CN1875752B - 具有提高的膳食纤维总量的面粉组合物及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

具有提高的膳食纤维总量的面粉组合物及其制备方法和用途高直链淀粉面粉可通过短时水热处理增加其总膳食纤维(TDF)含量。这些面粉可通过下述方法制备：在约10-50重量％的总水分含量、约80-160℃的温度加热高直链淀粉面粉，在目标温度下的加热时间为约0.5-15分钟。本发明进一步涉及含有所述高TDF面粉的产品，包括食品产品。

Description

具有提高的膳食纤维总量的面粉组合物及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种具有提高的膳食纤维总含量的面粉组合物，以及这种面粉的制备方法和用途。
背景技术
本发明涉及一种制备具有提高的膳食纤维总含量的面粉组合物的方法、所得到的面粉组合物和其用途。该面粉通过选择的短时水热处理高直链淀粉面粉而制备。进一步，本发明涉及这种高膳食纤维含量面粉在食品产品中的应用。
面粉是一种复杂的组合物，通常包括淀粉、蛋白质、脂肪(类脂)、纤维、矿物质和各种其它的可能成分。淀粉组分是复杂的碳水化合物，由两类多糖分子组成：直链淀粉，通过α-1，4-D-糖苷键连的D-葡糖苷单元的线形柔性聚合物；支链淀粉，由α-1，6-糖苷键连的支化的线形链聚合物。
已知淀粉可以通过一定的加工操作转化成抗性淀粉，其具有高膳食纤维含量和/或耐胰淀粉酶。这样的加工操作需要相当长的时间，通常至少一小时，以显著地增加总膳食纤维含量。研究文献表明，这样的淀粉具有很多优点，包括有益于结肠健康和减少热值。另外，所述的淀粉还能减少餐中的碳水化合物，降低血糖和胰岛素响应，引起饱腹感，提供持续的能量供应，保持体重，控制低血糖、高血糖、受损的血糖调节、胰岛素耐受综合症、II型糖尿病，改善运动成绩、精神集中度和记忆。
令人惊异的，现发现高直链淀粉含量的面粉可以通过短时水热处理增加其总膳食纤维含量，并发现将该面粉可用于各种产品。
发明内容
高直链淀粉的面粉可以通过短时水热处理增加其总膳食纤维(TDF)含量。这些面粉可以通过下述方法制备：高直链淀粉面粉具有占其淀粉重量至少40％的直链淀粉含量，将所述面粉在约10-50重量％的总水含量、在约80-160摄氏度加热约0.5-15分钟。水分本发明进一步涉及含高TDF面粉的产品，包括食品产品。
在本文中，短时指在目标温度下处理0.5-15分钟。
在本文中，总水分含量指面粉中的水分含量以及任何在加工过程中加入的水。
在本文中，总膳食纤维(TDF)指用分析化学学会(AOAC)方法991.43(AOAC期刊1992年75卷第3期，395-416页)所述的方法测定得到的膳食纤维含量。总膳食纤维以干基报告。
在本文中，面粉指一种多组分组合物，其包括淀粉，还可包括蛋白质、脂肪(类脂)、纤维、维生素和/或矿物质。面粉还非限制性的包括粗粉、全麦粉、玉米粉、湿润谷粉(masa)、粗小麦粉(grits)、粗麦片，但不包括纯淀粉。
在本文中，高直链淀粉面粉是指用实施例部分详细描述的电位法测定面粉中的淀粉含量，对于小麦面粉或米面粉，含有至少约27％的直链淀粉；对于其它来源的面粉，含有至少约40％直链淀粉。
在本文中，糊化指淀粉通过熟化处理丧失其颗粒状结构的加工过程。颗粒是指天然淀粉的结构，其中淀粉是非水溶性的(仍然至少部分结晶)，而且在偏振光下具有双折射和典型的马耳他十字。在高直链淀粉中，一些天然的颗粒不显现马耳他十字，尤其是细丝状的颗粒。如在本文中使用的糊化期间，淀粉失去其双折射特性以及任何在其天然状态时具有的马耳他十字。
在本文中，加热时间指在目标温度的时间，不包括升温(线形变化)时间。
在本文中，升温或线形变化时间指将面粉从室温加热到目标温度的时间。
在本文中，目标温度是指水热处理面粉时的温度，当面粉达到80℃时开始水热处理。
在本文中，结构变化是指面粉成分的任何天然结构的变化，非限制性地包括蛋白变性、淀粉退火(annealing)或结晶，以及形成配合物或其它面粉成分之间的相互作用。
在本文中，食品产品包括所有可食性产品，包括人和/或动物消费的饮料。
在本文中，亚峰熔点温度指熔点温度(Tp)，如果面粉被更长时间地水热处理，其将显著升高，升高至少5℃。
附图说明
图1显示实施例2中通过DSC法测定水热处理高直链淀粉玉米粉的熔化变化曲线。
图2显示实施例5中通过DSC法测定水热处理高直链淀粉玉米粉的熔化变化曲线。
具体实施方式
高直链淀粉面粉可以通过短时水热处理增加其总膳食纤维(TDF)含量。这些面粉可通过下述方法制备，高直链淀粉面粉具有占其淀粉重量至少40％的直链淀粉，将其在约10-50重量％的总水分含量和约80-160℃的温度加热约0.5-15分钟。
在本发明的制备中所用面粉可以是任何天然来源衍生的任何高直链淀粉面粉。在本文中，天然面粉是指为在自然界中被发现的状态。通过标准种植技术(包括杂交、易位、反转、转形变异、插入、辐射、化学处理或其它引起突变的方法)或任何其它基因或染色体工程的方法以包括其变体的方法得到的植物制备的面粉也是适用的。另外，从诱导突变成长的植物获得的面粉和可通过已知的标准突变育种方法生产的上述遗传组合物的变体在此也是适用的。
