Фракции нутрицевтиков из зерен злаков
Настоящее изобретение относится к способу получения композиций из зерен злаков, включающих фракции отрубей, композициям, обогащенным отрубями, и их применению в качестве источника нутрицевтиков в пищевых продуктах. Согласно изобретению, выбирают один или более сортов чистых сухих зерен злаков, так чтобы получить в этом способе две фракции отрубей, первая из которых имеет содержание волокна не менее 40% и содержание белка 20-25%, а вторая содержит менее 20% волокна, при этом указанные фракции содержат биоактивные компоненты, такие как антиоксиданты, фенольный комплекс, лигнины, флавоноиды, витамины, волокна, белки и другие нутриенты, сконцентрированные в одном или более внешнем слое оболочек. Предпочтительно один из выбранных сортов злаков представляет собой двухрядный восковидный голозерный ячмень сорта CDC Fibar, двухрядный восковидный голозерный ячмень сорта CDC Alamo, двухрядный восковидный голозерный ячмень сорта Merlin, двухрядный пленчатый ячмень сорта Waxbar, двухрядный восковидный пленчатый ячмень с высоким содержанием бета-глюкана сорта WB Salute и двухрядный голозерный ячмень сорта CDC McGwire. Зерно кондиционируют водой в количестве 1-3 вес.% с проникновением влаги только через волокнистые слои внешней оболочки без слипания их вместе и разделяют внешний слой на две фракции согласно требуемым биоактивным компонентам, содержащимся в слоистой оболочке. Это позволяет получить максимальное количество полезных и ценных веществ из оболочечных фракций в качестве диетических добавок, нутрицевтиков или в качестве обогатителей пищевых продуктов. 10 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к фракциям нутрицевтиков из зерен злаков, таких как пшеница, ячмень, овес или рожь. В частности, настоящее изобретение относится к муке и отрубям, используемым в качестве источника нутрицевтиков в пищевых продуктах и способу их получения.
Зерно злаков, таких как пшеница, ячмень, овес и рожь, обычно имеет слоистую оболочку, охватывающую эндосперм и зародыш. Традиционно при помоле зерен злаков удаляют некоторые или все слои слоистой оболочки, отделяют зародыш, а затем производят помол эндосперма. Обычно помол зерен злаков включает стадии очистки, темперирования (кондиционирования), помола, просеивания и глубокой очистки. Главной целью процесса помола является экстрагирование из зерна максимального количества эндосперма в чистой форме. Эндосперм размалывается в муку или крупку. Это требует эффективного разделения компонентов зерна, а именно оболочечного слоя, эндосперма и зародыша. Как правило, считается, что оболочечный слой и зародыш оказывают отрицательное воздействие на конечные размолотые продукты.
Например, в традиционном процессе помола пшеницы после начальных стадий очистки зерна пшеницы кондиционируют водой и/или паром и темперируют в емкостях в течение от 4 до 20 часов, чтобы уплотнить слоистую оболочку зерен пшеницы и смягчить или кондиционировать эндосперм. При темперировании зерен пшеницы слоистые оболочки слипаются вместе, и стадию кондиционирования зерен, по существу, проводят перед традиционным процессом помола для изменения физического состояния зерен до требуемого состояния. Темперирование несомненно является самым важным фактором в определении количества эндосперма, получаемого из данных зерен пшеницы, взятых с большой осторожностью перед размалыванием из подходящих условий. Темперирование зерен пшеницы с целью уплотнения и слипания оболочечных слоев, к сожалению, также является причиной некоторого слипания внутреннего слоя оболочки зерна с эндоспермом, что приводит, таким образом, к более трудному разделению этих компонентов. Затем кондиционированное зерно проходит обработку с получением конечного продукта на последующих стадиях, таких как помол, отделение и глубокая очистка. Операция первого помола открывает темперированное зерно и выкрашивает часть эндосперма из оболочки. Грубо размолотую смесь из частиц оболочек, зародышей и эндосперма затем просеивают для сортировки частиц для дальнейшего помола, очистки или просеивания. Отсортированные более мелкие частицы, которые представляют собой смесь из эндосперма, слоистой оболочки и зародышей затем направляют на соответствующие стадии очистки. Грубый остаток, состоящий из оболочек и сростков эндосперма, направляют на следующую стадию измельчения (второй помол) для удаления большей части эндосперма из оболочек. При традиционной системе помола процесс измельчения, просеивания и очистки повторяют до пяти или шести раз (5 или 6 помолов). Однако при каждом помоле получают частицы оболочки мелкого измельчения (порошкообразные отруби) и частицы зародышей, которые могут быть отделены от эндосперма, но это очень трудно, если вообще возможно. Таким образом, каждый помол производит все больше и больше порошка отрубей, усложняя проблему.
Полученные в процессе помола зерен злаков отруби используют для кормления скота и потребления людьми как цельные отруби. В процессе обработки пшеницы, например, полученные отруби используют, главным образом, для кормления скота или как цельные отруби, и производят помол эндосперма в муку для выпечки или макаронных изделий. Ячмень, как правило, используют, главным образом, для кормления животных, для получения солода для пивоварения, на зерно и, что менее распространено, в качестве ингредиента пищевых продуктов, потребляемых человеком. Разделение размолотого зерна на различные фракции, как правило, представляет всего лишь разделение размолотого эндосперма и сростков с оболочкой, исходя из плотности или размера частиц продуктов, полученных на каждой стадии помола.
