(57)【要約】  α‐アミラーゼ抵抗性デンプンを生産する方法は、約６０〜２２０℃の範囲の温度で原料デンプンを押出すことにより、α‐アミラーゼ抵抗性デンプン製品を生産することを含んでなる。原料デンプンは、少なくとも約５０重量％の乾燥固体濃度を有する水性スラリーまたはペーストの形態であってよい。本方法は、所望により、製品のα‐アミラーゼ抵抗性をさらに高めるために、水分の存在下で少なくとも約９０℃の温度にデンプン製品を加熱する追加工程を含むことができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
約６０〜２２０℃の範囲の温度で原料デンプンを押出すことにより、α‐アミラーゼ抵抗性デンプン製品を生産する、α‐アミラーゼ抵抗性デンプンを生産する方法。
【請求項２】
前記原料デンプンが、少なくとも約５０重量％のアミロースを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記原料デンプンが、少なくとも約６５重量％のアミロースを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記原料デンプンが乾燥デンプンである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記原料デンプンが、少なくとも約５０重量％の乾燥固体濃度を有する水性スラリーまたはペーストに含まれている、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記水性スラリーまたはペーストが、１〜６個の炭素原子を有する少なくとも１種のアルカノールをさらに含んでなる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記原料デンプンが、少なくとも約６０重量％の乾燥固体濃度を有する水性スラリーまたはペーストに含まれている、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記原料デンプンが、少なくとも約７０重量％の乾燥固体濃度を有する水性スラリーまたはペーストに含まれている、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記原料デンプンが、コーン、ポテト、タピオカ、コメ、エンドウ、小麦またはそれら２種以上の組合せに由来するものである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記原料デンプンが化学修飾デンプンである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記押出が、一軸スクリューまたは二軸スクリュー押出機で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
押出中の前記原料デンプンの温度が、約７０〜１４５℃の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記デンプン製品が、少なくとも約３０重量％の総食物繊維含量を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記デンプン製品を、水分の存在下で少なくとも約９０℃の温度に加熱することをさらに含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記デンプン製品が、約１５〜３５重量％の含水率で、少なくとも約１２０℃に加熱される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記デンプン製品が、約１５〜３５重量％の含水率で、少なくとも約１５０℃に加熱される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
加熱中の前記デンプン製品の含水率が、約２０〜２５重量％である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記デンプン製品の総食物繊維含量が、水分の存在下で加熱することにより、少なくとも約５０重量％に高められる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法により生産される、デンプン組成物。
【請求項２０】
前記原料デンプンが、少なくとも約５０重量％のアミロースを含んでなる、請求項１９に記載の組成物。
