JP2012514989A - 穀物または穀物副生産物由来のオリゴ糖の酵素的産生 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、穀物ふすまの可溶性画分を含む組成物を調製するための穀物ふすまの可溶化および食品、例えば、パンの製造のための可溶化された穀物ふすまを含むこれらの組成物の使用に関する。
穀物は、アラビノキシランを5−10%含み、デンプン、セルロースおよびβ−グルカンと共に、最も豊富な穀物炭水化物を構成する。アラビノキシランは、O−2および/もしくはO−3 α−L−アラビノ−フラノシル単位または4−O−メチルグルクロン酸残基が連結しているβ−1,4−連結D−キシロピラノシル単位の主鎖を含み、該キシロピラノシル単位は酢酸でエステル化され得る。さらに、L−アラビノフラノシル側鎖残基は、フェルラ酸およびp−クマル酸でエステル化され得る。典型的なアラビノキシランにおいて、置換されていない、一置換されている、および二置換されているキシロース残基が生じる。
本発明の目的は、家畜飼料などの低価格の用途に回される穀物が少なくなる、穀物のより良い利用方法を提供するために、穀物ふすまの可溶化の増加のための方法を提供することである。さらに本発明の目的は、製品の外観/構造、色および味において有意な影響を及ぼすことなく、穀物由来のふすま画分を既存の穀物製品に利用すること、および既存の製品の健康学的および栄養学的効果を増加させることである。
本発明者らは、穀物ふすま中に相当量のデンプンを維持していることにより、細胞壁修飾酵素およびデンプン修飾酵素で処理すると、有意に高い収率のアラビノキシランオリゴ糖ならびに全可溶性物質が穀物デンプンの可溶化のプロセスにおいて得ることができることを見出した。
a)相当量のデンプンを含む粒子穀物ふすまの液体懸濁液を調製し、
b)液体懸濁液中に相当量のデンプンを含む該粒子穀物ふすまを、いずれの成分も除去することなく、任意の順番で連続して、または同時に、1つまたはそれ以上の細胞壁修飾酵素、1つまたはそれ以上のデンプン修飾酵素、および所望により1つまたはそれ以上のさらなる酵素で処理する
工程を含む方法に関する。
さらなる局面において、本発明は、食品の生産のための本発明の方法により生産される可溶化された穀物ふすまの使用に関する。
またさらなる局面において、本発明は、
a)1つまたはそれ以上の細胞壁修飾酵素;1つまたはそれ以上のデンプン修飾酵素、および所望により1つまたはそれ以上のさらなる酵素を含む酵素の組合せ、
b)本発明の方法における使用のための指示書、および
c)所望により食品のための他の成分
を含むパーツを含むキットに関する。
本発明は、穀物の用途において利用され得る産物を生じる穀物の二次生産物(sidestream)(ふすま)の可溶化のプロセス(および得られる産物)に関する。本発明は、得られる産物の官能(sensoric)およびテクスチャー特性に悪影響を与えることなく穀物用途において穀物の二次生産物の利用を可能にし、原料(穀物)の利用性を増加させる。本発明のプロセスにおいて、前生物学的オリゴ糖、例えば、ベータ−グルカン、およびAXOS、トコフェノール、およびトコトリエノール(tocotriol)(後ろの2つは抗酸化作用を有する)が産生するであろう。さらに、モノ−およびジ−グリセリド、lyso−PCおよびモノ/ジ−ガラクトシル−モノ−グリセリドが産生すると考えられ、これら全てが乳化剤効果を有し、最終穀物製品の外観、構造および安定性に対してさらなるプラス効果を有するであろう。
いくつかの態様において、本発明のプロセスにより得られる可溶化された産物は、アラビノキシランオリゴ糖(AXOS)を含む。
いくつかの態様において、本発明の方法において使用される穀物ふすまは、穀物副生産物(bi-stream)由来、例えば、従来の製粉由来の小麦ふすまである。
本明細書において使用される「穀物」なる用語は、イネ科(Poaceae)の植物由来の実を示し、果皮、種皮(seed coat)(あるいは種皮(testa)とも称される)および/または胚芽のさらなる存在を有するか、または有さない、例えば、アリューロンを含む少なくともふすまおよびデンプン内胚乳を含む種子を示す。該用語は、小麦、大麦、オート麦、スペルト小麦、ライ麦、モロコシ、メイズおよびイネのような種を含むが、これらに限定されない。
キシログルカナーゼは、キシログルカンの加水分解を触媒する。
