Пищевое волокно из фруктовых или овощных побочных продуктов

Пищевое волокно из фруктовых или овощных побочных продуктов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящая заявка имеет приоритет заявки США Сер.№ 61/418235 от 30 ноября 2010, содержание которой полностью включено сюда путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к пищевым волокнам, получаемым из фруктовых или овощных побочных продуктов или их комбинаций. Побочные продукты могут являться результатом, например, процессов экстракции сока из фруктов и овощей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Фрукты и овощи уже давно признаны ценными источниками важных питательных веществ. В последнее время произошло более полное признание дополнительного положительного влияния на здоровье и замедление болезни или положительное влияние на лечение источников фруктов и овощей, что является преимуществом и положительно влияет при приеме внутрь. Поиск ценностного потенциала фруктовых и/или овощных побочных продуктов однако является трудной задачей, несмотря на множество проведенных различными исследователями исследований в различных областях сельского хозяйства. Эти попытки столкнулись с такими задачами, как трудности транспортировки влажных отходов на предприятия по переработке, затраты на энергию для сушки, восстановление растворителем, затраты на химические реагенты и короткие периоды сбора сезонных фруктов и овощей, при переработке которых образуются побочные продукты.

Одним из потенциальных побочных продуктов являются сухие вещества цитрусового сока, которые могут быть получены из большого объема материала кожуры цитрусовых, традиционно используемых в применениях с низкой ценностью, таких как кормовой продукт для скота. Каждый сезон сбора цитрусовых, когда экстрагируют сок из цельных плодов цитрусовых при использовании коммерческого устройства для экстракции от FMC Corporation, Brown AME и других, в качестве побочного продукта собирают много тонн материала кожуры цитрусовых. Дополнительно к кожуре цитрусовых побочными продуктами процессов экстракции сока цитрусовых также являются центральная плацента цитрусовых, белый волокнистый пучок цитрусовых, семена, иные мембраны, выжимки и фильтрационные ретентаты. Такие плоды цитрусовых включают апельсины, грейпфруты, лайм, танжерин и лимон. До настоящего момента эти источники материала кожуры имели низкий коэффициент использования из-за негативных характеристик кожуры, которые могут считаться нежелательными в очень широком масштабе.

В прошлом были предприняты определенные попытки переработки побочных материалов кожуры цитрусовых от экстракции в продукты, которые имеют ценность, в отличие от применения в кормовых продуктах для скота. Один из таких подходов описан в патенте США 4497838 (Bonnell). Описывается способ извлечения «полезных» продуктов из кожуры апельсина при использовании противоточной экстракции растворителем, которую проводят не водным растворителем, таким как спирт. Из побочных продуктов кожуры цитрусовых собирают водный экстракт, который содержит подавляющую часть сахаров, эфирных масел и биофлаваноидов. Описывается получение продукта в виде сахарного сиропа, наряду с твердым продуктом «цветком апельсина» («orange flower»), который имеет высокое содержание целлюлозы и пектина.

Предпринимались другие попытки экстракции кожуры. В патенте США 4016351 (Eschinasi) описывается экстракция сока из кожуры добавлением воды и кальция к кожуре перед ее прессованием для получения фильтрпрессного осадка, который является продуктом этого патента. Кальций удаляют раствором щавелевой кислоты. В Патенте США 4313372 (Gerow) описывается влажная пульпа, смешанная с разбавленной подпрессовой жидкостью и дополнительно отпрессованная до максимально допустимого уровня для подпрессовой жидкости. Влажную кожуру подвергают обработке перегретым паром, материал смешивают с известью и фильтрпрессовый осадок сушат для сбора. В патентной заявке US № 2006/0204624, владелец патента Patist, описывается экстрагирование масла кожуры плодов цитрусовых обработкой смеси сухих веществ кожуры цитрусовых и воды приложением мощной ультразвуковой энергии, с последующим удалением масла кожуры из смеси. Khan et al. описали экстрагирование полифенолов из кожуры апельсинов при использовании этанола при помощи обработки ультразвуком. (M.K. Khan Abert-Vian, M.; Fabiano-Tixier, A.-S.; Dangles, O.; Chemat, F.; Ultrasound-assisted extraction of polyphenols (flavanone glycosides from orange (Citrus sinensis L.) peel. Food Chemistry, 1 19, 851-858)

Способы, предложенные в уровне техники, акцентированы на экстракции растворителем и химической обработке. В них не описывается получение дополнительных ценных источников питательных веществ, таких как пищевое волокно с низкой молекулярной массой, из побочных продуктов, предназначенных для низкосортных кормовых продуктов для животных, и трансформация того же самого в продукт, подходящий для потребления человеком. Следовательно, продолжает существовать необходимость в способе, позволяющем более полно реализовать потенциал побочных продуктов овощей и фруктов.

