DE69116345T2 - Lösliche diätfasernzusammenstellungen und verfahren zur herstellung derselben - Google Patents
Lösliche diätfasernzusammenstellungen und verfahren zur herstellung derselbenInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft die Umwandlung von gemahlenen Getreideprodukten zu löslichen Ballaststoff- oder diätetischen Faserzusammensetzungen, die in einer Vielzahl von Lebensmitteln als Quellen von löslichem Ballaststoff brauchbar sind.
- Die löslichen und unlöslichen Nahrungsmittelbestandteile, die in dem Magendarmtrakt des Menschen nicht von Enzymen verdaut werden, werden als Ballaststoffe bezeichnet. Die primären Quellen des Ballaststoffs umfassen solche Zellwandmaterialien wie Cellulose, Hemicellulose, Lignin und Pectine zusammen mit Gummis und Schleimstoffen. Seit langem gilt Ballaststoff als wichtiger Nahrungsmittelbestandteil. Vor kurzen kamen Burkitt et al. [Lancet 2, 1408-1411 (1972)] zu der Schlußfolgerung, daß Ballaststoffe bei der Verhinderung bestimmter Dickdarmerkrankungen, einschließlich Dickdarmkrebs und Divertikulitis eine Rolle spielen. Speisen, die große Mengen an Ballaststoffen enthalten, führen zu einem weicheren und größeren Stuhlgang, und die Peristaltik ist im allgemeinen häufiger. Burkitt erwähnte auch, daß das Serumcholesterin ansteigt, wenn der Ballaststoff aus den Speisen entfernt wird und daß das Essen ballaststoffreicher Speisen das Serumcholesterin erniedrigt. Trowell [Am. J. din. Nutr. 25, 464-465 (1972)] kam zu einer ähnlichen Schlußfolgerung bezüglich der Beziehung zwischen Ballaststoffen und gesundheitlichem Nutzen.
- Es ist jetzt bekannt, daß nicht alle Ballaststoffe gleich sind und daß unterschiedliche Ballaststoffe einen unterschiedlichen gesundheitlichem Nutzen haben. Weizenkleie ist beispielsweise sehr reich an unlöslichen Ballaststoffen (hauptsächlich Cellulose und Hemicellulosen) und ausgezeichnet für die Verringerung der Durchgangszeit von Nahrungsmitteln durch den Verdauungstrakt [Anderson et al., Am. J. Clin. Nutr. 32, 346-363 (1979)]. Es wird berichtet, daß einige Ballaststoffe das Gesamtplasmacholesterin senken [Munoz et al., Am. J. Clin. Nutr. 32, 580-592 (1979)].
- In den letzten Jahren wurde Hafer als Quelle von Ballaststoff beträchtliche Aufmerksamkeit geschenkt. Der löslicher Ballaststoffbestandteil ist bei der zenkung der Serumcholesterinspiegel wirksam. Haferschleim oder Haferflocken und insbesondere Haferkleie sind reiche Quellen dieses löslichen Ballaststoffs. Degroot et al. [Lancet 2, 203-304 (1963)] beobachteten das erste Anzeichen einer Verringerung des Serumcholesterins durch Haferflocken bei Ratten. Fisher et al. [Pro. Soc. Exp. Biol. Med. 126, 108-111 (1967)] berichten, daß der Ballaststoffanteil des Hafers für seine einzigartigen Wirkungen auf Cholesterin verantwortlich ist. Im Lauf der Jahre haben zahlreiche Experimente mit Tieren gezeigt, daß Haferballaststoff eine hypocholesterinämische Wirkung hat. Anderson et al. [Am. J. Clin. Nutri. 34, 824-829 (1981); 40, 1146-1155 (1984)] bestätigten die hypocholesterinämischen Wirkungen von Hafer auf Menschen. Der Haferballaststoff verringert auch die Menge an Lipoprotein niedriger Dichte (LDL) ohne das nützliche Lipoprotein hoher Dichte (HDL) zu verringern. Tatsächlich lehren Anderson et al. [66th Annual Meeting, Am. Assoc. Cer. Chem., Abstr. No. 112 (1981)], daß Haferkleie bei Verzehr durch Menschen LDL um 58% verringern kann, während sie HDL uin 82% erhöht. Andere wasserlösliche Ballaststoffe wie Pectin und Guarmehl können das Serumcholesterin verringern, aber sie sind häufig von unerwünschten Nebenwirkungen wie Übelkeit und Erbrechen begleitet. Die Ergebnisse einer weiteren Untersuchung von Anderson et al. (siehe oben, 1984) geben an, daß Haferkleiespeisen das Gesamtserumcholesterin um 19% und das LDL um 23% verringern und daß Haferkleie die Gallensäureproduktion um 65% erhöht. Diese Untersuchungen dokumentieren klar die hypocholesterinämischen Wirkungen von Haferprodukten, die reich an löslichen Ballaststoffen sind, auf Menschen.