面粉的典型来源有谷类、块茎和块根、豆类和水果。天然来源可以是任何高直链淀粉品种，非限制性地包括来自玉米、马铃薯、红薯、大麦、小麦、大米、西米、苋菜、木薯、竹芋、美人蕉、豌豆、香蕉、燕麦、裸麦、黑小麦和高梁。在一种实施方案中使用的是玉米粉。在本文中，术语高直链淀粉是指以各自所含淀粉重量计，对于小麦粉或米粉，面粉含有至少约27％的直链淀粉，对于其它来源的面粉，含有至少约40％的直链淀粉。在一个实施方案中，面粉原料含有至少约50％的直链淀粉，在另一个实施方案中面粉原料含有至少约70％的直链淀粉，在第三个实施方案中面粉原料含有至少约80％的直链淀粉，在第四个实施方案中面粉原料含有至少90％以上的直链淀粉，以上所有均以面粉所含淀粉的重量计。如本领域所公知的，面粉还含有淀粉之外的成分。在一个实施方案中使用的面粉含有至少5％的蛋白质，至少约1％的类脂，以上均以面粉重量计；以及以面粉所含淀粉重量计，至少约50％的直链淀粉。在另一个实施方案中，使用的面粉含有至少10％的蛋白质，至少约3％的类脂，以上均以面粉重量计；以及以面粉所含淀粉重量计，至少约70％的直链淀粉。在又一个实施方案中，使用玉米粉，其含有约8-13％的蛋白质，约2-3％的类脂和约85-90％的淀粉，以上均以面粉重量计。在一个实施方案中，面粉具有至少约20％的蛋白质含量，而在另一实施方案中至少为约40％的蛋白质含量，以上均以面粉重量计。
在另一个实施方案中，从具有直链淀粉扩展基因型(隐性的或显性的)植物源提取高直链淀粉面粉。在另一个实施方案中，面粉含有的淀粉中，通过丁醇分馏法测定的支链淀粉含量少于10重量％。在再一个实施方案中，面粉来源于种植植物，特别是玉米，其为种质选择的遗传组合物并含有至少75重量％的直链淀粉；在一个例子中含有至少85％的直链淀粉(即，普通直链淀粉)，少于10重量％的支链淀粉，而在另一个例子中含有少于5重量％的支链淀粉，以及约8-25％的低分子量直链淀粉。在另一个实施方案中，从含淀粉植物的谷粒中提取面粉，所述植物具有隐性直链淀粉扩展基因，其与很多直链淀粉扩展修饰基因连接。这样的植物在本领域中是已知的并有所描述。
面粉通过已知方法从天然来源获得，如通过干磨法。其它可能的方法非限制性地包括湿磨法和分离或结合使用干法和湿法加工。本领域的技术人员知道面粉的成分是可控制的；例如，面粉的蛋白质含量可通过已知的技术增加，例如通过精磨和气流分选。
在本发明的面粉制备中，面粉必须在特定的总水分含量和精确的温度和时间的结合下处理特定的时间，以避免或减少面粉中淀粉成分的部分或全部糊化，从而基本上保持其颗粒结构。可能会发生部分糊化，但要尽量减少以尽可能保持最高的总膳食纤维含量(TDF)。在一个实施方案中，没有发生糊化。在这样的条件下处理面粉，可制得具有高总膳食纤维含量的面粉。
总水分(湿气)含量在约10-50％的范围，在一个实施方案中，以干面粉的重量计(干固体基)，该范围是约20-30重量％。在一个实施方案中，这一水分相对含量在整个加热步骤中保持基本恒定。在另一个实施方案中，在加热期间不加水(即，除了面粉中所含的水分，在加热步骤期间不存在水)。在又一个实施方案中，在水热处理期间不控制水分含量(基本保持恒定)，从而一旦开始加工，所处理的面粉具有较低的水分含量。
面粉在约80℃到160℃的目标温度加热，在一个实施方案中，在约100℃到120℃的温度加热。虽然最适宜的温度和水分含量可根据特定的面粉组成(包括蛋白质、淀粉和类脂的来源和含量)及其直链淀粉含量而变化，但是具有高的总膳食纤维含量很重要，因为淀粉保持颗粒状态，从而不会失去其结晶和双折射特性。
在目标温度加热的时间根据所用面粉、其直链淀粉含量和颗粒大小、所需要的总膳食纤维的含量以及水分量和加热温度变化。在一个实施方案中，该加热时间是约0.5-15分钟。在一个实施方案中，面粉被加热。
升温(线性变化)时间可根据所使用的设备、加工条件、所用面粉变化。在一个实施方案中，理想的是采用较短的升温时间以免得到的面粉变色和形成不良味道。在另一个实施方案中，升温时间少于约5分钟，在又一个实施方案少于约1分钟。
处理面粉以得到高含量的总膳食纤维的条件是不破坏淀粉的颗粒结构(不被糊化)，使它们保持结晶和双折射性。进而，在偏振光下观察天然淀粉的颗粒结构时可以看到马耳他十字未损失。在有些条件下，如高湿和高温，淀粉颗粒可能部分熔胀，但是结晶不会被完全破坏。在这样的条件下，淀粉颗粒不被破坏，仍可根据本发明获得总膳食纤维的提高。
尽管淀粉结晶有助于总膳食纤维含量，水热处理同时会改变面粉的其它组分，其可能包括结构改变。一方面，选择水热处理的条件以最大化地增加总膳食纤维含量，而另一方面是将不希望的热引发后果减至最小，诸如营养价值降低(例如，维生素降解)或者感觉质量降低(例如，味道、颜色)。
热处理可用任何本领域已知的设备来进行，其根据需要为粉末处理、以及水分的加入和控制、混合、加热和干燥提供足够的性能。在一个实施方案中，所使用的设备是连续的管式薄膜干燥机，在另一个实施方案中，设备是与连续加热的螺杆运输机串连的连续的薄膜干燥机，其还可以加压以控制在目标温度的水分含量。在又一个实施方案中，设备是间歇式犁头式混合机。热处理可以间歇进行或连续进行。
在一个实施方案中，热处理的进行是间歇方式，将面粉加热至80-160℃的温度范围并保持温度基本稳定。在另一个实施方案中，热处理的进行是连续方式，升温时间很短。在连续方式的一个实施方案中，将面粉加热至80-160℃范围并保持温度基本稳定，在又一个实施方案中，在达到该温度的时候热处理基本完成。
