(57)【要約】  本発明は、高濃度および高粘度のβ−グルカン濃縮物を調製する際の改善方法について記述する。より具体的には、本発明は、酵素処理工程およびアルカリ処理工程の様々な組合せを利用し、高濃度アルコール溶媒中の様々なスラリー化工程を介して、ふすま、全粒粉および胚乳粉から、β−グルカンを濃縮する方法について記述する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）穀粒材料および４０〜１００％（ｖ／ｖ）のアルコール水溶液を混合して穀粒／アルコール水溶液のスラリーを形成し、キシラナーゼ、アミラーゼまたはプロテアーゼと共に穀粒／アルコール水溶液のスラリーをインキュベートし、その後に第１の繊維残渣を分離する工程と；
ｂ）高ｐＨで第１の繊維残渣を４０〜１００％（ｖ／ｖ）のアルコール水溶液と混合して第２の繊維残渣／アルコール水溶液のスラリーを形成し、その後に第２の繊維残渣／アルコール水溶液のスラリーから第２の繊維残渣を分離する工程と；
ｃ）第２の繊維残渣を４０〜１００％（ｖ／ｖ）のアルコール水溶液と混合して第３の繊維残渣／アルコール水溶液のスラリーを形成し、その後に第３の繊維残渣／アルコール水溶液のスラリーから最終繊維残渣を分離する工程と
を含む、穀粒材料からβ−グルカン（ＢＧ）を濃縮する方法。
【請求項２】
前記最終繊維残渣が、４０％（乾燥量ベース）を超えるＢＧ濃度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程ａ）が、工程ｂ）の前または工程ｂ）の後に、キシラナーゼ、アミラーゼまたはプロテアーゼにより反復され、反復される工程ａ）において用いられるキシラナーゼ、アミラーゼまたはプロテアーゼが、工程ａ）において用いられるものとは異なる酵素である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
工程ａ）の前の前洗浄工程をさらに含み、前記前洗浄工程は、穀粒材料を４０〜１００％（ｖ／ｖ）のアルコール水溶液と混合して穀粒／アルコール水溶液のスラリーを形成する工程、および、工程ａ）のための出発穀粒材料としての繊維残渣を穀粒／アルコール水溶液のスラリーから分離する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記前洗浄工程が、工程ａ）の前に反復される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記前洗浄工程が、工程ａ）の前に反復される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
工程ｃ）の後の後洗浄工程をさらに含み、前記後洗浄工程は、工程ｃ）から分離された繊維残渣を４０〜１００％（ｖ／ｖ）のアルコール水溶液と混合してさらなる繊維残渣／アルコール水溶液のスラリーを形成する工程、および、その後にさらなる繊維残渣／アルコール水溶液のスラリーからさらなる最終繊維残渣を分離する工程を含み、さらなる最終繊維残渣は４０％（乾燥量ベース）を超えるＢＧ濃度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記後洗浄工程が反復される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記穀粒材料がふすまである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記穀粒材料が胚乳粉である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記穀粒材料が全粒粉である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記穀粒材料が、ふすま、胚乳粉および全粒粉粉の２つまたは複数の組合せである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記穀粒材料がオオムギである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ふすまが、少なくとも５．５％（乾燥重量ベース）のβ−グルカン総含有量を有するカラスムギふすまである、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記ふすまが、工程ａ）の前に、β−グルカン総含有量が少なくとも１０％（重量で）まで上昇される予備的な濃縮プロセスにかけられる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記予備的な濃縮プロセスが空気分級プロセスである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記最終繊維残渣のＢＧ濃度が、４５％（乾燥量ベース）を超える、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記最終繊維残渣のＢＧ濃度が、５０％（乾燥量ベース）を超える、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記最終繊維残渣のＢＧ濃度が、５５％（乾燥量ベース）を超える、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記最終繊維残渣が、３％未満（重量で）のタンパク質濃度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記最終繊維残渣が、４０％未満（重量で）のペントサン濃度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
水中で溶解された（０．５％ｗ／ｗ）場合の前記最終繊維残渣の粘度が、２０℃で１２９ｓ−１の剪断速度で１２０ｃＰよりも大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記アルコール水溶液がエタノールである、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
工程ａ）および工程ｂ）の順序が反対にされる、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
穀粒材料／繊維残渣に対するアルコール水溶液の比率が、１容（重量で）の穀粒材料／繊維残渣に対して２容（容量で）を越える５０％（ｖ／ｖ）エタノール水溶液である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
ａ）少なくとも５％（乾燥重量ベース）のβ−グルカン初期含有量を有するふすまおよび濃縮アルコール水溶液を混合して第１のスラリーを形成する工程と；
ｂ）第１のスラリーから第１の繊維残渣を分離する工程と；
ｃ）第１の繊維残渣および濃縮アルコール水溶液を混合して第２のスラリーを形成する工程と；
ｄ）第２のスラリーから第２の繊維残渣を分離する工程と；
ｅ）第２の繊維残渣および濃縮アルコール水溶液を混合して第３のスラリーを形成する工程と；
ｆ）第３のスラリーから第３の繊維残渣を分離する工程と；
ｇ）第３の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液およびアミラーゼと混合して第４の繊維スラリーを形成し、アミラーゼが第３の繊維残渣中のデンプン含有量を減少するのに十分な時間で第４の繊維スラリーをインキュベートする工程と；
ｈ）第４の繊維スラリーのｐＨを酸性ｐＨに調整することによってアミラーゼを不活性化する工程と；
ｉ）第４の繊維スラリーのｐＨを中性ｐＨに調整し、第４の繊維スラリーから第４の繊維残渣を分離する工程と；
ｊ）第４の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液と混合して第５の繊維スラリーを形成する工程と；
ｋ）第５の繊維スラリーのｐＨをｐＨ＞１１に調整し、第４の繊維残渣中のタンパク質含有量を減少するのに十分な時間で第５の繊維スラリーをインキュベートし；酸を追加して第５の繊維スラリーのｐＨを中性ｐＨに調整して中性ｐＨを達成する工程と；
ｌ）第５の繊維スラリーから第５の繊維残渣を分離する工程と；
ｍ）第５の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液と混合して第６の繊維スラリーを形成する工程と；
ｎ）第６の繊維スラリーから第６の繊維残渣を分離する工程と；
ｏ）第６の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液と混合して第７の繊維スラリーを形成する工程と；
