Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СНИЖЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ПЕРЕВАРИВАНИЯ КРАХМАЛЬНЫХ ЗЕРЕН ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА И ПИЩЕВЫЕ ПРОДУКТЫ, ПРОИЗВЕДЕННЫЕ ТАКИМ ОБРАЗОМ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу снижения скоростей ферментативного переваривания крахмальных зерен пищевого продукта, в частности пищевого продукта на основе риса, посредством инкапсулирования крахмальных зерен реакционной смесью, получаемой химической реакцией по меньшей мере одного сшиваемого полисахарида, который предварительно смешивается с пищевыми ингредиентами, и по меньшей мере одного сшивающего агента. Изобретение также относится к способу приготовления пищевых продуктов, который включает способ настоящего изобретения.

Уровень техники

О пшенице сообщают как о второй по объемам производства зерновой культуре после кукурузы. Пшеница используется для изготовления муки для хлеба, печенья, пирожных, макаронных изделий, лапши и может ферментироваться для приготовления пива или вина. Однако пшеница или получаемые из пшеницы продукты не подходят для больных целиакией, не переносящих глютен, обнаруживаемый в пшенице.

Другая зерновая культура, которая часто применяется для получения пищевых продуктов и может использоваться для замены пшеницы, - это рис. Состав риса меняется в зависимости от климата и сорта, но в любом случае основным компонентом риса обычно является крахмал. Крахмал является полисахаридом, состоящим из большого количества связанных моносахаридных единиц глюкозы. В целом, шлифованный рис состоит из 78% крахмала, 7% белка, 14% влаги и приблизительно 1% липидов, зольных веществ и волокон. Кроме поедания риса как такового он может также употребляться в большом количестве переработанных продуктов, таких как лапша, пирожные, продукты детского питания, выпечка, а также пиво или вино. Получаемые из риса продукты становятся все более и более популярными среди потребителей, особенно у больных целиакией.

Хотя рисовые продукты подходят для больных целиакией, они имеют тот недостаток, что в рисе не находят глютена, который обнаруживается в пшенице. Отсутствие глютена означает, что рис не обладает способной к сцеплению структурой теста и тем самым лишен некоторых из технологических возможностей, обнаруживаемых в пшенице.

Кроме того, нехватка глютена также приводит к тому, что рисовые продукты имеют слабую плотность после кулинарной обработки, недостаточную упругость, разжевываемость и высокий уровень потерь при кулинарной обработке. Для преодоления сложностей обработки и улучшения текстуры рисовых продуктов часто требуется добавление гидроколлоидов. Предпринимались и другие попытки, например, введения в рецептуру рисовых продуктов альгината пропиленгликоля (PGA), действующего, в частности, в качестве стабилизатора при изготовлении лапши. Однако PGA воспринимается средствами массовой информации и потребителями в целом как «химическая» добавка.

Кроме того, рис имеет относительный высокий гликемический индекс (GI). GI является показателем воздействия углеводов на концентрацию глюкозы в крови. Когда содержащие углеводы пищевые продукты перевариваются в тонком кишечнике, это приводит к повышению уровня глюкозы в крови. Пищевой продукт с высоким GI быстро переваривается и всасывается в кровоток. С другой стороны, пищевой продукт, который расщепляется медленно и выделяет глюкозу в кровоток постепенно, имеет низкий GI. Содержащие углеводы пищевые продукты классифицируются по шкале GI от 1 до 100. Наивысшее значение GI равняется 100 и оно сходно с поеданием глюкозы в чистом виде. Пищевой продукт с GI, превышающим 70, считается продуктом с высоким GI, продукты с GI между 40 и 70 в целом рассматриваются как пищевые продукты с умеренным GI, а те, у которых GI ниже 40, классифицируются как пищевые продукты с низким GI.

При употреблении углеводсодержащей пищи углеводы расщепляются на более мелкие единицы, тем самым делая возможным их всасывание в кровоток. После их поглощения кровотоком человеческий организм распределяет их по областям, нуждающимся в энергии, или же они запасаются в виде гликогена. Гликоген, другой полимер глюкозы, является полисахаридом, используемым человеком для запасания энергии.

