专利名称：作为加工助剂以改善直接膨化挤出应用中抗性淀粉总膳食纤维(tdf)保留的羟丙基化淀粉的制作方法
作为加工助剂以改善直接膨化挤出应用中抗性淀粉总膳食纤维(TDF)保留的羟丙基化淀粉
背景技术：
本发明公开内容涉及具有相对高的总膳食纤维(TDF)含量的食品的制造方法，如通过挤出。发明概述在一个实施方案中，本发明涉及一种组合物，其包含约3% d. s. b.至约35% d. s. b.的第一种淀粉，其中第一种淀粉的羟丙基取代度(DS)为约0.1至约0.6;约10% d. s. b.至约50% d. s. b.的第二种淀粉；和约15% d. s. b.至约87% d. s. b.的细粉(flour) 或粗粉(meal)。在一个实施方案中，本发明涉及一种方法，其包括在室温至约200°C的温度下挤出一种组合物，该组合物包含约3% d. s. b.至约35% d. s. b.的第一种淀粉，其中第一种淀粉的羟丙基取代度(DS)为约0. 1至约0. 6 ；约10% d. s. b.至约50% d. s. b.的第二种淀粉； 和约15% d. s. b.至约87% d. s. b.的细粉或粗粉；和约15%总重至约25%总重的水，以产生包含低于约5%总重水的挤出组合物。说明性实施方案的描述在一个实施方案中，本发明涉及一种组合物，其包含约3% d. s. b.至约35% d. s. b.的第一种淀粉，其中第一种淀粉的羟丙基取代度(DS)为约0.1至约0.6;约10% d. s. b.至约50% d. s. b.的第二种淀粉；和约15% d. s. b.至约87% d. s. b.的细粉或粗粉。第一种淀粉可以来自各种来源，包括获自马齿玉米、高直链淀粉ae遗传玉米(ae 是玉米育种者公知的遗传突变的名称并且是“直链淀粉延伸子”的缩写)、蜡质玉米(基本上不含直链淀粉并且基本上由支链淀粉组成的淀粉)、马铃薯、木薯、大米、豌豆和小麦品种的淀粉，以及尤其来自这些淀粉的纯化直链淀粉或支链淀粉。第一种淀粉可以是两种或更多种类型的上述淀粉的组合。在一个实施方案中，第一种淀粉选自小麦淀粉、马齿玉米淀粉、高直链淀粉玉米淀粉、蜡质玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉及其混合物。在一个实施方案中，组合物包含约5% d. s. b.至约35% d. s. b.的第一种淀粉。例如，组合物包含约5% d. s. b.至约20% d. s. b.的第一种淀粉。羟丙基基团通过醚键与单糖单元连接。可以通过本领域已知的技术来进行羟丙基化。尽管不希望受到理论的束缚，我们预期添加至淀粉分子链的羟丙基单元作为内部增塑剂和/或具有高的持水能力。在此所述的DS值如下计算DS = 162*wt% /(100*M-(M_l)*wt% )其中DS是取代度(每摩尔无水葡萄糖的取代基摩尔数)；162是单糖单元的分子量(Da) ；是被取代淀粉中取代基的重量百分比；M是取代基的分子量(对于羟丙基基团，56Da)。
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在一个实施方案中，具有羟丙基基团的第一种淀粉的DS为约0. 2至约0. 5。还可以以不同于羟丙基化的方式对第一种淀粉进行化学改性。例如，第一种淀粉可以是淀粉己二酸酯、乙酰化淀粉或磷酸化淀粉。合适的化学改性淀粉还包括，但不限于， 酸解淀粉、交联淀粉、乙酰化和有机酯化的淀粉、羟乙基化淀粉、磷酸化淀粉和无机酯化淀粉、阳离子淀粉、阴离子淀粉、非离子淀粉和两性离子淀粉，以及淀粉的琥珀酸和取代的琥珀酸衍生物。这样的改性是本领域已知的，例如，见Modified Starches properties and Uses (改性淀粉性质和使用)，编辑 mirzburg，CRC Press, Inc.，Florida (1986)。其他合适的改性和方法公开于美国专利Nos. 4，626，288，2，613，206和2，661，349，在此将其引入作为参考。在一个实施方案中，在羟丙基化之前或之后，将第一种淀粉进行交联。