Способ обработки растительного материала, продукт, полученный этим способом, и применение этого продукта
Способ обработки растительного материала с целью достижения повышенной растворимости содержащихся в нем некрахмальных полисахаридов измельчением посредством воздействия механической энергии в количестве от 0,15 до 0,39 кВт·ч/кг материала до достижения размера частиц менее 100 мкм, причем, по меньшей мере, большая часть клеток материала, содержащих некрахмальные полисахариды, разрушается в процессе измельчения с получением частиц, содержащих некрахмальные полисахариды, которые имеют повышенную растворимость при контакте продукта с растворяющими средами. Некрахмальные полисахариды находятся в частицах, полученных путем разрушения материала до образования частиц, имеющих размер частиц меньший, чем размер соответствующей исходной клетки некрахмального полисахарида. Измельчение материала может осуществляться посредством совместного действия тепла, давления и усилия сдвига. Измельчение осуществляют путем экструдирования, вспучивания и гомогенизации под давлением, предпочтительные материалы для такой обработки включают овес, рожь или их части. Растворимость и условия растворения продукта могут регулироваться посредством смешивания материала, подлежащего измельчению, с компонентом, богатым амилопектином. Продукт, полученный указанным способом, может использоваться в пищевых продуктах или кормах. 4 и 11 з.п. ф-лы, 4 ил., 8 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к способу обработки растительного материала, осуществляемого для того, чтобы достичь повышенной растворимости некрахмальных полисахаридов, содержащихся в этом материале. Также изобретение относится к продукту, который может быть получен этим способом, и к применению продукта, полученного этим способом.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Растительные материалы содержат различные некрахмальные полисахариды, которые при растворении в воде вызывают клейкость (липкость) этих материалов. Было установлено, что при использовании в диетическом питании человека эти соединения имеют оздоравливающее действие. В отличие от крахмала, эти полисахариды не разрушаются в верхней части пищеварительного тракта, а проходят неадсорбированными весь путь до толстого кишечника. Было доказано, что некрахмальные полисахариды вызывают чувство сытости и, таким образом, являются полезными для контроля за весом тела (Howarth N С; Saltzman Е; Roberts S В, Dietary fiber and weight regulation. Nutrition Reviews, 2001, 59 (5), с.с.129-139). Также было доказано, что некрахмальные полисахариды замедляют поглощение (адсорбцию) углеводов, так что, если пищевой продукт содержит некрахмальные полисахариды, то после приема пищи содержание сахара в крови возрастает медленнее (Wood, Peter J. Evaluation of oat bran as a soluble fiber source. Characterization of oat β-glucan and its effects on glycemic response. Carbohydrate Polymers, 1994, 25 (4), с.с.331-336). Было доказано, что в особенности водорастворимые некрахмальные полисахариды снижают уровень LDL-холестерина (липопротеинов низкой плотности, ЛПНП) в сыворотке крови, и таким образом снижают риск сердечно-сосудистых заболеваний (Braaten J Т; Wood P J; Scott F W; Wolynetz М S; Lowe М К; Bradley-White P; Collins M W, Oat beta-glucan reduces blood cholesterol concentration in hypercholesterolemic subjects. European Journal Of Clinical Nutrition, 1994, 48 (7), с.с.465-474). Кроме того, в толстом кишечнике бактерии образуют продукты распада некрахмальных полисахаридов, которые оказывают благоприятное воздействие при профилактике некоторых форм рака (Reddy, Bandaru S.; Hirose, Yoshinobu; Cohen, Leonard A.; Simi, Barbara; Cooma, Indrane; Rao, Chinthalapally V., Preventive potential of wheat bran fractions against experimental colon carcinogenesis: implications for human colon cancer prevention. Cancer Research, 2000, 60 (17), c.c.4792-4797).
При этом многие из описанных выше оздоровительных воздействий зависят от растворимости некрахмальных полисахаридов в воде. В работе Beer с соавт. "Effects of oat gum on blood cholesterol levels in healthy young men" (European Journal Of Clinical Nutrition, 1995, 49 (7), c.c.517-522) указано, что высокая водорастворимость и высокая вязкость повышают способность овсяных продуктов снижать уровень холестерина в крови.
