Способ контроля уровня глюкозы и обеспечения ее регулируемой доставки млекопитающему

Способ контроля уровня глюкозы и обеспечения ее регулируемой доставки млекопитающему

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данная заявка имеет приоритет патентных заявок США Сер.№ 60/591983 и 60/591997 от 29 июля 2004.

Настоящее изобретение относится к применению химически модифицированного крахмала для контроля и/или регулирования уровня глюкозы в крови млекопитающих после потребления и при последующем ее всасывании. Данное изобретение также относится к крахмалам, подвергнутым тепловой и/или кислотной обработке (декстринизация), термической или гидротермической обработке (теплота и влага) или другим физическим процессам для получения желаемого уровня перевариваемости. Применяемый уровень и вид обработки обеспечивает контроль и/или регулирование содержания глюкозы в крови у млекопитающих при использовании крахмала в качестве пищевого или кормового источника путем изменения времени и скорости всасывания после потребления.

Крахмал является основным источником энергии в типичной западной диете. Рафинированные крахмалы (см. описание рафинированных крахмалов, сделанное Imberty et al. Die Starke, 43 (10), 375-84 (1991)) главным образом потребляются в приготовленном виде, обычно вызывающем высокий и резкий подъем уровня глюкозы в крови в результате быстрого и полного переваривания. Однако некоторые рафинированные крахмалы способны противостоять ферментативному гидролизу в тонком кишечнике таким образом, что крахмал, по существу, не расщепляется до тех пор, пока не достигнет толстого кишечника, где он утилизируется постоянными микроорганизмами (такой крахмал называют резистентным крахмалом или RS). Englyst (Englyst, H.N.; et al. Eur. J. Clin. Nutr. 46 (suppl.2):S33-S50 (1992)) определили три различные категории резистентным крахмалом с учетом их происхождения и свойства резистентности. Позднее Brown описал четвертый вид RS (Brown et al. Food Australia, 43(6), 272-75 (1995)), включающий химически модифицированные крахмалы, содержащие простые эфиры, сложные эфиры и поперечно-сшитые крахмалы, резистентные к ферментативному перевариванию.

Термин "доступный углевод" означает общее количество углеводов в пище минус количество неусваиваемых углеводов. Неусваиваемые углеводы включают пищевое волокно, сахарные спирты и неперевариваемые сахара. Пищевое волокно включает группу вышеупомянутых крахмалов, описанных Энглистом и Брауном (RS1-4). Согласно некоторым опубликованным примерам резистентный крахмал измеряют или определяют количественно как пищевое волокно (см., например, патент США 5.902.410), применяя стандартные способы определения (см. АОАС 985.29 и 991.42), при этом упомянутый крахмал вызывает образование небольшого или нулевого количества всасываемой потребленной глюкозы, ферментируемой в толстом кишечнике. Кроме того, присутствие резистентного крахмала влияет на количество доступных углеводов в пище, выполняя такую же роль, как и пищевое волокно (e.g. целлюлоза, инулин, отруби, psylium), и влияя на количество доступных углеводов.

Гликемическая реакция (GR) относится к действию различных продуктов на уровень содержания глюкозы в крови в течение периода времени от 0 до 120 минут (NIH Publication Number 99-3892, 1999). Ее измеряют как постепенно увеличивающуюся площадь под кривой содержания глюкозы в крови у отдельного субъекта в ответ на определенный продукт в конкретный день. Объем и продолжительность гликемической реакции на различные продукты отражает вариабельность скорости и уровня переваривания и всасывания содержащих глюкозу компонентов, таких как крахмал. Упомянутый способ применяют для определения объема реакции на сахар после приема определенного вида пищи, а также для сравнения (относительная гликемическая реакция) разных продуктов с использованием одинакового образца или объема. Он применим для определения влияния на содержание глюкозы в крови различных видов пищи, потребляемых людьми и животными.

Согласно данной заявке гликемический индекс (GI) (Jenkins, D.J.A. et al., Am. J. Clin. Nutr. 34(3):362-66, 1981) определяют "как постепенно увеличивающуюся площадь под кривой содержания глюкозы в крови в ответ на 50-г порцию доступных углеводов в исследуемом продукте, выражаемая в виде процентной величины ответа на такое же количество доступных углеводов в стандартной порции продукта, принятого этим же субъектом". За стандартную порцию пищи была принята произвольная величина 100, которая может представлять собой либо 50 г глюкозы, либо 50 г белого хлеба.

