DE10102160A1

DE10102160A1 - Verfahren zur Herstellung von Stärkeerzeugnissen, die einen hohen Gehalt an resistenter Stärke aufweisen

Info

Publication number: DE10102160A1
Application number: DE2001102160
Authority: DE
Inventors: Gisela Jacobasch; Detlef Schmiedl; Undine Lehmann; Stefan Latza
Original assignee: Unilever Deutschland GmbH
Current assignee: Unilever Deutschland GmbH
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2002-08-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stärkeerzeugnissen, die einen hohen Gehalt an resistenter Stärke aufweisen, durch Entzweigung und anschließende Retrogradation nativer Stärke, dadurch gekennzeichnet, daß man native Leguminosenstärke in wässriger Suspension enzymatisch entzweigt, das so erhaltene Zwischenprodukt einer Waschung unterwirft zur Entfernung von Salzen, Enzymen und Oligosacchariden und das gewaschene Produkt retrogradiert und gegebenenfalls trocknet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stärkeerzeugnissen, die einen hohen Gehalt an resistenter Stärke, insbesondere solcher vom Typ 3 (RS 3) aufweisen.

Es ist bekannt, daß gewisse Stärken nicht im Dünndarm enzymatisch verdaut werden. Sie gelangen in den Dickdarm und werden dort durch die Mikroflora fermentiert. Man unterscheidet häufig zwischen drei Typen resistenter Stärken:
Typ 1: Aus physikalischen Gründen nicht verdaubare Stärke, zum Beispiel nur teilweise vermahlene Körner;
Typ 2: Resistente Stärkekörner, zum Beispiel rohe Kartoffel, grüne Bananen, etc.
Typ 3: Retrogradierte Stärke, zum Beispiel gekühlte, gekochte Kartoffel, altbackenes Brot, etc.

Als resistente Stärke Typ 3 bezeichnet man einen in diesem Sinn nicht verdaulichen Stärkeanteil, der durch Retrogradation (Rekristallisation) mehr oder weniger vollständig verkleisterter Stärke entstanden ist. Die physiologischen Eigenschaften von resistenter Stärke sind denen von Ballaststoffen ähnlich. Durch Einbringen von resistenter Stärke als nichtverdauliche, aber fermentierbare Ballaststoffe in Lebensmittel kann die energetische Dichte der Nahrungsmittel abgesenkt werden. Darüber hinaus entstehen bei der Fermentation im Dickdarm neben Gasen auch kurzkettige Fettsäuren wie Essigsäure, Propansäure und Buttersäure. Von der Buttersäure wird angenommen, daß sie einen starken Einfluß auf die Proliferation und das Wachstum der Epitelzellen des Dickdarms hat und möglicherweise eine schützende Wirkung gegen Dickdarmkrebs.

Es ist bekannt, daß Stärken aus unterschiedlichen Anteilen an Amylose und Amylopektin bestehen und eine enzymatische Behandlung den Anteil an stark verzweigtem Amylopektin zugunsten des Anteils an kurzkettigen Amylosestrukturen reduzieren kann. Es ist auch bekannt, daß solche Amylosestrukturen sich leichter retrogradieren lassen als normale Stärken und die Retrogradation von Amylose durch die Anwesenheit von Amylopektin verzögert wird. (EP 502 102 B1).

Aus ernährungsphysiologischen Gründen besteht ein Bedarf an Stärkeerzeugnissen, die einen hohen Gehalt an alpha-Amylase-resistenter Stärke aufweisen und sich durch eine gute Fermentierbarkeit und ein hohes butyrogenes Potenzial auszeichnen.

Die EP 688 872 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Stärkeerzeugnissen, die einen hohen Gehalt an resistenter Stärke aufweisen, bei dem eine wässrige Aufschlämmung gelatinierter Stärke einer enzymatischen Entzweigung unterworfen und das so erhaltene Zwischenprodukt retrogradiert wird. Um eine Stärkeaufschlämmung noch handhabbar zu halten, darf sie nicht allzu stark konzentriert sein, obwohl natürlich aus verschiedenen Gründen eine möglichst hohe Konzentration gewünscht ist. Um diesem Problem abzuhelfen, schlägt die EP 688 872 A1 vor, ein Ausgangsmaterial aus teilweise abgebauter Wurzel- oder Knollenstärke, das weniger als 40% Amylose enthält, einzusetzen und dieses in einer wässrigen Aufschlämmung enzymatisch zu entzweigen, die mindestens 20 Gew.-% Feststoffe enthält, wonach das so erhaltene Zwischenprodukt retrogradiert wird. Der teilweise Abbau erfolgt durch saure oder enzymatische Hydrolyse, Oxidation oder Pyrolyse und bewirkt eine Reduzierung der Amylose/Amylopektin-Kettenlänge. Die Ausbeute an resistenter Stärke ist von verschiedenen Umständen abhängig, nicht dagegen offenbar vom Amylosegehalt der eingesetzten Stärke, wie Beispiel 6 der EP 688 872 A1 zeigt. Nach dem Verfahren der EP 688 872 A1 können Ausbeuten an resistenter Stärke bis 51,8% erhalten werden.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, das Verfahren zur Herstellung von Stärkeerzeugnissen, die einen hohen Gehalt an resistenter Stärke aufweisen, zu verbessern um noch höhere RS-Gehalte zu erzielen und die vorteilhaften ernährungsphysiologischen und gesundheitlichen Effekte der RS gesteigert zur Geltung zu bringen.

