ES2210577T3 - Productos de beta-glucanos y procedimientos de extraccion a partir de cereales. - Google Patents

Productos de beta-glucanos y procedimientos de extraccion a partir de cereales.

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ES2210577T3 ES97942318T ES97942318T ES2210577T3 ES 2210577 T3 ES2210577 T3 ES 2210577T3 ES 97942318 T ES97942318 T ES 97942318T ES 97942318 T ES97942318 T ES 97942318T ES 2210577 T3 ES2210577 T3 ES 2210577T3
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Abstract

SE PRESENTA UN PROCESO PARA OBTENER BE -GLUCAN A PARTIR DE CEREALES MEDIANTE LA EXTRACCION CON AGUA Y SIN LA DESACTIVACION DE LAS ENZIMAS ASOCIADAS CON EL CEREAL. SE SUMINISTRA UN PROCESO PARA CONTROLAR EL PESO MOLECULAR MEDIO DEL BE -GLUCAN EXTRAIDO DE LOS CEREALES MEDIANTE EL CONTROL DEL TIEMPO DE EXTRACCION. TAMBIEN SE PRESENTA UN PROCESO PARA RECUPERAR BE GLUCAN DE UNA SOLUCION ACUOSA DE BE -GLUCAN QUE COMPRENDE LA CONGELACION DE LA SOLUCION, LA POSTERIOR DESCONGELACION Y LA SEPARACION DE LOS SOLIDOS DE LA SUSPENSION RESULTANTE. SE PRESENTAN EL BE -GLUCAN PRODUCIDO POR CUALQUIERA DE ESTOS PROCESOS. SE SUMINISTRA UN BE -GLUCAN QUE FORMA UN GEL CUANDO SE ENFRIA UNA SOLUCION CALIENTE DE BE -GLUCAN. TAMBIEN SE PRESENTA EL USO DE BE -GLUCAN EN EL TRATAMIENTO DE DIFERENTES ENFERMEDADES, COMO ADITIVO PARA COSMETICOS Y ALIMENTOS Y COMO AGENTE PARA LA FORMACION DE PELICULAS. LA INVENCION TAMBIEN SE REFIERE A UN CEREAL A PARTIR DEL CUAL SE HA EXTRAIDO BE GLUCAN PARA SU USO COMO ALIMENTO PARA ANIMALES O EN PROCESOS PARA LA FABRICACION DE CERVEZA.

Description

Productos de beta-glucanos y procedimientos de extracción a partir de cereales.
Campo de la invención
Esta invención se refiere a nuevas sustancias que pueden extraerse de cereales, a nuevos procedimientos de extracción, y al uso de los productos como agentes terapéuticos, películas biocompatibles y como aditivos en productos de alimentación y cosméticos.
Fundamento
Los polisacáridos de \beta-glucano presentes en los cereales comprenden unidades de D-glucopiranosilo. Las unidades están unidas entre sí mediante enlaces \beta (1->3) o (1->4). Los \beta-glucanos de este tipo comprenden hasta aproximadamente 15% de los sólidos en los cereales avena y cebada. Típicamente tienen un peso molecular de alrededor de 2,5 millones.
Los \beta-glucanos son útiles como fibra dietética soluble. La fibra soluble permanece sin digerir excepto por la microflora del colon en el intestino inferior. Esto potencia el crecimiento de bacterias beneficiosas para la salud. Se cree que la fibra dietética soluble desempeña un papel en la prevención de determinadas enfermedades entre las que se incluyen el cáncer de colon y enfermedades asociadas con niveles de colesterol elevados. La fibra soluble puede usarse para el tratamiento y la prevención del estreñimiento, para mejorar la regularidad intestinal, y para regular la respuesta glicémica asociada con la digestión de muchas sustancias.
Se considera que los \beta-glucanos tienen actividad hipocolesterolémica. Los \beta-glucanos son también útiles como ingredientes alimentarios. Tienen sabor neutros y proporcionan volumen además de tener unas deseables características de sensación en boca y textura. En este contexto, los \beta-glucanos son conocidos como sustitutos de las grasas en algunos alimentos.
Los métodos publicados de extracción de \beta-glucanos de los cereales implican varias etapas. En primer lugar, el cereal molido es tratado para desactivar las enzimas asociadas con el cereal. Después el \beta-glucano se extrae del cereal en agua caliente, tras de lo cual se eliminan los sólidos de la solución.
Se añaden a la solución grandes cantidades de disolventes orgánicos miscibles con el agua para precipitar el \beta-glucano, generalmente junto con otros polisacáridos. El \beta-glucano es de baja pureza y de peso molecular generalmente alto.
También se conoce llevar a cabo la etapa de desactivación enzimática después de la extracción con agua en vez de hacerlo como primera etapa. La etapa de desactivación inhibe la hidrólisis del \beta-glucano manteniendo así un peso molecular elevado de dicho\beta-glucano. El documento US-A-5512287 describe un método para obtener \beta-glucano a partir de granos de cereales, que implica la etapa de destruir la actividad de la \beta-glucanasa.
