RU2797428C2 - Способ регуляции образования сахара - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ получения пищевого продукта, содержащего гидролизованный крахмал, включает обеспечение исходного материала, содержащего и крахмал, и по меньшей мере один амилолитический фермент, обеспечение в качестве ингредиентов: воды, необязательно по меньшей мере одного дополнительного амилолитического фермента и необязательно одного или более других ингредиентов и их смешивание. Доводят температуру смеси до температуры в диапазоне от 55 до 75°C и выполняют одновременно высокосдвиговое перемешивание указанной смеси при помощи смесителя кольцевого слоя. Проводят инкубацию этой смеси до достижения желаемой степени гидролиза. В результате чего получают пищевой продукт, содержащий гидролизованный крахмал. Причем пищевой продукт имеет повышенное содержание мальтозы по сравнению с продуктами, полученными соответствующим способом, в котором не используют высокосдвиговое перемешивание при помощи смесителя кольцевого слоя. Изобретение обеспечивает хорошую обрабатываемость пищевого продукта. 9 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 6 пр.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу приготовления пищевого продукта, содержащего гидролизованный крахмал. В частности, настоящее изобретение относится к способу приготовления пищевого продукта, содержащего гидролизованный крахмал с повышенным содержанием мальтозы по сравнению со стандартными способами гидролиза. Преимущество способа, составляющего предмет настоящего изобретения, также заключается в обеспечении хорошей обрабатываемости пищевого продукта.

Предпосылки создания изобретения

Остро стоит вопрос, связанный с воздействием содержания сахара, в частности содержания сахарозы, в пищевых продуктах, поэтому часто желательно более низкое содержание данного вида сахара. Содержание сахара являются особенно важной проблемой в производстве пищевых продуктов для младенцев и/или детей, и в некоторых странах в соответствии с нормативно-правовыми требованиями добавление сахарозы полностью запрещено.

Исключение кристаллической сахарозы оказывает существенное влияние на обрабатываемость [композиций на зерновой основе, высушенных посредством вальцовой сушки], поскольку это приводит к снижению термопластичности пленки и, таким образом, отрицательно влияет на объемы выхода после вальцовой сушки. Компенсация потери термопластичности - сложная задача, и одно из возможных ее решений заключается в увеличении образования мальтозы в результате гидролиза муки для сохранения показателей производительности вальцовой сушки на том же уровне.

В современных производственных процессах для приготовления содержащих крахмал пищевых продуктов применяют амилолитические ферменты для разрушения крахмала и уменьшения вязкости продукта. Очень вязкие продукты с трудом поддаются обработке в производственной линии, поэтому крахмал подвергают воздействию ферментов, за счет чего уменьшают вязкость. Разложение крахмала также приводит к образованию дисахаридов, в частности мальтозы и других.

Для максимального увеличения образования мальтозы можно внедрить внепоточный процесс гидролиза, но такие производственные линии имеют высокую стоимость.

Следовательно, преимуществом обладал бы новый способ гидролиза крахмала, обеспечивающий образование увеличенных количеств мальтозы по сравнению со стандартным способом гидролиза.

Изложение сущности изобретения

Таким образом, объектом настоящего изобретения является обеспечение способа, позволяющего решить описанные выше проблемы предшествующего уровня техники, касающиеся содержания сахара в пищевых продуктах, включающих в себя гидролизованный крахмал. Более конкретно объектом настоящего изобретения является разработка способа, который обеспечивает пищевой продукт, содержащий гидролизованный крахмал с большими количествами мальтозы по сравнению со стандартными способами гидролиза.

Также объектом настоящего изобретения является разработка способа приготовления пищевого продукта, содержащего гидролизованный крахмал с большими количествами мальтозы по сравнению со стандартными способами гидролиза; при этом данный способ должен по-прежнему обеспечивать хорошую обрабатываемость пищевого продукта в процессе его приготовления.

Таким образом, один аспект изобретения относится к способу приготовления пищевого продукта, содержащего гидролизованный крахмал, причем указанный способ включает стадии:

a) обеспечения исходного материала, содержащего и крахмал, и по меньшей мере один амилолитический фермент,

b) обеспечения в качестве ингредиентов: воды, необязательно по меньшей мере одного дополнительного амилолитического фермента и необязательно одного или более других ингредиентов,

c) смешивания исходного материала со стадии a) и ингредиентов со стадии b),

d) доведения температуры смеси со стадии c) до температуры в диапазоне от 55 до 75 град. C, и

e) выполнения одновременно со стадией d) высокосдвигового перемешивания указанной смеси со стадии c),

f) инкубации смеси со стадии e) таким образом, чтобы достичь желаемой степени гидролиза, в результате чего получают пищевой продукт, содержащий гидролизованный крахмал.

Дополнительный аспект изобретения относится к пищевому продукту, который может быть получен или получен способами изобретения.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 представлена упрощенная схема установки внутрипоточного процесса гидролиза, на которой показано оборудование в соответствии со способом изобретения (смеситель кольцевого слоя - в настоящем документе сокращенно RLM) или стандартное оборудование (например, поточная установка, содержащая бак для гидролиза (ZL), оснащенный устройством прямого впрыска пара - в настоящем документе сокращенно DSI).

Настоящее изобретение будет более подробно описано ниже.

Подробное описание изобретения

Определения

До более подробного описания настоящего изобретения будут приведены определения указанных ниже терминов и условных обозначений.

Термин «градусы C», или «град. C», относится к градусам Цельсия.

Предполагается, что числовые диапазоны, используемые в настоящем документе, включают в себя каждое число и подмножество чисел, содержащееся в пределах этого диапазона, независимо от того, раскрыты они конкретно или нет. Дополнительно эти числовые диапазоны следует рассматривать как подтверждение пункта формулы изобретения, относящегося к любому числу или подмножеству чисел в этом диапазоне. Например, описание «от 1 до 10» следует рассматривать как подтверждающее диапазон «от 1 до 10» (включая 1 и 10), «от 2 до 8», «от 3 до 7», «от 1 до 9», «от 3,6 до 4,6», «от 3,5 до 9,9» и т.д. Все ссылки на характеристики или ограничения настоящего изобретения, приведенные в единственном числе, должны включать в себя соответствующую характеристику или ограничение во множественном числе и наоборот, если не указано иное или если в контексте, в котором дана ссылка, явно не подразумевается противоположное.