Зерна злаков, таких как пшеница, овес, ячмень и рожь, известны, как богатые источники биоактивных компонентов, включая антиоксиданты, фенольный комплекс, лигнины, флавоноиды, витамины, волокна, белки и другие нутриенты. Для извлечения требуемых биоактивных компонентов необходимы огромные усилия для выделения различных биоактивных компонентов, включая измельчение помолом с последующим экстрагированием из муки или отрубей с использованием химических методов.
В настоящее время проводятся многочисленные исследования по вопросу получения «функциональных пищевых продуктов». Функциональными пищевыми продуктами являются пищевые продукты и компоненты пищевых продуктов, которые являются полезными для здоровья, помимо базовой питательной ценности. Функциональные пищевые продукты обеспечивают необходимые питательные вещества сверх количеств, необходимых для нормального поддержания роста и развития и/или обеспечения биологически активными компонентами, которые оказывают благоприятное или желательное физиологическое воздействие на здоровье.
Существует потребность в экономически выгодном и эффективном способе разделения зерен злаков на фракции в соответствии с биоактивными компонентами, содержащимися в них.
Настоящее изобретение направлено на извлечение ценных компонентов из зерен злаков, чтобы обеспечить их более полное использование. Настоящее изобретение предусматривает сначала выбор сортов зерен злаков, таких как пшеница, ячмень, овес и рожь, имеющих в своем составе биоактивные компоненты, включая антиоксиданты, фенольный комплекс, лигнины, флавоноиды, витамины, волокна, белки и другие нутриенты, сконцентрированные в одном или более внешнем слое оболочек. Затем разделяют внешний слой предпочтительно на три фракции согласно требуемым биоактивным компонентам, содержащимся в слоистой оболочке, включая антиоксиданты, фенольный комплекс, лигнины, флавоноиды, витамины, волокна, белки и другие нутриенты. Это позволяет получить максимальное количество полезных и ценных веществ из оболочечных фракций в качестве диетических добавок, нутрицевтиков или в качестве обогатителей пищевых продуктов. Эндосперм может быть подвергнут дополнительной обработке с получением муки или источника крахмала для производства этанола. В процессе фракционирования получают три типа оболочечных фракций, названных произвольно «А», «В» и «С». Каждая из этих оболочечных фракций отличается по функции и применению. Например, в перспективе на пищевом предприятии можно будет легко увеличить содержание волокон введением оболочечной фракции с высоким содержанием волокон в качестве ингредиента, который обеспечивается из источника оболочек с высокой степенью очистки, что является рутинной операцией. Продукты по настоящему изобретению могут быть использованы в рецептуре питательных продуктов-заменителей пищи, таких как питательные закусочные батончики, или в случае фракций с высоким содержанием белка для аквакультуры.
Один объект настоящего изобретения касается способа разделения зерна злаков, имеющих эндосперм и зародыш, заключенные во внешнюю оболочку, причем внешняя оболочка включает ряд отдельных слоев, имеющих разные химические и физические свойства, на различные фракции, имеющие в своем составе требуемые биоактивные компоненты. Способ включает:
(а) выбор одного или более сорта чистых сухих зерен злаков, выбранных из группы, состоящей из пшеницы, ячменя, овса и ржи, указанные сорта имеют в своем составе требуемые биоактивные компоненты, выбранные из группы, состоящей из антиоксидантов, фенольных комплексов, лигнинов, флавоноидов, витаминов, минеральных веществ, волокон, белков и других нутриентов, в одном или более слое внешней оболочки в концентрациях, подходящих для использования в качестве нутрицевтиков;
(b) кондиционирование отобранного сухого чистого сорта водой в количестве около 1-3 вес.%;
(с) затем после проникновения влаги только через волокнистые слои внешней оболочки, без слипания вместе слоев внешней оболочки, подача кондиционированного сорта в одну или более машину, в которой зерно кондиционированного сорта интенсивно трут друг о друга для удаления волокнистых слоев внешней оболочки, до слоев семенной оболочки, причем удаленные волокнистые слои содержат большое количество растворимых и нерастворимых волокон;
(d) разделение и сбор удаленных волокнистых слоев воздушной аспирацией, и сушка и просеивание удаленных волокнистых слоев;
(е) последующая подача кондиционированного сорта с удаленными из внешней оболочки волокнистыми слоями в одну или более машину, в которой зерно кондиционированного сорта растирают абразивными камнями для удаления оставшихся внутренних слоев с прилипшей внешней оболочкой;
(f) разделение и сбор удаленных внутренних слоев обработанного сорта воздушной аспирацией на две оболочечных фракции, первая оболочечная фракция имеет содержание волокон менее 40% и содержание белка от 20 до 25%, и вторая оболочечная фракция имеет содержание волокон менее 20%.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к композиции с высоким содержанием волокон, включающей эпидермис, гиподерму, поперечные и трубчатые клеточные слои оболочки, предпочтительно ячменного сорта, содержащего биоактивные компоненты, выбранные из группы, состоящей из антиоксидантов, фенольных комплексов, лигнинов, флавоноидов, витаминов, минеральных веществ, волокон, белков и других нутриентов, в одном или более слое внешней оболочки в концентрациях, подходящих для использования в качестве нутрицевтиков. Ячменный сорт предпочтительно выбирают из группы, состоящей из СDC Fibar двухрядного восковидного голозерного сорта ячменя, CDC Alamo двухрядного восковидного голозерного сорта ячменя, Merlin двухрядного восковидного голозерного сорта ячменя, Waxbar двухрядного пленчатого сорта ячменя, WB Salute двухрядного восковидного пленчатого с высоким содержанием бета глюкана сорта ячменя и CDC McGwire двухрядного голозерного сорта ячменя. Содержание растворимых и нерастворимых волокон в композиции с высоким содержанием волокон составляет более 75 вес.