制备水溶性多糖的方法以及纯化水溶性多糖含水溶液的方法

1.一种水溶性多糖的制备方法，包括使淀粉酶作用于来自豆科植物的水 溶性多糖提取物，并除去不溶物质。
2.权利要求1的制备方法，其中当向被处理的溶液中逐滴加入2％KI和 0.2％I2的水溶液时，淀粉酶的作用防止淀粉的显色反应。
3.权利要求2的制备方法，其中豆科植物是大豆。
4.权利要求1-3任何一项的制备方法，其中大豆是豆腐渣。
5.一种纯化水溶性多糖含水溶液的方法，包括使淀粉酶作用于来自豆科 植物的水溶性多糖提取物，并除去不溶物质。

本发明涉及一种制备水溶性多糖的方法以及纯化水溶性多糖的含水溶液的 方法，更具体地说，本发明涉及一种有效和方便地制备和纯化水溶性多糖的方法， 所述水溶性多糖来源于豆科植物，该方法使得所提取的水溶性多糖含水溶液甚至 在长期储存或冷藏后，产生可见的透明度和澄清度，而无浊度或沉淀物生成。并 且导致长期储存下较低程度的褐变或吸湿。\n本发明者已申请的日本专利申请No.2-30677(日本未审专利公开号No.3- 236759)是基于下述发现：当从富含蛋白质成分的豆科植物如大豆或绿豌豆中提 取水溶性多糖时，在豆科植物含有的蛋白质成分的等电点附近的pH值下提取， 会阻止豆科植物中大量存在的蛋白质成分的洗脱，从而加速其后的纯化步骤。\n为了改善上述方法所获得的水溶性多糖的透明度，本发明也已申请日本专 利申请No.5-329214(日本未审专利公开号No.7-188301)，公开了一种水解和 溶解悬浮蛋白质组份的方法，以及日本专利申请No.10-43756(日本未审专利公 开号No.11-240902)，公开了通过在制备步骤中的浓缩作用，加速生成和去除 悬浮物质的方法。由这些方法所制备的水溶性多糖的含水溶液具有显著改进的透 明度，但仍存在问题，即水溶性多糖溶解在含水溶液中，在长期储存或冷藏下， 会产生水不溶性悬浮物或沉淀。\n工业上，这些悬浮物或沉淀很难除去，因为它们是在长期储存或冷藏后产 生的。尤其是，在制备后将水溶性多糖冷却或将水溶性多糖加热以形成含水溶液， 然后再冷藏放置时，所得到的胶态悬浮物很难除去，该胶态悬浮物是造成超滤装 置等中的过滤器或柱子堵塞的原因，在水溶性多糖的制备过程中所述过滤器或柱 子是在冷却状态下使用。\n已知的解决该问题的方法，除了前述已有申请的蛋白质组份的水解法外， 也使用具有高离心力的离心分离器来沉淀并除去悬浮物，还有使用具有小孔径的 过滤器或过滤助剂如硅藻土来除去悬浮物和沉淀。然而，当使用高离心力时，在 生产方面，设备的高成本造成了麻烦。当使用各种过滤器时，悬浮物的高粘度趋 于导致堵塞，阻止了任何进一步的处理。所以很难有效地除去肽类组份，所述肽 类组份是在蛋白酶作用下的低分子量转变产物，并且会引起褐变或干燥后的吸 湿，因而这种褐变不是可预防的。\n以上述方式从豆科植物中提取而获得的水溶性多糖在储存后所生成的水不 溶悬浮物或沉淀被认为主要由不溶蛋白质成分、不溶盐和部分超微起始材料组 成，而糖组份尤其被认为由很难分离的半纤维素和纤维素组成。因此，认为用酶 如半纤维素酶和纤维素酶水解这些多糖成分也会导致有用的水溶性多糖成分的水 解，使得不可能获得所需的水溶性多糖。\n就含有大量淀粉成分的豆科植物，如绿豌豆和红豆而言，将淀粉成分洗脱 入所提取的水溶性多糖部分的可能性已有了充分的考虑，但就大豆而言，所述大 豆是水溶性多糖提取物的更有用的来源，认为成熟大豆中的淀粉成分含量很低， 因此在所提取的水溶性多糖中的淀粉成分没有受到足够的注意，也没有对其进行 研究。\n本发明的目的是通过方便的方法，从豆科植物中有效地制备水溶性多糖， 甚至在长期储存或冷藏后，该水溶性多糖的含水溶液浊度低，几乎没有悬浮物或 沉淀生成，且在长期储存过程中，显示出最小的褐变和吸湿。\n鉴于上述情况，本发明者进行了细致的研究，结果发现当从豆科植物中提 取和纯化水溶性多糖时，或者在纯化后储存水溶性多糖含水溶液时，在所生成的 悬浮物中除了蛋白质成分外，还存在相对大量的淀粉成分。就是说，已发现，甚 至当起始材料是大豆时，从豆科植物中所提取的这种水溶性多糖含水溶液，用碘 溶液进行显色反应时，显示表明存在淀粉成分的紫色，推测，含水溶液在长期储 存或冷藏时所生成的悬浮物或沉淀是通过陈化不溶的淀粉成分。