專利名稱：自農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物和廢物中生產(chǎn)芥子油苷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物和廢物中生產(chǎn)芥子油苷，特別是蘿卜 硫苷(glucoiphanin)的方法。芥子油苷是化療保護(hù)藥劑(chemoprotive)前體化合物。通過(guò)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的芥子油苷可被引入各種食品、藥品、健康 增補(bǔ)劑，及相關(guān)產(chǎn)品之中。
背景技術(shù)：
普遍認(rèn)為飲食在控制癌癥惡化當(dāng)中起著很大的作用，多吃水果和蔬 菜可減少人類癌癥的發(fā)病率。植物中存在的一些微量的化學(xué)成分在傳遞到 哺乳動(dòng)物細(xì)胞中時(shí)可提供主要的保護(hù)機(jī)制。此外，強(qiáng)化或補(bǔ)充以來(lái)自于植 物的抗癌化學(xué)成分的藥品、營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑，或食品可提供額外的健康益處。 在美國(guó)的食品工業(yè)， 一個(gè)重要趨勢(shì)是促銷有健康意識(shí)的食物。
芥子油苷((3-硫代葡萄糖苷-iV-羥基硫酸鹽)在雙子葉(dicotyledonous) 植物當(dāng)中和白花菜目中的許多植物中被發(fā)現(xiàn)。芥子油苷被發(fā)現(xiàn)存在于十字 花科(Brassicaceae)、木樨草科，以及白花菜科家族，但最常見(jiàn)的是在十 字花科家族。超過(guò)100種的芥子油苷已被辨別出來(lái)。芥子油苷是含硫的、 水溶性的、具有下列通式結(jié)構(gòu)的陰離子化合物芥子油苷包括一個(gè)衍生自氨基酸的R-基團(tuán)和一個(gè)連接到磺化躬的碳原子上 的硫代葡萄糖苷基。硫酸基賦與了芥子油苷以強(qiáng)酸性。
某些芥子油苷，特別是蘿卜硫苷(也稱為萊菔硫烷芥子油苷或4-甲 基亞硫酰基丁基芥子油苷)，是有效的化療保護(hù)藥劑的植物化學(xué)前體，如萊菔硫烷。芥子油苷和(^硫代葡糖苷酶在含芥子油苷的植物中共同存在，但是物理分開(kāi)的，直到植物材料的細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，如通過(guò)咀嚼、切斷、 粉碎、冷凍解凍或熱處理等等。 一旦細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被破壞，芥子油苷中的硫代葡糖苷鍵在M^代葡糖苷酶，尤其是黑芥子酶作用下水解，成為不穩(wěn)定 的芥子油苷糖苷配基，經(jīng)過(guò)自發(fā)重排成為有效的化療保護(hù)藥劑(chemoprotectant)，稱為異硫代氰酸鹽及其它化合物。異硫氰酸鹽具有生 物活性，并有高化學(xué)反應(yīng)性。異硫氰酸鹽，尤其是萊菔硫垸，在傳遞到哺 乳動(dòng)物的細(xì)胞中時(shí)，似乎會(huì)引發(fā)針對(duì)致癌物質(zhì)的解毒機(jī)制。
除了降低某些癌癥的患病風(fēng)險(xiǎn)，蘿卜硫苷，通過(guò)其生物活性轉(zhuǎn)換產(chǎn) 物萊菔硫烷，在破壞造成胃潰瘍的有機(jī)物方面最近已被證明是有效的，并 可能提供新的方法去降低心血管和眼部疾病的惡化風(fēng)險(xiǎn)。正在致力于獲得 批準(zhǔn)使用標(biāo)簽聲明食物產(chǎn)品中含有無(wú)論是原料中天然高含量或者另外添加 的來(lái)自十字花科植物的化療保護(hù)藥劑。盡管還沒(méi)有這樣的標(biāo)簽聲明，但市 場(chǎng)上已經(jīng)有了含化療保護(hù)藥劑、添加劑的產(chǎn)品。
因?yàn)槌杀靖甙?，芥子油苷，特別是蘿卜硫苷的制備，是成問(wèn)題的。 一般來(lái)說(shuō)，蘿卜硫苷最好的來(lái)源是昂貴的特定椰菜栽培品種。由于蘿卜硫 苷來(lái)源的高昂成本，芥子油苷的巨大的健康潛力尚未充分被認(rèn)識(shí)。
之前有過(guò)從植物材料中得到芥子油苷的嘗試。舉例來(lái)說(shuō)，離子交換 柱和高效液相色譜法(HPLC)已被用來(lái)分離不同的芥子油苷。B_jerg, B.和 S小rensen^ H.，用色譜柱分離完整的芥子袖苷并測(cè)定其純度，油菜籽中的芥 子油苷 (Isolation of Intact Glucosinolates by Column Chromatography and Determination of their Purity, in GLUCOSINOLATES IN RAPESEENS:):分析 方面(ANALYTICAL ASPECTS) 59-75 (J-P. Wathelet編,1987)。 Fahey,J.等， "植物中芥子油苷和異硫代氰酸鹽的化學(xué)差異和分布，(The chemical diversity and distribution of glucosinolates and isothiocyanates among plants,)，，植物化學(xué) (Phvtochemistrv) ， 56:5-51(2001)。所述的處理流程不能接受粗制樣品，并 要求芥子油苷提取物在放入柱中處理之前須經(jīng)過(guò)過(guò)濾或離心凈化。
