从原始生物质中提取增值产品的基于酶的过程制造技术

本发明专利技术描述了从油料种子和谷物生物质中提取增值产品的基于酶的方法。该方法包括碱性预处理步骤，随后利用蛋白水解酶的处理，其提供增加的产物产量和溶解度。获得的产物可以是可溶性蛋白质/肽和纯化的膳食纤维。还描述了这种方法在生产食品、饮料、化妆品、饲料或饲料添加剂产品中的用途。

Enzyme based process of extracting value-added products from raw biomass

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从原始生物质中提取增值产品的基于酶的过程相关申请的交叉引用本申请要求2017年4月25日提交的美国临时申请序列号62/489,646的权益，所述临时申请的内容通过引用整体并入本文。专利
本公开涉及来自油料种子和谷物作物的生物质的加工，并且更具体地涉及将油料种子和其他谷物的废产物或副产物中的蛋白质与纤维素-半纤维素纤维分离。背景将油籽作物和谷物原料加工成有用的食品和饮料产品通常会导致大量的基于纤维的废物或副产品。尽管这些废品包含有价值的蛋白质和纤维组分，但它们的浓度和纯度低，因此通常被作为废品处理，并且处理者去除其所花费用很高。一些油料种子副产品通常用作低价值的动物饲料。例如，全世界从磨碎的大豆生产豆腐和豆浆的过程每年产生数百万吨的称为豆渣的固体副产品。豆渣含有75％的水分。按干物质计，豆渣含约50％的膳食纤维，25％的蛋白质，10％的脂质和其他营养物质。然而，由于其高营养价值和高水分含量，其在潮湿状态下可发酵并在生产后很短的时间内变质。大量豆渣的废弃带来了重大的环境和经济问题。目前，豆渣中只有极小部分在干燥后被用于食品工业或用作动物饲料。豆渣的大部分被作为肥料倾倒在田间，或作为废物燃烧，对生产者和环境都造成了损失。同样，当前将玉米和大麦加工为有用产品(诸如乙醇)的方法会导致产生称为干酒糟(DDG)的富含纤维的副产物。目前，DDG主要作为低价值产品用于动物饲料。其高价值组分(诸如蛋白质和膳食纤维)一直未被用作人消费的食品来源，尽管已经报道了一些健康益处，诸如降低心脏病风险(DanielD.Gallaher,17thAnnualDistillersGrainsSymposium，2013年5月15-16日；http://www.distillersgrains.org/files/scholarships/2013％20Daniel％20Gallaher.pdf)。同样，来自诸如大豆、棉花、向日葵、油菜和亚麻等的油料种子的各种种子粕也被用作动物饲料，作为大多数牲畜的蛋白质来源。从历史上看，一些油籽诸如野鼠尾草(chia)、亚麻和大麻，也因其声称的来自油和其他组分的健康益处而被人类消费。所有这些农作物的油籽粕都含有与膳食纤维和其他组分混合的高价值的蛋白质。然而，当油籽粕由于不同原因而被直接消费时，蛋白质的饲喂价值无法得到充分利用。油提取过程中采用的高温工艺降低了粕粉的蛋白质溶解度，还降低了营养价值。对于诸如鱼、鸡和幼猪等动物，高水平的纤维会稀释粕中的蛋白质和能量含量，几乎没有饲喂价值。另外，油籽生物质中包含的抗营养因子诸如胰蛋白酶抑制剂和植酸也有负面影响。动物饲料中胰蛋白酶抑制剂活性的存在会降低生长速度和蛋白质效率比(PER)(Wilson和Poe,1985,Aquaculture,46:19-25)。植酸很难被单胃物种如猪、鸡和鱼消化。植酸可与矿物质、氨基酸和蛋白质形成复合物，从而降低营养物质的消化率。另外，植酸分子中的磷在很大程度上是动物无法利用的，并且随排泄物一起排泄，导致环境破坏。总的来说，由于高纤维、高抗营养因子和高植酸含量，油籽粕或废料直接用作饲料组分时，作为单胃动物(诸如猪、鸡和鱼)的蛋白质来源，其饲用价值有限。开发简单的绿色技术以从这些生物质中分离出有价值的蛋白质具有巨大的工业应用潜力。为了从诸如大豆的油料种子中生产高价值的浓缩蛋白和蛋白质分离物，在许多情况下已经开发了不同的水处理系统和技术并将其商业化。然而，几乎所有现有的加工系统和技术都集中在生成单一的高价值蛋白质产品上，而几乎没有或根本没有考虑原料中富含非蛋白质纤维的成分的价值。另外，用于从油料种子生产单一高价值蛋白质产品的当前技术和处理系统经常消耗大量的水和化学品(诸如盐、酸或碱)，以提高蛋白质的提取和分离效率。除了水和化学品费用以外，处置低价值的副产品或废物流也会导致额外的费用。美国专利号5,658,714描述了通过首先将提取介质的pH调节至碱性条件来从植物粉中提取蛋白质的方法，浓缩后，通过将超滤渗透液的pH调节至3.5-6.0来沉淀提取的蛋白质。美国专利号4,420,425描述了使用碱性条件对脱脂大豆进行水提取的方法。通过过滤除去固体后，通过超滤以＞100kD的分子量截留值来浓缩溶解的蛋白质提取物以产生浓缩蛋白。美国专利号5,989,600描述了用诸如植酸酶和/或蛋白水解酶之类的酶提高植物蛋白溶解度的方法。美国专利号3,966,971教导了通过在水分散体中使用酸性植酸酶来提取植物蛋白的方法。已报道了使用化学或酶促方法将豆渣的膳食纤维或蛋白质成分分离为单一产品的不同方法。Ma等(1997,FoodResearchInternational,29(8):799-805)通过碱性提取和等电沉淀分离了豆渣蛋白。在干燥和脱脂后，所得产物包含83％的蛋白质。然而，与市售产品相比，分离的蛋白质的溶解度降低，限制了其在食品工业中的有用性。可通过冗长的酸修饰方法(Chan和Man,1999,FoodResearchInternational32:119-127)来提高溶解度，但该两步法(先分离蛋白质然后进行化学修饰)将导致生产成本增加，从而降低商业化的可能性。另外，该方法仅回收豆渣中53％的蛋白质，而未利用富含纤维的成分。蛋白酶和植酸酶的组合已被用于提高大豆蛋白的溶解度(Bae等，2013,J.FoodBiochemistry,37:511-519)。然而，报道的方法始于大豆蛋白质分离物，仅增加了产品在酸性pH范围内的溶解度。已经报道了制备豆渣纤维的不同方法。在一项这样的研究(Tian等，2007,ChinaOilsandFats,32(9):64-66)中，将湿豆渣干燥，磨成粉，并浸泡在碱性溶液中，然后进行酶促水解，漂白，乙醇沉淀和干燥。Surel和Couplet(2005,JSciFoodAgric85:1343–1349)报道了豆渣蛋白的蛋白酶水解以用于纯化豆渣纤维。该方法包括通过化学试剂或脂肪酶水解的蛋白质水解和脱脂步骤。这些方法没有回收蛋白质含量，并且复杂的步骤增加了生产成本。已报道的从豆渣中提取纤维或蛋白质的方法会导致另一种成分的浪费，并且大多数情况下还包括使用强化学试剂和有机溶剂。另外，据报道所得产物在功能上具有缺陷，诸如纤维的持水量(WHC)降低或蛋白质溶解度降低。迄今为止，尚未开发出针对这两种产品中任何一种的商业化方法，尤其是，还没有报道过可在整合的温和方法中充分利用这种大豆废料来生产富含纤维和富含蛋白质的产品的方法。需要开发不仅可以解决生物质(例如豆渣)废物的处理问题，而且可以充分利用生物质(例如豆渣)中有价值的成分(特别是蛋白质和纤维)的技术。本说明书提及多个文件，其内容通过引用整体并入本文。专利技术概述提供以下项目1至项目43：1.一种用于从生物质生产富含蛋白质和/或肽的级分和富含膳食纤维的级分的方法，所述方法包括：a)在温和的碱性条件下，在约85℃或更高的温度下，在水溶液中孵育生物质，以获得含水浆料；b)在适合于蛋白水解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从生物质生产富含蛋白质和/或肽的级分和富含膳食纤维的级分的方法，所述方法包括：/na)在温和的碱性条件下，在约85℃或更高的温度下，在水溶液中孵育所述生物质，以获得含水浆料；/nb)在适合于蛋白水解酶活性的条件下用蛋白水解酶处理所述含水浆料；以及/nc)从b)的所述蛋白水解酶处理的浆料中获得液体级分和固体级分，/n其中所述液体级分富含蛋白质和/或肽，而所述固体级分富含膳食纤维。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170425 US 62/489,6461.一种用于从生物质生产富含蛋白质和/或肽的级分和富含膳食纤维的级分的方法，所述方法包括：
a)在温和的碱性条件下，在约85℃或更高的温度下，在水溶液中孵育所述生物质，以获得含水浆料；
b)在适合于蛋白水解酶活性的条件下用蛋白水解酶处理所述含水浆料；以及
c)从b)的所述蛋白水解酶处理的浆料中获得液体级分和固体级分，
其中所述液体级分富含蛋白质和/或肽，而所述固体级分富含膳食纤维。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质呈湿形式。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质呈干形式。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述方法还包括在步骤a)之前研磨所述干生物质。


