DE60133632T2

DE60133632T2 - Verfahren zur extraktion von -g(b)-glucan aus getreide und daraus hergestellte produkte

Info

Publication number: DE60133632T2
Application number: DE60133632T
Authority: DE
Inventors: Keith Raymond Morgan
Original assignee: Granate Seed Ltd; Roxdale Foods Ltd
Current assignee: Granate Seed Ltd; Roxdale Foods Ltd
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2021-02-08
Also published as: DE60133632D1; US20070104858A1; WO2001057092A1; US20030154974A1; AU3623601A; EP1274735A1; CA2399251A1; CA2399251C; EP1274735B1; EP1274735A4; US7138519B2; AU2001236236B2; ATE392438T1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Extraktion von β-Glucan aus Getreide wie z. B. Gerste und Hafer. Die Erfindung betrifft auch β-Glucan-Produkte, die aus diesem Verfahren erhalten werden. Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung solcher Produkte als Nahrungsmittelbestandteile und therapeutische Mittel.
Hintergrund
Der Begriff "β-Glucan" bezeichnet diejenigen Polysaccharide, welche D-Glucopyranosyl-Einheiten umfassen, die über (1→3)- oder (1→4)-β-Verknüpfungen miteinander verknüpft sind. β-Glucane kommen in vielen Getreidekörnern wie Hafer und Gerste natürlich vor. Das Molekulargewicht der in Getreide vorkommenden β-Glucan-Moleküle beträgt typischerweise 200 bis 2000 kDa.
β-Glucan ist attraktiv als Nahrungsmittelzusatz, um beispielsweise Nahrungsmitteln Konsistenz ("Mundgefühl") zu verleihen, oder brauchbar in Form essbarer Filme für Nahrungsmittelüberzüge. β-Glucan kann auch dazu verwendet werden, Nahrungsmitteln Fülle zu verleihen, und hat den Vorteil, dass es neutral im Geschmack ist.
β-Glucan ist auch als therapeutisches Mittel interessant. Es gibt Hinweise dafür, dass β-Glucan den Cholesterin-Spiegel im Serum senken, Wunden heilen, glykämische Reaktionen abschwächen und Verstopfungen lindern kann. β-Glucan kann aktiv an spezifische Zellrezeptoren binden und kann daher brauchbar sein zur Behandlung einer Vielzahl von Störungen oder Krankheiten.
Bei den bekannten Verfahren zur Extraktion von β-Glucan aus Getreidekorn wie etwa Hafer und Gerste sind mehrere Schritte beteiligt. Zunächst wird das Getreidekorn zu einem Mehl gemahlen, ehe das β-Glucan mit warmem oder heißem Wasser oder einer wässrigen Alkalilösung aus dem Mehl extrahiert wird. Durch den Schritt des Mahlens wird die Freisetzung von β-Glucan aus dem Getreide erleichtert. Der wässrige β-Glucan-Extrakt wird anschließend von den festen Mehlrückständen abgetrennt. Schließlich wird das β-Glucan aus dem Extrakt gewonnen.
Zu den bekannten Verfahren zur Gewinnung von β-Glucan aus dem wässrigen Extrakt zählen die Fällung von β-Glucan mit einem wassermischbaren Lösungsmittel wie etwa Alkohol oder das Gefrieren und anschließende Auftauen des Extrakts, um einen β-Glucan-Niederschlag zu ergeben, der durch Filtration oder Zentrifugation gewonnen werden kann. Die Extraktion des eigentlichen β-Glucans aus dem Getreide ist im Allgemeinen kein aufwendiger Prozess. Aufwendig ist jedoch die Gewinnung von β-Glucan aus dem Extrakt. Dies liegt an den großen Mengen Wasser, die entfernt werden müssen, um festes β-Glucan zu ergeben.
WO 00/24270 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer wasserlöslichen β-Glucan-Zusammensetzung aus Hafer, die ein hohes Gewichtsverhältnis von β-Glucan/Glucose aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Mischen des Mehls mit Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung und anschließende Inaktivierung der zugesetzten β-Amylase beispielsweise bei 80–95°C. Die β-Glucan-Zusammensetzung kann anschließend sprüh- oder gefriergetrocknet werden. In WO 00/24270 wird weder das Halten der Aufschlämmung bei einer Temperatur von weniger als 65°C, noch die Bildung eines β-Glucan-Gels offenbart oder in Betracht gezogen.
US-A-4 804 545 offenbart ein Verfahren zur Gewinnung von β-Glucan-Feststoffen, Maltose-Sirup, eines Proteinkonzentrats und eines Kleie-Protein-Produkts aus wachsartiger Gerste. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bildung eines Mehls und einer Wasseraufschlämmung und Trennung des Überstands vom festen Rückstand. Der Überstand wird dann mittels Umkehrosmose eingeengt und anschließend in einem Sprühtrockner getrocknet. Das Endprodukt wird beschrieben als β-Glucan-Feststoff (siehe Seite 5, Zeile 36). In US-A-4 804 545 wird ein Schritt der Gelbildung weder offenbart noch in Betracht gezogen.
WO 98/13056 offenbart ein Verfahren zur Gewinnung von β-Glucan aus Getreide. Das Verfahren umfasst die Bildung eines Mehls und einer Wasseraufschlämmung, gefolgt von Trennung des festen Rückstands. Der Überstand wird gefroren, und nach dem Auftauen wird das ausgefällte β-Glucan filtriert und getrocknet. In WO 98/13056 wird das Einengen einer wässrigen Lösung von β-Glucan und die anschließende Bildung eines β-Glucan-Gels weder offenbart noch in Betracht gezogen.
Überdies ist es schwierig, das Molekulargewicht des mit Hilfe bekannter Verfahren erhaltenen β-Glucan-Produkts zu regulieren. Für bestimmte Verwendungen ist ein β-Glucan mit hohem Molekulargewicht vorzuziehen. Hochmolekulares β-Glucan ist beispielsweise bevorzugt zur Abschwächung glykämischer Reaktionen und zur Senkung des Cholesterin-Spiegels im Serum. Andererseits kann β-Glucan mit niedrigem Molekulargewicht als Nahrungsmittelzusatz bevorzugt sein. Zum Beispiel kann niedermolekulares β-Glucan ein Gel bilden, das nutzbringende konsistenzbezogene Eigenschaften für industriell verarbeitete Nahrungsmittel aufweist.
Um ein β-Glucan-Produkt mit hohem Molekulargewicht zu erhalten, war es bei den bisherigen Verfahren der β-Glucan-Extraktion aus Getreide erforderlich, die im Getreide vorhandenen Enzyme vor dem Extraktionsschritt zu deaktivieren. Die Enzyme sind für die Erniedrigung des β-Glucan-Molekulargewichts verantwortlich und werden entweder durch Behandeln des Mehls mit siedenden Ethanol/Wasser-Mischungen oder durch Behandeln des Mehls mit einer wässrigen Säurelösung deaktiviert.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Extraktion von β-Glucan aus Getreide und die Bereitstellung eines aus diesem Verfahren erhal tenen β-Glucan-Produkts oder zumindest die Bereitstellung eines brauchbaren alternativen Verfahrens oder Produkts.
In einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Gewinnung von Glucan aus Getreidekorn bereitgestellt, umfassend:

– Erzeugen von Mehl aus dem Getreidekorn; Mischen des Mehls mit Wasser bei einer Temperatur unterhalb etwa 65°C, um eine Aufschlämmung aus einer wässrigen Lösung von β-Glucan und einem festen Rückstand zu bilden;
– Abtrennen der wässrigen Lösung vom festen Rückstand;
– Entfernen von Wasser aus der wässrigen Lösung durch Verdampfung oder Ultrafiltration oder Kombinationen derselben, um eine konzentrierte wässrige Lösung von β-Glucan zu ergeben; und
– Bilden eines β-Glucan-Gels aus der konzentrierten wässrigen Lösung von β-Glucan.

