PL213497B1 - Sposób otrzymywania skrobi o zmniejszonej podatności na działanie enzymów amylolitycznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania skrobi o zmniejszonej podatności na działanie enzymów amylolitycznych.

Wynalazek charakteryzuje się zdolnością do tworzenie kleików o wysokiej lepkości i może znaleźć zastosowanie w przemyśle spożywczym jako zagęstnik o cechach prebiotyku.

Retrogradacja jest to proces rekrystalizacji skrobi zachodzący podczas przechowywania kleiku. Proces ten definiowany jest jako łączenie się łańcuchów skrobiowych w uporządkowane struktury o charakterze krystalicznym. Procesowi temu szczególnie łatwo ulega liniowa frakcja skrobi. Krystality amylozowe charakteryzują się wysoką termostabilnością (393 - 423 K) oraz odpornością na działanie amylaz. Amylopektyna jako frakcja rozgałęziona retrograduje wolno, a krystaliczne formy występujące jedynie na zewnątrz cząsteczki charakteryzują się znacznie niższą temperaturą ponownego tworzenia kleiku (313 - 343 K) oraz większą podatnością na działanie amylaz niż zretrogradowana amyloza (Silvi S., Rumney C. J., Cresci A., Rowland I. R. 1999, Resistant starch modifies gut microflora and microbial metabolism in human flora-associated rats inoculated with faeces from Italian and UK donors. J. Appl. Microbiol. 86, ss. 521-530). Rekrystalizacja skrobi szczególnie łatwo zachodzi w temperaturze powyżej 373 K lub w około 273 K. Proces ten intensyfikowany jest poprzez zastosowanie kilkakrotnego zamrażania i rozmrażania kleików skrobiowych (Lewandowicz G., Soral-Smietana M., 2004, Starch modification by iterated syneresis. Carbohydrate Polymers, 56,ss. 403-413). W produktach spożywczych retrogradacja zachodzi najczęściej podczas chłodniczego lub zamrażalniczego przechowywania i jest na ogół postrzegana jako proces niekorzystny. W ostatnim dwudziestoleciu zwrócono uwagę na prozdrowotne właściwości skrobi retrogradowanej, która zakwalifikowana jest jako jedna z form skrobi opornej (Englyst H. N., Kingman S. M., Cummings J. H., 1992, Classification and measurement of nutritionally important starch fractions. Eur. J. Clin. Nutr. 46, Suppl. 2, S33-S5). Prowadzone są liczne badania dotyczące możliwości zwiększenia ilości spożywanej skrobi opornej oraz jej wpływ na metabolizm w organizmie człowieka. Szczególnie duże znaczenie prozdrowotne ma skrobia dostępna dla mikroorganizmów zasiedlających jelito grube powodując obniżenie pH środowiska (Wronkowska M., Soral-Śmietana M., Bielecka M., Biedrzycka E., Physically-modified wheat or potato starches, their physico-chemical properties and metabolism by Bifidobacteria. Żywność 2002, 4(33), ss. 74-835). Ta podwyższona kwasowość treści jelitowej jest wynikiem fermentowania skrobi opornej przez mikroflorę i tworzeniem krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (Soral-Śmietana M., Wronkowska M. Resistant starch - nutritional and biological activity. Pol. J. Food Nutr. Sci., 2004, Vol 13/54, SI 1, 51-64), które wpływają na selekcję zasiedlającej jelito grube mikroflory, stymulując rozwój szeregu grup bakterii, zwłaszcza Bifidobacterium i Lactobacillus oraz eliminując lub ograniczając ilość drobnoustrojów niekorzystnych (Silvi S., Rumney C. J., Cresci A., Rowland I. R. Resistant starch modifies gut microflora and microbial metabolism in human flora-associated rats inoculated with faeces from Italian and UK donors. J. Appl. Microbiol. 1999, 86, ss. 521-530). Powstające w jelicie grubym kwasy tłuszczowe wpływają na metabolizm organizmu, zwłaszcza na syntezę cholesterolu i trójglicerydów (Hara H., Haga S., Aoyama Y., Kiriyama S. Short-chain fatty acids suppress cholesterol synthesis in rat liver and intestine. J. Nutr., 1999, 129, ss. 942 - 948). Powstający w końcowym odcinku przewodu pokarmowego kwas masłowy odgrywa kluczową rolę w zapobieganiu tworzenia się raka jelita grubego i odbytu, a kwasu tego więcej się tworzy w wyniku fermentacji skrobi opornej niż polisacharydów nieskrobiowych (Annison G., Topping D.L. Nutrition role of resistant starch: chemical structure vs physiological function. Annu, Rev. Nutr. 1994, 14, ss. 297-320). Niewiele jest prac dotyczących właściwości funkcjonalnych skrobi opornej oraz badań mających na celu ich polepszenie. Jednym ze sposobów zwiększania lepkości kleików i odporności na retrogradację jest acetylacja naturalnej skrobi bezwodnikiem kwasu octowego w środowisku alkalicznych. Modyfikat ten (E 1420) o niskim stopniu podstawienia stosowany jest w przemyśle spożywczym jako zagęstnik charakteryzujący się trwałością tworzonych żeli odpornych na retrogradację (Golachowski A., Stosowanie skrobi i jej przetworów w przemyśle spożywczym. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu, Technologia Żywności XII, 1998, ss. 117 - 124). Wykazuje on również mniejszą podatność na działanie amylaz niż skrobia naturalna (Coma V., Copinet A., Couturier Y., Prudhomme J. C., 1996, Biofragmentation of Acetylated Starch by the α-Amylase of Aspergillus oryzae. Starch-Starke, 47, (3), ss. 100 - 107).