当这种水溶性多 糖含水溶液用淀粉酶处理，使淀粉成分水解时，已发现，不仅改进了在制备后的 冷藏时的水溶性多糖含水溶液的透明度，而且可防止长期储存过程中沉淀的生成 和冷藏过程中悬浮物的生成。另外，发现用淀粉酶这样处理的水溶性多糖很少引 起用于超滤(UF)或微量过滤(MF)或小孔径薄膜如半渗透膜和反渗透(RO)膜过滤 器的堵塞，当在水溶性多糖的制备中使用这种高效低分子量组份除去装置时，有 可能更容易制备在储存过程中具有最小褐变和吸湿的水溶性多糖。基于上述发现 完成了本发明。\n换句话说，本发明涉及一种制备水溶性多糖的方法，该方法包括将淀粉酶 作用于来自豆科植物的水溶性多糖提取物，并除去不溶物质。本发明还涉及一种 纯化水溶性多糖含水溶液的方法，该方法包括将淀粉酶作用于来自豆科植物的水 溶性多糖提取物，并除去不溶物质。\n本发明所使用的豆科植物可以是各种豆科植物，包括利马豆、红豆、菜豆、 豌豆、绿豌豆、豇豆、马豆、大豆、刀豆、花生、羽扇豆、鹰嘴豆、埃及菜豆、 绿豆、巢菜豆(vetch bean)和小扁豆以及各种坚果包括腰果等。当起始材料 是大豆时，它可以是作为制备豆腐(豆类凝乳)和豆浆副产物而获得的豆腐渣(豆 腐凝乳渣)或分离的大豆蛋白。\n起始材料可在温度优选为60-130℃，更优选80-130℃，在酸性或碱性条 件下，但优选在2-7的酸性pH值，更优选在4-7的酸性pH值，最优选在每一 种蛋白质成分的等电点附近进行热解处理，在分离水溶性部分后，可直接干燥或 用活性炭处理、树脂吸附处理或乙醇沉淀，以除去疏水性物质或低分子物质，然 后再干燥得到所需的水溶性多糖。也可用半纤维素酶或果胶酶进行分解提取。\n根据本发明，可在前述的任何步骤中进行淀粉酶处理，或在分离水溶性多 糖后或者干燥后新制备的含水溶液中进行淀粉分解处理。\n淀粉酶处理的条件没有特别的限制，反应可在所使用的淀粉酶的理想条件 下进行。在多数情况下，与低温范围相比，更优选在可以保持淀粉成分胶化状态 的高温范围进行。因此，耐热淀粉酶的效果高于那些仅在室温附近显示活性的淀 粉酶。即使在水溶性多糖的提取前在起始材料阶段使用，该处理也能产生效果。\n淀粉酶可以是，例如β-淀粉酶或α-淀粉酶，这种淀粉酶市场上有出售， 并可容易获得，可根据需要使用。如前述的已有申请(日本未审专利公开号 No.7-188301)所述，通过结合使用蛋白酶可获得显著的效果。但不管单独使用 或者与蛋白酶结合使用，这些淀粉酶不会导致悬浮物的100％溶解，一些将作为 部分不溶物而保留下来。然而，这些部分不溶物比淀粉酶处理前的原始材料具有 更好的沉淀和过滤性能。因此可通过常规的离心容易地分离，而不需高离心力， 也不会趋于堵塞过滤装置。\n尽管简单地通过除去这些悬浮物可获得足够的透明度，但为了增加其使用 范围，优选除去通过淀粉酶或蛋白酶而获得的低分子量淀粉水解产物或蛋白水解 产物，以防止含水溶液或者干燥产品在长期储存过程中的褐变，并降低干燥产品 的吸湿性。\n除去低分子量物质所使用的方法可以是超滤(UF)或微量过滤(MF)，使用小孔 径的过滤膜如半渗透膜或反渗透(RO)膜法，使用极性有机溶剂如乙醇、异丙醇或 丙酮的沉淀法，或使用微生物的酶方法，其中典型的是醇发酵法。\n当使用过滤时，可使用超滤(UF)或微量过滤(MF)或使用小孔径的过滤膜如 半渗透膜或反渗透(RO)膜的方法，其具有的分级分子量相应于由淀粉酶制备的低 分子量淀粉物质。然而，超过目标水溶性多糖部分分子量或分子大小的物质会降 低水溶性多糖的产率，不适于纯化。分级的分子量大小通常为1000-5000000， 优选5000-1000000。在使用极性溶剂的沉淀法中，浓度将根据具体的溶剂而变 化，但就乙醇来说，作为含水溶液，其浓度可以是30-100％，优选40-90％。 若醇的浓度过低，水溶性多糖部分的产率将更低，较高浓度会降低纯度。\n本发明用下述实施例和比较实施例来进一步详细地说明，然而，所述实施 例仅仅是示例性的，无论如何，不能用于限制本发明的精神。所有实施例中的 “份”和“％”值均以重量来计。\n实施例1-6\n向制备分离大豆蛋白而获得的原料豆腐渣中加入2倍量的水，在有益于长 期储存过程中沉淀的提取条件下进行提取，即用盐酸调整pH值到5.0，在120 ℃下加热2小时。