Считается, что пищевые продукты с высоким GI будет вызывать увеличение выпуска в кровоток инсулина. Инсулин является одним из гормонов, играющих важную роль в регулировании содержания сахара в крови, стремящийся поддерживать сахар в крови на постоянном уровне. Следовательно, когда в кровоток единовременно поступает слишком много глюкозы, организм реагирует выделением большего количества инсулина для преобразования избыточной глюкозы в форму, которая может быть запасена человеческим организмом. Однако результатом этого процесса является то, что когда глюкоза, которая была употреблена в виде углеводов, удаляется из кровотока, мы будем чувствовать утомление и голод, вследствие чего будет развиваться стремление к потреблению большего количества углеводов. Таким образом, образуется цикл, при котором мы будем есть больше, чем это необходимо.

Потребление пищевых продуктов с высоким GI часто связывается с различными проблемами со здоровьем, включая резистентность к инсулину, диабет II типа, ожирение и ишемическую болезнь сердца.

С другой стороны, пищевые продукты с невысоким GI высвобождает глюкозу более медленно и равномерно. Поэтому пищевой продукт с низким GI будет медленно выделять глюкозу в кровоток тонкой струйкой и это будет поддерживать уровень энергии в сбалансированном и стабильном состоянии. Это также означает, что человек чувствует себя сытым между приемами пищи в течение более длительных промежутков времени.

В нашем обществе появляется все больше людей, которые уделяют более пристальное внимание вопросам здоровья и пищевым продуктам, которые они потребляют каждый день. Однако вследствие занятости и беспокойного образа жизни, при котором больше времени уделяется работе, у людей сейчас остается меньше времени, чтобы готовить полезную для здоровья пишу самостоятельно. Поэтому от пищевой промышленности ожидается и требуется, чтобы она обеспечивала ассортимент не только удобных, но и особенно полезных для здоровья пищевых продуктов. Современная тенденция состоит в стремлении к маложирным, низкоуглеводным пищевым продуктам с небольшим содержанием соли. Следовательно, для населения в целом в настоящее время желательной считается невысокая скорость переваривания углеводов, которая приводит к низким уровням гликемического и инсулинового отклика.

Международные патентные заявки с номерами РСТ/ЕР 2007/059324, РСТ/ЕР 2007/059326 и РСТ/ЕР 2007/059329 описывают способы получения составов, которые являются крахмалсодержащими частицами, покрытыми, залитыми или инкапсулированными сшиваемым полисахаридом, и способы, осуществляемые в растворе Са²⁺. Единственное различие между РСТ/ЕР 2007/059324 и РСТ/ЕР 2007/059326 заключается в том, что последний содержит дополнительный этап послеотверждения для предохранения покрытия от разрушения в желудочно-кишечном тракте. Между тем, единственное отличие РСТ/ЕР 2007/059329 в сравнении с двумя другими заявками состоит в том, что в РСТ/ЕР 2007/059329 описывается смесь биополимеров в многослойной конфигурации. Однако составы согласно этим документам готовятся либо экструдированием либо эмульсия, в которой шарики составов готовятся экструдированием раствора крахмала и альгината, выливается в ванну с хлоридом кальция для застывания. Отвердевшие шарики, полученные в результате этого процесса, затем добавляются в пищевые композиции. Получаемые с помощью этой системы пищевые продукты главным образом являются пищевыми продуктами, готовыми к употреблению, такими как закусочные продукты/снэки, конфеты, пудинги, йогурты, зерновые продукты, мороженое, напитки и макаронные изделия. При этом никаких специальных пищевых систем ни в одном из этих документов подробно не изучалось.

Европейский патент ЕР 0749697 раскрывает применение катионно-сшитого полисахаридного покрытия для ослабления гликемичского отклика содержащего углеводы пищевого продукта. Способ этого патента включает нанесение покрытия из сшиваемого полисахарида на подверженную гидратации сердцевину пищевого продукта посредством кипячения и последующей гидратации сердцевины пищевого продукта посредством тепловой обработки сердцевины пищевого продукта с нанесенным покрытием в содержащем катионы растворе. Этот патент является подходящим для применения в целях нанесения покрытия на подвергнутый кулинарной обработке пищевой продукт, такой как рисовые зерна, макаронные изделия и готовые к употреблению пищевые продукты. Видно, что этот способ является способом нанесения покрытия, где покрытие накладывается на готовый продукт. Для того чтобы система этого патента функционировала эффективно, предназначаемый для нанесения покрытия пищевой продукт должен быть относительно крупным.

