NO168984B

NO168984B - Modifiserte plantefibere for tilsetning til dyrefor og naeringsmidler

Info

Publication number: NO168984B
Application number: NO865003A
Authority: NO
Inventors: John Michael Gould; Lee Birks Dexter
Original assignee: Us Commerce
Priority date: 1985-12-16
Filing date: 1986-12-11
Publication date: 1992-01-20
Also published as: DE3682386D1; AU6647186A; EP0409359A3; DK603686D0; DK603686A; EP0228951B1; NO168984C; EP0409359A2; EP0228951A1; CA1290971C; NO865003D0; NL8603196A; NO865003L; AU601705B2; JP2650899B2; JPS62215366A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår modifiserte plantefibere for tilsetning til dyrefor og næringsmidler.

Diettfibre kan defineres som å omfatte alle uløselige og løselige bestanddeler i næringsmidler som ikke nedbrytes av enzymene i fordøyelseskanalen for å gi forbindelser med lav molekylvekt som lett kan absorberes i blodstrømmen. Celle-veggmaterialer hos planter som f.eks. cellulose, hemicellulose, lignin og pektiner er hovedkilden for diettfibrer i dietten for mennesker og mange dyr, sammen med gummier, slik og andre karbohydrater. Vedlikehold av adekvate fibernivåer er viktig for kroppens riktige helse og funksjon. Lave diettfibernivåer er forbundet med en øket risiko, for colo-rektal cancer, ineffektiv og irregulær magefunksjon og andre fordøyelsessyksommer. Dietter med høyt fiberinnhold er funnet å være nyttig ved regulering av fedme og i vekt-reduksjonsprogrammer p.g.a. derss høye forhold mellom masse og kalorier. Av disse grunner har næringsmiddel- og for-industriene begynt å bruke diettfyllstoffer og massemidler for tilførsel av det fiberbehov som markedet krever.

Diettfyllstoffer og massemidler kan kategoriseres ved løselighet. De løselige gruppene omfatter primært gummiene, pektinene og slimene. Disse materialene kan ha en betydelig virkning på de funksjonelle egenskapene til andre nærings-middelbestanddeler, og har derfor begrenset anvendelse i mange næringsmiddelpreparater. De uløselige fyllstoffene som har spilt en stor rolle på dette området, omfatter alfacellulose og mikrokrystallinsk cellulose. Alfacellulose fremstilles ved å male ordinær kraftpapirmasse oppnådd ved sulfittbehandling av hårdtre. Forbrukeres godtagelse av dette produktet har i noen grad vært begrenset av dets ubehagelige tekstur og munnfølelse. Cellulosekjedene i kraftmasse omfatter både krystallinske og amorfe områder. Når de behandles med saltsyre som beskrevet i US patent 3.023.104, hydrolyseres de amorfe områdene og etterlater partikler av krystall ittaggregater, ellers kjent som mikrokrystallinsk cellulose. I US patent 4.307.121 beskrives en fremgangsmåte for omdannelse av relativt ikke-ligninaktig cellulosemateriale som f.eks. soyabønneskall "til en kort-fibret cellulose som er egnet for humant forbruk. Fremgangsmåten omfatter oppvarming av disse materialene i en oppslemming med et sterkt oksyderende reagens som f.eks. klorgass, fulgt av en alkalikoking, for å gi et renset cellulose-produkt.

Ønskeligheten av å redusere kaloriinnholdet i visse næringsmiddel mens deres innhold av diettfiber samtidig økes, har ført til utviklingen av næringsmiddelpreparater der kalori-rike bestanddeler som f.eks. mel, erstattes delvis med fyllstoffer eller massemidler med lavt kaloriinnhold, enten alene eller i kombinasjon med forskjellige gummier. Disse preparatene er for det meste blitt brukt i bakervarer som f.eks. brød og kaker. I US patent 3.676.150 beskrives eksempelvis fremstilling av et gjæret brød fra en hvetemel-erstatning omfattende 1-10 vekt-# av en cellulosegummi, 30-70 vekt-# stivelse og 30-70 velit-% alfacellulose.

I US patent 4.237.170 vises fremstilling av et hvitt brød med høyt fiberinnhold hvor erteskall som er malt til en liten partikkelstørrelse, anvendes som erstatning for 5-20 vekt-deler av hvetemelet.

I US patent 4.503.083 beskrives fremstillingen av en kake med redusert kaloriinnhold fra et preparat inneholdende opptil 10 % av et massemiddel bestående av sitrusalbedo, sukkerroe-masse og/eller ananaskjerner, alene eller i kombinasjon med forskjellige gummier som f.eks. karragen, guar, gummi arabikum, johannesbrødgummi, tragant, karaya, hydroksypropyl-cellulose, metylcellulose, karboksymetylcellulose, xanthan, pektin, alginat og agar.

Brød fremstilles fra en gjæret hvetemeldeig hvis elastiske egenskaper i stor grad avhenger av kontinuiteten til et glutennettverk. Ved fremstillingen av et brød med lavt kaloriinnhold må de fyllstoffene som tilsettes til deigen, ikke påvirke hverken glutennettverket eller aktiviteten til gjæren.

Kaker skiller seg fra brød ved at de fremstilles fra deiger som skummes ved mekanisk omrøring (blanding) eller kjemiske hevesystemer. Ved tilsetning av et fibrøst fyllstoff til deigen må de reologiske egenskapene bibeholdes for å beskytte den skumstrukturen som er ansvarlig for teksturen til det bakte produktet.

Fyllstoffet er også innblandet som hovedingrediensen i flytende og faste blandinger som er betegnet som mel med lavt kaloriinnhold. Disse preparatene inneholder typisk kalori-bestanddeler bare så mye som kreves for å øke smaken og den totale forbrukeraksepterbarheten.