Другой способ экстракции питательных веществ из побочных продуктов описан в патенте US № 7485332, совладелец патента Chu, в нем описывается экстракция сока кожуры из кожуры цитрусовых при использовании воды. Экстрагированный сок кожуры подвергают технологической обработке для удаления естественным образом присутствующих компонентов, ухудшающих качество фруктового сока, такой как использование адсорбционной смолы. Полученный в результате обогащенный сок кожуры содержит воду, сахара, ароматические компоненты и масла. Однако экстракция сока кожуры не направлена на разрушение клеточных стенок кожуры цитрусовых для экстракции дополнительных питательных веществ из стенок.

Сущность приведенных здесь каждого из патентов или публикаций введены ссылкой.

Стенки растительных клеток, как правило, представляют собой структуру из сложных углеводов, которая содержит, например, питательные вещества в стенках и, без ограничения, растворимое пищевое волокно и нерастворимое пищевое волокно. Например, кожура апельсинов является богатым источником пищевых волокон и других нутритиентов. Она содержит около 40-50% пищевых волокон (по сухому веществу; содержание влаги составляет около 75%), и около половины пищевых волокон растворимы. Часть растворимого пищевого волокна содержит 10-15% пектиновых материалов, и остальное представляет собой гемицеллюлозу. Известно, что пищевое волокно не усваивается, то есть оно не разлагается ферментами, продуцируемыми человеком в желудке или тонком кишечнике, а используется кишечными бактериями в толстой кишке. Некоторые ферментируемые пищевые волокна классифицируют как пребиотики, поскольку они отвечают определенным критериям, установленным Gibson и Roberfroid (Gibson, G.R. and Roberfroid, M.B., eds. 2008. «Handbook of Prebitoics» CRC Press Taylor & Francis Group. Boca Raton, FL). Другие ферментируемые пищевые волокна могут иметь пребиотический потенциал, но отсутствует доказательство, необходимое, чтобы квалифицировать их как пребиотики. Хотя в настоящее время отсутствует юридическое определение для пребиотиков, данное регулирующими органами, доказательства потенциального положительного влияния на здоровье быстро растет, независимо от того, квалифицировано ли конкретное пищевое волокно или нет как «пребиотик».

Различия в структуре и композиции растворимого пищевого волокна в результате приводит к различным путям ферментации в толстой кишке. Используемый в описании термин «путь ферментации» относится к короткоцепочечным жирным кислотам, образовавшимся в результате метаболизма растворимого пищевого волокна кишечными бактериями, продуцирования газа и повышения уровня специфических бактерий, таких как бифидобактерии или лактобактерии в толстой кишке. Посредством модификации молекулярной структуры пищевого волокна при использовании технологической обработки можно оптимизировать путь ферментации для обеспечения медленной ферментации в толстой кишке, снижения газообразования и вздутия и повышения числа полезных бактерий.

Посредством экспериментов in-vitro и in-vivo пектин и гемицеллюлоза были определены как ферментируемое пищевое волокно. Также есть свидетельства из литературы и экспертного анализа, что пектиновые олигосахариды являются перспективными пребиотиками.

Пектин как гидроколоид не усваивается животными с однокамерным желудком, включая человека. Он проходит через желудок и тонкий кишечник, продвигаясь к толстому кишечнику в качестве субстрата для бактерий толстой кишки. Это было продемонстрировано на обеих моделях, как на животной, так и на человеческой модели. Пектин является в высокой степени ферментируемым субстратом, ферментируется полностью в толстой кишке, в отличие от других субстратов, таких как целлюлоза и гемицеллюлоза. Обзор свойств пектина как физико-химических, так и ферментируемости, и потенциального положительного влияния на здоровье доступны в (Endress, Hans Ulrich and Mattes, Frank. 2009. In Fiber ingredients: Food applications and health benefits. Susan Sung Cho and Priscilla Samuels, eds. CRC Press Francis Taylor Group, Boca Raton FL).

