CN101247733A - 食品产品及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

提供一种具有控制能量释放特性的含淀粉食品产品，其中至少25％重量份的淀粉包含在完整植物细胞中。

Description

食品产品及其制备工艺

技术领域

本发明涉及食品产品。更具体地，其涉及一种包含具有控制或延迟能量释放特性的淀粉食品产品及其制备工艺。

背景技术

根据世界卫生组织推荐，维持健康的最佳膳食包括至少55％的总计能量来自各种碳水化合物源。高淀粉含量的谷物提供了世界上碳水化合物的主要来源，许多其它食品产品包含淀粉，如面包，面糊，和土豆。

淀粉是一种葡萄糖均聚物。它主要由直链淀粉分子和高支链淀粉分子组成。淀粉可以在肠道内迅速地转化成葡萄糖。然后葡萄糖进入血流向身体提供能量。在人类中，淀粉降解是通过唾液中的α-淀粉酶的作用开始的，剩余淀粉分子的消化是通过胰腺的α-淀粉酶的作用而继续的。通常，胰腺淀粉酶对于消化更重要，因为食物通常不会在嘴里停留足够长的时间以使唾液酶将其彻底消化。通过人α-淀粉酶淀粉消化的主要产品是二糖或寡糖。这些产品的最终水解是通过细胞刷状缘中的寡糖降解酶、淀粉葡萄糖苷酶(amyloglucosidase)(葡聚糖1，4-α-葡萄糖苷酶)和异麦芽糖酶(寡1，6-葡萄糖苷酶)实现的。

然而，导致高血糖反应(血糖)的食品产品的高量吸收对2型糖尿病和心血管疾病有不利的影响日益突出。导致低血糖反应的饮食表现出在处理新陈代谢综合症和高脂蛋白血中是有用的。胆固醇水平降低也已经是健康主题所关注，并且也是纤溶活性提高的指标。

正餐后葡萄糖曲线图中的差异也可能对于过饱和维持体重有生理学的显著性。无论如何，关于血糖特征相关的饱足量数据都不一致。

目前很少有关于正餐后血糖水平对认知功能和精神表现的潜在影响的信息。有一些研究对葡萄糖有效性与情绪和/或精神功能的改变(“能量”、“机敏”“注意力”、“减少过敏性”、“减少疲劳”、“体力”)之间的关系作支持。最佳血糖曲线已经被确定。

“能量”的概念广泛地应用于食品工业。然而，大多数“能量”要求都没有学术的证明，并且基础技术都是相当普通的。更进一步地，该概念对谷物和饼干限制非常多。对于水含量较高并且生产工艺中要加热的其他申请，这个方法将不起作用。例如，当将淀粉颗粒在水中加热，发生胶凝作用，致使淀粉分子充分地容易与消化酶接近，产生可迅速消化的淀粉。依靠这种工艺，部分淀粉可能也转化成没有营养价值的不可吸收淀粉。

因此，本发明的一个目标是提供含有一种淀粉的食品产品，该食品产品具有控制的能量释放特性并且可以克服以上提到的一种或多种缺陷(draw-backs)。令人惊奇的是，目前已经发现以上提到的目标都可以通过根据本发明的含淀粉的食品产品实现，其中至少25％，优选至少40％，更优选至少60％重量份的淀粉包含在完整的植物细胞中。

根据本发明，将自然植物细胞屏障(即，植物细胞壁)用于延缓植物细胞内淀粉的水解。特别是完整豌豆细胞和香蕉细胞，加热后也是如此，显示出很好的控制能量释放的特性。

发明概述

根据第一方面，本发明提供一种含有淀粉的食品产品，其具有控制能量释放特性，其中至少25％重量份的淀粉包含在完整植物细胞中。

根据第二方面，提供一种用于制备该食品产品的工艺。

发明详述

本发明涉及一种含有淀粉的食品产品。这里的“淀粉”，表示任何葡萄糖的均聚物，包括自然产生的淀粉共轭形式，如磷酸化淀粉。自然产生的淀粉包含直链淀粉分子和高支链淀粉分子。