既知の活性:キシラナーゼ(EC3.2.1.8)
メカニズム:維持
触媒求核原子/塩基:Glu(実験的)
触媒プロトン供与体:Glu(実験的)
3D構造状態:折り畳み:β−ゼリーロール
クラン:GH−C
本発明の1つの局面において、本発明において使用されるデンプン修飾酵素は、本明細書に記載されている「デンプン脱分枝活性アッセイ」において測定されるとき、デンプン脱分枝活性を有する酵素である。
細胞壁可溶化アッセイ
好ましくは、ふすま溶解度は、以下のアッセイを使用して測定される。
植物原料、例えば、穀物ふすまの可溶化度は、不溶性植物原料を、酵素を有するか、または有さない抽出バッファー(一般的に、バッファー中10−25%のふすま(w/w))に懸濁し、懸濁液を撹拌下で摂氏40℃で制御時間(例えば、30から1440分)でインキュベートすることにより測定することができる。可溶化後、可溶化された原料を遠心分離(20分、25000×g、室温)により不溶性原料から分離する。上清中の乾物含有量を、サンプルの一部を凍結乾燥することにより、または含水量分析により(Moidture analyser, AND ML-50, Buch & Holm, Denmark)測定する。すべての抽出バッファーを、このプロトコールを使用して回収することはできないが、しかしながら、可溶性物質の濃度は、回収されなかった抽出バッファー中と回収された抽出バッファー中で同じであると考え、補正を使用された全抽出バッファーに対して行う。可溶性画分中の乾物含有量を測定しておき、試験に取り入れた植物原料の量および抽出バッファーの量を知っていると、可溶化度は以下の方程式を使用して決定することができる。
可溶化度=(((乾物のグラム/回収された上清のml)×(使用された抽出バッファーのml))×100%)/試験に取り入れた植物原料のグラム
このアッセイにおいてOD590=約0.7を得るように、サンプルをクエン酸(0.1M)−リン酸水素二ナトリウム(0.2M)バッファー、pH5.0に希釈した。サンプルの3つの異なる希釈物を5分40℃でプレインキュベートした。時間=5分で、1つのXylazyme錠剤(架橋され、染色されたキシラン基質、Megazyme, Bray, Ireland)を、1mlの反応容量の酵素溶液に加えた。時間=15分で、10mlの2%のTRIS/NaOH、pH12を加えることにより反応を終了した。ブランクは、酵素溶液の代わりに1000μlのバッファーを使用して調製した。反応混合物を遠心し(1500×g、10分、20℃)、上清のODを590nmで測定した。1つのキシラナーゼユニット(XU)は、1分あたりOD590が0.025増加するキシラナーゼ活性として定義される。
α−アミラーゼは、α−D−1,4−グルコシド結合を加水分解し、その活性は、アルファ1,4−D−結合の加水分解によるデンプン−ヨウ素溶液の色の変化率として検出することができる。
ベータ−アミラーゼ活性は、デンプン溶液の非還元末端からのマルトースの遊離として測定することができる。
トランスグルコシダーゼは、α−D−グルコオリゴ糖とのインキュベーションにおける加水分解および移動反応の両方を触媒する。トランスグルコシダーゼ活性は、マルトースまたはマルトデキストリンとのインキュベーション時のイソマルトオリゴ糖、例えば、イソマルトース、パノース(pansose)およびイソマルトトリオースの生成として測定することができる。
現在、デンプンにおけるα−D−1,6グルコシド結合に対して特異的な酵素は、イソアミラーゼ(EC3.2.1.68)およびプルラナーゼ(EC3.2.1.41)を含む。デンプンのα−D−1,6グルコシド結合に作用する酵素は、また、プルランに対するそれらの活性により分類され、それらの活性は、デンプンおよびプルランのα−D−1,6グルコシド結合の特異的加水分解として測定される。
上記のとおり、本発明は、デンプンを含む穀物ふすまの可溶化のための方法であって、
a)相当量のデンプンを含む粒子穀物ふすまの液体懸濁液を調製し、
b)液体懸濁液中に相当量のデンプンを含む該粒子穀物ふすまを、いずれの成分も除去することなく、任意の順番で連続して、または同時に、1つまたはそれ以上の細胞壁修飾酵素、1つまたはそれ以上のデンプン修飾酵素、および所望により1つまたはそれ以上のさらなる酵素で処理する
工程を含む方法に関する。
本発明のいくつかの態様において、1つのさらなる酵素は、リパーゼ、例えば、ホスホリパーゼまたはガラクトリパーゼである。
