CZ306430B6

CZ306430B6 - Kompozice s vyšším obsahem rezistentního škrobu na bázi chemické a extruzní modifikace škrobu

Info

Publication number: CZ306430B6
Application number: CZ2015-564A
Authority: CZ
Inventors: Evžen Šárka; Petra Smrčková; Jaroslav Koláček; Aldao David Antonio Chena; Miroslava Kubová
Original assignee: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2017-01-18
Also published as: CZ2015564A3

Abstract

Kompozice na bázi vysoce acetylovaného škrobu a acetylovaného maltodextrinu, která vznikne po extruzi potravinářského materiálu sestává z acetylovaného maltodextrinu (A), vysoce acetylovaného škrobu (B), o hmotnostním poměru A/B v rozmezí 1/20 až 1/2, přičemž acetylovaný maltodextrin (A) je produkt reakce chemicky nebo enzymaticky odbouraného škrobu o dextrózovém ekvivalentu 10 až 25 a stupeň substituce výsledného acetylovaného maltodextrinu je nejméně 1,2 a nejvýše 3,0 a vysoce acetylovaný škrob (B) je o stupni substituce 0,9 až 3,0, a dále kukuřičné krupice a nativního škrobu v libovolném poměru.

Description

Kompozice s vyšším obsahem rezistentního škrobu na bázi chemické a extruzní modifikace škrobu

Oblast techniky

Vynález se týká potravinářské kompozice na bázi vysoce acetylovaného škrobu a způsobu její přípravy.

Dosavadní stav techniky

Nutriční hodnota škrobu souvisí se strukturou molekuly a s jeho mechanickou, tepelnou nebo chemickou modifikací ovlivňující biologickou dostupnost. Podle úrovně stravitelnosti může být škrob obsažený v potravině rozdělen do tří kategorií: rychle stravitelný škrob, pomalu stravitelný škrob a rezistentní škrob (RS). Rychle stravitelný škrob úzce souvisí s glykemickým indexem, u kterého se předpokládá, že zvyšuje pravděpodobnost vzniku cukrovky a prediabetes, kardiovaskulárních chorob a obezity. Rezistentní škrob není enzymy v tenkém střevu rozštěpen, ale přechází až do tlustého střeva. Řadí se mezi nevyužitelné polysacharidy, má tedy podobnou funkci jako vláknina, do které bývá i zařazován. V tlustém střevu je střevní mikroflórou metabolizován na monokarboxylové kyseliny s krátkým alifatickým řetězcem (short chain fatty acids - SCFAs). Tyto kyseliny jsou známy jako hlavní nutrient epiteliálních buněk tlustého střeva, přičemž např. nedostatek butyrátů zvyšuje riziko rakoviny. SCFAs mají pozitivní efekt na zlepšenou absorpci hořčíku a vápníku, pravděpodobně díky jejich vyšší rozpustnosti v kyselejším prostředí. Mají rovněž příznivý vliv na rovnováhu bakteriálních druhů, tzn. především Bifidobakterií a Laktobacilů, které zamezují rozvoji patogenních bakterií. Rezistentní škrob snižuje jak energetickou hodnotu stravy, tak může hrát důležitou roli v prevenci kolorektálního karcinomu, jehož výskyt v České republice a i dalších rozvinutých zemích je značný.

Komerčně dostupný rezistentní škrob pochází z vysoce amylózové kukuřice, která byla v zahraničí získána cestou genetické modifikace. Jako jiná možnost přípravy se uvádí násobná krystalizace amylózy, tento postup kombinuje opakovaný náhřev suspenze v autoklávu a následné chlazení, výchozím materiálem je u evropského patentu EP 506166 škrob, u japonského patentu JP 2014/140338 rýže. Další fyzikální postup podle CN 101550238 zahrnuje elektrolýzu, mikrovlnné a vysokotlaké zpracování a použití ultrazvuku. Zásadními nevýhodami těchto metod je potřeba vysokého stupně manipulace s materiálem a značná spotřeba energie.