面粉在热处理之前或之后都可以另外进行加工，只要所述的加工不破坏淀粉的颗粒结构。在一个实施方案中，这样的另外加工包括使用α淀粉酶降解或酸处理，以及在另一个实施方案中采用化学改性。
在水热处理之前或之后，可以调节面粉的颗粒大小，例如，通过精磨、附聚和/或筛选。但是，需要注意的是，精磨会降低面粉的总膳食纤维含量。在一个实施方案中，水热处理过的面粉的90％具有至少250微米且不大于590微米的颗粒尺寸。在又一个实施方案中，水热处理过的面粉的90％具有至少180微米且不大于590微米的颗粒尺寸。在再一个实施方案中，水热处理过的面粉具有不大于590微米的颗粒尺寸并且70％具有至少180微米的颗粒尺寸，在进一步的实施方案中，面粉具有不大于590微米的颗粒尺寸并且80％具有至少125微米的颗粒尺寸。在所有的情况下，水热处理后的的面粉的颗粒尺寸可能是由于处理前面粉的颗粒尺寸或由于用本领域已知方法处理后颗粒尺寸的变化。在一个实施方案中，处理后的颗粒尺寸取决于处理前面粉的颗粒尺寸。
面粉可以使用任何本领域已知的方法进行纯化。在一个实施方案中，面粉用本领域中已知的方法进行了漂白以减轻颜色。还可以使用本领域中已知的方法调节面粉的pH值。
可以使用本领域中已知的方法干燥面粉，但不使其淀粉糊化。在一个实施方案中，面粉被空气干燥，在另一个实施方案中闪蒸干燥面粉。
所使用的前处理和/或后处理的方法可以进一步控制总膳食纤维含量，或者使面粉更加适用于食品。
经过水热处理得到的面粉产品含有的淀粉保持了其颗粒结构，作为明显的证据就是在显微镜下观察时其具有双折射性，并且在偏振光下观察在天然淀粉中存在的马耳他十字没有损失。该面粉具有的总膳食纤维含量为至少约20％，并比水热处理前的面粉高至少10％(基于面粉重量的绝对值)。在一个实施方案中，面粉的总膳食纤维含量至少是约40重量％，在又一个实施方案中，面粉的总膳食纤维含量至少是约50重量％，还有一个实施方案，面粉的总膳食纤维含量至少是约60重量％。面粉的膳食纤维含量根据所使用的热处理条件和特定的起始原料变化。
得到的面粉还具有一个亚峰熔点温度[Tp](用实施例部分所描述的DSC法测定)，从而，如果面粉被水热处理的时间较长，Tp就会显著地增加，增加至少5℃。熔点温度取决于起始面粉的来源和组成以及处理条件。在许多情况下较低的熔点温度是理想的，因为这表示面粉更容易烹饪加工并具有较高的吸水性。在一个实施方案中，玉米来源的面粉含有至少约70重量％的直链淀粉，水热处理后的面粉的熔点温度为至少约100℃。
得到的面粉具有可以接受的颜色，相比于天然面粉没有改变或改变极小。在一个实施方案中，L-值以0-100的刻度表示白度，在天然面粉和水热处理后的面粉之间L-值的变化小于10。在另一个实施方案中，L-值的变化小于5，在再一个实施方案中，L-值的变化小于2。
得到的面粉具有高耐加工性，因为其在高热和/或高剪切下不易损失其TDF含量，而以相似方式处理的淀粉就会损失其TDF含量。这使得本发明的面粉可用于增加各种产品的总膳食纤维含量，所述产品中高膳食纤维淀粉不作为功能成分。在一个实施方案中，面粉较淀粉在同样的加热和剪切加工条件下保存的总膳食纤维含量高20％。
在一个实施方案中，面粉在被挤压时具有高耐加工性。挤压可用本领域已知的任何适合的设备和加工参数进行。由于存在加工参数的大量结合，如产品水分、螺杆设计和速度、进料率、桶温、冲模设计、配方和长度/直径(L/d)比率，在本领域中已用比机械能(SME)和产品温度(PT)来描述挤压过程的加工参数范围。在一个实施方案中，当采用至少约125Wh/kg的SME和135-145℃的PT时，面粉保持其总膳食纤维含量的至少约50重量％；在另一个实施方案中，面粉保持其总膳食纤维含量的至少约60重量％。
本发明的面粉可以用于任何食品产品。该面粉有助于提高这些食品的总膳食纤维含量并降低热量。典型的食品非限制性地包括谷物食品，例如即食谷物、膨化谷物和食用之前要熟化的谷物；焙烤食品，如面包、脆饼、饼干、蛋糕、松饼、蛋卷、面点和其它谷物基料的配料；通心粉；饮料；煎炸和包衣食品；小吃；以及培养的乳制品，如酸奶、干酪和酸乳酪。
可添加和用于任何给定食品的膳食纤维的量很大程度上取决于所能承受的功能用量。换句话说，高TDF面粉的量一般可以高达食品感官评价的可接受程度。在一个实施方案中，本发明的面粉用量为食品的约0.1-90重量％，在另一个实施方案中为食品的约1-50重量％，在再一个实施方案中，为食品的约1-25重量％。
本发明的面粉还可以用于药品或营养产品，非限制性地包括孕前和孕早期营养品、糖尿病人食品和补充剂、减肥食品、控制胰岛素反应的食品、片剂和其它剂量形式。
用本发明的面粉制造的产品可以供任何动物食用(消化)，在一个实施方案中是供给哺乳动物。
以下实施方案进一步解释和说明本发明，但不对本发明构成任何限制。
1.增加面粉中总膳食纤维含量的方法，包括，在占面粉重量为10-50％的水分含量下、在80-160℃的目标温度加热面粉，在目标温度下的加热时间为0.5-15分钟，生产水热处理的面粉；
其中该面粉的直链淀粉含量至少是面粉所含淀粉的40重量％，如果是小麦粉或米粉，其直链淀粉含量至少是面粉中所含淀粉的27重量％；
其中所选择的加工条件使得基于面粉的重量，面粉中总膳食纤维增加至少10％。
2.实施方案1的方法，其中所述面粉是玉米粉。
3.实施方案1的方法，其中所述面粉的直链淀粉含量至少是面粉所含淀粉的约70重量％。