Принимая во внимание данную тенденции, на рынке имеется потребность в обеспечении более полезных для здоровья рисовых продуктов, обладающих улучшенными пищевыми и технологическими качествами. Необходима замена для PGA. Имеется также необходимость в способе, с помощью которого можно получить более широкий ассортимент пищевых продуктов со сниженной величиной GI, в способе, который не ограничивался бы готовыми к употреблению пищевыми продуктами или размерами предназначаемого для нанесения покрытия пищевого продукта.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении пищевого продукта, имеющего медленную усвояемость крахмальных зерен и тем самым замедленное высвобождение глюкозы в кровоток.

Другая задача настоящего изобретения заключается в обеспечении пищевого продукта, который имеет замедленную усвояемость крахмальных зерен вследствие установления внешней сетки из связей с катионами, при этом данная сетка является способной переносить воздействия высоких температур и давлений без разрушения в процессе производства или переработки пищевых продуктов.

Следующая задача настоящего изобретения заключается в обеспечении пищевого продукта на основе риса, имеющего сниженную величину GI и являющегося таким образом более полезным при употреблении.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в обеспечении способа инкапсулирования крахмальных зерен в пищевом продукте с помощью реакционной смеси, которая образуется при химической реакции по меньшей мере одного сшиваемого полисахарида и по меньшей мере одного сшивающего агента с тем, чтобы понизить величину GI пищевого продукта.

Согласно настоящему изобретению, способ уменьшения ферментативного переваривания крахмальных зерен в пищевом продукте, включающий инкапсулирование крахмальных зерен реакционной смесью, характеризуется тем, что такая реакционная смесь образуется в результате химической реакции по меньшей мере одного сшиваемого полисахарида, предварительно смешанного с пищевыми ингредиентами, и по меньшей мере одного сшивающего агента.

Эта реакционная смесь замедляет высвобождение углеводов или крахмальных зерен в пищеварительную систему и поэтому ослабляет гликемический отклик пищевого продукта.

Используемый в настоящем изобретении сшиваемый полисахарид может быть любым полисахаридом, способным образовывать поперечные связи с катионом. Такие полисахариды содержат любой или комбинацию из альгината, пектина, пектата, каррагинана, ксантановой камеди и деацилированной геллановой камеди. Более предпочтительно используемым сшиваемым полисахаридом является альгинат.

Сшивающий агент, который может применяться в настоящем изобретении, включает любой катион, предпочтительно двухвалентный катион, более предпочтительно двухвалентный катион металла, включающего кальций, магний, натрий и калий. Источники катионов предпочтительно находятся в жидкой форме, при этом такие источники включают хлорид кальция, безводный хлорид кальция, двухводный хлорид кальция, одноосновный фосфат кальция, лактат кальция или другие ионы металлов. Наиболее предпочтительным раствором для настоящего изобретения является раствор хлорида кальция.

Способ приготовления пищевого продукта со сниженной скоростью ферментативного переваривания включает этапы: (i) приготовления теста посредством смешивания по меньшей мере муки и воды в количествах, достаточных для образования теста; и (ii) придания тесту желательной формы; и отличается тем, что настоящий способ дополнительно включает добавление в тесто по меньшей мере одного сшиваемого полисахарида и предоставление тесту возможности находиться во взаимодействии с раствором сшивающего агента в течение заданного промежутка времени так, чтобы сшиваемый полисахарид сшивался указанным сшивающим агентом до этапа формования.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 показывает блок-схему экспериментального технологического процесса, использовавшегося при приготовлении и анализе модельной лапши из риса.

Раскрытие изобретения

Один объект настоящего изобретения относится к способу ослабления ферментативного переваривания крахмальных зерен в пищевом продукте, в частности в пищевом продукте на основе риса и конкретнее в рисовой лапше. Потребление рисовой лапши, включая рисовую лапшу быстрого приготовления, в Азии по-прежнему увеличивается, особенно на нетрадиционных рынках, таких как Индия. Однако лапша быстрого приготовления с ее высоким содержанием соли, высоким содержанием жира и высоким содержанием углеводов, как правило, воспринимается средствами массовой информации и потребительскими группами в Азии как «вредный» пищевой продукт, который противоречит рыночным тенденциям, продвигающим здоровый образ жизни с акцентом на профилактику болезней.

