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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung einer resistenten körnigen Stärke mit hohem
Ballaststoffgehalt. Die vorliegende Erfindung beinhaltet insbesondere
die Herstellung einer resistenten körnigen Stärke durch ausgewählte Hitze-Feuchtigkeits-Behandlung
von Stärke
mit hohem Amylosegehalt und ferner die Verwendung dieser resistenten
körnigen
Stärke
in Lebensmittelprodukten.
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Stärke, ein komplexes Kohlenhydrat,
besteht aus zwei Arten von Polysaccharidmolekülen, nämlich Amylose, ein meist lineares
und flexibles Polymer aus D-Anhydroglucose-Einheiten, die durch α-1,4-D-glucosidische
Bindungen verknüpft
sind, und Amylopektin, ein verzweigtes Polymer aus Amyloseketten,
die durch α-1,6-D-glucosidische
Bindungen verknüpft
sind. Stärke
wird hauptsächlich
im Dünndarm
durch das Enzym α-Amylase
verdaut. α-Amylase
hydrolysiert α-1,4-glucosidische
Bindungen und hydrolysiert daher die Amylosefraktion von Stärke fast
vollständig
zu einfachen Zuckern. α-Amylase
hydrolysiert die α-1,6-D-glucosidischen Bindungen
nicht, was zu einer weniger vollständigen Hydrolyse der Amylopektinfraktion
führt.
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Es ist bekannt, dass bestimmte Stärkeverarbeitungsvorgänge zu der
Transformation von Stärke
in eine gegenüber
Amylase resistente Stärke,
die einfach als resistente Stärke
bekannt ist, führen.
Resistente Stärke
wird im Dünndarm
nicht durch Amylase verdaut, sondern geht in den Dickdarm, wo sie
sich nach Berichten in der Forschungsliteratur ähnlich wie Ballaststoffe verhält. Resistente
Stärke
hat einen reduzierten Brennwert, da sie sich der Verdauung widersetzt,
und ist wahrscheinlich ein Faktor zur Verhinderung von Divertikulose
und Dickdarmkrebs.
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Resistente Stärke (RS) wurde in der Literatur
in drei Kategorien eingeteilt: RS1 – physikalisch unzugängliche
Stärke
(z. B. Stärke,
die in ein Protein oder eine Fasermatrix eingebettet ist, z. B.
Stärke,
die in einem ganzen Korn gefunden wird); RS2 – intakte verdauungsresistente
native Stärkekörner (z.
B. ungekochte Kartoffel- oder Bananenstärke) und RS3 – retrogradierte
verdauungsresistente Stärke
(siehe Englyst und Cummings, "New
Developments in Dietary Fiber",
Planum Press, NY 1990).
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Zur Herstellung von resistenter Stärke wurden
verschiedene Verfahren beschrieben. Viele dieser Verfahren involvieren
den oben beschriebenen retrogradierten RS3-Typ; dies folgt der allgemeinen
Auffassung, dass resistente Stärke
gebildet wird, wenn die Amylosefraktion von Stärke nach der Gelatinierung
von Stärke retrogradiert
oder rekristallisiert wird. Die Theorie besteht darin, dass sich
die flexiblen linearen Amylosemoleküle nach Gelatinierung selbst
zu dichten linearen Konfigurationen anordnen, die Helices oder Kugeln
bilden, die viele der α-1,4-Glucosidbindungen
für α-Amylase
unzugänglich
machen.
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US-A-5,051,271 offenbart einen nicht
verdaubaren Füllstoff
mit Lebensmittelqualität
und geringem Kaloriengehalt, der von Stärke abgeleitet ist, und ein
Verfahren zur Herstellung desselben. Das Verfahren beinhaltet die
Retrogradation von Stärke,
gefolgt von einer enzymatischen oder chemischen Hydrolyse, um die amorphen
Regionen der retrogradierten Stärke
zu verringern oder zu entfernen.
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WO 90/15147 beschreibt ein Verfahren
zur Herstellung von gereinigter resistenter Stärke durch Abkühlen einer
gekochten Stärkepaste
unter Bildung eines Gels, Homogenisieren des Gels in Wasser, Wegverdauen
der nicht resistenten Teile mit α-Amylase
und Trocknen des restlichen nicht umgewandelten Teils bei niedriger
Temperatur.
