ферментативно модифицированная суспензия из зерен овса (варианты) и способ её получения

Формула изобретения

1. Способ получения модифицированной суспензии из зерен овса, содержащей остатки мальтозы и мальтодекстрина, интактные -глюканы и белки, включающий

(i) приготовление суспензии из овсяного зернового субстрата;

(ii) приготовление композиции ферментов, включающей -амилазу и -амилазу, и ферментативную обработку полученной суспензии, при которой -амилазу и -амилазу вводят одновременно в количествах, меньших количеств указанных ферментов, необходимых в том случае, когда ферменты используются отдельно, и

(iii) осуществление, по меньшей мере, одной стадии заключительной обработки ферментативно модифицированной суспензии из зерен овса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ферментный препарат не имеет глюканазной или протеиназной активности.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в обработанной ферментом на стадии (iii) суспензии уничтожают ферментативную активность перед осуществлением стадии заключительной обработки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что заключительную обработку суспензии из зерен овса на стадии (iv) выбирают из группы, состоящей из гомогенизации, обработки сверхвысокими температурами, пастеризации, замораживания, выпаривания и распылительной сушки.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию из зернового субстрата стадии (i) дополнительно обрабатывают путем удаления крупных частиц волокон.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию из зернового субстрата стадии (i) приготавливают путем измельчения хлопьев, зерен, прошедших влажную или тепловую обработку, с целью их размалывания, и суспендирования полученной зерновой муки в воде с образованием суспензии.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает прекращение ферментативной активности в обработанной суспензии стадии (iii) перед стадией (iv).

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает тепловую обработку обработанной суспензии стадии (iii) с целью солюбилизации устойчивого крахмала, охлаждение суспензии до температуры, подходящей для ферментативного гидролиза, и обработку ферментным препаратом для дальнейшего гидролиза устойчивого крахмала.

9. Ферментативно модифицированная суспензия из зерен овса, включающая остатки мальтозы и мальтодекстрина, интрактные -глюканы и белки, полученная способом, включающим стадии

(i) приготовление суспензии из овсяного зернового субстрата;

(ii) приготовление композиции ферментов, включающей -амилазу и -амилазу, и

(iii) ферментативную обработку полученной суспензии, при которой -амилазу и -амилазу вводят одновременно в количествах, меньших количеств указанных ферментов, необходимых в том случае, когда ферменты используются отдельно.

10. Ферментативно модифицированная суспензия из зерен овса по п.9, отличающаяся тем, что ферменты не имеют глюканазной или протеиназной активности.

11. Ферментативно модифицированная суспензия из зерен овса по п.9, отличающаяся тем, что имеет вязкость от около 45 мП до около 65 мП при коэффициенте сдвига около 700 с^-1.

12. Ферментативно модифицированная суспензия из зерен овса, включающая остатки мальтозы и мальтодекстрина, интактные -глюканы и белки, полученная способом по любому из пп.1-8.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к ферментным суспензиям, включающим ферментные препараты для ферментативного гидролиза зернового крахмала. Другой аспект изобретения относится к получению гомогенных и стабильных суспензий из зерен, приготовленных с использованием этих ферментных препаратов.

уровень техники

Благотворное воздействие на здоровье диетической клетчатки хорошо известно. В связи с этим наблюдается растущий интерес к пищевым продуктам, изготовленным из злаков, таких как овес и ячмень.

Овес во многих отношениях отличается от других злаков. В нем повышенное содержание белков и жиров по сравнению с аналогичными зерновыми культурами, а также высокое содержание -глюканов.

В последние годы наблюдается растущий интерес к пищевым продуктам, изготовленным из овса. Основной причиной этого является обнаружение того факта, что клетчатка овса оказывает оздоровительное воздействие на людей с повышенным содержанием холестерина путем снижения уровня холестерина в сыворотке крови. Другая причина состоит в том, что в овсе содержится белок, обладающий большой пищевой ценностью, а также значительное количество моно- и полиненасыщенных жиров. Кроме того, в овсе содержится много незаменимых аминокислот и минералов.

Большое преимущество овса состоит в том, что сразу после удаления шелухи все зерно целиком можно использовать для изготовления различных продуктов. В овсе большинство питательных веществ практически равномерно распределено по всему зерну. В других злаках питательные вещества часто концентрируются в отдельных частях зерна.

Питательная ценность компонентов овса способствовала введению овса или его частей в некоторые различные пищевые продукты. Например, в заявке на Европейский патент №0577294 (R. Jenkins) раскрыт процесс получения заменителя жира и термонеобратимых гелей. Процесс включает гидролиз зерна, такого как овес, с помощью такого фермента, как -амилаза, амилоглюкозидаза, целлюлаза, пуллуланаза, циклодекстрин гликозилтрансфераза, или протеаза, или их сочетаний. После инактивации ферментов растворимую фракцию (диетическую клетчатку и мальто декстрины) отделяют от нерастворимой фракции. Однако диетическая клетчатка, в форме -глюканов и пентозанов, страдает от значительного снижения в ней уровня белков и липидов, вызванного процессом отделения. Более того, использование целлюлазы приводит к разложению -глюканов, а использование протеаз вызывает дальнейшее разложение белков.

