Способ получения из злакового зерна пентоз и растворимых олиго/полисахаридов на основе пентозы, включающий технологию удаления оболочек

Способ получения из злакового зерна пентоз и растворимых олиго/полисахаридов на основе пентозы, включающий технологию удаления оболочек

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу извлечения из злакового зерна и отделения растворимых продуктов арабиноксилана, таких как пентозы и/или растворимые олиго/полисахариды на основе пентозы, которые можно использовать в качестве ингредиентов пищевых продуктов и напитков, косметических продуктов и кормов, а также в качестве дрожжевого вещества или основания для химической модификации.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Арабиноксиланы (АХ) являются важной составляющей стенок клеток злаковых зерен. АХ являются углеводами, состоящими из каркаса β-1,4-соединенных фрагментов D-ксилопиранозида (ксилозы), которые являются незамещенными, однозамещенными отдельным фрагментом α-L-арабинофуранозида (арабинозы) в C-(O)-2 или C-(O)-3 или двузамещенными отдельными фрагментами α-L-арабинофуранозида в C-(O)-2 и C-(O)-3 (Izydorczyk и Biliaderis, 1995; Andersson и Aman, 2001;). Таким образом, пентозы ксилоза и арабиноза являются главными строительными блоками АХ, и поэтому АХ также называются пентозанами. Менее распространенные заместители, прикрепленные в точке C-(O)-2 фрагментов ксилозы, могут быть глюкуроновой кислотой, 4-O-метил глюкуроновой кислотой или короткими олигомерами, состоящими из L-арабинозы, D-ксилозы, D-галактозы, D-глюкозы и/или уроновыми кислотами, при этом ацетильные группы могут быть соединены с точками C-(O)-2 и/или C-(O)-3 фрагментов ксилозы. Гидроксикоричные кислоты, главным образом феруловая кислота и в меньшей степени дигидродиферуловая кислота, п-кумаровая кислота и синаповая кислота, присутствуют также в качестве заместителей, и обычно соединены с точкой C-(O)-5 конечных фрагментов арабинозы (Izydorczyk и Biliaderis, 1995; Andersson и Aman, 2001).

Кроме общей структурной особенности замещения каркаса ксилозы арабинозой, АХ злакового зерна образуют очень неоднородную группу углеводов. Наблюдались большие колебания степени замещения арабинозы и природы и встречаемости менее распространенных заместителей, и не только при сравнении различных образцов злаков, но и при сравнении различных тканей одного образца злака (Antoine и др., 2003; Barron и др., 2007). В общем случае было признано, что АХ злаков обладают степенью полимеризации (СП) в пределах 1500-15000, хотя сложно определить их точный молекулярный вес из-за частичного разложения, которое обычно происходит во время извлечения и очищения (Broekaert и др., 2011).

В общем, злаковые зерна содержат от 5 до 10% АХ. Однако АХ не распределены равномерно по различным тканям злакового зерна. Особенно богатыми на АХ являются внешние слои злакового зерна, что объясняет распространенную практику сначала физически разделить на фракции злаковое зерно для получения фракции, обогащенной внешними слоями (обычно называется «отруби»), которая будет служить в качестве исходного материала для получения производных от АХ продуктов. Однако основная часть АХ из внешних слоев злакового зерна не извлекается водой и не может быть отделена в своем естественном состоянии, поскольку она неразрывно связана с другими материалами стенок клеток как ковалентными, так и нековалентными взаимодействиями. В результате отделение основной фракции АХ от отрубей включает в себя по меньшей мере частичную гидролитическую деполимеризацию АХ. Кроме того, деполимеризация АХ также крайне желательна с прикладной точки зрения. Конечно, высокая вязкость, которая является следствием большой молекулярной массы АХ, часто нежелательно во многих областях применения АХ.

Сольюбилизированные продукты деполимеризации АХ находят применение в различных областях согласно своей СП. Например, арабиноксилан-олигосахариды (AXOS) недавно обнаружили свойства пребиотика (Cloetens и др., 2008; Courtin и др., 2008; Van Craeyveld и др., 2008; Broekaert и др., 2011). Поэтому составы, содержащие AXOS, имеют большой потенциал в качестве ингредиента продуктов питания, напитков и кормов. АХ также может использоваться в качестве ингредиента для косметических препаратов. Пентозы ксилоза и арабиноза могли бы использоваться для ферментации, например, для производства этанола, если бы штаммы дрожжей были разработаны таким образом, чтобы они могли использовать и выполнять ферментацию ксилозы и арабинозы (Hahn-Hägerdal и др., 2007). Пентоза ксилоза может использоваться в фармацевтической, косметической и пищевой промышленности, а также в качестве субстрата для ферментативного или химического превращения в ксилол, который может использоваться как неканцерогенный подсластитель. Пентоза арабиноза широко используется в качестве промежуточного продукта в производстве лекарственных препаратов, таких как нуклеозидные аналоги противовирусных препаратов.