%, и белка менее 18 вес.%.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к композиции, содержащей внутренние слои оболочки сорта, предпочтительно ячменного сорта, содержащего требуемые биоактивные компоненты, выбранные из группы, состоящей из антиоксидантов, фенольных комплексов, лигнинов, флавоноидов, витаминов, минеральных веществ, волокон, белков и других нутриентов, в одном или более слое внешней оболочки в концентрациях, подходящих для использования в качестве нутрицевтиков. Предпочтительная белковая среда композиции содержит один или более внутренний слой оболочки ячменного сорта, указанная композиция состоит главным образом из семенной оболочки (тесты), гиалинового слоя и некоторого количества алейроновых клеток, и содержание растворимых и нерастворимых волокон составляет менее 40 вес.%, а содержание белка составляет менее 25 вес.%. Другая предпочтительная композиция с низким содержанием волокон включает один или более внутренний слой оболочки ячменного сорта, главным образом состоящий из слоя алейроновых клеток, и также может содержать часть семенной оболочки и гиалиновый слой, указанная композиция имеет высокое содержание растворимого бета-глюкана из слоя алейроновых клеток, и содержание расторимых и нерастворимых волокон составляет менее 20 вес.%, а содержание белка составляет менее 18-20 вес.%, и имеет хороший (т.е. низкий) гипогликемический индекс.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к рецептуре закусочных батончиков, имеющей в качестве основного активного ингредиента до 50 вес.% одной или более композиции оболочечных фракций, указанных выше, полученных из ячменного сорта, 0-10% липидной добавки, до 50% углеводной добавки, до 25% комплексной углеводной добавки и 0-25% белковой добавки. Предпочтительная рецептура имеет большое содержание растворимых и нерастворимых волокон для снижения сывороточного холестерина, низкий гликемический индекс, закусочный батончик включает до 50% композиции с высоким содержанием волокон, полученной из ячменного сорта в качестве основного активного ингредиента по настоящему изобретению, от 5 до 10% липидной добавки, до 50% углеводной добавки, до 25% комплексной углеводной добавки. Комплексная углеводная добавка в этой рецептуре представляет собой одну или более фракцию пшеничной оболочки, полученную способом по настоящему изобретению. Другая предпочтительная рецептура имеет высокое содержание белка и высокое содержание растворимых волокон и используется в качестве продукта, укрепляющего иммунную систему и повышающего работоспособность, включает до 50% композиции фракции ячменных оболочек по настоящему изобретению в качестве основного активного ингредиента, до 50% углеводной добавки, до 25% комплексной углеводной добавки, до 25% белковой добавки. Другая предпочтительная рецептура имеет сбалансированный белок и используется в качестве питательного продукта, укрепляющего иммунную систему, и содержит в качестве основного ингредиента до 25% белковой среды композиции ячменной оболочки по настоящему изобретению и до 50% композиции ячменной оболочки по настоящему изобретению с низким содержанием волокон, до 25% углеводной добавки, до 25% комплексной углеводной добавки и до 10% белковой добавки.
Для лучшего понимания настоящего изобретения далее будет приведен предпочтительный вариант настоящего изобретения в виде примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 - схематический вид структуры ячменного зерна;
фиг.2 - схематический вид слоистой внешней оболочки ячменя;
фиг.3 - схематический вид структуры пшеничного зерна;
фиг.4 - блок-схема процесса фракционирования ячменя и пшеницы с получением оболочечных фракций, содержащих требуемые биоактивные компоненты и применение оболочечных фракций по изобретению;
фиг.5 - блок-схема процесса удаления оболочки для фракционирования зерен злаков, включая процесс по фиг.4;
фиг.6 - таблица возможных рецептурных составов закусочных батончиков по изобретению.
Внешняя, слоистая оболочка зерна злака состоит из различных клеточных слоев, имеющих разные химические и физические свойства. Например, ячменное зерно 1 показано схематично на фиг.1. Ячмень может относиться к традиционному сорту, который имеет пленку или оболочку, покрывающую ячменное зерно или относится к голозерному сорту. В любом случае ячменное зерно 1 имеет внешнюю, слоистую оболочку 2, покрывающую эндосперм 3 и зародыш 4. Внешняя, слоистая оболочка ячменя, как показано схематически на фиг.2, имеет семь различных слоев: эпидермис 5, гиподерму 6, слой 7 поперечных клеток, слой 8 трубчатых клеток, семенную оболочку 9, гиалиновый слой 10 и слой алейроновых клеток 11. Ячмень демонстрирует высокую ценность для здоровья и питательные характеристики, включая поддержание здоровья и улучшение функции пищеварительной системы и иммунной системы. Клинические исследования, проводимые Департаментом сельского хозяйства США, показали, что потребление ячменя, содержащего бета-глюкан, значительно снижает риск возникновения определенных сердечно-сосудистых заболеваний у людей с высоким уровнем холестерина, снижая уровень содержания холестерина на около от 5% до 10% при употреблении здоровой диеты. Систолическое, диастолическое и среднее артериальное кровяное давление было значительно снижено при применении цельнозерновой диеты, независимо от источника волокон. Настоящее изобретение направленно на получение продуктов, в которых эти ценные компоненты присутствуют в концентрациях, достаточных для обеспечения нутрицевтического эффекта, позволяя, таким образом, получить максимальную выгоду от использования продукта.
