用于提取和分离纯化小麦胚产品的系统和方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2021年2月25日提交的美国专利申请第63/153,739号的优先权权益，在不与本文相矛盾的程度上，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

无细胞蛋白质合成，也被称为体外蛋白质合成或CFPS，是在无细胞系统中使用生物机器生产蛋白质，即不使用活细胞。体外蛋白质合成环境不受细胞壁或维持细胞活力所必需的稳态条件的限制。因此，CFPS使得直接进入和控制翻译环境成为可能，这对许多应用来说是有利的，所述许多应用包括膜蛋白的共翻译增溶、蛋白质生产的优化、非天然氨基酸的掺入、选择性和位点特异性标记。由于系统的开放性，可以筛选不同的表达条件，例如pH、氧化还原电位、温度和分子伴侣。

现在商业的无细胞系统有多种材料来源，从“传统的”大肠杆菌、兔网织红细胞裂解物和小麦胚芽(wheat germ)提取物系统，到最近的昆虫和人类细胞提取物，再到由纯化的重组组分复构的确定系统。尽管每种无细胞系统都有一定的优点和缺点，但无细胞系统的多样性允许在体外合成用于多种下游应用的广泛蛋白质。在后基因组时代，无细胞蛋白质合成已迅速成为高通量蛋白质功能和结构研究的首选方法，以及用于体外蛋白质进化和合成生物学的多功能工具。

真核生物提取物(包括兔网织红细胞裂解物和小麦胚芽提取物)的现有产量将无细胞蛋白质合成的用途限制为分析工具的用途，而不是蛋白质工厂的基础。小麦的低成本和现成可用性使得基于小麦胚(embryo)的合成成为工业规模无细胞蛋白质合成基础的一个有吸引力的选择。然而，有活力的小麦胚芽提取物的获得极其有限，因为胚的核糖体对tritin敏感，tritin是在小麦胚乳中发现的一种蛋白质，即使在微量水平下其也能有效抑制蛋白质合成。常规的生产小麦胚芽的方法导致最终的小麦胚芽产品受到胚乳颗粒的严重污染。如前所述，含有tritin的胚乳碎片对小麦胚芽的污染极大阻碍了小麦胚芽作为无细胞蛋白质合成载体的有用性。此外，现有技术的方法产生了压扁的小麦胚。收获的小麦粒内的小麦胚处于自然休眠状态——它们不活跃，但它们仍然活着。压碎小麦粒的工艺杀死了胚，化学分解过程几乎立即开始。因此，除了具有高浓度的tritin之外，源自小麦胚芽的蛋白质合成化合物还含有对蛋白质合成有害的分解产物。

除了上文描述的常规的小麦胚芽生产工艺之外，堪萨斯州立大学的ElieserS.Posner还开发了一种从小麦粒中分离小麦胚的方法，该方法通过使用常规小麦冲刷设备的旋转撞击器以随机的撞击方向反复击打小麦粒。Posner描述道：“进入冲刷机的小麦仁被旋转的撞击器击打并被抛向金属桶底，其中金属桶底上穿有直径2mm的孔。该机器由变速发动机驱动。通过冲刷机回收样本，实现了不同的冲刷长度。”(“ATechnique for Separationof Wheat Germ by Impacting and SubsequentGrinding”,Journal ofCereal Science13(1991)49-70,E.S.POSNER andY.Z.LI)。

Posner开发了一种针对多次随机撞击的优化的撞击速度。“该机器由变速发动机驱动，并配备有一个开口直径为两毫米的筛网。通过这个部件，发现21.2米/秒的叶尖速度是最佳的，尽管18米/秒至25米/秒的速度也可以采用。”(美国专利4,986,997)

然而，正如下文进一步描述的，Posner用旋转的叶轮重复击打小麦粒的方法，生产了分离的小麦胚，其具有对胚致死的裂缝、缺口和破裂。因此，Posner的工艺启动了胚内的分解过程。此外，Posner的工艺通常导致用于无细胞蛋白质合成的小麦胚中间产物的纯度不足。

因此，由于现有技术处理技术中固有的缺陷，几十年来小麦作为大规模无细胞蛋白质合成基础的巨大潜力一直未能实现。使用在小麦中发现的组分，以工业规模制造高特异性且纯的蛋白质将是一项突破性技术。

因此，需要新的小麦胚分离和纯化方法。这种新方法应当适合用于大规模生产，同时能够实现极低水平的tritin和分解产物。

发明内容

本文提供了用于提取和分离纯化小麦胚产品的系统和方法。所公开的系统和方法克服了基于小麦胚的工艺的主要障碍，释放了将无细胞蛋白质合成从实验台(bench-top)转移到工业规模的潜力。所公开的系统和方法可以产出工业量的具有极低水平tritin污染的小麦胚。

