Ячмень с пониженной активностью синтазы крахмала ii (ssii) и крахмалсодержащие продукты с пониженным содержанием амилопектина

Ячмень с пониженной активностью синтазы крахмала ii (ssii) и крахмалсодержащие продукты с пониженным содержанием амилопектина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данное изобретение относится к растению ячменя с пониженной активностью фермента синтазы крахмала II (SSII), приводящей к крахмалу, имеющему пониженное содержание амилопектина. Кроме того, данное изобретение относится к крахмалу и зерну, а также к пищевым продуктам, полученным из них.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Одним из открытий в науке о питании является тот факт, что устойчивый крахмал имеет важное значение для здоровья кишечника, в частности, для здоровья толстого кишечника. Благоприятные эффекты устойчивого крахмала являются результатом обеспечения питания толстого кишечника, где кишечная микрофлора получает источник энергии, который подвергается ферментации с образованием среди прочего короткоцепочечных жирных кислот. Эти короткоцепочечные жирные кислоты обеспечивают питательные вещества для колоноцитов, усиливают захват некоторых питательных веществ через толстый кишечник и способствуют физиологической активности ободочной кишки. Как правило, если не обеспечивать устойчивые крахмалы или другую диетическую клетчатку, ободочная кишка относительно неактивна в метаболизме.

В последние годы существует направление поиска разработки устойчивых крахмалов из различных источников, направленного на здоровье кишечника. Соответственно, высокоамилозные крахмалы обнаружены в некоторых хлебных злаках, таких как кукуруза, для использования в пищевых продуктах в качестве средств, способствующих здоровью кишечника.

Физическая структура крахмала может оказывать важное воздействие на питательные и технологические свойства крахмала для пищевых продуктов. Некоторые характеристики можно рассматривать в качестве показателя структуры крахмала, включая распределение длин цепей амилопектина, степень кристалличности и наличие форм кристалличности, таких как V-комплексная форма кристалличности крахмала. Формы с такими характеристиками можно также рассматривать в качестве показателя питательных или технологических свойств пищевых продуктов, содержащих эти крахмалы. Таким образом, малая длина цепи амилопектина может быть показателем низкой кристалличности и слабой желатинизации, и кроме того считают, что она коррелирует с пониженной ретроградацией амилопектина. Кроме того, считают, что распределение длин более коротких цепей амилопектина отражает органолептические свойства пищевых продуктов, в которые этот крахмал включен в значительных количествах. Пониженная кристалличность крахмала может также быть показателем пониженной температуры желатинизации крахмала, и, кроме того, считают, что она связана с улучшенными органолептическими свойствами. Наличие V-комплексной кристалличности или иначе связанного с крахмалом липида будет увеличивать уровень устойчивого крахмала и, следовательно, диетической клетчатки.

Линии ячменя, имеющие крахмалы с высоким содержанием амилозы, были идентифицированы ранее. Результатом этого являлись только относительно небольшие повышения содержания амилозы до максимального значения примерно 45% от суммарного крахмала, как например в сорте ячменя, известном как High Amylose Glacier (AC38). Хотя крахмалы с повышенным содержанием амилозы этого типа полезны, все же предпочтителен крахмал с более высоким содержанием амилозы, и выращивают некоторые другие виды хлебных злаков, чтобы получить крахмалы с более высоким содержанием амилозы при уровнях 90-процентильного диапазона. Они очень устойчивы к ферментативному гидролизу и приносят большую пользу для здоровья.

При разработке высокоамилозных крахмалов существует проблема, поскольку известные высокоамилозные крахмалы также имеют высокую температуру желатинизации. Температура желатинизации отражает энергию измельчения, необходимую для обработки таких пищевых продуктов. Следовательно, для обработки зерна или муки для производства пищевых продуктов из таких зерен или крахмалов обычно необходимы более высокие температуры. Поэтому, как правило, продукты, имеющие высокоамилозные крахмалы, являются более дорогостоящими. Подобным образом, с точки зрения потребителя, для приготовления этих произведенных пищевых продуктов или для приготовления пищи из муки, имеющей высокоамилозные крахмалы, могут потребоваться более длительные периоды времени и более высокие температуры. Следовательно, в обеспечении высокоамилозных крахмалов в пищевых продуктах существует значительное неудобство.