Было описано несколько способов получения пентоз или олигосахаридов на основе пентоз из отрубей злаков.

Продукты деполимеризации АХ можно получить из отрубей злаков путем водного извлечения в присутствии ферментов эндоксиланазы (ПМЗ 02/067698; ПМЗ 2006/027529; Maes и др., 2004; Swennen и др., 2006). Преимущество этих способов состоит в том, что они основаны на щадящем режиме извлечения; однако, уровни возврата АХ обычно ограничены из-за недоступности ферментам важной части АХ злакового зерна.

Более высокие уровни возврата можно получить в условиях щелочного выделения (US 3879373; WO 98/31713). Также были описаны способы выделения, в которых использовалась комбинация щелочи и пероксида (Maes и Delcour, 2001; Hollmann и Lindhauer, 2005). Главный недостаток этих методов состоит в том, что шаг выделения с высокой концентрацией щелочи является агрессивным к окружающей среде и требует затратного удаления химикатов из различных производственных потоков. Кроме того, АХ, выделенные из щелочных растворов, имеют большую молекулярную массу, и в большинстве случаев все еще требуется дополнительная обработка эндоксиланазы (Yamada и др., 1993; Beaugrand и др., 2004) для получения продуктов деполимеризации АХ с требуемой молекулярной массой. Наконец, АХ, выделенные из щелочных растворов, свободны от заместителей гидроксикоричной кислоты (Hollmann и Lindhauer, 2005), вероятнее всего вследствие омыления эфирной связи. Отсутствие заместителей гидроксикоричной кислоты может быть недостатком при использовании таких составов в пищевых и косметических продуктах, поскольку заместители гидроксикоричной кислоты придают АХ или AXOS требуемые антиоксидантные свойства (Опта и др., 1997; Yuan и др., 2005; Vitaglione и др., 2008).

Более высокие уровни возврата можно получить в условиях кислотного выделения. Были описаны различные способы выделения из кислых растворов при высокой температуре (Sanjust и др., 2004; Palmarola-Adrados и др., 2005; WO 2010/088744). Однако, вследствие катализируемого кислотой экстенсивного гидролиза полисахаридных связей, эти способы в основном больше подходят для получения пентоз, чем олигосахаридов на основе пентоз.

Наконец, высокие уровни возврата можно получить в водных растворах при использовании гидротермической обработки при высоком давлении и высокой температуре, что приводит к автогидролизу АХ (Garrote и др., 2002; Kabel и др., 2002; Carvalheiro и др., 2004; Rose и Inglett, 2010). Потенциальным недостатком такой обработки является освобождение значительного количества свободных моносахаридов, что не всегда является желательным. Кроме того, условия, приводящие к автогидролизу АХ, также приводят к образованию продуктов разложения пентозы, таких как фурфурол.

Отруби обычно получают как побочный продукт помола злакового зерна в вальцовой мельнице. В вальцовой мельнице злаковое зерно измельчает за счет действия пары вальцов, вращающихся в противоположных направлениях, и сит, которые используются для разделения фракций перемолотого злакового зерна. Отруби, полученные вальцовым помолом, содержат ряд различных тканей, включая перикарпий, семенную оболочку, гиалиновый слой, алейрон, а также небольшие части крахмалсодержащего эндосперма (Delcour и Hoseney, 2010). Известно, что указанные ткани не только имеют различное содержание АХ, но АХ из разных тканей также отличаются по структуре и, следовательно, по доступности для эндоксиланазами. Более конкретно, меньшее количество замещенных арабинозой АХ из алейрона, и гиалиновый слой, по-видимому, хорошо сольюбилизируется за счет действия эндоксиланаз, хотя это в гораздо меньшей степени характерно для более сложных АХ из перикарпия (Benamrouche и др., 2002; Ordaz-Ortiz и др., 2005; Van Craeyveld и др., 2010).

Другим способом получения отрубей злаков является удаление оболочек. Удаление оболочек является контролируемым удалением внешних слоев злакового зерна, но при этом остальная часть зерна остается, по существу, нетронутой. Удаление оболочек можно осуществлять трением (лущением), то есть посредством трения злаковых зерен между собой, и истиранием (обрушением), то есть посредством абразивного воздействия абразивной механической поверхности на злаковые зерна, а также путем комбинирования указанных методов (Нетегу и др., 2007).