- Maltodextrine sind erfolgreiche, im Handel erhältliche Produkte, die durch die Hydrolyse reiner Stärke hergestellt werden. Das Naßvermahlen von Mais ist die Hauptquelle von Stärke, aus der Maltodextrine erhalten werden. Andere Stärkequellen für im Handel erhältliche Produkte sind Tapioka, Kartoffeln und Reis. Getreidemehle werden im allgemeinen nicht für die Herstellung von Maltodextrin aufgrund der sich während der Verarbeitung entwickelnden Aromen und Farben verwendet [Katz, Cer. Foods World, 31, 866-867 (1986)]. Wenn Getreidemehle mit Amylasen behandelt werden, wird ein kolbidales Hydrolysat erhalten, das nichtfiltrierbar ist (US Patent 4 894 242). Einige Frühstücks- und ähnliche Nahrungsmittelprodukte wurden jedoch hergestellt, bei denen der charakteristische Getreidegeschmack erwünscht ist. Vollkomgetreidemehle wurden stärkehydrolysierenden Bedingungen unterzogen und haben beispielsweise ein hydrolysiertes Vollkornprodukt ergeben [Conrad, US Patent 4 377 602] und ein verzehrfertiges, enzymsaccharifiziertes Getreideprodukt [Fulger et al., US Patent 4 710 286] ergeben. Ronai (US Patent 3 640 729) erzielt ein ähnliches Produkt durch die Zugabe von vorhydrolysierter Stärke zu Hafermehl, um ein Instant-Hafergetreideprodukt zu ergeben.
- Die hier beschriebene und beanspruchte Erfindung beruht auf der weiteren Entdeckung, daß Gerstesubstrate zusätzlich zu Hafersubstraten verwendet werden können, um eine lösliche Ballaststoffzusammensetzung herzustellen. Gerstesubstrate können in der gleichen Form und in den gleichen Mengen wie die Hafersubstrate verwendet werden. Es wurde weiterhin entdeckt, daß es bei der Verarbeitung von Hafersubstraten oder Gerstesubstraten vorteilhaft ist, die zentrifugale Abtrennung der löslichen und unlöslichen Bestandteile innerhalb des Bereichs von 5 bis 50ºC durchzuführen. Unter diesen Abtrennungsbedingungen niedrigerer Temperatur, werden die Mengen an Lipiden und Proteinen in dem Ballaststoffprodukt beträchtlich verringert.
- Andere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.
- Geeignete, zur Verwendung bei der Erfindung in Erwägung gezogene Substrate, abgesehen von Hafersubstraten, umfassen Gerstesubstrate, die in der Form von Getreidemehlen oder gemahlener Getreidekleie vorliegen können. Von besonderem Interesse sind die Vollkommehle oder von Kleie befreiten Mehle der Gerste und des Hafers.
