COCOA BEANS WITH LOWER POLYPHENOL OXIDASE ACTIVITY AND HIGH CONTENT OF POLYPHENOL
КАКАО-БОБЫ С ПОНИЖЕННОЙ ПОЛИФЕНОЛОКСИДАЗНОЙ АКТИВНОСТЬЮ И ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ПОЛИФЕНОЛА

Настоящее изобретение относится к способу снижения полифенолоксидазной активности в бобах какао, к какао-бобам, доступным посредством указанного способа, и к применению этих какао-бобов для изготовления продовольственных продуктов.
В недавних исследованиях было показано, что полифенолы какао-бобов могут благоприятным образом воздействовать на здоровье человека. Полифенолы могут снижать риск хронических заболеваний, таких как сердечно-сосудистые заболевания и рак. Полифенолы и содержащие полифенолы натуральные продукты, такие как какао-бобы, могут быть поэтому применены в функциональных продуктах питания или лекарственных препаратах.
Свежесобранные какао-бобы содержат высокие уровни низкомолекулярных полифенолов, которые окисляются в полимерные формы, как только вскрывают естественную оболочку стручка. Эти полимерные полифенолы больше не доступны для биопоглощения. Поскольку не существует никакого экономически приемлемого способа, при котором бы можно было избежать полимеризации полифенола, вызванной посредством окисления, существует потребность в указанных способах. Наиболее предпочтительно, чтобы такие способы в то же самое время сохраняли другие свойства натуральных какао-бобов.
В EP 0 806 147 A1 описывается способ удаления привкусов из какао-продуктов. В способе, раскрытом в этой ссылке, применяются ферментированные какао-бобы, которые пропаривают при повышенных температурах для получения жареного какао с пониженным содержанием кислот.
WO 2006/028360 A1 направлен на способ для получения какао-бобов, который включает стадию пропаривания обжаренных, очищенных от скорлупы какао-бобов, подвергания действию потока воздуха при температуре в пределах 80-170°C и обработки указанных очищенных от скорлупы какао-бобов маслом.
В JP 61195647 A описывается получение горького шоколада, включающее выделение сырых какао-бобов из какао-плодов, так же как и ферментирование и сушка какао-бобов перед пропариванием, обжариванием и размолом посредством обычных процедур.
В US 5395635 раскрывается способ получения белых зерен какао, очищенных от шелухи. Чтобы избежать образования цвета, какао-бобы бесцветного типа нагревают в горячей воде или водном паре, содержащем кислое, щелочное или спиртовое соединение без подвергания ферментации или после слабой ферментации. Зерна бобов, очищенные от шелухи, таким образом, защищены от изменения цвета.
WO 2005/004619 A2 направлен на целые жареные продукты какао-бобов и стремится предоставить эффективный способ получения высококачественного порошка из цельных какао-бобов с низким микробиологическим содержимым.
WO 2005/115160 A1 описывает способ получения полифенола какао-концентрата, включающий стадию обесцвечивания неферментированных какао-бобов в воде при температуре в диапазоне 85-100°C.
Однако ни один из способов, описанных в предшествующем уровне техники, не позволяет экономично снизить полифенолоксидазную активность в какао-бобах, чтобы привести к какао-бобам с высоким содержанием полифенола, и в то же самое время поддержать другие естественные характеристики указанных какао-бобов, как, например, полифеноловый профиль.
Таким образом настоящее изобретение предоставляет способ снижения полифенолоксидазной активности в неферментированных необжаренных сырых какао-бобах, который является экономически приемлемым.
Ввиду способов, описанных в предшествующей области техники, заявители настоящего изобретения разработали способ для снижения полифенолоксидазной активности в неферментированных, необжаренных сырых какао-бобах, который позволяет сохранять химический профиль и содержание низкомолекулярных полифенолов, таких как, например, термолабильных полифенолов класса флавонолов, необработанных сырых какао-бобов, не применяя кислые, щелочные или спиртовые паровые добавки.
В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается мягкий и эффективный способ для снижения полифенолоксидазной активности в какао-бобах, включающий стадию пропаривания неферментированных, необжаренных сырых какао-бобов водой.
Настоящее изобретение также относится к какао-бобам, полученным посредством данного способа, и также к продуктам, содержащим их, или производным таких какао-бобов.
Неферментированные, необжаренные сырые какао-бобы, которые могут быть применены в качестве субстрата в способе согласно настоящему изобретению, могут быть любыми произвольными неферментированными, необжаренными сырыми какао-бобами. Предпочтительно, сырые какао-бобы выбраны из группы, включающей серые, коричневые и фиолетовые какао-бобы. Такие бобы могут, например, быть получены из Эквадора и/или Тринидада и Тобаго. Предпочтительно, что неферментированные, необжаренные сырые какао-бобы, использованные в соответствии с настоящим изобретением, содержат высокое количество флавонидов, еще более предпочтительно флаван-3-олов и процианидинов.