Растворимость некрахмальных полисахаридов, происходящих из растительных исходных материалов, определяется физическими и химическими свойствами материала. К таким свойствам относятся поперечное связывание между различными молекулами, гидрофобность или размер частиц материала. Из предшествующего уровня техники известно об усилении растворимости некрахмальных полисахаридов в таких материалах путем изменения рН водной фазы (патент US 5518710, Methods for extracting cereal beta-glucans), путем повышения температуры (Zhang, Decai; Doehlert, Douglas C.; Moore, Wayne R., Factors affecting vis-cosity of slurries of oat groat flours. Cereal Chemistry, 1997, 74 (6), c.c.722-726), путем измельчения (размалывания) материала на частицы малого размера (Wood, P.J.; Siddiqui, I.R.; Paton, D. Extraction of high-viscosity gums from oats. Cereal Chemistry, 1978, 55 (6), c.c.1038-1049), и путем добавления к материалу различных гидролитических ферментов (патент US 5846590, Method for enriching soluble dietary fibre).
Известно, что щелочной рН повышает растворимость полисахаридов, причем это справедливо и при низких температурах. Однако для производства пищевых продуктов эти методы неприменимы в силу того, что они оказывают существенное негативное воздействие на вкусовые качества продукта. Применение различных гидролитических ферментов с целью повышения растворимости приводит к дополнительным расходам, а также требует соблюдения законодательных ограничений и прохождения разрешительных процедур, вызванных этими ограничениями.
Однако описанная выше предварительная обработка оказывает слабое влияние на большинство попыток повышения растворимости некрахмальных полисахаридов из приготовленных пищевых продуктов в пищеварительном тракте. Переваривание в первую очередь контролируется локальными вариациями рН в пищеварительном тракте и переваривающими пищу ферментами, секретируемыми в пищеварительном тракте. Известно, что для повышения растворимости компонентов материала в окружающей водной фазе используется размалывание материала на частицы более мелкого размера. Однако преимущества, полученные за счет размалывания, зависят от растворяемого соединения и от материала, служащего основой. Так, например, размалывание не дает каких-либо существенных преимуществ в отношении растворимости некрахмальных полисахаридов, полученных из зерновых. Семена зерновых имеют большие клетки эндосперма, например для овса их размер находится в диапазоне от 400 до 800 мкм, в то время как большая часть наиболее мелких частиц, получаемых размалыванием, имеет порядок от 100 до 300 мкм. Следовательно, при размалывании будут в первую очередь разрушены клетки эндосперма, что приведет к выделению крахмала, образующего наиболее тонко размолотую часть муки. Соответственно, клетки алейронового и субалейронового слоя, имеющего наибольшую долю некрахмальных полисахаридов, имеют существенно меньшие размеры, составляющие, например, для овса порядка 10-30 мкм. В процессе размола эти клетки имеют тенденцию оставаться неразрушенными, образуя группы из нескольких клеток, в которых некрахмальные полисахариды не могут свободно контактировать с окружающей растворяющей средой. Таким образом, также очевидно, что попытки снизить размер частиц путем просеивания муки приведут даже к еще большему содержанию в ней крахмала.
Недостатком известных технологий дробления является то, что клеточные структуры зерен, имеющих наибольшее содержание некрахмальных полисахаридов, трудно измельчить до необходимых размеров. В результате главным образом некрахмальные полисахариды, располагающиеся на разломах поверхностей частиц, вступают в немедленный контакт с растворяющей средой, такой как вода.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является повышение растворимости некрахмальных полисахаридов путем обработки, позволяющей исключить недостатки и ограничения описанных выше способов. Способ согласно изобретению характеризуется тем, что материал измельчается посредством воздействия механической энергии для образования частиц таким образом, чтобы в процессе измельчения, по меньшей мере, большая часть клеток, содержащих некрахмальные полисахариды, в материале была повреждена.
