Растворимая овсяная или ячменная мука и способ ее получения с использованием ферментов
Настоящее изобретение относится к получению растворимой овсяной или ячменной муки. Способ предусматривает объединение мучной исходной смеси, содержащей цельную овсяную или ячменную муку и по меньшей мере один антиоксидант, с раствором подходящего фермента, получением исходной смеси с ферментом, нагревание исходной смеси с ферментом до температуры от около 120°F до около 200°F в течение периода времени, эффективного для начала гидролиза молекул крахмала и экструдирование полученной смеси для продолжения гидролиза крахмала и далее для желатинизации и пропаривания смеси с получением овсяной или ячменной муки. Способ по изобретению является более легким, дешевым и требует меньше времени по сравнению со способами из предшествующего уровня техники. Описаны также способ получения напитка и пищевого продукта, содержащих растворимую овсяную или ячменную муку. 4 н. и 13 з.п. ф-лы.
Настоящее изобретение, в целом, относится к растворимой овсяной или ячменной муке. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам получения растворимой овсяной или ячменной муки.
Овсяные хлопья давно являются основным продуктом в рационе человека, благодаря их пользе для здоровья. Например, многие исследования показали, что ежедневное потребление овсяных хлопьев может помочь снизить холестерин крови, снизить риск сердечных заболеваний, способствовать здоровому кровообращению, поддерживая нормальное кровяное давление. Дополнительно, в овсяных хлопьях высокое содержание сложных углеводов и пищевого волокна, что способствует медленному перевариванию и стабильному уровню глюкозы в крови.
При современном активном образе жизни потребители предпочитают удобства, такие как компактность и быстрота приготовления. Потребители желают получать овсяные хлопья из различных пищевых источников, включая напитки и готовые к употреблению продукты, такие как батончики, печенье, крекеры, фруктовые напитки и тому подобное.
Желательно получать продукты из цельного овса с достаточным содержанием пищевых волокон, чтобы для отнесения их к полезным для здоровья, эти продукты отвечали требованиям федерального управления США по контролю качества пищевых продуктов, напитков и лекарственных средств. Например, продукт из цельного овса должен содержать 0,75 г растворимых волокон бета-глюкана на порцию пищевого продукта. Для получения овсяного напитка, содержащего по меньшей мере 0,75 г растворимых волокон овса на порцию (около 18 г цельных зерен овса) необходимо использовать овсяную муку с высокой степенью растворимости. Традиционно овсяную муку с высокой степенью растворимости получают, используя ферменты, такие как α-амилаза. Затем обработанную ферментом овсяную муку сушат с использованием барабанной или распылительной сушки. Этот способ получения растворимой овсяной муки состоит по меньшей мере из двух стадий, традиционно дорог и имеет низкую производительность. Например, партию суспензии получают из муки (овсяной) и воды (содержание влаги 70-90%). Затем добавляют фермент(ы) и выдерживают при условиях, оптимальных для ферментативной реакции, с последующей деактивацией фермента. Затем суспензию подают или в распылительную сушилку, или в барабанную сушилку. Следовательно, продолжает существовать необходимость в более эффективных способах получения продукта из овсяных хлопьев.
Аналогично, также желательно, чтобы ячмень стал основным продуктом рациона человека в связи с его положительным влиянием на здоровье, и создать подходящие средства для переработки и получения продуктов, содержащих ячмень.
Настоящее изобретение относится к применению ферментов для предварительного кондиционирования муки из цельного овса перед экструзией (непрерывное пропаривание). Обработанную ферментами овсяную муку получают объединением исходной смеси из муки из цельного овса и подходящего фермента с последующим нагреванием смеси. По прошествии подходящего количества времени начинается расщепление и гидролиз овсяной или ячменной муки, затем обработанную ферментом смесь подвергают экструзии для продолжения расщепления и гидролиза овсяной или ячменной муки и дополнительно для желатинизации и пропаривания смеси. Полученная таким образом растворимая овсяная или ячменная мука имеет более низкую стоимость и более высокую скорость получения по сравнению со способами из предшествующего уровня техники.
Эти и другие аспекты, а также преимущества и признаки настоящего изобретения будут понятны из приведенного ниже описания. Кроме того, следует понимать, что признаки различных вариантов воплощения настоящего изобретения не являются взаимоисключающими и могут быть собъединены и изменены различным образом.