【請求項２１】
前記原料デンプンが乾燥デンプンである、請求項１９に記載の組成物。
【請求項２２】
前記原料デンプンが、少なくとも約５０重量％の乾燥固体濃度を有する水性スラリーまたはペーストに含まれている、請求項１９に記載の組成物。
【請求項２３】
前記水性スラリーまたはペーストが、１〜６個の炭素原子を有する少なくとも１種のアルカノールをさらに含んでなる、請求項１９に記載の組成物。
【請求項２４】
前記押出が、一軸スクリューまたは二軸スクリュー押出機で行われる、請求項１９に記載の組成物。
【請求項２５】
押出中の前記原料デンプンの温度が、約７０〜１４５℃の範囲である、請求項１９に記載の組成物。
【請求項２６】
前記デンプン製品が、少なくとも約３０重量％の総食物繊維含量を有している、請求項１９に記載の組成物。
【請求項２７】
前記方法が、前記デンプン製品を、水分の存在下で少なくとも約９０℃の温度に加熱することをさらに含んでなる、請求項１９に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
デンプンは２種の多糖類：アミロースおよびアミロペクチンからなる。アミロースは通常α(alpha)１‐４グリコシド結合により結合したグルコース単位の直鎖ポリマーである。アミロペクチンは、グルコース単位の多くがα１‐４グリコシド結合により結合しているが、一部はα１‐６グリコシド結合により結合している、分岐ポリマーである。
【０００２】
α‐アミラーゼは、人体に存在し、デンプンのα１‐４結合を加水分解して、デンプンを消化するように誘導する酵素である。ある状況下では、α‐アミラーゼによる加水分解に抵抗するデンプンを生産すること、例えばデンプンのカロリー量を減少させるか、またはその食物繊維含量を増加させることが望ましい。しかしながら、過去にこのようなデンプンを生産する試みにおいては、１以上の問題、例えば方法の複雑化および金銭的負担を生じていた。
α‐アミラーゼに抵抗性であるデンプンを製造する改良された方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の一つの態様は、α‐アミラーゼ抵抗性デンプンを生産する方法である。該方法は、約６０〜２２０℃の範囲の温度で原料デンプン(feed starch)を押出すことにより、α‐アミラーゼ抵抗性デンプン製品を生産することを含んでなる。
【０００４】
本方法の一部態様においては、原料デンプンは、高アミロースデンプン、例えば少なくとも約５０重量％のアミロース含んでなり、または一部態様においては、少なくとも約６５重量％のアミロースを含んでなる。他のデンプンも上記方法において用いうる。適切なデンプン源の例としては、コーン、ポテト、タピオカ、コメ、エンドウ、小麦またはそれら２種以上の組合せが挙げられる。
【０００５】
一部の態様においては、原料デンプンは乾燥デンプンであり、水または水性組成物が押出機に加えられ、スラリーまたはペーストがそこで形成される。別の態様においては、原料デンプンは、少なくとも約５０重量％の乾燥固体濃度を有する水性スラリーまたはペーストに含まれており、または一部態様においては、少なくとも約６０または７０重量％の乾燥固体濃度を有する水性スラリーまたはペーストに含まれている。
【０００６】
本方法の一部態様は、水分の存在下で、少なくとも約９０℃の温度にデンプン製品を加熱する追加工程を含んでいる。上記方法のある態様においては、この熱‐水分処理工程は、約１５〜３５重量％の含水率で、少なくとも約１２０℃、または一部態様においては、少なくとも約１５０℃の温度で行われる。ある態様において、この工程中のデンプン製品の含水率は約２０〜２５重量％である。上記方法の一部態様においては、水分の存在下で加熱することにより、デンプン製品の総食物繊維含量が、少なくとも約５０重量％に高められる。
【発明の具体的説明】
【０００７】
本発明の一つの態様は、α‐アミラーゼ抵抗性デンプンが約６０〜２２０℃の範囲の温度で原料デンプンを押出すことにより生産される方法である。「α‐アミラーゼ抵抗性デンプン」という用語は、α‐アミラーゼに抵抗性である成分を有したデンプンに言及するために、本特許では用いられている。該デンプンはα‐アミラーゼ抵抗性でない成分も有しうる、と理解すべきである。
【０００８】
原料デンプンは、高アミロースデンプン、例えば少なくとも約５０重量％のアミロース、または少なくとも約６５重量％のアミロースを含んであるものである。このような高アミロースデンプンは市販されている。一方、アミロースがそれほど多くないデンプンも用いうる。
