СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИИ, СОДЕРЖАЩЕЙ ВОДОРАСТВОРИМЫЙ β-ГЛЮКАН, (ВАРИАНТЫ) И ИЗГОТАВЛИВАЕМЫЕ ИЗ НЕЕ ПРОДУКТЫ Российский патент 2004 года по МПК A23L1/105 C08B37/00 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к способу выделения композиции, содержащей водорастворимый нативный β-глюкан, из овса, к соответствующей композиции как таковой и к продуктам, изготавливаемым из этой композиции.

Предпосылки изобретения

Водорастворимый нативный β-глюкан представляет значительный пищевой интерес. Он представляет собой химическую составляющую "растворимой диетической клетчатки" (SDF, soluble dietary fiber), которая, как считают, ответственна за связь между продуктами овса и пониженным риском ишемической болезни сердца. В данном контексте термин "нативный" указывает на то, что углевод в ходе его выделения не был ферментативно расщеплен до значительной степени. В настоящее время в продаже находится множество богатых SDF диетических пищевых продуктов. Ячмень и овес богаты SDF. Документально доказано, что SDF овса является особенно полезным.

Способ получения композиции, содержащей SDF, из овса описан в патенте США № 4996063 (Inglett). Способ Inglett включает в себя желирование субстрата молотого овса перед обработкой его α-амилазой, что может давать значительные количества глюкозы. Из подвергнутой гидролизу смеси выделяют водную фракцию SDF путем отделения нерастворимого в воде материала. Полезность продукта, содержащего β-глюкан, получаемого способом согласно патенту США № 4996063, в качестве пищевой добавки тем не менее понижена вследствие высокого содержания в нем глюкозы. Высокое содержание глюкозы способствует образованию нежелательных, то есть окрашенных и горьких продуктов при нагревании в присутствии аминокислот (реакция Майяра). Кроме того, реакция Майяра преимущественно расходует лизин, который представляет собой незаменимую для человека аминокислоту. Во многих применениях высокое содержание глюкозы является недостатком вследствие сладости глюкозы.

В случае получения и дальнейшей переработки SDF важно предотвратить действие возможно присутствующей β-глюканазы, для того чтобы избежать расщепления β-глюкана, следствием чего явилась бы потеря пищевой ценности. Также важно получать продукт, содержащий β-глюкан, по существу свободный от β-глюканазы. Производство чистого и устойчивого SDF из овса затрудняет достаточно высокое содержание в нем жира, белков и, в частности, β-глюканазы.

Задача изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ вышеупомянутого типа, позволяющий производить устойчивую высокопродуктивную композицию, содержащую β-глюкан, из овса.

В задачу настоящего изобретения также входит предложение способа производства устойчивой высокопродуктивной композиции, содержащей водорастворимый β-глюкан, из овса, которая имеет низкую сладость и высокую температуростойкость в условиях приготовления пищи и переработки пищи.

Задача настоящего изобретения также заключается в том, чтобы предложить соответствующие композиции и изготавливаемые из них продукты.

Краткое изложение сущности изобретения

В соответствии с настоящим изобретением описан способ производства композиции, содержащей водорастворимый β-глюкан, имеющей большое массовое соотношение β-глюкан/глюкоза, предпочтительно соотношение 15:1 или более, из фракции овсяной муки, при котором применяют β-амилазу в количестве, достаточном для превращения более чем 50% по массе, предпочтительно более чем 65% по массе, крахмала, содержащегося в этой фракции овсяной муки, в мальтозу. Кроме того, образуются значительные количества водорастворимых олигосахаридов.

Предпочтительно, в способе по данному изобретению в дополнение к применению β-амилазы применяют пуллуланазу, которая "способствует" действию β-амилазы. Пуллуланаза представляет собой фермент, устраняющий ветвления крахмала, который также содействует осахариванию до олигосахаридов и мальтозы как доминирующего моносахарида, в то же время не способствуя образованию глюкозы.

В соответствии с предпочтительным аспектом данного изобретения при способе по данному изобретению предпочтительно дополнительно применяют протеазу. Это особенно предпочтительно, если предполагается очистка композиции, содержащей β-глюкан, по данному изобретению для увеличения содержания в ней водорастворимого β-глюкана.

