包括可緩慢消化或抗消化的糖類組合物的食品的制作方法
【專利說明】包括可緩慢消化或抗消化的糖類組合物的食品
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2007年1月24日、發(fā)明名稱為"包括可緩慢消化或抗消化的糖類 組合物的食品"的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)No. 200780003614.3的分案申請(qǐng)。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 食品中使用多種糖類，例如不同的糖和淀粉。這些糖類中許多在人體胃和小腸中 被消化。相反地，食品中膳食纖維一般在胃和小腸中不消化，但是潛在地可被大腸中微生物 發(fā)酵。
[0004] 有意開發(fā)適合食品中使用的成份，其或者是不可消化的，或者是僅僅有限程度地 可消化，以提高膳食纖維含量或減少食物的熱量。這些改進(jìn)有一定的健康益處。
[0005] 存在對(duì)如下可食材料的需求，其含有含量降低的易消化糖類，并可被用來代替或 補(bǔ)充食物中常規(guī)的糖產(chǎn)品。
[0006] 發(fā)明概述
[0007] 本發(fā)明的一方面是制造一種低聚糖組合物的方法。該方法包括，通過淀粉糖化作 用生產(chǎn)包括至少一種低聚糖和至少一種單糖的含水組合物;膜過濾該含水組合物以形成富 含單糖的流和富含低聚糖的流;和回收富含低聚糖的流。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，富含 低聚糖的流可被人體消化系統(tǒng)緩慢消化。本文所用的術(shù)語"可緩慢消化"指大量(例如，至少 占干固形物基約50%，和在某些情況下至少約75%，或至少約90%)的存在于流中的糖，或 者在人體胃和小腸中完全不消化，或者是僅僅有限程度地消化。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方 案中，富含低聚糖的流在人體消化系統(tǒng)中抗消化。
[0008] 均可進(jìn)行體外和體內(nèi)試驗(yàn)以評(píng)估糖在人體中消化的比率和程度。"Englyst化驗(yàn)" ("Englyst Assay"）是一種體外酶試驗(yàn)，其可以用來評(píng)估可迅速消化、可緩慢消化或抗消化 的糖類成分的量（European Journal of Clinical Nutrition(1992)Volume 46 (Suppl.2)，第S33-S50頁）。因而，本文所有提及一種可緩慢消化材料"至少占干固形物基重 量約50%"，或一種材料"基本地可緩慢消化"，指的是通過Englyst化驗(yàn)被分類為可緩慢消 化或抗消化的百分比和總計(jì)至少約50%。相同地，本文所有提及一種抗消化材料"至少占干 固形物基重量約50%"，或一種材料"基本地抗消化"，指的是通過Englyst試驗(yàn)被分類為抗 消化的百分比至少約50%。
[0009] 在本方法的一個(gè)實(shí)施方案中，通過淀粉糖化作用、接著異構(gòu)化生產(chǎn)的含水組合物， 包含右旋糖、果糖和低聚糖混合物。此含水化合物可以納米過濾使之分成富含單糖的滲透 流和富含低聚糖的滲余物流。富含低聚糖的流可包含占干固形物基至少約50% (重量)的低 聚糖，或在某些情況下至少約90%。在本方法的某些實(shí)施方案中，富含低聚糖的流還會(huì)含有 次要量的右旋糖和果糖。本文所用的"次要量"指的是占干固形物基重量少于50%。
