本发明涉及一种用于从荞麦中、更具体地从荞麦粒或荞麦粉中提取蛋白质、淀粉和纤维的方法。
背景技术：
荞麦(荞麦(fagopyrumesculentum))是类似于主要谷物作物如水稻、玉米、和小麦包含高淀粉含量(在粒和粉中50％-70％的淀粉)的假谷物。除了淀粉之外，在这些种子中还发现了显著量的蛋白质(11％-15％),并且这些蛋白质具有良好的品质。确实，荞麦是具有高功能性和营养价值的蛋白质的最佳的植物来源之一。关于荞麦纤维，总量与谷物谷粒的那些可比较。荞麦的另一个优点是它不含有麸质。
因此，作为一类健康成分，食品和制药工业正在寻找提供用来提取取决于所希望的应用的荞麦蛋白质、或者荞麦淀粉、或者甚至荞麦纤维的工业方法。
cn101121756a披露了一种用于从荞麦粒中提取并且精制淀粉的方法。将这些纤维通过筛取出，并且然后使用水力旋流器将淀粉与蛋白质分离并且纯化。在该方法中不重视纤维和蛋白质。
就本申请人的知识所及，现有技术没有披露用于同时从荞麦粒或粉中提取蛋白质、淀粉和纤维的方法并且其中在第一步骤期间在不使蛋白质变性的目的下提取蛋白质。
所以本申请人的价值是提出这样一种工业方法，其呈现了是简单、有效并且不含有机溶剂和有机反应物的另外的优点。
确实，该方法的所有步骤仅在水和食品级酸和碱(更特别地盐酸、氢氧化钠和氢氧化钙水溶液)的存在下进行。
不存在化学转化。因此，所提出的方法可以有利地被分类为清洁标签方法。从根据本发明的方法获得的产品因此也是清洁标签成分。
技术实现要素：
根据本发明提供了一种用于从荞麦粉或从荞麦粒中提取蛋白质、淀粉和纤维的方法，该方法包括以下步骤：
a)在低于50℃的温度下由该荞麦粉或由该荞麦粒制备具有在7与9之间的ph的水性悬浮液；
b)通过密度分级该水性悬浮液，以便获得包含蛋白质、可溶性碳水化合物和盐的轻部分，以及包含淀粉和纤维的重部分；
c)处理该轻部分以便分离这些蛋白质；
d)处理该重部分以便将淀粉与纤维分离。
如在此所使用的表述“粒”是指荞麦谷粒的有壳的麦粒。粒是包括胚芽和谷粒的富含纤维的糠部分以及胚乳的整个谷粒。通过定义，糠是荞麦谷粒的坚硬的外层，其特别富含纤维。从该粒中提取的蛋白质部分是大部分可溶的。胚乳是在荞麦种子内的组织。
如在此所使用的表述“粉”是指通过研磨荞麦谷粒制成的粉。大多数糠部分可以通过筛分去除。
具体实施方式
根据本发明的方法的步骤a)包括在低于50℃的温度下由该荞麦粉或由该荞麦粒制备具有在7与9之间的ph的水性悬浮液。
在优选的实施例中，以按重量计4:1的比例将水添加到荞麦面或到荞麦粒中。此比例允许将乔麦粉均匀混合到水中并且形成水性悬浮液。该比率还适用于从荞麦粒开始制备水性悬浮液。
为了避免蛋白质变性和淀粉糊化，必需在低于50℃的温度下制备水性悬浮液。
优选地，在包含在室温与50℃之间的温度下制备水性悬浮液。
因此，根据本发明的优选实施例，制备该水性悬浮液的步骤a)包括在包含在室温与50℃之间的温度下以4:1(w/w)的比例将水添加到该荞麦粉或荞麦粒中的步骤。
进一步地，当该方法由荞麦粒开始时，制备该水性悬浮液的步骤a)包括在低于50℃、优选在室温与50℃之间的温度下例如通过使用粗碾磨和/或胶体碾磨机湿研磨整个荞麦粒的步骤。湿研磨有利地防止蛋白质变性并且能够获得该荞麦水性悬浮液，其中在所述悬浮液中的荞麦颗粒具有100μm的平均粒度。此种粒度允许蛋白质、淀粉和纤维的进一步有效提取。任选地，该荞麦粒可以首先通过用冷水冲洗来清洗。
然后在包含在7与9之间的ph、优选在包含在7.5与8.5之间的ph下将该水性悬浮液调节至温和的碱性ph。在这种温和的碱性ph下，荞麦蛋白质具有更高的溶解度并且因此有助于所述蛋白的提取。借助于氢氧化钠或氢氧化钙的稀释的水溶液(例如在1n浓度下)调节ph。
