CN115915965B - 降低谷物中植酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生产干燥谷物组合物的方法，包含(a)在低于45℃的温度下通过植酸酶阳性乳酸菌发酵含植酸的谷物，直到pH达到至多5.9，(b)将步骤(a)中获得的发酵谷物加热至40‑55℃范围内的温度持续至少1.5小时的时间段；(c)干燥来自步骤(b)的经发酵和植酸酶处理的谷物以获得干燥谷物组合物。本发明理想地适用于降低发酵谷物的植酸盐含量，从而增加矿物质的生物利用度。本发明还包含可通过本发明的方法获得的干燥谷物组合物，特别是植酸盐与铁的摩尔比至多为1的那些，以及其在增加矿物质的生物利用度中的用途。
Description
技术领域
本发明属于干燥谷物食品领域，特别是作为婴幼儿的断奶食品。本发明特别涉及具有改善的矿物质生物利用度的谷物领域。
背景技术
出生后的婴儿通常以母乳喂养，或以尽可能接近母乳成分的液体婴儿配方物喂养。母乳喂养和/或给予婴儿配方物通常持续到婴儿的第一年。在出生后的前4至6个月，这是唯一的营养来源。然而，通常在4-6个月大时，婴儿会对其他食物、断奶食物产生兴趣并做好准备。建议刚断奶的婴儿以谷物作为断奶食物。为了满足营养需求，断奶食物中矿物质和微量元素的生物可利用性(bio-accessibility)和生物利用度(bio-availability)应较高，以支持婴幼儿在快速生长和发育期间的需求。婴幼儿谷物是本领域已知的。婴儿谷物是给予婴儿的含谷物的组合物。婴儿谷物通常用勺子给予，并且可以提供为例如用于婴儿的干燥谷物的形式。干燥谷物在食用前要使用例如后续乳(follow on milk)重构。国际食品标准提供了婴儿谷物应包含成分的指南，如欧盟指令2006/125/EC。
然而，谷物，如小麦、高粱和粟，含有植酸(肌醇六磷酸IP6)，是植物的一种天然成分和磷储存形式。植酸与矿物质和微量元素如Fe3+、Zn2+、Cu2+、Mn2+、Ca2+和Mg2+在消化道的pH值下紧密结合(参见Phillippy，Nutr.Res.2006，26(3)，146-149)。这使得矿物质和微量元素无法被吸收。因此，谷物中的矿物质具有降低的生物可利用性，导致了降低的生物利用度。铁在体内发挥着重要的作用，如存在于血红蛋白、电子传递链中的细胞色素和一些酶中。铁缺乏是最常见的营养缺乏之一，特别是在婴儿、幼儿和孕妇中。当断奶阶段摄入的食物仅以谷物[和豆类]和乳为基础时，当血红素铁尚未成为饮食的一部分时，以及当母乳摄入量(提供乳铁蛋白结合铁)减少时，这对开始断奶的婴儿特别是一种风险。缺铁可转变为贫血，这是世界上最常见的营养失调，其中身体的铁储备已被耗尽，身体无法维持血液中血红蛋白的水平。特别是婴幼儿和孕妇，由于铁的需求量增加，容易患上这种疾病，据WHO估计，全世界43％的婴幼儿患有这种疾病。缺铁对婴幼儿的健康和发育有严重的后果。例如，在出生的第一年期间缺乏足够的铁供应或吸收已经显示出对神经发育的负面影响，并且这种负面影响可能是不可逆的。此外，老年人经常患有矿物质吸收受损，这可能导致铁(和其他矿物质)缺乏。
婴儿谷物食品可以用铁强化，以克服植酸与铁的比例失调。然而，特别是在发展中国家，当并非所有铁都被吸收，而是到达微生物群中的病原体可以生长和增殖的结肠时，婴儿谷物中铁的大量强化可能导致严重的感染。因此，需要用除铁强化之外的另一种方法来解决谷物中植酸和铁缺乏问题。
WO 2000/072700公开了具有降低的植酸的婴儿用谷物。该谷物产品通过温育混合物而获得，所述混合物包括淀粉基、含植酸的蛋白质源和作为内源植酸酶源的全谷物面粉，以降低混合物中的植酸含量。然后加热所述混合物以使淀粉基糊化(gelatinise)并使内源性植酸酶失活。WO2007/04966涉及至少一种植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)的菌株用于制备组合物的用途，所述组合物用于增加哺乳动物(优选人)对至少一种金属/金属离子的吸收。结果表明，植物乳杆菌在燕麦粥发酵后经巴氏杀菌法使细菌失活后不能提高铁的生物利用度。WO 2014/016398涉及一种通过减少粮食中的抗营养因子来提高营养价值的方法。本发明的一个方面涉及制备含有活乳酸菌的细菌制剂；将粮食浸泡在菌剂中；其中乳酸菌在浸泡前已经至少部分地从细菌制剂中除去。
EP1208752、WO98/11788和US2002/136754公开了减少营养组合物中植酸的方法。EP1208752公开了一种谷物和/或豆类产品，特别是用于婴儿的产品，以及制造这种产品的方法，包括纤维水解、酸化、热处理和干燥。选择谷物作为内源性植酸酶源，目的是使用酸化同时活化谷物中的内源性植酸酶和纤维水解酶。为了酸化所述组合物，通过用乳酸菌(如植物乳杆菌)发酵所述混合物来调节pH，发酵时间和温度对乳酸菌和纤维水解酶各自的活性都有利，特别是在35至45℃下发酵1至10小时。有一系列所提及的乳酸菌，其均是为了实现发酵而选择的；EP1208752中不含对乳酸菌植酸酶活性的选择。在实施例1中，加入副干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)和沙克乳酸杆菌(Lactobacillus sakei)的混合物，实施例2和4使用副干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)，实施例3描述了植物乳杆菌和干酪乳杆菌(Lactobacillus casein)的混合物。尽管在现有技术中进行了尝试，但在本领域中仍然需要一种有效降低发酵谷物中植酸含量的方法，以增加存在于(或加入到)发酵谷物中的矿物质的生物利用度。本发明提供了这种需要。
发明内容
发明人开发了一种降低发酵谷物中植酸盐含量的方法。发明人首次认识到，存在于一些适于发酵谷物的乳酸菌中的植酸酶活性可在发酵步骤后用于降低发酵谷物的植酸含量。如此，可以有效地降低发酵谷物中的植酸含量。因此，本发明涉及生产干燥谷物组合物的方法，其中在步骤(a)中使用植酸酶阳性乳酸菌发酵含植酸的谷物，并在步骤(b)中加热发酵谷物以获得最佳植酸酶活性以分解植酸。
本发明还涉及可通过所述方法获得的干燥谷物组合物及其即食重构变体，以及所述方法或干燥谷物组合物的几种用途或应用。与常规的谷物或发酵谷物组合物相比，本发明的组合物具有降低的植酸含量。因此，本发明的组合物可用于增加谷物中矿物质的生物利用度和/或矿物质的生物可利用性。存在于组合物本身以及其它饮食成分中的矿物质(与本发明的谷物组合物一起食用)更好地被身体吸收。
具体实施方法
发明人已经开发了一种降低发酵谷物中植酸盐含量的方法，这在粗粒小麦粉、全麦、荞麦、斯佩尔特小麦、稻米和玉米(maize/corn)中得到了证实。发明人首次认识到，一些适于发酵谷物的乳酸菌的植酸酶活性可在发酵步骤后用于降低发酵谷物的植酸含量。同时，乳酸菌的生长和/或代谢活性降低或甚至停止，从而在细菌完成发酵过程后使细菌失活。这样，可以有效地降低发酵谷物中的植酸含量。因此，本发明的组合物可用于增加谷物中矿物质的生物利用度和/或矿物质的生物可利用性。存在于组合物本身以及其它饮食成分中的矿物质(与本发明的谷物组合物一起食用)更好地被身体吸收。在本发明中同样适用于“植酸盐”和“植酸”，并且这些术语可互换使用。在本文中，植酸盐和植酸指肌醇六磷酸(IP6)。
因此，本发明的第一方面涉及一种生产干燥谷物组合物的方法，包括：
(a)在低于45℃的温度下通过植酸酶阳性乳酸菌发酵含植酸的谷物，直到pH达到至多5.9、优选低于5.5，
(b)将步骤(a)中获得的发酵谷物加热至40-55℃范围内的温度持续至少1.5小时的时间段；以及
(c)干燥来自步骤(b)的经发酵和植酸酶处理的谷物以获得干燥谷物组合物。
步骤a)优选包括选择一种或多种具有植酸酶活性的乳酸菌，例如使用实施例1的植酸酶活性评估。