В слоях оболочки ячменя было обнаружено два типа волокон. Растворимые волокна, такие как бета-глюкан, которые обнаружены не только в оболочке, но и также присутствуют в зерне ячменя. Растворимое волокно растворяется в воде и превращается в густой гель при прохождении через пищеварительную систему. Гелеобразная субстанция покрывает стенки пищеварительной системы, тормозя процесс переваривания и абсорбцию нутриентов. Считается, что растворимое волокно помогает снижать уровень холестерина в крови и модулировать уровень сахара в крови. Нерастворимые волокна включают: целлюлозу, некоторые виды гемицеллюлоз, лигнин и устойчивые к ферментам крахмалы. Нерастворимое волокно не растворяется в воде, но абсорбирует воду при прохождении через желудочно-кишечный тракт. Этот тип волокон способствует нормальной деятельности желудочно-кишечного тракта, лечению желудочно-кишечных расстройств, и считается, что он способствует предотвращению рака толстой кишки.
Пшеничное зерно 12, как показано на фиг.3, имеет покрывающую оболочку 13, состоящую из нескольких отдельных слоев, показанных как 14-20. Слои оболочки от внешнего к внутреннему слою: эпидермис 20, гиподерма 19, слой 18 поперечных клеток, слой 17 трубчатых клеток, семенная оболочка 16, нуцелярный слой (гиалиновый слой) 15, слой алейроновых клеток 14. С внутренней стороны слоистой оболочки находится эндосперм 21, с пшеничным зародышем, определенным на фигуре как 22. Как правило, слои оболочки, в общем, составляют до 15 вес.% от пшеничного зерна, масса зародыша составляет около 2,5% и масса эндосперма составляет, в общем, около 83% от веса всего зерна.
Концепция настоящего изобретения заключается в разделении слоев внешней оболочки зерна злаков, например, с 5 по 11 на фиг.2 и с 14 по 20 на фиг.3, в данном случае ячменя или пшеницы, на различные их фракции, полученные, исходя из содержания в них биоактивных компонентов. Это позволяет получить максимальную выгоду и ценные вещества из фракций, используемых в качестве диетических добавок, нутрицевтиков или в качестве ингредиентов, обогащающих пищевые продукты. Процесс фракционирования по настоящему изобретению иллюстрируется предпочтительным вариантом настоящего изобретения, в котором предпочтительно получают три типа оболочечных фракций, произвольно названных «А», «В» и «С». Каждая из оболочечных фракций обладает своими функциями, имеет свое применение. В перспективе на пищевом предприятии можно будет легко увеличить содержание волокон введением в качестве ингредиента оболочечной фракции с высоким содержанием волокон.
Способ по настоящему изобретению является системой прогрессивного удаления внешних слоев любого зерна зерновой культуры. Например, ячмень имеет семь различных клеточных слоев, каждый из которых имеет определенные характеристики. Способ по настоящему изобретению фракционно удаляет эти слои, так что отделенные клеточные слои могут быть собраны с получением оболочечных фракций с варьирующим содержанием волокна, белка, нутриентов, витаминов и микроэлементов.
Как описано выше, настоящее изобретение направлено на способ разделения зерна злаков, выбранного из группы, состоящей из ячменя, овса, пшеницы и ржи, имеющих эндосперм и зародыш, заключенные во внешнюю оболочку, причем внешняя слоистая оболочка включает ряды отдельных слоев, имеющих различные химические и физические свойства, в различных фракциях присутствуют требуемые биоактивные компоненты. Как ясно показано на фиг.4 и фиг.5 в отношении ячменя и пшеницы, первая стадия способа включает выбор одного или более сорта из чистого, сухого зерна злаков, выбранных из группы, состоящей из пшеницы, ячменя, овса и ржи. Отобранные сорта содержат требуемые биоактивные компоненты, выбранные из группы, состоящей из антиоксидантов, витаминов, минеральных веществ, фенольных комплексов, лигнинов, флавоноидов, волокна, белка и других нутриентов, сконцентрированных в одном или более слоях внешней оболочки. По настоящему изобретению сорта предпочтительно выбирают из ячменя, пшеницы или овса с высоким содержанием бета-глюкана в оболочке в отличие от эндосперма. Традиционно селекция ячменя (90% ячменя, культивируемого в Северной Америке, используется для пивоварения) была направлена на получение улучшенных сортов для пивоварения, которая была направлена на сокращение содержания бета-глюкана. Настоящее изобретение направленно на выявление сортов, которые имеют высокое содержание бета-глюкана. Сортами, пригодными для использования по настоящему изобретению, являются: СDC Fibar двухрядный восковидный голозерный сорт ячменя, CDC Alamo двухрядный восковидный голозерный сорт ячменя, Merlin двухрядный восковидный голозерный сорт ячменя, Waxbar двухрядный пленчатый сорт ячменя, WB Salute двухрядный восковидный пленчатый с высоким содержанием бета-глюкана сорт ячменя и CDC McGwire двухрядный голозерный сорт ячменя. Используются различные сорта пшеницы с высоким содержанием бета-глюкана, включая два сорта восковой пшеницы, на сегодняшний день названные как ID-629 и ID-630.