在一个实施方案中，一种用于生产中间纯化小麦胚产品的方法包括以下步骤：使多个小麦粒朝向撞击表面加速；使所述多个小麦粒中的每一个撞击所述撞击表面；响应于所述撞击步骤，从所述小麦粒中逐出至少一些小麦胚，使得被逐出的胚是完整的；以及将被逐出的小麦胚与麸皮和胚乳分离以生产中间纯化小麦胚产品。所述小麦粒中的每一个可以包含小麦胚、麸皮和胚乳。

所述小麦粒可以被描述为具有在第一端和第二端之间延伸的长轴，所述小麦胚位于所述第一端。所述方法可以包括：在所述撞击步骤之前，将所述小麦粒定向为撞击定向，使得每个小麦粒以所述第一端或所述第二端撞击所述撞击表面。

所述方法可以包括使每个小麦粒以撞击方向撞击所述撞击表面，所述撞击方向与所述小麦粒的长轴对齐。

在一些实施方案中，所述加速步骤通过叶轮进行。在一些实施方案中，所述叶轮包括多个径向设置的叶片。在一些实施方案中，所述定向步骤可以包括沿着在所述叶片中形成的槽加速所述小麦粒。

在替代实施方案中，所述加速步骤可以通过管和压缩气源进行。所述管的直径可以对应于垂直于小麦粒长轴的小麦粒的横截面。类似于气枪，所述压缩气源可以用于从所述管中喷射所述小麦粒。

在一些实施方案中，所述撞击包括使所述多个小麦粒中的每一个撞击所述撞击表面一次。

在一些实施方案中，所述撞击包括使所述小麦粒以选自29m/s至86m/s的撞击速度撞击所述撞击表面。在一些实施方案中，所述撞击包括使所述小麦粒以选自38m/s至86m/s的撞击速度撞击所述撞击表面。在一些实施方案中，所述撞击包括使所述小麦粒以选自48m/s至72m/s的撞击速度撞击所述撞击表面。

在一些实施方案中，所述方法包括在所述撞击步骤之前，将所述小麦粒的含水量(moisture content)调整至预定的水分含量(moisturelevel)。在一个实施方案中，所述预定的水分含量是11重量％至18重量％。在一个实施方案中，所述预定的水分含量是13重量％至15重量％。在一个实施方案中，所述预定的水分含量是13.5重量％至14重量％。

在一些实施方案中，在所述撞击步骤过程中，所述撞击表面是静止表面。在一些实施方案中，所述撞击表面没有拐角、刀片和/或尖锐部件。

在一些实施方案中，响应于所述加速步骤且在所述撞击步骤之前，每个小麦粒都变成抛射物。

在一些实施方案中，所述中间纯化小麦胚产品包含至少91重量％的完整小麦胚。在一些实施方案中，所述中间纯化小麦胚产品基本不含tritin。在一些实施方案中，完整的被逐出的胚是有活力的。在一些实施方案中，所述中间纯化小麦胚产品基本不含分解产物。

在一个实施方案中，所述撞击步骤包括通过500x g至2500x g的离心加速度加速所述小麦粒。在一个实施方案中，所述撞击步骤包括通过1000x g至1650x g的离心加速度加速所述小麦粒。

在一个实施方案中，所述分离步骤包括从麸皮和胚乳中筛选所述被逐出的小麦胚。在一个实施方案中，所述筛选步骤包括从麸皮和胚乳中对所述小麦胚进行光学颜色分选。在一个实施方案中，所述分离步骤包括使所述小麦胚漂浮在水性液体中。在一个实施方案中，所述中间纯化小麦胚产品包含至少99.9重量％的完整小麦胚。

在一个实施方案中，一种生产中间过滤小麦胚产品的方法包括以下步骤：获得多个小麦粒，所述小麦粒包含小麦胚、麸皮和胚乳；使所述多个小麦粒中的每一个朝向撞击表面加速；使所述多个小麦粒中的每一个撞击所述撞击表面；响应于所述撞击步骤，从所述小麦粒中逐出至少一些小麦胚，使得被逐出的胚是完整的；将被逐出的小麦胚与麸皮和胚乳分离；粉碎所述被逐出的小麦胚以生产粉碎的小麦胚；和过滤所述粉碎的小麦胚以生产中间过滤小麦胚产品。

在一个实施方案中，所述方法包括：在所述撞击步骤之前，使所述小麦粒定向为使得每个小麦粒以所述第一端或所述第二端撞击所述撞击表面。在一个实施方案中，每个小麦粒以撞击方向撞击所述撞击表面，所述撞击方向与所述小麦粒的长轴对齐。

在一个实施方案中，所述撞击包括使所述多个小麦粒中的每一个撞击所述撞击表面一次。在一个实施方案中，所述撞击包括使所述小麦粒以选自29m/s至86m/s的撞击速度撞击所述撞击表面。在一个实施方案中，所述撞击包括使所述小麦粒以选自38m/s至86m/s的撞击速度撞击所述撞击表面。在一个实施方案中，所述撞击包括使所述小麦粒以选自48m/s至72m/s的撞击速度撞击所述撞击表面。