在第二方面，本发明涉及一种可通过本发明第一方面的方法获得的干燥谷物组合物。本发明的干燥谷物组合物还可以定义为包含发酵谷物和非复制型乳酸菌，其中所述组合物具有植酸盐与铁的摩尔比至多为1，至多5000cfu乳酸菌每克，以及0.1至1.5重量％乳酸和至少0.015mg铁每克，基于干重计。
在第三方面，本发明涉及一种即食谷物组合物，其可通过用食品级液体重构本发明的干燥谷物组合物而获得。
在另一方面，本发明涉及一种第二或第三方面的组合物，其用于向具有矿物质缺乏风险的受试者提供营养，优选其中所述受试者选自婴儿、幼儿、怀孕或哺乳期妇女和老年人。换言之，本发明还涉及一种向具有矿物质缺乏风险的受试者提供营养的方法，优选其中所述受试者选自婴儿、幼儿、怀孕或哺乳期妇女和老年人，其中所述方法包括将第二或第三方面的组合物给予有风险的受试者。
在另一方面，本发明涉及一种第二或第三方面的组合物，其用于预防矿物质缺乏，优选铁缺乏和/或贫血。与此相关的是本发明的另一方面，其涉及一种第二或第三方面的组合物，其用于增加谷物中矿物质的生物利用度和/或矿物质的生物可利用性。与此相关的是本发明的另一个方面，其涉及一种用于增加人类受试者中矿物质的生物利用度的方法，包括给予第二或第三方面的组合物，优选其中矿物质选自铁、锌、钙、镁和锰。在另一方面，本发明涉及一种第一方面的方法用于降低谷物中植酸水平的用途。
本发明涉及一种用于生产干燥谷物组合物的方法、可通过所述方法获得的干燥谷物组合物及其即食重构变体，以及所述方法或干燥谷物组合物的多种用途或应用。因此，下文对本发明的方法的所有定义同样适用于本发明的谷物组合物，反之亦然。同样地，下文中对本发明的谷物组合物的所有定义同样适用于本发明的用途和应用。
方法
本发明的方法用于生产干燥谷物组合物。此处，谷物被发酵并且天然存在的植酸含量降低。因此，所述方法也可称为降低谷物或优选发酵谷物的植酸含量的方法。由于降低的植酸含量使得矿物质的生物利用度增加，因此根据本发明的方法也可以称为增加谷物中或优选发酵谷物中矿物质的生物利用度的方法。
本发明的方法包括：
(a)在低于45℃的温度下通过植酸酶阳性乳酸菌发酵含植酸的谷物，直到pH达到至多5.9、优选低于5.5，
(b)将步骤(a)中获得的发酵谷物加热至40-55℃范围内的温度持续至少1．5小时的时间段；以及
(c)干燥来自步骤(b)的经发酵和植酸酶处理的谷物以获得干燥谷物组合物。
本发明的方法还可以包括在干燥步骤(c)之前的步骤(d)，其中加入其它成分并混合并与发酵谷物混合。步骤(d)优选在步骤(b)的下游进行，即在步骤(b)和(c)之间进行。所述其它成分优选包括至少一种铁源。
本发明的方法还可以包括在步骤(b)和(c)之间的步骤(e)，其中发酵谷物被蒸煮(cooked)。由于步骤(e)是在步骤(b)的下游进行的，因此将植酸含量降低的发酵谷物进行步骤(e)。
特别优选的是，本发明的方法包括步骤(d)和(e)二者，在这种情况下，步骤(d)可以在步骤(e)的上游或下游进行。优选地，这两个步骤在步骤(b)和(c)之间进行。
任何谷物都可以用于本发明的上下文中，只要其含有植酸。根据本发明的方法能够降低植酸含量，即使在没有任何相关内源植酸酶活性的谷物中，即使在发酵后的谷物中。进行本发明的方法的谷物优选选自小麦(包括粗粒小麦粉、全麦、斯佩尔特小麦、荞麦)、稻米、黑麦、大麦、高粱和粟，优选小麦、稻米、高粱和粟，甚至更优选小麦、高粱和粟，最优选的谷物是小麦。所述谷物可以是谷物的混合物，其中优选至少一种选自上述列表。已知这些谷物含有显著量的植酸，并且特别适于进行本发明的方法。在一个实施方案中，谷物不仅是玉米。在一个特别优选的实施方案中，谷物是粗粒小麦粉。据信，大量食用这些谷物，而不采取措施降低植酸含量，可能导致矿物质(如铁)的缺乏增加。非洲和亚洲人口经常食用小麦、高粱和粟等谷物，这些人口的铁缺乏也高于平均水平。
在一个实施方案中，步骤a)的谷物选择为不具有内源植酸酶活性。这些可以是这样的谷物，其已经加热预处理以增加食品安全性，但使得任何潜在的内源植酸酶活性降低。因此，本方法的优点在于其也适用于其中谷物已首先经过加热(例如高于80℃的温度，如煮沸或蒸煮)导致经过预处理的谷物不具有或具有降低的内源植酸酶活性的情况。
步骤(a)：发酵
在步骤(a)中，谷物通过植酸酶阳性乳酸菌发酵。因此，所述方法优选包括选择一种或多种具有植酸酶活性的乳酸菌，例如使用实施例1的植酸酶活性评估。这种谷物的发酵是本领域技术人员已知的，并且可以以任何可想到的方式进行。例如，发酵可以包括制备谷物浆料、预培养乳酸菌和使谷物浆料与预培养的乳酸菌接触。谷物优选以磨碎的形式(例如以谷粉的形式)进行步骤(a)。浆料可以通过将谷物与水混合来制备，优选总固体含量为10-50重量％范围内，优选为25-40重量％。
步骤(a)在低于45℃的温度下进行，优选在20℃至45℃之间，最优选在30℃至40℃之间。本领域技术人员能够确定产乳酸细菌生长的最佳条件。此外，本领域技术人员能够确定步骤(a)的持续时间。通常，发酵可以持续0.5-10小时，更优选2-7.5小时。在步骤(a)中，继续发酵直到发酵谷物混合物的pH达到至多5.9，优选低于5.5，优选在5-5.5范围内，更优选在5-5.3范围内，最优选在5.1-5.2范围内。就最佳植酸酶活性而言，发现所述pH水平对步骤(b)的性能特别有利。此外，通过步骤(a)的发酵获得的pH降低使本发明的干燥谷物产品具有更长的贮藏寿命。低于5.5的pH的另一个益处是降低了在该过程中(细菌)污染和腐败的风险。过度降低PH值会阻碍乳酸菌的生长，从而阻碍酶的产生，并且可能对最终产品的味道和质地产生不利影响，因此不是优选的。
步骤(a)中使用的乳酸菌是植酸酶阳性的。换言之，乳酸菌具有植酸酶活性。乳酸菌也可以称为植酸盐降解乳酸菌。这种乳酸菌是本领域已知的。并非所有乳酸菌都具有这种活性，并且本领域技术人员能够确定乳酸菌菌株是否为植酸酶阳性。在一个实施方案中，通过实施例1中的过程选择植酸酶阳性乳酸菌。优选地，由乳酸菌制备的乳酸主要是L-乳酸。优选地，所述乳酸菌选自乳杆菌(Lactobacillus)、明串珠菌(Leuconostoc)、乳球菌(Lactococcus)、链球菌(Streptococcus)和双歧杆菌(Bifidobacterium)。例如肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)、短乳杆菌(Lactobacillus brevis)、乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)、长双岐杆菌(Bifidobacterium longum)、短双歧杆菌(Bifidobacterium breve)、婴儿双歧杆菌(Bifidobacterium infantis)、动物双歧杆菌(Bifidobacterium animalis)、青春双歧杆菌(Bifidobacterium adolescentis)和两歧双歧杆菌(Bifidobacterium bifidum)。在一个实施方案中，所述乳酸菌选自乳杆菌、乳球菌和双歧杆菌。特别优选的菌株是如实施例1中所鉴定的乳酸乳球菌菌株CNCM I-5450。所述菌株已根据《布达佩斯条约》由Compagnie Gervais Danone(17Boulevard Haussmann，75009Paris，France)在2019年11月20日以参考号CNCM I-5450保藏于国家微生物保藏中心(CNCM)(Institut Pasteur，25Rue du Docteur Roux，Paris，France)。
步骤(a)提供发酵谷物，并允许乳酸菌的生长，从而产生植酸酶活性细菌生物量。将所述混合物进行步骤(b)以活化植酸酶活性。步骤(a)的发酵放大了乳酸菌的植酸酶活性，其将在步骤(b)中被活化。通常，所述方法通过简单地提高发酵谷物的温度使步骤(a)进行到步骤(b)，而无需任何中间步骤。步骤(a)还可以提供在发酵过程中通常获得的有价值成分(后生元)。这些成分至少包括乳酸，并且还可以包括短链脂肪酸、低聚糖和发酵的其他产物。这些后生元包括在发酵谷物的组合物中，并进一步提高本发明的谷物组合物的营养价值。