В контексте настоящего изобретения выражение «при температуре в диапазоне от X до Y» должно быть предназначено для указания любой температуры, которая находится между температурами X и Y, причем такие температуры X и Y также включены в диапазон, если конкретно не указано иное.

Термин «и/или», используемый в контексте «X и/или Y», следует интерпретировать как «X», или «Y», или «X и Y».

Все используемые в настоящем документе технические и научные термины, если не дано иное их определение, имеют общепринятое значение, понятное обычному специалисту в данной области.

Используемый в настоящем документе термин «крахмал» относится к макромолекулам полисахарида, используемых большинством растений для накопления энергии. Он состоит из большого количества звеньев глюкозы, соединенных гликозидными связями. Двумя высокомолекулярными компонентами крахмала являются амилоза и амилопектин. Крахмал можно обнаружить, например, в зерновых, клубневых и бобовых растениях. Примеры клубневых растений включают в себя картофель, сладкий картофель, маниоку, ямс и т.д. Примеры бобовых растений включают в себя фасоль (такую как фасоль пинто, красная фасоль, белая фасоль), горох, чечевицу, нут, арахис и т.д. При использовании термина «крахмал» в контексте настоящего изобретения он может означать крахмал из одного растительного источника или смесь крахмалов из различных растительных источников.

Используемый в настоящем документе термин «зерновые» относится к любому виду трав, культивируемых для получения пригодных в пищу компонентов из их зерна. Примерами зерновых растений являются пшеница, рис, кукуруза, ячмень, рожь, овес, гречиха, просо, киноа, сорго и т.д.

Используемый в настоящем документе термин «пищевой продукт» относится к готовому продукту, пригодному для употребления человеком, и/или к промежуточному препарату, предназначенному для выпуска готового продукта после того как он был подвергнут дополнительной (-ым) стадии (-ям) обработки, включая термическую обработку. Конкретными, не имеющими ограничительного характера, примерами готовых пищевых продуктов являются печенье, вафли, композиции на зерновой основе (завтрак и детская смесь), хлеб, хлебопекарные продукты, пицца, зерновой молочный напиток, детское питание и т.п. Конкретными, не имеющими ограничительного характера, примерами препарата, необходимого для получения готового продукта, после того как он был подвергнут дополнительной (-ым) стадии (-ям) обработки, являются различные виды жидкого теста, теста, суспензии и т.п.

В контексте настоящего изобретения «детские композиции на зерновой основе» определяют две основные категории: полноценный зерновой продукт, подлежащий растворению в воде, поскольку он уже содержит все необходимые доставляемые с пищей питательные вещества; и стандартный зерновой продукт, который необходимо разводить молоком, детской смесью, смесью для прикармливаемых детей и/или фосфолипидными эмульсиями (GUM).

В контексте настоящего изобретения термин «композиции на зерновой основе для всей семьи» определяет композиции, содержащие зерновые, для потребления детьми и взрослыми. Например, композиции на зерновой основе для всей семьи восстанавливают в молоке (цельном или обезжиренном) и потребляют в виде каши.

Используемый в настоящем документе термин «клейстеризация» относится к процессу набухания и вскрытия гранул крахмала, в котором разрушают межмолекулярные связи молекул крахмала в грануле крахмала, приводя к связыванию воды и необратимому растворению гранулы крахмала в воде. Определение температуры клейстеризации хорошо известно специалисту в данной области и может быть выполнено, например, посредством высокотемпературной микроскопии Кофлера (см. дополнительно таблицу 1 и примечания) или, например, с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC).

Температура клейстеризации относится к температуре (или диапазону температур), при которой клейстеризуют крахмал. Из различных видов растений получают виды крахмала, которые могут иметь различные температуры клейстеризации, и они хорошо известны специалистам в данной области. Диапазоны температур клейстеризации для некоторых видов крахмала приведены ниже в таблице 1 в качестве примера.

Таблица 1. Типичные температуры клейстеризации для некоторых видов крахмала

Тип крахмала	Диапазон температуры клейстеризации (°C)*
Пшеница	58–61–64
Рис	68–74–78
Маис (кукуруза)	62–67–72
Картофель	58–63–68
Тапиока	59–64–69
Восковая кукуруза	63–68–72
Сорго	68–74–78

* Определяли методом высокотемпературной микроскопии Кофлера (начало — средняя точка — конечная точка) (таблица 8.1 «Starch: Chemistry and Technology», edited by James BeMiller and Roy Whistler, Food Science and Technology International Series, Third edition 2009).

Используемый в настоящем документе термин «амилолитические ферменты» относится к любому ферменту, способному к преобразованию крахмала в декстрины и сахар (моно- или дисахариды). Примеры амилолитических ферментов включают в себя амилазы и пуллуланазу. Примеры амилаз включают в себя альфа-амилазы, бета-амилазы, гамма-амилазы.

Способ изобретения

В стандартных способах приготовления содержащих крахмал продуктов проблему создает вязкость крахмала. Во избежание повышения вязкости часто осуществляют ферментативный гидролиз крахмала, который может среди прочего приводить к образованию мальтозы. Настоящее изобретение основано на неожиданном открытии, доказывающем, что реализация способа изобретения на практике позволяет получать пищевой продукт, содержащий гидролизованный крахмал с повышенным содержанием мальтозы по сравнению со стандартными способами гидролиза.

Считается, что образование мальтозы является результатом действия двух типов ферментов, действующих синергетически: (1) эндогенных β-амилаз пшеничной муки, непосредственно образующих мальтозу; (2) добавленной BAN (α-амилазы), образующей декстрины (на которые воздействуют β-амилазы) и мальтозу в меньших количествах. Без ограничения теорией считается, что каждая температура приводит к различному сочетанию уровней активности фермента (поскольку фермент являются чувствительными к температуре), и, таким образом, был определен различный баланс между активностями упомянутых выше типов (1) и (2) и, следовательно, различные степени образования мальтозы.