Sposoby otrzymywania preparatów skrobi opornej na działanie amylaz znane są z wielu opisów patentowych. Głównym surowcem do otrzymywania preparatów skrobi opornej jest skrobia kukurydziana, a w szczególności jej odmiany o wysokiej zawartości amylazy. W patencie USA nr 5 281 276

PL 213 497 B1 opisano sposób otrzymywania skrobi opornej poprzez hydrolizę enzymatyczną wiązań a-1,6-glikozydowych skrobi zawierającej 50-70% amylazy. Podobny sposób znany jest z opisu patentowego

USA nr 6 409 840 - dotyczy on skrobi zawierającej minimum 90% amylazy.

Znane są też klasyczne metody zwiększania oporności skrobi, które oparte są na przeprowadzaniu amylozy lub prostych łańcuchów glukozowych otrzymanych poprzez hydrolizę enzymatyczną wiązań rozgałęziających w postać krystaliczną (retrogradowaną) - patent USA nr 6 623 943, patent EP 362869.

Innym sposobem zwiększającym odporność skrobi na działanie amylaz jest poddanie skrobi kukurydzianej hydrolizie kwasowej, a następnie hartowaniu powietrzem nasyconym parą wodną w temperaturze 368 - 383 K (Patent USA 6 468 355).

W handlu znajdują się gotowe preparaty o wysokiej zawartości skrobi opornej. Do skrobi tego typu należą między innymi otrzymane ze skrobi kukurydzianej „Hi-Maize” firmy Starch Australia Ltd. (Australia), „Hylon VII” firmy National Starch and Chemical Company, „Amylomaize VII'' firmy Cerestar Inc., „Novelose 240'' produkcji National Starch and Chemical Company (USA). Preparatem skrobi opornej typu RS 3 jest „CrystaLean” firmy Opta Food Integredients Inc. (USA) (Leszczyński W. „Resistant starch - classification, structure, production” Pol. J. Food Nutr. Sci., 2004, Vol 13/54, SI 1, 37-50). Preparatem otrzymywanym na skalę przemysłową wytwarzanym ze skrobi ziemniaczanej jest „Pine fibre-C” produkcji Matsutani Chemical Industry Company Ltd. (Japonia). Jest to rozpuszczalna substancja otrzymana w wyniku fizycznej (termicznej) modyfikacji skrobi ziemniaczanej będąca produktem jej dekstrynizacji termicznej i enzymatycznej (Wakabayashi S., Ueda Y., Matsuoka A., Effects of indigestible dextrin on blood glucose and insulin levels after various sugar loads in rats. J. Jpn. Soc. Nutr. Food Sci. 1993, 46, 131-137).

Sposoby otrzymywania preparatów skrobiowych o zwiększonej odporności na amylazy, poprzez retrogradację, jak i acetylację naturalnej skrobi, są powszechnie znane.