GI способствует количественному определению взаимодействия различных ингредиентов в пище и их роли в переваривании источника углеводов и всасывании глюкозы. Чтобы обеспечить указанное количество доступных углеводов (50 г) в исследуемом продукте, должна быть съедена большая (иногда очень большая порция) исследуемой пищи. Иными словами, потребляемая порция продукта, богатого жирами, белком или клетчаткой, должна быть такой, чтобы обеспечить прием необходимых 50 г доступных углеводов.

После потребления продукта на содержащуюся в крови глюкозу действуют два основных механизма. Первый представляет собой скорость поступления глюкозы в кровь по мере переваривания пищи. Второй механизм представляет собой скорость всасывания глюкозы из крови в ткани организма. Несмотря на такое упрощенное описание двух упомянутых механизмов, специалисту в данной области понятна сложная и многосторонняя природа задействованных механизмов, реакций и процессов. Организм нормальных здоровых особей имеет механизмы, регулирующие уровень глюкозы в крови в определенных конкретных рамках (American Diabetes Association, Diabetes Care, 24(suppl), 1-9 (2001) определяет содержание глюкозы в плазме натощак от 3,9 до 6,1 ммол/л). Например, повышение содержания глюкозы в крови стимулирует выработку инсулина, который среди прочих функций облегчает всасывание глюкозы в ткань, а также играет главную роль в метаболизме жиров и белков. Поэтому пища, вызывающая резкое повышение концентрации глюкозы в крови, вызывает быстрый (но сдвинутый по времени) подъем содержания инсулина в сыворотке, что ведет к поглощению, накоплению и использованию глюкозы клетками мышц, жировой тканью и печенью, тем самым регулируя концентрацию глюкозы в крови в "нормальном" диапазоне.

Глюкоза, всасываемая тканями, может быть превращена в гликоген в качестве средства хранения в мышцах. Гликоген расходуется во время физической активности и восполняется во время отдыха. Спортсмены используют углеводную нагрузку для увеличения запаса энергии (в виде гликогена) в мускулах перед спортивными состязаниями. Это - "стратегия, при которой изменения в тренировках и питании могут обеспечить максимальный запас гликогена в мышцах перед соревнованием на выносливость" (Michelle Minehan, AIS Sports Nutrition Program, 2003). Гликоген также может быть транспортирован из мышц в кровь для повышения содержания глюкозы в крови при его падении ниже определенного уровня.

Ряд состояний связан с избыточной/недостаточной выработкой инсулина или реакцией клеток в организме на действия, обычно инициируемые инсулином. Резистентность к инсулину (IR) представляет собой состояние, при котором ткань организма становится менее восприимчивой к инсулину и требует его в большем количестве для достижения такого же физиологического действия. Основное действие IR было определено как пониженный уровень использования глюкозы клетками организма, приводящий к повышенной мобилизации жиров в местах накопления жира и к уменьшению белка в тканях организма (Guyton, A.C., "Textbook of Medical Physiology" (7^th Ed.), W.B. Saunders Company: Philadelphia, Pa. 923-36). Другие состояния, возникающие в результате избыточной/недостаточной выработки инсулина, включают гипогликемию, гипергликемию, ухудшение регулирования глюкозы, синдром резистентности к инсулину, гиперинсулинемию, дислипидемию, дисфибринолиз, метаболический синдром, синдром Х и сахарный диабет (тип П, также известный как инсулин-независимый сахарный диабет (NIDDM), а также вызываемые ими физиологические состояния, такие как сердечно-сосудистые заболевания, ретинопатия, нефропатия, периферическая нейропатия и сексуальная дисфункция.

Другим результатом, часто ассоциируемым с быстрым подъемом и резкими колебаниями содержания глюкозы в крови, является неспособность контролировать и сохранять массу тела. Инсулин, который имеет много функций в организме, также активен при превращении глюкозы в жиры (Anfinsen et al. US Pat. # 2004/0043106). Предполагается, что резистентность к инсулину, вызывая необходимость высокого содержания инсулина в сыворотке, является причиной прибавления в весе, поскольку повышенное содержание инсулина облегчает ненужное накопление жира. Специалисты давно рекомендуют есть небольшие порции пищи в течение дня, чтобы регулировать содержание глюкозы в крови (и соответствующий запас энергии) на постоянном, равномерном уровне. Кроме того, установлено, что быстро падающее содержание глюкозы в крови (которое обычно происходит после резкого подъема) стимулирует аппетит (голод) у здоровых взрослых людей. Альтернативно, исследования показывают, что высвобождение глюкозы в течение длительного периода времени дает конкретные преимущества, которые могут включать более высокую степень насыщения в течение более длительных периодов времени (регулирование веса, такое как потеря веса и длительная его стабилизация), пролонгированное высвобождение энергии (усиленная спортивная деятельность, включая тренировки), а также улучшения умственной концентрации и памяти.