Настоящее изобретение относится к растворимой овсяной или ячменной муке и способу получению растворимой овсяной или ячменной муки с использованием устройства для предварительного кондиционирования и экструдера или другого подходящего устройства непрерывного действия для пропаривания. Способ более легкий, более дешевый и требует меньше времени по сравнению со способами из предшествующего уровня техники.
Обработанную ферментами овсяную или ячменную муку получают сначала объединением цельной овсяной или ячменной мучной исходной смеси и подходящего раствора фермента в устройстве для предварительного кондиционирования смеси с последующим нагреванием смеси. По прошествии подходящего количества времени начинается расщепление и гидролиз овсяной или ячменной муки, затем обработанную ферментом смесь подвергают экструзии для продолжения расщепления и гидролиза овсяной или ячменной муки и для желатинизации и пропаривания смеси.
Получают исходную смесь, содержащую цельную овсяную или ячменную муку, гранулированный сахар, необязательно мальтодекстрин и, по меньшей мере, один антиоксидант.
Мука из цельного овса или ячменя составляет от около 50% до около 100 вес. % от общей массы исходной композиции. В дополнительных аспектах мука из цельного овса или ячменя составляет от около 80% до около 100 вес. % или от около 90% до около 95 вес. %.
Сахар может представлять собой любой подходящий сахар, известный специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Не ограничивающие примеры сахаров включают сахарозу, фруктозу, декстрозу, другие сахара, известные из предшествующего уровня техники, и их комбинации. Как правило, сахар составляет от около 0 до около 15 вес. % от общей массы исходной композиции. В дополнительных аспектах сахар составляет от около 0% до около 7 вес. %.
Мальтодекстрин составляет от около 0% до около 15 вес. % от общей массы исходной композиции. В дополнительных аспектах мальтодекстрин составляет от около 3% до около 7 вес. %.
Антиоксидант может представлять собой любой подходящий антиоксидант, такой как смесь натуральных токоферолов, или искусственный антиоксидант, такой как BHT и BHA. Антиоксидант составляет от около 0,1% до около 2 вес. %. В дополнительных аспектах антиоксидант составляет от около 0,25% до около 0,75 вес. %.
Фермент может представлять собой любой фермент, подходящий для гидролиза крахмала в овсяной или ячменной муке, не вызывающий изменений или не оказывающий негативного воздействия на бета-глюкан, присутствующий в овсяной или ячменной муке. Подходящие ферменты включают α-амилазу. Наличие изменений в бета-глюкане можно определить при использовании любого подходящего способа, такого как анализ структуры бета-глюкана. Это может быть осуществлено при использовании масс спектроскопии рассеянием лазерного излучения. Фермент добавляют в воду с получением водного раствора фермента. Затем водный раствор фермента комбинируют с исходной смесью в устройстве для предварительного кондиционирования.
Исходную смесь и ферментный раствор нагревают до температуры от около 120°F до около 200°F, в частности от около 140°F до около 180°F в течение периода времени, эффективного для начала гидролиза (расщепления) молекул крахмала в овсяной или ячменной муке во фракцию полисахаридов.
Исходная смесь и ферментный раствор могут быть смешаны в устройстве для предварительного кондиционирования, таком как высокоскоростной миксер, что позволяет добавлять жидкость в легкосыпучую муку. Получают смесь увлажненной легкосыпучей муки с содержанием влаги от около 25 до около 40%. Время выдержки достаточно для получения заданного результата.
Затем обработанную ферментом смесь подают в экструдер (с пропариванием непрерывного действия) для продолжения расщепления и гидролиза крахмала и желатинизации и пропаривания крахмала. Смесь оставляют в экструдере в течение периода времени, достаточного для желатинизации и обработки крахмала, как правило по меньшей мере 1 минуту, предпочтительно от около 1 до около 1,5 минут. Как правило, материал нагревают от начальной температуры на входе до конечной температуры на выходе для обеспечения энергии для желатинизации крахмала.
