(57)【要約】  トウモロコシ繊維を、少なくとも１つの弱酸を含む抽出液と接触させることと、繊維と抽出液との得られる混合物の温度を上昇させて、トウモロコシ繊維のヘミセルロースを抽出液に可溶化させることと、混合物を冷却することと、冷却した抽出混合物を、溶解されたヘミセルロースを含む可溶性画分と、セルロースを含む不溶性画分とに分離することとを含む、トウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法であって、
（ａ）ヘミセルロースと、セルロースと、リグニンとを含むマトリックスを含むトウモロコシ繊維を、少なくとも１つの弱酸を含む抽出液と接触させて抽出混合物を形成することと、
（ｂ）加水分解を介してヘミセルロースとリグニンとの連結を破壊するのに前記抽出液が十分酸性となるように、前記抽出混合物の温度を制御することによって（ＴＳＯＬ）、前記トウモロコシ繊維のヘミセルロースを可溶化させ、それにより、前記可溶化したヘミセルロースを前記抽出液に溶解することと、
（ｃ）前記溶解されたヘミセルロースを実質的に解重合するのには前記抽出液が十分に酸性でないように、前記抽出混合物の温度を制御することによって（ＴＱＵＥＮＣＨ）、加水分解をクエンチさせることと、
（ｄ）前記抽出混合物を、溶解されたヘミセルロースを含む可溶性画分と、セルロースを含む不溶性画分とに分離することと、
を含む、トウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法。
【請求項２】
抽出液から前記溶解されたヘミセルロースを分離するように、前記可溶性画分を処理することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各弱酸が−２より大きいｐＫａ（２５℃水溶液中）を有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
各弱酸が少なくとも０のｐＫａ（２５℃水溶液中）を有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
各弱酸が少なくとも２のｐＫａ（２５℃水溶液中）を有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
各弱酸が少なくとも４のｐＫａ（２５℃水溶液中）を有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの弱酸が少なくとも１つのカルボン酸からなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つのカルボン酸が、クエン酸、乳酸、リンゴ酸、酢酸、フマル酸、ギ酸、シュウ酸、及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つのカルボン酸が、クエン酸、リンゴ酸及びフマル酸、並びにそれらの組合せからなる群から選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記抽出液が、約０．００１Ｍ〜約１０Ｍの範囲である弱酸（単数又は複数）の総濃度を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記抽出液が、約０．０１Ｍ〜約１Ｍの範囲である弱酸（単数又は複数）の総濃度を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記抽出混合物が、約１：１００〜約６０：１００の範囲である、トウモロコシ繊維と抽出液との重量比を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記抽出混合物が、約３：１００〜約２０：１００の範囲である、トウモロコシ繊維と抽出液との重量比を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
ＴＳＯＬが約５０℃〜約３５０℃の範囲であり、ＴＱＵＥＮＣＨが約５℃〜約４０℃の範囲であり、クエンチ中のＴＳＯＬからＴＱＵＥＮＣＨへの平均変化速度が、約０．１℃／ｓ〜約５℃／ｓの範囲である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
ＴＳＯＬが約１２０℃〜約１５０℃の範囲であり、ＴＱＵＥＮＣＨが約１０℃〜約３０℃の範囲であり、クエンチ中のＴＳＯＬからＴＱＵＥＮＣＨへの平均変化速度が、約０．５℃／ｓ〜約１℃／ｓの範囲である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記抽出混合物が、約１分〜約２００分の範囲である期間（ｔＳＯＬ）中ＴＳＯＬにある、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記抽出混合物が、約２分〜約１０分の範囲である期間（ｔＳＯＬ）中ＴＳＯＬにある、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記トウモロコシ繊維がデンプンを除去したトウモロコシ繊維である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記可溶性画分の溶解されたヘミセルロースが、前記デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約３０重量％〜約７５重量％の範囲にある量であり、前記不溶性画分のセルロースが、前記デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約１５重量％〜約３０重量％の範囲にある量である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記可溶性画分の溶解されたヘミセルロースが、前記デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約５０重量％〜約６０重量％の範囲にある量であり、前記不溶性画分のセルロースが、前記デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約２０重量％〜約３０重量％の範囲にある量である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記可溶性画分の溶解されたヘミセルロースが、（ｉ）前記溶解されたヘミセルロースの約２０重量％〜約７５重量％の範囲である総量の単糖類及び二糖類と、（ｉｉ）前記溶解されたヘミセルロースの約１０重量％より少ない総量のオリゴ糖と、（ｉｉｉ）前記溶解されたヘミセルロースの約２５重量％〜約７０重量％の範囲である総量の多糖類とを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記可溶性画分の溶解されたヘミセルロースが、（ｉ）前記溶解されたヘミセルロースの約３０重量％〜約４０重量％の範囲である総量の単糖類及び二糖類と、（ｉｉ）前記溶解されたヘミセルロースの約５重量％より少ない総量のオリゴ糖と、（ｉｉｉ）前記溶解されたヘミセルロースの約５５重量％〜約７０重量％の範囲である総量の多糖類とを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
