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CN1764672A - 高粘度β－葡聚糖浓缩物的制备 - Google Patents

高粘度β－葡聚糖浓缩物的制备 Download PDF

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CN1764672A
CN1764672A CN 200480008307 CN200480008307A CN1764672A CN 1764672 A CN1764672 A CN 1764672A CN 200480008307 CN200480008307 CN 200480008307 CN 200480008307 A CN200480008307 A CN 200480008307A CN 1764672 A CN1764672 A CN 1764672A
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Abstract

本发明涉及用于二次处理植物物质并尤其用于从含有淀粉和纤维的植物物质中回收有价值产物的方法，这些有价值产物诸如包括β－葡聚糖的纤维、淀粉和乙醇可溶物。本发明尤其涉及通过涉及声波降解/声处理和酶的方法来制备高粘度β－葡聚糖产物。

Description

高粘度β-葡聚糖浓缩物的制备
本申请案主张2003年3月27日申请之加拿大专利申请案第2,423,711号之优先权利。
技术领域
本发明涉及用于二次处理植物物质并尤其用于从含有淀粉和纤维的植物物质中回收有价值产物的方法，这些有价值产物诸如包括β-葡聚糖的纤维、淀粉、蛋白质和乙醇可溶物。本发明尤其涉及通过包括醇制浆以及酶处理和/或声波降解/声处理处理步骤的方法来制备高粘度β-葡聚糖产物。
背景技术
包括谷类的植物物质含有许多有价值的组份，诸如淀粉、蛋白质、混合键1-4，1-3β-D-葡聚糖(下文中为“β-葡聚糖”或“BG”)、纤维素、戊聚糖、母育酚等。这些组份和源自这些组份的产物具有多种食物和非食物用途。因此，对于所述植物物质的处理存在强烈不断的工业利益。
通常认为膳食纤维对一系列疾病具有保护作用，这些疾病流行于西方发达国家并包括结肠直肠癌、冠状动脉心脏病、糖尿病、肥胖和憩室疾病。术语“膳食纤维”通常定义为对人类消化道分泌酶的消化作用具有抵抗性，但是可通过结肠中的微生物群落(microfiora)来使其发酵的植物物质。与纤维食用量增加相关联，总血清胆固醇与LDL胆固醇降低，糖化反应和胰岛素反应得到改善并保护大肠免遭疾病。BG，非淀粉多糖是一种膳食纤维的水溶性组份并因此提供所述的健康效益。
已对BG进行广泛地研究并已发现其具有多种积极的健康效益，包括降低胆固醇水平、调节糖化反应和免疫系统增强。尤其认为食用β-葡聚糖会增加肠内容物的粘度，因此减缓膳食胆固醇和葡萄糖以及胆汁酸向肠壁的移动从而导致吸收减少。这些效益处已使美国食品与药品管理局(FDA)批准一项健康声明，其指出每天四份每份含有0.75克可溶性燕麦纤维的燕麦产品可降低心脏病的危险。
心血管疾病(CVD)被视为所有发达国家中首要的死亡原因，全世界20％的死亡都是由这种疾病造成的。1在美国，1997年59.7％的人患有某些形式的CVD，2并且在加拿大，估计有8百万人患有CVD。3估计1亿2百万美国成年人的总血胆固醇水平达到每分升200毫克(mg/dL)或更高。其中，约4千1百万人达到240mg/dL或240mg/dL以上的水平。在成年人中，240mg/dL或更高的总胆固醇水平被视为是高度危险的。200至239mg/dL的水平被视为边缘高度危险。130mg/dL或更高的低密度脂蛋白(LDL)胆固醇水平与增加的冠状动脉心脏病危险相关联并存在于大约45％的美国人中。大约18％的美国人的LDL胆固醇水平达到160mg/dL或更高。高LDL胆固醇水平与较高的冠状动脉心脏病(CHD)危险相关联。
CVD不仅是死亡的头号原因，也是在最发达国家中最昂贵的疾病。在美国，2002年此疾病直接和间接花费了3292亿美元。直接费用为1995亿美元，其中药品费用总计318亿美元。4加拿大的费用统计仅在最近的1993年进行，但这时的总CVD费用为197亿美元。直接费用总计73亿美元，其中药品占此总数的16亿美元。5这些统计资料表明了通过膳食手段降低CVD危险的重要性。(尤其)通过将β-葡聚糖浓缩物作为一种成份合并到多种食品中而增加可溶性纤维的食用可显著促成此目标。然而，由于逐渐增加的证据表明β-葡聚糖的健康效益与其粘度相关连，因此对于β-葡聚糖关键的是具有可实现权力要求所述健康效益的高粘度特征。