因此，需要一個(gè)更為節(jié)省成本的方法，從相對(duì)粗制的初始材料中有 效率的獲取芥子油苷，尤其是蘿卜硫苷。正如將從以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方 案描述中表明的，本發(fā)明滿足了這些以及其他需要。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用來(lái)從農(nóng)業(yè)的副產(chǎn)物和廢物中獲取芥子油苷，特別 是蘿卜硫苷的節(jié)省成本的方法。收割后和被丟棄的植物材料，包括不適合銷售的植物材料，作為本發(fā)明的方法中有效的和廉^r的起始原料。[ooio]本發(fā)明的方法與最近的以下美國(guó)專利系列號(hào)當(dāng)中的方法相比具有顯著的進(jìn)步，所述專利申請(qǐng)包括11/199,752，申請(qǐng)日2005年8月29日， 11/617,934，申請(qǐng)日2006年12月29日，以及11/761,843 (列出細(xì)目的收據(jù) 號(hào)774S1)，申請(qǐng)日2007年6月12日，與本發(fā)明同屬于同一受讓人。
十字花科蔬菜已被確定為化療保護(hù)藥劑植物化學(xué)前體物質(zhì)的一個(gè)很 好的來(lái)源。十字花科蔬菜包括，但不僅限于，花椰菜(broccoli)、羽衣甘 藍(lán)(kale)、寬羽衣甘藍(lán)(collard)、曲羽衣甘藍(lán)(curly kale)、髓莖甘藍(lán) (marrowstem kale)、千頭甘藍(lán)(thousand head kale)、芥藍(lán)(Chinese kale)、菜花(cauliflower)、葡萄牙甘藍(lán)(Portuguese kale)、抱子甘藍(lán) (brussel sprouts)、球蓮甘藍(lán)(kohlrabi)、澤西甘藍(lán)(Jersey kale)、芥 蘭(Chinese broccoli)、芫菁甘藍(lán)(rutabaga)、芥菜(mustard)、 白蘿 卜(daikon)、辣根(horseradish)、巻心菜(cabbage)、鈹葉巻心菜 (savoy cabbage )、 大白菜(Chinese cabbage )、 納帕白菜 (napa cElbbage)、青花菜拉貝(broccoli rabe)、芝麻菜(arugula)、水田芥 (watercress) 、 TK開(kāi)(cress)、蕪箐(turnip)、芥藍(lán)(borecole)、小蘿卜 (md1Sh)，以及其類似物，更優(yōu)選使用椰菜植物材料。
—般而言，當(dāng)本發(fā)明的方法中4吏用收割后的植物材料時(shí)，植物材料 應(yīng)在收割后盡快處理。植物材料可被砍斷或切斷，但直到應(yīng)用于本發(fā)明的 處理過(guò)程之前不應(yīng)被立刻壓碎或搗漿，以盡量減少細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損壞。收割 期間植物材料被切斷或經(jīng)其它損壞之后，這些植物材料的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被分 解，從而使芥子油苷接觸到酶，后者將芥子油苷轉(zhuǎn)換成異硫代氰酸鹽。因 此，在將這些植物材料應(yīng)用于本發(fā)明的方法之前，對(duì)含芥子油苷的植物材 料的損害應(yīng)盡量減少。為延長(zhǎng)收割期后的植物材料能夠被采用的時(shí)間而對(duì) 芥子油苷成分沒(méi)有有害的影響，含芥子油苷的植物材料可用任何常規(guī)手段 進(jìn)行保存，如冰凍或干燥，如空氣干燥，冷凍干燥，真空干燥，轉(zhuǎn)鼓式干 燥，噴霧干燥，或類似的方法。但是，總的來(lái)說(shuō)，首選的應(yīng)該是植物材料在收割后盡快使用。
令人驚訝的是，本發(fā)明的過(guò)程對(duì)相對(duì)粗制的起始物質(zhì)有效。例如， 這些植物材料在使用之前不需要清洗和過(guò)濾以去掉污跡和殘留物。本發(fā)明的方法通常包括(1)提供含芥子油苷植物材料和液體的混合物，(2)加熱該混合物以使植物材料中的酶失去活性，(3)使熱失活混合物與陰離子交換膜接觸，由此至少有一部份的芥子油苷被吸收到陰離子交換膜，及(4) 從陰離子交換膜釋放芥子油苷。該方法可進(jìn)一步包括從提取的芥子油 苷中去掉鹽。
在本發(fā)明的另一方面，該方法包括以下步驟(1)提供含芥子油 苷植物材料和液體的混合物；(2)加熱該混合物以使植物材料中的酶失去 活性；(3)使熱失活混合物與陰離子交換膜接觸，由此至少有一部份的芥 子油苷被吸收到陰離子交換膜；(4)從陰離子交換膜釋放芥子油苷；(5) 使熱失活混合物與陰離子交換膜接觸，由此至少有一部份的芥子油苷 被吸收到陰離子交換膜；及(6)從陰離子交換膜釋放芥子油苷。該方法可 進(jìn)一步包括從提取的芥子油苷中去掉鹽。
