Крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом, напиток и пищевой продукт с использованием такового и способ производства крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом

Крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом, напиток и пищевой продукт с использованием такового и способ производства крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данное изобретение относится к крахмалу, обогащенному устойчивым крахмалом, напитку и пищевому продукту с использованием такового и способу производства крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом.

Диетическая клетчатка проявляет различное физиологическое действие, включая улучшение желудочно-кишечной микрофлоры, подавление повышения уровня сахара в крови и снижение уровня холестерина, тем не менее, ее потребление, как полагают, является недостаточным в Японии, Европе и США. Несмотря на то, что диетическая клетчатка может быть получена из различных растений, она должна быть высокоочищенной перед тем, как она будет применена в широком разнообразии пищевых продуктов, подвергшихся технологической обработке, так что затраты будут повышаться, вследствие необходимых для этого сложных процессов. Использование диетической клетчатки в качестве частичного заменителя злаковой муки приводит к проблеме, заключающейся в том, что диетическая клетчатка обладает физическими свойствами, отличными от свойств крахмального компонента, который является главной составляющей злаковой муки, и по этой причине в значительной степени воздействует на вкус и процесс приготовления.

С другой стороны, крахмал в целом легкоусвояем, но содержит неперевариваемую фракцию, называемую устойчивый крахмал. Становится очевидным, что устойчивый крахмал действует схожим с диетической клетчаткой образом in vivo. Описанные в литературе питательные преимущества включают в себя улучшение микрофлоры кишечника, подавление повышения уровня сахара в крови, снижение уровня холестерина и улучшение липидного обмена.

Крахмал широко распространен в растениях, и его относительно легко подвергать очистке. Крахмал может, таким образом, быть предоставлен при более низких затратах, чем диетическая клетчатка. Кроме того, так как крахмал, содержащий устойчивый крахмал, относительно легко поддается смешению без значительного воздействия на исходные процессы или ингредиент, то он может частично замещать злаковую муку, такую как пшеничная мука. Тем не менее, имеет место практический предел доли замещения крахмалом, содержащим устойчивый крахмал. Было обнаружено, что содержание устойчивого крахмала в исходном крахмале, содержащем устойчивый крахмал, обычно составляет 45% или менее. Таким образом, остается неразрешенной проблема того, что содержание устойчивого крахмала не может быть повышено настолько, как это ожидается при добавляемом количестве, даже если он был добавлен в пищевые продукты.

Для этого случая в литературе описаны технологии производства преобразованных крахмалов, которые обогащены устойчивым крахмалом посредством преобразования необработанного крахмала.

Патентный документ 1 (Публикация международной заявки WO 2000/19841, инструкция) описывает кислотную обработку высокоамилозного кукурузного крахмала, используемого в качестве сырья для спирта. Преобразованный крахмал, полученный кислотной обработкой, имеющий среднее значение молекулярного веса в пределах от 10000 до 90000, по литературным данным проявляет медленную перерабатываемость in vivo.

Патентный документ 2 (японская выложенная патентная заявка N 2001-231469) описывает то, как высокоамилозный крахмал, используемый в качестве сырья, нагревается при процентном содержании воды и температуре, недостаточных для разложения гранулометрического состава крахмала, и расщепляется для удаления неупорядоченной фракции для повышения таким образом устойчивости. Более конкретно, HYLON VII (зарегистрированный товарный знак, кукурузный крахмал с содержанием амилозы 70%), используемый в качестве сырья, был нагрет при процентном содержании воды приблизительно 38%, при приблизительно 98,9°C в течение 2 часов и переработан панкреатином. Полученный таким образом крахмал, как сообщается, имел общее содержание диетической клетчатки (TDF) 50% и содержание устойчивого крахмала (УК) 90% (Пример 1a). Документ также описывает то, что было обнаружено, что полученный таким образом устойчивый крахмал, демонстрирует максимум молекулярного веса в пределах от 2000 до 80000 и теплоту желатинизации приблизительно 20 Дж/г.

