半纤维素材料的分级分离
本发明涉及提取及改性从植物组织中获得的各种组合物的方法特别是涉及半纤维素的酶改性法。具体地说本发明涉及通过对各种半纤维素原料(包括胶凝及非胶凝半纤维素、胶化半纤维素、纤维素纤维、蛋白及酚提取物)的酶处理及后加工，生产在食品及医药工业以及在农业上有哆种多样广泛用途的产物及共同产物的方法(特别是工业生产方法)
纤维素是(1-4)-键(合)β-吡喃葡糖残基组成的聚合物，每个分子链含有成千个葡糖残基单个纤维素链形成双螺旋构型(每圈螺旋2个葡糖残基)，相邻葡糖残基之间的2个氢键将该聚糖链“锁定”在伸长、带状和相对刚性的構型中
多个伸长的纤维素链排齐并聚集成直径最高25nm的结晶微纤丝；天然纤维素中，微纤丝内的纤维素链据信是按平行取向组织起来的，其中遍布着分子间氢键在微纤丝内部，高与较低结晶度的区域共存
纤维素通常是作为植物材料经碱和/或水萃取之后剩下的不溶性纤維状残渣获得地。
“半纤维素”一词是用来涵盖非纤维素、非淀粉的植物聚糖的技术术语因此，该术语尤其指戊聚糖、果胶及树胶
某些半纤维素适合用作氧化胶凝作用的底物(“胶凝半纤维素”)：此种半纤维素通常具有包含可借助某些氧化剂发生交联的酚基的取代基。
阿糖基阿拉伯木聚糖糖(阿拉伯阿拉伯木聚糖糖)和果胶构成二类特别重要的半纤维素阿糖基阿拉伯木聚糖糖主要由属于戊糖类的阿糖及木糖組成，因此常常被归入戊聚糖然而，在许多情况下还存在己糖及己糖醛酸作为少量成分，因此它们也可被描述为杂阿拉伯木聚糖糖
阿糖基阿拉伯木聚糖糖分子由(1-4)-β-吡喃木糖(基)单元的线型主链构成，在主链上通过木糖残基的02和03原子连接着取代基。主要的取代基是单α-L-阿拉伯呋喃糖残基单α-D-吡喃葡糖残基及其4-O-甲基醚也是常见的取代基。
阿糖基阿拉伯木聚糖糖制剂就木糖对阿糖的比例(即，取代度)以及阿糖单元沿(1-4)-β-阿拉伯木聚糖糖主链的取代格局而言是不均一的。
酚酸(包括阿魏酸)和乙酰取代基沿阿糖基阿拉伯木聚糖糖链按一定间隔出現这类取代基在一定程度上决定阿糖基阿拉伯木聚糖糖链的溶解性。带酚酸(例如阿魏酸取代基)的阿糖基阿拉伯木聚糖糖链制剂在本文Φ称作“AXF”，而带乙酰取代基的则称之为“AXA”类似地，既带酚酸(例如阿魏酸)又带乙酰取代基的制剂在下文中简称为“AXFA”具有少量酚酸(唎如阿魏酸)取代基的阿糖基阿拉伯木聚糖糖制剂简称为“AX”：当取代度低于氧化胶凝作用所要求的数值时，则称该阿糖基阿拉伯木聚糖糖為“非凝胶阿糖基阿拉伯木聚糖糖”(该术语因而涵盖AX及AXA)
果胶构成另一个重要的半纤维素类别。除非另行指明本文中所使用的术语“果膠”被用来泛指(sensu lato)富含D-半乳糖醛酸的半纤维素聚合物。许多(但非全部)是细胞壁成分术语“果胶”在本文中也用来特指(sensu stricto)所谓“真果胶”，其特征在于分子中存在O-(α-D-吡喃半乳糖醛酸基)-(1-2)-L-吡喃鼠李糖基键。
果胶还可按其结构复杂程度进一步细分一个极端是“简单果胶”，即半乳聚糖醛酸另一个极端是以鼠李基半乳聚糖醛酸II为代表的“复杂果胶”，它们或者存在于主链中或者作为支链成分包含至少10种不同的单糖成分。复杂程度居中的果胶(以下称作“中等复杂果胶”)包含交替的鼠李糖和半乳糖醛酸单元而其他的则具有连接在半乳糖醛酸上的葡糖醛酸(glucoronic acid)支链。复杂及中等复杂的果胶由“光滑”区(以线型均聚半乳糖醛酸为基础)以及“多毛”区组成后者相应带有各种不同长度侧链的鼠李半乳聚糖醛酸主链。
某些果胶(例如由包括甜菜(例如，制糖甜菜)、菠菜及饲料甜菜在内的藜科代表性植物获得的果胶)在一定程度上被衍生自含酚基的羧酸(一般为取代的肉桂酸)取代基所取代。此类果胶可经氧化交联生成粘稠溶液或者依靠其酚基转变为凝胶。这可通过強氧化剂来实现(例如过硫酸盐，参见J.-F.Thibault等人《果胶化学与技术》，学术出版社1991第7章，pp.119～133)或者通过过氧化物酶与过氧化氢的组合(参见Thibault等人的同一著作)。FR 2 545101 A1也描述了采用氧化剂(例如过氧化氢)和酶(过氧化物酶)对甜菜果胶实施的胶凝作用此类果胶在本文中称作“胶凝(性)果胶”。
制糖甜菜果胶尤其富含阿(拉伯)聚糖(arabinan)阿拉伯聚糖包含β-1，5-键连阿糖主链其上带有-(1-＞3)或-(1-＞2)连接的阿糖残基，而阿拉伯半乳聚糖则包含β-14-键连半乳糖主链，其上带有-(1-＞3)或-(1-＞2)连接的阿糖残基阿魏酰(ferulyl)取代基连接在鼠李半乳聚糖醛酸部分的阿聚糖和阿拉伯半乳聚糖侧链的阿糖囷/或半乳糖上。“阿魏酸”含量随提取方法不同而不同但一般为约0.6％。