Rezistentní škrob na bázi chemické modifikace - zesítěného fosfátu škrobu s využitím trimetafosfátu je patentován v čínských patentech CN 103583953 a CN 102492046. Kromě zesítění přichází pro získání rezistentního škrobu v úvahu i esterifikace, např. v čínském patentu CN 103549635 se k tomuto účelu připravuje oktenylsukcinát škrobu. V japonském patentu JP 2006/282785 je využívána jak etherifikace propylenoxidem, tak následující zesítění fosforylací škrobu.

Patentovány byly i postupy na bázi enzymové degradace. Například čínský patent CN 104072623 vychází z celých zrn cizmy, které jsou upravovány pomocí α-amylasy a glukoamylasy, patent CN 104073535 používá tyto enzymy ve svém postupu u pšeničného škrobu nebo patent CN 103555793 aplikuje a-amylasu a pullulanasu na fyžovém škrobu. V některých patentech je působení α-amylasy nahrazeno kyselou hydrolýzou, pak následuje působení dalšího enzymu. Dalším enzymovým zpracováním podle amerického patentu US 2009/0 118 231 je zesítění škrobu pektinem pomocí pektinesterasy. Byly navrženy i další postupy, jako např. kombinace kyselé modifikace, annealingu a zesítění. Tyto postupy jsou předmětem celé řady vynálezů, dosud však nenalezly významnější technické a potravinářské uplatnění.

- 1 CZ 306430 B6

Zvláštní skupinu rezistentního škrobu tvoří amylózo-lipidové komplexy, jejichž příprava je popsána v patentu WO 2009/023 159. Při tepelné úpravě takovéhoto produktu však může dojít k uvolnění tuku, což by se projevilo zvýšením energetické hodnoty potraviny, a tak ztrátou benefitu rezistentního škrobu.

Extruze škrobnatých materiálů umožňuje původní surovinu převést na pufovaný výrobek s obvykle vyšší stravitelností, tedy po proběhnutí procesu dochází ke snížení obsahu rezistentního škrobu. K tomuto zpracování dochází působením tlaku a smykového namáhání při vyšší teplotě (asi při 130 až 150 °C). Pro tuto aplikaci se používají především jednošnekové extrudéry. Pufrování extrudovaných materiálů a současné zajištění zvýšení obsahu tepelně stabilního RS lze ovlivnit formulací: obsahem vlhkosti vstupního materiálu, přídavkem dalších látek, jako jsou soli, cukr či chemicky modifikované škroby. Např. obsahem patentu WO 2010/085 630 je kombinace etherifikace škrobu (hydroxypropylace se stupněm substituce 0,1 až 0,6) škrobu a jeho extruze společně s moukou. V patentu WO 2007/124 427 se uvádí příprava rezistentního škrobu extruzí fosfátu škrobu společně s kukuřičnou moukou nebo kukuřičným škrobem.

Podstata vynálezu

Podstatou řešení je pufovaná kompozice na bázi vysoce acetylovaného maltodextrinu a acetylovaného škrobu, která vznikne působením extruze po jejich předchozím smíšení s kukuřičnou krupicí a/nebo nativním škrobem. Tato kompozice se vyznačuje vysokým obsahem rezistentního škrobu, který je násobně vyšší, než by odpovídalo obsahu přidaného acetylovaného škrobu, a to již při stupni substituce acetylovaného škrobu 0,9 až 2.

Premix kompozice je připravován z heterogenní směsi acetylovaného maltodextrinu (A), acetylovaného škrobu (B), o hmotnostním poměru A/B v rozmezí 1/20 až 1/2, kukuřičné krupice a/nebo nativního škrobu v libovolném poměru s přídavkem 4 až 15 % vody. Premix následně prochází extruzí nad teplotou 100 °C, při které vzniká pufovaný extrudovaný výrobek.