Патентный документ 3 (японская выложенная патентная заявка N H11-5802) описывает технологию повышения содержания трудноперерабатываемого компонента посредством выдерживания водной дисперсии высокоамилозного крахмала при температуре не ниже, чем температура, при которой компоненты крахмала начинают элюироваться, но не выше, чем температура, при которой крахмал начинает разлагаться на составные части, и посредством воздействия на компоненты α-амилазы. Документ описывает иллюстративный случай, в котором содержание трудноперевариваемого компонента было повышено до 68,2%, при измерении в соответствии со способом Prosky (Пример 3).

Патентный документ 4 (Опубликованный японский перевод публикации международной заявки PCT N 2008-516050) описывает производство устойчивого к ферментам крахмала с использованием высокоамилозного крахмала в качестве сырья и нагреванием его во влажном состоянии в присутствии спирта. Документ описывает иллюстративный случай, в котором общее содержание диетической клетчатки было повышено до приблизительно 60-70%, и значение устойчивости крахмала Englyst в среднем составляло 43 (Пример 4).

Патентный документ 5 (японская выложенная патентная заявка N H10-195104) раскрывает преобразованный крахмал, богатый диетической клетчаткой, полученный посредством гидротермической обработки высокоамилозного кукурузного крахмала.

Патентный документ 6 (японская выложенная патентная заявка N H09-12601) раскрывает способ производства устойчивого к амилазе крахмала, полученного посредством гидротермической обработки высокоамилозного кукурузного крахмала.

Патентный документ 7 (японская выложенная патентная заявка N H10-191931) раскрывает устойчивый крахмал, полученный воздействием на крахмал деветвящей и ретроградационной обработки.

Патентный документ 8 (Опубликованный японский перевод публикации международной заявки PCT N H05-506564) описывает технологию ферментативного гидролиза ретроградированного высокоамилозного крахмала.

Патентный документ 9 (Публикация международной заявки WO 2008/155892, инструкция) описывает способ производства крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом, приведением высокоамилозного кукурузного крахмала в контакт с находящейся под давлением горячей водой при 165-260°C.

Патентный документ 10 (японская выложенная патентная заявка N 2008-280466) описывает технологию производства амилозных зерен, используя ферментативную реакцию. В соответствии с описанием амилозные зерна, полученные способом по этому документу, имеют определенный средневесовой молекулярный вес и разброс молекулярного веса и, по существу, являются устойчивыми к расщеплению α-амилазой.

РОДСТВЕННЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[Патентные документы]

[Патентный документ 1] Публикация международной заявки WO 2000/19841, инструкция

[Патентный документ 2] Японская выложенная патентная заявка N 2001-231469

[Патентный документ 3] Японская выложенная патентная заявка N H11-5802

[Патентный документ 4] Опубликованный японский перевод публикации международной заявки PCT N 2008-516050

[Патентный документ 5] Японская выложенная патентная заявка N H10-195104

[Патентный документ 6] Японская выложенная патентная заявка N H09-12601

[Патентный документ 7] Японская выложенная патентная заявка N H10-191931

[Патентный документ 8] Опубликованный японский перевод публикации международной заявки PCT N H05-506564

[Патентный документ 9] Публикация международной заявки WO 2008/155892, инструкция

[Патентный документ 10] Японская выложенная патентная заявка N 2008-280466

[Непатентные документы]

[Непатентный документ 1] Richard K Le Leu et al., Воздействие высокоамилозных крахмалов маиса на ферментацию в толстом кишечнике и апоптотический ответ на ДНК-повреждение в толстой кишке крыс, Nutrition и Metabolism. 6(11), 2009.

[Непатентный документ 2] Martine Champ et al., Достижения в области исследования клетчатки. 1. Испытание клетчатки, физиологическая обоснованность, полезность для здоровья и аналитические аспекты, Nutrition Research Reviews 16, 2003, p.71-82.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Большинство из вышеописанных технологий производства преобразованного крахмала были направлены на повышение общего содержания диетической клетчатки, и таким образом в них применялся способ Prosky в качестве способа определения общего содержания диетической клетчатки. С другой стороны, известен AOAC Official Method 2002.02, который является способом количественного определения устойчивого крахмала, более подходящим для in vivo условий расщепления крахмала.

