ЖИДКАЯ ОВСЯНАЯ ОСНОВА
LIQUID OAT BASE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к жидкой овсяной основе, в частности к жидкой овсяной основе для применения в качестве заменителя молока или пищевой добавки, и к способу ее получения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В данной области техники известны овсяные напитки («овсяное молоко»), используемые в качестве заменителя коровьего молока (европейский патент 731646 В1; европейский патент 1124441 В1; патент США 6451369 В1) и сырья для других молокозаменяющих продуктов (патент США 7160564 В2). Их предпочитают многие покупатели по различным причинам, например из-за содержания в них растворимой клетчатки в форме β-глюкана, полезной для здоровья; отсутствия потенциально аллергенных белков и лактозы, которые не могут быть переварены большинством людей в мире. Овсяное молоко содержит от примерно 0,5 до примерно 1,0% от массы растворимого белка. В известном уровне техники способы изготовления овсяного молока предусматривают нагревание исходного материала, например овсяной муки, овсяных отрубей или цельного овса, из которого они получены, или их водной суспензии или смеси, до такой температуры и в течение такого времени, чтобы достаточно надежно предотвратить развитие эндогенной ферментативной активности, в частности липазной/липоксигеназной, а также β-глюканазной активности в процессе изготовления. Такие овсяные напитки называют «овсяной основой», так как их можно применять не только в напитках, в частности молочных, но и в качестве основы для других пищевых продуктов, таких как овсяный йогурт или овсяное масло, или в качестве пищевой добавки.
Из-за низкого содержания жира в овсяном молоке (обычно 0,5% от массы) в продукт часто добавляют жир в виде растительного масла, например рапсового масла.
Несмотря на коммерческий успех овсяных напитков, имеющихся на рынке, существует возможность для их дальнейшего улучшения, в частности в отношении повышения содержания белка в таких напитках. Способы изготовления овсяных напитков, известные в данной области техники, не позволяют полностью извлечь белок из овсяного сырья.
Известны способы увеличения содержания водорастворимых белков в овсяных напитках путем применения протеиназы совместно с амилазой(ами) при ферментативном разложении овсяного сырья. Применение протеиназ, однако, приводит, к образованию низкомолекулярных пептидов, которые могут изменять органолептические свойства напитка.
Европейский патент 976829 А1 описывает фермент, дезамидирующий белок, и способ его получения. Европейский патент 1371734 А1 описывает способ денатурирования молочного белка дезамидирующим ферментом для повышения его чувствительности к протеазе, а также его эмульгирующих, пенообразующих и гелеобразующих свойств. Европейский патент 1839491 описывает молочный продукт и способ его получения путем взаимодействия молока с дезамидирующим ферментом для подавления кислого и горького вкуса. Патент всемирной организации 2008/138900 А2 описывает способ получения кисломолочного напитка путем взаимодействия сырого или обработанного молока дезамидирующим ферментом.
В дополнение/отдельно от ферментативного дезамидирования глутаминовые и аспарагиновые остатки в пептидах и белках можно подвергать неферментативному дезамидированию in vitro и in vivo (Robinson NA, ProteinDeamidation. ProcNatAcadSci, 99 (2002) 5283-5288 = http://www.pnas.org/content/99/8/5283.full и в цитируемой литературе).
ЗАДАЧИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является обеспечение овсяного напитка или основы, таких как указано выше, с повышенным содержанием белка.
Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение указанных улучшений одновременно с сохранением или даже улучшением органолептических свойств напитка.
Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа получения улучшенного овсяного напитка или основы.
Дополнительные задачи настоящего изобретения будут очевидны из последующего краткого описания изобретения, примеров, описывающих его предпочтительные варианты реализации, и прилагаемой формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению предложена овсяная основа, описанная выше, имеющая улучшенное содержание растворимого белка овса. «Улучшенное содержание белка» означает более высокое содержание белка, которое достигается известными в уровне техники способами обработки исходного овсяного сырья и не обусловлено применением протеаз (пептидазы/протеиназы).
