ОЛИГОСАХАРИДЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВКУСОАРОМАТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
OLIGOSACCHARIDES FOR CREATING FLAVORING PROPERTIES

Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к применению особого класса олигосахаридов, в настоящем документе называемого изоолигосахаридами, для создания вкусоароматических свойств во время термической обработки пищи. Изобретение также относится к применению таких олигосахаридов в форме отдельных соединений или их смесей, либо в форме ингредиентов, содержащих отдельные соединения или их смеси, либо в виде ферментативных или сброженных препаратов, содержащих отдельные соединения или их смеси.
Предпосылки создания изобретения
Вкусоароматические свойства продукта, включающие аромат (летучие соединения) и вкус (нелетучие соединения) продукта, признаны в качестве основных факторов, определяющих предпочтения у потребителей пищевых продуктов. Существует несколько способов модулирования вкусоароматических свойств в процессе производства пищевых продуктов. Самыми распространенными подходами являются применение сырья, имеющего богатые вкусоароматические свойства, а также добавление различных специй, натуральных или искусственных ароматизаторов, или усилителей вкуса.
Типичные вкусоароматические характеристики многих пищевых продуктов создаются во время термических процессов, таких как обжаривание, томление, высушивание, выпекание, подрумянивание, отваривание, экструзия и т.п. При всех этих процессах центральную роль в образовании вкусоароматических свойств и окраски играет реакция Майяра.
В любом случае существующие подходы имеют некоторые недостатки.
Применение чистых вкусоароматических активных молекул, таких как промышленные вкусоароматические добавки, в нескольких категориях продуктов является затруднительным (например, при производстве вафель или экструдированных зерновых изделий), поскольку многие желаемые летучие вкусоароматические компоненты теряются. Это происходит либо из-за термического разложения, либо из-за выпаривания (отгонки легких фракций) во время кулинарной обработки. Некоторые ароматические активные соединения нестабильны и подвергаются разложению и/или реагируют с другими соединениями в пищевом матриксе после термической обработки. Во время процесса выпекания или экструзии также выделяются большие объемы пара, который уносит летучие ароматические соединения.
В печеных изделиях, которые содержат другие компоненты, такие как начинка или шоколадное покрытие, вкусоароматические активные молекулы можно добавлять в невыпеченный компонент. Однако такое решение потребители могут воспринимать как искусственное, из-за несоответствия их ожиданиям (потребители ждут определенных вкусоароматических нот, таких как ноты поджаристого/выпеченного изделия, в печеном компоненте, а не в других компонентах). Подобным образом, в экструдированных изделиях вкусоароматические добавки можно добавлять в покрытие. Все же, при употреблении этих изделий с молоком вкусоароматические добавки частично вымываются в молоко еще до употребления, и следовательно, уменьшается насыщенность вкуса и аромата употребляемого изделия.
Таким образом, существует потребность в способе создания вкусоароматических активных соединений непосредственно в ходе обработки, в особенности в том самом компоненте, от которого потребители ожидают вкусоароматических свойств, так чтобы потеря в ходе обработки сводилась к минимуму.
Дополнительно, существует общая тенденция, обусловленная стремлением потребителей к замене или отказу от ненатуральных вкусоароматических ингредиентов.
Таким образом, существует и потребность в устранении ненатуральных вкусоароматических ингредиентов.
Помимо применения натуральных вкусоароматических добавок, многообещающим подходом к модуляции вкусоароматических свойств является термическая генерация вкусоароматических свойств при обработке пищевых продуктов.
Содержание реагентов Майяра (предшественников ароматизаторов) в сырьевых материалах часто является ограничивающим фактором, ответственным за слабую генерацию вкусоароматических свойств и, следовательно, за слабый вкус и аромат некоторых продуктов после термической обработки. Добавление чистых предшественников ароматизаторов (реагентов Майяра) может усиливать генерацию вкусоароматических свойств в процессах термической обработки и, таким образом, может применяться в качестве средства модуляции вкусоароматических свойств. В настоящем изобретении описан новый класс очень мощных предшественников ароматизаторов, которые доступны в промышленности в качестве пищевых ингредиентов.
Описано несколько подходов с целью усиления генерации вкусоароматических свойств в процессах термической обработки, которые основаны на добавлении предшественников реагентов Майяра. В публикации EP2000032 описано применение различных аминокислот и восстанавливающих сахаров для улучшения вкусоароматических свойств во время приготовления печеного пищевого продукта, такого как вафли, экструдированные зерновые изделия или печенье. В публикациях GB1421397A и US3930045 описано применение серосодержащих аминокислот и восстанавливающих сахаров для приготовления воздушного пористого пищевого продукта, имеющего мясной вкус и аромат. В публикации US4022920 описано применение соединений Амадори (промежуточных продуктов реакции Майяра) в качестве предшественников ароматизаторов для модуляции вкусоароматических свойств пищевого продукта, нагреваемого до по меньшей мере 90°C перед употреблением. В публикации EP1266581 описан способ биологического превращения аминокислот, пептидов и восстанавливающего сахара в присутствии дрожжей, и его применение при выпекании с целью усиления типичного аромата печеного изделия.
Несколько групп сообщили о влиянии сахаров и свободных аминокислот на развитие вкусоароматических свойств во время экструзии. Воздействие на органолептические свойства и на состав летучих соединений у экструдированной пшеничной муки наблюдали после добавления глюкозы (5%) и отдельных аминокислот (2%), таких как аланин, лейцин, лизин, треонин или цистеин. Также было описано сильное воздействие сахарозы (0,6%) и цистеина или пролина (0,5%) на органолептические свойства и профиль летучих соединений у экструдированной кукурузной муки (см. Fadel et al.: Egypt. J. Food Sci. 34 (1), 21–36 (2006)). Образование пахнущего карамелью пахучего вещества 4-гидрокси-2,5-диметил-3(2H)-фуранона в процессе экструзии изучали после добавления рамнозы и лизина, и определили главные параметры процесса и рецептуры, способствующие его образованию (см. Davidek et al.: Food Funct. 4, 1105–1110 (2013)).
Аминокислоты и восстанавливающие сахара также могут выделяться в ходе биологической обработки из источников белка и углеводов, соответственно. Например, при обработке зерна общепризнанным и широко используемым является ферментативный гидролиз муки α-амилазой и амилоглюкозидазой. Глюкоза и мальтоза, выделяющиеся при гидролизе крахмала, затем вносят существенный вклад в создание вкусоароматических свойств и цвета во время вальцовой сушки такого ферментативного препарата. Подобным образом, аминокислоты и восстанавливающие сахара могут создаваться во время осолаживания и, более конкретно, на стадии заварки солода, когда активируются эндогенные амилолитические и протеолитические ферменты прорастающих зерновых. В документе US5888562 описан способ обработки с помощью протеазы паст и суспензий, приготовленных из какао-бобов, для выделения свободных гидрофобных аминокислот, которые в дальнейшем улучшают вкусоароматические свойства какао при обжаривании.
Кроме того, уменьшение содержания сахара (сахарозы) в пищевых продуктах в настоящее время является глобальной тенденцией, обусловленной предпочтениями потребителей во всем мире. Снижение уровня сахарозы оказывает существенное влияние на вкусоароматические свойства, поскольку, в частности, приводит к уменьшению насыщенности вкуса и аромата. В особенности сильно это влияет на зерновые изделия, которые по существу имеют слабые собственные вкусоароматические свойства. Компенсация потери сладости после снижения уровня сахара представляет собой сложную задачу.
Таким образом, существует также потребность в снижении содержания сахаров при одновременном сохранении по меньшей мере сопоставимой насыщенности вкуса и аромата.
Помимо уменьшения содержания сахара, было бы желательно, чтобы сахара в пищевых продуктах (например, сахароза) заменялись другими углеводами, которые имели бы лучшие питательные ассоциации и/или обеспечивали некоторые полезные для здоровья эффекты. К сожалению, такая замена сахара создает аналогичные проблемы с точки зрения развития вкусоароматических свойств, так же как и указанное выше снижение содержания сахара. Некоторые решения, обеспечивающие полезные для здоровья эффекты, на самом деле скорее отрицательно сказываются на вкусе и аромате (например, включение отрубей, снижение содержания сахара и т.д.), что часто приводит к снижению потребительских предпочтений.
Таким образом, существует также потребность в замене сахаров углеводами, обладающими лучшими питательными ассоциациями и/или обеспечивающими полезные для здоровья эффекты, при одновременном сохранении по меньшей мере сопоставимой насыщенности вкуса и аромата в пищевом продукте.
Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что по меньшей мере одну или более из упомянутых выше проблем можно решить путем применения изоолигосахаридов формулы (I) ниже, которые описаны в качестве предшественников ароматизаторов в реакции Майяра, в условиях термической обработки.
Изложение сущности изобретения
Авторы изобретения неожиданно обнаружили выдающиеся способности изоолигосахарида формулы (I) к созданию ароматических активных соединений в процессах термической обработки.
В одном аспекте в настоящем изобретении предложено применение определенных изоолигосахаридов химической формулы (I) в качестве предшественников ароматизаторов в процессах термической обработки, например, в реакции Майяра и/или в условиях карамелизации.
В соответствии с настоящим изобретением олигосахаридам формулы (I) дают следующее определение:
R--------------------B
(I),
где
R и B соединены гликозидной связью 1→6;
B представляет собой звено моносахарида альдогексозы формулы B1 или звено моносахарида кетогексозы формулы B2, которое содержит атом углерода 6, несущий гидроксильную группу, образующую гликозидную связь 1→6 между R и B;
B1 представляет собой группу формулы:
,
причем знак звездочки (*) представляет точку, в которой группа B1 связана с остальной частью соединений формулы (I);
B2 представляет собой группу формулы:
,
причем знак звездочки (*) представляет точку, в которой группа B2 связана с остальной частью соединений формулы (I);
R представляет собой необязательно функционализированное пяти- или шестичленное звено моносахарида, которое содержит атом углерода 1, несущий группу -OH, образующую гликозидную связь 1→6.
В другом аспекте в настоящем изобретении предложен способ создания вкусоароматических свойств в термообработанном пищевом продукте, причем способ включает стадию a), на которой описанное выше соединение формулы (I) или его смеси вводят в реакцию в условиях термической обработки.
В другом аспекте в настоящем изобретении предложен способ создания вкусоароматических свойств в термообработанном пищевом продукте, причем способ включает стадию a), на которой описанное выше соединение формулы (I) или его смеси смешивают с ингредиентом, обеспечивающим свободные аминогруппы, и вводят в реакцию в условиях термической обработки.
Краткое описание графических материалов
Дополнительные элементы и преимущества настоящего изобретения раскрыты в описании и будут очевидны из описания предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления, которые приведены ниже со ссылкой на следующие графические материалы.
На Фиг. 1 представлен профиль сахаров в пшеничной муке, полученный после обработки α-амилазой и TGазой (сокращение от «трансглюкозидаза») (пример 1).
На Фиг. 2 представлена относительная концентрация (%) выбранных пахучих веществ в вафле B по сравнению с вафлей А, взятой за 100% (пример 2).
На Фиг. 3 представлены профили сахаров, определенные в супах, приготовленных с двумя различными ферментативными препаратами, соответственно: Суп А (AMG, сокращение от «амилоглюкозидаза») и суп B (TGаза) (пример 4).
