ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАТИМЫЙ ЖЕЛИРУЕМЫЙ КРАХМАЛ
THERMALLY REVERSIBLE GELATINIZED STARCH

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001]
Настоящее изобретение относится к желирующим агентам, применяемым в индустрии пищевых продуктов и в частности к применению модифицированного крахмала из эндосперма восковой кукурузы определенных генотипов для получения термически обратимого желирующего агента с хорошей прочностью геля и реологическими свойствами.
[0002] Многие гены кукурузы влияют на структуру амилопектина и соотношение в крахмале амилопектин/амилоза. Одним из них является Wx или восковой. Рецессивный восковый аллель (wx) снижает количество амилозы, присутствующей в крахмале. Другим является Ae или увеличивающий амилозу. Рецессивный увеличивающий амилозу аллель (ae) увеличивает длину прямой цепи амилопектина. Гены взаимодействуют комплексно, оказывая, как доминантное, так и аддитивное воздействие на оба параметра, и на количество крахмала, и на его структуру. Крахмалы из кукурузы из эндосперма кукурузы различных генотипов используют в области пищевой промышленности для множества целей, но оказалось, что они имеют ограниченное применение при получении термически обратимых гелей. Например, было выявлено, что прошедшая ферментативное расщепление разветвленной структуры восковая кукуруза позволяет получить обратимые гели; прошедшая кислотный гидролиз восковая кукуруза этого не позволяет.
[0003] Термически обратимые гели представляют вещества, которые переходят в гелевую фазу и выходят из гелевой фазы в зависимости от условий, таких как температурная обработка. В пищевой промышленности они очень важны среди прочего для контроля сенсорных свойств. Продолжает существовать потребность в кукурузном крахмале, который позволяет получить более прочные термически обратимые гели после проведения более широкого ряда модификаций.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Приведенные в описании настоящей патентной заявки желирующие агенты получены из кукурузного крахмала, имеющего, как рецессивный wx, так и ae аллели. В частности, эндосперм кукурузы имеет одну или две дозы (или копии) ae, и имеет три дозы wx. Модифицированный кукурузный крахмал образует значительно более прочные термически обратимые гели по сравнению с таковыми желирующими агентами, полученными из аналогично модифицированной восковой кукурузы. Крахмал может представлять прошедший ферментативное переваривание или прошедший кислотный гидролиз. В другом варианте воплощения настоящего изобретения крахмал может представлять таковой, прошедший ферментативное расщепление разветвленной структуры. В другом варианте воплощения настоящего изобретения крахмал может представлять крахмал, прошедший обработку сдвиговым усилием. Следует отметить, что во многих случаях желирующий агент может быть получен без первичной желатинизации гранул крахмала.
[0005] Также в описании настоящей патентной заявки приведены гели, полученные из указанного выше модифицированного крахмала, способы получения этих гелей, наряду с пищевыми продуктами, полученными с использованием таких гелей, и способы получения этих пищевых продуктов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0006] Используемый в описании настоящей патентной заявки термин ae означает рецессивный увеличивающий амилозу аллель.
[0007] Используемый в описании настоящей патентной заявки термин Ae означает доминантный дикого типа увеличивающий амилозу аллель.
[0008] Используемый в описании настоящей патентной заявки термин wx означает рецессивный восковый аллель.
[0009] Используемый в описании настоящей патентной заявки термин Wx означает доминантный дикого типа восковый аллель.
[0010] Используемый в описании настоящей патентной заявки термин гомозиготный aewx кукурузного крахмала или гомозиготный ae крахмала восковой кукурузы означает крахмал из эндосперма кукурузы, который является гомозиготным для wx и ae аллелей.
[0011] Используемый в описании настоящей патентной заявки термин aewx кукурузного крахмала или ae крахмала восковой кукурузы представляет крахмал, экстрагированный из эндосперма кукурузы, который имеет три дозы wx и одну или две дозы ae.
[0012] Используемый в описании настоящей патентной термин термически обратимые гели относится к гелям, которые превращаются в раствор при повторном нагревании и снова образуют гели при охлаждении. Гели достаточно стабильны при прохождении по меньшей мере 5 циклов расплав/гель и предпочтительно по меньшей мере 10 циклов перед началом значительной ретроградации.