到目前为止，由于提取的高成本BG仅限于诸如化妆品、医学应用和健康补品的高价市场中，这已经阻碍其作为一种食品工业成份的用途。当前市场上的食品含有低浓度的BG，因此为了满足健康主张的参数而需要食用所述产品的量是切不实际的。
1“心血管疾病：流行病学(Cardiovascular Disease：Epidemiology)”世界卫生组织(World Health Organization)，2000年10月4日。(2000年10月8日在线引用)。可自： http：//www.who.int/ncd/cvd/cvd epi.htm获得
2“心血管疾病统计学(Cardiovascular Disease Statistics)”美国心脏协会(American Heart Association)，2000年。(2000年11月23日在线引用)。可自： http：//www.americanheart.org/Heart and Stroke A Z Guide/cvds.html)获得
3“心脏问题：心血管疾病的发病率(Health Matters：Incidence of Cardiovascular Disease)”加拿大心脏与中风基金会(Heart and Stroke Foundation of Canada)，2000年。(2000年11月23日在线引用)。可自：http：//heartandstroke.ca/cgi-bin/English/CataloK/Public/bR.cgi？110100:::rncedence％20of％20Cardiovascular％20Disease％20:::15 8981323241:::100001:110100获得
4“心血管疾病的经济成本(Economic Costs of Cardiovascular Diseases)”美国心脏协会(American Heart Association)，2002。2002年心脏与中风统计更新。
5“加拿大2000年心脏病与中风的改变面貌(The Changing Face of Heart Disease and Stroke in Canada 2000)”加拿大心脏与中风基金会(Heart and Stroke Foundation of Canada)，2000。(2000年11月29日在线引用)。可自：http：//www.hc-sc.gc.ca/hbp/lddc/bcrdd/hdsc2000/index.html获得
对于从谷物中提取BG，已经对包括大麦的这些谷物的分馏进行多种实验室和试生产规模的研究。通常，惯用方法利用水、酸化水和/或碱溶液(意即NaOH、Na2CO3或NaHCO3)作为溶剂将全部碾碎大麦、大麦粗粉(经碾磨的全大麦)或大麦粉(滚磨大麦粉或微粒化大麦粉)制浆。接着通过诸如过滤、离心和乙醇沉淀的技术来处理这些浆液以将浆液分成各种组份。用于大麦分馏的此种惯用方法具有许多技术问题，并且同时认识到有限的商业化可行性已受到特别用于食品应用的产品成本的限制。
尤其因为大麦粉中的β-葡聚糖是极好的水结合剂(亲水胶体)，并且因此且在添加水(中性、碱性或酸性环境)后，β-葡聚糖与浆液中的水化合并使浆液极度变稠(粘度增加)，所以出现技术问题。在将浆液进一步加工成纯大麦组份(意即淀粉、蛋白质、纤维等)的过程中，此稠化促成多种技术问题，包括过滤过程中纤维的阻塞和离心过程中不能分离面粉组份。
通常，通过将实质量的水添加至稠/粘性浆液中用以稀释并将粘度降低至可进行进一步处理的水平，从而将这些技术问题减到最少(若未消除)。然而，使用大体积的水将引起若干另外的问题，包括排出水的体积增加和由此所引起的处理成本增加。此外，在离心过程中用上清液(水)增溶并分离β-葡聚糖，并通常通过用乙醇进行沉淀来将其回收。通过将等体积的无水乙醇添加至上清液中来完成此过程。在分离沉淀的β-葡聚糖后，优选地将乙醇回收用于再循环。然而，回收需要蒸馏，从能量使用观点来看这又是一项昂贵的操作。
此外，认为碱溶液的增溶作用和随后β-葡聚糖在乙醇中的沉淀(和两者之间的离心步骤)有助于β-葡聚糖链的断裂，此产生更低级、更低粘度的β-葡聚糖产物。
更进一步，又认为这些过去技术的使用会支持微生物的生长和酶活性增加，这会有助于β-葡聚糖链的水解。这些问题尤其显现于较大批量的操作中，其中可能变得难于控制酶活性并因此引起批次间的一致性问题。
