JP2016520093A - 前処理ありのフェルラ酸の最適化抽出方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも１種の植物材料の処理によって得られ、多糖類も含有する、水相中に存在するフェルラ酸の抽出方法であって、前記方法が少なくとも次の工程：１）前記植物材料の処理、続いて固相とフェルラ酸および前記多糖類を含む水性液相とを回収するための固／液分離工程と、２）水性分画中に存在する、一方では、多糖類と、他方では、フェルラ酸とを選択的に分離するための前記液相の処理工程と、３）フェルラ酸濃縮流れを回収するためのフェルラ酸を含有する前記水性分画の濃縮工程と、４）固体形態でのフェルラ酸の回収工程とを含む方法が記載される。【選択図】図１

Description

本発明は、様々なタイプの工業、特に化学、化粧品、医薬、バイオテクノロジーまたは食品加工工業での原材料として天然フェルラ酸を利用するために高純度のそれを抽出することを目的として植物材料の処理によって得られる水性廃液中に存在する天然フェルラ酸の回収の分野に関する。本発明は非常に有利にも、精製フェルラ酸からの香味料の、特に食品香味料、特にバニリンの製造用途を見いだす。

フェルラ酸は、米、小麦、トウモロコシまたはオート麦などの多くの種子中に存在する。それはまた、廃トウモロコシ穀粒（デンプン製造）、バガス（サトウキビの変換）、ビート根パルプまたは、ソープストックと呼ばれる、米糠油の精製からの残渣などの、食品加工業の副産物中にも見いだされる。アルカリ性煮沸または酵素的処理後にふすま、米糠またはトウモロコシ糠の抽出によってフェルラ酸を回収することは公知の慣行である。残存固体植物材料の分離後に、８０重量％〜９９重量％の水からならびにまたフェルラ酸、多糖類および無機塩から構成される希薄水性流れが得られる。米国特許第５，２８８，９０２号明細書は、米糠油の精製から生じる残渣のアルカリ性煮沸のプロセスを記載している。フェルラ酸は、ヘキサンでの不純物の抽出後に再結晶によって精製される。特許出願国際公開第２００４／１１０９７５号パンフレットは、アルカリ性煮沸から生じる、トウモロコシ処理工場廃水（ｎｅｊａｙｏｔｅ）と呼ばれる、前記廃液の酸性化の工程と、次に合成樹脂または活性炭樹脂上へのフェルラ酸の吸着、続いて有機溶剤での溶出の工程と、最後に、再結晶工程とを特に実施することによる、トウモロコシ穀粒の、石灰との、煮沸からのジュースの直接処理を記載している。特許出願国際公開第２００１／０６７８９１号パンフレットは、水の存在下での押出による米糠の前処理、続いて、マンナーゼ、グルカナーゼまたはアラビナーゼなどの、セルラーゼのおよび／またはヘミセルラーゼの存在下での酵素的加水分解を記載している。フェルラ酸は、水性分画が可溶性多糖類の分画を生成するためにα−アミラーゼで処理されるのに対して、有機溶剤を使用して抽出される。

一般に、記載されている方法は、処理副産物、特に残存植物材料および多糖類の極めて部分的な実施で水のかなりの消費をもたらす。環境影響は最適化されず、したがって地下水の枯渇のおよび環境中へ排出される有機負荷の増加の一因になる。さらに、フェルラ酸精製段階中の多糖類の存在は、収率の顕著な損失をもたらし、このプロセスの経済的採算性を損なう。

したがって、先行技術の実施で遭遇する欠陥を改善するために、本発明は、向上した純度および増加した収率でフェルラ酸の製造をもたらすフェルラ酸のクリーンな抽出方法の実施を提案する。このようにして得られるフェルラ酸は、バイオ発酵プロセスによって天然バニリンへ有利に変換される。