Вредный для здоровья рацион питания является предметом глубокой озабоченности, а диабет оказывается основным метаболическим нарушением в Азии. Например, в Сингапуре, согласно обзору Национальной службы здравоохранения 1998 г., среди людей в возрасте между 18 и 64 годами распространенность диабета и нарушения механизма усваивания глюкозы составляла приблизительно 9% и 15% соответственно. С того времени эти показатели увеличились и стали основным фактором риска развития сердечно-сосудистых заболеваний в данном регионе.

Способ уменьшения скоростей ферментативного переваривания крахмальных зерен в пищевом продукте, включающий инкапсулирование крахмальных зерен с помощью реакционной смеси, где эта реакционная смесь образуется в результате химической реакции по меньшей мере одного сшиваемого полисахарида, предварительно смешанного с пищевыми ингредиентами, и по меньшей мере одного сшивающего агента.

Согласно настоящему изобретению, сшиваемые полисахариды являются растворимыми в воде и поддаются сшивке катионами. Примеры таких полисахаридов представляют любой или комбинацию из альгината, пектина, пектата, каррагинана, ксантановой камеди и деацилированной геллановой камеди. Предпочтительно применяемым сшиваемым полисахаридом является альгинат. Сшиваемые полисахариды, применяемые в настоящем изобретении, должны находиться в таких количествах, которые являются достаточными для протекания реакции с катионами для получения сетки, инкапсулирующей крахмальные зерна. Как правило, количества используемого сшиваемого полисахарида составляют между 0,01 масс.% и 2,0 масс.%.

Альгинат является функциональным пищевым волокном, которое может рассматриваться как ценная добавка к рецептурам на основе риса. Он извлекается из морских водорослей и содержит 1→4 связанные остатки α-L-гулуроновой кислоты (G) и β-D-маннуроновой кислоты (М), которые вкраплены в виде многочисленных MM, GG гомополимерных и MG гетерополимерных блоков.

Способность альгината эффективно использоваться в настоящем изобретении зависит от отношения содержания и последовательности компонентов маннуроновой кислоты (М-блоки) и гулуроновой кислоты (G-блоки) в молекуле альгината. Альгинаты с большим количеством участков с М-блоками являются усилителями вязкости, в то время как альгинаты с большим количеством участков с G-блоками являются агентами, образующими сетку.

Поэтому предпочтительно, чтобы используемый в настоящем изобретении альгинат имел определенное заданное содержание и количественное соотношение М-блоков и G-блоков. Более предпочтительно, чтобы используемый в настоящем изобретении альгинат имел содержание М-блоков между 37% и 63% и вязкость около 750 МПа·с (для раствора альгината с концентрацией 1%) и содержание G-блоков между 37% и 63% и вязкость около 440 МПа·с (для раствора альгината с концентрацией 1%).

Участвовавшие в клиническом испытании субъекты, получавшие диету с добавками альгината, продемонстрировали снижение концентрации холестерина в плазме, пиковых показателей глюкозы крови и повышение уровней инсулина плазмы (Brownlee и др., 2005; Jimenez-Escrig и Sanchez-Muniz, 2000). Эти обнаружения позволяют предположить, что альгинат способен предупреждать или снижать риск развития сердечно-сосудистых, сердечных и других дегенеративных заболеваний. Следовательно, добавление альгината в рецептуры пищевых продуктов на основе риса не только улучшает когезионную способность рисового теста и тем самым повышает качество текстуры, а также пищевые свойства продукта, но также улучшает свойства пищевых продуктов с точки зрения перспектив сохранения здоровья.

Сшивающий агент согласно настоящему изобретению содержит катионы, которые являются подходящими для образования солей с сшиваемыми полисахаридами. Эти катионы вводятся снаружи. Примерами источников таких катионов, которые могут использоваться для обеспечения сшивки, являются катионы металлов, включая кальций, магний, натрий и калий. Источники катионов находятся в жидкой виде, в форме любых растворимых солей, при этом такие источники включают хлорид кальция, безводный хлорид кальция, двухводный хлорид кальция, одноосновный фосфат кальция, лактат кальция или другие ионы металлов. Наиболее предпочтительным раствором для настоящего изобретения является раствор хлорида кальция.