Zwar kann das verwendete Getreide irgendein β-Glucan enthaltendes Getreide sein, doch ist das bevorzugte Getreide dieser Erfindung Gerste oder Hafer.
Vorzugsweise wird das Gel aus der wässrigen Lösung von β-Glucan mit Hilfe einer beliebigen Kombination der folgenden Schritte gebildet: Scheren, Erhitzen, Kühlen und Gefrieren der Lösung. Das Scheren der Lösung kann durch Rühren der Lösung erfolgen, oder indem man die Lösung abwärts durch ein Rohr laufen lässt. Die Lösung kann auch erhitzt und abgekühlt werden, um die Bildung eines Gels herbeizuführen. Ebenfalls bevorzugt ist es, das Gel, sobald es gebildet ist, mit Wasser zu waschen, um Stärke oder Protein – oder Stärke oder Protein, die/das hydrolysiert sein kann – zu entfernen. Das Gel kann auch gefroren werden, zum Beispiel durch Extrusion in ein Bad, das eine wässrige Lösung eines Salzes enthält, wobei die Temperatur des Bads unter 0°C liegt. Das gefrorene Gel wird aus dem Bad genommen und anschließend aufgetaut, um ein kompakteres Gel zu ergeben, das leichter durch Filtration zu isolieren ist. Das Gel kann anschließend getrocknet werden, beispielsweise mittels Sprühtrocknen oder Heißwalzentrocknen.
Vorzugsweise wird der Schritt des Mahlen des Mehls unter trockenen Bedingungen durchgeführt, um die Stärke vom Getreide entfernen zu können. Stärkekörnchen können durch Sieben oder Windsichten aus dem gemahlenen Mehl entfernt werden. Alternativ kann das Getreide in Gegenwart von entweder kaltem Wasser oder einer Mischung aus Ethanol und Wasser gemahlen werden, um das Entfernen der Stärke mittels üblicher Methoden zu erleichtern.
Die Erfindung macht daher auch eine stärkereiche Fraktion verfügbar, die aus dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird und brauchbar ist als Bestandteil in industriell verarbeiteten Nahrungsmitteln, zum Mälzen oder als Tierfutter.
Beim Extraktionsschritt wird bevorzugt, dass das Mehl mit dem Wasser bei einer Temperatur von mehr als 45°C, jedoch weniger als etwa 60°C gemischt wird.
Vorzugsweise wird die wässrige Lösung von β-Glucan durch Zentrifugation oder Filtration vom festen Rückstand abgetrennt.
Die Erfindung macht daher auch einen festen Rückstand verfügbar, der aus diesem Verfahren erhalten wird und brauchbar ist als Bestandteil in industriell verarbeiteten Nahrungsmitteln, zum Mälzen oder als Tierfutter.
Das β-Glucan wird aus der wässrigen Lösung gewonnen, indem zunächst die wässrige Lösung von β-Glucan eingeengt wird. Das Einengen der wässrigen Lösung kann mittels Verdampfung erfolgen, beispielsweise Dünnfilmverdampfung, oder mit Ultrafiltration, um eine konzentrierte wässrige Lösung zu bilden. Aus dieser Lösung kann ein β-Glucan-Gel gebildet werden. Das Gel kann zur Entfernung von Verunreinigungen mit Wasser gewaschen und anschließend getrocknet werden, beispielsweise mittels Sprühtrocknen oder Heißwalzentrocknen, um einen β-Glucan-Feststoff zu erhalten.
Vor dem Einengen der wässrigen Lösung von β-Glucan werden Stärke- und/oder Protein-Verunreinigungen vorzugsweise abgetrennt. Protein kann entfernt werden durch Erhitzen der wässrigen Lösung auf über etwa 70°C, so dass eine Ausfällung des Proteins herbeigeführt wird, welches anschließend durch Filtrieren oder Dekantieren oder Zentrifugieren entfernt werden kann.
Alternativ kann Protein entfernt werden durch Zugabe einer Protease zur wässrigen Lösung, gefolgt von einer Ultrafiltration des abgebauten Proteins. Eine weitere Methode zur Entfernung von Protein ist die Zugabe eines Flockungsmittels, das beispielsweise ein Karrageen ist, zum Beispiel κ-Karrageen. Stärke kann auch entfernt werden, indem ein Stärke abbauendes Enzym, etwa eine α-Amylase, der wässrigen Lösung zugesetzt wird, gefolgt von einer Ultrafiltration zur Entfernung der abgebauten Stärke.
Vorzugsweise wird während der β-Glucan-Extraktion ein Enzym zugesetzt, um das mittlere Molekulargewicht des β-Glucans zu verringern. Das Enzym ist vorzugsweise eine Cellulase (zum Beispiel E. C. 3.2.1.4).
Auch ist es bei der β-Glucan-Extraktion bevorzugt, etwaige vorhandene Arabinoxylane abzubauen, indem ein Arabinoxylan abbauendes Enzym zugesetzt wird, zum Beispiel eine Xylanase.
Die Erfindung macht auch ein β-Glucan-Produkt verfügbar, das mit Hilfe eines Verfahrens dieser Erfindung hergestellt wird.
Die Erfindung macht des Weiteren eine Zusammensetzung verfügbar, die β-Glucan enthält, das mit Hilfe eines Verfahrens dieser Erfindung erhalten wird.
Die Erfindung macht auch ein Verfahren zur Senkung des Serum-Cholesterinspiegels bei einem Tier verfügbar, umfassend die Verabreichung eines mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen β-Glucan-Produkts an das Tier.
Die Erfindung macht auch ein Verfahren zur Heilung einer Wunde bei einem Tier verfügbar, umfassend die Verabreichung eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen β-Glucan-Produkts an das Tier.
Die Erfindung macht auch ein Verfahren zur Abschwächung der glykämischen Reaktion bei einem Tier verfügbar, umfassend die Verabreichung eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen β-Glucan-Produkts an das Tier.
Die Erfindung macht auch ein Verfahren zur Linderung von Verstopfungen bei einem Tier verfügbar, umfassend die Verabreichung eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen β-Glucan-Produkts an das Tier.
Die Erfindung macht auch ein Verfahren zur Stimulierung des Immunsystems bei einem Tier verfügbar, umfassend die Verabreichung eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen β-Glucan-Produkts an das Tier.
Die Erfindung macht auch einen Nahrungsmittelbestandteil verfügbar, der ein β-Glucan-Produkt enthält, das mit Hilfe des Verfahrens dieser Erfindung hergestellt wird.
Des Weiteren macht die Erfindung einen essbaren Film in Form eines Nahrungsmittelüberzugs verfügbar, der unter Verwendung eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen β-Glucans hergestellt wird.
Ausführliche Beschreibung
β-Glucan kommt in einer Vielzahl verschiedener Getreide natürlich vor. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf irgendein bestimmtes Getreide beschränkt. Bevorzugte Getreide sind jedoch Gerste und Hafer.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann so abgewandelt werden, dass sich verschiedene β-Glucan-Produkte ergeben. Die physikalischen Eigenschaften eines β-Glucan-Produkts richten sich in erster Linie nach dem mittleren Molekulargewicht der β-Glucan-Moleküle und der Konformation der β-Glucan-Moleküle. Hochmolekulares β-Glucan ist ein β-Glucan mit einem mittleren Molekulargewicht von mehr als 5·10⁵ Dalton. Niedermolekulares β-Glucan ist ein β-Glucan mit einem mittleren Molekulargewicht im Bereich von 5·10³ bis 2·10⁵ Dalton.
β-Glucan-Produkte können in Wasser ein Gel bilden. Die Leichtigkeit, mit der ein β-Glucan-Produkt ein Gel bildet, ist abhängig vom mittleren Molekulargewicht des β-Glucans und auch von der Art und Weise, wie die Lösung des aus Getreidekorn extrahierten β-Glucans verarbeitet wird.
Hochmolekulares β-Glucan ist aufgrund seiner hohen Viskosität in wässriger Lösung für bestimmte therapeutische Anwendungen interessant. Mit hochmolekularem β-Glucan kann eine Abschwächung der glykämischen Reaktion und eine Senkung des Serum-Cholesterinspiegels herbeigeführt werden. Allerdings ist bekannt, dass Enzyme in Getreidekorn vorhanden sind, von denen man weiß, dass sie β-Glucan von hochmolekularem β-Glucan zu niedermolekularem β-Glucan abbauen. Bei den bekannten Verfahren zur Gewinnung von β-Glucan aus Getreide ist daher ein Schritt der Enzymdeaktivierung erforderlich, etwa eine Behandlung mit siedenden Ethanol/Wasser-Mischungen oder eine Behandlung mit einer wässrigen Säurelösung.
Es ist jedoch bekannt, dass in einigen Getreidearten, insbesondere Gerste, die β-Glucan abbauenden Enzyme in der Schale und in den äußeren Schichten des Korns vorliegen. So bleibt durch Entfernen der Schale und der äußeren Schichten des Korns durch Polieren ein Getreidekorn zurück, bei dem nur wenig oder kein β-Glucan abbauendes Enzym mehr vorhanden ist. Zudem ist in den äußeren Schichten des Korns (die Aleuron- and Subaleuron-Schicht) weniger β-Glucan vorhanden. Das polierte Korn weist daher gegenüber dem unpolierten Korn einen höheren β-Glucan-Gehalt auf.