—般來(lái)說(shuō)，不同類型的芥子油苷將附著到膜上及植物材料的選擇將 決定最終的產(chǎn)物。因此，理想的是選擇高含量的可提取芥子油苷的植物材 料。優(yōu)選地，選擇含有蘿卜甙或蘿卜硫苷的植物材料。更優(yōu)選地，選擇含 有蘿卜硫苷的植物材料。
在另一方面，用本發(fā)明的方法所生產(chǎn)的芥子油苷提取物可被引入食 品、醫(yī)藥品以及健康增補(bǔ)劑之中。該芥子油苷提取物，可直接引入到食品 中，或干燥、冷藏、冷凍或冷凍干燥后引入食品當(dāng)中。芥子油苷提取物可 被引入的食品包括食品增補(bǔ)劑，飲料，混合飲料，烘焙產(chǎn)品，茶，湯，谷 物，藥丸，藥片，沙拉，三明治，格蘭諾拉麥片，沙拉醬，調(diào)味汁，咖 啡，奶酪，酸奶，能量棒，以及類似的混合物。增補(bǔ)劑包括膳食增補(bǔ)劑， 營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑，草藥增補(bǔ)劑以及類似物。在這方面，食品可含有有效量的芥 子油苷提取物，如每份食品含約1至約100毫克。有效量的芥子油苷提取 物也可被引入到藥物組合物，如每單一劑量含約1至約100毫克。


圖1提供了用于將蘿卜硫苷轉(zhuǎn)換到萊菔硫烷的主要反應(yīng)。9
圖2提供了一個(gè)說(shuō)明本發(fā)明的方法的實(shí)施方案的流程圖。
圖3提供了說(shuō)明本發(fā)明另外一個(gè)方法的實(shí)施方案的流程圖。
具體實(shí)施方式
從生產(chǎn)成本的觀點(diǎn)而言，本發(fā)明的方法在技術(shù)上是直截了當(dāng)?shù)暮陀?吸引力的。事實(shí)上，目前的方法，使得從農(nóng)業(yè)的副產(chǎn)物和廢物中獲得芥子 油苷成為可能，特別是收獲后的含芥子油苷植物和被丟棄的材料，否則這 些材料將會(huì)被丟棄或犁進(jìn)土壤，如不適合銷售的產(chǎn)品，葉片，莖，種子 等。從本發(fā)明方法中得到的芥子油苷，特別是蘿卜硫苷，提供了由基本上 更為昂貴的方法所制備的芥子油苷所帶來(lái)的益于健康的好處。
此處使用的，"化療保護(hù)藥劑"和"化療保護(hù)化合物"，是指植物來(lái)源 制劑，它們能有效降低致癌物質(zhì)對(duì)哺乳動(dòng)物的有毒的及腫瘤影響的易感 性。化療保護(hù)藥劑"前體"是指通過(guò)酶和/或化學(xué)手段產(chǎn)生化療保護(hù)藥劑的制 劑。Talalay,P等，J. Nutr., 131 (11 supp.): 30275-30335師l)。這種化療保護(hù)藥 劑前體的例子包括烷基芥子油苷，如蘿卜硫苷。
蘿卜硫苷中的硫代葡糖苷鍵在活體內(nèi)腸道微生物菌群作用下被水解 為不穩(wěn)定的芥子油苷糖苷配基，其經(jīng)自發(fā)重排成為異硫代氰酸鹽，如萊菔 硫烷，和其它化合物，如腈和硫氰酸鹽。轉(zhuǎn)換也可以被M^代葡糖苷酶催 化，尤其是黑芥子酶催化，它是在含芥子油苷植物中被發(fā)現(xiàn)的。主要的反 應(yīng)在圖l中有說(shuō)明。
如本文使用的，"有效量"是當(dāng)食用時(shí)提供想要的效果或益處的添加 量。通常來(lái)說(shuō)，每單份食品含約1至約100毫克本發(fā)明的芥子油苷，尤其 是蘿卜硫苷，或每單劑量藥物組合物含約1至約100毫克；如果需要也可 以使用更高的含量。
術(shù)語(yǔ)"植物材料"通常包括整個(gè)植物，葉子，植物組織，芽，莖，種 子，小花，果實(shí)，花，塊蓮，根，等，及其混合物。盡管芥子油苷的含量 可能隨植物不同部位以及不同植物種類而有所不同，并可能取決于植物的 齡期，但可采用植物材料的任何組合從而減少在本發(fā)明過(guò)程中使用植物材 料之前的分類和準(zhǔn)備時(shí)間。盡管優(yōu)選采用含所需含量待提取的芥子油苷的 植物材料。
十字花科蔬菜已被確定為化療保護(hù)藥劑植物化學(xué)前體物質(zhì)的一個(gè)很好的來(lái)源。十字花科蔬菜包括，但不僅限于，花椰菜(broccoli)、羽衣甘 藍(lán)(kale)、寬羽衣甘藍(lán)(collard)、曲羽衣甘藍(lán)(curly kale)、髓莖甘藍(lán) (marrowstem kale)、千頭甘藍(lán)(thousand head kale)、 芥藍(lán)(Chinese kale)、菜花(cauliflower)、葡萄牙甘藍(lán)(Portuguese kale)、抱子甘藍(lán) (brussel sprouts)、球莖甘藍(lán)(kohlrabi)、澤西甘藍(lán)(Jersey kale)、芥 蘭(Chinese broccoli)、蕪菁甘藍(lán)(rutabaga)、芥菜(mustard)、 白蘿 卜(daikon)、辣根(horseradish)、巻心菜(cabbage)、鈹葉巻心菜 (savoy cabbage )、 大白菜(Chinese cabbage )、纟內(nèi)巾白白菜(napa cElbbage)、青花菜拉貝(broccoli rabe)、芝麻菜(arugula)、水田芥 (watercress)、水開(kāi)(cress)、蕪箐(turnip)、芥藍(lán)(borecole)、小蘿卜 (radish)，以及其類似物。