Istota wynalazku polega na tym, że skrobię uprzednio retrogradowaną i rozdrobnioną umieszcza się w reaktorze a następnie uzupełnia wodą, po czym całość dokładnie miesza się i dodaje się związku alkalizującego, do momentu osiągnięcia pH w zakresie od 8 do 9. Następnie dodaje się kroplami do mieszaniny, przy ciągłym mieszaniu, bezwodnika kwasu octowego, po czym tak otrzymaną skrobię oporną, suszy się.

Korzystnie jest, gdy surowcem jest naturalna skrobia ziemniaczana, kukurydziana, pszenna, ryżowa, tapiokowa oraz z amarantusa, fasoli, sago, bananów, i/lub mieszanina tych skrobi.

Korzystnie też jest gdy retrogradację przeprowadza się poprzez zamrażanie podkleikowanej skrobi naturalnej lub kleiku skrobiowego.

Nieoczekiwanie okazało się, że tak otrzymana skrobia wykazuje znaczną oporność na działanie amylaz oraz zdolność do tworzenia kleików o znacznej lepkości. Kolejno zastosowana modyfikacja fizyczna - retrogradacja i chemiczna - acetylacja doprowadziły do otrzymania skrobi o cechach skrobi opornej i teksturotwórczej.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładach wykonania, nie ograniczających jego zakresu.

P r z y k ł a d 1. Pięciokilogramowe porcje 10% kleiku zamraża się w temperaturze 253 K. Po rozmrożeniu uzyskuje się skrobię retrogradowaną o strukturze gąbczastej, którą suszy się i rozdrabnia. Następnie do naczynia reaktora wprowadza się 200 g tak uzyskanej skrobi retrogradowanej i uzupełnia się wodą do łącznej masy 1230 g. Całość dokładnie miesza się i doprowadza do pH 8 - 9 za pomocą 2% roztworu NaOH. W celu przeprowadzenia acetylacji dodaje się kroplami bezwodnik ₃ kwasu octowego w ilości 26,2 cm³ przy ciągłym mieszaniu i utrzymywaniu pH w zakresie 8 - 9. Po dodaniu całej ilości bezwodnika mieszaninę reakcyjną miesza się przez 10 - 15 minut, a następnie zakwasza 10% roztworem HCl, aż do uzyskania pH 5,2 - 5,6. W celu pozbycia się reagentów skrobię acetylowaną przemywa się wodą, a następnie suszy w temperaturze nie przekraczającej 303 K. W końcowym efekcie uzyskuje się skrobię oporną o strukturze płatków o zmniejszonej o 45% podatności na działanie amyloglukozydazy charakteryzującej się zdolnością do tworzenia kleiku o znacznej lepkości. Lepkość maksymala 6% kleiku odczytana z charakterystyki kleikowania wyznaczonej na wiskografie Brabendera wynosiła 2280 j.B.

P r z y k ł a d 2. Skrobię naturalną w ilości 1,5 kilograma nawilża się do wilgotności 35% i poddaje ogrzewaniu w naczyniu zamkniętym w temperaturze 368 K przez 10 minut. Następnie, tak otrzymaną skrobię podkleikowaną zalewa się 3 litrami zimnej wody i zamraża w temperaturze 253 K. Dalej postępuje się analogicznie jak w przykładzie 1. Otrzymuje się preparat skrobi opornej o strukturze ziarnistej.

Claims (4)

1. Sposób otrzymywania skrobi o zmniejszonej podatności na działanie enzymów amylolitycznych, znamienny tym, że skrobię uprzednio retrogradowaną i rozdrobnioną umieszcza się w reaktorze a następnie uzupełnia wodą, po czym całość dokładnie miesza się i dodaje się związku alkalizującego, do momentu osiągnięcia pH w zakresie od 8 do 9, następnie dodaje się kroplami do mieszaniny, przy ciągłym mieszaniu, bezwodnika kwasu octowego, po czym tak otrzymaną skrobię oporną, suszy się.

2. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że skrobię retrogradowaną otrzymuje się z naturalnej skrobi ziemniaczanej, kukurydzianej, pszennej, ryżowej, tapiokowej oraz z amarantusa, fasoli, sago, bananów, i/lub mieszanin tych skrobi.

3. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że retrogradację przeprowadza się poprzez zamrażanie kleiku skrobiowego.

4. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że retrogradację przeprowadza się poprzez zamrażanie podkleikowanej skrobi naturalnej.