Det er nå oppdaget at næringsmiddelpreparater kan utstrekkes og modifiseres på enestående måte ved tilsetning av en modifisert plantefiber (MPF), nemlig et omdannelsesprodukt av et ikke-tre, lignocellulosesubstrat som er behandlet med et alkalisk peroksyd. Som et additiv til preparater som skal konsumeres av mennesker eller andre enmagede dyr, fungerer MPF som en ikke-kaloriholdig fiberkilde. Når det anvendes istedenfor en del av en stivelsesholdig bestanddel i et næringsmiddelpreparat, bibeholdes eller økes de funksjonelle egenskapene som meddeles av den stivelsesholdige bestanddelen på dens opprinnelige nivå. De brød-dannende egenskapene til en hvetemeldeig forbedres eksempelvis når opptil 30 vekt-# eller 60-70 volum-# av melet er erstattet med MPF.

Overensstemmede med denne oppdagelsen er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en ny kilde for naturlig diettfiber for innblanding i fordøyelige preparater.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt modifisert plantefiber for tilsetning til dyrefor og næringsmidler, kjennetegnet ved at den er "fremstilt ved delignifisering av et ikke-treaktig, lignocelluloseholdig substrat ved behandling med alkalisk peroksyd i pH-området 11,2-11,8 i en tilstrekkelig tidsperiode til å gi et produkt som er kjennetegnet ved den egenskap at den øker miksograf-topphøyden med ca 20 % for en blanding bestående av 10 g hvetemel ved 14 % fuktighet og 6,1 g vann når 10 % av hvetemelet erstattes med den modifiserte plantefiberen.

Slike modifiserte plantefibere kan gi næringsmiddelprodukter med redusert kaloriinnhold som mennesker og andre enmagede dyr kan konsumere. Videre kan plantefiberene innblandes som karbohydratkilde i et forstoff for drøvtyggere. Dessuten kan de anvendes som en ikke-kaloriholdig erstatning for mel eller andre stivelses-holdige materialer i sammensatte næringsmiddelpreparater og for tilveiebringelse av næringsmiddel-additiv for økning av de funksjonelle egenskapene tii mel i deiger, rører og andre næringsmiddelprodukter.

MPF for bruk i foreliggende oppfinnelse kan fremstilles ved hjelp av en av to variasjoner av en fremgangsmåte som er beskrevet i US patent 4.649.113. Disse variasjonene er beskrevet i detalj nedenfor.

Når det er tale om tilgjengelig cellulose, hemicellulose og polysakkarider og derivater derav så menes det "fritt" i den betydning at disse bestanddelene i substratet er tilgjenge-lige for direkte kjemisk, biokjemisk eller mikrobielt angrep. Disse karbohydratene vil eksempelvis være tilgjenge-lige for enzymatisk hydrolyse til monosakkarider under normale betingelser og/eller lett fordøyelig av drøvtyggende dyr uten forhåndsmodifikasjon. Uttrykket "treaktig" anvendes her både i den botaniske betydningen slik at det betyr "omfattende tre" dvs. består av i hovedsak xylem-vev slik det finnes i trær og busker, og også i betydningen "å være tre-lignende".

Kilder for lignocellulosesubstrater som med fordel kan behandles for å fremstille de produktene som er anvendbare i oppfinnelsen omfatter blader og stilker av ikke-treaktige planter, spesielt monokotyledone planter, og spesielt gressarter som tilhører familien Gramineae. Av hovedinter-esse er gressrester fra jordbruket, dvs. de delene av kornbærende gressplanter som blir igjen etter innhøsting av kornet. Illustrerende for slike rester uten begrensning til dette, er hvetehalm, havrehalm, rishalm, bygghalm, rughalm, bokhvetehalm, linhalm, maisstilker, maiskolber, maisskall o.l. Fremgangsmåten er- også meget effektiv når den anvendes på visse gressarter som ikke vanligvis dyrkes for jordbruks-formål, som f.eks. præriegress, "gamagress" og reverumpe. P.g.a. den enestående kombinasjonen av kjemiske understruktu-rer som er karakteristisk for de naturlige ligninene i mono-kotyledoner, kan det oppnås nesten kvantitativ cellulose-tilgjengelighet ved hjelp av omdannelsesprosessen. Sammenlignet med dette er mengden av fri celluloseanrikning relativt begrenset når fremgangsmåten anvendes på vev av mange dikotyledoner som f.eks. trær, busker og belgplanter. De treaktige dikotyledonene anses derfor ikke å være egnede kilder for substrat innenfor området av foreliggende opp-f innelse.

Substratet kan behandles direkte i dens innhøstede tilstand eller kan eventuelt underkastes en eller flere for-behandlingstrinn som f.eks. oppdeling eller maling for å lette håndtering. I noen tilfeller kan det være nødvendig å rense substratet ved sikting, vasking eller lignende for å fjerne skitt, rester og andre uønskede stoffer.

Reaksjonen utføres i et vandig medium i tilstrekkelig mengde til å oppnå jevn fukting av substratet. Typisk suspenderes substratet i mediet i konsentrasjoner som varierer fra 20 til 500 g/l.