В заявке на Европейский патент №0231729 (R.Bergkvist and K.Claesson) раскрыт процесс производства пищевых продуктов с использованием заменителей сахара, полученных путем ферментативного разложения цельных зерен злаков по меньшей мере до уровня олигосахаридов. Процесс включает двухстадийную обработку ферментом, причем сначала проводят обработку -амилазой, а затем - -амилазой. Последовательная обработка -амилазой может проводиться в сочетании с ферментом пуллуланазного типа. Чтобы уменьшить высокую вязкость суспензии, рекомендуется провести предварительную обработку -глюканазой до обработки -амилазой или одновременно с ней. Однако -глюканаза разлагает бета-глюкан, снижая таким образом концентрацию -глюканов в конечном продукте.

В патенте US 4,996,063 (G.F.Inglett) раскрыто приготовление водорастворимых композиций из диетической клетчатки путем обработки -амилазой продуктов из измельченного овса. -Амилаза предназначена для разжижения овсяного крахмала, и в данном случае можно использовать любую -амилазу. Полученные порошкообразные композиции из диетической клетчатки используются в качестве добавок к пищевым продуктам, таких как заменители жиров. Однако в этих продуктах не только не хватает нужных душистых веществ из натурального овса, в них также отсутствуют подходящие вкусовые вещества.

Кроме того, процесс ферментативного гидролиза крахмального компонента зерен раскрыт в патенте US 5,686,123 (L. Lindahl et al.), где подробно описан способ получения гомогенной стабильной суспензии из зерен, имеющей вкус и запах натурального овса; патент РСТ №WO 95/27407 (С.Fitchett and P.Latham) относится к процессу приготовления заменителя жира, богатого декстринами, с использованием одностадийной обработки одним ферментом; в заявке на Европейский патент №0097973 (R.Howrwarth and R.Irbe) описан способ получения фруктозы из глюкозы с использованием крахмала в основном из пшеницы и кукурузы; и в патенте Великобритании №1495220 (Н.Muller) раскрыт многостадийный способ получения декстрозы и декстринов из крахмала, содержащего белок, и отделения этих продуктов от белков и других побочных продуктов.

Однако есть ряд интересных моментов, касающихся процессов и продуктов, раскрытых в вышеперечисленных патентах. В патенте Бергквиста (Bergkvist) предполагается использование ферментов, которые разлагают -глюканы, тогда как в патенте Дженкина (Jenkin) предполагается использование ферментов, которые разлагают как -глюканы, так и белки. Использование этих ферментов приводит к получению продукта недостаточной питательной ценности, а процессы, при которых разлагаются -глюканы, подавляют воздействие этой клетчатки, снижающее уровень холестерина. Многостадийные процессы, используемые в некоторых из этих способов, занимают много времени из-за последовательной обработки различными гидролазами, вследствие чего возрастает стоимость продукции. Более того, последовательная обработка ферментами исключает все возможные синергетические воздействия, которые могли бы иметь место при одновременном использовании -амилазы и -амилазы. Кроме этого, общая вязкость и/или содержание сахара в суспензии из зерен не поддается эффективному контролю или регулированию.

Учитывая эти недостатки, существует потребность в ферментных препаратах для гидролиза зернового крахмала с меньшими материальными и временными затратами для получения продукта в виде суспензии из зерен, которая сохраняет вкусовые и ароматические качества натуральных зерен и в которой можно регулировать или модифицировать вязкость, содержание -глюкана и сахара, а также общее строение, с целью получения желаемого конечного продукта.

сущность ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для целей настоящего изобретения перечисленные ниже термины и словосочетания, которые встречаются в описании и формуле изобретения, будут иметь следующие значения:

"Предварительно обработанная суспензия из зерен", как используется здесь, обозначает продукт, который был предварительно обработан с помощью способа, раскрытого в патенте US 5,686,123.

"Зерновой субстрат", как используется здесь, обозначает суспензию, выбранную из группы, состоящей из суспензии из зерновой муки, предварительно обработанной суспензии из зерен и их смесей.

"Суспензия из овсяной муки", как используется здесь, обозначает суспензию, включающую овсяную муку и/или овсяные хлопья.

Соответственно, основной целью настоящего изобретения является обеспечение ферментативно модифицированной суспензии, включающей суспензию из зернового субстрата и ферментный препарат для гидролиза составных частей суспензии из зернового субстрата, при котором определенные свойства суспензии из зернового субстрата, такие как вязкость и/или содержание сахара, модифицируются путем обработки сочетаниями различных гидролаз и изомераз.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение эффективного, селективного и экономичного способа получения суспензии из зерен, обладающей ароматом и/или вкусом натуральных зерен, с неожиданным улучшением регулирования вязкости и/или содержания сахара в суспензии из зерен путем обработки при помощи ряда новых ферментных препаратов.

Дополнительной целью настоящего изобретения является обеспечение гомогенной и стабильной суспензии из зерен, обладающей ароматом и/или вкусом натуральных зерен и содержащей интактные -глюканы, являющиеся компонентами суспензии из зернового субстрата.

Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение способа приготовления гомогенной и стабильной суспензии из зерен, обладающей ароматом и вкусом натуральных зерен и содержащей интактные -глюканы.

Все вышеперечисленные цели можно осуществить с помощью ферментативно модифицированной суспензии, включающей суспензию из зернового субстрата и ферментный препарат для ферментативного гидролиза составных частей суспензии из зернового субстрата. Ферментный препарат включает по меньшей мере одну гидролазу, способную гидролизовать -гликозидные связи составных частей суспензии из зернового субстрата, и, необязательно, объединяет по меньшей мере одну гидролазу и изомеразу.