本発明の主題は、少なくとも１種の植物材料の処理によって得られ、多糖類も含有する、水相中に存在するフェルラ酸の抽出方法であって、前記方法が少なくとも次の工程：
１）前記植物材料の処理、続いて固相とフェルラ酸および前記多糖類を含む水性液相とを回収するための固／液分離工程と、
２）水性分画中に存在する、一方では、多糖類と、他方では、フェルラ酸とを選択的に分離するための前記液相の処理工程と、
３）任意選択的に、フェルラ酸濃縮流れを回収するためのフェルラ酸を含有する前記水性分画の濃縮工程と、
４）固体形態でのフェルラ酸の回収工程と
を含む方法である。

特に処理される植物材料のために廃トウモロコシを使った、本発明による方法の好ましい変形、廃トウモロコシ穀粒からフェルラ酸および多糖類を解放するためのアルカリ性煮出による処理、限外濾過による多糖類の分離、および次にナノ濾過によるフェルラ酸の濃縮を統合する全体シーケンスを表す。

本発明の方法に従って、工程３）が実施される場合、工程２）および３）の順番は、いったん前記工程１）による処理が実施されていたら全く重要ではない。好ましくは、前記工程２）は、前記工程３）に先行する。工程２）および３）の順番がどうであろうと、本発明の方法の前記工程４）による回収工程にかけられる流れは、フェルラ酸の観点から濃縮されており、かつ、多糖類が実質的に激減している流れである、すなわち、それは、５００ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｍ未満の多糖類を含有する。

本発明に従って、多糖類の選択的な分離の工程およびフェルラ酸を含有する水性分画の濃縮の工程は、前記工程１）の終わりに得られる、前記水相の前処理の工程であり、その工程は、前記工程４）による実際のフェルラ酸の回収を進める前に実施される。

本発明の方法に使用される植物材料は有利には、ふすま、米糠、トウモロコシ糠、オート麦のふすま、廃トウモロコシ穀粒、バガス、ビート根パルプおよび米糠油の精製からの残渣、ならびにそれらの混合物から選択される。有利には、前記植物材料は、ふすま、米糠、トウモロコシ糠および廃トウモロコシ穀粒から選択される。

本発明の方法の前記工程１）による前記植物材料の処理は、出発植物のセルロースまたはヘミセルロースを構成するまたはそれらに結合した化学種を解放するために、植物材料をアルカリ性煮出におよび／または酵素的処理にかけることを含む。特に、前記工程１）による処理は、フェルラ酸および多糖類を解放する。好ましくは、前記工程１）による前記処理は、上述の植物原料の少なくとも１種のアルカリ性煮沸または煮出から少なくともなる。アルカリ性煮出による処理は、当初の化学種のいかなる構造的変化をも引き起こさず、それは単に、特定の官能基、特にエステル橋架けの加水分解による解放である。Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ（欧州指令）（２００８年１２月１６日の欧州議会のおよび欧州理事会のＲｅｇｕｌａｔｉｏｎ（ＥＣ）Ｎｏ．１３３４／２００８）の意義の範囲内で、そのような物理的処理は、解放された化合物、すなわちフェルラ酸および多糖類の天然性の判定基準を保存することを可能にする。

アルカリ性煮出による処理（工程１）は、前記植物材料をアルカリ性溶液またはアルカリ性懸濁液中で温浸することおよび煮沸することを含む。植物材料／アルカリ性溶液重量比は、０．０５〜０．５である。アルカリ性溶液中の塩基の含有率は、１重量％〜３０重量％である。この処理のために使用される塩基は有利には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび炭酸ナトリウムから選択される。アルカリ性煮出が実施される温度は優先的には、６０〜１２０℃である。この処理の操作時間は優先的には、２〜８時間である。アルカリ性煮出は有利には、攪拌スピンドルと、加熱ジャケットと、原料およびエネルギー移動状態を最適化することを可能にするカウンターパドルとを備えた攪拌タンクを用いて実施される。植物原料は、希薄アルカリ性溶液を含有する前記タンクへ導入される。煮出の終わりに、得られる混合物は２相混合物であり：固相は、植物細胞壁の構成要素セルロースおよびヘミセルロース繊維を含有し、一方、液相は、溶解した多糖類、基本糖類、無機塩、タンパク質および塩化フェルラ酸を含有する。