デンプンを除去したトウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法であって、デンプンを除去したトウモロコシ繊維と、少なくとも１つの弱カルボン酸を含む抽出液とを含む抽出混合物の温度を制御することであって、前記デンプンを除去したトウモロコシ繊維からヘミセルロースを前記抽出液に可溶化させるとともに溶解し、その結果、溶解されたヘミセルロースの量が、前記デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約３０重量％〜約７５重量％の範囲であり、前記溶解されたヘミセルロースの少なくとも４０重量％が少なくとも３の重合度を有することを含む、デンプンを除去したトウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法。
【請求項２４】
前記溶解されたヘミセルロースの少なくとも３０重量％が、少なくとも１１の重合度を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記溶解されたヘミセルロースの１０重量％以下が、３〜１０の範囲である重合度を有する、請求項２３又は２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記溶解されたヘミセルロースの６０重量％以下が、１〜２の範囲である重合度を有する、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの弱カルボン酸が、クエン酸、乳酸、リンゴ酸、酢酸、フマル酸、ギ酸、シュウ酸、及びそれらの組合せからなる群から選択され、前記抽出液が、約０．００１Ｍ〜約１０Ｍの範囲である弱カルボン酸(単数又は複数)の総濃度を有し、前記抽出混合物が、約１：１００〜約６０：１００の範囲である、デンプンを除去したトウモロコシ繊維と抽出液との重量比を有する、請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記抽出混合物の温度を制御することが、約１分〜約２００分の範囲の期間中、それを約５０℃〜約３５０℃である範囲内に維持した後に、該範囲未満の温度へとそれをクエンチさせることを含む、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記デンプンを除去したトウモロコシ繊維から、溶解されたヘミセルロースを含む可溶性画分と、セルロースを含む不溶性画分とに前記抽出混合物を分離することを更に含む、請求項２３〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記セルロースが、前記デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約１５重量％〜約３０重量％の範囲にある量である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記抽出液から前記溶解されたヘミセルロースを分離することを更に含む、請求項２９又は３０に記載の方法。
【請求項３２】
デンプンを除去したトウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法であって、約２分〜約１０分の範囲の期間中、約１２０℃〜約１５０℃の範囲であるように抽出混合物の温度を制御した後に、前記範囲未満の温度へとそれをクエンチさせることによって、前記デンプンを除去したトウモロコシ繊維からヘミセルロースを、約６．５重量部のデンプンを除去したトウモロコシ繊維と、約０．０１Ｍ〜約０．０５Ｍの範囲の濃度でクエン酸を含む約１００重量部の抽出液とを含む抽出混合物の抽出液に、可溶化させるとともに溶解することを含み、その結果、（ａ）溶解されたヘミセルロースの量が、前記デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約５０重量％〜約６０重量％の範囲であり、（ｂ）前記溶解されたヘミセルロースが、（ｉ）前記溶解されたヘミセルロースの約３０重量％〜約４０重量％の範囲である総量の単糖類及び二糖類と、（ｉｉ）前記溶解されたヘミセルロースの約５重量％より少ない総量のオリゴ糖と、（ｉｉｉ）前記溶解されたヘミセルロースの約５５重量％〜約７０重量％である総量の多糖類とを含む、デンプンを除去したトウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的に、粉砕されたトウモロコシの加工に関する。より詳細には、本発明は、トウモロコシ繊維からヘミセルロースを抽出することに関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１１年７月７日付けで出願された米国仮出願第６１／５０５３７３号（その内容全体は引用することにより本明細書の一部をなす）の利益を主張する非仮出願である。
【背景技術】
【０００３】
アメリカ合衆国ではトウモロコシの湿式粉砕によって、毎年４百万トンを超えるトウモロコシ繊維が作られている。今まで、このトウモロコシ繊維は、アメリカ合衆国において動物飼料用途に使用されてきた。トウモロコシ繊維は、中でも、トウモロコシ繊維ガム及びアラビノキシランとも称されるヘミセルロースを含む。トウモロコシヘミセルロースは場合によっては、動物飼料用途の使用をはるかに超える商業的価値を有する。例えば、トウモロコシヘミセルロースは、飲料フレーバーの乳化等の用途におけるアラビアガムの代わりとして使用することができると考えられる。加えて、トウモロコシヘミセルロースは、薄膜形成、水溶液及び懸濁液の増粘、乳化及び安定化等の用途において有用である可能性が高いと考えられている。さらに、食品及び飲料中に、３〜１０の重合度（ＤＰ）を有する、トウモロコシヘミセルロース及びその限定的な加水分解産物、アラビノキシランオリゴ糖（ＡＸＯＳ）を含むことによって、カルシウム及びマグネシウムの吸収の増大、コレステロールの吸収の低減、血漿コレステロールの低下、肝臓内におけるコレステロールの蓄積の減少、及び望ましいビフィズス菌効果等の健康効果を得ることができることが知られている。
【０００４】
トウモロコシヘミセルロースについて考えられ得る比較的価値の高い用途の数を考慮すれば、商業規模でトウモロコシ繊維からヘミセルロースを抽出する方法が、これまで研究活動及び開発活動の対象であり、また対象であり続けていることは、驚くにあたらない。例えば、特許文献１（Donner et al.）は、「アルカリ性過酸化水素」すなわち「ＡＨＰ」プロセスと称されることが多い、アルカリ性溶液による粉砕されたトウモロコシ繊維の処理中又は処理後の過酸化水素による処理を伴う、高分子量ヘミセルロースを得る方法を開示している。ＡＨＰプロセスによって生成されるヘミセルロースは、水に高溶解性である。ＡＨＰプロセスによるヘミセルロースの収率は、約３５ｗｔ％（２５℃における２４時間の抽出）〜約４２ｗｔ％（６０℃における２時間の抽出）の範囲内であることが知られている。ＡＨＰ最終産物について行なわれたモル質量検出と併せたクロマトグラフ分析から、高分子量成分（８．４×１０５ｇ／モル〜１６．１×１０５ｇ／モル）と低分子量成分（１．１×１０５ｇ／モル〜２．１×１０５ｇ／モル）とを有するモル質量の双峰分布が判明している。白色の綿毛状のセルロース／アラビノキシラン混合物（ＣＡＸ）が、トウモロコシ繊維ガムの生成後に残留する固体残渣から産出された。ＣＡＸは、Ｌ−アラビノース、Ｄ−キシロース及びＤ，Ｌ−ガラクトースレベルから明らかにされる相当量の糖を含有する。極端なＡＨＰ条件（例えば、１時間、１００℃）下で調製されたＣＡＸであっても、相当量の糖（例えば約３３ｗｔ％）を含有する。
【０００５】