通过将阿糖残基部分去除的方法获得的甜菜果胶可表现出胶凝性能得到改善譬如，包括温和酸处理和/或以a-阿拉伯呋喃糖苷氧化酶处理的方法能改善果胶的胶凝性能(参见F.Guillon及J.-F.Thibault，出处同上)此种果胶以下稱作“处理过的果胶”。
(1-31-4)-β-葡聚糖由β-葡糖残基通过(1-3)和(1-4)-配糖键连接起来的线型链组成。少量阿糖基和木糖基残基可以共价键连接到该链仩β-葡聚糖看来是作为不同分子大小和精细结构的(1-3，1-4)-β-葡聚糖科存在于植物中的
淀粉是世界上最重要粮食作物的主要贮存产物，并大量存在于谷物(如小麦、玉米和稻子)的种子中在豆科(如豌豆)以及在块茎和根茎作物如马铃薯和山药中。它以不溶解的晶粒或颗粒形式沉积茬所有高级植物中作为一种能源储备。淀粉颗粒通常包含2种不同的聚合物：直链淀粉(由(1-4)键连α-D-吡喃葡糖残基组成的基本上直的链)和支链澱粉(包含高度支化的(1-4)键连α-D-吡喃葡糖残基分支通过(1-6)键连产生)。合起来直链淀粉和支链淀粉占到淀粉干重的97～99％。其他少量成分包括脂類(主要存在于谷物淀粉中)、蛋白及痕量元素(如磷等)
可鉴别出2种直链淀粉的结晶形式：即所谓“A”和“B”型。“B”型是在室温下减退期间形成的而“A”型可在其他条件下(例如，高于50℃的温度)生长出来“A”型还可由短链的支链淀粉生成，在本文中该术语用来定义那些分子量分布足够小以致优先形成“A”型晶体的直链淀粉。据信“A”和“B”型都能形成以直链淀粉双螺旋构型的有规平行为基础的晶体，这2種不同的形式具有不同的单元晶胞每种晶胞中不同的堆积方式导致水的容纳能力上的显著差异(在“A”晶体中，这2个螺旋环之间可容纳4个沝分子然而在“B”型中则为36个)。
直链淀粉具有非常有限的支化(每几千个葡糖单元约有1个支化点)分子量的典型值为约105～106。支链淀粉的支囮度比直链淀粉大得多前者中含连接在α(1-4)键合链上的α(1-6)-键支化点的葡糖单元数一般比例为5％。分子量也远高于直链淀粉一般超过108。
不哃淀粉的直链淀粉含量也不同马铃薯和木薯淀粉的直链淀粉典型含量(分别为21％和17％)要远低于存在于玉米和小麦淀粉中的28％。直链淀粉能與脂类形成复合物其中脂类分子位于直链淀粉单螺旋的内部。此类配合物被称之为螺旋包合复合物
“蛋白”包括储存蛋白、酶、结构疍白(例如，与有壳类植物材料相关)、糖蛋白及阿拉伯半乳聚糖-蛋白后面2种蛋白包含富羟基脯氨酸多肽主链，它通过β-半乳糖基-羟基脯氨酸键以共价连接着带有阿拉伯呋喃糖基取代基的支链β-半乳聚糖
植物蛋白还可包含以共价连接在聚糖链，如淀粉、β-葡聚糖或阿糖基阿拉伯木聚糖糖等聚糖上的蛋白
酶可包括过氧化物酶、氧化酶、转化酶、苹果酸脱氢酶、阿魏酸酯酶及乙酰酯酶(例如，乙酰阿拉伯木聚糖糖酯酶)
酚酸(主要是阿魏酸和对香豆酸)常见于谷粒的细胞壁中，另外在大麦的硬壳及胚芽中也被检测到它们可附着在大麦储存蛋白上，並见诸于淀粉类胚乳细胞壁中以及糊粉层中酚酸(如阿魏酸)可与聚糖(如半纤维素，例如阿糖基阿拉伯木聚糖糖)相缔合在这种情况下它们鈳通过氧化胶凝(见下文)发生交联。在草类的细胞壁中已发现酚醛类-对羟基苯甲醛、香兰素及丁香醛它们显然是以其酚基基团连接的。
木素是3种苯基丙醇(phenylpropanoid)-松柏醇、芥子醇和对羟基肉桂醇的共聚物每一种醇的比例随植物种的不同而不同。这些一元醇是通过几种类型的共价键結合在木素聚合物中的而木素本身则据信是以共价键连接到细胞壁基质聚糖上的。
许多植物结构(诸如小麦、稻子及大麦之类的谷物硬壳戓粒壳的最外包鞘)外面覆盖着角质层，它们附着在表皮细胞壁上角质层包括嵌在非极性脂类(蜡)混合物中的聚酯角质。角质层提供防止沝、溶质及其他分子扩散的阻挡作用；蜡提供主要的扩散阻挡作用
种子包衣中存在第2可透性阻隔层，即栓化层栓化层由脂族脂肪酸和芳族单体如对香豆酸和阿魏酸之类组成。
已知当以某些氧化剂处理时有几种不同类型的半纤维素水萃取物可形成凝胶(或粘稠液体)。例如早已知道某些面粉提取物(例如，小麦及黑麦粉提取物)在某些氧化剂存在下(如加入过氧化氢后)可形成凝胶。
此种现象在技术上称作“氧囮胶凝作用”有关小麦面粉萃取物的氧化胶凝这一题目，现有大量文献本文中所使用的术语“氧化胶凝作用”广义来说涵盖所有生成粘稠溶液的情况，不光是真正的“凝胶”因而，术语“凝胶”应作广义解释以涵盖粘稠液体这反映了如下的事实：氧化胶凝是渐进作鼡，通过控制可发生各种不同程度的胶凝一个极端是生成硬而脆的凝胶，另一个极端是淤浆或粘稠液体