Dies wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch erreicht, daß man als Ausgangsmaterial eine Leguminosenstärke, insbesondere Erbsenstärke, einsetzt und das Zwischenprodukt nach der Entzweigung vor der Retrogradierung einer Waschung unterwirft zur Entfernung von Stoffen, insbesondere Salzen, Enzymen und Oligosacchariden, die die nachfolgende Retrogradation behindern.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Stärkeerzeugnissen, die einen hohen Gehalt an resistenter Stärke aufweisen, durch Entzweigung und anschließende Retrogradation nativer Stärke, wobei man erfindungsgemäß native Leguminosenstärke vorzugsweise Erbsenstärke, in wässriger Suspension enzymatisch entzweigt, das so erhaltene Zwischenprodukt einer Waschung unterwirft zur Entfernung von Salzen, Enzymen und Oligosacchariden und das gewaschene Produkt dann retrogradiert und gegebenenfalls trocknet.

Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhaft, die eingesetzte native Stärke zunächst partiell abzubauen, vorzugsweise durch saure oder enzymatische Hydrolyse und die so erhaltene dünn kochende Stärke anschließend enzymatisch zu entzweigen.

Aus der EP 846 704 A2 sind Stärkeprodukte bekannt, die mehr als 55 Gew.-% RS enthalten und die aus zu Maltodextrinen partiell abgebauten Stärken unterschiedlicher Provenienz erhalten werden. Eine getrennte Retrogradierungsstufe wird nicht als zwingend notwendig erachtet, da davon ausgegangen wird, daß eine Retrogradierung gleichzeitig mit der Entzweigung erfolgt. Als wesentlich für die Erzielung eines hohen RS-Gehaltes wird die geeignete Auswahl des Ausgangsmaterials angesehen und besonders bevorzugt wird ein Kartoffel-Maltodextrin mit niederem DE-Wert.

Ein andersartiges Verfahren zur Herstellung von Stärkeerzeugnissen mit einem hohen RS- Gehalt ist aus der EP 502 102 B1 (WO 91/07106) bekannt, in dem Stärke zunächst retrogradiert und anschließend einer Hydrolysierungsstufe unterworfen wird.

In der EP 564 893 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Stärkeerzeugnisses mit einem Gehalt von mindestens 15% RS beschrieben, bei dem eine Stärke mit einem Gehalt von mindestens 40% Amylose in wässriger Aufschlämmung gelatiniert, entzweigt und gegebenenfalls retrogradiert wird.

Andere Verfahren zur Herstellung von Stärkeerzeugnissen mit einem hohen RS-Gehalt werden in der WO 90/15147, WO 98/54973, WO 97/35889 und DE 198 30 618 A1 beschrieben.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere eine gut fermentierbare, kurzkettige resistente Stärke erhalten. Die Länge der Amylopektin-Seitenketten der Palerbse entspricht weitgehend der optimalen, zur Gewinnung hochwertiger und physiologisch wirksamer RS-Produkte notwendigen Polymerkettenverteilung. So tritt in entzweigter Palerbsenstärke neben einem hochmolekularen Anteil (Amylose und hochmolekulares Amylopektin) eine niedermolekulare Polymerenfraktion mit DP 10-35 auf, wobei der Hauptteil der Kettenlängen der niedermolekularen alpha-1,4-Glukane im Bereich von DP 10-22 liegt.

Rekristallisierte Polymerketten kurzer Kettenlängen (DP 10-35) sind hinsichtlich ihrer Fermentierbarkeit einer retrogradierten, amylosereichen Stärke überlegen.