Bei der wässrigen Extraktion von β-Glucan aus unpoliertem Korn können Farbe, Geschmack und Enzyme aus den Schalen des Korns im Extrakt auftreten. Nach der weiteren Behandlung kann dies zu einem β-Glucan-Produkt führen, das unannehmbare Farbe oder unannehmbaren Geschmack aufweist oder durch die Enzyme abgebaut ist. Durch Polieren des Korns werden die Schalen und äußeren Schichten entfernt, und daher wird jegliche unerwünschte Farbe oder entsprechender Geschmack des β-Glucan-Produkts minimiert.
Beim Mischen des Mehls mit Wasser zur Extraktion von β-Glucan kann das Wasser irgendeine Temperatur im Bereich von 25 bis 65°C aufweisen. Bevorzugt ist jedoch, dass die Temperatur des Wassers etwa 45 bis 60°C beträgt. Vorzugsweise liegt der pH der Mischung im Bereich von 2 bis 10.
Stärke ist der Hauptbestandteil des Korns und tritt innerhalb des Korns in Form kleiner Körnchen auf. β-Glucan findet sich in den Zellwänden des Korns, die das Stärkekörnchen umgeben. Vollständige oder teilweise Entfernung von Stärke aus dem Mehl, das aus dem Korn erhalten wird, ergäbe daher eine mit β-Glucan angereicherte Fraktion. Eine mit β-Glucan angereicherte Fraktion besitzt die folgenden Vorzüge: Zum einen wäre weniger festes Material vorhanden, das nach beendeter Extraktion zu entfernen ist. Der Extrakt enthielte mehr β-Glucan pro Volumen eingesetzten Wassers, womit der Extrakt weniger stark eingeengt werden müsste. Schließlich ginge bei der Extraktion weniger Stärke in Lösung, da weniger Stärke in dem Mehl vorliegt, aus dem das β-Glucan extrahiert wird.
Zur vollständigen oder teilweisen Entfernung von Stärke aus dem Getreidekorn sind verschiedene Methoden bekannt, darunter Trockenmahlen und Nassmahlen. Nassmahlen mit Wasser ist jedoch nachteilig, da etwa 30 bis 50% des β-Glucans der Zellwand bei einer Temperatur von 25°C in Wasser löslich sind. Allerdings sind nur 10 bis 20% des β-Glucans der Zellwand in eiskaltem Wasser löslich. Auch in Ethanol oder Ethanol/Wasser-Mischungen oder wässrigen Lösungen bestimmter Salze ist das β- Glucan der Zellwand nur wenig löslich. Daher ist es zum Nassmahlen bevorzugt, kaltes Wasser oder Ethanol/Wasser-Mischungen oder wässrige Lösungen bestimmter Salze zu verwenden.
Zum Entfernen der Stärke kann auch Trockenmahlen angewandt werden. Ein großer Anteil der Stärke kann aus dem trockenen Mehl durch Sieben oder Windsichten entfernt werden. Das β-Glucan enthaltende Zellwandmaterial tritt meist in Form von Teilchen auf, die nach dem Mahlen größer sind als die Stärkekörnchen. Demzufolge gehen die Stärkekörnchen durch das Sieb hindurch, während das Zellwandmaterial zurückgehalten wird. Durch Windsichten werden die dichten Stärkekörnchen vom Zellwandmaterial getrennt. Es sei jedoch klar, dass diese Trennmethoden nicht zu 100% wirksam sind und dass die Stärkefraktion etwas Zellwandmaterial und das Zellwandmaterial etwas Stärke enthalten wird.
Das β-Glucan aus dem angereicherten β-Glucan-Material kann nun mit heißem Wasser extrahiert werden. Da nur wenig oder keine β-Glucan abbauenden Enzyme im Korn verblieben sind, kann die Zugabe eines Enzym, vorzugsweise eine Cellulase, zur Extraktionslösung von Nutzen sein, um das β-Glucan teilweise und kontrolliert abzubauen. Dies ist auch hilfreich zur Freisetzung des β-Glucans aus dem angereicherten Material. Vorteilhaft kann auch der Zusatz von Arabinoxylan abbauenden Enzymen, vorzugsweise einer Xylanase sein, da sie unerwünschte Arabinoxylane im Extrakt abbauen, die Viskosität des Extrakts erniedrigen, die Ausbeute an Extrakt nach Abtrennung der Feststoffe erhöhen und auch bei der Freisetzung von β-Glucan aus dem angereicherten Mehl hilfreich sind.
Nach der Extraktion werden die Feststoffe vorzugsweise mittels Zentrifugation entfernt. In diesem Stadium kann der Extrakt durch Verdampfen des gesamten oder eines Teils des Wassers eingeengt werden. Die Techniken hierfür sind wohlbekannt und zu diesen zählen Dünnfilmverdampfung unter Bildung einer konzentrierten β-Glucan-Lösung und Sprühtrocknen oder Heißwalzentrocknen unter Bildung eines β-Glucan enthaltenden Feststoffs.
Das Endprodukt aus diesem Prozess enthält Protein und Stärke. In einigen Fällen kann diese weniger reine Form von β-Glucan das bevorzugte Produkt sein. Es kann jedoch auch erwünscht sein, Stärke und/oder Protein vor der Verdampfung des Wassers zu entfernen, um ein Produkt höherer Reinheit zu erhalten. Stärke kann unter Verwendung eines Stärke abbauenden Enzyms, vorzugsweise einer α-Amylase abgebaut werden, und Protein kann mit Hilfe eines Protein abbauenden Enzyms abgebaut werden, d. h., mit einer Protease. Abgebaute Stärke und abgebautes Protein können anschließend vom Extrakt abgetrennt und der Extrakt durch Ultrafiltration eingeengt werden. Es ist auch möglich, das Protein durch Erhitzen des Extrakts auf über etwa 70°C auszufällen. Das ausgefällte Protein kann anschließend von der Lösung des Extrakts abgetrennt werden. Erhitzen des Extrakts auf über 70°C hat den Vorteil, dass etwaige verbleibende Enzymaktivität zerstört und der Extrakt sterilisiert wird.
Erhitzen des Extrakts auf über etwa 70°C scheint die Gelbildung zu hemmen. Erhitzte Extrakte scheinen keinen Niederschlag zu bilden, wenn sie gefroren und aufgetaut werden, und sie bilden auch nicht ohne Weiteres ein Gel, d. h., innerhalb einiger Stunden. Allerdings kann das Gelieren mit Hilfe der folgenden Methoden – entweder für sich oder in Kombination mit anderen Methoden – induziert werden: Ruhenlassen der Lösung eine gewisse Zeit lang, Scheren der Lösung eine gewisse Zeit lang, Kühlen der Lösung eine gewisse Zeit lang, Erhitzen der Lösung eine gewisse Zeit lang und Gefrieren der Lösung eine gewisse Zeit lang. Im Allgemeinen ist es leichter, das Gelieren bei konzentrierteren Lösungen herbeizuführen, besonders bei denjenigen, die niedermolekulares β-Glucan enthalten.
Das Induzieren des Gelierens in diesem Stadium des erfindungsgemäßen Verfahrens hat mehrere Vorteile gegenüber der Technik des Gefrierens und anschließenden Auftauens der Lösung. Der Aufwand für das Gefrieren lässt sich in einigen Fällen vermeiden. Ist Gefrieren dennoch erforderlich, so werden die Lösungen stärker eingeengt, womit sich die Kosten für das Gefrieren reduzieren.
Nach dem Gelieren kann es bevorzugt sein, das Gel zu gefrieren, beispielsweise durch Extrudieren in ein Bad, das ein Salz enthält, wobei das Bad eine Temperatur von weniger als 0°C aufweist. Das Gel wird dann gewonnen und aufgetaut, um ein kompaktes Gel zu ergeben, das sich leichter filtrieren lässt.
Schließlich kann es nach dem Herbeiführen des Gelierens vorteilhaft sein, hydrolysierte oder nicht hydrolysierte Stärke- und Protein-Verunreinigungen aus dem β-Glucan-Gel auszuwaschen, ehe das Gel getrocknet wird, um β-Glucan-angereichertes Gel zu ergeben.
Die aus dem Sieben oder Windsichten erhaltene stärkereiche Fraktion kann ein wertvolles Produkt sein, das bei gebackenen und industriell verarbeiteten Nahrungsmitteln brauchbar ist. Auch die nach der Extraktion des β-Glucans aus dem Korn verbleibenden nassen Feststoffe enthalten nennenswerte Mengen β-Glucan. Diese nassen Feststoffe können getrocknet und in industriell verarbeiteten Nahrungsmitteln verwendet werden. Das β-Glucan in den getrockneten Feststoffen kann brauchbare konsistenzfördernde Eigenschaften bei vielen verschiedenen industriell verarbeiteten Nahrungsmitteln aufweisen. Die Stärkefraktion oder die nassen Feststoffe können auch zum Mälzen verwendet oder als Tierfutter in den Handel gebracht werden.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele beschrieben, soll jedoch nicht so aufgefasst werden, als sei sie darauf beschränkt.
In den Beispielen wurden alle β-Glucan-Gehalte unter Anwendung der Megazyme Mixed-Linkage Assay Procedure und des McCleary-Verfahrens oder einer Modifikation des McCleary-Verfahrens bestimmt. Die Stärke- und Maltooligosaccharid-Gehalte wurden mittels Megazyme Total Starch Assay Procedure oder einer Modifikation dieses Verfahrens bestimmt (Megazyme International Ireland Ltd, Bray Business Park, Bray, Co. Wicklow, Ireland)
Beispiel 1