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US-A-5,281,276 beinhaltet ein Verfahren
zur Herstellung resistenter Stärke
aus Stärken
mit hohem Amylosegehalt durch Gelatinieren einer Stärkeaufschlämmung, enzymatisches
Entfernen der Stärke
und Isolieren des Stärkeproduktes
durch Trocknung oder Extrusion.
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Das vollständige Dokument der Chemical
Abstracts, Band 119, Nr. 21, 1993, Abstract Nr. 224596, offenbart
eine Hitze-Feuchtigkeits-Behandlung zur Herstellung von resistenter
Stärke.
Die Stärken,
die als Proben III und IV dieses Dokuments bezeichnet sind, werden
hergestellt, indem Maisstärke
mit hohem Amylosegehalt in einem Wasserüberschuss suspendiert wird.
Da die Stärken
gemäß diesem
Dokument in Gegenwart eines Wasserüberschusses in einem Autoklaven
hitzebehandelt werden, werden sie ausgekocht, so dass sie keine
Stärken
mehr mit im wesentlichen körniger
Natur sind.
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Cereal Chemistry, Band 68, Nr. 6,
1991, Seiten 589–596
offenbart eine enzymresistente Stärke aus Gerste mit hohem Amylosegehalt.
Der Gesamtfeuchtigkeitsgehalt der verwendeten Stärke ist 83,3 Gew.%, bezogen
auf das Gewicht des Gemisches aus Stärke und Wasser. Außerdem ist
die in diesem Dokument genannte Stärke keine körnige Stärke.
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Alle oben beschriebenen Verfahren
beinhalten Dispergieren und Gelatinieren von Stärke in großen Überschussmengen an Wasser,
gefolgt von einer Retrogradation unter Verwendung von Enzymen oder
Säuren,
was zu einer resistenten Stärke
des RS3-Typs führt.
Diese Verfahren können
arbeitsintensiv, zeitaufwendig sein und zu geringen Ausbeuten führen; der
hohe Wassergehalt führt
zu einer teuren Trocknungsstufe.
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Native Stärkekörner haben eine gewisse Kristallinität und es
ist bekannt, dass sie gegenüber
einer Enzymverdauung partiell resistent sind. Es ist auch bekannt,
dass eine Hitzebehandlung die Eigenschaften von Stärke verändern kann.
Allerdings gibt es keine Offenbarung über die Herstellung von resistenter
körniger
Stärke
mit hohem Gesamtballaststoffgehalt aus Stärke mit hohem Amylosegehalt.
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Es wurde ein neuer anderer Ansatz
entwickelt, um eine resistente körnige
Stärke
mit hohem Ballaststoffgehalt herzustellen. Ein Verfahren zur Herstellung
einer resistenten körnigen
Stärke,
die einen Gesamtballaststoffgehalt, wie er durch das Verfahren von
Prosky et al., Journal of Association of Official Analytical Chemists
(AOAC), 68, 677 (1985) gemessen wird, von mindestens 12% hat, umfasst Erhitzen
einer Stärke
mit hohem Amylosegehalt, die einen Amylosegehalt von mindestens
40 Gew.% hat, unter einer Kombination von Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen,
dass die Stärke
in körnigem
Zustand bleibt und doppelbrechend ist, wobei der Gesamtfeuchtigkeitsgehalt
der Stärke
10– 80
Gew.%, bezogen auf das Gewicht des Gemisches aus Stärke und
Wasser, ist und die Temperatur zwischen 60 und 160°C liegt.
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Die Erfindung umfasst ferner resistente
körnige
Stärke,
die mit der oben beschriebenen Hitze-Feuchtigkeits-Behandlung hergestellt
wird und die einen Gesamtballaststoffgehalt von mindestens 12% und
vorzugsweise mindestens 20 Gew.% hat.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ferner Lebensmittelprodukte, die die resistente körnige Stärke mit
hohem Ballaststoffgehalt, die nach der hier beschriebenen Hitze-Feuchtigkeits-Behandlung
hergestellt wird, enthalten.
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Der Ausdruck "resistente Stärke", wie er in dieser Anmeldung verwendet
wird, ist als Gesamtballaststoffgehalt (TDF = total dietary fiber
content) definiert, wie er nach dem Verfahren von Prosky et al.,
Journal of Association of Official Analytical Chemists (AOAC), 68,
677 (1985), das nachfolgend noch beschrieben wird, gemessen wird,
definiert.