В исследованиях, проведенных авторами изобретения, неожиданно было обнаружено, что образование мальтозы зависит от условий смешивания, применяемых на стадии e). В частности, в результате выяснилось, что в условиях высокосдвигового перемешивания образование мальтозы можно дополнительно увеличить при температуре в диапазоне от 55 до 75 град. C. Без ограничения теорией считается, что при высоком сдвиге перемешивание получается более эффективным, а связанное с ним распределение температур в пределах оборудования получается более однородным (распределение по более узкой кривой температур). Таким образом, более низкие уровни мальтозы, получаемые при использовании высокосдвигового смесителя (в частности, при использовании смесителя кольцевого слоя) при температуре в диапазоне от 55 до 75 град. C, можно объяснить более узким распределением температур в пределах оборудования и получением более высокой фракции суспензии, которая подвергается воздействию температуры 65°C, при которой, по-видимому, образуется преимущественно мальтоза (как показано в результатах примера 4).

В частности, авторы изобретения неожиданно обнаружили, что при использовании способа, составляющего предмет настоящего изобретения, который работает при температуре в диапазоне от 55 до 75 град. C при высокосдвиговом перемешивании, образуются более высокие количества мальтозы.

Авторы изобретения также неожиданно обнаружили, что при использовании способа, составляющего предмет настоящего изобретения, можно обеспечить хорошую обрабатываемость суспензии, которая подвергается процессу вальцовой сушки. Как показано в примере 6 настоящего изобретения, неожиданно было обнаружено, что приемник, полученный в соответствии со способом, составляющим предмет настоящего изобретения, имеет свойство образовывать пузырьки.

Образующий пузырьки приемник в двухцилиндровой вальцовой сушилке является ключевым условием обработки для формирования хорошей пленки при последующей вальцовой сушке. Образование пузырьков в приемнике позволяет перемешивать суспензию внутри приемника и предотвращает засыхание поверхности. Если приемник не образует пузырьков, как правило, требуется повышение содержания воды в суспензии во избежание засыхания поверхности и проблем с вальцовой сушкой с последующим понижением общего содержания твердых веществ. Понижение общего содержания твердых веществ нежелательно, поскольку оно приводит к сокращению выхода.

Таким образом, в одном варианте осуществления способ изобретения относится к способу приготовления пищевого продукта, содержащего гидролизованный крахмал, причем указанный способ включает стадии:

a) обеспечения исходного материала, содержащего и крахмал, и по меньшей мере один амилолитический фермент,

b) обеспечения в качестве ингредиентов: воды, необязательно по меньшей мере одного дополнительного амилолитического фермента и необязательно одного или более других ингредиентов,

c) смешивания исходного материала со стадии a) и ингредиентов со стадии b),

d) доведения температуры смеси со стадии c) до температуры в диапазоне от 55 до 75 град. C, и

e) выполнения одновременно со стадией d) высокосдвигового перемешивания указанной смеси со стадии c),

f) инкубации смеси со стадии e) таким образом, чтобы достичь желаемой степени гидролиза, в результате чего получают пищевой продукт с гидролизованным крахмалом.

В одном аспекте способ изобретения обеспечивает пищевой продукт, содержащий гидролизованный крахмал, который содержит более высокие количества мальтозы, чем пищевой продукт, получаемый посредством стандартных способов, не включающих в себя высокосдвиговое перемешивание на стадии e).

Исходный материал

Способ изобретения подразумевает обеспечение исходного материала, содержащего как крахмал, так и по меньшей мере один амилолитический фермент.

Некоторые варианты осуществления относятся к способам в соответствии с настоящим изобретением, в которых исходный материал представляет собой препарат растительного происхождения, такой как препарат из части растения, содержащей большую часть гранул для запасания крахмала растением. В некоторых вариантах осуществления такие препараты могут также включать в себя другие части растения, такие как стебли, листья и т.д. Как правило, такие препараты растительного происхождения также содержат по меньшей мере один амилолитический фермент.

В конкретных вариантах осуществления исходный материал представляет собой сухой препарат растительного происхождения, такой как мука. Таким образом, исходный материал может быть выбран из муки из одного или более зерен, такой как мука, выбранная из пшеничной муки, рисовой муки, кукурузной муки, ячменной муки, ржаной муки, овсяной муки, гречневой муки, просяной муки, муки из киноа, муки из сорго; муки, изготовленной из одного или более клубневых растений, таких как картофель, маниока; муки, изготовленной из бобовых растений, такой как гороховая мука; или их комбинаций.

В одном варианте осуществления исходный материал содержит по меньшей мере часть пшеничной муки.

Используемый в настоящем документе термин «сухой» означает содержание в воды в диапазоне от 0,01 до 20% масс./масс., например от 0,01 до 16% масс./масс., от 0,01 до 15% масс./масс., от 0,01 до 12% масс./масс., от 0,01 до 8% масс./масс., от 0,01 до 5% масс./масс., от 0,01 до 3% масс./масс., такой диапазон в % масс./масс., как от 0,01 до 0,5% масс./масс. или, например, по существу, отсутствие воды. Например, пшеничная мука может содержать до 15% влаги (масс./масс.), например от 12 до 15% масс./масс., от 12 до 14% масс./масс. или от 12 до 13% масс./масс., и ее считают сухим препаратом растительного происхождения.

Используемый в настоящем документе термин «мука» относится к продукту размалывания. Размер частиц или распределение частиц муки по размерам не считают определяющими критериями для способа. Препараты растительного происхождения в форме муки, пригодные для использования в качестве исходного материала для производства гидролизованного крахмала, известны в данной области, и их выбор также находится в рамках квалификации специалистов в данной области.

Эндогенные амилолитические ферменты

Исходный материал для способа изобретения содержит и крахмал, и по меньшей мере один амилолитический фермент. Этот по меньшей мере один амилолитический фермент, присутствующий в исходном материале, может представлять собой эндогенный амилолитический фермент. Другими словами, исходный материал может содержать амилолитические ферменты, которые добавляют не посредством вмешательства человека, а скорее экстрагируют совместно с крахмалом (гранулами) из материала растительного происхождения, т.е. эндогенные амилолитические ферменты. Примеры эндогенных амилолитических ферментов включают в себя альфа-амилазы, бета-амилазы и гамма-амилазы. В одном варианте осуществления эндогенные амилолитические ферменты представляют собой бета-амилазы.