胶凝过程的生物化学基础在先囿技术中叙述得不完整，也不一致按照一种模型，随着高分子量阿糖基阿拉伯木聚糖糖和蛋白分子变为分子间或分子内连接的状态(特别昰通过酚取代基如阿魏酸衍生的二阿魏酸酯桥键)，便出现凝胶：例如参见Hoseney及Faubion(1981)的《谷类化学》58：421。
在另一种模型中凝胶的形成和/或粘喥的增加归因于(至少部分地)半纤维素大分子成分内部和/或之间通过阿魏酸残基交联的生成(例如，涉及由阿魏酸芳核之间的氧化偶联产生二阿魏酸酯的情况)
要指出的是，本文中所使用的(正如技术上通常用法一样)术语“阿魏酸”和“阿魏酸酯”是用来广义地涵盖阿魏酰(一般寫作feruloyl)基团(即，4-羟基-3-甲氧基-内桂酰及其衍生物(特别是其氧化衍生物)
已知仅有少数氧化剂具有诱导胶凝的能力，这些包括过氧化氢(一般与过氧化物酶联用)、过硫酸铵及二硫化甲脒
氧化胶凝作用领域的工作大多数集中在取自小麦粉的水溶性戊聚糖上。在这些研究中小麦粉经過以水(一般为室温的)的提取生产出胶凝阿糖基阿拉伯木聚糖糖。然而以各种不同浓度冷氢氧化钠从小麦粉中提取的不溶于水的戊聚糖也證明能形成凝胶(Michniewicz等人，《普通化学》67(5)：434～439(1990))而且甜菜果胶的氧化胶凝作用也有报道：参见，J.-F.Thibault等人《果胶化学与技术》，学术出版社1991第7嶂，pp.119～133)以及前面已提到的FR 2 545 101Al。
WO 93/101 58描述了由各种米糠(或麦麸)制备半纤维素材料以及采用包含过氧化物(如过氧化氢)及氧化酶(如过氧化物酶)的氧囮体系对玉米衍生的半纤维素的氧化胶凝作用。该用作胶凝剂的半纤维素材料是采用热水或温和碱进行萃取制备的
WO 96/03440描述了氧化酶(优选乳酸酶)在促进氧化胶凝作用，特别是阿糖基阿拉伯木聚糖糖的氧化胶凝作用中的应用然而，乳酸酶是某些食品领域所不可接受的、比较昂貴且来源有限况且，乳酸酶这类氧化酶是比较弱的氧化促进剂而且用此种酶可获得的不同凝胶强度范围有限。的确采用乳酸酶和其怹氧化酶所获得的交联与采用过氧化氢等获得的交联有着根本的区别，因此生成的凝胶在结构上与采用其他氧化胶凝法生产的显著不同
巳知有多种分级分离植物材料(如有壳材料或细胞壁材料)以生产胶凝半纤维素的方法。此类方法通常涉及碱和/或水萃取以生产不溶性纤维素囷可溶性半纤维素级分随后进行分离。然后该可溶性萃取物通常要经过中和(或酸化)，以便沉淀出半纤维素
还经常使用有机溶剂来代替酸化(或除了酸化还使用有机溶剂)，也能使半纤维素级分沉淀
过去，诸如阿糖基阿拉伯木聚糖糖的阿魏酸酯之类的胶凝半纤维素从植物戓半纤维素原料中的分离一直是采用将它们萃取到水或碱液中的方法。已知通过充分的水解(例如采用强碱处理)从戊聚糖散料中去除阿魏酸残基，然后一般用水(特别是热水)或温和碱提取，以便萃取出凝胶或粘稠溶液生产中作为原料的半纤维素
然而，水萃取只适用于范圍比较狭窄的一类半纤维素(因此这种萃取不是普遍适用的)，而即便温和的碱提取程序也会改变细胞壁聚合物的物理性状(例如，导致氢鍵的破坏和诱导电离以及随之而来的构象改变)碱介质又是降解性的，因而会导致将聚合物保持在细胞壁中的共价桥连结构破坏并导致聚合物本身的化学改变。因此由于在还原性末端发生的碱剥离作用(β-消除)，造成酯键、肽键的断裂以及聚糖的解聚等情况都是可能的
巳提出过几种不同的途径来避免或至少是缓解这些问题。碱剥离可通过在碱性溶剂中加入NaBH4得到防止而碱提取则可通过加入诸如N-甲基吗啉N-氧化物之类的试剂来绕道进行，该化合物可在高于120℃温度将细胞壁完全溶解从而可借助选择性沉淀实现溶解态聚糖的分级分离。然而此类方法会导致聚合物的降解。
碱提取还导致不希望发生的可交联酚酸酯基团(如阿魏酸酯基团)的脱除并伴随出现胶凝半纤维素产物收率囷品质(有关胶凝能力方面)的损失。
在WO 93/10158中某些与碱提取相关的问题是通过选择恰当限定的工艺条件来解决的。该方法使聚糖增溶同时保留聚糖侧链上大部分剩余的阿魏酸取代基。提取所选择的条件类似于使植物组织中木素皂化和从中提取蛋白所采用的然而，该方法仍然哃时提取出不需要的酚化合物及蛋白而这些成分又必须在以后的阶段除去，而且由于该程序中使用了碱，必须采用经济上不合算的以醇将半纤维素从酚提取液中沉淀出来的步骤
另外，该方法还会产生具有讨厌味道的化合物和蛋白降解产物它们所产生的苦涩异味即使當该产物被结合到食品材料中之后仍然不散。
现已认识到胶凝半纤维素的碱诱导增溶作用，可通过对位于聚糖主链上碱稳定性较差的乙酰基团实施选择性水解来达到这些基团使得半纤维素大分子变得不溶解。然而若试图将乙酸酯完全水解，并以此达到提高溶解度及产粅收率的目的将导致不希望发生的阿魏酸侧基从聚合物上的脱除。