Имели место случаи, когда крахмал, общее содержание диетической клетчатки которого было подтверждено способом Prosky, иногда демонстрировал меньший уровень общего содержания диетической клетчатки при измерении с помощью AOAC Official Method 2002.02. Более конкретно, Непатентный документ 1 описывает то, что содержание устойчивого крахмала различается при измерении способом Prosky и с помощью AOAC Official Method 2002.02. Причиной различия в измеренных величинах в основном считают условия расщепления. В способе Prosky расщепление выполняется при 100°C в течение короткого периода (15-30 минут) с использованием бактериальной термоустойчивой α-амилазы, с последующим расщеплением при 60°C протеазой и дополнительно с последующим расщеплением амилоглюкозидазой. С другой стороны, в AOAC Official Method 2002.02 расщепление выполняется при условиях, которые моделируют in vivo условия, такие как расщепление при 37°C в течение длительного периода (16 часов) панкреатической амилазой и амилоглюкозидазой. Непатентный документ 2 указывает на то, что в способе Prosky имеется проблема неточного количественного определения устойчивого крахмала из-за условий расщепления, значительно отличающихся от реальных условий, и на то, что AOAC Official Method 2002.02 является количественным способом, более соответствующим тесту in vivo.

С этой точки зрения, документы, вышеупомянутые в разделе “Уровень техники, предшествующий изобретению” имеют возможность для улучшения с учетом устойчивости крахмала к расщеплению при in vivo условиях. Более конкретно, авторы данного открытия произвели переоценку преобразованных крахмалов, полученных способами вышеупомянутых патентных документов 1-3 и 5-8, с помощью AOAC Official Method 2002.02, и обнаружили, что содержание устойчивого крахмала было менее 60%, как описано далее в Примерах.

Производство напитка и пищевого продукта с использованием крахмала, содержащего устойчивый крахмал, обычно происходит посредством приготовления при нагревании. Таким образом, нежелательным является то, что устойчивый крахмал утрачивается в процессе приготовления при нагревании, независимо от того, насколько высоким является содержание устойчивого крахмала, который будет добавлен.

С этой точки зрения, вышеописанные преобразованные крахмалы имеют возможность улучшения устойчивости устойчивого крахмала к нагреванию. Например, авторы данного открытия исследовали способ, описанный в Патентном документе 9, и подтвердили то, что преобразованный крахмал, полученный способом документа, все еще имеет возможность улучшения, потому что устойчивый крахмал был утрачен в процессе приготовления при нагревании, как описано далее в Примерах.

Также преобразованный крахмал, полученный способом Патентного документа 4, все еще имеет возможность улучшения строения.

Принимая во внимание вышеописанные обстоятельства, задачей данного изобретения является предоставление крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом, который проявляет высокую устойчивость к расщеплению in vivo, и обеспечивает исключительную термоустойчивость устойчивого крахмала.

В соответствии с данным открытием, предоставлен крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом, который удовлетворяет нижеизложенным требованиям (a), (b), (c) и (d):

(a) демонстрирует содержание устойчивого крахмала, измеренное с помощью AOAC Official Method 2002.02 для измерения устойчивого крахмала, 60% или более;

(b) демонстрирует максимум молекулярного веса в пределах от 6×10³ или более до 4×10⁴ или менее;

(c) демонстрирует разброс молекулярного веса 1,5 или более до 6,0 или менее; и

(d) демонстрирует энтальпию желатинизации, измеренную с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии, в пределах от 50°C до 130°C, 10 Дж/г или менее.

В соответствии с данным открытием, также предоставлен напиток и пищевой продукт, которые содержат крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом вышеописанного изобретения.

В соответствии с данным изобретением, которое удовлетворяет требованиям (a)-(d), может быть получен преобразованный крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом, и устойчивый к нагреванию.

Таким образом, напиток и пищевой продукт могут иметь высокие содержания устойчивого крахмала во время питья и приема пищи, даже если они подверглись нагреванию.

Для того чтобы получить преобразованный крахмал, который удовлетворяет вышеописанным требованиям (a)-(d), могут быть произвольно выбраны условия относительно способа данного изобретения и устройств.

Например, в соответствии с данным открытием, предоставлен способ производства крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом, который включает в себя процесс подвергания обогащенного амилозой крахмала, имеющего содержание амилозы 40% или более, используемого в качестве сырья, воздействию кислотной обработки в водном растворе неорганической кислоты.