В одном варианте осуществления изобретение относится к способу в соответствии с изобретением, в котором на стадии d) температуру смеси со стадии c) доводят до температуры в диапазоне от 55 до 75 град. C. Такое доведение температуры выполняют одновременно с воздействием на смесь со стадии c) высокосдвиговым перемешиванием, как описано на стадии е).

Обеспечение воды

Способ изобретения включает в себя обеспечение воды и смешивание с исходным материалом. Для ферментативного гидролиза крахмала необходимо наличие воды. Если исходный материал предоставлен в сухой форме, такой как, например, сухой препарат растительного происхождения, такой как, например, мука растительного происхождения, воду можно обеспечивать посредством одного или более из впрыска пара, добавления воды, обеспечения дополнительного водного ингредиента, обеспечения водного раствора из по меньшей мере одного дополнительного амилолитического фермента или их комбинаций.

Если исходный материал находится не в сухой форме, а содержит более 20% масс./масс. воды или, например, более 15% масс./масс. воды, можно считать, что вода частично обеспечена исходным материалом. В некоторых вариантах осуществления дополнительное количество воды может быть также обеспечено, например, посредством одного или более из впрыска пара, добавления воды, обеспечения дополнительного водного ингредиента, обеспечения водного раствора из по меньшей мере одного дополнительного амилолитического фермента или их комбинаций.

В конкретных вариантах осуществления обеспечение воды включает в себя обеспечение воды в форме пара. В конкретных вариантах осуществления воду в форме пара обеспечивают посредством впрыска пара, например посредством прямого впрыска пара. В других вариантах осуществления воду в форме пара обеспечивают посредством нагнетания пара (при этом ингредиенты распыляют в атмосфере пара). Прямой впрыск пара имеет преимущество, состоящее в быстром нагревании смеси исходного материала, необязательно воды, полученной из вышеупомянутых других источников, по меньшей мере одного дополнительного амилолитического фермента и любых необязательных дополнительных ингредиентов одновременно с добавлением воды.

Прямой впрыск пара может быть достигнут любым подходящим средством, и выбор такого средства находится в рамках квалификации специалиста в данной области.

В одном варианте осуществления при обеспечении воды по меньшей мере частично в форме пара такую подачу пара можно осуществлять одновременно со стадиями d) и e).

Некоторые варианты осуществления относятся к способу в соответствии с изобретением, в котором указанная смесь (стадия c) характеризуется общим содержанием твердых веществ в диапазоне от 20 до 60% масс./масс., например от 30 до 60% масс./масс., например от 35 до 60% масс./масс., например от 40 до 60% масс./масс., например от 45 до 60% масс./масс., например от 50 до 60% масс./масс., например от 55 до 60%; или, например, от 20 до 55% масс./масс., от 20 до 50% масс./масс., от 20 до 40% масс./масс.; или, например, от 30 до 50% масс./масс. или от 30 до 40% масс./масс.

Дополнительные амилолитические ферменты

Способ изобретения включает стадию, на которой к исходному материалу добавляют необязательно по меньшей мере один дополнительный амилолитический фермент и перемешивают вместе с исходным материалом. Таким образом, на стадии b) может быть обеспечен амилолитический фермент, который является дополнением к амилолитическому ферменту, обеспеченному на стадии a), и все ингредиенты перемешивают на стадии c).

В некоторых вариантах осуществления обеспечивают по меньшей мере один дополнительный амилолитический фермент в дополнение к эндогенному амилолитическому ферменту, обеспеченному на стадии a).

По меньшей мере один дополнительный амилолитический фермент может представлять собой любой подходящий амилолитический фермент, например амилазу (такую как альфа-амилаза и/или бета-амилаза) и/или пуллуланазу. В конкретных вариантах осуществления по меньшей мере один дополнительный амилолитический фермент представляет собой одно или более из альфа-амилазы и бета-амилазы. В конкретных вариантах осуществления по меньшей мере один дополнительный амилолитический фермент представляет собой одну альфа-амилазу. В некоторых вариантах осуществления изобретение относится к способу в соответствии с изобретением, в котором указанный по меньшей мере один дополнительный амилолитический фермент содержит амилазу, например альфа-амилазу, не являющуюся эндогенной для обеспеченного исходного материала, или состоит из нее.

Как упомянуто выше, этот по меньшей мере один дополнительный амилолитический фермент может быть обеспечен в виде водного раствора.

Амилолитические ферменты доступны в продаже, и их поставляют несколько дистрибьюторов, например компании DuPont, Novozymes, DSM, BioCatalysts.

Дополнительные ингредиенты

В некоторых вариантах осуществления изобретения включают один или более других ингредиентов. Одним или более дополнительных ингредиентов может быть любой подходящий для продуктов ингредиент. В конкретных вариантах осуществления один или более других ингредиентов, добавляемых на стадии b), не подвергаются отрицательному влиянию со стороны температуры и высокосдвигового перемешивания со стадии d) и e). Примерами одного или более других ингредиентов могут быть жиры, такие как растительные масла, источники белков или аминокислот, источники углеводов, такие как сахара и/или пребиотики, минеральные вещества, витамины и т.п.

В некоторых вариантах осуществления способа сам пищевой продукт, полученный способом изобретения, является готовым пищевым продуктом. В таких вариантах осуществления на стадии b) обеспечивают по меньшей мере один другой ингредиент, такой как один или более ингредиентов, таких как, например, жиры, такие как растительные масла, источники белков или аминокислот, источники углеводов, такие как натуральные или рафинированные сахара, и/или пребиотики, минеральные вещества, фруктовые ингредиенты, ингредиенты на молочной основе и витамины. В одном варианте осуществления жиры, такие как масла, обеспечивают на стадии b).

Смешивание и предварительное смешивание

Способ изобретения включает стадию смешивания исходного материала стадии a) и ингредиентов стадии b).

Это смешивание не считают определяющим критерием, и поэтому оно может быть выполнено в любой подходящей форме. Выбор способа смешивания находится в рамках квалификации специалиста в данной области.

В некоторых вариантах осуществления способа в соответствии с изобретением стадию c) смешивания исходного материала со стадии а) и ингредиентов со стадии b) выполняют до стадии d). Это означает, что исходный материал и ингредиенты смешивают перед доведением температуры, которое осуществляют на стадии d). Это называют «предварительным смешиванием».