Gerstenkorn (50 g) wurde von 40 auf 60% poliert und anschließend in einem Kenwood-Mischer mit Mahlaufsatz fein gemahlen. Das gemahlene Korn wurde durch Siebe der Größen 150, 90 und 63 μm gesiebt. Die auf dem Sieb verbleibende grobe Fraktion wurde mit einem Mörserpistill weiter zermahlen und erneut gesiebt. Ausbeuten, prozentuale und absolute β-Glucan-Gehalte für jede Fraktion sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Fraktion	Siebgröße/μm	Ausbeute/g	β-Glucan-Gehalt in %	β-Glucan-Gehalt in g
Grob	> 150	12,9	7,61	0,981
Mittel	150 → 90	6,06	12,53	0,760
Fein	90 → 63	2,32	11,55	0,268
Sehr fein	< 63	25,72	0,85	0,218

Die sehr feine Fraktion war die größte Siebfraktion, enthielt aber nur geringe Mengen β-Glucan. Die mittlere und die feine Fraktion enthielten beide etwa 12% β-Glucan. Von der Mehlsiebfraktion fanden sich 83% des β-Glucans in der Fraktion, die zwischen 150 und 60 μm durchgesiebt wurde.
Beispiel 2
Die Freisetzung von β-Glucan aus der in Beispiel 1 erhaltenen mittleren Siebfraktion wurde in Gegenwart verschiedener Enzyme bestimmt: Cellulase (Trichoderma reesei-Spezies von Sigma, 6,3 U/ml), Xylanase (Shearzyme^TM von Novo Nordisk, Aktivität unbekannt) und Protease (Alaclase^TM von Novo Nordisk, 2,4 AU/g). Die mittlere Siebfraktion (1 g, siehe Beispiel 1) wurde zu verschiedenen Enzym-Kombinationen (siehe Tabelle 2) in Wasser (7 ml) gegeben, und die Mischung wurde 1,5 h auf 50°C erhitzt, um β-Glucan zu extrahieren. Das β-Glucan wurde durch 10-minütiges Zentrifugieren mit 3500 U/min von den Feststoffen abgetrennt und anschließend gefroren. Nach dem Auftauen wurde die Ausbeute an ausgefälltem (ppt) β-Glucan bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2