В соответствии с еще одним предпочтительным аспектом данного изобретения в способе по данному изобретению предпочтительно применяют α-амилазу в количестве (в единицах ферментативной активности в отношении β-амилазы), способном ускорять процесс расщепления крахмала, но без образования значительных количеств глюкозы. Предпочтительно добавлять от 0 до 10%, более предпочтительно от 1 до 5% α-амилазы в единицах ферментативной активности β-амилазы. Для специалиста в данной области техники понятно, что количество α-амилазы, необходимое для этой цели, будет варьировать в соответствии с условиями реакции (временем, температурой и т.п.), но легко может быть определено простым экспериментированием.

В частности, способ по данному изобретению включает в себя следующие стадии, на которых:

- отбирают сорт овса, богатый β-глюканом и, возможно, с низким содержанием жира;

- производят овсяную муку сухим помолом указанного сорта овса;

- отбирают фракцию овсяной муки, богатую β-глюканом, путем просеивания или другими способами дифференциации по размеру/массе частиц;

- в водную среду добавляют фракцию муки, которая была подвергнута термической обработке как таковая, или получена из подвергнутого термической обработке сорта овса или из подвергнутой термической обработке овсяной муки, β-амилазу и, возможно, пуллуланазу;

- в водную среду добавляют обработанную таким образом фракцию муки, β-амилазу и, возможно, пуллуланазу;

- греют полученную таким образом суспензию при температуре выше 30°С в течение промежутка времени, достаточного для значительного расщепления крахмала;

- инактивируют добавленные ферменты путем дальнейшего нагревания суспензии и/или другими способами;

- образуют композицию, содержащую водорастворимый β-глюкан, путем удаления нерастворимого в воде материала;

- возможно концентрируют и/или сушат указанную композицию, содержащую β-глюкан.

Предпочтительно, температура, при которой суспензию греют для расщепления большей части крахмала и белков, составляет от 52°С до 65°С, в частности, приблизительно 55°С.

Температура, при которой суспензию греют для инактивации добавленных ферментов, предпочтительно составляет от приблизительно 80°С до приблизительно 95°С.

Предпочтительно композицию, содержащую водорастворимый β-глюкан, образуют путем удаления центрифугированием и/или фильтрацией нерастворимого в воде материала.

Композицию, содержащую β-глюкан, по данному изобретению можно применять в форме ее водного раствора, который при более высоких концентрациях превращается в гель при комнатной температуре, или в форме порошка, получаемого, например, сушкой сублимацией или распылением водных растворов композиции, содержащей β-глюкан.

Композицию β-глюкана по данному изобретению можно применять в качестве добавки к пищевым продуктам, например в качестве добавки безалкогольных напитков и пива, причем последнее применение является особенно предпочтительным.

В соответствии с предпочтительным аспектом композицию, содержащую β-глюкан, по данному изобретению можно обработать протеазой, в частности alkalase®, для расщепления белков до пептидов и аминокислот. Это особенно предпочтительно, если предполагается удаление низкомолекулярных соединений, например соединений, имеющих молекулярную массу ниже 200.

Подходящие способы для удаления низкомолекулярных составляющих включают в себя ультрафильтрацию, обратный осмос и гель-фильтрацию. В объем данного изобретения также входит добавление таких ферментов до или в ходе создания композиции, содержащей β-глюкан, по данному изобретению, например в ходе стадии расщепления крахмала способа по данному изобретению.

Настоящее изобретение также раскрывает пищевые продукты, обогащенные продуктом, содержащим β-глюкан, по данному изобретению. Обогащенные жидкие продукты включают в себя плодово-ягодные соки, пиво, сусло, молоко и подвергшиеся брожению жидкие и полужидкие молочные продукты, заменители молока и сливок, безалкогольные напитки, сиропы, жидкий мед и т.п.

Продукт, содержащий β-глюкан, по данному изобретению можно также использовать в качестве желирующей добавки в различных пищевых продуктах. Высушенный сублимацией продукт особенно подходит в качестве добавки к твердым или по существу твердым пищевым продуктам, таким как хлеб, сухое печенье, чипсы и т.п.

Другие преимущества данного изобретения раскрыты в формуле изобретения, а также очевидны из предпочтительного неограничивающего воплощения данного изобретения, описанного ниже более подробно путем ссылки на чертеж, представляющий схему, иллюстрирующую способ по данному изобретению.

Материалы. Имеющаяся в продаже подвергнутая термической обработке фракция овсяной муки, богатая β-глюканом, "HAVREMJЦL C45" получена от Skene-mollan (Tegarp, Sweden). Фракции овсяной муки, богатые β-глюканом, можно также получить путем применения в отношении овса идеи патента США 5063078 (Frohse). β-Амилаза была получена от Genencor International, Inc. (Rochester, NY, USA). α-Амилаза, пуллуланаза и протеаза, например Alcalase®, были получены от Novo Nordisk (Valby, Denmark).

Ферментативное расщепление крахмала и, возможно, белка

В терморегулируемый, с кожухом для теплообмена резервуар 1 из нержавеющей стали на 100 л, снабженный эффективной мешалкой, содержащий 30 л воды при 55°С, добавляют 54 г β-амилазы и 18 г пуллуланазы. Затем в течение 20 мин 6 кг подвергнутой термической обработке овсяной муки крупного помола добавляют при помощи шнекового питателя 2 таким образом, чтобы поддерживать вязкость ниже 128 мПа·с при скорости сдвига 697 с^-1. Эту суспензию греют при перемешивании при 55°С. За вязкостью суспензии следят с помощью прибора Bohlin Visco 88 meter. Содержание сухих веществ в суспензии, таким образом, достигает приблизительно 20%. Через 2 ч вязкость падает до 40 мПа·с при скорости сдвига 697 с^-1. Затем добавляют 5 г Alcalase® и нагревание при 55°С продолжают в течение еще 30 мин. Через взвешивающий сосуд 3 суспензию перекачивают в пароструйный инжектор 4, в котором ее температура увеличивается до 90°С с целью инактивации добавленных ферментов. Полученную оттуда суспензию охлаждают, предпочтительно до температуры ниже 40°С, например путем перекачивания ее через теплообменник 5, в котором ее доводят до комнатной температуры, и, далее, в декантирующую центрифугу 6 (5000 об/мин) для отделения оставшихся твердых веществ (при 13; приблизительно 1/3 по массе от твердых веществ вначале), которые можно использовать, например, для приготовления корма для животных.

Полученный таким образом прозрачный раствор содержит приблизительно 2% нативного растворимого β-глюкана. Раствор β-глюкана собирают в сборнике 7, из которого его сливают порциями и перемещают на установку для пастеризации 8. После прохождения установки 8 его охлаждают до температуры окружающей среды в теплообменнике 9 и хранят в резервуаре для хранения 10, из которого его можно забрать для дополнительной обработки, такой как выпаривание в выпарном аппарате 11 для получения высоковязкого геля или сушки сублимацией с получением пористого порошка, содержащего 17% по массе β-глюкана. Или же пастеризованный раствор можно сливать из резервуара для хранения 10 для упаковки 12 и транспортировки в другие места с целью использования его как такового. Если желательно, раствор можно очистить путем удаления ультрафильтрацией низкомолекулярных составляющих, главным образом продуктов гидролиза крахмала и белков.

Способ производства композиции, содержащей водорастворимый β-глюкан, имеющей большое массовое соотношение β-глюкан/глюказа, предпочтительно отношение 15:1 или более, из фракции овсяной муки, при котором применяют β-амилазу в количестве, достаточном для превращения более чем 50% по массе, предпочтительно более чем 65% по массе, крахмала, содержащегося во фракции овсяной муки, в мальтозу. В комбинации с β-амилазой можно применять ферменты пуллуланазу и/или протеазу. Также описаны соответствующие композиции, которые можно дополнительно обрабатывать, а также содержащие их пищевые продукты. Согласно другому варианту отбирают одного представителя из группы, состоящей из сорта овса, богатого β-глюканом, и, возможно, с низким содержанием жира, овсяной муки, содержащей указанный сорт овса, подвергнутый сухому помолу, и фракции указанной овсяной муки, богатой β-глюканом. Инактивируют углеводрасщепляющие ферменты в отобранном представителе, осуществляют их сухой помол, проводят ферментативную обработку полученной водной суспензии β-амилазой и пулланазой. Нагревают ее до температуры от 52°С до 65°С, предпочтительно 55°С в течение времени, достаточного для расщепления крахмала до олигосахаридов и мальтозы как доминирующего дисахарида, инактивацию указанных ферментов и отделение нерастворимого в воде материала с образованием композиции, содержащей водорастворимый β-глюкан. Изобретение обеспечивает увеличение содержания водорастворимого β-глюкана и водорастворимых олигосахаридов в целевом продукте. 8 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения композиции, содержащей водорастворимый β-глюкан, имеющей массовое соотношение β-глюкан:глюкоза предпочтительно 15:1 или более, характеризующийся тем, что готовят водную суспензию с использованием фракции овсяной муки, содержащей инактивированные углеводрасщепляющие ферменты, проводят ферментативную обработку β-амилазой в количестве, достаточном для превращения более чем 50% по массе, предпочтительно более чем 65% по массе, крахмала, содержащегося в этой фракции овсяной муки, в мальтозу.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при ферментативной обработке дополнительно используют пуллуланазу и/или протеазу.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно используют α-амилазу в количестве, способствующем действию β-амилазы, но позволяющем, по существу, избежать образования глюкозы.4. Способ по п.3, отличающийся тем, что количество α-амилазы соответствует 0-10%, предпочтительно 1-5%, ферментативной активности добавленной β-амилазы.5. Способ производства композиции, содержащей водорастворимый β-глюкан, имеющей массовое соотношение β-глюкан:глюкоза предпочтительно 15:1 или более, характеризующийся тем, что отбирают по меньшей мере одного представителя группы, состоящей из (а) сорта овса, богатого β-глюканом, и, возможно, с низким содержанием жира, (б) овсяной муки, содержащей указанный сорт овса, подвергнутый сухому помолу, и (в) фракции указанной овсяной муки, богатой β-глюканом; инактивируют расщепляющие углеводы ферменты в указанном отобранном представителе; осуществляют сухой помол указанного инактивированного представителя; объединяют указанного представителя, подвергнутого сухому помолу, с водной средой и β-амилазой и, возможно, с пуллуланазой с образованием суспензии; греют полученную таким образом суспензию при температуре выше 30°С в течение промежутка времени, достаточного для значительного расщепления крахмала до олигосахаридов и мальтозы как доминирующего дисахарида; инактивируют указанные ферменты β-амилазу и пуллуланазу, если она присутствует; удаляют нерастворимый в воде материал с образованием композиции, содержащей водорастворимый β-глюкан.6. Способ по п.5, где температура, при которой суспензию греют для расщепления большей части крахмала и белков, составляет 52-65°С, предпочтительно приблизительно 55°С.7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что инактивацию добавленных ферментов проводят при температуре приблизительно 80-95°С.8. Способ по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что нерастворимый в воде материал удаляют центрифугированием и/или фильтрацией.9. Способ по любому из пп.5-8, отличающийся тем, что полученную композицию, содержащую водорастворимый β-глюкан, сушат распылением или сублимацией.10. Способ по любому из пп.5-9, отличающийся тем, что низкомолекулярные соединения, такие, как аминокислоты и сахара, удаляют ультрафильтрацией.11. Композиция, представляющая собой добавку к пищевым продуктам, содержащая водорастворимый β-глюкан, полученная способом по любому из пп.1-10.12. Композиция по п.11, отличающаяся тем, что содержание в ней водорастворимого β-глюкана составляет 15% по массе или более.13. Пищевой продукт, обогащенный композицией, содержащей β-глюкан, полученной способом по любому из пп.1-10.14. Пищевой продукт, обогащенный композицией, содержащей β-глюкан, по любому из пп.11-12.15. Напиток, обогащенный композицией, содержащей β-глюкан, охарактеризованной в любом из пп.1-12.16. Пиво или сусло, обогащенное композицией, содержащей β-глюкан, охарактеризованной в любом из пп.1-12.17. Продукт, содержащий β-глюкан, характеризующийся тем, что он получен путем обработки композиции, содержащей β-глюкан, по любому из пп.11-12 ферментом, способствующим расщеплению поли- и олигосахаридов до мальтозы, таким, как пуллуланаза и/или алкалаза для расщепления белков до пептидов и аминокислот.18. Продукт по п.17, отличающийся тем, что он очищен от составляющих, имеющих молекулярную массу меньше 200, одним или несколькими методами, выбранными из следующего: обратный осмос, ультрафильтрация и гель-фильтрация.19. Продукт по п.17, отличающийся тем, что фермент, способствующий расщеплению поли- и олигосахаридов до мальтозы, представляет собой пуллуланазу.