В соответствии с данным открытием может быть получен крахмал, который обогащен устойчивым крахмалом, и обеспечивает высокую устойчивость устойчивого крахмала к нагреванию.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой чертеж, иллюстрирующий взаимосвязи между максимумом молекулярного веса крахмала и содержанием устойчивого крахмала в одном из вариантов осуществления;

Фиг.2 представляет собой чертеж, иллюстрирующий распределение молекулярного веса крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом, в одном из вариантов осуществления;

Фиг.3 представляет собой чертеж, иллюстрирующий взаимосвязи между разбросом молекулярного веса крахмала и содержанием устойчивого крахмала в одном из вариантов осуществления;

Фиг.4 представляет собой чертеж, иллюстрирующий результаты дифференциальной сканирующей калориметрии крахмала в одном из вариантов осуществления;

Фиг.5 представляет собой чертеж, иллюстрирующий условия кислотной обработки в одном из вариантов осуществления;

Фиг.6 представляет собой чертеж, иллюстрирующий условия кислотной обработки в одном из вариантов осуществления; и

Фиг.7 представляет собой чертеж демонстрирующий емкость, используемую для измерения термоустойчивости устойчивого крахмала в Примерах.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом, по данному изобретению удовлетворяет нижеприведенным требованиям (a), (b), (c) и (d):

(a) демонстрирует содержание устойчивого крахмала, измеренное с помощью AOAC Official Method 2002.02 для измерения устойчивого крахмала, 60% или более;

(b) демонстрирует максимум молекулярного веса в пределах от 6×10³ или более до 4×10⁴ или менее;

(c) демонстрирует разброс молекулярного веса 1,5 или более до 6,0 или менее; и

(d) демонстрирует энтальпию желатинизации, измеренную с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии, в пределах от 50°C до 130°C, 10 Дж/г или менее.

Технические значения отдельных условий будут истолкованы ниже.

Крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом, по данному изобретению удовлетворяет требованию (a), и имеет явно большее содержание устойчивого крахмала, по сравнению с содержанием, полученным общепринятыми способами производства.

С точки зрения дополнительного повышения содержания устойчивого крахмала на начальной стадии, содержание устойчивого крахмала в крахмале, обогащенном устойчивым крахмалом, по данному изобретению, измеренное с помощью AOAC Official Method 2002.02 для измерения устойчивого крахмала, предпочтительно составляет 65% или более и более предпочтительно 70% или более. Не существует специального ограничения по верхнему пределу содержания устойчивого крахмала в крахмале, обогащенном устойчивым крахмалом, по данному изобретению, и оно может составлять 100% или менее, обычно 90% или менее.

Необходимо иметь в виду, что содержание устойчивого крахмала в данном изобретении определяется как вес устойчивого крахмала по отношению к весу сухого образца (вес/вес).

Посредством удовлетворения требованиям (b) и (c), в крахмале существенно повышено содержание устойчивого крахмала.

Требование (b) из этих требований устанавливает пределы молекулярного веса крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом.

Фиг.1 представляет собой чертеж, иллюстрирующий результаты исследования авторов данного открытия, выполненного по максимумам молекулярных весов высокоамилозного кукурузного крахмала после кислотной обработки, и по содержанию устойчивого крахмала. Из Фиг.1 видно, что крахмалы, имеющие превышающие 60% содержания устойчивого крахмала получаются стабильным образом, если максимумы молекулярных весов находятся в пределах от 6×10³ или более до 4×10⁴ или менее. Необходимо иметь в виду, что Фиг.1 также демонстрирует крахмалы, имеющие содержания устойчивого крахмала менее 60%, несмотря на то, что максимумы молекулярного веса попадают в пределы от 6×10³ или более до 4×10⁴ или менее (Сравнительные Примеры). Эти графики представляют обработанные кислотой крахмалы, произведенные в условиях заданных пределов, описанных далее, и удовлетворяют требованию (b), но не удовлетворяют требованию (a). В краткой форме, как описано далее в Примерах, крахмалы, имеющие содержания устойчивого крахмала, превышающие 60%, получаются стабильным образом, если максимумы молекулярного веса попадают в пределы от 6×10³ или более до 4×10⁴ или менее, посредством соответствующего выбора условий производства.