На Фиг. 4 представлена относительная концентрация (%) выбранных пахучих веществ в готовом зерновом изделии, приготовленном из муки, обработанной TGазой (порошок А), в сравнении с изделием, приготовленным из муки, обработанной AMG (порошок B), взятым за 100% (пример 4).
На Фиг. 5 представлены одномерные органолептические профили готового зернового изделия, приготовленного из муки, обработанной TGазой (порошок А), и из муки, обработанной AMG (порошок B) (дегустацию проводили после растворения 50 г порошка в 100 мл теплой воды) (пример 4).
На Фиг. 6 приведены относительные выходы (%) 2,3-бутандиона и 4-гидрокси-2,5-диметил-3(2H)-фуранона, созданных из выбранных сахаров с эквимолярными количествами глицина во влажных условиях (выход для глюкозы взят за 100%) (пример 5).
На Фиг. 7 представлены относительные концентрации выбранных пахучих веществ в вафлях А (без сахара), B (глюкоза), С (мальтоза), D (изомальтоза) и E (палатиноза) (концентрация глюкозы взята за 100%) (пример 6).
На Фиг. 8 представлен профиль сахаров в эталонном порошке солодового экстракта и порошке солодового экстракта, полученном после обработки TGазой (пример 7).
На Фиг. 9 представлена относительная концентрация (%) выбранных пахучих веществ в нагретых смесях обработанного TGазой солодового экстракта с глицином и эталонного солодового экстракта с глицином (100%) (пример 8).
На Фиг. 10 представлена относительная концентрация (%) выбранных пахучих веществ в вафле B по сравнению с вафлей А, взятой за 100% (пример 9).
На Фиг. 11 представлена относительная концентрация (%) выбранных пахучих веществ в порошке B по сравнению с порошком А, взятым за 100% (пример 10).
На Фиг. 12 представлена относительная концентрация (%) выбранных пахучих веществ в порошке B по сравнению с порошком А, взятым за 100% (пример 11).
На Фиг. 13 представлена относительная концентрация (%) выбранных пахучих веществ в формуле B по сравнению с формулой А, взятой за 100% (пример 12).
На Фиг. 14 представлен профиль сахаров в цельнозерновой пшеничной муке, полученный после обработки α-амилазой и TGазой (пример 13).
На Фиг. 15 представлена относительная концентрация (%) пахучих веществ в экструдате B по сравнению с экструдатом А, взятым за 100% (пример 14).
Подробное описание изобретения
Изобретение, описанное в настоящем документе, относится к новой группе предшественников реагентов Майяра. Изобретатели неожиданно обнаружили выдающиеся способности к созданию определенных ароматических активных соединений во время термической обработки у изоолигосахаридов формулы (I), описанных ниже.
Изобретатели неожиданно обнаружили, что применение таких изоолигосахаридов формулы (I) в качестве предшественников ароматизаторов в реакции Майяра дает несколько преимуществ.
Замена сахарозы и/или других обычных восстанавливающих сахаров (например, глюкозы, мальтозы) этими изоолигосахаридами позволяет сохранить или усилить генерацию вкусоароматических свойств при обработке, что сможет компенсировать потерю насыщенности вкуса и аромата из-за снижения содержания сахара. Таким образом, применение изоолигосахаридов формулы (I) сможет способствовать уменьшению содержания сахара (диетическое преимущество) при обеспечении по меньшей мере сопоставимой насыщенности вкуса и аромата. На основании примеров можно заметить, что эти изоолигосахариды могут компенсировать отсутствие или уменьшение содержания восстанавливающих сахаров, таких как мальтоза и/или глюкоза.
Кроме того, описанное в настоящем документе изобретение предлагает частичную замену сахарозы или других моно- и дисахаридов, таких как глюкоза, мальтоза, альтернативными сахарами (изоолигосахаридами формулы (I)), которые имеют значительно лучшие ассоциации у потребителей благодаря полезным для здоровья эффектам.
Фактически, предшественники ароматизаторов, описанные в настоящем документе, известны множеством полезных для здоровья эффектов, поэтому применение этих ингредиентов обеспечивает сопутствующие преимущества. Такие преимущества, в частности для некоторых изоолигосахаридов формулы (I), таких как Palatinose™, хорошо описаны в литературе и будут дополнительно описаны ниже. Для нового класса предшественников ароматизаторов, представленного в настоящем изобретении, широко описаны снижение гликемического ответа, противокариесные свойства и другие свойства.
Более того, вкусоароматические активные соединения, создаваемые в крахмальном матриксе (например, во время производства зерновых изделий), сразу же встраиваются в крахмал. Это благоприятно с точки зрения их стабилизации, размещения в той части изделия, где их ожидает встретить потребитель, и их постепенного выделения во время употребления (жевания).
Определения
В контексте настоящего изобретения термин «вкусоароматическое вещество» означает ароматические (летучие соединения) и вкусовые (нелетучие соединения) вещества, которые содержатся в пищевом продукте. Такое вкусоароматическое вещество можно обнаруживать или оценивать с помощью различных средств, включая, например, органолептические и аналитические средства. В одном варианте осуществления вкусоароматические свойства, создаваемые в соответствии с настоящим изобретением, обеспечены летучими соединениями.
В контексте настоящего изобретения термин «предшественники ароматизаторов» означает виды молекул или содержащие их ингредиенты, которые добавляют к пищевому продукту с целью создания вкусоароматических свойств путем расщепления (например, в процессе карамелизации) или реакции с другими компонентами (например, в условиях реакции Майяра) во время термической обработки пищевых продуктов. Такие предшественники ароматизаторов сами по себе не обязательно имеют вкусоароматические свойства.
В контексте настоящего изобретения термин «карамелизация» будет иметь значение, обычно придаваемое ему в данной области техники, и он определяет термическую реакцию сахаров как таковую, с образованием характерного карамельного вкуса, аромата и коричневого цвета. Необязательно, в процессе карамелизации можно применять различные ингредиенты (например, кислоты, соли аммония), чтобы облегчить разложение сахара.
В контексте настоящего изобретения термины «реакция Майяра» и «реагенты/продукты Майяра» будут иметь значение, обычно придаваемое им в данной области техники, и они означают сложную последовательность химических реакций между карбонильными и аминными компонентами, производными от биологических систем, происходящую в пищевых матриксах или пищевых добавках (например, в солях аммония), и связанные с ними реагенты и продукты, соответственно. В настоящем документе термин «реакция Майяра» используется в установленном широком смысле для обозначения таких реакций и включает близкородственные реакции, которые обычно связаны с реакцией Майяра в строгом смысле (например, разложение Штрекера).
В контексте настоящего изобретения термин «моносахарид» означает углеводы, содержащие от 3 до 6 атомов углерода. Они могут представлять собой полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны в зависимости от того, содержат они альдегидную или кетоновую группу, наряду с атомами углерода в цепи с замещающей группой –OH. Полигидроксиальдегиды называются «альдозами». Полигидроксикетоны называются «кетозами». Не ограничивающими примерами 6-углеродных моносахаридов (гексоз) являются: аллоза, альтроза, глюкоза, манноза, гулоза, идоза, галактоза, талоза, псикоза, фруктоза, сорбоза и тагатоза. Не ограничивающими примерами 5-углеродных моносахаридов (пентоз) являются: рибоза, арабиноза, ксилоза, ликсоза, рибулоза и ксилулоза.
В контексте настоящего изобретения термин «олигосахарид» означает линейный или разветвленный сахаридный полимер, содержащий небольшое число (как правило, от двух до десяти) простых сахаров (5- или 6-членных моносахаридов, как указано выше). Моносахариды, образующие звенья олигосахаридов, могут быть необязательно функционализированными, например, по свободным –OH группам, как указано ниже.
В контексте настоящего изобретения термин «гликозидная связь 1→6» или «гликозидное соединение 1→6» означает ковалентную связь, образованную между группой –OH на углероде 1 одной молекулы моносахарида и группой –OH на углероде 6 другой смежной молекулы моносахарида.
В контексте настоящего изобретения термин «изоолигосахарид» означает олигосахарид, описанный выше, который содержит по меньшей мере одну «гликозидную связь 1→6» или «гликозидное соединение 1→6», как описано выше. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения по меньшей мере эта гликозидная связь 1→6, содержащаяся в изоолигосахариде в соответствии с настоящим изобретением, находится на восстанавливающем конце молекулы.
В контексте настоящего изобретения термин «восстанавливающий конец» для звена олигосахарида означает конечный моносахарид со свободным аномерным углеродом, который не участвует в образовании гликозидной связи.
В контексте настоящего изобретения термин «аномерный углерод» означает карбонильный углерод моносахарида в его ациклической форме. В зависимости от положения группы –OH, соединенной с аномерным углеродом, когда моносахарид находится в циклической форме (конформация кресла), конфигурация такого углерода определяется как α (альфа) или β (бета), если группа –OH является аксиальной либо экваториальной, соответственно.
В контексте настоящего изобретения термин «функционализированный», применительно к звеньям моносахарида или олигосахарида, означает звенья моносахарида или олигосахарида в соответствии с настоящим изобретением, в которых одна или более из групп –OH сахара замещены на атом водорода или органическую группу А, либо в которых атом кислорода группы –OH имеет замещение органической группой A. Органическая группа А в контексте настоящего изобретения может быть выбрана из группы, состоящей из: моносахарида, линейного или ветвистого олигосахарида, агликона, линейной или ветвистой алкильной группы C1–C8, линейной или ветвистой алкоксигруппы C1–C8, карбоксильной группы и т.п.
В контексте настоящего изобретения термин «ингредиент, обеспечивающий свободные аминокислотные группы» означает ингредиент, содержащий или образованный из одного или более молекулярных соединений, которые в своей структуре содержат свободную аминогруппу. Не ограничивающими примерами таких ингредиентов являются: интактные или гидролизованные белки, пептиды, аминокислоты (например, все аминокислоты животного, растительного или микробного происхождения), гликозамин, или содержащие их ингредиенты. Не ограничивающими примерами животных белков или содержащих их ингредиентов являются: молочные белки (например, сывороточные белки, казеин), снятое или цельное молоко (жидкое или сухое), белки мяса. Не ограничивающими примерами растительных белков или содержащих их ингредиентов являются: зерновые (например, пшеница, солод и т.п.), зерновая мука (например, пшеничная, ржаная, рисовая и т.п.), белки зерна (например, клейковина), какао, кофе и т.п., бобовые (например, горох, чечевица, бобы) и белки бобовых.
В контексте настоящего изобретения термин «термообработанный пищевой продукт» или «термообработанный продукт» означает пищевые продукты, полученные посредством термической обработки. которые пригодны для употребления сразу же или после растворения, и/или которые можно использовать в качестве ингредиента для дальнейшей обработки с приготовлением пищевого или питьевого продукта. Не ограничивающими примерами термообработанных пищевых продуктов являются: изделия, содержащие злаки (например, печеные, сушеные, экструдированные, томленые, жареные, отваренные, облученные микроволнами), бисквиты, печенья, вафли, зерновые изделия (готовые завтраки для всей семьи и детские), хлеб, мороженое в рожке, пицца, хлебные палочки, заменители хлеба, хлебобулочные изделия, пироги, кексы, зерновые (например, солодовые) и/или какао, и/или кофейные напитки, шоколадные и похожие на шоколад изделия, корма для домашних животных, молочные изделия (например, йогурты, коктейли), кулинарные изделия (например, соусы, супы, бульоны, паста, лапша).