Det er viktig at det opprinnelige pH i den resulterende oppslemmingen ligger innenfor området 11,2-11,8, og for-trinnsvis så nær 11,5 som mulig. Under 11,2 avtar delignifi-seringseffektiviteten signifikant. Over pH 11,8 kan delignifiseringen forbedres noe, men forsukringseffektiviteten avtar. Justeringen av oppslemmingens pH til innenfor det foran nevnte området i starten oppnås lett ved tilsetning av natriumhydroksyd eller annen sterk alkali. Under noen betingelser, i løpet av reaksjonen, har pH en tendens til å stige dersom den ikke justeres periodisk ved tilsetning av syre. Dersom pH får lov å gå over 11,8, solubiliseres hemicellulosen, og den blir derved lett separerbar fra den uløselige cellulosefraksjonen. Det MPF-omdannelsesprodukt som oppnås derved, er betegnet "Type I". På den annen side, blir hovedmengden av hemicellulosen usolubilisert med cellulosen når pH reguleres slik at det holdes innenfor området på 11,2-11,8 under det meste av reaksjonen. Utbyttet av disse to bestanddelene i den uløselige fraksjonen nærmer seg den teoretiske mengden. Deres tilgjengelighet slik den indikeres av den nesten kvantitative enzymatiske omdannelses-effektiviteten for cellulose til glukose, nærmer seg 100 %. Det pH-regulerte MPF-omdannelsesproduktet er betegnet "Type

II" .

Den grad eller effektivitet for delignifisering som kan oppnås ved fremgangsmåten for et gitt substrat, er begrenset til et indre maksimum, og er minst delvis en funksjon av konsentrasjonen av H2O2 i reaksjonsmediet. Generelt skal peroksydet være til stede i en konsentrasjon i det vandige mediet, og minst 0,75-1 ia. Den minimale mengden peroksyd som er nødvendig for å oppnå den maksimale delignifiseringen, kan lett bestemmes av fagmannen.

Reaksjonen mellom det alkaliske peroksydet og lignocellulose-substratet foregår med en relativt lav hastighet ved romtemperatur (25°C), hvilket minsker behovet for energi-tilførsel. Andre temperaturer innenfor området 5 til 60" C kan også anvendes, naturligvis med en viss variasjon i delignifiseringshastigheten. Ved optimale peroksydnivåer, pH 11,5 og 25"C, er nedbrytningen av hvetehalm fullstendig i løpet av 4-6 timer. Fysisk desintegrering av substratet lettes ved anvendelse av mekanisk skjærkraft som f.eks. den som tilveiebringes av et konvensjonelt omrøringsapparat.

Når reaksjonen er avsluttet, gjenvinnes den delvis delignifi-serte, uløselige fraksjonen ved filtrering, vaskes med vann og tørkes eventuelt. Filtratet som inneholder de solubili-serte ligninnedbrytningsproduktene er egnet for tilbakeføring ved tilsetning av nytt H2O2 og rejustering av pH om nød-vendig. Typisk fjernes 40-60 <& av det opprinnelige lignin-innholdet i substratet fra den uløselige fraksjonen og går over i den overstående væsken. Det samlede løselige ligninet i kontinuerlig tilbakeført medium har en neglisjerbar virkning på reagensenes effektivitet når det gjelder delignifisering. Sammenlignet med det opprinnelige substratet oppviser den gjenvunnede resten en signifikant økning i vannabsorpsjonsevne, hvilket antyder en tilsvarende minskning i mengden av total cellulose i form av høykrystallinske strukturer og en økning i de amorfe strukturene. Det var overraskende å finne at, i motsetning til andre behandlinger som er kjent på fagområdet for reduksjon av cellulosekrystal-linitet, at forandringen av krystallstrukturen ved den alkaliske peroksydbehandlingen er irreversibel, slik at den økede vannabsorpsjonsevnen består selv etter tørking. Mens det ikke er ønskelig å være bundet til noen spesiell arbeids-terori, anses de observerte forandringer i egenskapene hos cellulosen å være resultatet av en modifikasjon av en liten del (<5 %) av glukoseeenhetene slik at de bryter hydrogen-bindingsmønsteret mellom kjeder, og derved vedlikeholder en meget åpen struktur.

Det er funnet at formålene med oppfinnelsen oppnås ved å innblande enten MPF av Type I eller Type II i mange forskjellige fordøyelige preparater inkludert næringsmiddelpreparater for mennessker og dyr. I en utførelsesf orm kan MPF innblandes som et additiv i den betydning at den ikke forandrer de relative forhold for de gjenværende ingrediensene. I dette henseende tjener det som et fortynningsmiddel. Alternativt kan det anvendes som en erstatning eller et strekkmiddel for en enkel bestanddel i preparatet, eller som hovedingrediensen i et diettprodukt.

Uttrykket "fordøyelig preparat" menes å omfatte enhver blanding av substanser, som når de spises, vil gi næring til den fordøyende organismen, eller vil på annen måte ha en ønskelig virkning på organismens fordøyelsessystem, som f.eks. ved å tilfredsstille følelsen av sult. Utrykkene "næringsmiddel", "næringsmiddelpreparat" og "næringsmiddel-blanding" anvendes her i deres generiske mening slik at de omfatter både nærende næringsmidler for mennesker og for for dyr, slik de av og til vil betegnes. Uttrykket "deigmel" er synonymt med "deigdannende mel" og menes å bety ethvert mel som er anvendbart ved fremstilling av en deig. Deigmel inneholder typisk en tilstrekkelig mengde gluten til å meddele elastisitet, strekkstyrke og andre egenskaper som er karak-teristiske for de fleste deiger. Uttrykket "brødmel" vil naturligvis referere til et deigmel som er anvendbart ved fremstilling av brød. På lignende måte er "røre-mel" synonymt med "røre-dannende mel" og er ment å referere til de melsorter som er anvendbare ved fremstilling av rører. Kake-mel og pannekakemel er eksempler på røre-mel, og vil ikke normalt ha de forholdsvis høye mengder gluten som finnes i deigmel. Det skal forstås at de mange typer av mel som er nevnt ovenfor, ikke nødvendigvis skiller seg fra hverandre når det gjelder korn- eller knollmelbestanddelen, men at hver spesiell type mel kan omfatte tilsatte ingredienser som spesielt gjør det egnet for dets enkle bruk.