步骤(b)：活化植酸酶
发明人发现，在步骤(b)中提高温度出人意料地进一步降低了发酵谷物中的植酸盐含量。在步骤(b)中，通过将发酵谷物加热至40-55℃范围内的温度持续至少1.5小时的时间段，活化细菌生物量中的植酸酶活性。发现所述条件对植酸酶活性最佳，但对乳酸菌的代谢活性次优甚至有害，使得细菌不再复制，但促进了植酸酶活性。活化的植酸酶活性随后通过水解分解发酵谷物中存在的植酸(肌醇六磷酸(IP6))。在步骤(b)期间也分解五磷酸变体(IP5)。将温度升高至更高的值会很快消除任何植酸酶活性。将温度升高至更高的值是次优选的，因为其可以快速消除任何植酸酶活性。虽然本发明的方法优选包括下游蒸煮步骤，但必要的是在相当长的时间(至少1.5小时)内将组合物保持在远低于100℃的升高的温度下，以使植酸酶活性分解植酸。通过降低在步骤(a)期间实现的pH以减少致病性细菌的污染，所述污染的可能性通常在进行步骤(b)的温度下增加。此外，将乳酸菌灭活，以便总体上获得了储藏稳定的产物。
有利地，通过提高浆料的温度，使正在发酵的谷物浆料经过步骤(b)。本领域技术人员能够确定步骤(b)的最佳条件，例如通过测定发酵谷物的植酸酶活性和/或植酸含量。优选在步骤b)期间达到5.5或更低的pH。优选地，步骤a)包括在低于45℃的温度下通过植酸酶阳性乳酸菌发酵含植酸的谷物，直到达到低于5.5的pH，在步骤(b)期间使pH或多或少保持恒定。在一个实施方案中，将pH保持在5.5以下，优选在5-5.5范围内。在所述pH值下，发现植酸酶活性是最佳的。因此，将pH值降低到所述水平的发酵步骤和植酸酶活化步骤的组合在降低植酸盐方面获得了最佳结果。
发现1.5小时的持续时间足以获得希望的植酸含量的减少。在2小时和16小时的持续时间内获得了最佳结果。优选地，将步骤(b)的温度保持至少2小时，优选不超过24小时，更优选不超过16小时。进行步骤(b)的温度优选为45-55℃，更优选为45-50℃。步骤(b)在比步骤(a)更高的温度下进行。优选地，步骤(b)的温度比步骤(a)高至少2℃，更优选比步骤(a)高3-30℃，最优选比步骤(a)高5-25℃。
步骤(c)：干燥
本发明的方法提供了干燥谷物组合物。因此，已经在步骤(b)中用活化的植酸酶处理的发酵谷物在步骤(c)中干燥。干燥可以通过本领域已知的任何方法或方法的组合来实现。在一个优选的实施方案中，所述干燥通过鼓式干燥进行，其理想地适合于将浆料干燥成粉末或碎片。或者，可以使用挤压。
通常，步骤(c)的干燥需要升高的温度，例如高于40℃或高于45℃，优选为100至120℃范围内的温度。有利地，在步骤(b)中获得的发酵谷物不冷却，换言之，在步骤(c)之前保持温度，使得在步骤(b)或(c)中，不损失能量和/或不需要额外的能量来加热发酵谷物。在步骤(c)中可能需要额外加热到更高的温度，这取决于所用加热的确切类型。
尽管干燥谷物组合物的最终含水量或水活性可能取决于组合物的确切性质，但优选的是继续干燥直到水活性达到小于0.3。
在步骤(c)中获得的干燥谷物组合物可以进一步加工成营养组合物，例如营养补充剂或用于断奶婴儿的营养组合物。本领域技术人员理解必须采取哪些步骤来制造所需的最终产品。所述进一步加工可以包括以下中的一种或多种：补充其他成分(例如蛋白质来源、脂质来源、碳水化合物(例如乳糖)来源、维生素和/或矿物质(特别是铁))、造粒、热处理、包装等。干燥谷物组合物可以是可重构的，因为其可以用食品级液体例如水、后续乳或牛乳来重构。所述重构谷物组合物优选为即食谷物组合物。如本领域已知的，干燥形式或重构后的谷物组合物优选使用无菌包装。无菌包装对于重构谷物组合物是特别优选的，以提供无菌包装的即食的含谷物产品。
步骤(d)：补充
在一个优选的实施方案中，所述方法还包括一个步骤，其中发酵谷物补充一种或多种其它成分，以优化所获得的最终组合物的营养曲线。取决于所需类型的组合物，例如断奶婴儿营养品或用于哺乳期妇女的补充剂，本领域技术人员知道优先添加哪些其他成分。在一个实施方案中，步骤(d)涉及补充一种或多种矿物质(例如铁源)、维生素(例如维生素B1和/或C)、调味品(例如水果风味)。正如技术人员会理解的，步骤(d)的补充包括将成分与发酵谷物混合。这种成分的混合是本领域技术人员已知的，并且可以例如通过在20-50℃(通常约40℃)下混合成分最高达3小时来进行。如果进行，则优选在干燥步骤(c)的上游，优选在步骤(b)的下游进行步骤(d)。
由于本发明的组合物特别适合于提高受试者矿物质吸收的矿物质生物利用度，因此优选的是步骤(d)的补充包括至少一种矿物质源。此处，优选的是所述矿物质源选自铁源、锌源、钙源、镁源或锰源或其混合物，更优选至少为铁源。由此，进一步提高了给予所述组合物的受试者对矿物质，特别是铁的吸收。在一个实施方案中，不补充铁。合适的矿物质来源是本领域已知的。例如，所述铁源可以选自硫酸亚铁、乳酸亚铁、葡萄糖酸亚铁、双甘氨酸亚铁、柠檬酸亚铁、富马酸亚铁、二磷酸铁、柠檬酸铁铵及其混合物，更优选为硫酸亚铁和/或乳酸亚铁。
与现有技术的谷物组合物相比，由于降低的植酸盐含量，在保持相同量的铁生物利用度的同时减少了对铁补充的需求。这种降低的铁补充剂还对产品本身具有有益的作用，其中相对于包含更大量铁补充的谷物组合物，其储存稳定性进一步提高。此外，降低的铁补充量对使用者的肠道微生物群和肠道生理具有有益的影响。
步骤(e)：蒸煮
在一个优选的实施方案中，所述方法还包括将发酵谷类食物蒸煮的步骤。如果进行，则优选在步骤(b)和(d)之间进行步骤(e)的蒸煮。在步骤(e)中，将发酵谷物组合物中的淀粉蒸煮或糊化，以获得预糊化的淀粉。特别是在最终产品是婴儿配方物或断奶婴儿的营养组合物的情况下，强烈建议将淀粉预糊化并进行步骤(e)。淀粉的蒸煮或糊化是技术人员熟知的。步骤(e)的蒸煮可以与步骤(c)的干燥一起进行。特别是本领域已知的鼓式干燥器用于干燥谷物浆料并同时使淀粉糊化。一种合适的烹饪方法是在95℃下将混合物加热5分钟。
谷物组合物
本发明还涉及一种干燥谷物组合物。本发明的组合物可通过本发明的方法获得。本发明的干燥谷物组合物的植酸盐与铁的摩尔比通常至多为1。或者，本发明的干燥谷物组合物可以定义为包含发酵谷物和非复制型乳酸菌的组合物，其中所述组合物具有植酸盐与铁的摩尔比至多为1，至多5000cfu乳酸菌，以及0.1至1.5重量％乳酸和至少0.015mg铁，每克干重计。本发明还涉及一种即食谷物组合物，其可通过用食品级液体重构本发明的干燥谷物组合物而获得。此处，食品级液体通常选自水、后续配方物或瘤胃乳(ruminal milk)。本发明的谷物组合物包含由如上定义的植酸酶阳性乳酸菌(优选乳酸乳球菌CNCM I-5450)发酵的发酵谷物。在一个实施方案中，本发明涉及一种干燥谷物组合物，其包含由乳酸乳球菌CNCM I-5450发酵的发酵谷物，其中所述组合物的植酸盐与铁的摩尔比至多为1。
本发明的干燥谷物组合物的植酸水平优选小于50mcg/g组合物，更优选小于25mcg/g组合物。
本发明的干燥谷物组合物具有改善的生物可利用性，并且因此改善了矿物质(特别是铁)的生物可利用性。此外，本发明的干燥谷物组合物具有改善的感官和消化特性。这也适用于在重构干燥谷物组合物后获得的即食谷物组合物。
本发明的谷物组合物通常是药物或营养组合物或是其一部分，优选营养组合物，更优选营养补充剂，但在本发明的范围内也可以设想完整的营养组合物，即提供受试者的完整营养需求。营养组合物可以例如为断奶食品。所述组合物还可以是营养补充剂，例如怀孕或哺乳期妇女的补充剂、儿童的补充剂或老年人的补充剂。这些受试者、断奶婴儿、幼儿、怀孕或哺乳期妇女和老年人具有较高的铁缺乏风险，因此从本发明的组合物中获益最大。因此，在一个方面，本发明涉及包含本发明的谷物组合物的药物或营养组合物。本文定义的本发明的谷物组合物的所有益处和可能的应用同样适用于本发明的药物或营养组合物。在一个优选的实施方案中，所述组合物是营养组合物，优选完整的营养组合物或营养补充剂。