В контексте настоящего изобретения термин «термическая обработка» или «температурная обработка» означает стадию обработки, на которой пищевой продукт может подвергаться микробиологической, физической и/или химической модификации в результате воздействия высокой температуры в течение заданного периода времени. Не ограничивающими примерами термической или температурной обработки являются: вальцовая сушка, выпекание, вакуумная ленточная сушка, обжаривание, томление, экструзия, подрумянивание, отваривание, например, нагревание в периодическом реакторе или в ходе непрерывных процессов, таких как в трубчатом теплообменнике, пластинчатом теплообменнике, теплообменнике со скребковой поверхностью и т.д.
Соединения формулы (I)
В одном варианте осуществления, если B представляет собой группу B1, то олигосахарид формулы (I) представляет собой изоолигосахарид формулы (IB1):
(IB1),
где группа R соответствует приведенному выше определению для соединений формулы (I).
В одном варианте осуществления соединений формулы (IB1) группа B1 представляет собой звено глюкозы, а R представляет собой звено глюкозы или олигосахарид, содержащий только звенья глюкозы.
В одном варианте осуществления, если B представляет собой группу B1, B1 представляет собой звено глюкозы, а R представляет собой звено глюкозы или олигосахарид, содержащий только звенья глюкозы, связанные только гликозидной связью 1→6, то олигосахарид формулы (IB1) также может именоваться «изомальтоолигосахаридом».
В одном варианте осуществления, если B представляет собой группу B2, то олигосахарид формулы (I) представляет собой олигосахарид формулы (IB2):
(IB2),
где группа R соответствует приведенному выше определению для соединений формулы (I).
В одном варианте осуществления, если R функционализирован таким образом, что одна или более групп –OH в звене моносахарида R замещена группой A–O–*, как описано выше, и А представляет собой моносахарид или линейный или разветвленный олигосахарид, то гликозидная связь, образующая соединение, предпочтительно представляет собой гликозидную связь 1→6.
Как будет очевидно специалисту в данной области, в соединениях формулы (I) группа B может присутствовать в форме с открытой цепью (ациклической) или в форме с замкнутой цепью (циклической), и обе такие формы входят в объем настоящего изобретения.
В одном варианте осуществления в соединениях формулы (I) группа B представлена в конфигурации с открытой цепью. По существу считается, что именно конфигурация с открытой цепью ответственна за способность и активность в создании вкусоароматических свойств.
Как будет очевидно специалисту в данной области, соединения формулы (I) в соответствии с настоящим изобретением также могут существовать в форме различных стереоизомеров, которые происходят от различия конфигураций стереогенных атомов углерода в звеньях моносахаридов, содержащихся в цепи изоолигосахаридов. Все такие стереоизомеры входят в объем настоящего изобретения.
В одном варианте осуществления стереогенная конфигурация атомов углерода в звеньях моносахаридов, входящих в соединения формулы (I), такова, что звенья моносахаридов имеют стереохимическую форму, обычно встречающуюся в природе.
В одном варианте осуществления, если R функционализирован, то одна или более групп –OH в звене моносахарида R отсутствуют (замещены атомом водорода) или замещены функциональной группой, выбранной из группы, состоящей из: A–O–* и А–*, где А описана выше, а знак звездочки (*) представляет точку, в которой группа A–O– или A– связана с остальной частью соединений формулы (I) через атом углерода, исходно несущий группу –OH, которая теперь замещена функциональной группой A–* или A–O–*.
Не ограничивающие примеры изоолигосахаридов формулы (I) вместе с регистрационными номерами CAS представлены ниже в таблице 1.
Таблица 1. Примеры некоторых изоолигосахаридов формулы (I)
Название
Систематическое название
Номер CAS
β-Гентиобиоза
6-O-β-D-глюкопиранозил- β-D-глюкопираноза
5996-00-9
α-Мелибиоза
6-O-α-D-галактопиранозил-α-D-глюкопираноза
13299-20-2
β-Мелибиоза
6-O-α-D-галактопиранозил- β-D-глюкопираноза
13299-21-3
α-Изомальтоза
6-O-α-D-глюкопиранозил-α-D-глюкопираноза
35867-21-1
6-O-β-D-галактопиранозил- D-галактопираноза
3031-35-4
6-O-α-D-галактопиранозил- D-галактопираноза
902-54-5
6-O-β-D-галактопиранозил- D-глюкопираноза
645-03-4
6-O-α-D-галактопиранозил- D-глюкопираноза
5340-95-4
6-O-β-D-глюкопиранозил- D-глюкопираноза
16750-26-8
6-O-α-D-маннопиранозил- D-глюкопираноза
16967-97-8
6-O-α-D-глюкопиранозил- D-глюкопираноза
24822-33-1
Изомальтоза
6-O-α-D-глюкопиранозил- D-глюкоза
499-40-1
Гентиобиоза
6-O-β-D-глюкопиранозил- D-глюкоза
554-91-6
Мелибиоза
6-O-α-D-галактопиранозил- D-глюкоза
585-99-9
6-O-β-D-галактопиранозил- D-галактоза
5077-31-6
Маннобиоза
6-O-α-D-маннопиранозил- D-манноза
6614-35-3
Галактобиоза
6-O-α-D-галактопиранозил- D-галактоза
13117-25-4
Аллолактоза
6-O-β-D-галактопиранозил- D-глюкоза
28447-39-4
6-O-β-D-маннопиранозил- D-манноза
71184-87-7
Эпигентиобиоза
6-O-β-D-глюкопиранозил- D-манноза
25538-26-5
Изомальтулоза (палатиноза)
6-O-α-D-глюкопиранозил- D-фруктоза
13718-94-0
Гентиобиулоза
6-O-β-D-глюкопиранозил- D-фруктоза
132436-90-9
Мелибиулоза
6-O-α-D-галактопиранозил- D-фруктоза
111188-56-8
Изомальтотриоза
O-α-D-глюкопиранозил-(1→6)-O-α-D-глюкопиранозил-(1→6)- D-глюкоза
3371-50-4
Маннинотриоза
O-α-D-галактопиранозил-(1→6)-O-α-D-галактопиранозил-(1→6)- D-глюкоза
13382-86-0
Изопаноза
O-α-D-глюкопиранозил-(1→4)-O-α-D-глюкопиранозил-(1→6)- D-глюкоза
32581-33-2
Изомальтотетраоза
O-α-D-глюкопиранозил-(1→6)-O-α-D-глюкопиранозил-(1→6)-O-α-D-глюкопиранозил-(1→6)- D-глюкоза
35997-20-7
α-Изомальтулоза
6-O-α-D-глюкопиранозил-α-D-фруктофураноза
58166-27-1
Рутиноза
6-O-α-L-рамнопиранозил- D-глюкоза
90-74-4
Рутинулоза
6-O-α-L-рамнопиранозил- D-фруктоза
1360593-47-0
В одном варианте осуществления изоолигосахарид формулы (I) для применения в соответствии с настоящим изобретением выбран из группы, состоящей из:
6-O-β-D-глюкопиранозил- β-D-глюкопиранозы
6-O-α-D-галактопиранозил-α-D-глюкопиранозы
6-O-α-D-галактопиранозил- β-D-глюкопиранозы
6-O-α-D-глюкопиранозил-α-D-глюкопиранозы
6-O-β-D-галактопиранозил- D-галактопиранозы
6-O-α-D-галактопиранозил- D-галактопиранозы
6-O-β-D-галактопиранозил- D-глюкопиранозы
6-O-α-D-галактопиранозил- D-глюкопиранозы
6-O-β-D-глюкопиранозил- D-глюкопиранозы
6-O-α-D-маннопиранозил- D-глюкопиранозы
6-O-α-D-глюкопиранозил- D-глюкопиранозы
6-O-α-D-глюкопиранозил- D-глюкозы
6-O-β-D-глюкопиранозил- D-глюкозы
6-O-α-D-галактопиранозил- D-глюкозы
6-O-β-D-галактопиранозил- D-галактозы
6-O-α-D-маннопиранозил- D-маннозы
6-O-α-D-галактопиранозил- D-галактозы
6-O-β-D-галактопиранозил- D-глюкозы
6-O-β-D-маннопиранозил- D-маннозы
6-O-β-D-глюкопиранозил- D-маннозы
6-O-α-D-глюкопиранозил- D-фруктозы
6-O-β-D-глюкопиранозил- D-фруктозы
6-O-α-D-галактопиранозил- D-фруктозы
O-α-D-глюкопиранозил-(1→6)-O-α-D-глюкопиранозил-(1→6)- D-глюкозы
O-α-D-галактопиранозил-(1→6)-O-α-D-галактопиранозил-(1→6)- D-глюкозы
O-α-D-глюкопиранозил-(1→4)-O-α-D-глюкопиранозил-(1→6)- D-глюкозы
O-α-D-глюкопиранозил-(1→6)-O-α-D-глюкопиранозил-(1→6)-O-α-D-глюкопиранозил-(1→6)- D-глюкозы
6-O-α-D-глюкопиранозил-α-D-фруктофуранозы
6-O-α-L-рамнопиранозил- D-глюкозы
6-O-α-L-рамнопиранозил- D-фруктозы
или их смесей.
Как будет очевидно специалисту в данной области, соединения формулы (I), (IB1) и/или (IB2) можно применять в соответствии с настоящим изобретением в форме отдельных соединений или их смесей, либо в форме ингредиентов, содержащих отдельные соединения или их смеси, либо в виде ферментативных или сброженных препаратов, содержащих отдельные соединения или их смеси. Применение соединений формулы (I), (IB1) и/или (IB2) во всех вышеуказанных формах входит в объем настоящего изобретения.
В одном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением соединение формулы (I) представляет собой соединение формулы (IB1), например, изомальтоолигосахарид или его смеси.
Изомальтоолигосахариды (IMO)
Изомальтоолигосахариды (IMO) являются представителями вышеуказанной группы изоолигосахаридов формулы (IB1). Термином «изомальтоолигосахарид» часто обозначали смесь короткоцепочечных углеводов, обладающих свойством устойчивости к расщеплению.
В строгом смысле, изомальтоолигосахариды являются олигомерами глюкозы со связями α-D-(1,6) (т. е. глюкозилсахаридами, содержащими в молекуле только связи α1→6) и они включают, например, изомальтозу, изомальтотриозу, изомальтотетраозу, изомальтопентаозу и более длинные разветвленные олигосахариды.
IMO естественно встречаются в некоторых пищевых продуктах (например, в меде), а также производятся промышленно. Исходным материалом, используемым для производства, является крахмал или кукурузный сироп, который превращают в смесь IMO с помощью химических или ферментативных процессов.
Промышленный сироп IMO, например, представляет собой смесь глюкозильных сахаридов, имеющих как связи α1→6, так и связи α1→4 (например, паноза) на восстанавливающем конце. Более того, это определение («промышленные IMO») в последние годы распространилось на глюкоолигосахариды, связанные через связь α1→6 и/или содержащие в меньшей пропорции глюкозидные связи α1→3 (нигероолигосахариды) или α1→2 (койиолигосахариды) на восстанавливающем конце.