ｐ）第７の繊維スラリーから、４５％（乾燥量ベース）を超えるＢＧ含有量を有する最終繊維残渣を分離する工程と
を含む、ふすまからβ−グルカン（ＢＧ）を濃縮する方法。
【請求項２７】
前記アミラーゼが、耐熱性アミラーゼであり、工程ｇ）が８０℃で完了する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
工程ｋ）が６０〜８０℃で完了する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記濃縮アルコール水溶液が、５０％（ｖ／ｖ）である、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記最終繊維残渣のＢＧ濃度が、５０％（乾燥量ベース）を越える、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
ａ）少なくとも５％（乾燥重量ベース）のβ−グルカン初期含有量を有するふすまおよび濃縮アルコール水溶液を混合して第１のスラリーを形成する工程と；
ｂ）第１のスラリーから第１の繊維残渣を分離する工程と；
ｃ）第１の繊維残渣および濃縮アルコール水溶液を混合して第２のスラリーを形成する工程と；
ｄ）第２のスラリーから第２の繊維残渣を分離する工程と；
ｅ）第２の繊維残渣および濃縮アルコール水溶液を混合して第３のスラリーを形成する工程と；
ｆ）第３のスラリーから第３の繊維残渣を分離する工程と；
ｇ）第３の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液およびプロテアーゼと混合して第４の繊維スラリーを形成し、プロテアーゼが第３の繊維残渣中のタンパク質含有量を減少するのに十分な時間で第４の繊維スラリーをインキュベートする工程と；
ｈ）第４の繊維スラリーから第４の繊維残渣を分離する工程と；
ｉ）第４の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液およびアミラーゼと混合して第５の繊維スラリーを形成し、アミラーゼが第４の繊維残渣中のデンプン含有量を減少するのに十分な時間で第５の繊維スラリーをインキュベートする工程と；
ｊ）第５の繊維スラリーのｐＨを酸性ｐＨに調整することによってアミラーゼを不活性化する工程と；
ｋ）第５の繊維スラリーのｐＨを中性ｐＨに調整し、第５の繊維スラリーから第５の繊維残渣を分離する工程と；
ｌ）第５の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液と混合し、第６の繊維スラリーのｐＨをｐＨ＞１１に調整し、第５の繊維残渣中のタンパク質含有量を減少するのに十分な時間で第６の繊維スラリーをインキュベートし、第６の繊維スラリーのｐＨを中性ｐＨに調整する工程と；
ｍ）第６の繊維スラリーから第６の繊維残渣を分離する工程と；
ｎ）第６の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液と混合して第７の繊維スラリーを形成する工程と；
ｏ）第７の繊維スラリーから、４５％（乾燥量ベース）を超える最終ＢＧ濃度を有する最終繊維残渣を分離する工程と
を含む、ふすまからβ−グルカン（ＢＧ）を濃縮する方法。
【請求項３２】
前記アミラーゼが耐熱性アミラーゼであり、工程ｇ）が８０℃で完了する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
工程ｉ）が６０〜８０℃で完了する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記濃縮アルコールが５０％（ｖ／ｖ）である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記最終ＢＧ濃度が５０％（乾燥量ベース）を超える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記最終ＢＧ濃度が５５％（乾燥量ベース）を超える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
ａ）少なくとも５％（乾燥重量ベース）のβ−グルカン初期含有量を有するふすまおよび濃縮アルコール水溶液を混合して第１のスラリーを形成する工程と；
ｂ）第１のスラリーから第１の繊維残渣を分離する工程と；
ｃ）第１の繊維残渣および濃縮アルコール水溶液を混合して第２のスラリーを形成する工程と；
ｄ）第２のスラリーから第２の繊維残渣を分離する工程と；
ｅ）第２の繊維残渣および濃縮アルコール水溶液を混合して第３のスラリーを形成する工程と；
ｆ）第３のスラリーから第３の繊維残渣を分離する工程と；
ｇ）第３の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液およびキシラナーゼと混合して第４の繊維スラリーを形成し、キシラナーゼが第３の繊維残渣中のキシラン含有量を減少するのに十分な時間で第４の繊維スラリーをインキュベートする工程と；
ｈ）第４の繊維スラリーから第４の繊維残渣を分離する工程と；
ｉ）第４の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液およびアミラーゼと混合して第５の繊維スラリーを形成し、アミラーゼが第４の繊維残渣中のデンプン含有量を減少するのに十分な時間で第５の繊維スラリーをインキュベートする工程と；
ｊ）第５の繊維スラリーのｐＨを酸性ｐＨに調整することによってアミラーゼを不活性化する工程と；
ｋ）第５の繊維スラリーのｐＨを中性ｐＨに調整し、第５の繊維スラリーから第５の繊維残渣を分離する工程と；
ｌ）第５の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液と混合して第６の繊維スラリーを形成し、第６の繊維スラリーのｐＨをｐＨ＞１１に調整し、第５の繊維残渣中のタンパク質含有量を減少するのに十分な時間で第６の繊維スラリーをインキュベートし；第６の繊維スラリーのｐＨを中性ｐＨに調整する工程と；
ｍ）第６の繊維スラリーから第６の繊維残渣を分離する工程と；
ｎ）第６の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液と混合して第７の繊維スラリーを形成する工程と；
ｏ）第７の繊維スラリーから、４５％（乾燥量ベース）を超える最終ＢＧ濃度を有する最終繊維残渣を分離する工程と；
を含む、ふすまからβ−グルカン（ＢＧ）を濃縮する方法。
【請求項３８】
前記アミラーゼが耐熱性アミラーゼであり、工程ｇ）が８０℃で完了する、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
工程ｉ）が６０〜８０℃で完了する、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記濃縮アルコールが５０％（ｖ／ｖ）である、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
前記最終ＢＧ濃度が５０％（乾燥量ベース）を超える、請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
最終ＢＧ濃度が５５％（乾燥量ベース）を超える、請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高濃度および高粘度のβ−グルカン濃縮物を調製する、改善された方法について記述する。より具体的には、本発明は、酵素処理工程およびアルカリ処理工程の様々な組合せを利用する、高濃度アルコール溶媒中の様々なスラリー化工程を介して、ふすま、全粒粉および胚乳粉から、β−グルカンを濃縮する方法について記述する。
【背景技術】
【０００２】
穀粒を含む植物材料は、デンプン、タンパク質、混合結合の１−４，１−３β−Ｄ−グルカン（以下「β−グルカン」、「ベータ−グルカン」または「ＢＧ」）、セルロース、ペントサン、脂質、トコールなどのような多数の有益成分を含んでいる。これらの成分、およびこれらの成分に由来する生産物は、多くの食料品および食料品以外の用途を有する。従って、かかる植物材料の加工に関しては、強く継続的な産業利益がある。
【０００３】
カラスムギおよびオオムギのβ−グルカンは可溶性繊維成分である。それはＤ−グルコース糖単位から構成された粘性のある多糖である。カラスムギおよびオオムギのβ−グルカンは混合結合の多糖を含む。これは、Ｄ−グルコース単位またはＤ−グルコピラノシル単位の間の結合がβ−１，３結合またはβ−１，４結合のいずれかであることを意味する。このタイプのβ−グルカンもまた混合結合の（１→３），（１→４）−β−Ｄ−グルカンと呼ばれる。