Составные части могут включать амилозу, амилопектин, мальтодекстрины, мальтозу, мальтотриозу и их смесь. Более конкретно, вышеперечисленные цели можно осуществить с помощью ферментативно модифицированной суспензии, включающей суспензию из зернового субстрата и ферментный препарат, где ферментный препарат включает по меньшей мере одну гидролазу, обладающую способностью гидролизовать -гликозидные связи составных частей суспензии из зернового субстрата. Предпочтительно, чтобы ферментный препарат не имел глюканазной и/или протеиназной активности. Предпочтительная гидролаза может быть выбрана из группы, состоящей из -амилазы, -амилазы, амилоглюкозидазы и пуллуланазы, при условии, что когда ферментный препарат включает -амилазу или -амилазу, она находится в смеси с по меньшей мере одной из других названных -гликозидных гидролаз. Когда ферментный препарат включает как -амилазу, так и -амилазу, более предпочтительно, чтобы они одновременно объединялись в суспензии из зернового субстрата. В дополнение к вышеуказанным гидролазам ферментные препараты по настоящему изобретению могут также включать изомеразу, например, изомеразу глюкозы.

Рассмотренные выше ферментные препараты могут применяться для получения гомогенной и стабильной улучшенной суспензии из зерен, обладающей ароматом и вкусом натуральных зерен и содержащей интактные -глюканы, причем эту улучшенную суспензию из зерен готовят при помощи способа, включающего стадии:

a) получение суспензии из зернового субстрата;

b) обработка суспензии из зернового субстрата стадии (а) ферментным препаратом, рассмотренным выше, т.е. ферментным препаратом для ферментативного гидролиза зернового крахмала в суспензии, включающим про меньшей мере один гидролазный фермент, обладающий способностью гидролизовать -гликозидные связи. Предпочтительно, -гликозидную гидролазу выбирают из группы, состоящей из -амилазы, -амилазы, амилоглюкозидазы и пуллуланазы и их смесей, при условии, что когда ферментный препарат включает -амилазу или -амилазу, она находится в смеси с по меньшей мере одной из других названных -гликозидных гидролаз. Когда ферментный препарат включает как -амилазу, так и -амилазу, предпочтительно, чтобы эти ферменты одновременно вводились в суспензию из зернового субстрата.

Соответственно, основной целью данного изобретения является создание ферментативно модифицированной суспензии из зерен овса и способа ее приготовления.

Суспензия из зерен овса будет обладать ароматом и/или вкусом натуральных зерен и будет содержать остатки мальтозы и мальтодекстрина, интактные -глюканы и белки. Способ изготовления модифицированной суспензии из зерен овса включает гидролиз суспензии из зерен овса при помощи композиции ферментов, состоящей из -амилазы и -амилазы. Эта композиция свободна как от глюканазной так и протеиназной активности. Более того, одновременное введение -амилазы и -амилазы обеспечивает средство для предопределения вязкости суспензии. Если для конкретного процесса требуется интервал вязкости от 45 мП до 65 мП, можно приготовить композицию ферментов с различными количествами -амилазы и -амилазы, чтобы получить: (1) данный интервал вязкости, (2) в течение заданного периода времени и (3) при заданном коэффициенте сдвига, в данном случае, примерно 700 с^-1. В дополнение, одновременное ведение -амилазы и -амилазы обеспечивает ускорение ферментативного гидролиза, регулирование содержания сахара в модифицированной суспензии из зерен овса, а также использование меньших количеств ферментов, чем в том случае, когда ферменты используются отдельно.

Способ изготовления улучшенной суспензии из зерен может также включать по меньшей мере одну стадию заключительной обработки для улучшения сохранности зерен, такую как: удаление крупных частиц путем центрифугирования или декантации; гомогенизация обработанной ферментом суспензии; и/или проведение обработки продукта сверхвысокими температурами (UHT, Ultra High Temperature), раскрытой в Food Engineering and Diary Technology, H.G.Kessler, Verlay A. Kessler, 1981, Chapter 6, pp. 139-207. После UHT продукт может быть упакован в асептических условиях. Дополнительная обработка для улучшения сохранности может включать пастеризацию и замораживание или выпаривание и последующую распылительную сушку для получения стабильного порошка. Предпочтительно, обработанную ферментом суспензию гомогенизируют и подвергают воздействию UHT, после чего упаковывают в асептических условиях.

Ферментативная активность в обработанной ферментом суспензии может быть уничтожена или прекращена перед процессом обработки для улучшения сохранности. Альтернативно, ферментативная активность может быть уничтожена во время некоторых процессов обработки для улучшения сохранности продукта, например, процесса UHT.

Обработанная ферментом суспензия после стадии (b), но необязательно, может быть последовательно обработана вторым ферментным препаратом, включающим по меньшей мере один гидролазный фермент, обладающий способностью гидролизовать -гликозидные связи, выбранный из группы, состоящей из -амилазы, -амилазы амилоглюкозидазы и пуллуланазы и их смесей. Кроме этого вышеупомянутые суспензии из зернового субстрата могут быть обработаны путем присоединения к гидролазам из ферментных препаратов изомеразы, такой как изомераза глюкозы.

Гомогенная и стабильная улучшенная суспензия из зерен, обладающая ароматом и вкусом натуральных зерен, содержащая интактные -глюканы, может быть также приготовлена при помощи способа, включающего стадии:

a) приготовление суспензии из зерновой муки;

b) обработка суспензии из зерновой муки стадии (а) -амилазой, затем последовательное введение -амилазы;

c) обработка ферментативно обработанной суспензии стадии (b) ферментным препаратом, рассмотренным выше, включающим по меньшей мере один гидролазный фермент, обладающий способностью гидролизовать -гликозидные связи. Предпочтительно, -гликозидную гидролазу выбирают из группы, состоящей из -амилазы, -амилазы, амилоглюкозидазы, пуллуланазы и их смеси, при условии, что когда ферментный препарат включает -амилазу или -амилазу, она находится в смеси с по меньшей мере одной из других названных -гликозидных гидролаз.