T. reesei Shearzyme Alaclase Ausbeute Extrakt/ml Ausbeute ppt β-Glucan/g

10 μl 10 μl 10 μl 5,67 0,061

5 μl 10 μl 0 5,44 0,061

0 10 μl 10 μl 5,73 0,051

5 μl 0 0 5 0,03
Alle Enzyme zeigten sich wirksam bei der Erhöhung der Ausbeute von ppt-β-Glucan, doch erschien die Kombination aus Shearzyme^TM/Cellulase am wirksamsten.
Die Ausbeute an Extrakt nach dem Zentrifugieren wurde durch den Zusatz von Shearzyme^TM verbessert.
Beispiel 3
Ein β-Glucan-angereichertes Mehl wurde hergestellt durch Sieben eines Gerstenkleienmehls. Das β-Glucan wurde aus dem Mehl extrahiert durch 30-minütiges Erhitzen einer Mischung des Mehls (2 g) mit Wasser (10 ml) bei 50°C, das mit Cellulase (10 μl, Trichoderma reesei-Spezies von Sigma, 6,3 U/ml) versetzt worden war. Der Extrakt (6,1 ml) wurde durch 15-minütiges Zentrifugieren mit 3000 U/min von den Feststoffen abgetrennt. Der Extrakt wurde anschließend 5 min auf einem siedenden Wasserbad erhitzt, um Protein auszufällen, das durch Zentrifugation entfernt wurde. Der Extrakt wurde mit einem Rotationsverdampfer zur Trockene eingedampft, wobei sich ein glasartiger Film bildete, der etwa 53% β-Glucan enthielt.
Beispiel 4
Ein Gerstenkleienmehl (10 g) wurde mit Wasser (50 ml) gemischt und 1 h auf 50°C erhitzt. Der Extrakt wurde durch 10-minütiges Zentrifugieren mit 3000 U/min von den Feststoffen abgetrennt, wobei sich 30 ml Extrakt ergaben. Der Extrakt wurde dann 10 min auf 95°C erhitzt, und das ausgefällte Protein wurde mit einer Zentrifuge entfernt. Der Extrakt wurde mit einem Rotationsverdampfer auf etwa 25% seines ursprünglichen Volumens eingeengt. Der Extrakt wurde anschließend 2 min lang schnell gerührt, um Scherung herbeizuführen, und dann 5 min lang ruhen lassen. Dieser Vorgang wurde 6-mal wiederholt, ehe der Extrakt 12 h lang gefroren wurde. Beim Auftauen wurde kein Niederschlag gebildet. Über einen Zeitraum von Tagen dickte sich die Lösung allmählich ein. Nach 2 Tagen wurde die Lösung gefroren und wieder aufgetaut. Dies führte zu einem Niederschlag, der filtriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet wurde. Die Ausbeute belief sich auf 0,16 g.
Beispiel 5
Ein Kleienmehl (30 g) wurde mit Wasser (150 ml) gemischt, das Shearzyme^TM (10 μl, Novo Nordisk, Aktivität unbekannt) und Cellulase (50 μl, Trichoderma reesei-Spezies von Sigma, 6,3 U/ml) enthielt. Die Mischung wurde 1,5 h lang auf 50°C erhitzt. Nach 30 min erwies sich die Mischung als einigermaßen fließfähig. Durch Entfernen der Feststoffe mit einer Zentrifuge wurde aus der Mischung ein β-Glucan-Extrakt gewonnen. Die Ausbeute an Extrakt belief sich auf 118 ml.
Der Extrakt wurde auf verschiedene Weise behandelt.

a) 25 ml des Extrakts wurden durch Glasfaser filtriert und anschließend 1 h 30 min bei 30°C mit Amylase (200 μl, Bacillus-Spezies von Sigma, 3480 U/ml) behandelt, um die Stärke im Extrakt zu hydrolysieren. Der Extrakt wurde dann 15 min auf 90°C erhitzt und zentrifugiert (3000 U/min, 10 min), um Protein zu entfernen und die Amylase-Aktivität zu zerstören. Die gewonnene Flüssigkeit belief sich auf 23 ml. Zur Entfernung hydrolysierter Stärke wurde der Extrakt über Nacht dialysiert. Der Extrakt wurde anschließend in einem Rotationsverdampfer zu einem Öl eingedampft und bei 80°C ofen getrocknet. Der β-Glucan-Gehalt des ofengetrockneten Materials belief sich auf etwa 57%.
b) 25 ml des Extrakts wurden 15 min auf 90°C erhitzt und anschließend zentrifugiert, um Protein zu entfernen. Die gewonnene Flüssigkeit belief sich auf 23 ml. Der Extrakt wurde am Rotationsverdampfer auf etwa die Hälfte seines ursprünglichen Volumens eingedampft und anschließend als dünner Film in einem Ofen bei 80°C getrocknet. Der β-Glucan-Gehalt des Films belief sich auf etwa 30%. Etwa 0,2 g des Films wurden in 2 ml Wasser bei 90°C gelöst unter Bildung einer durchsichtigen Lösung. Die Lösung wurde in Eis gekühlt und gerührt, um Scherung herbeizuführen, und anschließend ruhen lassen. Dies wurde mehrmals wiederholt. Nach Stehenlassen über Nacht hatte sich ein Gel gebildet. Das Gel wurde gefroren. Das aufgetaute Gel wurde mit Wasser gewaschen, filtriert und getrocknet. Das Gel ließ sich auf einem Sinterglasfilter Nr. 3 problemlos filtrieren. Auf diese Weise ergaben sich 0,066 g getrocknetes Gel. Der β-Glucan-Gehalt des getrockneten Gels belief sich auf 87%.
c) 25 ml des Extrakts wurden durch Glasfaser filtriert und anschließend 30 min bei 30°C mit Amylase (200 μl, Bacillus-Spezies von Sigma, 3480 U/ml) behandelt, um die Stärke im Extrakt zu hydrolysieren. Der Extrakt wurde 15 min auf 90°C erhitzt und zentrifugiert (3000 U/min, 10 min), um Protein zu entfernen und die Amylase-Aktivität zu zerstören. Der Extrakt (0,4 ml) wurde in eine Ultrafiltrationszentrifugenfiltereinheit (Millipore Ultrafree MC) gegeben. Die Filtereinheit wurde zentrifugiert (13 000 U/min, 40 Minuten), und es wurden etwa 0,07 ml Flüssigkeit gewonnen, die zu einem dünnen durchsichtigen Film ofengetrocknet wurde.

