用于提取阿魏酸的具有預(yù)處理的優(yōu)化方法
【專利說(shuō)明】用于提取阿魏酸的具有預(yù)處理的優(yōu)化方法
[0001] 本發(fā)明涉及回收存在于通過(guò)處理植物材料獲得的水性流出物中的天然阿魏酸的 領(lǐng)域，目的是提取高純度阿魏酸以便能夠?qū)⑵渥鳛樵嫌糜诙喾N類型的工業(yè)中，特別是化 學(xué)品、化妝品、藥物、生物技術(shù)或食品加工工業(yè)。本發(fā)明非常有利地找到了從純化的阿魏酸 制備調(diào)味品、特別是食品調(diào)味品、特別是香草醛的應(yīng)用。 現(xiàn)有技術(shù)
[0002] 阿魏酸存在于許多谷物如水稻、小麥、玉米、或燕麥中。它還發(fā)現(xiàn)于食品加工工業(yè) 的副產(chǎn)物中，如廢玉米顆粒（淀粉制造）、甘蔗渣（甘蔗的轉(zhuǎn)化）、甜菜根漿料或來(lái)自精煉米 糠油的殘余物（被稱為皂腳）?，F(xiàn)有技術(shù)是在堿性蒸煮或酶處理之后通過(guò)提取小麥糠、米 糠或玉米糠回收阿魏酸。在殘余固體植物材料的分離之后，獲得了由按重量計(jì)80%至99% 的水以及還有阿魏酸、多糖以及礦物鹽組成的稀釋的水溶液。專利US5 288 902描述了堿 性蒸煮產(chǎn)生自米糠油精煉的殘余物的方法。在用己烷提取雜質(zhì)之后通過(guò)重結(jié)晶純化該阿魏 酸。專利申請(qǐng)W0 2004/110975描述了通過(guò)以下方式直接處理來(lái)自蒸煮（用石灰）的玉米提 取液：具體包括酸化所述提取液（被稱為nejayote，產(chǎn)生自堿性蒸煮）的步驟，并且然后在 合成樹(shù)脂或活性碳上吸附該阿魏酸的步驟，接著用有機(jī)溶劑洗脫并且，最后重結(jié)晶的步驟。 專利申請(qǐng)W0 2001/067891描述了在水存在下通過(guò)擠出預(yù)處理米糠，接著在纖維素酶和/或 半纖維素酶（如甘露聚糖酶、葡聚糖酶或阿拉伯糖酶）存在下酶水解。使用有機(jī)溶劑提取 該阿魏酸，同時(shí)用α-淀粉酶處理水性部分以便產(chǎn)生可溶多糖的部分。
[0003] 總體上，所描述的這些方法導(dǎo)致相當(dāng)大的水消耗及非常低的副產(chǎn)物利用率，特別 是殘余的植物材料和多糖。環(huán)境沖擊沒(méi)有優(yōu)化，因此導(dǎo)致地下水的消耗和排放到環(huán)境中的 有機(jī)負(fù)荷的增加。此外，在阿魏酸純化階段過(guò)程中多糖的存在導(dǎo)致產(chǎn)率的顯著降低并且損 害了該方法的經(jīng)濟(jì)收益。
[0004] 因此，為了彌補(bǔ)在實(shí)施先前方法時(shí)遇到的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了提取阿魏酸的清潔 生產(chǎn)方法，以獲得高純度和高產(chǎn)率的阿魏酸。所獲阿魏酸可借助于生物發(fā)酵工藝高效的轉(zhuǎn) 化為天然香草醛。
[0005]發(fā)明說(shuō)明
[0006] 本發(fā)明的主題是用于提取存在于水相中的阿魏酸的方法，該水相通過(guò)處理至少一 種植物材料獲得并且還包含多糖，所述方法包括至少以下步驟：
[0007] 1)處理所述植物材料，接著固/液分離以便回收固相和水性液相，該水性液相包 含該阿魏酸和所述多糖，
[0008] 2)處理所述液相以便選擇性分離所述多糖部分和該存在于水性部分中的阿魏酸，
[0009] 3)任選地濃縮包含該阿魏酸的所述水性部分以便回收阿魏酸濃縮液，