優(yōu)選地，是采用椰菜植物材料。特別優(yōu)選的可用于禾又利要求方法的 栽培品種是傳奇(Saga) 、 DeCicco,埃佛勒斯(Everest)、翠綠城 (Emerald City)、小販(Packman)、快艇(Corvet)、花花公子 (Dandy)、早熟(Early)、皇帝(Emperor)、水手(Mariner)、綠彗星 (Green Comet)、綠勇士 (Green Valiant)、阿卡狄亞(Arcadia)、花莖 甘藍(lán)帆船(Calab認(rèn)Caravel)、大臣(Chancellor)、引言(Citation)、 巡洋艦(Cruiser)、早熟紫芽紅箭(Early Purple Sprouting Red Arrow)、 尤利卡(Eureka)、木絲(Excelsior)、大帆船(Galleon) 、 Ginga、歌利 亞(Goliath)、綠公爵(Green Duke) 、 Greenblet、意大利芽(Italian Sprouting)、晚熟紫芽(Late Purple Sprouting)、晚冬芽(Late Winter Sprouting )、白星(White Star )、傳奇(Legend )、矮妖精 (L印rechaun)、馬拉松(Marathon)、海員(Mariner)、尖塔(羅馬 的)(Minaret (Romanesco))、模范(Paragon)、愛(ài)國(guó)者(Patriot)、額 外收獲(Premium Crop)、搶奪(春)(Rapine ( Spring Raab))、羅莎琳 德(Rosalind)、盔(秋)(Salade (Fall Raab))、武士 (Samurai)、將 軍(Shogun)、短跑運(yùn)動(dòng)員(Sprinter)、蘇丹(Sultan)、大古 (Taiko)、特里克茜(Trixie) 、 San Miguel、阿卡狄亞(Arcadia)、吉普 賽(Gypsy)、埃佛勒斯(Everest)、贊助人(Patron)、南方彗星 (Southern Comet)、綠彗星(Green Comet)、命運(yùn)(Destiny)、頂點(diǎn)(Climax)和海盜(Pimte)。但是，很多其它椰菜栽培品種也是適宜的。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案在圖2中作了說(shuō)明。本發(fā)明可以在間歇，半 間歇，半連續(xù)或連續(xù)模式下進(jìn)行。本發(fā)明的方法通常包括(1)提供含芥 子油苷植物材料和液體的混合物，(2)加熱該混合物以使植物材料中的酶 失去活性；(3)使熱失活混合物與陰離子交換膜接觸，由此至少有一部份 的芥子油苷被吸收到陰離子交換膜，(4)從陰離子交換膜釋放芥子油苷。 該方法可進(jìn)一步包括從提取的芥子油苷中去掉鹽。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案在圖3中作了說(shuō)明。該方法包括以下步 驟(1)提供含芥子油苷植物材料和液體的混合物；(2)加熱該混合物以 使植物材料中的酶失去活性；(3)使熱失活混合物與一陰離子交換膜接觸， 由此至少有一部份的芥子油苷被吸收到陰離子交換膜，(4)從陰離子交換 膜釋放芥子油苷；(5)使熱失活混合物與一陰離子交換膜接觸，由此至少 有一部份的芥子油苷被吸收到陰離子交換膜；及(6)從陰離子交換膜釋放 芥子油苷。該方法可進(jìn)一步包括從提取的芥子油苷中去掉鹽。
雖然本發(fā)明的方法適合于農(nóng)業(yè)的副產(chǎn)物和廢棄的植物材料，但植物 材料應(yīng)相對(duì)新鮮，而不是看起來(lái)是腐敗的。更有利的是，本發(fā)明的方法適 合于極粗制的樣品，它是在從植物材料中提取芥子油苷的常規(guī)工藝中不常 見(jiàn)的。 一般而言，本發(fā)明的方法并不要求該植物材料進(jìn)行任何形式的凈化 預(yù)處理(例如，植物材料不必在使用前清洗，過(guò)濾，離心，或類似處理， 以除去泥土、殘留物，或其他不溶性成分)。
通常地，當(dāng)收割期后的植物材料用于本發(fā)明的方法時(shí)，植物材料在 收割后應(yīng)當(dāng)被本發(fā)明的方法相當(dāng)快地處理，如幾小時(shí)之內(nèi)。直到和|3~硫代 葡糖苷酶接觸之前，芥子油苷在植物材料中保持完整。收獲后植物材料的 細(xì)胞壁由于細(xì)胞衰老而破裂。細(xì)胞破裂使芥子油苷接觸到酶，如黑芥子 酶，它將芥子油苷轉(zhuǎn)化成異硫氰酸鹽。為延長(zhǎng)收割期后植物材料可使用的 時(shí)間，理想的是通過(guò)例如冷凍或干燥，如空氣干燥，冷凍干燥，真空干 燥，烘爐干燥等方法保存含芥子油苷的植物材料。這樣保存含芥子油苷的 植物材料是為減少在植物材料中被M^代葡糖苷酶將芥子油苷轉(zhuǎn)換到異硫 氰酸鹽的量，同時(shí)降低腐壞微生物的活性。然而，通常來(lái)說(shuō)，更優(yōu)選地是 這些材料收獲后立即使用。
在另一個(gè)重要方面，直至即將應(yīng)用于本發(fā)明的方法之前(即幾個(gè)小 時(shí)內(nèi))，對(duì)含芥子油苷植物材料的破壞應(yīng)減到最小。對(duì)植物材料的破壞， 如咀嚼，擠壓，或切割，都會(huì)引發(fā)由p-硫代葡糖苷酶將芥子油苷轉(zhuǎn)化到異 硫氰酸鹽。因此，應(yīng)用于本發(fā)明的方法之前，對(duì)含芥子油苷植物材料的破 壞應(yīng)減到最小。