Maltodextrin je směs oligosacharidů a polysacharidů, která vznikne částečnou hydrolýzou škrobu pomocí minerální kyseliny nebo působením enzymu a-amylázy. Acetylovaný maltodextrin (A) je produkt reakce maltodextrinu o dextrózovém ekvivalentu o hodnotě 10 až 25 s acetanhydridem při teplotě 90 až 140 °C. Reakce je katalyzována vodným roztokem NaOH nebo KOH nebo Na₂CO3 nebo K2CO3 o koncentracích 40 % až 60 % a stupeň substituce výsledného maltodextrinu je nejméně 1,2.

Acetylovaný škrob (B) je reakčním produktem škrobu o obsahu amylózy nejméně 15 % hmotn. s acetanhydridem probíhající při teplotách 90 až 140 °C katalyzované roztokem NaOH, KOH, Na₂CO3 nebo K₂CO₃ o koncentracích 40 až 60 %. Stupeň substituce výsledného škrobu je 0,9 až 3,0.

Příprava kompozice s vyšším obsahem rezistentního škrobu je založena na dvou základních technologických krocích, kdy v prvním kroku je smícháním složek připravena heterogenní směs a ve druhém krokuje tato směs extrudována na teplotu 100 až 160 °C, čímž se ze složek vytvoří pufovaný materiál.

Suchá směs připravená v prvním kroku přípravy materiálu kromě acetylovaného maltodextrinu (A) a acetylovaného škrobu (B) obsahuje ještě kukuřičnou krupici a/nebo nativní škrob v jejich libovolném poměru (C), v poměru (A+B)/C v rozmezí 1/2 až 1/20. Poté je k tomuto suchému premixu přimícháno 4 až 15 % vody vztaženo na hmotnost premixu.

Výhodou pufované kompozice podle vynálezu je, že lze řídit stravitelnost škrobu, a tedy obsah rezistentního škrobu, stupněm substituce acetylovaného maltodextrinu (A) a acetylovaného škrobu (B), jejich podílem ve směsi a obsahem vody v premixu.

-2CZ 306430 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Ze 160 g acetylovaného maltodextrinu o DE = 20,0 získaného enzymatickým odbouráním pšeničného škrobu byl reakcí s 560 ml acetanhydridu při teplotě 120 °C po dobu 3,5 hodiny připraven roztok acetylovaného maltodextrinu obsahující 30 % nezreagovaného acetanhydridu. Reakce byla katalyzována NaOH o koncentraci 50 %. Z kapalného reakčního produktu acetylace maltodextrinu acetanhydridem byl nalitím do 3000 ml vody vysrážen acetát maltodextrinu o stupni substituce DS = 3,0. Po zfiltrování byl acetát maltodextrinu sušením a mletím upraven do práškové formy.

Ze sušeného tepelně modifikovaného pšeničného jemnozmného B-škrobu o sušině 91,3 % a obsahu amylózy 25,5 % byl reakcí s acetanhydridem připraven acetát škrobu. Suspenze 490 ml acetanhydridu a 170 g škrobu byla temperována na teplotu 115 °C, následně bylo přidáno 15,5 ml 50% KOH. Doba reakce byla 8 hodin. Z reakční směsi byl přebytkem vody vysrážen acetylovaný škrob, který byl dále mechanicky za mokra desintegrován a několikrát promyt do konstantního pH, které činilo 3,6. Získaný usušený produkt byl ještě jemně rozemlet na velikost zrna menší než 0,08 mm. Stupeň substituce (DS) takto připraveného acetylovaného škrobu činil 1,8.

Byla připravena suchá směs obsahující kukuřičnou krupici (350 g), acetylovaný maltodextrin (10 g) a acetylovaný škrob (140 g). K této směsi bylo nadávkováno 50 g vody. Tento premix byl promíchán po dobu 15 min a poté vložen do extrudéru, kde byl zpracován s otáčkami šnekovnice 140 min“¹, při postupném nárůstu teploty v průběhu extruze 50, 90, 120, 140 °C a tlaku 100 bar (10 MPa). Získaný pufovaný extrudát obsahoval 17,8 % rezistentního škrobu (vztaženo na celkový škrob).