好ましくは、アルカリ性煮出工程における物質移動の質は、効率的なエネルギー移動と結び付け、かつ、混合物構成成分を接触させる高い剪断力係数（□＞５０００ｓ^−１）の技術を用いて最適化される。これらの技術の中で、二軸スクリュー押出機およびグラインダー−ホモジナイザーが特に挙げられてもよい。それらは、溶剤の量を最小限にするという利点を有し、連続的段階または並行段階で実施することができる。例えば、二軸スクリュー押出機では、流量、温度および内部ねじ山の配置（搬送、ブレンディングおよび／またはカウンタースクリュー）を細かく制御することによって、処理される植物材料およびアルカリ性溶液を連続的に供給することが可能である。様々なパラメータの細かい制御は、当業者に公知の慣行に従って実施される。二軸スクリュー押出機は、洗浄域を備えることができ、その洗浄域で、残存固体繊維のおよび溶解している多糖類と塩化フェルラ酸とを含有する液体アルカリ相のより容易なその後の分離を可能にするために押出物が洗浄水の流れで連続的に希釈される。その後の固／液分離をその場で実施するために押出機、とりわけ二軸スクリュー押出機にシースフィルターを備え付けることもまた有利である。

グラインダー−ホモジナイザーを用いる技術はまた、植物繊維を引き裂き、このようにしてアルカリ性溶液との接触を容易にするためにも有利である。それらは、回分モードでまたは連続モードで実施することができる。例えば、Ｕｌｔｒａ Ｔｕｒｒａｘ（登録商標）またはＦＲＹＭＡ（登録商標）型のグラインダーを利用することができる。これらのグラインダーは、アルカリ性溶液中に浸漬しながら用いることができるかまたはオンライン制御することができる。オンライングラインダーと攪拌タンクとは特に、十分な滞留時間（例えば２〜８時間のアリカリ性煮出）および植物繊維とアルカリ性溶液との間の接触の強化を有するように結び付けることができる。

高い剪断力係数を有する技術を、加水分解速度論を局所的に加速することによってフェルラ酸の解放をさらに激化させることができる、マイクロ波照射または超音波を用いる技術と結び付けることもまた有利である。

本発明の方法の前記工程１）による前記植物材料の処理はまた、酵素的処理からなることができる。酵素は、特定の官能基の、特に植物壁の構成エステル官能基の加水分解によってフェルラ酸のおよび多糖類の解放を行う。前記酵素は優先的には、セルラーゼ、ヘミセルラーゼおよびフェルロイルエステラーゼ、ならびにそれらの混合物から選択される。前記酵素は、商業的に入手可能である。酵素的処理は有利には、０．５〜２０時間の期間、２０℃〜７０℃の温度で実施される。フェルラ酸の解放を最大にするために上記のアルカリ性煮出を酵素的処理と結び付けること（アルカリ性酵素的煮出）が有利である。酵素的処理を押出による実施と結び付けること（酵素的押出）もまた有利である。

好ましくは、本発明による方法の前記工程１）による植物材料の前記処理は、アルカリ性煮出からまたはアルカリ性酵素的煮出からなる。

植物材料処理工程と、優先的にはアルカリ性煮出工程と組み合わせられた固／液分離工程は、例えば遠心分離によってまたは濾過によって実施される。遠心分離による実施は有利には、固相および液相の連続的分離を可能にするプレート遠心機または遠心分離デカンターを用いて実施される。固／液分離工程の終わりに得られる固相は、植物細胞壁の構成セルロース繊維およびヘミセルロース繊維を含有する。この固相は有利には、様々な用途に、特に動物飼料に利用することができる。前記固／液分離工程の終わりに得られる水性液相は、主として水から（少なくとも９０重量％）、特に多糖類の形態での、糖類から（有利には０．２重量％〜４重量％）、およびフェルラ酸から（有利には１０〜１０，０００ｐｐｍ）なる。前記水相は、塩基性であり、有利には９超のｐＨを有する。