【０００９】
本方法で用いられるデンプンは、デントコーン(dent corn)、高アミロースａｅ遺伝子コーン（ａｅはコーンブリーダーによく知られている遺伝子変異の名称であり、「アミロース・エキステンダー(amylose extender)」の略記である）、ポテト、タピオカ、コメ、エンドウおよび小麦品種から得られるデンプン、並びにこれらデンプンの精製アミロース、および引用することにより本明細書の一部とされる国際特許出願ＷＯ００／１４２４９に従い生産されたα‐１，４グルカンをはじめとする、様々な供給源からもたらされる。２タイプ以上のデンプンの組合せも本発明では用いてよい。
【００１０】
ヒドロキシプロピルデンプン、アジピン酸デンプン、アセチル化デンプンおよびリン酸化デンプンのような化学修飾デンプンもまた、抵抗性デンプンを生産するために、本発明で用いうる。例えば、適切な化学修飾デンプンとしては、架橋デンプン、アセチル化および有機エステル化デンプン、ヒドロキシプロピル化デンプン、リン酸化および無機エステル化デンプン、カチオン性、アニオン性、非イオン性および双性イオンデンプンと、デンプンのコハク酸および置換コハク酸誘導体が挙げられるが、それらに限定されない。このような修飾は当業界で、例えばModified Starches:Properties and Uses,Ed.Wurzburg,CRC Press,Inc.,Florida(1986)にて知られている。他の適切な修飾および方法はＵＳ特許４，６２６，２８８、２，６１３，２０６および２，６６１，３４９で開示されており、引用することにより本明細書の一部とされる。
【００１１】
本方法の一態様においては、原料デンプンは乾燥デンプンでもよい。ここで、「乾燥」とは、含水率が０％であることを意味せず、商業的意味で乾燥とみなされるほど含水率が低いことである。原料が乾燥デンプンである場合、水または水性組成物が押出機に加えられ、スラリーまたはペーストがそこで形成される。
【００１２】
本方法の別の態様においては、デンプンは少なくとも約５０重量％の乾燥固体濃度を有する水性スラリーまたはペーストの形をとりながら、それが押出機へ供給される。一部態様においては、スラリーまたはペーストの乾燥固体濃度は少なくとも約６０重量％または少なくとも約７０重量％である。このように高い固体濃度の使用は抵抗性デンプン微結晶の急速結晶化を高める。
【００１３】
原料デンプンで用いられる水および／または押出機へ加えられる水は、１種以上の他の物質、例えば低級アルカノール（例えば、１〜６個の炭素原子を有するアルカノール）または塩を、所望により含有してもよい。ｐＨは約３．５〜約８．５に及びうる。
【００１４】
一般的に、押出装置は高粘度、高固体分の組成物を取り扱う上でよく適している。具体例としては、一軸スクリューおよび二軸スクリュー押出機がある。このような押出装置は市販されている。
【００１５】
本方法の一部態様において、押出中の原料デンプンの温度は約７０〜１４５℃の範囲である。デンプンの温度は、押出中一定のままでなくてもよいことが理解されるべきである。例えば、押出装置が２以上のゾーンを含み、各ゾーンが異なる温度に保たれてもよいが、好ましくは各ゾーンの温度は上記の広い範囲内にある。
【００１６】
本方法により生産されたデンプン製品は、多くの場合に、少なくとも約３０重量％の総食物繊維（ＴＤＦ）含量を有する。これは、水分の存在下で少なくとも約９０℃の温度にデンプン製品を加熱する追加工程により高められる。この熱‐水分処理工程の温度は、場合により少なくとも約１２０℃、または一部態様においては、少なくとも約１５０℃である。この工程中の含水率は約１５〜３５重量％、または一部態様においては、約２０〜２５重量％である。この工程で望ましい含水率に達するためには、水または水性組成物をデンプン製品へ加えることが多くの場合に必要であろう。この熱‐水分処理は、デンプンのＴＤＦを少なくとも約５０重量％に、一部態様においては、それより高く増加させられる。
【００１７】
次いでデンプンは乾燥させられる。例えば、トレー乾燥機(tray dryer)またはフラッシュ乾燥機(frash dryer)が湿潤デンプンケーク(wet starch cake)から水分を除去するために用いられるが、他の乾燥技術も用いうる。当業者であれば、「乾燥デンプン製品」が通常含水率０％ではなく、商業的目的で「乾燥」とみなされるほど低い含水率を有している、と理解するであろう。