ヘミセルロースを抽出する別の既知の方法は、塩酸又は硫酸を使用することを伴う。しかしながら、かかる方法は、抽出産物が主にエタノール又は有機酸への発酵に使用されるような、モノマーへの重大な加水分解をもたらす。例えば、１２１℃において２時間、トウモロコシ繊維を１．０％の硫酸で処理することによって、約６３．３ｗｔ％の糖の全収率がもたらされたことが報告されている。
【０００６】
トウモロコシ繊維からヘミセルロースを抽出する更に別の既知の方法は、セルロース含有材料を液体アンモニアで処理することによって、セルロースの化学反応性及び生体反応性を増大させることを伴うアンモニア爆砕（ＡＦＥＸ）プロセスとして知られている。より詳細には、ＡＦＥＸプロセスは、（ａ）約１４０ｐｓｉａ〜約１８０ｐｓｉａの範囲の処理圧力及び周囲温度において１時間未満で、セルロース含有材料をアンモニアと接触させること、（ｂ）圧力を処理圧力から大気圧へと爆発的に低減させること、及び（ｃ）セルロース含有材料からアンモニアを分離することを含み、それにより、セルロース含有材料中におけるセルロースの消化率が増大するとともに、セルロース含有材料の繊維から及び細胞壁内からのタンパク質のアベイラビリティが増大する。ＡＦＥＸプロセス後、得られるトウモロコシ繊維を、セルロース成分をエタノールの生成に使用するために、商用のアミラーゼ、キシラナーゼ及びセルラーゼの混合物の組合せによる酵素消化にかけた。消化材料は、約３０ｗｔ％〜４０ｗｔ％のグルコース及びオリゴ糖を含むものであった。
【０００７】
トウモロコシ繊維からヘミセルロースを抽出するまた別の既知の方法は、酵素の媒介によるセルロースからエタノールへのプロセスの一環として、ＳＯ２で触媒される逐次的蒸気爆発及び酵素加水分解を伴う。蒸気爆発させた繊維を用いて、トウモロコシ繊維におけるセルロースとヘミセルロースとの組合せを単糖へと変換させる効率は、約８０％と高かったのに対し、酵素加水分解前に蒸気爆発を伴わない変換効率は僅か約１５％であった。
【０００８】
トウモロコシ繊維からヘミセルロースを抽出する前述の既知の方法はそれぞれ、限定を有する。高品質のヘミセルロースは、アルカリと過酸化水素との組合せの処理によって調製することができる。しかしながら、アルカリの添加、酸中和及びエタノール沈殿によって製造コストが高くなりすぎてしまう。硫酸ベース又は塩酸ベースの抽出は、抽出物をガム代替物、低糖天然可溶性繊維、又は低糖増量剤等の高価値製品として不適切なものとする傾向にある、糖へのヘミセルロースの大規模加水分解を引き起こすことが示されている。アンモニア爆砕プロセスの試験では、大幅な褐変反応の存在を伴って全繊維の２０％未満が可溶化し、残ったアンモニアが抽出されたヘミセルロース中に見られた。加えて、トウモロコシ繊維に対する熱水処理又は蒸気処理によるヘミセルロースの収率は、商業的に実現可能とするには小さすぎる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，１４７，２０６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記を鑑み、商業規模で容易に実施することができ、比較的低コストであって、ガム代替物、低糖天然繊維及び／又は低糖増量剤等の１つ又は複数の比較的高価値な製品を製造することができるという特質の１つ又は複数を有する、トウモロコシ繊維からヘミセルロースを抽出する方法に対する要求が依然として存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、トウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法であって、
（ａ）ヘミセルロースと、セルロースと、リグニンとを含むマトリックスを含むトウモロコシ繊維を、少なくとも１つの弱酸を含む抽出液と接触させて抽出混合物を形成することと、
（ｂ）加水分解を介してヘミセルロースとリグニンとの連結を破壊するのに前記抽出液が十分酸性となるように、前記抽出混合物の温度を制御することによって（ＴＳＯＬ）、前記トウモロコシ繊維のヘミセルロースを可溶化させ、それにより、前記可溶化したヘミセルロースを前記抽出液に溶解することと、
（ｃ）前記溶解されたヘミセルロースを実質的に解重合するのには前記抽出液が十分に酸性でないように、前記抽出混合物の温度を制御することによって（ＴＱＵＥＮＣＨ）、加水分解をクエンチさせることと、
（ｄ）前記抽出混合物を、溶解されたヘミセルロースを含む可溶性画分と、セルロースを含む不溶性画分とに分離することと、
を含む、トウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法に関する。
【００１２】
本発明は更に、デンプンを除去したトウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法であって、デンプンを除去したトウモロコシ繊維と、少なくとも１つの弱カルボン酸を含む抽出液とを含む抽出混合物の温度を制御することであって、前記デンプンを除去したトウモロコシ繊維からヘミセルロースを前記抽出液に可溶化させるとともに溶解し、その結果、溶解されたヘミセルロースの量が、前記デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約３０重量％〜約７５重量％の範囲であり、前記溶解されたヘミセルロースの少なくとも４０重量％が少なくとも３の重合度を有することを含む、デンプンを除去したトウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法に関する。
【００１３】
本発明は更に、デンプンを除去したトウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法であって、約２分〜約１０分の範囲の期間中、約１２０℃〜約１５０℃の範囲であるように抽出混合物の温度を制御した後に、前記範囲未満の温度へとそれをクエンチさせることによって、前記デンプンを除去したトウモロコシ繊維からヘミセルロースを、約６．５重量部のデンプンを除去したトウモロコシ繊維と、約０．０１Ｍ〜約０．０５Ｍの範囲の濃度でクエン酸を含む約１００重量部の抽出液とを含む抽出混合物の抽出液に、可溶化させるとともに溶解することを含み、その結果、（ａ）溶解されたヘミセルロースの量が、前記デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約５０重量％〜約６０重量％の範囲であり、（ｂ）前記溶解されたヘミセルロースが、（ｉ）前記溶解されたヘミセルロースの約３０重量％〜約４０重量％の範囲である総量の単糖類及び二糖類と、（ｉｉ）前記溶解されたヘミセルロースの約５重量％より少ない総量のオリゴ糖と、（ｉｉｉ）前記溶解されたヘミセルロースの約５５重量％〜約７０重量％である総量の多糖類とを含む、デンプンを除去したトウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の方法の種々の実施形態に従って、デンプンを除去したトウモロコシ繊維から抽出される可溶性画分の糖類分布を比較するチャートである。
【図２】本発明の方法の種々の実施形態に従って、デンプンを除去したトウモロコシ繊維から抽出される可溶性画分中における、糖（ＤＰ１及びＤＰ２）と可溶性繊維（ＤＰ３以上すなわちＤＰ３＋）とのパーセンテージを比較するチャートである。
【図３】抽出される可溶性画分（ＨＣ１、７４２８−１４５とラベル表示した）と、５ＤＥマルトデキストリン、ガラクトース、アラビノース及びキシロースとの糖類分布を比較するチャートである。