Beispiel 6
Gerstenkleienmehl (30 g) wurde mit Wasser (150 ml) gemischt, das Shearzyme^TM (10 μl, Novo Nordisk, Aktivität unbekannt) und Cellulase (50 μl, Trichoderma reesei-Spezies von Sigma, 6,3 U/ml) enthielt. Die Mischung wurde auf einem Wasserbad 1,5 h lang auf 50°C erhitzt. Nach 30 min erwies sich die Mischung als einigermaßen fließfähig. Die Feststoffe wurden durch Zentrifugieren von der Mischung abgetrennt, und der verbleibende Extrakt wurde 15 min auf 90°C erhitzt. Das ausgefallene Protein wurde mit einer Zentrifuge entfernt. Die Ausbeute an Extrakt belief sich auf 118 ml. Der Extrakt wurde am Rotationsverdampfer auf 17 ml eingeengt. Es verblieb eine viskose Lösung, die auf 90°C erhitzt und abgekühlt und anschließend auf 70°C erhitzt und abgekühlt wurde. Dadurch wurde bewirkt, dass sich die Lösung schnell zu einem weichen Gel setzte, das zur Entfernung löslicher Verunreinigungen in Wasser dispergiert und anschließend filtriert und getrocknet wurde. Die Ausbeute an getrocknetem Gel belief sich auf 0,71 g. Der β-Glucan-Gehalt des getrockneten Gels war 80%. Die Wäschen des Gels wurden zu einem Öl einrotiert und anschließend im Ofen getrocknet. So ergaben sich 0,9 g eines glasartigen Materials. Der β-Glucan-Gehalt dieses glasartigen Materials belief sich auf 4%. Daher sieht es so aus, dass etwa 94% des β-Glucans im getrockneten Gel waren und nur 6% in den Gelwäschen, die durch Filtrieren des Gels erhalten wurden.
Beispiel 7
Die folgenden Beispiele erläutern ein neuartiges Verfahren zur Entfernung von Stärke, das nicht zu wesentlicher Solubilisierung von β-Glucan führt.
Die Entfernung von Stärke aus Zellwand-Material wurde erreicht, indem Gerstenmehl (4 g) in einem Kenwood-Mischer mit Wasser homogenisiert wurde, das mit einem Salz, in diesem Falle Natriumsulfat, gesättigt war. Die Lösung wurde durch ein 55 μm-Nylonnetz filtriert. Die Aufschlämmung ließ sich gut filtrieren – ein Hinweis auf wenig oder keine Solubilisierung von β-Glucan. Was auf dem Filter zurückblieb, war die angereicherte Zellwand-Fraktion (1,75 g), die 10,4% β-Glucan enthielt.
Beispiel 8
Es wurde ein Gel gebildet durch Einengen eines β-Glucan-Extrakts. Gerstenmehl (25 g) wurde mit Wasser (175 ml) gemischt, und eine Xylanase (6,2 μl, Shearzyme von Novo Nordisk, Aktivität unbekannt) und eine Cellulase (125 μl, Penicillium funiculosum, 0,1 mg/ml) wurden zugesetzt. Die Extraktionslösung wurde 1 h lang auf 50°C erhitzt. Der Extrakt wurde durch 10-minütiges Zentrifugieren mit 3500 U/min von den Feststoffen abgetrennt. Der Extrakt wurde anschließend 10 min lang auf 90°C erhitzt, um Protein auszufällen, das durch Filtrieren durch ein Glasfaserfilter entfernt wurde. Der Extrakt wurde auf 1/10 seines ursprünglichen Volumens eingeengt und über Nacht zum Gelieren im Kühlschrank belassen. Nach Erhitzen des Gels auf 65°C und anschließendem Abkühlen des Gels wurde das Gel fester.
Beispiel 9
Es kann mehr β-Glucan aus fein vermahlenem Mehl als aus grob vermahlenem Mehl extrahiert werden. Bei der in Beispiel 1 hergestellten mittleren und groben Mehlfraktion wurde jeweils das Mehl (0,2 g) mit Wasser (2 ml) gemischt, dem eine Xylanase (0,1 μl, Shearzyme von Novo Nordisk, Aktivität unbekannt) und eine Cellulase (5 μl, Penicillium funiculosum von Sigma, 10 μm/ml) zugesetzt worden waren. Die Extraktion wurde 1 h lang bei 50°C fortgesetzt. Der Extrakt wurde durch 10-minütiges Zentrifugieren mit 3500 U/min von den Feststoffen abgetrennt. Der β-Glucan-Gehalt des Extrakts wurde anschließend gemessen. Bei der mittleren Mehlfraktion wurden etwa 70% des β-Glucans im Mehl extrahiert, während bei dem groben Material nur etwa 50% des β-Glucans extrahiert wurden.
Beispiel 10
Gerstenmehl (5 g) wurde mit Wasser (35 ml) gemischt, dem eine Xylanase (Shearzyme von Novo Nordisk, Aktivität unbekannt) und eine Cellulase (Celluclast von Novo Nordisk, 1500 NCU/g) gemäß den in Tabelle 3 angegebenen Mengen zugesetzt worden waren. Die Extraktionslösung wurde 2 h lang auf 50°C erhitzt. Der Extrakt wurde durch 10-minütiges Zentrifugieren mit 3500 U/min von den Feststoffen abgetrennt. Der Extrakt wurde anschließend 10 min lang auf 90°C erhitzt, um Protein auszufällen, das durch Zentrifugieren entfernt wurde. Nach Gefrieren/Auflauen des Extrakts wurde der Niederschlag der β-Glucan-Feststoffe in der Tauflüssigkeit filtriert und mit Wasser und anschließend mit Ethanol gewaschen. Die Feststoffe wurden getrocknet und die Viskosität einer 1% Lösung wurde gemessen. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts Mw wurde mit Hilfe der Methode von Böhm, N. und Kulicke, W. M., Carbohydr. Res. 315 (1999) 293–301, aus der Viskosität errechnet und ist in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3

Shearzyme zugesetzt, μl Celluclast zugesetzt, μl Relative Viskosität Mw

2 0,2 49 19 000

2 0,02 123 75 000

2 0 300 194 000
Somit kann das Molekulargewicht durch Verändern der der Reaktionsmischung zugesetzten Mengen an β-Glucan abbauendem Enzym verändert werden.
Beispiel 11
Vorteilhaft ist die Verwendung von kaltem Wasser, um die Stärke auszuwaschen und minimale Solubilisierung von β-Glucan zu bewirken. Gerstenmehl (0,2 g), enthaltend 8,5% β-Glucan, wurde mit Wasser (2 ml) 2 h lang bei 4,5°C gemischt. Der Extrakt wurde durch 10-minütiges Zentrifugieren mit 3500 U/min von den Feststoffen abgetrennt. Aus dem β-Glucan-Gehalt des Extrakts wurde berechnet, dass nur etwa 5% des β-Glucans im Mehl solubilisiert wurden.
Beispiel 12
Zur maximalen Protein-Fällung sollte der pH des Extrakts in der Nähe des isoelektrischen Punkts des Proteins liegen. Gerstenmehl (10 g) wurde mit Wasser (70 ml) gemischt, und die Extraktmischung wurde 1 h lang auf 50°C erhitzt. Der Extrakt wurde durch 10-minütiges Zentrifugieren mit 3500 U/min von den Feststoffen abgetrennt. Ein Teil (5 ml) des Extrakts wurde entnommen und der pH mit NaOH-Lösung (0,1 M) auf 7,0 eingestellt. Beim Erhitzen auf 95°C war keine Protein-Fällung zu beobachten.
Beispiel 13
Zur Verringerung der Mengen an Stärke und Maltodextrinen in den Extrakten ist es vorteilhaft, die nativen Amylasen im Mehl teilweise oder vollständig zu deaktivieren, wodurch die Reinheit und die Geleigenschaften des β-Glucans verbessert werden. Zur Deaktivierung der Amylasen haben sich Säurebehandlung und Erhitzen als wirksam erwiesen.