本発明の方法に従って、前記工程１）による固／液分離後に得られる前記液相は、前記液相中に溶解した多糖類の選択的分離の工程（工程２）にかけられる。この分離工程は、一方では、多糖類から本質的になる水性分画と、他方では、フェルラ酸を含む水性分画との生成をもたらす。多糖類から本質的になる分画は、多糖類が、水以外の前記分画の化合物の少なくとも９０重量％を表すようなものである。前記選択的分離工程は有利には、液体クロマトグラフィーによって、液／液抽出によって、多糖類の選択的吸着によって、または限外濾過によって、非常に好ましくは限外濾過によって実施される。液体クロマトグラフィーに関しては、疑似移動床（ＳＭＢ）型の実行によって回分モードでまたは連続モードで実施されるサイズ排除クロマトグラフィー（例えば、会社Ｓｅｐａｘ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製のＳＲＴ（登録商標）ＳＥＣ相の使用）が有利である。液／液抽出に関しては、健康に無害であると考えられる非プロトン性の極性溶媒、特に酢酸エチルは、有機分画を多糖類で富ませることを可能にする。

好ましくは、多糖類の選択的分離の前記工程は、有機または無機膜、優先的には無機膜による限外濾過によって実施される。前記膜は、例えば、実際はセラミックまたはポリマー膜である。前記限外濾過工程２）を実施するために使用される前記膜は、その直径が２ｎｍ〜０．１μｍである細孔を有する。それは、１５，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モルの、膜によって完全に保持されるサイズからスタートするサイズであると定義される、カットオフ閾値を有する。有利には、このカットオフ閾値は、３５，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モル、好ましくは５０，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モル、好ましくは７５，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モル、さらに一層好ましくは１００，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モルであり得る。膜のカットオフ閾値は有利には、少なくとも５０，０００ｇ／モルであり得る。

前記限外濾過工程は有利には、１００℃よりも下の温度で実施される。それは優先的には、５〜１２のｐＨで実施される。

本発明による方法の工程２）に従って、限外濾過膜は、固／液分離から生じる液相中に存在する１５，０００ｇ／モル超のモル質量の、有機分子、特に多糖類を保持し、フェルラ酸塩の形態での、またはフェルラ酸／フェルラ酸塩混合物の形態でのフェルラ酸を含む水性分画（透過液）を通過させる。濃縮液は、（水以外の）化合物が主に多糖類である水性流れであり、多糖類は、水以外の、濃縮液を構成する化合物すべての少なくとも９０重量％、好ましくは少なくとも９５重量％を表す。固／液分離から生じる水性液相中に当初存在した多糖類の、少なくとも９０重量％、好ましくは少なくとも９５重量％、さらに一層好ましくは少なくとも９８重量％が、限外濾過膜によって保持される。限外濾過工程の終わりに濃縮液中に存在する前記多糖類は有利には、様々な用途に、特に動物飼料に利用される。

前記選択的分離工程の終わりに得られる、多糖類から本質的になる前記水性分画、優先的には工程２）の限外濾過濃縮液は有利には、多糖類により富む濃縮液と、極めて主に水（９９重量％超）からなる透過液とを与えるためにナノ濾過または逆浸透によって濃縮され、透過液は、植物材料処理工程、優先的にはアルカリ性煮出工程にリサイクルすることができる。

本発明による方法の任意選択の工程３）に従って、多糖類の選択的分離の工程から生じる、フェルラ酸を含む水性分画は、多糖類が激減しており、優先的には、前記限外濾過工程から生じる透過液は、濃縮フェルラ酸流れおよび精製水性流れを生成するために濃縮工程（工程３）にかけられる。濃縮工程から生じる前記濃縮流れ中のフェルラ酸濃度は有利には、その中にフェルラ酸が存在する、前記工程２）から生じる水性分画のそれの少なくとも２倍である。

前記濃縮工程は有利には、蒸発濃縮工程か、特にナノ濾過によるかまたは逆浸透による、膜分離工程かのどちらかを実施することを含む。

本発明による方法の前記工程３）の第１の好ましい実施形態によれば、前記限外濾過工程から生じる透過液は、好ましくは大気圧よりも下の圧力で動作するスクレイプトフィルムエバポレーター、流下式薄膜エバポレーターまたはトリプルエフェクトエバポレーターによって実施される蒸発濃縮による濃縮の工程にかけられる。限外濾過工程から生じる透過液は、フェルラ酸が、前記透過液中よりも、少なくとも２倍、または４倍さえも、より濃縮されている濃縮物の状態にあり、純水からなる留出物が回収され、植物材料処理工程（工程１）に、特にアルカリ性煮出工程にリサイクルすることができる。