本发明的食品产品具有“控制”能量释放特性。现在有多种方法显现和量化食品的血糖影响。血糖指数(GI)概念已经被引入，从而能够基于食品的血糖影响进行比较。其提供一个对正餐后两小时碳水化合物的葡萄糖反应的标准比较，其中碳水化合物为白面包或葡萄糖。

避免引起即刻高血糖水平的产品将帮助获得一个较低葡萄糖反应，但也可以通过“缓慢的”碳水化合物来实现。在这方面，现在说明一种快速可利用碳水化合物(RAC)或缓慢可利用碳水化合物(SAC)或，特别用于淀粉和其消化的，快速可消化淀粉(RDS)，缓慢可消化淀粉(SDS)，和抗消化性淀粉(RS)。快速可消化淀粉是一种水解快速的淀粉，其导致只保持一段很短的时间的高血糖含量。SDS定义为一种可能在小肠内完全消化，但速度较慢，导致保持较长时间的较低血糖水平的淀粉。

抗消化性淀粉是淀粉和淀粉降解产物的总和，其在健康人的小肠中不吸收。因此，RS能到达结肠被那里的微生物发酵并且能起到维护人类消化健康的作用。

正餐后葡萄糖行程的决定性因素是众多的，包括吸收的碳水化合物的数量和种类，胃排空的速度，腔内(intraluminal)碳水化合物的消化速度和肠内葡萄糖的吸收速度，肠-胰腺的激素反应，和特定的吸收后(postabsorption)的新陈代谢改变。对于这些工艺，胃排空和消化/吸收的速度是最重要的之一。消化的速度是含淀粉食品的血糖的主要决定因素。对饮食淀粉的血糖反应的不同直接关系到淀粉消化的速度。

如上述指出的，缓慢可利用葡萄糖(SAG)可能在小肠中被完全吸收。但速度较慢，导致较低血糖水平保持较长的时间。另一方面，快速可利用葡萄糖(RAG)是快速被水解的碳水化合物，导致仅仅保持相对短时间的高血糖浓度。

Englyst等(Englyst KN，Englyst HN，Hudson GJ，Cole TJ，Cummings JH.Rapidlyavailable glucose in foods：an in vitro measurement that reflects the glycaemicresponse.American Journal of Clinical Nutrition(1999)69：448-54.)采用一种与在体外时葡萄糖曲线有显著相关性的体外测试。RAG和SAG的体外测试测量可以预知人类研究中测量的血糖反应。Englyst等，将体外测试情况中的RAG定义为20分钟后水解成葡萄糖的碳水化合物的数量(称为G20)。还有120分钟后测量的水解数量(称为G120)。在这120分钟内水解的数量被认为可用于在小肠中的吸收。任何在120分钟后水解的物质被认为对于吸收是不可利用并且是抗消化的。20分钟到120分钟间水解的碳水化合物的数量(即G120-G20)被定义为SAG。在理想的情况下一种碳水化合物具有很低的G20和很高的G120，导致G20-G120间很大的不同。然而，工业中有许多为了制造特定的缓慢可消化致使产品(部分地)具有抗消化性的努力。如一种想保持G120接近可能的理论最大值(即100％理论可利用碳水化合物总量)。

本发明中，定义“控制能量释放”为通过体外测试水解(曲线)体现的碳水化合物的释放，其中G120-G20远高于一个含有相同数量可利用碳水化合物下的适宜的控制，当G120尽可能高的时候，即意味着至少50，65，80或甚至90％的理论最大值。

通过改变相对数量并通过快速结合可消化碳水化合物(即淀粉)和具有以上提到的特性的碳水化合物，食品产品中能量的释放特性可以得到控制。

根据本发明，自然植物分子细胞屏障(即植物细胞壁)可以用来控制植物细胞中淀粉的水解。在下表1中，已经给出一些植物细胞例子，在发育期某些阶段这些植物细胞含有充足数量的淀粉，即至少约5％重量，因此它们可以被用于本发明。