本発明のいくつかの態様において、1つのさらなる酵素は、プロテアーゼである。
本発明の可溶化された穀物ふすまは、機能性食品であってもよく、またはそれに加えられてもよい。
ある局面において、食料品はベーカリー産物、例えば、パン、デニッシュ・ペストリー、ビスケットまたはクッキーである。
実施例1
市販の小麦ふすまの実験室規模の可溶化:
ふすま:
商業的製粉から得られる小麦ふすま画分を使用した。該画分は、細粒ふすま画分および粗粒ふすま画分からなった。使用の前に、粗粒ふすま画分を製粉して、より小さい粒径を得、ふすまの比表面積を増加させ、最終的にふすまの酵素的可溶化の効率を増加させた。製粉をRetch製粉機で行い、500μmの平均粒径を得た。しかしながら、可溶化度に関して、より小さい粒径が好ましいであろうことに注意すべきである。
可溶性ふすま画分(上清)を以下に関して分析する:
可溶性画分アッセイにおける乾物含有量(%):
得られる可溶性ふすまの定量的サンプルを凍結乾燥させる。凍結乾燥後、該サンプルサイズを再び定量し、乾物の量を計算する。ブランクとして、該バッファーは、この分析に含まれる。
ふすま可溶化度:
ふすま画分中の細胞壁成分のよく知られている保水最大容量によって、抽出バッファーの有効な回収率はこれらの実験において得られなかった。しかしながら、適当な処理が展開されたとき得られた。図1において、抽出バッファーの実際の回収率を示す。抽出回収率は、25から55%で変化する。
市販の小麦ふすまの実験室規模の可溶化:
ふすま:
より大規模な実験を、500gの小麦ふすま、3300mlの50mMのNaPi pH5.0および表4に記載されている酵素を適用することにより準備した。反応は、表2に記載されているプロトコールにしたがって実施した。
AX含有量:
可溶性物質のサンプル(上清)を可溶化されたAXについて分析した。分析はRouau and Surget (1994)にしたがって行った。
AX mw/AXOS分析:
AXの分子量は、LC_MSにより測定した。
デンプン含有量:
ふすまおよび可溶化ふすま中のデンプン含有量を、熱安定なアルファ−アミラーゼを摂氏95℃で90分で用い、次にプラナーゼ(pullanase)およびグルコアミラーゼを摂氏50℃で45時間で加えるデンプンの全加水分解後に、グルコース測定により分析した。
IMO含有量:
得られた可溶性画分中のIMO濃度をHPLC−陰イオン交換クロマトグラフィーを使用して測定した。
ふすま可溶化度:
この実験において使用された抽出バッファーの正確な容量を補正したとき、以前の実験において得られた可溶化度に匹敵する54%の可溶化度が得られた。
AX含有量:
ふすま画分中のAXの量は、19mg/ml上清と決定された。抽出体積を考慮すると、可溶化されたふすま中の可溶性AXの全量は62,7gである。小麦ふすま中のAX含有量の文献データにしたがって、全AXの約53%の可溶化を得ている。データは表5に要約されている。
表5. 試験に適用されたふすま、g。使用された抽出バッファーおよび容量、ml。可溶化されたふすま中のAX濃度、mg/ml。抽出体積に対して補正されたときの全AX、g。ふすまに対する抽出されたAX、%。小麦ふすま中のAX含有量に関する文献データ、および最後に、ふすまの抽出度、%。
ふすま出発物質中のデンプンの量は、全グルコース含有量の酵素分析にしたがって、16.3%と測定された。可溶化された原料において回収され見出されるふすま由来のデンプンの量は、可溶化された原料の全グルコース測定により分析されたとき、76%と決定された。
上清を高性能陰イオン交換クロマトグラフィーを使用してイソマルトオリゴ糖(イソマルトース、イソマルトトリオースおよびパノース)の含有量について分析した(表5)。可溶化プロセスにおいて得られたIMOの濃度は、ふすま原料のデンプン含有量に大きく依存する。ふすま出発物質中のデンプンのIMOへの変換度を、IMO生産の尺度として使用する。この実施例において、IMO(イソマルトース、イソマルトトリオースおよびパノース)の全濃度は、可溶化された原料において2690ppmと測定される(表6)。バッファー容量を考慮したとき、産生されたIMOの量は9.0gである。したがって、IMOへの全変換は、ふすま中のデンプンの最初の量の11.0%であった。
表6:イソマルトオリゴ糖の濃度
AXOS分析からの結果は、DP6のピーク濃度でDP3からDP11の範囲におけるAXOSのDP分布を示した。