【図４】本発明の方法の種々の実施形態に従って抽出される種々のヘミセルロース／ＡＸＯＳサンプルの分子量分布のゲル浸透クロマトグラフィ（ＧＰＣ）プロファイルを示す図である。
【図５】３９．３％の収率を伴い硫酸（強酸）を用いて抽出された可溶性画分と比較される、５８．４％の収率を伴いクエン酸（弱酸）を用いて本発明の方法に従って抽出された可溶性画分の糖類分布を示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、少なくとも一つには、ヘミセルロースと、セルロースと、リグニンとを含むマトリックスを含むトウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法を対象としている。要求されるものではないが、本発明の一実施形態では、トウモロコシ繊維原料物質がデンプンを除去したトウモロコシ繊維である。有益には、デンプンを除去したトウモロコシ繊維を用いることによって典型的に、最終産物を食品成分としてより望ましいものとする傾向にある、より高いパーセンテージの繊維を有する本方法の製品が得られる。とは言うものの、相当量のデンプン又は加水分解デンプンを含む、本発明の方法により製造される製品について憂慮しない場合には（例えば、エタノールの製造のための発酵プロセスにおける製品の使用）、その際に、デンプンを除去していないトウモロコシ繊維を使用することが望ましい場合もある。さらに、本発明の方法に使用される、デンプンを除去したトウモロコシ繊維は、酵素、水洗、及びそれらの組合せ等による、デンプンを除去する適用可能な任意の方法に従ってデンプンを除去することができる。上記を鑑み、本発明の方法では、トウモロコシ繊維、デンプンを除去したトウモロコシ繊維及び様々な程度にデンプンを部分的に除去したトウモロコシ繊維を使用することができることを理解されたい。
【００１６】
より具体的には、本発明の方法は、トウモロコシ繊維を、少なくとも１つの弱酸を含む抽出液と接触させて、抽出混合物を形成することを含む。本方法は、加水分解を介してヘミセルロースとリグニンとの連結を破壊するのに抽出液が十分酸性となるように、抽出混合物の温度を制御することによって（ＴＳＯＬ）、トウモロコシ繊維のヘミセルロースを可溶化させることにより、可溶化したヘミセルロースを抽出液に溶解することを更に含む。本方法は、溶解されたヘミセルロースを実質的に解重合するのには抽出液が十分に酸性でないように、抽出混合物の温度を制御することによって（ＴＱＵＥＮＣＨ）、上述の加水分解をクエンチすることを更に含む。さらに、本方法は、抽出混合物を、溶解されたヘミセルロースを含む可溶性画分と、セルロースを含む不溶性画分とに分離することを含む。このため、本方法を実施することによって、少なくともヘミセルロースがトウモロコシ繊維から分離される。更なる加工処理が望ましければ、本方法は、抽出液から溶解されたヘミセルロースを分離するように上述の可溶性画分を処理することも含むことができる。
【００１７】
弱酸
上記のように、本発明の方法は弱酸を使用することを伴う。概して、強酸（例えば、ＨＣｌ及びＨ２ＳＯ４）とは異なり、弱酸（例えば、クエン酸及び酢酸）を水に溶解すると、ヒドロニウムイオン（Ｈ３Ｏ＋）を形成する反応が、完全には進行しない。例えば、２５℃における０．１Ｍ酢酸溶液中では、僅か約１％の酢酸分子がそれらのプロトンを水に移行することによってイオン化する。本明細書に記載されるｐＫａについての言及は全て、特に断りのない限り２５℃における値であることに留意されたい。ｐＫａを含む平衡定数はｖａｎ’ｔ  Ｈｏｆｆの式に従い温度に応じて様々な値をとることが知られている。
【００１８】
酸性度は通常、酸性度定数Ｋａの負の対数であるｐＫａとして表される。この手法は、ヒドロニウムイオン濃度をｐＨと表すことに似ている。ｐＫａの大きさと、酸の強度との間には逆相関が存在する。つまり、ｐＫａの値が大きくなると、酸が弱くなる。これは負の数を含み、ＨＣｌは、−７のｐＫａを有する極めて強い酸と考えられ、硝酸は、−１．４のｐＫａを有する弱酸と考えられる。典型的に、−２より大きいｐＫａを有する酸は、弱酸と考えられる。−２以下のｐＫａ値を有する酸は、９９％超がｐＨ０（１Ｍの酸）で解離する。弱酸は、酢酸等の一塩基酸（１つのプロトンを遊離する酸）と、３つのｐＫａ値（ｐＫａ１＝２．１５、ｐＫａ２＝７．２、及びｐＫａ３＝１２．３７）に対応する、３つのプロトンを遊離することができるリン酸（Ｈ３ＰＯ４）等の多塩基酸（１つより多いプロトンを遊離することができる酸）とを含む。
【００１９】
本発明の或る特定の実施形態では、抽出液中に存在する弱酸がそれぞれ、−２より大きい、少なくとも０、少なくとも２又は少なくとも４のｐＫａを有する。
【００２０】
本発明の或る特定の他の実施形態では、抽出溶液が如何なる強酸も含まない。このため、抽出液中に存在する酸は専ら弱酸である。かかる実施形態では、抽出液中に存在する弱酸がそれぞれ、−２より大きい、少なくとも０、少なくとも２又は少なくとも４のｐＫａを有する。
【００２１】
抽出液中にはリン酸及び硝酸等の無機弱酸が含まれ得る（また、実際には抽出液（extraction）中には弱酸しか存在し得ない）が、本発明の別の実施形態では、抽出液が少なくとも１つのカルボン酸を含む。別の実施形態では、抽出液の少なくとも１つの弱酸が、少なくとも１つのカルボン酸からなる。弱酸であるカルボン酸の例としては、クエン酸、乳酸、リンゴ酸、酢酸、フマル酸、ギ酸、シュウ酸が挙げられる。一実施形態において、抽出液に含まれる少なくとも１つのカルボン酸は、クエン酸、乳酸、リンゴ酸、酢酸、フマル酸、ギ酸、シュウ酸、及びそれらの組合せからなる群から選択される。別の実施形態では、少なくとも１つのカルボン酸が、クエン酸、リンゴ酸及びフマル酸、並びにそれらの組合せからなる群から選択される。他の実施形態では、少なくとも１つのカルボン酸がクエン酸である。
【００２２】
典型的に、抽出液中の弱酸(単数又は複数)の量は、弱酸(単数又は複数)の総濃度が約０．００１Ｍ〜約１０Ｍの範囲にあるようなものとする。とは言うものの、今日までの実験結果から、弱酸(単数又は複数)の総濃度が約０．０１Ｍ〜約１Ｍの範囲にある場合に、原材料コスト、安全性、時間、効率の間の所望のバランスを保って本発明の方法を実施することができることが示される。
【００２３】
抽出液中の水については、本発明に応じて任意の好適な種類を利用することができる。とは言うものの、抽出されたヘミセルロース及びＡＸＯＳが食品成分として使用される場合には、脱イオン水又は蒸留水が典型的に好ましい。
【００２４】
抽出混合物中における抽出液とトウモロコシ繊維との相対量
実用的には、処理すべき量のトウモロコシ繊維を湿潤並びに懸濁及び／又は溶解させるのに少なくとも十分な抽出液を含む抽出混合物を形成する。とは言うものの、抽出液とトウモロコシ繊維との比率はそれ程重要であるとは考えられない。実際には、本発明の方法は、抽出液とトウモロコシ繊維との比率が比較的広い範囲内にある抽出混合物によって実施することができると考えられる。例えば、本発明の一実施形態において、本方法は、抽出混合物が、約１：１００〜約６０：１００の範囲にあるトウモロコシ繊維と抽出液との重量比を有するように制御される。別の実施形態では、抽出混合物が、約３：１００〜約２０：１００の範囲にあるトウモロコシ繊維と抽出液との重量比を有する。
【００２５】
ヘミセルロースの可溶化
上述のように、本発明の方法は、加水分解を介してヘミセルロースとリグニンとの連結を破壊するのに抽出液が十分酸性となるように、抽出混合物の温度を制御することによって（ＴＳＯＬ）、トウモロコシ繊維のヘミセルロースを可溶化させることにより、可溶化したヘミセルロースを抽出液に溶解することを含む。本発明の方法はまた、溶解されたヘミセルロースを実質的に解重合するのには抽出液が十分に酸性でないように、抽出混合物の温度を制御することによって（ＴＱＵＥＮＣＨ）、加水分解をクエンチすることを含む。