在一个实施方案中，在所述撞击步骤过程中，所述撞击表面是静止表面。在一个实施方案中，响应于所述加速步骤且在所述撞击步骤之前，每个小麦粒都变成抛射物。

在一个实施方案中，所述中间过滤小麦胚产品基本不含分解产物。在一个实施方案中，所述中间过滤小麦胚产品基本不含tritin。

在一个实施方案中，所述分离步骤包括从麸皮和胚乳中筛选所述逐出的小麦胚。在一个实施方案中，所述筛选步骤包括筛选1300微米至600微米的颗粒，以使所述小麦胚与麸皮和胚乳分离。在一个实施方案中，所述筛选步骤包括筛选1180微米至680微米的颗粒，以使所述小麦胚与麸皮和胚乳分离。

在一个实施方案中，所述分离步骤包括使所述小麦胚漂浮在水性液体中。

在一个实施方案中，所述粉碎步骤包括在混合步骤之前冷冻所述小麦胚。

在一个实施方案中，所述冷冻步骤包括将所述小麦胚与液氮接触。

在一个实施方案中，所述粉碎步骤包括将所述小麦胚与萃取液混合以生产浆料。

在一个实施方案中，所述纯化步骤包括倒出所述浆料。

在一个实施方案中，所述倒出步骤包括离心所述浆料并倒出上清液。

在一个实施方案中，所述过滤步骤包括使所述上清液通过柱式过滤器。在一个实施方案中，所述柱式过滤器是凝胶柱式过滤器。

不希望受任何特定理论约束，本文可以讨论与本文所公开的设备和方法相关的基本原理的观点或理解。应当认识到，不管任何机械解释或假设的最终正确性如何，本发明的实施方案仍然可以是可操作的和有用的。

附图说明

图1是显示小麦粒结构的图解。

图2是显示现有技术的小麦面粉研磨工艺的第一示意图。

图3是显示现有技术的小麦面粉研磨工艺的第二示意图。

图4是通过现有技术的方法生产的小麦胚芽的照片。可以看出，小麦胚芽包含压碎的小麦胚、压碎的小麦麸皮和压碎的胚乳。压碎的麸皮颗粒嵌入到压碎的胚中。

图5是根据本公开生产纯化小麦胚产品的方法的示意图。

图6是通过本公开的方法分离的完整的、有活力的小麦胚的照片。小麦胚被置于0.1mm x 0.1mm的网格上以显示尺寸。

图7是通过本公开的方法分离的完整的、有活力的小麦胚(左)和通过现有技术的方法生产的小麦胚芽(右)的并排比较的照片。

图8是常规的小麦胚芽组分的照片：压碎的、扁平的胚(左上)，扁平的胚乳(右上)和扁平的麸皮(左下)。

图9是显示在0.1mm x 0.1mm的网格上的通过现有技术的方法生产的压碎的、扁平的小麦胚(上)和完整的、有活力的胚芽(下)的照片。

图10是显示在0.1mm x 0.1mm的网格上的通过本公开的方法提取和分离的完整的、有活力的小麦胚(左)和现有技术的商业小麦胚芽(右)的照片。

图11和图12是根据本公开的撞击研磨装置的照片。

图13-17显示了水分与撞击速度研究的结果。图13和图14全面显示了数据。在图15中，在感兴趣的部分中回收的材料的量被报告为总研磨材料的百分比。图16是显示在恒定水分含量下增加撞击速度对组成的影响的图表。图17是显示胚的总产量与撞击速度的图表。图18是显示在不同撞击速度和水分含量下的有活力的胚芽的实际产量的图表。

图19显示了撞击研磨前的磨损研究的结果。

图20和图21显示了在根据本公开的中间纯化小麦胚产品的定量图像分析中使用的图像。

图22-25显示了利用ilastic进行定量图像分析，使用机器学习基于训练图像对像素进行分类。

图26显示了Posner现有技术工艺的产品的照片。

图27显示了根据本公开的撞击研磨和干法处理的产品的照片。

图28显示了根据本公开的撞击和干法处理加上湿法后处理的产品的照片。

图29显示了通过本公开的干法处理收集的随机选择的胚组的胚活力测试。

图30显示了通过Posner工艺收集的一组胚的相同实验的结果。

图31显示了测试用于Posner工艺的原料小麦粒的活力的对照实验的照片。

图32显示了Posner工艺造成的胚芽颗粒损伤的照片。

图33显示了Posner样本的图像处理结果。

图34显示了干法处理材料的定量图像分析的结果。

图35显示了湿法后处理的图像处理结果。

关于化合物和命名法的声明

通常，本文使用的术语和短语具有其在本领域公认的含义，这可以通过参考本领域技术人员已知的标准文本、期刊参考文献和上下文来找到。提供以下定义以阐明它们在本发明上下文中的具体用途。