Предполагается, что причина, по которой крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом, получается после кислотной обработки только в вышеуказанных определенных пределах максимума молекулярного веса, является следующей. При кислотной обработке крахмала, часть молекулярных цепей, которые составляют крахмал гидролизуется, и крахмал разлагается на составные части с понижением молекулярного веса. Крахмальные зерна, имеющие в некоторой степени разорванные молекулярные цепи, в конечном счете, оптимизируют пространственное расположение молекул в более плотное состояние. Таким образом, чем больше будет происходить разложение кислотной обработкой, тем выше будет устойчивость крахмала к расщеплению. С другой стороны, если кислотная обработка происходит в избыточной степени, то консистенция зерна будет разрушена, и вследствие этого устойчивость крахмала к расщеплению будет утрачена.

С точки зрения более стабильно получаемого крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом, максимум молекулярного веса обычно может составлять 6,5×10³ или более, и предпочтительно 8×10³ или более. С точки зрения еще более стабильно получаемого крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом, максимум молекулярного веса может обычно составлять 3,6×10⁴ или менее, предпочтительно 2,5×10⁴ или менее и более предпочтительно 1,5×10⁴ или менее.

Следующее требование (c) устанавливает разброс молекулярного веса.

Разброс молекулярного веса в требовании (c) относится к соотношению Mw/Mn средневесового молекулярного веса Mw к среднему значению молекулярного веса Mn.

Фиг.2 представляет собой чертеж, иллюстрирующий результаты исследования авторов данного открытия, выполненного на основе изменений характеров распределения молекулярного веса крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом, наблюдаемых после кислотной обработки высокоамилозного кукурузного крахмала. Молекулярный вес, приведенный на Фиг.2 и также на Фиг.3, описанной далее, был измерен посредством гельпроникающей хроматографии (GPC) и выражен на основе пуллулана в качестве стандартного вещества. Из Фиг.2 видно, что характер распределения молекулярного веса крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом, полученного после кислотной обработки (Пример 1), является более узким в пределах распределения по сравнению с интактным высокоамилозным кукурузным крахмалом (Вспомогательный Пример) и приводит к одному максимуму. Степень распределения молекулярного веса оценивается на основе разброса молекулярного веса. Разброс молекулярного веса представляет соотношение средневесового молекулярного веса (Mw) и среднего значения молекулярного веса (Mn). Полимеры обычно содержат молекулы, имеющие различные степени полимеризации, и таким образом демонстрируют молекулярные веса в некоторых пределах. Полимер, характеризуемый единичной степенью полимеризации, будет иметь Mw/Mn 1, тогда как большее колебание будет приводить к большему разбросу молекулярного веса.

Фиг.3 представляет собой чертеж, иллюстрирующий взаимосвязи между дисперсией молекулярного веса высокоамилозного кукурузного крахмала после кислотной обработки и содержанием устойчивого крахмала. Из Фиг.3 видно, что крахмалы, имеющие высокие содержания устойчивого крахмала, приводят к разбросу молекулярного веса, попадающему в определенные пределы, которые являются пределами, удовлетворяющими требованию (c), описанному выше.

Может быть предположена следующая причина. Так как молекулярные веса устойчивых к ферментам крахмалов попадают в некоторые пределы, то повышение количества компонентов, имеющих молекулярный вес вне некоторых заданных пределов, будет приводить к большей подверженности крахмалов расщеплению. С другой стороны, во время уменьшения молекулярных весов крахмалов также посредством ферментативной обработки по мере того как происходит реакция, распределение молекулярных весов остается в некоторых пределах. Несмотря на то, что особенности различия реакционных механизмов кислотной обработки и ферментативной обработки остаются неясными, предполагается, что этот вид отличия между ферментативной обработкой и кислотной обработкой в пределах распределения молекулярного веса проявляется в различии в пределах распределения молекулярного веса.

С точки зрения целесообразности консистенции крахмал, имеющий чрезмерно большой разброс молекулярного веса, может не подойти для получения требуемой консистенции. С этой точки зрения, если разброс молекулярного веса попадает в пределы, которые удовлетворяют требованию (c), то может быть уменьшено слишком высокое содержание фракции, имеющей низкий молекулярный вес, или фракции, имеющей высокий молекулярный вес, для того чтобы пищевой продукт, смешанный с крахмалом, не был слишком мучнистым или слишком жестким.