Крахмал или богатый крахмалом материал, который может обеспечивать кровь глюкозой в течение длительного периода времени, служит для поддержания нормального/здорового уровня содержания глюкозы в крови (т.е. нормогликемия) и снижения/предотвращения быстрых изменений уровня содержания глюкозы в крови. Он потенциально является очень хорошим источником углеводов для профилактики и лечения любого из вышеописанных состояний. Здоровые люди, желающие контролировать высвобождение глюкозы или регулировать высвобождение энергии из пищи, а также обеспечивать профилактику или лечение многих заболеваний, связанных с изменением содержания глюкозы и инсулина в крови, могут употреблять пищу, содержащую такие крахмалы.

Неожиданно было обнаружено, что химически модифицированный крахмал можно использовать для контроля и/или регулирования содержания глюкозы в крови млекопитающих после его потребления и последующего всасывания. Также обнаружено, что такие химически модифицированные крахмалы, соответствующим образом включенные в состав пищевых продуктов или потребляемые в виде пищевых добавок, могут обеспечить контролируемое и/или регулируемое содержание глюкозы в крови потребителя в течение длительного периода времени.

Настоящее изобретение касается применения химически модифицированного крахмала для контроля и/или регулирования содержания глюкозы в крови млекопитающих после его потребления и при последующем усвоении. Такие химически модифицированные крахмалы, способные снижать первоначальное резкое повышение содержания глюкозы в крови и соответствующим образом включенные в состав пищевых продуктов, могут обеспечить контролируемое/регулируемое содержание глюкозы в крови потребителя в течение длительного периода времени, а также способствовать обеспечению нормального/здорового содержания глюкозы в крови даже у особей с резистентностью к инсулину.

В данном описании термин "химически модифицированный" означает любую химическую модификацию, применимую к крахмалам, включающим, без ограничений, крахмал, обработанный уксусным ангидридом (АА), пропиленоксидом (РО), янтарным ангидридом (SA), октенилянтарным ангидридом (OSA), сшивающими агентами, такими как триметафосфат натрия (STMP), оксихлорид фосфора (POCl₃), эпихлоргидрин, адипиново-уксусный ангидрид, фосфорилирующими агентами, такими как триполифосфат натрия (STPP) или ортофосфаты, окислителями, такими как гипохлорит натрия или пероксид, либо другими одобренными пищевыми, модифицирующими крахмал агентами, ферментами, или использование физических процессов, таких как тепловые/кислотные (декстринизация), термические или гидротермические (теплота и влага), либо другие физические процессы и их сочетания с целью изменения перевариваемости и скорости всасывания после приема пищи.

В данном описании термин "зернистый" означает нежелатинизированный или диспергированный любым химическим или физическим способом. Зернистые крахмалы могут быть определены при помощи микроскопии по наличию двойного лучепреломления (мальтийский крест) под поляризованным светом. Зернистые крахмалы также не являются по существу растворимыми в воде ниже температуры их желатинизации. Незернистые крахмалы - это крахмалы, обработанные с целью придания им высокой растворимости в воде (CWS) ниже температуры их желатинизации (как правило, около 65°С). Некоторые крахмалы могут быть обработаны для придания им растворимости, а затем возвращены в первоначальное состояние (подвергнуты ретроградации) таким образом, чтобы получить частицы (кристаллиты), которые более не растворяются в воде при температуре ниже 100°С, но также и не являются зернистыми. Согласно одному из вариантов данного изобретения используют зернистую форму крахмала.

Согласно большинству исследователей и публикаций для измерения перевариваемости углеводов выбирают два периода времени. Эти периоды составляют 20 и 120 минут, но не отражают точно расщепление крахмала до глюкозы или всасывание в желудке и по всей длине тонкого кишечника. Для данной заявки переваривание и всасывание различных образцов измеряли через 20, 120 и 240 минут с целью лучшего понимания истинного физиологического действия, производимого данными образцами в пищеварительной системе млекопитающих.

