PL243155B1 - Sposób izolowania skrobi opornej - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób, który charakteryzuje się tym, że w pierwszej kolejności wytwarza się zawiesinę ziarenek skrobiowych o koncentracji ponad 10% s.s., którą, następnie, poddaje się amylolizie, tj. hydrolizie za pomocą enzymów amylolitycznych, dekstrynizujących w temperaturze 60 - 105°C i czasie nie dłuższym niż 60 godzin. W końcowym etapie, rozdziela się składniki nierozpuszczalne od rozpuszczalnych, przy czym składniki nierozpuszczalne stanowią substrat do wytwarzania skoncentrowanego preparatu skrobi opornej grochowej, a składki rozpuszczalne stanowią hyfrolizat maltodekstrynowy.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób izolowania skrobi opornej RS (resistant starch, ang.), poprzez izolowanie skrobi opornej ze skrobi pochodzącej z wybranych rodzajów nasion roślin strączkowych, szczególnie nasion grochu. Skrobię oporną (RS) definiuje się jako część skrobi, która przez własne enzymy monogastrycznych organizmów niedepolimeryzuje się w żołądku i w jelicie cienkim. Dopiero w jelicie grubym skrobia RS ulega częściowemu lub całkowitemu sfermentowaniu. RS ogólnie uważana jest za jeden ze składników błonnika pokarmowego (TDF).

Znane jest, z artykułu Małgorzaty Piecyk i Małgorzaty Godlewskiej, pt. „Wpływ izolacji i obróbki termicznej na strawność skrobi grochu” Nauka. Żywność. Technologie. 3(4), wytwarzanie skrobi opornej, retrogradowanej, tzw. RS3, poprzez obróbkę termiczną, mrożenie i izolowanie.

Znane są 4 podstawowe rodzaje skrobi opornej: RS1 - skrobia fizycznie niedostępna, obecna w ściance komórkowej całych lub częściowo zmielonych ziaren zbóż a także nasion roślin strączkowych, RS2 - ziarna skrobi surowej (nieskleikowanej) występujące np. w surowych ziemniakach, niedojrzałych bananach czy soczewicy, RS3 - skrobie retrogradowane, powstające w czasie przetwarzania żywności, występujące np. w ugotowanych i chłodzonych ziemniakach i makaronie, chlebie, płatkach śniadaniowych, RS4 - tworzona w wyniku modyfikacji chemicznej skrobi (eteryfikacji lub sieciowania) [dostęp: 15.04.2020 https://pl.m.wikipedia.org./wiki/Skrobia oporna]. Skrobie oporne można identyfikować za pomocą np. metody wg MAGAZYME 2018 (www.megazyme.com) [Resistant starch-assay procedure K-RSTAR 08/18; AOAG Method 2002-02, AACCMethod 32-40.01, Codex Type II Method].

Nasiona grochu zawierają znaczną ilość białka (ok. 20%), niewielki procent tłuszczu (ok. 2%) oraz istotną zawartość skrobi (ok. 50%). Choć zawartość skrobi w grochu jest niższa od typowych roślin skrobionośnych, jak kukurydza, pszenica, ryż, tapioka czy ziemniaki, gdzie tradycyjnie wykorzystuje się je jako surowce w przemyśle krochmalniczym, niektórzy producenci zaczęli interesować się także grochem - stosunkowo niedrogim surowcem dla pozyskiwania czystej skrobi. Ze względu na skład molekularny skrobi grochowej (istotna zawartość amylozy 30-40%), niewielkie wymiary ziarenek skrobiowych (20 - 50 μm), wysoką temperaturę żelowania (>70°C) oraz bardzo niską lepkość, dla wielu stanowi to wadę. Jednocześnie zauważono niezastąpione walory skrobi grochowej, w której zawarta jest część prozdrowotnej, naturalnie występującej skrobi opornej RS2 oraz znaczny udział frakcji amylozy w skrobi, łatwo podlegającej retrogradacji a ta wykazuje właściwości skrobi opornej RS3. Mimo, że skrobie oporne nie mają szczególnych właściwości odżywczych, to stanowią cenne właściwości bioaktywne. Skrobie te stymulują rozwój bakterii probiotycznych w końcowym odcinku układu pokarmowego, okrężnicy, i dzięki temu poprawiają zdrowotność organizmów i tym samym ograniczają wiele tzw. chorób cywilizacyjnych. Ponadto, z artykułu Małgorzaty Wronkowskiej i Marii Soral-Śmietany pt. „Pea starch as a source of physically modified preparation with potential health-promoting activity Żywność 2(23) supl., 2000, znany jest sposób otrzymywania preparatu, gdzie skrobię grochową poddano procesom fizycznym takim, jak: kiełkowanie, cykle autoklawowania, cykle chłodzenia oraz odwodnienia poprzez suszenie rozpyłowe. Eksperymentalny preparat skrobi grochowej o strukturze krystalograficznej typu B, wykazujący charakter hydrofilowo-hydrofobowy, zawiera 30% skrobi amylazoopornej typu RS2/RS3. W wyniku badań in vitro oznaczono właściwości sorpcyjne w stosunku do niektórych biologicznych komponentów (drugorzędowe kwasy żółciowe, dezoksycholowego i taurocholowego oraz toksycznych metali - ołowiu i kadmu), a uzyskane wyniki mogą zostać zastosowane w „żywności funkcjonalnej”, jako składnik o znaczeniu zapobiegawczym w chorobach jelita.