4.实施方案1的方法，其中所述面粉的直链淀粉含量至少是面粉所含淀粉的约80重量％。
5.实施方案1的方法，其中所述面粉的直链淀粉含量至少是面粉所含淀粉的约90重量％。
6.实施方案1的方法，其中所述面粉含有至少5％的蛋白质，至少约1％的类脂，均以面粉重量计；以及以面粉中的淀粉重量计为至少约50％的直链淀粉。
7.实施方案1的方法，其中所述面粉是玉米粉，以面粉重量计，其含有约8-13％的蛋白质，约2-3％的类脂和约85-90％的淀粉。
8.实施方案1的方法，其中目标温度为100-120℃。
9.实施方案1的方法，其中水分含量以面粉重量计为20-30％。
10.实施方案1的方法，其中不加入额外的水分进行加热。
11.实施方案1的方法，其中加热期间不控制水分。
12.一种组合物，含有实施方案1的水热加热过的面粉。
13.实施方案12的组合物，其中所述面粉含有的总膳食纤维含量以面粉重量计至少是20％。
14.实施方案12的组合物，其中所述面粉含有的总膳食纤维含量以面粉重量计至少是40％。
15.实施方案12的组合物，其中所述面粉含有的总膳食纤维含量以面粉重量计至少是50％。
16.实施方案12的组合物，其中所述面粉具有亚峰熔点温度。
17.实施方案12的组合物，其中所述面粉是玉米粉，其含有的直链淀粉至少是面粉所含淀粉的70重量％，而且熔点温度至少为100℃。
18.实施方案12的组合物，其中所述面粉的L-值变化小于10。
19.实施方案12的组合物，其中所述面粉的L-值变化小于2。
20.实施方案12的组合物，其中90％的面粉具有至少250微米且不大于590微米的颗粒尺寸。
21.实施方案12的组合物，其中90％的面粉具有至少180微米且不大于590微米的颗粒尺寸。
22.实施方案12的组合物，其中所述面粉具有不大于590微米的颗粒尺寸，而且70％的面粉具有至少180微米的颗粒尺寸。
23.实施方案12的组合物，其中所述面粉具有不大于590微米的颗粒尺寸，而且80％的面粉具有至少125微米的颗粒尺寸。
24.加工食品的方法，包括：采用至少125Wh/kg的SME和135-145℃的PT挤压实施方案13的组合物形成挤压组合物，
其中该挤压组合物保持其总膳食纤维含量的至少约50重量％。
25.实施方案24的方法，其中所述挤压组合物保持其总膳食纤维含量的至少约60重量％。
实施例
以下实施例进一步解释和说明本发明，但不对本发明构成任何限制。无特别说明，全部份数和百分比都以重量计，所有温度都以摄氏度(℃)计。
以下实验步骤为全部实施例所使用。
A.直链淀粉含量测定
电位法测定直链淀粉含量
约0.5g淀粉(从1.0g磨碎的谷物得到)样品在10ml浓氯化钙(约30重量％)中加热到95℃30min。样品冷却至室温，用5毫升2.5％的醋酸双氧铀溶液稀释，混合均匀，在2000rpm离心5min。然后过滤样品得到澄清溶液。淀粉浓度通过偏振光测量，使用1cm的偏振光测定杯。然后将等分样品(通常是5ml)直接用标准0.01N的碘溶液滴定，同时用以KCl作为参比电极的铂电极记录电势。达到拐点时的碘的用量可以通过结合碘直接测定。假设1.0g直链淀粉可以结合200毫克的碘，就可以计算出直链淀粉的量。
B.总膳食纤维含量的测定
以下所列测定总膳食纤维含量的步骤是使用了AOAC的方法991.43(见AOAC期刊1992年75卷第3期，395-416页)。
该测试使用Megazyme AOAC 991.43TDF方法试剂盒K-TDFR来进行。
测定可溶性膳食纤维的步骤：
1.空白
每个测定采用两个空白与样品平行以测定试剂对残渣的影响。
2.样品
a.精确称取两份1.000±0.005g的样品置于400ml高型烧杯中。
b.分别将40毫升0.05M的MES-TRIS混合缓冲溶液(pH为8.2)加入烧杯中。每个烧杯中都放入磁力搅拌棒。进行磁力搅拌，直至样品完全分散于溶液中。
3.与热稳定的α淀粉酶一起培养
a.加入50μl热稳定的α淀粉酶溶液，同时低速搅拌。
b.每个烧杯都用方形铝箔覆盖。
c.将覆盖的样品放入振摇的95-100℃水浴中，在连续搅拌下培养35分钟。当所有的烧杯放入热水浴中时开始计时。
4.冷却
a.将所有烧杯从热水浴中取出，冷却至60℃。
b.移去铝箔。
c.如果需要的话，用抹刀刮去烧杯壁的环形物和底部的凝胶。
d.移液管取10ml蒸馏水冲洗烧杯侧壁和刮刀。
e.调整水浴温达60℃。
5.与蛋白酶一起培养
a.每份样品加入100μl蛋白酶溶液。
b.用铝箔覆盖。
c.在振摇的60±1℃水浴中培养，并持续搅拌30分钟。当水浴温度达到60℃时开始计时。
6.pH调节
a.从振摇的水浴中取出样品烧杯。
b.移去铝箔。
c.将5毫升0.561N的HCl溶液分散于样品中，同时进行磁力搅拌。
d检测pH值，其应为4.1-4.8。如果需要，另用0.5％的NaOH或5％的HCl溶液调节pH值。
7.与淀粉葡萄糖苷酶一起培养
a.加入200μl淀粉葡萄糖苷酶溶液，同时进行磁力搅拌。
b.再覆盖铝箔。
c.在振摇的60℃水浴中培养30分钟并持续搅拌。当水浴温度达到60℃时开始计时。
8.过滤装置
a.配衡含有硅藻土(celite)的坩锅以最接近0.1mg。
b.用约3ml蒸馏水湿润坩锅中的硅藻土，使其重新分布。
c.抽吸坩锅使硅藻土吸在多孔玻璃上形成均匀的衬垫。
9.将步骤7中的酶混合物从坩锅中过滤到过滤瓶中。