第二种淀粉可以来自各种来源，尤其包括以上讨论的与适宜用作第一种淀粉相同的那些淀粉。在一个实施方案中，第二种淀粉是耐消化淀粉。“耐消化淀粉”在此用来表示相对不易于被人或另一种哺乳动物的消化系统消化的淀粉。可以进行体外和体内测试来估算碳水化合物消化的速率和程度。例如，“Englyst测定”是一种可以用于估算可快速消化的、可缓慢消化的或耐消化的碳水化合物成分量的体外酶测试(European Journal of Clinical Nutrition (1992) Volume 46 (增补2)，p. S33-S50)。在一个实施方案中，“抗性淀粉”是其中通过Englyst测定归类为可缓慢消化或耐消化的百分比总和为至少约50%的淀粉。对于另一个实例，A0AC991.43是测量总膳食纤维(TDF)的标准。在一个实施方案中，“抗性淀粉”是其中通过A0AC991. 43测量的TDF值为至少约30% d. s. b.的淀粉。较高的TDF值是可能的；例如，第二种淀粉可以具有通过A0AC991. 43测量的至少约58% d. s. b.的TDF值。 第二种淀粉可以具有通过A0AC991. 43测量的高于58% d. s. b.的TDF值。如本领域已知的，抗性淀粉可以被表征为属于四种不同类型中的一种。I型抗性淀粉是物理上难以接近消化酶，实例见于种子、豆类和未经加工的全谷物。II型抗性淀粉以天然颗粒形式，如未蒸煮的马铃薯、绿色香蕉粉和高直链淀粉玉米产生。当将含淀粉食物，如面包、许多早餐谷物、蒸煮并冷却的马铃薯和回生的高直链淀粉玉米蒸煮并冷却时形成III 型抗性淀粉。IV型抗性淀粉已经经过化学修饰以耐受消化。在一个实施方案中，第二种淀粉选自I型抗性淀粉、II型抗性淀粉、III型抗性淀粉、IV型抗性淀粉及其两种或更多种。在一个实施方案中，组合物包含约15% d. s. b.至约50% d. s. b.的第二种淀粉。 例如，组合物可以包含约15% d. s. b.至约25%的d. s. b.的第二种淀粉。组合物还可以包含细粉或粗粉。细粉和粗粉是本领域已知的。在一个实施方案中，细粉或粗粉选自玉米粗粉、玉米细粉、小麦细粉、大米细粉、大麦细粉、燕麦细粉、马铃薯细粉、苋菜细粉及其两种或多种。已经描述了组合物包含第一种淀粉、第二种淀粉和细粉或粗粉。在一个实施方案中，组合物进一步包含一种或多种其他材料。在特定的实施方案中，组合物进一步包含一种或多种选自调味剂、食品染料、维生素、矿物质、抗氧化剂、脂肪酸、脂质、盐、糖及其两种或更多种的材料。在另一个实施方案中，组合物进一步包含纤维材料。例如，在特定的实施方案中， 组合物进一步包含约s.b.至约30%d.s.b.的选自燕麦麸皮、燕麦纤维、玉米麸皮、纤维素纤维及其两种或更多种的纤维材料。在再另一个实施方案中，组合物进一步包括蛋白质材料，蛋白质材料是指含有多于约50wt%寡肽或多肽或两者。例如，在特定的实施方案中，组合物进一步包含约
d. s. b.至30% d. s. b的选自酪蛋白、乳清、小麦蛋白及其两种或更多种的蛋白质材料。组合物可以是多种形式中的任何一种。在一个实施方案中，组合物是面团的形式， 这表示组合物含有以上讨论的成分和约14%总重至约25%总重的水。该量的水使得面团易于捏合、挤出和相似的加工步骤。在另一个实施方案中，组合物是具有0%总重至约25%总重的水，如低于约5 0Z0总重的水的可食产品。可以通过热、高压或两者对面团的作用以形成所需的可食产品形状，随后在空气或烤炉中干燥以产生所需的含水量含量，来制备可食产品。在一个特定的实施方案中，在形成可食产品时通过将空气结合至组合物来膨化 (也称为“膨胀”)组合物。在一个实施方案中，组合物是膨化点心产品或膨化谷物产品的形式。制备膨化食品的挤出方法将在以下详细讨论。在一个实施方案中，本发明涉及一种方法，其包括在室温至约200°C的温度下挤出一种组合物，该组合物包含约3% d. s. b.至约35% d. s. b.的第一种淀粉，其中第一种淀粉的羟丙基取代度(DS)为约0. 1至约0. 6 ；约10% d. s. b.至约50% d. s. b.