【０００４】
食物繊維は、結腸直腸癌、冠性心疾患、糖尿病、肥満、および憩室性疾患を含む、先進国において優勢な様々な疾患に対する防護効果を有するものとして一般的に認められている。用語「食物繊維」は、ヒト消化管の分泌酵素による消化に耐え、大腸におけるミクロフローラによって発酵されうる植物材料として一般に定義される。繊維消費の増加は、総血清コレステロールおよび総ＬＤＬコレステロールの低下、血糖反応およびインスリン反応の修飾、疾患からの大腸の保護、および免疫系の促進に関連する。ＢＧ（非デンプン多糖）は食物繊維の水溶性成分であり、したがってかかる健康上の利益に寄与する。
【０００５】
一般的に、β−グルカンの消費は腸内容物の粘度を増加させ、したがって腸壁近くの胆汁酸と同様に食事性のコレステロールおよびグルコースの動きを減速させ、吸収の減少を導くと考えられている。これらの利益は、０．７５グラム／１回分の可溶性繊維（β−グルカン）を含むカラスムギおよびオオムギの生産物の毎日４回の摂取が心臓疾患のリスクを減少させうることを示す健康促進効能表示を承認するように、アメリカ食品薬品局（ＦＤＡ）を導いた。
【０００６】
心臓血管性疾患（ＣＶＤ）はすべての先進国における主要な死因であり、世界中の死亡のうちの２０％に関与すると考えられる。米国においては、１９９７年には国民の５９．７％はなんらかの形態のＣＶＤであり、カナダにおいては、８００万人がＣＶＤに罹患していると推測される。概算して１億２００万人の成人米国人は、１デシリットルあたり２００ミリグラム（ｍｇ／ｄＬ）以上の総血中コレステロールレベルである。これらのうちの約４１００万人は、２４０ｍｇ／ｄＬ以上のレベルである。成人において、２４０ｍｇ／ｄＬ以上の総コレステロールレベルは高リスクであると考えられる。２００〜２３９ｍｇ／ｄＬのレベルは境界線上の高リスクと考えられる。１３０ｍｇ／ｄＬ以上の低密度リポタンパク質（ＬＤＬ）コレステロールレベルは、冠性心疾患のリスクの増加と関連し、米国人のおよそ４５％で起こる。米国人のおよそ１８％は、１６０ｍｇ／ｄＬ以上のＬＤＬコレステロールレベルである。高ＬＤＬコレステロールレベルは、高リスクの冠性心疾患（ＣＨＤ）と関連する。
【０００７】
ＣＶＤは、一番の死因であるだけでなく、大部分の先進国において最も費用のかかる疾患でもある（「心臓血管性疾患の経済的コスト（Ｅｃｏｎｏｍｉｃ  Ｃｏｓｔｓ  ｏｆ  Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ  Ｄｉｓｅａｓｅｓ）」米国心臓病協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｈｅａｒｔ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）（２００２年）。２００２年心臓および卒中の統計アップデート（Ｈｅａｒｔ  ａｎｄ  Ｓｔｒｏｋｅ  Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｕｐｄａｔｅ）を参照）。２００２年の米国において、疾患のコストは直接的および間接的なコストで３２９２億ドルであった。直接的なコストは１９９５億ドルであり、薬物のコストは合計３１８億ドルであった。カナダ人のコスト統計（１９９３年）では、総ＣＶＤコストは１９７億ドルであると示す。直接的なコストは７３億ドルであり、このうち薬物コストは１６億ドルを占める。これらの統計は、食事の手段を介してＣＶＤのリスクを減少させることが重要であることを示す。可溶性繊維の消費の増加（特に様々な食品生産物の中への成分としてのβ−グルカンの混入を介して）は、この目標に向けて有意に貢献することができる。しかしながら、β−グルカンの健康上の利益を粘度に関連づける証拠が増加しているので、β−グルカンが、求められる健康上の利益を達成する高粘度特性を有することは重要である。
【０００８】
今までに、ＢＧは抽出のコストが高いために、化粧品、医学的適用および健康補助食品などの高い市場価値のものに限定され、その結果として、食品産業において成分としての使用は妨げられてきた。市場における現行の食品生産物は低濃度のＢＧを含み、日々の摂取で健康上の利益を達成するためには、かかる生産物の非現実的な量の消費を必要とする。
【０００９】
穀粒からのＢＧを濃縮するする目的で、実験室規模およびパイロット規模でオオムギおよびカラスムギを含むこれらの穀粒の分画について多数の研究が行なわれた。一般に、従来のプロセスは、類似したカラスムギ生産物と同様に、全粒ひき割りオオムギ、オオムギ粉末（粉砕された全粒オオムギ）またはオオムギ粉（ローラーミルで粉砕されたオオムギ粉または精白オオムギ粉）のスラリー化のための溶媒として、水、酸性水および／または水性アルカリ（すなわちＮａＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３またはＮａＨＣＯ３）を利用する。次に、ＢＧが可溶化されているスラリーを、濾過、遠心分離およびエタノール沈澱などの技術によって加工して、スラリーを様々な成分へと分離する。オオムギ／カラスムギ分画のためのこの従来のプロセスは多数の技術的問題を有しており、一方、限定的な商業上の実現可能性が、特に食料品適用のための生産物の費用によって限定されることが理解される。
【００１０】
特に、例えばオオムギ粉またはカラスムギ粉中のβ−グルカンが優れた水結合剤（親水コロイド）であり、それゆえ、水の追加に際して（中性環境、アルカリ環境または酸性環境）、β−グルカンがスラリーを水和して非常に濃厚化する（粘度が増加する）ので、技術的問題が生じる。この濃厚化は、スラリーをデンプン、タンパク質および繊維が濃縮された画分へとさらに加工することに関する多くの技術的問題を与え、それらは濾過中におけるフィルターの目詰りや、遠心分離中の粉成分の非能率的な分離を含む。
【００１１】
通常、これらの技術的問題は、希釈してさらなる加工を実行できるレベルまでの粘度を低減するために、濃厚な／粘性のあるスラリーへの大量の水の追加によって、無くならないにしても最小限にされる。しかしながら、大量の水の使用は、廃水量の増加およびその結果として生じる処理コストの増加を含む、複数のさらなる問題を導く。さらに、遠心分離時に上清（水）に可溶化し分離するβ−グルカンは、エタノール沈殿によって通常回収される。これは上清の中への等容量の無水アルコールの追加によって行われる。沈殿したβ−グルカンを分離した後に、好ましくは、エタノールは再利用のために回収される。しかしながら、回収は蒸留を必要とし、それはまたエネルギーの使用の観点からコストのかかる操作でもある。
【００１２】
さらに、水性アルカリによる可溶化、および続いて行なわれるエタノール中でのβ−グルカンの沈殿（およびその間の遠心分離工程）は、β−グルカン鎖を破壊し、その結果、より低品位でより低粘度のβ−グルカン生産物をもたらすことが公知である。
【００１３】
なおさらに、これらの過去の技術の使用は、微生物の増殖、およびβ−グルカン鎖の加水分解に関与しうる酵素活性の増加の両方もまた支持すると考えられる。これらの問題は、酵素活性の制御が困難になる可能性を有し、その結果バッチ間の一貫性の達成が問題となるような、より大きなバッチ操作において特に現われる。
【００１４】
従って、スラリー粘度および水使用に特有の問題を克服する、穀粒の分画のための効果的なプロセスが必要である。さらに、低デンプンおよび低タンパク質含有量である天然状態（すなわち高粘度）に近い、高純度で高粘度のβ−グルカン生産物を提供するプロセスが必要である。
【００１５】
出願人の同時係属出願である米国特許出願第１０／３８０，７３９号および米国特許出願第１０／３９７，２１５号において、抽出のための出発材料として穀粒の胚乳画分の粉を利用する、高品質のβ−グルカンの濃縮のための技術が記述される。出願人による過去の方法は、ＢＧが可溶化されず、ＢＧの沈殿が必要とされない、濃縮アルコール溶媒中のＢＧの濃縮の使用を教示した。さらに、出願人による以前の技術は、濃縮アルコール溶媒中のプロテアーゼ酵素およびアミラーゼ酵素を使用して、β−グルカン濃縮生産物の中のタンパク質含有量およびデンプン含有量を減少させることもまた教示した。これらの過去の方法は高品質および高収率のβ−グルカンの生産に効果的であるが、高濃縮ＢＧを生産するコストおよび効率が改善される、追加またはさらなるβ−グルカン濃縮技術の必要性が引き続きある。
【００１６】