[0010]在某些實(shí)施方案中，本方法也可包括以下步驟中的一個(gè)或多個(gè)：（1)將富含低聚糖 的流與異構(gòu)化酶接觸，以致至少一部分右旋糖轉(zhuǎn)換為果糖，從而產(chǎn)生一種富含異構(gòu)化低聚 糖的流；（2)膜過濾富含低聚糖的流以產(chǎn)生第二種富含單糖的流和第二種富含低聚糖的流， 這第二種富含低聚糖的流包括占干固形物基大于約90% (重量）的低聚糖以及次要量的單 糖；（3)氫化富含低聚糖的流來轉(zhuǎn)換至少其中部分單糖為醇類，從而產(chǎn)生富含氫化低聚糖的 流；（4)將富含低聚糖的流與葡萄糖苷酶接觸來產(chǎn)生一種反轉(zhuǎn)產(chǎn)品(reversion product)， 以致流中存在的任意殘留單糖中的至少一些共價(jià)地結(jié)合到低聚糖或其它單糖上;和(5)通 過與活性炭接觸減少富含低聚糖的流的顏色。
[0011] 本發(fā)明的另一個(gè)方面是制備糖低聚體的方法。該方法的某些實(shí)施方案產(chǎn)生的糖低 聚體組合物是基本地抗消化的。在其它實(shí)施方案中，組合物是基本地可緩慢消化的。本方法 使用包括至少一種單糖或線性糖低聚體的含水進(jìn)料組合物(feed composition)，并且該含 水進(jìn)料組合物具有至少約70 % (重量）固形物濃度。該含水進(jìn)料組合物加熱至至少約40°C的 溫度，并與至少一種加速葡糖基鍵斷裂或形成的催化劑接觸充分長(zhǎng)時(shí)間以導(dǎo)致非線性糖低 聚體的形成。產(chǎn)生的產(chǎn)品組合物含有的非線性糖低聚體比線性低聚體濃度高。
[0012] 在本方法的一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種催化劑是加速葡糖基鍵斷裂或形成的 酶。在本方法的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種催化劑是酸。在本方法的某些實(shí)施方案 中，酸和酶可以順次使用，進(jìn)料組合物先用酶處理接著用酸處理，或者反之亦然。
[0013] 本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種可食糖類組合物(有時(shí)本文指低聚糖組合物），其包括 占干固形物基主要量的低聚糖，并且其在人體消化系統(tǒng)中可緩慢消化或抗消化。此組合物 可以通過上述任意方法來生產(chǎn)。本文所用的"主要量"指的是占干固型基至少50% (重量）。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施方案中，可食糖類組合物通過一種方法生產(chǎn)，在所述方法中富含低聚 糖的流具有的固形物含量不低于70.0%重量/重量(m/m)，并含有降低的糖含量(右旋糖當(dāng) 量），表述為D-葡萄糖，其占干基不低于20.0%m/m。此組合物的實(shí)施方案可以根據(jù)食品標(biāo)記 規(guī)定分類為玉米糖漿。在另一個(gè)實(shí)施方案中，富含低聚糖的流具有的固形物含量不低于 70. 〇%重量/重量(m/m)，并含有降低的糖含量(右旋糖當(dāng)量），表述為D-葡萄糖，其占干基不 低于20.0%m/m。此實(shí)施案例可以根據(jù)食品標(biāo)記規(guī)定分類為麥芽糖糊精。
[0015] 本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種可食糖類組合物，其包括占干固形物基主要量（即，占 干固形物基重量大于50% )的線性和非線性糖低聚體，其中，非線性糖低聚體比線性糖低聚 體濃度高。在本發(fā)明某些實(shí)施方案中，組合物中非線性糖低聚體濃度至少是線性糖低聚體 濃度的兩倍。
[0016] 本發(fā)明的另一個(gè)方面是制備食品的方法。該方法包括提供適合與糖類材料組合的 食品組合物，以及將食品組合物與如上所述的可緩慢消化或抗消化的可食糖類組合物組 合。