的第二种淀粉； 和约15% d. s. b.至约87% d. s. b.的细粉或粗粉；和约14%总重至约25%总重的水，以产生包含低于5%总重水的挤出组合物。以上已经描述了第一种淀粉、第二种淀粉和细粉或粗粉。第二种淀粉可以是抗性淀粉。在一个实施方案中，水的总重大约为约12%至约25%，如约14%至约22%，或对于另外的实例，约16%至约22%。挤出方法是本领域已知的。通常，挤出装置非常适于操作由高粘度、高固含量组合物(如，面团)生产食品。挤出装置的具体实例包括单螺杆和双螺杆挤出机。这样的挤出装置是可购得的。在一个实施方案中，挤出机螺杆速度可以为约250rpm至约500rpm。从室温至约200°C的温度，如约40°C至约150°C，可以用于挤出机的各个区中，尽管组合物在挤出过程的一个或多个部分期间可能瞬时遇到较高的温度。面团可以是预先做好的，然后供入挤出机中，或可以通过将一种或多种干成分与任何其他干成分、水，或两者混合，在挤出机中形成面团。在一个实施方案中，挤出的组合物是膨化的或“膨胀的”。单片膨胀的挤出物在此可以称为“泡芙(puff)”。在特定的实施方案中，可以通过在模面产生高压的方式进行挤出过程来实现膨化，当释放至大气中时(通过模具)形成膨胀力，导致基质的膨化。挤出后，可以通过焙烤、干燥、造粒或其他成型，或包装来进一步加工挤出物。例如，可以在100°C的烤炉中将挤出物干燥10分钟。预期可以将挤出物直接食用或可以供入另一个用于形成食品的处理中，例如，可以给挤出物覆盖可食的涂层，自身塑模或使用其他可食材料形成点心棒，与实验混合物中的其他可食材料相结合，或另外加工成食品。可以按照本领域技术人员的公知常识，进行产生特定食品所需要的挤出物的任何进一步的加工。在一个实施方案中，挤出的组合物是膨化的点心产品或膨化的谷物产品的形式。通常，当根据我们的工作之前的现有技术挤出含有抗性淀粉的组合物时，由于在挤出过程中高剪切和热引起抗性淀粉的物理变化，挤出使纤维含量明显降低(如通过TDF分析观察到的)。TDF保留受到挤出加工的显著影响，如，螺杆速度、面团含水量和螺杆构造。本领域技术人员已经尝试了方法改进，如在挤出过程中加水，以改善抗性淀粉保留，并且取得了一定的成功；然而，来自这些方法的产品常常没有膨胀至膨化食品中的膨化点心产品或膨化谷物产品所需的程度。这种差的膨化产生不可接受的具有高堆积密度的食
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ΡΠ O在挤出过程中保留抗性淀粉的其他方法包括通过改变螺杆构造或降低螺杆速度来降低剪切，然而这也会降低生产力。尽管不希望受到理论的束缚，我们的观察结果表明组合物中羟丙基化的第一种淀粉作为增塑剂或改善挤出过程中的加工流动特征，使得可以以高加工生产量生产出具有高 TDF的膨化食品。此外，尽管再次不希望受到理论的束缚，羟丙基化的第一种淀粉的高持水能力可提高第二种淀粉在挤出加工过程中的玻璃转化温度。第二种淀粉较高的玻璃转化温度特性可提供更好地抵抗食品挤出加工中引入的高剪切应力，并且因此使得产生具有高TDF的高度膨化的食品。术语“保留的总膳食纤维”或“保留的TDF”在此用来表示挤出的组合物具有的TDF 相对于其挤出前的TDF的百分比。挤出前的TDF被限定为100%。在一个实施方案中，挤出的组合物的通过AOAC方法991. 43测量的保留总膳食纤维(保留TDF)值是挤出前通过AOAC方法991. 43测量的其TDF值的约50%至100%。本发明组合物的保留的TDF值通常高于缺乏任何羟丙基化淀粉的组合物的保留的TDF值。在一个实施方案中，第二种组合物，与本发明的挤出的组合物被相同地挤出，并且在挤出前，与挤出的组合物相同，不同之处在于第二种组合物的第一种淀粉具有0的羟丙基基团的DS，具有低于挤出组合物的保留TDF值的保留TDF值。通常的情况是挤出组合物的羟丙基化淀粉含量越高，保留TDF越高。在一个实施方案中，第三种组合物，与挤出的组合物被相同地挤出，并且在挤出前，与挤出的组合物相同，不同之处在于第三种组合物的第一种淀粉比挤出组合物的第一种淀粉更少的单糖单元含有羟丙基基团，具有低于挤出组合物的保留TDF值的保留TDF值。