Однако нет необходимости в предварительном смешивании ингредиентов: сухие ингредиенты и воду можно напрямую подавать внутрь высокосдвигового смесителя, такого как смеситель кольцевого слоя.

В других конкретных вариантах осуществления стадия c) смешивания происходит одновременно со стадией d). Например, исходный материал стадии a) и ингредиенты стадии b) можно подавать в контейнер, в котором проводят нагревание и в котором в то же время происходит смешивание. В одном варианте осуществления стадии c), d) и e) проводят одновременно в смесителе кольцевого слоя.

Регулирование температуры на стадии d)

Способ изобретения включает стадию d), на которой температуру смеси, полученной на стадии c), доводят до температуры в диапазоне от 55 до 75 град. C, например в диапазоне от 60 до 70 град. C. Температуру доводят одновременно с высокосдвиговым перемешиванием смеси.

В некоторых вариантах осуществления степень клейстеризации крахмала выше 40% масс./масс., например выше 50% масс./масс., например выше 55% масс./масс.

В конкретных вариантах осуществления стадию d) (доведение температуры смеси со стадии c) до температуры в диапазоне от 55 до 75 град. C, например в диапазоне от 60 до 70) выполняют посредством прямого впрыска пара.

Высокосдвиговое перемешивание

Способ изобретения включает стадию воздействия на смесь со стадии c) высокосдвиговым перемешиванием, например, с помощью высокосдвигового смесителя.

Высокосдвиговое перемешивание можно продолжать в течение периода времени от 0,5 секунды до 10 минут, например от 1 секунды до 10 минут, например от 1 секунды до 5 минут, например от 1 секунды до 3 минут, например от 1 секунды до 120 секунд, например от 1 секунды до 90 секунд, например от 1 секунды до 60 секунд.

Высокосдвиговое перемешивание можно выполнять так, чтобы гомогенизировать смесь за период времени от 1 секунды до 10 минут, например от 1 секунды до 5 минут, например от 1 секунды до 3 минут, например от 1 секунды до 120 секунд, например от 1 секунды до 90 секунд, например от 1 секунды до 60 секунд.

В конкретных вариантах осуществления высокосдвиговое перемешивание выполняют так, чтобы гомогенизировать смесь за период времени от 1 секунды до 50 секунд, например от 1 секунды до 40 секунд, от 1 секунды до 30 секунд.

В этом контексте гомогенизация означает, что происходит набухание и диспергирование, предпочтительно однородное, гранул крахмала в среде.

Указанное высокосдвиговое перемешивание выполняют одновременно с регулированием температуры, обсуждаемым выше. Согласно обсуждениям считают, что осуществляемые одновременно доведение температуры и высокосдвиговое перемешивание содействуют обеспечению гидролиза крахмала, при этом усиливая образование мальтозы до максимума.

Сдвигающие усилия представляют собой несвязанные усилия, толкающие одну часть тела в одном направлении, а другую часть тела - в противоположном направлении.

В некоторых вариантах осуществления изобретение относится к способам изобретения, в которых указанное высокосдвиговое перемешивание на стадии е) может быть достигнуто с помощью высокосдвигового смесителя. Высокосдвиговые смесители диспергируют ингредиент или смесь ингредиентов внутрь основной непрерывной фазы, например твердой, полужидкой или жидкой фазы. Как правило, для создания высокого сдвига используют подвижный ротор или крыльчатку вместе с неподвижным компонентом, известным как статор. Таким образом, высокосдвиговый смеситель может быть определен как смеситель, включающий в себя ротор и по меньшей мере один статор. Примеры высокосдвиговых смесителей хорошо известны специалистам в данной области и включают в себя, например, смесители кольцевого слоя.

Не имеющими ограничительного характера примерами высокосдвиговых смесителей в соответствии с настоящим изобретением являются: смеситель кольцевого слоя, гомогенизатор, лопастной смеситель, ножевой смеситель, пеллетизатор, гранулятор и высокосдвиговый насос-диспергатор.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения высокосдвиговое перемешивание на стадии e) не является экструдером. В одном варианте осуществления высокосдвиговый смеситель в соответствии с настоящим изобретением не является экструдером.

Используемый в настоящем документе термин «высокосдвиговое перемешивание» может быть определен как перемешивание, при котором достигают такого сдвига, который может быть достигнут с помощью смесителя кольцевого слоя, например, в условиях, описанных в примерах.

Смеситель кольцевого слоя

Можно использовать любое устройство, которое позволяет достигать высокосдвигового перемешивания, а также обеспечивать одновременное регулирование температуры.

Конкретные варианты осуществления изобретения относятся к способам в соответствии с изобретением, в которых высокосдвигового перемешивания на стадии e) достигают при помощи высокосдвигового смесителя, в частности смесителя кольцевого слоя.

Смеситель кольцевого слоя обеспечивает высокие периферийные скорости. Полученная центробежная сила выводит продукт наружу в кольцевой слой на боковой стенке сосуда. Высокосдвиговое перемешивание обеспечивает высокую разность скоростей вращающегося перемешивающего устройства и смесительного барабана в сочетании с использованием различных перемешивающих элементов.

При использовании смесителя кольцевого слоя легко осуществлять прямой впрыск пара, что является дополнительным преимуществом использования смесителя кольцевого слоя. Это связано с тем фактом, что впрыск можно осуществлять при атмосферном давлении.

Некоторые варианты осуществления относятся к способу в соответствии с изобретением, в котором стадии от c) до e) выполняют в смесителе кольцевого слоя. В других вариантах осуществления стадии от c) до по меньшей мере частично стадии f) включительно выполняют в смесителе кольцевого слоя

Конкретные варианты осуществления относятся к способам изобретения, в которых стадии от a) до e) выполняют в смесителе кольцевого слоя. Как упомянуто ниже, другие варианты осуществления относятся к способам изобретения, в которых стадии от a до c) выполняют до использования смесителя кольцевого слоя (т.е. стадия предварительного смешивания), а стадии от d) до e) выполняют в смесителе кольцевого слоя.