除了谷物组合物之外，本发明的药物或营养组合物还可以含有其它成分。所述其他成分的确切性质和比例可能因组合物的类型而异。本领域技术人员清楚地知道，断奶婴儿营养物的营养需求不同于哺乳期妇女的补充剂的营养需求，并且能够相应地调整组合物。在一个实施方案中，所述干燥谷物组合物可以用食品级或营养液(如水或乳)，包括婴儿乳(如后续或成长乳)重构。在另一个实施方案中，本发明的干燥谷物组合物是用于断奶婴儿的可重构谷物乳或可重构乳，其中所述干燥谷物与组成干燥形式的后续或幼儿配方物的组分混合，以待用食品级或营养液重构。
在本发明已经处理了组合物中存在的部分谷物的情况下，已经实现了本发明的益处。如此已经降低了植酸盐含量，从而提高铁等矿物质的生物利用度。然而，优选的是，组合物中至少50重量％，更优选至少80重量％，最优选所有谷物是本发明的和/或可通过本发明的方法获得的。
本发明的谷物组合物还包含在步骤(a)的发酵过程中制备的成分。这反映在包含发酵谷物的组合物中。在一个优选的实施方案中，所述组合物包含至少5重量％的发酵谷物，基于总产品的干重计。优选地，所述组合物包含至少10重量％，更优选至少25重量％，甚至更优选至少40重量％的发酵谷物，基于总产品的干重计。本发明的组合物包含至多100重量％的发酵谷物，基于总产品的干重计。优选地，所述组合物包含至多90重量％，更优选至多70重量％，甚至更优选至多50重量％的发酵谷物，基于总产品的干重计。
发酵谷物通常还包含细菌细胞片段，如糖蛋白、糖脂、肽聚糖、脂磷壁酸(LTA)、脂蛋白、核苷酸和/或英膜多糖。将包含灭活细菌和/或细胞片段的发酵组合物直接用作最终营养产品的一部分是有利的，因为这将产生更高浓度的细菌细胞片段。此外，在产乳酸细菌与乳基质的发酵和/或其他相互作用时，可以形成额外的生物活性化合物，例如短链脂肪酸、生物活性肽和/或低聚糖以及其他代谢物。在产乳酸细菌发酵过程中产生的所述生物活性化合物也可以称为后生元。
作为一种指明最终营养组合物至少部分包含发酵组合物，和指明发酵程度的方式，可以采用最终营养组合物中乳酸的水平，因为这是由产乳酸细菌在发酵时产生的代谢最终产物。鉴于步骤(a)的发酵，本发明的谷物组合物包含乳酸，其在乳酸菌发酵时形成。在一个实施方案中，组合物包含0.1至1.5重量％的乳酸，更优选0.2至1.0重量％，基于营养组合物的干重计。值得注意的是，给定的乳酸量是指乳酸和乳酸盐的总和，如果两者都存在的话。可替代地或另外地，乳酸可以以0.5-30mg/克发酵谷物的量存在、优选1-15mg/g谷物、最优选2-10mg/g谷物。
优选地，至少50重量％，甚至更优选至少90重量％的乳酸为L-异构体形式。因此，在一个实施方案中，L-乳酸大于50重量％，更优选大于90重量％，基于总乳酸和乳酸盐的总和计。L-乳酸盐和L-乳酸与L-(+)-乳酸盐和L-(+)-乳酸相同。L-乳酸更容易代谢并降低酸中毒的风险，酸中毒可能成为婴儿的问题。值得注意的是，铁源之一可以是乳酸亚铁。在选择乳酸亚铁作为铁源的情况下，由此产生的乳酸盐的量是由产乳酸细菌发酵时形成的乳酸盐的量的补充。因此，在一个实施方案中，在铁源是乳酸亚铁的情况下，本发明的营养组合物优选包含0.1至1.6重量％的乳酸，更优选包含0.2至1.1重量％的乳酸，基于营养组合物的干重计。乳酸亚铁中常见的乳酸盐异构体是L-(+)-乳酸盐。
本发明的组合物的植酸盐含量极低。这反映在植酸盐与铁的摩尔比至多为1，优选至多0.5，例如在0-0.5范围内，更优选在0.001-0.1范围内。除了植酸盐(或肌醇六磷酸(IP6))在这些范围内之内，还优选五磷酸变体(IP5)的含量极低，优选使得IP5与铁的摩尔比至多为1，优选至多0.5，例如在0-0.5范围内，更优选在0.001-0.1范围内。最优选地，IP6和IP5的组合含量IP6+IP5与铁的摩尔比至多为1，优选至多0.5，例如在0-0.5范围内，更优选在0.001-0.1范围内。
本发明的组合物含有灭活的乳酸菌。活乳酸菌的总含量通常至多为5×103cfu/g，优选至多为1×103cfu/g。
除了发酵谷物和其中包含的所有成分之外，本发明的组合物还可以包含其它成分，如蛋白质、脂质、其它碳水化合物(可消化的和不可消化的)、维生素和矿物质。所述组合物优选包含矿物质，优选包含一种或多种选自铁、锌、钙、镁和锰的矿物质。在一个优选的实施方案中，组合物包含铁，更优选包含所有上述矿物质。
本发明包含铁。在本发明的背景下，铁指Fe2+或Fe3+。优选地，所述营养成分包含非血红素铁，更优选一个或多个铁源，其选自硫酸亚铁、乳酸亚铁、葡萄糖酸亚铁、双甘氨酸亚铁、柠檬酸亚铁、富马酸亚铁、二磷酸铁、和柠檬酸铁铵，更优选硫酸亚铁和乳酸亚铁。在本说明书中，无论何处提及铁的量或浓度，均是指Fe2+或Fe3+的量或浓度，因此铁源不包括反离子如硫酸盐、乳酸葡萄糖酸盐等的重量。亚铁源是优选的，因为三价铁源需要在体内转化成亚铁，其能力在0至36个月的人类受试者(例如婴儿和幼儿)中可能是有限的。
本发明的组合物优选包含至少0.015mg铁/g干重，更优选至少0.03mg/g干重。本发明的组合物优选包含不多于0.1mg铁/g干重，更优选不多于0.065mg铁/g干重，甚至更优选不多于0.055mg铁/g干重。过多的铁会导致多不饱和酸过氧化，从而导致产品质量下降，并可对健康产生不利影响。发现改善的铁生物利用度允许含有比营养组合物(例如断奶食品)中通常存在的铁浓度略低的铁浓度。所述组合物还优选包含0.01-1.5mg铁/g发酵谷物，更优选0.05-1mg铁/g发酵谷物，最优选0.1-0.5mg铁/g发酵谷物。
除铁之外，所述组合物还可以含有锌、钙、镁和/或锰。在组合物包含一种或多种这些元素的情况下，其优选以以下量存在。在一个实施方案中，所述组合物包含0.1-50mg钙/g干重，优选1-25mg钙/g干重，最优选5-15mg钙/g干重。在一个实施方案中，所述组合物包含1μg-1.5mg锌/g干重，优选0.01-0.5mg锌/g干重，最优选0.05-0.17mg锌/g干重。在一个实施方案中，所述组合物包含0.05-15mg镁/g干重，优选0.1-5mg镁/g干重，最优选0.5-1.5mg镁/g干重。在一个实施方案中，所述组合物包含0.01-50μg锰/g干重，优选0.05-25μg锰/g干重，最优选0.1-11μg锰/g干重。在本发明的谷物组合物是断奶婴儿营养品的情况下，所述矿物质的含量是特别重要的，因为其是高度调节的。因此，本文提供的矿物质的范围特别适用于本发明的断奶婴儿营养物。
在本发明的谷物组合物是断奶婴儿营养品的情况下，其通常含有其他成分，如蛋白质、脂质、其他碳水化合物(可消化的和不可消化的)和维生素。下文提供的脂质、碳水化合物和蛋白质部分的进一步定义指的是包含本发明的发酵谷物的断奶婴儿营养物。
脂质
本发明的组合物通常含有脂质部分。在这种情况下，本发明的营养组合物优选包含至少一种脂质，其选自动物脂质(不包括人脂质)和植物脂质。优选地，本发明的组合物包含植物脂质和至少一种油的组合，所述油选自鱼油、动物油、海藻油、真菌油和细菌油。本发明的营养组合物的脂质优选提供3至7g/100kcal营养组合物，优选脂质提供4至6g/100kcal。当为液体形式时(例如作为即食液体)，营养组合物优选包含2.1至6.5g脂质/100ml，更优选3.0至4.0g脂质/100ml。基于干重计，本发明的营养组合物优选包含12.5至40重量％的脂质，更优选19至30重量％。优选地，脂质包含必需脂肪酸α-亚麻酸(ALA)、亚油酸(LA)和/或长链多不饱和脂肪酸(LC-PUFA)。LC-PUFA、LA和/或ALA可作为游离脂肪酸、甘油三酯形式、甘油二酯形式、甘油单酯形式、磷脂形式或作为上述一种或多种的混合物提供。优选地，本发明的营养组合物包含至少一种、优选至少两种脂质源，其选自菜籽油(如菜籽油、低芥酸菜籽油和芥花油)、高油酸葵花油、高油酸红花油、橄榄油、海相原油、微生物油、椰子油和棕榈仁油。