MPF er bemerkelsesverdig egnet for bruk som en karbohydratkilde i drøvtyggerfor uten rensing eller ytterligere behandling. Opptil 100 % av det potensielt fordøyelige stoffer kan faktisk fordøyes av det drøvtyggende dyret. Produktet blandes passende med andre forbestanddeler som er nødvendig for en balansert diett ved ethvert ønsket tilsetningsnivå.

Som nevnt tidligere fungerer MPF som en inert diettfiber i fordøyelige preparater for mennesker og enmagede dyr. På samme måte som alfacelluloser og mikrokrystallinske cellu-loser som tidligere er kjent på fagområdet, er materialene av Type I og Type II i det vesentlige ikke-nærende i den betydning at de ikke fordøyes tilstrekkelig til assimilering i blodstrømmen. For å oppnå dette er tilsetningsmengden litt vilkårlig, og kan baseres på kunnskap på fagområdet når det gjelder virkningene av diettfibrer på fordøyelsessystemet. Næringsmidler og andre fordøyelige preparater som er endret ifølge oppfinnelsen, kan uten hensyn til funksjonelle egenskaper omfatte fra 0,1 til 95 # av MPF. Eksempler på slike preparater omfatter dispergerbare faststoffer som f.eks. tørre drikkeblandinger, vandige væsker som f.eks. "milk shake" (drikk av isavkjølt melk, fruktsaft, osv.) og geler eller geldannere. Når MPF anvendes som en erstatning eller ekstender for en stivelsesholdig bestanddel, nemlig stivelse eller mel, vil den maksimale erstatningsmengden bestemmes av graden av bibehold av de funksjonelle egenskaper som tilbakeføres til denne bestandddelen. Det er overraskende at ved erstatningsmengder på opptil 65 volum-# ikke bare bibeholdes de funksjonelle egenskapene til den stivelses-holdige bestanddelen, men den økes i mange tilfeller som beskrevet mer i detalj nedenfor.

Massedensitetene til MPF av både Type I og Type II varierer fra 10 til 30 % av den til kommersielt hvetemel. Når det anvendes i stedet for en ekvivalent vekt hvetemel, gir den derfor et sammensatt næringsmiddel med et øket volum. MPF har også en høy vannabsorpsjonsevne sammenlignet med hvetemel, hvilket resulterer i et øket, svellet volum. Denne effekten er spesielt tydelig i deig- og røreblandinger, hvor volummengdene av sluttproduktene utvides betydelig utover det som kunne ventes ved en 1:1 erstatning på vektbasis. Denne egenskapen gjør det mulig å oppnå deiger og rører ved samme konsistens som dem uten MPF, men med et lavere faststoff-innhold. Fordelen ved denne virkningen ligger i en sparing av ingredienser for et gitt produktvolum og en gitt produkt-vekt.

Mens deig- og røreegenskaper devitaliseres når en del av hvetemelet erstattes med alfacellulose, forbedres de når erstatningen foretas med MPF-omdannelsesproduktene ifølge foreliggende oppfinnelse. Ved 10 vekt-# MPF-erstatning av hvetemel i et deigpreparat økes eksempelvis miksograf-t opphøyden med så mye som 20 %. Ved hjelp av dets høye vannabsorpsjonsevne letter også omdannelsesproduktet assimilering av vann i deigen, hvorved blandetiden minskes. Følgende eksempler skal illustrere oppfinnelsen.

Eksempel 1

MPF-omdannelsesprodukter ifølge oppfinnelsen ble fremstilt fra mange, ikke-treaktige lignocelluloseavlingsrester. Prøver ble fremstilt for behandling enten ved maling i en Wiley-mølle for å gå gjennom en 2 mm sikt eller ved oppdeling i segmenter som er omtrent 2-4 cm lange. For sammenlignings-formål ble to tresubstrater behandlet på samme måte, nemlig malt bastardjute og ekefliser. Løselige materialer ble fjernet fra de partikkelformige prøvene ved å forhåndsekstra-here dem med flere gangers forandring av destillert vann i totalt flere timer, hvoretter restene ble tørket og lagret i polyetylenbeholdere.

Prøvene ble behandlet med alkalisk peroksyd ved å plassere 1 g av det substrat som skulle behandles i 50 ml destillert vann inneholdende 1 56 (vekt/vol) H2O2. Suspensjonen ble justert til pH 11,5 med NaOE, og ble omrørt forsiktig ved romtemperatur (25°C) i 18-24 timer. Ingen ytterligere justering av pE ble gjort i løpet av reaksjonen. Under disse betingelser forble reaksjonsblandingens pE nesten konstant i flere timer før den langsomt steg til en sluttverdi på ca. 12.1. Den uløselige resten ble oppsamlet ved filtrering, vasket med destillert vann inntil pE i filtratet var nøytralt og så tørket ved 110°C. Et andre prøvesett ble behandlet på lignende måte, men uten E2O2.

Tilbøyeligheten for lignocelluloseprøver til fordøyelse med cellulase ble bestemt ved inkubering av 0,2 g tørket rest i 4 ml av en oppløsning inneholdende 50 mM sitronsyre, 0,1 M NaEP04, 0,05 % tymol og 40 mg Trichoderma reesei cellulase (pE 4,5) i 24 timer ved 45°C. Gjenværende faststoffer etter cellulasefordøyelsen ble fjernet ved sentrifugering og "filtrering" før bestemmelse av den vandige glukose-konsentrasjonen ved høy-ytelsesvæskekromatografi (EPLC).

Analyse av cellulosematerialene før og etter alkalibehandling (med og uten E2O2) indikerte at intet av den cellulosen som opprinnelig var til stede i materialet, ble solubilisert under forhåndsbehandlingen. Den effektivitet med hvilken cellulase hydrolyserte den cellulosen som var til stede i en gitt rest (forsukringseffektivitet) ble beregnet fra det teoretisk maksimale glukoseutbytte (G^) og det målte glukoseutbytte (Gm) overensstemmende med forholdet

Forsukringseffektivitet = 100 (Gm/Gt).