在即將應(yīng)用于本發(fā)明的方法之前，如使用前約1到2個(gè)小時(shí)，該含 芥子油苷植物材料應(yīng)當(dāng)被處理以破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，以便釋放芥子油苷。適宜 的處理步驟包括，但不僅限于，磨碎、壓碎、砍斷、搗漿，等，或是這些 方法的組合。如果植物材料包括種子，種子在使用前可以被磨碎和脫脂。 在一方面，種子可以用已知的脫脂方法進(jìn)行脫脂，如在以引用方式引入本 文的WestL., J. Agric. Food Chem. ， 52: 916-926 (2004)中描述的那些方法。
植物材料應(yīng)被加熱足夠的時(shí)間和溫度以使含芥子油苷植物材料中的 酶失去活性。通常來(lái)說(shuō)，植物材料被加熱至約6(TC至ll(TC至少約五分 鐘。熱處理可采用任何常規(guī)的手段，如煮沸，蒸，微波。優(yōu)選地，熱處理 步驟使(3-葡糖苷硫酶(優(yōu)選黑芥子酶)失去活性，其存在于植物材料中， 以防止芥子油苷轉(zhuǎn)化為異硫氰酸鹽。更好地，熱處理也使混合物中微生物 失去活性。還發(fā)現(xiàn)了通過(guò)增加溶解度和增加水到植物材料中的滲透性，熱 處理提高了芥子油苷從植物材料中的提取率。 一般來(lái)說(shuō)，如果將煮沸用作 熱處理，液體的量并不重要，只要有足夠的液體以徹底和均勻地加熱植物 材料即可。
取決于所選的加熱方法，可能有必要按在熱處理步驟之后增加混合 物中液體的量。通常來(lái)說(shuō)，液體是水，但水中可能含有一種有機(jī)溶劑，如 乙醇。優(yōu)選地，液體是水?；旌衔镏幸后w的量應(yīng)足夠形成可攪拌的漿料。
熱失活混合物隨后和陰離子交換膜接觸以從該熱失活混合物中提取 芥子油苷。優(yōu)選該陰離子交換膜是一個(gè)強(qiáng)堿性的膜，但如果需要，弱堿膜 也可使用。取決于所選擇膜的類型，膜可能需要預(yù)處理，如浸泡使膜"膨 脹"。更優(yōu)選陰離子交換膜形成一個(gè)薄片，并浸沒(méi)在熱失活混合物中。通常 優(yōu)選的是在提取步驟當(dāng)中循環(huán)該熱失活混合物，如由適當(dāng)?shù)脑O(shè)施攪拌、混 合或攪動(dòng)。陰離子交換膜通常應(yīng)與熱失活混合物接觸約4到約24小時(shí)，以 使芥子油苷吸收到陰離子交換膜中。提取過(guò)程中的溫度應(yīng)足夠低以減少微，如在約2'C到約7'C的纟顯度。適用的陰離子交換 膜包括強(qiáng)堿性的膜，如購(gòu)自Snowpure, LLC in San Clemente, CA.的Electropure Excelhon陰離子交換膜I200。膜的表面有"鎖定位置"的基團(tuán)，該基團(tuán)有一個(gè) 正電荷和一個(gè)適宜的反離子，如氯。芥子油苷有較強(qiáng)的負(fù)電荷，取代了氯 離子，從而將芥子油苷結(jié)合到膜中。
—旦芥子油苷被吸收到膜中，優(yōu)選用去離子水洗滌陰離子交換膜以 除去殘余物。結(jié)合有芥子油苷的陰離子交換膜隨后與含鹽的含水液體接 觸，所述鹽如氯化鉀、氯化鈉，或其他食品級(jí)無(wú)機(jī)鹽，以便將結(jié)合的芥子 油苷從陰離子交換膜中釋放到含水液體中。優(yōu)選該含水液體包含1M的氯 化鉀。通常，液體的用量并不重要，只要有足夠的液體覆蓋膜。 一般地， 約4到5個(gè)小時(shí)的時(shí)間足夠用來(lái)從膜中釋放芥子油苷。 一般地，至少80% 的芥子油苷被從膜中移出。同樣，提取過(guò)程中的溫度應(yīng)足夠低以減少微生 物在釋放過(guò)程中的生長(zhǎng)，如在約2"C到約7r的溫度。
通常來(lái)說(shuō)，優(yōu)選重復(fù)提取和釋放步驟至少一次，以使從熱失活混合 物中移出的芥子油苷的量最大化。優(yōu)選使用在前一個(gè)提取和釋放步驟中使 用過(guò)的同一陰離子交換膜，雖然如果需要新的陰離子交換膜也可能會(huì)使 用。
如果需要，釋放到含水液體中的芥子油苷可被進(jìn)一步處理。優(yōu)選 地，含芥子油苷的含水介質(zhì)被除鹽處理。鹽被除去是因?yàn)樽詈蟮漠a(chǎn)品不希 望含鹽。通常，可以用任何常規(guī)技術(shù)把鹽從含水介質(zhì)中除去，所述方法包 括例如使用一個(gè)或多個(gè)纖維素酯膜相對(duì)去離子水透析。優(yōu)選地，通過(guò)使用 一個(gè)或多個(gè)100截留分子量(MWCO)的纖維素酯膜，在約2'C到約7。C的溫 度，相對(duì)去離子水透析約12到24小時(shí)以除去鹽。
如果需要，釋放到含水液體中的芥子油苷可被進(jìn)一步處理成多種形 式。例如，芥子油苷可被干燥，如噴霧干燥，冷凍干燥，真空干燥，等， 形成干燥的芥子油苷提取物。通常，由此產(chǎn)生的提取產(chǎn)物，再被干燥足夠 的時(shí)間以將提取物水的含量減少至低于約10%，優(yōu)選低于約5%，以形成 干燥芥子油苷提取物。 一般地，提取物可用任何已知的方法干燥，例如， 但不僅限于，噴霧干燥，冷凍干燥，真空干燥，等。
芥子油苷提取物可被進(jìn)一步經(jīng)受冷卻或冷凍處理，或經(jīng)受膜處理，色譜處理，或滲析以除去不要的結(jié)合的陰離子物質(zhì)使其從陰離子交換膜被 釋放，如形成單獨(dú)或純的芥子油苷產(chǎn)物。