表1

根/茎：
	木薯(Manihot esculenta)
马铃薯(Solanum tuberosum)
	欧洲防风根(pastinaca sativa)
山药(薯蓣属)
	箭叶黄体草(芋类)
	种子：
(a)谷物
	玉米(玉蜀黍属)
硬质小麦(小麦属植物硬质小麦)
	硬白麦(小麦)
荞麦(fagopyrum esculentum moench)
	燕麦(avena sativa)
菰米(菰属)
	糙米(Oryza sativa L.)
	(b)坚果
巴西坚果(bertholletia excelsa)
	中国栗子(casteanea mollissima)
腰果(anacardium occidentale)

日本栗子(casteanea crenanta)
	灰胡桃(juglans cinerea)
银杏果(ginkgo biloba)
	开心果(pistacia vera)
橡树果(quercus spp)
	山毛榉坚果(fagus spp)
	(c)豆类
利马豆(phaseolus lunatus)
	黑/四季豆(phaseolus vulgaris)
斑豆(phaseolus vulgaris)
	白豆(phaseolus vulgaris)
黄豆(phaseolus vulgaris)
	蚕豆(vibia faba)
四菱豆(Psophocarpus tetragonolobus)
	扁豆(Dolichos purpureus)
鹰嘴豆(Cicer arietinum)
	西印度豆薯(Pachyrhizus spp.)
豇豆(Vigna unguiculata)
	豇豆(Vigna unguiculata cylindrica)
小扁豆(lens culinaris)
	裙带豆(Vigna unguiculata sesquipedalis)
绿豆(vigna radiata)
	硬再生毛豆(vigna mungo)
大豆(glycine max)
	青豆(Pisum sativum)
	果实：
香蕉(Musa paradisiacal)

车前草(musa X paradisiacal)
	(未成熟)枣椰子(Phoenix dactylifera)
(未成熟)榴莲果(Durio zibethinus)
	(未成熟)芒果(Mangifera indica)
(未成熟)无花果(Ficus carica)

本发明中发现的特别优选使用的两种细胞，名称为豌豆细胞和香蕉细胞。

完整植物细胞或完整植物细胞的集合可以通过一种工艺从整个植物或部分植物制得，此工艺中，细胞粘连物被减少，形成这种个体细胞或细胞的小集合。植物细胞的集合是小团或植物细胞的簇，直径可能从大约200um直至5mm。

制备完整植物细胞的工艺通常包括浸泡步骤或均质化步骤、加热步骤和筛分步骤，任选地继之以喷雾干燥步骤。通过预浸泡用于减少细胞粘连的适当的含水介质包括：

1、0.1M，0.5M和1M EDTA溶液，

2、0.04，0.05，0.08和0.2gNaHCO₃/g溶液

3、水，Na₂CO₃溶液

4、0.05-0.5M柠檬酸盐

5、0.50-0.5M磷酸盐

可能导致细胞分离的其他介质是适合的酶，如，果胶酶、果胶酸盐和果胶裂解酶。

浸泡几个小时后，例如过夜，细胞可以通过50到75℃的温和加热高达90分钟后分离。然后，植物材料(冷或热)通过孔径等于或大于下列所示多个筛来连续过筛：

1、5mm

2、2mm

3、1mm

4、500μm

5、250μm筛

根据特定簇和集合的分离细胞的需要，可以使用一组合适的筛子。最大细胞分离可以通过使用最低孔径筛实现。一个最大程度的细胞分离度减少了在消费时在食品产品中发现完整植物细胞的可能性。

针对本发明的目的，悬浮液中植物细胞的完整性可以通过以下两种方法量化：

(a)采用血球计：血球计可以用于量化产生的单个完整细胞的最大数。一个血球计由具有一个腔的载玻片组成，用于计数给定体积内的细胞。该腔包含一个规定区域并且通过光学显微镜的帮助进行视觉计数。单个细胞材料通过被稀释到0.056g材料/ml转换成悬浮液。添加一滴细胞悬浮液到血球计玻片中心。通过添加1至4mg/ml的果阿胶使细胞散布保持同源。将每个主要正方形内的细胞数量计数。计算每个体积内细胞数量；已知血球计玻片的深度是1mm并且血球计的一个主要正方形相当于1mm²。使用具有一个JVC KY55相机的一个莱卡DMRB(Das Mikroskop Researh Biologisch)光学显微镜用于获得图像。从豌豆细胞获得的一些典型值在以下表2中显示。