在本发明中有用的水性悬浮液包含对应于蛋白质、可溶性碳水化合物和盐的可溶性化合物以及对应于纤维和淀粉的不可溶性化合物。
根据本发明的方法的步骤b)由通过密度在7与9之间、优选在7.5与8.5之间的ph下分级，包含蛋白质、可溶性碳水化合物和盐的轻部分，以及包含淀粉和纤维的重部分组成。因此，在该方法的第一步骤中分离蛋白质。这显示出不使蛋白质变性并且保持其功能和营养特性、以及还有更好蛋白纯度的优点。
根据本发明的方法的步骤c)由处理轻部分以便分离这些蛋白质，更特别地以便获得具有50％-80％的蛋白质含量的部分组成。
来自于荞麦粒的最终蛋白质不同于具有较低溶解度的来自乔麦粉的那些，通常是可溶性的。确实，从荞麦粉中提取的最终蛋白质包含一部分不可溶性的蛋白质和另一部分可溶性蛋白质。因此，该荞麦粒和该荞麦粉的轻部分的处理步骤是不完全相同的以便以良好的产率和高纯度获得蛋白质、淀粉和纤维。
当该方法从荞麦粒开始时，该处理步骤包括以下步骤：
c1)在包含在室温与50℃之间的温度下将该轻部分的ph调节至蛋白质的等电ph以便沉淀这些蛋白质；
c2)通过密度分级该轻部分以便将该蛋白质沉淀物与包含大部分的可溶性碳水化合物和盐的上清液分离；
c3)在包含在室温与50℃之间的温度下在6.5至7.5的范围内的ph下处理该蛋白沉淀物以便中和并且再溶解这些蛋白质；
c4)干燥蛋白质。
为了将可溶性碳水化合物和盐与蛋白质分离，将由该研磨的荞麦粒获得的轻部分调节至蛋白质的等电ph，对应于包含在4至5范围内、优选在4与4.5之间的ph。在此范围内的ph下，蛋白质是呈沉淀物的形式，并且大部分的可溶性碳水化合物和盐保持可溶。借助于盐酸的水溶液(5％(v/v))调节ph。
必需在低于50℃的温度下、优选包含在室温与50℃之间的温度下处理该轻部分以便避免蛋白质变性。因此，将蛋白质与可溶性碳水化合物和盐分离是特别有效的。
如通过使用圆锥板离心机通过密度分级允许分离可溶性碳水化合物、盐和蛋白质沉淀物。
在6.5至7.5范围内的ph下处理由此分离的蛋白质沉淀物以获得在其中溶解这些蛋白质的中性水溶液。为了增强溶解蛋白质的效率，有利地在低于50℃的温度下、优选在包含在室温与50℃之间的温度下加热包含蛋白质的中性水溶液以便防止蛋白质变性。
然后干燥这些溶解的蛋白质。通过使用冷冻干燥器、真空烘箱干燥器、转鼓式干燥器、或喷雾干燥器，优选通过使用喷雾干燥器进行该干燥步骤。
在本发明中，使用喷雾干燥作为脱水方法，该方法由在腔室中以热气流喷雾蛋白质悬浮液组成。为此目的，该腔室由用于加热的气体的入口、用于排放气体的出口以及用于回收干燥的蛋白质的粉末的出口组成。这是干燥许多热敏材料如蛋白质的优选的方法。
有利地，喷雾干燥是一种快速的、连续的、成本有效的、可再现并且可扩展的用于由流体材料通过经由雾化器雾化为热的干燥气体介质(通常为空气)来生产干粉末的方法。
冷冻干燥，又称为低压冻干，是作为在喷雾干燥中降解的产品的替代方法通常使用的一种更昂贵的方法。
任选地，本发明的方法包括在其中在干燥步骤之前巴氏消毒溶解的蛋白质的另外的步骤。例如，在uht高压釜装置中例如通过在121℃下加热5s然后冷却至30℃进行巴氏消毒。
在本发明中，当该方法由乔麦粉开始时，该轻部分的处理步骤包括以下步骤：
c'1)在包含在室温与50℃之间的温度下将该轻部分的ph调节至蛋白质的等电ph以便沉淀蛋白质；
c'2)通过密度分级该轻部分以便获得蛋白质沉淀物和包含可溶性碳水化合物和盐的上清液；
c'3)在包含在室温与50℃之间的温度下在6.5至7.5的范围内的ph下处理该蛋白沉淀物以便中和并且部分地再溶解这些蛋白质以便获得不可溶性蛋白质部分和可溶性蛋白质部分；