10.用预热至70℃的10ml蒸馏水洗涤残渣两次。在清洗坩锅中的残物前先用水清洗烧杯。将溶液转移到预先配衡过的600ml高型烧杯中。
11.用10ml以下物质洗涤残渣两次
a.95％乙醇
b.丙酮
12.将盛有残渣的坩锅在103℃的炉中干燥过夜。
13.将坩锅在干燥器中冷却约1小时。称重含有膳食纤维残渣和硅藻土的坩锅以最接近0.1mg。减去皮重，即，干燥的坩锅和硅藻土的重量，得到残渣重量。
14.蛋白质和灰分的测定
每种纤维样品的一份残渣用于测定分析蛋白质，另一份用于分析灰分。
a.残渣中蛋白的分析采用凯氏定氮法(AACC46-10)。所有样品计算蛋白质克数的因数用6.25。
b.分析灰分，按照AACC的方法08-01，将第二份残渣样品在525℃烧灼5小时。在干燥器中冷却，称重以最接近0.1mg。减去坩锅和硅藻土的重量就是灰分的重量。
总膳食纤维的量以下述公式计算，没有特别说明，都是以干基报告：
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-m1的残渣重量
R2-m2的残渣重量
A-R1的灰分重量
P-R2的蛋白重量
C.DSC法进行热学分析
将天然和水热处理的面粉用具有液氮冷却附件的Perkin Elmer差示扫描量热计7进行热学分析。称量10mg无水样品放入不锈钢密封盘中，加水使水与面粉的比例达到3∶1。将盘密封，以10℃/min的加热速率在10-160℃范围扫描。对各样品重复测定一次，取平均值，报告峰值温度和结束熔点温度(℃)以及糊化焓值(J/g)。
D.颜色测定
颜色测定采用Hunter Color Quest II单色盲分光镜球体模型(Hunter协会实验室，Reston有限公司，VA，USA)。根据专门用于该仪器的操作步骤和软件模型测量和计算L-值和a-值。L-值表示产品的亮度，100代表最白，0代表黑。a-值为正时表示红色。
实施例1-水热短时处理得到的高TDF的高直链淀粉玉米粉：加工时间和TDF发展之间的关系
通过常规的干磨法，使用高直链淀粉玉米粒来形成脱出胚芽的高直链淀粉玉米粉。干磨法按照本领域中的常规方法，包括谷物清理，脱胚，分离胚芽和糠麸，最后磨碎和过筛获得目标颗粒尺寸。该组合物具有下述特征：13.6％的水分，10.2％的蛋白质，1.8％的灰份和6.0％的脂肪。颗粒尺寸分布为：250微米筛上55.3％，177微米筛上18.3％，125微米筛上17.5％和8.9％过125微米筛。高直链淀粉玉米粉的TDF为31％。
干磨法得到的高直链淀粉玉米粉通过间歇犁头式混合干燥器进行水热处理(型号：300HP Prestovac反应器，Processall制造，辛辛那提，OH，USA)。使用如下条件。A批：高直链淀粉玉米粉在室温置于反应器中。调节高直链淀粉玉米粉的水分含量为13.6-30％(+/-1％)。然后调节水分后的高直链淀粉玉米粉被升温至121℃(250
Figure 10003_0
)。加热到121℃需要约45分钟。样品达到目标温度后(说明：在目标温度1分钟)以及于30分钟之后、60分钟之后和120分钟之后取出样品。样品一式两份使用AOAC 991.43方法分析总膳食纤维(TDF)。第二批(B批)使用同样的加工和步骤制备和分析，但设定不同，水分含量为(25％)和目标温度为126℃(260)。表1显示了在目标温度下的加工时间和TDF值
表1：水热处理高直链淀粉玉米粉的TDF值
 加工时间(min)   A批系列   TDF％   B批系列   TDF％
  1   A-1   63   B-1   61
  30   A-30   64   B-30   67
  60   A-60   65   B-60   67
  120   A-120   62   B-120   65
表1的数据显示，当加工分别达到121℃和126℃的目标温度时，高直链淀粉玉米粉的其TDF由未处理前的面粉的31％分别升至63％(样品A)和61％(样品B)。保持目标温度，样品A和B的TDF增加不显著。结果表明，当达到目标温度后，TDF形成非常迅速，并迅速达到最大值。该结果表明，TDF的发展是更快速的机理，而不是通常对于高直链淀粉所预期的情况。
实施例2-加工条件对水热处理的高直链淀粉玉米粉熔化特性的影响以及与TDF发展的相关性
将实施例1中的“样品A系列”和未处理高直链淀粉玉米粉通过DSC法分析以确定熔化行为的变化。分析步骤如上所述。表2总结了TDF的数据和描述组合物熔化行为的数据。另外，熔化曲线如图1所示。数据显示起始温度(To)、峰值温度(Tp)和终止温度(Tc)随着加工时间的延长而增加。对于To，在未处理的面粉和在目标温度下1min的样品之间观察到最显著的增加；对于Tp，在“在目标温度下1min的样品”(样品A-1)和从60到120分钟的变化观察到最明显的增加。对于Tc，在“在目标温度下1min的样品”和30到60分钟的变化观察到最明显的变化。图1还显示了随着加工时间的延长，熔化曲线向着更高温度迁移。TDF的数据显示，正如实施例1所探讨的，最大的TDF量在一旦达到目标温度时就已获得(样品A-1)。由于样品A-1的熔化温度数据并未显示这一样品系列的最高值，该数据证明通过短时水热处理高直链淀粉玉米粉发展的TDF不仅取决于方法导致的熔化特性和淀粉结晶的变化。这表明，其它机理，如加工导致的蛋白质变性或其它复杂结构变化也会影响水热处理的面粉中TDF的发展。注意到下面这一点也是重要的，即，对于用较长处理时间处理的样品，观察到熔化温度的提高未导致TDF的进一步增加。