在一个实施方案中，本发明的组合物或化合物例如合金或合金的前体是分离的或基本纯化的。在一个实施方案中，如本领域所理解的，分离或纯化的化合物是至少部分分离的或基本纯化的。在一个实施方案中，本发明的基本纯化的组合物、化合物或制剂的化学纯度为95％，任选地对于一些应用的纯度是99％，任选地对于一些应用的纯度是99.9％，任选地对于一些应用的纯度是99.99％，任选地对于一些应用的纯度是99.999％。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了本发明的设备、设备组件和方法的许多具体细节，以便对本发明的确切性质提供详尽的解释。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。

定义

如本文所用，术语“小麦胚芽”有时与小麦胚互换使用，或可替代地用于指压碎的小麦胚、麸皮和胚乳颗粒的混合物。

如本文所用，术语“有活力的小麦胚”是指在合适条件下能够发芽成小麦苗的完整的、活的小麦胚。

如本文所用，术语“基本不含tritin”表示具有使得蛋白质合成不被明显阻碍的足够低浓度的tritin。

如本文所用，术语“抛射物”是在重力和空气阻力的影响下由力的作用推动而允许自由移动的物体。

如本文所用，术语“撞击定向”是指小麦粒相对于其所遭受的撞击的定向。特别有用的撞击定向包括定向于小麦粒的长轴，使得撞击发生在小麦粒的圆形“头部”或“尾部”(在本文中也称为第一端和第二端)上。

如本文所用，术语“撞击方向”是指小麦粒在开始撞击撞击表面时的行进方向。特别有用的撞击方向包括定向于小麦粒的长轴，使得撞击随着小麦粒沿与长轴对齐的方向行进而发生。例如，撞击方向可以在平行于长轴的10度内或更小范围。

如本文所用，术语“撞击速度(speed)”或“撞击速度(velocity)”是指小麦粒刚好在与撞击表面撞击之前的时刻行进的速度。

如本文所用，术语“单次撞击研磨”是指小麦粒的撞击研磨，其中所述小麦粒被加速并撞击撞击表面一次。

现在转到图1，显示了小麦粒的实例。可以看到，小麦粒包括由种皮和糊粉层构成的外壳或麸皮。麸皮包围并保护胚和富含淀粉的胚乳。胚包括子叶(cotyledon)、芽(bud)、梗(pedicel)和胚根(radicle)。胚是小麦粒的一部分，胚包括感兴趣的蛋白质合成机器(包括核糖体)。胚乳包括淀粉，以在胚生长并在土壤中定殖自己时为胚提供能量，直到胚可以从地面发芽并且开始光合作用。作为防止寄生生物消耗胚乳的一种保护措施，胚乳还含有tritin，一种抑制蛋白质合成的蛋白质。在无细胞蛋白质合成环境中，即使是微量的tritin也可以抑制蛋白质合成。因此，释放小麦胚的无细胞蛋白质合成潜力取决于胚乳与胚的基本完全分离。

此外，如图1所示，可以将小麦粒描述为具有在第一端和第二端之间延伸的长轴，所述小麦胚位于所述第一端。

现在转到图2和图3，示出了现有技术小麦加工方法。可以看到，在常规的小麦加工中，使用一台或多台辊磨机压碎并压平整个小麦粒，然后通过一系列筛子将得到的压平颗粒按尺寸分成至少面粉部分、麸皮部分和小麦胚芽部分。

图4显示了用图2和图3的方法生产的具有代表性的商业小麦胚芽的特写照片。可以看到，小麦胚芽包括压碎的胚(浅黄色)以及大量的麸皮(浅棕色)和胚乳(白色)。具体地，可以看到，胚乳的小颗粒被不可分开地粉碎到胚中，使得再多的后处理也不可能去除所有的胚乳。因此，由于含tritin的胚乳颗粒的存在不可避免，现有技术的小麦胚芽本质上就不适合用作无细胞蛋白质合成平台的供应。

此外，如图4所示，胚被辊磨机加工压碎，从而使其不具有活力，并启动了核糖体和其他蛋白质合成机器和组件的化学分解过程。

然而，已经发现，在适当的条件下，小麦胚可以通过高速撞击干净地从麸皮和胚乳中分离出来。令人惊讶的是，本公开的撞击处理可以使绝大多数胚保持完整并且具有活力，同时也有利于从胚中完全或近乎完全地去除胚乳。

现在转到图5，显示了生产高度改善的纯化小麦胚产品的方法的一个实施方案的示意图。在示出的方法中，小麦粒是经水分调整的，然后在被进料到离心撞击器之前被擦刷。在撞击器中，小麦粒击打撞击表面，从而将小麦胚从胚乳和麸皮中逐出。如上文所述，本公开的撞击处理可以使绝大多数胚保持完整并且具有活力。然后可以通过一个或多个分离步骤将小麦胚从麸皮和胚乳中分离出来，以生产中间纯化小麦胚产品。