芥子油苷提取物也可能加入可任選的配料或成分，例如，香料，營(yíng) 養(yǎng)物，維生素，著色劑，營(yíng)養(yǎng)添加劑，抗氧化劑，益生菌，等，只要所述 任選的成分不顯著地影響穩(wěn)定性。特別地，任選成分的選擇和用量當(dāng)然可 以有很大的差別，這取決于該提取物被引入的產(chǎn)品。
該芥子油苷提取物中可被包含在多種產(chǎn)品中，包括食品和藥品。該 芥子油苷提取物也可能被用來(lái)作為食品添加劑。可引入芥子油苷提取物的 食品可包括食品增補(bǔ)劑，飲料，混合飲料，供焙產(chǎn)品，茶，湯，谷物，丸 劑，片劑，沙拉，三明治，格蘭諾拉麥片，沙拉醬，調(diào)味汁，咖啡，奶 酪，酸奶，能量棒，等，以及其混合物。增補(bǔ)劑包括膳食增補(bǔ)劑，營(yíng)養(yǎng)增 補(bǔ)劑，草藥增補(bǔ)劑以及類似物。在這方面，食品可含有有效量的芥子油苷 提取物，如每單份食品含約1至約100毫克。有效量的芥子油苷提取物也 可被引入到藥物組合物中，如約1至約100毫克。當(dāng)然，如果需要也可采 用更高含量。
在本發(fā)明的方法之后，本發(fā)明用過(guò)的植物材料可被循環(huán)，并用作動(dòng) 物的飼料材料。通常地，用過(guò)的植物材料，可以通過(guò)過(guò)濾、離心、傾倒等 從含水液體中分離出來(lái)，以提供適合飼喂動(dòng)物的植物材料。用過(guò)的植物材 料特別適宜于作為飼料材料，因?yàn)槠渲胁辉俸薪孀佑蛙铡Ｈ藗兤毡檎J(rèn) 為，用于動(dòng)物飼料的植物材料應(yīng)含有較低含量的芥子油苷，因?yàn)榧喊l(fā)現(xiàn)將 含有芥子油苷的植物材料作為主要的食物來(lái)源對(duì)動(dòng)物有不良影響。
以下的實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明。除非另有說(shuō) 明，所有的百分比、份數(shù)和比率是按重量計(jì)算。所有本說(shuō)明所引用的參考 資料(包括出版物，專利，專利申請(qǐng)，專利出版物等)以引用的方式引入 本文。實(shí)施例實(shí)施例l:來(lái)自花椰菜種子的芥子油苷
15g花椰菜種子由正己烷萃取脫脂，并研磨成粉通過(guò)18號(hào)篩。 磨成粉并脫脂的花椰菜種子添加到1500ml去離子水中形成混合物。該混合 物被煮沸5分鐘，以使種子中M^代葡糖苷酶失去活性?；旌衔锏目傮w積加以去離子水達(dá)到4500rnl。 一平方英尺的Electropure Excellion陰離子交換 膜多相強(qiáng)堿性，類型l，型號(hào)l-200(Snowpure, LLC in San Clemente, CA)，懸浮在持續(xù)攪拌的混合物中，在5C保持24小時(shí)。提取后，陰離子交換膜用 去離子水簡(jiǎn)單清洗，膜被放置在一個(gè)裝有4500ml 1 N氯化鉀溶液，溫度為 5。C的攪拌槽中4小時(shí)，用來(lái)從陰離子交換膜中釋放芥子油苷。含水介質(zhì)中 的蘿卜硫苷濃度用高效液體色譜法測(cè)定。提取超過(guò)24小時(shí)后導(dǎo)致58%的總 共可用的蘿卜硫苷被移出。1 N的氯化鉀溶液在4小時(shí)之內(nèi)基本上釋放了全 部被結(jié)合的蘿卜硫苷。
為了最大限度提高芥子油苷的產(chǎn)量，重復(fù)提取和釋放的步驟。同一 陰離子交換膜被返回到提取槽中另加18小時(shí)。然后該陰離子交換膜返回到 相同的1N氯化鉀溶液槽中4個(gè)小時(shí)。通過(guò)重復(fù)上述的過(guò)程，總的蘿卜硫苷 的移出量提高到81%。在同樣1N氯化鉀溶液槽中再進(jìn)行4小時(shí)的處理基本 上釋放出全部被結(jié)合的蘿卜硫苷。
在提取和釋放的步驟后，通過(guò)使用100截留分子量(MWCO)的纖 維素酯膜，在5'C整晚相對(duì)去離子水透析以除去鹽。 實(shí)施例2:來(lái)自花椰菜小花的芥子油苷
用150g粉碎干燥的花椰菜小花，重復(fù)實(shí)施例1的過(guò)程?；ㄒ诵?花被研磨成粉以通過(guò)18號(hào)篩。該過(guò)程的結(jié)果為大于80%的芥子油苷被回 收。實(shí)施例3 :來(lái)自植物的芥子油苷
通過(guò)使用1千克的新鮮收獲的花椰菜葉子和莖，重復(fù)實(shí)施例1的 過(guò)程。花椰菜葉子和莖被蒸煮20分鐘以降低l3^t代葡糖苷酶的活性?；ㄒ?菜葉子和莖隨后被搗漿。這個(gè)過(guò)程芥子油苷提取結(jié)果同實(shí)施例1相似。
雖然本發(fā)明根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案被描述出來(lái)，但在所附權(quán)利要求的 實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)Ρ景l(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施做出改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種從含芥子油苷的植物材料中提取芥子油苷的方法，所述方法包括(i)提供含芥子油苷植物材料和液體的混合物；(ii)加熱該混合物足夠的時(shí)間和溫度以使含芥子油苷植物材料中的酶失去活性從而得到熱失活混合物；(iii)將熱失活混合物與陰離子交換膜在溫度約2℃到約7℃接觸約4至約24小時(shí)，由此至少有一部份的芥子油苷被吸收到陰離子交換膜上；并且(iv)將吸收有芥子油苷的陰離子交換膜與水溶液接觸足夠的時(shí)間使得被提取到的芥子油苷從陰離子交換膜中釋放出來(lái)以形成含有芥子油苷的含水介質(zhì)。