因此，对用于分馏谷物，并克服浆液粘度和水使用特殊问题的有效方法存在需求。而且，对一种提供高纯度、高粘度接近天然状态的β-葡聚糖产物的方法存在需求，在该方法中BG产物具有降低的淀粉和蛋白质含量。
因此，对于改进从包括燕麦和大麦的谷物细胞壁中提取的β-葡聚糖产物的产率和质量的技术仍旧存在需求，这些技术可克服基于水的提取技术的问题。
先前技术的综述显示尚未揭示具有改进的流变特性的β-葡聚糖产物。
而且，声波降解/声处理/超声波降解/超声处理(下文中为“声波降解”、“超声波降解”和“US”)技术尚未应用于从呈醇浆液的大麦和燕麦中提取β-葡聚糖的方法。
举例而言，虽然已描述超声波降解在魔芋粉生产中的用途(参看Kimura，T.，Sugahara，T和Goto，M，2000年，使用超声波降解处理制造魔芋粉方法的改良(Improvement of amethod for production of konnyaku powder using ultrasonic treatment)，日本食品科学工学会志(Journal of the Japanese Society for Food Science and Technology)(Nippon ShokuhinKagaku Kogaku Kaishi)47(8)：604-612)，但是此参考文献并未叙述有关β-葡聚糖的提取。
发明内容
根据本发明，一种分馏工艺制造维持高质量功能特征(包括改进的粘度特征)的BG浓缩物。在本发明的情况下，BG的改进的粘度特征涉及与根据先前技术制备的BG溶液的粘度特征相比较根据本发明方法制备的BG纤维残余物溶液增加的粘度或高粘度，其中两种溶液包括相等浓度的BG。
此方法极大地降低生产时间并改进处理效率，因此在BG的提取和纯化中实现显著的成本节约。高BG品种的谷物增加所提取BG的产率，因此也降低提取和纯化的总成本。
更准确地说并根据本发明，提供一种制备β-葡聚糖(BG)产物的方法，其包含下列步骤：
a)将面粉和醇混合以形成面粉/醇浆液；
b)从此醇中分离出一纤维残余物，其中所述纤维残余物具有高BG含量；
c)使来自步骤b)的纤维残余物经历至少一个额外的处理步骤，所述额外的处理步骤包括：将来自步骤b)的纤维残余物与醇混合以形成纤维残余物/醇浆液，并使此纤维残余物/醇浆液经历一个声波降解、蛋白酶或淀粉酶处理步骤或声波降解、蛋白酶或淀粉酶处理步骤的组合，并其后从所述的纤维残余物/醇浆液中分离出一最终纤维残余物。
此外，并在多个实施例中，所述方法包括一个声波降解处理步骤，一个声波降解和蛋白酶处理步骤，一个声波降解和淀粉酶处理步骤，一个蛋白酶和淀粉酶处理步骤或一个声波降解、蛋白酶或淀粉酶处理步骤。
本发明也提供一种制备高粘度BG产物的方法，通过使根据上述方法制备的经增溶的BG纤维残余物与源自先前技术方法的经增溶的BG纤维残余物的粘度相比较，所述BG产物的粘度特征可为高粘度。
本发明更特定的实施例包括提供一具有一定组成的最终纤维残余物，其中对于特殊品种的源面粉BG含量大于25％(w/w，以干物质计)并且对于其它品种的源面粉大于35％(w/w，以干物质计)。此外，本发明提供一种方法，其中所述最终纤维残余物具有一定组成，其具有少于40％(w/w，以干物质计)的淀粉含量且优选少于20％(w/w，以干物质计)的淀粉含量。
本发明也提供具有高β-葡聚糖(BG)含量和高粘度的纤维残余物，所述高粘度特征在于自纤维残余物制备的0.5％(w/w)BG溶液在20℃，12.9s-1的剪切速率下具有大于200mPa·s、大于350mPa·s或大于500mPa·s的粘度。
在一个实施例中，纤维残余物的BG含量优选地大于35％(w/w)。
所述方法优选利用微粒化谷物，其中成微粒者大于20％且更优选地大于25-40％。面粉的粒度优选地小于250微米。
当经历一个蛋白酶或淀粉酶处理过程时，优选的为用0.1-3％(w/w，以蛋白质或淀粉重量计)之蛋白酶或淀粉酶培养所述纤维残余物/醇浆液，并且其中所述蛋白酶可选自木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、微生物蛋白酶中的任一种或其组合，并且所述淀粉酶可选自微生物、植物或动物淀粉酶中的任一种或其组合。
当经历一个声波降解处理步骤时，优选的为在2.5-3.5kW的功率水平下或在经选择使BG的裂解度最小的功率下，将纤维残余物/醇浆液声波处理3至15分钟。
在另一实施例中，本发明提供超声波降解于自面粉和醇的浆液制造高β-葡聚糖含量的β-葡聚糖产物的用途。
在一更特定的实施例中，本发明提供一种制备高粘度β-葡聚糖产物的方法，其包含下列步骤：
a)将面粉混合至含水乙醇中以产生第一面粉-醇浆液；