Следовательно, в соответствии с изобретением требуется, чтобы более чем 50%, предпочтительно - более чем 90% этих клеток в материале были расколоты, треснуты, или разломаны в процессе измельчения, таким образом, чтобы некрахмальные полисахариды, содержащиеся в клетках, могли выделяться для вступления в контакт с растворяющими средами, такими как вода или водные растворы, в которых содержится измельченный продукт.
Повреждение клеток в соответствии с изобретением позволяет повысить взаимодействие между растворяющей средой, такой как водная фаза, и некрахмальными полисахаридами внутри клеток, а также и вне клеток, приводящее к повышению растворимости. Это проявляется главным образом в ускоренном растворении, а также в повышении количества растворимого материала при использовании изобретения.
Измельчение предпочтительно осуществляется таким образом, чтобы, по меньшей мере, большая часть некрахмальных полисахаридов, содержащихся в клетках, оказывалась в частицах, полученных измельчением и имеющих размер меньший, чем размер соответствующей исходной клетки некрахмального полисахарида. Это относится более чем к 50%, предпочтительно - более чем к 80% некрахмальных полисахаридов, содержащихся в клетках материала. В идеальном случае расщепляться должны по существу 100% клеток.
В соответствии с изобретением растительный материал может быть измельчен до более мелких частиц, чем это было достигнуто до настоящего времени, путем использования известных технологий размола. Измельчаемый материал, который может частично или полностью представлять собой семена зерновых, такие как овес, рожь или ячмень, или их части (фракции), может быть измельчен до частиц размером менее 100 мкм, предпочтительно менее 50 мкм, и наиболее предпочтительно - менее 20 мкм. Предпочтительно, размер частиц должен быть меньше размера клетки измельчаемого материала, так чтобы даже самые мелкие клеточные структуры материала были разрушены, таким образом, чтобы эффективная концентрация соединений внутри клеток, подлежащих растворению, по отношению к растворяющей среде возрастала, и растворимость увеличивалась.
При использовании продукта, полученного в соответствии с настоящим изобретением, в промышленных процессах производства, некрахмальные полисахариды, содержащиеся в продукте, быстро растворяются, повышая вязкость. Повышенная вязкость может быть полезна в процессе всасывания продукта, полученного в соответствии с изобретением, как такового, или в качестве части пищевого продукта, обеспечивая более благоприятные условия для растворения некрахмальных полисахаридов в пищеварительном тракте. Изобретение также оказывает два положительных воздействия на растворимость некрахмальных полисахаридов: со снижением размера частиц площадь частиц по отношению к воде возрастает, и соединение, используемое в качестве растворителя, приводится в немедленный контакт с межклеточными структурами.
Растворимость продукта также может контролироваться посредством подходящих ингибиторов растворения (т.е. компонентов, замедляющих растворение), таких как амилопектин. Измельчаемый растительный материал может либо сам по себе изначально содержать амилопектин, вдобавок к некрахмальным полисахаридам, например, восковой рис или восковой ячмень, либо амилопектин или добавка, его содержащая, может быть позже смешана с растительным материалом, до или после измельчения.
Характерным некрахмальным полисахаридом, представляющим интерес в диетическом питании, является β-глюкан, который содержится, например, в клеточных стенках семян зерновых, и в качестве неотъемлемой части структуры клеточных стенок дрожжей. Изобретение, в частности, подходит для использования в повышении растворимости β-глюкана. Также изобретения обеспечивает преимущества при обработке материалов, содержащих пентозан.