Количество необходимых катионов зависит от типа используемого катиона. Количество должно быть достаточным для образования жесткой или полужесткой матрицы. В предпочтительном воплощении, в котором используется предпочтительный сшивающий катион, концентрация элементарного кальция, который используется для эффективной сшивки полисахаридов и образования матрицы, составляет 0,01 масс.% - 2,0 масс.%.

Согласно настоящему изобретению, способ приготовления пищевого продукта, который имеет сниженную скорость ферментативного переваривания крахмальных зерен, включает смешивание основных ингредиентов из рисовой муки и маниокового крахмала для образования сухой смеси. Смесь может дополнительно содержать другие подходящие ингредиенты. При этом альгинат растворяется в воде, предпочтительно он растворяется в деионизированной воде при температуре 75°С-95°С. Перед применением раствор предпочтительно оставляют при комнатной температуре для остывания. Затем раствор альгината добавляется в сухую смесь и тщательно перемешивается для образования теста. После чего к тесту добавляется масло, что сопровождается его замешиванием. Следующим шагом тесто погружается в содержащий кальций раствор, предпочтительно раствор хлорида кальция на время от около 5 до 30 минут, предпочтительно 5, 10, 20 или 30 минут перед его кипячением около 5 минут в деионизированной воде. Подробно схема приготовления теста в одном воплощении настоящего изобретения проиллюстрирована на Фигуре 1.

Образование сетки альгината внутри матрицы теста облегчается введением извне ионов кальция, выполняемым погружением теста в раствор хлорида кальция. Тесто, приготовленное согласно способу настоящего изобретения, имеет улучшенные структурные свойства, поскольку альгинат способен к образованию непрерывной сетки, распределяющей крахмальные зерна в связанном составном геле. Помимо очевидного преимущества, обеспечиваемого возможностью манипулирования со структурой, такая морфология, по-видимому, способна к замедлению переваривания α-амилазы теста in vitro.

Применяемое в настоящем изобретении масло может быть любым растительным маслом или животным маслом, или жиром. Предпочтительным для использования маслом является растительное масло, содержащее пальмовое масло, кукурузное масло, масло канолы, оливковое масло, сафлоровое масло, кунжутное масло, подсолнечное масло и другие растительные масла.

Рецептуры теста с различным содержанием в альгинате маннуроновой кислоты и гулуроновой кислоты показаны в Таблице 1 и Таблице 2.

Следующий объект настоящего изобретения обеспечивает пищевую композицию, имеющую сниженную скорость ферментативного переваривания и приготавливаемую с помощью описанного выше способа. В этом объекте пищевая композиция может быть пищевым продуктом любого типа, предпочтительно пищевым продуктом на основе риса, таким как рисовая лапша. Рисовая лапша может быть сухой или суповой лапшой быстрого приготовления.

Настоящее изобретение обеспечивает альтернативную по отношению к имеющимся на рынке композицию лапши. Композиция лапши согласно настоящему изобретению изготавливается без PGA, таким образом избегая ярлыка «химическая добавка», который часто ассоциируется с существующими на рынке продуктами. Кроме того, исследования показывают, что "лапша, получаемая из теста, приготавливаемого согласно настоящему изобретению, обладает превосходным качеством с точки зрения общего внешнего вида и профиля текстуры. Исследования также показывают, что лапша прямо коррелирует с замедлением in vitro ферментативного переваривания α-амилазы.

Далее, после общего описания изобретения делается обращение к конкретным примерам. Следует понимать, это эти примеры не подразумевают ограничение изобретения, но лишь представляют данное изобретение в конкретных воплощениях. Все части и проценты, если не определяется иначе, определяются по отношению к общей массе композиции.

Осуществление изобретения

Пример 1

Вначале готовилась сухая смесь смешиванием 48,0% рисовой муки и 9,0% маниокового крахмала. В нагретой до 95°С воде при перемешивании в течение 10 минут растворялся альгинат. Затем раствор охлаждался до 25°С и добавлялся к сухой смеси при концентрации 0,2%. Это сопровождалось добавлением пальмового масла и замешиванием. Тесто раскатывалось пропусканием через пару вальцов с зазором между ними в 2,5 мм и с помощью сверла для пробок из него вырезались цилиндрические диски диаметром 38.0 мм. Эти диски на 30 минут погружались в 50 мл 0,2 М раствора CaCl₂ при температуре окружающей среды, что затем сопровождалось кипячением в течение 5 минут в 100 мл деионизированной воды.