【００２６】
比較的低い温度（例えば約５０℃未満）の場合、抽出混合物中の弱酸は、トウモロコシ繊維の成分を攻撃又はこれと反応する傾向にない。例えば、比較的低い温度で、抽出混合物中の弱酸は、加水分解を介してヘミセルロースとリグニンとの多くの連結を破壊するのに十分に酸性でない。対照的に、比較的低い温度における溶液中の強酸は、ヘミセルロースとリグニンとの連結を破壊するのに十分に酸性であると考えられる（トウモロコシ繊維の量に関する反応の程度は当然ながら、主に酸の濃度及び溶液のｐＨに依存すると考えられる）。このため、本発明の方法は、抽出混合物の酸性を中和するための化学物質を添加する必要なく、トウモロコシ繊維中の化学結合の加水分解を、比較的単純な高信頼性かつ安全な方法で制御することが可能である。ヘミセルロースとリグニンとの連結を高率で破壊するために、抽出混合物の温度を単純に、抽出混合物中に存在する弱酸(単数又は複数)が、加水分解を介してヘミセルロースとリグニンとの連結を破壊するのに十分に酸性となる温度まで上げる（ＴＳＯＬ）。
【００２７】
反対に、所望の量の加水分解が起こった後、本方法における加水分解反応は、抽出混合物の温度を、溶解されたヘミセルロースの化学結合を大幅に加水分解するのには抽出液が十分に酸性でない温度まで制御する（下げる）ことによって（ＴＱＵＥＮＣＨ）、効率的にクエンチ又は停止することができる。別の言い方をすれば、ＴＱＵＥＮＣＨの値は、抽出液の酸性が、あらゆる意図及び目的について分離されたヘミセルロースの加水分解が効率的に休止されるほど十分に低いと言える。これは、塩酸又は硫酸が化学的に中和されるまで溶解されたヘミセルロースのグリコシド結合の加水分解を続けるため、塩酸又は硫酸を利用してきたこれまでの既知の方法よりもとりわけ有益である。結果として、かかる強酸を使用すると、トウモロコシ繊維から分離されるヘミセルロースの大部分が、糖（ＤＰ１及びＤＰ２）に分解する傾向にある。このため、抽出混合物の温度を単に下げることによって加水分解が事実上停止し得ることから、本発明の方法は、トウモロコシ繊維から分離されるヘミセルロースのより多くの割合がＤＰ３＋となるように制御することができ、さらに、分離されたヘミセルロースの全収率を比較的高いものとすることができる。
【００２８】
当然のことながら、任意の特定の抽出混合物についての最低ＴＳＯＬ及び最大ＴＱＵＥＮＣＨは、少なくとも一つには、抽出液中にある特定の弱酸に依存すると考えられる。とはいえ、特定の抽出混合物に適切なＴＳＯＬ及びＴＱＵＥＮＣＨを決定することは、当業者にとって簡単なことである。本発明の一実施形態において、ＴＳＯＬは約５０℃〜約３５０℃の範囲である。別の実施形態では、ＴＳＯＬが約１２０℃〜約１５０℃の範囲である。本発明の一実施形態において、ＴＱＵＥＮＣＨは約５℃〜約４０℃の範囲である。別の実施形態では、ＴＱＵＥＮＣＨが約１０℃〜約３０℃の範囲である。
【００２９】
同様に、抽出混合物がＴＳＯＬである（すなわち、ＴＳＯＬの温度における）期間（ｔＳＯＬ）は、トウモロコシ繊維中のヘミセルロースがどのくらいの量で抽出液に溶解することが望まれるかに依存し、ひいては、少なくとも一つには、ＴＳＯＬ範囲内で選択される正確な温度(単数又は複数)に依存する。概して、温度が高いほど、トウモロコシ繊維の構成要素間の結合は加水分解を介して速く破壊され、構成要素が分離される（例えば、溶解されたヘミセルロース）。概して、ｔＳＯＬの期間が長いほど、トウモロコシ繊維中のヘミセルロースは抽出液に多く溶解する。よって、分離されたヘミセルロースの全収率が増大する。しかし、期間が長いほど、溶解されたヘミセルロースの量は多く糖（ＤＰ１及びＤＰ２）へと解重合される。このため、本発明の方法の実務者は、所望の成果をもたらす、ｔＳＯＬを含む上述の変数を選択することとなる。かかる値の決定は、本明細書中に開示される情報によって決まるか、日常試験を通じて決まるか、又は両方であり、これは当業者にとって簡単なことである。本発明の一実施形態において、抽出混合物は、約１分〜約２００分の範囲にある期間（ｔＳＯＬ）中ＴＳＯＬにある。別の実施形態では、抽出混合物が、約２分〜約１０分の範囲にある期間（ｔＳＯＬ）中ＴＳＯＬにある。
【００３０】
要求されるものではないが、リグニン及びセルロースからのヘミセルロースの所望量の分離が起こった後、トウモロコシ繊維から分離されかつ抽出液に溶解したヘミセルロースの解重合を最低限に抑えるために、抽出液の温度を比較的迅速に下げることによって、加水分解反応をクエンチさせることが望ましい場合が多い。抽出液の加熱を伴う比較的迅速な温度低下は、ジャケットを用いて熱水、蒸気、水道水又は冷水を流すことにより熱を加えるか又は除去するといった任意の適切な方法によって達成することができる。本発明の一実施形態において、クエンチ中のＴＳＯＬからＴＱＵＥＮＣＨへの平均変化速度は、約０．１℃／ｓ〜約５℃／ｓの範囲である。別の実施形態では、クエンチ中のＴＳＯＬからＴＱＵＥＮＣＨへの平均変化速度が約０．５℃／ｓ〜約１℃／ｓの範囲である。
【００３１】
本発明の方法は連続的に行うことができることに留意されたい。例えば、ＴＳＯＬにおける任意の割合の上記混合物の滞留時間がｔＳＯＬであるように、混合物を、少なくとも約ＴＳＯＬの温度の帯域に通すことによって、抽出混合物をＴＳＯＬに加熱してもよい。加水分解反応は、混合物を、ＴＱＵＥＮＣＨ以下の温度の帯域に通すことによって、クエンチさせる。同様の連続装置／操作の具体例は、米国特許第４，２５６，５０９号（その内容全体は引用することにより本明細書の一部をなすものとする）に記載されている。
【００３２】
画分への抽出混合物の分離
上述のように、本発明の方法はまた、抽出混合物を、溶解されたヘミセルロースを含む可溶性画分と、セルロース及びリグニンを含む不溶性画分とに分離することを含む。これは、濾過又は遠心分離等の任意の適切な方法で達成することができる。
【００３３】
要求されるものではないが、所望であれば、セルロース及びリグニンを含む分離された不溶性画分を、炉乾燥、又は加熱されていてもよい空気の吹付けによる乾燥等の、任意の適切な方法によって乾燥させてもよい。加えて、所望であれば、分離された可溶性画分も、溶媒（例えば水）を気化させて、予め溶解させた固体ヘミセルロースを含む乾燥可溶性画分を得るように処理してもよい。溶媒の気化は、噴霧乾燥、凍結乾燥又は炉乾燥等の任意の適切な方法によって達成することができる。
【００３４】
本方法の製品
上述のように、本発明の方法は、トウモロコシ繊維から抽出又は分離される、ヘミセルロースとＡＸＯＳとを含む可溶性材料の量を制御するように実施することができる。さらに、上述のように、本発明の或る特定の実施形態では、デンプンを除去したトウモロコシ繊維について本方法が実施される。一例として、かかる実施形態では、可溶性画分の溶解されたヘミセルロースが、デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約３０重量％〜約７５重量％の範囲である量となるように、及び不溶性画分のセルロースが、デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約１５重量％〜約３０重量％の範囲にある量であるように、本方法を実施することができる。他のかかる実施形態では、可溶性画分の溶解されたヘミセルロースが、デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約５０重量％〜約６０重量％の範囲にある量であり、不溶性画分のセルロースが、デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約２０重量％〜約３０重量％の範囲にある量である。