Die durch Retrogradation entzweigter Stärke gewonnenen resistenten Strukturen sind wesentlich thermostabiler als die aus nicht entzweigter Erbsenstärke in Flocke und Schwamm erzeugte resistente Stärke. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte RS-Typ-3 Stärke ist ausreichend thermostabil um Back- und Autoklavierprozesse zu durchlaufen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich qualitativ hochwertige, physiologisch wirksame RS-Produkte mit alpha 1,4-Glukan- Kettenlängen von DP 10-35 herstellen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Stärkeerzeugnisse eignen sich zur Verwendung in Suppen, Klößen, Kartoffelpuffern und -püree, Nudeln, Salatsoßen, Cremes, etc.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine native Leguminosenstärke, vorzugsweise Erbsenstärke, in wässriger Suspension enzymatisch entzweigt. Geeignete Enzyme für die Entzweigung sind dem Fachmann bekannt. Vorzugsweise wird eine Pullulanase eingesetzt.

Die enzymatische Entzweigungsstufe dauert im allgemeinen 10-25, insbesondere etwa 15- 24 Stunden.

Die Konzentration der Stärke in der wässrigen Suspension ist nicht kritisch. Sie beträgt im allgemeinen 10-25 Gew.-%.

Das so erhaltene Zwischenprodukt wird alsdann einer Waschung unterworfen, bei der Salze, Enzyme und niedermolekulare nicht-retrogradierbare Oligosaccharide, insbesondere Oligomere mit einem Polymerisationsgrad von 2-9, entfernt werden. Das Waschen kann durch Zentrifugieren, Dekantieren oder durch Ausfrieren des unlöslichen Rückstandes erfolgen. Das Waschen erfolgt zweckmäßigerweise mit der 1,5-3fachen, im allgemeinen doppelten Menge an Leitungswasser. Ein zweimaliges Waschen des Zwischenproduktes hat sich als zweckmäßig erwiesen.

Ein Waschen durch Ausfrieren ist besonders vorteilhaft. Es ist z. B. möglich, nach einem ersten Zentrifugationsschritt, ca. 1/3tel des vorhandenen Wassers durch teilweises Auftauen und Dekantieren zu entfernen. Dabei können größere Anteile niedermolekularer Zucker und Puffersalze ebenfalls eliminiert werden. Das so erhaltene Zwischenprodukt enthält einen Feststoffanteil von mehr als 15% (18-35%). Insbesondere bilden sich überraschenderweise beim Ausfrieren sehr grobkörnige Präzipitate, die durch einfaches Absieben vom Überstand befreit werden können. Dadurch kann der Schritt der Volumenreduzierung im Unimixer (vor Retrogradation des Materials) entfallen. Außerdem wird die Gefahr des mikrobiellen Verderbs der Zwischenprodukte vermindert.

Es ist zweckmäßig die eingesetzte native Stärke zunächst partiell abzubauen um die Viskosität der Aufschlämmung zu erniedrigen und damit in der nachfolgenden Entzweigungsstufe höhere Stärkekonzentrationen einzusetzen.

Zweckmäßigerweise erfolgt die partielle Hydrolysierung durch Säurebehandlung, beispielsweise mit 7,5%-iger HCl. Die so hergestellte "dünn kochende" Stärke kann aufgrund ihrer geringeren Warmwasserviskosität mit wesentlich höheren Feststoffgehalten in der enzymatischen Entzweigung eingesetzt werden. Diese partielle Hydrolysierung wird als Lintnerisierung bezeichnet. Während ohne Lintnerisierung ein Feststoffgehalt bei der enzymatischen Entzweigung von 10 Gew.-% in der wässrigen Suspension kaum überschritten werden kann, ist mit einem vorherigen partiellen Abbau der nativen Stärke ein Feststoffgehalt von 20% gut handhabbar.

Die Lintnerisierung kann zweckmäßigerweise durch Säurebehandlung bei Zimmertemperatur während 1-7 Tagen im fünffachen Flüssigvolumen durchgeführt werden. Die Überstände können abzentrifugiert werden und die Zentrifugate so lange mit Eiswasser gewaschen werden, bis der pH-Wert des Waschwassers neutral ist. Auf diese Weise wird eine Lintnerstärke erhalten, die anstelle einer nativen Stärke als Ausgangsmaterial für die Entzweigungsstufe eingesetzt werden kann.

Nach dem Waschen findet die Retrogradierung in an sich bekannter Weise statt.

Vorzugsweise findet die Retrogradation bei 0-55°C bei einer Gelkonzentration von 5-30, vorzugsweise 10-20% während 10-25, vorzugsweise 15-24 Stunden statt. Eine Gelkonzentration von 15% erscheint optimal.