Вышеприведенный порядок действий повторялся для растворов альгината с концентрацией 0,4%, 0,6%, 0,8% и 1,0%.

Базовое тесто без альгината для сравнительных испытаний

Основная рецептура теста состоит из 48,0% рисовой муки, 9,0% маниокового крахмала, 2,0% пальмового масла и 41% деионизированной воды и готовится, чтобы служить в качестве модельной системы для рисовой суповой лапши быстрого приготовления, имеющейся на рынке.

Подвергнутое кулинарной обработке тесто с альгинатом и без альгината проверялось по следующим параметрам:

i) утечка растворимого крахмала и потери при кулинарной обработке;

ii) динамический механический анализ;

iii) сканирующая электронная микроскопия (SEM);

iv) инфракрасная спектроскопия с Фурье-преобразованием (FTIR);

v) переваривание крахмала in vitro.

Влияние альгината на утечку растворимого крахмала и потери при кулинарной обработке.

Данное исследование проверяет структурные свойства модельных рецептур рисовой лапши в присутствии альгината с различной композицией уроновой кислоты. Цель состояла в том, чтобы применить образующуюся снаружи сетку из альгината с кальцием в качестве инкапсулянта для крахмальных зерен в тесте. Способность альгината «цементировать» крахмальные зерна в клейком тесте была оценена отслеживанием потерь при кулинарной обработке и утечки растворимого крахмала.

Фигура 2 отображает результаты по количеству сухих веществ (потери при кулинарной обработке) и растворимому крахмалу (амилозоподобные последовательности), вымытым из рисового теста в воду при кипячении в течение 5 мин. В целом небольшие добавки к рецептуре полисахарида приводят к значительному снижению обоих явлений. Кроме того, Manugel-DPB превосходит Manucol-HV в отношении потерь при кулинарной обработке, при этом результаты по утечке крахмала оказываются сопоставимыми. В присутствии ионов кальция более высокое содержание гулуроната в последнем должно создать сетку высокой плотности, замедляя таким образом массоперенос от теста к диализату. Интересно, что содержание альгината от 0,1 до 0,2% оказывается достаточным, чтобы ограничить потери материала в значительной степени, которая остается неизменной и для верхнего диапазона концентрации полисахарида. Результаты убедительно показывают, что, следуя этой технологии, может быть разработан финансово жизнеспособный коммерческий продукт с повышенной вероятностью его приемлемости для потребителя.

Механические свойства рисового теста с добавками альгината

Дальнейшее подтверждение влияния сетки альгината на структурные свойства рисового теста было получено, используя динамические колебания малой деформации при сдвиге. Макромолекулярный подход позволяет довольно подробно оценить структурное упрочнение составного геля, содержащего два различных типа полисахаридов. Фигура 3 демонстрирует, что по сравнению с основной рецептурой теста в присутствии альгината происходит значительное возрастание величин модуля накопления (G). Например, добавлени е 1,0% Manugel-DPB при экспериментальной частоте 100 рад/с увеличивает прочность сетки почти на порядок - с 34 до 296 кПа. Представляется, что сильно изогнутая, сложенная вдвое конформация последовательностей полигулураната образует эффективные поперечные связи с двухвалентными катионами кальция (Atkins и др., 1973; Mackie и др., 1983), которые выступают в качестве узлов трехмерной структуры, способной удерживать частицы муки во время проведения технологических операций.

Manucol-HV, который богат последовательностями полиманнуроната, действует главным образом как усилитель вязкости, следовательно, его вклад в прочность сетки является ограниченным. При самой нижней концентрации, обеспечивающей минимум утечки крахмала и потерь при кулинарной обработке (0,2% альгината на Фигуре 2), соответствующие величины модуля накопления составляют 55 кПа для Manucol-HV и 75 кПа для Manugel-DPB. Интересно, что поддерживаемая альгинатом матрица рисового теста выдерживает термообработку при 100°С в течение 5 минут, что сопоставимо с обработкой паром, используемой на промышленных производственных линиях.