Воздействие способа согласно изобретению на продукт достигается тем, что материал, используемый для его получения, подвергают воздействию механической энергии в таком количестве, чтобы размер частиц стал меньше, чем размер клеток материала, содержащих некрахмальные полисахариды. Фактически, размер клеток, подлежащих разрушению, может существенно варьироваться в зависимости от материала. Следовательно, технический результат изобретения не связан с какой-либо универсальной величиной размера частиц, а может меняться от одного материала к другому в зависимости от размера клеток, подлежащих разрушению. Что касается зерен овса, то известно, что размер клеток может также существенно варьироваться в разных частях зерна (Oats Chemistry And Technology, Editor Francis H. Webster, American Association of Cereal Chemists, Eagan Press, 1986). Клетки эндосперма обычно имеют размер в диапазоне от 50 до 150 мкм, тогда как алейроновые и субалейроновые клетки, богатые некрахмальными полисахаридами, имеют размер в диапазоне от 10 до 30 мкм. Таким образом, эффективное действие изобретения получено воздействием на зерна механической энергии в количестве, которого достаточно для того, чтобы зерновой материал, включая алейроновые и субалейроновые слои, были измельчены до размеров менее чем 50 мкм, предпочтительно - менее чем 20 мкм.
Изобретение не связано каким-либо частным вариантом его осуществления, желаемое свойство продукта может быть получено путем совместного воздействия тепла, давления и усилия сдвига, например, путем экструдирования или вспучивания при низком содержании влаги, или путем гомогенизации материала в присутствии избытка воды при повторяющемся воздействии давления и/или циклов гомогенизации до тех пор, пока материал не подвергнется воздействию количества энергии предусмотренного изобретением (т.е. достаточного для достижения его результата). Таким образом, изобретение имеет простое воплощение, является пригодным для крупномасштабного промышленного производства, и не требует значительных дополнительных расходов для его использования при внедрении.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предпочтительно способ согласно изобретению осуществляется путем экструдирования, если является желательным одновременно составить композицию продукта. Рекомендуемое количество энергии, используемой для экструдирования, лежит в диапазоне от 0,15 до 0,39 кВт·ч/кг материала. Пластичная масса, образуемая в процессе экструдирования, в которой первоначальный материал был измельчен до размеров частиц согласно изобретению, после высушивания может быть преобразована (сформована) в продукт, имеющий желаемый размер и форму частиц. Наиболее предпочтительно, продукт согласно изобретению получают первым регулированием влажности экструдируемого материала до величины от 6% до, как максимум, 20%. Экструдирование является предпочтительной формой осуществления изобретения также в том случае, когда требуется управлять скоростью растворения некрахмальных полисахаридов. Избирательное действие на растворимость некрахмальных полисахаридов в обработке, приготовлении пищи и в пищеварительном тракте достигается смешиванием с экструдируемым материалом определенных веществ, таких как различные препараты крахмала, растворимость которых зависит от времени, рН, механического или ферментативного воздействия.
Если способ согласно изобретению осуществляется путем гомогенизации, предпочтительно использовать избыток воды, составляющий более чем 50% от массы муки, а давление гомогенизации поддерживать в диапазоне от 50 до 800 бар, и повторять обработку до тех пор, пока количество энергии, переданной материалу, не окажется достаточным для получения частиц желаемого размера. Гомогенизация является наиболее предпочтительной в том случае, когда необходимо получить жидкий конечный продукт, или когда желательно, чтобы конечный продукт имел высокое содержание воды.
Способ согласно изобретению позволяет получить продукт, в котором некрахмальные полисахаридные вещества имеют значительно более высокую растворимость, чем растворимость соответствующих материалов без обработки способом согласно изобретению. Продукт согласно изобретению характеризуется тем, что он содержит растительный материал, который был измельчен с образованием частиц, в которых, по меньшей мере, большая часть клеток материала, содержащих некрахмальные полисахариды, разрушена (повреждена), таким образом, чтобы некрахмальные полисахариды имели повышенную растворимость в водной фазе, с которой продукт приводится в контакт. Разрушение клеток происходит без заметного распада структуры некрахмальных полисахаридов. Типичные биологические растительные материалы, содержащие значимые с физиологической точки зрения доли некрахмальных полисахаридов, включают, например, такие зерновые культуры, как овес, ячмень и рожь.
Далее изобретение относится к применению материала, раздробленного на частицы, как описано выше, в пищевых продуктах или кормах для животных, в которых некрахмальные полисахариды имеют повышенную растворимость в пищеварительном тракте. Изобретение также в особенности относится к применению этого материала для контролируемого повышения вязкости при помощи растворимых полисахаридов в различных средах.