2. 權(quán)利要求l所述的方法，其中含芥子油苷的植物材料選自花椰菜 (broccoli)、羽衣甘藍(lán)(kale)、寬羽衣甘藍(lán)(collard)、曲羽衣甘藍(lán)(curly kale)、髓莖甘藍(lán)(marrowstemkale)、千頭甘藍(lán)(thousand head kale)、芥 藍(lán)(Chinesekale)、菜花(cauliflower)、葡萄牙甘藍(lán)(Portuguesekale)、 抱子甘藍(lán)(brussel sprouts)、球莖甘藍(lán)(kohlrabi)、澤西甘藍(lán)(Jersey kale)、芥蘭(Chinesebroccoli)、蕪菁甘藍(lán)(rutabaga)、芥菜 (mustard)、 白蘿卜(daikon)、辣根(horseradish)、巻心菜(cabbage)、 鈹葉巻心菜(savoycabbage)、大白菜(Chinesecabbage)、納帕白菜(napa cElbbage)、青花菜拉貝(broccolirabe)、芝麻菜(arugula)、水田芥 (watercress)、水存(cress)、蕪箐(turnip)、芥藍(lán)(borecole)、小蘿卜 (radish)、其類似物，及其混合物。
3. 權(quán)利要求2所述的方法，其中含芥子油苷的植物材料含有以下中的 至少一種小花、種子、葉、芽和莖。
4. 權(quán)利要求l所述方法，進(jìn)一步包括對(duì)步驟(i)中含芥子油苷的植 物材料進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理通過(guò)以下中的至少一種進(jìn)行脫水、脫 脂、冷凍、磨碎、壓碎、砍斷、搗漿，或者其組合。
5. 權(quán)利要求l所述的方法，其中加熱步驟為溫度約60至約11(TC時(shí)間 約5至約15分鐘。
6. 權(quán)利要求1所述的方法，其中被提取的芥子油苷為蘿卜硫苷。
7. 權(quán)利要求l所述方法，進(jìn)一步包括在步驟(v)之前重復(fù)步驟 (iii)禾卩(iv)。
8. 權(quán)利要求l所述方法，進(jìn)一步包括從提取的芥子油苷中除去鹽。
9. 一種從含芥子油苷的植物材料中提取芥子油苷的方法，所述方法包括(i)提供含芥子油苷植物材料和液體的混合物；(ii )加熱該混合物足夠的時(shí)間和溫度以使含芥子油苷植物材料中的酶 失去活性從而形成熱失活混合物；(iii)將熱失活混合物與陰離子交換膜在溫度約2'C到約7。C接觸約4 至約24小時(shí)，由此至少有一部份的芥子油苷被吸收到陰離子交換膜上；(iv )將吸收有芥子油苷的陰離子交換膜與水溶液接觸足夠的時(shí)間使得 被提取到的芥子油苷從陰離子交換膜中釋放出來(lái)，以形成含有芥子油苷的 含水介質(zhì)；(v )將熱失活混合物與陰離子交換膜在溫度約2。C到約7"接觸約4 至約24小時(shí)，由此至少有一部份的芥子油苷被吸收到陰離子交換膜上；(vO將步驟(v)中吸收有芥子油苷的陰離子交換膜與水溶液接觸足 夠的時(shí)間使得被提取到的芥子油苷從陰離子交換膜中釋放出來(lái)，以形成含 有芥子油苷的含水介質(zhì)。
10. 權(quán)利要求9所述的方法，其中含芥子油苷的植物材料選自花椰菜 (broccoli)、羽衣甘藍(lán)(kale)、寬羽衣甘藍(lán)(collard)、曲羽衣甘藍(lán)(curly kale)、髓莖甘藍(lán)(marrowstem kale)、千頭甘藍(lán)(thousand head kale)、芥 藍(lán)(Chinese kale)、菜花(cauliflower)、葡萄牙甘藍(lán)(Portuguese kale)、 抱子甘藍(lán)(brussel sprouts)、球莖甘藍(lán)(kohlrabi)、澤西甘藍(lán)(Jersey kale )、 芥蘭 (Chinese broccoli )、 蕪菁甘藍(lán) (rutabaga )、 芥菜 (mustard)、 白蘿卜(daikon)、辣根(horseradish)、巻心菜(cabbage)、 芻皮葉巻心菜(savoy cabbage)、大白菜(Chinese cabbage)、納帕白菜(napa cElbbage)、青花菜拉貝(broccoli rabe)、芝麻菜(arugula)、水田芥(watercress) 、 zK開(kāi)(cress)、蕪箐(turnip)、芥藍(lán)(borecole)、 小蘿卜 (radish)、其類似物，及其混合物。
11. 權(quán)利要求10所述的方法，其中含芥子油苷的植物材料含有以下中 的至少一種小花、種子、葉、芽和莖。