Бета-глюканы являются смесями растворимых волокон, обнаруженных в ячмене, овсе и клетках дрожжей, в незначительных количествах, как правило, обнаруживаемые в других злаках, таких как пшеница и рожь. В случае отдельных зерновых, таких как ячмень, бета-глюкан обнаружен не только в слоистой оболочке, но также и в муке, полученной из цельного или обрушенного зерна. Как правило, содержание бета-глюкана в ячменном зерне составляет в пределах от 4 до 5%, хотя в некоторых сортах содержание может быть выше. В зависимости от сорта, бета-глюкан может быть диспергирован даже в эндосперме или может находиться в высоких концентрациях в слоистой оболочке, в частности в алейроновом слое. Сообщалось, что в экспериментальных сортах бета-глюкан концентрируется в слоистой оболочке. Предполагается, что сорта с высоким содержанием бета-глюкана будут иметь высокие концентрации его в слоистой оболочке.
Известно, что бета-глюканы поддерживают здоровье и улучшают функционирование пищеварительной и иммунной систем. Бета-глюканы могут абсорбировать воду в количестве, во много раз превосходящем собственную массу, образуя густой неперевариваемый гель. При прохождении геля через пищеварительную систему он покрывает выстелку пищеварительного тракта, тормозя процесс переваривания и абсорбцию нутриентов. Известно также о снижении риска возникновения заболеваний сердца за счет снижения уровня сывороточного холестерина. Бета-глюканы моделируют скорость, при которой сахар абсорбируется и выделяется в кровяной ток. Дополнительно они обладают антиоксидантными свойствами, которые помогают контролировать уровень свободных радикалов (высоко реактивные соединения, способные повреждать ДНК или клеточные мембраны) в желудочно-кишечном тракте, и предполагается, что эти свойства принимаются в расчет для защиты бета-глюканами от рака толстой кишки. Эти утверждения полезности для здоровья не имеют разрешения Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов для использования на этикетках в США; однако, благодаря усилиям Национального Совета США по продуктам питания, содержащим ячмень, и другим, была подана заявка на получение разрешения в Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Сейчас процесс рассмотрения закончен, и Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов допускает использование утверждения полезности для здоровья в отношении роли растворимых волокон бета-глюкана, получаемых из ячменя, для снижения риска возникновения коронарных заболеваний сердца.
В наши дни овес и продукты из овса имеют разрешение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов для размещения в США на этикетках надписи о полезности для здоровья, это, как правило, одобрено для продуктов, обладающих положительными свойствами, связанными с диетическими волокнами, включая те, которые связаны с бета-глюканами. Источником бета-глюканов в пищевых продуктах, главным образом, является овес, клеточные стенки дрожжей и грибы. Однако существуют сорта голозерного воскового ячменя, имеющие уровень содержания бета-глюканов выше обнаруженного в овсе. До настоящего момента было трудно выделить из ячменя бета-глюкан, достаточно чистый для использования в качестве ингредиента пищевого продукта.
Было заявлено, что фенольные соединения, содержащиеся во фракциях пшеничной оболочки, включая фенольные кислоты, лигнины и флавоноиды, вместе с диетическими волокнами защищают от рака, диабета и коронарных заболеваний. Подходящие сорта пшеницы определены, исходя из данных, чья слоистая оболочка имеет нутрицевтические свойства, включая все сорта Канадской краснозерной яровой пшеницы и твердых пшениц и предпочтительно двух сортов восковой пшеницы, на сегодняшний день названных как ID-629 и ID-630. Оболочечный слой, удаленный и разделенный, имеет значительное количество нерастворимых волокон и флавоноидов. По питательной ценности белок слоистой оболочки превосходит глютен эндосперма пшеницы.
Для того чтобы удалить и собрать слои внешней оболочки в соответствии с их биоактивными компонентами, используют способ, показанный на фиг.4, являющийся непрерывным после выбора требуемого сорта, путем обработки пшеничных и ячменных сортов удалением оболочек. Способ удаления оболочек пшеницы описан, например, в патенте США №5082680; в патенте США №5240733 и патенте США № 5387430, которые введены здесь ссылкой. Настоящим изобретением было определено, что подобные способы могут быть использованы для удаления оболочек ячменя. Прогрессивный способ удаления оболочек позволяет удалить внешнюю, слоистую оболочку зерен ячменя или пшеницы с удалением, разделением и сбором требуемых слоев оболочек, несмотря на то, что продукт, по существу, является единообразным гомогенным оболочечным продуктом, как при традиционном процессе помола или удаления оболочки. На фиг.4 слоистую внешнюю оболочку, удаленную в процессе шелушения, разделяют на три предпочтительные фракции. Одна или более оболочечная фракция пшеницы может быть использована, например, в зерновых завтраках, в качестве ингредиента для выпечки, источника диетических волокон, ингредиента питательных закусочных батончиков, продуктов с низким гликемическим индексом и питательных добавок. Пшеничный эндосперм может быть размолот в муку или в крупку, разделен на крахмал или глютен или использован в аквакультуре или для получения этанола. Одна или более оболочечная фракция ячменя может быть использована, например, в качестве продуктов с низким гликемическим индексом, продуктов, снижающих холестерин, пищевых продуктов специального назначения, закусочных батончиков и терапевтических напитков, в смесях или батончиках. Ячменный эндосперм может быть размолот в муку, разделен на крахмал или белок или использован в аквакультуре, или для получения этанола.