Bei der üblichen Retrogradation entzweigter Stärke führt ein höherer Feststoffgehalt im Retrogradationsgel im allgemeinen zu einer höheren RS-Ausbeute. Ein Feststoffgehalt von 10-20% bei der Retrogradation hat sich am günstigsten erwiesen. Im Gegensatz dazu scheint bei der Retrogradation lintnerisierter Stärke es günstig zu sein die Gelkonzentration bei der Retrogradation abzusenken.

Eine weitere Erhöhung des Gehaltes an retrogradierter Stärke läßt sich durch eine Temperung (annealing) des nach der Retrogradierung erzielten Produktes erreichen. Hierdurch konnte der RS-Gehalt bis auf fast 75% gesteigert werden. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, das retrogradierte, getrocknete Stärkeprodukt einer Temperung bei 65-110°C, vorzugsweise 90-100°C bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 30-90 Gew.-%, vorzugsweise 60- 80 Gew.-%. zu unterwerfen.

Grundsätzlich ist es bekannt (T. Vasanthan, R. S. Bhatty: "Enhancement of Resistant Starch (RS3) in Amylomaize, Barley, Field Pea and Lentil Starches" Starch/Stärke 50 (1998) 286- 291) daß bei gewissen Stärken durch eine Temperung der RS-Gehalt von getrockneten retrogradierten Stärkegelen erhöht werden kann, jedoch wurde dort unter anderen Bedingungen gearbeitet.

In den nachfolgenden Beispielen wurde die Qualität der hergestellten Stärkeprodukte anhand folgender Parameter eingeschätzt: RS-Ausbeute (ENGLYST-Methode), Temperaturstabilität (thermische Analyse, DSC), Strukturanalyse (Röntgenbeugung im Röntgen-Kleinwinkel- und Röntgen-Weitwinkelbereich), Fermentierbarkeit (in-vitro- Fermentationsanalysen mit frisch entnommenen humanen Faecesproben und zeitabhängige gaschromatographische Erfassung der Bildung kurzkettiger Fettsäuren).

Bestimmung des Gehaltes an resistenter Stärke im Produkt

Von den nach der Retrogradation gefriergetrockneten Proben sowie von der rohen Stärke wurden zur Einschätzung des Pankreatinabbaus modifiziert nach ENGLYST et al (Eur. J. Clin. Nutr. 46, 1992, S 33-S 50) jeweils ca. 200 mg genau in Tubes eingewogen. Es wurden Dreifachbestimmungen von jeder Probe durchgeführt. Die Proben wurden mit 20 ml 0,1 M Acetatpuffer, pH 5.2 sowie 5 ml Pankreatinlösung versetzt. Zur Herstellung der Pankreatinlösung wurden 12 g Pankreatin aus Schweinepankreas (Merck, 350 FIP-U/g (aktiviert) Protease, 6000 FIP-U/g Lipase, 7500 FIP-U/g Amylase) mit 80 ml Wasser versetzt, bei 37°C 10 min gerührt, und 10 min bei 3000 U/min zentrifugiert. 54 ml des Überstandes werden abgenommen und mit 10 ml Wasser und 138 µl Amyloglucosidase (aus Aspergillus niger, 6100 U/ml, Sigma) versetzt. Die Lösung bestehend aus Amyloglucosidase und Pankreatin wurde täglich frisch angesetzt.

Die Tubes mit den Proben wurden 2 h im Wasserbad bei 37°C geschüttelt und danach mit der 4-fachen Menge 96%-igem Ethanol 1 h präzipitiert. Anschließend wurden die Proben 10 min bei 3000 U/min zentrifugiert, der Überstand mit einer Pipette abenommen und verworfen.

Der Bodensatz wurde 2 mal mit 80%igem Ethanol gewaschen und anschließend gefriergetrocknet. Zur gravimetrischen RS-Bestimmung wurden Rückwaagen sowie die Trockensubstanzen der Proben bestimmt und der RS-Gehalt nach folgender Formel berechnet:

Bestimmung des Stärkegehaltes

Zur photometrischen Stärkebestimmung wurden die getrockneten Proben in 1 ml Wasser und 1 ml 2 N NaOH aufgelöst, auf 100 ml mit Wasser aufgefüllt und mit Hilfe des Stärke-UV- Bestimmungsbestecks (Boehringer-Mannheim) bei 340 nm der Kohenhydratanteil ermittelt, aus dem sich rechnerisch der Stärkegehalt herleiten läßt.