G-fc-verdien for en gitt 0,2 g prøve var avhengig av mengden cellulose i prøven, hvilken ble bestemt ved mengden lignin og hemicellulose som ble solubilisert under forhåndsbehandlingen. Fordi intet av cellulosen var solubilisert, ble Gt tatt som

Gt = [(0,2) (1,1) (CG)]/Ri

hvor 0,2 er vekten av den prøven som ble behandlet med cellulase, 1,1 er vektomdannelsesekvivalenten for cellulose til glukose, C0 er prosent cellulose i det ubehandlede (native) substratet, og R-^ er den prosent av det opprinnelige substratet som forble uløselig etter forhåndsbehandlingen.

Resultatene gjengis i tabell I nedenfor.

Eksempel 2

Malte og vaskede hvetehalmprøver (1,0 g) ble suspendert i 50 ml vann enten med eller uten 1 # vekt/vol HgOg. Suspensjonene ble justert til pH 11,5 med NaOH og omrørt forsiktig i enten 6 eller 24 timer. I de pH-regulerte forsøkene ble pH holdt konstant ved 11,5 ved tilsetning av HC1 eller NaOH etter behov. pE'ene i de gjenværende suspensjonene ble ikke justert ytterligere. Da hver reaksjon var fullstendig, ble den uløselige resten gjenvunnet og forsukringseffektiviteten beregnet ved hjelp av de metoder som er beskrevet i eksempel 1. Resultatene er gjengitt i tabell II nedenfor.

Eksempel 3

Hvetehalm (90 kg), vann (2270 1), og H202 for å oppnå en 1 * oppløsning [68 1 35 ^ (vekt/vol) H2O2] ble blandet sammen i et 3.785 liters kar av rustfritt stål utstyrt med en omrører. Ca. 32 liter 50 # (vekt/vol) NaOH ble tilsatt for å justere oppslemmingen til pH 11,5. Blandingen, først ved romtemperatur, ble omrørt over natten i hvilken tid temperaturen nådde et maksimum på ca. 37°C. Oppslemmingen av behandlet halm ble pumpet inn i siktetanker av rustfritt stål for oppsamling av faste stoffer og fraskilling av den flytende fraksjonen for tilbakeføring. Avvanning ble utført i en hydraulisk presse, og presskaken ble brutt opp i fragmenter og tørket i en trykkluftovn ved 79°C i 1-2 timer. Ca. 45 kg tørket, behandlet hvetehalm ble gjenvunnet fra forsøket og malt i en Abbe-møtte for å gå igjennom en 6 mm sikt. Denne fremgangsmåten ble gjentatt 5 ganger ved bruk av det tilbakeførte filtratet, oppfylt med vann, H2O2 og NaOH etter behov. Det kombinerte produktet fra de seks forsøkene var karakterisert ved et råproteininnhold på 0,48 %, celluloseinnhold på 72,8 1° og hemicelluloseinnhold på 17,9 56, alle på tørrvektbasis. Ubehandlet hvetehalm ble malt i en Abbe-mølle for å passere en 3 mm sikt. Behandlet MPRE og ubehandlede prøver ble hver sammensatt til sauedietter på to nivåer som beskrevet i tabell III ovenfor. Seks paralleller av hver diett ble matet til testsauer ved et regulert nivå på 15 % under ad libitum-inntak. Resultater av foringsforsøkene er gjengitt i tabell

IV.

Eksempel 4

Hemicellulose-uttømt hvetehalm MPF (Type I) ble fremstilt som følger: Hvetehalm (90 kg) ble suspendert i 2.270 1 vann i en 3.800 liters tank av rustfritt stål utstyrt med en omrører. Hydrogenperoksyd (68 1 35 56 vekt/vol) ble tilsatt til den omrørte suspensjonen, og pH ble justert til 11,5 ved bruk av NaOH [omtrent 32 1 50 56 (vekt/vol)]. Suspensjonen ble omrørt i 18 timer ved romtemperatur. I løpet av- reaksjonen ble halmen oppdelt til en tykk suspensjon av små, meget vann-absorberende fibrer og suspensjonens pH steg til 12,2, hvilket forårsaket solubilisering av massen av hemicellulose i halmen. Etter nøytral isasjon av suspensjonen (ved bruk av omtrent 30 1 konsentrert HC1, endelig pH = 7, ble halmfibrene vasket og delvis avvannet ved bruk av en modifisert Fourdri-nier filtreringsenhet med bevegelig trådnett utstyrt med spraydusj. Den vaskede, behandlede halmen ble så tørket ved 70°C i en trykkluftovn i 8-12 timer.

Eksempel 5

Hvetehalm-MPF som bibeholdt det meste av sitt opprinnelige hemicelluloseinnhold (Type II) ble fremstilt som følger: Hvetehalm ble malt i en hammermølle for å passere en 1 cm sikt. Omtrent 90 kg malt halm ble tilsatt til 2.270 1 vann i en 3.800 1 tank av rustfritt stål utstyrt med en omrører. 68 liter 35 56 (vekt/vol) hydrogenperoksyd ble tilsatt til den omrørte oppslemming, hvoretter pH straks ble justert til 11,5 ved bruk av omtrent 32 liter 50 56 (vekt/vol) NaOH. Reaksjonsblandingens pH ble undersøkt hvert 30.-60- minutt og holdt ved pH 11,5 ± 0,2 med tilsetning av konsentrert HC1 etter behov (totalt HCL = 11 1) Etter 5,5 timer ble reaksjonen avsluttet ved å senke pH til 7,0 ± 0,5 med ca. 15 1 konsentrert HC1. Den behandlede halmoppslemmingen ble så vasket og delvis avvannet ved bruk av en modifisert Four-drinier dukfiltreringsenhet utstyrt med fire spraydusjer. Den vaskede halmen ble så tørket i en trykkluftovn i minst 4 timer ved 70°C.