Далее изобретение более подробно описано при помощи лабораторных тестов со ссылками на соответствующие прилагаемые графические материалы - фиг.1 и 2.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фигура 1 иллюстрирует воздействие различных количеств механической энергии, переданной овсяным волокнам в процессе экструдирования, на разрушение клеток овсяных волокон.
Верхняя Фигура 1а: овсяные волокна экструдировали, передавая им механическую энергию в количестве, равном 0,364 кВт·ч/кг.
Нижняя фигура 1b: овсяные волокна экструдировали, передавая им механическую энергию в количестве, равном 0,151 кВт·ч/кг.
Фигура 2 иллюстрирует снижение размера частиц овсяных волокон в результате гомогенизации.
Верхняя Фигура 2а: овсяные волокна гомогенизировали под давлением 200 бар.
Нижняя фигура 2b: овсяные волокна гомогенизировали без обратного давления (р=0 бар).
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1
Овсяные волокна, произведенные фирмой Oat Bran Concentrate, Suomen Viljava Oy, Финляндия, экструдировали при помощи экструдера модели APV MPF 19/25, произведенного фирмой K-·Tron Ag, 95% овсяных волокон имели размер в диапазоне от 100 до 500 мкм. Волокна также содержали 17% β-глюкана в расчете на сухой вес. Скорость подачи, скорость вращения шнека экструдера и крутящий момент записывались и использовались для расчета количества удельной энергии (кВт·ч/кг), потребляемой для измельчения овсяных волокон, в соответствии со следующим уравнением:
В этом уравнении величина 0,004 кВт/об/мин представляет собой постоянную величину для данного оборудования.
Изменение условий осуществления экструдирования позволяет регулировать количество механической энергии, передаваемой овсяным волокнам. Количество воды, используемое в нормальном процессе экструдирования, варьируется в диапазоне от 25 до 50%. Если в процессе экструдирования используется существенно меньшее количество воды, то механическая энергия будет передаваться материалу в большем количестве, чем в нормальном экструзионном процессе. По желанию, материал может экструдироваться в двух последовательно осуществляемых этапах таким образом, чтобы материалу могло быть передано большое количество механической энергии при такой же влажности, какая обычно используется при экструдировании (таблица 1).
| Таблица 1 | ||||
| Скорость подачи овсяных волокон, г/мин | Влажность в процессе экструдирования, % | Скорость вращения шнека, об/мин | Температура, °С | Удельная механическая энергия, кВт·ч/кг |
| 34,1 | 29 | 313 | 110 | 0,151 |
| 55,3 | 20 | 318 | 120 | 0,211 |
| 55,3 | 21 | 320 | 120 | 0,221 |
| 167*a) | 31 | 318 | 109 | 0,237 |
| 55,3 | 13 | 322 | 121 | 0,267 |
| 123*b) | 23 | 319 | 113 | 0,342 |
| 126*c) | 22 | 319 | 110 | 0,364 |
| 126*d) | 17 | 318 | 108 | 0,390 |
| *a) Продукт получен путем экструдирования овсяных волокон в двух этапах. Удельная механическая энергия рассчитана путем суммирования энергии, переданной в двух этапах экструдирования: | ||||
| a) влажность при первом экструдировании составляла 29%, | ||||
| b) влажность при первом экструдировании составляла 20%, | ||||
| c) влажность при первом экструдировании составляла 21%, | ||||
| d) влажность при первом экструдировании составляла 13%. |
На фиг.1 показано, что передача механической энергии овсяным волокнам в количестве 0,390 приводит к снижению размера частиц овсяных волокон до размера, меньшего чем размер клеток, содержащихся в волокне. Если количество механической энергии, передаваемой овсяным волокнам, составляет величину, соответствующую нормальным условиям экструдирования, 0,151 кВт·ч/кг, то материал преимущественно находится в форме частиц большего размера, чем размер клетки. Таким образом, фигуры иллюстрируют разрушение клеточных структур.