上で言及されるように、出願人による過去の技術は、穀粒の胚乳部分の粉の使用を教示した。これまでに、穀粒のふすま部分の使用は、ＢＧがふすまのセルロースマトリックス内に包埋され、分離することがより困難であり、ふすまからのＢＧを濃縮する際に困難さが認識されるため、高品質のＢＧの生産には問題であると考えられてきた。その結果として、出願人による過去の技術を含む、過去の濃縮方法は、穀粒の胚乳部分の粉からのＢＧの濃縮に注目した。
【００１７】
しかしながら、コストの観点から、ＢＧ濃縮のための出発材料としてふすま、全粒粉および胚乳粉を含む穀粒のすべての成分を利用可能とすることに関心が持たれる。
【００１８】
その結果として、水ベースの抽出技術の問題を克服した、カラスムギおよびオオムギを含む穀粒の細胞壁から濃縮されたβ−グルカン生産物の収率、濃縮および質を改善する方法の必要性が引き続きある。さらに、β−グルカンを濃縮する抽出技術の商業コストの改善の必要性が引き続きある。
【発明の概要】
【００１９】
本発明に従って、ａ）穀粒材料および４０〜１００％（ｖ／ｖ）のアルコール水溶液を混合して穀粒／アルコール水溶液のスラリーを形成し、キシラナーゼ、アミラーゼまたはプロテアーゼと共に穀粒／アルコール水溶液のスラリーをインキュベートし、その後に第１の繊維残渣を分離する工程と；ｂ）高ｐＨで第１の繊維残渣を４０〜１００％（ｖ／ｖ）のアルコール水溶液と混合して第２の繊維残渣／アルコール水溶液のスラリーを形成し、その後に第２の繊維残渣／アルコール水溶液のスラリーから第２の繊維残渣を分離する工程と；ｃ）第２の繊維残渣を４０〜１００％（ｖ／ｖ）のアルコール水溶液と混合して第３の繊維残渣／アルコール水溶液のスラリーを形成し、その後に第３の繊維残渣／アルコール水溶液のスラリーから最終繊維残渣を分離する工程とを含む、穀粒材料からβ−グルカン（ＢＧ）を濃縮する方法が提供される。
【００２０】
さらなる実施形態において、最終繊維残渣は、４０％、４５％、５０％または５５％（乾燥量ベース）を超えるＢＧ濃度を有する。
【００２１】
別の実施形態において、工程ａ）は、工程ｂ）の前または工程ｂ）の後に、キシラナーゼ、アミラーゼまたはプロテアーゼにより反復され、反復される工程ａ）において用いられるキシラナーゼ、アミラーゼまたはプロテアーゼは、工程ａ）において用いられるものとは異なる酵素である。
【００２２】
別の実施形態において、本発明は、工程ａ）の前に行われる少なくとも１つの前洗浄工程を有し、前洗浄工程は、穀粒材料を４０〜１００％（ｖ／ｖ）のアルコール水溶液と混合して穀粒／アルコール水溶液のスラリーを形成する工程、および、工程ａ）のための出発穀粒材料として穀粒／アルコール水溶液のスラリーから繊維残渣を分離する工程を含む。前洗浄工程は反復してもよい。
【００２３】
さらなる実施形態において、工程ｃ）の後に１つまたは複数の後洗浄工程が行われ得る。この後洗浄工程は、工程ｃ）から分離された繊維残渣を４０〜１００％（ｖ／ｖ）のアルコール水溶液と混合してさらなる繊維残渣／アルコール水溶液のスラリーを形成する工程、および、その後にさらなる繊維残渣／アルコール水溶液のスラリーから、４０％（乾燥量ベース）を超えるＢＧ濃度を有するさらなる最終繊維残渣を分離する工程を含む。
【００２４】
好ましい実施形態において、穀粒材料は、ふすま、胚乳粉または全粒粉のうちの任意の１つまたはそれらの組合せである。別の実施形態において、ふすまは、少なくとも５．５％（乾燥重量ベース）のβ−グルカン総含有量を有するカラスムギふすまである。
【００２５】
まだ別の実施形態において、ふすまは、工程ａ）の前に、β−グルカン総含有量が少なくとも１０％（重量で）まで上昇される予備的な濃縮プロセスにかけられる。予備的な濃縮プロセスは空気分級プロセスでありえる。
【００２６】
様々な実施形態において、最終繊維残渣は、３％未満（重量で）のタンパク質濃度および／または４０％未満（重量で）のペントサン濃度を有する。
【００２７】
好ましくは、最終繊維残渣の粘度は、水中で溶解された（０．５％β−グルカン、ｗ／ｗ）場合、２０℃、１２９ｓ−１の剪断速度で１２０ｃＰよりも大きい。
【００２８】
別の実施形態において、工程ａ）および工程ｂ）の順序は反対にされる。
【００２９】
さらに別の実施形態において、穀粒材料／繊維残渣に対するアルコール水溶液の比率は、１容（重量で）の穀粒材料／繊維残渣に対して２容（容量で）を越える５０％（ｖ／ｖ）エタノール水溶液である。
【００３０】
より具体的な実施形態において、本発明は、
ａ）少なくとも５％（乾燥重量ベース）のβ−グルカン初期含有量を有するふすまおよび濃縮アルコール水溶液を混合して第１のスラリーを形成する工程と；
ｂ）第１のスラリーから第１の繊維残渣を分離する工程と；
ｃ）第１の繊維残渣および濃縮アルコール水溶液を混合して第２のスラリーを形成する工程と；
ｄ）第２のスラリーから第２の繊維残渣を分離する工程と；
ｅ）第２の繊維残渣および濃縮アルコール水溶液を混合して第３のスラリーを形成する工程と；
ｆ）第３のスラリーから第３の繊維残渣を分離する工程と；
ｇ）第３の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液およびアミラーゼと混合して第４の繊維スラリーを形成し、アミラーゼが第３の繊維残渣中のデンプン含有量を減少するのに十分な時間で第４の繊維スラリーをインキュベートする工程と；
ｈ）第４の繊維スラリーのｐＨを酸性ｐＨに調整することによってアミラーゼを不活性化する工程と；
ｉ）第４の繊維スラリーのｐＨを中性ｐＨに調整し、第４の繊維スラリーから第４の繊維残渣を分離する工程と；
ｊ）第４の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液と混合して第５の繊維スラリーを形成する工程と；
ｋ）第５の繊維スラリーのｐＨをｐＨ＞１１に調整し、第４の繊維残渣中のタンパク質含有量を減少するのに十分な時間で第５の繊維スラリーをインキュベートし；酸を追加して第５の繊維スラリーのｐＨを中性ｐＨに調整して中性ｐＨを達成する工程と；
ｌ）第５の繊維スラリーから第５の繊維残渣を分離する工程と；
ｍ）第５の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液と混合して第６の繊維スラリーを形成する工程と；
ｎ）第６の繊維スラリーから第６の繊維残渣を分離する工程と；
ｏ）第６の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液と混合して第７の繊維スラリーを形成する工程と；
ｐ）第７の繊維スラリーから、４５％（乾燥量ベース）を超えるＢＧ含有量を有する最終繊維残渣を分離する工程と
を含む、ふすまからβ−グルカン（ＢＧ）を濃縮する方法を提供する。
【００３１】
さらに別の実施形態において、本発明は、
ａ）少なくとも５％（乾燥重量ベース）のβ−グルカン初期含有量を有するふすまおよび濃縮アルコール水溶液を混合して第１のスラリーを形成する工程と；
ｂ）第１のスラリーから第１の繊維残渣を分離する工程と；
ｃ）第１の繊維残渣および濃縮アルコール水溶液を混合して第２のスラリーを形成する工程と；
ｄ）第２のスラリーから第２の繊維残渣を分離する工程と；
ｅ）第２の繊維残渣および濃縮アルコール水溶液を混合して第３のスラリーを形成する工程と；
ｆ）第３のスラリーから第３の繊維残渣を分離する工程と；
ｇ）第３の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液およびプロテアーゼと混合して第４の繊維スラリーを形成し、プロテアーゼが第３の繊維残渣中のタンパク質含有量を減少するのに十分な時間で第４の繊維スラリーをインキュベートする工程と；
ｈ）第４の繊維スラリーから第４の繊維残渣を分離する工程と；
ｉ）第４の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液およびアミラーゼと混合して第５の繊維スラリーを形成し、アミラーゼが第４の繊維残渣中のデンプン含有量を減少するのに十分な時間で第５の繊維スラリーをインキュベートする工程と；
ｊ）第５の繊維スラリーのｐＨを酸性ｐＨに調整することによってアミラーゼを不活性化する工程と；
ｋ）第５の繊維スラリーのｐＨを中性ｐＨに調整し、第５の繊維スラリーから第５の繊維残渣を分離する工程と；
ｌ）第５の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液と混合し、第６の繊維スラリーのｐＨをｐＨ＞１１に調整し、第５の繊維残渣中のタンパク質含有量を減少するのに十分な時間で第６の繊維スラリーをインキュベートし、第６の繊維スラリーのｐＨを中性ｐＨに調整する工程と；
ｍ）第６の繊維スラリーから第６の繊維残渣を分離する工程と；
