、例えば、約1.6%、約1.5%、約1.4%、約1.3%、約1.2%、約1.1%、約1%、約0.9%、約0.8%、約0.7%、約0.6%、約0.5%、約0.4%、または約0.3%未満、ならびにこの範囲内が好ましい。タンパク質含量は、約9%、約10%、約11%、約12%、約13%、約14%、約15%、約20%、または25%、ならびにこの範囲内が好ましい。総リジン含量は、約0.4%〜約0.6%、例えば、約0.4%、0.45%、0.5%、0.55%、または0.6%が好ましい。デンプン含量は、約30%〜約75%、約35%〜約75%、または約40%〜約75%が好ましい。NDF含量は、約12%、約13%、約14%、約15%、約16%、約18%、または約24%、ならびにこの範囲内が好ましい。タンパク質:デンプンの重量比は、約0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.2、0.25、0.3、0.4、0.5、または0.8、ならびにこの範囲内が好ましい。さらに別の実施形態では、SEHOF総リジン:総SEHOFタンパク質比は、約0.015、約0.02、約0.025、約0.03、約0.035、約0.04、約0.045、約0.05、約0.055、または約0.06、ならびにこの範囲内が好ましい。別の実施形態では、SEHOFトリプトファン:総SEHOFタンパク質比は、約0.007、0.008、0.009、0.01、0.011、0.012、0.013、0.014、または0.015、ならびにこの範囲内が好ましい。本発明のSEHOFはまた、酸性デタージェント繊維(「ADF」)も含み、その濃度は、3 wt%未満、2.9 wt%未満、2.8 wt%未満、2.7 wt%未満、2.6 wt%未満、2.5 wt%未満、2.4 wt%未満、2.3 wt%未満、2.2 wt%未満、2.1 wt%未満、または2 wt%未満、ならびにこの範囲が好ましい。
固有の栄養特性を有する動物飼料を本発明のSEHOFから調製することができ、これにより、タンパク質、アミノ酸および/または栄養成分などの補充成分の必要量が少ない飼料が得られる。
本明細書で用いる用語「全粒(ホールカーネル)」または「全トウモロコシ(ホールコーン)」とは、その構成部分、例えば、外皮、胚乳、チップキャップ、果皮、に分離されておらず、かつ、胚芽が故意に分離されていないカーネルを意味する。
高油分トウモロコシを本発明の方法に従い加工した。その際、約64〜36のLOF:HOF比で、トウモロコシをLOFおよびHOF画分に分別した。HOF画分を27℃で水分14%にコンディショニングした。コンディショニング済HOF画分を30バールおよび150℃で膨化し、HOFエキスパンデットを製造した。ヘキサンで抽出して、脱溶媒化/トースター装置で脱溶媒化することにより、HOFエキスパンデットからSEHOFを調製したが、その際、第1段階の加熱最終温度は65℃、第2段階の蒸気ストリッピング最終温度は105℃、そして第2段階の滞留時間は約1時間であった。SEHOF組成を分析し、その結果を無水基準で表1に記載する。また、表1には、黄色#2トウモロコシの典型的組成も併せて示し、各濃度を無水基準の重量%で記載する。
比較実施例では、WO 05/108533実施例6に記載の方法により調製したSEHOF画分の灰分、タンパク質、ADF、NDFおよび油分含量を決定するために試験を実施した。ここでは、エキスパンダーバレルに対しHOF 1kg当たり蒸気0.04 kg(すなわち、4%量)の蒸気スパージ量、30バールの圧力および143℃で、HOFを膨化した、次に、膨化HOFをヘキサンで抽出することにより、SEHOFを取得した。以下の表2にSEHOF 1、SEHOF 2および黄色#2の化学組成を示す。尚、この表に水分(%)を記載するが、灰分、タンパク質、ADF、NDFおよび油分の重量%の値は、無水基準で記載したものである。