Целью настоящего изобретения является предоставление более экономичных способов извлечения и отделения растворимых продуктов АХ из зерна злака по сравнению с известными способами предшествующего уровня техники. Повышение экономической эффективности основано на альтернативных способах получения отрубей из злакового зерна, которые дают более высокие уровни выхода отрубей в составах растворимых продуктов АХ. Неожиданно было установлено, что, хотя для отрубей, полученных путем удаления оболочек злаковых зерен, по сравнению с отрубями, полученными путем вальцового помола, не были достигнуты более высокие выходы, такие более высокие выходы были получены для отрубей, приготовленных путем вальцового помола злакового зерна с частично удаленными оболочками.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предоставляет способ извлечения и отделения растворимых продуктов арабиноксилана из злакового зерна. Такой растворимый продукт арабиноксилана предпочтительно является растворимыми арабиноксиланом, арабиноксилан-олигосахаридами, ксилозой, арабинозой, феруловой кислотой или смесью перечисленных веществ. Вышеупомянутый способ включает частичное удаление оболочек цельных злаковых зерен для получения злаковых зерен с частично удаленными оболочками с последующим вальцовым помолом вышеупомянутых злаковых зерен с частично удаленными оболочками для получения отрубей злаков. Данный способ также включает заливку водой по меньшей мере части вышеупомянутых отрубей злаков, дополнительно включая одновременную или последовательную обработку залитой мягкой массы ферментным препаратом, кислотой, основой, пероксидом или их комбинациями с целью повышения растворимости и дополнительной деполимеризации фракции арабиноксилана, содержащейся в вышеупомянутых отрубях злаков. Вышеупомянутая обработка предпочтительно была выполнена с помощью ферментного препарата, содержащего эндоксиланазу. Данный способ также включает отделение от вышеупомянутой мягкой массы сольюбилизированной фракции, которая включает, по меньшей мере, часть сольюбилизированных растворимых продуктов арабиноксилана.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Определения

В контексте настоящего изобретения термин «злак» относится к растениям семейства Роасеае (мятликовые), включая, помимо прочего, такие виды, как пшеница (твердая пшеница), тритикале, ячмень, овес, рожь, сорго, кукуруза и рис.

В контексте настоящего изобретения термины «злаковое зерно» и «зерно» относятся к естественным зерноподобным плодам злаковых растений, так же известных как зерновка, которые состоят из перикарпия, семенной оболочки, гиалинового слоя, алейрона, крахмалсодержащего эндосперма и зародышевых тканей. В контексте настоящего изобретения термины «злаковое зерно» и «зерно» также относятся к материалу, который остается, когда с естественных зерноподобных плодов злаковых растений снимаются внешние слои, но при этом зерноподобная структура внутренних слоев остается, по существу, нетронутой. В контексте настоящего изобретения термины «цельные злаковые зерна» и «цельные зерна» относятся к злаковым зернам, которые не подвергались какой-либо обработке, включающей удаление соответствующего количества внешних слоев зерна. Вследствие этого, такие «цельные злаковые зерна» и «цельные зерна» содержат, по существу, нетронутые перикарпий и семенную оболочку.

В контексте настоящего изобретения термины «злаковые отруби» и «отруби» относятся к фракции злакового зерна, которая (a) является существенно обогащенной в какой-либо или во всех тканях, которые отбираются из перикарпия, семенной оболочки, гиалинового слоя и алейрона, по сравнению с злаковым зерном, из которого ее получают, и/или (b) имеет существенно более низкое содержание крахмала, чем злаковое зерно, из которого она получена.

В контексте настоящего изобретения термины «злаковая мука» и «мука» относятся к фракции молотого злакового зерна, которая (a) является существенно обогащенной в ткани крахмалсодержащего эндосперма по сравнению с злаковым зерном, из которого ее получают, и/или (b) имеет существенно более высокое содержание крахмала, чем злаковое зерно, из которого она получена.

В контексте настоящего изобретения термин «вальцовый помол» относится к любому способу измельчения злакового зерна и разделения молотого злакового зерна на, по меньшей мере, одну фракцию отрубей и одну фракцию муки. Упомянутый способ также отличается тем, что для помола злакового зерна используются пары вальцов, вращающихся в противоположном направлении, и тем, что для отделения фракций молотого злакового зерна используются сита.

В контексте настоящего изобретения термин «удаление оболочек» относится к любому способу удаления внешних слоев злакового зерна без помола или какого-либо другого способа измельчения злакового зерна, преимущественно с минимальными повреждениями или без повреждения или нарушения нижележащих слоев злакового зерна, то есть, например, с минимальным разламыванием злакового зерна или минимальным выкрашиванием или царапанием вышеупомянутых нижележащих слоев злакового зерна. Примерами методик удаления оболочек являются лущение (удаление оболочек с помощью трения злаковых зерен между собой) и обрушение (удаление оболочек за счет абразивного воздействия абразивной механической поверхности на злаковые зерна).