b)过滤所述面粉-醇浆液以产生醇滤液和第一纤维残余物；
c)将所述第一纤维残余物与含水乙醇混合以形成纤维残余物/醇浆液；
d)过滤所述纤维残余物/醇浆液以产生第二醇滤液和含有高粘度β-葡聚糖的第二纤维残余物；
其中，使面粉/醇或纤维残余物/醇浆液中的一者或两者经历一个超声波降解处理过程。
在另外的实施例中，步骤a和c中的含水醇为8-100％(w/w)、40-95％(w/w)或50％(w/w)并且/或面粉∶含水乙醇为1∶5至1∶8(w/w)。
在另一实施例中，本发明提供一种通过使含水醇BG纤维残余物溶液经历一个声波降解处理过程来控制含水醇BG纤维残余物溶液中β-葡聚糖(BG)裂解程度的方法，其中基于溶液中所需的β-葡聚糖裂解度来选择溶液中水∶醇的比率，其中选择较低的水∶醇比率降低溶液中β-葡聚糖的裂解水平，而选择较高的水∶醇比率提高溶液中β-葡聚糖的裂解水平。
附图说明
参照下列图式来描述本发明，其中：
图1A是本发明用于制备改进的β-葡聚糖产物的方法的概述。
图1B是用于制备改进的β-葡聚糖产物的优选方法的概述。
具体实施方式
参照图1A和图1B来描述本发明。图1A是本发明用于制备改进的β-葡聚糖产物的方法的概述并且图1B是用于制备改进的β-葡聚糖产物的优选方法的概述。
参照图1A，将微粒化谷物面粉1与醇2混合以形成面粉/醇浆液，其可包括可选择的声波降解5、蛋白酶6和淀粉酶处理。将此浆液过滤3以将纤维残余物(FR1)与滤液4分离。必要时(路径B-E)以可选择的声波降解5、蛋白酶6和淀粉酶7处理再次重复此混合和过滤步骤，以产生纤维残余物FR2-FR6和滤液b-e。
更准确地说并且参照图1B，用于制备BG纤维残余物的优选方法10如综合步骤I-VI和详细步骤18-78所述。步骤I是指第一次乙醇洗涤，步骤II是指第二次乙醇洗涤，步骤III是指一个声波降解步骤，步骤IV是指一个蛋白酶处理步骤，步骤V是指一个淀粉酶处理步骤并且步骤VI是指最终乙醇洗涤。当然，根据本发明步骤I可与步骤II-V中的任一组合相组合，其中优选的为以步骤VI完成此制程。
以下描述对自CDC-烛大麦、黑非燕麦和安东尼燕麦的微粒化谷物面粉来制备高粘度BG纤维残余物进行三次研究，用以测定单独的处理步骤对纤维残余物(FR)产率以及FR中β-葡聚糖纯度的影响。
材料与方法
通过将全大麦或燕麦微粒化(10-35％微粒化)并使用一针磨机将微粒化谷物研磨至小于250μm，来制备大麦与燕麦面粉。
研究#1：图1B的各处理步骤对以A)实验室规模和B)试生产规模制备的纤维残余物粘度的影响。
A)实验室规模研究
在实验室中，根据图1B中的所选步骤，使用100g面粉作为起始材料来制备下列纤维残余物：
空白组(乙醇洗涤)(图1B-步骤I、II和VI)-在50％乙醇中洗涤两次(每次30分钟)，回收纤维残余物并在无水乙醇中进行最终洗涤。
US(超声波降解)(图1B-步骤I、II、III和VI)-类似于空白组进行两次乙醇洗涤，回收纤维残余物，在50％乙醇中US处理10分钟，回收纤维残余物并进行最终无水乙醇洗涤。以下更为详细解释一种超声波降解方法。
PT(蛋白酶处理)(图1B-步骤I、II、IV和VI)-类似于空白组进行两次乙醇洗涤，回收纤维残余物，在50％乙醇中蛋白酶处理8小时，回收纤维残余物并进行最终无水乙醇洗涤。
US+PT(US和PT)(图1B-步骤I、II、III、IV和VI)-类似于空白组进行两次乙醇洗涤，回收纤维残余物，US处理10分钟，蛋白酶处理8小时，回收纤维残余物并进行最终无水乙醇洗涤。
PT+TT(PT和耐热α-淀粉酶处理(TT))(图1B-步骤I、II、IV、V和VI)-类似于空白组进行两次乙醇洗涤，对纤维残余物进行蛋白处理酶8小时，回收纤维残余物，在50％乙醇中对纤维残余物进行TT处理1小时，回收纤维残余物并进行最终无水乙醇洗涤。
US+PT+TT(US、PT和TT处理)(图IB-步骤I、II、III、IV、V和VI)-类似于空白组进行两次乙醇洗涤，US处理10分钟，回收纤维残余物，对纤维残余物进行蛋白酶处理8小时，回收纤维残余物，对纤维残余物进行TT处理1小时，回收纤维残余物并进行最终无水乙醇洗涤。
另外，在实验室中使用先前技术的碱溶液提取和乙醇沉淀方法来制备自大麦粉获得的高纯度BG样品(78％w/w，以干重量计)(下文中称为LAB胶)。此制程由以下步骤组成：将面粉与水混和并通过添加碳酸钠将pH值调节至碱性pH值(优选pH值为9)。在55℃下连续提取1小时。将所述混合物的pH值调节至pH 4.5以使蛋白质沉淀，接着通过离心将其从溶液中分离出来。通过添加无水乙醇使上清液中的BG沉淀并通过离心回收BG并随后将其干燥。