Celem wynalazku jest opracowanie enzymatycznej technologii izolowania skrobi opornej z naturalnej skrobi grochowej, przemysłowo otrzymywanej skrobi grochowej, w formie suchego proszku lub wodnej zawiesiny, jako substratu w dalszych operacjach technologicznych.

Sposób według wynalazku polega na hydrolizie skrobi, frakcjonowaniu produktów reakcji i izolowaniu skrobi opornej poprzez wytworzenie zawiesiny ziarenek skrobiowych, o koncentracji ponad 10% s.s., po czym, uzyskaną zawiesinę miesza się z przemysłowo otrzymywanym enzymem amylolitycznym dekstrynizującym i przetrzymuje się w temperaturze w zakresie 60°C-105°C, w czasie do 60 godzin. Następnie, rozdziela się składniki nierozpuszczalne od rozpuszczalnych metodami fizycznymi: filtracyjnymi lub sedymentacyjnymi. Składniki o postaci nierozpuszczalnej, tj. frakcje skrobi nie podatnej na działanie hydrolizy, stanowią substrat do wytwarzania skoncentrowanego preparatu skrobi opornej grochowej, naturalnie występującej w nasionach a frakcje skrobi podatne na działanie hydrolizy przechodzą do formy rozpuszczalnej i stanowią hydrolizat maltodekstrynowy, jako mieszaninę cukrów: glukozy, maltozy, maltooligosacharydów oraz wyższych cukrów, które, po wysuszeniu, mogą stanowić handlowy preparat maltodekstrynowy, maltodekstrynę w proszku.

Okazało się, że składniki nierozpuszczalne, po odmyciu cukrów i innych składników rozpuszczalnych oraz usunięciu zanieczyszczeń, stanowią wilgotny osad, który, po wysuszeniu - jest gotowym preparatem o charakterze skrobi opornej RS, przy czym, zwiększenie zawartości skrobi opornej w preparacie, w stosunku do surowca, tj. skrobi wyjściowej, wyniesie 2-50-krotność, korzystnie 10-krotność. Ponadto, składniki rozpuszczalne bilansują się z całością składników i stanowią głównie cukry: glukozę, maltozę, maltooligosacharydy oraz cukry wyższe, które, po rafinacji i suszeniu, doprowadza się do postaci białego słodkiego proszku - gotowego preparatu maltodekstrynowego. Proporcja między suchą substancją preparatu skrobi opornej a suchą substancją preparatu maltodekstrynowego, wynosi 0,04 4,0, a połączone odcieki, w wyniku odmycia cukrów i innych składników rozpuszczalnych oraz nierozpuszczalnych w wyniku oczyszczania preparatów, a także przemian hydrolitycznych skrobi, stanowią zbilansowaną ilość suchej masy do surowca.

Przykład

W przykładzie zastosowano jako surowiec naturalną skrobię grochową o wilgotności 9,5%, zawartości białka 0,4%, popiołu 0,14% i tłuszczu 0,13%. Stosowano skrobię grochową w ilości 84 g (75 g s.s), uzupełniono wodą do 300 g i mieszano z dodatkiem enzymu alfa amylazy, dekstrynizującej (dawka 0,1 ml/100 g surowca). Proces amylolizy realizowano w temperaturze 90°C mieszając przez 4 godziny. Rozdzielono masę na 2 fazy z wykorzystaniem wirówki sedymentacyjnej, przy obrotach 40001/min przez 10 minut, w temperaturze 50-60°C. Otrzymano dwie warstwy (fazy): nierozpuszczalną (osad) i rozpuszczalną (supernatant), o zbliżonych objętościach, przy czym:

1) osad - o charakterze opalizującego, luźnego żelu, dwukrotnie przemyto wodą (obj. wody = obj. osadu) i odwirowano, uzyskując wilgotny osad (27 g), a po wysuszeniu w temperaturze 60°C - suchy proszek (8% wilg.) w ilości 3,3 g. Produkt stanowi naturalną skrobię; oporną grochową RS2, a w suchej substancji, w przeliczeniu na wprowadzoną skrobię wyjściową, wyliczono 12% wydajności. Uzyskana próbka proszku skrobi opornej została poddana analizie pod kątem zawartości skrobi opornej RS, wg metody MAGAZYME (jak wyżej). W procedurze analitycznej, próbkę skrobi opornej poddawano dwóm procedurom: pierwsza próbka została traktowano w temperaturze powyżej temperatury kleikowania (gotowanie w temp. ok 100°C) i oznaczono 34,1% RS, a w drugiej próbce niegotowanej (w temperaturze nie wyższej niż 50°C) oznaczono 32,6% RS. W odpowiednich próbkach surowca - wyjściowej skrobi grochowej - zarejestrowano odpowiednie wyniki - 4,3% RS i 3,2% RS. Wyniki te wskazują, że efektem działania na skrobię grochową wg sposobu, jest zwiększenie, w stosunku do skrobi wyjściowej, zawartości skrobi opornej RS odpowiednio 8 razy (dla skrobi poddawanej działaniu w temperaturze powyżej temperatury kleikowania skrobi) oraz 10 razy (dla skrobi poddawanej działaniu w temperaturze poniżej temperatury kleikowania). Wartości RS w dwóch próbkach (34,1% i 32,6%) różnią się niewiele, stąd można stwierdzić o stabilności temperaturowej preparatu. Ze względu na niepełne odmycie (jedynie dwukrotne przemycie osadu) składników nieskrobiowych w próbce, wyniki RS, w przeliczeniu na sumę skrobi opornej i nieopornej, byłyby wyższe.

2) supernatant - klarowny, niskolepki roztwór cukrów, wydzielony w wyniku pojedynczego wirowania, wykazuje się stężeniem (pomiar refraktometryczny) 24,7°Bx oraz ilość cukrów redukujących 5,92%. Ta charakterystyka oznacza, że równoważnik glukozowy DE wynosi ok. 24 a taki wskaźnik charakterystyczny jest dla wysoko scukrzonej maltodekstryny. Po wysuszeniu na suszarce rozpyłowej, uzyskano. 14,3 g s.s masy maltodekstryny - w odniesieniu do 25 g s.s. surowca, a wydajność wyniosła ok. 57%.

Sposobem według wynalazku, zgodnie z powyższym przykładem, przy zracjonalizowanym procesie w przemysłowych warunkach technologicznych, można uzyskać dwa równo cenne produkty handlowe: skrobię oporną RS i maltodekstrynę.

Claims (5)

1. Sposób izolowania skrobi opornej poprzez amylolizę i frakcjonowanie otrzymywanej skrobi z dojrzałych nasion roślin strączkowych, szczególnie grochu, znamienny tym, że w pierwszej kolejności wytwarza się zawiesinę ziarenek skrobiowych o koncentracji ponad 10% s.s., którą, następnie, poddaje się amylolizie, tj. hydrolizie za pomocą enzymów amylolitycznych, dekstrynizujących w temperaturze 60-105°C i czasie nie dłuższym niż 60 godzin i w końcowym etapie rozdziela się składniki nierozpuszczalne od rozpuszczalnych, przy czym składniki nierozpuszczalne stanowią substrat do wytwarzania skoncentrowanego preparatu skrobi opornej grochowej a składniki rozpuszczalne stanowią hydrolizat maltodekstrynowy.

2. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że składniki nierozpuszczalne, po odmyciu cukrów i innych składników rozpuszczalnych oraz usunięciu zanieczyszczeń, stanowią wilgotny osad, który, po wysuszeniu, jest gotowym preparatem o charakterze skrobi opornej RS a zwiększenie zawartości skrobi opornej w preparacie, w stosunku do surowca, tj. skrobi wyjściowej, wynosi 2-50-krotność, korzystnie 10-krotność.

3. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że składniki rozpuszczalne bilansują się z całością składników i stanowią głównie cukry: glukozę, maltozę, maltooligosacharydy oraz cukry wyższe, które, po rafinacji i suszeniu, doprowadza się do postaci białego, słodkiego proszku - gotowego preparatu maltodekstrynowego.

4. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że proporcja między suchą substancją preparatu skrobi opornej a suchą substancją preparatu maltodekstrynowego, wynosi 0,04 - 4,0.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że połączone odcieki, w wyniku odmycia cukrów i innych składników rozpuszczalnych oraz nierozpuszczalnych składników w wyniku oczyszczania preparatów a także przemian hydrolitycznych skrobi stanowią zbilansowaną ilość suchej masy do surowca.