Когда ферментный препарат включает как -амилазу, так и -амилазу, предпочтительно, чтобы эти ферменты одновременно вводились в суспензию из зернового субстрата.

Обработанная ферментом суспензия стадии (b) или (с) может быть подвергнута дальнейшей обработке путем уничтожения ферментативной активности и/или путем осуществления стадии заключительной обработки.

подробное ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с изобретением создан ферментный препарат для ферментативного гидролиза составных частей суспензии из зернового субстрата, включающий по меньшей мере один гидролазный фермент, способный гидролизовать -гликозидные связи. Гидролазы могут быть выбраны из группы, состоящей из -амилазы, -амилазы, амилоглюкозидазы, пуллуланазы и их смесей. Предпочтительно, если ферментный препарат включает -амилазу или -амилазу, то она находится в смеси с по меньшей мере одной из других названных -гликозидных гидролаз, более предпочтительно, чтобы, если в ферментном препарате объединены два или более ферментов, эти ферменты вводились в суспензию из зернового субстрата одновременно. В дополнение к вышеуказанным гидролазам ферментный препарат может также включать изомеразу, такую как изомераза глюкозы.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретения ферментные препараты могут включать только пуллуланазу; только амилоглюкозидазу; или несколько различных сочетаний гидролаз, включающих: смесь, объединяющую -амилазу и пуллуланазу; смесь, объединяющую -амилазу, пуллуланазу и амилоглюкозидазу; смесь, объединяющую -амилазу и -амилазу; и смесь, объединяющую -амилазу, -амилазу и амилоглюкозидазу. Любой из вышеперечисленных ферментных препаратов, включающих только одну гидролазу или в сочетании с другой, может также включать изомеразу, такую как изомераза глюкозы.

Ферментные препараты по настоящему изобретению преобразовывают зерновой крахмал, который включает как амилозу, так и амилопектин, в высокомолекулярные мальтодекстрины и низкомолекулярные соединения с разной степенью модификации, такие как мальтотриоза, мальтоза и глюкоза. Например, -амилаза последовательно гидролизует -1-4-гликозидные связи с невосстанавливающего конца амилозы и амилопектина, и продуктом расщепления является мальтоза; -амилаза гидролизует внутренние -1-4-гликозидные связи как амилозы, так и амилопектина, и продуктом расщепления является мальтодекстрин; а амилоглюкозидаза -1-4 и 1-6 гликозидные связи невосстанавливающего конца крахмала, высвобождая молекулы глюкозы. Следовательно, сочетание гидролаз, обладающих способностью гидролизовать -гликозидные связи, будет обеспечивать различные соотношения мальтодекстрин/сахар в ферментативно обработанной суспензии из зерен.

Выбор ферментов и времени реакции определяет степень разложения и спектр продуктов. Различные виды ди- и моносахаридов получают, используя различные ферментные препараты, которые включают сочетание по меньшей мере одной -гликозидной гидролазы и/или изомеразы. Конечные продукты могли бы включать дисахарид - мальтозу, и моносахариды - фруктозу и глюкозу. Например, действие расщепляющего разветвленную структуру фермента пуллуланазы вместе -амилазой приведет к накоплению больших количеств мальтозы. Действие амилоглюкозидазы и изомеразы глюкозы может привести к получению глюкозы и фруктозы. При сочетании -амилазы и -амилазы -амилаза способствует действию -амилазы, и в результате образуется мальтоза и фрагменты мальтодекстрина, причем используются меньшие количества ферментов, чем при их раздельном применении. Зерновой крахмал может быть полностью превращен в низкомолекулярные соединения, такие как глюкоза, при помощи сочетания, например, -амилазы, -амилазы и амилоглюкозидазы. Действие одной изомеразы глюкозы приведет к получению фруктозы, если ее добавить к зерновому субстрату, в котором уже содержится глюкоза. Альтернативно, с помощью ферментного препарата, в котором -амилаза, -амилаза и амилоглюкозидаза находятся в сочетании с изомеразой глюкозы, можно также получить продукт с высоким уровнем содержания фруктозы.

Ферментными препаратами, представляющими собой единственный фермент или смесь ферментов, можно обрабатывать суспензию из зернового субстрата по настоящему изобретению путем введения свободных ферментов непосредственно в суспензию из зернового субстрата, или, альтернативно, путем введения суспензии из зернового субстрата в сосуд, содержащий иммобилизованные ферменты.

Свободные ферменты, как используется здесь, обозначает ферменты, которые могут свободно перемещаться в суспензии и не заключены в защитную оболочку или не прикреплены к подложке. Обычно свободные ферменты или клетки не используются повторно, поскольку они слишком малы для того, чтобы их отфильтровать, и их регенерация может потребовать чрезмерных затрат. Поэтому уничтожение биокаталитической активности свободных ферментов в настоящем изобретении обычно осуществляют путем денатурации фермента.