[0017] 本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種包括上述可食糖類組合物的食品。例如，食品可以是 面包、蛋糕、曲奇、餅干、擠壓成形的小吃、湯、冷凍點(diǎn)心、油炸食品、意大利面制品、土豆制 品、米制品、玉米制品、小麥制品、乳制品、酸乳酪、糖果、硬糖、營(yíng)養(yǎng)棒、早餐谷物、或飲料。
[0018] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，食品選自烘焙食品、早餐谷物、無水涂層(例如，帶涂層 的冰淇淋，巧克力）、乳制品、糖果、果醬和果凍、飲料、餡、擠壓成形的片狀小吃、凝膠點(diǎn)心、 快餐棒、奶酪和奶酪沙司、可食水溶膜、湯、糖漿、沙司、調(diào)味品、奶精、糖衣、糖霜、凍膠層、寵 物食品、玉米粉圓餅、肉和魚、果干、嬰幼兒食品、面糊和滾面包肩?？墒程穷惤M合物在本文 中有時(shí)指低聚糖組合物，其可為了一個(gè)或多個(gè)目的存在于食品中，例如完全或部分替代甜 味劑固形物、或者作為膳食纖維的一個(gè)來源。
[0019] 本發(fā)明的另一個(gè)方面是控制患有糖尿病哺乳動(dòng)物的血糖的方法。該方法包括給哺 乳動(dòng)物喂食如上所述各種實(shí)施方案中所述的食品。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的過程流程圖。
[0021 ]圖2是實(shí)施例3中所用的三種右旋糖組合物中某些糖的分布圖。
[0022]圖3是實(shí)施例4中所用的原材料中某些糖的分布圖。
[0023]圖4是實(shí)施例4中經(jīng)酶處理制備的產(chǎn)品中某些糖的分布圖。
[0024] 圖5是實(shí)施例4中當(dāng)組合物經(jīng)酶處理時(shí)，麥芽糖和異麥芽糖濃度隨著時(shí)間的變化 圖。
[0025] 圖6是麥芽糖濃度的變化圖，圖7是實(shí)施例4中當(dāng)右旋糖糖漿經(jīng)不同濃度酶處理時(shí)， 異麥芽糖濃度的變化圖。
[0026]圖8是實(shí)施例4中當(dāng)組合物經(jīng)酶處理時(shí)，某些糖濃度隨著時(shí)間的變化圖。
[0027]圖9是實(shí)施例4中當(dāng)稀釋的組合物經(jīng)酶處理時(shí)，某些糖濃度隨著時(shí)間的變化圖。 [0028]圖10是實(shí)施例5中溫度對(duì)作為酶處理結(jié)果的某些糖形成的影響的圖。
[0029]圖11是實(shí)施例5中溫度對(duì)作為另一種酶處理結(jié)果的某些糖形成的影響的圖。
[0030]圖12是比較實(shí)施例6中當(dāng)組合物經(jīng)酸或酶處理時(shí)糖分布變化的圖。
[0031]圖13顯示實(shí)施例6中酸處理的糖漿的分析。
[0032]圖14顯示實(shí)施例6中經(jīng)酸處理的糖漿的色譜分析。
[0033]圖15顯示狗在喂食本發(fā)明的組合物或麥芽糖糊精后血糖濃度的變化。
[0034] 特別實(shí)施方案的描述
[0035] 本發(fā)明的一個(gè)方面是用于制作一種可緩慢消化或抗消化的糖類組合物(例如，糖 低聚體組合物）的方法，該組合物適用于食品。
[0036] 可進(jìn)行體外和體內(nèi)試驗(yàn)以評(píng)估糖在人體中消化的比率和程度。"Englyst化驗(yàn)"是 一種體外酶試驗(yàn)，其可以用來評(píng)估可迅速消化、可緩慢消化或抗消化的糖成分的量 (European Journal of Clinical Nutrition(1992)Volume 46(Suppl.2)，第S33-S50頁）〇
[0037] 我們應(yīng)該理解，本文在廣泛意義上使用術(shù)語"食品"，其包括可被人體消化的各種 物質(zhì)，如飲料和藥用膠囊或藥片。
[0038] 本文用的術(shù)語"低聚糖"和"糖低聚體"指的是包括至少兩個(gè)糖單位的糖，例如具有 聚合度（"DP"）為約2至30的糖。例如，具有聚合度為2的糖。