在示出的实施方案中，分离工艺包括以下步骤：筛分(sifting)、吸入、筛选(screening)和颜色分选。在筛分步骤中，在撞击器中产生的破碎的小麦粒流可以通过例如gryo-whip筛子按尺寸来进行分选，以去除上面的粗粒部分和下面的细粉部分，留下粗干燥胚产品。在吸入步骤中，来自筛分步骤的包括至少一些完整的胚的中间部分(粗干燥胚产品)然后可以通过空气吸入进行处理，以从较重的胚中去除麸皮颗粒，从而生产胚浓缩物。在筛选步骤中，胚浓缩物可以通过一个或多个振动筛选器来进行筛选。例如，胚浓缩物可以通过具有直径约为0.033英寸的圆形穿孔的第一振动筛选器进行筛选以去除细粉。然后可以将留在第一振动筛选器上部的胚进料至具有约0.08x 0.03英寸的矩形孔的第二振动筛选器，以允许胚通过筛网，而将粗麸皮留在筛网的上部。

为了进一步提高胚产品的纯度，可以将通过第二筛选器的部分进料至颜色分选机，在颜色分选机中可以去除麸皮和胚乳颗粒，留下高度精制的胚产品。

在一些实施方案中，通过本文公开的方法生产的胚产品可以基本不含tritin。因此，可以生产大量工业上有用的纯的或接近纯的小麦胚。胚产品可以进一步加工和/或储存在低温的或冷冻条件下，这极大地提高了产品的保质期。

此外，可以看到，该工艺可以不包括辊研磨或任何其他类似的压碎操作。因此，如图6所示，通过所公开的方法生产的精制胚产品可以完全由完整的、有活力的小麦胚组成或几乎完全由完整的、有活力的小麦胚组成，并且几乎没有胚乳。

图7显示了本公开的精制胚产品与现有技术的小麦胚芽的并排比较。可以看出，现有技术小麦胚芽包括大量的麸皮和胚乳，而精制胚产品不包括麸皮和胚乳。

图8显示了压平辊研磨的胚(左上)、胚乳(右上)和麸皮(下)。可以看出，辊研磨工艺破坏了胚。

图9和图10显示了通过本公开的方法分离的完整的、有活力的胚与通过现有技术的方法生产的小麦胚的并排比较。

转到图11-12，示出了用于单次撞击小麦胚分裂(cleavage)的装置的一个实施方案。可以看出，该装置包括具有径向叶片150的叶轮100。径向叶片150具有形成在其中的槽。该装置还包括与叶轮100的径向末端间隔开的撞击表面200。当叶轮旋转时，小麦粒可以进料至入口300。然后，小麦粒沿着叶片150的槽160加速，直到它们飞出叶轮100的端部，越过叶轮100和撞击表面200之间的间隙，最后击打撞击表面200。裂开的胚连同麸皮和胚乳被收集在装置的底部，用于进一步的分离和加工。

已经发现，撞击定向是在保持胚活力的同时实现胚分裂的重要因素。因此，槽160的尺寸和形状可以对应于垂直于小麦粒长轴的小麦粒的横截面。例如，槽160的半径可以选择为小于小麦粒的长度但大于小麦粒的宽度。因此，小麦粒可以自动排列在槽160中，以具有与小麦粒的行进方向对齐的长轴的定向。以这种方式，当小麦粒变成向撞击表面行进的抛射物时，它可以以稳定的定向行进而不会翻滚，类似于以螺旋式抛出的足球。因此，可以控制撞击方向和撞击定向，导致可靠且可重复的胚分裂，而不会对胚造成致命损伤。

此外，可以看到，撞击表面200没有拐角、刀片和/或尖锐部件。已经发现，无尖锐形状的平坦撞击表面可以允许有效的胚分裂，而不会对胚造成裂缝、缺口或其他损伤。因此，通过分裂工艺可以保留胚的活力。撞击表面可以由陶瓷、钢或任何其他合适的硬材料制成。

在一些实施方案中，该方法还可以包括在撞击步骤之前的种子休眠预处理。使用包括赤霉素(GA3)、吲哚乙酸和其他生长素的天然植物激素和辅助因子的预处理可以使小麦种子解除休眠。预处理溶液还可以包括纤维素降解酶和其它化合物，例如抗生素肽。这种预处理组合物可以作为调和助剂，有利于提取有活力的小麦胚。

实施例1-水分和撞击速度的相互依赖性

已经发现，合适的水分含量和合适的撞击速度是相互依赖的。具体地，已经发现，较少的水分倾向于使小麦粒更脆，而较多的水分倾向于使小麦粒更有弹性。因此，过少的水分可以导致胚破裂或损伤，即使是在从小麦粒中分裂胚所需的撞击速度下。然而，过多的水分可以阻止胚以直至粉碎速度(在该速度点下，小麦粒的所有结构都被粉碎成浆状物)的任何速度从小麦粒上分裂。因此，为了获得有用的结果，预定的水分范围以及预定的撞击速度范围可能是必要的。