Eine Amylase-Lösung wurde hergestellt durch Mischen von Gerstenmehl (20 g) mit Wasser (200 ml) und sofortiges Zentrifugieren der Mischung. Der Überstand wurde anschließend zur Entfernung der Feinanteile mit Glasfaser (Watman GF/A) filtriert. Der Überstand wurde anschließend durch Einstellen des pH und Erhitzen behandelt. Die Amylase-Aktivität des Überstands wurde gemessen durch Mischen der gleichen Menge des behandelten Überstands mit einer Kartoffelstärke-Lösung (1,5%) und Aufzeichnen der Viskositätsabnahme. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4

Code	Behandlung des Überstands	Viskosität nach 1 min	Viskosität nach 5 min	Viskosität nach 10 min	Viskosität nach 20 min
A	Ohne	70	63	59	55
B	15 min Erhitzen auf 95°C	87	90	89	88
C	pH einstellen auf 3,8, dann 25 min Erhitzen auf 50°C, dann pH einstellen auf 5,4	90	90	89	86

Bei a) zeigte der unbehandelte Überstand merkliche Enzym-Aktivität. Bei b) wurde durch Erhitzen auf 95°C die Amylase-Aktivität zerstört. Bei c) wurde durch Ein stellen auf pH = 3,8 und anschließendes Erhitzen auf 50°C die Enzym-Aktivität größtenteils zerstört. Die Viskosität der Kartoffelstärke-Lösung nahm nur leicht ab, nachdem der pH des Überstands auf 5,4 zurückgestellt wurde (pH = 5,4 ist in der Nähe des optimalen pH für Amylase-Aktivität).
Beispiel 14
Eine Protein-Fällung durch Zugabe eines Fällungsmittels wie z. B. Karrageen kann brauchbar sein zur Entfernung weiterer Protein-Mengen. Dies verbessert die Reinheit und die Geliereigenschaften von β-Glucan. Für eine optimale Protein-Fällung sollte der pH der Lösung unterhalb des isoelektrischen Punkts des Proteins liegen.
Ein Mehl aus polierter Gerste (5 g) wurde mit Wasser (35 ml) gemischt, das mit einer Xylanase (2 μl, Shearzyme von Novo Nordisk) und einer Cellulase (0,05 μl, Celluclast von Novo Nordisk, 1500 NCU/g) versetzt worden war. Verdünnte HCl (200 μl, 0,1 M) und Karrageen (150 μl, 1%, Viscarin BF 136C von FMC) wurden zugesetzt. Es bildete sich ein brauner Niederschlag, der durch Zentrifugieren entfernt wurde.
Beispiel 15
Es wurden β-Glucan-angereicherte Gersten-Siebfraktionen hergestellt. Gerste (5,1% β-Glucan-Gehalt) wurde auf einen Gewichtsverlust von 30% poliert. Das Korn wurde mit der feinsten Einstellung eines Kenwood-Mischers gemahlen, der mit einem Kornmahlaufsatz ausgestattet war. Von dem gebildeten Mehl wurden 5 g durch zwei aufeinanderfolgende Siebe mit Maschen von 150 und 63 μm handgesiebt. Das grobe Material, das als Überkorn auf dem 150 μm-Sieb verblieb, wurde mit Mörser und Pistill vermahlen, bis das Meiste durch das 150 μm-Sieb hindurchging. Wie in Tabelle 5 gezeigt, wurden drei Fraktionen erhalten. Tabelle 5

Code Siebgröße/μm Ausbeute β-Glucan-Gehalt in % % β-Glucan insgesamt

a > 150 0,20 9,4 9

b 150 → 63 0,83 16,8 65

c < 63 3,33 1,7 26
Aus Tabelle 5 ist ersichtlich, dass 65% des β-Glucans in der Fraktion auf dem 63 μm-Sieb konzentriert waren und dass der β-Glucan-Gehalt dieser Fraktion etwa 16% war.
Beispiel 16
Die Stabilität eines Gels, das gefroren worden war, wurde durch wiederholtes Waschen mit Wasser geprüft. Das Gel (4,9 g) wurde durch ein 55 μm-Netz filtriert, um überschüssiges Wasser zu entfernen, wobei das Filtrat zurückbehalten wurde. Das Gel wurde anschließend mit Wasser (10 ml) gewaschen, und auch das zweite Filtrat wurde zurückbehalten. Es wurde der β-Glucan-Gehalt in den Filtraten und im Gel gemessen. Die in der Tabelle gezeigten Ergebnisse weisen auf geringe Solubilisierung des β-Glucans im Gel während des Waschens hin. Tabelle 6

Probe β-Glucan-Gehalt in % β-Glucan insge-

Erstes Filtrat 0,15 2

Zweites Filt- 0,014 0,7

Gel 11,7 97
Beispiel 17
Durch die Amylasedeaktivierung verringert sich die Menge der bei der Extraktion solubilisierten Maltose und Stärke. Wasser (10 ml) wurde mit HCl (~0,65 ml, 1,0 M) auf pH 2,4 eingestellt und zu Mehl (10 g) gegeben, das aus polierter Gerste gemahlen worden war. Bei dieser Mischung wurde der pH zu 2,8 ermittelt. Zur Deaktivierung der Amylase wurde die Mischung auf einem Wasserbad 20 min lang auf 50°C erhitzt. Der pH der Mischung wurde anschließend mit NaOH (2 ml, 1,0 M) auf 5,5 eingestellt. Eine Xylanase (4 μl, Shearzyme Novo Nordisk) und eine Cellulase (0,1 μl, Celluclast von Novo Nordisk) wurden der Extraktionsmischung zugegeben, und die Extraktion wurde 1 h lang fortgesetzt. Die Mischung wurde anschließend zentrifugiert (3000 U/min, 5 min), und der Überstand wurde zurückbehalten. Die Lösung wurde anschließend mit HCl (1,6 ml, 0,1 M) angesäuert und K-Karrageen (1,2 ml, 1%) wurde zugesetzt. Der gebildete Niederschlag wurde durch Zentrifugieren entfernt, um eine helle Lösung zu ergeben. Die Lösung wurde zu einem weißlichen Feststoff lyophilisiert. Das obige Experiment wurde wiederholt, wobei jedoch kein Enzymdeaktivierungsschritt mit eingeschlossen war.
Der Stärke/Maltooligosaccharid-Gehalt der Feststoffe mit und ohne Amylasedeaktivierung belief sich auf 9% beziehungsweise 26%.
Beispiel 18
Es wurde ein Extrakt aus Mehl gebildet, das aus polierter Gerste nach Beispiel 17 (mit Amylasedeaktivierung) erhalten worden war. Die nach Protein-Fällung erhaltene Lösung wurde zu einem Öl einrotiert und 2 Tage lang bei 4°C belassen. Während dieser Zeit setzte sich das Öl zu einem Gel, das mehrmals mit Wasser gewaschen wurde. Das Gel wurde zwischen Papierhandtüchern ausgedrückt, um überschüssiges Wasser zu entfernen. Der Feststoffgehalt des Gels belief sich auf 17%, wovon 75,6% β-Glucan waren. Etwa 50% des β-Glucans im Mehl wurden im Gel wiedergewonnen.
Beispiel 19
Gerste (1000 kg) wurde poliert, um eine Rollgerste (700 kg) herzustellen. Die Rollgerste wurde durch zwei Walzenmühlen und eine Hammermühle gemahlen und anschließend gesiebt, um zwei Mehlfraktionen zu ergeben. Die erste Fraktion (420 kg) enthielt etwa 80% des β-Glucans. Die zweite Fraktion (280 kg) enthielt etwa 20% des β-Glucans. Die zweite Fraktion wurde verworfen. Die erste Fraktion wurde in sieben Ansätze aufgeteilt (jeweils 69 kg).
Jeder Ansatz wurde in warmes Wasser eingemischt (1200 l), um eine Mischung mit einer Temperatur von 50°C zu ergeben. Die Enzyme Cellulase (0,5 ml, Celluclast von Novo Nordisk, 1500 NCU/g) und Xylanase (60 ml, Shearzyme von Novo Nordisk, Aktivität unbekannt) wurden der Mischung zugegeben, die gerührt und 60 Minuten lang belassen wurde. Die Mischung wurde anschließend durch eine Feststoff-Dekantierschüssel und eine Klärzentrifuge geleitet, um alles unlösliche Material zu entfernen. Das unlösliche Material wurde verworfen.
Der resultierende flüssige Extrakt (900 l) wurde auf einen pH von 4,5 eingestellt. Dann wurde das Enzym Amyloglucosidase (150 ml, AMG 300 L von Novo Nordisk, 300 ACU/g) zugesetzt, um jegliche lösliche Stärke zu hydrolysieren. Nachdem festgestellt wurde, dass der Extrakt stärkenegativ war, wurde er 15 Minuten lang auf 95°C erhitzt und anschließend zentrifugiert, um unlösliches Protein zu entfernen.
Der Extrakt aus allen sieben Ansätze wurde vereinigt und durch ein Kieselgur-Filter filtriert. Der filtrierte Extrakt wurde anschließend in einem Dreistufen-Fallfilmverdampfer und dann in einem Einstufen-Kratzverdampfer auf etwa 12% Gesamtfeststoffe eingeengt. Das Konzentrat wurde anschließend 24 Stunden lang auf unter 0°C gekühlt, um eine geeignete Gelstruktur zu entwickeln. Anschließend wurde das Gel zur Entfernung verbliebener löslicher Zucker und anderer löslicher Materialien in kaltem Wasser gewaschen.
Das Gel wurde mit einer Klärzentrifuge aus der Mischung gewonnen und anschließend in einem Sprühtrockener auf etwa 5% Feuchtigkeit getrocknet, um ein β-Glucan-Pulver zu ergeben (14 kg). Das Pulver war ein feines, rieselfähiges blasscremefarbenes β-Glucan-Pulver. Der β-Glucan-Gehalt belief sich auf etwa 85%, bezogen auf Trockenfeststoff, und hatte ein Molekulargewicht von etwa 50 000 Da.
Beispiel 20
Es wurde ein flüssiger Extrakt gemäß Beispiel 19 oben hergestellt, der jedoch nach der Filtration durch das Kieselgur-Filter einer Ultrafiltration unterzogen und nicht im Dreistufen-Fallfilmverdampfer eingeengt wurde.
Der Extrakt (500 l) wurde nach der Kieselgur-Filtration aufgefangen und mit einer Ultrafiltrationsmembran gereinigt und eingeengt. Der Extrakt wurde durch eine Ultrafiltrationsmembran vom Spiraltyp im Kreislauf geführt. Die Membran hatte eine Fläche von etwa 6,4 m² und einen nominellen Molekulargewichtsabschnitt von 10 kDa. Die Zirkulation wurde fortgesetzt, bis das Volumen des Zirkulats sich auf 100 l verringert hatte. Wasser (100 l) wurde zugesetzt, und die Zirkulation fortgesetzt, bis das Volumen des Zirkulats sich erneut auf 100 l verringert hatte. Am Ende des Prozesses waren 80% der Flüssigkeit als Permeat entfernt worden und die Reinheit des β-Glucans war von 35% auf 60% Gesamtfeststoffe angestiegen.
Zwar wurde die Erfindung anhand von Beispielen beschrieben, doch sei klar, dass Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen.
Sind weiterhin für spezielle Merkmale Entsprechungen vorhanden, so seien solche Entsprechungen so mit aufgenommen als seien sie hierin wesensgemäß beschrieben worden.
Industrielle Anwendbarkeit
Die erfindungsgemäßen β-Glucan-Produkte sind brauchbar als Nahrungsmittelzusätze und als therapeutische Mittel. Sie geben Nahrungsmitteln eine attraktive Konsistenz und können als essbare Filme für Nahrungsmittel und als Ballaststoffe in Nahrungsmitteln verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Produkte sind auch brauchbar als therapeutische Mittel, darunter Mittel zur Senkung des Serum-Cholesterinspiegels, Heilung von Wunden, Abschwächung glykämischer Reaktionen, Linderung von Verstopfungen und Stimulierung des Immunsystems.