Процесс удаления оболочки схематически показан на фиг.5 и начинается с кондиционирования отобранного чистого сухого сорта водой в количестве около 1-3 мас.% в увлажняющем миксере. Увлаженное зерно подают в емкость для выдержки в течение нескольких минут, предпочтительно пяти минут, после проникновения влаги только в слои внешней, слоистой оболочки, содержащей волокна, без слипания слоев внешней, слоистой оболочки вместе, кондиционированный сорт подают в одну или более «фрикционную» машину, в которой зерно кондиционированного сорта энергично растирают вместе для удаления слоев внешней оболочки, содержащих волокна, до нижнего слоя семенной оболочки. Удаленные слои обработанного сорта, содержащие волокна, разделяют и собирают с использованием воздушной аспирации, и удаленные волокнистые слои сушат и просеивают. Удаленные волокнистые слои произвольно названы фракцией «А». Оболочечная фракция «А» представляет собой комбинацию слоев внешней оболочки зерна ячменя или пшеницы. Внешняя, слоистая оболочка состоит, главным образом, из эпидермиса, гиподермы, поперечных и трубчатых клеточных слоев. Фракция «А» имеет высокое содержание волокна (~78%) и низкое содержание белка (~8%). Этот продукт содержит около 3,5 вес.% зерна голозерного ячменя или пшеницы. Оболочечная фракция «А» ячменя может быть использована в зерновых завтраках, хлебобулочных изделиях, для панировки и кляра, в снеках, пищевых добавках, содержащих волокна, и напитках - заменителях пищи. Обработанное зерно с удаленной внешней, слоистой оболочкой выходит из машины «фрикционного» типа во вторую емкость для выдержки. Предпочтительными машинами «фрикционного» типа являются машины, доступные от Prokop Milling Machines Czech Republic, но также после модификации могут быть использованы доступные машины для отбеливания риса (как горизонтальные, так и вертикальные).
Кондиционированный сорт с удаленной внешней, слоистой оболочкой затем подают в одну или более машину «абразивного» типа, в которой зерно кондиционированного сорта растирается абразивными камнями для удаления оставшихся внутренних слоев приклеившейся внешней оболочки. Удаленные внутренние слои оболочки разделяют и собирают на две оболочечных фракции с использованием воздушной аспирации, первая оболочечная фракция, обозначенная как фракция «В», как правило, с содержанием волокна 40% и содержанием белка от 22 до 25%, и вторая оболочечная фракция, обозначенная как фракция «С», с высоким содержанием растворимого бета-глюкана из алейронового слоя в случае ячменя с низким содержанием белка и хорошим гипогликемическим индексом.
Оболочечная фракция «В» состоит, главным образом, из семенной оболочки (тесты), гиалинового слоя и некоторого количества алейроновых клеток. Продукт назван так, потому что имеет умеренное содержание волокон менее 40% и относительно высокое содержание белка (от 25 до 22%). Продукт содержит около 2,5 вес.% зерна голозерного ячменя или пшеницы. Оболочечная фракция «В» может быть использована в зерновых завтраках, хлебобулочных изделиях, для панировки и кляра, в соусах и напитках на основе зерна.
Оболочечная фракция «С» состоит, главным образом, из слоя алейроновых клеток, окружающего эндосперм зерна голозерного ячменя или пшеницы. Также она может содержать часть семенной оболочки и гиалиновый слой. Фракция «С» имеет относительно низкое содержание волокон, менее 20% и относительно высокое содержание белка 18-20%. Фракция «С» включает около 4 вес.% зерна голозерного ячменя или пшеницы. Оболочечная фракция «С» может быть использована в обогащении муки, напитках на основе зерна, зерновых завтраках, в качестве загустителей соусов и супа и пищевых добавок. Количество вводимого продукта варьирует в зависимости от требуемого результата или рецептур, используемых производителем пищевых продуктов.
Процесс заканчивается помолом сорта с удаленными слоями внешней оболочки с получением продукта, подходящего для использования, выбранного из группы, состоящей из ферментации с получением этанола, получения корма для аквакультур и использования в качестве ингредиента пищевых продуктов.
Например, ячменная мука состоит из смеси крахмала, белка и бета-глюкана и другого нерастворимого зольного остатка. Содержание белка в восковых голозерных ячменных сортах, как правило, составляет в пределах от 12,5 до 15%. Идеальными для сухого фракционирования с получением ячменной муки с высоким содержанием белка (25-30%) являются сорта с высоким содержанием белка в алейроновом слое. Этот ингредиент является идеальным для введения в рецептуру заменителей пищи и других применениях, требующих высокого содержания белка.
Как указано выше, функциональный пищевой продукт представляет собой «пищевой продукт, в котором концентрация одного или более ингредиента изменена или добавлена для усиления их вклада в здоровую диету». В прошлом функциональные пищевые продукты были отнесены к отделам магазина здорового питания, но с некоторых пор они переместились в основные отделы супермаркетов и стали очень быстро растущим сегментом пищевой индустрии.
Все оболочечные фракции по настоящему изобретению будут конкурентно способными на рынке функциональных пищевых продуктов. В качестве компонентов эти продукты могут быть смешаны и сочетаются с традиционными ингредиентами для получения пищевых продуктов, полезных для здоровья.
Оболочечная фракция «С» представляет собой превосходный пример такого ингредиента. Эта фракция при получении ее из ячменя содержит как растворимые (бета-глюкан), так и нерастворимые (целлюлоза) волокна. Бета-глюканы могут снижать риск возникновения заболеваний сердца, диабета и некоторых форм рака. Нерастворимые волокна улучшают функционирование пищеварительного тракта, причем как растворимые, так и нерастворимые волокна поддерживают иммунную систему.
Нутрицевтики определены как «пищевые продукты и напитки с введенными в них ингредиентами, которые обеспечивают медицинскую помощь или помогают в предотвращении заболеваний». Другими словами, комбинирование «питательных» и «фармацевтических» свойств относится к пищевым продуктам, вызывающим ответ, подобно традиционным медикаментам. Под эту категорию очень хорошо подходят продукты, содержащие оболочку ячменя, полученную фракционированием. На этом рынке найдется место бета-глюканам, оболочечным волокнам и возможно определенным крахмалам.