β-葡聚糖溶液的制备
接着使用经干燥的纤维残余物(β-葡聚糖浓缩物)制备β-葡聚糖水溶液(0.5％，w/w)。基于根据Megazyme程序(Megazyme国际公司，Bray，Ireland)所测定的纤维残余物的β-葡聚糖含量来计算含有100mgβ-葡聚糖所需的经干燥纤维残余物的量。将一个含有20g水的烧杯放置于一个加热搅拌器上。伴随有力的搅拌将纤维残余物混合至水中。添加加热稳定淀粉酶(35μL，Termamyl 120L，自Novozyme，Toronto，Ontario获得)以使剩余淀粉水解并将淀粉对随后的粘度测量的影响减到最小。
将此烧杯用铝箔覆盖并使烧杯的内容物快速达到沸腾并于约80℃下在热板上将其搅拌大于1小时。接着将溶液冷却，以蒸馏水进行重量调节以补偿加热期间的任何损失使最终β-葡聚糖浓度达到0.5％(w/w)，将溶液搅拌约30秒并转移至50mL经巴氏灭菌的试管中。接着将所述试管在4000rpm下离心(Centra MP4，国际设备公司，美国(International Equipment Company，USA))10分钟并将上清液用于粘度测量。
粘度测量
使用PAAR Physica UDS流变仪(Glenn Allen，Virginia)测量所述上清液的粘度。将上清液(7.05g+0.01g)用移液管直接移至一DG 27杯中并在1-100rpm(剪切速率＝1.29-129s-1)和20℃下以受控剪切速率模式测定粘度。
B)试生产规模研究
对根据如上所述步骤I、II、III、V和VII并参照图1B，使用5kg和200kg批量的面粉作为起始材料来制备的烛大麦和安东尼燕麦纤维残余物进行试生产规模研究。根据与用于实验室研究相同的方法测定粘度。
研究#2：受微粒化与超声波降解程度影响的纤维残余物的产率、回收率(BG)和
组成-实验室研究
此项研究中使用烛大麦和黑非燕麦面粉。将10-35％的谷物微粒化。在实验室中，根据步骤I、II、III和VI通过超声波降解来制备纤维残余物。
纤维残余物的产率是基于相对于起始面粉重量的纤维残余物重量。BG回收率是基于相对于起始面粉中BG重量的所回收纤维残余物中的BG重量。通过标准技术(AACC2000)测定粗产物和所回收的纤维残余物的BG、蛋白质和淀粉含量并且其为所回收的纤维残余物中各自的重量％。
研究#3：当在含水乙醇浆液和100％水溶液中进行超声波降解时，受其影响的燕麦和大麦纤维残余物中的β-葡聚糖的粘度
此项研究中使用烛大麦和黑非燕麦面粉。将30％的谷物微粒化。在实验室中，根据步骤I、II、III和VI通过超声波降解来制备纤维残余物并如上所述进行粘度测定。为在100％含水介质中对BG进行超声波降解，将通过步骤I、II、III和VI获得的干纤维残余物增溶于水中以制备均一溶液并在80％振幅下进行超声波降解10分钟。
结果与过论
研究#1(表1和2)
测定在实验室中由自如图1B中的上述方法(两步骤的50％乙醇洗涤(空白组)和US、蛋白酶处理(PT)和淀粉酶处理(TT)步骤的各种组合)获得的纤维残余物制备的新鲜溶液的粘度(含有0.5％BG(w/w))(表1)。也显示出以惯用的碱溶液提取法获得的两种其它β-葡聚糖胶(商业燕麦胶和大麦LAB胶)的粘度以达到比较的目的。商业燕麦胶具有纯度58％BG(w/w，以干物质计)且高粘度大麦LAB胶具有78％BG(w/w，以干物质计)的纯度。
表1中所示的烛大麦、黑非燕麦和安东尼燕麦纤维残余物的粘度均优于高粘度LAB胶和商业燕麦胶。如所预期的，纤维残余物溶液表现出假塑性或剪切稀化性状，其中粘度随剪切速率从1.29s-1增加至129s-1而下降。在129s-1时，纤维残余物的粘度接近LAB胶的粘度。
表2中的数据显示在试验性工厂中自烛大麦和安东尼燕麦面粉获得的纤维残余物(US和TT处理的组合)的水溶液粘度。这些结果与那些自实验室研究获得的结果相当，这指出在规模扩大的过程中使用工业设备对BG粘度不存在损害。
研究#2(表3和4)
表3和4显示分别受用于黑非燕麦和烛大麦的微粒化与超声波降解程度影响的纤维残余物的产率、回收率(BG)和组成。
当微粒化增加时，纤维残余物的产率(以面粉干重量计)显示出少量的降低(小于1.5％)。β-葡聚糖的回收率在80至94％间变化。当微粒化程度增加时，纤维残余物的β-葡聚糖含量增加多达2.4％。随着微粒化水平的增加，燕麦和大麦纤维残余物的蛋白质含量增加，而大麦中的淀粉含量增加，但燕麦中的淀粉含量仅或多或少地发生变化。