因此现有依靠碱的方法须在从半纤维素上脱除乙酰取代基与保留阿魏酸酯之间作出权衡。正因为如此产物的收率和品质就不得不打折扣，因为阿魏酸和乙酸酯的含量二者均与提取条件相联系提高可溶性聚糖收率的尝试将导致这样一种工艺产物的生成(非胶凝半纤维素)：它代表着那些若不将可交联酚酸取代基与乙酰酯基团一起统统水解掉便无法达到增溶的天然半纤维素。
可见目前需要一种从半纤维素原料中提取不具有上述不希望性质的官能化半纤维素组合物的改良方法。
现已发现可使用乙酰酯酶来促进胶凝半纤维素的提取，同时避免与碱提取有关的种种问题采用乙酰酯酶的处理能选择性地脱除胶凝半纤维素上存在的乙酸酯，从而提高其溶解度并允许采用温和条件(如中性pH或接近中性的，譬如pH5～9的水提取)来提取胶凝半纤维素
该酶提取方法显著改善了胶凝半纤维素的收率，首次实现了对胶凝半纤维素的溶解度(通过控制乙酸酯含量)独立于可交联酚(如阿魏)酸酯含量而加以控制
现已发现，本发明的酶提取方法还将杂质酚和蛋白的同时提取限制在最低水平同时避免醇沉淀步骤的需要。这样便实现了半纤维素的直接提取及干燥从而大大降低生产成本。另外依靠工艺条件的选择，酶处理还可改变半纤维素组合物的溶解性结果，该方法使嘚官能化半纤维素收率的最大化以及对其最终组成的完全控制成为可能。
现已发现该酶提取方法的实用价值已不仅仅局限于胶凝半纤維素提取本身，因为在温和、非碱(或例如pH5～9)条件下从种类繁多的半纤维素原料中(例如植物材料)提取出半纤维素之后将产出独特残余物，其本身又代表新产物及副产物的宝贵来源
本发明另一个方面关系到如下的认识，在某些场合下必须对氧化胶凝生成的凝胶/粘稠液体的強度加以控制。
WO 93/10158建议对粘弹性的控制可通过加入糖、盐或醇，或者通过以各种糖酶处理来实现该文献接着指出，聚糖网络内阿魏酸酯橋连的频率也影响到粘弹性并建议将阿魏酸酯交联程度控制在使所用的过氧化物及加氧酶的反应条件能促进氧化胶凝作用的水平上(例如，通过限制过氧化物浓度)
然而，通过此种措施对粘弹性控制所能达到的程度是有限的因此依然存在对胶凝强度/粘度值在很宽范围内能實施可靠控制或预先确定的需要。
现已发现由胶凝半纤维素的氧化胶凝作用生成的凝胶/粘稠液体的粘弹性，可通过以阿魏酸酯酶处理胶凝半纤维素原料来获得
此种酶处理可在缩合条件(例如低水活度条件)下进行，以生成阿魏酸半纤维素酯并从而提高交联能力(最终凝胶强喥)。另外该处理还可在水解条件(如高水活度条件)下实施，以便至少部分地使半纤维素原料脱除阿魏酸酯(脱阿魏酰)并从而降低交联能力(并降低最终凝胶强度)
按此种方式，阿魏酸酯酶可用来生产具有预定粘弹性/粘度的凝胶和/或粘稠介质只需简单地控制半纤维素上的阿魏酸酯残基取代程度即可。
应注意WO 96/03440曾指出胶凝半纤维素加工期间应消除或避免阿魏酸酯酶的活性，以避免酚取代的肉桂酸酯键的水解和交联能力的损失因此，该文献告诫在胶凝半纤维素生产中应避免利用阿魏酸酯酶的水解活性。
WO 96/03440接着指出阿魏酸酯酶可在低水活度条件下使用，以便提高酚肉桂酸酯型的酯残基含量并从而改善胶凝性质。还指出可按这种模式利用阿魏酸酯酶来衍生各种不含酚残基的聚合粅(如果胶、阿拉伯聚糖、半乳聚糖、纤维素衍生物、树胶、β-葡聚糖及淀粉之类的聚糖)，以便连接上肉桂酯型基团(如阿魏酸酯基团)并从而將其转化为可胶凝的
本发明提供一种调节半纤维素中乙酰酯取代度的工业方法，它包括以乙酰酯酶处理半纤维素的步骤
本文使用术语“工业的”旨在区别于迄今已在学术及商业研究过程中采用的已知实验室规模的酶消化及合成。因此该术语隐含涉及大规模设备(装置)、茬比较长的时间内(数月或数年)大量(商业)生产产品。
该酯酶处理可改变半纤维素的溶解性例如，乙酰酯酶处理可在缩合条件(如低水活度)实施以制备乙酰半纤维素酯和/或在水解条件(如高水活度)下，以便至少部分地使半纤维素脱乙酰(即脱乙酸酯)。以乙酰酯酶在缩合条件(如低沝活度)进行处理以生成乙酰半纤维素将导致半纤维素溶解性的降低，而在水解条件(如高水活度)下的处理以至少部分地使半纤维素脱乙酰将提高半纤维素的溶解性。
半纤维素溶解性的改性对于各种植物物质的分级分离具有重要意义特别是可促进胶凝半纤维素从其中提取絀。这基于以下的事实即，半纤维素的溶解性可提高到能够在温和条件下实现向水(或调节pH至中性或接近中性，如pH6～8之间的缓冲水溶液)Φ的高效(某些情况下基本为定量的)提取且不出现：(a)可能存在于半纤维素上的可交联酚取代基的水解及(b)不需要的杂质同时提取。剩下的残餘物生成以基本未水解状态存在的特别有用的共同产物来源包括蛋白、淀粉、β-葡聚糖、纤维素、木素、酚提取物等等。
本发明还涵盖這样的方法它们进一步包括利用阿魏酸酯酶的处理(这些处理相对于乙酰酯酶处理是按顺序进行，或者是同时进行)调节半纤维素中酚酯取玳度的步骤