В ранней литературе с 1977 по 1995 продемонстрировано при использовании обеих моделей и животной, и человеческой, что ферментация пектина происходит в толстой кишке (Salyers, A. A., West. S.E.H., Vercelotti, Wilkins, T., 529. Fermentation of mucins and plant polysaccharides by anaerobic bacteria from the human colon. Applied and Environmental Microbiology. 1977: 529-533; Titgemeyer, E.C., Bourquin, L.D., Fahey, G. C, Garleb, K.A. 1991. Fermentability of various fiber sources by human fecal bacteria in vitro. Am J of Clinical Nutr 53: 1418-1424; Bourquin, L.D., Titgemeyer, E.C., Fahey Jr., G.C. 1993 Vegetable fiber fermentation by human fecal bacteria: Cell wall polysaccharide disappearance and short-chain fatty acid production during in vitro fermentation and water-holding capacity of unfermented residues. Journal of Nutr. 123: 860-869; Nicolini, L., Volpe, C, Pezzotti, A., Carilli, A. 1993. Changes in in-vitro digestibility of orange peels and distillery grape stalks after solid-state fermentation by higher fungi. Bioresource Technology 45(1): 17-20; Roth, J.A., Frankel, W.L., Zhang, W., Klurfeld, D.M., Rombeau, J.L. 1995 Pectin improves colonic function in rat short bowel syndrome. Journal of surgical research 58: 240-246; Sunvold, G.D., Hussein, H.S., G.C. Fahey, Jr., Merchane, N.R., and Reinhart, G.A. 1995. In vitro fermentation of cellulose, beet pulp, citrus pulp, and citrus pectin using fecal inoculums from cats, dogs, horses, humans, and pigs, and ruminal fluid from cattle. J Anim Scie 1995. 73:3639-3648). Пектин из разных фруктовых и овощных источников имеет значительное структурное (например, разветвленный по сравнению с линейным) и композиционное (например, содержание моносахаридов) многообразие (Fishman, M.L., El-Atawy, Y.S., Sondey, S.M., Gillespie, D.T., Hicks, K.B. 1991. Component and global average radii of gyration of pectins from various sources). Например, пектин сахарной свеклы имеет высокую степень разветвленности, в то время как коммерческие цитрусовые пектины имеют более линейную структуру.

Пектин с высокой степенью разветвленности не образует гели, наряду с таковым с более линейной структурой по меньшей мере из-за стерического затруднения и доступности сайтов связывания. Различия в путях ферментации были продемонстрированы исходя из этих структурных различий (Gulfi, M., Arrigoni, E., Amando, R. 2005. Influence of structure on in vitro fermentability of commercial pectins and partially hydrolysed pectin preparations. Carbohydrate Polymers 59:247-255; Gulfi, ML, Arrigoni, E., Amado, R. 2006. The chemical characteristics of apple pectin influence its fermentability in vitro. LWT 39: 1001-1004; Gulfi, M., Arrigoni E., Amado, R. 2007. In vitro fermentability of a pectin fraction rich in hairy regions. Carbohydrate Polymers, 67: 410-416). Кроме того, было показано, что степень метилирования оказывает влияние на путь ферментации путем проведения сравнения пектина с низким содержанием метоксильных групп и пектина с высоким содержанием метоксильных групп (Dongowski, G., Lorenz, A., Proll, J. 2002. The degree of methylation influences the degradation of pectin in the intestinal tract of rats and in vivo. J. Nutr. 132: 1935-1944). Не ясно, какие пектиновые структуры были бы более желательными для оптимального пути ферментации в толстой кишке.

Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «ферментируемость» относится к углеводам или другим веществам, которые в результате непереваривания пищевыми ферментами используются в толстом кишечнике кишечными бактериями в качестве источников энергии. Основными продуктами ферментации являются короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) ацетат, пропионат, бутират и в меньшей степени молочная, валериановая, изовалериановая и изомасляная. Ферментация также отвечает за продуцирование газа и метеоризм, включая водород, диоксид углерода и метан.

Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «пребиотик» имеет конкретное определение в уровне техники, и оно принимается одними официальными органами и не принимается другими. Впервые это определение было предложено и определено Gibson et al. (Gibson, G.R. and Roberfroid, M.B. 1995. Dietary modulation of the colonic microbiota: Introducing the concept of prebiotics. J. Nutr. 125: 1401-1412) и затем пересматривалось с течением времени до определения, используемого в настоящее время, которое представляет собой следующее: устойчивость к пищеварительным процессам в верхней части желудочно-кишечного тракта, ферментация кишечной микробиотой, и селективная стимуляция роста и/или активности ограниченного числа поддерживающих здоровье бактерий в микрофлоре. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «пребиотик» имеет такое же значение, как определено Roberfroid и Gibson. Согласно Roberfroid и Gibson существует только 3 пребиотических вещества, в достаточной степени отвечающих указанным выше критериям: инулин/ФОС, транс-галакто-олигосахариды и лактулоза. Однако существует некоторое расхождение между специалистами в этой области техники с определением Roberfroid и Gibson. Кроме того, в настоящее время не существует методических руководств FDA в отношении данных, заявленных на этикетках для пребиотиков.

Было ясно продемонстрировано, что пребиотики повышают оба: (1) популяции Bifidobacteria и Lactobacillus в толстой кишке и (2)количество короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) и других метаболитов посредством ферментации в толстой кишке. Остается неясным, до какой степени пребиотики влияют на здоровье, и какова польза для здоровья от потребления различных ферментируемых волокон. Было проведено очень мало исследований для понимания структуры углеводов (например, механизм связывания) и какие конкретные структуры метаболизируют бактерии, или как бактерии метаболизируют структуры.

Пектин как гидроколлоид, как правило, не потребляется на достаточно высоких уровнях для оказания в значительной степени влияния на здоровье кишечника, возможно, из-за высокой молекулярной массы пектина, которая в результате приводит к нежелательно высокой вязкости пищевых продуктов даже при низких уровнях. Некоторые исследователи провели исследование ферментативного модифицирования полисахаридов с более высокой молекулярной массой посредством гидролиза до олигосахаридов с более низкой молекулярной массой и более низкой вязкостью (Olano-Martin et al., 2002, Manderson, et al., 2005, Van Den Broek et al., 2008, Hotchkiss et al., 2009, Yamada et al., 2009).

Дальнейшие исследования ферментации пищевых волокон с низкой молекулярной массой, проводимые в фекалиях человека, показали потенциал пищевых волокон в качестве ингредиента для здоровья кишечника. Manderson et al. описывают использование пектиназ с кожурой цитрусовых скороспелых апельсинов Hamlin с получением пектиновых олигосахаридов со степенью полимеризации (СП) 3-15 при использовании химической обработки кожуры во время экстракции пектина (Manderson, K., Pinart, M., Tuohy, K.M., Grace, W.E., Hotchkiss, A.T., Widmer, W., Yadhav, M.P., Gibson, G.R., Rastall, R.A. 2005. In vitro determination of prebiotic potential of oligosaccharides derived from an orange juice manufacturing by-product stream. Applied and environmental microbiology. 71(12):8383-8389). Ферментируемость или пребиотические характеристики потенциально могут быть оптимизированы изменением структуры и молекулярной массы, каждое из которых может быть достигнуто посредством ферментов и других технологий обработки.

Другой половиной части растворимого пищевого волокна в кожуре апельсина, как правило, считается природная гемицеллюлоза. Гемицеллюлоза представляет собой очень сложный гетеро полимер и включает арабиноксилан, глюкуроноксилан, глюкоманнаны и ксилоглюканы наряду с другими полимерами. Гемицеллюлозу анализируют как волокно при использовании текущих международных методов AOAC, как в качестве растворимых волокон, так и в качестве нерастворимых волокон в зависимости от того, насколько тесно она связана с целлюлозой или другими материалами стенки клетки, такими как соединение с эфирами феруловой кислоты. Было проведено множество исследований гемицеллюлозы из зерновых источников в качестве ферментируемого и, возможно, пребиотического субстрата для демонстрации пребиотического потенциала пшеничных арабиноксиланов (Grootaert, C, Delcour, J., Courtin, CM., Broekaert, W.F., Verstraete, W., Vand de Wiele. 2007. Microbial metabolism and prebiotic potency of arabinoxylan oligosaccharides in the human intestine. Trends in Food Science and Technology. 18(2):64-71). О структуре гемицеллюлозы из конкретных фруктов и овощей известно мало, и ферментируемость гемицеллюлозы в настоящее время плохо определена.