【００１８】
デンプン製品は、熱‐水分処理前または後に、その粒径を減少させるために、所望により製粉される。製粉は通常乾燥デンプンで行われる。
【００１９】
本方法により生産されるデンプンは通常、熱安定性かつ剪断安定性であり、高温および／または高剪断プロセッシングに適合する。結果として、該デンプンは、焼くことおよび揚げること、というような食品向けに適している。加えて、該デンプンは総食物繊維（ＴＤＦ）が比較的高い。
【００２０】
抵抗性デンプン（ＲＳ）は４種の異なるタイプに分類されていた：タイプＩは物理的にα‐アミラーゼへ接近しにくいデンプンに由来するものである（例えば、全粒(whole grain)でみられるような、タンパク質または繊維マトリックスに包埋されたデンプン）；タイプIIは、未調理デンプンのままでは消化抵抗性である物理的構造を有するが、調理してゲル化後には消化しうる、未変化の天然顆粒である（例えば、ポテトおよびバナナデンプン）；タイプIIIは、調理してゲル化されたか、あるいは天然構造が壊されているデンプンであって、調理後にα‐アミラーゼ抵抗性となるように処理中にデンプン分子が自ら再会合している、デンプンである；およびタイプIVは、α‐アミラーゼ消化を妨げるデンプン化学修飾の産物である。本プロセスにより生産されるデンプンは典型的にはタイプIII抵抗性デンプンであるが、化学修飾デンプンが出発物質として用いられた場合、それはタイプIV抵抗性デンプンであってもよい。
【００２１】
大部分まで、デンプンの天然分子構造は本発明の抵抗性デンプンを製造する工程において壊してよい。その後で、デンプン分子はα‐アミラーゼ抵抗性となる規則的構造に再会合しうる。
【００２２】
「天然(native)」という用語は、デンプンの記述に際して文献で一般的に用いられている。本発明者らは、「天然」という用語を、植物からの採取および抽出時において、最少の物理的処理または化学的暴露で植物中に存在しているデンプンの性質を意味するために用いている。例えば、コーン粒からデンプンを放出させるコーンの湿式製粉では、その穀粒を、水中に約１５００ｐｐｍ  ＳＯ２ガスも溶解させた、ｐＨ４に近いマイルドな乳酸の水溶液に浸す必要がある。この溶液はコーン粒に浸透し、デンプンと結合した内胚乳タンパク質マトリックスにおいてＳＯ２はタンパク質を一部還元し、これにより内胚乳を軟化させ、穀粒を粉砕する際にデンプン顆粒が放出される。湿式製粉操作が、軟質穀粒を崩し、油を含有する胚嚢(germ sacs)を壊すことなくデンプンを放出させるように設計されているため、上記粉砕は実際上かなり穏やかである。製粉に際して抽出されたデンプン顆粒の分子構造、全体的形態および形状は、製粉前の穀粒に存在するデンプンから事実上変化していない。
【００２３】
天然デンプンは粒状(granular)とよく称されるが、「粒状」という用語は定義せずに、しばしば文献で用いられている。天然デンプン顆粒(native starch granules)は通常ほぼ球状または楕円状の形態を有している。それらは結晶部分と非結晶部分とを含んだ天然分子組織も有している。天然デンプンの結晶部分はそれに複屈折性を付与している。数人の著者らが、天然デンプン構造を「粒状構造(granular structure)」として、またはデンプンが「顆粒状態(granular state)」にあるとして、言及している。粒状デンプンについて標準的な合意した定義はないが、この特許出願で言及する要点は顆粒(granule)に近い形状ということである。本発明者らは、球状または楕円状デンプン粒子の意味で「粒状」という用語を引用および使用している。「顆粒(granule)または粒状(granular)」とは、天然もしくは未調理デンプンまたは非冷水膨潤デンプンを示す意味ではない。我々の意図は、未変化の天然結晶性を有する天然未調理デンプンと、類似した形状を有するが天然分子組織または天然結晶構造のほとんどまたは全部を失った他の粒状デンプンとを区別することである。非化学修飾および一部化学修飾デンプンであって、熱ロールに貼り付けられ、該ロールを削ぎ落としたものは、不規則形状の断片化されたガラス様の粒子を通常有しており、これらのデンプンは本発明者らによると「粒状」と称されない。
【００２４】