В контексте настоящего изобретения термин «частичное удаление оболочек» относится к любому способу удаления оболочек, который позволяет получать злаковое зерно, из которого можно получить существенное количество отрубей с помощью последующего вальцового помола или последующего удаления оболочек. В контексте настоящего изобретения термины «злаковое зерно с частично удаленными оболочками» и «зерно с частично удаленными оболочками», сокращенные как DBG, относятся к злаковому зерну, полученному путем частичного удаления оболочек с злакового зерна.

В контексте настоящего изобретения термин «отруби с удалением оболочек», сокращенный как DBB, относится к отрубям, полученным путем удаления оболочек с злакового зерна.

В контексте настоящего изобретения термин «отруби вальцового помола», сокращенный как RMB, относится к отрубям, полученным путем вальцового помола злакового зерна.

В контексте настоящего изобретения термин «средний диаметр частицы» относится к 50^му процентилю диаметра частицы (D₅₀), то есть значение распределения диаметров частиц по массе таково, что 50% массы частиц имеют диаметр, меньший или равный этому значению. Распределение диаметров частиц преимущественно определяется с помощью стандартного ситового анализа, включающего колонну с последовательно вложенными ситами, отличающимися размерами ячеек.

В контексте настоящего изобретения термин «эндоксиланаза» относится к ферменту, который способен гидролизировать внутренние связи гликозила, связывающие фрагменты ксилозы в ксилоза-содержащих полисахаридах. Такие связи гликозила могут быть, например, связью β-1,4-гликозил в фрагментах β-D-ксилопиранозил-1,4-β-D-ксилопиранозил таких полисахаридов. Эндоксиланазы можно извлечь из большого количества организмов, включая растения, грибковые (например, аспергиллы (Aspergillus), пенициллум (Penicillium), Disporotrichum, нейроспора (Neurospora), фузариоз (Fusarium), Humicola, триходерма лигнорум (Trichoderma) и бактерии (например, палочковидная бактерия (Bacillus), аэромонады (Aeromonas), стрептомицеты (Streptomyces), Nocardiopsis, Thermomyces, Thermotoga) (смотрите, например, WO 92/17573, WO 92/01793, WO 91/19782, WO 94/21785). Серийно выпускаемые очищенные или частично очищенные препараты эндоксиланазы включают, помимо прочего, Frimase™ В210 (Puratos), Shearzyme™ (Novozymes), Biofeed Wheat™ (Novozymes), Pentopan™ Mono BG (Novozymes), Pentopan™ 500 BG (Novozymes), Pulpzyme™ (Novozymes), Ecopulp™ (AB Enzymes), Veron™ 191 (AB Enzymes), Veron™ Special (AB Enzymes), Multifect™ CX12L (Genencor/Danisco), Spezyme™ CP (Genencor/Danisco), Grindamyl™ H640 (Danisco) и Grindamyl™ Powerbake™ (Danisco).

В контексте настоящего изобретения термин «арабиноксилан», сокращенный как АХ, относится к полимерам, состоящим из каркаса из β-1,4-соединенных фрагментов D-ксилопиранозида (ксилозы) со степенью полимеризации выше 100. Фрагменты ксилозы являются незамещенными, однозамещенными отдельным фрагментом α-L-арабинофуранозида (арабинозы) в C-(O)-2 или C-(O)-3 или двузамещенными отдельными фрагментами α-L-арабинофуранозида в C-(O)-2 и C-(O)-3. Другие заместители, такие как ацетил, α-глюкуронил, α-4-O-метилглюкуронил, галактуронил, ксилозил, рамнозил, галактозил, боковые цепи глюкозила или боковые цепи олигосахарида, могут быть прикреплены к одному или нескольким фрагментам ксилозы, а гидроксикоричные кислоты, такие как феруловая кислота, дегидродиферуловая кислота, п-кумаровая кислота, кофеиновая кислота или синаповая кислота, могут быть соединены с одним или несколькими фрагментами арабинозы.