В данном описании термин "быстро перевариваемый крахмал" означает крахмал или его части, полностью всасываемые в течение первых 20 минут после его потребления.

В данном описании термин "резистентный крахмал" означает "сочетание крахмала и продуктов переваривания крахмала, не абсорбированных в тонком кишечнике здоровых особей" (EJCN, 1992, 46 suppl.2 S1).

Термин "медленно перевариваемый крахмал" означает крахмал или его часть, который не является ни быстро перевариваемым крахмалом, ни резистентным крахмалом. Иными словами, медленно перевариваемый крахмал - это любой крахмал (зернистый, незернистый или ретроградный), отдающий свою глюкозу организму млекопитающего на всем протяжении желудка и тонкого кишечника (у людей, как правило, от 20 до 240 минут). Для более полного описания таких крахмалов см. Englyst et al., European Journal of Clinical Nutrition, 1992, 46, S33-S50. (Примечание: Энглист описывает медленно перевариваемые крахмалы как крахмалы, выделяющие глюкозу в течение 20-120 минут, а не 20-240 минут).

Согласно данному описанию текучесть безводной буры (ABF) определяют как отношение количества воды к количеству безводного декстрина при его кипячении в течение 5 минут при 90°С с 15% буры от массы декстрина таким образом, чтобы при охлаждении до 25°С получить вязкость, равную 70 сантипуаз. Термин "текучесть безводной буры" известен в данной области.

В данном описании "текучесть воды" (WF) означает величину измерения крахмала, получаемую при помощи ротационного вискозиметра Томаса сдвигового типа (выпускается фирмой Arthur A. Thomas Co., Philadelphia, PA), стандартизированного при 30°С с применением стандартного масла, имеющего вязкость 24,73 сантипуаз и требующего 23,12±0,05 сек. для 100 оборотов. Точную и воспроизводимую величину текучести воды получают, определяя время, необходимое для 100 оборотов при различном содержании жидкостей в зависимости от степени превращения крахмала: при повышении степени превращения вязкость снижается. Термин "текучесть воды" известен в данной области техники.

Фиг.1 - график идеального медленного выделения глюкозы по сравнению с нормальными крахмалами, а также идеального выделения глюкозы из продукта, содержащего такие крахмалы.

Фиг.2 - график действительного выделения глюкозы сырыми кукурузными крахмалами, сшитыми в различной степени при помощи STPP/STMP.

Настоящее изобретение касается химически модифицированных крахмалов, которые, будучи соответствующим образом включены в состав пищевых продуктов или потреблены в качестве пищевой добавки, могут использоваться для обеспечения более постоянного содержания глюкозы в крови потребителя (чтобы предотвратить/свести к минимуму резкое повышение) в течение длительного периода времени (соответствующего периоду, в течение которого материал находится в желудке/тонком кишечнике), чем содержание, обеспечиваемое другими видами крахмалов. Такие крахмалы и продукты, содержащие упомянутые крахмалы, помогают потребителю регулировать и поддерживать нормальный и здоровый уровень содержания глюкозы в крови потребителя.

В данном описании термин "крахмал" означает все виды крахмала муки, круп и других крахмалосодержащих материалов, полученных из клубней, зерен, бобов и семян или какого-либо иного природного источника, каждый из которых подходит для использования в настоящем изобретении. Термин "природный крахмал" в данном изобретении означает крахмал, существующий в природе. Подходящими также являются крахмалы, полученные из растения, выращенного с использованием стандартной селекции, включая гибридизацию, транслокацию, инверсию, трансформацию или какой-либо иной способ генетической или хромосомной инженерии, в том числе их разновидности, обычно называемые генетически модифицированными организмами (GMO). Кроме того, крахмал, полученный из растения, выращенного в результате искусственных мутаций (включая растения, выращенные из химических мутагенов) и вариантов вышеописанного родового состава, который может быть получен известными стандартными способами мутационной селекции, также может быть использован в данном изобретении.

Обычными источниками крахмалов являются хлебные злаки, клубни, корни, бобы и фрукты. Природным источником может служить кукуруза (маис), горох, картофель, сладкий картофель, бананы, ячмень, пшеница, рис, овес, саго, амарант, тапиока (кассава), арроурут, канна (canna), тритикале и сорго, а также восковидные или высокоамилозные их разновидности. В данном описании термин "восковидный" или "низкоамилозный" означает крахмал, содержащий не более чем около 10%, предпочтительно не более чем около 5%, и в частности не более чем около 2% мас. амилозы. Также в данном описании термин "высокоамилозный" означает крахмал, содержащий по меньшей мере около 40%, предпочтительно по меньшей мере около 70%, наиболее предпочтительно по меньшей мере около 80% мас. амилозы. Описываемое изобретение касается всех видов крахмалов, независимо от содержания амилозы, и включает все источники крахмалов, в том числе природные, генетически измененные или полученные в результате гибридной селекции.