Las soluciones acuosas del \beta-glucano obtenido por los métodos conocidos tienen una funcionalidad mínima con respecto a la temperatura. Generalmente son gomas de alto peso molecular y forman soluciones acuosas viscosas, aunque no se disuelven en agua fácilmente.
Los \beta-glucanos obtenidos por los métodos referidos pueden contener arabinoxilanos y almidón. Estas impurezas pueden ser responsables de la formación de soluciones acuosas viscosas durante la extracción, que son difíciles de tratar. Pueden resultar sólidos gomosos o pegajosos cuando los sólidos se recuperan en forma de producto seco. Estos productos son difíciles de redisolver, incluso a temperaturas elevadas.
Los métodos conocidos para recuperar \beta-glucano de la solución acuosa incluyen la precipitación del \beta-glucano mediante la adición de un disolvente orgánico miscible con el agua (tal como etanol), seguida por filtración y secado del precipitado por pulverización o liofilización.
Los procedimientos de extracción sugeridos por la técnica anterior tienen un potencial comercial limitado a causa del número de etapas y por tanto del coste que supone.
Sumario de la invención
Es un objeto de esta invención proporcionar un producto de \beta-glucano y un método simple y eficaz para extraer el \beta-glucano, o al menos proporcionar al público una alternativa útil.
En un primer aspecto de esta invención, se proporciona un procedimiento para obtener \beta-glucano que tiene un peso molecular medio inferior al de su estado nativo u original, a partir de cereal, que comprende:
-
mezclar el cereal con agua para formar una suspensión de una solución acuosa de \beta-glucano y un residuo sólido, de forma que el \beta-glucano sea parcialmente hidrolizado por una o más enzimas asociadas con el cereal para dar \beta-glucano que tiene un peso molecular medio inferior al de su estado original,
-
separar la solución acuosa del residuo sólido, y
-
recuperar el \beta-glucano de la solución acuosa,
en el que no hay etapa de desactivación de una o más enzimas durante el procedimiento.
De acuerdo con un segundo aspecto de esta invención se proporciona un procedimiento para recuperar \beta-glucano de una solución acuosa de \beta-glucano que comprende:
-
congelar la solución,
-
descongelar la solución para dar un precipitado en agua, y
-
separar el precipitado del agua,
en el que el principal componente no acuoso del precipitado es \beta-glucano.
La invención proporciona un \beta-glucano producido por cualquiera de los procedimientos del primero y segundo aspectos de la invención.
La invención proporciona también un \beta-glucano extraído del cereal, que forma un gel cuando se disuelve en agua caliente y se deja después enfriar.
De acuerdo con otra característica de la invención, se proporciona una composición que contiene \beta-glucano para ser usada como agente hipocolesterolémico. También se proporciona una composición que contiene \beta-glucano para ser usada en el tratamiento o la prevención del estreñimiento, para regular la actividad intestinal o para regular la respuesta glicémica.
La invención proporciona también un método para tratar la hipercolesterolemia en un paciente necesitado de tratamiento, que comprende administrar al paciente una cantidad efectiva de \beta-glucano.
La invención proporciona además un método para tratar o prevenir el estreñimiento, un método para regular la actividad intestinal, y un método para regular la respuesta glicémica, comprendiendo cada método administrar a un paciente en necesidad de tratamiento una cantidad efectiva de \beta-glucano.
La invención proporciona el uso de un \beta-glucano como ingrediente alimentario, como aditivo en composiciones cosméticas, como agente de formación de película en vendajes y en recubrimientos de alimentos, como matriz para la liberación lenta de un agente que porta la matriz, y para la modificación de las propiedades de otros polisacáridos.
La invención proporciona también un pienso consistente en cereal del que se ha extraído el \beta-glucano en una proporción sustancial. La invención proporciona además un cereal para ser usados en procesos de cervecería, en los que se ha extraído el \beta-glucano del cereal.
Descripción detallada
El cereal usado en esta invención puede ser cualquier \beta-glucano que contenga grano o material vegetal incluyendo, pero sin limitarse a ellos, cebada, avena, arroz, centeno, híbrido triticale, maíz y trigo. El cereal preferido es la cebada. Además, los cereales céreos tienen la ventaja sobre los no céreos de que tiene lugar una menor lixiviación de la amilosa desde los gránulos de almidón a la solución de extracción.
Las propiedades físicas de los \beta-glucanos dependen en gran medida de su peso molecular medio. La expresión"\beta-glucano de alto peso molecular", como se usa en el presente texto, significa \beta-glucano que tiene un peso molecular medio sustancialmente similar al peso molecular medio del \beta-glucano que se encuentra en el cereal (típicamente 2 x 10^{6} a 3 x 10^{6}). La expresión "\beta-glucano de bajo peso molecular", como se usa en el presente texto, significa \beta-glucano que tiene un peso molecular medio más bajo (5 x 10^{3} a 1,5 x 10^{6}) en relación al peso molecular medio del \beta-glucano que se encuentra en el cereal.