ｎ）第６の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液と混合して第７の繊維スラリーを形成する工程と；
ｏ）第７の繊維スラリーから、４５％（乾燥量ベース）を超える最終ＢＧ濃度を有する最終繊維残渣を分離する工程と
を含む、ふすまからβ−グルカン（ＢＧ）を濃縮する方法を提供する。
【００３２】
さらに別の実施形態において、本発明は、
ａ）少なくとも５％（乾燥重量ベース）のβ−グルカン初期含有量を有するふすまおよび濃縮アルコール水溶液を混合して第１のスラリーを形成する工程と；
ｂ）第１のスラリーから第１の繊維残渣を分離する工程と；
ｃ）第１の繊維残渣および濃縮アルコール水溶液を混合して第２のスラリーを形成する工程と；
ｄ）第２のスラリーから第２の繊維残渣を分離する工程と；
ｅ）第２の繊維残渣および濃縮アルコール水溶液を混合して第３のスラリーを形成する工程と；
ｆ）第３のスラリーから第３の繊維残渣を分離する工程と；
ｇ）第３の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液およびキシラナーゼと混合して第４の繊維スラリーを形成し、キシラナーゼが第３の繊維残渣中のキシラン含有量を減少するのに十分な時間で第４の繊維スラリーをインキュベートする工程と；
ｈ）第４の繊維スラリーから第４の繊維残渣を分離する工程と；
ｉ）第４の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液およびアミラーゼと混合して第５の繊維スラリーを形成し、アミラーゼが第４の繊維残渣中のデンプン含有量を減少するのに十分な時間で第５の繊維スラリーをインキュベートする工程と；
ｊ）第５の繊維スラリーのｐＨを酸性ｐＨに調整することによってアミラーゼを不活性化する工程と；
ｋ）第５の繊維スラリーのｐＨを中性ｐＨに調整し、第５の繊維スラリーから第５の繊維残渣を分離する工程と；
ｌ）第５の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液と混合して第６の繊維スラリーを形成し、第６の繊維スラリーのｐＨをｐＨ＞１１に調整し、第５の繊維残渣中のタンパク質含有量を減少するのに十分な時間で第６の繊維スラリーをインキュベートし；第６の繊維スラリーのｐＨを中性ｐＨに調整する工程と；
ｍ）第６の繊維スラリーから第６の繊維残渣を分離する工程と；
ｎ）第６の繊維残渣を濃縮アルコール水溶液と混合して第７の繊維スラリーを形成する工程と；
ｏ）第７の繊維スラリーから、４５％（乾燥量ベース）を超える最終ＢＧ濃度を有する最終繊維残渣を分離する工程と
を含む、ふすまからβ−グルカン（ＢＧ）を濃縮する方法を提供する。
【００３３】
本発明を、部分的に以下の添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の１つの実施形態に従う、連続した洗浄処理工程、酵素処理工程およびアルカリ処理工程を経た、ＢＧ濃度の漸増的増加を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明に従って、および図を参照して、穀粒材料からβ−グルカンを濃縮する改善されたプロセスの実施形態を記述する。
【００３６】
大要
本技術は、
ａ）高アルカリｐＨ（好ましくは１１より大きい）でプロセスの一部を行うことと；
ｂ）キシラナーゼを含む追加酵素の使用を組み入れることと；
ｃ）出発材料としてふすま、全粒粉および胚乳粉のうちの任意の１つまたはそれらの組合せを利用することと
によって出願人の過去のＢＧ濃縮技術と対比される。
【００３７】
定義
この記述において、穀物の穀粒に由来するふすま、全粒粉および胚乳粉について、以下の定義を使用する。穀物の穀粒は、外皮／もみ殻、ふすま、胚芽（すなわち胚）、および胚乳（すなわちデンプン、タンパク質などを含む貯蔵器官）を含む４つの主要な穀粒部分を有するものとして通常記載される。
【００３８】
「全粒粉」は、一般的に、破砕または製粉によって粒子サイズを減少させた、脱殻した穀粒（すなわち繊維状の外皮／もみ殻の除去後の）を指す。
【００３９】
「ふすま」は、一般的に破砕または製粉によって粒子サイズを減少させた穀物の穀粒の種皮、アリューロン層およびサブアリューロン層を主として含む混合物を指す。しかしながら、穀粒組織の正確な分離が困難であるために、市販で入手可能なふすまは、通常、胚芽および胚乳が一定の程度まで混入する。
【００４０】
「胚乳粉」は、一般的に、主として穀物の穀粒の胚乳部分に由来する粉を指す。
【００４１】
より具体的には、この記述の文脈において、カラスムギふすま（米国穀物化学者学会（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｅｒｅａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｓ）によって推奨されるように）は、以下のように定義される。「カラスムギふすまは、カラスムギふすまがもとの出発材料の５０％以下であり、少なくとも５．５％（乾燥重量ベース）の総β−グルカン含有量、および少なくとも１６．０％（乾燥重量ベース）の総食物繊維含有量を有するように、および少なくとも総食物繊維の３分の１が可溶性繊維であるように、清浄なひき割りカラスムギまたは押しカラスムギを破砕し、結果として生じるカラスムギ粉を、ふるいかけ、ふるい分け、および／または他の適切な手段によって、画分へと分離することによって生産される食品である。」
【００４２】
出願人の同時係属特許出願（参照することにより本明細書に組み入れられる）において理解されるように、ふすまはＢＧの濃縮には商業上許容できない出発材料であると今まで考えられてきたところ、本発明は、一連の実験において、ＢＧの商業的に実現可能なソースとしてふすまの使用を研究した。
【００４３】
以下の実施例は、ＢＧ濃縮のための出発材料としてカラスムギふすまを利用した。全粒粉および胚乳粉が出発材料としてＢＧ濃縮に使用される、以下に記載されたさらなる実験も行なわれた。カラスムギ、オオムギまたは他の適切な穀粒からの全粒粉または胚乳粉に加えて、オオムギなどの他の穀粒からのふすまも利用できることが理解される。
【００４４】
出発材料としてのカラスムギふすまは、以下の一般的な方法に従って調製された。生のカラスムギを脱殻し、ひき割りカラスムギを破砕およびふるいかけして、前述の定義に従ったカラスムギふすまを生成した。
【００４５】
本出願において、以下の実験において利用されるふすま中のＢＧ濃度は１０〜１６％（重量で）であった。ふすま中のデンプン濃度は２４〜３６％（重量で）であり、比較して生のカラスムギ中では６０〜６５％（重量で）であった。
【００４６】
空気分級
本発明の様々な実施形態において、出発穀粒材料は空気分級などの他の予備濃縮工程をさらに行い、追加のデンプンを除去し、それによって出発穀粒材料の中のβ−グルカンの予備濃縮効果を提供することができる。
【００４７】
例えば、ふすまを加工して、生の穀粒中のデンプン濃度およびβ−グルカン濃度に比べて、デンプン濃度を低下させ、β−グルカン濃度を増加させることができ、ふすまの定義において規定された最小のＢＧ濃度を満たす。
【００４８】
キシラナーゼ
キシラナーゼは、反応時間に依存して、線状多糖類β−１，４−キシラン（それらは五炭糖から構成されるのでペントサンとも呼ばれる）を、より短鎖のキシランおよびキシロースへと分解する活性のある酵素のクラスを指す。その結果として、キシラナーゼは、植物の細胞壁の主要な成分であるヘミセルロースの分解に関与する。
【００４９】
実験
本明細書において一般的に記述される方法は、濃縮アルコール溶媒（４０〜１００％ｖ／ｖ、水溶性）中のふすままたは繊維残渣の連続したスラリー化、酵素インキュベーション工程、アルカリ処理工程およびそのＢＧ濃縮部分の分離を含む。この記述内では、本明細書において記述されるすべてのエタノール水溶液濃度はｖ／ｖベースを指す。
【００５０】
本発明の一般的な方法に従う様々なスラリー化工程および分離工程において使用されるアルコールの特定濃度、インキュベーション時間、アルコールに対する繊維残渣の比率、反応温度、ｐＨ値およびふるいサイズを含む、様々な実験条件に関し、４０％を超える（乾燥量ベース）、好ましくは４５〜５０％、およびより好ましくは５５％を超える濃度を有する高濃度ＢＧ生産物を生産する目的を達成するために、１つの実験パラメータの変形が、別の実験パラメータの調整を必要としうることは当業者に理解される。それゆえ、当業者は、明瞭に本明細書において記述される実験条件における妥当な変形が、不必要な実験をすることなしに、高濃度ＢＧ生産物の目的を可能にすることを理解するだろう。
【００５１】