将其冷却到5℃后，进行离心(1000G×30分），并将上层清 液和沉淀部分分离。将这一方法所得到的多糖提取物冷冻干燥一次。向10％的 水溶性多糖含水溶液中加入1％[以水溶性多糖计(根据干重)]淀粉酶A(耐热α -淀粉酶A3306，Sigma Corp.产品)，淀粉酶B(dextrozyme plus L，Novo Corp. 产品)和淀粉酶C(Amano AD1，Amano Seiyaku Co.，Ltd产品)，淀粉在其各自的 优化条件下水解。具体地说，淀粉酶A在90℃下反应120分钟，淀粉酶B和淀 粉酶C在50℃下反应120分钟。反应后，每种溶液在沸水中加热10分钟，然后 冷至室温(实施例1，2和3)。冷至室温后，每种溶液在5000G下部分离心10分 钟，分离掉上层清液(实施例4，5和6。接着，每种溶液均稀释到3％，每种溶 液的浊度在OD610nm测量。向每种溶液中逐滴加入碘溶液(2％KI溶液，0.2％I2) 来证明淀粉显色反应。也使溶液在室温或5℃下静置12小时，观察沉淀生成的 状态。\n结果列于表1-4中。\n比较实施例1-4\n为了比较，制备过程在没有使用酶的情况下进行，并且使用前述已有申请 中披露的蛋白酶。具体地说，向10％的水溶性多糖含水溶液中加入相对于固体 部分，浓度为1％的蛋白酶制剂(Actinase AS，Kaken Seiyaku Co.，Ltd.产品)， 在50℃下反应120分钟，然后调整pH值到7，混合物在沸水中加热10分钟使 酶失活同时完成热处理，然后冷至室温(比较实施例1和2)。处理完后，一部分 以与实施例相同方式在5000G下离心10分钟，分离掉上层清液(比较实施例3 和4)。与实施例相同的方式，每种溶液均稀释到3％，然后测量浊度(OD610nm)。 观察对碘溶液的显色反应及沉淀物的生成。\n结果列于表1-4中。\n                      表1\n                           离心前每种被处理溶液的浊度和储存后的沉淀物的生成  比较实施例1  比较实施例2   实施例1   实施例2   实施例3 酶处理     未处理     蛋白酶   淀粉酶A   淀粉酶B   淀粉酶C 浊度     0.609     0.571    0.235     0.322     0.407 碘反应     +     +     -      -     - 沉淀(室温）     ++     +     -      -     - 沉淀(5℃)     ++     ++     -      -     -\n注：碘反应：+有碘反应，-无碘反应\n沉淀评估：++很多沉淀，+沉淀，±少量沉淀，-无沉淀\n                      表2\n              离心前每种被处理溶液的浊度和储存后的沉淀生成 比较实施例3 比较实施例4   实施例4   实施例5   实施例6 酶处理   未处理     蛋白酶   淀粉酶A   淀粉酶B   淀粉酶C 浊度    0.347     0.143     0.119     0.138     0.197 沉淀(室温)     ++     ±      -      -     - 沉淀(5℃)     ++     ±      -      -     -\n注：沉淀评估：++很多沉淀，+沉淀，±少量沉淀，-无沉淀\n实施例7和8\n与实施例1-6相同的方式，以制备分离大豆蛋白而获得的原料豆腐渣作为 起始材料并制备冷冻干燥的水溶性多糖。以每种水溶性多糖溶液的固体部分的量 来计，向10％的水溶性多糖含水溶液中加入1wt％Actinase AS(Kaken Seiyaku Co.，Ltd.)蛋白酶，并加入dextrozyme plus L(Novo Corp.产品)淀粉酶，在50 ℃下反应120分钟。反应后，溶液在沸水中加热10分钟，然后冷至室温(实施 例7)。冷至室温后，在5000G下部分离心10分钟，分离掉上层清液(实施例8)。 接着，每种溶液均稀释到3％，每种稀释溶液的浊度在0D610nm测量。也使溶液 在室温或5℃下静置12小时，观察生成沉淀物的状态。