Согласно настоящему изобретению пропаривание может быть выполнено при температуре 70-125°C. Например, температура может быть в диапазоне 75-110°C, предпочтительно в диапазоне 90-100°C и еще более предпочтительно в диапазоне 95-98°C.
Пропаривание в настоящем контексте подразумевает применение водяного пара. Водяной пар, который будет применен на стадии пропаривания согласно настоящему изобретению, предпочтительно может быть насыщенным.
В то время как стадия пропаривания может быть проведена при немного повышенном или немного пониженном давлении, предпочтительно, чтобы эта стадия осуществлялась при атмосферном давлении.
Пропаривание может быть выполнено в пределах временного интервала от 1 до 120 минут в зависимости от типа оборудования, которое применяется на стадии пропаривания. Если пропаривание проводится в серийном производстве, необходимо некоторое время, чтобы пар достиг всех бобов, тогда как время могло быть еще короче чем 1 минута, если проводится непрерывный процесс, с применением, например, конвейерной ленты. Предпочтительно, время пропаривания находится в интервале 15-60 минут, более предпочтительно 20-45 минут.
Согласно настоящему изобретению пропаривание может быть проведено с бобами, полученными из стручков какао, которые были очищены от мякоти. В качестве альтернативы даже могут быть применены бобы без удаления мякоти из бобов.
Способ согласно настоящему изобретению может далее включать одну или несколько стадий сушки, ферментации и обжаривания какао-бобов. Эти дополнительные стадии могут быть осуществлены после стадии пропаривания.
Сушка согласно настоящему изобретению может быть выполнена при повышенных температурах вплоть до 90°C. Предпочтительно, чтобы бобы сушились при температуре от 30 до 70°C и более предпочтительно при температуре 35-50°C. Чтобы ускорить стадию сушки, сушка пропаренных бобов может быть проведена под пониженным давлением посредством любых подходящих средств (например, вакуумная печь). Пониженное давление в этом контексте означает давление между 200-950 мбар. Таким образом, давление во время сохнущей стадии вообще может быть между 200 и 500 мбар и предпочтительно между 200 и 300 мбар.
Согласно настоящему изобретению также возможно пропаривать-сушить бобы. Под "пропариванием-сушкой" в контексте настоящего изобретения подразумевается воздействие на бобы паром, который содержит меньше воды, чем пар, который применяется на "пропаривающей стадии".
Также возможно провести комбинированную стадию пропаривания и сушки, в которой постепенно уменьшается содержание воды в паре, который применяют. Например, пропаривание неферментированных, необжаренных сырых какао-бобов можно начать с насыщенного водяного пара и далее постепенно уменьшать содержание воды в паре.
Под ферментированием в контексте настоящего изобретения подразумеваются обычные или короткие способы ферментирования.
Под обжариванием согласно настоящему изобретению подразумевают обычные процедуры, такие как описанный Minifie, Bernhard W. (Chocolate, Cocoa, And Confectionery: Science And Technology, 3rd edition, International Thomson Publishing, 1989) и Beckett, S.T. (Industrial Chocolate Manufacture and Use. Blackie & Son Ltd. 1988).
Что касается дополнительных стадий высыхания, ферментации и обжаривания пропаренных бобов какао, здесь нет никакой определенной последовательности, и одну или несколько этих стадий можно объединить. То есть две или несколько из стадий сушки, ферментации и обжаривания могут быть выполнены на одной и той же стадии.
Согласно настоящему изобретению способ уменьшения полифенолоксидазной активности в какао-бобах, таким образом, включает стадию пропаривания неферментированных, необжаренных сырых какао-бобов водяным паром и далее необязательно включает одну или более стадий сушки, ферментации или обжаривания какао-бобов.
Другими словами, предоставлен мягкий и эффективный способ снижения полифенолоксидазной (PPO) активности в какао-бобах, где общее содержание полифенола, а также содержание низкомолекулярных полифенолов в какао-бобах после пропаривания значительно отличается от соответствующего содержания в необработанных какао-бобах, которые были сохранены после сбора урожая, не будучи обработаны паром. "Значительно отличаются" в этом контекста означает, что общее содержание полифенола в бобах, которые обработали согласно настоящему изобретению, сохранено, тогда как общее содержание полифенола в необработанных бобах во время измерения было уменьшено. Другими словами, "значительно отличаются" в настоящем контексте означает, что общее содержание полифенола бобов, которые обработали согласно настоящему изобретению, является в 1,2 раза или более, предпочтительно в от 2,4 до 2,9 раза больше общего содержания полифенола в необработанных какао-бобах, которые были сохранены после сбора урожая, не будучи обработаны паром до момента измерения.