Eksempel 6

Evnen til forskjellige cellulosefibermaterialér og brødmel til å absorbere vann ble bestemt ved å suspendere 1 g av materialet i 100 ml destillert, avionisert vann og blande forsiktig i 30 min. Overskudd vann ble så fjernet fra oppslemmingen ved filtrering gjennom en sikt mé<x>d meget fine masker, som tilbakeholdt < 95 % av de faste partiklene. Deler av de vann-mettede materialene ble oppsamlet fra sikten, veiet, ovnstørket (110°C) til konstant vekt og så veiet på nytt. Vannabsorpsjonsevnen ble bestemt ved å dividere forskjellen med prøvenes våt- og tørrvekter med prøvens tørrvekt.

Svellet volum av de testede materialene ble bestemt ved å suspendere 1 g av det materialet som skulle testes i 100 ml destillert, avionisert vann i en gradert sylinder. Etter at prøven hadde fått lov å komme i likevekt i 30 minutter med forsiktig blanding, fikk materialet lov å avsette seg på bunnen av sylinderen. Da avsetningen var fullstendig, (vanligvis i løpet av 1 time), ble det volum som var opptatt av det vann-mettede materialet, notert. Resultatene er gjengitt i tabell V nedenfor.

Eksempel 7

Virkningene av å erstatte 10 vekt-# mel med forskjellige cellulosefibermaterialer og de reologiske -egenskapene til mel-baserte deiger ble målt i en miksograf (National Manufacturing Co., Lincoln, NE). Tørre prøver av hvetemel ("Pills-bury's Best" brødmel) og cellulosefibermaterialet ble omsorgsfullt veiet og blandet etter behov før de ble plassert i miksograf-bollen (total prøvetørrvekt = 10 g). Det ble dannet et hull i sentrum av den melbaserte blandingen i miksograf-bollen, og en omsorgsfullt målt mengde vann ble tilsatt. Miksografen ble så kjørt i 15-25 min. og avbøynings-graden for miksograf-armen ble nedtegnet på en strimmel i et registreringsapparat. Punktet for maksimal avbøyning (topp) tilsvarer punktet for optimale deigegenskaper. Miksograf-topphøydene er angitt i tabell VI nedenfor.

Eksempel 8

Virkningene av å erstatte forskjellige mengder mel med maisstilk-MPF på de reologiske egenskapene til mel-deiger ble målt i en miksograf (National Manufacturing Co., Lincoln, NE). Blandingen og målingen ble utført ved hjelp av samme fremgangsmåte som er skissert i eksempel 7. Miksograf-høydene og blandetiden til topphøyde er gjengitt i henholds-vis tabeller VII og VIII.

Eksempel 9

Åtte dager gamle New Hampshire X Columbia-kyllinger ble anbragt fullstendig tilfeldig i tre avlukker med fem kyllinger for hver diett som ble testet. Kyllingene ble holdt i elektrisk oppvarmede rugekasser (33°C) i et temperatur-regulert rom (23° C) og matet med testdietten og vann ad libitum. Sammensetningen av diettene er oppført i tabell IX. Fiber-

kilder som skal testes [alfacellulose (rå), alfacellulose (renset) og hvetehalm-MPF, typer I og II] ble anvendt istedenfor 0-30 # av maisstivelsen i dietten. Kyllingene ble foret med testdiettene i 14 dager, under hvilken tid mengden av for som ble spist og økningen i levendevekt for hvert avlukke ble nedtegnet. Hvetehalm-MPF ble målt som beskrevet i eksemplene 4 og 5. Resultatene er oppført i tabell X nedenfor.

Tabell VI

Virkning av cellulosefinermaterialer på deigegenskaper til brødmel - miksograf- topphøyde

Miksograf- topphøydea

gram H20 tilsatt til

10 g mel<b>

Fibermateriale

(erstatter 10 % av melet på

t<g>rrvektbasis) 6, 1 6. 6 7. 1

Intet 467 430 403

Alf acellulose (rå)<c> 405 380 350

Alf acellulose (renset )d 410 400 370

Mais-stilk-MPF (Type I, "pin"-malt)<e> 530 520 510

Mais-stilk MPF ( Type I, kule-malt)<f> 515 480 470

Hvetehalm-MPF (Type I, "pin"-malte 565 520 480

Hretehalm-MPI (Type I, kule-malt)<f> 480 450 420

Hvetehalm^IPI (Type I, aldri tørket) 570 540 470

Schwitchgrass MPF (Type I, "pin"-fflalt)<e> 520 470 435

a Full skala = 1000.

b "Pillsbury's Best" brødmel med 14 % fuktighet c "Solka-floc BW-40".

d "Alphacel"; mindre mengder lignin og hemicellulose enn i

rå alfacellulose.

e Malt i en "pin"-mølle ved 14.000 omndr./min.

f Malt i 7 timer i en kulemølle.