【００３５】
また、かかる分離されたヘミセルロースの重合度を制御するように、本発明の方法は実施することができるとも述べられる。一例として、本方法は、或る特定の実施形態において、可溶性画分の溶解されたヘミセルロースが、（ｉ）溶解されたヘミセルロースの約２０重量％〜約７５重量％の範囲である総量の単糖類及び二糖類と、（ｉｉ）溶解されたヘミセルロースの約１０重量％より少ない総量のオリゴ糖と、（ｉｉｉ）溶解されたヘミセルロースの約２５重量％〜約７０重量％の範囲である総量の多糖類とを含むように、実施することができる。他の実施形態では、可溶性画分の溶解されたヘミセルロースが、（ｉ）溶解されたヘミセルロースの約３０重量％〜約４０重量％の範囲である総量の単糖類及び二糖類と、（ｉｉ）溶解されたヘミセルロースの約５重量％より少ない総量のオリゴ糖と、（ｉｉｉ）溶解されたヘミセルロースの約５５重量％〜約７０重量％の範囲である総量の多糖類とを含む。
【００３６】
別の実施形態では、本方法は、デンプンを除去したトウモロコシ繊維と、少なくとも１つの弱カルボン酸を含む抽出液とを含む抽出混合物の温度を制御して、デンプンを除去したトウモロコシ繊維からヘミセルロースを抽出液に可溶化させるとともに溶解することを含み、その結果、溶解されたヘミセルロースの量が、デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約３０重量％〜約７５重量％の範囲であり、溶解されたヘミセルロースの少なくとも４０重量％が少なくとも３の重合度を有する。更に別の実施形態では、溶解されたヘミセルロースの少なくとも３０重量％が少なくとも１１の重合度を有することが好ましいとされる。また、溶解されたヘミセルロースの１０重量％以下が、３〜１０の範囲の重合度を有することが好ましいとされる。さらに、溶解されたヘミセルロースの６０重量％以下が、１〜２の範囲の重合度を有することが好ましいとされる。
【００３７】
更に別の実施形態では、約２分〜約１０分の範囲の期間中、約１２０℃〜約１５０℃の範囲であるように抽出混合物の温度を制御した後に、上記範囲未満の温度へとそれをクエンチさせることによって、デンプンを除去したトウモロコシ繊維からヘミセルロースを、約６．５重量部のデンプンを除去したトウモロコシ繊維と、約０．０１Ｍ〜約０．０５Ｍの範囲の濃度でクエン酸を含む約１００重量部の抽出液とを含む抽出混合物の抽出液に、可溶化させるとともに溶解することによって、デンプンを除去したトウモロコシ繊維の１つ又は複数の成分を分離する方法を実施することができ、その結果、（ａ）溶解されたヘミセルロースの量が、デンプンを除去したトウモロコシ繊維の約５０重量％〜約６０重量％の範囲であり、（ｂ）溶解されたヘミセルロースが、（ｉ）溶解されたヘミセルロースの約３０重量％〜約４０重量％の範囲である総量の単糖類及び二糖類と、（ｉｉ）溶解されたヘミセルロースの約５重量％より少ない総量のオリゴ糖と、（ｉｉｉ）溶解されたヘミセルロースの約５５重量％〜約７０重量％である総量の多糖類とを含む。
【実施例】
【００３８】
以下に開示した実施形態は、様々な形で具現化することができる本発明の単なる代表例である。このため、以下の実施例で開示される具体的な構造、作用及び手順の詳細は、限定するものと解釈されるものではない。
【００３９】
トウモロコシ繊維のデンプン除去方法
４０％乾燥固形分（ｄ．ｓ．）を有するVetterのトウモロコシ繊維約７５０グラムを、鋼鉄製容器内で総重量４ｋｇとなるように精製水と混合した。この繊維懸濁液を、２翼（４５ｍｍ直径）撹拌シャフトを備えるＭａｘｉｍａデジタル撹拌機（Fisher Scientific（Pittsburgh, PA））を伴って沸点（約９５℃）までホットプレート上で加熱した。懸濁液のｐＨは、１ＮのＮａＯＨ溶液を用いて約６．５に調節した。約６ｍＬの１ＭのＣａＣｌ２溶液も添加した。その後、約６ｍＬのＴｅｒｍａｍｙｌ  ＳＣ  ＤＳ（Novozymes North America, Inc.（Franklinton, NC））を繊維懸濁液に添加し、約９５℃で約１．５時間酵素反応を行なった。アルミ箔を用いて繊維懸濁液を鋼鉄製容器内に封入し、室温で一晩放置した。その後、繊維懸濁液を約５７℃まで加熱し、３０ｗｔ％のクエン酸溶液を用いてｐＨを約４．５に調節した。約６ｍＬのＳｐｉｒｉｚｙｍｅ  Ｆｕｅｌ（アミログルコシダーゼ、Novozymes North America, Inc.（Franklinton, NC））を懸濁液に添加し、約５７℃で約３時間反応させた。その後、懸濁液の温度を約５０℃に下げ（ｐＨは約４．５であった）、約６ｍＬのＰｒｏＳｔｅｅｐ（登録商標）（プロテアーゼ、Genencor International, Inc.（Rochester, NY））を添加し、タンパク質を約１．５時間加水分解させた。その後、温度を約８５℃まで上げ、約５分間維持して、プロテアーゼ及びアミログルコシダーゼを不活性化させた。デンプンを除去した繊維を、Ｎｏ．２の濾過布（Filtration Services（2171 E. Andrews St., Macon IL 62544））を用いたブフナー漏斗によって真空濾過し、得られる湿潤繊維ケークを熱風乾燥機内において約５０℃で乾燥させた。
【００４０】
クエン酸を用いたヘミセルロースの抽出
組合せ重量が約１４５０グラムとなるように、約９０グラムのデンプンを除去したトウモロコシ繊維（ＤＳ）を精製水と組み合わせた。総重量が約１５００グラムとなりかつｐＨが約２．８となるように、約２０グラムの３０ｗｔ％のクエン酸溶液を更なる容量の精製水とともにこれに添加した。この繊維懸濁液を、撹拌子（agitation）と、蒸気加熱を制御するジャケットとを備える２リットル容の高圧ステンレス鋼製リアクタに移した。懸濁液を約１５０℃まで加熱し、その温度で約２分間又は約１０分間放置して、ヘミセルロースを可溶化させた。その後、ジャケット内の水道水を用いて懸濁液を急速に冷却させた。反応後、ｐＨは約２．８であった。目の詰まったＮｏ．２濾過布を用いてブフナー漏斗上で溶液を濾過し、得られる繊維ケークを精製水で洗浄し、熱風乾燥機内において約５０℃で約２４時間乾燥させた。濾液及び洗浄水の重量を記録し、熱風乾燥機における水分定量法（約１０５℃で約１．５時間）を用いて水分を測定した。乾燥繊維の重量及び水分を記録して物質収支を計算した。
【００４１】
高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）
上記抽出プロセスの生成物を、銀形態のＡｍｉｎｅｘ（登録商標）樹脂ベースカラムを利用したＨＰＬＣにかけ、種々の重合度（ＤＰ）（ＤＰ１〜ＤＰ１０の糖類分布）の糖を分離する。炭水化物を分離するためにＡｍｉｎｅｘ（登録商標）樹脂ベースカラムは、サイズ排除機構と配位子交換機構とを併用するものである。より詳細には、オリゴ糖を分離するために、サイズ排除が分離の主な機構となる（低度に架橋された樹脂は、炭水化物を通過させ、オリゴ糖をサイズによって分離する）。単糖を分離するために、糖のヒドロキシル基と、樹脂の固定された対イオンとの結合を伴う配位子交換が主な機構となる。配位子交換は、対イオン（Ａｇ＋、Ｃａ２＋等）の性質及び炭水化物のヒドロキシル基の空間配置の影響を受ける。
【００４２】