碳水化合物
本发明的组合物通常含有碳水化合物部分。尽管本领域已知的任何可食用碳水化合物都可以存在于本发明的组合物中，但其优选包含可消化的碳水化合物和/或低聚糖，最优选包含两者。
在一个优选的实施方案中，可消化的碳水化合物包含一种或多种葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖和麦芽糖糊精。在一个实施方案中，可消化的碳水化合物包含乳糖和/或蔗糖，最优选至少包含乳糖。发酵产品中高含量的乳糖出人意料地使得铁的生物利用度提高。大量乳糖的存在在发酵产品中是不常见的，因为乳糖通常在发酵时转化为有机酸。为了防止产品中乳糖的进一步发酵，产品是干燥形式(如粉末)，并在步骤(b)中灭活产乳酸细菌。优选地，本发明的营养组合物包含至少10重量％的可消化的碳水化合物，更优选至少20重量％，甚至更优选至少30重量％，基于营养组合物的干重计。本发明的营养组合物优选包含不多于75重量％的乳糖，基于营养组合物的干重计，更优选不多于60重量％，甚至更优选不多于50重量％，基于营养组合物的干重计。
本发明的营养组合物优选包含不可消化的低聚糖。发酵产品中存在不可消化的低聚糖出人意料地进一步提高了铁的生物利用度。有利地且最优选地，不可消化的低聚糖是水溶性的(根据公开于L.Prosky et al，J.Assoc.Anal.Chem 71：1017-1023，1988的方法)并且优选聚合度(DP)为2至200的低聚糖。不可消化的低聚糖的平均DP优选低于200，更优选低于100，甚至更优选低于60，最优选低于40。不可消化的低聚糖在肠道中不会被存在于人上消化道(小肠和胃)中的消化酶的作用消化。不可消化的低聚糖由人肠道微生物群发酵。本组合物优选包含1.0至20重量％的总的不可消化的低聚糖，更优选1至10重量％，甚至更优选2至10重量％，最优选2.0至7.5重量％，基于本组合物的干重计。
不可消化的低聚糖优选选自低聚果糖，如菊粉、不可消化的糊精，低聚半乳糖，如反式低聚半乳糖、低聚木糖、低聚阿拉伯糖、低聚阿拉伯半乳糖、低聚葡萄糖、低聚龙胆糖、低聚葡甘露糖、低聚半乳甘露糖、低聚甘露糖、低聚异麦芽糖、低聚黑曲霉糖、低聚葡甘露糖、壳低聚糖、大豆低聚糖、糖醛酸低聚糖、唾液酸低聚糖，如3-唾液酸乳糖(3-SL)、6-唾液酸乳糖(6-SL)、乳糖唾液酸四糖(LST)a、b、c、二唾液酸乳糖四糖(DSLNT)、唾液酸-乳糖六糖(S-LNH)、DS-LNH和岩藻低聚糖，如(未)硫酸化岩藻多糖低聚糖、2′-岩藻糖基乳糖(2′-FL)、3-FL、二岩藻糖基乳糖、乳-N-岩藻五糖、(LNFP)I、II、III、V、乳-N-新岩藻五糖(LNnFP)、乳-N-二岩藻糖基六糖(LNDH)及其混合物，甚至更优选选自低聚果糖，例如菊粉、低聚半乳糖，如反式低聚半乳糖、糖醛酸低聚糖和岩藻低聚糖及其混合物，甚至更优选反式低聚半乳糖、菊粉和/或糖醛酸低聚糖，最优选反式低聚半乳糖。在本发明的组合物的一个实施方案中，不可消化的低聚糖选自反式低聚半乳糖、低聚果糖和半乳糖醛酸低聚糖及其混合物。
在一个实施方案中，不可消化的低聚糖包括低聚半乳糖和低聚果糖的混合物。优选地，低聚半乳糖和低聚果糖的混合物以1/99至99/1，更优选1/19至19/1，甚至更优选1至19/1的重量比存在。当低聚半乳糖具有低DP而低聚果糖具有相对高DP时，所述重量比特别有利。优选地，不可消化的低聚糖包含平均DP低于10，优选低于6的低聚半乳糖和平均DP高于7，优选高于11，甚至更优选高于20的低聚果糖的混合物。在一个实施方案中，不可消化的低聚糖包括低聚半乳糖和短链低聚果糖的混合物。优选地，低聚半乳糖和短链低聚果糖的混合物以1/99至99/1，更优选1/19至19/1，甚至更优选1至19/1的重量比存在。优选地，不可消化的低聚糖包含平均DP低于10，优选低于6的低聚半乳糖和平均DP低于10，优选低于6的短链低聚果糖的混合物。
在一个实施方案中，不可消化的低聚糖包括短链低聚果糖和长链低聚果糖的混合物。优选地，短链低聚果糖和长链低聚果糖的混合物以1/99至99/1，更优选1/19至19/1，甚至更优选1/2至19/1，或1/2至2/1，优选1至1的重量比存在。优选地，不可消化的低聚糖包含平均DP低于10，优选低于6的低聚果糖和平均DP高于7，优选高于11，甚至更优选高于20的低聚果糖的混合物。
蛋白质
本发明的组合物通常包含蛋白质部分。尽管本领域已知的任何可食用蛋白质都可以存在于本发明的组合物中，但其优选包含乳蛋白，如酪蛋白和/或乳清蛋白，最优选包含两者。优选地，所述组合物包含一种或多种选自乳清蛋白、乳清蛋白水解产物、酪蛋白和酪蛋白水解产物。蛋白质优选以5-25重量％，更优选8-20重量％，最优选10-18重量％的量存在，基于总干重。
应用
本发明的谷物组合物旨在用于食用，通常用于人类食用，并且进一步优选的目标群体定义如下。谷物食用通常在用食品级液体重构后食用。与常规发酵谷物组合物相比，本发明的组合物具有降低的植酸盐含量。由于植酸盐含量降低，本发明的组合物中矿物质的生物利用度增加。因此，本发明的组合物特别适合于以降低的矿物质吸收风险给予受试者，通常为人类受试者，如婴儿、幼儿、怀孕或哺乳期妇女和老年人。最优选地，所述受试者是婴儿，特别是年龄为4-12个月的婴儿。此处，婴儿和幼儿通常指年龄在0-10岁，优选0-5岁范围内的人群。此处，老年人通常指年龄大于55岁，优选大于65岁的人群。
在本发明的上下文中，矿物质优选选自铁、锌、钙、镁和锰，并且优选至少包括铁。由于降低的植酸盐含量预期会正向影响所有矿物质的生物利用度，因此矿物质优选含有多于一种、最优选含有全部上述矿物质。
在一个实施方案中，本文定义的方法和用途是非医学的。
因此，本发明涉及本发明的谷物组合物在预防矿物质缺乏中的用途。换言之，本发明涉及用于预防矿物质缺乏的本发明的组合物。换言之，本发明涉及一种预防矿物质缺乏的方法，包含将本发明的组合物给予有需要的受试者。在本文中，矿物质缺乏可选自铁缺乏、锌缺乏、钙缺乏、镁缺乏和锰缺乏，更优选为铁缺乏。在本实施方案的上下文中，矿物质缺乏可以为贫血的形式。优选在人类受试者中预防矿物质缺乏，更优选在选自婴儿、幼儿、怀孕或哺乳期妇女和老年人的人类受试者中预防矿物质缺乏。最优选的人类受试者是婴儿。
或者，本发明涉及本发明的谷物组合物在增加受试者中矿物质的生物利用度中的用途。换言之，本发明涉及本发明的组合物，其用于增加受试者中矿物质的生物利用度。换言之，本发明涉及一种增加受试者中矿物质生物利用度的方法，包含向有需要的受试者给予本发明的组合物。在本文中，矿物质的生物利用度也可称为矿物质的吸收。矿物质的生物利用度优选在人类受试者中增加，更优选在选自婴儿、幼儿、怀孕或哺乳期妇女和老年人的人类受试者中增加。最优选的人类受试者是婴儿。
或者，本发明还涉及本发明的谷物组合物，其用于向具有矿物质缺乏风险的受试者提供营养。换言之，本发明涉及本发明的组合物，其用于向有矿物质缺乏风险的受试者提供营养。换言之，本发明涉及一种向具有矿物质缺乏风险的受试者提供营养的方法，包含向有需要的受试者给予本发明的组合物。在本文中，矿物质缺乏可选自铁缺乏、锌缺乏、钙缺乏、镁缺乏和锰缺乏，更优选为铁缺乏。在本实施方案的上下文中，矿物质缺乏可以为贫血的形式。受试者优选是人类受试者，更优选选自婴儿、幼儿、怀孕或哺乳期妇女和老年人的人类受试者。最优选的人类受试者是婴儿。
本发明的方法可用于提高(干燥)谷物中矿物质的生物利用度。这是通过本发明的方法降低植酸盐含量来实现的。因此，在一个方面，本发明涉及本发明的方法用于增加谷物中矿物质的生物利用度的用途。在本文中，矿物质的生物利用度也可称为矿物质的生物可利用性。本发明的另一方面涉及本发明的方法用于减少或降低谷物中植酸水平的用途。