Thermische Analyse (DSC)

Die Temperaturstabilität der RS-haltigen Proben wurde mit Hilfe der thermischen Analyse (DSC, differential scanning calorimetry) an einem DSC-120-System (Seiko) charakterisiert. Das Schmelzverhalten von Indium wurde für die Kalibrierung genutzt (T_O = 158,8°C, T_P = 159.6°C, dH = 20.7 mJ/mg). Es wurden 5 mg (Basis: Trockenmasse) der Probe in Silbercontainer eingewogen und die 4-fache Menge Wasser (20 mg) hinzugefügt (Glukan/Wasser = 1/5). Ein Silbercontainer mit Wasser diente als Referenz. Die DSC- Untersuchungen wurden in einem Bereich von 10-200°C mit einer Heizgeschwindigkeit von 5°C/min durchgeführt. Die Onset-Temperatur (T_O) die Peak-Temperatur (T_P) und die Umwandlungsenthalpie (dH) wurden mit Seiko-Software bestimmt. Es wurden Doppelbestimmungen durchgeführt.

In vitro-Fermentationsuntersuchungen des resistenten Materials 1 ml einer 5%-igen Faecessuspension (15 g frisch entnommene Faeces, 50 ml Sörensen- Puffer, pH 6.5) wurden in begasten (Stickstoff), verschlossenen Cryo-Röhrchen mit 10 mg, durch die enzymatische Hydrolyse isolierten, resistenten Strukturen gemischt und homogenisiert. Die Fermentation erfolgte bei 37°C. Es wurden stündlich Proben entnommen und sofort eingefroren.

Bestimmung von SCFA mittels Gaschromatographie

Die Konzentration an kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) wurde in einer Faecessuspension mit Hilfe der Gaschromatographie auf einer Kapillarsäule (Carbowax 20 M) unter Nutzung eines Temperaturprogramms bestimmt.

200 mg der Faecessuspension wurden mit der 4-fachen Menge Wasser suspendiert und homogenisiert. Von der verdünnten Suspension wurde ein Teil für die Trockenmassebestimmung verwendet.

500 mg der verdünnten Suspenion wurden zentrifugiert. 100 µl des Überstandes wurden mit 25 µg iso-Butyrat als internem Standard, 280 µl 0,36 M Perchlorsäure und 270 µl 1 M NaOH versetzt. Das verschlossene Gefäß wurde mit durchbohrtem Deckel in flüssigen Stickstoff gegeben und gefriergetrocknet. Die getrocknete Probe wurde mit 100 µl 5 M Ameisensäure und 400 µl Aceton versetzt und auf dem Vortex geschüttelt.

Die sich bildende organische Phase wurde in Vials eines Autosamplers dekantiert, die sofort verschlossen wurden. aus ihnen wurde je 1 µl in die GC injiziert. Als externe Standards wurden Essig-, Propion-, Butter-, iso-Butter-, Valerian- und iso-Valeriansäure von Supelco verwendet.

Beispiele Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel) Produkt 1

Erbsenstärke-"flocken" wurden durch Walzentrocknung einer wäßrigen Suspension granulärer Palerbsenstärke (Nastar, COSUCRA) hergestellt.

Dabei wurde in der hier gewählten Ausführungsform zunächst eine 5%-ige Erbsenstärkesuspension (Basis: Trockensubstanz) durch Aufkochen verkleistert. Zum erkalteten Gel wurde dann weitere Erbsenstärke bis zur Einstellung von insgesamt 20% Trockensubstanz hinzugegeben. Es folgte die Walzentrocknung bei 3,2 bis 4,0 bar Dampfdruck.

Produkt 2

Eine zweite Probe wurde durch zusätzliche 30minütige Beschwadung der Erbsenstärkeflocken des Produktes 1 mit 130°C heißem Wasserdampf hergestellt.

Produkt 3

Erbsenstärke wurde durch Verkleistern, Einfrieren und Trocknen in einen Stärke- "schwamm" überführt.

Dazu wurde ein Erbsenstärkegel durch Aufkochen einer 10%-igen Erbsenstärkesuspension hergestellt, bei -20°C eingefroren, auf einer Reibemühle geraspelt und bei 60°C luftgetrocknet.

Produkt 4

Erbsenstärke-"schwamm" des Produktes 3 wurde 30 min mit 130°C heißem Wasserdampf beschwadet.

Tab 1

RS-Gehalt von Erbsenstärkeflocke und -schwamm sowie Parameter der thermischen Analyse (DSC, To = Onset-, T_P = Peak-, Tc = Conclusion-Temperatur, dH = Reaktionsenthalpie)

Durch dieses Beispiel wird gezeigt, dass in Gelen nativer Palerbsenstärke unter Anwendung herkömmlicher Verfahren retrogradierte (rekristallisierte) Strukturen erzeugbar sind. Allerdings ist der RS3-Gehalt relativ gering.

