PL213651B1 - Sposób otrzymywania skrobi o zmniejszonej podatności na działanie enzymów amylolitycznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania skrobi o zmniejszonej podatności na działanie enzymów amylolitycznych.

Skrobia, otrzymana sposobem według wynalazku, charakteryzuje się wysoką rozpuszczalnością w wodzie i może znaleźć zastosowanie w przemyśle spożywczym, jako substancja teksturotwórcza o cechach prebiotyku.

Skrobia jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych polisacharydów występującym w organizmach roślinnych, w których pełni rolę materiału zapasowego. Do najważniejszych surowców, z których otrzymuje się skrobię należą: kukurydza, pszenica, tapioka, ziemniak oraz jęczmień, ryż, owies, bataty.

Skrobia zbudowana jest z dwóch frakcji: amylozy i amylopektyny. AmyIoza jest frakcją liniową składającą się z reszt glukozowych połączonych wiązaniami a-1,4 glikozydowymi o stopniu polimery₃ zacji rzędu 10³. Najczęściej występuje w postaci długich spirali, co umożliwia wnikanie w jej strukturę różnych związków, np. lipidów. Natomiast amylopektyna jest rozgałęzioną frakcją, w której reszty glukozowe w łańcuchu prostym połączone są wiązaniami a-1,4 glikozydowymi, a w miejscach rozgałęzień wiązaniami a-1,6 glikozydowymi o stopniu polimeryzacji rzędu 10⁶ (Leszczyński W. Resistant starch - classification, structure, production” Pol. J. Food Nutr. Sci., 2004, Vol. 13/54, SI 1, ss. 37 - 50).

Kleiki skrobiowe wykazują zdolność do retrogradacji. Jest to proces rekrystalizacji skrobi zachodzący podczas przechowywania kleiku. Proces ten definiowany jest jako łączenie się łańcuchów skrobiowych w uporządkowane struktury o charakterze krystalicznym. Retrogradacji ulega głównie amyloza, tworząc trwałe, nierozpuszczalne w wodzie i termostabilne struktury krystaliczne. Amylopektyna jako frakcja rozgałęziona ulega retrogradacji dużo wolniej niż amyloza, a powstałe struktury krystaliczne odznaczają się niższą termostabilnością oraz większą podatnością na działanie amylaz niż zretrogradowana amyloza (Silvi S., Rumney C. Cresci A., Rowland I. R. 1999, Resistant starch mdifies gut microflora and microbial metabolizm in human flora - associated rats inoculated with faeces from Italian and UK donors. J. Apel. Microbiol. 86, ss. 521 - 530).

Rekrystalizacja skrobi szczególnie łatwo zachodzi w temperaturze powyżej 373 K lub w około 273 K. Proces ten jest intensyfikowany poprzez zastosowanie kilkakrotnego zamrażania i rozmrażania kleików skrobiowych (Lewandowicz G.. Soral - Śmietana M., 2004, Starch modification by iterated syneresis. Carbohydrate Polymers, 56, ss. 403 - 413).

W produktach spożywczych retrogradacja jest najczęściej postrzegana jako proces niekorzystny, zachodzi na ogół podczas chłodniczego lub zamrażalniczego przechowywania. Skrobia retrogradowana, jako jedna z form skrobi opornej, wykazuje właściwości prozdrowotne. (Englyst H. N., Kinoman S. M., Cummings J. H., 1992, Classfication and measurement of nutritionally important tarch fractions. Eur. J. Clin. Nutr. 46, Supl., 2, ss. 33 - 35). Znaczenie prozdrowotne skrobi opornej polega na spełnianiu roli błonnika pokarmowego oraz czynnika wspomagającego przeciwdziałanie niektórym chorobom cywilizacyjnym. Skrobia oporna obniża poziom glukozy i insuliny we krwi, dając jednocześnie poczucie nasycenia, co jest szczególnie ważne w leczeniu chorób cukrzycy. Stwierdzono obniżenie poziomu glukozy oraz produkcji insuliny, po spożyciu produktów bogatych w RS, w pierwszych 2-8 godzinach (Nugent A. P., 2005, Health properties of resistant starch. Nutrition Bulletin 3, ss. 27 - 54). Skrobia oporna wpływa również na metabolizm lipidów, absorbując kwasy żółciowe, obniżając poziom cholesterolu (frakcji LDL) oraz trójglicerydów we krwi (Hara H., Haga S., Aoyama Y., Kiriyama S. Short - chain fatty AIDS suppress cholesterol synthesis i rat liver and intestine. J. Nutr., 1999, 129, ss. 942 - 948).