"Общее содержание полифенола" в контексте настоящего изобретения должно быть понято как общее содержание полифенольных соединений, определенных посредством реакции Folin-Ciocalteu как эквиваленты галловой кислоты (GAE).
"Низкомолекулярные полифенолы" в контексте настоящего изобретения являются процианидинами до степени полимеризации восемь, включая мономерные флаван-3-олы, так же как и димеры, тримеры, тетрамеры, пентамеры, гексамеры, гептамеры и октамеры.
Мономерные флаван-3-олы могут быть специфично определены посредством высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).
Предпочтительно, что полифенолоксидазная активность, которая определена или фотометрически или при использовании кислородного электрода, как описано в примерах ниже, снижена в способе согласно настоящему изобретению на 50% или более, предпочтительно на 70% или более, более предпочтительно на 95% или более при сравнении с полифенолоксидазной активностью свежесобранных естественных непропаренных какао-бобов. Еще более предпочтительно, нет никакой полифенолоксидазной активности в какао-бобах после стадии пропаривания согласно настоящему изобретению.
Способ настоящего изобретения, таким образом, позволяет снизить полифенолоксидазную активность неферментированных, необжаренных сырых какао-бобов водяным паром и, таким образом, стабилизирует общее содержание полифенолов и в особенности низкомолекулярных полифенолов в какао-бобах. Предпочтительно, общее содержание полифенолов в какао-бобах после пропаривания находится в диапазоне от 0 до 30 г/100 г какао-бобов, более предпочтительно от 2 до 15 г/100 г какао-бобов, и содержание низкомолекулярных полифенолов в какао-бобах после пропаривания находится в диапазоне от 0 до 20 г/100 г какао-бобов, более предпочтительно от 1 до 10 г/100 г какао-бобов, и содержание мономерных флаван-3-олов находится в диапазоне от 0 до 5 г/100 г какао-бобов, более предпочтительно от 0,1 до 2,0 г/100 г какао-бобов.
После пропаривания какао-бобы, предоставленные посредством изобретенного способа, демонстрируют сниженную полифенолоксидазную активность в терминах кислородного потребления 10 пмоль или менее на грамм свежего веса в час ("пмоль/gfwh"), как определено или фотометрически или при использовании кислородного электрода (см. "Примеры").
Термин "свежий вес" в этом контексте означает вес образца материала, использованного для подготовки пробы. Предпочтительно, потребление кислорода снижено так, что какао-бобы не демонстрируют никакую полифенолоксидазную активность после обработки паром.
Предпочтительно, содержание низкомолекулярных полифенолов в какао-бобах, предоставленных посредством настоящего способа, значительно отличается от соответствующего содержания в необработанных какао-бобах, которые были сохранены после сбора урожая, не будучи обработаны паром. Предпочтительно, общее содержание полифенолов в бобах, которые обрабатывали согласно настоящему изобретению, является в 1,2 раза или более, предпочтительно в от 2,4 до 2,9 раза больше общего содержания полифенолов в необработанных какао-бобах, которые были сохранены после сбора урожая, не будучи обработаны паром до времени измерения.
Предпочтительно, какао-бобы, полученные согласно настоящему изобретению, обладают полифенольным профилем, соответствующим природному полифенольному профилю свежесобранных необработанных сырых какао-бобов. "Соответствие" в этом контексте означает, что полифенольные профили обработанных и свежесобранных необработанных какао-бобов не изменяются значительно. Дело обстоит так для флаван-3-олов и также остается правдивым для низкомолекулярных полифенолов, как определено в готовом изделии (например, шоколаде и/или кондитерских продуктах).