El peso molecular medio del \beta-glucano extraído del cereal es función del tiempo que el \beta-glucano está en contacto con una o más de las enzimas hidrolasa asociadas al cereal. Así, cuando el cereal se mezcla con agua, se cree que la enzima o las varias enzimas hidrolasa se vuelven activas en cuanto a la reacción con el \beta-glucano. Una parte de las moléculas de \beta-glucano se hidrolizan para dar unidades más pequeñas dando lugar a que el \beta-glucano recuperado del proceso de extracción tenga un peso molecular bajo.
Las enzimas hidrolasa asociadas con el cereal incluyen enzimas endógenas al cereal y enzimas presentes en, o producidas por, microorganismos que pueden haberse adherido al cereal.
El peso molecular medio del \beta-glucano obtenido por extracción acuosa del cereal, sin deactivar las enzimas hidrolasa, puede controlarse controlando el tiempo de extracción. En el procedimiento del primer aspecto de la invención, el cereal se mezcla con agua para formar una suspensión de forma que el \beta-glucano es extraído desde el cereal a la solución. Cuanto mayor es el tiempo de extracción, tanto mayor es la magnitud de la hidrólisis del \beta-glucano. Por tanto, puede obtenerse un \beta-glucano de bajo peso molecular si no tiene lugar desactivación de las enzimas. Adicionalmente, puede obtenerse un \beta-glucano con un peso molecular medio preestablecido ajustando de antemano el tiempo de extracción.
El cereal puede extraerse con agua a cualquier temperatura en el intervalo de 0 a 80ºC, preferentemente de 30 a 70ºC, o más preferentemente de 45 a 60ºC. A temperaturas por encima de aproximadamente 80ºC, se cree que las enzimas asociadas con el cereal se desactivan.
Se apreciará que el rendimiento de \beta-glucano recuperado del cereal varía con la temperatura del agua durante el proceso de extracción. Generalmente una temperatura más alta produce un mayor rendimiento.
El cereal puede mezclarse con agua ajustada a un pH en el intervalo de 1 a 10, preferentemente de 5 a 8.
Además de controlar el peso molecular medio del \beta-glucano controlando el tiempo de extracción, se prevé que la hidrólisis parcial del \beta-glucano sea añadiendo a la mezcla enzimas exógenas de hidrólisis del \beta-glucano, o mediante la adición de ácido a dicha mezcla.
También se prevé que el tratamiento de la mezcla acuosa con una enzima de degradación del arabinoxilano, tal como una xilanasa, o una enzima de degradación del almidón, tal como una amilasa, dará lugar a un producto de \beta-glucano de mayor pureza.
El enfriamiento de la solución acuosa de \beta-glucano a una temperatura entre aproximadamente 0ºC y 10ºC puede dar lugar a la formación de un gel.
Cualquiera de los procedimientos conocidos para recuperar \beta-glucano de una solución acuosa, o el procedimiento del segundo aspecto de esta invención, pueden ser empleados para recuperar el \beta-glucano de bajo peso molecular.
El cereal, que puede estar en forma de grano entero, salvado, moyuelo, harina u otro polvo molido al tamaño de partícula deseado, puede agitarse con agua a aproximadamente 50ºC hasta que la cantidad deseada de \beta-glucano es extraída a la solución, por ejemplo hasta 48 horas, preferentemente hasta 10 horas, más preferentemente hasta 3 horas. La fase acuosa puede después ser separada de cualquier materia sólida remanente mediante centrifugación, seguida por decantación o filtración. Después se recupera el \beta-glucano presente en la solución acuosa, preferentemente por el procedimiento del segundo aspecto de esta invención.
El peso molecular medio del \beta-glucano de bajo peso molecular recuperado puede estar en un intervalo que llega hasta 1.500.000, preferentemente hasta 600.000, más preferentemente hasta 300.000, por ejemplo de 5.000 a 50.000. Se apreciará que el peso molecular medio del \beta-glucano recuperado puede variar de unos cereales a otros y puede variar dependiendo de la forma del cereal. De aquí que pueda precisarse algo de experimentación para predeterminar el peso molecular medio del producto para un tiempo de mezla dado.
El procedimiento del segundo aspecto de la invención se refiere a la recuperación de \beta-glucano desde una solución acuosa de \beta-glucano mediante congelación-descongelación de la solución.
En este procedimiento, puede formarse la solución acuosa por el procedimiento del primer aspecto de esta invención o por cualquiera de los métodos conocidos que den por resultado un producto de \beta-glucano de bajo peso molecular. Los métodos conocidos requieren generalmente la desactivación de las enzimas presentes en el cereal antes de la extracción acuosa del \beta-glucano. El \beta-glucano es después parcialmente hidrolizado enzimáticamente o por tratamiento con ácido, para dar \beta-glucano de bajo peso molecular.