Хотя такие промышленные ингредиенты IMO содержат изоолигосахариды и/или соединения формулы (IB1) в соответствии с настоящим изобретением, специалисту в данной области будет понятно, что они также содержат виды олигосахаридов, которые не подпадают под объем настоящего изобретения (например, отличаются от изоолигосахаридов формулы (I) отсутствием связи α1→6 на восстанавливающем конце). Тем не менее, если такие промышленные ингредиенты также содержат одно или более соединений формулы (IB1), то их можно применять в соответствии с настоящим изобретением в качестве предшественников ароматизаторов при термической обработке, например, в процессе карамелизации и/или в реакции Майяра.
IMO представляют собой многофункциональные диетические молекулы, которые могут оказывать положительное действие на здоровье пищеварительной системы человека. Существует ряд научных статей, посвященных роли IMO с активностями пребиотика, снижения метеоризма (т.е. уменьшения образования газов), снижения гликемического индекса и торможения кариеса.
IMO находят глобальное признание у производителей пищевых продуктов для применения в широком спектре пищевых продуктов. Они заслуживают одобрение как мощные функциональные ингредиенты пищевых продуктов и напитков, и получают признание разработчиков пищевых рецептур и производителей пищевых продуктов и напитков в широком диапазоне применения. Хотя в США большинство компаний, производящих пищевые продукты, используют IMO в качестве источника пищевых волокон, IMO также служат как низкокалорийный подсластитель. При относительной сладости, составляющей около 50% от сахарозы (сахара), IMO не могут заменять сахар в равном соотношении. Однако в качестве естественного пищевого ингредиента, имеющего высокую переносимость и наименьшие побочные эффекты по сравнению с другими олигосахаридами того же класса, эти углеводы привлекают все большее внимание в Северной Америке, а также в Европе.
Существует множество патентов, описывающих различные применения IMO в пищевых продуктах, однако их способность к созданию вкусоароматических свойств была неизвестной.
Известно множество ферментативных препаратов IMO, например, с использованием ферментов трансглюкозидазы / α-глюкозидазы (например, US8637103, US8617636, US 7608436). Получение IMO путем сбраживания, например, из смеси сахароза/мальтоза с помощью Leuconostoc mesenteroides ATCC 13146 описано в публикации US7772212 B2.
Можно необязательно применять для получения IMO химические процессы, например, такие как обработка крахмала кислотой или щелочью, с последующей ферментативной обработкой.
Что касается выбора источника, то, например, материал VitaFiber™ от компании BioNeutra представляет собой доступную промышленную смесь высокоочищенных изомальтоолигосахаридов, полученную путем ферментативного превращения крахмала. Заявлено, что этот продукт обладает диетической функцией «три в одном» (растворимое пищевое волокно, пребиотик и низкокалорийный подсластитель). Все же, поставщик не рекламирует никаких полезных свойств, связанных с созданием вкуса и аромата.
В одном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением соединение формулы (I) представляет собой соединение формулы (IB1), например, мелибиозу.
Мелибиоза
Другим примером соединения формулы (IB1) является мелибиоза (6-O-α-D-галактопиранозил-D-глюкоза), точнее, a-мелибиоза, которая встречается в натуральных растениях, таких как какао-бобы, а также встречается в обработанных соевых бобах. Считается, что она представляет собой нерасщепляемый дисахарид, который увеличивает содержание лактобактерий, особенно бифидобактерий, и улучшает состояние стула у человека. Ее можно получать ферментативно, например, с помощью декстрансахаразы (E.C. 2.4.1.10), путем донорно-акцепторной реакции сахарозы/рафинозы, соответственно, или с помощью β-фруктофуранозидазы (E.C. 3.2.1.26), катализирующей гидролиз рафинозы, при котором образуются мелибиоза и фруктоза.
В одном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением соединение формулы (I) представляет собой соединение формулы (IB1), например, гентиобиозу.
Гентиобиоза
Гентиобиоза (6-O-β-D-глюкопиранозил-D-глюкоза) встречается в кроцине, который представляет собой красящее соединение в шафране. Ее можно получить путем карамелизации глюкозы или ферментативным способом, например, с помощью β-глюкозидазы (E.C. 3.2.1.119) из глюкозы и целлобиозы путем реакции трансгликозилирования.
В одном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением соединение формулы (I) представляет собой соединение формулы (IB2), например изомальтулозу, точнее, изомальтулозу.
Изомальтулоза (Palatinose™)
Изомальтулоза является еще одним представителем указанного выше класса изоолигосахаридов, в частности, это один из примеров соединения формулы (IB2). Изомальтулоза представляет собой дисахаридный углевод, состоящий из глюкозы и фруктозы, связанных α-1,6-гликозидной связью (химическое название: 6-O-α-D-глюкопиранозил-D-фруктоза). Изомальтулоза естественным образом присутствует в меде и экстрактах сахарного тростника. Она имеет вкус, сходный с сахарозой, но имеет меньшую сладость (около 50% по сравнению с сахарозой). Изомальтулоза также известна под торговым наименованием Palatinose™, которую производят путем ферментативной перестройки (изомеризации) сахарозы. Фермент (сахарозомутаза) и его источник были открыты и запатентованы компанией Bayer (EP0049801, 1980 г. и EP0200069, 1985 г. – непрерывный процесс). Компания Beneo направила в EFSA нормативное досье по использованию синтазы изомальтулозы (EC 5.4.99.11, синоним сахарозомутазы) из Protaminobacter rubrum (штамм Z12A) в целях производства изомальтулозы как нового пищевого продукта. Изомальтулозу также можно получать путем сбраживания сахарозы с помощью, например, Protaminobacter rubrum (Патент Германии № 1049800, 1959 г.), или как побочный продукт производства декстрана из сахарозы с помощью Leuconostoc mesenteroides.
При употреблении изомальтулозы вместо сахарозы и некоторых других углеводов наблюдаются глубокие различия влияния на физиологию человека (и животных), с несколькими возможными полезными для здоровья эффектами. Палатиноза представляет собой низкокалорийный подсластитель, который считается благоприятным для зубов (антикариогенный) и имеет низкий гликемический индекс (слабая реакция уровня глюкозы в крови, в то же время может полностью расщепляться). По сравнению с сахарозой и большинством других углеводов, изомальтулоза расщепляется у человека и животных медленно и постоянно, и по существу не является субстратом для бактерий ротовой полости (т.е. изомальтулоза благоприятна для зубов, поскольку не способствует кариесу).
Несколько официальных органов по пищевым продуктам во всем мире активно одобрили некоторые утверждения о полезности для здоровья, например, «не вызывает кариеса», «меньший подъем уровня глюкозы в крови», «медленно гидролизуется», «источник энергии с медленным выделением», «дольше обеспечивает энергию» и т.д.
Палатинозу используют как заменитель сахара в пищевых продуктах в Японии с 1985 г.
Палатиноза представляет собой доступный промышленный пищевой ингредиент, поставляемый, например, компанией Beneo. Поставщик не рекламирует полезных свойств, связанных с созданием вкуса и аромата.
Источники соединений формулы (I)
Как будет очевидно из вышеупомянутого раздела, в котором описаны различные примеры соединений формулы (I) и существующие их источники/препараты, в основном существует три источника ингредиентов, которые состоят из или содержат соединения формулы (I), (IB1) и/или (IB2), и все они входят в объем настоящего изобретения. Эти источники таковы:
(i) доступные промышленные чистые соединения формулы (I), (IB1) и/или (IB2);
(ii) доступный промышленный ингредиент, содержащий одно или более соединений формулы (I), (IB1) и/или (IB2);
(iii) препарат, содержащий одно или более соединений формулы (I), (IB1) и/или (IB2), полученных с помощью процессов химических, ферментативных и/или сбраживания.
Промышленные источники
Палатиноза (например, от Beneo) представляет собой пример по п. (i) выше, т. е. доступное промышленное чистое соединение формулы (IB2).
Материал VitaFiber™ (например, от BioNeutra) представляет собой доступную промышленную смесь высокоочищенных изомальтоолигосахаридов, полученных путем ферментативного превращения крахмала, поэтому он является примером по п. (ii) или (iii) выше, т. е. доступным промышленным ингредиентом, содержащим несколько соединений формулы (IB1), которые были получены ферментативным способом. Помимо высоких уровней изомальтозы и изомальтотриозы (вместе приблиз. 30%), материал VitaFiber™ также содержит другие сахариды, такие как мальтоза, мальтотриоза, паноза и некоторые высшие IMO и олигосахариды.
Как указано выше в пункте (iii), препараты (например, ингредиенты), содержащие одно или более соединений формулы (I), (IB1) и/или (IB2), можно получать с помощью процессов химических, ферментативных и/или сбраживания.
Ферментативное получение
Более конкретно, ферментативный процесс получения препаратов (например, ингредиентов), содержащих одно или более соединений формулы (I), (IB1) и/или (IB2), относится к обработке сырьевых материалов, богатых подходящими предшественниками сахаров, с помощью специфичных ферментов, которая приводит к образованию желаемых соединений формулы (I), (IB1) и/или (IB2).
Примеры сырьевых материалов и ферментов, позволяющих создавать определенные изоолигосахариды, перечислены ниже:
• Получение изомальтоолигосахаридов (IMO). Ферментативным получением IMO называется обработка ингредиентов, богатых крахмалом или мальтодекстринами, с помощью двух ферментов: α-амилазы и трансглюкозидазы / α- глюкозидазы. Сначала крахмал гидролизуется до низкомолекулярных мальтодекстринов и мальтоолигосахаридов, которые служат субстратами (донорами) в реакции трансгликозилирования, катализируемой вторым ферментом. Добавление β-амилазы также можно рассмотреть для повышения выработки мальтозы, которая является предпочтительным субстратом-донором для трансглюкозидазы. Ингредиенты, богатые мальтозой (например, экстракт солода), можно прямо обрабатывать трансглюкозидазой / α-глюкозидазой без предварительной обработки α-амилазой. Не ограничивающими примерами ингредиентов, богатых крахмалом/мальтодекстринами/мальтозой, являются мука из любых зерновых культур, включая рис, кукурузу (маис), пшеницу, овес, ячмень, просо и другие, крахмалы иного растительного происхождения, мальтодекстрины, глюкозные сиропы, экстракты солода или злаков, и т.п.
• Получение палатинозы. Ферментативным получением палатинозы называется обработка сахарозы или ингредиентов, богатых сахарозой, с помощью фермента синтазы изомальтулозы (EC 5.4.99.11), вызывающего ферментативную перестройку (изомеризацию) сахарозы с образованием палатинозы. Можно использовать следующие источники сахарозы: сахарную свеклу, сахарный тростник, растения (например, фруктовые или овощные пюре, соки, концентраты).
• Получение мелибиозы. Ферментативное получение мелибиозы можно осуществить, например, с помощью декстрансахараз, путем донорно-акцепторной реакции сахарозы/рафинозы, соответственно, или с помощью β-фруктофуранозидазы, катализирующей гидролиз рафинозы, при котором образуются мелибиоза и фруктоза. В качестве источников рафинозы могут служить следующие сырьевые материалы: бобы, капуста, брюссельская капуста, брокколи, спаржа, другие овощи и цельные злаки.