Другим питательным компонентом хлебных злаков и, в частности, ячменя являются β-глюканы. β-Глюканы состоят из глюкозных единиц, связанных β(1-4) и/или β(1-3) гликозидными связями, и также не разрушаются человеческими пищеварительными ферментами, что делает их подходящими в качестве источника диетической клетчатки. β-Глюканы могут частично подвергаться ферментативному гидролизу эндогенными бактериями ободочной кишки, в процессе ферментации которых образуются короткоцепочечные жирные кислоты (преимущественно ацетат, пропионат и бутират), которые полезны для клеток слизистой оболочки, выстилающих кишечник и ободочную кишку (Sakata and Engelhard Comp. Biochem. Physiol. 74a: 459-462 (1983)).

Кроме того, поглощение β-глюкана имеет эффект повышения выделения желчных кислот, приводящего к снижению суммарных сывороточных холестерина и липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) с уменьшением риска ишемической болезни сердца. Подобным образом, β-глюканы действуют посредством ослабления сдвигов концентрации глюкозы в крови, возникающих после приема пищи. Считают, что оба этих эффекта основаны на повышении вязкости содержимого желудка и кишечника.

Состав пищевых продуктов, содержащих крахмалы, и тесные взаимодействия этих крахмалов с другими питательными или иными компонентами могут оказывать значительное воздействие на питательную ценность этих пищевых продуктов или на функциональные характеристики этих компонентов в приготовлении или структуре этих пищевых продуктов.

Хотя модифицированные крахмалы или β-глюканы, например, можно использовать в пищевых продуктах, которые обеспечивают функциональность, в норме не обеспечиваемую немодифицированными источниками, такая обработка имеет тенденцию либо изменять другие важные компоненты, либо является нежелательной вследствие процессов, вовлеченных в модификацию. Следовательно, предпочтительно предложить источники составных частей, которые можно использовать в немодифицированной форме в пищевых продуктах.

Сорт ячменя МК6827 доступен от Barley Germplasma Collection (USDA-ARS National Small Grain Germplasma Research Facility Aberdeen, Idaho 831290 USA). Зерно МК6827 является сморщенным и имеет сильно окрашенную шелуху и продолговатую форму, и в руках авторов изобретения это зерно очень трудно поддается обработке, включая то, что оно очень устойчиво к измельчению. Свойства зерна МК6827 ранее не были охарактеризованы, природа мутации не установлена, и его не считают подходящим для производства пищевых продуктов.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение является результатом выделения и характеристики SSII мутанта растений ячменя, зерно которого, как обнаружено, содержит крахмал, который имеет пониженное содержание амилопектина и, следовательно, высокие относительные уровни амилозы, и поэтому имеет повышенные уровни диетической клетчатки.

Зерно этого мутанта и зерно от скрещивания в некоторые генетические фоны, кроме того, имеет повышенный уровень β-глюкана. Сочетание повышенного уровня β-глюкана и устойчивого крахмала, вносящее вклад в высокий уровень диетической клетчатки, авторы изобретения считают уникальным для настоящего изобретения.

Кроме того, по меньшей мере в некоторых генетических фонах обнаружено, что зерно от таких мутантов содержит крахмал, который имеет высокие относительные уровни амилозы, а также имеет низкие температуры желатинизации. Низкие характеристики набухания такого крахмала во время и после желатинизации также имеют преимущества при некоторых применениях технологий диетических и пищевых продуктов.

Кроме того, обнаружено, что зерно от таких мутантов содержит крахмал, который имеет высокие относительные уровни амилозы, причем обнаруженные уровни амилозы выше 50% от содержания крахмала, что представляет собой уровень, который никогда ранее не обнаруживали в немодифицированном крахмале, полученном из ячменя.

Крахмал мутантов и линий обратного скрещивания, имеющих происхождение от этих мутантов (до той степени, до которой эти линии обратного скрещивания протестированы), ведет себя как устойчивый крахмал с измененной структурой, на которую указывают специфичные физические характеристики, включая одну или более чем одну из группы, включающей в себя наличие высокого относительного содержания амилозы, физическую недоступность вследствие наличия высокого содержания β-глюкана, измененную морфологию гранул и наличие связанного с крахмалом липида, и на эту измененную структуру также указывает характеристика, выбранная из одной или более чем одной из группы, включающей в себя низкую кристалличность, пониженное распределение длин цепей амилопектина и наличие заметного связанного с крахмалом липида.

Кроме того, зерно, полученное от этих мутантных растений ячменя, можно легко использовать в процедурах технологии пищевых продуктов.