[0013] Специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, следует понимать, что гели могут быть получены при использовании различных способов, при использовании различных концентраций с получением различных свойств, не исключительный вариант осуществления термически обратимого геля с использованием указанного желирующего агента может быть получен согласно следующему процессу и имеет следующие свойства.
Получение геля:
модифицированный aewx крахмал 15% (масса/масса в дистиллированной воде) полностью желатинизировали температурной обработкой суспензии на кипящей водяной бане в течение 20 минут, прекращением температурной обработки и охлаждением с образованием геля.
Качественные характеристики геля: гели демонстрируют прочность, как измерено при использовании теста с усилием проникновения, как приведено в Примере 1, по меньшей мере 100 г после хранения в течение одной недели при температуре 4°C.
[0014] Используемый в описании настоящей патентной заявки термин модифицированный крахмал относится к крахмалу, прошедшему кислотный гидролиз, приложение сдвигового усилия, проведение ферментативной реакции или другой реакции, которая разжижает, расщепляет посредством ферментов разветвленную структуру, деградирует нативный крахмал. Такие модификации не включают реакции для стабилизации крахмала, такие как методы химического получения (например, ацетилирование, пропилирование, превращение в сложный эфир, превращение в простой эфир и аналогичное им), перекрестное сшивание, или реакции термической обработки, такие как термическое ингибирование, отжиг, влажная температурная обработка и аналогичное им. Однако это не исключает возможности стабилизации или другого изменения модифицированного крахмала для дополнительного изменения свойств термически обратимого желирующего агента.
[0015] В описании настоящей патентной заявки приведен кукурузный крахмал, который может быть модифицирован с получением термически обратимого желирующего агента, который может образовывать более прочные термически обратимые гели по сравнению с желирующими агентами, полученными из крахмала, иного, чем варианты кукурузы при использовании аналогичных процессов. Кукурузный крахмал получают из кукурузы генотипа aewx с одной или двумя дозами ae. wx аллель уменьшает количество амилозы в грануле крахмала, в результате чего гранула крахмала гомозиготного wx имеет малое содержание амилозы (менее чем 3%). В гомозиготной wx кукурузе количество ae доз, как правило, определяет длину цепи амилопектина, с 3 дозами длина цепи, как правило, больше, чем с 2 дозами, и с 2 дозами длина цепи, как правило, больше, чем с 1 дозой.
[0016] В вариантах воплощения настоящего изобретения крахмал получают из эндосперма кукурузы, который имеет генотип aewx, который является гомозиготным для рецессивного wx аллеля, но имеет одну или две дозы ae. В частности, в одном варианте осуществления настоящего изобретения крахмал получают из эндосперма кукурузы с aewx генотипом с одной дозой ae. В другом варианте воплощения настоящего изобретения крахмал получают из эндосперма кукурузы с aewx генотипом с двумя дозами ae.
[0017] Кукурузные крахмалы имеют тенденцию образовывать не обратимые гели или не образуют гели. Не желая быть ограниченными какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения считают, что это происходит в результате взаимодействия амилопектина и амилозы (или их отсутствия) в грануле крахмала. Амилоза - молекула с длинной прямой цепью, которая может легче присоединяться к организованным молекулярным комплексам таким, как гели, которые в случае, если слишком крепко связаны (внутримолекулярными связями, такими как водородные связи) необратимы. Таким образом, содержащий амилозу кукурузный крахмал имеет тенденцию к образованию необратимых гелей. Амилопектин - сильно разветвленная молекула, которая не может легко организовываться. Таким образом, он не имеет тенденции к образованию геля. Следовательно, восковая кукуруза, содержащая мало амилозы или не содержащая амилозу, не имеет тенденции к образованию геля или при определенных условиях образует слабые гели.
[0018] Также в описании настоящей патентной заявки приведены способы модификации указанных выше крахмалов с получением желирующих агентов, образующих термически обратимые гели. Как правило, указанные выше способы включают разжижение, гидролиз или расщепление разветвленной структуры амилопектина. Такие эффекты могут быть достигнуты химически, ферментативно или при приложении сдвигового усилия.