La solución acuosa se congela a una temperatura por debajo de 0ºC, preferentemente a una temperatura entre aproximadamente -20ºC y -10ºC. No parece que sea importante cuánto tiempo se mantiene congelada la solución. Después se deja descongelar la solución congelada, preferentemente dejándola a temperatura ambiente (15 a 25ºC).
El producto de \beta-glucano es recuperado como un material sólido en partículas, gelatinoso o fibroso, de color blanquecino, que se ha precipitado de la solución. Este se separa de la fase acuosa, por filtración o por otros medios, y es esencialmente insoluble en agua fría. Después, el producto de \beta-glucano se seca. El secado puede facilitarse congelando el precipitado y dejándole después descongelar. Este procedimiento elimina más agua del material
sólido.
El precipitado puede ser secado por cualquier método conocido, incluyendo secado con aire, prensado, lavado con un alcohol, calentamiento o liofilización.
Se ha encontrado que el producto de \beta-glucano resultante es de alta pureza, generalmente un 70% en peso de los sólidos totales, o más. La redisolución en agua del producto que contiene \beta-glucano, seguida por la repetición de las etapas de congelación y descongelación, proporciona un producto de \beta-glucano de pureza más elevada, por ejemplo mayor que el 90%.
Aunque el proceso proporciona un producto de \beta-glucano de alta pureza, se anticipa que el uso de una enzima degradadora del arabinoxilano, tal como una xilanasa, y/o una enzima degradadora del almidón, tal como una amilasa, mejorará la pureza del \beta-glucano haciendo que sea más fácil eliminar los arabinoxilanos y el almidón indeseables en forma de oligosacáridos fácimente solubles. La enzima degradadora puede ser usada antes de las etapas de congelación y descongelación, o el producto de \beta-glucano recuperado después de las etapas de congelación y descongelación puede ser redisuelto en agua y tratado con una o más de tales enzimas degradadoras.
Los \beta-glucanos así aislados tienen nuevas propiedades funcionales. Los productos obtenidos por procedimientos conocidos forman soluciones viscosas que tienen poca o ninguna estructura en un intervalo de temperatura de 0 a 100ºC. El \beta-glucano producido por la presente invención forma soluciones fluidas que pueden desarrollar una considerable estructura. Pueden formarse geles a temperaturas por debajo de aproximadamente 60ºC y a concentraciones por encima de aproximadamente 0,5% p/p, preferentemente por encima del 1% p/p.
El término "gel", como se usa en el presente texto, se define como un sólido parcialmente coagulado en el que está dispersado un líquido. Los geles son generalmente semirrígidos, pero se deforman fácilmente. Las gomas son solubles en agua dando soluciones viscosas, pero no coagulan para formar geles.
En una realización preferida de la invención, se proporciona un producto de \beta-glucano que forma un gel blando a una concentración por encima de aproximadamente 0,5% p/p.
Preferentemente, el producto de \beta-glucano se disuelve cuando el agua se calienta por encima de aproximadamente 60ºC. Cuando la solución se enfría se forma un gel.
Generalmente, el \beta-glucano de peso molecular más bajo forma geles rápidamente. Por ejemplo, un \beta-glucano de 30.000 de peso molecular puede comenzar a solidificarse después de aproximadamente 15 minutos, mientras que un \beta-glucano de 400.000 de peso molecular puede necesitar aproximadamente dos horas para formar un gel.
Otra característica de la invención es el uso del \beta-glucano de bajo peso molecular para modificar las propiedades de otros polisacáridos, por ejemplo otros \beta-glucanos de alto peso molecular.
El producto de \beta-glucano de esta invención puede ser usado como agente hipocolesterolémico. Es también útil para tratar o prevenir el estreñimiento y para la regulación de la actividad intestinal. Además, el producto de \beta-glucano puede ser usado para regular la respuesta glicémica, es decir, el aumento de los niveles de azúcar en sangre, después de la digestión de determinados alimentos.
Los agentes terapéuticos de la invención puede ser preparados en forma de composición para ingerir como comprimidos, cápsulas, soluciones, suspensiones, u otro tipo de composición. Estas composiciones pueden formarse por cualquier método conocido.
El \beta-glucano de bajo peso molecular de la invención puede ser utilizado para otros fines distintos de un agente hipocolesterolémico. Las peculiares propiedades funcionales tendrán una diversidad de usos, particularmente en productos alimenticios procesados. Se prefiere, de acuerdo con la invención, simplemente añadir el \beta-glucano a los productos alimenticios. Como los \beta-glucanos son componentes naturales de los alimentos, se cree que la resistencia del consumidor a los aditivos alimentarios modificados o no naturales no será prevalente.