Овсяная основа согласно данному изобретению получена путем разложения овсяного сырья одной и более амилазами и протеин-деамидазой.
Согласно одному предпочтительному аспекту изобретения протеин-деамидаза способна дезамидировать высокомолекулярный белок овса, в частности глобулин овса.
Согласно другому предпочтительному аспекту изобретения протеин-деамидаза не обладает существенной протеазной (пептидазной) активностью. Протеин-деамидаза согласно данному изобретению предпочтительно вообще не обладает протеазной активностью. Примеры протеин-деамидазы, используемой в данном изобретении, описаны в европейском патенте 976829 В1. Предпочтительное количество протеин-деамидазы находится в интервале 0,5-20 ед/г овсяного белка.
Согласно другому предпочтительному аспекту изобретения, дезамидирование проводят параллельно с амидолизом, который заключается в расщеплении крахмала амилазой(ами). «Параллельно с амидолизом» означает одновременно с ферментативным расщеплением крахмала амилазой(ами). Однако в способе согласно данному изобретению дезамидирование овсяного белка может быть продолжено и после прекращения или существенного снижения амидолиза.
Способ согласно данному изобретению может быть остановлен при достижении желаемой вязкости, например, при вязкости в интервале от 100 кПа до 200 кПа, или от 50 кПа до 100 кПа, или от 25 кПа до 50 кПа, или от 10 кПа до 25 кПа (sp2 / 60 rpm / 25±2°С). Способ согласно данному изобретению предпочтительно останавливают нагреванием до температуры, при которой любая ферментативная активность подавляется за короткое время, например за 10 секунд, или за 1 минуту, или за 5 минут, причем данная температура >80°С, предпочтительно более 90°С, в частности более 100°С, например, примерно 105°С, при которой нагревание в течение 10 секунд способно существенно нарушить ферментативную активность.
Улучшенная овсяная основа согласно данному изобретению отличается от ранее известных овсяных основ (овсяных напитков) повышенным содержанием растворимого овсяного белка. В данном случае «растворимый» означает «водорастворимый». Способ, предложенный в данном изобретении, позволяет повысить содержание растворимого белка на величину от 10% от массы до 20% от массы и более.
Таким образом, согласно настоящему изобретению, содержание растворимого белка в овсяной основе повышается не за счет добавления растворимого белка в основу или в исходное сырье, из которого она получена, или во время процесса, в котором она получена, а за счет применения подходящего овсяного сырья и подходящего способа растворения белка. Предпочтительно применять исходное сырье с высоким содержанием белка, сохраненного в нативном состоянии. «Сохраненный в нативном состоянии» означает, что белок в исходном сырье не денатурирован или денатурирована лишь незначительная его часть, составляющая около 10% от массы или 20% от массы.
В качестве исходного материала для получения овсяной основы или напитка следует использовать овес после сухого или влажного нагревания, обычно применяемый для изготовления овсяных напитков. Такое нагревание преследует двоякую цель. С одной стороны, оно разрушает бета-глюканазу и/или предотвращает ее образование во время гидролиза крахмала, таким образом, сохраняя водорастворимые бета-глюканы в нативном состоянии. Бета-глюканы в нативном состоянии представляют собой высокомолекулярные бета-глюканы, например, имеющие молекулярную массу от 50 кДа и более. Высокомолекулярные бета-глюканы признаны ценным и благотворно влияющим на здоровье компонентом овсяных напитков. Однако тепловую инактивацию бета-глюканазы применяют к овсяным напиткам, только если они должны содержать значительное количество бета-глюканов.