Eksempel 10

Weanling hannrotter under avvenning som veier 50 ± 5 g ble anbragt enkeltvis i bur med trådnettbunn for å muliggjøre fullstendig oppsamling av avføring og urin. Burene ble holdt i et rom med konstant temperatur (23°C), fuktighet og lys-syklus. Før start på forsøket ble rottene foret med en kommersiell standardlaboratoriediett. Forsøksperioden besto av en 14 dagers tilpasningsfase fulgt av et 5-dagers fordøyelse/metabolisme-forsøk. Hver diett som ble testet, ble foret til syv rotter. Rottene ble gitt 15 g/dag av deres respektive testdiett i de første 7 dagene av tilpasningsfasen og 20 g/dag for de gjenværende 7 dagene. Ved slutten av denne fasen ble mengden for som ble gitt pr. dag til alle rottene, redusert til 90 % av ad 1 ib i turn-inntaket for den testgruppe som hadde det laveste gjennomsnittlige forbruk i de siste to dagene av tilpasningsfasen. Etter 2 dager for justering til det reduserte inntaksnivået, ble inntak og fordøyelighet for hver testdiett målt i 5 dager. Total fordøyelighet av diett-tørrstoff ble bestemt av den mengde tørrstoff som ble spist og utskilt av hver dyregruppe.

Testdiettene besto av en basisdiett (tabell XI) i hvilken 0-30 % av maisstivelse:dekstrosen var erstattet med hvetehalm-MPF (Type II). Hvetehalm-MPF ble fremstilt ved å suspendere halm (1-6 g/l) i en oppløsning av peroksyd (1 % vekt/vol) justert til pH 11,5 med NaOH. Suspensjonen ble blandet forsiktig i 6 timer mens pH ble holdt ved 11,5 ± 0,2 ved tilsetning av NaOH eller HC1 etter behov. Den behandlede halmen ble oppsamlet ved filtrering, vasket med destillert vann, tørket ved 90°C i en trykkluftovn i 24 timer og så malt for å passere en 1 mm sikt.

Resultatene av fordøyelighetsforsøket er oppført i tabell

XII.

a sammensatt av hver av følgende (vekt-#

av totaldiett): CaCC^, 0,03; Ca3(P04), 2,8;

K2HP04, 0,9; NaCl, 0,9; MgS04.7H20, 0,4;

MnS04.H20, 0,07; Fe-cltrat, 0,05; ZnC03, 0,01;

CuS04.5H20, 0,002; H3BO3, 0,0009; Na2Mo042H20, 0,009; Kl, 0,004; CoS04.7H20, 0,0001; Na2Se03, 0,00002.

b sammensatt av hver av følgende (mg/kg totaldiett): vitamin A-palmitat (250.000 IU/g, 40,0); cholekalsiferol (400,000 IU/g, 1,5);

dl-alfa-tokoferol-syresuksinat, 20,0; menadion, 5,0; riboflavin,16,0; kalsium-pantotenat, 20,0; niacin, 100,0; vitamin B-12-triturat, 0,02; folinsyre, 4,0; biotin, 0,6; askorbinsyre, 250,0; pyridoksin.HC1, 6,0; tiamin.HCl 100,0; stivelsespulver, 1334,9.

Eksempel 11

Mørdeigkake ble fremstilt som følger: en fjerdedels kopp (59 ml) sukker ble blandet med 3/4 kopp (177 m-l) smør. Så ble 1,6 kopper (379 ml) universalhvetemel og 0,4 kopp (94,7 ml) hvetehalm-MPF malt gjennom en Wiley-mølle til 0,5 mm partikler, blandet inn i den tidligere nevnte blandingen. Den resulterende deigen ble valset på et melbelagt bord til 1 cm tykkelse og oppdelt i kvadrater. Deigen ble bakt ved 177°C i 20 min. for å gi en mørdeigkake med aksepterbar munnfølelse og smak.

Eksempel 12

Den samme blanding ble fremstilt som ovenfor, men ved bruk av en kopp (237 ml) universalhvetemel og en kopp (237 ml) hvetehalm-MPF. Den resulterende mørdeigkake kunne i smak ikke skilles fra den i eksempel 11.

Eksempel 13

Pannekaker ble fremstilt på følgende måte: 1 egg ble vispet i en Waring-blandemaskin. 1 kopp (237 ml) kjernemelk, 2 spiseskjeer (30 ml) salatolje, 1 spiseskje (15 ml) sukker, 1 teskje (5 ml) bakepulver, 1/2 teskje (2,5 ml) soda og 1/2 teskje (2,5 ml) salt ble tilsatt til blandemaskinen og blandet. Til denne blandingen ble 1 kopp (237 ml) universalhvetemel, som veide 133 g, tilsatt og blandet. Når målte volumer av den resulterende røren ble stekt på et varmt jern, ble det oppnådd en stabel av pannekaker som var 72 mm høy, med en totalvekt på 329 g.

En andre sats av pannekaker ble fremstilt som ovenfor bortsett fra at det ble brukt 1/2 kopp (118 ml) av "pin"-malt hvetehalm-MPF istedenfor 1/2 kopp (118 ml) av hvetemelet. Den resulterende mel-MPF-blandIng veide 75,0 g og ga en stabel av pannekaker som var 67 cm høy med totalvekt på 321 g. Disse pannekakene var lette og bløte, og kunne når det gjelder tekstur og smak ikke skilles fra pannekakene i den første satsen med bare mel.

En tredje sats pannekaker ble fremstilt som ovenfor bortsett fra at det ble brukt 1 kopp (237 ml) av "pin"-malt hvetehalm-MPF istedenfor 1/2 kopp (118 ml) av hvetemelet. Den resulterende mel-MPF-blanding veide 83,9 g og ga en pannekake-stabel som var 89 mm høy med en totalvekt på 315 g. Disse pannekakene var lette og myke, og kunne ikke skilles når det gjaldt tekstur og smak fra pannekakene i den første satsen med bare mel.