Una cualidad de los \beta-glucanos de bajo peso molecular de esta invención es que tienen una buena sensación en boca o palatabilidad. Esto les hace adecuados como sucedáneo de las grasas en productos alimenticios. Su capacidad para formar películas que son comestibles les hace potencialmente útiles como coberturas alimentarias, por ejemplo glaseados. Las propiedades de formación de películas de los \beta-glucanos les permiten también ser útiles como películas para vendajes. Los \beta-glucanos parecen inhibir la formación de cristales de hielo en los alimentos congelados. Por tanto son útiles en alimentos congelados en los que se desea una sensación en boca suave, por ejemplo en helados.
Adicionalmente, se anticipa que los poros de la estructura sólida del producto de \beta-glucano gelificado o secado de esta invención permiten que los \beta-glucanos se utilicen como agentes de liberación lenta para productos farmacéuticos y para aromatizantes, por ejemplo en alimentos.
Los cereales que contienen \beta-glucano se usan como alimento para el ganado, en particular como pienso para pollos y cerdos. No serán tan eficaces como nutriente en vista de la actividad anti-nutriente de los \beta-glucanos. Extrayendo los \beta-glucanos, el material sólido restante tendrá un mayor valor como pienso. Esto será especialmente el caso de la cebada.
La invención proporciona además un pienso que contiene cereales de los que se ha eliminado el \beta-glucano por un procedimiento que implica solubilizar los \beta-glucanos en una solución acuosa y retirar el material sólido como pienso. El material sólido puede ser también usado en procesos de cervecería para paliar problemas tales como la oclusión de filtros causada por la precipitación de \beta-glucanos desde la solución durante el proceso. Típicamente al menos el 30% del \beta-glucano ha sido eliminado del cereal. Preferentemente, al menos el 50% ha sido eliminado. Más preferentemente, al menos el 80% del \beta-glucano ha sido eliminado.
Los ejemplos que siguen ilustran la invención, pero no han de ser considerados limitantes.
Ejemplo 1
1 kilogramo de fracción de harina de moyuelo acabada de cebada se agitó suavemente con 5 litros de agua a 55ºC durante 3 horas. Los sólidos se eliminaron por centrifugación y el sobrenadante se congeló a -20ºC. La solución se descongeló y los sólidos de \beta-glucano que quedan en la solución descongelada se filtraron y se secaron. El rendimiento de producto de \beta-glucano fue 26 g. El producto se caracterizó por NMR ^{13}C en solución (Tabla 1).
TABLA 1
Frecuencia de pico (ppm)* Altura del pico
103,04 67
102,79 132
84,96 50
79,21 107
76,17 61
75,37 137
74,70 135
73,82 66
73,51 90
68,65 59
61,27 59
60,71 139
*El espectro de NMR ^{13}C del producto de \beta-glucano fue registrado en D_{2}O a 70ºC. Las posiciones del pico se refieren a DMSO en agua ( =39,47 ppm).
Ejemplo 2
5 gramos de fracción de harina de moyuelo acabada de cebada que contiene 3,9% de \beta-glucano se mezclaron con 25 ml de agua a 55ºC. La mezcla se agitó de vez en cuando. Al cabo de 2 horas, los sólidos se eliminaron por centrifugación y el sobrenadante se congeló a -20ºC durante 12 horas. La solución congelada se descongeló a temperatura ambiente y el producto de \beta-glucano precipitado se filtró y se secó en estufa a 80ºC. El rendimiento total de producto de \beta-glucano fue 0,19 g.
Ejemplo 3
Se mezclaron 5 gramos de fracción de harina de salvado de cebada con 25 ml de agua a 55ºC. La mezcla se agitó de vez en cuando. Al cabo de 2 horas, los sólidos se eliminaron por centrifugación y el sobrenadante se congeló a -20ºC durante 12 horas. La solución congelada se descongeló a temperatura ambiente y el producto de \beta-glucano precipitado se filtró y se secó en estufa a 80ºC. El rendimiento total de producto de \beta-glucano fue 0,065 g.
Ejemplo 4
Se mezclaron 5 gramos de una fracción de harina de moyuelo de cebada con 25 ml de agua a 55ºC. La mezcla se agitó de vez en cuando. Al cabo de 2 horas, los sólidos se eliminaron por centrifugación y el sobrenadante se congeló a -20ºC durante 12 horas. La solución congelada se descongeló a temperatura ambiente y el producto de \beta-glucano precipitado se filtró y se secó en estufa a 80ºC. Los sólidos que quedan después de centrifugar se sometieron a otro proceso de extracción idéntico al primero. El rendimiento total de producto de \beta-glucano recuperado fue 0,19 g.
Ejemplo 5
Se calentaron 5 gramos de una fracción de harina de moyuelo acabada de cebada con agitación ocasional, en 25 ml de agua destilada a 55ºC durante ½ hora. Los sólidos se eliminaron por centrifugación y el sobrenadante se congeló a -10ºC. La solución congelada se descongeló y el producto de \beta-glucano precipitado se filtró y se secó. El rendimiento de producto de \beta-glucano fue aproximadamente 0,16 g. El peso molecular del producto se examinó usando cromatografía de permeación en gel (GPC). Los resultados sugieren que el peso molecular medio de este producto era aproximadamente 560.000.