Хотя в литературе описывается ферментируемость обоих, как пектина, так и пектиновых олигосахаридов, не описывается использование фруктовых или овощных побочных продуктов в качестве источников ферментируемого пищевого волокна с низкой вязкостью.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одним из преимуществ вариантов выполнения настоящего изобретения являются экстракция и модификация пектина и гемицеллюлозы из фруктовых или овощных побочных продуктов с получением в результате пищевого волокна с низкой вязкостью, пребиотического пищевого волокна или их комбинаций за счет разрушения и модификации материала стенок клеток растений. Другим преимуществом вариантов выполнения настоящего изобретения является получение пищевых волокон из таких побочных продуктов при использовании только физических и необязательно ферментативных процессов и без использования процессов химической модификации.

В одном аспекте настоящее изобретение относится к пищевому волокну с низкой молекулярной массой, содержащему пищевое волокно, экстрагированное их фруктовых или овощных побочных продуктов, с молекулярной массой от около 5000 грамм/моль (г/моль) до около 8000 г/моль. Пищевое волокно экстрагировано при использовании по меньшей мере одного физического метода или комбинации физического метода разрушения стенок клеток побочных продуктов и ферментативного гидролиза. В качестве альтернативы, пищевое волокно представляет собой пектиновый олигосахарид с молекулярной массой от около 300 г/моль до около 2500 г/моль.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу, включающему уменьшение размеров частиц фруктовых или овощных побочных продуктов, объединение частиц побочных продуктов с жидкостью с получением суспензии, необязательно нагревание суспензии для инактивации ферментов, присутствующих в частицах побочных продуктов, необязательно охлаждение суспензии, подвергание суспензии физическому процессу для разрушения стенок клеток частиц побочных продуктов, добавление в суспензию одного или более фермента, смешивание или перемешивание суспензии и фильтрование суспензии с получением ретентата и пермеата. Пермеат содержит растворимое пищевое волокно, которое необязательно представляет собой пребиотическое пищевое волокно.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу, включающему уменьшение размеров частиц фруктовых или овощных побочных продуктов, необязательно нагревание суспензии для инактивации ферментов, присутствующих в частицах побочных продуктов, необязательно охлаждение суспензии, подвергание суспензии физическому процессу для разрушения стенок клеток частиц побочных продуктов, добавление в суспензию одного или более фермента, смешивание или перемешивание суспензии и фильтрование суспензии с получением ретентата и пермеата. Пермеат содержит растворимое пищевое волокно, которые необязательно представляют собой пребиотические пищевые волокна.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к пищевому продукту с низкой молекулярной массой или пищевому волокну пектиновых олигосахаридов, экстрагированному из фруктовых или овощных побочных продуктов, причем пищевое волокно экстрагировано при использовании по меньшей мере одного физического процесса или комбинации физического процесса и ферментативного гидролиза фруктовых или овощных побочных продуктов.

Специалисту в данной области после ознакомления с приведенным ниже описанием конкретных приведенных в качестве примера вариантов выполнения способов и продуктов по настоящему изобретению будет понятно, что по меньшей мере некоторые варианты выполнения настоящего изобретения имеют улучшенные или альтернативные композиции, подходящие для обеспечения заданных профилей вкуса, питательных характеристик и тому подобное. Эти и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения или конкретных вариантов выполнения настоящего изобретения будут более понятны специалисту в данной области из следующего описания приведенных в качестве примера вариантов выполнения настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1a - технологическая схема способа получения пищевых волокон из фруктовых или овощных побочных продуктов согласно варианту изобретения.

Фиг.1b - технологическая схема способа получения пищевых волокон из фруктовых или овощных побочных продуктов по альтернативному варианту выполнения настоящего изобретения.

Фиг.2 - схема устройства для получения пищевых волокон из фруктовых или овощных побочных продуктов согласно варианту изобретения.

Фиг.3 - график растворимого пищевого волокна и нерастворимого пищевого волокна, экстрагированных из кожуры цитрусовых согласно варианту изобретения.

Фиг.4 - график растворимого пищевого волокна и нерастворимого пищевого волокна, экстрагированных из кожуры цитрусовых по альтернативному варианту выполнения настоящего изобретения.