[0039] 在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，含水進(jìn)料組合物包括至少一種單糖和至少一種線性 糖低聚體，并可含有每種中的幾個(gè)。在許多情況下，單糖和低聚糖將至少占進(jìn)料組合物干固 形物基的約70% (重量）。對(duì)原材料來說，具有盡可能高濃度的單糖通常是有益的，以使所需 低聚體產(chǎn)量最大化。高固形物濃度趨向于使得平衡從水解轉(zhuǎn)向縮合(反轉(zhuǎn)(reversion))，從 而產(chǎn)生更高分子量的產(chǎn)品。因此原材料的水含量?jī)?yōu)選相對(duì)低的。例如，在某些實(shí)施方案中， 進(jìn)料組合物包括至少約75% (重量）的干固形物。（本文"干固形物"有時(shí)縮寫為"ds."）在某 些情況下，進(jìn)料組合物包括約75至90 % (重量）的固形物，其在室溫下通常會(huì)呈現(xiàn)粘性糖漿 或潮濕粉末的外觀。
[0040] 合適的原材料的例子包括，但不僅限于，淀粉水解制成的糖漿，例如右旋糖未精制 糖漿(即，來自右旋糖一水合物結(jié)晶的母液的再循環(huán)液流）、其它右旋糖糖漿、玉米糖漿和麥 芽糖糊精溶液。
[0041] 如果進(jìn)料組合物包括麥芽糖糊精，本方法任選地也可包括的步驟有水解麥芽糖糊 精以形成水解糖溶液和濃縮水解糖溶液至至少約70%干固形物以形成進(jìn)料組合物。濃縮和 將進(jìn)料與催化劑接觸可以同時(shí)發(fā)生，或者濃縮可在將進(jìn)料組合物與催化劑接觸之前發(fā)生。
[0042] 進(jìn)料組合物與至少一種催化劑接觸一段可以改變的時(shí)間。在某些情況下，接觸時(shí) 間為至少約5小時(shí)。在本發(fā)明某些實(shí)施方案中，進(jìn)料組合物與至少一種催化劑接觸約15-100 小時(shí)。在其它實(shí)施方案中，在較高溫度下可以使用較短接觸時(shí)間，在某些情況下甚至少于1 小時(shí)。
[0043] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施實(shí)方案中，酶反轉(zhuǎn)用來生產(chǎn)非線性低聚糖。例如，酶可以是加 速al-2、l-3、1-4或1-6葡糖基鍵斷裂而形成右旋糖殘基的酶。一個(gè)適合的例子是葡糖淀粉 酶組合物，如一種命名為葡糖淀粉酶的商業(yè)酶組合物。需要理解的是，這種組合物可含有一 定數(shù)量的不同于純葡糖淀粉酶的酶，并且不應(yīng)假定事實(shí)上是葡糖淀粉酶本身催化了所需非 線性低聚糖的生產(chǎn)。
[0044] 因此，進(jìn)料組合物可以與葡糖淀粉酶或任何其它作用于右旋糖聚合物的酶接觸。 酶的量可以適合地是進(jìn)料組合物的約0.5至2.5% (體積）。在本方法的某些實(shí)施方案中，進(jìn) 料組合物在與酶接觸時(shí)保持在約55-75°C，或在某些情況下約60-65°C。在此溫度下，根據(jù)水 含量，材料將變成液體，或液體和固形物的混合物。任選地，可以混合或攪動(dòng)反應(yīng)混合物來 分布酶。反應(yīng)混合物在所需溫度下維持需要的時(shí)間來達(dá)到反轉(zhuǎn)至非線性低聚體的所需程 度。在本方法的某些實(shí)施方案中，在滅活酶之前，進(jìn)料組合物與酶接觸約20-100小時(shí)，或者 在某些情況下，在滅活之前約50-100小時(shí)。滅活葡糖淀粉酶的技術(shù)是本領(lǐng)域公知的?？蛇x擇 地，可通過膜過濾分離和回收使之分離來替代滅活酶。
[0045] 產(chǎn)生的組合物含有高濃度的非線性低聚糖，如異麥芽糖。此產(chǎn)物組合物含有的非 線性糖低聚體比線性糖低聚體濃度高。在某些情況下，最終組合物中非線性糖低聚體濃度 至少是線性糖低聚體濃度的兩倍。