Получение сбраживанием
Термин «сбраживание» относится к обработке сырьевых материалов, богатых подходящими субстратами, с помощью специально отобранных микроорганизмов (например, бактерий, дрожжей, грибков), которая приводит к образованию определенных изоолигосахаридов. Некоторые примеры сырьевых материалов и микроорганизмов представлены в разделе «Предпосылки создания изобретения».
Химическое и ферментативное получение
Можно необязательно применять для получения IMO химические процессы, например, такие как обработка крахмала кислотой или щелочью, с последующей ферментативной обработкой.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения предложено соединение формулы (I), (IB1) и/или (IB2) для стадии a) способа изобретения в форме ингредиента, состоящего из соединения формулы (I), (IB1), (IB2) или его смесей.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения предложено соединение формулы (I), (IB1) и/или (IB2) для стадии a) способа изобретения в форме ингредиента, содержащего соединение формулы (I), (IB1), (IB2) или его смеси.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения предложено соединение формулы (I), (IB1) и/или (IB2) для стадии a) способа изобретения в форме ингредиента, содержащего соединение формулы (I), (IB1), (IB2) или его смеси, которые приготовлены ферментативным способом или сбраживанием.
В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения предложено соединение формулы (I), (IB1) и/или (IB2) для стадии a) способа изобретения в форме ингредиента, содержащего соединение формулы (I), (IB1), (IB2) или его смеси, которые получены ферментативным способом.
В одном варианте осуществления ферментативное получение ингредиента, содержащего соединение формулы (I), (IB1), (IB2) или его смеси, выполняют выше по потоку от стадии a) термической обработки, как описано выше, и весь процесс происходит последовательным образом.
В другом варианте осуществления ферментативное получение ингредиента, содержащего соединение формулы (I), (IB1), (IB2) или его смеси, выполняют перед стадией a) термической обработки, как описано выше, и ферментативное получение поддерживают при подходящих условиях до момента его применения на стадии а). В таком варианте осуществления, в целях надлежащей консервации, может потребоваться инактивация фермента путем термической обработки в ходе ферментативного получения.
Способ создания вкусоароматических свойств в термообработанном пищевом продукте
В одном аспекте настоящего изобретения предложен способ создания вкусоароматических свойств в термообработанном пищевом продукте, который включает стадию a), на которой описанное выше соединение формулы (I) вводят в реакции в условиях термической обработки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ создания вкусоароматических свойств в термообработанном пищевом продукте, который включает стадию a), на которой соединение формулы (I), описанное в п. 1, или его смеси, смешивают с ингредиентом, обеспечивающим свободные аминогруппы, и вводят в реакцию в условиях термической обработки.
Смешивание
В одном варианте осуществления соединение формулы (I), (IB1) и/или (IB2) смешивают с ингредиентом, обеспечивающим свободные аминогруппы, как указано выше.
Смешивание соединения формулы (I), (IB1) и/или (IB2), как описано выше, можно выполнять любым способом, известным специалисту в данной области, например, путем влажного смешивания, сухого смешивания, вымачивания из раствора или дисперсии в жир.
Количество соединений формулы (I), (IB1) и/или (IB2) в смеси может варьировать от 0,01 до 80% (масс. % сухого вещества).
Термическая обработка
Термическая генерация вкусоароматических свойств относится к процессу, в котором соединение формулы (I), (IB1) и/или (IB2) и необязательно ингредиент, обеспечивающий свободные аминогруппы, как описано выше, нагревают при температурах, как правило, от 70 °C до 180 °C в течение времени от 0,1 мин. до 100 мин. Примерами процессов нагревания являются: вальцовая сушка, выпекание, экструзия, вакуумная ленточная сушка, обжаривание, отваривание, томление, нагревание в периодическом реакторе или в ходе непрерывных процессов, таких как в трубчатом теплообменнике, пластинчатом теплообменнике, теплообменнике со скребковой поверхностью и т.д.
Рабочие условия термической обработки (температура, время) такие, которые типично применяются в данной области для каждого типа термической обработки, и будут очевидны специалисту на основании его знаний в данной области.
Смесь, подвергаемая термической обработке, может характеризоваться широким диапазоном уровней влажности (например, от 0,1 до 99%).
В одном варианте осуществления обрабатываемая смесь представляет собой влажную смесь, имеющую, например, полное содержание твердых веществ менее 70% по массе, например менее 60% по массе.
В другом варианте осуществления смесь, подвергаемая термической обработке, представляет собой сухую смесь, имеющую, например, полное содержание твердых веществ более 70%.
Ферментативное получение соединений формулы (I), (IB1) и/или (IB2)
В одном варианте осуществления ферментативное получение ингредиента, содержащего соединение формулы (I), (IB1), (IB2) или его смеси, выполняют выше по потоку от стадии a), как описано выше, и весь процесс происходит последовательным образом.
Таким образом, в одном варианте осуществления предложен способ создания вкусоароматических свойств в термообработанном пищевом продукте, который включает следующие стадии:
b) выполнения ферментативного получения ингредиента, содержащего соединение формулы (I), (IB1) и/или (IB2);
a) непосредственного смешивания ингредиента, содержащего соединение формулы (I), (IB1) и/или (IB2) или их смеси, полученные на стадии b), с ингредиентом, обеспечивающим свободные аминогруппы, и введения в реакцию в условиях термической обработки.
В другом варианте осуществления ферментативное получение ингредиента, содержащего соединение формулы (I), (IB1) и/или (IB2) или его смеси, выполняют перед стадией a), как описано выше, и ферментативное получение поддерживают при подходящих условиях до момента его применения на стадии a). В таком варианте осуществления, в целях надлежащей консервации, может потребоваться инактивация фермента путем термической обработки в ходе ферментативного получения.
В другом варианте осуществления предложен способ создания вкусоароматических свойств в термообработанном пищевом продукте, который включает следующие стадии:
b) выполнения ферментативного получения ингредиента, содержащего соединение формулы (I), (IB1) и/или (IB2);
c) хранения ингредиента, содержащего соединение формулы (I), (IB1) и/или (IB2) или их смеси, полученные на стадии b), для дальнейшего использования
a) смешивания ингредиента, содержащего соединение формулы (I), (IB1) и/или (IB2) или их смеси, полученные на стадии c), с ингредиентом, обеспечивающим свободные аминогруппы, и введения в реакцию в условиях термической обработки.
В одном варианте осуществления, в котором изоолигосахариды формулы (I) представляют собой IMO, как описано выше, ферментативное получение содержащего их ингредиента в соответствии со стадией b), как описано выше, можно выполнять следующим образом.
Ферментативное получение IMO относится к обработке ингредиентов, богатых крахмалом или мальтодекстринами, с помощью двух ферментов: α-амилазы и трансглюкозидазы/глюкозидазы. Сначала крахмал гидролизуется до низкомолекулярных мальтодекстринов и мальтоолигосахаридов, которые служат субстратами (донорами и акцепторами) в реакции трансгликозилирования, катализируемой вторым ферментом. Добавление β-амилазы также можно рассмотреть для повышения выработки мальтозы, которая является предпочтительным субстратом-донором для трансглюкозидазы. Ингредиенты, богатые мальтозой (например, экстракт солода), можно прямо обрабатывать трансглюкозидазой/глюкозидазой без предварительной обработки α- амилазой. Можно использовать следующие богатые крахмалом/мальтодекстринами/мальтозой ингредиенты: муку из любых зерновых культур, включая рис, кукурузу (маис), пшеницу, овес, ячмень, просо и другие, крахмалы из различных злаков или растительного происхождения, мальтодекстрины, глюкозные сиропы, экстракты солода или злаков, и т.п.
В другом варианте осуществления, в котором изоолигосахариды формулы (I) представляют собой Palatinose™, как описано выше, ферментативное получение ингредиента, содержащего ее в соответствии со стадией b), как описано выше, можно проводить следующим образом.
Ферментативным получением палатинозы называется обработка сахарозы или ингредиентов, богатых сахарозой, с помощью фермента синтазы изомальтулозы (EC 5.4.99.11), вызывающего ферментативную перестройку (изомеризацию) сахарозы с образованием палатинозы. Можно использовать следующие источники сахарозы: сахарную свеклу, сахарный тростник, растения (например, фруктовые или овощные пюре, соки, концентраты).
В другом варианте осуществления, в котором изоолигосахариды формулы (I) представляют собой мелибиозу, как описано выше, ферментативное получение ингредиента, содержащего ее в соответствии со стадией b), как описано выше, можно проводить следующим образом.
Ферментативное получение мелибиозы можно осуществить, например, с помощью декстрансахараз, путем донорно-акцепторной реакции сахарозы/рафинозы, соответственно, или с помощью β-фруктофуранозидазы, катализирующей гидролиз рафинозы, при котором образуются мелибиоза и фруктоза. В качестве источников рафинозы могут служить следующие сырьевые материалы: бобы, капуста, брюссельская капуста, брокколи, спаржа, другие овощи и цельные злаки.
Применение изоолигосахаридов формулы (I), (IB1) и/или (IB2) в качестве предшественников ароматизатора
Авторы изобретения неожиданно обнаружили выдающиеся способности указанного выше класса изоолигосахаридов к созданию ароматических активных соединений в условиях термической обработки.
Авторы изобретения неожиданно обнаружили выдающиеся способности указанного выше класса изоолигосахаридов к созданию ароматических активных соединений в условиях термической обработки в присутствии ингредиента, обеспечивающего свободные аминокислотные группы.
Таким образом, в одном варианте осуществления соединения формулы (I), (IB1) и/или (IB2) можно применять в качестве предшественников ароматизатора в реакции Майяра.
В частности, было обнаружено, что изоолигосахариды формулы (I), (IB1) и/или (IB2) создают высокий выход следующих пахучих веществ, которые типично образуются в реакции Майяра:
4-гидрокси-2,5-диметил-3(2H)-фуранон (из карамели);
2,3-бутандион (из масла);
2- и 3-метилбутаналь (из солода);
метиональ (из вареного картофеля);
фенилацетальдегид (из цветов и меда);
2-ацетил-1-пирролин (из кукурузных хлопьев);
и/или их смесей.
Наши исследования показали, что некоторые ди- и три-олигосахариды со связями 1→6, такие как изомальтоза, изомальтотриоза и палатиноза, давали гораздо большие выходы некоторых пахучих веществ, чем дисахариды со связями 1→4 (например, мальтоза и лактоза), и даже значительно выше, чем некоторые моносахариды (например, глюкоза и фруктоза). Это действительно неожиданно, так как установлено, что реактивность дисахаридов при термической обработке и, в частности, в реакции Майяра, значительно ниже, чем реактивность моносахаридов.
Не желая ограничиваться теорией, авторы изобретения считают, что гликозидная связь 1→6 между гексозой на восстанавливающем конце и остальной частью изоолигосахарида может отвечать за выдающуюся реактивность олигосахаридов, по сравнению с олигосахаридами с гликозидной связью 1→4 (например, мальтоза, лактоза).