Иммобилизованные ферменты, как используется здесь, обозначают свободные ферменты, которые физически удерживаются при помощи различных способов, включая, но не ограничиваясь им, полупроницаемые мембраны, волокна с полой сердцевиной или ультрафильтрационные мембраны. Иммобилизованные ферменты, растворимые или нерастворимые, позволяют при одновременной иммобилизации многих ферментов селективно контролировать субстраты и продукты за счет селективности мембран. При использовании в настоящем изобретении иммобилизованные ферменты обеспечивают легкость загрузки и обработки суспензии из зерновой муки в реакторе непрерывного действия.

Преимущества иммобилизованных ферментов включают полную регенерацию ферментов из реакционной смеси при использовании как периодического, так и непрерывного режима работы. Таим образом ферменты можно использовать неоднократно, не загрязняя конечный продукт и без необходимости нагревания продукта с целью денатурации фермента. Кроме того, можно использовать более высокие концентрации иммобилизованного фермента, поскольку иммобилизованные ферменты можно регенерировать и использовать повторно, что приводит к уменьшению времени реакции и/или размеров сосуда, необходимого для ее проведения. Другим преимуществом является фактическое отсутствие фермента в конечном продукте, так что фермент следует рассматривать только как средство для обработки пищевого продукта, а не как пищевую добавку, даже когда процесс не включает нагревание и последующую инактивацию фермента.

Авторы изобретения также полагают, что ферменты, использующиеся для приготовления ферментативно модифицированных суспензий и/или гомогенной и стабильной улучшенной суспензии из зерен, могут включать ферменты, выделенные из целых клеток, органелл или даже микроорганизмов, используемых в качестве биологических катализаторов в процессе ферментации.

В настоящем изобретении общие условия, включая температуру, рН, добавление других субстратов, таких как кофакторы ферментов или буферные агенты, будут определять активность фермента, а, следовательно, выход и качество конечного продукта. Известно, что ферменты могут быть выделены из разных источников, но при этом катализировать одну и ту же реакцию. Например, для -амилазы из грибкового организма Aspergillus oryzae оптимальное значение рН составляет 4.7 и оптимальная температура составляет 50°С, а для -амилазы из бактерии Bacillus lichenformis оптимальное значение рН составляет 7.5 и оптимальная температура составляет 90°С. Таким образом ясно, что оптимальные условия, включающие количество фермента, температуру полужидкой массы, время перемешивания и величину значения рН, подбирают с целью получения конечного продукта подходящей вязкости. Технология определения оптимальных параметров хорошо известна и широко используется в данной области.

Ферментные препараты по настоящему изобретению могут быть использованы для получения гомогенной и стабильной улучшенной суспензии из зерен, обладающей ароматом и вкусом натуральных зерен и содержащей интактные -глюканы. Эти ферментные препараты используют для обработки зернового субстрата, который может включать суспензию из зерновой муки, предварительно обработанную суспензию из зерен или их смесь.

В одном из вариантов осуществления изобретения суспензия из зернового субстрата представляет собой суспензию из зерновой муки. Суспензию из зерновой муки готовят путем сухого или мокрого измельчения хлопьев или, в другом случае, зерен, прошедших тепловую и влажную обработку, с целью их размалывания, и суспендирования полученной зерновой муки в воде с образованием суспензии из зерновой муки. Необязательно суспензию можно центрифугировать или декантировать с целью удаления крупных частиц волокон перед тем, как она будет обработана ферментным препаратом.

Обычно суспензию из зерновой муки готовят на основе коммерчески доступных прежелатинированных овсяных хлопьев, сохраняющих оригинальный вкус и аромат овса. Овсяные хлопья измельчают до овсяной муки с помощью общего, сухого или мокрого измельчения. При сухом измельчении овсяную муку суспендируют в воде, предпочтительно при температуре 50-65°С. При мокром измельчении вода также используется предпочтительно при температуре 50-65°С. Особенно хорошие результаты получают при использовании деионизированной воды.

В случае большинства видов крахмала, содержащегося в зерновой муке, нагревание суспензии до температуры от 50°С до 65°С желатинирует зерновой крахмал для облегчения гидролиза. Однако некоторые виды овса содержат устойчивый крахмал, который не желатинируется при этих температурах, и, следовательно, не может быть легко гидролизован с помощью ферментных препаратов по настоящему изобретению. В этом случае полезно сначала гидролизовать неустойчивый крахмал на первой стадии ферментативной обработки с помощью ферментных препаратов настоящего изобретения, а затем подвергнуть суспензию воздействию высоких температур, предпочтительно около 100°С, чтобы желатинировать устойчивый крахмал. Затем суспензию охлаждают до приемлемой температуры и стандартных условий. Эту суспензию повторно обрабатывают ферментными препаратами настоящего изобретения. Соответственно, можно гидролизовать неустойчивый крахмал в суспензии из зерновой муки с помощью ферментных препаратов по настоящему изобретению, а нагреть суспензию до более высокой температуры, чтобы солюбилизировать устойчивый крахмал. Суспензию охлаждают до температуры, подходящей для ферментативной активности, а затем повторно обрабатывают ферментным препаратом по настоящему изобретению. Этот способ позволит провести более полный гидролиз практически всего зернового крахмала, включая устойчивый крахмал, в суспензии из зерновой муки.

Как правило, в полужидкой массе или суспензии массовое соотношение муки к воде находится в интервале от около 1:6 до около 1:9, что соответствует содержанию сухого твердого вещества от около 10 до около 15% мас./об. Суспензию перемешивают до тех пор, пока мука не диспергируется полностью. Полужидкая масса должна иметь значение рН от по меньшей мере 5 до по меньшей мере 8. Было обнаружено, что добавление ферментных препаратов по настоящему изобретению эффективно в этом интервале значений рН. В пределах этого интервала значений рН ферментные препараты обладают приемлемой каталитической активностью и не требуют использования добавок для корректировки значения рН.