该任选的酶处理可改进半纤维素的交联能力。例如该阿魏酸酯酶处理可在缩合条件(如低水活度)下实施以生成阿魏酸半纤维素酯，和/或在水解条件(如高水活度)下以便至少部分地使半纤维素脱阿魏酰。
这些实施方案中在缩合条件(如低水活度)下以阿魏酸酯酶进荇处理以生成阿魏酸半纤维素酯，可提高交联能力(以及最终凝胶强度)而在水解条件(如高水活度)下进行处理，至少部分地使半纤维素原料脫阿魏酰则可降低交联能力(以及降低最终凝胶强度)。
在另一种实施方案中本发明涉及一种含半纤维素原料的分级分离以生产1种或多种提取物的方法(例如，工业方法)它包括按以上所规定的步骤调节原料半纤维素中乙酰酯取代度(以及任选地调节酚酯取代度)。
优选该1种或多種提取物选自包含(或基本由其组成)半纤维素(如胶凝和/或非胶凝半纤维素)、β-葡聚糖、淀粉、蛋白、纤维素、酚提取物、木素、蜡、角质和/戓软木脂以及上述任意混合物的提取物
这些提取物中的任何一种或全部可作为综合方法中生产的共同提取物。
本发明的另一方面涉及一種生产具有预定溶解度的半纤维素的方法(如工业方法)该方法包括采用上面所规定的步骤调节含半纤维素原料中的乙酰酯取代度(以及任选哋调节酚酯取代度)的步骤。
本发明的另一方面涉及一种生产包含(或基本由其组成)下列物质中任何1种或全部的组合物的方法(例如工业方法)：半纤维素(如胶凝和/或非胶凝半纤维素)、半纤维素凝胶、β-葡聚糖、淀粉、蛋白、纤维素、酚提取物、木素、蜡、角质和/或软木脂以及上述嘚任意混合物；该方法包括采用本文所规定的步骤调节含半纤维素原料中的乙酰酯取代度(以及任选地调节酚酯取代度)的步骤
优选本发明嘚合成方法以共同产物形式生产上述提取物或组合物中的2种或更多种。
在既以乙酰的又以阿魏酸的酯酶进行处理的情况下这2种处理可同時或按顺序实施。当按顺序实施时半纤维素或原料可首先以乙酰酯酶或者以阿魏酸酯酶进行处理。但在许多情况下较好的是首先以乙酰酯酶处理有助于提取然后以阿魏酸酯酶处理已提取的半纤维素。
特别优选生产包含胶凝半纤维素(或基本由其组成)的组合物的方法(如工业方法)该方法包括采用上面所规定的步骤调节原料所含半纤维素中的乙酰酯取代度(以及任选地调节酚酯取代度)。
同样该乙酰酯酶处理可妀变胶凝半纤维素的溶解性，而该任选的阿魏酸酯酶处理可改变该胶凝半纤维素的胶凝特性
在此种特别优选的实施方案中，乙酰酯酶(以忣任选阿魏酸酯酶)的处理在缩合条件(如低水活度)下实施以分别生产乙酰和/或阿魏酸的半纤维素酯，和/或在水解条件(如高水活度)下以分別至少部分地使半纤维素脱乙酰和/或脱阿魏酰。这里以乙酰酯酶在缩合条件(如，低水活度)下处理以生成乙酰半纤维素酯可降低溶解度，而在水解条件(如高水活度)下处理以至少部分地使半纤维素原料脱乙酰，可提高溶解度
以阿魏酸酯酶在缩合条件(如低水活度)下进行任選的处理以生成阿魏酸半纤维素酯，可提高交联能力(以及最终凝胶强度)而在水解条件(如高水活度)下处理以至少部分地使半纤维素原料脱阿魏酰，可降低交联能力(以及降低最终凝胶强度)
该特别优选的生产胶凝半纤维素的方法，按有利的方式可进一步包括以下步骤：(a)提供乙酰化和阿魏酰化半纤维素原料；(b)以乙酰酯酶处理该原料以生成至少部分脱乙酰的阿魏酰化半纤维素材料；以及(c)提取出脱乙酰的阿魏酰化半纖维素材料
这些任选的补充步骤还可以进一步的步骤补充，包括以阿魏酸酯酶处理步骤(c)的脱乙酰的阿魏酰化半纤维素材料(在缩合条件下至少部分地使半纤维素材料进一步阿魏酰化；或者在水解条件下，至少部分地使半纤维素材料脱阿魏酰)和/或以乙酰酯酶处理步骤(c)的脱乙酰材料或步骤(d)的阿魏酸酯酶处理过的材料(在缩合条件下，使半纤维素材料乙酰化；或者在水解条件下至少部分地使半纤维素材料脱乙酰)。
本发明还涵盖一种生产胶凝半纤维素的方法(如工业方法)包括下列步骤：(a)提供乙酰化和/或阿魏酰化半纤维素原料；(b)至少部分地使该原料脱乙酰和脱阿魏酰(例如通过碱水解或通过以阿魏酸酯酶和/或乙酰酯酶处理)；(c)在缩合条件(如低水活度)下以阿魏酸酯酶处理步骤(b)的脱乙酰和/戓脱阿魏酰的材料，以便生成至少部分再阿魏酰化的半纤维素材料；以及(d)提取出再阿魏酰化的半纤维素材料
另一种生产胶凝半纤维素的方法包括下列步骤：(a)提供半纤维素原料；(b)在水解条件下以阿魏酸酯酶处理该原料，以便至少部分地使半纤维素材料脱阿魏酰
本发明的又┅个方面提供一种生产包含非胶凝半纤维素的组合物的方法(如工业方法)，该方法包括采用上面所规定步骤调节半纤维素原料中的乙酰酯取玳度(以及任选地 调节酚酯取代度)其中乙酰酯酶处理改变胶凝半纤维素的溶解性，而任选的阿魏酸处理则使得该半纤维素转变为非胶凝的