因此，从产率的角度来看，微粒化程度增加未显示出显著的优点。然而，微粒化水平显示出对纤维残余物的色彩/亮度的显著影响，其中微粒化者大于25％的样品充分地亮于微粒化者小于20％的样品。
与空白组样品(未经US所产生的样品)相比，经声降解的样品显示出充分较高(高达12％)的β-葡聚糖含量。如表3中所示，自35％微粒化谷物制备的黑非面粉样品产生含有28.4％(w/w)β-葡聚糖的纤维残余物，而相当的经声降解的纤维残余物含有40.1％(w/w)β-葡聚糖。如表4中所示，使用经声波降解的烛大麦观察到类似的BG浓度改进。
这些结果表明超声波降解在以高回收率浓缩β-葡聚糖中的效果。据信超声波降解尤其有效于分解植物细胞壁结构，由此提高从其余细胞材料分离出接近天然状态形式的β-葡聚糖。
研究#3(表5)
表5显示当在含水乙醇浆液和100％水溶液中进行声波降解时，其对BG溶液粘度的影响。
通过在50％乙醇介质中进行超声波降解所制备的纤维残余物具有与那些空白组的纤维残余物相当的粘度，这指出在乙醇的存在下超声波降解未对β-葡聚糖的质量造成损害。然而，若在没有乙醇而用100％水的情况下施加超声波降解，则β-葡聚糖完全水解并增溶，接着存在粘度的显著下降，这指出含水介质中的β-葡聚糖分子对损害是高度敏感的，它们可能在声波降解后裂解。因此，使用声波降解作为通过选择浆液介质来控制β-葡聚糖粘度的工具也是有效的。就是说选择高水含量的浆液介质通过声波降解处理产生较低粘度的产物，而高醇含量的浆液介质产生较高粘度的产物。
分子量研究
进行分子量研究以检验不同提取技术对β-葡聚糖纤维残余物分子量的影响。
根据三种独立的方法制备高纯度β-葡聚糖纤维残余物，以比较来自各方法的残余物的分子量。通过将β-葡聚糖纤维残余物增溶于热水中并使用高效尺寸筛析色谱法分析分子量来对分子量进行测定。
使用实验室设备以传统碱方法(在pH9-10下进行碱溶液提取并随后在醇中沉淀)从烛大麦面粉(原料)中提取β-葡聚糖纤维残余物(大于85％纯度)，由此制造具有1.03±0.015百万道尔顿分子量的β-葡聚糖纤维残余物。再使用试验性工厂设备利用相同的方法制造具有0.21±0.0008百万道尔顿较低分子量的β-葡聚糖纤维残余物(大于85％纯度)。这表明在试验性工厂规模上传统碱方法制造出显著较低分子量的β-葡聚糖纤维残余物。
在试验性工厂规模上利用主体过程与声波降解来重复此方法，并且对应于烛大麦与黑非燕麦品种制造出具有1.31±0.04百万道尔顿和1.10±0.02百万道尔顿分子量的β-葡聚糖纤维残余物。
这些结果表明在试验性工厂规模上此主体方法有效于制造出高分子量的β-葡聚糖纤维残余物。
表1实验室中自烛大麦、黑非燕麦和安东尼燕麦粉1获得的纤维残余物的水溶液粘度。
            用于粘度测量的溶液浓度为0.5重量％β-葡聚糖。
  品种和处理            20℃下的粘度(mPa·s)
  剪切速率12.9s-1   剪切速率129s-1
  烛大麦空白组USPTUS+PTPT+TTUS+PT+TT黑非燕麦空白组USPTUS+PTPT+TTUS+PT+TT安东尼燕麦空白组USPTUS+TTPT+TTUS+PT+TTLAB胶2商业燕麦胶3 61753049052539650073696055144364671470058646844252052619233 16814714114012514714517113611712614613611511712410411010831
1自30％微粒化谷物制备
2在实验室中使用碱溶液提取法获得的高粘度大麦β-葡聚糖胶具有78％(w/w)的β-葡聚糖纯度
3商业燕麦胶具有58％(w/w)的β-葡聚糖纯度
表2：在试验性工厂中自烛大麦和安东尼燕麦面粉1获得的纤维残余物的水溶液粘度。
         用于粘度测量的溶液浓度为0.5重量％β-葡聚糖。
  品种和处理            20℃下的粘度(mPa·s)
  剪切速率12.9s-1   剪切速率129s-1
  5kg批量烛大麦US+TT安东尼燕麦US+TT200kg批量烛大麦US+TT安东尼燕麦US+TTLAB胶2商业燕麦胶3 36853855755319233 10912414013210831
1自约30％微粒化谷物制备
2在实验室中使用碱溶液提取法获得的高粘度大麦β-葡聚糖胶具有78％(w/w)的β-葡聚糖纯度
3商业燕麦胶具有58％(w/w)的β-葡聚糖纯度
                表3.黑非燕麦纤维残余物的产率、回收率(BG)和组成
 处理(微粒化程度，％)  面粉中的β-葡聚糖，％(w/w) 产率1％ 回收率2％           纤维残余物的组成(％，w/w，以干重量计)