В контексте настоящего изобретения термин «арабиноксилан-олигосахариды», сокращенный как AXOS, относится ко ксилоолигосахаридам, арабиноксилоолигосахаридам или смесям ксилоолигосахаридов и арабиноксилоолигосахаридов. Ксилоолигосахариды относятся к поли- или олигосахаридам, состоящим исключительно из незамещенных β-(1-4)-соединенных фрагментов D-ксилопиранозила (ксилозы) со степенью полимеризации в пределах от 2 до 100. Арабиноксилоолигосахариды относятся к поли- или олигосахаридам, состоящим из каркаса из β-(1-4)-соединенных фрагментов D-ксилопиранозила (ксилозы) со степенью полимеризации каркаса в пределах от 1 до 100 и с, по меньшей мере, одним фрагментом α-L-арабинофуранозила (арабинозы), соединенным с одним фрагментом ксилозы каркаса на молекулу. Другие заместители, такие как ацетил, α-глюкуронил, α-4-О-метилглюкуронил, галактуронил, ксилозил, рамнозил, галактозил, боковые цепи глюкозила или боковые цепи олигосахарида, могут быть прикреплены к одному или нескольким фрагментам ксилозы, а гидроксикоричные кислоты, такие как феруловая кислота, дегидродиферуловая кислота, п-кумаровая кислота, кофеиновая кислота или синаповая кислота, могут быть соединены с одним или несколькими фрагментами арабинозы.

В контексте настоящего изобретения термин «AX(OS)» относится как к АХ, так и к AXOS, которые были определены выше.

В контексте настоящего изобретения термин «продукты деполимеризации арабиноксилана» относится к арабиноксилан-олигосахаридам, ксилозе, арабинозе и гидроксикоричным кислотам, таким как феруловая кислота, или к смесям указанных веществ.

В контексте настоящего изобретения термин «растворимые продукты арабиноксилана» относится к растворимым арабиноксиланам, продуктам деполимеризации арабиноксилана и их смеси.

В контексте настоящего изобретения термин «α/β-глюкан» относится к α-глюкану, β-глюкану или смеси α-глюкана и β-глюкана. α-глюкан относится к поли- или олигосахаридам, состоящим из α-(1-4)- и/или α-(1-6)-соединенных фрагментов D-глюкопиранозила (глюкозы) со степенью полимеризации, равной 2 или выше, включая, помимо прочего, крахмал, амилозу, амилопектин, мальтодекстрин, мальтозу и их смеси. β-глюкан относится к некристаллическим поли- или олигосахаридам, состоящим из β-(1-3)- и/или β-(1-4)-соединенных фрагментов D-глюкопиранозила (глюкозы) со степенью полимеризации, равной 2 или выше. В контексте настоящего изобретения термин «α/β-глюкан» также относится к поли- или олигосахаридам, состоящим из соединенных фрагментов D-глюкопиранозила (глюкозы) со степенью полимеризации, равной 2 или выше, которые полностью гидролизованы в глюкозу на протяжении 1 часа инкубации при температуре 110°C в 2 N трифторуксусной кислоте. В контексте настоящего изобретения термины «растворимый» и «сольюбилизированный» относятся, соответственно, к растворимому веществу в воде как растворителе и сольюбилизированному веществу в воде как растворителе.

Описание

Растворимые арабиноксиланы и продукты деполимеризации арабиноксилана используются как ингредиент пищи, корма и косметических продуктов. Кроме того, они предоставляют промежуточные соединения для химической и фармацевтической промышленности. Отруби злаков, особенно пшеницы, ржи и овса, являются хорошим источником арабиноксиланов. Однако, как было объяснено выше, существует необходимость в методиках, позволяющих эффективно извлекать указанные арабиноксиланы и продукты деполимеризации арабиноксиланов, которые бы не использовали грубые способы извлечения.