Eksempel 14

En havremel-krydderkake ble fremstilt som følger: 1 kopp (237 ml) universalhvetemel, 1/2 kopp (118 ml) hvetehalm-MPF (0,5 mm partikkelstørrelse), 1 kopp (237 ml) rasktkokende havre, 1 kopp (237 ml) brunt sukker, 1/2 kopp (118 ml) granulert sukker, 1-1/2 teskje (7,5 ml) soda, 1 teskje (5 ml) kanel, 1/2 teskje (2,5 ml) salt, 1/2 teskje (2,5 ml) muskat, 1/2 kopp (118 ml) smult, 1 kopp (237 ml) vann, 2 egg og 2 spiseskjeer (30 ml) mørk melasse ble tilsatt til en blande-beholder og blandet med en blandemaskin med lav hastighet i 1/2 min. Blandingen ble så vispet ved høy hastighet i 3 min,, hvoretter røren ble stekt i en ovn ved 177°C i 35 min. Den resulterende kaken var lett, med en utmerket tekstur og smak.

Eksempel 15

Gjærruller ble fremstilt på følgende måte: 2 kopper (473 ml) kokende vann ble helt over 1 kopp (237 ml) smult og 1 kopp

(237 ml) sukker i en stor bolle. Denne blandingen ble så avkjølt. To gjærstykker ble myknet i 4 spiseskjeer (60 ml) varmt vann og ble så tilsatt til den avkjølte" blandingen. 4 kopper (948 ml) universalhvetemel ble så tilsatt til den væskeformige blandingen og blandet for hånd. 4 godt vispede egg ble så tilsatt og blandet for hånd. Til den resulterende deigen ble det tilsatt 1,75 kopper (414 ml) hvetehalm-MPF (0,5 mm partikkelstørrelse) og 2,25 kopper (532 ml) ytterligere hvetemel og blandet for hånd. Deigen ble helt ut på et melbelagt bord og knadd. Den ble så plassert i en smurt bolle, dekket og fikk heve i 2 timer. Deigen ble så avkjølt i 10 timer. Etter avkjølingen ble deigen valset ut til en tykkelse på 0,5 cm på et melbelagt bord, smurt med smør og oppdelt i triangler. Trianglene ble foldet til ruller som ble bakt i en ovn i 10 min. ved 200°C. Deigen steg normalt, og de resulterende rullene var katakterisert ved en utmerket smak.

Eksempel 16

Søte muffins ble fremstilt som følger: 1/2 kopp (118 ml) melk og 1/4 kopp (59 ml) olje ble tilsatt til 1 vispet egg. En halv kopp (118 ml) sukker, 2 teskjeer (30 ml) bakepulver og 1/2 teskje (2,5 ml) salt ble tilsatt til blandingen og blandet med en elektrisk blandemaskin. Universalhvetemel (0,9 kopp, 213 ml) og 0,6 kopp (142 ml) hvetehalm-MPF (0,5 mm partikkelstørrelse) ble blandet inn i røren. Kakene ble stekt i en ovn i 25 min. ved 200°C og var karakterisert ved en meget behagelig smak og tekstur.

Eksempel 17

Smultboller ble fremstilt på følgende måte: En blanding ble fremstilt bestående av 1,65 kopper (390 ml) universalhvetemel og 1,65 kopper (390 ml) hvetehalm-MPF (0,5 mm partikkel-størrelse). 1 1/2 kopper (355 ml) av denne blandingen ble tilsatt til en blandebolle, sammen med 1 kopp (sukker), 3 teskjeer (45 ml) bakepulver, 1/2 teskje (2,5 ml) salt, 1/2 teskje (2,5 ml) kanel, 1/4 teskje (1,3 ml) muskat, 2 spiseskjeer (30 ml) smult, 2 egg og 3/4 kopp (177 ml) melk. De ovennevnte ingrediensene ble blandet med en elektrisk blandemaskin på lav hastighet i 1/2 min. og ved middel hastighet i 2 min., i løpet av hvilken tid den gjenværende blanding av mel og MPF ble tilsatt. Deigen ble rotert i en smurt bolle og ble så helt ut på et melbelagt bord og oppdelt til smultboller som var 1 cm tykke. Disse smultbollene ble så stekt i fett. Smultbollene var karakterisert ved normal tekstur og hadde en behagelig smak. De kunne ikke skilles fra normale hvetemelsmultboller.

Eksempel 18

Hvitt brød ble fremstilt ved bruk av følgende metode: 2 kopper (473 ml) universalhvetemel, 1 kopp (237 ml) maisstilk-MPF ("pin"-malt) 3 spiseskjeer (45 ml) mykt smør, 2 spiseskjeer(30 ml) sukker og 1 teskje (5 ml) salt ble blandet i 5 sekunder i en næringsmiddelbehandler. En pakke tørr, aktiv gjær, som var inkubert i 1/4 kopp (59 ml) varmt vann, og 1 egg ble så tilsatt til næringsmiddelbehandleren og blandet inntil deigen dannet en ball. Deigen ble overført til en smurt panne, hvor den ble satt til heving i 1 1/2 time. Etter å være slått ned og tillatt å heves igjen i 15 min. ble deigen formet og satt til heving igjen i en brødform i 1 time. Deigen ble stekt i en ovn ved 190°C i 40 min. Den resulterende loffen var karakterisert ved godtagbar tekstur og smak, og kunne ikke skilles fra en lignende loff, i hvilken ingen maisstilk-MPF ble brukt i stedet for hvetemelet .

Claims

Modifisert plantefiber for tilsetning til dyrefor og næringsmidler, karakterisert ved at den er fremstilt ved delignifisering av et ikke-treaktig, lignocelluloseholdig substrat ved behandling med alkalisk peroksyd i pE-området 11,2-11,8 i en tilstrekkelig tidsperiode til å gi et produkt som er kjennetegnet ved den egenskap at den øker miksograftopphøyden med ca 20 % for en blanding bestående av 10 g hvetemel ved 14 % fuktighet og 6,1 g vann når 10 io av hvetemelet erstattes med den modifiserte plantefiberen.