[0019] В одном варианте осуществления настоящего изобретения указанные выше крахмалы представляют модифицированные при использовании ферментов. В одном варианте осуществления настоящего изобретения ферментативная реакция расщепляет разветвленную структуру амилопектина, то есть реакция расщепляет 1-6 гликозидные связи. В другом варианте воплощения настоящего изобретения ферментативная реакция может представлять реакцию разжижения, то есть реакция расщепляет 1-4 гликозидные связи. Реакция также может расщеплять обе, и 1-4, и 1-6 гликозидные связи. Подходящие ферменты, как правило, включают α-амилазу, пуллуланазу типа I и типа II, изоамилазу, эндоамилазы и другие ферменты, способные расщепить 1-4 гликозидные связи и/или 1-6 гликозидные связи.
[0020] Специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, следует понимать, что реакции определяются используемыми ферментами, и такой специалист может регулировать основные способы, приведенные в описании настоящей патентной заявки, таким образом, чтобы подходить для используемых ферментов и конкретных нужд. Подходящий уровень pH может составлять от 4 до 10, хотя, как правило, реакции проходят в кислых растворах (то есть pH менее 7), и чаще реакция проходит при pH от 4 до 6. Подходящие температуры, как правило, составляют от около 45° до 95°C.
[0021] Реакция может проходить в течение различных периодов времени, в зависимости от типа используемого фермента, и заданных свойств конечного геля. Как правило, время прохождения реакции составляет от 0,5 до 5 часов. В крайних случаях, когда реакция проходит не достаточно долго, не происходит достаточного переваривания крахмала для получения термически обратимого желирующего агента, а когда реакция проходит слишком долго, она может привести к избыточному перевариванию крахмала, что также не позволяет получить термически обратимый желирующий агент.
[0022] В одном варианте осуществления настоящего изобретения крахмал модифицируют ферментом, который расщепляет 1-4 гликозидные связи, таким как α-амилаза. Суспензию крахмала получают с содержанием крахмала от 10% до 50% в растворе (масса/масса) в кислом растворе (то есть менее чем pH 7). Предпочтительно концентрация крахмала составляет от 20% до 40% (масса/масса) и наиболее предпочтительно около 30% (масса/масса). Также предпочтительно раствор имеет pH от 4 до 6, и наиболее предпочтительно около 6. Фермент добавляют в суспензию крахмала в концентрации от 1,0% до 0,01% (масса/масса, (по массе сухого вещества) мсв) и более предпочтительно около 0,1% (масса/масса, мсв). Суспензию кислотного/ферментируемого крахмала выдерживают при контролируемой температуре, которая составляет в пределах от 50° до 95°C, более предпочтительно от около 90° до 95°C. Реакцию проводят в течение более чем 0,5 часа, более предпочтительно более чем 1 час. Реакцию останавливают традиционными средствами, такими как кипячение или замораживание суспензии. Затем переваренный крахмал извлекают при использовании лиофильной сушки или других средств для выпаривания. Хотя предпочтительно крахмал не подвергают желатинизации перед проведением реакции с α-амилазой, крахмал может быть подвергнут желатинизации перед добавлением фермента. Дополнительно, крахмал может быть подвергнут предварительной желатинизации, таким образом что он становится растворимым перед добавлением в раствор.
[0023] В другом варианте воплощения настоящего изобретения крахмал подвергают расщеплению разветвленной структуры при использовании фермента, который расщепляет 1-6 гликозидные связи, такого как пуллуланаза или изоамилаза. Суспензию крахмала получают с содержанием от 10% до 50% (масса/масса) крахмала в дистиллированной воде, предпочтительно от 20% до 40% (масса/масса) крахмала, и наиболее предпочтительно около 20% (масса/масса) крахмала. Суспензию регулируют, чтобы она стала кислой с pH менее 7 и предпочтительно pH менее 5, и наиболее предпочтительно около 4,5. В этом варианте осуществления настоящего изобретения реакцию расщепления разветвленной структуры, как правило, проводят при более низкой температуре, чем указанную выше реакцию ферментативного переваривания, дополнительно крахмал предпочтительно подвергают желатинизации в растворе перед добавлением фермента. В качестве альтернативы крахмал может быть растворен перед добавлением его в суспензию (например, при использовании варки в струйном варочном аппарате). Температура суспензии при добавлении фермента составляет от 45° до 65°C, предпочтительно от 50° до 60°C, и более предпочтительно около 55°C. При поддержании такой температуры суспензии в нее добавляют фермент в концентрации от 1% до 5% (масса/масса, мсв), и предпочтительно около 2% (масса/масса, мсв). Реакцию проводят в течение от 1 до 6 часа, более предпочтительно от 2 до 5 часа, и наиболее предпочтительно от 3 до 4 часа. Реакцию останавливают традиционными средствами, такими как кипячение или замораживание суспензии. Затем расщепленный крахмал извлекают при использовании лиофильной сушки или других средств для выпаривания. Крахмал извлекают при использовании традиционных средств выпаривания.