Ejemplo 6
Se calentaron 140 gramos de una fracción de harina de moyuelo de cebada a 50ºC en 700 ml de agua con agitación ocasional. Al cabo de 0,5 horas, los sólidos se eliminaron por centrifugación. El sobrenadante recuperado se congeló a -10ºC. Al cabo de un día, el sobrenadante congelado se dejó descongelar a temperatura ambiente. La solución descongelada consistía en un precipitado gelatinoso de producto de \beta-glucano que se retiró mediante centrifugación. El producto gelatinoso de \beta-glucano se lavó y después se congeló y se descongeló por segunda vez para dar un producto de \beta-glucano más fibroso. Este producto se pudo deshidratar más prensando el exceso de agua, lavando con etanol y después secando en aire. El rendimiento de producto de \beta-glucano fibroso fue aproximadamente 3 g.
Ejemplo 7
Se preparó un producto de \beta-glucano muy puro de la forma siguiente: se mezclaron 100 g de fracción de harina de moyuelo de cebada con 500 ml de agua a 55ºC. Al cabo de 2 horas, los sólidos se eliminaron por centrifugación y el sobrenadante se congeló a -10ºC durante un día. El sobrenadante congelado se descongeló y el producto de \beta-glucano precipitado se retiró por filtración. El material recuperado se redisolvió después en agua a 80ºC. La solución de \beta-glucano se congeló de nuevo a -10ºC durante un día y se dejó descongelar. El producto de \beta-glucano se recuperó de la solución por filtración y se lavó con agua. Después el filtrado se secó en estufa. El rendimiento de producto de \beta-glucano fue 3 g, y un ensayo de McCleary [1] indicó que la pureza era 95%.
Ejemplo 8
En una serie de experimentos se extrajo una fracción de moyuelo de cebada a temperaturas distintas y durante tiempos diferentes. Las temperaturas de extracción variaron desde la temperatura ambiente (25ºC) hasta 55ºC, y los tiempos de extracción variaron entre 0,5 horas y 5 horas. Los pesos moleculares se determinaron mediante cromatografía de permeación en gel (GPC). Para cada experimento se extrajo el \beta-glucano de 5 g de moyuelo de cebada en 25 ml de agua durante tiempos variables y a diferentes temperaturas de extracción. Los sólidos se separaron mediante centrifugación y el sobrenadante se congeló a -10ºC durante un día. La solución se descongeló después a temperatura ambiente. El \beta-glucano que precipitó se filtró y se secó. Se registró el rendimiento y se determinó el perfil de pesos moleculares mediante GPC. Los resultados se indican en la Tabla 2. Los rendimientos en tanto por ciento dados en la Tabla 2 se basan en el contenido total de \beta-glucano (6,8%) en el moyuelo de cebada seco [1]. El rendimiento ha sido corregido para la cantidad de líquido que queda en los sólidos después de centrifugar y suponiendo que el contenido de \beta-glucano del precipitado congelado/descongelado es del 80% (a menos que se determine realmente).
Se encontró de un modo general que el rendimiento dependía solamente de la temperatura del procedimiento de extracción, mientras que el peso molecular en el máximo del pico de GPC era solamente dependiente del tiempo de extracción.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 2
1
Ejemplo 9
Se mezclaron 5 gramos de una fracción de harina de moyuelo acabada de cebada con una solución de ácido clorhídrico de 0,02 moles/litro y la mezcla se dejó durante 0,5 horas. El ácido se separó después por centrifugación y la harina remanente se lavó con dos porciones de agua. El agua restante se eliminó por centrifugación. La harina húmeda se mezcló después con 25 ml de agua y la mezcla de agua y harina se calentó a 55ºC durante 2 horas. Los sólidos se separaron por centrifugación y el sobrenadante se congeló a -10ºC durante 12 horas. La solución congelada fue después descongelada y el precipitado gelatinoso se recogió y se secó. El rendimiento de producto de \beta-glucano fue 0,07 g.
Ejemplo 10
Se mezclaron 5 gramos de una harina de moyuelo acabada de cebada con 25 ml de agua. La mezcla se ajustó
a pH 10 con solución de carbonato sódico. La mezcla se calentó después a 45ºC durante 2 h. Los sólidos se separaron por centrifugación y el sobrenadante se congeló a -10ºC durante 12 horas. La solución congelada fue
después descongelada y el precipitado fibroso se recogió y se secó. El rendimiento de producto de \beta-glucano fue 0,15 g.
Ejemplo 11
Se obtuvo un producto de \beta-glucano de alta calidad mediante una extracción en planta piloto en siete etapas.
1. Extracción
Se mezclaron 78,9 kg de moyuelo negro de cebada con 400,2 kg de agua de la red a 50ºC. La suspensión de cebada y agua se mantuvo a 50ºC durante 30 minutos.