Фиг.5 - график измеренной вязкости экстрактов из кожуры цитрусовых согласно варианту изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Преимуществом настоящего изобретения является обеспечение способов разрушения стенок клеток растений фруктовых или овощных побочных продуктов и экстрагирования питательных веществ из этих клеток растений. Преимуществом по меньшей мере конкретных вариантов выполнения настоящего изобретения является модификация питательных веществ, экстрагированных из побочных продуктов для селективного получения компонентов пищевых волокон, например, без ограничения, полисахаридов, олигосахаридов, пищевых волокон с низкой молекулярной массой, пребиотических пищевых волокон и их комбинаций. Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение пищевых или питьевых продуктов с заданным внешним видом, вкусом и с полезными для здоровья свойствами. Преимуществом по меньшей некоторых вариантов выполнения настоящего изобретения является получение пищевых или питьевых продуктов с повышенным содержанием пищевых волокон. Другим преимуществом настоящего изобретения является применение питательных веществ, полученных при переработке фруктов и овощей, которые в противном случае были бы удалены как побочные продукты. Эти и другие преимущества и признаки настоящего изобретения или его конкретных вариантов выполнения будут более понятны специалисту в данной области из следующего описания приведенных в качестве примера вариантов выполнения настоящего изобретения.

Как указано выше, преимуществом настоящего изобретения является получение способов разрушения стенок клеток растений фруктовых или овощных побочных продуктов и экстрагирования питательных веществ из этих клеток растений. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «побочный продукт» относится к любой пищевой части, которую в норме экстрагируют из фрукта или овоща и, как правило, удаляют в процессе переработки фруктов или овощей. Переработка может включать экстракцию сока, технологическую обработку сока (например, удаление из сока сухих веществ осветлением), удаление частей, которые обеспечивают негативные характеристики (например, нежелательный вкус, текстура, внешний вид и тому подобное) и их комбинации. Побочные продукты могут представлять собой, например, без ограничения кожуру, центральную плаценту цитрусовых, белый волокнистый пучок цитрусовых, семена, корку, выжимки, ощущаемые сухие вещества (sensible solid), осевшие на дно сухие вещества, везикулы, сухие вещества с финишера, пульпу, соковые мешочки, перикарп, мембраны, целлюлозные материалы, гомогенизированную пульпу, сердцевину, семечки плода, альбедо, флаведо и их комбинации.

Используемый в описании термин «сухие вещества с финишера» относится в общем к сухим веществам, удаленным из сока, который был экстрагирован из фруктов и/или овощей. Такие сухие вещества могут включать без ограничения материал из кожуры, семян, мембран, целлюлозных материалов и ощущаемую пульпу, такую как густая (откусываемая) фруктовая пульпа, везикулы фруктов, и/или соковые мешочки фруктов, которые как правило, удаляют из сока на стадии финиширования в зависимости от конкретного типа фруктов или овощей.

Источник конкретных фруктовых или овощных побочных продуктов без ограничения может включать, например, один или более побочный продукт из следующих: апельсина, лимона, лайма, танжерина, мандарина, танжело, помело, грейпфрута, винограда, красного винограда, сладкого картофеля, томата, сельдерея, свеклы, салата-латука, шпината, кочанной капусты, артишока, брокколи, брюссельской капусты, цветной капусты, кресса водяного, горошка, бобов, чечевицы, спаржи, лука, лука-порея, кольраби, редиса, репы, брюквы, ревеня, моркови, огурца, цуккини, баклажана, калины, клюквы, ананаса, персика, банана, яблок, груш, гуавы, абрикоса, арбуза, ирги ольхолистной, голубики, равнинных ягод (plains berry), степных ягод (prairie berry), тутовника, бузины, барбадосской вишни (мальпигия), карликовой черемухи, фиников, кокосов, оливок, малины, клубники, черники, логановой ягоды, смородины, ежевики сизой, бойзеновой ягоды, киви, вишни, ежевики, айвы, крушины, маракуй, терна, рябины, крыжовника, граната, хурмы, манго, корня ревеня, папайи, личи, сливы, чернослива, фиников, смородины, акажу инжира или их комбинаций. Специалисту в данной области, принимая во внимание преимущества этого описания, понятно, что множество различных дополнительных и альтернативных жидкостей фруктов или овощей подходят для применения по меньшей мере в конкретных приведенных в качестве примера вариантах выполнения настоящего изобретения.

Конкретные питательные вещества, которые могут быть получены из фруктовых или овощных побочных продуктов, зависят от конкретных фруктов или овощей наряду с частью фрукта или овоща, из которого получают побочный продукт. Примеры питательных веществ, которые могут быть экстрагированы из фруктовых или овощных побочных продуктов, включают без ограничения растворимое пищевое волокно, нерастворимое пищевое волокно, пектин, целлюлозу, гемицеллюлозу, витамины, минеральные вещества, моносахариды, дисахариды, олигосахариды, масла, фитонутриенты (например, флаваноиды и другие биологически активные компоненты и их комбинации).