在一些实施方案中，可以将水分调整至目标范围内，然而，所达到的水分含量与目标水分含量之间可能存在一些差异。因此，可以调整撞击速度，而不是进行潜在耗时的第二次水分含量调整。稍微更高的水分含量可能需要稍微更高的撞击速度，以平衡胚分裂率和胚损伤率，反之亦然。

现在转到图13-18，示出了水分和撞击速度相互依赖性研究的结果。研究了11.8％至18％的水分含量范围以及9.6m/s至105.3m/s的撞击速度范围。出于研究目的，假设撞击速度等于叶轮的叶尖速度。即，考虑到行进的短距离，由于小麦粒假定的小体积，当小麦粒穿过叶轮叶尖和撞击表面之间的间隙时，小麦粒抛射物由于空气阻力的减速被忽略。

报告的胚芽产量是基于回收材料的百分比与研磨材料的百分比。这样做是为了使由于使用空气和搅动引起材料干燥而导致的水分损失的数据归一化。由于筛分、除尘、溢出造成的材料物理损失在所有样本间基本保持不变。

在撞击研磨之后，材料被筛分以按粒度分离产品。包含胚芽的感兴趣部分占总研磨产品的一小部分。该部分由三个主要组分构成：麸皮、胚乳和胚芽。增加撞击速度有两个显著影响：1)麸皮和胚乳的比例相对于感兴趣部分中胚芽的量而增加；以及2)感兴趣部分随着撞击速度增加而增加。在极高的速度下，感兴趣部分仅包含麸皮和胚乳，而胚芽被该工艺完全破坏。

从数据中可以看出，在11.8％的低水分含量下，在约29m/s时开始观察到胚分裂。在约29m/s的撞击速度下，除了18％的水分含量之外，在所有研究的水分含量下都观察到了胚分裂。在约38m/s时，在较低的水分范围内观察到了有用的胚分裂。在48m/s至72m/s的范围中，除了18％的水分之外，在几乎所有水分含量下都观察到了有用的胚分裂。在约86m/s时，在所有研究的水分含量下，小麦粒开始在撞击表面上粉碎。

转到图15，在感兴趣部分中回收的材料的量被报告为总研磨材料的百分比。图15的图显示，在所有撞击速度水平下，释放到感兴趣部分中的材料的量随着水分含量的增加而减少。

如图16所示，在13.5％的恒定水分下，38.28至57.42的撞击速度产生有利的混合物，因为在感兴趣部分中胚芽(胚)占大部分。当撞击速度超过71.7m/s时，额外的胚芽产量不利于下游处理。

如图17所示，除了组成以外，有活力的胚芽的总产量是最佳撞击速度的重要因素。当撞击速度低于38.3m/s时，该工艺不会产生有意义数量的产品。当速度高达71.8m/s时，产量增加，而超过该速度时，下游处理的条件则不太有利。例如，胚的活力可能受到损害。

图18是显示了在不同撞击速度和水分含量下的有活力的胚芽实际产量的图。该图显示了最佳速度和水分是矩阵，并且速度可以在一个范围内变化，以补偿和优化一系列条件下有活力的胚芽的产量。

实施例2-表面磨损

研究了在单次撞击研磨前的机械表面磨损，作为用于改善小麦胚从小麦粒中分裂的潜在手段。

图19机械表面磨损随着水分含量的增加而加剧，因此在14％的水分含量下进行该研究。在57.4m/s的较高撞击速度下研磨样本，以补偿增加的水分含量。可以看出，机械表面磨损提高了分裂胚的产量。

不希望受理论的约束，假设表面磨损去除和/或松动了至少一些保护性外麸皮层，导致更有效的后续单次撞击研磨。

实施例3-定量图像分析

开发了定量图像分析方法，以允许量化该工艺的结果，包括损坏的胚和可能无活力的胚的数量。记录了机器学习图像分析算法，该算法基于图像中物体的颜色和尺寸来量化离散颗粒的类型和状态。

转到图20和图21，显示了该算法的一个实施方案。如图所示，获得了由上文所公开的方法生产的颗粒的图像。对象被鉴定为胚乳、麸皮或胚。然后分析胚颗粒，以确定它们是否破碎。开发的一般规则是，被鉴定为尺寸小于2200像素的胚芽的对象源自破碎的胚芽颗粒。使用这个量度，可以量化材料的类型以及在该工艺中遭受损坏的量。完整的胚芽颗粒范围从大的完整的A)4169px至小的完整的B)2415px，并且破碎的碎片的范围可以从小的破碎的C)1251px至大的破碎的D)2203px。这种相对尺寸比较以及目视检查为从每种加工技术的混合样本中测量的粒度分布给予了意义。