c'4)通过过滤将该不可溶性蛋白质部分与该可溶性蛋白质部分分离；
c'5)干燥这些不可溶性蛋白质；
c'6)干燥这些可溶性蛋白质。
为了将可溶性碳水化合物和盐与蛋白质分离，将由该荞麦粉获得的轻部分调节至蛋白质的等电ph，对应于包含在4至5范围内、优选在4与4.5之间的ph。借助于盐酸的水溶液(5％(v/v))调节ph。在此范围内的ph下，可溶性蛋白质和不可溶性蛋白质主要是呈沉淀物的形式，并且大部分的盐保持可溶。必需在低于50℃的温度下、优选在包含在室温与50℃之间的温度下处理轻部分以防止蛋白质变性。因此，将蛋白质与可溶性碳水化合物和盐分离是特别有效的。
通过密度的分级允许如通过使用圆锥板离心机将可溶性碳水化合物和盐与蛋白质沉淀物分离。
然后在6.5至7.5范围内的ph下处理由此分离的蛋白质沉淀物以便获得中性水溶液。在此范围内的ph下，可溶性蛋白质是溶解的并且不可溶性蛋白质处于沉淀物的形式。为了增强蛋白质的溶解，在低于50℃的温度下、优选在包含在室温与50℃之间的温度下加热包含蛋白质的中性水溶液以防止蛋白质变性。
然后将这些蛋白质过滤以便将不可溶性蛋白质(即沉淀物)与可溶性蛋白质(即上清液)分离，通过粒度分离。
然后干燥这些蛋白质。优选地，通过使用冷冻干燥器、真空烘箱干燥器、转鼓式干燥器或喷雾干燥器进行可溶性蛋白质和不可溶性蛋白质的干燥。更优选地，借助于真空烘箱干燥器干燥不可溶性蛋白质，并且喷雾干燥可溶性蛋白质。
任选地，本发明的方法包括在其中在干燥步骤之前巴氏消毒溶解的蛋白质的另外的步骤。例如，在uht高压釜装置中例如通过在121℃下加热5s然后冷却至30℃进行巴氏消毒。
根据本发明的方法的步骤d)由处理重部分以便将淀粉与纤维分离组成。
根据本发明的处理步骤d)包括以下步骤：
d1)在包含在室温与50℃之间的温度下将水添加到该重部分中，以便重新悬浮该重部分并且获得纤维部分和淀粉部分的混合物；
d2)在包含在室温与50℃之间的温度下通过过滤将该纤维部分与该淀粉部分分离；
d3)干燥这些纤维；
d4)在6-9的ph下在包含在室温与50℃之间的温度下通过密度差去除在该淀粉部分中残余的蛋白质；
d5)干燥淀粉。
用水处理重部分以便形成淀粉和纤维的水性悬浮液，这将促进它们通过密度和/或粒度、优选通过过滤的分离。因此获得两个不同部分：纤维部分和淀粉部分。
在优选的实施例中，通过使用筛进行这种分离。因此，将纤维保留在该筛上，并且这些淀粉颗粒通过筛孔。例如，该筛可以是振动筛、旋转筛或曲筛。这些筛使得在淀粉与纤维之间的分离更容易。
然后干燥由此分离的纤维，并且根据步骤d4)再处理淀粉部分以便去任何残余的蛋白质。
在优选的实施例中，重复该淀粉部分的处理步骤d4)至少一次、更优选三次。有利地，该步骤重复允许提高淀粉的纯度并且提高蛋白质部分的产率。分级以便从该淀粉部分去除残余的蛋白质或淀粉部分的处理步骤可以借助于离心机或水力旋流器进行。
然后干燥如此获得的淀粉部分。
在根据本发明的方法的优选实施例中，该重部分的处理步骤中的这些干燥步骤d3)和d5)通过使用流化床干燥器、冷冻干燥器或热风干燥器进行。
任选地，可以在干燥之前将淀粉部分的ph调节至5.5-7的ph。
在根据本发明的方法的优选实施例中，所有通过密度的分级步骤(步骤b)、c2)、c'2)和d4))包括机械分离步骤，如倾析或离心。例如，该机械分离步骤通过使用卧螺离心机、离心倾析器或水力旋流器进行。
在根据本发明的方法的优选实施例中，所有通过过滤的分离步骤(步骤c’4)和d2))通过使用具有包含在100至125μm之间的筛尺寸的筛进行，这适合于基于颗粒不同尺寸分离这些颗粒。