[0024] В другом варианте воплощения настоящего изобретения указанные выше крахмалы могут быть модифицированы при использовании кислотного гидролиза, который осуществляет оба, и разрушение гранулы крахмала, и разжижение самого крахмала расщеплением гликозидных связей. Как и в случае ферментативных реакций, крахмал может быть подвергнут предварительной термической обработке перед добавлением в раствор или может быть желатинизирован в растворе. Поскольку кислота разрушает гранулу крахмала, наряду с перевариванием крахмала, предпочтительно, чтобы крахмал не подвергали предварительному растворению перед добавлением в раствор, чтобы реакцию проводили с гранулированным крахмалом.
[0025] Кислотный гидролиз проводят в сильно кислых растворах, то есть с pH менее чем 4, и предпочтительно pH значительно менее чем 4. В одном варианте осуществления настоящего изобретения растворы имеют pH менее чем 1. Суспензию крахмала получают с содержанием от 10% до 50% (масса/масса) крахмала, предпочтительно от 20% до 40% (масса/масса) крахмала, и наиболее предпочтительно около 35% (масса/масса) крахмала. Суспензию смешивают с сильной кислотой, такой как хлористоводородная или серная кислота. Кислоту добавляют в пределах от 0,5% до 2,5% (масса/масса), предпочтительно от 1% до 2% (масса/масса) и наиболее предпочтительно около 1,5% (масса/масса). Суспензию выдерживают при температуре от 45° до 65°C, предпочтительно от 50° до 60°C и наиболее предпочтительно около 55°C. Реакцию проводят в течение от 2 до 36 часов, предпочтительно от 4 до 24 часов. В одном варианте осуществления настоящего изобретения реакция может проводиться в течение около 8 часа, в другом варианте воплощения настоящего изобретения реакция может проводиться в течение около 16 часов. Реакцию останавливают нейтрализацией раствора добавлением достаточного количества основного раствора, например, при использовании от 1% до 10% раствора гидроксида натрия (масса/объем). Крахмал извлекают фильтрацией и промывкой дистиллированной водой. Модифицированный крахмал сушат при температуре, которая позволяет избежать желатинизации крахмала, то есть менее около 60°C.
[0026] В другом варианте воплощения настоящего изобретения крахмал может быть модифицирован приложением сдвигового усилия для расщепления разветвленной структуры крахмала. Большинство физических способов технологической обработки позволяют это сделать, для этого крахмал подвергают обработке в высокоскоростных миксерах, насосах, экструдерах или гомогенизаторах. Такие процессы приводят к расщеплению разветвленной структуры крахмала. Физические процессы с приложением сдвигового усилия менее зависят от уровня pH раствора, чем ферментативная или кислотная модификации. Следовательно, раствор может быть основным, кислым или нейтральным. В одном варианте осуществления настоящего изобретения крахмал подвергают физической обработке с приложением сдвигового усилия перед последующим введением в пищевой продукт для дальнейшей технологической обработки. Крахмал также может быть введен перед приложением сдвигового усилия и может быть подвергнут физической обработке с приложением сдвигового усилия, как части технологической обработки пищевого продукта. Концентрация крахмала в пищевом продукте, как правило, составляет от 0,1% до 50% (масса/масса) крахмала. Крахмал может быть подвергнут желатинизации или предварительной желатинизации при использовании известных способов, таких как варка в струйном варочном аппарате. Перед проведением физической технологической обработки крахмал подвергают термической обработке до полной готовности (желатинизации) или активируют (прошедший предварительную желатинизацию крахмал) с получением, таким образом, пасты. Полученную в результате пасту подвергают воздействию сдвигового усилия, расщепляя разветвленную структуру крахмала. В одном варианте осуществления настоящего изобретения полученную в результате пасту подвергают обработке в высокоскоростном миксере в течение около 1 минуты или более, предпочтительно более чем 5 минут.