表2

对应每个处理条件的细胞计数。所有的都连续地通过1mm，450μm和250μm筛进行筛分。

浸泡条件	温度——时间	细胞计数(细胞/mm3)
			过夜，0.056g NaHCO3/ml溶液	50℃，90分钟	12
过夜，0.05g NaHCO3/ml溶液	60℃，90分钟	31
			过夜，0.05g NaHCO3/ml溶液	70℃，15分钟	27
过夜，0.05g NaHCO3/ml溶液	70℃，90分钟	50

(b)湿筛：湿筛可以用于获得完整细胞(单个或集团)的百分比与破碎细胞和自由淀粉的百分比的比较概况。在完整细胞(单个或集团)产生之后，将一个给定的数量(比如，50g)悬浮在一个给定数量的水中。悬浮液通过一系列筛。具有较低孔径的筛是基于细胞分离的商品的细胞直径来选择的。对于豌豆细胞的情况下，采用一系列具有小于或等于5mm，2mm，500μm，250μm，200μm和100μm孔径的筛。收集保留在100μm筛上的样品并在3500g离心分离3分钟。收集沉淀物并测量重量。沉淀物的重量通过其与植物材料的初始重量的百分比表达。

包含在完整植物细胞中的淀粉％(或单个细胞或集团)可以用以下方法计算。

收集一些植物材料并分析其淀粉含量(TS)。将一些植物材料糊与水混合。按照以上湿筛部分描述进行湿筛，收集完整细胞的碎片(单个或集团)并分析其淀粉含量。这将提供完整细胞淀粉(ICS)的数量，该淀粉量将导致葡萄糖的缓慢释放。基于测量的ICS和TS值计算完整细胞中保留的淀粉百分比。

可以在水相溶液中储存完整植物细胞，但优选将其喷雾干燥以获得干粉。这种干粉可以方便地用于全部含淀粉食品产品的制备中。

根据本发明的含淀粉食品产品的一些实施例(但不限于此)是：饮品/饮料，膳食替代产品如饮品、棒、粉末、汤、干汤/粉状浓缩汤、(脂肪)涂覆品、调味品、(整体)谷物粗粉、餐后甜点、酱汁、运动饮料、果汁、点心、现成食品、预包装食品产品、冰淇淋和干粉产品。特别优选(干)汤。

含淀粉食品产品可以通过将含淀粉植物细胞，以干形式或水相悬浮液的形式，混合其他食品产品来制备。

含淀粉食品产品可以任选进一步包括传统成分，如蛋白质、脂肪、盐、风味物质、着色剂、乳化剂、防腐剂、酸味剂等。

本发明可以通过以下非限定性实施例进一步举例说明。在附图中：

附图1显示了豌豆细胞的葡萄糖释放曲线和根据标准葡萄糖测试粉碎豌豆细胞。悬浮液在100℃进行40分钟的预测试处理(Megazyme D-Glucose HK AssayKit)。

附图2显示了粉碎豌豆细胞的葡萄糖释放曲线和基于标准葡萄糖测试的作用上，相同的总可水解碳水化合物的量中应用的蓝锆石豌豆淀粉。将悬浮液在100℃预测试处理40分钟。(Enzytec HK Assay Kit)

附图3显示了麦芽糖浓度(g/L)，该浓度是基于DNSA处理的香蕉细胞样品在540nm的吸收。

酶促淀粉水解

基于Bernfeld的α-淀粉酶

(Bernfeld，P.，1955，Amylases，αand β，Methods in Enzymology，vol.1，Academic Press，NY，149-158)。在0.02M，pH6.9的磷酸盐缓冲液中制备包含0.067M NaCl的1％的淀粉悬浮液。在一些情况下，在800W的微波炉内加热悬浮液大约1分钟。在0.9％的NaCl中制备1％的生物焙烤α-淀粉酶溶液。将淀粉样品一个一个地与酶溶液混合，混合物在37℃、+/-100rpm的振荡培养箱(Innova 4080)中培养。在不同的时间间隔取出样品并通过以下描述的比色测试分析淀粉的降解。用磷酸盐缓冲剂和变性酶溶液制备空白样品。