Настоящее изобретение в одном аспекте относится к крахмалу, полученному из зерна растения ячменя, имеющего пониженный уровень активности SSII, причем указанные крахмальные гранулы имеют высокое содержание амилозы вследствие пониженного содержания амилопектина.

Настоящее изобретение в другом, более широком аспекте относится к зерну, полезному для производства пищевых продуктов, полученному из растения ячменя, имеющего пониженный уровень активности SSII, причем крахмал указанного зерна имеет высокое содержание амилозы вследствие пониженного содержания амилопектина.

Настоящее изобретение еще в одном, более широком аспекте относится к растению ячменя с пониженным уровнем активности SSII, причем указанное растение ячменя способно производить зерно, причем крахмал указанного зерна имеет высокое содержание амилозы вследствие пониженного содержания амилопектина, причем указанное зерно является подходящим для производства пищевых продуктов.

Альтернативно, настоящее изобретение относится к выделенной молекуле нуклеиновой кислоты, кодирующей белок ячменя SSII, причем указанная нуклеиновая кислота способна к гибридизации в жестких условиях с SEQ ID NO 1, или клетке, несущей реплицируемый рекомбинантный вектор, несущий указанную молекулу нуклеиновой кислоты. Еще в одном варианте данное изобретение относится к выделенной молекуле нуклеиновой кислоты, способной к специфичной гибридизации с SEQ ID NO 1.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Для лучшего понимания данное изобретение будет описано далее со ссылкой на ряд примеров.

Фиг.1. Анализ распределения молекулярных размеров крахмала, как определено путем ВЭЖХ-разделения крахмала в 90% ДМСО. (а) Himalaya, (б) АС38, (в) 342, (г) 292.

Фиг.2. Фотографии, показывающие морфологию зерна мутантной и родительских линий, (a) Himalaya, (б) АС38, (в) 292, (г) Waxiro, (д) 342, (е) Tantangara, (ж) МК6827, (з) Sloop. Размеры зерна в длину (L), ширину (W) и толщину (Т) проиллюстрированы на панели (а).

Фиг.3. Анализ распределения длин цепей различных крахмалов мутанта и дикого типа с использованием FACE. (а) Нормализованное распределение длин цепей, (б) сравнение распределений длин цепей с помощью диаграммы разностей. Образцами являлись 342 , 292 , Tantangara (s), AC38 , МК6827 и Himalaya (+).

Фиг.4. RVA-анализ образцов крахмала ячменя. Образцами являлись Himalaya , Namoi (Δ), AC38 (О), 342 (▿), 292 и МК6827 . Температурный профиль, используемый на протяжении профиля, указан непрерывной линией.

Фиг.5. Данные дифракции рентгеновских лучей для мутантной линии и линии дикого типа.

Фиг.6. Микрофотографии в сканирующем электронном микроскопе выделенных крахмалов ячменя, (a) Himalaya, (б) Waxiro, (в) AC38, (г) 292, (д) 342, (е) МК6827.

Фиг.7. Локусы на хромосоме 7Н ячменя, показывающие близость локусов nud1 и sex6. Диаграмма согласно GrainGenes (http://wheat.pw.usda.gov/) Barley morphological genes, 7H map, author; Franckowiak JD).

Фиг.8. Зависимости между размерами семян и распределением длин цепей крахмала для двойных гаплоидных линий 292×Tantangara. Линии, обозначенные (+), дали картину ПЦР Himalaya, а линии, обозначенные (о), дали результат ПЦР 292. Панель (А), отношение длины семени к толщине, нанесенное на график против процента цепей крахмала с DP от 6 до 11; панель (Б), масса семени, нанесенная на график против процента цепей крахмала с DP от 6 до 11.

Фиг.9. Последовательность кДНК SSII ячменя (SEQ ID NO 1) из сорта Himalaya.

Фиг.10. Структура генов SSII из (1) Т.tauschii (диплоидная пшеница), (2) сорта ячменя Morex. Линиями жирного шрифта представлены экзоны, а тонкими линиями - интроны. Прямая линия под каждым примером указывает участок последовательностей генов. Пунктирной линией показан участок гена SSII ячменя, от интрона 7, который не был секвенирован, но был определен ПЦР-анализом примерно как 3 т.п.о. в длину.