Для желатинизации крахмала требуются вода и тепло. Температурные пределы для желатинизации овса составляют от 127°F до 138°F (53-59°C). Если содержание влаги составляет менее чем около 60%, то требуется более высокая температура. Как правило, экструзия происходит при температуре в цилиндре от 140°F до 250°F. Температура теста составляет от около 212°F до 260°F.
Тепло может передаваться через стенки цилиндра экструдера, такие как рубашка вокруг цилиндра, в которой циркулирует горячая среда, такая как пар, вода или масло, или в цилиндр могут быть встроены электрические нагревательные элементы. Также тепло может генерироваться материалом за счет трения при движении в экструдере. Усилие сдвига контролируется конструкцией шнека(ов) экструдера и скоростью шнека. Вязкость является функцией структуры крахмала, температуры, содержания влаги, содержания жира и усилия сдвига.
К смеси в экструдере прилагают низкое усилие сдвига. Поскольку за счет применения фермента произошло предварительное кондиционирование крахмала, то для этого процесса не требуется высокое усилие сдвига. Высокое усилие сдвига может излишне декстринизировать крахмал, снижая его молекулярную массу. Это также может излишне повысить температуру теста, что приводит к перевару и получению переваренной муки из зерновых.
Процесс уравновешивается ограничением температуры теста во избежание получения переваренной муки из зерновых и для сохранения ферментативной активности, и затем температуру повышают для деактивации фермента. Процесс экструзии с низким усилием сдвига отличается от процесса экструзии с высоким усилием сдвига высоким содержанием влаги и конструкцией шнека, создающей низкое усилие сдвига, по сравнению с низким содержанием влаги и конструкцией шнека, создающей высокое усилие сдвига.
Может быть использован любой подходящий экструдер, включая любой подходящий одношнековый или двухшнековый экструдер. Как правило, но без ограничения, скорость вращения шнека составляет 200-300 оборотов в минуту.
Полученный продукт может быть пеллетизирован с использованием формующего экструдера и сушки, как правило, до содержания влаги от около 1,5 до около 10%, например от 6,5 до 8,5%. Пеллеты могут быть гранулированы таким образом, чтобы максимально 85% проходили через сито 30 США.
Гранулированный продукт может быть использован в напитках, таких как готовые к потреблению напитки, фруктовые соки, молочные напитки и газированные безалкогольные напитки и в различных пищевых продуктах, таких как батончики, продукты из зерновых, пудинги, фруктовые коктейли, порошкообразные напитки, печенье, крекеры и тому подобное. Растворимая овсяная или ячменная мука также может быть использована для получения пищевых продуктов с мягкой консистенцией, таких как мороженое и йогурт. Этот список включает не все продукты, и специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, следует понимать, что растворимая овсяная или ячменная мука может быть добавлена в другие напитки и пищевые продукты, не выходя за рамки настоящего изобретения.
Например, напиток содержит от около 1% до около 25% растворимой овсяной или ячменной муки и от около 70% до около 95% общей влаги, как правило, от около 75% до около 90% общей влаги от общей массы напитка. В состав могут входить подсластители, ароматизаторы, фрукты и другие материалы, если требуется.
Вода должна быть подходящей для применения в пищевых продуктах. Общую влагу могут составлять отчасти или целиком другие части питьевого пищевого продукта, такие как молоко, соки или другие, содержащие воду компоненты. Например, молоко может быть натуральным (например, цельным 2%, 1% или обезжиренным) или не натуральным (например, соевым). Также молоко может быть получено из сухого молока и воды.
Также напиток может включать фруктовый компонент. Фруктовый компонент может включать фруктовый сок, йогурт, содержащий фрукты, фруктовое пюре, свежие фрукты, консервированные фрукты, фруктовый щербет, порошкообразные сухофрукты и их комбинации. Как правило, фруктовый компонент имеет достаточно маленькие частицы, чтобы компонент мог быть безопасно проглочен без пережевывания. pH может быть отрегулирован фруктовым компонентом и/или добавленным подкислителем для получения заданного рН, например pH менее чем около 4,6.
Пищевые продукты включают продукты из зерновых и готовые к потреблению снэковые батончики. Подходящее количество гранулированного продукта добавляют в смесь пищевого продукта.