Крахмал по изобретению подвергают химической модификации, применяя известные в данной области техники способы. В соответствии с одним из вариантов крахмал обрабатывают уксусным ангидридом (АА), пропиленоксидом (РО), янтарным ангидридом (SA), октенилянтарным ангидридом (OSA), сшивающими агентами, такими как STMP, POCl₃, эпихлоргидрин, адипиново-уксусный ангидрид, фосфорилирующими агентами, такими как триполифосфат натрия (STPP) или ортофосфаты, окислителями, такими как гипохлорит натрия или пероксид, либо другими одобренными пищевыми, модифицирующими крахмал агентами, ферментами или с применением физических процессов, таких как тепловые/кислотные (декстринизация), термические или гидротермические (теплота и влага), либо другие физические процессы и их сочетания. Подобные химические модификации известны в данной области техники и описаны, например, в Modified Starches: Properties and Uses, Ed. Wurzburg, CRC Press, Inc., Florida (1986). Для получения крахмалов по изобретению могут использоваться ферменты как таковые или в сочетании с другими видами химической обработки. Ферменты классифицируют по их функции: ферменты, изменяющие молекулярную массу, и ферменты, изменяющие химическую или архитектурную структуру. Такие ферменты включают, но не ограничиваются ими, альфаамилазу, глюкоамилазу, пуллуланазу, бетаамилазу, изомеразы, инвертазы и трансамидазы. Если крахмал модифицирован STMP и/или STPP, то его основой должен служить высокоамилазный крахмал.

Специалисту в данной области техники понятно, что путем варьирования реакционных условий и реагентов можно варьировать уровень замещения и, возможно, расположение в молекуле крахмала. Механизмы переваривания и всасывания зависят от различных факторов, включая вид крахмала, содержание амилозы и зернистый состав/конформацию, а также тип реагента и реакционные условия. Скорость переваривания также зависит от способа приготовления пищи и реакции особи на такую пищу, включая различия в биохимии и физиологии каждой особи. Механизм обработки крахмала в организме хорошо известен в данной области.

Объем химической модификации может варьироваться для получения желаемого профиля переваривания. Химическая модификация включает применение, без ограничений, любого известного в данной области техники реагента, обеспечивающего получение простого или сложного эфира крахмала, который был или будет одобрен для потребления соответствующим регулирующим органом. Примеры таких реагентов включают, но не ограничиваются ими, уксусный ангидрид, пропиленоксид, янтарный ангидрид, поперечно-сшивающие агенты, такие как STMP, POCl₃, эпихлоргидрин или адипиново-уксусный ангидрид, или фосфорилирующие реагенты, такие как триполифосфат натрия или метафосфат натрия, а также их сочетания.

Кроме того, реагенты и процессы, способные изменять химическую структуру, конформацию или кристалличность крахмала, делая его менее подверженным перевариванию в организме, также входят в объем данного изобретения. Такие реагенты включают окислители и окислительные процессы, действие тепла и/или кислоты, такие как декстринизация, действие ферментов, а также их сочетания с химическими модификациями или без них.

Другие модификации, которые не могут влиять на профиль переваривания, но могут обеспечить желаемые текстурные и/или физические свойства, также входят в объем данной заявки. Дополнительные модификации могут быть осуществлены до или после химической модификации с использованием, например, термического ингибирования или химического поперечного сшивания для повышения ударной вязкости крахмала и обеспечения сопротивления сдвигу во время обработки. Специалисту в данной области известно, какие сочетания возможны и в каком порядке может быть осуществлена такая модификация. Дополнительные модификации могут включать определенные виды снижения молекулярного веса (с целью контроля вязкости), такие как кислотное превращение или ферментативное расщепления.

Вышеописанные модификации обычно осуществляют в водной среде, контролируя или регулируя ее рН. Опытный практик легко подберет различные материалы и оборудование для осуществления подобных реакций. Обзор условий для таких реакций приведен в Modified Starches: Properties and Uses, Ed. Wurzburg, CRC Press, Inc., Florida (1986), chapter 4. Могут быть также использованы другие реакционные среды и условия, обеспечивающие получение материалов, входящих в объем данного изобретения. Такие реакции и условия включают, но не ограничиваются ими, реакции с применением сухого тепла, растворителей, суперкритических жидкостей и реакции в газовой атмосфере.