[0046] 腸胃酶容易識(shí)別和消化其中右旋糖單位α鍵合（1->4)("線性"鍵)的糖。用替換的 鍵(如<1->3)、< 1(1->6)("非線性"鍵)或0鍵)替代這些鍵大大降低了腸胃酶消化糖的能力。 這將允許糖類大部分未改變而進(jìn)入到小腸。
[0047]在某些情況下，產(chǎn)品組合物包括次要量（即，占干固形物基少于50wt%，通常更低 許多的濃度)殘留單糖。本方法可包括通過膜過濾、色譜分離或經(jīng)發(fā)酵消化從產(chǎn)品組合物中 除去至少一部分殘留單糖(也任選其它種類)的另外步驟。分離的單糖可以和其它步驟流結(jié) 合，例如為了生產(chǎn)右旋糖或玉米糖漿。可選擇地，分離的單糖可以回收到進(jìn)料組合物中。
[0048] 本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案是包含單糖的酸反轉(zhuǎn)的方法。關(guān)于本方法的酶型 (enzyme version)，原材料和上述的相同?？梢允褂枚喾N酸，如鹽酸、硫酸、磷酸或其組合。 在本方法的一些實(shí)施方案中，足夠量的酸加入到進(jìn)料組合物中以使進(jìn)料組合物的pH不大于 約4，或在某些情況下，足夠量的酸使得進(jìn)料組合物的pH約1.0 - 2.5，或約1.5-2.0。在某些 實(shí)施方案中，進(jìn)料組合物的固形物濃度約70-90%，加入到進(jìn)料的酸的量是約占糖漿干固形 物的0.05% - 0.25% (w/w)酸固形物，進(jìn)料組合物在與酸接觸的時(shí)候保持溫度在約70-90 °C。關(guān)于本方法的酶型，保持反應(yīng)條件持續(xù)足夠的時(shí)間以產(chǎn)生所需低聚體，在本方法的一些 實(shí)施方案中時(shí)間是約4-24小時(shí)。
[0049] 在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，進(jìn)料組合物的固形濃度至少是約80% (重量），足夠量 的酸加入到進(jìn)料組合物中以使得進(jìn)料組合物的pH約為1.8，在與酸接觸后，進(jìn)料組合物保持 溫度至少約在80 °C約4-24小時(shí)。
[0050] 在另一個(gè)具體的實(shí)施方案中，進(jìn)料組合物的固形物濃度約為90-100% (重量），在 與酸接觸后，進(jìn)料組合物保持溫度至少約在149°C(300°F)約0.1-15分鐘。用來處理進(jìn)料的 酸可以是磷酸和鹽酸的組合(濃度同上述）。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，進(jìn)料組合物與酸的 接觸發(fā)生在連續(xù)的經(jīng)反應(yīng)器的管/流。
[0051] 到目前為止，淀粉中最豐富的糖苷鍵是α-1，4鍵，這是在淀粉的酸水解中最普通的 開裂鍵。但是酸催化反轉(zhuǎn)(縮合)能在任意兩個(gè)羥基基團(tuán)間發(fā)生。如果有很多種的組合和幾 何結(jié)構(gòu)可用，形成α-l，4鍵的可能性就相對(duì)小。人體消化系統(tǒng)含有容易消化淀粉和玉米糖漿 中α-1，4鍵的α淀粉酶。用消化系統(tǒng)中酶無法識(shí)別的鍵來代替這些鍵會(huì)使得產(chǎn)品大部分未改 變地通過小腸。
[0052] 酸處理導(dǎo)致的糖分布被認(rèn)為有些不同于酶處理的。認(rèn)為這些酸催化縮合的產(chǎn)品比 酶產(chǎn)生的產(chǎn)品更不易被人體內(nèi)臟中的酶識(shí)別，所以更不可消化。
[0053]酸處理過程不同于酶處理。酶迅速水解線性低聚體并緩慢形成非線性低聚體，然 而用酸情況下出現(xiàn)可比比率(comparable rate)的線性低聚體減少和非線性低聚體增加。 右旋糖通過酶水解低聚體迅速形成，并因?yàn)榉蔷€性縮合產(chǎn)物形成被緩慢消化，而用酸情況 下右旋糖縮合物增加緩慢。