Другие конкретные варианты осуществления относятся к способу изобретения, в котором для доведения температуры на стадии d) используют прямой впрыск пара, а для высокосдвигового перемешивания на стадии e) используют смеситель кольцевого слоя.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения скорость смесителя кольцевого слоя может находиться в диапазоне от 500 до 2500 об/мин.

Инкубация

Способ в соответствии с изобретением включает стадию f) инкубации смеси, полученной посредством высокосдвигового перемешивания со стадии e) так, чтобы достичь желаемой степени гидролиза.

Данная стадия инкубации относится к стадии, на которой смесь со стадии e) выдерживают при определенной температуре в течение определенного периода времени. Эта инкубация позволяет ферментам действовать, чтобы гидролизовать крахмал. В некоторых вариантах осуществления в период инкубации может также происходить перемешивание. Перемешивание предотвращает осаждение и/или способствует равномерному и стабильному температурному профилю. В конкретных вариантах осуществления перемешивание на стадии f) не является высокосдвиговым перемешиванием.

В некоторых вариантах осуществления инкубацию на стадии f) проводят при температуре в диапазоне от 55 до 75 град. C, например в диапазоне от 60 до 70 град. C; в течение периода времени в диапазоне от 1 минуты до 24 часов, например от 1 минуты до 12 часов, например от 1 минуты до 10 часов, например от 1 минуты до 8 часов, например от 1 минуты до 7 часов, например от 1 минуты до 6 часов, например от 1 минуты до 5 часов, например от 1 минуты до 4,5 часа, например от 1 минуты до 4 часов, например от 1 минуты до 3,5 часа, например от 1 минуты до 3 часов, например от 1 минуты до 2,5 часа, например от 1 минуты до 120 минут, например от 2 минут до 80 минут, например от 10 минут до 80 минут, от 10 до 60 минут; или, например, от 1 минуты до 10 минут, от 1 до 8 минут, или от 1 до 5 минут, или, например, от 2 минут до 10 минут.

Дополнительные стадии

Прочие дополнительные варианты осуществления относятся к способу в соответствии с изобретением, дополнительно включающему стадию g) дополнительной термической обработки смеси, полученной посредством высокосдвигового перемешивания в соответствии со стадиями от a) до f).

Цель термической обработки на стадии g) состоит в снижении микробиологической нагрузки продукта, а также в инактивации ферментов, включая по меньшей мере один дополнительный амилолитический фермент со стадии b). Таким образом, температура и период времени термической обработки со стадии g) будут выбраны с целью выполнения этих двух требований, и они могут быть выполнены при помощи любого подходящего средства. Выбор средства, а также соответствующих температуры и времени рассматривают в рамках квалификации специалистов в данной области. Термическую обработку со стадии g) можно выполнять, например, посредством доведения температуры гомогенизированной смеси до температуры в диапазоне от 90 до 170 градусов Цельсия в течение периода времени от 2 секунд до 5 минут.

В конкретных вариантах осуществления температуру на стадии g) доводят до температуры в диапазоне от 100 до 140 градусов C в течение периода времени от 4 секунд до 60 секунд.

В некоторых конкретных вариантах осуществления термическую обработку со стадии g) выполняют посредством прямого впрыска пара.

Термическую обработку со стадии g) можно выполнять после стадии е), например непосредственно после стадии e).

Способ изобретения может дополнительно включать одну или более дополнительных стадий, в которых в смесь добавляют еще один или более дополнительных ингредиентов. Этими ингредиентами может быть любой подходящий ингредиент для производимого пищевого продукта. В частности, ингредиенты, которые желательно включать в готовый пищевой продукт, но которые могут быть подвергнуты отрицательному воздействию, например, нагревания и/или высокосдвигового перемешивания со стадий c) и d), могут быть преимущественно добавлены в момент после этих указанных стадий. Примеры ингредиентов, которые могут быть подвергнуты отрицательному воздействию, включают в себя термочувствительные питательные вещества, такие как термочувствительные витамины и/или пробиотики. Например, еще один или более дополнительных ингредиентов можно добавлять после стадии е), например после стадии е) и перед стадией f), или, например, непосредственно после стадии e), или, например, непосредственно после стадии e) и перед стадией f). В некоторых вариантах осуществления еще один или более дополнительных ингредиентов можно добавлять после стадии f), например непосредственно после стадии f) и перед любыми дополнительными стадиями. Специалист в данной области определит требования к традиционным ингредиентам, включая термочувствительные питательные вещества, и сможет определить, в какой момент их можно добавлять.

В некоторых вариантах осуществления способ изобретения дополнительно включает стадию i) охлаждения смеси, полученной на предшествующей стадии. Охлаждение можно выполнять с помощью любых подходящих средств и можно выполнять, например, до температуры в диапазоне от -20 градусов C до 18 градусов C, в таком как, например от 0 до 10 градусов C, в таком как от 0 до 5 градусов C.

В некоторых вариантах осуществления способ изобретения дополнительно включает стадии сушки, например вальцовой сушки, и размалывания с целью получения высушенного продукта, который может быть восстановлен перед применением.

В одном варианте осуществления, в котором необязательные ингредиенты добавляют на стадии b), способ включает стадию сушки j). Сушку определяют как применение нагрева в контролируемых условиях для удаления воды, присутствующей в жидких или полужидких пищевых продуктах, и получения твердых продуктов.

В одном варианте осуществления такой стадией j) является стадия вальцовой сушки.

Принцип процесса вальцовой сушки (или барабанной сушки) заключается в том, что тонкую пленку материала наносят на гладкую поверхность непрерывно вращающегося, нагреваемого паром металлического барабана. Пленку высушиваемого материала непрерывно счищают неподвижным ножом, расположенным напротив точки нанесения жидкого или полужидкого материала. Сушилка состоит из одного барабана или пары барабанов с дублировочными роликами или без них.

Вальцовая сушка является стандартной методикой сушки в данной области. Специалист в данной области сможет выбрать соответствующую температуру и скорость вальцовой сушки для приготовления пищевых продуктов в соответствии со способом изобретения.

В таком варианте осуществления полученный продукт может представлять собой готовый продукт на зерновой основе для детей или для всей семьи для употребления в виде каши после восстановления, как описано выше.

Продукт, полученный способом

Во втором аспекте изобретение относится к пищевому продукту, полученному способом в соответствии с изобретением. В одном варианте осуществления данного аспекта изобретение относится к продукту, полученному способом в соответствии с изобретением.