12. 權(quán)利要求9所述方法，進(jìn)一步包括對(duì)步驟(i)中含芥子油苷的 植物材料進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理通過(guò)以下中的至少一種進(jìn)行脫水、脫 脂、冷凍、磨碎、壓碎、砍斷、搗漿，或者其組合。
13. 權(quán)利要求9所述方法，其中加熱步驟為溫度約60至約11(TC時(shí)間 約5至約15分鐘。
14. 權(quán)利要求9所述的方法，其中被提取的芥子油苷為蘿卜硫苷。
15. —種芥子油苷提取物，由以下過(guò)程制備，包括 (i)提供含芥子油苷植物材料和液體的混合物；(ii )加熱該混合物足夠的時(shí)間和溫度以使含芥子油苷植物材料中的酶 失去活性從而得到熱失活混合物；(iii) 將熱失活混合物與陰離子交換膜在溫度約2。C到約7。C接觸約4 至約24小時(shí)，由此至少有一部份的芥子油苷被吸收到陰離子交換膜上；并 且(iv) 將吸收有芥子油苷的陰離子交換膜與水溶液接觸足夠的時(shí)間使得 被提取到的芥子油苷從陰離子交換膜中釋放出來(lái)，以形成含有芥子油苷的 含水介質(zhì)。
16. 權(quán)利要求15所述的芥子油苷提取物，其中含芥子油苷的植物材料 選自花椰菜(broccoli)、羽衣甘藍(lán)(kale)、寬羽衣甘藍(lán)(collard)、曲羽 衣甘藍(lán)(curly kale)、髓蓮甘藍(lán)(marrowstem kale)、千頭甘藍(lán)(thousand head kale)、 芥藍(lán)(Chinese kale)、 菜花(cauliflower)、 葡萄牙甘藍(lán) (Portuguese kale)、抱子甘藍(lán)(brussel sprouts)、球莖甘藍(lán)(kohlrabi)、澤 西甘藍(lán)(Jersey kale)、芥蘭(Chinese broccoli)、蕪菁甘藍(lán)(rutabaga)、芥 菜(mustard )、 白蘿卜(daikon )、 辣根(horseradish )、 巻心菜 (cabbage)、芻皮葉巻心菜(savoy cabbage)、大白菜(Chinese cabbage)、纟內(nèi) 帕白菜(napa cElbbage )、青花菜拉貝(broccoli rabe )、芝麻菜(arugula) 、 7夂田芥(watercress) 、 tK芽(cress)、蕪箐(turnip)、芥藍(lán) (borecole)、小蘿卜(radish)、其類似物，及其混合物。
17. 權(quán)利要求15所述的芥子油苷提取物，其中含芥子油苷的植物材料 含有以下之中的至少一種小花、種子、葉、芽和莖。
18. 權(quán)利要求15所述的芥子油苷提取物，其中提取步驟迸一步包括對(duì)步驟(i)中含芥子油苷的植物材料進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理通過(guò)以下中 的至少一種進(jìn)行脫水、脫脂、冷凍、磨碎、壓碎、砍斷、搗衆(zhòng)，或者其組合。
19. 權(quán)利要求15所述的芥子油苷提取物，其中加熱步驟為溫度約60至 約ll(TC時(shí)間約5至約15分鐘。
20. 權(quán)利要求15所述的芥子油苷提取物，其中芥子油苷為蘿卜硫苷。
21. 權(quán)利要求15所述的芥子油苷提取物，其中制備過(guò)程進(jìn)一步包括在 步驟(iv)之后重復(fù)步驟(iii)禾B (iv)。
22. 權(quán)利要求15所述的芥子油苷提取物，其中制備過(guò)程進(jìn)一步包括從 芥子油苷提取物中除去鹽。
23. —種含有有效量的權(quán)利要求15所述的芥子油苷提取物的食品。
24. 權(quán)利要求23所述的食品，其中芥子油苷為蘿卜硫苷。
25. —種含有有效量的權(quán)利要求15所述的芥子油苷提取物的藥物組合物。
26. 權(quán)利要求15所述的藥物組合物，其中芥子油苷為蘿卜硫苷。
全文摘要
本發(fā)明涉及自農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物和廢物中生產(chǎn)的芥子油苷。本發(fā)明涉及一種從十字花科的植物中生產(chǎn)芥子油苷，尤其是蘿卜硫苷的方法。更重要地，提供了一種從農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物和廢物中生產(chǎn)芥子油苷的方法。所述方法包括提供含芥子油苷植物材料和液體的混合物，加熱該混合物以使植物材料中的酶失去活性，使該熱失活混合物與陰離子交換膜接觸，由此至少有一部分的芥子油苷從液體中被提取并被吸收到陰離子交換膜上，并從陰離子交換膜中釋放芥子油苷。更優(yōu)選地，提取和釋放的步驟重復(fù)至少一次。本發(fā)明方法所生產(chǎn)的芥子油苷可引入各種食品、醫(yī)藥品和健康增補(bǔ)劑當(dāng)中。
文檔編號(hào)A23L1/30GK101328197SQ20081013149
公開(kāi)日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月12日
發(fā)明者C·J·路德維希, C·克勞利, J·赫斯特金, L·G·維斯特, N·-C·金, N·V·馬圖舍斯基, T·波默洛 申請(qǐng)人:卡夫食品集團(tuán)公司