表2  DSC法测定水热处理的高直链淀粉玉米粉的熔化温度数据
  样品   TDF   To   Tp   Tc   ΔH
  (％)   (℃)   (℃)   (℃)   (J/g)
  未处理   31   73.5   96.0   105.9   6.47
  A-1   63   91.0   103.7   117.3   6.93
  A-30   64   93.8   105.7   120.7   7.09
  A-60   65   94.7   105.7   130.8   6.83
  A-120   62   94.1   119.4   132.6   7.69
实施例3-加工条件对水热处理的高直链淀粉玉米粉的颜色发展的影响
实施例1和2所述的“样品A系列”和未处理的高直链淀粉玉米粉采用Hunter Color Quest II单色盲分光镜球体模型(Hunter协会实验室公司，Reston，VA，USA)测定颜色。该步骤测定L-和a-值。L-值以0到100的刻度表示产品的亮度。L-值降低表示亮度降低。当a-值为正时，表示红色的增加。这两个数值用于描述水热处理后的黄色高直链淀粉玉米粉观察到的褐色的增加。表3显示了加工时间、天然面粉和水热处理样品的颜色数据和TDF数据。颜色数据显示，随着加工时间延长，亮度(L-值)下降和红色(a-值)增加。结果表明，加工带来显著的变色或颜色变化。数据还显示，短时加工制备的面粉具有最大的TDF和最低程度的变色。这对将所述组合物用于食品是附加的益处。
表3  天然的和水热处理后的高直链淀粉玉米粉的TDF和颜色数据
  加工时间   TDF   L-值   a-值
  (min)   (％)   (-)   (-)
  未处理粉料   31   83.6   2.33
  1   63   80.6   2.74
  30   64   74.4   4.90
  60   65   71.7   5.99
  120   62   71.2   5.28
实施例4-在连续系统中通过水热短时处理和快速升温的方法制备TDF增加的高直链淀粉玉米粉
实施例1所述的高直链淀粉玉米粉采用连续短时方法进行水热处理。该连续方法设计由加热套加热的薄膜干燥器(Solidair型号SJS8-4，Hosokawa-Bepex，MN，USA)和加热套加热的传送螺杆(Thermascrew型号TJ-81K3308，Hosokawa-Bepex，MN，USA)串取组成。该系统设计成在中等压力下操作。双刀形进闸阀用于保持体系压力，同时进料和卸出高直链淀粉玉米粉。薄膜干燥器用于将高直链淀粉玉米粉加热达到相应的目标温度。在薄膜干燥器上的停留时间经过计算为约1分钟。加热的传送螺杆用于控制水热处理的时间。停留时间通过控制螺杆速度调节。在水热处理前，高直链淀粉玉米粉的水分含量用间歇螺条混合机调节至25％(+/-1％)。将调节过水分的高直链淀粉玉米粉以约50kg/h输送到加压的系统中，将饱和蒸汽在与产品目标温度相同的蒸汽温度下输入到体系中。这是为了在加工过程中保持产品中水分含量为至少25％。温度探头位于产品从薄膜干燥器转移至传送螺杆的位置。高直链淀粉玉米粉的加工条件见表4。
分析样品的TDF。TDF的数据列于表4。
表4  通过短时连续方法水热处理的高直链淀粉玉米粉的TDF值
  样品   温度(℃)   在目标温度的时间(min)   TDF(％)
  C   100   15   54
  D   120   5   62
  E   130   15   60
表2的数据显示短时水热处理使高直链淀粉玉米粉的TDF含量由未处理时的31％增加到水热处理后的54-62％。
实施例5-加工条件对水热处理的高直链淀粉玉米粉熔化特性的影响以及与TDF的相关性
实施例4所述样品用DSC法来表征，以测定熔化特性的变化，表5总结了所述组合物的TDF数据和描述熔化行为的数据。另外，熔化曲线如图2所示。数据表明，在100℃下水热处理15分钟所得到的组合物与未处理的面粉相比，具有显著提高的TDF含量，并且熔化行为中To从73.5℃升至85.2℃，ΔH从6.47升至8.40J/g，而Tp和Tc只有轻微增加。在较高的温度下短时水热处理能进一步增加TDF而且熔化温度向更高水平迁移。重要的是注意到熔化曲线非常窄。另外，样品D的ΔH降低表明在所用的加工条件下发生了部分糊化。这组数据显示，通过所述的加工，发生部分或低程度的糊化不会影响面粉中TDF的升高。
进而，实施例1的样品A-1和实施例4的样品D的比较表明，产品尽管在同样的目标温度(120-121℃)短时加工制备得到并具有相同的TDF水平(61到63％)，但产品表现出不同的熔化曲线。这说明，升温时间会对组合物造成影响，从而影响其在食品中的表现。
表5：用DSC法测定的短时连续方法水热处理的高直链淀粉玉米粉的熔化数据
  样品   TDF   To   Tp   Tc   ΔH
  (％)   (℃)   (℃)   (℃)   (J/g)
  未处理   31   73.5   96.0   105.9   6.47
  C   54   85.2   97.9   109.2   8.40
  D   62   105.4   115.1   123.9   4.73