图22-25显示了利用ilastic进行定量图像分析，使用机器学习基于训练图像对像素进行分类。从训练中，基于像素组成将其分组为多种对象，并基于尺寸和丰度来报告详细的统计数据。

在从分析中获取的这一样本图像中，原始输入(图22)包含这三种组分的图像。在进一步的分析中，这三种组分被单独分类。在一些情况下，颗粒是这三种材料的某种组合。图23显示了分类为1.胚芽的像素，其来自图22中的三种主要组分。图24显示了分类为2.麸皮的像素，其来自图22中的三种主要组分。图25显示了分类为3.胚乳的像素，其来自图22中的三种主要组分。

实施例4-比较数据与Posner工艺

为了获得与Posner开发的现有技术产品和工艺的比较数据，确保使用Posner在堪萨斯州立大学使用的完全相同的Foster卧式实验室冲刷机。再现了E.S.POSNER和Y.Z.LI的“ATechnique for SeparationofWheat Germ by Impacting and Subsequent Grinding”Journal ofCerealScience 13(1991)49-70和美国专利4,986,997中解释的工艺。然后通过上文详述的图像分析技术分析再现的Posner工艺的产品。

图26显示了Posner工艺的产品的照片。图27显示了根据本公开的撞击研磨和干法处理的产品的照片。具体地，对于该研究，干法处理包括单次撞击研磨、筛分、空气分离和颜色分选。图28显示了撞击和干法处理加上湿法后处理的产品的照片。对于该研究，湿法后处理包括单次撞击研磨、筛分、空气分离、颜色分选和随后的液体密度分离。

图像分析：

表1-Posner工艺vs.干法处理vs.湿法后处理获得的纯度

从表1可以看出，Posner工艺实现的胚纯度为61％，相比之下，本公开的干法处理的胚纯度为91％，本公开的湿法后处理的胚纯度为99.93％。

胚活力：

为了消除对Posner工艺胚萌芽失败的其他解释，使用于Posner工艺的原料小麦粒样本在没有在Posner装置中进行处理的情况下萌芽。结果如图31所示。可以看出，在植物生长培养基上萌芽48小时后，100％的小麦粒发芽生根。因此，可以得出结论，Posner工艺是活力丧失的原因。

现在转到图32，该图显示了由Posner工艺的尖锐的旋转搅拌器的反复的随机定向的撞击造成的典型的胚芽颗粒损伤。白色的方框突出了胚所遭受的一些损伤，包括完全破碎、缺口和裂缝、活力丧失以及萌芽被阻止。根据萌芽研究，这种损伤对通过Posner工艺获得的大多数胚或所有胚来说似乎是致命的。

图33显示了Posner样本的图像处理结果。胚芽粒度分布以统计方式显示了图32中可见的内容，即大量破碎且损坏的胚芽颗粒，加上大量残留的来自麸皮和胚乳的污染物。Posner方法生产了约60％的胚芽，这与商业生产的小麦胚芽一致，也与Posner报道的脂肪和蛋白质比例一致。下表2显示了Posner胚芽(胚)分布的统计分析。

表2-Posner胚芽分布的统计分析

图34和表3显示了使用HRS栽培变种Murdoch对干法处理材料进行定量图像分析的结果。基于最小的完整胚芽颗粒为约2000像素(如上文详述)的认识，干法处理方法包含少于5％的破碎胚芽颗粒。相比之下，Posner方法具有约36％的破碎尺寸的胚芽颗粒。基于所有的Posner胚萌芽的失败，假设即使是未破裂的Posner胚在处理过程中也会遭受致命损伤。

表3-干法处理胚芽的统计分析

图35和表4显示了湿法后处理的图像处理的结果，所述湿法后处理产生了纯度为99.9％的完整胚芽颗粒，其中只有3个尺寸小于2000像素的颗粒。

表4-湿法后处理胚芽的统计分析

关于通过引用的并入和变化的声明

贯穿本申请的所有参考文献，例如专利文件包括已公布或授权的专利或等同物、专利申请公布、和非专利文献文件或其他来源材料，在每个参考文献至少部分地不与本申请中的公开内容不一致的程度，通过引用将其全部并入本文，如同通过引用将其单独并入本文一样(例如，通过引用将除了参考文献的部分不一致的部分外的部分不一致的参考文献并入)。

本文使用的术语和表述仅用作描述性术语而非限制性术语，并且在使用此类术语和表述时无意排除所示和所描述的特征或其部分的任何等同物，但应当认识到，在所要求保护的本发明的范围内可以进行多种修改。因此，应当理解，尽管本发明已通过优选的实施方案、示例性的实施方案和任选的特征进行了具体公开，但本领域技术人员可以对本文公开的构思进行修改和变化，并且这种修改和变化认为是在所附权利要求限定的本发明的范围内。本文提供的具体实施方案是本发明的有用实施方案的示例，并且对于本领域技术人员显而易见的是，可以使用本说明书中所描述的设备、设备组件、方法步骤的大量变体来实施本发明。对于本领域技术人员来说显而易见的是，用于本方法的方法和设备可以包括大量任选的组成及处理元件和步骤。