Целью настоящего изобретения является предоставление способа извлечения и отделения растворимых продуктов арабиноксилана из зерна злака. Первый шаг упомянутого выше способа содержит частичное удаление оболочек цельных злаковых зерен с целью удаления части внешних слоев с вышеупомянутых цельных злаковых зерен, что позволяет получить первые отруби злаков и злаковые зерна с частично удаленными оболочками. Вышеупомянутое частичное удаление оболочек предпочтительно приводит к производству некоторого количества вышеупомянутых первых отрубей злаков, которое соответствует, по меньшей мере 2% вес, предпочтительно, по меньшей мере, 4% вес, как, например, по меньшей мере, 5, 6 или 7% вес начального веса цельных злаковых зерен. Далее предпочтительным является то, что вышеупомянутое частичное удаление оболочек приводит к производству некоторого количества вышеупомянутых первых отрубей злаков, которое соответствует не более 15% вес, предпочтительно не более 13% вес, как, например, не более 12% вес или 10% вес начального веса цельных злаковых зерен. Также предпочтительным является то, что вышеупомянутое частичное удаление оболочек цельных злаковых зерен приводит к производству некоторого количества злаковых зерен с частично удаленными оболочками, которое соответствует по меньшей мере, 85% вес, как, например, по меньшей мере, 90% вес начального веса цельных злаковых зерен. Далее предпочтительным является то, что вышеупомянутое частичное удаление оболочек приводит к производству некоторого количества вышеупомянутых злаковых зерен с частично удаленными оболочками, которое соответствует не более 98% вес, предпочтительно не более 96% вес, как, например, не более 95% вес, 94% вес или 93% вес начального веса цельных злаковых зерен. Учитывая то, что целью вышеупомянутого частичного удаления оболочек цельных злаковых зерен является удаление по меньшей мере части внешних слоев вышеупомянутых злаковых зерен, предпочтительным является то, что вышеупомянутые первые отруби злаков являются особенно богатыми на перикарпий. Затем вышеупомянутые злаковые зерна с частично удаленными оболочками подвергаются вальцовому помолу, который позволяет получить вторые отруби злаков и злаковую муку. Затем вышеупомянутые вторые отруби злаков или их фракцию заливают водным раствором для получения мягкой массы, чтобы повысить растворимость и по возможности деполимеризовать по меньшей мере часть содержащегося в них арабиноксилана. Данный способ может дополнительно включать одновременную или последовательную обработку вышеупомянутой мягкой массы с помощью ферментного препарата, кислоты, основания, пероксида или их комбинации. Кроме того, перед заливкой водным раствором производится сухой помол или измельчение каким-либо другим способом вышеупомянутых вторых отрубей злаков. Вышеупомянутые вторые отруби злаков предпочтительно перемалываются до получения злакового зерна со средним диаметром частиц меньше 1000 мкм, более предпочтительно меньше 750 мкм, например меньше 500 мкм. Далее предпочтительным является то, что средний диаметр частицы вышеупомянутых молотых отрубей злаков составляет 250 мкм и больше, например, 300 или 350 мкм и больше. Такой помол вышеупомянутых отрубей злаков может включать использование молотковой мельницы или другого соответствующего оборудования для размола. В рамках настоящего изобретения было замечено, что частицы отрубей в вышеупомянутых вторых отрубях злаков или молотых вторых отрубях злаков с диаметром частицы меньше 250 мкм, например меньше 150 мкм или 100 мкм, имеют относительно высокое содержание крахмала и низкое содержание арабиноксилана по сравнению с частицами отрубей с диаметром больше 250 мкм. Поэтому может быть целесообразным, чтобы перед заливкой водным раствором вышеупомянутые вторые отруби злаков или вышеупомянутые молотые вторые отруби злаков были подвергнуты разделению на фракции с помощью, например, просеивания на ситах или пневмосепарации с целью удаления значительной части частиц отрубей с диаметром частицы меньше 250 мкм, предпочтительно удаления значительной части частиц меньше 150 мкм, как, например, удаления значительной части частиц меньше 100 мкм. Вышеупомянутое разделение на фракции предпочтительно приводит к снижению весовой доли частиц меньше 250 мкм в вышеупомянутых вторых отрубях злаков или молотых вторых отрубях злаков на, по меньшей мере, 40% вес, более предпочтительно, на, по меньшей мере, 60% вес, например, по меньшей мере, на 70% вес или 80% вес по сравнению с вышеупомянутой весовой долей во вторых отрубях злаков или молотых вторых отрубях злаков перед разделением на фракции. Вышеупомянутое разделение на фракции более предпочтительно приводит к снижению весовой доли частиц меньше 150 мкм в вышеупомянутых вторых отрубях злаков или молотых вторых отрубях злаков на, по меньшей мере, 50% вес, более предпочтительно, на, по меньшей мере, 70% вес, например, по меньшей мере, на 80% вес или 90% вес по сравнению с вышеупомянутой весовой долей во вторых отрубях злаков или молотых вторых отрубях злаков перед разделением на фракции. Удаление таких частиц меньшего размера с относительно низким содержанием арабиноксилана из вышеупомянутых (молотых) вторых отрубей злаков повышает эффективность извлечения и выход растворимых продуктов арабиноксилана.

Чтобы способствовать извлечению растворимых продуктов арабиноксилана из залитого водным раствором материала вторых отрубей злаков, желательно, чтобы после заливки вышеупомянутого материала отрубей залитая мягкая масса была инкубирована на протяжении, по меньшей мере, 1 часа, более предпочтительно, на протяжении, по меньшей мере, 4 часов, например, на протяжении, по меньшей мере, 6 часов. Далее предпочтительным является то, что время инкубации мягкой массы составляет не более 24 часов, например не более 12 часов или 10 часов. В случае, если способ по настоящему изобретению используется с целью получения продуктов деполимеризации арабиноксилана, желательно в вышеупомянутый водный раствор добавлять ферментный препарат эндоксиланазы при заливании указанным раствором вышеупомянутых отрубей. Вышеупомянутый добавленный ферментный препарат эндоксиланазы более предпочтительно содержит эндоксиланазу с высокой избирательной способностью к неизвлекаемому водой арабиноксилану, например, эндоксиланазу семейства гликозил-гидролазы 11.