在本发明的上下文中，生物可利用性是可潜在地被(人)身体吸收的摄入营养物(例如铁)的量，并且取决于从食物基质中的消化和/或释放。生物利用度是被吸收并可用于生理功能的摄入营养物的量，并且取决于从食物基质中的消化和/或释放、肠细胞的吸收和向体细胞的转运。吸收是指营养物向细胞中的摄取，并且取决于从食物基质中的消化和/或释放。
在本发明的上下文中，贫血是指血液中红细胞数量减少或低于正常血红蛋白量。贫血特别指缺铁性贫血，即由铁生物利用度不足引起的贫血。缺铁性贫血是由膳食摄入和铁吸收不足引起的，导致了世界上大约一半的贫血病例。根据WHO的定义，贫血是指6个月至5岁的婴儿或幼儿的血红蛋白含量低于6.83mmol/l血液，在5至11岁的幼儿中低于7.13mmol/l，在12至14岁的青少年中低于7.45mmol/l，在15岁以上的非妊娠妇女中低于7.45mmol/l，在妊娠妇女中低于6.83mmol/l，和在15岁以上的男性中低于8.07mmol/l。症状是面色苍白、疲劳、头晕和虚弱。其他症状可能是头痛、失眠、食欲不振、皮肤苍白、抗感染能力下降、指甲脆弱。缺铁性贫血对处于早期发育阶段婴儿的影响比成年人更大。早期严重缺铁的婴儿即使接受补铁治疗也不能恢复到正常的铁水平。缺铁性贫血通过降低学习能力、负面改变运动功能和负面影响社会情绪功能作为行为表现来影响神经发育。此外，缺铁性贫血对身体生长有负面影响。在孕妇中，预计50％患有缺铁或贫血，对铁的需求增加。贫血可能会增加早产或出生体重过轻婴儿的风险。
在本发明的上下文中，铁缺乏(铁缺乏症或低血铁症)是缺铁性贫血之前的阶段。人体铁含量不足。例如，可以通过测量出以下三个指标中的至少两个的异常值来确定，所述三个指标为血清铁蛋白、转铁蛋白饱和度和红细胞游离原卟啉，但血红蛋白含量仍高于贫血阈值。缺铁性贫血是指贫血的三个指标中有两个指标值异常(血红蛋白含量低于贫血阈值)。
在本发明的上下文中，“预防”疾病或某些病症还指“降低”疾病或某些病症的风险，还指“治疗”处于所述疾病或所述某些病症风险中的人类受试者。
实施例
使用以下实施例阐述本发明。
实施例1：植酸酶活性评估
测试含867个益生乳酸菌菌株的池的植酸酶活性。所述池含有530株乳杆菌属(Lactobacillus)菌株、23株明串珠菌属(Leuconostoc)菌株、254株双歧杆菌属(Bifidobacterium)菌株和60株片球菌属(Pediococcus)菌株。所有菌株都在缺乏磷的培养基上生长。改良中性MRS培养基以降低其磷酸盐浓度。这种改良旨在允许测量由植酸盐降解释放的而不达到标准范围的饱和阈值的磷酸盐。为了达到这一目的，去除含有高浓度磷酸盐的部分，如酵母提取物和磷酸钾，并加入维生素B和硫酸铁的混合物以弥补这些成分。发酵后，将培养物或上清液在植酸钠存在下培养，并测量从样品释放的总有效磷。使用定量方法测量样品释放的总“有效磷”。用Megazyme试剂盒测定法测定就从植酸中通过菌株释放的无机磷酸盐而言的植酸酶活性。加入植酸盐，并使用BioAssay Systems的QuantiChrom磷酸盐测定试剂盒(DIPI-500)测定游离磷酸盐的存在。游离磷酸盐的存在是植酸酶活性的指标。有66株菌表现出植酸盐降解活性(7.6％)。测试的142株乳酸乳球菌中有5株(3.5％)表现出植酸酶降解活性。当将高植酸酶降解特性的选择标准与其它所需的产品技术特性相结合时，乳球菌菌株CNCM I-5450是最优选的菌株。
实施例2
通过加入分散在水中的磨碎的、干燥的、未加工的小麦谷物来制备粗粒小麦谷物(Alpine Savoie)的浆料。所述谷物的植酸含量为200 mg/100 g。原料中的铁量为0.8mg/100 g。谷物浆料具有约30重量％的干物质，基于总重量。将谷物浆料在600-800 rpm之间持续搅拌并加热至30℃。所述温度对于用于植酸盐降解的乳酸乳球菌菌株的生长是最佳的。所述浆料的初始pH为约6。
将植酸酶阳性乳酸乳球菌菌株CNCM I-5450(在实施例1中鉴定)原料在LM 17培养基中生长，并在-80℃下以40％甘油等分试样(aliquots)储存。所述原料以基于总重量的约6.2 log CFU/g的密度接种谷物浆料。细菌增殖。细菌生长发生直到pH值为5.15。酸化至所述pH水平需要约5.5小时。在所述pH值，来自小麦粉的植酸酶的活性被发现是最优的。在所述阶段1，条件对于发生细菌生长是理想的，并观察到超过2 log CFU/g的增加并且达到最高达8.4 log CFU/g平均增长水平(参见表2)。
一旦pH达到5.15，所述过程的第二阶段开始，其中植酸降解发生。第二阶段在四个不同的分支中进行(参见下表)。在分支F1中，由乳酸乳球菌发酵的浆料的温度升高至55℃，之后将所述浆液在所述温度下保持至多16小时。在所述期间，细菌未进一步酸化培养基至显著程度(pH降低至约5.05)，且其被锁定在稳定阶段。未观察到总CFU/g降低。在控制过程F2中，第二步中的温度保持在30℃，并通过加入1M氢氧化钠将pH值恒定保持在5.15，在此期间观察到一些进一步的细菌生长。在分支F3中，将第二步中的温度升高至55℃，并通过添加1M氢氧化钠将pH值恒定保持在5.15。与过程F1相同，细菌被锁定在稳定阶段，此时未观察到总CFU/g降低。最后，在步骤F4中，第二步中的温度保持在30℃，且未控制pH值。细菌复制(观察到CFU进一步增加)并进一步酸化培养基至约4.3水平。
表1：
| 条目 | 步骤(2)的温度 | 步骤(2)的pH |
| F1 | 50℃ | 未控制(降至5.05) |
| F2 | 30℃ | 控制为5.15 |
| F3 | 50℃ | 控制为5.15 |
| F4 | 30℃ | 未控制(降至4.3) |
对于所有四个分支，在过程期间的四个不同时间点(t＝0、t＝5.5h(阶段1结束)、t＝7.5h和t＝21h)采集样品。将样品在4℃下以9000xg离心10分钟。收集上清液并对样品进行热处理(95℃下5min)，以灭活植酸酶活性或停止细菌的任何剩余代谢活性。使用BioAssay Systems的QuantiChrom磷酸盐测定试剂盒(DIPI-500)测定游离磷酸盐的水平。过程中游离磷酸盐的释放是植酸降解的指标。植酸浓度由游离磷酸盐浓度计算，假设所有存在的植酸都是肌醇六磷酸(IP6)形式，并且假设为了使铁生物可利用，必须释放两分子磷酸盐，将IP6转化为IP4。根据文献，较低形式的植酸盐(从IP1知IP4)对铁吸收具有较低的抑制作用。
在阶段1(细菌生长阶段)期间，在t＝5.5小时结束，未观察到游离磷酸盐显著增加。在t＝7.5h时，观察到过程F1和F3的游离磷酸盐增加(分别形成214.4μg/mL和179.7μg/mL的游离磷酸盐)，但未观察到过程F2和F4的游离磷酸盐显著增加。在t＝21h时，对于过程F1和F3观察到游离磷酸盐进一步分别增加至405.3μg/mL和446.6μg/mL，但观察到过程F2的游离磷酸盐极少地增加至108.7μg/mL，过程F4几乎未观察到任何增加(至4.4μg/mL)。在过程F1和F3中，在变更为阶段2时，温度升高至55℃。在控制过程F2和F4中，阶段2在30℃下操作，无论pH值是否降低，均未观察到游离磷酸盐有意义的增加。因此可以得出结论，温度和pH的组合影响植酸酶活性，以及pH在5.05-5.15之间且温度约55℃是降解植酸盐的理想条件。在t＝21h时，F1和F2的L-乳酸的量为约40μmol/g，其对应于约3.6mg/g或0.36重量％，基于干重计。D-乳酸含量低于检测水平。
表2：乳酸乳球菌和游离磷酸盐浓度结果(t＝0设为零点)如下表所示：