С точки зрения целесообразности консистенции более низкий предел разброса молекулярного веса составляет 1,5 или более, предпочтительно 2,0 или более и более предпочтительно 3,0 или более. Так как крахмал, имеющий слишком низкое распределение молекулярного веса, может иногда приводить к неподходящей мучнистой консистенции, то максимум молекулярного веса предпочтительно имеет некоторые пределы.

С другой стороны с точки зрения дополнительного увеличения содержания устойчивого крахмала на стабильной основе, верхний предел разброса молекулярного веса составляет 6,0 или менее, предпочтительно 5,5 или менее, и более предпочтительно 5,0 или менее.

Вследствие этого, с точки зрения уравновешивания соотношения устойчивого крахмала с консистенцией, разброс молекулярного веса в данном изобретении предпочтительно установлен в пределах от 1,5 или более и 6,0 или менее, предпочтительно от 2,0 или более и 5,5 или менее и более предпочтительно 3,0 или более и 5,0 или менее.

Молекулярный вес крахмала может быть измерен при помощи GPC (выражен на основе пуллулана в качестве стандарта).

Далее будет разъяснено требование (d).

В данном изобретении, для того чтобы удовлетворять требованию (d), крахмал может изначально быть обогащенным устойчивым крахмалом и может оставаться обогащенным устойчивым крахмалом также после тепловой обработки.

Более конкретно, также возможно достигнуть содержания устойчивого крахмала, например, 60% или более, и предпочтительно 70% или более, после нагревания при 200°C в течение 20 минут.

Энтальпия желатинизации в данном документе относится к энергии, требуемой для перехода крахмала в пастообразное состояние при нагревании. Крахмал переходит в пастообразное состояние при некоторой температуре при нагревании в присутствии воды. Так как для перехода крахмала в пастообразное состояние требуется энергия, то имеет место эндотермическая реакция. С помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), количество тепла, поглощенного в связи с температурными изменениями, измеряется в виде пика, и в качестве энтальпии желатинизации рассчитывается площадь пика. Площадь пика является площадью, окруженной пиком и базовой линий, как показано на Фиг.4.

Фиг.4 представляет собой чертеж, иллюстрирующий результаты исследования авторов данного открытия, выполненного на основе эффектов кислотной обработки высокоамилозного кукурузного крахмала, обнаруженных на DSC графике. В целом, перерабатываемость крахмала повышается после желатинизации. Крахмал остается в кристаллизованном состоянии перед нагреванием, и он трудно поддается расщеплению пищеварительными ферментами. Кристаллизованное состояние, однако, после нагревания и желатинизации меняется на состояние, более поддающееся расщеплению ферментами. Таким образом, то что крахмал демонстрирует небольшой эндотермический пик на DSC, означает, что крахмал является причиной меньшего уменьшения содержания устойчивого крахмала после нагревания (также называемого “чрезвычайно термоустойчивый” далее в данном документе). На практике термоустойчивость устойчивого крахмала подвергается воздействию не только энтальпии желатинизации, но также подвергается воздействию температуры желатинизации и распределения молекулярного веса (максимум молекулярного веса, разброс молекулярного веса). Например, крахмал, который демонстрирует высокую температуру желатинизации, проявляет высокую термоустойчивость, так как он будет желатинизироваться только после нагревания до более высоких температур. Таким образом, энтальпия желатинизации может быть использована в качестве показателя термоустойчивости для крахмалов, имеющих сходные уровни температуры желатинизации, максимума молекулярного веса и разброса молекулярного веса.

Как видно из Фиг.4, высокоамилозный кукурузный крахмал в процессе кислотной обработки демонстрирует меньшие эндотермические пики по мере того, как происходит кислотная обработка. Низкая величина эндотермического пика, наблюдаемого на DSC, является важным свойством крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом, по данному изобретению, и более конкретно она составляет 10 Дж/г или менее, предпочтительно 8 Дж/г или менее и более предпочтительно 6 Дж/г или менее. Посредством отбора могут быть получены на стабильной основе напиток и пищевой продукт, которые обеспечивают высокое содержание устойчивого крахмала даже после приготовления при нагревании. Не существует специального ограничения по более низкому пределу энтальпии желатинизации, допускается, например, 1 Дж/г или более.