Фиг.11. Сравнения предсказанных кДНК SSII из МК6827 (SEQ ID NO 2), Morex (SEQ ID NO 3) и 292 (SEQ ID NO 4) и последовательности кДНК Himalaya (SEQ ID NO 1). Предсказанные последовательности получили путем идентификации участков геномных последовательностей, присутствующих в кДНК SSII Himalaya. Стартовый кодон ATG и стоп-кодон дикого типа указаны, как и дополнительные стоп-кодоны, присутствующие в МК6827 (#) и 292 (&), соответственно.

Фиг.12. Сравнение аминокислотных последовательностей, имеющих происхождение от генов, кодирующих SSII, из линий ячменя 292 (SEQ ID NO 7), Morex (SEQ ID NO 5), MK6827 (SEQ ID NO 8), Himalaya (SEQ ID NO 6). Дополнительные стоп-кодоны в 292 и MK6827 указаны символами (&) и (#), соответственно.

Фиг.13. Положение мутаций в MK6827 (SEQ ID NO 2) и 292 (SEQ ID NO 4) в гене SSII ячменя.

Фиг.14. Разработка и использование ПЦР-анализа для мутации 292. (а) Схематическое изображение участка SSII из Himalaya, амплифицированного с помощью праймеров ZLSS2P4 и ZLBSSIIP5, (б) изображение участка, амплифицированного из гена SSII из 292 с использованием ZLSS2P4 и ZLBSSIIP5, показывающее отсутствие одного сайта NIaIV, (в) агарозный гель-электрофорез продуктов ферментативного гидролиза NIaIV из ячменя; Дорожка М; лэддер маркеров ДНК, дорожка 1: МК6827, дорожка 2: Himalaya, дорожка 3: Tantangara, дорожка 4: 292, дорожка 5: 342.

Фиг.15. ДСН-ПААГ электрофорез (электрофорез в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия) белков крахмальной гранулы. Панель (А) 8% акриламид (37,5:1 акрил/бис) ДСН-ПААГ гель, подвергнутый электроблоттингу и зондированию с антителом SSII, полученным против очищенного связанного с гранулами белка SSII из пшеницы. (Б) 12,5% акриламид (30:0,135 акрил/бис), окрашенный серебром. Миграция стандартов молекулярных масс определенной массы (единицами являются кД) указаны с каждой стороны фигуры.

Фиг.16. Схематическое изображение конструкций ДНК, предназначенных для негативной регуляции экспрессии SSII после стабильной трансформации ячменя. (1) Ген SSII от нуклеотида 1 до 2972 (см. последовательность на Фиг.9) встроен между промотором и терминатором в смысловой ориентации. (2) Ген SSII встроен между промотором и терминатором в антисмысловой ориентации от нуклеотида 2972 до 1 (см. последовательность на Фиг.9). (3) Двойная конструкция, в которой интрон 3 гена SSII ячменя (между нуклеотидами 1559 и 2851) геномной последовательности SSII Morex встроен между экзонами 2 и 3 из кДНК SSII ячменя из Himalaya (нуклеотиды 363-1157 на Фиг.9).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Определения

Гликемический Индекс. Это сравнение воздействия тестируемых пищевых продуктов, таких как белый хлеб или глюкоза, на сдвиги концентрации глюкозы в крови. Гликемический Индекс представляет собой меру вероятного эффекта пищи, связанного с концентрацией глюкозы в сыворотке после приема пищи и потребностью в инсулине для гомеостаза глюкозы в крови.

Устойчивый крахмал. Сумма крахмала и продуктов ферментативного гидролиза крахмала, не всасывающихся в тонком кишечнике здоровых людей, но поступающих в толстый кишечник. Таким образом, устойчивый крахмал исключает продукты, перевариваемые и всасывающиеся в тонком кишечнике.

Устойчивые крахмалы можно классифицировать на четыре группы.

RS1 физически недоступный крахмал. Примеры этой формы крахмала образуются там, где крахмал заключен внутри белкового или подобного матрикса, либо внутри растительной клеточной стенки, либо она может образоваться в связи с частичным измельчением зерна или бобовых после охлаждения.

RS2 устойчивые гранулы. Это, как правило, сырые крахмалы, такие как те, которые образуются из сырого картофеля или зеленых бананов, некоторых бобовых и высокоамилозных крахмалов.

RS3 ретроградированные крахмалы. Эти крахмалы образуются путем термической/влажной обработки крахмала или крахмальных пищевых продуктов, такие как встречаются в вареном и охлажденном картофеле, хлебе и кукурузных хлопьях.

RS4 химически модифицированные. Эти крахмалы образуются вследствие химических модификаций, таких как замещение или поперечное сшивание. Эту форму крахмала часто используют в обработанных пищевых продуктах.