为了克服植酸对铁生物利用度的抑制作用，植酸与铁的摩尔比应至多为1。考虑小麦粉原料中植酸的初始浓度，计算出每100g谷物成分需要至多9.46mg的最终植酸浓度以避免对铁生物利用度的抑制作用。仅过程F1和F3达到所述浓度。选择铁用于所述分析，这是由于其是受植酸存在影响最大的矿物质之一，表现出最高的植酸与矿物质比之一，但是这些结果同样适用于其它矿物质。在表3中显示，对于过程F1和F3，植酸浓度在t＝7.5h时已经低于9.46mg/100g谷物的目标水平，并且在t＝21h时进一步降低。直到t＝21小时实验结束，对于过程F2和F4均未观察到植酸浓度显著降低。
表3：
可以得出结论，通过使用两步发酵过程，其中条件最初设定为有利于细菌生长，然后第二阶段为有利于植酸酶活性，植酸可以被降低到这样的植酸与铁的比例，即在此比例下植酸对铁的生物可利用性和吸收不再具有抑制作用。
实施例3
本发明的营养补充剂可具有以下组成(基于干重)：
| 通过实施例1的过程F3生产的发酵谷物 | 99.999重量％ |
| 硫胺 | 0.84mg/100g |
实施例4
本发明的营养补充剂可具有以下组成(基于干重)：
将本产品包装并待用合适的液体重构后食用。例如，25g补充剂和200ml即饮后续配方物、幼儿配方物、牛乳、山羊或绵羊乳，一起形成即饮营养组合物。
实施例5
本发明的用于断奶婴儿的营养组合物，其为可重构的粉末形式。其含有根据实施例1的F1或F3的发酵谷物、脱矿物质乳清粉、脱脂奶粉、蔗糖、植物脂肪、麦芽糖糊精、矿物质混合物(其中有碳酸钙和焦磷酸铁)、维生素混合物和调味剂。其可以选自以下成分(每100g干重)：
实施例6
通过将粗磨粉分散在水中制备粗粒小麦谷物浆料。谷物的含量为200mg/100g。原料中的铁含量为0.8mg/100g。谷物浆料具有约30重量％的干物质，基于总重量。将谷物浆料在600-800rpm之间持续搅拌并加热至37℃。在进一步优化用于植酸盐降解的植酸酶阳性乳酸乳球菌菌株的细菌生长步骤之后，测试所述温度。所述浆液的初始pH约为6。
将实施例2中所述的冷冻原料接种谷物浆料。所述原料以基于总重量计约7.8logCFU/g的密度接种谷物浆料(表A，条目F1)。细菌增殖。细菌生长发生1小时30分钟。所述培养时间显示足以活化细菌并增加最少0.5log CFU/g，并将培养基的pH降低至5.7，更接近植酸酶酶活性的最佳pH。
然后，过程的第二阶段开始，其中植酸降解发生。由乳酸乳球菌菌株发酵的浆料的温度升高至45℃，因为发现其是一个理想的温度，不仅促进植酸酶活性还降低谷物糊化的风险。所述温度持续2小时。在这段时间里，细菌未进一步酸化培养基使pH值低于5.3。未观察到CFU/g进一步提高。
按照与F1相同的步骤，在实验中加入第二个分支(表A，F2)，但在1小时30分钟的培养时间后停止反应。
在F1所述的第二阶段之后，通过在45℃和pH 5.15下起始反应，在实验中加入第三分支(表A，F3)。相同的原料以基于总重量的约7.2log CFU/g的密度接种谷物浆料，并在培养2小时后停止反应。
最后，按照与F1相同的程序，但不进行细菌接种，在实验中加入第四分支(表A，F4)。在37℃下培养1小时30分钟后，将温度升高至45℃，并将pH值校正至5.15。培养2小时后，停止反应。
表A：
| 条目 | 描述 | 步骤a(1h30min) | 步骤b(2h) |
| F1 | 优化的过程 | 37℃ | 45℃ |
| F2 | 具有细菌接种的对照(仅阶段1) | 37℃ | |
| F3 | 具有细菌接种的对照(仅阶段2) | 45℃(pH校正至5.15*) | |
| F4 | 对照(未接种) | 37℃ | 45℃(pH校正至5.15*) |
*使用乳酸
在所有4个分支中，在过程期间的特定时间点采集样品。以与实施例2中所述类似的方式处理样品，以定量测定过程中释放的游离磷酸盐，其又为植酸降解的指标。
进一步优化粗粒小麦粉中细菌菌株的生长阶段(F1和F2条目的步骤a))，使得培养1.5小时后游离磷酸盐产量增加(F1和F2中分别为158.8μg/mL和165.9μg/mL)。F1持续到进入阶段2，培养2小时后，游离磷酸盐释放量增加至414.2μg/mL。这表明生长和酶促步骤的组合对于实现更高的植酸降解是理想的。参考表B中所示的结果。
在酶活性(F3)的理想条件下起始细菌培养，显示不仅对细菌生长不利(培养2小时后低于log 3cfu/g)，而且对游离磷酸盐释放也不利(培养2小时后游离磷酸盐释放达到96.8μg/mL)。
同样进行了优化的过程，但未进行细菌接种(F4)。结果表明，1.5小时的培养时间之后，观察到游离磷酸盐增加至114.5μg/mL。持续到进入阶段2，游离磷酸盐释放增加至200.5μg/mL。然而，从数据中可以清楚地看出，与未接种的版本相比，细菌接种使游离磷酸盐的释放提高至超过两倍(F1)。
表B：
-/-表示在所述时间点未检测到样品
可以得出结论，通过使用两步发酵过程，其中条件最初设定为有利于细菌生长，然后第二阶段为有利于植酸酶活性，当与单独的步骤或未接种细菌时相比，增加了释放的游离磷酸盐的量。
实施例7
通过HPLC用使用铁离子的柱后检测(post-column detection)分析了代表原料的一组6个样品(粗粒小麦粉和米糠粉)及其发酵产物的肌醇六磷酸(InsP6，植酸盐)和“较低的”肌醇磷酸含量。提取后立即分析单个样品。提取方法基于Zeller et al.的方法[1]。
根据Whitfield et al.[2]，将20μL提取样品进样至CarboPA200柱(Dionex，UK)，用甲磺酸洗脱，由此使用HPLC分析样品。根据Madsen et al.[3]，通过与用植酸钠水解制备的一组标准品进行比较，鉴别洗脱峰。用Jasco HPLC仪器的ChromNav(v.2)软件对HPLC峰进行整合。InsP6通过与来自玉米的植酸钠标准品(Merck Millipore产品号407125)比较而定量。计算是假设不同肌醇磷酸的检测器响应相同，其中存在20种可能的InsP3异构体、15种可能的InsP4异构体和6种可能的InsP5异构体。将每个磷酸化水平的不同异构体整合。未明显检测到InsP2峰，而InsP1峰和无机磷酸盐峰被溶剂掩蔽。将色谱数据输出为x，y数据，并在GraFit(v.7)中重新绘制。
预估的磷含量(元素P)由不同肌醇磷酸峰的总摩尔含量，通过磷酸盐的数量加权得到。在分析的6个样品中，仅原料样品可检测到肌醇磷酸峰。发酵米粉样品(样品No.6)是唯一鉴定出InsP4峰和InsP3峰的发酵样品。除此之外，所有发酵样品均不含可检测的肌醇磷酸信号。我们可以得出结论，所开发的方法有效地降解了植酸盐。
| 步骤a) | 步骤b) | |
| 过程w/条件1 | 30℃持续5h30min | 55℃持续17h |
| 过程w/条件2 | 37℃持续2h30min | 45℃持续2h |
| 过程w/条件3 | 37℃持续1h30min | 45℃持续2h |
在步骤a)结束时，pH为5.15，并且在步骤b)期间保持稳定。对于条件2，在步骤B)期间pH略微降低，pH为5.1至4.9。对于条件3，我们也观察到pH略微降低，对于粗粒小麦粉pH从5.7降至5.3，对于米糠粉pH从5.9降至5.5。
参考文献
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[2]Whitfield H，White G，Sprigg C，Riley AM，Potter BVL，Hemmings AM，Brearley CA.An ATP-responsive metabolic cassette comprised of inositol tris/tetrakisphosphate kinase 1(ITPK1)and inositol pentakisphosphate 2-kinase(IPK1)buffers diphosphosphoinositol phosphate levels.Biochem J.2020Jul 31；477(14)：2621-2638.doi：10.1042/BCJ20200423.PMID：32706850；PMCID：PMC7115839.