В соответствии с данным открытием может быть получен крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом, который содержит высокий уровень устойчивого крахмала, и является превосходным по устойчивости к нагреванию, посредством удовлетворения всем требованиям (a)-(d), описанным выше.

Далее будет истолкован способ производства крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом по данному изобретению.

В этом описании отдельные термины определяются, как приведено далее, если специально не указано другое. Необходимо принимать во внимание также то, что устойчивый крахмал может иногда в этом описании может называться “УК”.

Водное содержание: отношение водного содержания к влажному весу крахмала (вес/вес);

концентрация взвеси: отношение сухого веса крахмала к весу взвеси крахмала (вес/вес);

нормальность кислоты: нормальность кислоты в воде в реакционном растворе, включая водное содержимое, полученное из крахмала;

содержание устойчивого крахмала: отношение веса устойчивого крахмала к весу сухого образца (по весу); и

крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом: крахмал, имеющий содержание устойчивого крахмала 60% или более.

Крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом, по данному изобретению обычно может быть получен посредством использования богатого амилозой крахмала, имеющего содержание амилозы 40% или более, в качестве сырья, и подверганием сырья воздействию кислотной обработки в водном неорганическом кислотном растворе.

Источником богатого амилозой крахмала, используемого в качестве сырья, может быть кукуруза, картофель, рис, пшеница, сладкий картофель, тапиока и другие, произвольно выбранные источники. С точки зрения доступности предпочтителен высокоамилозный кукурузный крахмал. Высокоамилозный кукурузный крахмал представляет собой кукурузный крахмал с повышенным посредством селективного выращивания содержанием амилозы, и в настоящее время доступны крахмалы, имеющие содержание амилозы 40% или более и 70% или более. С точки зрения дополнительного существенного повышения содержания устойчивого крахмала в крахмале, обогащенном устойчивым крахмалом, может быть приемлем любой крахмал, имеющий содержание амилозы 40% или более.

При кислотной обработке в реакционный аппарат помещаются крахмал в качестве сырья и очищенная вода. Альтернативно, кислая вода, предварительно приготовленная растворением неорганической кислоты в воде, и сырье помещаются в реакционный аппарат. С точки зрения обеспечения прохождения более стабильной кислотной обработки, предпочтительно, чтобы вся доля крахмала была равномерно диспергирована в водной фазе или пребывала в форме взвеси. Для этой цели концентрация взвеси крахмала, который должен быть подвергнут кислотной обработке, предпочтительно доведена до 50% по весу или менее, например, более предпочтительно до 20% по весу или более и 40% по весу или менее. Слишком высокая концентрация взвеси будет повышать вязкость взвеси и может привести к сложности равномерного перемешивания взвеси.

В качестве примеров кислот, используемых для кислотной обработки, могут быть приведены хлористоводородная кислота, серная кислота, азотная кислота и тому подобные, без ограничений по видам и степени очистки.

Реакция кислотной обработки выполняется посредством соответствующего выбора температуры и кислотной концентрации, таким образом, что получающийся в результате обработанный кислотой крахмал удовлетворяет требованиям (a)-(d). Тем не менее, сложно получить крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом, который удовлетворяет требованиям (a)-(d) при традиционных условиях кислотной обработки. Итак, в данном изобретении концентрация неорганической кислоты, реакционная температура и продолжительность реакции, например, в процессе кислотной обработки установлены определенным образом. Частные условия будут разъяснены более подробно.

Во-первых, время кислотной обработки установлено так, что оно удовлетворяет требованиям (a)-(d). С точки зрения более надежного подавления денатурации во время реакции, время необходимое для кислотной обработки предпочтительно ограничено до 3 дней или менее и предпочтительно до 2 дней или менее.

Концентрация неорганической кислоты и температура реакции кислотной обработки выбраны так, чтобы они удовлетворяли ниже приведенному выражению (1):

(5,54×(4,20)^{(T-40)/10)(-0,879)}≤C<-0,000016×T³+0,00068×T²-0,028×T+4,3 (1)

где в выражении (1) T - температура реакции (°C), C -нормальность (н) неорганической кислоты в водном неорганическом кислотном растворе.