С другой стороны, нагревание применяют главным образом для инактивации липазы и липоксигеназы. Инактивация липазы и липоксигеназы предохраняет продукт от прогоркания. Согласно предпочтительному аспекту изобретения можно избежать необходимости инактивировать липазу и липоксигеназу, если удалить липиды из исходного сырья, например, экстракцией этанолом или сверхкритическим диоксидом углерода. Предпочтительно удаляют по меньшей мере 90% и даже по меньшей мере 95% липидов.
Хотя в необработанном овсе водорастворимый белок содержится в количестве примерно от 60% до примерно 70% от массы общего белка, после обработки микроволнами (, Sweden) и паром (102°С в течение 50 минут, с последующей 50-минутной сушкой воздухом при температуре от 110°С до 120°С) его содержание составляет всего 30% от массы общего белка.
Данное изобретение позволяет избежать тепловой обработки, в частности пропаривания, либо как можно сильнее сократить ее продолжительность и/или температуру, чтобы снизить денатурацию овсяного белка. В противном случае следует удалить липиды из овса. Если нагревание проводят для предотвращения прогоркания продукта и существенного разложения β-глюкана, достигают оптимального соотношения между температурой и/или продолжительностью нагревания, с одной стороны, и полнотой инактивации β-глюканазы и липазы/липоксигеназы, с другой стороны.
Предпочтительным сырьем для применения согласно данному изобретению является овсяная мука, полученная сухим размолом лущеного или очищенного от шелухи овса, которая не подвергалась нагреванию, в частности обработке паром. Однако овсяная мука влажного размола, не подвергавшаяся нагреванию, или мука сухого размола из любых фракций овса также может быть использована. В частности, предпочтительным является применение овса сухого размола или овсяных отрубей, не обработанных нагреванием, и непропаренного овса.
Согласно данному изобретению было обнаружено, что нагревание овса любым способом до температуры до примерно 50°С или даже до примерно 65°С в течение нескольких часов, например 1 или 2 или даже 5 часов, не приводит к существенной денатурации. С другой стороны, нагревание такого овсяного сырья в течение такого же времени при температуре 80°С или более существенно снижает растворимость белка, особенно если сырье влажное. Паровая обработка овса в любом виде приводит к существенной денатурации, достигающей 30% или более, и даже 50% и более. Поэтому пропаренное овсяное сырье, например такое, как описано в патентах США 6165365 А и 7494683 В2, не пригодно для применения согласно данному изобретению.
Согласно предпочтительному аспекту данного изобретения, предлагаемую овсяную основу изготавливают размолом крупки (лущеного овса) с водой до получения однородной массы, содержащей от 8 до 13% сухого вещества по массе, затем добавляют амилазу(ы) и проводят расщепление овсяного крахмала при температуре от 50°С до 75°С. Амилаза может представлять собой бета- или альфа-амилазу либо их смесь, причем они могут быть смешаны заранее перед добавлением в овсяную массу, либо в самой массе при их одновременном или последовательном добавлении.
Амилазы добавляют в количестве, достаточном для достижения существенного гидролиза крахмала в течение периода времени от 0,5 до 4 часов, в частности от примерно 1 до примерно 2 часов, причем существенной степенью гидролиза считается гидролиз более 50% массы крахмала, в частности более 80% или даже более 90% массы.
Обычно амилазу(ы) добавляют в таком количестве, чтобы обеспечить амилазную активность от 140 до 250 Betamyl-3 единиц или от 0,5 до 4 Ceralpha единиц на 1 г крахмала, в частности примерно 180 Betamyl-3 единиц или 1 Ceralpha единицу на 1 г крахмала.
Также данное изобретение описывает жидкую овсяную основу, полученную предложенным способом, и жидкую овсяную основу, содержащую белок овса, дезамидированный протеин-деамидазой. Для белка овсяной основы предпочтительным является содержание белка, дезамидированного протеин-деамидазой, в количестве 10% от массы или 20 от массы или более.