Крахмал может быть модифицирован физическими способами. Физическая модификация включает сдвиг, гидротермическое или термическое ингибирование, например, способ, описанный в патенте США № 5725676.

Крахмал может быть модифицирован ферментными способами. Ферментная модификация включает использование экзо- и/или эндоферментов, в том числе без ограничений, альфа-амилазы, бетаамилазы, глюкоамилазы, мальтогеназы, пуллуланазы и изоамилазы, а также любых их сочетаний.

Такие крахмалы могут быть модифицированы в зернистом состоянии или после желатинизации с применением известных в данной области техники способов. Такие способы включают способы, описанные, например, в патентах США №№ 4465702, 5037929, 5131953 и 514999. См. также Chapter XXII- "Production and Use of Pregelatinized Starch", Starch: Chemistry and Technology, Vol. III- Industrial Aspects, R.L. Whistler and E.F. Paschall, Editors, Academic Press, New York 1967.

Крахмалы по изобретению могут быть подвергнуты превращению (например, текучие или жидкокипящие крахмалы, полученные окислением) кислотным гидролизом, ферментным гидролизом, тепловой и/или кислотной декстринизацией. Упомянутые способы хорошо известны в данной области.

Крахмал может быть очищен любым способом, известным в данной области техники для избавления его от запахов, красок, устранения микробного загрязнения, обеспечивая безопасность пищевого продукта, или других нежелательных компонентов, присущих крахмалу или образующихся во время обработки. Подходящие способы очистки при обработке крахмалов описаны в семействе патентов, представленных ЕР 554818 (Kasica et al.). Могут быть также использованы способы промывания щелочью, описанные в семействе патентов, представленных в патентах США 4477480 (Seidel) и 5187272 (Bertalan et al). Крахмал может быть очищен путем ферментативного удаления белков. Реакционные загрязнители и побочные продукты могут быть удалены диализом, фильтрацией, центрифугированием или любым другим способом, применяемым в данной области техники для выделения и концентрации крахмальных составов. Крахмал может быть промыт с применением известных способов с целью удаления растворимых, низкомолекулярных фракций, таких как моно- и дисахариды и/или олигосахариды.

Согласно одному из вариантов крахмал модифицируют способом, выбранным из группы, состоящей из окисление пропиленом в диапазоне 3-10% связывания, модификацию OSA в диапазоне 1,5-3,0% связывания, ацетилирование в диапазоне от 0,5 до 3,0% связывания, декстринизацию до получения декстрина канареечного или белого цвета в диапазоне менее 10 ABF, а также их сочетания. Согласно другому варианту крахмал дополнительно модифицируют способом, выбранным из группы, состоящей из кислотного или ферментного превращения до текучести воды 20-85, обработку гипохлоритом до уровня 0,4-5,0%, адипиново-уксуснокислую обработку до уровня от 0,1 до 2,0%, обработку оксихлоридом фосфора до уровня от 0,001 до 0,5%, а также их сочетания. Согласно очередному варианту крахмал обрабатывают триметафосфатом натрия и/или триполифосфатом натрия с добавлением связанного фосфата в диапазоне от 0,1 до 0,35% и обработкой гипохлоритом в количестве от 0,3 до 1,0%.

Полученный крахмал обычно доводят до желаемого рН в соответствии с его предполагаемым конечным использованием. Обычно, рН доводят до уровня от 3,0 до около 6,0. Согласно одному из вариантов рН доводят до уровня от 3,5 до около 4,5, применяя способы, известные в данной области.

Крахмал может быть регенерирован при помощи известных способов, в частности фильтрацией или сушкой, включая сушку распылением, сушку вымораживанием, сушку в потоке горячего воздуха и естественную сушку. В качестве альтернативы, крахмал может быть использован в жидком (водном) виде.

Полученный крахмал имеет измененный профиль переваривания таким образом, что менее 25% крахмала переваривается в течение первых 20 минут, согласно другому варианту переваривается менее 20% крахмала, а согласно очередному варианту менее 10% крахмала переваривается в течение первых 20 минут после потребления.

Кроме того, полученный крахмал переваривается на 30-70% в течение 120 минут после проглатывания, а согласно другому варианту по меньшей мере 45-55% крахмала переваривается в течение 120 минут.