Слишком высокие уровни нормальности неорганической кислоты и температуры реакции могут иногда не приводить к повышению содержания устойчивого крахмала в достаточной степени. В противоположность, слишком низкие уровни могут чрезмерно увеличить время, необходимое для реакции кислотной обработки.

Посредством соответствия выражению (1), содержание устойчивого крахмала может быть повышено эффективным и стабильным образом.

Фиг.5 представляет собой чертеж, иллюстрирующий результаты исследования авторов данного открытия, выполненного на основе взаимосвязи между температурой реакции (°C) и нормальностью (н) кислоты при кислотной обработке. На Фиг.5 изображения “○” представляют условия, при которых крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом, может быть произведен в течение 3 дней, тогда как изображения “×” представляют условия, при которых крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом, не может быть произведен в течение 3 дней. Изображения “○” попадают в заштрихованную площадь, окруженную двумя кривыми на Фиг.5. Таким образом, обычно посредством проведения кислотной обработки в соответствии с нормальностью кислоты и температурой, которые попадают в площадь, окруженную двумя кривыми на Фиг.5, в течение 3 дней могут быть произведены крахмалы, которые удовлетворяют требованиям (a)-(d).

Кроме того, продолжительность реакции кислотной обработки может быть однозначно определена нижеприведенным выражением (2) с использованием показателей температуры реакции и нормальности кислоты:

13,0×C^(-1,14) ×(1/4,2)^(T-40)/10≤t≤180×C^(-1,58)×(1/4,2)^(T-40)/10 (2)

где в выражении (2, T - температура реакции (°C), C - нормальность (н) неорганической кислоты в водном неорганическом кислотном растворе и t - продолжительность реакции (ч).

Выражение (2) было получено экспериментально и показывает то, что удвоенная нормальность кислоты сокращает самое короткое время получения крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом, в 2,2 раза, самое продолжительное время в 3 раза, и что повышение температуры реакции на 10°C сокращает как самое короткое время, так и самое продолжительное время в 4,2 раза.

Так как условия производства крахмала, обогащенного устойчивым крахмалом, характеризуются тремя показателями: температурой реакции, нормальностью кислоты и продолжительностью реакции, то выражение (2) приводит к трехмерному графику, но может приводить к двухмерной диаграмме, имеющей в качестве осей нормальность кислоты и продолжительность реакции, если температура реакции поддерживается постоянной.

Фиг.6(a)-6(c) являются чертежами, иллюстрирующими результаты исследования авторов данного открытия, выполненного на основе взаимосвязи между нормальностью кислоты и продолжительностью реакции, когда температура в выражении (2) была постоянной. Значения температур реакции на Фиг.6(a), Фиг.6(b) и Фиг.6(c) составляют 40°C, 50°C и 60°C соответственно. Пределы нормальности кислоты и продолжительности реакции, при которых крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом, возможно произвести при определенных температурах, показаны заштрихованными площадями. Условные обозначения являются следующими:

○: содержание устойчивого крахмала ≥ 70%;

●: 70% > содержание устойчивого крахмала ≥ 65%;

■: 65% > содержание устойчивого крахмала ≥ 60%; и

×: 60% > содержание устойчивого крахмала.

Кривые на Фиг.6 представляют значения верхнего предела и значения нижнего предела продолжительности реакции, рассчитанные по выражению (2) при изменяющейся нормальности кислоты. Крахмал, обогащенный устойчивым крахмалом, может быть получен проведением кислотной обработки продолжительностью не короче, чем нижние значения предела, обозначенного пунктирной линией, и не дольше, чем значения верхнего предела обозначенного сплошной линией.

Верхний предел и нижний предел температуры реакции и нормальность кислоты, используемые в выражении (2) определяются выражением (1). Например, верхний предел и нижний предел нормальности кислоты, определяемые выражением (1), обозначены вертикальными сплошными прямыми линиями на Фиг.6. Верхний предел продолжительности реакции (72 часа в приведенных на Фиг.5 и Фиг.6 Примерах) обозначен горизонтальной пунктирной линией на Фиг.6.

На основании Фиг.6, можно понять, что кислотная обработка, выполненная при условиях заштрихованной площади, окруженной линиями, успешно пр