如本文和所附权利要求所使用的，除非上下文另有明确规定，单数形式的不定冠词(“a”、“an”)和定冠词(“the”)包括复数的所指物。因此，例如，对于“电池”的所指物包括本领域技术人员已知的多个这样的电池及其等同物。同样，术语不定冠词(“a”或“an”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可以互换使用。还应注意，术语“包含”、“包括”和“具有”可以互换使用。表述“权利要求XX-YY中的任一项(其中XX和YY指权利要求的编号)”旨在以替代形式提供多项从属权利要求，并且在一些实施方案中可与表述“如权利要求XX-YY中的任一项”互换。

当本文公开一组取代基时，应当理解，该组和所有子组的所有个体成员(包括该组成员的任何异构体、对映异构体和非对映异构体)均单独公开。当本文使用马库什组或其他分组时，该组的所有个体成员和该组的所有可能的组合和子组合均旨在单独地包括在本公开中。当在本文中描述化合物而未指定该化合物的具体异构体、对映异构体和非对映异构体时，例如在公式或化学名称中，该描述旨在包括单独描述的化合物的每个异构体和对映异构体或其任何组合。此外，除非另有说明，本文所公开的化合物的所有同位素变体旨在包含在本公开中。例如，应当理解，所公开的分子中的任何一个或多个氢可以被氘或氚取代。分子的同位素变体通常可用作分子的测定和与分子或其用途有关的化学和生物研究中的标准。制备这种同位素变体的方法是本领域已知的。由于已知本领域普通技术人员可以以不同方式命名相同的化合物，所以化合物的具体名称旨在是示例性的。

本文公开的某些分子可以包含一个或多个可电离基团[可以从中去除质子(例如-COOH)或添加质子(例如胺)或可以季铵化(例如胺)的基团]。这些分子及其盐的所有可能的离子形式均旨在单独地包括在本文的公开中。关于本文所述化合物的盐，本领域普通技术人员可以从多种可用的抗衡离子中选择适合于制备用于给定应用的本发明的盐的那些。在具体的应用中，用于制备盐的给定的阴离子或阳离子的选择可能导致该盐的溶解度的增加或降低。

除非另有说明，本文描述或举例说明的每个设备、系统、制剂、组件的组合或方法可以用于实施本发明。

每当在说明书中给出范围，例如温度范围、时间范围或组成范围或浓度范围时，所有中间范围和子范围以及包括在所给出的范围中的所有单独的值都旨在包括在本公开中。应当理解，在本文的描述中包括的范围或子范围中的任何子范围或单独的值可以从本文的权利要求中排除。

说明书中提到的所有专利和出版物都表明了本发明所属领域技术人员的技术水平。本文引用的参考文献在此通过引用整体并入本文，以表明截至其出版或提交日期的技术状况，并且如果需要，旨在可以在本文中使用该信息来排除现有技术中的具体实施方案。例如，当要求保护物质的组成时，应当理解，在申请人的发明之前的本领域已知和可用的化合物，包括在本文引用的参考文献中提供了有效公开的化合物，并不旨在包括在本文要求保护的物质的组成中。

如本文所用，“包含”与“包括”、“含有”或“以……为特征”同义，并且是包容性的或开放式的，并且不排除额外的、未列举的要素或方法步骤。如本文所用，“由……组成”排除权利要求要素中未指定的任何要素、步骤或成分。如本文所用，“基本由……组成”不排除实质上不影响权利要求的基本特征和新颖性特征的材料或步骤。在本文的每种情况中，术语“包括”、“基本由……组成”和“由……组成”中的任何一个术语可以被其他两个术语的任何一个所代替。本文说明性描述的发明可以在没有本文未具体公开的任何一个要素或多个要素、一个限制或多个限制的情况下适当地实施。

本领域普通技术人员将意识到，在本发明的实践中可以使用除了具体例举的那些方法之外的起始材料、生物材料、试剂、合成方法、纯化方法、分析方法、测定方法和生物方法，而无需过度的实验。本发明旨在包括任何此类材料和方法的所有本领域已知的功能等同物。所使用的术语和表述用作描述性术语而非限制性术语，并且在使用这些术语和表达时无意排除所示和所描述的特征或其部分的任何等同物，但应当认识到，在所要求保护的本发明的范围内可以进行多种修改。因此，应当理解，尽管本发明已通过优选的实施方案和任选的特征进行了具体公开，但本领域技术人员可以对本文公开的构思进行修改和变化，并且这种修改和变化均认为是在所附权利要求限定的本发明的范围内。