Электронная сканирующая микроскопия

Ясные свидетельства резких изменений структуры рисового теста под действием добавления альгината видны на полученных с помощью электронной сканирующей микроскопии изображениях. Фигура 4 воспроизводит такие микрофотографии для Manucol-HV, но подобные доказательства могут быть приведены и виде SEM-изображений для Manugel-DPB (не показаны ради краткости). При отсутствии полисахарида образование структуры теста происходит, прежде всего, за счет клейстеризации крахмала, на Фигуре 4а (слева) видны образующиеся при этом большие поры. Зернистая морфология крахмала приводит к чрезвычайно хрупким структурам, которые легко раскалываются по поверхности (Фигура 4а, справа). Введение в систему альгината трансформирует составной гель, образуя непрерывную и эластичную фазу, способную к ослаблению проявлений местных напряжений (Фигура 4b, слева).

Способность к растяжению значительно снижает плотность поверхностных трещин (Фигура 4b, справа) и такой тип поведения лучше выражен при наличии в рецептуре 1,0% альгината (Фигура 4 с, слева и справа). Толщина листов теста (2,4 мм) была сопоставима с его толщиной в коммерческих воплощениях, и представляется, что эффективная диффузия кальция в целях полного использования альгината выполнима при установлении внешних условий настоящего исследования (см. раздел об ингредиентах и подготовке образцов). Рецептура обеспечивает листы слоеного теста, получающие свои структурные характеристики из точного баланса процессов клейстеризации крахмала и образования поперечных связей альгината.

Инфракрасная спектроскопия с Фурье-преобразованием

Макромолекулярные рассмотрения предыдущего раздела были дополнены шагами, направленными на определение межмолекулярных взаимодействий, ответственных за физико-химические свойства «упрочненного» альгинатом рисового теста. Это выполнялось с помощью инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием методики, способной осуществлять отслеживание ионного обмена в альгинате от натрия к солям кальция. Такая замена в окрестности полимерной цепочки приводит к изменению плотности заряда и, разумеется, радиуса и атомной массы катиона. Окружение из новых противоионов вокруг карбоксильной группы отмечается в виде сдвига пика на спектре FTIR. Двумя основными изменениями в спектре являются сдвиг асимметрично растянутого пика СОО^- (1608-1611 см^-1) и симметрично растянутого пика СОО^- (1413-1414 см^-1) в сторону более высоких волновых чисел (Pongjanyakul и Puttipipatkhachorn, 2007). Помимо этого, растянутый пик ОН^- (3360-3380 см^-1) становится уже и уменьшается по интенсивности при повышении содержания Са²⁺ вследствие увеличения внутримолекулярного связывания (Sartori, Finch и Ralph, 1997).

Фигура 5 представляет спектры FTIR, полученные для основной рецептуры теста и в присутствии Manucol-HV и Manugel-DPB в двух концентрациях. Оба упоминаемых здесь пика - как асимметрично растянутый пик СОО^-, так и симметрично растянутый пик СОО^- - располагаются при более высоких волновых числах, чем указывается в литературных данных. Последние были взяты для чистых пленок альгината или капсул лекарственного препарата с содержанием полисахарида, используемого в качестве инертного наполнителя, более 60 масс.%. При отсутствии альгината указанные на Фигуре 5а волновые числа 1648 и 1456 см^-1 относятся к колебаниям карбоксильной группы белковоподобных ингредиентов основной рецептуры теста. Когда рецептура дополнялась альгинатом и Са²⁺, как асимметрично растянутый пик СОО^-, так и симметрично растянутый пик СОО^- в самом деле воспроизводимо смещались к более высоким волновым числам, то есть от 1648 к 1651-1655 см^-1 и от 1456 к 1458-1460 см^-1, соответственно, как это показано на Фигурах 5b-5е. Более того, растянутый пик ОН^- в случае содержащих альгинат образцов становится более узким. Результаты указывают на наличие ионного взаимодействия между диффундировавшим Са²⁺ и добавленным альгинатом, что обнаруживается в модельной рецептуре лапши при относительно низких концентрациях (<1,0%). Присутствие крахмала в высоких уровнях содержания может обеспечить возможность взаимодействия с белками и альгинатом, способствуя сдвигу пиков в снятых спектрах.