2. Eliminación de sólidos
La suspensión se pasó después por una centrífuga APV Scroll Decanter (decantador de caracol) a 2,98 kg/minuto. Se produjeron 313,6 kg de sobrenadante.
3. Clarificación
El sobrenadante del decantador de caracol anterior fue alimentada a través de una centrífuga de discos apilados Westfalia SAOH Disc Stack a 1,9 kg/minuto. Se recogieron 303,2 g de sobrenadante.
4. Congelación descongelación 1
El sobrenadante clarificado se congeló y se mantuvo a -18ºC durante 2 días. Después se dejó descongelar el sobrenadante congelado a temperatura ambiente durante 3 días.
5. Concentración del \beta-glucano precipitado procedente de la Congelación descongelación 1
El sobrenadante se decantó usando una bomba peristáltica. Quedaron 60 kg de suspensión de precipitado después de decantar.
6. Clarificación del \beta-glucano redisuelto
La suspensión del precipitado se calentó a 80ºC durante 30 minutos para redisolver el producto de \beta-glucano precipitado. Después se hizo pasar la solución a través de una centrífuga Westfalia SAOH a 80ºC para eliminar los finos. Se obtuvieron 56,1 kg de sobrenadante clarificado.
7. Congelación descongelación 2
El \beta-glucano redisuelto se congeló a -18ºC durante 2 días. El \beta-glucano congelado se descongeló a temperatura ambiente durante 3 días. Después se hizo pasar la suspensión de producto de \beta-glucano y sobrenadante procedente de la segunda congelación descongelación, a través de una centrífuga de cesta Sharples a razón de 1 litro por minuto. El producto de \beta-glucano gelatinoso fue después liofilizado para eliminar la humedad restante.
8. Rendimiento
El rendimiento de producto de \beta-glucano procedente del proceso fue 1,64 kg.
Ejemplo 12
Se formó una película a partir del producto de \beta-glucano preparado en el Ejemplo 6 de la forma que sigue. Se disolvieron 17 mg del producto de \beta-glucano en 0,5 ml de agua a 80ºC para formar una solución clara. Después se dejó secar una masa redonda de la solución, de 2,5 cm, sobre un molde de polietileno. Se encontró que la película seca del producto de glucano tenía una buena transparencia y buena resistencia a la tracción.
Ejemplo 13
Se preparó una crema humectante a partir de los siguientes ingredientes y el producto de \beta-glucano obtenido en el Ejemplo 11.
Mezcla A
Ingrediente Cantidad
Aceite de germen de trigo 5 ml
Tween 65 1,5 g
Estearato de sorbitol 1,5 g
Alcohol cetílico 1 g
Mezcla B
Ingrediente Cantidad
Polietilenglicol 5 ml
\beta-glucano 0,75 g
Agua 35 ml
La Mezcla B se calentó a 70ºC hasta que todo el producto de \beta-glucano se hubo disuelto. La Mezcla A se fundió a 70ºC. La Mezcla B, junto con 0,2 g de n-propil-4-hidroxibenzoato, fue después agitada rápidamente con Mezcla A a 70ºC. Después se dejó enfriar la formulación para dar la crema humectante.
Ejemplo 14
Se preparó un aderezo al estilo italiano a partir de los siguientes ingredientes y el producto de \beta-glucano preparado en el Ejemplo 11.
Ingrediente Cantidad
Agua 60 ml
Vinagre de vino blanco 40 ml
Azúcar 8 g
Sal 2 g
Ajo 2 g
Pimienta seca 1 g
Orégano seco 0,2 g
Albahaca seca 0,2 g
Producto de \beta-glucano 2 g
El producto de \beta-glucano se disolvió en el agua a una temperatura de 80ºC. Todos los ingredientes fueron inmediatamente combinados y mezclados durante 3 minutos en un procesador de alimentos dotado de dispositivo de fijación de cuchillas. Después la mezcla se dejó enfriar y gelificar a una temperatura de 4ºC para dar el aderezo.
Ejemplo 15
Se preparó un helado usando los siguientes ingredientes y el producto de \beta-glucano preparado en el Ejemplo 11.
Ingrediente Cantidad
Agua 60 ml
Crema espesa 20 ml
Azúcar 12 g
Leche desnatada en polvo 15 g
Vainilla 2 ml
Producto de \beta-glucano 5 g
El producto de \beta-glucano se disolvió en el agua a una temperatura de 80ºC y después fue inmediatamente mezclado con los otros ingredientes en un procesador de alimentos dotado de dispositivo de fijación de cuchillas. La mezcla se procesó durante 5 minutos. Después la mezcla procesada se congeló a una temperatura de -15ºC para dar un helado que tiene pequeña o nula formación de cristales de hielo.
Ejemplo 16
Se preparó una tarta de naranja sin añadir grasa, a partir de los siguientes ingredientes y el producto de \beta-glucano obtenido en el Ejemplo 11.