Пример 2
Экструдированные овсяные волокна, полученные так, как описано в Примере 1, перемешивали с водой таким образом, чтобы смеси, содержащие овсяные волокна, имели концентрацию β-глюкана, равную 0,75%, в смеси с водой. Смесь инкубировали в течение 1 часа при температуре 37°С перед измерением вязкости. Вязкость измеряли аппаратом Bohlin Visco 88 BV производства компании Bohlin Rheology AB, Лунд, Швеция, с использованием цилиндра С-30. Вязкость измеряли при двух различных скоростях сдвига, 42 с-1 и 72 с-1. Из этих величин была интерполирована величина вязкости при скорости сдвига 58 с-1. При повышении количества использованной энергии наблюдалось возрастание вязкости (см. таблицу 2).
| Таблица 2 | |
| Влияние количества механической энергии, переданной овсяным волокнам или рисовой муке в процессе экструдирования, на вязкость водной суспензии продуктов | |
| Удельная механическая энергия, кВт·ч/кг | Вязкость овсяных волокон, мПа·с |
| Необработанные овсяные волокна | 302 |
| 0,151 | 413 |
| 0,211 | 515 |
| 0,221 | 518 |
| 0,237 | 504 |
| 0,267 | 500 |
| 0,342 | 598 |
| 0,364 | 570 |
| 0,390 | 571 |
Пример 3
Овсяные волокна гомогенизировали в виде 5%-ной водной суспензии (Rannin, лабораторный гомогенизатор высокого давления модели MINI-LAB, тип 8.30Н) при различных давлениях. После гомогенизации смесь инкубировали в течение 1 часа при 37°С, после чего измеряли вязкость. Вязкости измеряли так, как описано в Примере 2. Измерения вязкости показали, что гомогенизация значительно повышает вязкость смесей (см. таблицу 3).
| Таблица 3 | |
| Влияние давления гомогенизации на вязкость смеси "овсяные волокна - вода" | |
| Давление в гомогенизаторе, бар | Вязкость, мПа·с |
| 0 | 304 |
| 100 | 413 |
| 200 | 404 |
| 300 | 439 |
| 50+50* | 420 |
| *Гомогенизация в двух последовательных этапах. |
В процессе гомогенизации структура клеток овсяных волокон разрушилась, и размер частиц стал меньше, чем размер клеток отдельных частиц овсяных волокон (см. фиг.2).
Пример 4
Экструдированные продукты были приготовлены с использованием овсяных волокон, описанных в Примере 1, и имеющейся в продаже ржаной муки. Экструдирование осуществляли с использованием экструдера модели APV MPF 19/25, произведенного фирмой Tron Ag. Механическая энергия, переданная продукту, рассчитывалась так, как описано в Примере 1. Ржаную муку экструдировали с использованием двух различных количеств затрачиваемой энергии (см. таблицу 4), при этом второй из полученных образцов (полученный при использовании 0,301 кВт·ч/кг) использовали для дальнейших исследований.
| Таблица 4 | ||||
| Скорость подачи ржаной муки, г/мин | Влажность в процессе экструдирования, % | Скорость вращения шнека, об/мин | Температура, °С | Удельная механическая энергия, кВт·ч/кг |
| 31 | 50 | 220 | 110 | 0,055 |
| 31 | 21 | 440 | 108 | 0,301 |
Овсяные волокна экструдировали, передавая волокнам механическую энергию в количестве 0,342 кВт·ч/кг. Кроме того, получали гомогенизированные овсяные волокна путем гомогенизации 5%-ной смеси овсяных волокон в двух последовательно осуществляемых этапах под давлением 50 бар, как описано в Примере 3.