Диетическая клетчатка. В данном описании это сумма углеводов или продуктов ферментативного гидролиза углеводов, которые не всасываются в тонком кишечнике здоровых людей, но поступают в толстый кишечник. Они включают в себя устойчивый крахмал, β-глюкан и другие растворимые и нерастворимые углеводные полимеры. Следует включать ту часть углеводов, которая по меньшей мере частично подвержена ферментации резидентной микрофлорой в толстом кишечнике.

Желатинизация представляет собой разрушение (прерывание) молекулярного порядка в пределах крахмальной гранулы с сопутствующими и необратимыми изменениями свойств, такими как гранулярное набухание, плавление кристаллита, потеря двойного лучепреломления, развитие вязкости и солюбилизация крахмала.

Данное изобретение возникло в результате выделения и характеристики SSII мутантных растений ячменя, зерно которых, как обнаружено, содержит крахмал, который имеет пониженное содержание амилопектина и, следовательно, высокие относительные уровни амилозы, и поэтому имеет повышенные уровни диетической клетчатки.

Обнаружено, что такие мутанты обладают рядом весьма желательных характеристик, и показано, что скрещивания в различные другие генетические фоны сохраняют по меньшей мере некоторые из этих характеристик.

Зерно мутанта и зерно от скрещиваний в некоторые генетические фоны, кроме того, имеют повышенный уровень β-глюкана. Сочетание повышенного уровня β-глюкана и высокого уровня диетической клетчатки авторы изобретения считают уникальным для настоящего изобретения.

Кроме того, обнаружено, что по меньшей мере в некоторых генетических фонах зерно от таких мутантов содержит крахмал, который имеет высокие относительные уровни амилозы, а также имеет низкие температуры желатинизации. Характеристики желатинизации, относящиеся к набуханию, такого крахмала также имеют преимущество, представляющее собой слабое набухание, которое является полезным при некоторых применениях в технологии диетических и пищевых продуктов.

Кроме того, обнаружено, что зерно от таких мутантов содержит крахмал, который имеет высокие относительные уровни амилозы, причем обнаруженные уровни амилозы выше 50% от содержания крахмала, что представляет собой уровень, который ранее никогда не обнаруживали в немодифицированном крахмале, полученном из ячменя.

Крахмал мутантов и линий обратного скрещивания до той степени, до которой они протестированы, ведет себя как устойчивый крахмал с измененной структурой, на которую указывают специфичные физические характеристики, включая одну или более чем одну из группы, включающей в себя наличие высокого относительного содержания амилозы, физическую недоступность вследствие наличия высокого содержания β-глюкана, измененную морфологию гранул и наличие связанного с крахмалом липида, и на эту измененную структуру также указывает характеристика, выбранная из одной или более чем одной из группы, включающей в себя низкую кристалличность, пониженное распределение длин цепей амилопектина и наличие заметного связанного с крахмалом липида.

Кроме того, по этой причине зерно, полученное от этих мутантных растений ячменя, можно легко использовать в процедурах технологии пищевых продуктов.

Зерно от таких мутантов в одной форме предпочтительно содержит крахмал, который имеет высокие относительные уровни диетической клетчатки, более конкретно амилозы, а также повышенный уровень β-глюкана. Сочетание повышенного уровня β-глюкана и высокого уровня амилозы авторы изобретения считают уникальным для настоящего изобретения, и оно обеспечивает уникальный источник сочетания β-глюкана и устойчивого крахмала, которое не требует, по меньшей мере в более широких аспектах изобретения, смешивания β-глюкана и растворимой диетической клетчатки вместе или модификации этих составных частей.

Насколько известно авторам изобретения растение ячменя по настоящему изобретению является впервые открытой зерновой культурой ячменя, обладающей повышенными относительными уровнями диетической клетчатки в форме устойчивого крахмала, имеющего повышенный уровень амилозы, который также имеет повышенные уровни β-глюкана, которые находятся на более высокой точке типичных уровней β-глюкана или которые превышают этот уровень. Зерна, которые имеют еще более высокое содержание β-глюкана, представляют собой фенотип waxy и, следовательно, обладают низкими уровнями амилозы.