本发明挤出组合物的堆积密度通常是低的。在一个实施方案中，挤出组合物具有低于约120kg/m3的堆积密度，如低于约100kg/m3。显然，其堆积密度应当大于Okg/m3。如果挤出产品的堆积密度足够低，则可以在挤出过程中加入额外的水。我们预期额外的水将改善TDF保留，同时维持膨胀可食食品所需的低堆积密度。本发明挤出组合物的堆积密度通常低于缺乏任何羟丙基化淀粉的组合物的堆积密度。在一个实施方案中，本发明的挤出组合物具有比第二种组合物堆积密度低约15%至低约30%的堆积密度，其中第二种组合物被相同地挤出，并且在挤出前，第二种组合物与挤出组合物相同，不同之处在于第二种组合物的第一种淀粉的0mol%的单糖单元含有羟丙基基团。当挤出组合物和第二种组合物相同膨化时，这种降低的本发明挤出组合物的堆积密度也是适用的。包括以下实施例来说明本发明的优选实施方案。本领域技术人员应当认识到在遵循本发明人发现的代表性技术的实施例中公开的技术在本发明的实践中能很好地起到作用，并因此可以认为构成了本发明的实践的优选方式。然而，根据本发明本领域技术人员应当认识到可以在所公开的具体实施方案中进行许多变化，并且仍然获得相同或相似的结果，而没有脱离本发明的精神和范围。
实施例我们测试了作为加工助剂的羟丙基淀粉产品，获得以下的初步结果，其表明在挤出形成膨胀淀粉或谷物产品的过程中，HP淀粉可以导致保留更多的抗性淀粉TDF。淀粉加工助剂-测试了由Tate&Lyle, Decatur, IL制造的食品淀粉产品，作为潜在的挤出加工助剂。以下列出了这些淀粉产品。
权利要求
1.一种组合物，包含约3% d. s.b.至约35% d. s.b.的第一种淀粉，其中第一种淀粉的羟丙基基团的取代度(DS)为约0. 1至约0. 6 ；约10% d. s. b.至约50% d. s. b.的第二种淀粉；和约15% d. s. b.至约87% d. s. b.的细粉或粗粉。
2.权利要求1的组合物，包含约5%d. s. b.至约20% d. s. b.的第一种淀粉。
3.权利要求1的组合物，其中第一种淀粉选自小麦淀粉、马齿玉米淀粉、高直链淀粉玉米淀粉、蜡质玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉及其混合物。
4.权利要求1的组合物，其中第一种淀粉的羟丙基基团的DS为约0.2至约0. 5。
5.权利要求1的组合物，包含约15%d. s. b.至约25% d. s. b.的第二种淀粉。
6.权利要求1的组合物，其中第二种淀粉具有通过AOAC991. 43测量的至少约40% d. s. b.的总膳食纤维(TDF)值。
7.权利要求6的组合物，其中第二种淀粉具有通过AOAC991. 43测量的至少约58% d. s.b.的 TDF 值。
8.权利要求6的组合物，其中第二种淀粉选自I型抗性淀粉、II型抗性淀粉、III型抗性淀粉、IV型抗性淀粉及其两种或更多种。
9.权利要求1的组合物，其中细粉或粗粉选自玉米粗粉、玉米细粉、小麦细粉、大米细粉、大麦细粉、燕麦细粉、马铃薯细粉、苋菜细粉及其两种或更多种。
10.权利要求1的组合物，进一步包含一种或多种选自调味剂、食品染料、维生素、矿物质、抗氧化剂、脂肪酸、脂质、盐、糖及其两种或更多种的材料。
11.权利要求1的组合物，进一步包含约d.s.b.至约30% d. s.b.的选自燕麦麸皮、燕麦纤维、玉米麸皮、纤维素纤维及其两种或更多种的纤维材料。
12.权利要求1的组合物，进一步包含约d.s.b.至约30% d. s.b.的选自酪蛋白、 乳清、小麦蛋白及其两种或更多种的蛋白质材料。
13.权利要求1的组合物，其中组合物是膨化点心产品或膨化谷物产品的形式。
14.权利要求1的组合物，其中组合物包含0%总重至约25%总重的水。
15.权利要求14的组合物，其中组合物包含约14%总重至约25%总重的水。