Die DSC-Untersuchungen am Schwamm weisen auf eine geringe Thermostabilität der resistenten Strukturen hin.

Beispiel 2

Im Vergleich zu Beispiel 1 (retrogradierte native Palerbsenstärke) kann der Anteil resistenter Stärke Typ 3 in Erbsenstärkeprodukten signifikant erhöht werden, indem die verkleisterte Erbsenstärke vor der Retrogradation enzymatisch entzweigt wird.

Dazu wurde im Labormaßstab aus der nativen Erbsenstärke unter Wasserzugabe eine 20%ige (w/v) Stärkesuspension hergestellt. Die Probe wurde unter Rühren auf einer Heizplatte vorverkleistert und danach mit Aluminiumfolie abgedeckt 30 min bei 121°C autoklaviert. Danach wurde die Suspension abgekühlt, und 0.1 M Acetat-Puffer, pH 5.2 zugegeben, so daß eine 10%ige (w/v) Suspension entstand.

Die homogenisierte Suspension wurde in einen Sulfierkolben überführt und mit Pullulanase (Promozym 400 L, 400 PUN/g, NOVO NORDISK) bei einem Enzym : Substrat-Verhältnis von 1 : 20 bei 50°C unter Rühren 24 h inkubiert.

Danach wurde das Material zweimal gewaschen, anschließend eingefroren, gefriergetrocknet und im Mörser pulverisiert.

Ein Teil der Probe wurde zum Vergleich ohne den Waschschritt eingefroren, gefriergetrocknet und im Mörser pulverisiert.

Aus dem pulverisierten Material wurden, wie in Tab 2 zusammengefaßt, je 10%ige, 15%ige und 20%ige (w/v) Stärkesuspensionen hergestellt, die anschließend 30 min bei 121°C autoklaviert wurden.

Die eine Hälfte jeder autoklavierten Suspension wurde auf 4°C abgekühlt und zur Retrogradation 24 h bei 4°C gelagert, während die zweite Hälfte jedes Ansatzes auf 25°C abgekühlt und 24 h bei 25°C gelagert wurde.

Im Anschluß wurden die Proben bei -20°C eingefroren und gefriergetrocknet.

Tab 2

Einfluß der Retrogradationsbedingungen auf die Bildung resistenter Stärke (RS) durch 24-stündige Retrogradation entzweigter Erbsenstärke

Aus Tab 2 wird folgendes deutlich:

1. Gegenüber Beispiel 1 wird der erzielbare Anteil resistenter Stärke aus Erbsenstärke durch vorherige Entzweigung signifikant erhöht.
2. Durch das Waschen der enzymatisch entzweigten Erbsenstärke vor der Retrogradation läßt sich die Ausbeute an resistenter Stärke steigern.
3. Mit steigender Stärkegelkonzentration werden höhere Ausbeuten an RS3 erhalten. Eine Gelkonzentration von 15% erscheint aber offenbar als optimal (mit 52,7% höchste RS-Ausbeute).
4. Zwischen den gewählten Retrogradationstemperaturen (4°C und 25°C) gibt es nur einen geringen Unterschied in den nach 24 h erzielten RS-Gehalten. Bei 25°C werden ca. um 1% höhere Gehalte als bei 4°C gefunden.
5. Die durch Retrogradation entzweigter Erbsenstärke gewonnenen resistenten Strukturen sind wesentlich thermostabiler als die aus nicht entzweigter Erbsenstärke in Flocke und Schwamm erzeugte resistente Stärke (Beispiel 1).

Der Effekt der Entzweigung läßt sich durch HPAE-Chromatogramme verdeutlichen.

1. Im HPAE-Chromatogramm nicht entzweigter Erbsenstärke läßt sich nur ein Peak erkennen, der hochmolekulare Amylose und hochmolekulares Amylopektin repräsentiert.
2. Nach Entzweigung tritt neben einem hochmolekularen Anteil (Amylose und Amylopektinrudiment) eine niedermolekulare Polymerenfraktion mit DP 10-35 und Retentionszeiten zwischen 27 und 70 min in der resistenten Stärke auf, wobei der Hauptteil der Kettenlängen der niedermolekularen alpha-1,4-Glucane mit einer gewissen Rechtsschiefe im Bereich von DP 10-22 liegt. Das Maximum in diesem Bereich liegt bei DP 13.
Die niedermolekularen alpha-1,4-Glukane stellen die durch Entzweigung freigesetzten äußeren S-Ketten von Amylopektinclustem dar. Für andere Polyglucanquellen konnte gezeigt werden, dass solche niedermolekularen Polymere in der Lage sind, zu gut fermentierbarer resistenter Stärke zu rekristallisieren.
3. Mit Hilfe der Methode von ENGLYST et al. wurde aus dem retrogradierten RS-Präparat der alpha-Amylase-resistente Anteil isoliert. Die chromatographische Analyse zeigt, dass ein Einbau der niedermolekularen Polymerenfraktion mit Polymerisationsgraden von 10 bis 35 Glucoseeinheiten in den resistenten Anteil erfolgte.