Claims

Verfahren zum Gewinnen von β-Glucan aus Getreidekorn, das Folgendes einschließt: – Erzeugen von Mehl aus dem Getreidekorn; – Mischen des Mehls mit Wasser bei einer Temperatur unter ungefähr 65°C, um eine Aufschlämmung einer wässrigen Lösung von β-Glucan und eines festen Restes zu bilden; – Abtrennen der wässrigen Lösung vom festen Rest; – Entfernen von Wasser aus der wässrigen Lösung durch Verdampfung oder Ultrafiltration oder Kombinationen davon, um eine konzentrierte wässrige Lösung von β-Glucan zu erhalten; und – Bilden eines β-Glucangels aus der konzentrierten wässrigen Lösung von β-Glucan.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Mehl durch Schleifen zur Perlenform des Getreidekorns, um die Schale und äußeren Schichten des Getreidekorns zu entfernen, und dann Mahlen des perlförmig geschliffenen Getreidekorns erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin der pH des Wassers entweder vor oder nach dem Mischen mit dem Mehl eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, worin der pH auf weniger als ungefähr 4,0 eingestellt wird und die Aufschlämmung dann auf mehr als ungefähr 40°C für mindestens ungefähr 10 Minuten erhitzt wird, um Amylasen im Mehl zu deaktivieren.
Verfahren nach Anspruch 4, worin der pH erneut auf mehr als ungefähr 4,0 nach dem Erhitzen eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Mehl mit Wasser bei einer Temperatur von 45°C bis 60°C gemischt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Mehl mit Wasser bei einer Temperatur von ungefähr 50°C für 15 bis 60 Minuten gemischt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das weiter das Zugeben eines Enzyms zur Aufschlämmung einschließt, um jedwede Arabinoxylane abzubauen, die in der Aufschlämmung vorliegen können.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo ein Enzym zur Aufschlämmung gegeben wird, um die Freisetzung von β-Glucan aus dem Mehl zu fördern.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die wässrige Lösung vom festen Rest durch Zentrifugieren, gefolgt vom Dekantieren, oder durch Filtration abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin ein Enzym zur wässrigen Lösung gegeben wird, um Stärke abzubauen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin ein Enzym zur Aufschlämmung oder zur wässrigen Lösung gegeben wird, um das durchschnittliche Molekulargewicht des β-Glucans zu verringern.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin eine Protease zur wässrigen Lösung gegeben wird, um Proteine abzubauen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das weiter das Erhitzen der wässrigen Lösung einschließt, um das Protein auszufällen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das weiter die Zugabe eines Flockungsmittels zur wässrigen Lösung einschließt, um das Protein auszufällen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das weiter das Trocknen des Gels einschließt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das weiter das Induzieren der Scherung in der wässrigen Lösung einschließt, um die Bildung des Gels zu fördern.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das weiter das Erhitzen und dann das Abkühlen der wässrigen Lösung einschließt, um die Bildung des Gels zu fördern.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das weiter das Gefrieren des Gels und dann das Auftauen einschließt, um die Dichte oder Kompaktheit des Gels zu erhöhen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das weiter das Waschen des Gels mit Wasser einschließt, um Verunreinigungen, wie zum Beispiel Stärke oder Protein oder Fragmente davon, zu entfernen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das weiter das Entfernen von Verunreinigungen aus der wässrigen Lösung durch Ultrafiltration und Diafiltration einschließt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Mehl durch Mahlen des Getreidekorns unter trockenen Bedingungen und dann Entfernen von Stärkekörnchen durch Sieben oder durch Windsichtung erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Mehl durch Mahlen des Getreidekorns in Gegenwart von entweder kaltem Wasser oder einer Mischung aus Ethanol und Wasser oder einer wässrigen Salzlösung und dann Entfernen von Stärke erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Getreide Gerste oder Hafer ist.