基于Englyst法的α-淀粉酶或胰酶和淀粉葡萄糖苷酶

(Englyst，K.N.，Englyst，H.N.，Hudson，G.J.，Cole，T.J.，Cummings，J.H，1999，Rapidly available glucose in foods：an in vitro measurement that reflects the glycaemicresponse，American journal of clinical nutrition 69，448-454)。

对于10至20ml的淀粉样品，添加从0.5％至2％(w/v)淀粉和2.5或5ml酶溶液。在0.1M、pH5.2、其中含有0.004M的CaCl₂的醋酸钠缓冲剂中制备淀粉样品(Englyst等，1999)。当淀粉加热到适宜凝胶作用发生时，淀粉悬浮液在100℃水浴(Lauda)中加热5-60分钟，然后冷却到室温。

用于淀粉样品培养的酶溶液包含以下任一：

1、3375单位/ml的α-淀粉酶和16单位/ml淀粉葡萄糖苷酶

2、3375单位/ml的胰酶，和16单位/ml淀粉葡萄糖苷酶

所有酶溶液都在水中制备。当胰酶作为酶溶液时，将18克胰液素溶解在120ml水中并通过搅动使其悬浮。在1500g离心15分钟后，将90ml的上层清液与10ml水混合。将淀粉葡萄糖苷酶加入到该溶液中。培养是在37℃、100-160rpm的振荡培养箱或振动水浴(Grant)中进行的。在不同的时间间隔、但始终在培养20到120分钟之后后取出样品。

通过比色测试测量还原性末端基团或葡萄糖浓度的量化分析从两种培养方法获得样品的淀粉降解。

酸总淀粉水解

淀粉悬浮在0.5ml水中，酸性条件下(添加0.5ml 2M HCl)在99℃2小时内水解，以获得总淀粉水解。冷却后添加0.5ml 2M NaOH中和样品。水解淀粉的数量取决于通过比色测试或酶测试任一的葡萄糖的量化。

水解淀粉的量化

(a)比色的

用一种Bernfeld(1955)描述的方法测量还原性末端基团。将10g的3，5-二硝基水杨酸(DNSA)溶解在200ml 2M的NaCl和500mlH₂O中。搅拌和加热悬浮液到60℃促进溶解。然后，添加300g罗谢尔盐(酒石酸钠钾四水合物)，并用水调节该溶液至1000ml。该DNSA溶液避光室温保存。添加500ul待分析的样品到500ul的DNSA溶液中，在热敏搅拌器(Eppendorf thermonixer comfort)中100℃下加热大约5分钟。然后，含有混合物的管子用流动自来水或在冰上冷却。用H₂O将溶液适当稀释，在540nm(Shimadzu)测量吸光率。在0.02M、pH6.9的、包含0.067M的NaCl磷酸盐缓冲液中制备标准浓度(范围为0-5mg/ml)的麦芽糖。根据测量的吸光率计算麦芽糖的浓度。

(b)酶的葡萄糖测试

用一种酶盒法(Megazymec D-Glucose HK Assay Kit，available from Enzytec)测量样品的葡萄糖浓度，该方法基于以下原理：

该反应在3ml的塑料试管中进行。向含有大约80mgNADP和190mgATP的1ml的pH7.6的三羟乙基胺(TEA)缓冲液中加入100μl样品或标准葡萄糖溶液，接下来加入1.9mlH₂O。向空白溶液中加入2mlH₂O。大约3分钟后搅拌溶液，在340nm用水对照测量吸光度。然后，将20μl己糖激酶/葡萄糖-6-磷酸盐脱氢酶(200U/100U)的硫酸铵悬浮液添加到溶液中并混合。10-15分钟后再次测量吸光度，2分钟后重复测量以核对反应是否已经停止。用以下公式计算样品的葡萄糖浓度：

c＝(V×Mw×ΔA)/(ε×d×v×1000)[g glucose/l样品溶液]

c＝(3.020×180.16×ΔA)/(6.3×1×0.1×1000)＝0.8636×ΔA[g glucose/l样品溶液]