Кроме того, полученный крахмал переваривается по меньшей мере на 60% в течение 240 минут после проглатывания. Согласно одному из вариантов крахмал переваривается по меньшей мере на 70% в течение 240 минут после проглатывания; согласно другому варианту крахмал переваривается по меньшей мере на 80% в течение 240 минут, а согласно еще одному варианту крахмал переваривается по меньшей мере на 90% в течение 240 минут.

Специалист в данной области может изменять выделение глюкозы. Например, если выделение глюкозы слишком велико, то химические модификации, помогающие снизить выделение глюкозы до желаемого уровня, включают, без ограничений, более высокий уровень сшивания с применением STMP, STPP, оксихлорида фосфора и/или адипиново-уксусной кислоты; и/или увеличение замещения пропиленоксидом, OSA или ацетилирование. Если уровень выделения глюкозы слишком низкий, то химические модификации, помогающие снизить выделение глюкозы, включают, без ограничений, более низкий уровень сшивания с применением STMP, STPP, оксихлорида фосфора и/или адипиново-уксусной кислоты; и/или обработку гипохлоритом, превращение при помощи окисления марганцем, и/или другие виды окисления. Сочетания химизмов должны соответствовать основе крахмала и учитывать действие дополнительных видов обработки.

Специалисту в данной области очевидно, что варка крахмала влияет на перевариваемость и скорость всасывания глюкозы в ток крови. Обзор результатов варки описан Brown, М.А., et al. British Journal of Nutrition, 90, 823-27 (2003).

В недавней патентной заявке США 2003/0045504 А1, опубликованной 6 марта 2003 г. и включенной в это описание путем ссылки. Brown et al. описывают связь между резистентным крахмалом и другими компонентами пищи (такими как различные липиды) и их влияние на перевариваемость, GI, реакцию на содержание глюкозы (GR) и уровень содержания глюкозы в крови после проглатывания такой пищи, содержащей резистентный крахмал.

Крахмал редко потребляют как таковой, его обычно потребляют в виде ингредиента пищевого продукта. Такой пищевой продукт может быть подвергнут изменениям с целью получения желаемых кривых выделения глюкозы. Согласно одному из вариантов продукт подвергают изменениям для получения кривой выделения глюкозы по существу нулевого порядка, чтобы обеспечить по существу постоянную и пролонгированную скорость выделения глюкозы.

Крахмал или богатые крахмалом материалы (e.g. мука или крупы) могут употребляться в сыром виде, но обычно их употребляют после варки и/или другой обработки. Поэтому предполагается, что данное изобретение включает такие крахмалы, которые после добавления к продукту и обработки способны изменять кривую выделения глюкозы. Согласно одному из вариантов продукт, содержащий обработанный крахмал, обеспечивает получение кривой выделения глюкозы по существу нулевого порядка, обуславливая по существу постоянную и пролонгированную скорость выделения глюкозы. Такие виды пищи смоделированы способами, описанными в разделе "Примеры", infra.

Химически модифицированный крахмал не вызывает такого сильного и быстрого повышения уровня содержания глюкозы в крови, как крахмалы с высоким гликемическим индексом, например большинство природных крахмалов. Вместо этого упомянутые модифицированные крахмалы обеспечивают более умеренное повышение над базовой линией, которое сохраняется в течение более длительного периода времени. Они также хорошо переносят обработку, не вызывая сильного и быстрого повышения уровня содержания глюкозы в крови после проглатывания содержащей такой крахмал пищи, при этом выделение глюкозы из приготовленного и/или обработанного продукта по существу является постоянным.

Описанные химически модифицированные крахмалы могут быть использованы в самых различных пищевых продуктах, включая, но не ограничиваясь ими: печные изделия, в том числе крекеры, различные виды хлеба, сдобные булки, баранки, бисквиты, печенье, корки от пирогов и кексы; изделия из хлебных злаков, плитки, пиццу, приправу, включая наливаемую приправу и накладываемую ложкой приправу; начинки для пирогов, включая фруктовые и кремовые начинки; соусы, включая белые соусы и соусы на основе молочных продуктов, такие как сырный соус; подливки; облегченные сиропы; пудинги; заварные кремы; йогурты; сметаны; напитки, включая напитки на основе молочных продуктов; глазури; приправы; кондитерские изделия и жевательные резинки; а также супы.