本発明による方法の前記工程３）の第２の好ましい実施形態によれば、前記限外濾過工程から生じる透過液は、有機または無機膜、優先的には有機膜によって実施されるナノ濾過工程にかけられ、膜の脱塩度（膜を通過しない溶質の百分率に等しいと定義される）は、少なくとも８０％に等しい、好ましくは少なくとも９５％に等しい、優先的には少なくとも９８％に等しい。前記膜は市販の膜である。より好ましくは、前記ナノ濾過工程を実施するために使用される前記膜は、１つもしくは複数のポリマーから、例えばポリアミドから構成され、９８％超のＭｇＳＯ_４脱塩率を有する。

本発明による方法の前記工程３）の第３の好ましい実施形態によれば、前記限外濾過工程から生じる透過液は、その細孔径が０．１〜１ｎｍである膜によって実施される逆浸透工程にかけられる。有機または無機膜、優先的には有機膜が使用される。前記膜は市販の膜である。より好ましくは、前記ナノ濾過工程を実施するために使用される前記膜は、１つもしくは複数のポリマーから、例えばポリアミドから構成され、８０％超、好ましくは９８％超、優先的には９９％超のＭｇＳＯ_４脱塩率を有する。

ナノ濾過または逆浸透（記載された第２および第３実施形態）によって実施される、前記膜分離工程は有利には、６０℃よりも下の温度で実施される。それは優先的には、９未満のｐＨで実施される。したがって、多糖類の選択的分離の前記工程２）が実施されるｐＨに依存して、ｐＨは、前記濃縮工程３）の前に調整することができる。

本発明による方法の前記工程３）の第２および第３の好ましい実施形態に従って、膜分離を行う膜は、精製水（透過液）の流れを通過させ、そして濃縮フェルラ酸流れ（濃縮液）（フェルラ酸塩の形態でまたはフェルラ酸／フェルラ酸塩の混合物の形態で）を保持する。前記工程３）から生じる透過液は精製水からなり、その不純物の、特に多糖類およびフェルラ酸の含有率は、微小である、すなわち、０．１重量％未満（模擬例を基準として）、またはゼロでさえである。精製水をベースとする透過液は有利には、その中にフェルラ酸が本発明の方法に従って抽出されている水性液相を生成する植物材料処理工程にリサイクルされる。これは、したがって植物材料を処理する、特に植物のアルカリ性煮出のためのプロセスでの飲料水の消費の注目に値する減少をもたらす。前記工程３）の前記第２および第３の好ましい実施形態に従って濃縮液に得られるような、用語「濃縮フェルラ酸流れ」は、フェルラ酸および／またはフェルラ酸塩の濃度が、前記工程３）が実施された後に少なくとも２倍になることを意味することを意図する。

工程３）が実施されない本発明の方法の実施形態によれば、前記工程２）から生じるフェルラ酸を含有する水性分画は、優先的にはそれをあらかじめ蒸発濃縮処理にかけながら、結晶性固体形態での回収の工程に直接送られる。

本発明による方法の工程４）に従って、前記工程３）から生じる濃縮物または濃縮液を形成する前記フェルラ酸含有流れは、フェルラ酸を結晶性固体形態で回収するために処理される。

好ましくは、フェルラ酸を固体結晶性形態で回収する前記工程は、結晶化または噴霧化によって実施される。非常に好ましくは、本発明による方法の工程４）による前記回収工程は、結晶化によって実施される。

フェルラ酸を固体形態で回収する工程、好ましくは結晶化工程は優先的には、フェルラ酸がフェルラ酸塩形態にもしくはフェルラ酸／フェルラ酸塩の混合物の形態にある、前記濃縮流れを酸性化することを含むかまたは前記濃縮流れの吸着の工程からなる前記フェルラ酸濃縮流れを処理する工程に先行される。