实施例1-豌豆细胞

将细胞与购买于当地市场的干的绿皮豌豆分离开。通过整夜浸泡在0.2g/ml的NaHCO₃中，使细胞间的相互影响弱化，接下来于70℃加热处理90分钟。通过3个连续地筛分步骤(分别为1mm，0.5mm和0.25mm)将细胞物理分离。筛分步骤后喷雾干燥(LabPlant，SDS20)豌豆细胞并以粉末形式储存以用于细胞屏障特性的评估中。为了评估细胞屏障特性的影响，将淀粉水解测试应用到完整细胞粉末和物理粉碎细胞粉末上。物理粉碎细胞粉末是经过一个0.075mm筛筛分过的干豌豆细胞制备的。经过该筛的材料用研钵和杵粉碎成粉碎的豌豆粉末。在酶测试之前，在100℃加热处理完整的和粉碎的细胞粉末40分钟。将完整的和粉碎的细胞粉末用胰酶和淀粉水解酶(基于Englyst)进行水解测试，用酶促葡萄糖测试量化葡萄糖含量。水解测试中完整的和粉碎的细胞粉末的样品数量是基于由总淀粉水解测试测定的相等的淀粉数量。图1中给出了结果。很明显，与粉碎细胞相比完整豌豆细胞给出了一个明显较慢的淀粉水解，其显示出控制能量释放可以通过完整豌豆细胞的方法获得。

粉碎细胞的水解模式也与商业上的可利用豌豆淀粉进行了比较。图2显示的这些水解模式接近相同，显示出细胞的完整对于控制能量释放很重要。更进一步的，比较粉碎豌豆细胞和煮熟的玉米淀粉导致的在淀粉水解测试中近乎相同的水解曲线，显示出完整植物细胞的较慢的水解速度是由于该细胞比其他豌豆细胞组成完整的缘故。

实施例2-香蕉淀粉的水解

香蕉细胞用同样的方式分离，最后将未成熟香蕉(plantain)果实剥皮并切成小段。在含1％抗坏血酸和0.185％(w/w)EDTA的柠檬酸缓冲液浸泡这些小段过夜并在家用搅拌机中混合搅拌。得到的浆液经过0.5和0.25mm的筛和粗棉布筛分。滤出液冷储存过夜，然后在烤箱中烘干细胞。使该细胞悬浮于0.2M磷酸盐中，在97℃加热10分钟。冷却后香蕉淀粉的水解速度由Bernfeld测试测定。作为比较，相同数量的(通过总淀粉分析测试作为测量)煮熟玉米淀粉也在Bernfeld测试中水解。

加热处理后，得到了与玉米淀粉水解相比香蕉淀粉的缓慢水解，显示了控制能量释放可以通过完整香蕉细胞获得。结果在图3中显示。

Claims (12)

1、含有淀粉的食品产品，具有控制能量释放特性，其中至少25％重量份的淀粉包含在完整植物细胞中。

2、根据权利要求1所述的食品产品，其中至少40％重量份的淀粉包含在完整植物细胞中。

3、根据权利要求1所述的食品产品，其中至少60％重量份的淀粉包含在完整植物细胞中。

4、根据上述任一权利要求所述的食品产品，其中完整植物细胞以直径小于5mm的植物细胞集合体的形式存在。

5、根据权利要求4所述的食品产品，其中植物细胞集合体直径小于1mm，优选小于0.5mm。

6、根据上述任一权利要求所述的食品产品，其中最多80％的淀粉以胶凝化的形式存在。

7、根据上述任一权利要求所述的食品产品，其中植物细胞选自根/茎，种子(谷物，坚果或豆类)或果实。

8、根据上述任一权利要求所述的食品产品，其中植物细胞是豌豆细胞或香蕉细胞。

9、根据上述任一权利要求所述的食品产品，具有高的水分含量。

10、根据权利要求9所述的食品产品，以液体产品的形式，选自酱汁、汤和饮料。

11、制备包含来自整个植物或其部分的完整植物细胞的淀粉的工艺，包括浸泡步骤或均质步骤、加热步骤和过筛步骤，任选地继之以喷雾干燥步骤。

12、制备上述权利要求1-10所述的含淀粉的食品产品的工艺，包括向食品产品中添加含有植物细胞的完整的淀粉的步骤。

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