Известно, что существует широкое разнообразие уровней β-глюкана в ячмене в диапазоне от примерно 4% до примерно 18% масс/масс ячменя, но более типично от 4% до примерно 8% (Izydorcyk et at. (2000) Journal of Agricultural and Food Chemistry 48, 982-989; Zheng et al. (2000) Cereal Chemistry 77, 140-144; Elfverson et al. (1999) Cereal Chemistry 76, 434-438; Andersson et al. (1999) Journal of the Science of Foods and Agriculture 79, 979-986; Oscarsson et al. (1996) J. Cereal Science 24, 161-170; Fastnaught et al. (1996) Crop Science 36, 941-946). Разработаны улучшенные линии ячменя, например Prowashonupana, которые имеют от примерно 15% до примерно 18% масс/масс β-глюкана, но обладает фенотипом waxy. Она имеется в продаже под названием Sustagrain™ (ConAgra™ Specially Grain Products Company, Omaha, Neb. USA).

Уровни β-глюкана, рассматриваемые данным изобретением, могут зависеть от генетического фона, при котором ферментативная активность синтеза амилопектина понижена. Однако предполагают, что понижение активности синтеза амилопектина будет обладать эффектом повышения относительного уровня диетической клетчатки, которая частично принимает форму амилозы, и в то же время повышения уровня β-глюкана. Одним из объяснений сопутствующего повышения β-глюкана при повышенных относительных уровнях амилозы является то, что такое повышение может быть результатом концентрационного эффекта уменьшенного эндосперма и может далее повышаться посредством переключения углерода от синтеза крахмала на синтез β-глюкана.

Таким образом, зерно растения ячменя предпочтительно имеет содержание β-глюкана, которое выше 6% от суммарной массы нешелушенного зерна, или более предпочтительно выше 7%, и наиболее предпочтительно выше 8%, однако, уровни β-глюкана у мутанта waxy измерили вплоть до уровней от 15 до 18%, и в настоящем изобретении можно рассматривать столь же высокие или более высокие уровни, чем эти.

Во второй предпочтительной форме зерно растения ячменя обладает пониженной температурой желатинизации (как измерено с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии) в дополнение к относительно высокому содержанию амилозы. По данным, представленным для ячменя, служащего примером, эта пониженная температура желатинизации не только снижена по сравнению с крахмалом, продуцируемым ячменем с несколько повышенным содержанием амилозы, но также по сравнению с крахмалом, продуцируемым ячменем, имеющим крахмал, у которого нормальные уровни амилозы. Таким образом, хотя в данном изобретении рассматривают пониженные температуры желатинизации относительно соответствующего высокоамилозного крахмала, можно также рассматривать температуру желатинизации, пониженную относительно таковой у крахмала с нормальными уровнями амилозы.

Кроме того, в генетических фонах, проверенных таким образом, крахмал также характеризуется набуханием в избытке нагретой воды, которое является более слабым, чем набухание других протестированных крахмалов.

В третьей предпочтительной форме крахмал имеет уровни амилозы выше 50% от содержания крахмала, что является уровнем, который никогда ранее не обнаруживали в немодифицированном крахмале, полученном из ячменя.

Крахмал настоящего растения ячменя имеет высокое относительное содержание амилозы, более высокое, чем можно ожидать для мутации в гене SSII или другом гене синтазы крахмала. Так, у пшеницы мутанты по SSII приводят в результате к относительным уровням амилозы примерно 35% от крахмала. Содержание амилозы у крахмала можно считать повышенным, когда это содержание значительно выше 25%, или которое присутствует в зерне нормального ячменя, и, таким образом, может быть выше чем примерно 30% масс/масс от суммарного крахмала. Известные растения ячменя, которые считают высокоамилозными, имеют содержание 35-45%. Однако в настоящем изобретении предложен ячмень с содержанием амилозы, которое выше 50%, что является уровнем, который никогда ранее не обнаруживали в немодифицированном крахмале, полученном из ячменя.

Относительное содержание амилозы может быть выше 60% и, более предпочтительно, даже выше 70%. Может быть желательно иметь даже более высокие уровни и, следовательно, было возможно достичь даже более высоких уровней у других растений с помощью скрещивания с одиночными мутациями, причем такие уровни достигают 90%. Следовательно, данное изобретение может охватывать уровни амилозы, которые выше 80% или выше 90%.