  E   60   107.3   117.4   127.5   6.10
实施例6-加工条件对水热处理的高直链淀粉玉米粉颜色的影响以及与TDF的相关性
用实施例3记载的分析方法测定实施例4所述的连续短时水热处理生产的高直链淀粉玉米粉样品的颜色。数据列于表6。可以看出，连续短时处理使得高直链淀粉玉米粉的TDF增加，样品颜色与未处理的面粉相比变化很小(样品D和E)或几乎没有色变(样品C)。
表6  短时连续方法生产的水热处理高直链淀粉玉米粉的颜色数据
  样品   TDF   L-值   a-值
  未处理   31   83.62   2.33
  C   54   82.82   1.00
  D   62   79.16   1.78
  E   60   77.38   2.86
实施例7-减小颗粒尺寸(后加工)对短时水热处理生产的高直链淀粉玉米粉的TDF的影响
实施例1所述的天然高直链淀粉玉米粉采用实施例4所述的连续短时水热处理。高直链淀粉玉米粉在100℃、水分25％的条件下处理15min(样品F)。水热处理后，样品F的颗粒分布为：250微米筛上22.8％，180微米筛上45.1％，125微米筛上10.5％和21.6％过125微米筛。样品F采用气体分级磨粉碎至小颗粒尺寸。粉碎产品的样品G的颗粒尺寸为53-32微米(测定是100％过53微米筛网且100％在32微米筛网上)。表7显示了样品F和G的TDF含量。数据表明，后加工的处理步骤导致TDF由48％减少至42％。但是精细粉(样品G)中42％的TDF含量仍然高于天然未处理面粉的TDF值(31％)。该结果表明精磨操作会破坏部分通过水热处理所形成的保护结构。由于对于水热处理的纯淀粉不知道存在这种行为，该结果还说明，在水热处理高直链淀粉玉米粉时，可能有复杂的过程导致的结构变化，从而有益于TDF的形成。
表7：水热处理高直链淀粉玉米粉及其精磨产品的TDF含量
Figure G06193470220060719D000182
实施例8-水分调控或不调控条件下短时水热处理高直链淀粉玉米粉
在常压条件下采用实施例4所述的方法热处理实施例1所述的高直链淀粉玉米粉。将高直链淀粉玉米粉的水分调节至25％并在常压条件下于目标温度100℃加热处理15分钟(样品H)。此时的时间温度曲线与实施例4中的样品C在所述条件下的曲线相同。由于这样的常压加工过程不控制产品中的水分，该加工导致面粉的水分显著减少(干燥)。结果，面粉干燥，水分从开始时的25％降为11％。表8显示样品H和样品C的TDF数值和水分数值的比较。尽管样品H的TDF未达到样品C的水平，TDF从未处理的高直链淀粉玉米粉的31％增至48％仍是很显著的。令人惊异的发现是，这可以表明，加工过程中无需控制水分，特别是在为了生产高TDF含量的高直链淀粉玉米粉而采用的水热处理时。
表8：水分调控或不调控条件下水热处理的高直链淀粉玉米粉的TDF含量
实施例9-水热短时处理高直链淀粉玉米粉和高直链淀粉玉米淀粉
具有18％TDF的高直链淀粉玉米淀粉被调节水分为30％并用薄膜干燥器加热处理(涡轮增压干燥器，Turbo Dryer，VOMM，意大利)，此设备与实施例4中所用的设备(Solidaire Hosokawa-Bepex，MN，USA)类似。如实施例8所述过程，热处理在常压条件下进行。因此，不调控水分，淀粉在加工过程中被干燥。调控水分的高直链淀粉玉米淀粉在100-103℃加热，停留为约8min(样品K1)。为了延长处理时间，处理过的淀粉重新调节至水分为30％，暴露于同样的操作条件下处理第二次(样品K2)。表9显示了样品K1和K2与实施例8中的样品H的TDF数据的比较。如实施例8所述，样品H由高直链淀粉玉米粉制得，其在较低的起始水分(25％)和相同的温度(100℃)进行加工。
表9：热处理的高直链淀粉玉米粉和高直链淀粉玉米淀粉的TDF数据
表9的数据显示，在100℃短时热处理并不增加高直链淀粉玉米淀粉的TDF含量。相反，同样的热处理条件会导致高直链淀粉玉米粉中的TDF含量显著增加，如前所讨论，TDF由31％增至48％。这又表明，面粉中TDF的形成取决于包括了不仅是淀粉颗粒退火过程的机理。
实施例10-将水热处理的高直链淀粉玉米粉用于挤压谷物早餐配方
水热处理的面粉于膨化谷物早餐食品进行评价，以测定其在代表了带有强热和剪切因素的食品应用中的表现。根据实施例1所述过程制备新样品B5用作试验。作为水热处理起始材料的面粉含有10.7％的水分，9.7％的蛋白质，2.2％的脂肪，0.65％的灰分和28％的TDF。水热处理后的面粉(样品B5)的TDF为49％。
挤压过程使用三桶(Wenger)双螺杆挤压机，型号TX75，以制备膨化早餐谷物。各组分的干混物根据表示10所示配方制备。用实验样品代替配方中的脱胚玉米粉，使得每30g谷物提供5g的纤维素(17％)，其相应于“高纤维素来源”的标签说明。评价三种配方：1)对照组合物；2)含有水热处理过的、起始TDF为49％的面粉(B5)的组合物，其中面粉用量为39％(wb)；3)含有水热处理的高直链淀粉玉米淀粉的组合物，其起始TDF为64％，该淀粉用量为30％(wb)。三种样品的配方列于表10。
表10  膨化谷物配方
Figure G06193470220060719D000201
用Wenger公司制造的型号为61001-000的螺旋带式混合器混合干料30分钟，送入传输管，无预调理而直接挤压，进料率为100kg/h。使用3桶挤压机的设计，桶温设定为50℃、80℃和92℃，波动保持在4度范围内。比机械能(SME)用以下式来计算，以表示加工过程所受机械剪切力的大小。