Stwierdzono również, że niestrawiona skrobia oporna jest substratem dla bakterii zasiedlających okrężnicę. W procesie fermentacji RS powstają: wodór, dwutlenek węgla, metan, a także krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe - propionowy, masłowy, octowy, które spełniają ważną rolę w utrzymaniu prawidłowego stanu nabłonka okrężnicy (Cierpikowska M., Dryweń M. Skrobia oporna jako składnik żywności: wartość odżywcza i właściwości fizjologiczne. Żywienie Człowieka i Metabolizm, XXVI, nr 2, 1999, ss. 147 - 155). Wpływa to na metabolizm obniżając poziom mocznika we krwi oraz pH jelita, dzięki czemu stwarzane są dogodne warunki dla rozwoju pożądanej mikroflory jelitowej. Procesy te wpływają na selekcję mikroflory zasiedlającej jelito grube i stymulują rozwój szeregu grup bakterii, zwłaszcza Bifidobacterium i Lactobacillus, jak również ograniczają lub eliminują ilość drobnoustrojów niekorzystnych (Silvi S., Rumney C. J., Cresci A., Rowland I. R. Resistant starch modifies gut microflora and microbial metabolism in human flora - associated rats inoculated with faeces from Italian and UK donors. J. Apel. Microbiol. 1999, 86, ss. 521 - 530). Szczególne znaczenie ma kwas masłowy, który zapobiega powstaPL 213 651 B1 waniu komórek nowotworowych okrężnicy (Annison G., Topping D. L. Nutrition role of resistant starch: chemical structure vs physiological function. Annu, Rev. Nutr. 1994, 14. ss. 297 - 320).

Sposoby otrzymywania preparatów skrobi opornej na działanie amylaz znane są z wielu opisów patentowych. Głównym surowcem do ich otrzymywania są zwłaszcza odmiany skrobi o wysokiej zawartości amylazy. W patencie USA nr 5 281 276 opisano sposób otrzymywania skrobi opornej poprzez hydrolizę enzymatyczną wiązań a-1,4 glikozydowych skrobi zawierającej 50 - 70% amylazy. Podobny sposób znany jest z opisu patentowego USA nr 6 409 840, który dotyczy skrobi zawierającej minimum 90% amylazy.

Oporność skrobi na działanie amylaz można zwiększać też za pomocą klasycznych metod, które oparte są na przeprowadzeniu amylozy albo prostych łańcuchów glukozowych otrzymanych poprzez hydrolizę enzymatyczną wiązań rozgałęziających, w postać krystaliczną - zretrogradowaną, (patent USA nr 6 623 943 oraz patent EP 362869).

W patencie USA nr 6 468 355 opisano sposób zmniejszenia podatności skrobi kukurydzianej na działanie amylaz poprzez poddanie jej hydrolizie kwasowej, a następnie hartowaniu nasyconym parą wodną powietrzem, w temperaturze 368-383 K.

Monofosforany skrobiowe charakteryzują się wysoką rozpuszczalnością w zimnej wodzie oraz posiadają zmniejszoną podatność na działanie amylaz. Zmniejszenie podatności skrobi na działanie enzymów jest spowodowane zmianami w jej strukturze, ponieważ prażenie z fosforanami prowadzi do powstania estrów i związków utrudniających dostęp enzymu do łańcucha skrobiowego (Gryszkin A., Leszczyński W., Mastyk E. Properties of Modified Soluble Starch, Starch: From Starch Containing Sources To Isolation Of Starches And Their Applications, Nova Science Publisher, 2004, New York, ss. 57-63).

Sposoby otrzymywania preparatów skrobiowych o zwiększonej odporności na amylazy, poprzez retrogradację, jak i fosforylację naturalnej skrobi są powszechnie znane.

Istotą wynalazku jest, że skrobię uprzednio retrogradowaną rozdrabnia się, następnie miesza się ją z roztworem fosforanów sodu. Tak otrzymaną mieszaninę suszy się i praży, po czym mieszaninę przemywa się roztworem alkoholu etylowego a następnie odsącza się. Tak odsączoną skrobię suszy się.

Korzystnie jest gdy skrobię retrograd owaną otrzymuje się z naturalnej skrobi ziemniaczanej, kukurydzianej, pszennej, ryżowej, tapiokowej oraz z amarantusa, fasoli, sago, bananów, i/lub mieszanin tych skrobi.

Korzystnie także jest gdy retrogradację przeprowadza się poprzez zamrażanie kleiku skrobiowego lub podkleikowanej skrobi naturalnej.