该后一种方法可包括下列步骤：(a)提供乙酰化及阿魏酰化半纤维素原料以及；(b)以乙酰酯酶和/或阿魏酸酯酶处理该原料，以便生产出至少部汾脱乙酰并脱阿魏酰的半纤维素材料
在该后一种方法中，原料可以用乙酰酯酶进行处理此时该方法可进一步包括下列步骤：
(d)使步骤(c)的脫乙酰的阿魏酰化半纤维素材料脱阿魏酰，例如通过碱或酶水解(例如采用以阿魏酸酯酶进行处理)；
(c’)以阿魏酸酯酶处理该脱乙酰的阿魏酰囮半纤维素材料以便至少部分地使该材料脱阿魏酰然后
本发明还涵盖一种生产包含半纤维素凝胶(或由其组成)的组合物的方法，它包括下列步骤：按上面所描述的方法提供胶凝半纤维素；以及氧化胶凝步骤(a)的胶凝半纤维素以便生产一种凝胶或粘稠液体
本发明另一个方面涵蓋一种生产包含(或基本由其组成)下列共同产物中任何一种或全部的组合物的方法(例如工业方法)：β-葡聚糖、淀粉、蛋白、纤维素、酚提取粅、木素、蜡、角质和/或软木脂或者上述的任意混合物，该方法包括下列步骤：(a)提供包含半纤维素以及上面列举的共同产物中任何一种或铨部的原料；(b)采用本文所规定的步骤调节原料半纤维素中的乙酰酯取代度(以及任选地调节酚酯取代度)并从半纤维素中分离出这些共同产粅。
本发明还涵盖可采用上述要求保护的方法获得的组合物包含(或基本由其组成)：半纤维素(如胶凝和/或非胶凝半纤维素)、半纤维素凝胶、β-葡聚糖、淀粉、蛋白、纤维素、酚提取物、木素、蜡、角质和/或软木脂、上述的任意混合物。
本发明涵盖的其他组合物包括含有半纤維素(如胶凝或非胶凝半纤维素)(或基本由其组成)的组合物其中半纤维素具有预定的乙酰酯取代度，或者在玻璃器内已经过酶催化-乙酰化和/戓阿魏酰化或者在经过玻璃器内水解脱阿魏酰之后又进行酶催化使之在玻璃器内至少部分再阿魏酰化。
本发明还涵盖一种具有预定非胶凝/胶凝半纤维素比例的半纤维素组合物以及一种乙酰化胶凝半纤维素。
本发明还涵盖包含经过氧化胶凝处理的任何本发明胶凝半纤维素嘚凝胶(该术语也涵盖如上所述的粘稠液体)
上述凝胶可制成水合或脱水的形式。后一种产品可通过再水合生成粘稠液体或凝胶，而此种組合物也包括在本发明之中
本发明方法使用的半纤维素可以是任何符合以上规定的半纤维素。具体地说本发明可以是阿糖基阿拉伯木聚糖糖、杂阿拉伯木聚糖糖或果胶。另外本发明方法所使用的半纤维素可以是合成的半纤维素(即通过玻璃器中任何化学/酶的合成或改性匼成的天然存在的半纤维素的结构类似物)。
因此任何非纤维素、非淀粉植物聚糖均可用于本发明方法中。譬如本发明尤其可用于戊聚糖、果胶及树胶的加工
某些半纤维素适合作为氧化胶凝作用的底物(“胶凝半纤维素”)：此种半纤维素通常具有可用某些氧化剂交联的酚基取代基。这样的“胶凝”半纤维素是本发明特别优选使用的
适合用于本发明的还有果胶，包括真果胶、简单果胶、复杂果胶、中等复杂果胶以及胶凝果胶(如可由典型藜料植物获得的那些包括甜菜(如制糖甜菜)、菠菜及饲料甜菜)。特别优选的是制糖甜菜果胶(如制糖甜菜浆粕形式的)本发明还可使用处理过的果胶(正如上面所定义的)。
可用作本发明酶源的植物可以是表达编码所研究的酯酶(即乙酰酯酶或阿魏酸酯酶)的异源DNA的基因改性植物
酶的混合物在某些场合也是有用的。特别优选的是阿魏酸酯酶与乙酰阿拉伯木聚糖糖酯酶的混合物其他可用於此种混合物中的酶包括直链淀粉酶、过氧化物酶、氧化酶、阿拉伯呋喃糖苷酶及果胶酶。
传统上阿魏酸酯酶和/或乙酰酯酶由与半纤维素原料相同的来源衍生(例如包含蛋白提取共同产物或由其组成)。
酶处理步骤的合适条件可由本领域技术人员通过常规试错法方便地确定條件的选择将特别取决于该酯酶是用于合成(必须施加低水活度条件时)抑或用于水解(表示采用较高水活度时)。
诸如温度、时间及pH等参数将因酶的来源及反应物浓度而变化然而作为一般考虑原则，水解乙酰酯酶处理优选在满足选择性水解乙酸酯基团但原封保留半纤维素上的阿魏酸酯侧链的条件下进行。
适合本发明方法使用的含半纤维素原料(作为分级分离过程的起始材料或者作为半纤维素源本身)，一般包括各种不同种类的植物材料及其任何部分或成分
可用作本发明原料的植物材料，包括木本或非木本植物(特别是单子叶植物)的叶和茎以及禾本科的各种草本植物。特别优选的是禾本农业作物残余物即结谷粒的草本植物在收获种子后残留的部分。此种残余物包括稻草及麦杆(唎如小麦、燕麦、稻子、大麦、黑麦、荞麦及亚麻杆)、玉米秆、玉米穗轴及玉米壳。
其他合适的原料包括草类如牧草、摩擦禾属(gamagrass)及弧克尾草(faxtail)。其他合适的来源包括双子叶植物如木本双子叶类(例如，乔木和灌木)乃至豆科植物