В четвертой предпочтительной форме крахмал также имеет измененную структуру, которая приводит к устойчивому крахмалу. Это может являться результатом высокого содержания амилозы. Устойчивый крахмал может также образоваться, поскольку β-глюкан присутствует в повышенных уровнях и, вероятно, оказывает защитные воздействия вследствие связывания β-глюкана с крахмальной гранулой, причем прочность контакта потенциально обеспечивает защитный эффект для крахмала, чтобы посредством этого обеспечить устойчивость, которую можно охарактеризовать как RS1 форму, которая до некоторой степени недоступна ферментативному гидролизу. Подобным образом, наличие связи крахмал-липид, как измерено на основании V-комплексной кристалличности, также вероятно вносит вклад в уровень устойчивого крахмала. В этом случае устойчивость, по-видимому, является результатом физической недоступности крахмала благодаря наличию липида, и, соответственно, ее можно рассматривать как RS1 крахмал. Известно, что ретроградированный крахмал, который принимает V-комплексную конфигурацию, является высоко устойчивым к ферментативному гидролизу и соответственно ожидают, что амилопектин, который образует часть V-комплексной кристаллической структуры, также будет устойчив к ферментативному гидролизу. Крахмал растения ячменя, служащего примером, может быть устойчивым к ферментативному гидролизу вследствие структуры крахмальной гранулы и, соответственно, может иметь RS2 крахмал. Каждая из этих характеристик может присутствовать отдельно, либо в виде двух или более чем двух этих характеристик в сочетании.

Повышенный уровень диетической клетчатки может, по меньшей мере частично, принимать форму устойчивого крахмала, который можно охарактеризовать высоким содержанием амилозы крахмальных гранул, как объяснено выше.

Относительное содержание амилозы может быть выше 60% и более предпочтительно выше 70%. Может быть желательно иметь даже более высокие уровни, и поэтому было возможно достичь даже более высоких уровней в других растениях с помощью скрещивания с одиночными мутациями, и такие уровни достигают 90%. Таким образом, данное изобретение может охватывать уровни амилозы выше 80% или выше 90%.

Может быть желательно, чтобы растение ячменя дополнительно экспрессировало измененный уровень активности одного или более чем одного фермента синтеза амилозы или других ферментов для еще большего повышения относительного уровня амилозы. Таким образом, это растение ячменя может нести другую мутацию, которая дополнительно уменьшает или изменяет биосинтез амилопектина, либо мутацию или генетический фон, которые повышают биосинтез амилозы. Например, это растение ячменя может проявлять генотип amylose extender, как например растение ячменя, несущее мутацию amo 1. Примером такого растения является сорт, известный как АС38 (также известный как High Amylose Glacier).

Следует понимать, что относительный уровень амилозы, который обсуждали, составляет уровень по отношению к суммарному содержанию крахмала, и поэтому остальная часть крахмала может представлять собой преимущественно промежуточный тип крахмала, либо она может представлять собой преимущественно амилопектин, либо смесь обоих типов. В проанализированном ячмене повышенный уровень амилозы является результатом пониженных уровней амилопектина, и, соответственно, относительный уровень амилозы не является результатом повышенного синтеза амилозы.

Известно, что β-глюкан обладает эффектом замедления ферментативного гидролиза в тонком кишечнике просто в результате его присутствия вместе с другим пищевым компонентом. Подобным образом, известно, что устойчивые молекулы, которые имеют близкое соседнее положение с крахмальными гранулами, помогают маскировать крахмал и вносят вклад в его устойчивость, делая его физически недоступным. Повышенные уровни амилозы и других форм крахмала, которые могут образоваться в результате связи с липидом, будут, следовательно, дополнительно повышены в результате присутствия и физического соседнего положения с крахмальными гранулами. Следовательно, обеспечено значительное усиление эффектов устойчивого крахмала, а также обеспечение других полезных эффектов, являющихся результатом высоких уровней β-глюкана.

Кроме того, известно, что существует ответ на дозу в отношении полезных эффектов устойчивого крахмала и β-глюкана. Следовательно, предполагают, что повышенный уровень β-глюкана вместе с повышенными уровнями устойчивого крахмала будут обеспечивать повышенную пользу для здоровья.

Сочетание уровней β-глюкана и устойчивого крахмала по меньшей мере предпочтительных вариантов данного изобретения не было обнаружено ранее и, несомненно, ни из одного источника без некоторой степени модификации или очистки, и поэтому формы настоящего изобретения обеспечивают единственный практический источник этой пользы.