 β-葡聚糖   蛋白质   淀粉
 未经超声波降解(空白组)
 15.223.930.035.3  5.95.96.26.0   19.718.919.418.8   91.688.785.085.5   28.829.228.028.4   20.420.720.319.8   27.129.630.728.2
 经超声波降解
 15.223.930.035.3  5.95.96.26.0   13.613.513.212.5   84.985.884.280.1   38.639.841.240.1   18.219.118.417.9   18.116.318.815.4
1产率＝(纤维残余物的重量/起始面粉的重量)×100
2回收率＝(纤维残余物中β-葡聚糖的重量/起始面粉中β-葡聚糖的重量)×100(Megazyme方法)
             表4.烛大麦纤维残余物的产率、回收率(BG)和组成
  处理(微粒化程度，％)  面粉中的β-葡聚糖，％(w/w)   产率1％   回收率2％           纤维残余物的组成(％，w/w，以干重量计)
  β-葡聚糖   蛋白质   淀粉
  未经超声波降解(空白组)
  10.215.424.729.735.0  7.17.07.06.96.9   32.731.831.531.731.3   91.190.494.391.893.1   19.820.321.220.520.9   13.412.310.311.310.4   47.647.148.549.648.5
  经超声波降解
  10.215.424.729.735.0  7.17.07.06.96.9   22.221.721.521.420.8   87.090.591.990.290.3   27.929.830.229.730.3   13.012.310.211.110.1   33.436.834.236.139.9
1产率＝(纤维残余物的重量/起始面粉的重量)×100
2回收率＝(纤维残余物中β-葡聚糖的重量/起始面粉中β-葡聚糖的重量)×100
表5.经和未经声波降解处理后，自烛大麦和黑非燕麦面粉1获得的纤维残余物的粘度
品种和处理            20℃下的粘度(mPa·s)
  剪切速率12.9s-1   剪切速率129s-1
  烛大麦空白组(无声波降解)含水乙醇介质中的面粉浆液的超声波降解含水β-葡聚糖溶液的超声波降解黑非燕麦空白组(无声波降解)含水乙醇介质中的面粉浆液的超声波降解含水β-葡聚糖溶液的超声波降解LAB胶2商业燕麦胶3 530617257369603219233 147168141451711210831
1自30％微粒化谷物制备
2在实验室中使用碱溶液提取法获得的高粘度大麦β-葡聚糖胶具有78％(w/w)的β-葡聚糖纯度
3商业燕麦胶具有58％(w/w)的β-葡聚糖纯度

Claims (39)

1.一种制备β-葡聚糖(BG)产物的方法，其包含下列步骤：
a.将面粉和醇混合以形成面粉/醇浆液；
b.从所述醇中分离出一纤维残余物，其中所述纤维残余物具有高BG含量；
c.使来自步骤b)的所述纤维残余物经受至少一个额外的处理步骤，所述额外的处理步骤包括：将来自步骤b)的所述纤维残余物与醇混合以形成纤维残余物/醇浆液，并使所述纤维残余物/醇浆液经历一个声波降解、蛋白酶或淀粉酶处理步骤或声波降解、蛋白酶或淀粉酶处理步骤的组合，并其后从所述的纤维残余物/醇浆液中分离出一最终纤维残余物。
2.根据权力要求1所述的方法，其中步骤c)包含一个声波降解处理步骤。
3.根据权力要求2所述的方法，其中步骤c)包含一个声波降解处理步骤，并且其中以一个蛋白酶处理步骤来重复步骤c)。
4.根据权力要求3所述的方法，其中以一个淀粉酶处理步骤来重复步骤c)。
5.根据权力要求2所述的方法，其中步骤c)包括一个声波降解处理步骤，并且其中以一个淀粉酶处理步骤来重复步骤c)。
6.根据权力要求1所述的方法，其进一步包含干燥所述最终纤维残余物和将所述最终纤维残余物增溶于水中以形成具有高粘度的纤维残余物溶液的步骤。
7.根据权力要求1所述的方法，其中所述最终纤维残余物具有一组成，其中BG含量大于25％(w/w，以干物质计)。
8.根据权力要求7所述的方法，其中所述最终纤维残余物具有一组成，其中β-葡聚糖含量大于35％(w/w，以干物质计)。
9.根据权力要求1所述的方法，其中所述最终纤维残余物具有一组成，其具有少于40％(w/w，以干物质计)的淀粉含量。