\n结果列于表3和4中。\n                   表3\n                  离心前每种被处理溶液的浊度和储存后的沉淀物 比较实施例1 比较实施例2    实施例1     实施例7   酶处理     未处理     蛋白酶    淀粉酶A   淀粉酶B+蛋白酶    浊度     0.609     0.571     0.235     0.117 沉淀(常温)     ++     +     -     - 沉淀(5℃)     ++     +     -     -\n注：沉淀评估：++很多沉淀，+沉淀，±少量沉淀，-无沉淀\n                      表4\n             离心前每种被处理溶液的浊度和储存后的沉淀物 比较实施例3 比较实施例4   实施例5   实施例8   酶处理   未处理   蛋白酶   淀粉酶B   淀粉酶B+   蛋白酶   浊度   0.347   0.143   0.138   0.088 沉淀(室温)     ++     ±     -      - 沉淀(5℃)     ++     +     -      -\n注：沉淀评估：++很多沉淀，+沉淀，±少量沉淀，-无沉淀\n这些结果表明：与单独使用淀粉酶或蛋白酶相比较，蛋白酶和淀粉酶的结 合使用改善了水溶性多糖的透明度。\n实施例9和10\n将实施例5和7中的水溶性多糖溶液稀释成2％的含水溶液，然后在5℃下 进行超滤测试。在固定的浓度处理下，使用分级分子量为500000(Mocellup FB02FUS5081，Daicel Chemical Co.，Ltd.产品)的超滤器，并提供与渗透液相 同量的离子交换水进行测试。操作在液体渗透压为1.5个大气压的情况下进行。 由于超滤器的堵塞，测量渗透液的渗透速率达到起始渗透的2/3所需的时间，记 录该时间作为过滤器的使用寿命，并与使用未处理的水溶性多糖溶液所获得的结 果相比较。使用该UF处理方法，当渗透液的体积达到起始液体(3倍浓度)的2 倍时，表明UF处理的结束。仅对实施例而言，使用被处理的溶液(纯化的溶液)， 将其在70℃下进行储存测试并喷雾干燥。在储存过程中，水溶性多糖的性能与 那些处理前的进行比较。\n结果列于表5和6中。\n比较实施例5和6\n将比较实施例3和4所获得的水溶性多糖溶液稀释2％，以与实施例9和 10相同的方式测量各过滤器的使用寿命。\n结果见表5。\n                  表5\n          每种被处理溶液的UF处理和UF过滤器的使用寿命 比较实施例5 比较实施例6 实施例9 实施例10 酶处理   未处理   蛋白酶   淀粉酶B 淀粉酶B+蛋     白酶 过滤器的 使用寿命     100     172     193     215\n注：将没有使用酶的过滤器使用寿命定义为100。\n                 表6\n                 UF处理溶液的储存测试和干燥产品的状况     UF前的溶液     UF后的溶液   实施例9   实施例10   实施例9   实施例10   储存后的褐变   干燥后的状况     +   强吸湿性     ++   强吸湿性      -   弱吸湿性     ±   弱吸湿性\n注：储存后和干燥后的状况表示与非UF处理相比较的差别。\n这些结果暗示了与已有技术的方法相比较，淀粉酶处理可延长UF过滤器的 使用寿命。另外，与来纯化的水溶性多糖相比较，纯化的水溶性多糖通过UF处 理，除去了低分子量组份，显示出更低程度的褐变，并且干燥产品的吸湿性更低。\n如上所述，在酸性条件下，从豆科植物中所提取的水溶性多糖含水溶液通 过淀粉酶处理，由于淀粉物质的水解和低分子量转化(所述淀粉物质是沉淀和悬 浮物的来源)，有可能减少现有技术的问题，即水溶性多糖含水溶液在长期储存 或冷藏的同时伴随发生的浊度增加和沉淀产生。结果不仅提升了产品的美学品 质，而且加速了使用过滤器进行超滤(UF)或微量过滤(MF)或小孔径膜如半渗透膜 和反渗透膜(RO)的过滤。正因为如此，有可能最大限度减少水溶性多糖含水溶液 或其干燥产品在长期储存过程中的褐变和吸湿。