In vitro переваривание крахмала рисового теста в присутствии альгината

В дополнение к упрочнению структуры рисового теста альгинат был оценен в качестве замедлителя переваривания крахмала. Альгинат является неусваиваемым пищевым волокном и, согласно работе авторов данного изобретения, образование им под воздействием кальция поперечных связей делает возможным выдерживание высоких температур приготовления образцов и обработки. Кроме того, способность к микроинкапсулированию крахмальных зерен может служить в качестве физического барьера между пищеварительными ферментами и их субстратом. Такие результаты делают возможным изготовление рецептур на основе рисового теста, имеющих сниженный гликемический индекс (GI). In vitro анализ переваривания крахмала может быть выполнен с использованием амилазы, в данном случае это был фермент грибного происхождения. В желудочно-кишечном тракте человека α-амилаза экскретируется в слюну и панкреатический сок и катализирует произвольное расщепление α-1,4-глюкозидных связей глюкана, исключая мальтозу. Это ингибируется в области α-1,6-ветвления, при этом конечными продуктами амилолитического переваривания являются линейные олигосахариды с 2-3 глюкозными остатками, а также более длинноцепочечные α-декстрины (Gray, 1992).

График на Фигуре 6 отображает количество сахара в мальтозном эквиваленте высвобождающегося из образцов подвернутого кипячению теста в ходе периода переваривания длительностью 3 час.Благодаря своей небольшой молекулярной массе продукты ферментативного расщепления были способны мигрировать в диализат с их последующим количественным определением при помощи 3,5-DNSA-пробы, описанной в экспериментальной части данного документа. Образцы без альгината (Фигура 6а) по результатам завершения эксперимента (180 минут) продемонстрировали высокую скорость переваривания, например 43,3 мг на 1 г теста. Сопоставимые результаты были получены в присутствии 0,6% Manucol-HV или Manugel-DPB с высвобождением сахара, достигающим 33 и 30 мг на 1 г рисового теста (Фигуры 6b и 6 с, соответственно). Однако при добавлении полимеров в количествах 1,0% Manugel-DPB действует лучше (~17,8 мг/г, Фигура 6е), чем Manucol-HV (~23,0 мг/г, Фигура 6d) вследствие высокого содержания гулуроната и, следовательно, усиленной когезионной способности / барьерных свойств первого. Численные наблюдения подтверждаются пиктограммой на Фигуре 6, которая была подучена в конце эксперимента. Таким образом, материалы без альгината распадались, приводя к получению в диализной трубке Visking непрозрачного раствора. Напротив, аналоги с добавками сшитого кальцием альгината были в состоянии сохранять когезию, присутствуя в течение времени наблюдения и в ходе отбора образцов в виде набухшего геля.

Масштабирование до конечного продукта

Принципиальное понимание, достигнутое в лаборатории, было проверено путем приготовления суповой рисовой лапши в опытной установке финансирующей исследования компании. В отличие от теста из пшеничной муки нехватка глютена в рисе является причиной быстрого испарения воды и образования хрупких, легко разрушающихся структур. Была предпринята попытка улучшения его пригодности к переработке посредством дополнения основной рецептуры сшитым кальцием альгинатом. Этапы обработки в опытной установке включали смешивание ингредиентов, раскатку и нарезание теста, распыление подходящего раствора хлорида кальция на поверхность лапши, скручивание и разрезание полосок лапши, обработку паром и жарку в форме порций желательных с коммерческой точки зрения размеров. Результаты промышленной обработки, сопровождаемой обработкой лапши быстрого приготовления в течение 2 минут в кипящей воде, показаны на Фигуре 7. Были оценены различные комбинации типа и концентрации альгината с добавленным хлоридом кальция в отношении конечного внешнего вида и текстуры приготовленной лапши. Пример на Фигуре 7 (верхняя часть), содержащий 0,6% Manugel-DPB, приготовлен из типичных длинных полос с очень привлекательным внешним видом. Однако при отсутствии добавок альгината была получена довольно комковатая и липкая масса (Фигура 7, нижняя часть). Этот материал оказался также слишком мягким и распадающимся на отдельные части в супе, следовательно, не подходящим для употребления. Разработка продукта еще продолжается, но к настоящему моменту способность содержащей альгинат рисовой лапши обеспечивать приемлемые органолептические качества после обработки паром, жарки и кипячения вселяет большие надежды.