スラリー化工程および酵素のインキュベーション工程をガラスフラスコ内で実行して、より大規模な生産のために使用される反応装置をシミュレートした。分離はふるいによって達成され、ＷＳ  Ｔｙｌｅｒ  ＲＸ−８／７−ＣＡＮの震動ふるい機（Ｍｅｎｔｏｒ、オハイオ）を使用して、ＷＳ  Ｔｙｌｅｒ（ＣＡＮ／ＣＧＳＢ−８．１）７５μｍふるいにより実行された。連続したふるいから得られた未透過残留物は一般的に濃縮ＢＧ繊維を含むが、濾液は澱粉粒、デキストリン、タンパク質および他の可溶化した成分を含んでいた。反応混合物の温度およびｐＨは、ＬＡＵＤＡ  Ｅ１００ウォーターバスヒーターおよびＡＣＣＵＭＥＴ自動温度補償ｐＨメーターをそれぞれ使用して維持された。耐熱性アミラーゼは、アメリカのＮｏｖｏｚｙｍｅｓ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ社からのものであった。キシラナーゼはニューヨークのＥＤＣからのものであった。サンプルのＢＧ含有量は、Ｍｅｇａｚｙｍｅ社（アイルランド）から得られたＢＧ分析キットを使用して測定された。
【００５２】
乾燥試料の水分、β−グルカン、デンプンおよびタンパク質（Ｎ×６．２５）の含有量は、ＡＡＣＣ  （１９８３）、ＭｃＣｌｅａｒｙ  ａｎｄ  Ｇｌｅｎｎｉｅ−Ｈｏｌｍｅｓ  （１９８５），  Ｈｏｌｍ  ｅｔ  ａｌ．  （１９８６）の方法と、ＦＰ−４２８窒素測定機（Ｌｅｃｏ社、セント・ヨセフ、ミシガン）とにより重複してそれぞれ決定された。脂質およびペントサン含有量は、ＡＡＣＣ  （１９８２）およびＨａｓｈｉｍｏｔｏ  ｅｔ  ａｌ．，  （１９８７）によって報告された試験に従って測定された。
【００５３】
粘度測定法に関し、０．５％（ｗ／ｗ）のβ−グルカン溶液（分散物）を得るため適切な量のＢＧ濃縮物を１時間８５℃で水中で可溶化する。次に分散物を室温まで冷却し、続いて遠心分離をして、粘度測定法のために集めた清澄な上清を回収する。粘度を、Ｐａａｒ  Ｐｈｙｓｉｃａ  ＵＤＳ  ２００レオメーター（グレン、バージニア）を使用して、１．２９〜１２９ｓ−１（１〜１００ｒｐｍ）の連続的な固定された剪断速度で測定した。粘度計は、サンプル温度を制御するペルチェ加熱システムを装備していた。すべての粘度試験は、７±０．００５ｇのサンプルを使用するＤＧ２７カップ・アンド・ボブ形状を使用して、２０℃で実行された。
【００５４】
以下の実験を行ない、ＢＧ繊維を濃縮するアミラーゼ、キシラナーゼ、プロテアーゼおよびアルカリによる処理工程を含む様々な加工工程の有無で、出発材料としてふすまを使用する効果を研究した。
【００５５】
実施例１
実施例１は、この研究の他の実験（実施例２〜６）に対する対照実験である。この実施例において、カラスムギふすまを、酵素処理またはアルカリ処理なしで、連続したエタノール洗浄工程（すなわちスラリー化工程およびふるい工程）にかけたが、他の実験の間に使用されるものと同一の温度および混合時間のみを適用した。
【００５６】
具体的には、カラスムギふすま（４０ｇ）を、５０％エタノール水溶液の５．３容（容量で）に対して１容のふすま（重量で）の比率で、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液によりスラリー化した。スラリーを、３０分間室温（２３℃）で持続的に混合し、ふるいにかけた（ふるい−１）。ふるい−１の未透過残留物を集め、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の２．１容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、新しい５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液により再スラリー化した。スラリーを、続いて、室温で５分間混合し、ふるいにかけた（ふるい−２）。ふるい−２の未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の２．１容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、新しい水溶性５０％のエタノール中で再スラリー化した。スラリーを室温で５分間混合し、ふるいにかけた（ふるい−３）。ふるい−３からの未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の２．１容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、新しい５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液中で再スラリー化した。温度を８０℃まで上昇させ、混合物を６０分間８０℃で保持した。次に混合物を３５℃まで冷却し、ふるいにかけた（ふるい−４）。ふるい−４からの未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の２．１容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、新しい５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液を使用して、再スラリー化し、熱処理を反復した。次に混合物を３５℃まで冷却し、ふるいにかけた（ふるい−５）。ふるい−５の未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の２．１容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液により再スラリー化し、５分間混合し、ふるいにかけた（ふるい−６）。ふるい−６の未透過残留物を集め、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の２．５容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、新しい５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液中に５分間再スラリー化し、ふるいにかけた（ふるい−７）。次にふるい−７の未透過残留物を集め、１２時間７０℃で乾燥した。
【００５７】
実施例２
この実施例において、出発材料としてのカラスムギふすまの使用、および連続したプロテアーゼ処理およびアミラーゼ処理を調べた。
【００５８】
ふるい１〜３について実施例１中で記述されているように、カラスムギふすま（４０ｇ）およびそれぞれの未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液によりスラリー化し、ふるいにかけた。ふるい−３の未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の２．１容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、新しい５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液中で再スラリー化した。スラリーのｐＨをｐＨ６．５に調整し、プロテアーゼ（Ｄｅｅｒｌａｎｄ、真菌プロテアーゼ）処理のため温度を２時間室温で維持した。次にスラリーをふるいにかけた（ふるい−４）。ふるい−４からの未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の２．１容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、新しい５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液中で再スラリー化した。温度を８０℃まで上昇させた。塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）（０．０５％、出発ふすまベースでｗ／ｗ）および１．４％（出発ふすまベースでｗ／ｗ）の耐熱性α−アミラーゼを追加し、反応混合物を６０分間８０℃で保持した。濃塩酸により１０分間ｐＨを３．５に調整することによって、酵素を不活性化した。混合物を３５℃に冷却し、ＮａＯＨを使用して溶液を中和し、ふるいにかけた（ふるい−５）。ふるい−５の未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の２．１容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液により再スラリー化し、５分間混合し、ふるいにかけた（ふるい−６）。ふるい−６の未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の２．５容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、新しい５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液中で集め、５分間再スラリー化し、ふるいにかけた（ふるい−７）。次にふるい−７の未透過残留物を集め、１２時間７０℃で乾燥した。