在根据本发明的方法的优选实施例中，步骤a)、c)、d)的温度是严格地低于50℃以防止荞麦蛋白质变性和荞麦淀粉糊化。更优选地，步骤a)、c)、d)的温度是包含在室温与50℃之间。有利的是在接近于50℃的温度下操作以有效地溶解这些蛋白质。在接近于50℃的温度下操作的另外优势是减少微生物生长的事实。
在根据本发明的方法中，不使用超声破碎步骤。主要的原因是超声破碎可能破坏淀粉颗粒并且使蛋白质变性的事实。
本发明的另一个目的是通过根据本发明的方法获得的荞麦蛋白质。
通过本发明的方法获得的荞麦蛋白质具有包含来自于该荞麦粒或该荞麦粉的在2％与10％之间的产率、以及在50％至80％的范围内的纯度。
通过本发明的方法获得的荞麦蛋白质在本发明的方法期间显示出不变性的优势。因此，与良好的感官性质和高营养价值一起保持它们的功能性，如溶解度。该方法仅使用水和食品级酸和碱，没有化学溶剂。因此可以将所获得的这些蛋白质称作清洁标签成分，并且可以在许多应用如食品和饮料应用中使用，主要作为健康的、不含麸质的基于植物的蛋白质的来源。
本发明的还另一个目的是通过本发明的方法得到的荞麦淀粉。
通过本发明的方法获得的荞麦淀粉具有包含来自于该荞麦粒或该荞麦粉的在45％与60％之间的产率以及优于90％、优选在95％与100％之间的纯度。
通过本发明的方法获得的荞麦淀粉在本发明的方法期间显示出不糊化的优势。
因此，该未糊化荞麦淀粉维持了其初始理化特性，包括良好的剪切和耐热性。它们可以被用在许多应用如清洁标签天然淀粉中以代替交联改性的淀粉。
本发明的另一个目的是通过本发明的方法获得的荞麦纤维。
通过本发明的方法获得的荞麦纤维具有来自于该荞麦粒或该荞麦粉的小于35％的产率。这些纤维具有提高食品中如烘焙产品和面食中纤维含量的潜能。由于存在的残余的淀粉和蛋白质，这些纤维还具有对于一些食品应用如对于粘合剂和增稠剂有用的一些功能性。
本发明的其他特征和优点将在阅读以下给出的实例时清楚地呈现，这些实例说明了本发明而非限制本发明。
实例
实例1
在45℃下以1:4(w/w.)的比例将常见荞麦粒(400g)与水混合。然后在掺混机中将它碾磨5min以产生水性悬浮液。在45℃下借助于氢氧化钠的水溶液(1n)将该水性悬浮液的ph调节至8以增强蛋白质的溶解。允许该水性悬浮液中的蛋白质借助于机械搅拌1小时来溶解。
然后将该水性悬浮液引入到1700g的实验室离心机中在室温下持续10分钟。离心导致产生两个部分：富含蛋白质、可溶性碳水化合物和盐的第一部分(即上清液)和包含淀粉和纤维的第二部分(即沉淀物)。
在45℃下通过添加盐酸(5％(v/v))将第一部分的ph调节至4.5的ph(等电点)，以便使这些蛋白质沉淀。借助于760g的实验室离心机在室温下进行将蛋白质部分(即沉淀物)与可溶性碳水化合物和盐(即上清液)的分离5分钟。在室温下在ph7下用氢氧化钠的水溶液(1n)中和由此获得的蛋白质部分(即沉淀物)，以重新溶解该蛋白质部分。然后通过喷雾干燥2小时干燥所浓缩的蛋白质部分。蛋白质部分以6.6％的产率由该荞麦粒获得，并且具有75％的纯度。
将包含淀粉和纤维混合物的第二部分(即沉淀物)用水在室温下处理，并且通过120目(125μm)的筛以便获富含纤维的部分和富含淀粉的部分。然后，用水洗涤纤维部分以便去除残余的淀粉。
使用流化床干燥器干燥纤维部分。纤维部分以22％的产率获得并且具有16％纤维素的纯度。
为了去除淀粉部分的残余蛋白质，首先借助于氢氧化钠的水溶液(1n)在室温下在ph8下，然后在1小时机械搅拌后在室温下处理淀粉部分。然后将其引入到1700g的离心机中在室温下持续10分钟。获得作为上清液的小的蛋白质部分和作为沉淀物的淀粉部分。重复该操作3次以去除所有残余的蛋白质。然后，将淀粉部分在ph7下重新调节并且使用流化床干燥器干燥。淀粉部分以50％的产率由研磨的荞麦粒获得，并且具有95％的纯度。