5.根据权利要求4所述的方法，其中所述方法还包括使磨碎的干生物质通过筛网，任选地为50至200μm的筛网或100μm的筛网。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其还包括在步骤a)之前使所述生物质脱脂。


7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述温和的碱性条件包括高于7且不高于约11的pH，为约9至约11的pH或为约10的pH。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中步骤a)在约90℃至约100℃的温度下进行。


9.根据权利要求8所述的方法，其中步骤a)在约90℃至约95℃的温度下进行。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中步骤a)进行约15分钟至约2小时、约30分钟至约90分钟或约1小时的一段时间。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中步骤b)在为约7至约11的pH下进行。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中步骤b)在约50℃至约80℃的温度下进行。


13.根据权利要求12所述的方法，其中步骤b)在约55℃的温度下进行。


14.根据权利要求1至13中任一项的方法，其中步骤b)进行约15分钟至约2小时，约30至约90分钟或约1小时的一段时间。


15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述水溶液中生物质的量为约0.5％至约20％(w/v)。


16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中所述蛋白水解酶包括枯草杆菌蛋白酶。


17.根据权利要求16所述的方法，其中所述枯草杆菌蛋白酶来自地衣芽孢杆菌。


18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中步骤c)包括将b)的经蛋白水解酶处理的浆料离心以获得所述液体级分和所述固体级分。


19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中所述方法还包括在步骤b)之后使所述蛋白水解酶灭活。


20.根据权利要求19所述的方法，其中所述灭活是热灭活。


21.根据权利要求20所述的方法，其中所述热灭活在约80℃至约100℃的温度下进行约5分钟至约30分钟的一段时间。


22.根据权利要求1-21中任一项所述的方法，其中所述方法还包括用包含二价阳离子的溶液处理(i)b)的经蛋白水解酶处理的浆料和/或(ii)c)的液体级分。


23.根据权利要求22所述的方法，其中所述溶液包含CaCl2、M...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春忠，M·伍德，黄放，T·杜吉奇，
申请(专利权)人：加拿大国家研究委员会，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA