CN101040714A - 具有高总饮食纤维含量的加工耐受性淀粉组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有高总饮食纤维含量(TDF)的在加工后保持其TDF的淀粉组合物。具体地，在挤压加工后保持超过50％的所述纤维。这样的淀粉在制造高纤维食品，包括挤压产品例如早餐谷物和小吃中是有用的。

Description

具有高总饮食纤维含量的加工耐受性淀粉组合物
技术领域
本发明涉及一种具有高总饮食纤维的淀粉组合物，该组合物在加工后，例如在挤压加工中，保持超过50％的所述纤维。
背景技术
淀粉是一种复杂的碳水化合物，其由两种类型的多糖分子组成：直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉是D-脱水葡萄糖结构单元以α-1，4-D-糖苷键连接的主要呈线性且柔性的聚合物，支链淀粉是由α-1，6-D-糖苷键连接的线性链的分支聚合物。
研究文献表明，高纤维淀粉具有很多的有益作用，包括结肠健康和降低的热量值。此外，所述淀粉可以提供减少的膳食碳水化合物含量，减少的血糖(glycemic)和胰岛素(insulimic)反应，影响饱满感，且有助于持续的能量释放，控制体重，控制低血糖、高血糖、受损的葡萄糖调节、胰岛素耐受性综合症、II型糖尿病，改善运动功能、精神集中和记忆。
已知包括化学的、酶促的和物理的改性的某些淀粉加工操作可以增加淀粉的饮食纤维含量。但令人遗憾的是，很多这样的淀粉中的饮食纤维内容物无法经受住苛刻的加工条件，尤其是挤压，从而导致挤出产品的纤维大大减少。为保持高的总饮食纤维含量，已使用可选择的纤维源或者增加淀粉量，来留出所述加工损失。令人遗憾的是，可选择的纤维源往往不能提供与高纤维抗性淀粉公认的健康益处相同的健康益处，对最终产物的功能特性具有副作用，和/或提出了对显著改变加工条件的需要。此外，使用大量淀粉对于产品的器官感觉特性是有害的，且不能提供经济的解决方案。
令人惊讶的是，现在发现，与三偏磷酸钠或三偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合用化学方法交叉连接并通过湿热(heat-moisture)处理的淀粉可在多种不同剪切水平或其他苛刻的加工下挤压，仍然可以保持超过50％的总饮食纤维含量。
发明内容
发明概述
本发明涉及一种具有高总饮食纤维含量(TDF)并在加工后保持其TDF的淀粉组合物。尤其是，在挤压加工后保持超过50％的所述纤维。这样的淀粉在制造高纤维食品，包括例如早餐谷物和小吃的挤压产品中是有用的。
术语“总饮食纤维含量”(“TDF”)可以包括多糖和抗人消化酶水解(消化)的植物材料残留物，包括非淀粉多糖、抗性淀粉、木质素和次要成分，例如蜡、角质和木栓质。此处的TDF定义为以未消化的材料重量来测量，如使用由Association of Official Analytical Chemists，International(AOAC)method991.43(Journal of AOAC，Int.，1992，v.75，No.3，p.395-416)所述的方法描述的。总饮食纤维是在干燥基础上报道的。见下文实施例部分所述的试验。
术语“抗性淀粉(RS)”定义为健康个体小肠没有吸收的淀粉和淀粉降解产物的总和，且可以通过本领域公知的多种试验测量。抗性淀粉在此处定义为通过下文实施例部分所述的试验中的胰α淀粉酶处理测量。
此处所用的“高直链淀粉的淀粉”对于小麦或稻淀粉或面粉而言，是指含有至少约27％的直链淀粉的淀粉或面粉；而对于其他来源而言，是指含有至少约40％的直链淀粉的淀粉或面粉，以其淀粉重量计，如通过详见下文实施例部分的电位滴定法测量的。
此处所用的术语“粒状淀粉”，意指保持其粒状结构并且具有某种结晶度的淀粉，从而在偏振光下双折射和十字轮机构(Maltese cross)不被破坏。
此处所用的食品，是指可供人和/或动物消费的所有的可食用的产品，且包括饮料。
发明详述
本发明涉及一种具有高总饮食纤维含量(TDF)并在加工后保持其TDF的淀粉组合物。尤其是，在挤压加工后保持超过50％的所述纤维。所述淀粉在制造高纤维食品，包括例如早餐谷物和小吃的挤压产品中是有用的。
制备本发明所使用的淀粉可以是从任何天然来源得到的任何淀粉。此处所用的天然淀粉是自然界可找到的淀粉。同样适合的是从通过标准育种技术获得的植物得到的淀粉，所述标准育种技术包括杂交育种、易位、倒位、转化、插入、照射、化学或其它诱发的突变、或任何其它基因或染色体工程改造以包括其变异的方法。另外，来自这样的植物的淀粉在这里也是合适的，所述植物从可通过已知的标准突变育种方法诱发的上述基因组成的突变和变异生长。
淀粉的一般来源是谷物、块茎和根、豆科植物和水果。天然来源可以是任何品种，包括但不限于源自玉米、马铃薯、甘薯、大麦、小麦、稻、西米、苋属植物、木薯、竹芋、美人蕉、豌豆、香蕉、燕麦、黑麦、黑小麦和高梁，还有低直链淀粉(蜡状的)和高直链淀粉的品种。低直链淀粉或蜡状的品种意指，按重量计包含少于10％的直链淀粉的淀粉或面粉，按淀粉的重量计，在一个实施方案中含有少于5％，在另一个实施方案中含有少于2％，且在另一个实施方案中含有少于1％的直链淀粉。
在一个实施方案中，淀粉是非蜡状淀粉，且在另一个实施方案中，是高直链淀粉玉米淀粉。在另一个实施方案中，高直链淀粉的淀粉包含至少约50％的直链淀粉，在第二个实施方案中包含至少约70％的直链淀粉，在第三个实施方案中包含至少约80％的直链淀粉，且在第四个实施方案中包含至少约90％的直链淀粉，所有都是按重量计。
在另一实施方案中，高直链淀粉的淀粉提取自具有直链淀粉补充剂(amylose extender)基因型(隐性或显性)的植物来源。在另一个实施方案中，如通过丁醇分级分离方法测定的，淀粉含有的按重量计少于10％的支链淀粉。在另一个实施方案中，淀粉是从植物育种群体得到的，例如玉米，其是种质选择的基因复合体，且按重量计包含至少75％的直链淀粉，且在一个例子中包含至少85％的直链淀粉(即正常的直链淀粉)，按重量计少于10％，且在另一例子中少于5％的支链淀粉，和约8-25％的低分子量直链淀粉。在进一步的实施方案中，淀粉是由含淀粉的植物谷粒得到的，该植物具有与众多直链淀粉补充剂改性基因偶联的隐性直链淀粉补充剂基因型。这样的植物是公知的，并记载在现有技术中。
采用三偏磷酸钠(STMP)或三偏磷酸钠和三聚磷酸钠(STMP/STPP)的组合并通过湿热处理(水热处理)将淀粉改性。这两种改性可由本领域技术人员使用以下指南以任一顺序进行。
使用本领域公知的方法进行磷酸化，例如 Modified Starches：Properties and Uses，Ed，-Wurzburg，CRC Press，Inc.，Florida(1986)所述的方法。改性的量可以进行改变以得到所需的性质和总饮食纤维含量。
淀粉化学改性可通过在有水存在的情况下使淀粉反应以及使淀粉与STMP或STMP和STPP在一定pH和温度条件下反应，以得到改性淀粉。一种反应方法包括在水中开始形成淀粉浆，并向浆中加入交联剂。所述浆可以包含按重量计约15-60％的淀粉，且在一个例子中是约30-50％的淀粉。在一个实施方案中，反应条件包括大于10.0的碱性pH，且在一个例子中pH大于10.5。在另一个实施方案中，反应条件包括约10-13的pH，且在一个例子中pH为约11-12。pH可以在反应过程中根据需要调整以保持在所述需要的碱性pH水平。反应温度为约25℃-70℃，且在一个例子中为约30℃-50℃。
反应仅仅需要进行充足的时间，以提供所需的抗α淀粉酶消化的程度，常规地需要约10分钟到24小时，且在一个例子中为约1-3小时。在一个实施方案中，将按淀粉的重量计约0.1-20％的硫酸钠和/或氯化钠加入到浆中。这些盐的出现适合于延缓反应过程中的凝胶形成，且通过增加淀粉颗粒吸附的碱来加速反应。
通过磷酸化交联淀粉以形成磷酸双淀粉酯，尽管单取代的磷酸基团也可以增加，且所述淀粉含有按重量计至少0.1％的磷残留物。在一个实施方案中，残留的磷按淀粉的重量计为至少约0.2％，在另一个实施方案中为至少约0.3％，且在另一个中为至少0.35％。在另一个实施方案中，残留的磷按淀粉的重量计为0.1-0.4％。磷酸化试剂选自STMP、STMP和STPP的混合物，且在一个实例中是STMP和STPP的混合物。在一个实施方案中，这样进行反应，从而优选交联而不是取代。
一般而言，当使用混合物时，所述组合物应该包括按重量计约1-20％的STMP，且在一个例子中为约5-16重量％的STMP，和约0.01-0.2重量％的STPP，且在一个例子中为约0.05-0.16重量％的STPP。STMP/STPP的混合物优选以基于淀粉的重量为约1-20重量％水平使用，且在一个例子中为约5-16重量％。STMP单独使用的时候，上述范围也是适用的。
用磷酰氯(POCl3)交联淀粉达到基本上相同的残留磷水平以及湿热处理，可以得到具有相似性质和功能的淀粉.
使用本领域公知的方法湿热处理淀粉，上述方法如在US 5,593,503中所述。可以改变热量和水分量以得到所需的特性和总饮食纤维的含量。在制备本发明的淀粉中，淀粉必须在特定的总水含量和确定的温度组合加工一段特定的时间，从而避免部分或全部淀粉胶凝化，从而使淀粉保持粒状结构。
湿热处理常规地通过如下方法进行，水合淀粉以达到含湿量为约10-80％，然后在65℃-160℃温度加热处理。特殊的含湿量和加热处理条件取决于所使用的淀粉的类型和加工，以及所需的总饮食纤维的量。在一个实施方案中，湿热处理使用动态加热进行，从而使得淀粉在加热过程中混合。动态加热可使用本领域公知的方法完成，包括使用常规混合或在提供混合的装置中进行，例如流化床反应器或混合器、水平机械混合器或加热混合器。
要进行加热处理的淀粉的总含湿量或水含量按重量计一般为约10-约80％，在一个实施方案中是约15％-约55％，且另一个实施方案中是约20％-约45％，且在另一个实施方案中是约20％-约35％，以上含量均基于干燥淀粉的重量。在一个实施方案中，湿度的相对水平在加热步骤的相当大部分过程中保持，且用本领域公知的方法如通过在一个密闭的容器中加热而完成。在另一个实施方案中，淀粉在加热过程中不加水(即除淀粉的含湿量之外，加热步骤过程中没有水出现)。在另一个实施方案中，水热处理过程中不控制含湿量(保持基本稳定)，从而导致一旦加工，处理的淀粉就具有低含湿量。
具有特定含湿量的淀粉一般在约65-160℃温度下加热，在一个实施方案中为约90-130℃，在另一个实施方案中为约90-120℃。最理想的温度可以根据淀粉的植物来源、加工的程度和含湿量而改变。淀粉加热的时间也根据淀粉的来源、其加工的程度、含湿量、加热温度以及所需的总饮食纤维的水平而改变。
一般而言，加热时间约0.25-24小时，且在一个实施方案中为约1-4小时。然而，可以使用更短的时间，这取决于进行加热处理的装置。在一个实施方案中，在非常短的时间30秒-15分钟内，在连续热交换器中，例如一般用于挤压烹调的预调节器中进行湿热处理。在另一个实施方案中，将交联的淀粉加入到谷物制剂，且例如在挤压前，以非常短的时间(30秒-15分钟)内在预调节器中进行湿热处理。
此外，本领域的技术人员应该认识到可以在谷粒上进行湿热处理，从而使得从所述谷粒提取的淀粉已经被湿热处理过了，且仅需进行交联，或是将交联淀粉用于制剂中，并在谷物制剂上进行湿热处理，例如在挤压前的预调节步骤中。
以上的时间、温度和湿度条件可进行改变，只要淀粉的粒状结构没有被破坏，且颗粒保持双折射，以至于当用偏振光观察时十字轮机构不被破坏。在一些条件下，例如高湿度和高温下，淀粉颗粒可能显得部分膨胀，但是结晶度没有被破坏。
可以用其他常规试剂和/或方法来对得到的淀粉进行改性，以影响其构造或功能特性，而不影响其总饮食纤维增强。在一个实施方案中，通过使用α-淀粉酶降解或酸处理从粒状抗性淀粉中除去残留的非晶区，以进一步增加总饮食纤维含量。
可以使用常规方法将得到的淀粉的pH调整到任何需要的范围，且在一个实施方案中，将pH调整到约6-8。可以洗涤得到的淀粉以除去至少一些可溶物(soluble)，且在一个实施方案中，除去基本上所有的可溶物。可溶物包括盐和低分子量淀粉产物，例如糖。
也可以使用常规方法干燥得到的淀粉，例如空气或带式干燥、或流化床干燥，以使得平衡湿度达到按水分重量计约10-约15％。可以使用其他的干燥方法，只要淀粉的粒状结构基本上不被破坏。
在一定条件下，本发明的磷酸化的、湿热处理的淀粉可以显示出所需的抗性淀粉含量的增加以及总饮食纤维含量的增加。
磷酸化的、湿热处理的淀粉的饮食纤维含量的增加的水平，会依赖于使用的加工条件以及使用的特定的基础淀粉而变化。和未改性的(天然)淀粉相比较，在一个实施方案中，该淀粉总饮食纤维的绝对增加至少有50％，在另一个实施方案中至少60％，在另一个实施方案中至少70％，在另一个实施方案至少80％。
磷酸化的、湿热处理的淀粉总饮食纤维含量，按淀粉的重量计，至少为70％，在一个实施方案中至少为80％，且在另一个实施方案中至少为90％。
得到的淀粉具有高加工抗性，表现为在高热、高压和/或高剪切下不会轻易损失其TDF含量，这使得本发明的淀粉可用于增加众多产品的TDF含量，在所述产品中高TDF淀粉不同样有功能。高的加工包括但不限于甑馏、乳化、匀浆、炸、高速混合、超高温加工(UHT)和挤压。在一个实施方案中，得到的淀粉在挤压过程中基本上保持其TDF含量，且在另一个实施方案中，得到的淀粉在高温(40℃以上)挤压过程中基本上保持其TDF含量。
可以使用本领域公知的任何适合的装置和方法参数进行食物制剂的挤压。由于存在有大量方法参数的组合，所以在本领域中已使用例如产物湿度、螺旋设计和速度、进料速度、机筒温度、模具设计、公式和长度/直径(L/D)比率、比机械能(Specific Mechanical Energy)(SME)和产物温度(PT)来描述挤压的方法参数窗口。在一个实施方案中，食物制剂所暴露的的SME不高于150Wh/kg，且PT不高于145℃，且在另一个实施方案中SME不高于125Wh/kg，且PT不高于115℃。
在加工(包括挤压)后，得到的食物组合物保持预加工的(例如预挤压的)干燥掺合制剂的至少50％(w/w)，在一个实施方案中至少60％，且在另一个中至少75％，且在另一个中预加工的干燥掺合制剂的至少85％(w/w)的总饮食纤维含量。对于高直链淀粉的淀粉，得到的食物组合物可以保持预加工的干燥掺合制剂的至少70％(w/w)，在一个实施方案中至少80％，在另一个中至少85％，且在另一个中预加工的干燥掺合制剂的至少95％(w/w)的总饮食纤维含量。
本发明的淀粉也可用于不暴露于苛刻(高)加工条件的食品中。该淀粉将有助于这种食品的总饮食纤维含量并降低其热含量。
一般的食品包括但不仅限于：早餐谷物，如方便食品、膨化或膨胀的谷物、薄片谷物和食用之前需先烹调的谷物；烘焙食物，例如面包、脆饼干、曲奇饼、蛋糕、英国松饼、小圆面包、酥皮糕点和其他基于谷粒的成分；面食；饮料；煎炸和涂抹食物；小吃；乳制品，例如布丁；以及发酵的乳制品，例如酸乳酪、干酪和酸奶油。挤压食物组合物包括但不限于曲奇饼、饼干和早餐谷物、小吃、面食和调味品以及动物食品和任何其他需要高纤维含量的挤压产品。
可在任何给定的食物中加入和使用的饮食纤维的量在很大程度上由从功能观点出发可耐受的量决定。换句话说，所使用的高TDF淀粉的量一般最高为对食物的器官感觉评价可接受的程度。在一个实施方案中，所使用的本发明的淀粉的量按食物的重量计为约2-50％，在另一个实施方案中，按食物的重量计为约10-25％。
在一个实施方案中，用得到的淀粉取代至少部分常规制剂中的纤维。在另一个实施方案中，用得到的淀粉取代至少部分常规制剂中的淀粉。可以将这种淀粉以和任何其他淀粉相同的形式加入到制剂中，且在一个实施方案中通过将淀粉直接混合到制剂中来加入，且在另一个实施方案中是以溶液或分散体的形式加入。
得到的食物组合物可以进行配制以获得所需的总饮食纤维含量。在一个实施方案中，按重量计，配制的该组合物中的总饮食纤维含量和相同的不含改性淀粉的组合物相比，增加了2-45％，且在另一个实施方案增加了3-25％。在另一个实施方案中，配制该组合物，从而该组合物的总饮食纤维含量至少比相同的不含改性淀粉的组合物多至少10％(w/w)，且在另一个实施方案中多至少20％(w/w)。
本发明的淀粉也可用于药品和营养产品，包括但不限于益生元和益生菌组合物、糖尿病食物和补充物、膳食食物、控制血糖反应的食物、以及片剂和其他药物剂量形式。
本发明使用改性淀粉制备的组合物可以包含至少一种适合消费的附加的成分，例如食物和/或药物成分，例如水。
本发明使用改性淀粉制备的组合物可以饲喂任何动物(由所述动物消化)，在一个实施方案中是哺乳动物，且在另一个实施方案是人。这样的组合物可以以和其他包含饮食纤维和/或抗性淀粉的食物组合物相同或相似的方式有益于动物健康，包括但不限于，减弱血糖和胰岛素反应、减少血浆甘油三酯和胆固醇、增加短链脂肪酸、充当益生元以增加益生菌细菌例如乳杆菌和双岐杆菌的增殖和/或活性、并增加微量营养物例如钙的吸收。
具体实施方式
提供以下实施方案用于进一步解释和说明本发明，且不应当视为以任何方式进行的限制。
1.一种组合物，其包括经过使用三偏磷酸钠或三偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合磷酸化，并且经过湿热处理的淀粉，其中所述磷酸化的、湿热处理的淀粉是粒状的，并且含有按重量计至少90％的总饮食纤维含量；以及适合消费的第二种成分。
2.实施方案1的组合物，其中所述淀粉是高直链淀粉的淀粉。
3.实施方案1的组合物，其中所述淀粉含有按淀粉的重量计0.1-0.4％残留的磷。
4.实施方案1的组合物，其中所述改性淀粉和未改性的淀粉相比，总饮食纤维含量绝对增加至少50％。
5.实施方案1的组合物，其中所述改性淀粉和未改性的淀粉相比，总饮食纤维含量绝对增加至少70％。
6.实施方案1的组合物，其中所述改性淀粉和未改性的淀粉相比，总饮食纤维含量绝对增加至少80％。
7.一种制备淀粉的方法，其包括：
a)在湿度和温度条件的组合下，将总含湿量按重量计基于淀粉干重约10％-约80％的淀粉在约65℃-约160℃的温度进行湿热处理，以得到湿热处理过的淀粉，该淀粉是粒状的，和
b)在保持在大于10.0的pH，使用三偏磷酸钠或三偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合交联湿热处理过的淀粉浆。
8.一种制备淀粉的方法，其包括：
a)在保持在大于10.0的pH，使用三偏磷酸钠或三偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合交联湿热处理过的淀粉浆，和
b)在湿度和温度条件的组合下，将总含湿量按重量计基于淀粉干重约10％-约80％的交联淀粉在约65℃-约160℃的温度进行湿热处理，以得到湿热处理过的淀粉，该淀粉是粒状的。
9.实施方案7或8的方法，此处的湿热处理为30秒-15分钟。
10.实施方案7或8的方法，其中所述湿热处理为0.25小时-24小时。
11.实施方案10的方法，其中所述湿热处理为1小时-4小时。
12.实施方案7或8的方法，其中所述湿热处理温度为90℃-130℃。
13.实施方案12的方法，其中所述湿热处理温度为90℃-120℃。
14.实施方案7或8的方法，其中所述淀粉含湿量为15％-55％。
15.实施方案14的方法，其中所述淀粉含湿量为20％-45％。
16.实施方案15的方法，其中所述淀粉含湿量为25％-35％。
17.实施方案7或8的方法，其中所述pH维持在大于10.5。
18.实施方案7或8的方法，其中所述湿热处理使用动态加热完成。
19.实施方案7或8的方法，进一步包括洗出至少一些可溶物。
20.实施方案7或8的方法，其中实施该步骤以产生总饮食纤维含量按重量计至少为70％的淀粉。
21.实施方案20的方法，其中实施该步骤以产生总饮食纤维含量按重量计至少为80％的淀粉。
22.实施方案20的方法，其中实施该步骤以产生总饮食纤维含量按重量计至少为90％的淀粉。
23.实施方案1的组合物，其中所述组合物已被挤压。
24.一种制备挤压的组合物的方法，其包括在不大于150Wh/kg的SME和不高于145℃的PT对制剂进行挤压，所述制剂包括使用三偏磷酸钠或三偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合磷酸化，并且经过湿热处理的淀粉，其中所述磷酸化的、湿热处理的淀粉是粒状的，并且含有按重量计至少90％的总饮食纤维含量，以及适合消费的第二种成分。
25.实施方案24的方法，其中在不高于125Wh/kg的SME和不高于119℃的PT进行挤压。
26.一种由实施方案24的方法制备的组合物，其中所述组合物总饮食纤维含量为制剂的至少50％。
27.实施方案26的组合物，其中所述组合物的总饮食纤维含量为制剂的至少60％。
28.实施方案27的组合物，其中所述组合物的总饮食纤维含量为制剂的至少75％
29.实施方案28的组合物，其中所述组合物的总饮食纤维含量为制剂的至少85％。
30.一种由实施方案24的方法制备的组合物，其中所述淀粉是高直链淀粉的淀粉，并且其中所述组合物的总饮食纤维含量为制剂的至少70％。
31.实施方案30的组合物，其中所述组合物的总饮食纤维含量为制剂的至少80％。
32.实施方案31的组合物，其中所述组合物的总饮食纤维含量为制剂的至少85％。
33.实施方案32的组合物，其中所述组合物的总饮食纤维含量为制剂的至少95％。
实施例
提供以下实施例用于进一步解释和说明本发明，且不应当视为以任何方式进行的限制。除非另外说明，所有给出的份和百分比都是按重量计，且所有的温度都是摄氏温度(℃)。
贯穿实施例都使用以下试验程序。
A.总饮食纤维测定
以下程序概述了测定总饮食纤维含量，其中使用
AOAC方法991.43(Journal of AOAC，Int.，1992，v.75，No.3，p.395-416)。
试验使用Megazyme AOAC 991.43 TDF方法kit，K-TDFR进行：
1.空白
每一次测定，随样品一起运行两个空白来测量任何试剂对残留物的贡献。
2.样品
a.精密称重一式两份1.000±0.005g样品，置于400ml高型烧杯中。
b.向每个烧杯中加入40ml 0.05M MES-TRIS掺合缓冲溶液(pH 8.2)。向每个烧杯放入磁性搅拌棒。在磁搅拌器上搅拌直到样品完全分散在溶液中。
3.与热稳定的α-淀粉酶的温育
a.加入50μl热稳定的α-淀粉酶溶液，同时低速搅拌。
b.用铝箔方块覆盖每个烧杯。
c.将覆盖的样品放置在摇动的95-100℃水浴中，并在连续搅拌下温育35分钟。一旦所有烧杯在热水浴中就开始计时。
4.冷却。
a.从热水浴中拿出所有样品烧杯，并冷却到60℃。
b.拿走箔覆盖物。
c.如果必要的的话，用刮铲刮掉烧杯周围的任何环状物和烧杯底部的凝胶。
d.用移液管用10ml蒸馏水冲洗烧杯侧壁和刮铲。
e.调整水浴温度到60℃。
5.与蛋白酶的温育
a.加入100μl蛋白酶溶液到每一样品。
b.用铝箔覆盖。
c.在60±1℃摇动的水浴中温育，同时连续搅拌30分钟。当水浴温度达到60℃时开始计时。
6.pH值调整
a.从摇动的水浴中取走样品烧杯。
b.拿开覆盖物。
c.向样品中分散5ml 0.561 N HCl溶液，同时在磁搅拌器上搅拌。
d.检查pH，其应该是4.1-4.8。如果必要的话，通过添加5％NaOH溶液或5％HCl溶液调整pH。
7.与淀粉葡糖苷酶的温育
a.加入200μl淀粉葡糖苷酶溶液，同时在磁搅拌器上搅拌。
b.放回铝箔覆盖物。
c.在60℃摇动的水浴中温育30分钟，同时持续搅拌。当水浴温度达到60℃开始计时。
8.用EtOH沉淀饮食纤维。
a.向每一样品加入225ml预热到60℃的95％EtOH。加热后测量体积。EtOH体积和样品的体积比应该是4∶1。
b.用大片的铝箔覆盖所有样品。
c.允许室温下形成沉淀60分钟。
9.过滤设置
a.称量含有C盐(Celite)的坩埚皮重精确到0.1mg。
b.用洗瓶里15ml 78％EtOH弄湿并重新分配坩埚里的C盐层。
c.抽吸坩埚以将C盐吸到多孔玻璃上作为平滑的垫子。
10.过滤
a.将来自步骤8的沉淀的酶消化物通过坩埚过滤到过滤瓶中。
b.用洗瓶用78％EtOH将所有剩余的颗粒转移到坩埚。
11.用15ml以下物质洗涤残留物两次：
a.78％EtOH.
b.95％EtOH
c.丙酮
12.在103℃烤箱过夜干燥含有残留物的坩埚。
13.在干燥器(dessicator)中冷却坩埚大约1小时。称量含有饮食纤维残留物和C盐的坩埚精确到0.1mg。为得到残留物重量，减去皮重，即干燥的坩埚和C盐的重量。
14.蛋白质和灰分测定。
来自每一类型纤维的一份残留物用于蛋白质分析，且一式两份的第二份残留物用于灰分分析。
a.用Kjeldahl方法(AACC 46-10)对残留物进行蛋白质分析。对所有情况使用6.25因数计算蛋白质克数。
b.对于灰分分析，在525℃下煅烧第二份残留物5小时，如AACC方法08-01所述。在干燥器中冷却并称重，精确到0.1mg。减去坩埚和C盐的重量以测定灰分。
根据下列公式计算总饮食纤维，且在干重基础上报道，除非另有说明。
TDF(％)＝[(R1-R2)/2-P-A-空白]/(m1+m2)/2×100
其中：
m1-样品重量1
m2-样品重量2
R1-来自m1的残留物重量
R2-来自m2的残留物重量
A-来自R1的灰分重量
P-来自R2的蛋白质重量
B.抗性淀粉分析
抗性淀粉含量使用如由Englyst等人(British Journal of Nutrition，1996，75，327-337；European Journal of Clinical Nutrition，1992，46，S33-S50)描述的模拟消化进行测定。
将食物研磨/切碎，就像咀嚼一样。筛选粉末淀粉样品到粒度为250微米或更小。根据其碳水化合物的含量测定分析所必需的样品重量。淀粉样品被认为主要由碳水化合物组成。测量样品以提供每样品500-600mg+0.1mg碳水化合物。称量所需量的样品并将其加入到样品管。将10ml溶解于HCl(0.05M)溶液中的胃蛋白酶(0.5％)、瓜耳胶(0.5％)加入到每一管中。
制备空白管和葡萄糖标准管。空白是20ml缓冲液，其含有0.25M乙酸钠和0.02％氯化钙。通过混合10ml乙酸钠缓冲液(如上所述)和10ml 50mg/ml葡萄糖溶液来制备葡萄糖标准。一式两份制备标准。
通过将12g猪胰酶制剂(Sigma P-7545)加入到85ml去离子水中，充分混合，然后于3000g离心10分钟来制备酶混合物。收集上清液，并加入40mg干燥的转化酶(Sigma I-4504)和1.0ml AMG E或AMG 300L(Novozymes)。
将样品管在37℃下预温育30分钟，然后从水浴中拿出，并加入10ml乙酸钠缓冲液和玻璃球/大理石(为的是在摇动过程中有助于物理破坏样品)。
于20-30秒的时间间隔将5ml酶混合物加入到样品、空白和标准。在37℃水浴中以大约180次/分钟水平摇动管。时间“零”表示首先向第一管添加酶混合物的时间。
20和120分钟后，从温育样品中取出0.5-ml等分试样(同样20-30秒时间间隔)，并将每一等分试样放置到独立的19ml 66％乙醇的管中(来停止反应)。1小时后，在微量离心管中以3000g离心所述等分试样10分钟。
使用葡萄糖氧化酶/过氧化物酶方法(Megazyme Glucose Assay Procedure-GLC9/96)测量每管中的葡萄糖浓度。将3ml GOPOD放置于培养管中，然后加入0.1ml样品等分试样，充分混合(光旋涡设置(light vortex setting))，然后在50℃下温育20分钟。使用紫外分光光度计测定温育的样品在510处的吸光度。这是比色方法。
通过计算相对于葡萄糖标准的葡萄糖浓度来测定淀粉的消化程度，其中使用的转化因数为0.9。抗性淀粉(RS)是总淀粉(TS)中在120分钟的(GR 120)时间点时还没有被消化的部分。百分比抗性淀粉的计算公式为RS(％db)＝TS-GR120×100，其中TS＝100，且GR120＝在120分钟内消化的TS的百分比。
C.直链淀粉分析
电位法测定直链淀粉含量
将大约0.5g淀粉(从1.0g研磨的谷粒得到的)样品在10ml浓氯化钙(按重量计约30％)中加热到95℃进行30分钟。冷却样品至室温，用5ml 2.5％的乙酸双氧铀溶液稀释，充分混合，并于2000rpm离心5分钟。过滤样品以得到澄清的溶液。使用1cm偏振室(polarimetric cell)，用偏振法测定淀粉的浓度。一份样品等分试样(通常5ml)直接用标准化的0.01N碘溶液滴定，同时使用铂电极和KCl参比电极记录电位。直接测量达到拐点所需要的碘的量作为结合的碘。直链淀粉的量计算方法为假定1.0克直链淀粉结合200毫克碘。
D.结合(残留)磷的分析
1.称取大约10.0克样品到夸脱罐中。加入600mL 5％EDTA(乙二胺四乙酸，钠盐)溶液，并使用磁搅拌器混合所述浆5分钟。
2.使用2升吸滤瓶、瓷漏斗和11cm Whatman#1滤纸过滤淀粉浆。在淀粉块破裂之前，将4份200mL的纯化水等分试样连续倒入淀粉块上。用盛有纯化水的洗瓶洗下瓷漏斗的壁。
3.从瓷漏斗取出1.00gm淀粉块，并放入125mL锥形瓶中(测定该样品的湿度)。向烧瓶中加入25mL 4N盐酸，以及3或4块沸石(boiling chip)。
4.将烧瓶放在热板上，并将其滚动煮沸，然后另外加热7分钟以完成样品的水解，偶尔进行回荡。在加热时间段期间用小表面皿覆盖烧瓶口以将蒸发保持在最低。7分钟后，从热板上拿走烧瓶，并使其冷却到室温。
5.将内容物定量转移到250mL容量瓶。使用纯化水洗涤几次，以用于将锥形瓶中的任何残留物冲洗到容量瓶中。然后将容量瓶里的溶液用蒸馏水稀释到容量标记、用塞子塞住、并摇晃，以得到均匀的混合物。
6.将大约10mL所述溶液吸入10mL一次性注射器。将13mm，0.2μmGelman离子色谱acrodisc针筒式滤器加到末端。通过过滤器将溶液直接转移到15mL一次性离心管中，然后将其加盖并贴标记。
7.然后用ICP-AE分光计分析收集的滤液，根据厂商的推荐对其进行标准化。
8.然后将结果转化为结合(残留)磷％，如下：
Figure A20071010160800191
实施例1-制备磷酸化的、湿热处理的淀粉
a.STMP/STPP磷酸化
量取2,500磅(1134kg)自来水到反应容器中，然后在搅动中加入100lbs(45.4kg)Na2SO4，并进行搅拌直到溶解。在充分搅动中，加入2,000lbs(907.2kg)高直链淀粉玉米淀粉(样品C)或马齿形玉米淀粉(样品D)。然后根据需要以4lbs/分钟(1.8kg/分钟)将3％NaOH加入到淀粉浆，以达到40ml碱度(46ml碱度需要约600lbs(272.2kg)NaOH)。搅拌混合物1小时，并记录pH(pH 11.6)。调整温度到108(42℃)。对于样品C，加入140lbs(63.5kg)99/1的STMP/STPP掺合物并反应17小时。在整个反应过程中监控并维持碱度。对于样品D，加入240lbs(108.9kg)99/1的STMP/STPP掺合物并反应17小时。记录最终的pH和温度(pH 11.4和108(42℃))。按照需要用3∶1 HCl将pH调整到5.5(pH 5.4使用75lbs的HCl(34kg))。洗涤淀粉，并在Merco离心机上离心，并进行急骤干燥。交联得到具有0.35％结合磷的高直链淀粉的淀粉(样品C)和具有0.39％结合磷的马齿形玉米淀粉(样品D)。
b.湿热处理
将高直链淀粉玉米淀粉使用批处理犁头混合器和干燥器进行水热处理(Model：300HP Prestovac反应器，Processall，Cincinnati，OH，美国生产)。采用以下条件。将高直链淀粉玉米淀粉室温下转移到反应器。将高直链淀粉玉米淀粉的含湿量调整到25-30％湿度(+/-1％)。把调整过湿度的高直链淀粉玉米淀粉加热到121℃(250)，并保持在这个温度120分钟。然后冷却水热处理的淀粉，并过U.S 40目筛。
c.制备交联的且湿热处理的淀粉，其最终的结合磷水平为0.35％或以上
如a)部分所述制备交联淀粉，其中具有以下例外。对于样品F中间体，使用200lbs(90.7kg)STMP/STPP混合物，其得到具有0.50％结合磷的高直链淀粉的淀粉。对于样品G中间体，使用260lbs(117.9kg)STMP/STPP混合物，其得到具有0.50％结合磷的马齿形玉米淀粉。使交联淀粉经受如b部分所述的方法水热处理。水热处理后，高直链淀粉的淀粉具有0.38％结合磷(样品F)，且马齿形玉米淀粉具有0.35％结合磷(样品G)。
d.制备湿热处理和交联的淀粉
通过如b部分所述的方法水热处理高直链淀粉的淀粉(样品E中间体)。然后使用a部分所述的方法交联水热处理的高直链淀粉的淀粉。水热处理并交联的高直链淀粉的淀粉具有0.38％结合磷(样品E)。
e.制备湿热处理的且交联的淀粉，其最终的结合磷水平为0.26和0.27％
如a)部分所述制备样品。交联得到具有0.35％结合磷的高直链淀粉的淀粉(样品H中间体)，和具有0.39％结合磷的马齿形玉米淀粉(样品J中间体)，如b部分所述水热处理样品。水热处理后，高直链淀粉的淀粉具有0.26％结合磷(样品H)，且马齿形玉米淀粉具有0.27％结合磷(样品J)。
表1.样品说明
    样品号 样品说明   结合磷水平(％)  TDF(％)
    A 高直链淀粉的淀粉   0.06  18
B 水热处理的高直链淀粉的淀粉 0.06 64
C 交联的高直链淀粉的淀粉 0.35 90
    D 交联的马齿形玉米淀粉   0.39  85
E 水热处理且交联的高直链淀粉的淀粉 0.38 97
F 交联且水热处理的高直链淀粉的淀粉 0.38 98
G 交联且水热处理的马齿形玉米淀粉 0.35 86
H 交联且水热处理的高直链淀粉的淀粉 0.26 92
J 交联且水热处理的马齿形玉米淀粉 0.27 74
实施例2-挤压磷酸化的、湿热处理的淀粉
使用型号TX 57的三机筒Wenger双螺杆压出机，进行挤压加工以制备膨胀的早餐谷物。根据表2列出的配方制备成分的干燥掺合物。用实验样品替换配方里的去胚玉米面粉，以得到每30g份谷物中5g纤维(17％)，其符合以湿基础(wb)对成分计算的‘高纤维源’标签要求。
表2.膨胀的早餐谷物对照配方.
       成分    使用水平(％wb)
    去胚玉米面粉     42
    硬的冬小麦面粉     30
    全燕麦面粉     20
    糖     6
    盐     2
表3
个体样品的去胚玉米面粉(DCF)代替水平
   样品号   配方里的样品(％wb)  配方里的DCF(％wb)
    A     42     0
    B     30     12
    C     21     21
    D     23     19
    E     20     22
    F     20     22
    G     22     20
    H     21     21
    J     26     16
将干燥材料在螺条混合机，Wenger Manufacturing，Inc.，型号No.61001-000中掺合30分钟，加料到进料斗中，无需预调节即进行挤压。进料速度为100-105kg/小时。水流到压出机的速度是6.0-6.5kg/小时。对于所有样品的螺杆速度保持恒定且为400rpm。压出机电动机负荷(转矩)是40％+/-5。对于所使用的三机筒压出机设计，机筒温度谱(profile)设置为50℃、80℃和92℃，并维持在四度的范围内。根据下述公式计算比机械能(SME)，以作为输入到该方法的机械剪切的指示。
选择的挤压条件概括在表3。将膨胀的样品由压出机送到干燥器。干燥器温度在第一区设置为130℃，且在第二和第三区设置为30℃。总保留时间为大约8分钟，且最终的产物湿度为2-3％。在干燥器的出口，产品被收集到排列好的盒子里并进行包装，以使大气水分获取最小。
干燥掺合物和终产物的TDF使用AOAC 991.43方法测定。根据以下公式计算TDF保留：
TDF保留(％)＝(TDF样品×100)/TDF干燥掺合物
挤压后成分TDF(TDPPEI)根据以下公式计算：
TDFPEI＝(TDF成分×TDF保留)/100
表4.膨胀的早餐谷物实际加工条件
  样品号                      方法
 压出机中的湿度(％)   产物温度(℃)  SME(Wh/kg)
  对照   16.0     124     126
  A   16.0     118     133
  B   16.0     136     125
  C   15.9     140     150
  D   16.2     135     142
  E   16.0     144     140
  F   15.9     131     132
  G   16.1     133     136
  H   16.1     132     139
  J   16.2     128     144
表5.挤压的谷物的性质
   样品号 TDF保留(％) 挤压后成分TDF(％db)   密度(kg/m3)
    对照     NA*     NA*     98
    A     53     10     89
    B     27     17     86
    C     55     50     112
    D     63     54     112
    E     86     84     99
    F     86     85     91
    G     81     70     86
    H     77     71     112
    J     55     41     107
*NA-不适用
实施例3-比较
将本发明要求保护的方法同Sang和Seib(Carbohydrate Polymers 63：167-175(2006))使用认为最好的条件(10％STMP/STPP和45％湿度)的方法进行比较。
将500g(干燥基础)高直链淀粉的淀粉(含有至少70％直链淀粉)加入到700ml含有25gm Na2SO4和50.0g(10％)99∶1的STMP/STPP掺合物的水中。用4％NaOH溶液调整pH到11.5，并搅拌1小时。将其分成10等份(按重量)，并以在金属盘上的薄层放置在40℃的强制空气烤箱中充分的时间，以将湿度降低到45％。
将45％湿度的样品放置到夸脱玻璃罐中，密封，并于110℃加热4小时。将淀粉在室温下冷却至室温(25℃)，然后分散到100mL蒸馏水中，并记录pH。用1M HCl调整pH到6.5，过滤，并用7份150mL份的蒸馏水洗涤。在40℃干燥淀粉，并分析TDF和结合磷。
得到的Seib淀粉具有11％的水分、79％的总饮食纤维(干燥基础)和0.29％结合磷。因此，尽管Seib样品使用相对于实施例1样品H的7％而言更高水平的10％的STMP/STPP掺合物来制备，但得到的淀粉提供了比根据本发明制备的样品低很多的TDF。
实施例4-比较
将本发明同Sang和Seib(Carbohydrate Polymers 63：167-175(2006))，使用较低水平的STMP/STPP(7％)的方法进行比较，其相当于用于制备本发明产品的STMP/STPP水平。将500g(干燥基础)高直链淀粉的淀粉(含有至少70％直链淀粉)加入到700ml含有25gm Na2SO4和30或35g(7％)99∶1的STMP/STPP掺合物的水中。用4％NaOH溶液调整pH到11.5，并搅拌1小时。然后将所述浆以在金属盘上的薄层放置在40℃强制空气烤箱中充分的时间，以将湿度降低到45％。
将该样品放置到夸脱玻璃罐中，密封，并于110℃加热4小时。将淀粉在室温下冷却至室温(25℃)，然后分散到100mL蒸馏水中，并记录pH。使用1MHCl调整pH到6.5，过滤，并用7份150mL份的蒸馏水洗涤。在40℃干燥淀粉，并分析TDF。
样品最终的TDF是72％，其远远低于本发明得到的TDF(见实施例1，样品H)。
在以下权利要求中所使用的“包括(comprises)”或“包括(comprising)”意味着包括以下要素，但不排除其他要素，且是开放的。

Claims (33)

1.一种组合物，其包括经过使用三偏磷酸钠或三偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合磷酸化，并且经过湿热处理的淀粉，其中所述磷酸化的、湿热处理的淀粉是粒状的，并且含有按重量计至少90％的总饮食纤维含量；以及适合消费的第二种成分。
2.权利要求1的组合物，其中所述淀粉是高直链淀粉的淀粉。
3.权利要求1或2的组合物，其中所述淀粉含有按淀粉的重量计0.1-0.4％残留的磷。
4.权利要求1-3中任一项的组合物，其中所述改性淀粉和未改性的淀粉相比，总饮食纤维含量绝对增加至少50％。
5.权利要求4的组合物，其中所述改性淀粉和未改性的淀粉相比，总饮食纤维含量绝对增加至少70％。
6.权利要求5的组合物，其中所述改性淀粉和未改性的淀粉相比，总饮食纤维含量绝对增加至少80％。
7.一种制备淀粉的方法，其包括：
a)在湿度和温度条件的组合下，将总含湿量按重量计基于淀粉干重约10％-约80％的淀粉在约65℃-约160℃的温度进行湿热处理，以得到湿热处理过的淀粉，该淀粉是粒状的，和
b)在保持在大于10.0的pH，使用三偏磷酸钠或三偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合交联湿热处理过的淀粉浆。
8.一种制备淀粉的方法，其包括：
a)在保持在大于10.0的pH，使用三偏磷酸钠或三偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合交联湿热处理过的淀粉浆，和
b)在湿度和温度条件的组合下，将总含湿量按重量计基于淀粉干重约10％-约80％的交联淀粉在约65℃-约160℃的温度进行湿热处理，以得到湿热处理过的淀粉，该淀粉是粒状的。
9.权利要求7或8的方法，此处的湿热处理为30秒-15分钟。
10.权利要求7-9中任一项的方法，其中所述湿热处理为0.25小时-24小时。
11.权利要求10的方法，其中所述湿热处理为1小时-4小时。
12.权利要求7-11中任一项的方法，其中所述湿热处理温度为90℃-130℃。
13.权利要求12的方法，其中所述湿热处理温度为90℃-120℃。
14.权利要求7-13中任一项的方法，其中所述淀粉含湿量为15％-55％。
15.权利要求14的方法，其中所述淀粉含湿量为20％-45％。
16.权利要求15的方法，其中所述淀粉含湿量为25％-35％。
17.权利要求7-16中任一项的方法，其中所述pH维持在大于10.5。
18.权利要求7-17中任一项的方法，其中所述湿热处理使用动态加热完成。
19.权利要求7-19中任一项的方法，进一步包括洗出至少一些可溶物。
20.权利要求7-19中任一项的方法，其中实施该步骤以产生总饮食纤维含量按重量计至少为70％的淀粉。
21.权利要求20的方法，其中实施该步骤以产生总饮食纤维含量按重量计至少为80％的淀粉。
22.权利要求21的方法，其中实施该步骤以产生总饮食纤维含量按重量计至少为90％的淀粉。
23.权利要求1-6中任一项的组合物，其中所述组合物已被挤压。
24.一种制备挤压的组合物的方法，其包括在不大于150Wh/kg的SME和不高于145℃的PT对制剂进行挤压，所述制剂包括使用三偏磷酸钠或三偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合磷酸化，并且经过湿热处理的淀粉，其中所述磷酸化的、湿热处理的淀粉是粒状的，并且含有按重量计至少90％的总饮食纤维含量，以及适合消费的第二种成分。
25.权利要求24的方法，其中在不高于125Wh/kg的SME和不高于119℃的PT进行挤压。
26.一种由权利要求24或25的方法制备的组合物，其中所述组合物总饮食纤维含量为制剂的至少50％。
27.权利要求26的组合物，其中所述组合物的总饮食纤维含量为制剂的至少60％。
28.权利要求27的组合物，其中所述组合物的总饮食纤维含量为制剂的至少75％。
29.权利要求28的组合物，其中所述组合物的总饮食纤维含量为制剂的至少85％。
30.一种由权利要求24或25的方法制备的组合物，其中所述淀粉是高直链淀粉的淀粉，并且其中所述组合物的总饮食纤维含量为制剂的至少70％。
31.权利要求30的组合物，其中所述组合物的总饮食纤维含量为制剂的至少80％。
32.权利要求31的组合物，其中所述组合物的总饮食纤维含量为制剂的至少85％。
33.权利要求32的组合物，其中所述组合物的总饮食纤维含量为制剂的至少95％。
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