实例2
以1:4(w/w)的比例将常见荞麦粉(400g)悬浮在水中，并且借助于机械搅拌均匀混合以形成水性悬浮液。在45℃下借助于氢氧化钠的水溶液(1n)将该水性悬浮液的ph调节至8以增强蛋白质的溶解。允许该水性悬浮液中的蛋白质借助于机械搅拌1小时来溶解。
然后将该水性悬浮液引入到1700g的实验室离心机中在室温下持续10分钟。离心导致产生两个部分：富含蛋白质、可溶性碳水化合物和盐的第一部分(即上清液)和包含淀粉和纤维混合物的第二部分(即沉淀物)。
在45℃下通过添加盐酸的水溶液(5％(v/v))将第一部分的ph调节至ph4.5(等电点)，以便使这些蛋白质沉淀。借助于760g的实验室离心机在室温下进行将蛋白质部分(即沉淀物)与可溶性碳水化合物和盐(即上清液)的分离5分钟。借助于氢氧化钠的水溶液(1n)在室温下在ph7下中和由此获得的蛋白质部分(即沉淀物)，并且然后通过120目(125μm)的筛以便获得不可溶性蛋白质的部分和可溶性蛋白质的部分。通过喷雾干燥干燥可溶性蛋白质部分2小时，并且通过真空烘箱干燥干燥不可溶性蛋白质部分8小时。
可溶性蛋白质部分以3％的产率由该荞麦粉获得，并且具有74％的纯度。不可溶性蛋白质部分以3％的产率由该荞麦粉获得。
将包含淀粉和纤维混合物的第二部分(即沉淀物)用水在室温下处理，并且通过120目(125μm)的筛以便获富含纤维的部分和富含淀粉的部分。然后，用水洗涤纤维部分以便去除残余的淀粉。
使用流化床干燥器干燥纤维部分。纤维部分以32％的产率获得并且具有10％纤维素的纯度。
为了去除淀粉部分的残余蛋白质，首先借助于氢氧化钠的水溶液(1n)在室温下在ph8下然后在1小时的机械搅拌后室温下处理淀粉部分。然后将其引入到1700g的实验室离心机中在室温下持续10分钟。获得作为上清液的小的蛋白质部分和作为沉淀物的淀粉部分。重复该操作3次以去除所有残余的蛋白质。然后，将淀粉部分在ph7下重新调节并且使用流化床干燥器干燥。淀粉部分以50％的产率由荞麦粉获得，并且具有95％的纯度。
实例3
在45℃下以1:4(w/w.)的比例将荞麦粒(100kg)与水混合。然后将它在粗研磨机然后胶体研磨机中碾磨直至达到100μm的平均粒度。在45℃下借助于氢氧化钠的水溶液(1n)将该水性悬浮液的ph调节至8以增强蛋白质的溶解。允许在该水性悬浮液中的蛋白质借助于机械搅拌至少1小时来溶解。然后在室温下将该水性悬浮液引入到3500g的卧式离心机中。离心导致产生两个部分：富含蛋白质、可溶性碳水化合物和盐的第一部分(即上清液)和包含淀粉和纤维的第二部分(即沉淀物)。
在45℃下通过将盐酸(5％(v/v))添加到第一部分中将第一部分的ph调节至4.5的ph(等电点)，以便使这些蛋白质沉淀。借助于处于9500g的圆锥板离心机在室温下进行将蛋白质部分(即沉淀物)与可溶性碳水化合物和盐(即上清液)的分离。在室温下在ph7下用氢氧化钠的水溶液(1n)中和由此获得的蛋白质部分(即沉淀物)，以重新溶解该蛋白质部分。然后通过喷雾干燥干燥所浓缩的蛋白质部分2小时，其中入口温度是170℃并且出口温度是105℃。
蛋白质部分以2％的产率由该荞麦粒获得，并且具有65％的纯度。
包含淀粉和纤维混合物的第二部分(即沉淀物)用水在室温下处理，并且通过150目的筛以便获富含纤维的部分和富含淀粉的部分。
使用热风干燥器干燥纤维部分。纤维部分以12％的产率获得并且具有10％总纤维的纯度。
为了除去淀粉部分中的残余的蛋白质，用水力旋流器纯化淀粉部分。获得作为轻相的小的蛋白质部分和作为重相的淀粉部分。然后，使用板式过滤器和流化床干燥器干燥纤维部分。
淀粉部分以50％的产率由研磨的荞麦粒获得，并且具有92％的纯度。