Например, типичная кожура апельсина может содержать от около 40 вес.% до около 50 вес.% пищевого волокна, из которого почти половина представляет собой растворимое пищевое волокно. Дополнительно, потенциально существует возможность трансформировать некоторые волокна, например нерастворимое пищевое волокно в растворимое пищевое волокно при использовании технологической обработки. Растворимое пищевое волокно желательно в виде ферментируемых и, возможно, пребиотических пищевых волокон с широким спектром положительного влияния на здоровье. От около 10 вес.% до около 15 вес.% кожуры составляет пектин, который, как указано выше, является биологически активной молекулой. Дополнительно, кожура апельсинов содержит компоненты, такие как вода, ароматизаторы, сахара, масла и флавоноиды. Такие компоненты включают флавоноиды, такие как флавоны гесперидина (как правило, присутствующие в апельсиновом соке в количестве 350-7000 мг/литр), глюкозид гесперидина, нарирутин (как правило, присутствующие в апельсиновом соке в количестве 18-65 мг/литр), глюкозид наринрутина, эриодиктоил, таксифолин, нарингенин, изосакуранетин и тому подобное. Также включают каротеноиды и полифенольные соединения, такие как пара-винилгваякол (PVG).

Для получения максимально возможного количества питательных веществ из фруктовых или овощных побочных продуктов следует разрушить стенки клеток растений с выделением, таким образом, нутритивных компонентов их клеток фруктовых или овощных побочных продуктов. Подходящие способы разрушения стенок клеток включают физические способы, например, без ограничения, резку, измельчение продольной и поперечной резкой, резку ломтиками, измельчение дроблением, измельчение с приложением сдвигового усилия, экструдирование, гомогенизацию, измельчение в порошок, тонкое измельчение, обработку кавитацией, приложением давления, нагреванием, прессованием, замораживанием, дистилляцией, выпариванием, кристаллизацией, фильтрованием, обработку импульсным электрическим полем и их комбинации. Дополнительно, обработка кавитацией включает, например, без ограничения обработку кавитацией с приложением ультразвуковой частоты, циклической вакуум-нуклеацией, гидродинамической кавитацией, кавитацией через внешний преобразователь и их комбинаций.

Использование кавитации, такой как с приложением ультразвуковой частоты к жидкой композиции, содержащей клетки растений, приводит к возникновению кавитационных пузырьков, которые сообщают жидкости высокое сдвиговое усилие, и энергия волн приводит к разрушению кавитационных пузырьков. Эта энергия приводит к проникновению жидкости в поры стенок клетки растений. Как только жидкость распространяется в стенках клетки растений, она может поддерживать кавитацию, которая дополнительно открывает поры стенки клеток растений и таким образом усиливает экстракцию из них компонентов, таких как компоненты с низкой молекулярной массой. Дополнительно, высокие уровни энергии при приложении ультразвуковой частоты также могут разрушить стенки клеток растений с выделением клеточного материала и обеспечивают фрагменты стенок клеток растений. Кавитация за счет приложения ультразвуковой частоты может быть проведена в пределах амплитуд, например, без ограничения от около 5 микрон до около 150 микрон.

Те же общие принципы применимы для кавитации через внешний преобразователь, кавитации с циклической вакуум-нуклеацией и для гидродинамической кавитации. Например, кавитация через внешний преобразователь включает устройство, расположенное на внешней поверхности устройства, оказывающего воздействие, которое конвертирует энергию и генерирует кавитационные пузырьки в жидкой композиции, находящейся внутри устройства, оказывающего воздействие. Циклическая вакуум-нуклеация включает переменное приложение избыточного и отрицательного давления к жидкой композиции для создания кавитации. Гидродинамическая кавитация включает приложение низкого давления для испарения жидкости в жидкой композиции, формируя таким образом полости, которые взрываются из-за окружающего их высокого давления.

Было обнаружено, что определенные процессы и комбинации процессов приводят к получению пектиновых олигосахаридов, пищевых волокон с низкой молекулярной массой или их комбинаций из фруктовых или овощных побочных продуктов. В конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения, как только одно или более питательных веществ экстрагированных из фруктовых или овощных побочных продуктов, может быть проведена модификация питательных веществ. Например, нерастворимое пищевое волокно и другие пищевые волокна с высокой молекулярной массой необязательно подвергают гидролизу для снижения размера молекул пищевых волокон. Один из способов гидролиза пищевых волокон включает использование ферментов, например, без ограничения целлюлазного фермента, пектиназного фермента, гемицеллюлазного фермента, эндоцеллюлазного фермента, экзоцеллюлазного фермента, целлобиазного фермента, целлюлоза-фосфорилазного фермента, фермента из семейства лиаз или их комбинаций.