В нескольких тематических исследованиях была показана высокая способность изоолигосахаридов к созданию упомянутых пахучих веществ (см. примеры).
В одном варианте осуществления способ создания вкусоароматических свойств в термообработанном пищевом продукте, который включает стадию a), на которой соединение формулы (I), как описано в п. 1, или его смеси, смешивают с ингредиентом, обеспечивающим свободные аминогруппы, и вводят в реакцию в условиях термической обработки с созданием в термообработанном пищевом продукте одного или более из следующих пахучих веществ (ароматических соединений):
4-гидрокси-2,5-диметил-3(2H)-фуранон;
2,3-бутандион;
2- и 3-метилбутаналь;
метиональ;
фенилацетальдегид; и/или
2-ацетил- и 2-пропионилпирролин.
В другом варианте осуществления соединения формулы (I), (IB1) и/или (IB2) можно применять в качестве предшественников ароматизатора в условиях термической обработки, например, путем карамелизации.
В частности, изоолигосахариды формулы (I), (IB1) и/или (IB2) могут генерировать следующие пахучие вещества в условиях термической обработки (например, даже в отсутствие ингредиентов, обеспечивающих свободные аминокислотные группы):
4-гидрокси-2,5-диметил-3(2H)-фуранон;
2,3-бутандион;
и/или их смеси.
В другом варианте осуществления способ создания вкусоароматических свойств в термообработанном пищевом продукте, который включает стадию a), на которой соединение формулы (I), как описано в п. 1, или его смеси, вводят в реакцию в условиях термической обработки с созданием в термообработанном пищевом продукте одного или более из следующих пахучих веществ (ароматов):
4-гидрокси-2,5-диметил-3(2H)-фуранон;
2,3-бутандион.
Применение изобретения
Помимо полезных для здоровья эффектов, изоолигосахариды в соответствии с настоящим изобретением представляют собой интересные ингредиенты для придания вкусоароматических свойств после термической обработки. Применение изоолигосахаридов в соответствии с настоящим изобретением представляет собой сильное решение по повышению диетической ценности (уменьшение содержания сахара и/или более здоровый профиль) при сохранении/улучшении предпочтения потребителей (вкусоароматических свойств).
Как показано в приведенных ниже не ограничивающих примерах, описанный способ и применение изоолигосахаридов настоящего изобретения могут быть пригодными для множества категорий продуктов, например: зерновые продукты, такие как зерновые для детей, зерновые для всей семьи, зерновые завтраки, кондитерские изделия (такие как вафли, печенье), мороженое (например, мороженое в рожке), а также некоторые порошковые напитки (например, солод, какао и/или кофейные напитки).
Итак, в одном варианте осуществления термообработанный пищевой продукт, приготовленный в соответствии со способом настоящего изобретения, выбран из группы, состоящей из: изделий, содержащих злаки (например, печеные, сушеные, экструдированные, томленые, жареные, отваренные, облученные микроволнами), бисквитов, печенья, вафель, зерновых изделий (готовые завтраки для всей семьи и детские), зерновые каши, хлеб, мороженое в рожке, пицца, хлебные палочки, заменители хлеба, хлебобулочные изделия, пироги, кексы, зерновые (например, солодовые) и/или какао, и/или кофейные напитки, шоколадные и похожие на шоколад изделия, корма для домашних животных, молочные изделия (например, йогурты, коктейли), кулинарные изделия (например, соусы, супы, бульоны, паста, лапша).
Следует понимать, что специалистам в данной области будут очевидны различные изменения и модификации предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления, описанных в настоящем документе. Такие изменения и модификации можно осуществлять без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения, и без преуменьшения присущих ему преимуществ. Следовательно, предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает такие изменения и модификации.
Кроме того, специалисту в данной области будет очевидно, что элементы, описанные для одного варианта осуществления настоящего изобретения, могут относиться к другим вариантам осуществления, с необходимыми изменениями, и включены в объем настоящего изобретения.
Экспериментальный раздел
АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
В анализе образцов, описанных далее в примерах, были применены следующие аналитические методы.
Анализ сахаров
Анализ сахаров выполняли с помощью высокоэффективной анионообменной хроматографии с импульсным амперометрическим детектированием (HPAEC-PAD). Система Dionex ICS-5000, оснащенная колонкой Carbopac PA20 3 x 150 мм, толщина пленки 6,5 мкм. Использовали золотой рабочий электрод.
Образцы разбавляли водой milli-Q и фильтровали (0,2 мкм). 25 мкл фильтрованного образца инжектировали автодозатором Dionex AS при температуре 10 °C. Сахара элюировали из колонки при 30 °C элюентом А, гидроксидом натрия (300 мМ), элюентом B, водой, и элюентом С, ацетатом натрия (500 мМ) в гидроксиде натрия (150 мМ) со скоростью потока 0,5 мл/мин, пользуясь следующим градиентом:
Время (мин.)
A (%)
B (%)
C (%)
0–1
2
98
0
1–12
5
95
0
12–27
34
46
20
27–27,1
0
0
100
27,1–32
0
0
100
32–32,1
100
0
0
32,1–37
100
0
0
37–37,1
2
98
0
37,1–43,0
2
98
0
Аналиты идентифицировали путем сравнения их времени удерживания с соответственными стандартами, такими как глюкоза, фруктоза, изомальтоза, лактоза, сахароза, изомальтотриоза, мальтоза, паноза и мальтотриоза. Для количественного определения использовали метод калибровочной кривой, содержащей следующие концентрации сахаров: 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 мкг/мл. Для получения и обработки хроматографических данных использовали программное обеспечение хроматографии Chromeleon™ версия 7.2.
Количественный анализ ароматических веществ
Содержание семи ароматических соединений (таблица 2) определяли с помощью микроэкстракции на твердой фазе в пустом пространстве, в сочетании с газовой хроматографией и тандемной масс-спектрометрией (HS-SPME-GC/MS/MS). Количественное определение выполняли с помощью анализа разбавления стабильного изотопа (SIDA).
Образец злаков (1 г ± 0,002 г) взвешивали во флаконе объемом 20 мл с пустым пространством. Добавляли сверхчистую воду (10 мл) и растворы внутренних стандартов в метаноле (20 мкл), а также стержень магнитной мешалки. Флакон закрывали винтовым колпачком и смесь гомогенизировали с помощью вихревой мешалки в течение 5 сек., а затем перемешивали в течение 15 минут с помощью магнитной мешалки. Затем смесь центрифугировали при 4000 об/мин. в течение 3 минут, аликвоту супернатанта (5 мл) переносили в новый флакон объемом 20 мл с пустым пространством и анализировали методом HS-SPME-GC/MS/MS. Каждый образец готовили в двух повторностях в двух независимых испытаниях.
Для HS-SPME выполняли инкубацию (5 мин.) и экстракцию (30 мин.) при 70°C. Для экстракции при скоростью перемешивания 500 об/мин. использовали волокна DVB-CAR-PDMS 2 см (Supelco). Волокна инжектировали в прибор GC/MS/MS, десорбировали ароматические соединения при температуре 250°C в течение 5 мин. в расщепленном режиме (отношение 5 : 1).
Для GC/MS/MS использовали газовый хроматограф Agilent 7890A и тройной квадрупольный масс-спектрометр Agilent 7000 с источником химической ионизации (CI). В качестве газа-реагента использовали метан. Газовые хроматографические разделения были достигнуты на колонке DB-624-UI, 60 м x 0,25 мм (внутр. диам.), толщина пленки 1,4 мкм (J&W Scientific). Температурную программу печи запускали от 50°C; температуру поднимали по 5°C/мин. до 200°C, а затем по 30°C/мин. до 250°C, и поддерживали постоянной в течение 10 мин. В качестве газа-носителя использовали гелий с постоянным потоком 1,0 мл/мин.
Аналиты идентифицировали путем сравнения их времени удерживания и картины фрагментации со стандартами. Концентрации рассчитывали исходя из наполненности (площадь пика) ионов, выбранных для аналитов, и внутренних стандартов, в сравнении с количествами добавленных внутренних стандартов. Количества внутренних стандартов отрегулировали таким образом, чтобы получить отношения площадей пика аналита и стандарта от 0,2 до 5.
Ионы (переходы), использованные для количественного определения в анализе разбавления стабильного изотопа, перечислены вместе с приписанными значениями энергии столкновения в таблице 2.
Таблица 2. Выбранные ионы, используемые для количественного определения ароматических соединений методом анализаразбавления стабильного изотопа
Определение активности фермента
Определение активности α-амилазы. 100 мкл буфера, pH 5,8 (ацетатный буфер, 100 мМ), 100 мкл воды, 500 мкл раствора растворимого крахмала 1% масса/объем и 100 мкл правильно разбавленного раствора фермента инкубировали в течение 10 мин. при 80 °C. Реакции останавливали путем добавления 125 мкл реакционных смесей к 125 мкл раствора DNS для определения восстанавливающих сахаров, описанного ниже. В контрольные образцы добавляли реагент DNS перед добавлением фермента. Соответственным образом подготавливали стандартную кривую глюкозы. Одна единица активности (1 U) определяется как количество ферментного препарата, высвобождающего 1 мкмоль эквивалента глюкозы в минуту в определенных условиях. Все образцы готовили и анализировали в двух повторностях.
Определение восстанавливающих сахаров с помощью метода с 3,5-динитросалициловой кислотой (DNS)
Реагент DNS. Для получения 1 л раствора добавляли 200 мл NaOH 8% масса/объем к 500 мл воды mQ, а затем добавляли 10 г DNS. При непрерывном перемешивании медленно добавляли 402,7 г тартрата калия-натрия.
Процедура. 125 мкл образца добавляли к 125 мкл раствора DNS и смесь кипятили в течение 5 мин. Добавляли 1 мл воды mQ и измеряли оптическое поглощение на длине волны 540 нм.
Активность трансглюкозидазы/амилоглюкозидазы определяли по субстрату p-нитрофенил-α-D-глюкозиду (pNp-α-D-Gluc). 100 мкл запасного раствора pNp-α-D-Gluc 10 мМ в фосфатном буфере (50 мМ, pH 6,0) смешивали со 100 мкл запасного раствора фермента в том же буфере. Смесь инкубировали в течение 10 мин. при 40 °С. Реакцию останавливали добавлением 2% раствора масса/объем Trizma Base (pH 9,0). Высвобождение p-нитрофенола (pNp) измеряли путем считывания оптического поглощения при 400 нм. Соответственным образом подготавливали стандартную кривую pNp. Контрольные образцы были приготовлены без добавления фермента. Одна единица активности (1 U) определяется как количество фермента, высвобождающего 1 мкмоль pNp в минуту в определенных условиях. Все образцы готовили и анализировали в двух повторностях.
Пример 1. Ферментативное получение IMO в очищенной пшеничной муке
WF
Воду (27,4 кг) нагревали до 57°C, затем добавляли α-амилазу (15 800 U/кг) и очищенную пшеничную муку (25 кг). Смесь нагревали до 75°C при перемешивании. Общее время пребывания составляло 30 мин., включая время набора температуры. Затем смесь охлаждали до 65°C и в раствор добавляли трансглюкозидазу (TGаза) (4400 U / 1,25 л воды). Смесь инкубировали с перемешиванием при 65°C в течение 3 часов. Затем влажную смесь стерилизовали и ферменты дезактивировали путем нагнетания пара. Затем смесь замораживали до -20°C и подвергали сублимационной сушке, получая конечный порошок. Профиль сахаров в полученной муке определяли с помощью метода HPAEC-PAD, профиль показан на Фиг. 1.