10.根据权力要求1所述的方法，其中所述最终纤维残余物具有一组成，其具有少于20％(w/w，以干物质计)的淀粉含量。
11.一种具有高β-葡聚糖(BG)含量和高粘度的纤维残余物，所述高粘度特征在于自纤维残余物制备的0.5％(w/w)BG溶液在20℃，12.9s-1的剪切速率下具有大于200mPa·s的粘度。
12.一种具有高β-葡聚糖(BG)含量和高粘度的纤维残余物，所述高粘度特征在于自纤维残余物制备的0.5％(w/w)BG溶液在20℃，12.9s-1的剪切速率下具有大于350mPa·s的粘度。
13.一种具有高β-葡聚糖(BG)含量和高粘度的纤维残余物，所述高粘度特征在于自纤维残余物制备的0.5％(w/w)BG溶液在20℃，12.9s-1的剪切速率下具有大于500mPa·s的粘度。
14.根据权力要求11所述的纤维残余物，其中所述BG含量大于35％(w/w)。
15.根据权力要求11所述的纤维残余物，其中所述纤维残余物源自大麦或燕麦。
16.根据权力要求15所述的纤维残余物，其中所述大麦为烛大麦(Candle barley)且所述燕麦为黑非燕麦(HiFi oat)或安东尼燕麦(Antoine oat)。
17.根据权力要求11所述的纤维残余物，其中所述BG分子量大于1百万道尔顿。
18.根据权力要求1所述的方法，其中用于步骤a)的所述面粉自微粒谷物来制备，其中成微粒者大于20％。
19.根据权力要求18所述的方法，其中微粒化者为25-40％。
20.根据权力要求1所述的方法，其中用于步骤a)的所述面粉具有小于250微米的粒度。
21.根据权力要求1所述的方法，其中在步骤c)过程中，用0.1％(w/w，以蛋白质或淀粉重量计)的蛋白酶或淀粉酶培养所述纤维残余物/醇浆液。
22.根据权力要求1所述的方法，其中在步骤c)过程中，用0.1-3％(w/w，以蛋白质或淀粉重量计)的蛋白酶或淀粉酶培养所述纤维残余物/醇浆液。
23.根据权力要求21所述的方法，其中所述蛋白酶选自植物、动物或微生物蛋白酶中的任一种或其组合，并且所述淀粉酶选自微生物、植物或动物淀粉酶中的任一种或其组合。
24.根据权力要求2所述的方法，其中所述声波降解处理步骤包括在大于2.5kW的功率水平下使纤维残余物/醇浆液经历声波降解。
25.根据权力要求2所述的方法，其中所述声波降解处理步骤包括在2.5-3.5kW的功率水平下使纤维残余物/醇浆液经历声波降解3-15分钟。
26.根据权力要求2所述的方法，其中所述声波降解处理步骤在经选择使BG的裂解度最小同时使其从谷物的细胞网中释放最大的功率下实施。
27.根据权力要求所述1的方法，其中所述最终纤维残余物具有大于1百万道尔顿的BG分子量。
28.一种超声波降解于自面粉和醇的浆液制造高β-葡聚糖含量的β-葡聚糖产物的用途。
29.一种制备高粘度β-葡聚糖产物的方法，其包含下列步骤：
a.将面粉混合至含水乙醇中以产生第一面粉-醇浆液；
b.过滤所述面粉-醇浆液以产生醇滤液和第一纤维残余物；
c.将所述第一纤维残余物与含水乙醇混合以形成纤维残余物/醇浆液；
d.过滤所述纤维残余物/醇浆液以产生第二醇滤液和含有高粘度β-葡聚糖的第二纤维残余物；
其中，使面粉/醇或纤维残余物/醇浆液中的一者或两者经历一个超声波降解处理过程。
30.根据权力要求29所述的方法，其中所述方法进一步包含使所述第二纤维残余物经历一个另外的乙醇洗涤和过滤步骤。
31.根据权力要求29所述的方法，其中步骤a和c中的所述含水醇为8-100％w/w。
32.根据权力要求29所述的方法，其中步骤a和c中的所述含水醇为40-95％w/w。
33.根据权力要求29所述的方法，其中步骤a和c中的所述含水醇为50％w/w。
34.根据权力要求29所述的方法，其中所述粉：含水乙醇为1∶5至1∶8(w/w)。
35.根据权力要求1所述的方法，其中所述醇为8-100％w/w。
36.根据权力要求1所述的方法，其中所述醇为40-95％w/w。
37.根据权力要求1所述的方法，其中所述醇为50％w/w。
38.根据权力要求1所述的方法，其中所述面粉：醇为1∶5至1∶8(w/w)。
39.一种控制含水醇BG纤维残余物溶液中的β-葡聚糖(BG)裂解程度的方法，其包含：使所述含水醇BG纤维残余物溶液经历一个声波降解处理过程，其中基于溶液中所需的β-葡聚糖裂解度来选择溶液中水∶醇的比率，其中选择较低的水∶醇比率降低溶液中β-葡聚糖的裂解水平，而选择较高的水∶醇比率提高溶液中β-葡聚糖的裂解水平。
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