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实施例8
通过将粗磨粉分散在水中制备6种不同类型的谷物粉浆料。谷物浆料具有约30重量％的干物质，基于总重量计。将谷物浆料在600-800rpm之间持续搅拌并加热至37℃。在进一步优化用于植酸盐降解的植酸酶阳性乳酸乳球菌菌株的细菌生长步骤之后，测试所述温度。每种浆料的初始pH根据所用的谷物来源而变化，范围为pH6.0-pH6.23。
将实施例2中所述的冷冻原料接种谷物浆料。所述原料以基于总重量的约7-7.7log CFU/g的密度接种谷物浆料。细菌增殖。细菌生长发生1小时30分钟。所述培养时间显示足以活化细菌并增加最少0.4log CFU/g。
然后，过程的第二阶段开始，其中植酸降解发生。由乳酸乳球菌菌株发酵的浆料的温度升高至45℃，因为发现其是一个理想的温度，不仅促进植酸酶活性还降低谷物糊化的风险。所述温度持续2小时。在这段时间里，细菌未进一步酸化培养基使pH值低于5.3。未观察到CFU/g进一步提高。
在下表中显示了基于释放的游离磷酸盐的浓度，随时间降解的植酸浓度(mg/100g)的预估。其假定所有植酸都处于其最磷酸化的形式(IP6)。
表C：
如表C所示，在37℃下培养1.5小时表现为植酸降解程度低(F2和F6)至无降解(F3、F4和F5)。然而，当继续进行至步骤b)时，在45℃下培养2小时后，所有变体均表现出植酸高度降解。这些数据表明，最初为粗粒小麦粉(参考，表C中的F1)创建和优化的发酵过程可以转移并应用于其他谷物来源。
Claims (31)
1.一种生产干燥谷物组合物的方法，包含：
(a)在低于45℃的温度下通过植酸酶阳性乳酸菌发酵含植酸的谷物，直到pH达到至多5.9，其中所述植酸酶阳性乳酸菌选自乳杆菌属、明串珠菌属、乳球菌属、双歧杆菌属和片球菌属；
(b)将步骤(a)中获得的发酵谷物加热至40-55℃范围内的温度持续至少1.5小时的时间段；以及
(c)干燥来自步骤(b)的经发酵和植酸酶处理的谷物以获得干燥谷物组合物。
2.根据权利要求1中所述的方法，其中在步骤(b)期间实现pH降低至pH 5.5或更低。
3.根据权利要求2中所述的方法，其中在步骤(b)期间实现pH降低至5-5.5。
4.根据前述权利要求1中所述的方法，其中在步骤(b)期间pH保持低于5.5。
5.根据权利要求4中所述的方法，其中在步骤(b)期间pH保持在5-5.5范围内。
6.根据权利要求1或4中所述的方法，包含a)在低于45℃的温度下通过植酸酶阳性乳酸菌发酵含植酸的谷物，直到pH达到低于5.5。
7.根据前述权利要求1中所述的方法，其中步骤(a)在20℃至45℃的温度下进行，和/或直到pH达到5-5.3。
8.根据权利要求7中所述的方法，其中步骤(a)在30℃至40℃的温度下进行。
9.根据前述权利要求1中所述的方法，其中在步骤(b)中，温度保持1.5-24小时。
10.根据权利要求9中所述的方法，其中在步骤(b)中，温度保持2-16小时。
11.根据前述权利要求1中所述的方法，其中所述方法还包含(d)在干燥步骤(c)之前向发酵谷物中加入其他成分。
12.根据权利要求11中所述的方法，其中所述方法还包含(d)在干燥步骤(c)之前向发酵谷物中加入至少铁源。
13.根据前述权利要求1中所述的方法，其中所述方法还包含(e)在步骤(b)和(c)之间蒸煮发酵谷物。
14.根据前述权利要求1中所述的方法，其中步骤(c)的干燥通过鼓式干燥进行，和/或直到水活性达到小于0.3。
15.根据前述权利要求1中所述的方法，其中所述乳酸菌选自肠膜明串珠菌、短乳杆菌、乳酸乳球菌、长双岐杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、动物双歧杆菌、青春双歧杆菌和两歧双歧杆菌。
16.根据权利要求1中所述的方法，其中所述乳酸菌选自乳酸乳球菌CNCMI-5450。
17.根据前述权利要求1中所述的方法，其中所述谷物选自小麦、高粱、粟及其混合物。
18.根据前述权利要求1中所述的方法，其中步骤(a)在包含谷物和106-108cfu/mL植酸酶阳性乳酸菌的发酵液中进行。
19.干燥谷物组合物，可通过根据权利要求1-18中任一项所述的方法获得。
20.根据权利要求19中所述的干燥谷物组合物，其具有的植酸盐与铁的摩尔比至多为1；和/或植酸含量小于50mcg/g。
21.根据权利要求20中所述的干燥谷物组合物，其具有的植酸含量小于25mcg/g。
22.一种通过权利要求1-18中任一项所述的方法获得的包含发酵谷物和非复制型乳酸菌的干燥谷物组合物，其中所述组合物具有的植酸盐与铁的摩尔比至多为1，且含有至多5000cfu乳酸菌，1.0至15mg乳酸和至少0.015mg铁，以每克干重计。
23.一种即食谷物组合物，其可通过用食品级液体重构权利要求19-22中任一项所述的干燥谷物组合物而获得。
24.根据权利要求23中所述的即食谷物组合物，其中所述食品级液体选自水、后续配方物或瘤胃乳。
25.根据权利要求19-24中任一项所述的组合物在制备用于向具有矿物质缺乏风险的受试者提供营养的组合物中的用途。
26.根据权利要求19-24中任一项所述的组合物在制备其用于向具有矿物质缺乏风险的受试者提供营养的组合物中的用途，其中所述受试者选自婴儿、幼儿、怀孕或哺乳期妇女和老年人。
27.根据权利要求19-24中任一项所述的组合物在制备用于预防矿物质缺乏的组合物中的用途。
28.根据权利要求19-24中任一项所述的组合物在制备用于预防铁缺乏和/或贫血的组合物中的用途。
29.根据权利要求1-18中任一项所述的方法用于增加谷物中矿物质的生物利用度和/或矿物质的生物可利用性的用途。
30.根据权利要求29所述的用途，其中所述矿物质选自铁、锌、钙、镁和锰。
31.根据权利要求1-18中任一项所述的方法用于降低谷物中植酸水平的用途。
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