酸性化による、結晶化前の、処理に関しては、いかなる無機酸も、特に硫酸、リン酸または塩酸も好適である。酸性化は、７未満、優先的には５未満のｐＨを有するフェルラ酸流れを得るために実施される。

吸着による、結晶化前の、処理に関しては、前記工程３）から生じる前記フェルラ酸濃縮流れは、フェルラ酸および／またはフェルラ酸塩をその表面上へ吸着することができる吸着材と接触させられる。本発明の方法に有利に使用される吸着材の中に特に、活性炭およびポリマー、イオン交換樹脂、吸着樹脂またはサイズ排除樹脂が挙げられ得る。前記吸着材は有利には、攪拌反応器中かカラム中かのどちらかに入れられる。前記吸着工程は有利には、４０℃よりも下の温度で実施される。吸着が完了したときに、吸着材は、濾過によって回収されるかまたはフェルラ酸を回収するためにカラム中で溶離によって再生される。好ましくは、アルコール、特にエタノール、または塩がフェルラ酸を溶離するために使用される。前記フェルラ酸濃縮流れの組成がまた溶離剤の選択を導く。溶離剤が塩であり、そして、その結果として、フェルラ酸が水性分画中にある場合、前記水性分画は、フェルラ酸が沈澱するように酸性化される。溶離剤がアルコールである場合、アルコール分画は、フェルラ酸を固体形態で回収するために蒸発させられる。このようにして回収されたフェルラ酸は、それが高純度試薬の使用を要求する様々なプロセスにおいて出発原料としてその後使用されるには不十分である純度を有する。したがって、フェルラ酸は、その純度を高めるために再結晶化工程にかけられる。前記再結晶化工程は有利には水から実施される。

本発明による方法の工程４）に従ったフェルラ酸の結晶化または再結晶化は、フェルラ酸が存在する媒体を冷却するかまたは濃縮することによって実施される。

優先的には１℃〜１０℃の温度への、冷却による結晶化は、フェルラ酸結晶の形成をもたらす。フェルラ酸結晶は次に有利には、濾取され、洗浄され、次に乾燥させられる。結晶化は、内部交換器および／またはジャケットでの伝熱流体の循環付き攪拌反応器（晶析装置として知られる）中でなどの、従来用いられている装置中で実施される。結晶性フェルラ酸は有利には、５０〜１００℃の温度で乾燥させられる。前記乾燥は、例えば、大気圧のもしくは減圧下の接触乾燥機、または空気もしくは不活性ガスを使った対流乾燥機を用いる、当業者に周知の技術によって実施される。フェルラ酸はまた、流動床技術によって乾燥させることができる。結晶化の終わりに得られる、母液および洗浄水は有利には、処理するおよび／または精製するために精製プラントに送られる。

濃縮による結晶化は一般に、フェルラ酸が存在する水を蒸発させることを含む。この蒸発工程は一般に、真空下に実施される。それは、当業者に周知の慣行に従って実施される。

本発明による方法の実施の終わりに、得られる天然フェルラ酸は、一般に９５％超、さらに一層好ましくは９９％超の、高純度を有する。

このようにして得られる高純度フェルラ酸は有利には、微生物、例えばストレプトミセス・セトニイ（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ ｓｅｔｏｎｉｉ）菌株の存在下で天然バニリンを生産するためにバイオ発酵プロセスに使用される。フェルラ酸から、そしてそのような菌株の存在下で天然バニリンを生産するためのそのようなプロセスの実施は、欧州特許第０ ７６１ ８１７号明細書および欧州特許第０ ８８５ ９６８号明細書に記載されており、高いバニリン収率をもたらす。本発明の主題はまた、
− 前に記載されたように、少なくとも１種の植物材料の処理によって得られ、多糖類も含有する、水相中に存在するフェルラ酸の抽出と、
− このようにして得られるフェルラ酸の、微生物の存在下でのバイオ発酵プロセスによる天然バニリンへの変換と
を含む、天然バニリンの生産方法である。