- Das Substrat wird in einer ausreichenden Menge aufgeschlämmt, um eine Konzentration im Bereich von etwa 10 bis 40 Gew.-% zu ergeben. Das Wasser sollte ein geeignetes Calciumsalz in einer Menge enthalten, die ausreicht, um die nachfolgend zugegebene α-Amylase [vorzugsweise 25 bis 50 Teile pro Million (ppm) Calcium] zu stabilisieren. Das aufgeschlämmte Substrat wird vor der Enzymbehandlung unter Verwendung eines in der Technik bekannten Verfahrens gelatiniert. Der pH-Wert der gelatinierten Dispersion wird mit Natriumhydroxid oder Phosphorsäure auf etwa 5,5 bis 7,5, vorzugsweise etwa 6,0, eingestellt, und die α-Amylase wird dann zugegeben.
- Es ist vorteilhaft, hitzebeständige α-Amylasen, die als 1,4- α-D-Glucanglucanohydrolasen bezeichnet sind und die wesentlichen enzymatischen Eigenschaften derjenigen aufweisen, die durch Stämme des Bacillus stearothermophilus ATCC Nr. 31,195; 31,196; 31,197; 31,198; 31,199 und 31,783 erzeugt werden, zu verwenden. Diese Stämme sind in dem US Patent 4 284 722 beschrieben, das hier durch Bezugnahme aufgenommen wird. Andere Quellen dieses Enzyms umfassen Organismen wie B. subtilis, die genetisch modifiziert wurden, um die hitzebeständige α- Amylase des B-stearothermophilus zu exprimieren, wie dies in US Patent 4 493 893 beschrieben ist, das hier ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen wird. Diese Enyzme sind im Handel unter dem Namen "G-zyme G995" (früher "Enzeco Thermolase" genannt, Enzyme Development Div., Biddle Sawyer Corp., New York, NY) erhältlich.
- Andere geeignete α-Amylasen sind jene, die die wesentlichen enzymatischen Eigenschaften von denjenigen haben, die von B. licheniformis var. erzeugt werden, wie in den US Patenten 4 717 662 und 4 724 208 beschrieben, die hier durch Bezugnahme aufgenommen sind. Diese Enzyme sind im Handel unter dem Namen "Taka-Therm L-340" (früher "Takalite" genannt, Solvay Enzyme Products, Inc., Elkhart, IN) erhältlich. Selbstverständlich kann jede hitzebeständige α-Amylase, die bei der Verdünnung der Stärke brauchbar ist, hier zur Verwendung in Erwägung gezogen wird.
- Die Bedingungen der Enzymbehandlung, einschließlich der Enzymkonzentration und der Reaktionszeit und -temperatur werden ausgewählt, um eine Verflüssigung der Stärke in dem Substrat bei einer Temperatur von 60 bis 100ºC, vorzugsweise von mehr als 70ºC, beispielsweise von 90 bis 100ºC zu erzielen. Bei diesen Temperaturen kann die Gelatinierung der Stärke in dem Substrat gleichzeitig mit der Hydrolyse stattfinden.
- Die Dauer der Behandlung bei der gewünschten Umwandlungstemperatur hängt von den gewünschten Produkteigenschaften ab und beträgt im allgemeinen etwa 2 bis 60 Minuten.
- Nach Beendigung der enzymatischen Hydrolyse wird das Enzym inaktiviert, beispielsweise durch Durchleiten der Mischung durch einen Dampfstoßdruckkocher bei einer Temperatur von etwa 140ºC. Alternativ kann das Enzym durch Ansäuerung (pH- Wert 3,5 bis 4,0) bei 95ºC während etwa 10 Minuten inaktiviert werden. Eine wahlweise Neutralisierung mit Alkali erhöht die Salzkonzentration des Produkts. Nachdem das Enzym inaktiviert worden ist, wird die lösliche Fraktion, die den löslichen Ballaststoff und die Maltodextrine (Maltooligosaccharide) enthält, von dem unlöslichen Rückstand durch Zentrifugieren der Hydrolysate bei einer Temperatur im Bereich von 5 bis 50ºC abgetrennt. Unter diesen Abtrennungsbedingungen werden die Lipid- und Proteingehalte in den Ballaststoffprodukten beträchtlich verringert. Wasser wird dann aus der löslichen Fraktion durch irgendeine einer Vielzahl von herkömmlichen Techniken entfernt, wodurch die erfindungsgemäßen Produkte, die den Ballaststoff und die Maltodextrine enthalten, gewonnen werden. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Maltodextrine haben einen D.E. von 20 oder weniger. Diese Maltodextrine sind bei erhöhten Temperaturen (beispielsweise 60 bis 100ºC im wesentlichen wasserlöslich).