15の試験からなる1シリーズにおいて、本発明の方法に従い、黄色#2トウモロコシを加工した。その際、約65〜35のLOF:HOF比で、LOFおよびHOF画分にトウモロコシを分別した。HOF画分を27℃で水分14%にコンディショニングした。コンディショニング済HOF画分を30バールおよび150℃で膨化し、HOFエキスパンデットを製造した。ヘキサンを用いて抽出し、脱溶媒化/トースター装置で脱溶媒化することにより、HOFエキスパンデットからSEHOFを調製したが、その際、第1段階の加熱最終温度は65℃、第2段階の蒸気ストリッピング最終温度は105℃、そして第2段階の滞留時間は約1時間であった。SEHOF組成物を分析し、15の個々の試験についての平均結果、関連する標準偏差(STDEV)、ならびに、最小および最大値を無水基準の重量%で表3に記載する。尚、ここで、SEHOFの平均水分含量は14.1%であり、数値の範囲は、標準偏差0.92で13.1%〜15.8%であった。
HOFコンディショニングおよび膨化に対する様々な総蒸気添加量がエキスパンデット品質に及ぼす影響を明らかにするために、1シリーズの実験を実施した。黄色#2トウモロコシからHOFを調製した。
((Xinit‐Xext)/Xinit)(100)
式中、Xinitは、抽出前のエキスパンデットにおける抽出可能な油の総量(soxhlet法により測定)であり、Xextは、回収された油の重量である。試験C(総蒸気量6.68%)、試験B(総蒸気量6.28%)、試験A(総蒸気量5.88%)、試験D(総蒸気量5.28%)、試験E(総蒸気量4.6%)、および試験F(総蒸気量4.15%)について、以下の表13に結果を記載するが、表中、エキスパンデットに残留する抽出可能な油を%で表示し、また、括弧内にミセラ総量をmLで示している。例えば、試験Cエキスパンデットは、32mlのミセラをカラムから溶離した後、92%の抽出可能な油を含んでいた。
Claims (27)
- トウモロコシ粒から調製された抽出トウモロコシ画分組成物であって、この抽出トウモロコシ画分は、デンプン、ならびに、無水基準で、約9〜約25重量%のタンパク質、約12〜約24重量%の中性デタージェント繊維、および1.7重量%未満の油を含み、タンパク質:デンプンの重量比が約0.15〜約0.8である、上記抽出トウモロコシ画分組成物。
- 約0.3〜約1.7重量%の油を含む、請求項1に記載の抽出トウモロコシ画分組成物。
- 無水基準で、約0.4〜約0.6重量%の総リジンをさらに含む、請求項1に記載の抽出トウモロコシ画分組成物。
- 前記トウモロコシ粒が、黄色#2トウモロコシである、請求項1に記載の抽出トウモロコシ画分組成物。
- 前記トウモロコシ粒が、高油トウモロコシ粒である、請求項1に記載の抽出トウモロコシ画分組成物。
- トウモロコシ粒から調製されたトウモロコシエキスパンデット(corn expandette)であって、このエキスパンデットは油を含んでおり、該エキスパンデットが、1ミリリットル当たり約0.3〜約0.5グラムの充填密度(packed density)を有する、上記トウモロコシエキスパンデット。
- 1ミリリットル当たり約1〜約1.3グラムの排出密度(displacement density)を有する、請求項6に記載のトウモロコシエキスパンデット。
- 少なくとも70%の実験室油抽出性を有する、請求項6に記載のトウモロコシエキスパンデット。
- 前記トウモロコシ粒が、黄色#2トウモロコシである、請求項6に記載のトウモロコシエキスパンデット。
- 前記トウモロコシ粒が、高油トウモロコシ粒である、請求項6に記載のトウモロコシエキスパンデット。
- トウモロコシエキスパンデットを調製する方法であって、以下:
(i)トウモロコシ粒を高油画分および低油画分に分別する工程、その際、高油画分はトウモロコシ粒より高い油分含量を有し、低油画分はトウモロコシ粒より低い油分含量を有している、