16.一种方法，包括在室温至约200°C的温度下挤出一种组合物，该组合物包含约3% d. s.b.至约35% d. s. b.的第一种淀粉，其中第一种淀粉的羟丙基取代度(DS)为约0.1至约0.6;约10% d. s. b.至约50% d. s. b.的第二种淀粉；和约15% d. s. b.至约87% d. s. b.的细粉或粗粉；和约12%总重至约25%总重的水，以产生包含低于约5%总重水的挤出组合物。
17.权利要求16的方法，包含约5%d. s. b.至约20% d. s. b.的第一种淀粉。
18.权利要求16的方法，其中第一种淀粉选自小麦淀粉、马齿玉米淀粉、高直链淀粉玉米淀粉、蜡质玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉及其混合物。
19.权利要求16的方法，其中第一种淀粉的羟丙基基团的DS为约0.2至约0. 5。
20.权利要求16的方法，包含约15%d. s. b.至约50% d. s. b.的第二种淀粉。
21.权利要求16的方法，其中第二种淀粉具有通过AOAC991. 43测量的至少约30% d. s. b.的总膳食纤维(TDF)。
22.权利要求21的方法，其中第二种淀粉具有通过AOAC991. 43测量的至少约58% d. s. b.的 TDF 值。
23.权利要求21的方法，其中第二种淀粉选自I型抗性淀粉、II型抗性淀粉、III型抗性淀粉、IV型抗性淀粉及其两种或更多种。
24.权利要求16的方法，其中细粉或粗粉选自玉米粗粉、玉米细粉、小麦细粉、大米细粉、大麦细粉、燕麦细粉、苋菜细粉及其两种或更多种。
25.权利要求16的方法，其中组合物进一步包含一种或多种选自调味剂、食品染料、维生素、矿物质、抗氧化剂、脂肪酸、脂质、盐糖及其两种或更多种的材料。
26.权利要求16的方法，其中组合物进一步包含约d.s. b.至约30% d. s. b.的选自燕麦麸皮、燕麦纤维、玉米麸皮、纤维素纤维及其两种或更多种的纤维材料。
27.权利要求16的方法，其中组合物进一步包含约d.s. b.至约30% d. s. b.的选自酪、乳清、小麦蛋白及其两种或更多种的蛋白质材料。
28.权利要求16的方法，进一步包括将挤出的组合物膨化。
29.权利要求观的方法，其中挤出的组合物是膨化点心产品或膨化谷物产品的形式。
30.一种通过权利要求16的方法生产的挤出组合物，其中挤出的组合物是挤出之前通过AOAC方法991. 43测量的其TDF值的通过AOAC方法991. 43测量的保留总膳食纤维(保留TDF)值的约50%至100%。
31.权利要求30的挤出组合物，其中第二种组合物，与挤出组合物相同地挤出，并且在挤出前，与挤出组合物相同，不同之处在于，第二种组合物的第一种淀粉的羟丙基基团的DS 为0，具有低于挤出组合物的保留TDF值的保留TDF值。
32.权利要求30的挤出组合物，其中挤出的组合物具有低于约120kg/m3的堆积密度。
33.权利要求32的挤出组合物，其中挤出组合物具有比第二种组合物的堆积密度低约 15%至低约30%的堆积密度，其中第二种组合物被相同地挤出，并且在挤出前，第二种组合物与挤出组合物相同，不同之处在于，第二种组合物的第一种淀粉的羟丙基基团的DS为0。
34.权利要求33的挤出组合物，其中挤出的组合物和第二种组合物被相同地膨化。
全文摘要
一种组合物，包含约3％d.s.b.至约35％d.s.b.的第一种淀粉，其中第一种淀粉的羟丙基基团的取代度(DS)为约0.1至约0.6；约10％d.s.b.至约50％d.s.b.的第二种淀粉；和约15％d.s.b.至约87％d.s.b.的细粉或粗粉。一种方法，包括在室温至约200℃的温度下挤出如上所述的组合物和约15％总重至约25％总重的水，以产生包含低于约5％总重水的挤出组合物。
文档编号A23L1/00GK102316750SQ201080007832
公开日2012年1月11日 申请日期2010年1月22日 优先权日2009年1月23日
发明者B·维特, D·A·道尔蒂, D·W·哈里斯, J·L·特纳, W·L·谢 申请人:泰莱配料美国有限责任公司