Пищевой продукт в соответствии с изобретением может быть описан как содержащий гидролизованный крахмал и имеющий повышенное содержание мальтозы. Термин «повышенное содержание мальтозы» в данном контексте означает количества мальтозы, увеличенные по сравнению с количествами мальтозы, полученными в результате гидролиза крахмала стандартными способами, такими как способ, описанный в примере 1. В частности, количество мальтозы увеличено по сравнению со способами гидролиза крахмала, которые не включают стадии d) и e) способа настоящего изобретения.

В конкретных вариантах осуществления изобретение относится к продукту в соответствии с изобретением, в котором увеличение количества присутствующей мальтозы составляет до 100%, например до 90%, например до 80%, например до 70% по сравнению со стандартными способами, например, показанными в примере 5 (76%).

В других вариантах осуществления изобретение относится к продукту в соответствии с изобретением, содержащему от 1 до 19%, например от 1 до 15% или от 15 до 19%, или, например, от 5 до 10% количества мальтозы, присутствующей в соответствующем продукте, полученном стандартным способом. В дополнительных вариантах осуществления изобретение относится к продукту, содержащему более 9% масс./масс., например от 9 до 12% масс./масс., от 9 до 19% или от 16 до 30% масс./масс. мальтозы.

Продукт изобретения может представлять собой жидкий продукт, содержащий гидролизованный крахмал, или жидкость может быть высушена. Продукт может представлять собой ингредиент или полноценный пищевой продукт.

В некоторых вариантах осуществления способа полученный пищевой продукт представляет собой промежуточный продукт. Это означает, что полученный пищевой продукт сам по себе является ингредиентом и как таковой будет дополнительно подвергнут переработке, например, посредством объединения с дополнительными ингредиентами, с получением готового пищевого продукта.

Готовый пищевой продукт означает пищевой продукт, продаваемый потребителю. Примеры готовых пищевых продуктов включают в себя детские смеси (например, в форме порошка или готовые к употреблению), композиции на зерновой основе, напитки и т.п.

Следует отметить, что варианты осуществления и элементы, описанные в контексте одного из аспектов настоящего изобретения, также применимы к другим аспектам изобретения.

Все патентные и непатентные ссылки, цитируемые в настоящей заявке, настоящим полностью включены путем ссылки.

Настоящее изобретение будет дополнительно подробно описано в представленных ниже примерах, не имеющих ограничительного характера.

Примеры

Сравнительный пример 1. Стандартная установка для внутрипоточного гидролиза

В данном примере стандартного внутрипоточного процесса гидролиза (в котором гидролиз выполняют параллельно с производством готового пищевого продукта) пшеничную муку, воду и необязательно другие ингредиенты (например, сахарозу, растительные масла и т.д.) смешивают в баке для приготовления. Впоследствии суспензию закачивают в трубки. Раствор альфа-амилазы впрыскивают внутрипоточно; затем впрыскивают пар до достижения оптимальной температуры для активности ферментов (например, 65 град. C). Альфа-амилазу также можно добавлять в исходный резервуар для периодического смешивания и приготовления в жидком состоянии. Затем суспензию дополнительно подвергают обработке при этой оптимальной температуре в течение продолжительности пребывания (соответствующей инкубации со стадии f) в зависимости от требуемой степени гидролиза (например, от 2 до 10 минут), после чего подвергают окончательной термической обработке из гигиенических соображений и с целью инактивации ферментов (например: выше 120°C в течение 20 с). Впоследствии суспензию (содержащую около 45 мас.%. твердых веществ) подвергают обработке вальцовой сушкой (стадия термической обработки, соответствующая стадии j) в соответствии со способом изобретения) для обеспечения готового пищевого продукта, который впоследствии можно размалывать и упаковывать для коммерческого применения.

Обработку вальцовой сушкой выполняют в двухцилиндровой вальцовой сушилке при температуре в диапазоне 150–190 град. C (например, от 185 до 190 град. C) и со скоростью в диапазоне от 0,5 до 5 об/мин (например, от 1 до 2 об/мин).

Пример 2. Способ изобретения во внутрипоточном гидролизе

Способ изобретения также может быть включен в способ приготовления готового пищевого продукта в качестве внутрипоточного способа гидролиза.

В одном примере способа в соответствии с изобретением стандартные стадии «дозирование фермента — впрыск пара — инкубация», как описано выше в примере 1, заменяют смесителем кольцевого слоя (RLM).

Используют RLM вместимостью 10 литров со скоростью, заданной в диапазоне от 400 до 3000 об/мин (например, от 1500 до 2000 об/мин). RLM имеет различные входные каналы, причем первый входной канал используют для введения смеси ингредиентов, а второй входной канал — для раствора фермента. Пар впрыскивают через третий входной канал. Пар используют для доведения температуры смеси муки и фермента в баке до температуры 65 градусов Цельсия согласно измерениям датчика. Таким образом, смесь ингредиентов нагревают и гомогенизируют. Полученную в результате обработанную смесь переносят из смесителя кольцевого слоя в трубчатый выдерживатель. Обработанную смесь инкубируют при 65 градусах C в течение более продолжительного времени, чем 1 минута, для обеспечения дополнительного гидролиза под действием ферментов.

Ключевой характеристикой данного высокосдвигового смесителя является его способность осуществлять смешивание с паром и амилазой.

На фиг. 1 представлена упрощенная схема установки внутрипоточного процесса гидролиза, на которой показано оборудование в соответствии со способом изобретения (смеситель кольцевого слоя - RLM) или стандартное оборудование (например, статический смеситель - ZL).

Сравнительный пример 3. Стандартная установка для внутрипоточного гидролиза, осуществляемого при альтернативных температурах

С целью сравнения данного образца с образцами, полученными в соответствии со способом изобретения, образцы композиции на зерновой основе, высушенные посредством вальцовой сушки, готовили, как описано в примере 1, но при температуре 40 град. C или 80 град. C.

Сравнительный пример 4. Стандартная установка для внутрипоточного гидролиза, осуществляемого с использованием смесителя кольцевого слоя при альтернативных температурах

С целью сравнения данного образца с образцами, полученными в соответствии со способом изобретения, образцы композиции на зерновой основе, высушенные посредством вальцовой сушки, готовили, как описано в примере 2, но при температуре 40 или 80 град. C.