[0027] Крахмалы, модифицированные, как указано выше, используют для получения термически обратимых гелей. Свойства термически обратимых гелей зависят от модификаций. Но указанные выше крахмалы по сравнению с желирующими агентами на основе кукурузы по предшествующему уровню техники образуют более прочные термически обратимые гели независимо от модификации. Как приведено в описании настоящей патентной заявки, термически обратимые гели представляют гели, которые превращаются в раствор при повторной температурной обработке и образуют снова гель при охлаждении. Гели достаточно стабильны при прохождении по меньшей мере 5 циклов расплав/гель и предпочтительно по меньшей мере 10 циклов перед началом значительной ретроградации.
[0028] Гели, полученные смешиванием крахмала с раствором, имеют концентрацию крахмала, составляющую от 10% до 50% (масса/масса) крахмала, предпочтительно от 20% до 40% (масса/масса) крахмала. В одном варианте осуществления настоящего изобретения гели получают из суспензии с концентрацией крахмала 15% (масса/масса). В другом варианте воплощения настоящего изобретения гели получают из суспензии с концентрацией крахмала 30% (масса/масса). Крахмал подвергают желатинизиции проведением температурной обработки суспензии при температуре от 90° до 99°C в течение от 10 до 30 минут. В качестве альтернативы крахмалы могут быть подвергнуты предварительной желатинизации перед смешиванием с раствором. Затем прошедшую предварительную желатинизацию суспензию крахмала подвергают температурной обработке аналогично указанным выше способам для активации крахмала. Далее раствор крахмала охлаждают до образования гелей, которые в зависимости от способов, используемых для модификации крахмала, происходит при температуре от 60° до 85°C.
[0029] Прочность гелей, полученных из модифицированных крахмалов, отличается в зависимости от концентрации крахмала в растворе, наряду со способом модификации крахмала. Однако наблюдаются некоторые общие закономерности. Гели имеют тенденцию к увеличению прочности с течением времени, и хотя некоторые растворы немедленно не образуют гели, растворы гелей после их выдержки в течение от одного дня до одной недели образуют гели. Дополнительно, из всех используемых способов прошедшие ферментативное расщепление разветвленной структуры крахмалы позволяют получить самые прочные гели. Провели тестирование трех временных периодов реакции крахмалов, прошедшие ферментативное расщепление разветвленной структуры крахмалы в течение 3,5 часов были прочнее, чем таковые со временем проведения реакции 2 или 5 часов. Это указывает на то, что реакция должна проводиться в течение периода времени, достаточного для расщепления разветвленной структуры крахмалов, но если проводить реакцию в течение слишком длительного периода времени, происходит избыточное расщепление разветвленной структуры крахмала. При кислотном гидролизе, гели имеют тенденцию образовывать самые прочные гели при гидролизе в течение 8 часов или менее. Ферментативное переваривание, такое как при использовании α-амилазы, позволяет получить самые прочные гели при прохождение реакции в течение более чем 1 часа. И прошедшие обработку приложением сдвигового усилия крахмалы способны образовывать гели после приложения сдвигового усилия в течение 1 минуты, но значительно более прочные гели образуются после 5 минут приложения сдвигового усилия. Хотя после приложения сдвигового усилия в течение 15 минут гели все еще становились прочнее, увеличение прочности геля по сравнению с приложением сдвигового усилия в течение 5 минут было меньше, чем разница в увеличении прочности геля у растворов, к которым прилагали сдвиговое усилие в течение 1 минуты и 5 минут.
[0030] Специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, следует понимать, что гели могут быть получены при использовании различных способов, различных концентраций с получением различных свойств, не исключительный вариант осуществления термически обратимого геля при использовании указанного выше желирующего агента может быть получен при использовании следующего способа и имеет следующие свойства:
Получение геля:
модифицированный 15% aewx крахмал (масса/масса в дистиллированной воде) полностью желатинизируют при использовании температурной обработки суспензии на кипящей водяной бане или в течение 20 минут, прекращением температурной обработки и охлаждением с образованием геля.
Качественные характеристики геля:
гели продемонстрировали плотность, как измерено при использовании теста с усилием проникновения, как приведено в Примере 1, по меньшей мере 100 г после хранения в течения одной недели при температуре 4° C, и более предпочтительно по меньшей мере 100 г.