図１は、特に処理される植物材料のために廃トウモロコシを使った、本発明による方法の好ましい変形、廃トウモロコシ穀粒からフェルラ酸および多糖類を解放するためのアルカリ性煮出による処理、限外濾過による多糖類の分離、および次にナノ濾過によるフェルラ酸の濃縮を統合する全体シーケンスを表す。図１の略図はまた、その後動物飼料に利用される、多糖類を濃縮するためのナノ濾過による限外濾過濃縮液の精製を示す。この略図はまた、本発明による方法の実施において、ナノ濾過工程から生じる精製水性流れをアルカリ性煮出工程にリサイクルすることが有利であることを示す。

本発明は、以下の実施例によって例示される。

実施例１（発明）
廃トウモロコシ穀粒（デンプン工業からの残渣）を、５０ｋｇ／ｈの流量で二軸スクリュー押出機（Ｂａｔｔｅｎｆｉｅｌｄ−Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ ＢＥＸ２−２８Ｄ）の供給口へ導入する。二軸スクリュー押出機は、供給セクションに加えて６つの区画を含み、１００℃の温度に加熱される。６つの区画は、一連の搬送要素、ブレンディング要素、対圧ねじ山および二軸スクリューの終わりの洗浄域を表す。１０重量％での水酸化ナトリウムの溶液を、２５ｋｇ／ｈの流量で押出機の第２区画に導入する。洗浄水の流れを、４００ｋｇ／ｈの流量で最終区画に導入する。二軸スクリュー押出機を出る、結果として生じるアルカリ性煮出流れを、５ｍ^３の貯蔵タンクに回収し、そこでそれを周囲温度に戻す。

水性のアルカリ性煮出流れを、溶解した多糖類およびフェルラ酸を含有する液相から懸濁液中の残存固形分を分離するためにＦｌｏｔｔｗｅｇ（登録商標）型のプレート遠心機を用いて連続的に遠心分離する。フェルラ酸ナトリウムの形態でおおよそ６００ｐｐｍのフェルラ酸とおおよそ５０００ｐｐｍの高分子量（３０００ｇ／モル超）多糖類とを含有する浄化水性液相がこうして得られる。

アルカリ性煮出が起源である、そして６．１ｇのフェルラ酸と多糖類の形態での４９ｇの糖類とを含有する１０ｋｇの浄化水性液相を取る。この流れのｐＨは、ｐＨ＝１１．３に等しい。浄化流れを、硫酸を添加することによってｐＨ＝７にし、次に、濃縮液中に残る３００，０００ｇ／モル超の質量を有する多糖類とフェルラ酸塩形態で透過液中へと通るフェルラ酸とを分離するために５０℃の温度で、ＴｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３をベースとする一体式支持体と３００，０００ｇ／モルのカットオフ閾値を有するＺｒＯ_２−ＴｉＯ_２をベースとする活性層とを有する市販のセラミック限外濾過膜（Ｋｅｒａｓｅｐ（登録商標）ＢＸ ３００ＫＤ）で処理する。４８．５ｇの糖類（多糖類）と１．１ｇのフェルラ酸とを含有する３ｋｇの濃縮液が得られる。５ｇのフェルラ酸を含有する７ｋｇの限外濾過透過液が集められる。透過液を、Ａｌｆａ Ｌａｖａｌ ＮＦ ９９市販ナノ濾過膜上へ導入する。使用されるナノ濾過膜は、少なくとも９８％の２５℃でのＭｇＳＯ_４脱塩度の０．３４ｍ^２の表面積を有するポリアミドらせん状膜である。それは、５０℃の温度で１５０ｇ／モル〜３００ｇ／モルのカットオフ閾値を有する。この処理は、精製水の流れに相当する透過液：廃トウモロコシ穀粒のアルカリ性煮出の工程に直接再使用可能な、１３０ｐｐｍのフェルラ酸を含有する５．７５ｋｇと、濃縮フェルラ酸流れに相当する濃縮液：４．２５ｇのフェルラ酸を含有する１．２５ｋｇとを得ることを可能にする。

ナノ濾過工程で回収された濃縮液を、フェルラ酸を沈澱させるために硫酸を添加することによってｐＨ＝３〜４に酸性化し、次に２℃に冷却する。固体を濾取し、次に水で３回洗浄して、乾燥後に、４ｇの９８％純度のフェルラ酸を得る。廃トウモロコシ穀粒のアルカリ性煮出から浄化水相中に含有されるフェルラ酸の抽出の全収率は６５．５％に等しい。