Ingrediente Cantidad
Harina para tartas 180 g
Huevos (tamaño 7) 2
Azúcar 85 g
Jugo de naranja recién exprimida 25 ml
Agua 60 ml
Soda para repostería 1 g
Ácido tartárico 1 g
Producto de \beta-glucano 5 g
Se mezclaron el jugo de naranja y el agua y después se calentaron a una temperatura de 80ºC. El producto de \beta-glucano se disolvió después en la mezcla de agua y jugo de naranja a una temperatura de 80ºC. Después se apartó la mezcla durante aproximadamente 20 minutos para que se enfriase y gelificase. Se mezclaron los huevos y el azúcar en un mezclador de repostería durante 5 minutos. Los ingredientes secos se combinaron y mezclaron con la mezcla de huevos y azúcar. Después la mezcla gelificada de naranja y agua se mezcló con esta mezcla anterior. El batido resultante se coció en un horno a 160ºC durante 20 minutos.
Aplicabilidad industrial
Los productos de \beta-glucano de esta invención tienen una diversidad de usos. Son útiles como aditivos en alimentos y en cosméticos debido a sus características de formación de geles. Pueden formar películas, lo que significa que son útiles como películas biocompatibles, por ejemplo películas comestibles para alimentos y películas para ser usadas en vendajes. Los productos de \beta-glucano tienen también aplicación como productos farmacéuticos, en particular como agentes para la reducción del nivel de colesterol.

Claims (17)

1. Un procedimiento para obtener \beta-glucano que tiene un peso molecular medio más bajo que en su estado original, a partir de un cereal, que comprende:
-
mezclar el cereal con agua a una temperatura entre 0ºC y 80ºC para formar una suspensión de una solución acuosa de \beta-glucano y un residuo sólido de forma que el \beta-glucano es parcialmente hidrolizado por una o más enzimas asociadas con el cereal, para dar un \beta-glucano que tiene un peso molecular medio más bajo que en su estado original,
-
separar la solución acuosa del residuo sólido, y
-
recuperar el \beta-glucano de la solución,
caracterizado porque no hay etapa de desactivación de una o más enzimas durante el procedimiento.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1ª, en el que dichos cereales se eligen entre el grupo formado por cebada, avena, arroz, centeno, triticale, maíz y trigo.
3. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1ª o 2ª, en el que dicho mezclado se realiza a una temperatura entre 45ºC y 60ºC.
4. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 3ª, en el que la solución acuosa separada del residuo sólido se enfría a una temperatura entre 0ºC y 10ºC para formar un gel, y el \beta-glucano se recupera del
gel.
5. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además la etapa de añadir ácido o una o más enzimas a la suspensión o a la solución acuosa obtenida de la etapa de separación, para facilitar la hidrólisis parcial del \beta-glucano.
6. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además tratar la suspensión o la solución acuosa obtenida de la etapa de separación, con una enzima de degradación de arabinoxilano o una enzima de degradación de almidón, de forma que el \beta-glucano obtenido tenga cantidades reducidas de impurezas de arabinoxilano o almidón.
7. Un procedimiento para recuperar \beta-glucano de una solución acuosa de \beta-glucano, caracterizado porque el procedimiento comprende:
-
congelar la solución,
-
descongelar la solución para dar un precipitado en agua, y
-
separar el precipitado del agua,
en el que el principal componente no acuoso del precipitado es \beta-glucano.
8. Un procedimiento según la reivindicación 7ª, en el que dicha congelación se realiza entre -20ºC y 0ºC.
9. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7ª o 8ª, en el que dicha descongelación se realiza a una temperatura de 15 a 25ºC.
10. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 7ª a 9ª, en el que se añade una enzima de degradación de arabinoxilano o una enzima de degradación de almidón a la solución acuosa que contiene \beta-glucano, antes de congelar la solución, de forma que los arabinoxilanos o almidón no deseados son degradados, y los sólidos recuperados de la suspensión tienen cantidades reducidas de impurezas de arabinoxilano o almidón.
11. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 7ª a 9ª, en el que los sólidos recuperados de la suspensión se redisuelven en agua y se tratan con una enzima de degradación de arabinoxilano o una enzima de degradación de almidón, y a continuación se repiten las etapas de congelación, descongelación y separación, para dar un precipitado que tiene cantidades reducidas de impurezas de arabinoxilano o de almidón.
12. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6ª, 10ª o 11ª, en el que dicha enzima de degradación de arabinoxilano es xilanasa.
13. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6ª, 10ª o 11ª, en el que dicha enzima de degradación de almidón es amilasa.
14. Un \beta-glucano que puede obtenerse por el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
15. Un \beta-glucano que puede obtenerse por extracción de cereal, en la que el \beta-glucano forma un gel cuando se disuelve en agua a una temperatura superior a 60ºC, y después se deja enfriar.
16. Una composición que contiene \beta-glucano según las reivindicaciones 14ª o 15ª, junto con un vehículo aceptable.
17. El uso de \beta-glucano según las reivindicaciones 14ª o 15ª como ingrediente alimentario o como aditivo en composiciones cosméticas.
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