Согласно данному изобретению далее описано применение жидкой овсяной основы согласно настоящему изобретению в качестве пищевого продукта, пищевой добавки или исходного сырья для приготовления пищи, предназначенных для употребления человеком.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
Материалы и методы
Овсяные зерна: очищенное, пропаренное, влажного или сухого размола.
Овсяные отруби (Frebaco Kvarn АВ, Лидкопинг, Швеция): приготовлены из пропаренного овса шведского производства размолом в шаровой мельнице. Состав (в % массы): белок 18, жир 7, углеводы 45, клетчатка 16%, вода 9,5.
Ферменты. Протеин-глутаминаза «Amano 50», 50 ед/г (AmanoInc, Япония). Промышленные альфа-амилаза и бета-амилаза получены из различных коммерческих источников.
Альфа-амилазная активность: Одна Ceralpha единица определяется как количество фермента, необходимое для образования одного микромоля п-нитрофенола из BPNPG7 (п-нитрофенил мальтогептаозид с невосстанавливающим концевым остатком) в течение одной минуты при следующих условиях проведения анализа:
http://secure.megazyme.com/files/BOOKLET/K-BETA3_1010_DATA.pdf
Бета-амилазная активность: Одна BNPβ-G3 (п-нирофенил-β-D-мальтотриозидная) единица определяется как количество фермента, необходимое для образования одного микромоля п-нитрофенола из PNPβ-G3 в течение одной минуты при следующих условиях проведения анализа: http://secure.megazyme.com/files/BOOKLET/K-ВЕТА3_1010_DATA.pdf
Протеин-глутаминазная активность: Одна единица активности (ед) определяется как количество фермента, позволяющее получить один микромоль аммиака в минуту при реакции с 10 мМ водного бензилкарбонил-L-глутаминилглицина (Cbz-Gln-Gly).
Вязкость: Измерена на вискозиметре Брукфильда Visco DV-II+
(http://www.brookfieldengineering.com/products/viscosimeters/laboratory/dv-ii.asp).
ПРИМЕР 1. Способ получения улучшенной овсяной основы по данному изобретению опытного масштаба
Очищенное, пропаренное зерно овса (675 кг) размалывали влажным способом в коллоидной мельнице при температуре 54°С и подавали непосредственно в ферментер из нержавеющей стали в течение 20 минут. Перемешивание начинали при объеме овсяной массы примерно 100 л. Добавляли примерно 7,5 л водного раствора альфа- и бета-амилазы (1 Ceralpha единица на 180 Betamyl-3 единиц на г крахмала). Активность ферментов может варьироваться в зависимости от производителя; в данном эксперименте общая масса амилаз составила 432 г. Раствор ферментов подавали в ферментер параллельно с овсяной массой в течение примерно 12 минут, после чего в ферментер подавали еще 3000 л овсяной массы. Остаток овсяной массы подавали в ферментер в течение примерно 8 минут, чтобы общий объем жидкости в ферментере достигал примерно 5600 л. Температуру смеси поддерживали на уровне 56°С.
Дозирование протеин-глутаминазы (БГ). БГ (687,5 г) растворили в 1,5 л воды при комнатной температуре. Раствор БГ добавили в смесь при вязкости 160,5 (sp2/60 rpm/25±2°C). Перемешивание продолжали примерно 120 минут при температуре примерно 56°С для достижения вязкости смеси 35 (sp2 / 60 rpm / 25±2°С) и pH 6,6. Затем все ферменты разрушали нагреванием продукта до 95°С. Смесь остужали до комнатной температуры и отфильтровывали. Фильтрование можно было пропустить, если необходимо получить продукт из цельного зерна.
Полученную таким образом овсяную основу согласно данному изобретению переносили в реакционный сосуд и добавляли рапсовое масло, витамины, хлорид натрия, ди- и три-кальций фосфат и карбонат кальция. Полученный таким образом обогащенный овсяный напиток имел вязкость (sp2 / 60 rpm / 25±2°С) 17,5 кПа и pH 6,8. Полученный овсяный напиток или овсяное молоко помещали в емкость для хранения, из которой разливали для дальнейшей пастеризации и упаковки.