多糖類を含有する限外濾過濃縮液はまた、おおよそ１００ｐｐｍのフェルラ酸を含有する精製水の流れに相当する透過液を得るためにナノ濾過によって濃縮することができ、その透過液は、アルカリ性射出工程にリサイクルすることができ、濃縮多糖類の流れに相当する濃縮液は、動物飼料に直接に、またはアルカリ性射出工程後に分離される固体残渣との混合物として利用可能であり得る。

Claims (18)

1. 少なくとも１種の植物材料の処理によって得られ、多糖類も含有する、水相中に存在するフェルラ酸の抽出方法であって、前記方法が少なくとも次の工程：
   １）前記植物材料の処理、続いて固相と前記フェルラ酸および前記多糖類を含む水性液相とを回収するための固／液分離工程と、
   ２）水性分画中に存在する、一方では、前記多糖類と、他方では、前記フェルラ酸とを選択的に分離するための前記液相の処理工程と、
   ３）任意選択的に、フェルラ酸濃縮流れを回収するための前記フェルラ酸を含有する前記水性分画の濃縮工程と、
   ４）固体形態での前記フェルラ酸の回収工程と
   を含む方法。
2. 前記植物材料が、ふすま、米糠、トウモロコシ糠、オート麦のふすま、廃トウモロコシ穀粒、バガス、ビート根パルプおよび米糠油の精製からの残渣、ならびにそれらの混合物から選択される、請求項１に記載の方法。
3. 前記植物材料の前記処理が、前記植物材料をアルカリ性煮出におよび／または酵素的処理にかけることを含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. アルカリ性煮出による前記処理が、前記植物材料をアルカリ性溶液またはアルカリ性懸濁液と接触させること、およびそれをそれらの中で煮沸することを含む、請求項３に記載の方法。
5. アルカリ性煮出による前記処理が、二軸スクリュー押出機またはグラインダーホモジナイザーによって実施される、請求項３または請求項４に記載の方法。
6. 前記固／液分離工程の終わりに得られる前記水性液相が、水、糖類およびフェルラ酸から主としてなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記多糖類の選択的分離の前記工程が、液体クロマトグラフィーによって、液／液抽出によって、前記多糖類の選択的吸着によってまたは限外濾過によって実施される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記限外濾過が、有機または無機膜によって実施される、請求項７に記載の方法。
9. 前記膜が、５０，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モルのカットオフ閾値を有する、請求項８に記載の方法。
10. 前記限外濾過が、５〜１２のｐＨで実施される、請求項７〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記固／液分離から生じる前記水性液相中に当初存在する前記多糖類の少なくとも９０重量％が、前記限外濾過膜によって保持される、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記濃縮工程が、蒸発濃縮工程か、ナノ濾過によるかまたは逆浸透による膜分離工程かのいずれかを実施することを含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記膜分離工程が、９未満のｐＨで実施される、請求項１２に記載の方法。
14. フェルラ酸および／またはフェルラ酸塩の濃度が、前記工程３）が実施された後に少なくとも２倍になる、請求項１２または請求項１３に記載の方法。
15. 工程４）による前記回収工程が、結晶化によって実施される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記フェルラ酸の前記結晶化が、前記濃縮流れを酸性化することを含むかまたは前記濃縮流れの吸着の工程からなる、前記フェルラ酸濃縮流れの処理の工程によって進行する、請求項１５に記載の方法。
17. 微生物の存在下で天然バニリンを生産するためにバイオ発酵プロセスでの、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の前記抽出方法によって得られるフェルラ酸の使用。
18. 天然バニリンの製造方法であって、
    − 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の、少なくとも１種の植物材料の処理によって得られ、多糖類も含有する、水相中に存在するフェルラ酸の抽出工程と、
    − このようにして得られるフェルラ酸の、微生物の存在下でのバイオ発酵プロセスによる天然バニリンへの変換工程と
    を含む、方法。
    

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