Чтобы удалить крупные частицы, суспензию можно затем центрифугировать или декантировать при 350-450 G в течение около 10-15 минут.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения может использоваться предварительно обработанная суспензия из зерен. Предварительно обработанная суспензия из зерен обозначает суспензию, первоначально приготовленную в соответствии со способами, раскрытыми в патенте US 5,686,123. На первой стадии ферментативной обработки суспензию из зерновой муки обрабатывают -амилазой, которая специфически отщепляет остатки мальтозы и не обладает глюканазной и протеиназной активностью, до достижения вязкости 3-0.1 П при коэффициенте сдвига 10-100 с^-1. Затем на второй стадии ферментативной обработки суспензию обрабатывают -амилазой, которая специфически отщепляет остатки мальтозы и не обладает глюканазной и протеиназной активностью, до достижения вязкости <0.5 П при коэффициенте сдвига 10-100 с^-1. Предварительно обработанная суспензия из зерен затем может быть подвергнута дальнейшей обработке ферментными препаратами по настоящему изобретению. Необязательно, предварительно обработанная суспензия из зерен может быть гомогенизирована и/или подвергнута UHT обработке.

Обработку суспензии из зернового субстрата ферментными препаратами проводят при тщательно регулируемой рабочей температуре. Температуру выбирают так, чтобы производительность фермента позволяла обеспечить высокую скорость гидролиза и хорошую стабильность фермента. Обычно используют температуру от около 40°С до температуры ниже, чем та, при которой будет происходить денатурация фермента или сочетания ферментов, предпочтительно от около 50°С до около 90°С, в зависимости от фермента. При более низких температурах может снизиться активность фермента, а при более высоких температурах может уменьшиться его стабильность. Соответственно, температуру каталитической реакции выбирают таким образом, чтобы оптимизировать получение конечных продуктов при сохранении стабильности ферментного препарата. В настоящем изобретении могут также использоваться термостабильные ферменты, разлагающие крахмал, и в этом случае рабочие условия адаптируют к характеристикам этих ферментов.

Гидролазу и/или сочетание нескольких гидролаз вводят в суспензию из зернового субстрата в количестве, достаточном для гидролиза -гликозидных связей составных частей суспензии из зернового субстрата, чтобы обеспечить получение конечного продукта с желаемой вязкостью. В результате сочетания ферментов и количеств каждого конкретного фермента получаются суспензии, которые содержат различные сахара, но тоже в разных количествах. При высоком уровне содержания низкомолекулярных сахаров, таких как мальтоза и глюкоза, конечным продуктом будет суспензия с меньшей вязкостью. Напротив, при высоком уровне содержания мальтодекстрина, который считается высокомолекулярным соединением, конечным продуктом будет суспензия с большей вязкостью, которая может быть использована в супах или йогуртах вследствие ее более густой консистенции. Соответственно, при изменении вида и/или количества ферментов в меси будет получаться продукты с заданными свойствами. Использование конкретного сочетания ферментов помогает подобрать стандартные условия процесса таким образом, чтобы качество конечного продукта зависело от сочетания ферментов, а время реакции и другие параметры процесса не оказывали на него заметного влияния. При осуществлении настоящего изобретения, как правило, преимущественно используют от около 1 до около 100 мл ферментного препарата на килограмм овса или другого зернового материала, составляющего суспензию из зернового субстрата. Эту суспензию можно обработать ферментным препаратом с получением конечного продукта, имеющего величину вязкости от примерно равной вязкости воды или около 10 мП до нескольких сотен мП при коэффициенте сдвига от около 500 до около 1000 с^-1.

Как правило, зерно, входящее в состав суспензии из зерновой муки, может представлять собой любое зерновое исходное сырье, включая, но не ограничиваясь ими, овес, ячмень, рис, пшеницу, маис, рожь, сорго, тритикале и жемчужное просо. Предпочтительно это зерна овса. Как указано выше, овес обладает свойствами, которые делают его весьма привлекательньми с точки зрения потребителя, поскольку в нем содержатся большие количества высокомолекулярных -глюканов, которые являются натуральными гидроколлоидами. В суспензиях, получаемых путем ферментативного гидролиза ферментньми препаратами по настоящему изобретению, -глюканы, обнаруженные в овсе, действуют как природные стабилизаторы. Следовательно, суспензии из зерен по настоящему изобретению могут быть использованы в пищевой промышленности для сгущения, гелеобразования или стабилизации эмульсий.

Сладость ферментативно модифицированной суспензии или гомогенной и стабильной улучшенной суспензии из зерен можно регулировать или изменять, используя подходящие ферментные препараты. Фактически, ферментные препараты по настоящему изобретению могут вводиться на нескольких стадиях для доработки конечного продукта. Например, ферментный препарат, включающий - и -амилазу, позволяет получить высокий уровень содержания мальтозы. При вторичной обработке ферментным препаратом, включающим амилоглюкозидазу и/или изомеразу глюкозы, мальтоза может быть превращена в глюкозу и фруктозу. В результате образования глюкозы и, в особенности, фруктозы суспензия будет более сладкой, чем та, которая содержит только мальтозу. Значительное преимущество суспензии, включающей фруктозу, состоит в том, что ее без побочных эффектов могут употреблять больные диабетом.