この方法により生産されたデンプンは、低カロリーベークド製品(reduced calorie baked goods)のような食品において、増量剤または穀粉代用品として用いられる。該デンプンは食品における食物繊維強化にも有用である。該デンプンが用いられる食品の具体例としては、パン、ケーキ、クッキー、クラッカー、押出成形スナック、スープ、冷凍デザート、フライド食品、パスタ製品、ポテト製品、コメ製品、コーン製品、小麦製品、乳製品、栄養バー、朝食用シリアルおよび飲料がある。
【００２５】
総食物繊維（ＴＤＦ）は、デンプンのα‐アミラーゼ抵抗性の程度を示すパラメーターである。ＴＤＦを調べる適切な操作としてＡＯＡＣ（Association of Official Analytical Chemists）Method ９８５．２９および９９１．４３があり、これらはMegazyme International Ireland Ltd.の試験キットを用いて行うことができる。以下はＴＤＦ法の非常に簡単な説明である。通常、これらの操作では、高温安定性α‐アミラーゼが加えられたｐＨ８．２のＭＥＳ／ＴＲＩＳ緩衝液にデンプンが分散され、９５〜１００℃に３５分間保たれる。サンプルが６０℃に冷却され、プロテアーゼが加えられ、サンプルが３０分間処理される。次いで溶液はｐＨ４．１〜４．８に変えられ、グルコアミラーゼが溶液に加えられる。６０℃で３０分間の酵素処理後、９５％アルコールを加えることで食物繊維が沈殿する。沈殿物をセライト被覆るつぼに集め、一夜乾燥する。乾燥沈殿物重量を重量測定法により計測し、ＴＤＦ率が初期デンプン乾燥重量に基づき計算され、よって、ＴＤＦは乾燥基準値(dry basis value)である。
本発明の様々な態様が下記例から理解されうる。
【００２６】
実施例１
抵抗性デンプンは、下記操作を用いて、高アミロースデンプン（HS-7 Variety 4200,Honen Starch Co.）から製造できる：
（１）高アミロースデンプンの含水率を測定する。
（２）Leistritz ZSE-18/HP Laboratory二軸スクリュー押出機のフィードホッパーに高アミロースデンプンを入れる。
（３）押出機を始動させ、次のようにゾーン温度を設定する：
ゾーン１          ７０℃
ゾーン２          ７０℃
ゾーン３        １２０℃
ゾーン４        １４５℃
ゾーン５        １４５℃
ゾーン６        １２０℃
１８ｍｍ径、５４０ｍｍ長の同時回転二軸スクリュー押出機に適したスクリュー外形は、（スクリューエレメント長さに沿いＤまたは直径で）押出機の入口端から出口ダイ(outlet die)まで次の通りである。入口から約１６．５Ｄ位置までロングピッチでコンベヤースクリューエレメントが用いられ、スクリューエレメントの位置が前方になるほどピッチがわずかに減少している。約１６．５Ｄから１７．０Ｄまでは、３０度フォワード混練ブロックが用いられる。約１７Ｄから１８０Ｄまでショートピッチのコンベヤースクリューエレメント（cnveying screw element）が、１８Ｄから１８．５Ｄまで６０度フォワード混練ブロックに変わる。６０度混練ブロックセクションの末端から押出機の末端まで、ロングピッチでコンベヤースクリューエレメントが用いられる。
（４）２００ｒｐｍで押出機のスクリューを作動させ、１７．６ｍＬ／ｍｉｎの割合で水分を注入しながら２５ｇ／ｍｉｎで高アミロースデンプンを供給する。
（５）押出製品を集めて乾燥させる。
（６）冷却製品を望ましい粒径に製粉する。
（７）製品を２５０°Ｆ（１２１℃）および２５％水分で２時間にわたり熱および水分処理する。
熱および水分処理（工程７）前に、デンプンのＴＤＦ値は典型的には３０％の範囲内である。熱および水分処理後、ＴＤＦ値は典型的には約６０％である。
【００２７】
実施例２
温度および含水率を変えて、押出デンプンで数回の熱および水分処理ランを行った。７．６ｇ／ｍｉｎのデンプン供給速度、６．９ｍＬ／ｍｉｎの水注入速度および１５０℃の押出温度を用いて、実施例１の工程（１）〜（５）で記載されたように押出デンプンを生産した。表１では、熱‐水分処理の結果が要約されている。
【表１】
2008542503.tif 000002
ＴＤＦの最大改善は、約２０〜２５％水分および約１５０℃またはおそらくそれ以上の温度における処理から生じるようであった。
【００２８】
本発明の具体的態様の先の記載が本発明のすべての可能な態様のリストである、とは意図されない。当業者であれば、他の態様も請求の範囲内に属すると認めるであろう。
【国際調査報告】
2008542503.tif 000003
2008542503.tif 000004
2008542503.tif 000005