Способ по настоящему изобретению также содержит отделение от нерастворимого вещества вышеупомянутой мягкой массы сольюбилизированной фракции, которая содержит, по меньшей мере, часть растворимых продуктов арабиноксилана. Вышеупомянутая сольюбилизированная фракция предпочтительно затем обрабатывается с помощью методик фильтрации, хроматографического анализа или их комбинации с целью уменьшения содержания взвешенных твердых частиц или уменьшения содержания загрязнений, таких как минералы и белки. Также может быть целесообразным дальнейшее разделение вышеупомянутой сольюбилизированной фракции на две и более фракций, который будут отличаться по свободному содержанию феруловой кислоты, отношению содержания арбинозы и ксилозы или средней степени полимеризации растворимых продуктов арабиноксилана.

Кроме того, к сольюбилизированной фракции добавляется ферментный препарат, содержащий фермент эндоксиланазы, с целью уменьшения степени полимеризации растворимых продуктов арабиноксилана.

Желательно, чтобы такая сольюбилизированная фракция, содержащая растворимые продукты арабиноксилана, была затем сгущена с целью увеличения концентрации сухого вещества. Также желательно, чтобы такая сольюбилизированная фракция или такая сгущенная сольюбилизированная фракция была кристаллизована или высушена с целью получения по существу сухого продукта.

В отдельном варианте осуществления настоящего изобретения вышеупомянутые вторые отруби злаков или их часть или фракция, используемые для извлечения и отделения растворимых продуктов арабиноксилана, обрабатываются с целью понижения содержания минералов и/или понижения содержания продуктов, являющихся производными крахмала и/или белка, в потенциально сольюбилизируемой фракции, содержащей растворимые продукты арабиноксилана. Как правило, это выполняется путем заливки вышеупомянутого вещества вторых отрубей злаков первым водным раствором и дальнейшей инкубации. Кроме того, ферментный препарат, содержащий амилазную активность, ферментный препарат, содержащий протеазную активность или оба препарата добавляются в вышеупомянутый первый водный раствор с целью повышения растворимости, по меньшей мере, части крахмала и протеина, содержащихся в вышеупомянутых вторых отрубях злаков. После заливки вышеупомянутым первым водным раствором и инкубации вышеупомянутого материала вторых отрубей злаков, по меньшей мере, часть сольюбилизированного материала отделяется, а оставшееся несольюбилизированный материал отрубей заливается вторым водным раствором с целью повышения растворимости и дополнительной деполимеризации, по меньшей мере, части арабиноксилана, содержащегося в вышеупомянутом материале отрубей. Чтобы способствовать повышению растворимости арабиноксилана из вышеупомянутого материала отрубей, желательно, чтобы после заливки вышеупомянутого материала отрубей залитая мягкая масса была инкубирована на протяжении, по меньшей мере, 1 часа, более предпочтительно, на протяжении, по меньшей мере, 4 часов, например, на протяжении, по меньшей мере, 6 часов. Далее предпочтительным является то, что время инкубации мягкой массы составляет не более 24 часов, например, не более 12 часов или 10 часов. В случае, если способ, соответствующий этому варианту осуществления настоящего изобретения, используется с целью получения продуктов деполимеризации арабиноксилана, желательно в вышеупомянутый второй водный раствор добавлять ферментный препарат эндоксиланазы. Вышеупомянутый добавленный ферментный препарат эндоксиланазы более предпочтительно содержит эндоксиланазу с высокой избирательной способностью к неизвлекаемому водой арабиноксилану, например, эндоксиланазу семейства гликозил-гидролазы 11. Способ, соответствующий этому варианту осуществления настоящего изобретения, также содержит отделение от нерастворимого вещества вышеупомянутой мягкой массы сольюбилизированной фракции, которая содержит, по меньшей мере, часть растворимых продуктов арабиноксилана. После этого вышеупомянутая сольюбилизированная фракция может быть обработана, сгущена и/или высушена, как было описано выше. Сольюбилизированная фракция, полученная согласно способу настоящего изобретения, обычно содержит, по меньшей мере, 20% вес растворимых продуктов арабиноксилана по сухому весу, более предпочтительно, содержит, по меньшей мере, 40% вес, как, например, по меньшей мере, 60% вес или, по меньшей мере, 70% вес растворимых продуктов арабиноксилана по сухому весу.

Иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения

ПРИМЕР 1: влияние удаления оболочек перед вальцовым помолом для получения отрубей пшеницы на повышение растворимости арабиноксилана в отрубях пшеницы

Удаление оболочек

Зерна пшеницы из Северной Франции были очищены путем разделения на сите с размером ячейки 3360 мкм для удаления больших включений, таких как солома и необмолоченное зерно пшеницы (очищенные зерна проходят сквозь сито) и на сите с размером ячейки 2380 мкм для удаления небольших включений и дробленых зерен (очищенные зерна пшеницы остаются на сите). Содержание влаги в зернах пшеницы составляло 12,3% вес и перед удалением оболочек не регулировалось.

Удаление оболочек с очищенных зерен пшеницы производилось на установке «Satake VAF 10AM Debranner» в несколько проходов. За каждый проход удалялось приблизительно 5% вес зерен пшеницы. Между проходами зерна пшеницы с удаленными оболочками проходили очистку на сите с размером ячейки 2380 мкм с целью удаления дробленых зерен и осколков, появившихся в процессе удаления оболочек (целые зерна пшеницы оставались на сите). Полученные значения процентов удаления зерен во время удаления оболочек разделения на ситах показаны в таблице 1. Таким образом, в процессе удаления оболочек появились образцы отрубей DBB 0-5, DBB 5-10, DBB 10-15 и образцы зерен с частично удаленными оболочками DBG 5+ и DBG 10+, представленные в таблице 1.

Вальцовый помол

Образцы очищенных необработанных зерен и образцы зерен с частично удаленными оболочками DBG 5+ и DBG 10+ были подвергнуты вальцовому помолу в лабораторной мельнице «Buhler MLU 202» после приведения содержания влаги в зернах пшеницы (инкубация в течение ночи) к уровням, представленным в таблице 2. С каждого образца зерен пшеницы были собраны три различные фракции помола (крупные отруби, мелкие отруби и мука). Крупные отруби состояли из частиц >530 мкм и были главным образом получены из тканей перикарпия, семенной оболочки, гиалинового слоя и алейрона исходного зерна. Мелкие отруби состояли из частиц с диаметром в пределах 150-530 мкм и были главным образом получены из тканей перикарпия, семенной оболочки, гиалинового слоя, алейрона и крахмалсодержащего эндосперма исходного зерна. Мука состояла из частиц <150 мкм и была главным образом получена из ткани крахмалсодержащего эндосперма исходного зерна. Уровни фракций разного помола, полученных из разных образцов зерна пшеницы, представлены в таблице 2. Как показано в таблице 2, для дальнейшей работы было отобрано шесть различных составов отрубей. Это были фракции грубых отрубей (RMB 0-11, RMB 5-11 и RMB 10-14), собранные из трех образцов зерна пшеницы, и смеси грубых и мелких отрубей (RMB 0-23, RMB 5-25 и RMB 10-27; смешанные в соотношениях, полученных из помола), также собранные из трех образцов зерна пшеницы.

Описание составов отрубей

Содержание AX(OS), содержание α/β-глюкана и отношение А/Х девяти составов отрубей, полученных посредством удаления оболочек и/или вальцового помола зерна пшеницы, были определены с помощью газово-жидкостной хроматографии. Суммарное содержание сахаридов было определено с помощью газово-жидкостного хроматографического анализа альдит ацетатов после кислотного гидролиза образцов в 2 N трифторуксусной кислоте с последующим восстановлением с помощью борогидрида натрия и ацетилированием с помощью уксусного ангидрида, как описано Courtin и др. (2000). β-D-аллоза использовалась в качестве внутреннего стандарта и калибровочных образцов, содержащих моносахариды D-глюкозу, D-галактозу, D-маннозу, D-ксилозу и L-арабинозу, и была включена в каждый набор образцов. Содержание восстанавливающих концов сахаридов было определено с помощью газово-жидкостного хроматографического анализа альдит ацетатов после восстановления с помощью борогидрида натрия с последующим кислотным гидролизом и ацетилированием с помощью уксусного ангидрида, как описано Courtin и др. (2000). Процедура анализа свободного содержания моносахаридов была очень похожа на процедуру определения суммарного содержания сахаридов (Courtin и др., 2000), с единственным отличием, состоявшим в том, что образцы не был гидролизованы перед восстановлением и ацетилированием к альдит ацетатам. Исходя из суммарного содержания сахаридов были подсчитаны содержание восстанавливающих концов сахаридов и свободное со