Dodatkowo, korzystnie jest gdy roztworem fosforanów sodu jest roztwór diwodorofosforanu sodu jednouwodnionego NaH₂PO₄ · H₂O oraz wodorofosforanu sodu dwunastouwodnionego Na₂HPO₄ · 12 H₂O rozpuszczonych w wodzie destylowanej.

Korzystnie także jest gdy mieszaninę skrobi z fosforanami miesza się w stosunku masowym 100:31,49; zaś przemywanie prowadzi się trzykrotnie roztworem 60% alkoholu etylowego oraz jednokrotnie roztworem 96% alkoholu etylowego, każdorazowo odsączając roztwór.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładach wykonania, nie ograniczających jego zakresu.

P r z y k ł a d 1. Pięciokilogramowe porcje 10% kleiku skrobiowego zamraża się w temperaturze 253 K. Po rozmrożeniu uzyskuje się skrobię retrogradowaną o strukturze gąbczastej, którą suszy się i rozdrabnia. Roztwór fosforanów sodu (10,44 g diwodorofosforanu sodu jednouwodnionego - NaH2PO4 x H2O oraz 52,54 g wodorofosforanu sodu dwunastouwodnionego - Na2HPO4 x 12 H2O rozpuszczonych w 102 ml wody destylowanej) dokładnie miesza się z 200 g tak uzyskanej skrobi retrogradowanej, co daje stosunek masowy skrobi do fosforanów 100:31,49. Uzyskaną mieszaninę rozkłada się na kuwecie i poddaje suszeniu w temperaturze około 333 K przez 12 godzin, po czym poddaje się prażeniu w temperaturze 433 K przez 3 godziny. W celu wymycia nadmiaru fosforanów wyprażony materiał przemywa się kolejno trzema porcjami 60% alkoholu etylowego i jedną porcją 96% alkoholu etylowego, każdorazowo odsączając roztwór przy pomocy lejka ze spiekiem P16 (wielkość por: 10-16 μm), a następnie suszy w temperaturze nieprzekraczającej 303 K. W końcowym efekcie uzyskuje się skrobię oporną o strukturze ziarnistej o zmniejszonej o około 40% podatności na działanie amyloglukozydazy charakteryzującej się dobrą rozpuszczalnością w zimnej wodzie.

P r z y k ł a d 2. Skrobię naturalną w ilości 1,5 kilograma nawilża się do wilgotności 35% i poddaje ogrzewaniu w naczyniu zamkniętym w temperaturze 368 K przez 10 minut. Następnie tak otrzy4

PL 213 651 B1 maną skrobię podkleikowaną zalewa się 3 litrami zimnej wody destylowanej i zamraża w temperaturze 253 K. Po rozmrożeniu uzyskuje się skrobię retrogradowaną. Dalej postępuje się analogicznie jak w przykładzie I. Otrzymuje się preparat skrobi o strukturze ziarnistej.

Claims (7)

1. Sposób otrzymywania skrobi o zmniejszonej podatności na działanie enzymów amylolitycznych, poprzez chemiczną modyfikację skrobi uprzednio retrogradowanej, znamienny tym, że skrobię uprzednio retrogradowaną rozdrabnia się, następnie miesza się ją z roztworem fosforanów sodu, po czym mieszaninę suszy się i praży się, po czym mieszaninę przemywa się roztworem alkoholu etylowego a następnie odsącza się, zaś odsączoną skrobię suszy się.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że skrobię retrogradowaną otrzymuje się z naturalnej skrobi ziemniaczanej, kukurydzianej, pszennej, ryżowej, tapiokowej oraz z amarantusa, fasoli, sago, bananów, i/lub mieszanin tych skrobi.

3. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że retrogradację przeprowadza się poprzez zamrażanie kleiku skrobiowego.

4. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że retrogradację przeprowadza się poprzez zamrażanie podkleikowanej skrobi naturalnej.

5. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że roztworem fosforanów sodu jest roztwór diwodorofosforanu sodu jednouwodnionego NaH2PO4 · H2O oraz wodorofosforanu sodu dwunastouwodnionego Na2HPO4 · 12 H2O rozpuszczonych w wodzie destylowanej.

6. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę skrobi z fosforanami miesza się w stosunku masowym 100:31,49.

7. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że przemywanie prowadzi się trzykrotnie roztworem 60% alkoholu etylowego oraz jednokrotnie roztworem 96% alkoholu etylowego, każdorazowo odsączając roztwór.