В напиток и пищевой продукт могут быть добавлены дополнительные ингредиенты. Такие ингредиенты могут включать ингредиенты не на основе зерновых. Например, могут быть включены ароматизаторы, красители, подсластители, соль, наряду с витаминами и минеральными веществами. В одном варианте воплощения настоящего изобретения для усиления вкуса продукта добавляют ароматизаторы, такие как клубника, шоколад или корица. Для обеспечения различных вкусов пищевого продукта могут быть добавлены ароматизаторы, придающие вкус и аромат других фруктов, например клубники, манго и бананов и их смесей. Могут быть добавлены специи, в частности корица. Дополнительно может быть использован любой желательный ароматизатор или ароматизаторы. Для обеспечения желаемой сладости в пищевой продукт могут быть добавлены подходящие подсластители: искусственные или натуральные. Например, может быть использован коричневый сахар, кленовый сахар или фруктовый сахар. Незерновой компонент пищевого продукта может быть добавлен от около 10 до 75 вес. % от общей массы продукта.
Другие необязательные ингредиенты, без ограничения, представляют собой соль, гидроколлоиды, полисахариды, загустители, кофеин, молочные продукты, сухие вещества кофе, сухие вещества чая, травы, нутрицевтические соединения, электролиты, витамины, минеральные вещества, аминокислоты, консерванты, спирт, красители, эмульгаторы и масла, известные из уровня техники, предшествующего изобретению.
Растворимая овсяная или ячменная мука включает растворимые волокна бета глюкана, такого как бета-1, 3-глюкан, бета-1, 6-глюкан или бета-1, 4-глюкан или их смеси. Дополнительно к бета-глюкану, изначально присутствующему в овсе, также может быть добавлен бета-глюкан, одобренный федеральным управлением США по контролю качества пищевых продуктов, напитков и лекарственных средств. В конкретных вариантах воплощения настоящего изобретения овсяная мука предпочтительно содержит по меньшей мере от около 3% до 5% или от около 3,7% до 4% бета-глюкана. В конкретных вариантах воплощения настоящего изобретения овсяная мука, содержащаяся в жидком продукте, содержит от 0,1% до около 1,5% бета-глюкана или от около 0,8% до 1,3% бета-глюкана. Также могут быть использованы другие количества бета-глюкана.
Как указано выше, настоящее изобретение относится к здоровому питьевому продукту, который можно приготовить легко и быстро, при этом удобный для потребления на ходу, что делает его особенно привлекательным для потребителей с современным активным образом жизни.
Пример 1
Рецептурный состав смеси муки для процесса экструзии.
| Ингредиент | % |
| Мука из цельного овса | 89,35 |
| Сахар | 5,00 |
| Мальтодекстрин | 5,00 |
| Смесь токоферолов | 0,50 |
| α-амилаза | 0,15 |
| Итого | 100,00 |
Источник α-амилазы: Valley Research-Validase® BAA 1000L.
Пример 2
Рецептурный состав крекеров, как правило, содержит муку из цельной пшеницы или пшеничный глютен. Последний в рецептурном составе заменяют гидролизованной овсяной мукой для улучшения питательных свойств (польза для сердца) наряду с обеспечением адекватной прочности теста при раскатывании и нарезке на крекеры. Рецептурный состав может включать:
| Ингредиент | % |
| Модифицированный кукурузный крахмал | 10,00 |
| Овсяная мука гидролизованная | 48,00 |
| Овсяные хлопья, традиционные | 17,00 |
| Коричневый сахар-песок | 12,00 |
| Порошкообразный солод, Briess #10001 | 4,00 |
| Порошкообразный лецитин, Centrolex F | 2,00 |
| Фосфат натрия-алюминия | 0,80 |
| Бикарбонат натрия | 0,70 |
| Соль тонкого помола | 0,60 |
| Кукурузное масло с TBHQ, ADM | 5,00 |
| Итого | 100,00 |
Пример 3
Рецептурный состав овсяного мороженого.
| Ингредиент | % |
| 2% молоко | 87,0 |
| Овсяная мука гидролизованная | 6,5 |
| Сахар | 5,4 |
| Какао-порошок | 0,8 |
| Ароматизатор | 0,2 |
| Модифицированный крахмал | 0,1 |
| Итого | 100,0 |
Настоящее изобретение может быть воплощено в других вариантах, не выходя за его рамки. Указанные выше варианты воплощения настоящего изобретения не ограничивают, а только иллюстрируют настоящее изобретение. Объем притязаний по настоящему изобретению изложен в приложенной формуле изобретения, не ограничивается описанием, и все изменения, которые могут быть сделаны с учетом теории эквивалентов, также входят в объем настоящего изобретения.