サンプルは、カラムが３０ｃｍの長さ及び７．８ｍｍの内径を有する、Waters Corporationから入手可能なＨＰＬＣシステム（ＨＰＸ−４２Ａ）を用いて処理した。システムは以下の条件下で操作した。カラム温度は約８５℃とし、溶媒は脱イオン化した脱気水とし、流速は約０．６ｍＬ／分とし、検出器の感度は１６倍に設定し、注入体積は約２０μｌとし、実行時間は約２５分とした。サンプルはおよそ１％乾燥固形分を有するものとした。デキストロースからマルトヘキソース（ＤＰ６）までの既知の直鎖状炭水化物を含有する標準物質を調製して、可能な置換炭水化物の滞留時間と比較するように分析した。
【００４３】
ゲル浸透クロマトグラフィ（ＧＰＣ）
上記抽出プロセスの生成物を、それらのサイズ、及び溶液中での流体力学的体積に基づいて分子を分離するＧＰＣにかけた。サンプルは水に希釈させ、分子は、Waters Corporation社製のＵｌｔｒａｈｙｄｒａｇｅｌ（登録商標）１２０Åカラム、２つの２５０Åカラム、及び１つの１０００Åカラムの様々な値のポアサイズを有する一連の４つのカラムを用いて分離した。溶離液は、０．１ＮのＮａＮＯ３が添加された水とし、流速は約０．６ｍｌ／分とした。分離後、分子は、未加工データをマルチチャネル型クロマトグラフィのソフトウェアパッケージに送る示差屈折率計によって検出した。分子量分布は、一連の多糖分子量の標準物質との比較に基づき、多分散度の小さい較正法を用いて算出した。
【００４４】
パルスアンペロメトリック検出を伴う高速アニオン交換クロマトグラフィ（ＰＨＰＡＥ−ＰＡＤ）
上記抽出プロセスの生成物をＰＨＰＡＥ−ＰＡＤにかけた。炭水化物は、それらのアニオン形態に変換され、水酸化物形態の強塩基アニオン交換体上で分離された。炭水化物アニオンは、金の作用電極におけるパルスアンペロメトリック検出によって検出された。分離は、水酸化ナトリウム中における酢酸塩の勾配溶離を伴うＤｉｏｎｅｘ  Ｃａｒｂｏｐａｃ  ＰＡ１カラムセットにより実現した。初期実行条件は、１．２ｍＬ／分における４分間の１００ｍＭの水酸化ナトリウムとした。次の２０分の間に、酢酸ナトリウムを、０ｍＭから３７５ｍＭの濃度まで添加し、最大濃度で１０分間保持した（１００ｍＭのＮａＯＨ／３７５ｍＭのＮａＯＡｃ）。サンプル及び標準物質は全て水に希釈させたものとする。
【００４５】
デキストロースの定量決定
０．２％未満のデキストロースを含有するように、上記抽出プロセスの生成物のサンプルを希釈させた。デキストロースは、ＹＳＩ  Ｍｏｄｅｌ  ２７  Ａｎａｌｙｚｅｒ（Yellow Springs Instrument Co.（Yellow Springs, Ohio））を用いて分析した。
【００４６】
デンプン含有率の分析
上記抽出プロセスの生成物を、デンプン含有率について分析した。サンプル中のデンプンは、糊化させた後に、アミラーゼ及びアミログルコシダーゼを用いてβ−Ｄ−グルコースへと加水分解させた。その後、グルコースをＹＳＩ  Ｍｏｄｅｌ  ２７  Ｄｅｘｔｒｏｓｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒによって分析した。
【００４７】
サンプルをコーヒーグラインダによって粉砕した後、約０．２グラム〜０．４グラムのサンプルを、５０ｍＬ容のフラスコに約２０ｍｌの脱イオン水とともに添加した。フラスコをアルミ箔で覆い、約１２１℃及び２０ｐｓｉで約２０分間加圧滅菌して、デンプンを糊化させた。その後、約５．０ｍｌの酢酸バッファ（２００ｍｌ中における３３．０グラムの無水酢酸ナトリウム及び２４．０ｍｌの氷酢酸）及び約０．４ｍｌの塩化カルシウム（６．２５％）を、各フラスコに添加した。フラスコを覆って、２００ｒｐｍの速度で振とうしながら約６０℃で約４５分間インキュベートした。酵素加水分解後、ＹＳＩ  Ｄｅｘｔｒｏｓｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒを用いてデキストロースについてサンプルを分析した。０．９の変換率をデンプンへのデキストロースの変換に用いた（デンプン重量＝０．９×デキストロース重量）。
【００４８】
タンパク質含有率の分析
Ｋｉｅｌｄａｈｌ窒素プロセスを用いて、タンパク質の定量決定を行なった（Bradstreet, 1954）。
【００４９】
灰分含有率の分析
（含水率及びサンプルのタイプに応じて）約２グラム〜１０グラムのサンプルをるつぼに添加した。サンプルは、ブンゼンバーナー上で加熱して、サンプルが炎又は煙のいずれかを維持しなくなるまでサンプルを炭化した。サンプルを約５３８℃のマッフル炉に入れ、少なくとも５時間又は一晩（１６時間）加熱した。パーセンテージとして表される、残渣重量とサンプル重量との比率は、灰分の含有率（ｗｔ％）として求めた。
【００５０】
脂肪含有率の分析
約２．５グラム〜５．０グラムのサンプルを、約１５０ｍｌの３ＮのＨＣｌとともに４００ｍｌ容のガラスビーカーに添加した。ビーカーを覆って、約１２１℃及び２０ｐｓｉで約１５分加圧滅菌及び加熱して、脂肪成分をデンプンとタンパク質との複合体から取り除いた。取り除いた脂肪成分は、濾過によって分離して、石油エーテルを用いて濾紙から溶出させた。脂肪残渣は溶媒の気化後に重量測定した。パーセンテージとして表される、脂肪残渣重量とサンプル重量との比率は、サンプル中の総脂肪の尺度として求めた。
【００５１】
水分又は乾燥固形分（ｄ．ｓ．）の分析
不溶性セルロース系材料の水分は、Ｃｏｍｐｕｔｒａｃ  Ｍｏｉｓｔｕｒｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒ（Ｍｏｄｅｌ  ＭＡＸ  １０００、Arizona Instrument LLC（Chandler, AZ））を用いて求めた。可溶性画分の乾燥固形分（ｄ．ｓ．）は、約１２グラムの溶液を、７６ｍｍ直径のアルミニウムパンにおいて約１０５℃で約１．５時間乾燥させることを伴う熱風乾燥機法を用いて求めた。乾燥させた可溶性画分のｄ．ｓ．は、約７０℃で約５時間真空乾燥炉を用いて求めた。パーセンテージとして表される、乾燥させた材料の重量とサンプル重量との比率は、乾燥固形分の含有率（ｗｔ％）として求めた。
【００５２】
硫酸加水分解
約０．１５Ｎの硫酸を用いて、可溶性物質及び不溶性物質を沸騰水浴内で約４時間加水分解させた。約０．６ｍｌの１Ｎの硫酸を４ｍｌの全溶液に添加した。可溶性物質のｄ．ｓ．は約１．７３ｗｔ％であり、不溶性物質のｄ．ｓ．は約４．８２ｗｔ％であった。
【００５３】
酵素加水分解
２．０３ｗｔ％の可溶性画分約５ｍｌを、１０μｌの酵素によって一晩（約１６時間）加水分解し、容器を沸騰水浴と約１０分間接触させることにより溶液を加熱することによって、酵素を不活性化させた。
【００５４】
結果及び考察
Vetterのトウモロコシ繊維に由来するデンプンを除去した繊維の収率は、表１に記載されるように約６５ｗｔ％であった。
【００５５】
【表１】
2014520915.tif 000003
【００５６】
デンプン除去プロセス前後のトウモロコシ繊維の組成を表２に示す。
【００５７】
【表２】
2014520915.tif 000004
【００５８】
抽出されたヘミセルロース（ＡＸＯＳ）の収率は、表３に記載されるように、約３３ｗｔ％〜約６５ｗｔ％の範囲をとった。
【００５９】
【表３】
2014520915.tif 000005
【００６０】
