用碱性过氧化物处理非木质的木素纤维素基料的改进方法技术

一种使非木质的木素纤维素物质脱去木质素并漂白成反刍动物可消化及人类可摄取的产品的改进的方法。该方法包括先在碱性溶液中处理该基料一段时间，然后再加入过氧化物。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用碱性过氧化物对非木质的木素纤维素农业废料进行脱木质素和漂白处理的改进方法。更具体地说，本专利技术涉及将这些废料转变成适于作为人类食用的低热量食用纤维和反刍动物及微生物食用的碳水化合物来源的纤维素纤维产品的方法。该低热量食用纤维的特征是食用纤维含量高以及蛋白质、脂肪和灰份物质含量低，适于以较高的代用比例，作为淀粉类面粉的代用品。将木质的和非木质的木素纤维素基料转变为适宜动物和人摄取的纤维产品的许多方法已经公知。牛、羊和其它反刍动物能够消化多种纤维素植物并靠此生长发育。而对人类和其它单胃动物来说，这些植物几乎或根本不提供任何营养。但即使是反刍动物，也只能有限度地充分消化像结籽草叶茎及谷物荚、壳这样的木素纤维素物质。这种低转化率是由于木质素与这些材料中的纤维素和半纤维素纤维紧密结合造成的。这种木质素使上述纤维素不能被反刍动物胃中的消化液和微生物所消化(参见Jelks，US.3939286和Gould，US.4649113)。人类不能消化吸收纤维素和半纤维素，由此使这些基料成为食用纤维的有吸引力的潜在来源。但由于木质素包裹着纤维素纤维、由于这些纤维的高结晶性，以及由于存在像脂肪性物质(脂肪和油脂)和灰份物质(包括玻璃质物质)这样的成份，妨碍了这一潜在来源的广泛应用。纤维的结晶特性给食品带来嫌忌的物理性质。而脂肪和灰份物质，尤其在用量较大的情况下，对食品的香味、口味、质地和口感都带来不利的影响。用作食用纤维的一种木素纤维素物质是麸糠，即包裹谷物籽粒的、未漂白的粗糙外层。麸糠可用作某些早餐食品、面包和松饼中的纤维或难消化的纤维素食物。但大多数麸糠常用作动物饲料。这主要是由于其中的非纤维素成份含量较高，给各种烘烤食品，特别是白面包带来嫌忌性质。将燕麦和其他谷物外壳磨碎制成的低热量面粉代用品(参见Tsantir等，US.3767423)，含有较高比例的非纤维素成份如灰份物质。如果加入较多的代用品，制出的食品咀嚼时有砂土感。因此，商业上将兴趣极大程度地转向用精制纤维素作为人类食用的食用纤维。目前可采用的两种形式的精制纤维素均由木质产物制得。一种是结晶的α-纤维素，以“Solka-Floc”商标名称销售，另一种是从α-纤维素得到的微晶纤维素，以“Avicel”商标名称出售。不过，这些产品并不是完全令人满意的面粉代用品(参见Glicksman等，US.3676150;Satin，US.4237170;Tsantir等，US.3767423;及Torres，US.4219580)。当用量大于20%时，对烘烤食品的口味和质地有不利的影响。Gould在US.4649113(1987)中公开了一种将非木质的木素纤维素农业废料(基料)如麦秆转变为反刍动物和微生物可消化的纤维素纤维产品的方法(Gould法)。Gould等人在欧州专利申请228951(1987)中披露，US4649113中脱木质素后的纤维产品也适于作人类食物配方中的无热量纤维添加物。Gould法包括使基料在5°-至少60℃温度下，与pH11.2-11.8的过氧化氢(H2O2)和碱水溶液(NaOH)制成浆料。该基料经过充分的脱木质素处理后，实际上剥露出所有的纤维素碳水化合物。用碱性过氧化物处理期间，反应介质的pH值上移，这时通过加酸进行控制。在该基料脱木质素的过程中，H2O2的作用是将木质素氧化并降解为以羧酸为主的低分子量水溶性化合物。Gould等人指出，这些产品可以较高的代用率(30%或更高)，作为小麦面粉代用品使用。虽然Gould法是将基料转变成反刍动物和人类食品配方成份的有吸引力的方法，但在工业应用上还不完全令人满意。该法需要相当高浓度的H2O2和NaOH，以基料为基准(根据实例至少各需25Wt%)，同时因不起作用(非生产性的)的分解成氧气(2H2O2→2H2O+O2)而损失了大量H2O2。此外，业已发现用该法处理像燕麦壳这样难处理的基料时，H2O2的浓度迅速降低，并且一开始反应混合物就过量发泡，制出的产品带有供人食用所不希望的质量(光洁度、口味和香味)。在高碱性、非均相反应介质如其中含有特定基料时，H2O2分解并不奇怪，这是有原因的。首先，已知H2O2在碱中，尤其是高pH值下是不稳定的。其次，非均相H2O2分解成H2O和O2的过程(由固体表面催化)通常比均相分解过程(由各种溶解性的、多数是阳离子的基料催化)快得多，其分解速度的增加与固体表面积成正比(参见Schumb等，Hydrogen Peroxide，ACS MonographSeries，NewYork，Rheinhold(1955)PP521-522)本专利技术是一种改进的、将非木质基料，特别是非木质的木素纤维素农业废料转变成纤维素纤维产品的方法，该产品可用作反刍动物能消化的碳水化合物源，也可作为人类可摄取的低热量食用纤维的来源。该法包括先在强碱性水溶液中处理如燕麦壳一类的木素纤维素基料，再加入过氧化物。碱处理阶段是该法中的无过氧化物阶段。根据本专利技术的一个方面，在该阶段加入以基料干重为基准约0.5-1.0%的镁离子，可减少过氧化物的耗用量，减轻腐败气味，提高氧化硅的脱除率，提高产品光洁度和白度。对油脂和氧化硅含量高的燕麦和其它籽壳的基料可进行有效地处理，而不出现该工艺初始阶段过氧化物浓度迅速降低和不希望的发泡现象。用该法可从选定的基料生产脱木质素和漂白的纤维素纤维产品，该产品中食用纤维含量高，基本上不含营养性蛋白质和脂肪及灰份尤其是玻璃质成份。该纤维产品适于用作淀粉类面粉的代用品，其代用量高于20Wt%。尤其是，通过将碱性过氧化物pH值保持在9.5或更高，并结合采用55℃或更高的温度，可基本上完全除去基料中的木质素及营养性蛋白质和脂肪成份，并显著降低灰份含量。由此制出的低热量食用纤维可作为代用率高的面粉代用品使用。用这样的面粉制出的食品味道香，质地和口感也很好。本专利技术包括一种改进的、将非木质的木素纤维素物质(基料)转变成反刍动物可消化及人类可摄取的产品的方法。该法包括下列步骤(a)将基料与用量至少足以润湿该基料的碱水溶液制成浆料，该浆料pH值10-13，温度约25°-100℃，浆料基本上不含过氧化物(碱性、无过氧化物阶段);(b)将浆料在上述(a)的条件下保持足够的时间，以使碱液润湿该基料;(c)向碱性浆料中加入足够的水溶性过氧化物，以漂白基料(碱性过氧化物阶段);(d)保持该基料与碱性过氧化物在可足以生成基本上漂白的纤维素纤维(产品)的温度和时间内接触。(e)从碱液中分离产品(分离阶段)。根据本专利技术的一个方面，该方法的碱性、无过氧化物阶段还包括另一步骤，即向步骤(a)的浆料加入足够的镁化合物，以提供以基料干重为基准约0.5-1.0%的镁离子。这种离子的来源可以是任何生物学上安全的镁化合物，如氯化物、硫酸盐、氢氧化物、氧化物、碳酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐、酒石酸盐、葡萄糖酸盐等等。为得到最好的结果，优选的镁化合物是水溶性的，并选自硫酸镁和氯化镁。该镁化合物可在碱液润湿基料后直接加入浆料，也可在下一阶段开始时，溶解在过氧化物中加入。根据本专利技术的另一方面，在该方法的碱性过氧化物阶段开始之前，将碱性、无过氧化物阶段即步骤(a)中的润湿基料与浆液分离，随后可任选地进行洗涤。再将该分离出并洗涤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将非木质的木素纤维素基料转变成反刍动物可消化及人类可摄取的产品的改进方法，包括下步骤：（ａ）、使基料与用量至少足以湿润该基料的、选自钠或钾的氢氧化物或碳酸盐的碱水溶液形成浆料，该浆料ｐＨ１０－１３，温度约２５°－１００℃，基本上不含 过氧化物；（ｂ）、使该基料在（ａ）步条件下保持至少１５分钟的足够长的时间，以使碱液润湿该基料；（ｃ）向基料加入数量足以漂白该基料的水溶性过氧化物；（ｄ）使基料在２５°－９０℃的温度和９．５－１０的ｐＨ值条件下，保持与碱性过氧化物 溶液接触足够长的时间，以形成基本上漂白的纤维素纤维；（ｅ）、从上述碱液中分离漂白的纤维。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马德胡苏丹达塔特拉雅扎雅旺特，周瑜家，戴维弗朗斯加里逊，威廉艾萨克路易斯，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]