- Der lösliche Ballaststoff, der aus dem Zentrifugat gewonnen wird, liegt hauptsächlich in der Form von ß-Glucanen und Pentosanen vor. Die relative Menge jeder Ballaststoffart variiert selbstverständlich mit der Spezies des Substrats. Haferund Gerstesubstrate ergeben hauptsächlich die ß-Glucane, während Weizen, Reis und Mais die Pentosane ergeben.
- Es war überraschend zu finden, daß die Maltodextrinprodukte der vorliegenden Erfindung problemlos aus Gerstesubstraten sowie Hafersubstraten in einer farblosen, weißen und glatt strukturierten Form, frei von inhärenter, unerwünschter Farbe, Geschmack und Körnigkeit, die mit den Ausgangsmaterialien verbunden sind, erhalten werden können. Diese Produkte sind bemerkenswert zur Verwendung als funktionelle und Ernährungsbestandteile vieler Nahrungsmittel, die einen verdaubaren Nahrungsmittelbestandteil enthalten, geeignet, einschließlich Molkereiprodukten, Molkereiproduktersatzstoffen, Bäckereiprodukten mit hochlöslichem Ballaststoff, Salatdressings, Fleisch, tiefgefrorenen Nahrungsmitteln, Yoghurt, Snacks, Konfekt, Streichmassen, Getränken mit Ballaststoffen, Frühstücksnahrungsmitteln und verschiedenen Produkten mit niedrigem Kalorien- oder Fettgehalt. Die Vorliebe der Verbraucher gebietet, daß die für diese Anwendungen bestimmten Zusätze durch die praktische Abwesenheit von Geschmack, Farbe und Körnigkeit gekennzeichnet sind, die dem Ausgangssubstrat und den meisten gegenwärtig vermarkteten Ballaststoffen eigen sind.
- Die Charakterisierung des unlöslichen Rückstands aus der Umwandlungsmischung (siehe oben) offenbart einen hohen Anteil an Protein. Es wird angenommen, daß das Protein mit verfügbarem Lipid komplexiert und durch Wärmedenaturierung unlöslich gemacht wird. Der Rückstand enthält auch den unlöslichen Ballaststoff und die Mehrheit der Geschmacks- und Farbbestandteile. Dieses Nebenprodukt hat deshalb ein Potential als Bestandteil in Nahrungsmitteln und Tierfuttern und wird als ergänzender Aktivposten des erfindungsgemäßen Verfahrens angesehen.
- Die nachfolgenden Beispiele sind nur angegeben, um die Erfindung weiter zu veranschaulichen und sollen den Umfang der Erfindung, die durch die Ansprüche definiert ist, nicht einschränken.
- Alle hier angegebenen Prozentsätze sind Gewichtsprozentsätze, es sei denn etwas anderes ist angegeben.