Die gute Fermentierbarkeit der hier erstmals beschriebenen RS-Typ-3-Präparate im Vergleich zu granulärer Palerbsenstärke wurde durch in-vitro Fermentations untersuchungen mit frisch entnommenen humanen Faecesmaterial bestätigt. Ausgewählt wurde dafür ein thermostabiles Präparat mit einem RS-Anteil von 42,1%, das aus mit Pullulanase entzweigter, gewaschenem, und dann mit einem Feststoffanteil von 20% für 24 h bei 25°C retrogradierten Stärkegel gewonnen wurde. Der RS-Anteil wurde anschließend durch enzymatische Hydrolyse des nicht-resistenten Anteils isoliert.

Die in vitro Fermentation wurde über 8 h unter anaeroben Bedingungen bei 37°C in einer verdünnten Faecessuspension anhand der Bildung kurzkettiger Fettsäuren (SCFA) verfolgt. Tab 3 gibt Auskunft über die Ergebnisse.

Die 3 Probanden wurden nach ihrer vorher bestimmten Fermentationskapazität ausgewählt, d. h. es wurden Faecesproben von einem relativ schlechten (Nr. 18), mittelmäßigen (Nr. 17) und guten Fermentierer (Nr. 3) eingesetzt.

Tab 3

In vitro Fermentation granulärer Erbsenstärke im Vergleich zu einem RS3- Erbsenstärkeprodukt

Aus Tab 3 wird folgendes deutlich:

1. Gesunde Probanden unterscheiden sich sowohl in der Fermentationskapazität ihrer intestinalen Mikroflora, als auch in der Ausstattung und Aktivität an Butyratbildnern. So ist die Gesamtmenge gebildeter SCFA bei Verabreichung des RS3-Produktes bei Proband 18 höher, bei Proband 17 etwa gleich, und bei Proband 3 geringer als bei Verabreichung granulärer Erbsenstärke.
2. Bei Verabreichung des RS3-Produktes werden höhere molare Butyratanteile erhalten als bei Verwendung granulärer Erbsenstärke (Typ 2).

Beispiel 3

Dieses Beispiel beschreibt die Übertragung des Herstellprozesses enzymatisch entzweigter und anschließend retrogradierter Erbsenstärke in den Pilot Plant-Maßstab. Der Ablauf wird anhand folgenden Schemas verdeutlicht:

Das aus der Durchführung des angegebenen Verfahrens resultierende Produkt wurde wie folgt charakterisiert:

Tab 4

RS-Gehalt

Tab 5

Thermische Analyse (DSC)

Zur Überprüfung der Stabilität nach Autoklavieren wurden 10%ige bzw. 30%ige Suspensionen aus dem Material hergestellt und für 30 min bei 121°C autoklaviert. Für die Kochstabilität wurden 10%ige Suspensionen hergestellt und eine Minute, 5 und 30 min gekocht. Alle Ansätze wurden 30 min abgekühlt, ca. 2 h eingefroren und gefriergetrocknet.

Tab 6

Koch- und Autoklavierstabilität des RS-haltigen Produktes

Aus Tab 4 bis 6 wird ersichtlich, dass die Ergebnisse, die bei der Überführung des Verfahrens in den Pilot Plant-Maßstab erreicht wurden, mit denen unter Laborbedingungen voll vergleichbar sind (Beispiel 2).

Die Unterschiede, die sich im Vergleich zur gravimetrischen Bestimmung für Lösungen ergeben, die durch alkalisches Lösen oder DMSO/HCl-Aufschluß erhalten werden (Tab 4), verdeutlichen, dass retrogradierte hochpolymere Anteile nicht vollständig in Lösung gebracht werden können.

Das gewonnene RS-Typ-3-Präparat aus Palerbsenstärke zeichnet sich durch eine hohe Thermostabilität aus.

Beispiel 4

In Tab 7 wird gezeigt, dass durch die Kombination von Lintnerisierung, enzymatischer Entzweigung und Retrogradation thermostabile RS-Präparate mit mehr als 52% RS3 darstellbar sind.