[0010] 4)以固體形式回收該阿魏酸。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的方法，當(dāng)進(jìn)行步驟3)時(shí)，一旦已經(jīng)進(jìn)行了根據(jù)所述步驟1)的處理， 步驟2)和3)的順序不具有重要性。優(yōu)選地，所述步驟2)在所述步驟3)之前。不管步驟 2)和3)的順序如何，經(jīng)受根據(jù)本發(fā)明方法的所述步驟4)的步驟回收的溶液為幾乎不含多 糖的阿魏酸濃縮液，即它包含小于500ppm、優(yōu)選地小于lOOppm的多糖。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，選擇性分離這些多糖的步驟以及濃縮包含該阿魏酸的水性部分的步 驟是在所述步驟1)結(jié)束時(shí)獲得的所述水相的預(yù)處理步驟，其在進(jìn)行根據(jù)所述步驟4)的實(shí) 際的阿魏酸的回收之前進(jìn)行。
[0013] 在本發(fā)明的方法中使用的植物材料優(yōu)選自小麥糠、米糠、玉米糠、燕麥糠、廢玉米 顆粒、甘蔗渣、甜菜根漿料和來(lái)自精煉米糠油的殘余物、以及其混合物。所述植物材料優(yōu)選 自小麥糠、米糠、玉米糠、以及廢玉米顆粒。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明方法的所述步驟1)的所述植物材料的處理在于使該植物材料經(jīng)受 堿性浸劑和/或酶處理以便釋放構(gòu)成或到該起始植物的纖維素或半纖維素的化學(xué)物質(zhì)。 具體地，根據(jù)所述步驟1)的處理釋放該阿魏酸和這些多糖。優(yōu)選地，所述步驟1)包括 蒸煮或堿性浸提處理至少一種上述原始植物材料。通過(guò)堿性浸劑的處理不會(huì)引起初始 的化學(xué)物種的任何結(jié)構(gòu)改變，它僅是通過(guò)水解釋放特定官能團(tuán)，特別是酯鏈。在歐洲指 令（2008年12月16日的歐洲議會(huì)以及委員會(huì)的法規(guī)（EC)編號(hào)1334/2008)(European Directive(Regulation(EC)No. 1334/2008oftheEuropeanParliamentandofthe CouncilofDecember16,2008))的含義內(nèi)，此類物理處理使得可能保持所釋放的化合物 (即該阿魏酸和這些多糖）的天然性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。
[0015]該通過(guò)堿性浸劑的處理（步驟1)在于在堿性溶液或堿性懸浮液中浸漬并且蒸煮 所述植物材料。該植物材料/堿性溶液重量比是在0. 05與0. 5之間。在該堿性溶液中的 堿含量是按重量計(jì)在1%與30%之間。用于此處理的堿優(yōu)選自氫氧化鈉、氫氧化鉀和碳酸 鈉。進(jìn)行該堿性浸提的溫度是優(yōu)先地在60°C與120°C之間。此處理的操作時(shí)間是優(yōu)先地 在2與8小時(shí)之間。該堿性浸提優(yōu)選使用攪拌槽進(jìn)行，該攪拌槽配備有攪拌軸（stirring spindle)、加熱夾套和反向槳葉，使得可能優(yōu)化該材料和能量傳遞條件。將原始植物材料 引入至包含稀釋的堿性溶液的所述槽中。在該煎煮結(jié)束時(shí)，所獲得的混合物是兩相混合物： 固相包含植物細(xì)胞壁的組分纖維素及半纖維素纖維，而液相包含溶解的多糖、基本糖、礦物 鹽、蛋白質(zhì)和成鹽的阿魏酸。
[0016] 優(yōu)選地，在該堿性浸提步驟中的物料傳遞使用具有高剪切系數(shù)（□ >5000s4的技 術(shù)耦合有效的能量傳遞并且使這些混合物組分相接觸進(jìn)行優(yōu)化。在這些技術(shù)之中，特別地 可以提及雙螺桿擠出機(jī)和均質(zhì)研磨機(jī)。它們具有使溶劑量最小化的優(yōu)點(diǎn)并且可以在連續(xù)或 平行的步驟中實(shí)施。例如，在雙螺桿擠出機(jī)中，可能的是通過(guò)精密地控制流速、溫度和內(nèi)部 螺紋的安排（輸送、共混和/或反向螺旋）連續(xù)地進(jìn)料有待處理的植物材料和該堿性溶液。 