可溶化されたふすまを使用するベーキング実験
穀粉:
市販の非最適化デニッシュ改良穀粉(Danish reform flour)(2007−00113)をベーキング実験のために使用する。可溶化されたふすまに対する対照として、再構成された穀粉を可溶化実験(実施例1および2参照)のために使用した穀粉およびふすまから作製する。可溶化されたふすま画分中の乾物および穀粉に加えられた水/可溶性ふすまの量に基づいて、穀粉で置き換えられたふすまの量を計算することができる(表8参照)。
可溶化されたふすま:
実施例2において得られた可溶化されたふすまを、ベーキング試験のために使用した。
穀粉、可溶化されたふすまを加えられた穀粉および可溶化されていないふすまを加えられた再構成された穀粉のベーキング性能を、以下のレシピ(表7)を使用して小規模ベーキング試験(50グラムの混合物(mixer)および10グラムのローフ(Loaves))において評価した。
表7.穀粉、可溶化されたふすまを加えられた穀粉および可溶化されていないふすまを加えられた再構成された穀粉のベーキング性能を評価するために使用されるレシピ。塩/糖は、塩および糖の1:1(w/w)混合物である。水は、Farinograph分析により測定される水分吸収である。
穀粉(または穀粉およびふすまの混合物)および乾燥成分を1分間混合し、その後、水を加え、混合をさらに5分間続けた。
パンを、評価(重量、体積測定、ならびに身、皮および官能評価)の前に20分間冷やした。
以下のベーキング試験を行った(表8)。
表8.ベーキング試験実験構成。IDは、可溶化されたふすまを加えられたか、または不溶性ふすまで再構成された穀粉組成を示す。穀粉(g)は、パンにおける穀粉の量である。ふすま(g)は、再構成のために使用されたふすまの量である。可溶化されたふすま(ml)は、水の代わりに穀粉に加えられた可溶化されたふすまの量である。水(ml)は、穀粉に加えられた水の量である。「ふすま」(%)は、穀粉重量に基づく可溶化されたふすま、または不溶性ふすまのいずれかの量である。
パンの冷却20分後の官能評価をした。とりわけ、従来のふすま画分由来の苦味を評価した。
劣化評価:
硬度は、研究室テーブル上にパンローフを24時間放置した後に主観的に評価した。
表9および図5において分かるように、可溶性繊維の添加は、パンの比体積に影響を及ぼさない。
表9.ベーキング試験結果。IDは、可溶化されたふすまを加えられたか、または不溶性ふすまで再構成された穀粉組成を示す。穀粉(g)は、パンにおける穀粉の量である。ふすま(g)は、再構成のために使用されたふすまの量である。比体積(mg/ml)は、パンの真比体積である。相対体積 対 ブランク(%)は、パン 対 パン1(ブランク)の相対体積である。
色に関する結果は、パンの身を評価するとき、さらに明白である(図7参照)。
試験パネルがパンを評価した(n=3)。以下の評価は、官能特性における有意な違いが、対照パンと可溶性ふすま画分を加えられたパンの間で測定されなかったことを示した。一方、ふすまを加えられたパンは、ふすま由来の独特の苦味を有した。
Claims (28)
- デンプンを含む穀物ふすまの可溶化のための方法であって、
a)相当量のデンプンを含む粒子穀物ふすまの液体懸濁液を調製し、
b)液体懸濁液中に相当量のデンプンを含む該粒子穀物ふすまを、いずれの成分も除去することなく、任意の順番で連続して、または同時に、1つまたはそれ以上の細胞壁修飾酵素、1つまたはそれ以上のデンプン修飾酵素、および所望により1つまたはそれ以上のさらなる酵素で処理する
工程を含む方法。 - 粒子穀物ふすまを、1つまたはそれ以上の細胞壁修飾酵素、および1つまたはそれ以上のデンプン修飾酵素、および所望により1つまたはそれ以上のさらなる酵素を含む酵素の組合せで同時に処理する、請求項1に記載の方法。
- 該1つのさらなる酵素が1つまたはそれ以上のトランスグリコシル化酵素である、請求項1または2のいずれかに記載の方法。
- 該1つのさらなる酵素がリパーゼ、例えば、ホスホリパーゼまたはガラクトリパーゼである、請求項1−3のいずれかに記載の方法。
- 該1つのさらなる酵素がプロテアーゼである、請求項1−4のいずれかに記載の方法。
- 工程b)から得られる可溶性画分を回収する工程をさらに含む、請求項1−5のいずれかに記載の方法。