【００５９】
実施例３
この実験において、プロテアーゼ処理をキシラナーゼ処理に置換することの効果を調べた。
【００６０】
ふるい１−３について実施例１中で記述されているように、カラスムギふすま（４０ｇ）およびそれぞれの未透過残留物を５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液によりスラリー化し、ふるいにかけた。ふるい−３の未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の２．１容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、新しい５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液中で再スラリー化し、温度は５５℃まで上昇させた。キシラナーゼを追加し（１％、ｗ／ｗ、ふすまベース）、混合物を１時間インキュベートした。次に混合物は３５℃まで冷却し、ふるいにかけた（ふるい−４）。実施例２において上述されるように、残存するアミラーゼ処理および続いて行なわれるふるい（ふるい５〜７）と共に、ふるい−４からの未透過残留物を続いて処理した。
【００６１】
実施例４
この実施例において、出発材料としてのカラスムギふすまの使用ならびに連続したアミラーゼおよびアルカリ処理を調べた。
【００６２】
ふるい１−３について実施例１中で記述されているように、カラスムギふすま（４０ｇ）およびそれぞれの未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液によりスラリー化し、ふるいにかけた。ふるい−３からの未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の１．５容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、新しい５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液中で再スラリー化した。温度を８０℃まで上昇させた。塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）（０．０５％、出発ふすまベースでｗ／ｗ）および１．４％（出発ふすまベースでｗ／ｗ）の耐熱性α−アミラーゼを追加し、反応混合物を６０分間８０℃で保持した。濃塩酸により１０分間ｐＨを３．５に調整することによって、酵素を不活性化した。混合物を３５℃まで冷却し、溶液はＮａＯＨを使用して中和し、ふるいにかけた（ふるい−４）。ふるい−４の未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の２．１容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、新しい５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液中で再スラリー化し、カセイアルカリを６０℃で追加し、温度を８０℃まで上昇させた。ｐＨを１１．３で７５分間維持し、続いて塩酸によりｐＨ７．５に中和した。混合物をふるいにかけ（ふるい−５）、ふるい５からの未透過残留物を、実施例２中で記述されているように、５０％ＥｔＯＨによるスラリー化およびふるいによって２回洗浄した（ふるい６および７）。ふるい−７の未透過残留物を最終的に集め、１２時間７０℃で乾燥した。
【００６３】
実施例５
この実験において、酵素（プロテアーゼおよびアミラーゼ）の後のアルカリ処理工程の効果を調べた。
【００６４】
ふるい１〜３について実施例１中で記述されているように、カラスムギふすま（４０ｇ）およびそれぞれの未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液によりスラリー化し、ふるいにかけた。ふるい−３の未透過残留物は、実施例２中で記述されるように、連続したプロテアーゼ処理およびアミラーゼ処理に供された（ふるい４〜５）。ふるい−５の未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の２．１容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、新しい５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液中で再スラリー化した。カセイアルカリを６０℃で追加し、温度を８０℃まで上昇させた。ｐＨを１１．３で７５分間維持し、続いて塩酸によりｐＨ７．５に中和した。混合物をふるいにかけ（ふるい−６）、２．５容（容量で）のエタノール水溶液に対して１容の未透過残留物（重量で）の比率で、５０％のＥｔＯＨ中で再スラリー化し、ふるいにかけた（ふるい−７）。ふるい−７の未透過残留物を最終的に集め、１２時間７０℃で乾燥した。
【００６５】
実施例６
この実験において、酵素（キシラナーゼおよびアミラーゼ）の後のアルカリ処理工程の効果を調べた。
【００６６】
カラスムギふすま（４０ｇ）およびそれぞれの未透過残留物を、ふるい１〜３について実施例１中で記述されるように、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液によりスラリー化した。ふるい−３の未透過残留物は、実施例３中で記述されるように、連続したキシラナーゼ処理およびアミラーゼ処理に供された（ふるい４〜５）。ふるい−５の未透過残留物を、５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液の２．１容（容量で）に対して１容の出発ふすま（重量で）の比率で、新しい５０％（ｖ／ｖ）のエタノール水溶液中で再スラリー化した。実施例４におけるように、カセイアルカリを６０℃で追加し、温度を８０℃まで上昇させた。ｐＨを１１．３で７５分間維持し、続いて塩酸によりｐＨ７．５に中和した。混合物をふるいにかけ（ふるい−６）、２．５容（容量で）のエタノール水溶液に対して１容の未透過残留物（重量で）の比率で、５０％ＥｔＯＨ中で再スラリー化し、ふるいにかけた（ふるい−７）。ふるい−７の未透過残留物を最終的に集め、１２時間７０℃で乾燥した。
【００６７】
結果および考察
原材料ふすまの化学組成（％、ｄｂ）は以下の通りである。β−グルカン１６．６％；タンパク質２５．８％；デンプン２４．５％；ペントサン５．９％；および水分４．２％。
【００６８】
実施例１〜６からの結果を表１中に要約する。
【表１】
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【００６９】
各々の処理後のＢＧ濃度に対する、連続した洗浄処理、酵素処理およびアルカリ処理の累積効果を、図１中に示す。
【００７０】
実施例１
ふるい−７からの乾燥生産物は、総質量２１．３ｇ（原材料ふすま重量の５３．３％）であった。表１中に要約されるように、β−グルカン濃度は、乾燥生産物の総質量の２３．３％（ｗ／ｗ、乾燥量ベース）であった。β−グルカン回収は、ふすま中の総β−グルカンの７４．８％であった。デンプン除去は６２％であり、タンパク質除去は３７．９％であり、ペントサン除去は５．１％であった。乾燥したβ−グルカン生産物（０．５％（ｗ／ｗ）のβ−グルカン濃度で調製された溶液）の水溶液粘度は、１２９ｓ−１の剪断速度で１４８センチポアズであった。最終的な濃縮β−グルカン生産物は、新鮮な穀粒の香りおよび色を備えた流動性のある粉末であった。
【００７１】
対照として、この実施例は、連続した高濃度アルコール工程中の厳密な洗浄により、２３．３（ｗ／ｗ、乾燥量ベース）の最大のＢＧ濃度が得られることを示した。
【００７２】
実施例２
ふるい−７からの乾燥生産物は、総質量８．８ｇ（原材料ふすま重量の２２．０％）であった。表１中に要約されるように、β−グルカン濃度は、乾燥生産物の総質量の３９．０％（ｗ／ｗ、乾燥量ベース）であった。β−グルカン回収はふすま中の総β−グルカンの４９．８％であった。デンプン除去は９７．８％であり、タンパク質除去は７９．６％であり、ペントサン除去は５８．３％であった。乾燥したβ−グルカン生産物（０．５％（ｗ／ｗ）のβ−グルカン濃度で調製された溶液）の水溶液粘度は、１２９ｓ−１の剪断速度で８５センチポアズであった。より低い粘度となるのは、実験中で使用される真菌ソースのプロテアーゼ中の残存β−グルカナーゼ活性のためと考えられる。最終的な濃縮β−グルカン生産物は、新鮮な穀粒の香りおよび色を備えた流動性のある粉末であった。