[0031] Модифицированные крахмалы, полученные при использовании указанного выше способа, могут быть использованы для получения гелей, используемых в различных пищевых продуктах. Примеры без ограничения включают имитацию сыров, супы, десерты, соусы, подливы, начинки для пирогов, йогурты, пудинги и дрессинги. Указанные выше крахмалы могут быть использованы как таковые в качестве желирующего агента или в комбинации с другими желирующими агентами. Желирующие агенты по настоящему изобретению могут быть использованы как таковые или с загустителями, или с другими составляющими для обеспечения уникальных текстур пищевых продуктов. Крахмал может быть добавлен как модифицированный крахмал или добавлен в как немодифицированный крахмал, который может быть модифицирован в процессе технологической обработки пищевого продукта. Крахмал или модифицированный крахмал может быть добавлен в соответствии с потребностями настоящей патентной заявки, но как правило, в количестве от 0,1% до 50% крахмала (масса/масса).
[0032] Конкретные аспекты настоящего изобретения будут дополнительно описаны следующими примерами, которые приведены только в целях иллюстрации и не ограничивают объем притязаний настоящей патентной заявки. Специалист в области техники, к которой относится настоящее изобретение, понимает, что могут быть сделаны рутинные модификации в способах и материалах, используемых в примерах, которые все еще будут отражать сущность и входить в объем настоящего изобретения.
МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
Пример 1 - Прочность геля
[0033] Прочность геля измеряли при использовании анализатора текстуры (TA.XT). Раствор крахмала налили в 10 мл лабораторные стаканы и хранили при температуре 4°C в течение 1 или 7 дней. Для проникновения в гель на глубину 15 мм использовали 5 мм сферический зонд (TA-8B) и зафиксировали требуемое для этого усилие. Образцы извлекли из холодильника непосредственно перед тестированием, таким образом, гели во время измерения имели температуру холодильного хранения.
Параметры тестирования:
Усилие срабатывания: 2 г;
Скорость тестирования: 1 мм/сек (6 см/минуту);
Глубина тестирования: 15 мм.
Пример 2 - Ферментативное расщепление разветвленной структуры
и выдерживали при температуре 58,5°C и охлаждали до температуры 58,5°C
[0034] Крахмал смешали (20% масса/масса) с дистиллированной водой. Уровень pH суспензии отрегулировали до 4,6 при использовании 0,5 M раствора HCl. Суспензию подвергли температурной обработке на водяной бане при непрерывном перемешивании в течение 15 минут до полной желатинизации крахмала. Затем полученную в результате пасту переместили на водяную баню  в течение 10 минут при перемешивании. В пасту добавили Promozyme D2 (Novozyme) (2%, мсв, плотность 1,208 г/мл) и тщательно перемешали, выдержали при температуре 58,5°C в течение 3,5 часов. Реакцию расщепления разветвленной структуры остановили нагреванием образцов в бане с кипящей водой в течение 5 минут. Прошедший расщепление разветвленной структуры образец подвергли лиофильной сушке.
[0035] Гели из крахмалов, прошедших расщепление разветвленной структуры, получили при использовании растворов крахмала с содержанием крахмала 10% (масса/масса) в дистиллированной воде. Раствор подвергли температурной обработке на кипящей водяной бане в течение 20 минут до желатинизации крахмала. Затем прекратили температурную обработку и охладили до температуры меньшей, чем температура желирования. Термообратимость выявили повторной температурной обработкой геля на бане с горячей водой до момента расплавления геля. Точка плавления всех гелей составила 80°C.
Таблица 1
Крахмал
Температура плавления геля (°C)
Усилие проникновения (г)-1 день
Усилие проникновения (г)-1 неделя
Восковая кукуруза
80
30,938
40,152
aewx (1 доза ae )
80
32,777
38,567
aewx (2 дозы ae)
80
42,736
49,453
aewx (3 дозы ae)
80
Разделение фаз
Разделение фаз
[0036] Как видно, были успешно получены термически обратимые гели при использовании ферментативного расщепления разветвленной структуры модифицированного крахмала из aewx эндосперма кукурузы, как с 1, так и с 2 дозами ae. Оба геля со временем стали более прочными. Гели, полученные из aewx кукурузного крахмала с 2 дозами ae, продемонстрировали большую прочность после обоих, и 1 и 7 дней хранения.