不同參數(shù)的精密控制根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的慣例進(jìn)行。這些雙螺桿擠出機(jī)可以配備有 洗滌區(qū)，其中擠出物被連續(xù)地用洗滌水流稀釋以便允許殘余的固體纖維和堿性液相的更容 易的隨后分離，該堿性液相包含已經(jīng)溶解的多糖和成鹽的阿魏酸。還有利的是用護(hù)套過(guò)濾 器配備擠出機(jī)、尤其雙螺桿擠出機(jī)以便原位進(jìn)行隨后的固/液分離。
[0017] 使用均質(zhì)研磨機(jī)的技術(shù)對(duì)于把這些植物纖維撕開(kāi)并且因此促進(jìn)與該堿性 溶液的接觸也是有利的。它們可以以分批方式或以連續(xù)方式實(shí)施。例如，可以利用 UltraTurraxv^FRYMA?類型的研磨機(jī)。這些研磨機(jī)可以使用（在浸入至該堿性溶液 中時(shí)）或可以在線控制。特別地可以偶聯(lián)在線研磨機(jī)和攪拌槽以便具有足夠的停留時(shí)間 (例如2至8小時(shí)的堿性浸提）以及在植物纖維與堿性溶液之間的接觸的加強(qiáng)。
[0018] 還有利的是偶聯(lián)具有高剪切系數(shù)的技術(shù)與使用微波照射或超聲波的技術(shù)，這可以 通過(guò)局部加速水解動(dòng)力學(xué)進(jìn)一步加劇阿魏酸的釋放。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明方法的所述步驟1)的所述植物材料的處理還可以由酶處理組成。這 些酶通過(guò)水解特定官能團(tuán)、特別是植物壁的組分酯官能團(tuán)進(jìn)行阿魏酸和糖的釋放。所述酶 優(yōu)先地選自纖維素酶、半纖維素酶和阿魏酸酯酶、以及其混合物。所述酶是可商購(gòu)的。該酶 處理有利地在20°C與70°C之間的溫度下進(jìn)行持續(xù)在0. 5與20小時(shí)之間的時(shí)間。有利的是 偶聯(lián)以上描述的堿性浸提與酶處理以便使阿魏酸的釋放最大化（堿性酶浸提）。還有利的 是偶聯(lián)該酶處理與擠出的實(shí)施（酶擠出）。
[0020] 優(yōu)選地，依據(jù)根據(jù)本發(fā)明方法的所述步驟1)的植物材料的所述處理由堿性浸提 或堿性酶浸提組成。
[0021] 與該植物材料處理步驟、優(yōu)先地與該堿性浸提步驟結(jié)合的固/液分離步驟例如通 過(guò)離心或通過(guò)過(guò)濾實(shí)施。通過(guò)離心的實(shí)施有利地使用板式離心機(jī)或沉降式離心機(jī)進(jìn)行，允 許連續(xù)分離固相和液相。該固/液分離步驟結(jié)束時(shí)得到的固相包含植物細(xì)胞壁的組分纖維 素纖維及半纖維素纖維。此固相可以有利地在多種應(yīng)用中利用，特別是在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中。在 所述固/液分離步驟結(jié)束時(shí)獲得的水性液相主要由水（按重量計(jì)至少90% )、糖（特別是 處于多糖的形式）（優(yōu)選按重量計(jì)從〇· 2%至4% )以及阿魏酸（優(yōu)選從10至10OOOppm) 構(gòu)成。所述水相是堿性的并且優(yōu)選具有大于9的pH。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的方法，使在根據(jù)所述步驟1)的固/液體分離之后獲得的所述液相經(jīng) 受選擇性分離溶解于所述液相中的多糖的步驟（步驟2)。此分離步驟導(dǎo)致生產(chǎn)，一方面，主 要由多糖組成的水性部分以及，另一方面，包含阿魏酸的水性部分。主要由多糖組成的部