Настоящее изобретение также направлено на какао-бобы, полученные согласно настоящему изобретению, продукты, полученные из таких какао-бобов, и продукты, содержащие такие какао-бобы, или продукты, полученные из таких какао-бобов. Таким образом, настоящее изобретение также направлено на применение какао-бобов, полученных согласно способу настоящего изобретения, для изготовления жидкостей какао, порошков какао или экстрактов с высоким содержанием полифенола (то есть продуктов, полученных из таких какао-бобов). Эти жидкости на основе какао, порошки какао или экстракты какао могут быть применены для изготовления продовольственного продукта. Например, жидкости какао, порошки какао или экстракты какао можно применять в качестве ингредиента при изготовлении продовольственных продуктов, например, для доведения уровня полифенола в продовольственном продукте с целью обеспечения указанного продукта действием полифенолов, полезным для здоровья. Указанные жидкости, порошки или экстракты можно обрабатывать вместе с другими ингредиентами пищи, обычно применяемыми при изготовлении продовольственных продуктов, но также применять в чистой форме как наполнитель, например, кондитерских продуктов. Подобным образом, какао-бобы, полученные способом настоящего изобретения, также можно применять для изготовления продовольственных продуктов, как обрисовано в общих чертах относительно какао-жидкости, какао-порошка и экстракта. Продовольственный продукт в контексте настоящего изобретения означает любую съедобную пищу, как, например, кондитерский продукт, шоколад или какаосодержащий продукт.
Примеры
Следующие примеры предназначены для иллюстрации изобретения, а не его ограничения. Если не отмечено иначе, все проценты и отношения в настоящем документе основаны на весе. Все документы, приведенные здесь, тем самым включены посредством ссылки.
Пример 1
Стручки какао были получены из Эквадора, транспортированы в ускоренных условиях посредством UPS (United Parcel Service, Inc.) при температуре окружающей среды. Бобы выделяли из стручков и мякоть вручную удаляли посредством натирания бобов тонкой бумагой. 80 г бобов, полученных таким образом, пропаривали в течение 30 минут при 98°C в паровом горшке (VarioklavO, H&P Labortechnik GmbH, Oberschlei8heim, Germany), после чего следовала последовательная сушка при 40°C в вакуумной печи (Heraeus Instruments, Vacutherm, typ. VT6060M). Другие 80 г свежих бобов использовали непосредственно в качестве контрольного образца после открытия стручка без пропаривания.
Для определения общего содержания полифенола применяли реакцию Folin-Ciocalteu, полифенолы сначала экстрагировали смесью ацетон/вода/уксусная кислота (70/29,5/0,5 по объему). Общее содержание полифенолов пропаренных бобов определяли посредством реакции аликвоты экстракта с комплексом фосфомолибденовая/фосфовольфрамовая кислота (реактив Folin-Ciocalteu) в присутствии карбоната натрия для образования хромогенов в щелочном рН. Раствор синего цвета измеряли фотометрически и определяли количественно посредством внешней калибровки стандартом галловой кислоты. Результаты приведены как процент массы «эквивалентов галловой кислоты» (GAE) в [г/100 г]. Этот способ описан у Singleton et al., Methods in Enzymology (Oxidants and Antioxidants, Part A) 299, 1999, 152-178.
Пропаренные бобы, полученные ранее, проанализировали согласно Folin-Ciocalteu для определения общего содержания полифенолов. Было установлено, что общее содержание полифенолов в этих бобах спустя 2-24 часа после открытия стручка составляло приблизительно 5 г/100 г какао-бобов, тогда как у необработанных бобов общее содержание полифенола составило лишь приблизительно 2 г/100 г какао-бобов спустя 2-24 часа после открытия стручка.
Пример 2
Стручки какао получали из Тринидада и Тобаго и транспортировали в ускоренных условиях посредством UPS (United Parcel Service, Inc.) при температуре окружающей среды. Отбирали пять представителей стручков какао и вынимали бобы с мякотью. Два образца (три боба в образце) из каждого стручка немедленно отделяли от мякоти и сохраняли при -24°C до анализа (контрольные образцы). Все остальные бобы пропаривали над водяной баней в течение 30 минут согласно способу этого изобретения.
Пять образцов (три боба в образце) пропаренных бобов из каждого стручка какао проанализировали (всего 25 образцов) на активность полифенолоксидазы (PPO).
Перед анализом образцы гомогенизировали в фосфатном буфере. Активность PPO анализировали в супернатанте после центрифугирования посредством кислородного электрода, применяя способ Clarke. При проведении этого способа кислород распространяется из измеряемого раствора через Teflon мембрану в электродную камеру, которая образована центральным катодом, круглым анодом и раствором KCl. В катоде кислород восстанавливается посредством постоянного напряжения при потреблении электронов. Это вызывает электрический ток, величина которого непосредственно пропорциональна парциальному давлению кислорода. Электрический ток усиливают и регистрируют как потребление кислорода во времени (Richter, G., Stoffwechselphysiologie der Pflanzen, 6. Auflage, 1998, Georg Thieme Verlag Stuttgart).