【００７３】
実施例３
ふるい−７からの乾燥生産物は、総質量８．１ｇ（原材料ふすま重量の２０．３％）であった。表１中に要約されるように、β−グルカン濃度は、乾燥生産物の総質量の４１．５％（ｗ／ｗ、乾燥量ベース）であった。β−グルカン回収はふすま中の総β−グルカンの４９．４％であった。デンプン除去は９８．０％であり、タンパク質除去は８３．５％であり、ペントサン除去は５６．２％であった。乾燥したβ−グルカン生産物（０．５％（ｗ／ｗ）のβ−グルカン濃度で調製された溶液）の水溶液粘度は、１２９ｓ−１の剪断速度で１０７センチポアズであった。最終的な濃縮β−グルカン生産物は、新鮮な穀粒の香りおよび色を備えた流動性のある粉末であった。
【００７４】
プロテアーゼ処理をキシラナーゼ処理に置換する効果は、ＢＧの総回収または最終生産物の中のＢＧ濃度において実質的な差を生じないが、実施例２と比較して、粘度を中程度に改善することを実施例３は示した。
【００７５】
実施例４
ふるい−７からの乾燥生産物は、総質量５．９ｇ（原材料ふすま重量の１４．８％）であった。表１中に要約されるように、β−グルカン濃度は、乾燥生産物の総質量の５５．８％（ｗ／ｗ、乾燥量ベース）であった。β−グルカン回収は、ふすま中の総β−グルカンの４７．９％であった。デンプン除去は９８．４％であり、タンパク質除去は９７．８％であり、ペントサン除去は６２．７％であった。乾燥したβ−グルカン生産物（０．５％（ｗ／ｗ）のβ−グルカン濃度で調製された溶液）の水溶液粘度は、１２９ｓ−１の剪断速度で１３９センチポアズであった。
【００７６】
実施例４は、主としてより高い程度でタンパク質が除去されるために、実施例１〜３と比較して、アルカリ処理の導入がＢＧの濃度の有意な増加を提供することを示した。さらに、β−グルカン濃縮物の粘度は実質的により高かった。
【００７７】
実施例５
ふるい−７からの乾燥生産物は、総質量５．２ｇ（原材料ふすま重量の１３．０％）であった。表１中に要約されるように、β−グルカン濃度は、乾燥生産物の総質量の５８．７％（ｗ／ｗ、乾燥量ベース）であった。β−グルカン回収は、ふすま中の総β−グルカンの４４．７％であった。デンプン除去は９９．０％であり、タンパク質除去は９７．９％であり、ペントサン除去は７１．４％であった。乾燥したβ−グルカン生産物（０．５％（ｗ／ｗ）のβ−グルカン濃度で調製された溶液）の水溶液粘度は、１２９ｓ−１の剪断速度で１３５センチポアズだった。最終的な濃縮β−グルカン生産物は、新鮮な穀粒の香りおよび色を備えた流動性のある粉末であった。
【００７８】
実施例５は、プロテアーゼおよびアミラーゼの処理の後のアルカリ処理の効果が、生産物内のＢＧ濃度（単独のプロテアーゼ処理およびアミラーゼ処理と比較して−  実施例２）を実質的に増加することを示した。さらに、β−グルカン濃縮物の粘度は実質的により高かった。さらに、実施例４の結果と比較した場合の実施例５の結果は、プロテアーゼ処理がβ−グルカン濃度に関して利点を有することを示唆した。
【００７９】
実施例６
ふるい−７からの乾燥生産物は、総質量５．７ｇ（原材料ふすま重量の１４．３％）であった。表１中に要約されるように、β−グルカン濃度は、乾燥生産物の総質量の５７．９％（ｗ／ｗ、乾燥量ベース）であった。β−グルカン回収はふすま中の総β−グルカンの４８．７％であった。デンプン除去は９８．７％であり、タンパク質除去は９７．４％であり、ペントサン除去は６４．６％であった。乾燥したβ−グルカン生産物（０．５％（ｗ／ｗ）のβ−グルカン濃度で調製された溶液）の水溶性粘度は、１２９ｓ−１の剪断速度で１２１センチポアズであった。最終的な濃縮β−グルカン生産物は新鮮な穀粒の香りおよび色を備えた流動性のある粉末であった。
【００８０】
実施例６は、キシラナーゼ処理およびアミラーゼの処理の後のアルカリ処理の効果が、実施例３の方法と比較して、生産物の中のＢＧ濃度を実質的に増加することを示した。さらに、再スラリー化された生産物の粘度は実質的により高かった。さらに、実施例４の結果と比較した場合の実施例６の結果は、キシラナーゼ処理がβ−グルカン濃度に関して利点を有することを示唆した。
【００８１】
他の実験
異なる出発材料による効果、前洗浄工程および後洗浄工程による効果、ならびに酵素処理およびアルカリ処理の順序を評価するため、さらなる実験を行なった。
【００８２】
これらの実験の結果は、全粒粉および胚乳粉が出発材料として利用された場合、濃縮ＢＧ生産物を得るのに効果的であることを実証した。
【００８３】
また、濃縮ＢＧ生産物の達成における前洗浄工程および後洗浄工程の重要性を決定するために、さらなる実験を行なった。
【００８４】
これらの実験は、前洗浄工程は、好ましいが、濃縮ＢＧ生産物の生産には必須ではないことを実証した。特に、前洗浄は、もとの穀粒材料／繊維残渣から実質的な量の遊離澱粉粒を除去するのに特に効果的である。前洗浄を含まない実験は、より長いインキュベーション時間および／または反応混合物の中の酵素のより高い濃度を必要とした。かかる処理は、デンプン消化から糖残渣を除去する追加の後洗浄工程を続いて必要とするだろうが、必要なければ後洗浄は存在せず、前洗浄が実行されうる。さらに、特に続いて行なわれる処理工程がより高温度で行なわれるならば、生産物の変色は糖残渣の褐色反応に由来しうる。
【００８５】
さらなる実験も、酵素処理およびアルカリ処理の順序の有効性を決定するために行なわれた。続いて行なわれるアルカリ処理の間に酵素が不活性化されることで終了時の酵素の脱活性化工程の必要性をなくして処理時間を改善するので、酵素処理の後にアルカリ処理を行うことは好ましいが、酵素処理の前にアルカリ処理を行うことによって高濃度ＢＧ生産物を生産することができることを、これらの実験は確定した。
【００８６】
生産コスト
重要なことには、高濃度ＢＧを生産する生産コストは、出願人の同時係属出願中に記述されているような出発材料としての胚乳粉を使用することと比較して、出発材料としてふすまを使用することによって有意に改善することができる。本方法に従う生産コスト（売上品コスト−ＣＯＧＳ）は、生産サイクルにおける固定コストおよび変動コストの両方に依存する。一般的に、これらのコストは、植物操作コストと共に粉およびエタノールについての原材料コスト、酵素およびアルカリならびに他の試薬を含んでいる。
【００８７】
厳密な原材料の観点から、正常な市場状況下では、全粒カラスムギ粉の基準価格は一般的に＄１Ｘ／ｋｇ（Ｘ＝市場価格）であり、ふすまは一般的に＄２Ｘ／ｋｇであり、空気分級された粉（胚乳粉）は＄５Ｘ／ｋｇ（加工度に依存して）でありえる。その結果として、厳密な原材料コストから、全粒粉は好ましい出発材料となるだろう。
【００８８】
しかしながら、全粒カラスムギ粉は一般的にかなり高いデンプン含有量を有し、その結果として、実質的により高いレベルの加工（洗浄のためのより高容量のエタノールを含む）を必要とする。これは、高濃度ＢＧ生産物の最終的な生産コストに寄与する全てのコストを考慮したとき、全粒カラスムギ粉の使用における総ＣＯＧＳがより高くなるという結果を示し、ひいては植物の中の固定コストおよび変動コストの両方を増加させうる。
【００８９】
本方法に従って、ふすまは、総ＣＯＧＳおよび所望されるＢＧ生産物を考慮に入れて、最もコスト効率の良い原料である。
【００９０】
結論
本結果は、対照実験と比較して、様々な酵素処理工程およびアルカリ処理工程と共に出発材料としてふすまを利用する組合せが、最終的な生産物中のＢＧ濃度を実質的に増加させることを示した。具体的には、アルカリ処理と組み合わせた、アミラーゼ処理工程、プロテアーゼ処理工程および／またはキシラナーゼ処理工程は、生産物中のＢＧ濃度を増加させた。さらに、この生産物は、アルカリ処理なしで調製された生産物と比較して、実質的により高い粘度を示し、ＢＧ生産物の質が高いままであることを示した。
【００９１】
本発明は好ましい実施形態およびその好ましい使用に関して記述および図示してきたが、本発明の意図する全ての範囲において修正および変更を加えることが可能であり、上記に限定されるものではない。
【図１】
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【国際調査報告】
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