К продуктам из овсяных волокон и рисовой муки, описанным выше, добавляли воду до содержания сухого вещества, равного 4,35%. Смесь перемешивали в течение 1 часа при температуре 37°С. Затем жидкость и твердое вещество отделяли от смеси путем центрифугирования под действием ускорения 3300 g в течение 10 минут. Обе фазы, жидкость и твердое вещество, были высушены путем холодной сушки, после чего было определено содержание в них β-глюкана. Определение содержания β-глюкана осуществлялось в соответствии со способом АОАС 995. Этот пример показал, что в результате проведенной обработки заметно большая часть β-глюкана была растворена в водной фазе (см. таблицу 5).
| Таблица 5 | |
| Влияние гомогенизации или экструдирования на количественное содержание растворенного β-глюкана из овсяных волокон и рисовой муки по отношению к общему содержанию β-глюкана в продуктах | |
| Обработка | Количество растворимого β-глюкана, % |
| Необработанные овсяные волокна | 66 |
| Гомогенизированные овсяные волокна, 50 бар + 50 бар* | 80 |
| Экструдированные овсяные волокна, УМЭ 0,342 кВтч/кг** | 75 |
| Необработанная ржаная мука | 20 |
| Экструдированная ржаная мука, 0,301 кВтч/кг** | 28 |
| * Гомогенизация в двух последовательных этапах под давлением 50 бар. | |
| ** Экструдирование при передаче овсяным волокнам и ржаной муке количества механической энергии, равным 0,342 кВт·ч/кг и 0,301 кВт·ч/кг соответственно. |
После этого образцы были обработаны, как описано в Примерах 2 и 3, и подвергнуты холодной сушке. Размер молекул β-глюкана, содержащегося в высушенных образцах, определяли методом гель-проникающей хроматографии, как описано в "Size-exclusion chromatographic determination of glucan with postcolumn reaction detection" (Suortti Т., Journal of Chromatography A, 1993, 632 (1-2), с.с.105-110). Примеры показали, что обработка существенно не повлияла на размеры молекул β-глюкана (см. таблицу 6).
| Таблица 6 | |||
| Влияние гомогенизации или экструдирования на размеры молекул β-глюкана | |||
| ММ > 1000000 Да | 1000000 Да < MM < 200000 Да | MM < 200000 Да | |
| Необработанный образец | 35% | 45% | 20% |
| Гомогенизированный образец, 50 бар + 50 бар | 35% | 45% | 20% |
| Экструдированный образец, УМЭ 0,342 кВт·ч/кг | 30% | 45% | 20% |
Пример 5
Овсяные волокна, произведенные фирмой Oat Bran Concentrate, Suomen Viljava Oy, Финляндия, экструдировали при помощи экструдера модели APV MPF 19/25, произведенного фирмой K-Tron Ag. Как было указано производителем, 95% частиц имели размер в диапазоне от 100 до 500 мкм. Волокна содержали 17% β-глюкана в пересчете на сухой вес. Перед экструдированием с овсяными волокнами был смешан крахмал, богатый амилопектином (REMYLINE XS-DR-P) в количестве 15-25% от массы овсяных волокон. Экструдирование осуществляли при влажности 15% и температуре 120°С.
Согласно наблюдениям увеличение количества крахмала, богатого амилопектином, в овсяных волокнах оказывало слабое влияние на количество энергии, передаваемой материалу в процессе экструдирования (см. таблицу 7). В противоположность этому, примеры показали, что вязкость конечного продукта в водном растворе, измеренная в соответствии с Примером 3, заметно изменяется при возрастании доли этого вида крахмала в продукте. Когда доля добавленного крахмала составляет 25% от количества овсяных волокон, продукт проявляет очень низкую вязкость, и сохраняет структуру сформированных частиц в воде в течение периода времени до 60 минут. Суспендирование таких частиц в воде может быть улучшено путем обработки смеси раствором панкреатина (см. таблицу 8). Следовательно, при желании, повышение вязкости согласно изобретению может регулироваться таким образом, чтобы необходимая вязкость достигалась на том этапе процесса, когда это является наиболее выгодным исходя из способа согласно изобретению, а не тогда, когда продукт вступает в контакт с пищеварительными ферментами.