В семидесятые годы прошлого века зерновые батончики были введены в качестве питательной альтернативы обычным сладким батончикам. Первоначально эти продукты включали органические и нерафинированные ингредиенты, которые соответствовали имиджу «натуральных», но имели очень разный рецептурный состав, были плохо упакованы и имели короткий срок хранения. По мере того как основная часть компаний, производящих пищевые продукты, перешли к производству более «натуральных» продуктов, которые призывали потребителей к здоровому питанию, появились новые ингредиенты, улучшающие качество зерновых батончиков. В девяностые годы прошлого века рынок батончиков диверсифицировался на рынок батончиков, заменяющих пищу, батончиков с пониженной калорийностью и высокобелковые продукты для бодибилдинга или на рынок питательных пищевых добавок. Батончики стали средством для получения полного ряда нутриентов.
Батончики, как продукт, в которых используются оболочечные фракции по настоящему изобретению, могут быть созданы для оказания определенного питательного воздействия. Как отмечалось выше, продукты, полученные с использованием, главным образом, фракции «А», являются превосходным источником диетических волокон. В случае использования ячменя, уровни содержания (выше 75%) растворимых волокон из бета-глюкана и нерастворимых волокон из внешней, слоистой оболочки достаточны, чтобы снизить сывороточный холестерин (липопротеины с низкой плотностью) до 12% при дневном потреблении одного стограммового батончика. Оболочечная фракция ячменя «В» обеспечивает высокое содержание белка (20-25%) и хороший уровень содержания волокон (менее 40%). Батончики на основе фракции «В» помогают модулировать уровень глюкозы в крови при диабете. Фракция «С» имеет высокий уровень содержания белка (18-20%) и низкий уровень содержания волокон (менее 20%). Она может быть превосходным ингредиентом продуктов, замещающих пищу. Также может использоваться в питательных пищевых добавках для молодых людей и атлетов. Кроме того, благодаря полному набору витаминов и минеральных веществ, эти батончики могут быть использованы в качестве сухого пайка во время массовых катастроф или в качестве гуманитарной помощи.
На фиг.6 приведена таблица с тремя различными рецептурами батончиков и возможные рецептурные составы для использования оболочечных фракций по настоящему изобретению совместно с другими продуктами. В каждом случае рецептура включает главные биоактивные компоненты, содержащиеся в одной или более оболочечной фракции ячменя по настоящему изобретению. Рецептуры батончиков также включают в качестве комплекса углеводных добавок одну или более оболочечную фракцию пшеницы. Другие компоненты включают витаминную и минеральную добавку (необязательно), липидную добавку, углеводную добавку и белковую добавку. Эти рецептуры батончиков были созданы для получения определенного нутрицевтического эффекта, как показано на фиг.6. Можно получить другие требуемые эффекты с использованием различных рецептур с оболочечными фракциями по настоящему изобретению в качестве основных ингредиентов.
Оболочечные фракции, полученные по настоящему изобретению, имеют ценность в качестве пищевого продукта для человека, который в 5-6 раз превосходит пищевое сырье. Общий выход трех фракций составляет около 10% от веса чистого ячменя или пшеницы.
Хотя изобретение описано выше на примере предпочтительных вариантов выполнения, специалисту в данной области будет понятно, что на их основе могут быть получены другие варианты в пределах объема настоящего изобретения, определенного в прилагаемой формуле.
1. Способ получения обогащенных отрубями композиций из зерен злаков, имеющих эндосперм и зародыш, заключенные во внешнюю оболочку, причем внешняя оболочка содержит несколько отдельных слоев, имеющих разные химические и физические свойства, включающий:
(a) выбор одного или более сортов чистых сухих зерен злаков, так чтобы получить в этом способе две фракции отрубей, причем первая фракция отрубей имеет содержание волокна не менее 40% и содержание белка 20-25%, а вторая фракция отрубей имеет менее 20% волокна, при этом указанные фракции содержат биоактивные компоненты, выбранные из антиоксидантов, фенольных комплексов, лигнинов, флавоноидов, витаминов, минеральных веществ, волокна и белка;
(b) кондиционирование зерна выбранного сорта или выбранных сортов водой в количестве около 1-3 вес.%;
(c) затем, после проникновения влаги только через волокнистые слои внешней оболочки, без слипания вместе слоев внешней оболочки, подачу зерна в одну или более машин, в которых отдельные зерна интенсивно трут друг о друга для удаления волокнистых слоев внешней оболочки зерен до слоя семенной оболочки;
(d) отделение зерна от удаленных волокнистых слоев, собираемых воздушной аспирацией, сушку и просеивание;
(e) подачу зерна со стадии d) в одну или более машин, в которых зерно трут абразивными камнями для удаления оставшихся внутренних слоев с прилипшей внешней оболочки; и
(f) отделение и сбор удаленных внутренних слоев в виде указанных двух фракций отрубей.
2. Способ по п.1, в котором сорт или сорта, выбранные на стадии а), такие, что фракция отрубей, полученная в этом способе, имеет содержание бета-глюкана около 15-30%.
3. Способ по п.1 или 2, в котором по меньшей мере один из указанных сортов зерен злаков является ячменным зерном.