Figure A20061009347000241
选择的挤压条件列于表11。膨化样品由挤压器送至干燥器。干燥器的温度设定为一区为130℃，二区和三区为30℃，总停留时间约为8分钟。在干燥器出口处，产品收集于对齐的盒内，包装，减少空气中水分进入，分拣。
用AOAC 991.43方法测定干混合物和终产品终的TDF。TDF的保留率用下式计算：
TDF保留率(％)＝(TDF样品×100)/TDF干混合物
样品2和3的干混合物TDF为22％(wb)而对照为5％(wb)
表11  早餐谷物的加工条件及其最终特性
Na-未测定
产品温度为135-145℃
表11的结果显示，在同样的挤压条件下，即，通过设定挤压机中螺杆速度，挤压桶温度和配方的水分含量加工参数，以及通过最终的SME，使得水热处理的面粉较热湿处理的淀粉而言具有较高的TDF保留率。因此，这种面粉可以用于生产挤压谷物早餐，从而提供更高的纤维含量。
结果表明，在强剪切和高温诸如谷物膨化挤出时，其中湿度为16％，SME为约125Wh/kg，产品温度不超过145℃，水热处理的面粉保留了至少60％的TDF。而同样条件下，热湿处理的淀粉保留了仅41％的TDF。
实施例11-在不同的加工时间下，在连续方法中湿热加工高直链淀粉玉米粉
实施例1所述的高直链淀粉玉米粉使用实施例4所述的方法进行连续湿热加工。使用间歇螺旋带状混合器调节高直链淀粉玉米粉的水分含量为25％(+/-1％)。调节水分含量后的面粉在120℃的目标温度分别热处理5min(实施例4的样品D)、15min(样品L)和30min(样品N)。表12显示了加工条件、TDF值和颜色值。可以看出，短时加工5min获得的TDF最大。TDF随着加工时间的延长而减少可能是由于部分失去颗粒结构完整性的原因。进而，延长加工30分钟时导致L-值降低而a-值升高，产品发生显著的不可接受的色泽变化。
表12  水热处理的高直链淀粉玉米粉的TDF和颜色数据

Claims (25)

1.增加面粉中总膳食纤维含量的方法，包括，在占面粉重量为10-50％的水分含量下、在80-160℃的目标温度加热面粉，在目标温度下的加热时间为0.5-15分钟，从而生产水热处理的面粉；
其中非小麦粉或米粉的面粉的直链淀粉含量至少是面粉所含淀粉的40重量％，小麦粉或米粉的直链淀粉含量至少是面粉中所含淀粉的27重量％；
其中所选择的加工条件使得基于面粉的重量，面粉中总膳食纤维增加至少10％。
2.权利要求1的方法，其中所述面粉是玉米粉。
3.权利要求1或2的方法，其中所述面粉的直链淀粉含量至少是面粉所含淀粉的约70重量％。
4.权利要求3的方法，其中所述面粉的直链淀粉含量至少是面粉所含淀粉的约80重量％。
5.权利要求4的方法，其中所述面粉的直链淀粉含量至少是面粉所含淀粉的约90重量％。
6.权利要求1或2的方法，其中所述面粉含有至少5％的蛋白质，至少约1％的类脂，均以面粉重量计；以及以面粉中的淀粉重量计为至少约50％的直链淀粉。
7.权利要求6的方法，其中所述面粉是玉米粉，以面粉重量计，其含有约8-13％的蛋白质，约2-3％的类脂和约85-90％的淀粉。
8.权利要求1或2的方法，其中目标温度为100-120℃。
9.权利要求1或2的方法，其中水分含量以面粉重量计为20-30％。
10.权利要求1或2的方法，其中不加入额外的水分进行加热。
11.权利要求1或2的方法，其中加热期间不控制水分。
12.一种组合物，含有权利要求1-11任一项的方法产生水热加热过的面粉。
13.权利要求12的组合物，其中所述面粉含有的总膳食纤维含量以面粉重量计至少是20％。
14.权利要求13的组合物，其中所述面粉含有的总膳食纤维含量以面粉重量计至少是40％。
15.权利要求14的组合物，其中所述面粉含有的总膳食纤维含量以面粉重量计至少是50％。
16.权利要求12-15任一项的组合物，其中所述面粉具有亚峰熔点温度。
17.权利要求12-15任一项的组合物，其中所述面粉是玉米粉，其含有的直链淀粉至少是面粉所含淀粉的70重量％，而且熔点温度至少为100℃。
18.权利要求12-15任一项的组合物，其中所述面粉的L-值变化小于10。
19.权利要求18的组合物，其中所述面粉的L-值变化小于2。
20.权利要求12-15任一项的组合物，其中90％的面粉具有至少250微米且不大于590微米的颗粒尺寸。
21.权利要求12-15任一项的组合物，其中90％的面粉具有至少180微米且不大于590微米的颗粒尺寸。
22.权利要求12-15任一项的组合物，其中所述面粉具有不大于590微米的颗粒尺寸，而且70％的面粉具有至少180微米的颗粒尺寸。
23.权利要求12-15任一项的组合物，其中所述面粉具有不大于590微米的颗粒尺寸，而且80％的面粉具有至少125微米的颗粒尺寸。
24.加工食品的方法，包括：采用至少125Wh/kg的比机械能和135-145℃的产品温度挤压权利要求12-23任一项的组合物形成挤压组合物，
其中该挤压组合物保持其总膳食纤维含量的至少约50重量％。
25.权利要求24的方法，其中所述挤压组合物保持其总膳食纤维含量的至少约60重量％。
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