[0037] При использовании той же самой процедуры провели расщепление разветвленной структуры крахмала восковой кукурузы и aewx кукурузного крахмала с двумя дозами ae, за исключением того, что варьировали время расщепления разветвленной структуры: реакция проходила в течение 2, 3,5 и 5 часа. Также термически обратимый гель получили при использовании раствора крахмал-в-воде с концентрацией крахмала 15% (масса/масса).
Таблица 2
Крахмал
Время реакции расщепления разветвленной структуры(ч)
Температура плавления геля (°C)
Усилие проникновения в гель (г)
1 день
1 неделя
Восковая кукуруза
2
80-85
78,3
141,6
3,5
80-85
93,0
138,5
5
80-85
82,7
126,7
aewx (2 дозы ae)
2
80-85
105,9
163,4
3,5
80-85
127,6
197,1
5
80-85
104,9
145,7
[0038] Как видно, aewx кукурузный крахмал с 2 дозами ae образует термически обратимые гели, которые плавятся при температуре 80° - 85°C. Гели продемонстрировали более высокую прочность, чем восковая кукуруза, независимо от длительности реакции. Гели, полученные из aewx кукурузного крахмала с 2 дозами ae, продемонстрировали самую высокую прочность после реакции в течение 3,5 часов.
Пример 3 - Кислотный гидролиз
[0039]
[0040] Крахмал (35% масса/масса крахмал в дистиллированной воде) смешали с HCl (1,5% масса/масса) с получением суспензии. Суспензию выдержали на водяной бане при температуре 52°C при перемешивании в течение 16 часов. Реакцию остановили нейтрализацией. Разжиженный кислотой крахмал извлекли фильтрацией и трех кратной промывкой.
[0041] Гели, полученные из прошедших гидролиз крахмалов, получили при использовании раствора с 15% содержанием крахмала (масса/масса в дистиллированной воде). Крахмал полностью желатинизировали проведением температурной обработки суспензии на кипящей водяной бане в течение 20 минут. Прекратили температурную обработку раствора крахмала и охладили до его желирования. Все растворы желировались при температуре около 60°C. Термообратимость выявили повторной температурной обработкой геля на бане с горячей водой до момента расплавления геля. Все гели плавились при температуре около 60° C.
Таблица 3
Крахмал
Температура плавления геля (°C)
Усилие проникновения (г) -1 день
Усилие проникновения (г) -1 неделя
aewx (1 доза ae)
60
гель не образуется
22,765
ewx (2 дозы ae)
60
21,095
77,426
Восковая кукуруза
гель не образуется
[0042] Как видно, прошедшая кислотный гидролиз восковая кукуруза не образует гели. Прошедший кислотный гидролиз крахмал из aewx эндосперма кукурузы с 1 и 2 дозами ae образует гели после одной недели выдержки. Прошедший кислотный гидролиз крахмал из aewx эндосперма кукурузы с 2 дозами ae образовали гели через один день и одну неделю.
[0043] Ту же реакцию кислотного гидролиза провели на крахмале восковой кукурузы и aewx кукурузном крахмале с 2 дозами ae за исключением того, что реакцию гидролиза варьировали по времени 8, 16 и 24 часа, соответственно. Гель опять получали из 15% раствора крахмал-в-воде (масса/масса).
Таблица 4
Крахмал
Время реакции гидролиза(ч)
Температура плавления геля (°C)
Усилие проникновения в гель (г)
1 день
1 неделя
Восковая кукуруза
8
60-65
гель не образуется
10,2
16
60-65
гель не образуется
9,1
24
60-65
гель не образуется
11,4
aewx (2 дозы ae)
8
60-65
33,5
105,7
16
60-65
26,1
84,4
24
60-65
26,7
61,2
[0044] Прошедший кислотный гидролиз крахмал из aewx эндосперм кукурузы с 2 дозами ae образовал гели через один день, которые стали прочнее через неделю для реакций всех временных промежутков. Самые прочные гели получили после 8 часовой реакции. Восковая кукуруза не образовала гель по прошествии одного дня хранения и образовала только очень слабые гели через неделю хранения.