Другой предпочтительный аспект крахмала состоит в том, что, несмотря на высокое относительное содержание амилозы, он также имеет низкую температуру желатинизации, как измерено с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии. Это находится в противоречии с общепринятыми сведениями относительно того факта, что высокоамилозные крахмалы склонны иметь повышенную температуру желатинизации, которая вводит ограничения на способ, при котором можно использовать высокоамилозные крахмалы. На основании данных, представленных для ячменя, служащего примером, эта пониженная температура желатинизации не только снижена по сравнению с крахмалом, продуцируемым линиями с несколько повышенным содержанием амилозы, но также по сравнению с крахмалом, продуцируемым ячменем, имеющим крахмал, у которого нормальные уровни амилозы. Таким образом, хотя в предпочтительном аспекте данного изобретения рассматривают пониженные температуры желатинизации относительно соответствующего высокоамилозного крахмала, можно также рассматривать температуру желатинизации, пониженную относительно таковой у крахмала с нормальными уровнями амилозы. Для высокоамилозных крахмалов аспекты обработки, требующие высоких температур, следовательно, неизбежно требуют высокого потребления энергии, что является дорогостоящим и может разрушить функциональность других пищевых компонентов. Подобным образом, с точки зрения непосредственного потребителя, пищевые продукты высокоамилозного крахмала могут быть менее удобны по причине высокой температуры или более длительного времени, необходимого для приготовления. Поэтому, например, в данном предпочтительном аспекте изобретения теперь возможно предложить продукт, такой как продукт в виде лапши, требующий добавления кипящей или нагретой воды в сосуд, такой как чашка, и не требующий нагревания в течение длительного периода времени, и в то же время обеспечивающий доставку устойчивых крахмалов и других составных частей, имеющих питательную ценность, в толстый кишечник.

Главным эффектом низких температур желатинизации этих крахмалов являются более низкие температурные требования и, следовательно, энергия измельчения этой пищи. Следствием также является то, что, если, как типично может происходить при некоторой обработке пищи, смешивание происходит при комнатной температуре, а затем эту смесь нагревают, более низкая температура желатинизации также уменьшает время, необходимое для достижения желатинизации. Кроме того, при диапазоне температур ниже температуры полной желатинизации нормального крахмала, будет происходить более полная желатинизация крахмала по настоящему изобретению, чем нормального крахмала.

Одна из мер способности к желатинизации отражена в термических свойствах на основании измерения с помощью ДСК (дифференциальной сканирующей калориметрии). Начало первого пика (пик желатинизации) ДСК может находиться при температуре менее 53°С, более предпочтительно при температуре менее 50°С и наиболее предпочтительно при температуре менее чем примерно 47°С. Начало первого пика можно рассматривать как начало желатинизации. Крахмал, полученный из зерна ячменя, может иметь первый пик при температуре менее чем примерно 60°С, более предпочтительно при температуре менее чем 55°С, и наиболее предпочтительно при температуре менее чем 52°С. ΔН (Энтальпия) первого пика может быть менее чем примерно 3,5, более предпочтительно менее чем примерно 1,0 и наиболее предпочтительно менее чем примерно 0,5.

Другим открытием в отношении желатинизации видов муки, содержащих крахмалы по данному изобретению, является то, что они проявляют пониженное набухание. Объем набухания типично измеряют путем смешивания крахмала или муки с избытком воды и нагревания до повышенных температур, типично выше 90°С. Затем образец собирают путем центрифугирования, и объем набухания выражают в виде массы осажденного материала, разделенной на сухую массу образца. Обнаружено, что объемы набухания муки из крахмалов waxy и нормальных ячменей выше чем примерно 5,5. Объемы набухания муки, полученной из зерна, которое представляет собой высокоамилозное зерно (АС38), составляют примерно 3,75. Тогда как из зерна исследованных мутантов и гибридов они составляют менее чем 3,2, предпочтительно менее чем 3,0, но, как правило, выше чем примерно 2.

Эта характеристика желатинизации, относящаяся к низкому набуханию, особенно полезна, если желательно увеличить содержание крахмала пищевого препарата, в частности, гидратированного пищевого препарата. В настоящем случае может быть желательно увеличить содержание диетической клетчатки золя или другого жидкого препарата, где иначе существовало бы ограничение на доставку этого пищевого препарата.

Данная характеристика в сочетании с пониженной температурой желатинизации, проявляемой настоящим крахмалом, обеспечивает перспективу значительного усиления питательной пользы пищевых продуктов, где имеется потребность в быстром приготовлении, таких как растворимые супы и лапши быстрого приготовления.

Постулировано, что эффекты температуры желатинизации являются результатом измененной структуры амилопектина в