可溶性画分の糖類分布を図１及び図２に示す。糖類の組成は、モノマー（アラビノース、キシロース及びガラクトース）と、高い重合度（ＤＰ１１、ＤＰ１２及びそれ以上）を有する化合物との双峰分布を有する。ＤＰ１及びＤＰ２の糖類は糖と考えられるのに対し、ＤＰ３＋の糖類はヒト消化酵素によって破壊されないため、おそらくは水溶性繊維と考えられる。図２は、可溶性画分が約３９ｗｔ％〜約４５ｗｔ％の範囲内の濃度で糖（ＤＰ１及びＤＰ２）を含有し、約５５ｗｔ％〜約６１ｗｔ％の範囲内の濃度でＤＰ３＋を含有することを示す。
【００６１】
結果から分かるように、可溶性画分の収率及び糖類分布を制御するために、本発明の方法の様々なパラメータを選択することが可能である。概して、これらの結果は、可溶化温度（ＴＳＯＬ）及び／又は抽出混合物が可溶化温度にある期間（ｔＳＯＬ）を増大させることが、可溶性画分の収率を上げる傾向にあるが、上記可溶性画分中におけるＤＰ３＋の糖類の量を減少させる傾向にもあることを示す。とは言うものの、上述の結果から、抽出混合物が可溶化温度にある期間よりも可溶化温度の方が、収率及び糖類分布において重要な役割を果たす傾向にあることが示される。
【００６２】
図３では、抽出されたヘミセルロース／ＡＸＯＳの糖類分布を、アラビノース、キシロース、ガラクトース、及びデキストロース当量（ＤＥ）５のマルトデキストリンのクロマトグラフプロファイルと比較した。中でも、比較によって、非糖画分の大部分が分子量においてマルトデキストリンＤＥ５と類似していることが示される。
【００６３】
図４では、抽出されたヘミセルロース／ＡＸＯＳのＧＰＣ分子量分布から、１５０℃における２分間の抽出によって、１５０℃における１０分間の抽出よりも高分子量の画分が生成されることが示される。１６０℃における２分間の抽出は、１５０℃における２分間の抽出よりも多くの糖及び小さいモル分率をもたらした。
【００６４】
１５０℃での１０分間の抽出後における、デンプンを除去したトウモロコシ繊維、可溶性画分及び不溶性画分の組成を分析して可溶性画分の純度を確認した。結果を表４に記載する。
【００６５】
【表４】
2014520915.tif 000006
【００６６】
デンプン除去プロセスが成功したために、デキストロース及びデンプンが僅かしか、デンプンを除去したトウモロコシ繊維、可溶性画分及び不溶性画分中に見られなかったことに留意されたい。ほとんどの脂肪及びタンパク質の大半は、抽出後に不溶性画分中に存在していた。
【００６７】
表５は、デンプンを除去した繊維及びヘミセルロースから、デキストロース、タンパク質、脂肪及びデンプンを減算した抽出された可溶性画分及び減算していない抽出された可溶性画分の収率を比較するものである。
【００６８】
【表５】
2014520915.tif 000007
【００６９】
デキストロース、タンパク質、脂肪及びデンプンを減算後の収率は、５９．５％に増大した。不溶性セルロース画分は、６８％の総食物繊維（ＡＯＡＣ法９９１．４３）、１１％のタンパク質及び１０％の脂肪を有する。
【００７０】
１００℃における弱酸加水分解によって可溶性ヘミセルロース画分及び不溶性画分の純度を分析した後、ＨＰＡＥＣによってモノマーを分析した。全モノマーの各モノマー（アラビノース、ガラクトース、グルコース及びキシロース）のパーセンテージを表６に記載する。
【００７１】
【表６】
2014520915.tif 000008
【００７２】
酸により加水分解されたヘミセルロースのグルコース含有率は僅か２．５％であり、これは、抽出されたヘミセルロースにおけるデンプンの重大な混入を示すものではない。抽出されたヘミセルロースを４つの商用酵素によって加水分解させると、全モノマーに対して最も高いグルコースパーセンテージが表７に記載されるように７％となった。これは幾つかの加水分解セルロースに由来し得るものである。
【００７３】
【表７】
2014520915.tif 000009
【００７４】
ヘミセルロース／ＡＸＯＳは、クエン酸による抽出（ｐＨ２．８、１５０℃１０分間）と同じ条件で硫酸を用いて抽出した。２Ｎの硫酸溶液（計７．８グラム）を用いて、ｐＨを２．８に調節した。表８に記載されるように、硫酸抽出を用いた可溶性ヘミセルロースの収率は３９．３％であり、これは、クエン酸を使用したものよりも著しく小さかった。図５に示されるように、クエン酸又は硫酸を用いて抽出される可溶性画分の糖類分布は類似している。特定の理論にとらわれるわけではないが、収率の差異は、少なくとも一つには、クエン酸のｐＫａが硫酸よりも高温で減少するため、より高い収率が得られるという事実に起因するものと考えられる。また、温度が下がるとクエン酸のｐＫａが著しく増大するため、ｐＫａは、加水分解が実質的に停止するくらい十分に高いと考えられる。対照的に、硫酸は、３５℃等の比較的低温でヘミセルロースを加水分解し続ける結果、二糖類及び三糖類とともにキシロース、アラビノース及びガラクトースを生成する。
【００７５】
【表８】
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【００７６】
本発明の方法のこれらの実施例は、クエン酸、すなわち食品グレードの弱有機酸を用いてヘミセルロースを抽出させたため、可溶化後のヘミセルロースの加水分解を制御することができる。低温では、酸強度が低いためほとんど加水分解が起こらなかった。弱酸のｐＫａ及び水のｐＨは、温度が上昇するにつれて減少するため、酸強度が上昇する。温度が上昇することでのみ実質的に可溶化が起こる。可溶化時間終了後に、トウモロコシ繊維溶液を室温までクエンチして、加水分解を停止させた。抽出されたヘミセルロースは、天然可溶性繊維として使用され得る、３以上の重合度を有する糖類（ＤＰ３＋）を約６０ｗｔ％含んでいた。トウモロコシ繊維から抽出される不溶性セルロース材料は、天然不溶性繊維として使用され得る約６８％の総食物繊維を含んでいた。
【００７７】
本発明の原則を例示及び説明してきたが、かかる原則を逸脱しない限り、本発明の段取り及び詳細が変更され得ることは当業者にとって明らかであるものとする。
【００７８】
様々な実施形態及び例示的な実施例に関して本発明の材料及び方法を説明してきたが、本発明の概念、精神及び範囲を逸脱しない限り、本明細書中に記載される材料及び方法に変形が適用され得ることは、当業者にとって明らかであろう。当業者にとって明らかな全てのかかる類似の代替形態及び変更形態は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神、範囲及び概念内であると考えられる。
【００７９】
本明細書中で使用する場合、「約」は、当業者によって理解されるとともに、使用される文脈に応じて或る程度様々な値をとると考えられる。当業者にとって明確でない規定が使用される場合、使用される文脈を考慮して、「約」は、特定の規定のプラス又はマイナス１０％までを意味する。
【００８０】
示される全ての範囲は必然的に、あらゆる目的で、その全ての部分範囲を記載することができ、また記載するものであり、このような全ての部分範囲は本発明の一部である。いずれかの列挙した範囲は、少なくとも等分（例えば、下半分及び上半分）、３分の１、４分の１等に分かれる同様の範囲を十分に記載及び許容するものと容易に認識することができる。さらに、例えば、５％〜２０％の範囲は、他の値、部分範囲等に加えて、限定されるものではないが、５％、５．５％、９．７％、１０．３％、１５％等の数値、及び、限定されるものではないが、５％〜１０％、１０％〜１５％、８．９％〜１８．９％等の部分範囲を含むと解釈されるものとし、これらは例示目的で示したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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