Пример 4 - Физическое расщепление разветвленной структуры
[0045] Физическое расщепление разветвленной структуры провели при использовании растворов крахмал в дистиллированной воде с концентрацией крахмала 15% (масса/масса). Крахмал полностью желатинизировали проведением температурной обработки суспензии на кипящей водяной бане в течение 20 минут. Полученную в результате пасту подвергли воздействию сдвигового усилия при использовании ручного блендера в течение 1, 5, или 15 минут и затем перелили в прямоугольную емкость для запекания из фольги, и провели лиофильную сушку для извлечения крахмала.
[0046] Гели получили из aewx кукурузного крахмала с 2 дозами ae, которые подвергли физическому расщеплению разветвленной структуры, как указано выше, и провели сравнение с гелями, полученными из aewx кукурузного крахмала с двумя дозами ae, который не подвергали расщеплению разветвленной структуры. Гели получили смешиванием суспензии крахмала (15% масса/масса в дистиллированной воде). Суспензию подвергли температурной обработке на кипящей водяной бане до полной желатинизации крахмала. Затем раствор крахмала охладили до желирования. Термообратимость выявили повторной температурной обработкой геля на бане с горячей водой до момента расплавления геля. Все гели расплавились при температуре около 75°C.
Таблица 5
Основа
Модификация
Время приложения сдвигового усилия (минуты)
Температура плавления геля (°C)
Усилие проникновения в гель (г)
1 день
1 неделя
aewx (2 дозами ae)
Не проводили
Не проводили
75
31,5
75,0
Приложение сдвигового усилия
1
75
12,3
68,9
Приложение сдвигового усилия
5
75
5,4
112,5
Приложение сдвигового усилия
15
75
6,6
128,8
[0047] Как видно, все растворы образовали гели. Гели, полученные из крахмала, прошедшего приложение сдвигового усилия, значительно повысили прочность через 1 неделю по сравнению с гелями, хранившимися 1 день. Дополнительно, гели из прошедшего приложение сдвигового усилия крахмала в течение 5 минут или более продемонстрировали по меньшей мере двух кратное превышение прочности геля после хранения в течение одной недели по сравнению с гелями, полученными из крахмала, прошедшего приложение сдвигового усилия в течение одной минуты и хранившегося в течение аналогичного периода.
Пример 5 - Ферментативное переваривание
[0048] Суспензию крахмала получили при использовании раствора с 30% (масса/масса) концентрацией крахмала, и отрегулировали pH суспензии до 5,8. В суспензию добавили α-амилазу (SpezymeFred L, DuPont) в концентрации 0,08% (масса/масса, мсв) и тщательно перемешали. Суспензию выдержали на масляной бане, снабженной автоматическим контроллером температуры. Ферментативный гидролиз провели при температуре 95° C при перемешивании в течение 0,5 или 1 часа, полученный в результате гидролизат сразу же перелили в прямоугольную емкость для запекания из фольги и заморозили в морозилке. Образец извлекли проведением лиофильной сушки.
[0049] Гели, полученные из α-амилазного крахмала восковой кукурузы и aewx кукурузного крахмала с 2 дозами ae, модифицировали, как указано выше. Гели получили смешиванием крахмала (30% масса/масса) и дистиллированной водой. Суспензию крахмала подвергли температурной обработке на кипящей водяной бане до полной желатинизации крахмала. Затем прекратили температурную обработку раствора крахмала и охладили до желирования. Термообратимость выявили повторной температурной обработкой геля на бане с горячей водой до момента расплавления геля. Все гели расправились при температуре около 50°C.
Таблица 6
Основа
Время реакции переваривания(ч)
Содержание сухих веществ в геле(%)
Усилие проникновения в гель (г)
1 день
1 неделя
Восковая кукуруза
0,5
30%
Гель не образуется
Гель не образуется
1
30%
Гель не образуется
Гель не образуется
aewx (2 дозами ae)
0,5
30%
Гель не образуется
27,7
1
30%
4,5
54,6
[0050] Как видно, модифицированный aewx кукурузный крахмал с 2 дозами ae образовал гели через одну неделю, независимо от времени реакции, но гели стали прочнее после одной недели хранения. Также модифицированный aewx кукурузный крахмала с 2 дозами ae, который реагировал в течение 1 часа, образовал гели после хранения в течение одного дня.