[0054] 任選地，酶或酸反轉(zhuǎn)后可繼之以氫化。氫化產(chǎn)品應(yīng)該比常用氫化淀粉水解物的卡 路里含量低。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以在不基本改變其右旋糖當(dāng)量(DE)的情況下用氫化來 脫色產(chǎn)品組合物。
[0055] 在本方法的一個(gè)改型(vers ion)中，酶和酸可以按任何次序順序使用。例如，至少 一種用于第一次處理的催化劑可以是酶，產(chǎn)品組合物隨后可與加速葡糖基鍵斷裂或形成的 酸接觸?；蛘撸辽僖环N用于第一次處理的催化劑可以是酸，產(chǎn)品組合物隨后可與加速葡糖 基鍵斷裂或形成的酶接觸。
[0056]在本方法的一個(gè)首先使用酸處理然后用酶處理的實(shí)施方案中，酸可以是磷酸、鹽 酸或其組合。在此實(shí)施方案中，在與酶接觸后，組合物可以和離子交換樹脂接觸。在和離子 交換樹脂接觸后，具有聚合度至少為3的糖低聚體組合物的濃度可以至少是約占干固形物 基的50% (重量）。
[0057]通過酸、酶或兩者處理產(chǎn)生的產(chǎn)品組合物，非線性糖低聚體占干固形物基的濃度 增長(zhǎng)。在某些情況下，產(chǎn)品組合物中具有聚合度至少為3(DP3+)的非線性糖低聚體濃度占干 固形物基至少約20%、至少約25%、至少約30%、或至少約50% (重量）。在某些實(shí)施方案中， 產(chǎn)品組合物中非線性糖低聚體濃度至少是線性低聚體濃度的兩倍。
[0058] 在一個(gè)具體實(shí)施方案中，產(chǎn)品組合物中非線性糖低聚體濃度占干固形物基至少約 90 % (重量），異麥芽糖濃度占干固形物基至少約70 % (重量）。
[0059] 產(chǎn)品組合物常含有一定數(shù)量(典型地占干固形物基少于50% (重量），常常更少）的 殘留單糖。任選地，至少一些殘留單糖(和其它種類)可與低聚體分離(例如通過膜過濾、色 譜分離或經(jīng)發(fā)酵消化）以及單糖流可被回收到工藝進(jìn)料中。這樣，簡(jiǎn)單的糖糖漿將可轉(zhuǎn)換為 尚價(jià)值食品添加劑。
[0060] 本文所述方法產(chǎn)生的富含低聚體的糖漿能用在食物中增加膳食纖維。糖漿含有自 然存在的低粘度和低血糖生成指數(shù)的低聚糖。這些低聚體中許多包括至少一個(gè)非-α_1，4 鍵。它們應(yīng)在大腸中可高度發(fā)酵，這樣讓它們作為益生素增加健康益處。在本發(fā)明的某些實(shí) 施方案中，產(chǎn)品組合物中干固形物基至少約50% (重量)可緩慢消化。
[0061] 低聚糖作為膳食纖維的有益效果已被充分證明。在小腸中抗消化但在大腸中可發(fā) 酵的糖低聚體顯現(xiàn)出一些有益效果，如降低膽固醇、減少血糖和保持腸胃健康。
[0062] 圖1顯示方法的一個(gè)實(shí)施方案，其能利用上述的反轉(zhuǎn)技術(shù)。本方法可以從淀粉開 始，如植物淀粉。常規(guī)的玉米淀粉是一種合適的例子。如果開始的淀粉相對(duì)高純度，本方法 通常會(huì)更有效地實(shí)施。在一個(gè)實(shí)施方案中，高純度的淀粉含有少于占干固形物基0.5%的蛋 白質(zhì)。雖然下面部分討論集中于玉米，應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明也適用于其它來源的淀粉，如土 豆和小麥等。
[0063] 如圖1所示，將酸12加入到淀粉10,然后可以在淀粉蒸煮鍋里使淀粉成膠14,例如 在一個(gè)其中淀粉顆粒和流接觸的蒸汽加壓鍋中。在本方法的一個(gè)改型中，通過加入硫酸調(diào) 到目標(biāo)ρΗ3.5的淀粉衆(zhòng)，在蒸汽加壓鍋中迅速與流混合，并在尾繩下（in