Конкретный тип сахара влияет не только на свойства суспензии, но и на органолептические свойства продуктов, полученных с использованием суспензий. Меняя состав сахаров, можно проводить доработку суспензий, получая конечные продукты, обладающие функциональными свойствами, такими как вязкость, питательные свойства и относительное содержание сахаров, которые удовлетворяют требования потребителя.

Ферментативную активность в ферментативно модифицированной суспензии из зерен или обработанной ферментом суспензии из зерен можно прекратить или уничтожить любым из способов, хорошо известных в данной области, включая денатурацию, центрифугирование, хроматографию в случае свободных ферментов и/или прекращение контакта суспензии с иммобилизованными ферментами. Ферментативная реакция прекращается при нагревании суспензии из зерен до по меньшей мере 80°С, и, предпочтительно, от около 80°С до около 90°С.

Альтернативно, ферментативную активность можно прекратить или уничтожить на стадиях заключительной обработки, которые улучшают сохранность продукта. Примеры стадий заключительной обработки могут включать: удаление крупных частиц путем центрифугирования или декантации; гомогенизацию обработанной ферментом суспензии при температуре от около 42 до около 45°С при давлении от около 200 до 250 бар (1 бар=10⁵ Па); или проведение обработки продукта сверхвысокими температурами (UHT), раскрытой в Food Engineering and Diary Technology, H.G.Kessler, Verlay A. Kessler, 1981, Chapter 6, pp. 139-207, содержание которой включено сюда в качестве ссылки. После UHT продукт может быть упакован в асептических условиях. Дополнительные способы обработки для улучшения сохранности могут включать пастеризацию и замораживание вплоть до использования; или можно выпарить конечный продукт и затем подвергнуть его распылительной сушке для получения стабильного порошка.

Суспензии из зерен в соответствии с настоящим изобретением могут использоваться в тех же областях, что и продукты, раскрытые в патенте US 5,686,123, т.е. в качестве заменителей молока, основного компонента или добавки в производстве мороженого, каш, йогуртов, молочных коктейлей и закусок.

Далее изобретение будет описано более подробно с помощью следующих не ограничивающих его примеров.

ПРИМЕР 1

Прежелатинированные овсяные хлопья были размолоты мокрым способом при температуре от около 52 до около 63°С. Концентрация суспензия составила от около 10 до около 15% масс./об. Ферментный препарат в соответствии с изобретением, который включает -амилазу ячменя (Genencor Intl., Rochester, NY, USA; или Rhodia Ltd, Cheshire, UK) и пуллуланазу, фермент, расщепляющий разветвленную структуру, например, Promozyme (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark), добавили к суспензии из зерновой муки в концентрации приблизительно 2 мл на кг овса при температуре около от 58°С до около 61°С. Концентрация ферментов в ферментном препарате составляла от около 500 до около 1000 DP⁰ и от около 150 до около 300 PU (единиц пуллуланазы) на мл, соответственно. Ферментному препарату позволили действовать в течение 1-2 часов или до тех пор, пока вязкость суспензии не упала до от около 20 до около 40 мП при коэффициенте сдвига примерно 700 с^-1. Продукт содержал большие количества мальтозы. Большая часть крахмала (приблизительно 60% овса) была превращена в мальтозу.

Затем суспензию нагрели до от около 85° до около 90°С, для инактивации ферментов. Продукт декантировали, чтобы удалить избыток нерастворимых волокон, и гомогенизировали. Необязательно продукт может быть обработан UHT и упакован в асептических условиях, может быть пастеризован и храниться в замороженном виде вплоть до использования, или его упаривают, а затем подвергают распылительной сушке с получением стабильного порошка.

ПРИМЕР 2

Прежелатинированные овсяные хлопья были размолоты как в Примере 1. Ферментный препарат в соответствии с изобретением, который включает -амилазу ячменя (Genencor Intl, Rochester, NY, USA; или Rhodia Ltd., Cheshire, UK), пуллуланазу, фермент, расщепляющий разветвленную структуру, например, Promozyme (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark), и амилоглюкозидазу, например, AMG (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark) или Optidex (Genencor Intl, Rochester, NY, USA) добавили к суспензии из овсяной муки в концентрации от около 3 до около 4 мл на кг овса при температуре от около 58 до около 61°С. Концентрация этих ферментов в ферментном препарате составляла от около 400 до около 700 DP ⁰, от около 100 до около 200 PU (единиц пуллуланазы) и от около 90 до около 110 AGU на мл, соответственно. Ферментному препарату позволили действовать в течение от около 1 до около 2 часов, или до тех пор, пока вязкость суспензии не упала до от около 20 до около 40 мП при коэффициенте сдвига примерно 700 с^-1. Продукт содержал большие количества глюкозы. Наконец, суспензию нагрели и обработали так же, как в Примере 1.