Příklad 2

Acetylovaný maltodextrin byl připraven postupem podle příkladu 1.

Z nativního kvalitního pšeničného A-škrobu o sušině 88,7 % a obsahu amylózy 24,5 % byl reakcí s acetanhydridem připraven acetát škrobu. Suspenze 490 ml acetanhydridu a 170 g škrobu byla temperována na teplotu 115 °C, následně bylo přidáno 15,5 ml 50% KOH. Doba reakce byla 3,5 hodiny. Z reakční směsi byl přebytkem vody vysrážen acetylovaný škrob, který byl dále mechanicky za mokra desintegrován a několikrát promyt do konstantního pH, které činilo 3,6. Získaný usušený produkt byl jemně rozemlet na velikost zrna menší než 0,08 mm. Stupeň substituce (DS) takto připraveného acetylovaného škrobu činil 1,7.

Byla připravena suchá směs obsahující nativní pšeničný škrob (440 g), acetylovaný maltodextrin (20 g) a acetylovaný škrob (40 g). K této směsi bylo nadávkováno 50 g vody. Tento premix byl promíchán po dobu 15 min a poté vložen do extrudéru, kde byl zpracován s otáčkami šnekovnice 120 min“¹, při postupném nárůstu teploty v průběhu extruze 50, 90, 120 140 °C a tlaku 80 bar (8 MPa). Získaný pufovaný extrudát obsahoval 5,1 % rezistentního škrobu (vztaženo na celkový škrob).

-3 CZ 306430 B6

Příklad 3

Acetylovaný maltodextrin a acetylovaný škrob byl připraven postupem podle příkladu 1.

Byla připravena suchá směs obsahující kukuřičnou krupici (220 g), nativní pšeničný škrob (220 g), acetylovaný maltodextrin (2 g) a acetylovaný škrob (58 g). K této směsi bylo nadávkováno 50 g vody. Tento premix byl promíchán po dobu 15 min a poté vložen do extrudéru, kde byl zpracován s otáčkami šnekovnice 100 min“¹, při postupném nárůstu teploty v průběhu extruze 50, 90, 120, 140 °C a tlaku 45 bar (4,5 MPa). Získaný pufovaný extrudát obsahoval 6,9 % rezistentního škrobu (vztaženo na celkový škrob).

Průmyslová využitelnost

Kompozice podle vynálezu je využitelná zejména jako funkční potravina nebo po jejím namletí jako složka funkčních potravin, neboť obsahuje vyšší podíl rezistentního škrobu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Kompozice na bázi vysoce acetylovaného maltodextrinu a acetylovaného škrobu, vyznačená tím, že sestává z homogenní pufované termoplastické směsi z vysoce acetylovaného maltodextrinu o dextrózovém ekvivalentu 10 až 25 a stupněm acetylace 1,2 až 3,0 (A) a acetylovaného škrobu (B) s obsahem amylózy alespoň 15 % hmotn. a stupněm acetylace 0,9 až 3,0, o hmotnostním poměru A/B v rozmezí 1/20 až 1/2, a další složky (C), kterou je kukuřičná krupice a/nebo nativní škrob v jejich libovolném poměru, a to v hmotnostním poměru (A+B)/C v rozmezí 1/2 až 1/20, a dále vody (D) v hmotnostním poměru (A+B+C)/D v rozmezí 100/4 až 100/15.
2. Kompozice na bázi vysoce acetylovaného maltodextrinu a acetylovaného škrobu podle nároku 1, vyznačená tím, že dále obsahuje libovolné množství látek ovlivňujících senzorické nebo nutriční vlastnosti funkčních potravin, přičemž tyto látky jsou sůl, koření, sladidla, přirozená nebo syntetická aromata, kakao, čokoláda, nerozpustná nebo rozpustná vláknina a vitaminy.