- 該1つまたはそれ以上の細胞壁修飾酵素がキシラナーゼおよびセルラーゼ、例えば、セロビオヒドロラーゼ、エンド−グルカナーゼおよびベータ−グルカナーゼからなる群から選択される、請求項1−6のいずれかに記載の方法。
- 該セルラーゼがエンド−セルラーゼ、エキソ−セルラーゼ、セロビアーゼ、酸化セルラーゼ、セルロースホスホリラーゼから選択される、請求項1−7のいずれかに記載の方法。
- 該1つまたはそれ以上のデンプン修飾酵素がアルファ−アミラーゼ、プルラナーゼ、イソアミラーゼおよびベータ−アミラーゼからなる群から選択される、請求項1−8のいずれかに記載の方法。
- 該1つまたはそれ以上のトランスグリコシル化酵素が酵素クラスEC3.2.1.20の酵素からなる群から選択される、請求項1−9のいずれかに記載の方法。
- 該粒子ふすまの平均粒径が3000μm未満、例えば、1000μm未満、例えば、500μm未満である、請求項1−10のいずれかに記載の方法。
- 該穀物ふすまを産業的製粉工程から得、500μm未満、例えば、400μm未満、例えば、200μm未満の平均粒径を得るためにさらに製粉する、請求項1−11のいずれかに記載の方法。
- さらなる酵素活性を不活性化するために、可溶化された穀物ふすまをさらに処理する、請求項1−12のいずれかに記載の方法。
- 乾物 対 乾物ふすまで決定されるとき、可溶化度が20%以上、例えば、25%以上、例えば、30%以上、例えば、35%以上、例えば、40%以上、例えば、50%以上、例えば、40%−60%の範囲、例えば、50%−60%の範囲である、請求項1−13のいずれかに記載の方法。
- 乾物 対 乾物ふすまで決定されるとき、工程b)から得られる可溶性画分中のアラビノキシランオリゴ糖(AXOS)の含有量が、20%を越える、例えば、30%を越える、例えば、40%を越える、例えば、45%を越える、例えば、50%を越える、請求項1−14のいずれかに記載の方法。
- 穀物ふすま中の1%以上のデンプン、例えば、穀物ふすま中の2%以上のデンプン、例えば、穀物ふすま中の3%以上のデンプン、例えば、穀物ふすま中の4%以上のデンプン、例えば、穀物ふすま中の5%以上のデンプン、例えば、穀物ふすま中の10%以上のデンプン、例えば、穀物ふすま中の15−50%以上のデンプンが、工程b)から得られる可溶性画分中でイソマルトオリゴ糖(IMO)に変換される、請求項1−15のいずれかに記載の方法。
- 乾物 対 乾物ふすまで決定されるとき、工程b)から得られる可溶性画分中の修飾された脂質の含有量が、少なくとも約0.05%、例えば、少なくとも約1.0%、例えば、0.05−5%の範囲である、請求項1−16のいずれかに記載の方法。
- 工程a)の前に、i)穀物を分画して、内胚乳、ふすま、および胚芽を得、ii)内胚乳、ふすま、および胚芽を分離および分配して、それらを処理可能にし、iii)ふすまを製粉する工程をさらに含む、請求項1−17のいずれかに記載の方法。
- 穀物ふすまが小麦、大麦、オート麦、ライ麦およびライコムギ、イネおよびトウモロコシから選択される、請求項1−18のいずれかに記載の方法。
- 得られた可溶化された穀物ふすまの乾燥の工程をさらに含む、請求項1−19のいずれかに記載の方法。
- 得られた可溶化された穀物ふすまの噴霧乾燥の工程をさらに含む、請求項1−20のいずれかに記載の方法。
- 得られた可溶化された穀物ふすまの凍結乾燥の工程をさらに含む、請求項1−21のいずれかに記載の方法。
- 請求項1−22のいずれかに記載の方法により生産される可溶化された穀物ふすま。
- 食品の生産のための請求項23に記載の可溶化された穀物ふすまの使用。
- 請求項1−5、7−22のいずれかに記載の方法において得られる可溶化された穀物ふすまを、食品の生産における可溶性および不溶性穀物ふすま原料の混合物として直接加える、請求項24に記載の使用。
- 食品がパン、朝食用のシリアル、パスタ、ビスケット、クッキー、スナックおよびビールからなる群から選択される、請求項24または25のいずれかに記載の使用。
- 請求項24−26のいずれかに記載の使用により得られる食品。
- a)1つまたはそれ以上の細胞壁修飾酵素;1つまたはそれ以上のデンプン修飾酵素、および所望により1つまたはそれ以上のさらなる酵素を含む酵素の組合せ、
b)請求項1−22のいずれかに記載の方法における使用のための指示書;および
c)所望により食品のための他の成分
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