ПРИМЕР 3

Прежелатинированные овсяные хлопья были размолоты как в Примере 1. Ферментный препарат в соответствии с изобретением, который включает смесь -амилазы (Genencor Intl., Rochester, NY, USA; или Rhodia Ltd, Cheshire, UK) и эндорасщепляющей -амилазы, например, Fungamyi (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark) или Mycolase (Genencor Intl., Rochester, NY, USA), добавили к суспензии из зерновой муки в концентрации приблизительно 2 мл на кг овса при температуре от около 54° до около 57°С. Концентрация этих ферментов в ферментный препарате составляла от около 1400 до около 1600 DP⁰ и от около 30 до около 70 AU (единиц амилазы) на мл, соответственно. Ферментному препарату позволили действовать в течение около 1 часа, или до тех пор, пока вязкость суспензии не упала до от около 20 до около 40 мП при коэффициенте сдвига примерно 700 с^-1. Большая часть овсяного крахмала (60-70%) была превращена в мальтозу, а остаток присутствовал в виде мальтодекстринов (стадия 1). Затем (на стадии 2), добавили другой экзорасщепляющий фермент, например, амилоглюкозидазу AMG (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark) или Optidex (Genencor Intl., Rochester, NY, USA), в дозе приблизительно 600 AGU (единиц амилоглюкозидазы) на кг овса. Реакцию остановили, когда было получено требуемое количество глюкозы. Например, через 30 минут после добавления амилоглюкозидазы (глюкоамилазы) суспензия содержала равные количества мальтозы и глюкозы, тогда как на стадии 1 содержание мальтозы составляло 50% суспензии. На 1 стадии содержание мальтозы было высоким, и амилоглюкозидаза быстро гидролизовала этот субстрат. По мере уменьшения содержания мальтозы предпочтительным субстратом стал мальтодекстрин, который был также быстро гидролизован. При полной конверсии весь крахмал превратился в глюкозу. Наконец, суспензию нагрели и обработали так же, как в Примере 1.

ПРИМЕР 4

Прежелатинированные овсяные хлопья были размолоты как в Примере 1. Ферментный препарат в соответствии с изобретением, который содержит смесь -амилазы ячменя (Genencor Intl., Rochester, NY, USA; или Rhodia Ltd, Cheshire, UK), -амилазы, например, Fungamyl (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark) или Mycolase (Genencor Intl., Rochester, NY, USA) и амилоглюкозидазы, например, AMG (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark) или Optidex (Genencor Intl., Rochester, NY, USA) добавили к суспензии в дозе от около 3 до около 4 мл на кг овса при температуре от около 54 до около 57°С. Концентрация этих ферментов в ферментном препарате составляла от около 700 до около 900 DP⁰, от около 1 до около 35 AU (единиц -амилазы) и от около 200 до около 350 AGU на мл, соответственно. Ферментному препарату позволили действовать в течение около 1-2 часов, или до тех пор, пока вязкость суспензии не упала до от около 20 до около 40 мП при коэффициенте сдвига около 700 с^-1. Наконец суспензию нагрели и обработали так же, как в Примере 1.

ПРИМЕР 5

Суспензию из овса приготовили так же, как в патенте US 5,686,123 и обработали ферментным препаратом в соответствии с изобретением, который включает -амилазу ячменя (Genencor Intl., Rochester, NY, USA; или Rhodia Ltd, Cheshire, UK) и пуллуланазу, фермент, расщепляющий разветвленную структуру, например, Promozyme (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark), в концентрации приблизительно 2 мл на кг овса. Альтернативно, суспензию обработали ферментом, расщепляющим разветвленную структуру, таким как пуллуланаза, например, Promozyme (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark), в концентрации приблизительно 800 PU на кг овса. Другие условия были такие же, как в Примере 1. Продукт содержал много мальтозы и практически не содержал мальтодекстринов.

ПРИМЕР 6

Суспензию из овса приготовили так же, как в патенте US 5,686,123 и обработали таким же ферментным препаратом, как в Примере 2, или амилоглюкозидазой, как в Примере 3 (как на стадии 2). По мере прохождения гидролитической реакции количество содержащихся в продукте мальтодекстринов уменьшалось, а количество глюкозы -увеличивалось.

ПРИМЕР 7

К любому из продуктов Примеров 2, 3, 4 и 6, т.е. тем, которые содержали глюкозу, добавили ферментный препарат в соответствии с изобретением, который включает амилоглюкозидазу в количестве от около 50 до около 60 AGU на мл, например, AMG (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark) или Optidex (Genencor Intl, Rochester, NY, USA) и изомеразу глюкозы (около 3000 GIU на мл), в концентрации от около 18 до около 70 мл на кг овса, или только изомеразу глюкозы, например, Spezyme GI (Genencor Intl., Rochester, NY, USA) или Sweetzyme (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark), в концентрации от около 50,000 до около 200,000 GIU (единиц изомеразы глюкозы). В течение двух часов 25% глюкозы превратилось во фруктозу.

ПРИМЕР 8

Прежелатинированные овсяные хлопья были размолоты как в Примере 1. Ферментный препарат в соответствии с изобретением, который содержит смесь -амилазы (Genencor Intl, Rochester, NY, USA; или Rhodia Ltd, Cheshire, UK), и эндорасщепляющей -амилазы, например, Fungarnyl (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark) или Mycolase (Genencor Intl, Rochester, NY, USA), добавили к суспензии из зерновой муки в концентрации приблизительно 2 мл на кг овса при температуре от около 54 до около 57°С. Концентрация этих ферментов в ферментном препарате составляла от около 1400 до около 1600 DP⁰ и от около 1 до около 8 AU (единиц -амилазы) на мл, соответственно. Ферментному препарату позволили действовать в течение приблизительно 2 часов, или до тех пор, пока вязкость суспензии не упала до от около 45 до около 65 мП при коэффициенте сдвига около 700 с^-1. Одна треть крахмала превратилась в мальтозу, остальная часть присутствовала в виде мальтодекстрина. Продукт получился довольно густым из-за высокого уровня содержания мальтодекстрина. наконец, суспензию обработали так же, как в Примере 1.