Пример 2. Приготовление вафель из пшеничной муки, богатой IMO
Обработанную ферментами пшеничную муку, приготовленную, как описано в примере 1, оценивали в модельной рецептуре вафель. Эталонный рецепт (вафля А), содержащий только стандартную (не обработанную) муку, сравнивали с рецептом, в котором одну третью часть муки заменяли обработанной мукой, как описано выше (вафля B). Глюкозу и мальтозу добавляли к рецепту вафли А, так чтобы содержание этих сахаров в обоих рецептурах совпадало. Жидкое тесто приготавливали согласно следующей рецептуре, приведенной в таблице 3.
Ингредиент
Вафля А(г в жидком тесте)
Вафля В(г в жидком тесте)
Стандартная пшеничная мука
70,0
50,0
Обработанная ферментами пшеничная мука
25,0
Вода
78,0
78,0
Жиры
2,8
2,8
Бикарбонат натрия
0,2
0,2
Глюкоза
4,3
Мальтозы моногидрат
0,7
Итого
156,0
156,0
Таблица 3
Вафли (по 9–11 г каждая) готовили путем выпекания при 160 °C в течение 110 сек. на лабораторном оборудовании для производства листов вафли (Hebenstreit). Три вафли по каждому рецепту измельчали с помощью кофемолки (Moulinex), а концентрации выбранных пахучих веществ определяли методом HS-SPME-GC/MS/MS.
Относительная концентрация (%) выбранных пахучих веществ в вафле B по сравнению с вафлей А, взятой за 100%, показана на Фиг. 2. Обработанная ферментами мука, содержащая IMO, приводила к увеличению диацетила (1,5x) и 4-гидрокси-2,5-диметил-3-(2H)-фуранона (HDMF, 2,0x), альдегидов Штрекера, за исключением фенилацетальдегида (от 1,7x до 1,9x), по сравнению со стандартной мукой. С другой стороны, количество 2-ацетил-1-пирролина уменьшилось на 40%. Результаты подтвердили роль IMO в образовании производных от реакции Майяра пахучих веществ во время выпекания вафель.
Пример 3. Ферментативное получение IMO во время обработки злаков
WF
WF
WF
Очищенную пшеничную муку смешивали с теплой водой (45°C) при содержании твердых веществ 42% и добавляли α-амилазу 15 800 U/кг. Влажную смесь нагревали до 75°C в течение 30 мин. Затем смесь переносили в другой инкубатор и охлаждали до температуры ниже 65°C. Затем добавляли трансглюкозидазу (TGаза) 176 U/кгwи инкубировали смесь в течение 60 мин. при перемешивании. Затем влажную смесь стерилизовали и ферменты дезактивировали путем нагнетания пара. Для контрольного образца вместо трансглюкозидазы использовали амилоглюкозидазу (AMG) в тех же условиях процесса в дозе 58 U/кг.
Пример 4. Приготовление зернового изделия путем вальцовой сушки из муки, богатой IMO
Обе ферментативно обработанных муки, описанных в примере 3, использовали для приготовления зернового изделия. Два образца приготавливали из муки, обработанной TGазой (суп А), или муки, обработанной AMG (суп B). Продукт был приготовлен путем вальцовой сушки следующей смеси, представленной в таблице 4.
Ингредиент
%(по сухой массе конечного продукта)
Очищенная пшеничная мука (необработанная)
18,56
Обработанная ферментами мука
44,05
Пальмовый олеин
8,92
Сухое обезжиренное молоко
28,46
Таблица 4
Обработанную ферментами муку смешивали с остальными ингредиентами рецептуры при содержании твердых веществ 45% (на этой стадии добавляли только 17% от полного количества MSK в рецептуре). Влажную смесь стерилизовали путем нагнетания пара, а затем высушивали на вальцовой сушилке (180 °C). Валковая сушилка работала на скорости вращения ролика 7,4 об/мин. Высушенный продукт размалывали (200 мкм) и смешивали с остальной частью MSK.
Профили сахаров, определенные в соответственных супах А и B (смеси перед вальцовой сушкой), сравниваются на Фиг. 3. Относительные концентрации (%) выбранных пахучих веществ в готовом зерновом изделии, приготовленном с использованием двух разных ферментативных препаратов, показаны на Фиг. 4.
Анализ содержания сахара (супы перед вальцовой сушкой) показал более чем в три раза большую концентрацию глюкозы в обработанной AMG муке (суп B), чем в образце, полученном из муки, обработанной TGазой (суп А). С другой стороны, только очень небольшие количества IMO были обнаружены в супе B (AMG), тогда как суп А (TGаза) содержал изомальтозу (4,8 г/100 г), изомальтотриозу (2,7 г/100 г) и другие высшие IMO. Количественный анализ аромата показал несколько большее содержание большинства анализируемых пахучих веществ в порошке А, приготовленном из муки, обработанной TGазой. Неожиданно, независимо от уменьшения содержания сахаров, которые, как известно, являются ключевыми в процессе развития вкусоароматических свойств, органолептический анализ не показал каких-либо значительных вкусоароматических различий, за исключением сладости, которая была ниже в порошке А (Фиг. 5). Эти наблюдения действительно неожиданны, так как в рецептуре с большим количеством глюкозы можно было ожидать образования большего количества пахучих веществ, производных от реакции Майяра, и, следовательно, более насыщенного вкуса и аромата. Это свидетельствует о высокой способности IMO к созданию вкусоароматических свойств во время сушки, что способно в достаточной степени компенсировать уменьшение количества глюкозы.
Пример 5. Оценка выбранных олигосахаридов в простой модельной системе Майяра и сравнение с другими восстанавливающими сахарами
Способности изомальтозы, изомальтотриозы, панозы и палатинозы к генерации 2,3-бутандиона и 4-гидрокси-2,5-диметил-3(2H)-фуранона (HDMF) оценивали в простой модельной системе Майяра и сравнивали с другими восстанавливающими сахарами, такими как глюкоза, фруктоза, лактоза и мальтоза. Эквимолярные количества сахара и глицина (100 мкмоль) и 1 мл фосфатного буфера (pH 7, 0,1 М) смешивали во флаконе объемом 20 мл с пустым пространством. Флакон нагревали на масляной бане при 120°C в течение 20 мин. Для каждой сахарно-глициновой системы проводили три испытания с нагреванием. Концентрации пахучих веществ в реакционной смеси определяли напрямую после добавления меченых стандартов методом HS-SPME-GC/MS/MS. Выходы обоих пахучих веществ (мг/моль сахара), определенные в каждой сахарно-глициновой системе, выражали относительно (в %) глюкозо-глициновой системы, которую произвольно взяли за 100% (Фиг. 6).
Также и во влажных условиях способности изомальтозы, изомальтотриозы и палатинозы к генерации целевых пахучих веществ были выше, чем у других сахаров. Например, изомальтоза (дисахарид) генерировала в 1,5 раза больше 2,3-бутандиона и в 3 раза больше HDMF, чем глюкоза (моносахарид). Неожиданно было обнаружено, что изомальтотриоза (трисахарид) давала на 64% больше HDMF, чем изомальтоза (дисахарид) и в 5 раз больше, чем глюкоза (моносахарид). Палатиноза генерировала на 20% больше 2,3-бутандиона и почти в два раза больше HDMF, чем глюкоза.
Это действительно неожиданно, поскольку предполагается, что реакционная способность сахаров в реакции Майяра снижается с увеличением числа моносахаридных звеньев. Способность дисахаридов со связями 1→4, таких как мальтоза и лактоза, а также трисахарида панозы со связями Glc-(1→6)-Glc-(1→4)-Glc к генерации целевых пахучих веществ была значительно ниже, чем способность глюкозы. Таким образом, это исследование показало, что связь 1→6 между восстанавливающим концевым моносахаридом и соседним моносахаридом является абсолютно необходимой для создания целевых пахучих веществ.
Пример 6. Оценка изомальтозы и палатинозы при выпекании вафель — сравнение с глюкозой и мальтозой
Результаты, полученные при помощи простой модельной системы Майяра (пример 5), проверяли на пшеничных вафлях (модельная пищевая система). В жидкое тесто вводили эквивалентное количество глицина и либо глюкозы, либо мальтозы, либо изомальтозы, либо палатинозы (2,5 ммоль). Также приготавливали вафли с добавлением только глицина (2,5 ммоль). Жидкое тесто приготавливали согласно следующей рецептуре, приведенной в таблице 5.
Ингредиент
г ингредиента / 100 г теста
A
B
C
D
E
Пшеничная мука
47,69
47,24
46,79
46,83
46,83
Вода
50,00
50,00
50,00
50,00
50,00
Жиры
2,00
2,00
2,00
2,00
2,00
Бикарбонат натрия
0,12
0,12
0,12
0,12
0,12
Глицин
0,19
0,19
0,19
0,19
0,19
Глюкоза
0,45
Мальтозы моногидрат
0,90
Изомальтоза
0,86
Палатиноза
0,86
Итого
100,00
100,00
100,00
100,00
100,00
Таблица 5
Вафли (по 9–11 г каждая) готовили путем выпекания при 160 °C в течение 110 сек. на лабораторном оборудовании для производства листов вафли (Hebenstreit). Три вафли по каждому рецепту измельчали с помощью кофемолки (Moulinex), а концентрации выбранных пахучих веществ определяли методом HS-SPME-GC/MS/MS. Данные нормализовали и выражали в виде относительной концентрации (%), притом что концентрация в вафле B, содержащей глюкозу, была произвольно взята за 100% (Фиг. 7).
Результаты испытаний на вафлях подтвердили результаты, полученные в бинарной модельной системе Майяра, и подтвердили превосходные способности изомальтозы и палатинозы по сравнению с глюкозой и мальтозой. Добавление изомальтозы / палатинозы приводило к повышению выхода 2,3-бутандиона (4,1x / 1,9x), HDMF (7,9x / 4,9х), альдегидов Штрекера (альдегидами Штрекера называется совокупность 2- и 3-метилбутаналя, метионаля и фенилацетальдегида) (2,7x / 2,4x) и 2-ацетил-1-пирролина (2,6x / 2,2x), по сравнению с добавлением глюкозы.
Пример 7. Генерация IMO в солодовом экстракте с помощью ферментативного процесса
250 г промышленного сиропа солодового экстракта (80,5% полного содержания твердых веществ) и 250 г воды смешивали в кухонном блендере с нагревательной рубашкой (Thermomix). Смесь перемешивали (уровень 2) и нагревали до 55°C (заданное значение) приблизительно в течение 5 мин. После стабилизации температуры добавляли 21 U трансглюкозидазы. Затем смесь нагревали при 55°C (заданное значение) в течение 3 часов при перемешивании (уровень 2). Температура смеси в течение обработки находилась в интервале от 57,3 до 57,7°C. После обработки смесь разбавляли 500 г воды и подвергали сублимационной сушке. Ту же обработку экстракта солода, но без добавления TGазы, проводили с целью получения соответственного стандарта (отрицательный контроль). Профиль сахаров (Фиг. 8) определяли в обоих порошках солодового экстракта с помощью метода HPAEC-PAD после следующей подготовки образца: сублимированные продукты разводили в воде (4% масс.) и кипятили в течение 10 мин. для обеспечения дезактивации фермента. Образцы далее разводили в воде для анализа методом HPAEC.