Анализ продукта. Дезамидирование продукта: 7,3% от общего свободного аммиака (при обработке 2 н. серной кислотой при 100°С в течение 4 часов). Дезамидирование контроля (неферментативное дезамидирование): 1,6% от общего свободного аммиака (тот же способ в отсутствие ПГ). Растворимый белок: 78% от общего белка в продукте против 64% от общего белка в контроле.
Вместо очищенного пропаренного овсяного зерна в качестве исходного сырья можно использовать, например, лущеное зерно.
5
ПРИМЕР 2. Модифицированный и масштабированный (1:10) способ Примера 1
Полученную влажным размолом овсяную суспензию нагревали до 60°С при перемешивании. Альфа- и бета-амилазы, как и протеин-глутаминазу (1 ед/г овсяного белка) добавляли к суспензии и проводили реакцию при 60°С и перемешивании в течение 2 часов. Затем суспензию нагревали до 95°С в течение 5 минут. Нерастворимый осадок удаляли на пульсирующей центрифуге (пульсация 1100 г) и анализировали.
Анализ продукта. Дезамидирование продукта: 6,9% от общего свободного аммиака. Дезамидирование контроля (неферментативное дезамидирование): 1,9% от общего свободного аммиака (тот же способ в отсутствие ПГ). Растворимый белок: 84% от общего белка в продукте против 56% от общего белка в контроле.
ПРИМЕР 3. Модифицированный и масштабированный способ Примера 1
То же, что в Примере 2, но в качестве сырья использовали прогретый и просеянный овес сухого размола, с размером частиц <0,5 мм, разведенный водой до содержания сухих веществ 11% от массы.
Анализ продукта. Дезамидирование продукта: 6,1% от общего свободного аммиака. Дезамидирование контроля (неферментативное дезамидирование): 1,5% от общего свободного аммиака (тот же способ отсутствие ПГ). Растворимый белок: 59% от общего белка в продукте против 48% от общего белка в контроле.
ПРИМЕР 4. Модифицированный и масштабированный способ Примера 1
То же, что в Примере 2, но в качестве сырья использовали необработанный нагреванием просеянный овес сухого размола, с размером частиц <0,5 мм, разведенный водой до содержания сухих веществ 11% от массы.
Анализ продукта. Дезамидирование продукта: 8,9% от общего свободного аммиака. Дезамидирование контроля (неферментативное дезамидирование): 1,5% от общего свободного аммиака (тот же способ в отсутствие ПГ). Растворимый белок: 81% от общего белка в продукте против 62% от общего белка в контроле.
ПРИМЕР 5. Дезамидирование овсяного напитка на лабораторной и пилотной установках протеин-глутаминазой
Овсяная основа или напиток, используемый в данном примере, был получен способом, описанным в Европейском патенте №731646. Данный овсяный напиток является коммерческим продуктом и произведен Oatly АВ, Ландскрона, Швеция. В Таблице 1 показаны наиболее важные характеристики нескольких продуктов согласно данному изобретению. Также показаны соответствующие характеристики дезамидированния продуктов, полученных из прогретого овса сухого размола. Данные продукты получены в отсутствие деамидазы (0 ед) и в присутствии деамидазы при двух режимах ее добавления (1 ед; 2×0,5 ед/г овсяного белка). Из Таблицы 1 очевидно, что при прочих равных условиях из исходного сырья, не подвергавшегося нагреванию, можно получить более высокобелковый продукт, чем из прогретого исходного сырья.
Кроме того, очевидно, что при прочих равных условиях дробное добавление деамидазы (2×0,5 ед) позволяет получить более высокобелковый продукт, чем однократное добавление того же количества амилазы (1 ед). Более высокому содержанию протеина в продукте сопутствует повышение стабильности эмульсии (снижение степени седиментации) продукта.