Калибровка кислородного электрода может быть выполнена при 25°C в 3 мл насыщенном воздухом фосфатном буфере рН 6,4 согласно Sorensen (Tabellenbuch Chemie; VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie; 5th edition; 1968 Leipzig; page 320). В этих условиях 0,67 пмоль кислорода растворено в 3 мл раствора (см. Meyer, H., "Versuche zum Nachweis von Polyphenoloxidasen в submersen Algen", 1975, TU Braunschweig). 4-Метилкатехол может быть применен как стандартный субстрат. При химическом окислении 4-метилкатехола посредством кислорода при рН 6,4, до и после каждого ряда измерений должно быть определено самоокисление и впоследствии должно быть вычтено из данных (для кислородного электрода, см. также Robinson, S. P. и Dry, I. B., "Broad bean leaf polyphenol oxidase is a 60 kD protein susceptible to proteolytic cleavage", Plant Physiol. 1992, 99, 317-323).
В качестве альтернативы активность PPO бобов можно определить фотометрически. В этом случае образец реакции включает 950 пл (20 ммоль/л) трис-ацетатного буфера (рН 7,0), 20 пл 2-нитро-5-тиобензоевой кислоты и 20 пл (100 ммоль/л) кофеиновой кислоты. Реакцию начинали, раскапывая 10 пл PPO, содержащего экстракт, и преобразование субстрата регистрировали фотометрически при 412 нм через некоторое время (см. Esterbauer, H., Schwarzl, E., и Hayn, M., «A rapid assay for catechol oxidase and laccase using 2-nitro-5-thio benzoic acid», 1977, Anal. Biochem. 77, 486-494).
Потребление кислорода непропаренными бобами составило приблизительно 70-80 пмоль кислорода на грамм свежего веса в час. Напротив, никакую активность PPO не могли определить в пропаренных бобах, применяя любой из способов.
Пример 3
Применение пропаренных, неферментированных какао-бобов в шоколаде. Стручки какао из Тринидада и Тобаго (150 кг) обрабатывали паром при 95-100°C в течение 30 минут. После пропаривания бобы сушили при 35-40°C в воздушной печи в течение до одной недели до средней влажности 5 г/100 г какао-бобов. Общая масса всех партий высушенных бобов составляет 12,7 кг. Высушенные бобы очищали от шелухи для получения зерен какао, очищенных от шелухи, и зерна какао, очищенные от шелухи, обжаривали и перемалывали для получения какао-жидкости. Шоколад с 86 вес.% твердого какао производили из какао-жидкости, полученной таким образом, в то время как порошок какао из непропаренных какао-бобов применяли в шоколадной продукции в том же самом количестве, как и в обычных способах. Абсолютный вклад полифенола в порошок какао в шоколадном эквиваленте эквивалентен вкладу порошка какао в шоколаде, для которого применяли жидкость какао их непропаренных какао-бобов. В шоколаде, сделанном из какао-жидкости их пропаренных бобов, вклад низкомолекулярных полифенолов из порошка какао составляет 5% общей суммы низкомолекулярных полифенолов. Все производственные стадии проводились согласно общепринятым способам.
Образцы шоколада оценивали посредством дегустации. Шоколад описали как менее фруктовый и вяжущий, сухой, обладающий слегка зеленым оттенком, но не имеющий никого привкуса. Вкратце, было установлено, возможно произвести ценный шоколад из обработанных паром, неферментированных какао-бобов. Приготовленный таким образом шоколад является исключительно ценным ввиду высокого содержания полифенола в нем, который обладает благоприятными воздействиями на здоровье человека.
Пример 4
Полифеноловый профиль шоколада, сделанного из пропаренных, неферментированных какао-бобов. Таблица 1 ниже раскрывает, что профиль низкомолекулярных полифенолов в шоколаде, сделанном из пропаренных, неферментированных какао-бобов, соответствует профилю низкомолекулярных полифенолов в шоколаде, который сделан из непропаренных какао-бобов. Оба образца содержат то же самое количество порошка какао, который был произведен согласно коммерческому способу из непропаренных какао-бобов. Все ингредиенты, за исключением какао-жидкости, являются идентичными. Таблица 1 демонстрирует, что профили низких молекулярных полифенолов в двух образцах (то есть в контрольном, применяя непропаренные бобы, и согласно изобретению, применяя пропаренные бобы) аналогичны.
Таблица 1Относительные данные для сравнения
Образец
Относительные количества (%)
Мономеры
Димеры
Тримеры
Тетрамеры
Пентамеры
Контрольный
21
24
20
16
12
Изобретенный
24
19
20
16
13
Образец
Относительные количества (%)
Гексамеры
Гептамеры
Октамеры
Общее (от мономеров до октамеров
Контрольный
5
1
1
100
Изобретенный
6
1
1
100