- Für jede Zubereitung wurden 4000 g Gerstenvollkornmehl, Hafervollkornmehl oder gemahlene Haferkleie in 28 1 Wasser verschlämmt, das 50 ppm Calcium (0,18 g/l CaCl&sub2; H&sub2;O) enthielt, durch Durchgang durch einen Dampf stoßkocher bei 138º bis 143º (30 bis 40 psi Dampfdruck) gelatiniert. Die gelatinierte Mischung wurde in einem Behälter gesammelt und der pH-Wert wurde auf 6,0 eingestellt. "G-zyme G995" (siehe oben) wurde der Mischung bei 95ºC in einer Menge zugegeben, die ausreichend ist, um 1 Einheit pro Gramm des Substrats zu liefern. Nach 5 Minuten des Rührens bei 95ºC wurde die Stärke verflüssigt und das Enzym wurde durch die Einstellung des pH-Werts auf 4,0 und Erhitzen auf 95º bis 100ºC während 10 Minuten inaktiviert. Der pH-Wert wurde dann auf 6,0 eingestellt. Bei einem Versuch wurde die Mischung bei etwa 700 bis 90ºC bei 15.000 UpM unter Verwendung einer "Sharples"-zentrifuge zentrifugiert, um die löslichen und unlöslichen Bestandteile zu trennen.
- Bei einem zweiten Versuch wurde die Trennung wie bei dem ersten Versuch mit der Ausnahme durchgeführt, daß die Mischung zuerst auf etwa 25º bis 40ºC vor dem Zentrifugieren bei 15.000 U.p.M. gekühlt wurde. Der Überstand wurde gefriergetrocknet (D.E. Wert weniger als 10). Der unlösliche Rückstand wurde entfernt und luftgetrocknet oder walzengetrocknet. Die Ergebnisse in Tabelle I und II zeigen, daß die Zentrifugierung bei niedrigeren Temperaturen zu der Maltodextrin enthaltenden, löslichen Fraktion führte, die beträchtlich niedrigere Gehalte an Lipid und Protein im Vergleich zu den durch Zentrifugieren bei höheren Temperaturen (mehr als 70ºC) erhaltenen, löslichen Fraktionen enthielt. Tabelle I Wirkung der Zentrifugierungstemperatur auf den Lipidgehalt Substrat Lipide in löslicher Fraktion, Gew.-% Zentrifugat, ºC 1 Einheit Enzym/g Mehl Gerstenvollkornmehl Hafervollkornmehl Haferkleie Wirkung der Zentrifugierungstemperatur auf den Proteingehalt Substrat Proteine in löslicher Fraktion, Gew.-% Zentrifugat, ºC Einheit Enzym/g Mehl Gerstenvollkornmehl Hafervollkornmehl Haferkleie
Claims (6)
1. Verfahren zuin Herstellen einer wasserlöslichen,
diätetischen Faserzusammensetzung, umfassend die folgenden
Schritte:
a) Behandeln einer wäßrigen Dispersion eines verkleisterten
gemahlenen Hafer- oder Gerstensubstrats mit einer
hitzebeständigen α-Amylase unter Bedingungen, die das
Substrat hydrolysieren und die eine lösliche Fraktion
und eine unlösliche Fraktion ergeben, wobei die
Hydrolyse bei einer Temperatur von 60-100ºC mit einer
Umwandlung der Stärke zu Maltodextrinen, die einen DE-Wert von
20 oder weniger besitzen, ausgeführt wird;
b) Abtrennen der löslichen Fraktion von einer unlöslichen
Fraktion durch Zentrifugaltrennung bei einer Temperatur
innerhalb des Bereichs von 5 bis 50ºC; und
c) Gewinnen der abgetrennten, löslichen Fraktion, um eine
wasserlösliche, diätetische Faserzusammensetzung mit
vermindertem Lipid- und Proteingehalt zu erhalten, die
im wesentlichen frei von wasserunlöslichen Fasern ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die besagte
Zentrifugaltrennung bei einer Temperatur von 25 bis 40ºC
durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin der Feststoffgehalt
der besagten wäßrigen Hafer- oder Gerstendispersion im
Bereich von 10 bis 40% liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin das besagte
Substrat ein Hafersubstrat ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin das besagte
Substrat ein Gerstensubstrat ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die α-
Amylase eine hitzebeständige α-Amylase ist, das Hafer- oder
Gerstensubstrat entweder vor oder während der Hydrolyse
verkleistert wird und das Substrat mit der α-Amylase bei
einer Temperatur im Bereich von 90ºC bis 100 ºC behandelt
wird.
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