1. Способ получения растворимой овсяной или ячменной муки, включающий:
объединение мучной исходной смеси, содержащей цельную овсяную или ячменную муку и по меньшей мере один антиоксидант, с раствором подходящего фермента с получением исходной смеси с ферментом;
нагревание исходной смеси с ферментом до температуры от около 120°F (48,8°C) до около 200°F (93,3°C) для начала гидролиза молекул крахмала; и
экструдирование полученной смеси для продолжения гидролиза крахмала и далее для желатинизации и пропаривания смеси с получением растворимой овсяной или ячменной муки.
2. Способ по п.1, в котором цельная овсяная или ячменная мучная исходная смесь включает цельную овсяную или ячменную муку, гранулированный сахар и по меньшей мере один антиоксидант.
3. Способ по п.2, в котором цельная овсяная или ячменная мучная исходная смесь дополнительно включает мальтодекстрин.
4. Способ по п.1, в котором цельная овсяная или ячменная мучная исходная смесь включает от около 50% до около 100 вес.% цельной овсяной или ячменной муки, от 0 до около 15% гранулированного сахара, от 0 до около 15% мальтодекстрина, и эффективное количество по меньшей мере одного антиоксиданта.
5. Способ по п.4, в котором цельная овсяная или ячменная мучная исходная смесь включает от около 80% до около 100% цельной овсяной или ячменной муки.
6. Способ по п.4, в котором цельная овсяная или ячменная мучная исходная смесь включает от около 90 до около 95% цельной овсяной или ячменной муки.
7. Способ по п.1, дополнительно включающий формование пеллетизированной растворимой овсяной или ячменной муки.
8. Способ по п.7, дополнительно включающий гранулирование пеллетизированной растворимой овсяной или ячменной муки.
9. Способ по п.1, в котором экструдирование осуществляют при температуре внутри экструдера от около 140°F до около 250°F.
10. Способ по п.1, в котором экструдирование осуществляют при температуре теста от около 212°F до около 260°F.
11. Способ по п.1, в котором исходную смесь с ферментом нагревают до температуры от 140°F до около 180°F.
12. Способ получения напитка, содержащего растворимую овсяную или ячменную муку, включающий:
объединение мучной исходной смеси, содержащей цельную овсяную или ячменную муку и по меньшей мере один антиоксидант, с раствором подходящего фермента с получением исходной смеси с ферментом;
нагревание исходной смеси с ферментом до температуры от около 120°F до около 200°F для начала гидролиза молекул крахмала;
экструдирование полученной смеси для продолжения гидролиза крахмала и далее для желатинизации и пропаривания смеси с получением растворимой овсяной или ячменной муки; и
добавление растворимой овсяной или ячменной муки в напиток.
13. Способ по п.12, в котором напиток выбирают из группы, состоящей из фруктовых соков, молочных напитков и газированных безалкогольных напитков.
14. Способ по п.13, в котором растворимую овсяную муку добавляют с получением напитка, содержащего от 1 до 25% растворимых волокон от общей массы напитка.
15. Напиток, полученный способом по п.12.
16. Способ получения пищевого продукта, содержащего растворимую овсяную или ячменную муку, включающий:
объединение мучной исходной смеси, содержащей цельную овсяную или ячменную муку и по меньшей мере один антиоксидант, с раствором подходящего фермента с получением исходной смеси с ферментом;
нагревание исходной смеси с ферментом до температуры от около 120°F до около 200°F для начала гидролиза молекул крахмала;
экструдирование полученной смеси для продолжения гидролиза крахмала и дополнительно для желатинизации и пропаривания смеси с получением растворимой овсяной или ячменной муки; и
добавление растворимой овсяной или ячменной муки в смесь для пищевого продукта.
17. Способ по п.16, в котором пищевой продукт выбирают из группы, состоящей из батончиков, продуктов из зерновых, пудингов, фруктовых коктейлей, мороженого, печенья и крекеров.