Обработка солодового экстракта TGазой привела к значительным изменениям в составе сахаров. Уменьшилось содержание мальтозы и мальтотриозы, тогда как содержание глюкозы, изомальтозы, изомальтотриозы и панозы резко увеличилось и/или они образовались вновь.
Пример 8. Оценка солодового экстракта, богатого IMO, при влажном нагревании с глицином
Оба порошка солодового экстракта, приготовленных, как описано в примере 7, оценивали при влажном нагревании с глицином. Порошок солодового экстракта (5 г) и глицин (0,25 г) растворяли в воде (5 г). 1 ± 0,1 г смеси переносили во флакон объемом 20 мл с пустым пространством, закрывали винтовым колпачком и нагревали на масляной бане при 120°C в течение 20 мин. Затем флакон охлаждали на ледяной бане. С каждым из солодовых экстрактов проводили три параллельных эксперимента по нагреванию. Концентрации пахучих веществ в реакционных смесях определяли после добавления 5 мл воды и раствора меченых стандартов с помощью метода HS-SPME-GC/MS/MS.
Относительная концентрация (%) выбранных пахучих веществ в нагретых смесях солодового экстракта, обработанного глицином и TGaзой, и в стандартном солодовом экстракте с глицином (взятом за 100%) показана на Фиг. 9. Уровни всех анализируемых пахучих веществ, кроме 2-ацетил-1-пирролина, повышались в обработанном TGазой солодовом экстракте (увеличение в 1,1–1,9 раза).
Пример 9. Оценка солодового экстракта, богатого IMO, при выпекании вафель
Оба порошка солодового экстракта, приготовленных, как описано в примере 7, оценивали в модельной рецептуре вафель. Контрольную рецептуру (вафля А), содержащую контрольный порошок солодового экстракта, сравнивали с рецептурой, содержащей такое же количество порошка солодового экстракта, но обработанного TGазой (вафля B). Жидкое тесто приготавливали согласно следующей рецептуре, приведенной в таблице 6.
Ингредиент
г в жидком тесте
Вафля А
Вафля B
Стандартный порошоксолодового экстракта
15
Порошок солодового экстракта, обработанный TGазой
15
Пшеничная мука
60
60
Вода
78
78
Жиры
2,8
2,8
Бикарбонат натрия
0,2
0,2
Итого
156
156
Таблица 6
Вафли (по 9–11 г каждая) готовили путем выпекания при 160 °C в течение 110 сек. на лабораторном оборудовании для производства листов вафли (Hebenstreit). Три вафли по каждому рецепту измельчали с помощью кофемолки (Moulinex), а концентрации выбранных пахучих веществ определяли методом HS-SPME-GC/MS/MS. Относительная концентрация (%) выбранных пахучих веществ в вафле B по сравнению с вафлей А, взятой за 100%, показана на Фиг. 10. Уровни всех анализируемых пахучих веществ, кроме 2-ацетил-1-пирролина, были слегка увеличены в вафле А, содержащей обработанный TGазой солодовый экстракт (увеличение в 1,1–1,5 раза), а самое высокое увеличение (в 2,3 раза) было обнаружено для HDMF.
Пример 10. Приготовление какао и солодового напитка с солодовым экстрактом, богатым IMO
Оба порошка солодового экстракта, приготовленных, как описано в примере 7, оценивали при приготовлении какао и солодового напитка. Влажные смеси приготавливали согласно следующей рецептуре, приведенной в таблице 7.
Ингредиент
г на влажную смесь
Смесь A
Смесь B
Стандартный порошоксолодового экстракта
83,0
Порошок солодового экстракта, обработанный TGазой
83,0
Сухое обезжиренное молоко
76,9
76,9
Сахар
57,2
57,2
Жиры
34,4
34,4
Какао-порошок
17,5
17,5
Вода
31,0
31,0
Итого
300,0
300,0
Таблица 7
Влажную смесь с содержанием твердых веществ приблизительно 88% приготавливали в кухонном блендере с нагревательной рубашкой (Thermomix) при интенсивном перемешивании и нагревании (75°C) в течение 5 мин. 100 ± 2 г влажной смеси наносили на подложку из полиэфира слоем около 4 мм. Влажную смесь высушивали в вакуумной печи (Memmert) на пластине, нагретой до 150°C в течение 25 мин. под вакуумом около 30 мбар. Осадок после сушки измельчали и размалывали на кухонном комбайне с лопастями (Pitec). Полученный порошок (250 мг) прямо анализировали после добавления меченых стандартов и 5 мл воды с помощью метода SPME-GC-MS/MS. Относительная концентрация (%) выбранных пахучих веществ в порошке B по сравнению с порошком А, взятым за 100%, показана на Фиг. 11. Между порошками наблюдались лишь небольшие различия в концентрациях анализируемых пахучих веществ, кроме HDMF (относительные концентрации в порошке B варьировали от 79% до 137%, по сравнению с порошком А, взятым за 100%). В случае HDMF в порошке B обнаружили достоверное увеличение (в 2,5 раза).
Пример 11. Приготовление какао и солодового напитка с палатинозой
Палатинозу (изомальтулозу) использовали для частичной замены сахара в рецептуре какао и солодового напитка (смесь B). Содержание ароматических веществ в этой рецептуре сравнивали со стандартной рецептурой (смесь А). Количество палатинозы в рецептуре было намеренно выбрано так, чтобы заменить 30% сахаров (от полного содержания моно- и дисахаридов) и, таким образом, заявить о полезном для здоровья эффекте, согласно требованиям, недавно утвержденным Европейским управлением безопасности пищевых продуктов (EFSA). Влажные смеси приготавливали согласно следующей рецептуре, приведенной в таблице 8.
Ингредиент
г на влажную смесь
Смесь A
Смесь B
Сироп солодового экстракта (80,5% твердого в-ва)
100,5
100,5
Сухое обезжиренное молоко
76,9
76,9
Сахар
57,2
19,8
Палатиноза
37,4
Жиры
34,4
34,4
Какао-порошок
17,5
17,5
Вода
13,5
13,5
Итого
300,0
300,0
Таблица 8
Приготовление влажной смеси и сушку проводили, как описано в примере 10. Полученный порошок (250 мг) прямо анализировали после добавления меченых стандартов и 5 мл воды с помощью метода SPME-GC-MS/MS. Относительная концентрация (%) выбранных пахучих веществ в порошке B по сравнению с порошком А, взятым за 100%, показана на Фиг. 12. Содержание всех пахучих веществ, кроме 2-ацетил-1-пирролина, было увеличено (в 1,5–1,7 раза); наибольшее увеличение (в 2,3 раза) обнаружено для HDMF.
Пример 12. Приготовление зернового изделия с палатинозой путем вальцовой сушки — сравнение с глюкозой
Добавление палатинозы оценивали при вальцовой сушке зернового изделия и сравнивали с добавлением глюкозы, введенной в том же молярном количестве. Были приготовлены две модели рецептур следующего состава, указанного в таблице 9.
Ингредиент
% (сухое в-во)
Рецептура A
Рецептура B
Мука
65,47
62,97
Сахар
29,00
29,00
Мед
2,31
2,31
Соли
0,72
0,72
Глюкоза
2,50
Изомальтулоза (палатиноза)
5,00
Таблица 9
Ингредиенты гомогенизировали с водой в течение 10 мин. с помощью порционного смесителя (Papenmeier) с рубашкой, нагретой до 60°C. Затем влажную смесь, имеющую полное содержание твердых веществ 50%, стерилизовали нагнетанием пара, затем высушивали вальцовой сушкой (170°C) со скоростью вращения валиков 8 об/мин. Высушенный продукт размалывали (200 мкм). Содержание влаги в полученном порошке составляло от около 2% до 3%.
Оба зерновых изделия дегустировали в виде зерновых коктейлей после разведения 18 г порошка в 220 мл теплого молока (60°C). Для рецептуры B были обнаружены существенно улучшенные вкусоароматические свойства по сравнению с рецептурой А. В рецептуре B выявлена значительно более высокая насыщенность печеного и жареного вкуса и более богатые общие вкус и аромат. Концентрации выбранных пахучих веществ в обоих порошках определяли методом HS-SPME-GC/MS/MS. Относительная концентрация (%) выбранных пахучих веществ в рецептуре B по сравнению с рецептурой А, взятой за 100%, показана на Фиг. 13. В рецептуре В по сравнению с рецептурой А количество анализируемых пахучих веществ было больше (в 1,8–3,8 раза). Для HDMF снова было выявлено самое большое увеличение (в 3,8 раза).
Пример 13. Ферментативное получение IMO в цельнозерновой пшеничной муке
Получение выполняли, взяв за основу цельнозерновую пшеничную муку, в соответствии с процедурой, схожей с описанной в примере 1 для очищенной пшеничной муки. На Фиг. 14 показан соответствующий полученный профиль сахаров.
Пример 14. Приготовление зернового изделия путем экструзии из цельнозерновой пшеничной муки, богатой IMO
Обработанную ферментами цельнозерновую пшеничную муку, приготовленную как описано в примере 13, оценивали на модельной пшеничной рецептуре при экструзии. Контрольную рецептуру (экструдат А), содержащую только стандартную (не обработанную) цельнозерновую пшеничную муку, сравнивали с рецептурой (экструдат B), в которой стандартную муку частично заменяли обработанной мукой. Две эти модельные рецептуры приготавливали в соответствии с рецептурами, приведенными в таблице 10.
Ингредиент
% состав
Экструдат А
Экструдат B
Цельнозерновая пшеничная мука
45,7
27,7
Очищенная пшеничная мука
21,8
22,7
Кукурузная крупа
20,5
21,3
Обработанная ферментами цельнозерновая пшеничная мука
19,8
Сахар
5
1,5
Солодовый экстракт
5
5
Растительное масло
1,7
1,7
Соль
0,2
0,2
Ванилин
0,05
0,05
Таблица 10
Испытания с экструзией проводили с использованием экструдера. Экструдер работал со скоростью пропускания сухой смеси 30 кг/час, скоростью шнека 460 об/мин., содержанием влаги 17% и температурой расплава 120°C. Экструдированные изделия сушили в печи при 100°C в течение 1,5 мин. до достижения конечной влажности около 3%.
Экструдат размалывали с помощью кофемолки и определяли концентрации выбранных пахучих веществ методом HS-SPME-GC/MS/MS. Относительная концентрация (%) пахучих веществ в экструдате B по сравнению с экструдатом А, взятым за 100%, показана на Фиг. 15. Уровни всех анализируемых пахучих веществ были увеличены в экструдате В, содержащем обработанную TGазой пшеничную муку (увеличение в 1,6–4,7 раза), а самое высокое увеличение (в 4,7 раза) было обнаружено для HDMF. По сравнению с экструдатом А, вкусоароматические свойства экструдата B оказались значительно богаче, с выраженной карамельной нотой.