| Таблица 7 | |||||
| Влияние крахмала, богатого амилопектином, на вязкость продукта, полученного экструдированием из овсяных волокон в 0,75% водной смеси. | |||||
| Измерения вязкости осуществлялись через 15, 30, 45 и 60 минут после смешивания продукта с водой | |||||
| Доля крахмала, богатого амилопектином в овсяных волокнах, % | УМЭ, кВт·ч/кг | Вязкость, мПа·с | |||
| 15 мин | 30 мин | 45 мин | 60 мин | ||
| 15 | 0,144 | 170 | 281 | 318 | 333 |
| 20 | 0,142 | 79 | 87 | 110 | 139 |
| 25 | 0,151 | *) | 41 | 52 | 57 |
| *) Измеримая вязкость отсутствует. | |||||
| Таблица 8 | |||||
| Влияние крахмала, богатого амилопектином, на вязкость продукта, полученного экструдированием из овсяных волокон в 0,75% водной смеси. | |||||
| К смеси было добавлено 8 мг панкреатина в расчете на 100 мл воды. Измерения вязкости осуществлялись через 15, 30, 45 и 60 минут после смешивания продукта с водой | |||||
| Доля крахмала, богатого амилопектином в овсяных волокнах, % | УМЭ, кВт·ч/кг | Вязкость, мПа·с | |||
| 15 мин | 30 мин | 45 мин | 60 мин | ||
| 15 | 0,144 | 282 | 386 | 440 | 472 |
| 20 | 0,142 | 250 | 368 | 403 | 451 |
| 25 | 0,151 | 242 | 350 | 407 | 460 |
1. Способ обработки растительного материала с целью достижения повышенной растворимости содержащихся в нем некрахмальных полисахаридов, характеризующийся тем, что материал измельчают посредством воздействия механической энергии в количестве от 0,15 до 0,39 кВт·ч/кг материала до достижения размера частиц менее 100 мкм, причем, по меньшей мере, большая часть клеток материала, содержащих некрахмальные полисахариды, разрушается в процессе измельчения с получением частиц, содержащих некрахмальные полисахариды, которые имеют повышенную растворимость при контакте продукта с растворяющими средами.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, большая часть некрахмальных полисахаридов, содержащихся в клетках, находится в полученных измельчением частицах, имеющих размер частиц, меньший, чем размер соответствующей исходной клетки некрахмального полисахарида.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что подлежащий измельчению материал частично или полностью состоит из семян зерновых, таких, как овес, рожь или ячмень или их частей.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что материал измельчают до достижения размера частиц менее 50 мкм, и наиболее предпочтительно менее 20 мкм.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что материал содержит алейроновые и/или субалейроновые слои семян, которые измельчают до достижения размера частиц менее 50 мкм, предпочтительно менее чем до 20 мкм.
6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что он обеспечивает повышение растворимости β-глюкана или пентозана.
7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что материал, подлежащий измельчению, содержит амилопектин или материал, богатый амилопектином, таким, как восковой рис или восковой ячмень.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что материал, подлежащий измельчению, содержит амилопектин или материал, богатый амилопектином, смешанный с другим биологическим материалом, содержащим некрахмальные полисахариды, таким, как зерна овса или их части.
9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что механическая энергия передается материалу посредством совместного действия тепла, давления и усилия сдвига.
10. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что измельчение осуществляют путем экструдирования.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что материал, подлежащий измельчению, предварительно подвергают обработке для достижения им влажности от 6 до 20%.
12. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что измельчаемый материал смешивают с большим количеством жидкой среды и смесь гомогенизируют под давлением от 50 до 800 бар.
13. Измельченный продукт, полученный способом, как он определен в любом из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что продукт содержит растительный материал, который был измельчен до образования частиц размером 100 мкм, в которых, по меньшей мере, большая часть клеток материала, содержащих некрахмальные полисахариды, была повреждена, и некрахмальные полисахариды, содержащиеся в измельченных частицах, имеют повышенную растворимость в водной фазе, с которой продукт приводят в контакт.
14. Применение материала, обработанного способом, как он определен в любом из пп.1-12, в пищевых продуктах или кормах, в которых некрахмальные полисахариды имеют повышенную растворимость в пищеварительном тракте.
15. Применение материала, полученного способом, как он определен в п.7, для контролируемого повышения вязкости.