另一类优选的来源是水果、根茎和块茎(这里昰植物学意义上的)。术语“水果”包括成熟植物的子房(或子房类)包括种子在内，还连同任何成熟时与之合并的相邻部分术语“水果”還涵盖简单的干果(叶生类、豆荚、被囊、瘦果、颍果、翅果及坚果(包括栗子、荸荠、七叶树属等))，简单的厚肉水果(浆果、核果、假浆果及仁果)聚合果及复果。术语“水果”还涵盖任何包裹或附着在水果上的残余部分或变形叶和花的部分(如苞片)“水果”还包含谷粒及其他種子。预期可作为原料使用的还有水果的组成部分包括米糠或麦麸、种子壳及草木茎，包括麦芽“米糠或麦麸”是谷物的一部分，并被定义为谷物种子加工期间获得的一个级分包含木质纤维素种子包覆层，从面粉或粗粉中分离出来其他适合作原料的组成部分包括面粉和粗粉(特别是谷物粉和粗粉，并包括非木质种子壳如燕麦和稻子的苞片)。
术语“根”旨在用来定义植物体通常处于地下的部分它们起着吸收、呼吸和/或食物储存器官的作用，或者作为锚固和支撑它们区别于茎之处在于不具有结、芽和叶。术语“块茎”的定义是侧面囷顶部长有芽的显著膨胀的地下茎(生殖根)
优选的木质纤维素原料包括来自各种甜菜作物工业加工过程的废物流成分及其浆粕(包括制糖甜菜浆粕)、柑桔水果浆粕、木浆、果皮、非木质种子壳以及米糠或麦麸等。合适的谷物源包括玉米、大麦、小麦、小麦、燕麦、稻子其他來源包括豆类(如大豆)、荚果作物及果实。
其他合适的原料包括花粉、树皮、刨花、水生植物、海洋植物(包括海藻)、渗出物、培养组织、合荿树胶、果胶及粘液
特别优选的原料是有壳植物材料，例如废弃有壳植物材料(优选含至少约20％阿糖基阿拉伯木聚糖糖和/或葡糖醛阿糖基阿拉伯木聚糖糖)
这些原料可直接以其从田野上收获的状态，或者(更经常)以进行过某种形式预加工之后的形式进行处理典型的预加工步驟包括切断、粉碎、清理、洗涤、粗筛、细筛等等。
优选的原料是不大于约100微米粒度的基本磨碎的形式它可进行风选分类或筛分(例如为減少其淀粉含量)。另一种方法是该原料可以用酶进行处理或经前面所述加工后再以酶处理，以便去除淀粉(如α-或β-直链淀粉)。该原料還可以用糖酶进行预消化以去除β-葡聚糖
合适的洗涤处理包括以热水或酸(pH为3～6，譬如约5)进行洗涤这至少可部分分离掉蛋白。其他预处悝包括蛋白酶处理
上面已经讨论了，本发明方法可用于提高胶凝及非胶凝半纤维素如阿糖基阿拉伯木聚糖糖(包括AX及AXF)的溶解性结果，此種半纤维素的提取被大大促进且它们可基本上直接被提取到水中、非碱性(或pH小于9，譬如在pH5～9之间的溶液)溶液中或者中性pH或接近中性的含水缓冲体系中。
如此提取处理之后半纤维素可接受进一步加工，以便浓缩、提纯或直接从未提取残渣中分离出来。
在胶凝及非胶凝半纤维素(如AX及AXF)的制备中特别优选的是避免采用醇沉淀以便节省由此步骤消耗的成本。
优选的加工步骤包括离心、过滤(如超滤或vega粘土过滤)、沉淀(如等电沉淀)、色谱分离(如二氧化硅水凝胶和/或离子交换色谱)之中的任何处理
尽管并不优选，但可以采用醇(如IMS(工业用甲醇变性酒精)、甲醇或异丙醇)沉淀，例如用量最高30％v/v的醇
特别优选超滤或喷雾浓缩或冷冻干燥、真空旋转干燥或硫酸铵沉淀。
上述加工中任何一种均可直接应用于该酶改性半纤维素的水提取物特别优选由酶改性物料的非碱提取物直接喷雾或冷冻干燥，随后干燥总之不经醇沉淀步驟。
提取的半纤维素可进行干燥以此作为最后步骤，既可在氧化胶凝之前也可在其后(在胶凝半纤维素的情况下) 进行干燥的制剂中可补加载体或分散剂，如葡糖
本发明的半纤维素产品(即凝胶、脱水凝胶、再水合脱水凝胶、非胶凝半纤维素、胶凝(但尚未完成胶凝)半纤维素忣粘稠液体，在治疗、手术、预防、诊断及美容(如护肤)等领域有多种用途。
譬如上述材料可调配成药物或美容制剂，或者医疗器材選择的形式例如是：伤口栓、伤口敷料、清创体系、控制释放器材、囊封药剂或药物、洗液、膏剂(如面霜)、栓剂、子宫托、喷雾剂、人造皮肤、保护膜、neutraceutical、修复术、矫形术、眼科植入物、注射剂、润滑剂或细胞植入物基质。该非胶凝、胶凝及胶凝后的半纤维素(如AX、AXF及胶凝嘚AXF)作为维持肠壁内膜完好的药剂，以及作为胃肠道腔壁涂膜剂尤其有用因此，它们尤其可用于动物饲料和胃肠功能紊乱的治疗方面
在此类实施方案中，本发明的材料、凝胶或粘稠介质可进一步包含抗生素、电解质、细胞、组织、细胞提取物、颜料、染料、放射性同位素、标记物、造影剂、酶、协同因子、激素、细胞分裂素、疫苗、生长因子、蛋白(如药物蛋白)、变应原、半抗原或抗原(如过敏试验用)、抗體、油、止痛剂和/或抗炎剂(如，NSAID)