В конкретных аспектах настоящего изобретения такой гидролиз повышает соотношение в экстракте растворимого пищевого волокна к нерастворимым пищевым волокнам. В вариантах выполнения настоящего изобретения ферментативный гидролиз обеспечивает пребиотические пищевые волокна, такие как пектиновые олигосахариды или другие пищевые волокна с низкой молекулярной массой. Неожиданно комбинация ферментативного гидролиза и физического разрушения стенок клеток позволяет обеспечить растворимое пищевое волокно с целевыми пределами молекулярной массы. Это неожиданно, поскольку, по меньшей мере, определенные физические процессы приводят к инактивации ферментов, однако комбинация кавитации ультразвуком, ферментативного гидролиза, нагревания и приложения давления успешно экстрагирует пищевые волокна из стенок клеток фруктовых побочных продуктов и снижает молекулярную массу пищевых волокон.

Обратимся к чертежам, на которых аналогичные номера относятся к аналогичным элементам. На Фиг.la приведена технологическая схема общего процесса получения питательных веществ из фруктовых или овощных побочных продуктов согласно конкретному варианту выполнения настоящего изобретения. Такой общий процесс, как правило, включает получение 100 фруктовых и/или овощных побочных продуктов, уменьшение 110 размера побочных продуктов для увеличения площади поверхности для экстракции, комбинирование 120 частиц побочных продуктов с жидкостью, например, без ограничения с водой, фруктовым соком, овощным соком или их комбинациями, с получением суспензии, необязательно инактивацию 122 естественным образом присутствующих ферментов в побочных продуктах нагреванием суспензии с последующим охлаждением 124 суспензии, разрушение 130 стенок клеток частиц фруктовых или овощных побочных продуктов при использовании по меньшей мере одного физического процесса для увеличения площади поверхности частиц и добавление 140 одного или более выбранного фермента в суспензию. Затем стенки клеток частиц фруктовых или овощных побочных продуктов снова разрушают 150 при использовании по меньшей мере одного физического процесса с последующим удалением 160 крупных частиц сухих веществ и выделение 170 модифицированного пищевого волокна. Выделенное пищевое волокно и необязательно одно или более экстрагированное питательное вещество затем добавляют 180 в пищевой продукт для повышения питательности пищевого продукта.

На Фиг.lb приведена технологическая схема альтернативного процесса получения питательных веществ из фруктовых или овощных побочных продуктов согласно конкретному варианту выполнения настоящего изобретения. Такой общий процесс, как правило, включает получение 100 фруктовых и/или овощных побочных продуктов, уменьшение 110 размера побочных продуктов для увеличения площади поверхности для экстракции, необязательно инактивацию 122 естественным образом присутствующих ферментов в побочных продуктах нагреванием суспензии с последующим охлаждением 124 суспензии, разрушение 130 стенок клеток частиц фруктовых или овощных побочных продуктов при использовании по меньшей мере одного физического процесса для увеличения площади поверхности частиц, и добавление 140 одного или более выбранного фермента в суспензию. Затем стенки клеток частиц фруктовых или овощных побочных продуктов снова разрушают 150 при использовании по меньшей мере одного физического процесса с последующим удалением 160 крупных частиц сухих веществ и выделение 170 модифицированного пищевого волокна. Выделенное пищевое волокно и необязательно одно или более экстрагированных питательных веществ затем добавляют 180 в пищевой продукт для повышения питательности пищевого продукта. Согласно вариантам выполнения способов по настоящему изобретению отсутствует необходимость в добавлении жидкости с получением суспензии, поскольку фруктовые или овощные побочные продукты включают достаточное количество жидкости для проведения физического процесса и ферментативного процесса. Дополнительно, когда частицы побочных продуктов от определенных фруктов и овощей подвергают физическому процессу для разрушения стенок клеток частиц, при образовании суспензии выделяется дополнительная жидкость.

Согласно конкретным вариантам выполнения настоящего изобретения питательные вещества получают из фруктовых или овощных побочных продуктов при использовании только одного или нескольких физических процессов, а именно разрушение стенок клеток растений с выделением таким образ