Пример 5. Сравнение содержания мальтозы

Снижение содержания мальтозы количественно определяли в различных установках со смесителем кольцевого слоя [в установке, описанной в сравнительных примерах 1 или 3)] и без смесителя кольцевого слоя [в установке, описанной в примере 2].

Профиль сахаров (методом высокоэффективной анионообменной хроматографии) анализировали в прототипах, высушенных посредством вальцовой сушки (полученных аналогично описанным выше в примерах и представленных в таблице 1)

Таблица 1. Количества мальтозы

	80°C	65°C	40°C
ZL (Memil, стандартный)	7,81% (Пр. 3)	9,25% (Пр. 1)	4,79% (Пр. 3)
RLM	2,37% (Пр. 4)	13,5% (изобретение)	2,81% (Пр. 4)

В таблице 1 показано, что количество мальтозы, полученное в установке, в которой используют высокосдвиговый смеситель (смеситель кольцевого слоя) наряду с температурой 65 град. C, существенно увеличено по сравнению с полученным в стандартной (и со смесителем кольцевого слоя) установке при всех температурах.

Пример 6. Сравнение характера работы приемника

Исследовали характер работы приемника в двухцилиндровом оборудовании применительно к суспензиям, полученным для примеров с 1 по 4, как описано выше, перед вальцовой сушкой. Полученные результаты представлены ниже в таблице 2.

Таблица 2

Поточная установка	T [°C]	Двухцилиндровый приемник	Макс. общее содержание твердых веществ (%)	Мальтоза в зерновом порошке (содержащем 75% муки) (г/100 г)
ZL (Memil)	80	Пузырьки пара не образуются	48	7,81
	65	Образующий пузырьки	50	9,25
	40	Образующий пузырьки	50	4,79
RLM	80	Пузырьки пара не образуются	48	2,37
	65	Образующий пузырьки	50	13,05
	40	Образующий пузырьки	50	2,81

Как обсуждалось выше, обеспечение образующего пузырьки приемника в двухцилиндровой вальцовой сушилке является ключевым условием обработки для формирования хорошей пленки. Образование пузырьков в приемнике позволяет перемешивать суспензию внутри приемника и предотвращает засыхание поверхности. Если приемник не образует пузырьков, как правило, требуется снижение общего содержания твердых веществ во избежание засыхания поверхности и проблем с вальцовой сушкой. Снижение общего содержания твердых веществ нежелательно, поскольку оно приводит к сокращению выхода.

Как следует из результатов, представленных в таблице 2, температура гидролиза влияет на способность приемника образовывать пузырьки. При температуре 80°C в центральном приемнике пузырьки больше не образуются, и общее содержание твердых веществ пришлось снизить на 2%, чтобы обеспечить образование надлежащей пленки в рабочих условиях проведения исследования. Снижение общего содержания твердых веществ на 3% приводит к сокращению выхода на 11%. При 65°C и более низкой температуре в приемнике наблюдалось образование пузырьков, позволявшее поддерживать общее содержание твердых веществ (TS) на уровне 50% с надлежащим образованием надлежащей пленки и последующим преимуществом в выходе.

Как показывают результаты, представленные в примерах 5 и 6, способ изобретения не только позволяет готовить пищевые продукты, содержащие гидролизованный крахмал, которые имеют повышенное содержание мальтозы, но также обеспечивает хорошую обрабатываемость суспензии, которая выражается в выходе, сопоставимом со стандартными условиями гидролиза.

Claims (17)

1. Способ получения пищевого продукта, содержащего гидролизованный крахмал, включающий стадии:

a) обеспечения исходного материала, содержащего и крахмал, и по меньшей мере один амилолитический фермент,

b) обеспечения в качестве ингредиентов: воды, необязательно по меньшей мере одного дополнительного амилолитического фермента и необязательно одного или более других ингредиентов,

c) смешивания исходного материала со стадии a) и ингредиентов со стадии b),

d) доведения температуры смеси со стадии c) до температуры в диапазоне от 55 до 75°C и

e) выполнения одновременно со стадией d) высокосдвигового перемешивания указанной смеси со стадии c) при помощи смесителя кольцевого слоя,

f) инкубации смеси со стадии e) таким образом, чтобы достичь желаемой степени гидролиза,

в результате чего получают пищевой продукт, содержащий гидролизованный крахмал, причем пищевой продукт имеет повышенное содержание мальтозы по сравнению с продуктами, полученными соответствующим способом, в котором стадию e) не выполняют при высокосдвиговом перемешивании при помощи смесителя кольцевого слоя.

2. Способ по п. 1, в котором на стадии d) смесь со стадии c) доводят до температуры в диапазоне от 60 до 75°C, например от 60 до 70°C.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором стадию d) выполняют посредством прямого впрыска пара.

4. Способ по любому из пп. 1–3, в котором указанное высокосдвиговое перемешивание на стадии е) осуществляют так, чтобы гомогенизировать смесь за период времени от 1 секунды до 50 секунд.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный исходный материал представляет собой препарат растительного происхождения.

6. Способ по п. 5, в котором исходный материал выбран из муки из одного или более видов зерна, такой как мука, выбранная из пшеничной муки, рисовой муки, кукурузной муки, ячменной муки, ржаной муки, овсяной муки, гречневой муки, просяной муки, муки киноа, муки сорго; муки, изготовленной из одного или более клубневых растений, таких как картофель, маниока; муки, изготовленной из бобовых растений, такой как гороховая мука; или их комбинаций.

7. Способ по п. 6, в котором исходный материал включает в себя пшеничную муку.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором указанный по меньшей мере один дополнительный амилолитический фермент, обеспеченный на стадии b), включает в себя амилазу, например альфа-амилазу, не являющуюся эндогенной для обеспеченного исходного материала.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором указанная смесь со стадии c) характеризуется общим содержанием твердых веществ в диапазоне от 20 до 60% масс./масс.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий стадию g) дополнительной термической обработки смеси, полученной посредством высокосдвигового перемешивания при помощи смесителя кольцевого слоя в соответствии со стадиями от a) до f).

Images