Предполагается, что пищевые продукты также включают питательные супы и напитки, включая диетические добавки, диабетические продукты, продукты для пролонгированного высвобождения энергии, такие как спортивные напитки, питательные плитки и энергетические плитки.

Химически модифицированный крахмал может быть также использован в различных пищевых продуктах для животных, в составах для молодняка после молочного периода и обеспечивающих желаемый рост и развитие таких животных, в фармацевтических составах, питательных продуктах, препаратах, отпускаемых без рецепта (ОТС), таблетках, капсулах и других известных наполнителях для доставки лекарственных препаратов, предназначенных для людей и/или животных, и/или для каких-либо иных целей, достижение которых может быть обеспечено путем постоянного высвобождения глюкозы из состава.

Химически модифицированные крахмалы по изобретению могут быть добавлены в любом желаемом или необходимом количестве, обеспечивающем функциональность композиции. Согласно одному из вариантов крахмал может быть добавлен в количестве от 0,01% до 99% от массы композиции. Согласно другому варианту крахмал добавляют в количестве от 1 до 50% от массы композиции. Такой крахмал может быть добавлен к пищевому продукту или напитку таким же образом, как и любой другой крахмал, обычно путем смешивания непосредственно с продуктом или добавления в виде раствора.

Пищевые продукты могут быть получены с использованием модифицированного крахмала по изобретению для достижения скорости выделения глюкозы по существу нулевого порядка. Такие продукты способны обеспечивать потребителя глюкозой в течение длительного периода времени и более постоянный уровень содержания глюкозы в крови.

Продукты, контролирующие и/или регулирующие скорость и объем всасывания глюкозы, способны обеспечивать насыщение в течение более длительных периодов времени и таким образом способствовать регулированию веса. Они также способны обеспечивать пролонгированное высвобождение энергии и таким образом усиливать спортивную деятельность, включая тренировки, а также способствовать улучшению удержания концентрации и памяти.

Такие продукты также могут оказывать фармацевтические действия, включая снижение риска развития диабета, лечение ожирения, такое как потеря или регулирование веса, а также профилактику или лечение гипергликемии, резистентности к инсулину, гиперинсулинемии, дислипидемии и дисфибринолиза.

Примеры

Следующие примеры предназначены для дальнейшей иллюстрации и объяснения настоящего изобретения и никоим образом не должны рассматриваться как ограничивающие. Все проценты являются "вес./вес".

В приведенных примерах использованы следующие методики исследования:

Имитация переваривания - (Englyst et al., European Journal of Clinical Nutrition, 1991, 46, S33-S50)

Образцы продуктов измельчают/перемалывают, как при пережевывании. Образцы порошкового крахмала просеивают до размера частиц 250 микрон или менее. 500-600 мг ± 0,1 мг образца взвешивают и помещают в пробирку для образца. В каждую пробирку добавляют 10 мл пепсина (0,5%), гуаровую смолу (0,5%) и раствор HCl (0,005 М).

Готовят пробирки с контрольным раствором и со стандартным раствором глюкозы. Контрольный раствор представляет собой 20 мл буферного раствора, содержащего 0,25 М ацетата натрия и 0,02% хлорида кальция. Стандартные растворы глюкозы готовят, смешивая 10 мл буфера из ацетата натрия (описано выше) и 10 мл 50 мг/мл раствора глюкозы. Стандартные растворы готовят в двух экземплярах.

Смесь ферментов получают, добавляя 18 г свиного панкреатина (Sigma Р-7545) к 120 мл деионизированной воды, хорошо перемешивают, а затем центрифугируют при 3000 g в течение 10 минут. Надосадочную жидкость собирают и добавляют к ней 48 мг сухой инвертазы (Sigma I-4504) и 0,5 мл AMG E (Novo Nordisk).

Пробирки с образцами подвергают предварительному инкубированию при 37°С в течение 30 минут, а затем удаляют с бани и добавляют 10 мл буфера из ацетата натрия вместе со стеклянными/мраморными шариками (для улучшения физического разрушения образца во время встряхивания).

К образцам, контрольному раствору и стандартным растворам добавляют 5 мл смеси ферментов. Пробирки встряхивают в горизонтальном положении на водной бане при 37°С и приблизительно 180 ударах/мин. Время "ноль" представляет собой время первого добавления смеси ферментов в первую пробирку.

Через 20, 120 и 240 минут 0,5-мл аликвотные доли отбирают от инкубируемых образцов и каждую из них помещают в отд