4. Способ получения нутрицевтических пищевых продуктов для потребления человеком, обогащенных бета-глюканом, включающий:
получение обогащенных отрубями композиций из зерен злаков способом по любому из пп.1-3,
выбор одной или более фракций с бета-глюканом и другими биоактивными компонентами в концентрациях, достаточных для обеспечения нутрицевтического эффекта, и
введение выбранной фракции или фракций в пищевой продукт для потребления человеком с получением нутрицевтического пищевого продукта, обогащенного отрубями.
5. Способ по п.4, в котором выбранная фракция или фракции имеют содержание бета-глюкана по меньшей мере около 15%.
6. Способ по п.4, в котором выбранную фракцию или фракции дополнительно обогащают антиоксидантами, фенольными комплексами, лигнинами, флавоноидами, витаминами, минеральными веществами, волокном и/или белком.
7. Способ по любому из пп.4-6, в котором по меньшей мере один из выбранных сортов зерен злаков выбран из двухрядного восковидного голозерного ячменя сорта CDC Fibar, двухрядного восковидного голозерного ячменя сорта CDC Alamo, двухрядного восковидного голозерного ячменя сорта Merlin, двухрядного пленчатого ячменя сорта Waxbar, двухрядного восковидного пленчатого ячменя с высоким содержанием бета-глюкана сорта WB Salute и двухрядного голозерного ячменя сорта CDC McGwire.
8. Обогащенная отрубями композиция, полученная способом по любому из пп.1-3, содержащая один или более слоев внешней оболочки выбранного зерна и имеющая содержание растворимого и нерастворимого волокна более 75 вес.% и содержание белка менее 18 вес.%.
9. Композиция по п.8, имеющая содержание бета-глюкана по меньшей мере около 15%.
10. Композиция по п.8, полученная из ячменного зерна.
11. Композиция по п.8, полученная из сорта ячменя, выбранного из двухрядного восковидного голозерного ячменя сорта CDC Fibar, двухрядного восковидного голозерного ячменя сорта CDC Alamo, двухрядного восковидного голозерного ячменя сорта Merlin, двухрядного пленчатого ячменя сорта Waxbar, двухрядного восковидного пленчатого ячменя с высоким содержанием бета-глюкана сорта WB Salute и двухрядного голозерного ячменя сорта CDC McGwire.
12. Композиция по любому из пп.8-11, содержащая эпидермис, гиподермис, поперечные и трубчатые клеточные слои из зерна выбранного сорта или сортов.
13. Композиция по п.12, содержащая один или более слоев внешней оболочки, имеющая содержание нерастворимого волокна более 75 вес.% и содержание белка менее 18 вес.%.
14. Композиция по любому из пп.8-11, состоящая, по существу, из семенной оболочки (тесты), гиалинового слоя и алейроновых клеток и имеющая содержание растворимого и нерастворимого волокна менее 40 вес.% и содержание белка менее 25 вес.%.
15. Композиция по п.14, состоящая, по существу, из слоя алейроновых клеток и, возможно, части семенной оболочки и гиалинового слоя.
16. Композиция по п.14, содержащая растворимый бета-глюкан из слоя алейроновых клеток и имеющая содержание растворимого и нерастворимого волокна менее 20 вес.% и содержание белка менее чем около 18-20 вес.%.
17. Обогащенный бета-глюканом нутрицевтический пищевой продукт для потребления человеком, полученный из выбранных сортов зерен злаков способом по любому из пп.4-7.
18. Пищевой продукт по п.17, являющийся зерновым завтраком, выпечкой или хлебом.
19. Пищевой продукт по п.17, являющийся закусочным батончиком.
20. Обогащенный закусочный батончик, содержащий нутрицевтически эффективное количество одной или более фракций отрубей, полученных способом по любому из пп.1-3, и дополнительно содержащий 0-10% липидной добавки, до 50% углеводной добавки, до 25% комплексной углеводной добавки и от 0 до 25% белковой добавки.
21. Обогащенный закусочный батончик, содержащий нутрицевтически эффективное количество одной или более обогащенных отрубями композиций по любому из пп.8-16, и дополнительно содержащий 0-10% липидной добавки, до 50% углеводной добавки, до 25% комплексной углеводной добавки и от 0 до 25% белковой добавки.
22. Применение закусочного батончика по п.20 или 21 для снижения содержания сывороточного холестерина, причем закусочный батончик содержит эффективное количество обогащенной отрубями композиции по п.12 или 13, и дополнительно содержит от 5 до 10% липидной добавки, до 50% углеводной добавки и до 25% комплексной углеводной добавки.
23. Применение закусочного батончика по п.20 или 21 для укрепления иммунной системы и повышения работоспособности, причем закусочный батончик содержит эффективное количество обогащенной отрубями композиции по любому из пп.14-16, и дополнительно содержит до 50% углеводной добавки, до 25% комплексной углеводной добавки и до 25% белковой добавки.
24. Применение закусочного батончика для обогащения бета-глюканом рациона питания человека, нуждающегося в этом, причем закусочный батончик содержит одну или более обогащенных отрубями композиций по п.9.
25. Применение закусочного батончика для обогащения белком рациона питания человека, нуждающегося в этом, причем закусочный батончик содержит одну или более обогащенных отрубями композиций по любому из пп.8-16, и дополнительно содержит до 25% углеводной добавки, до 25% комплексной углеводной добавки и до 10% белковой добавки.
26. Применение по любому из пп.22-25, в котором обогащенная отрубями композиция получена из ячменного зерна.
27. Применение по любому из пп.22, 23, 25, в котором комплексная углеводная добавка дополнительно содержит пшеничные отруби.