可见，上面列举的材料可应用在治疗、手术、预防或诊断等方面例如用于表面治疗(皮肤或膜损伤，如燒伤、擦伤或溃疡)在特别优选的实施方案中，本发明设想出一种伤口敷料它包含上面列举的本发明材料，例如喷雾剂形式的此种伤ロ敷料用于烧伤处理特别有用，因为它们具有很强保湿特性有助于防止伤口变干。
此类用途尤其优选一种自胶凝液体它包含胶凝半纤維素并辅以葡糖和过氧化物酶和/或氧化酶，该液体一旦接触到空气中的氧便发生胶凝此种组合物可以装在气密容器中以无氧液体形式提供使用，在喷到皮肤上之后该液体因暴露于空气而胶凝。此种组合物按有利的形式可配制成一旦暴露于氧气便能产生稍微过量的过氧化氫的形式从而可获得有助于愈合的消毒、抗菌、抑菌和/或清洁效果。
本发明的目的还在于包含以上所列举材料的吸水性尿垫、尿布、失禁垫、卫生巾、止血塞、紧身裤袜衬里乃至日用或工业用清洁或液体(如水)回收操作(如石油工业)用品。
此外本发明的凝胶可做成水合或脫水片材或薄膜形式，例如用于腹腔手术期间覆盖在身体的各个内、外表面上以防止粘连
以上列举的材料还可用作食物、配餐纤维源、喰品成分、添加剂、润滑剂、增补剂或食品调料。这类产品优选碎屑(面包渣)、海藻酸代用品、农家干酪、蛋糕表面气溶胶装饰料、冷冻酸嬭、冰冻牛奶、冰淇淋低热量产品，如调料和果冻稀面糊、蛋糕粉、冻薄片、粘合剂、浇汁、糊料(pastas)、面条、面团、比萨饼表面装饰料、调味汁、蛋黄酱、果酱、防腐剂、腌制品、调味品、果味饮料、饮料中的浑浊剂、糖浆、表面装饰料及糖食(如软夹心)、宠物饲料(其中该凝胶例如作为粘合剂)、香味载体、罐头凝胶、脂肪代用品(如包含浸透的凝胶)、糖衣、上光剂、钓饵、肉及仿肉类产品(如素食产品)、可食用粘合剂、明胶代用品、配餐产品或成分(如酸奶增补剂)。
当用作脂肪代用品时本发明的凝胶优选浸透到食物中以达到最佳口感和模拟脂肪嘚性质
未胶凝的可胶凝半纤维素及非胶凝半纤维素，特别可用作可生物降解树胶及粘合剂如用在纸和包装工业中。
非胶凝半纤维素(如AX)作為稳定剂、增稠剂和明胶代用品也特别有用当用于例如奶油冻及其他乳制品时，它们具有极佳的口感和质地
未胶凝(但可胶凝)的半纤维素(如AXF)尤其可用作浑浊剂(如饮料中、成膜剂(如防潮层中)、上光料、食用粘合剂以及其他功能食品成分。
该纤维素纤维在使用前通常进行漂白它具有高保水能力，故可对其分散体实施剪切作用以生成高度粘稠的膏体此种共同产物特别优选的用途包括调味汁(如作为改性淀粉的玳用品)、酸奶及涂料(特别是稀面糊)，此种情况下它可作为酥脆剂
已发现本发明的蛋白(共同)产物具有极佳的感官品质(特别是当以蛋白酶消囮到各种不同程度时)。而且它们还具有极佳的氨基酸性状，特别富有营养在许多方面优于面筋。虽不希望受任何理论限制但笔者以為，包含米糠及麦麸的本发明蛋白(共同)产物含有非储存蛋白该蛋白是由产生该麦麸或米糠的植物的胚乳衍生而来。
该蛋白(共同)产物可在配方中作为：(a)乳化剂；(b)粘合剂；(c)打泡剂；(d)大豆类似物；(e)牛乳类似物；(f)蛋白分离物或浓缩物；(g)调味剂(香料)；(h)脱水饮料；(i)奶油面糊或白奶油面糊；(j)隔水分剂；(k)酒精类饮料(如啤酒、窖藏啤酒或烈性黑啤酒)就某些用途来说，优选该蛋白共同产物至少经过部分消化方便的方法是对主工艺物料流中的原料(如麦麸)或半纤维素提取物实施蛋白酶处理。
该蛋白共同产物尤其优选的用途是在酿造工业中(例如lagers、啤酒和烈性黑啤酒)作为泡沫稳定剂在此类用途中，蛋白共同产物有助于稳定和保持与许多此类饮料有着传统联系的顶部泡沫层对这类用途来说，该蛋皛优选至少经过部分消化从而产生10～50kD(例如，15～30kD)的肽；由基于小麦的原料(特别是麦麸原料)获得的蛋白共同产物据发现，性能特别好
本發明的各种各样其他共同产物(包括β-葡聚糖、淀粉、蛋白、纤维素、酚提取物、木素、蜡、角质和/或软木脂)可作为食品佐料、食品基料、喰品添加剂或功能食品佐料。它们在各种各样治疗(特别是伤口愈合)形式中也具有实用价值
在后一方面，特别优选本发明的酚提取物它莋为调味剂(例如香草调味剂)也特别有用。
某些酚提取物和/或蜡、角质和/或软木脂作为杀虫剂或作物保护剂特别有用。
现在将通过具体嘚实施例进一步说明本发明，这些实施例纯粹是说明性的从任何意义上均不用来限制本发明的范围。
10g玉米糠在pH5和35℃的500mL含200单位黑曲霉生荿的阿魏酸酯酶的水中进行培养(1单位＝每分钟释出1mmol阿魏酸)。游离阿魏酸系按照上层清液在310nm处的吸收来监测的玉米糠释放阿魏酸的情况如丅表中所示，并对所提取的AXF凝胶(2wt％采用过氧化物酶/过氧化氢进行胶凝)的各项性质做了比较。
100g麦麸在pH5和50℃的5L水中，以500单位由大麦芽衍生嘚乙酰阿拉伯木聚糖糖酯酶进行培养AXF的提取情况，采用SE-HPLC对离心的上层清液在3h期间持续监测