Dazu wurden 100 g Erbsenstärke mit dem 5-fachen Volumen an 7,5%iger (v/v) HCl vermischt und unter Rühren bei Zimmertemperatur 1 und 7 Tage stehen gelassen. Anschließend wurden die Ansätze 1 h in Eiswasser gestellt. Die Überstände wurden abzentrifugiert und die Zentrifugate anschließend solange mit Eiswasser gewaschen, bis der pH-Wert des Waschwassers den Neutralpunkt erreichte. Die Proben wurden bei -20°C eingefroren und anschließend gefriergetrocknet. Der Rückstand wird als "Lintnerstärke" bezeichnet. Diese Stärke wurde analog Beispiel 2 anstelle der nativen Erbsenstärke als Ausgangsmaterial zur Herstellung resistenter Stärke eingesetzt.

Tab 7

Einfluß der sauren Hydrolyse der Palerbsenstärke auf die Bildung resistenter Stärke Typ III. Die Lintnerstärke wurde gewaschen, ein Teil zusätzlich 24 h enzymatisch entzweigt, und unter verschiedenen Bedingungen 24 h retrogradiert.

Aus Tab 7 wird folgendes deutlich:

1. Ohne zusätzliche enzymatische Entzweigung sind unter den gewählten Bedingungen keine hohen RS-Gehalte erzielt worden. Eine enzymatische Entzweigung ist auch hier für das Retrogradationsverhalten der Produkte ein Vorteil.
2. Eine kurze Dauer der sauren Hydrolyse führt zu einer höheren RS-Ausbeute.
3. Ohne enzymatische Entzweigung steigert ein höherer Feststoffgehalt im Retrogradationsgel die RS-Ausbeute.
4. Mit enzymatischer Entzweigung führt ein geringerer Feststoffgehalt im Retrogradationsgel zu einer höheren RS-Ausbeute. Während bei der enzymatischen Entzweigung nach Lintnerisierung mit höheren Konzentrationen gearbeitet werden kann, sollte die Gelkonzentration für die Retrogradation anschließend abgesenkt werden.

Die nach vorangegangener Säurehydrolyse (1 und 7 Tage) hergestellten RS-Typ-III- Produkte erwiesen sich in der DSC-Analyse ebenfalls als thermostabil mit T_O-Werten von 126°C, T_p Werten von 147°C und T_c-Werten von 168°C bei dH-Werten von 9 bis 10 J/g TS.

Beispiel 5

Eine weitere Erhöhung des Anteils resistenter Stärke im sauer hydrolysierten ("Lintnerisierten"), enzymatisch entzweigten, gewaschenen und aus 10%igem Stärkegel 24 h bei 25°C retrogradierten Erbsenstärke-Produkt läßt sich durch Annealing (Temperung) der RS-Produkte der Beispiele 1 bis 4 erreichen. Bei 93°C ließ sich der Gehalt resistenter Stärke in einem RS-Produkt von 51% bis auf fast 75% steigern (Tab 8).

Tab 8

Einfluß der Temperungssbedingungen auf den Gehalt resistenter Starke in enzymatisch entzweigten Erbsenstärkegelen

Das Erbsenstärkeprodukt mit dem RS-Anteil von 74,4% wurde röntgenkristallographisch charakterisiert. Die Ergebnisse werden in Tab 9 mit den Resultaten für granuläre Palerbse (RS-Typ-2) und einer Probe verglichen, die aus enzymatisch entzweigter Palerbsenstärke aus einem 30%-igen Gel durch 24-stündige Retrogradation bei 25°C gewonnen wurde.

Tab 9

Röntgenkristallographische Charakterisierung retrogradierter Erbsenstärkeprodukte

Aus Tab 9 wird deutlich, daß ein höherer RS-Gehalt hier offenbar mit einem höheren Anteil A- und geringeren Anteil B-Kristallite korreliert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Stärkeerzeugnissen, die einen hohen Gehalt an resistenter Stärke aufweisen, durch Entzweigung und anschließende Retrogradation nativer Stärke, dadurch gekennzeichnet, daß man native Leguminosenstärke in wässriger Suspension enzymatisch entzweigt, das so erhaltene Zwischenprodukt einer Waschung unterwirft zur Entfernung von Salzen, Enzymen und Oligosacchariden und das gewaschene Produkt retrogradiert und gegebenenfalls trocknet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Erbsenstärke einsetzt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die native Stärke zunächst durch Säurebehandlung partiell hydrolyisert und die so erhaltene dünnkochende Stärke anschließend enzymatisch entzweigt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das retrogradierte, getrocknete Stärkeprodukt einer Temperung (Annealing) bei 65-110°C, bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 30-90 Gew.-% unterworfen wird.