(ii)低油画分から高油画分を分離する工程、および
(iii)エキスパンダー中で高油画分を蒸気で膨化することにより、エキスパンデットを製造する工程
を含み、ここで、エキスパンターに対する蒸気供給量が、高油画分1 kg当たり約0.042〜約0.075キログラムであり、エキスパンターにおける高油画分の温度が約140℃〜約180℃である、上記方法。 - 前記エキスパンダー圧力を約26〜約35バールに調節する、請求項11に記載の方法。
- 前記高油画分は無水基準で約10.5重量%未満の油分含量を有しており、該高油画分は膨化前にコンディショニングされ、高油画分コンディショナーに対する蒸気供給量が、高油画分1キログラム当たり蒸気約0.03〜約0.05キログラムであり、エキスパンダーに対する蒸気供給量が、高油画分1キログラム当たり蒸気約0.001〜約0.03キログラムである、請求項11に記載の方法。
- 前記高油画分が、無水基準で、約10.5重量%以上の油分含量を有し、エキスパンダーにおける高油画分の温度が約150℃〜約165℃である、請求項11に記載の方法。
- 前記高油画分が、無水基準で、約10.5重量%以上の油分含量を有し、この高油画分は膨化前にコンディショニングされ、高油画分コンディショナーに対する蒸気供給量が、高油画分1キログラム当たり蒸気約0.001〜約0.02キログラムであり、残りの蒸気はエキスパンダーバレルに添加される、請求項11に記載の方法。
- 膨化前に、前記高油画分を少なくとも12重量%の水分含量にコンディショニングする、請求項11に記載の方法。
- 膨化前に、前記高油画分を約60℃〜約80℃の温度にコンディショニングする、請求項11に記載の方法。
- 少なくとも1種の溶媒で前記エキスパンデットから油を抽出することにより、抽出トウモロコシ画分を調製する、請求項11に記載の方法。
- 抽出前に、前記エキスパンデットを約12重量%未満の水分まで乾燥させる、請求項18に記載の方法。
- 前記抽出溶媒が、有機溶媒または二酸化炭素である、請求項18に記載の方法。
- 前記エキスパンデット中の少なくとも約80%の油を抽出する、請求項18に記載の方法。
- 動物飼料の調製方法であって、以下:(i)動物のリジンおよびタンパク質必要量を決定するステップ、(ii)複数の天然および/または合成飼料成分、ならびにこれらの成分各々の利用可能なリジンおよびタンパク質を同定するステップ、その際、上記成分の1つが、黄色#2トウモロコシより高い総リジン濃度と、約0.015〜約0.06の総リジン:総タンパク質比とを有する分別トウモロコシ部分である、および(iii)上記動物に関して決定されたリジン必要量を満たすように、同定した成分から飼料を調製するステップを含む、上記方法。
- 前記分別トウモロコシ部分を約140℃〜約180℃の温度で膨化する、請求項22に記載の方法。
- 前記膨化済分別トウモロコシ部分を抽出する、請求項23に記載の方法。
- (i)動物のトリプトファン必要量を決定するステップ、(ii)複数の天然および/または合成飼料成分、ならびにこれらの成分各々の利用可能なトリプトファンを同定するステップ、その際、上記成分の1つが、黄色#2トウモロコシより高いトリプトファン含量を有する分別トウモロコシ部分である、および(iii)上記動物に関して決定されたトリプトファン必要量を満たすように、同定した成分から飼料を調製するステップ、その際、上記分別トウモロコシ部分が、少なくとも約0.009〜約0.015のトリプトファン:総タンパク質比を有する、をさらに含む、請求項22に記載の方法。
- 前記分別トウモロコシ部分を約140℃〜約180℃の温度で膨化する、請求項25に記載の方法。
- 前記膨化済分別トウモロコシ部分を抽出する、請求項26に記載の方法。
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