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Die Stärken, die bei der Herstellung
von Amylase-resistenter körniger
Stärke
verwendet werden, können
eine beliebige verschiedener Stärken
sein, nativ oder umgewandelt. Es wurde festgestellt, das insbesondere
Stärke
mit hohem Amylosegehalt, d. h. Stärke, die mindestens 40 Gew.%
Amylose enthält,
zur Verwendung in dieser Erfindung am geeignetesten ist.
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Es ist gut bekannt, dass Stärke aus
zwei Fraktionen besteht, wobei die Molekülanordnung in der einen linear
und in der anderen verzweigt ist. Die lineare Fraktion von Stärke ist
als Amylose bekannt und die verzweigte Fraktion ist als Amylopektin
bekannt. Stärken
aus verschiedenen Quellen, z. B. Kartoffeln, Mais, Tapioca und Reis,
usw., sind durch unterschiedliche relative Verhältnisse der Amylose- und Amylopektin-Komponente
charakterisiert. Es wurden einige Pflanzenspezies genetisch entwickelt,
die durch ein großes Übergewicht
der einen Fraktion gegenüber
der anderen charakterisiert sind. Es wurden z. B. bestimmte Maisvarietäten, die
normalerweise etwa 22 bis 28% Amylose enthalten, so weiter entwickelt,
dass eine Stärke
mit über 40%
Amylose erhalten wird. Die Hybridvarietäten wurden als Mais mit hohem
Amylosegehalt oder als Amylomais bezeichnet.
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Maishybride mit hohem Amylosegehalt
wurden entwickelt, um natürlicher
Weise Stärke
mit hohem Amylosegehalt bereitzustellen; diese sind etwa seit 1963
im Handel erhältlich.
Geeignete Stärken
mit hohem Amylosegehalt, die hier verwendbar sind, sind beliebige
Stärken
mit einem Amylosegehalt von mindestens 40 Gew.% und vorzugsweise
mindestens 65 Gew.%. Obgleich Maisstärke mit hohem Amylosegehalt
besonders geeignet ist, umfassen andere Stärken, die verwendbar sind,
die, die von einer Pflanzenspezies stammen, die Stärke mit
hohem Amylosegehalt produziert oder veranlasst werden kann, diese
zu produzieren, z. B. Mais, Erbsen, Gerste, Weizen, Kartoffeln,
Tapioca und Reis.
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Das in der vorliegenden Erfindung
verwendbare Stärkematerial
kann auch Mehl mit hohem Amylosegehalt umfassen, wobei die Stärkekomponente
des Mehls mindestens 40 Gew.% Amylose enthält. Der Ausdruck Stärke, wie
er hier in der Anmeldung verwendet wird, soll Mehl umfassen und
wenn auf den hohen Amylosegehalt von Mehl in der Anmeldung und den
Ansprüchen
Bezug genommen wird, so soll dieser den Amylosegehalt der Stärkekomponente
des Mehls bezeichnen (z. B. 40 Gew.% Amylose, bezogen auf die Stärkemenge
im Mehl). Ein solches Mehl umfasst typischerweise Protein (8 bis
13 Gew.%), Lipide (2 bis 3 Gew.%) und Stärken (85 bis 90 Gew.%), die
den spezifizierten hohen Amylosegehalt enthalten.
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Eine andere nützliche Stärke mit hohem Amylosegehalt
ist eine im wesentlichen reine Stärke, die aus einer Pflanzenquelle
extrahiert wurde und die einen Amylose-Extendergenotyp hat, wobei
die Stärke
weniger als 10 Gew.% Amylopektin umfasst. Diese Stärke, die
als das Stärkebasismaterial
einsetzbar ist, stammt von einer Pflanzenzüchtungspopulation, insbesondere
Mais, die eine genetische Kombination an Keimplasmaselektionen ist;
sie umfasst mindestens 75 Gew.% Amylose, gegebenenfalls mindestens
85% (d. h. normale Amylose, wenn eine Messung durch Butanolfraktions-/Ausschlusschromatographie-Techniken durchgeführt wird.
Die Stärke
umfasst außerdem
weniger als 10 Gew.%, gegebenenfalls weniger als 5% Amylopektin
und außerdem
8–25%
Amylose mit niedrigem Molekulargewicht. Die Stärke wird vorzugsweise in im
wesentlichen reiner Form aus dem Korn einer Stärke-tragenden Pflanze, die
einen rezessiven Amyloseextendergenotyp verbunden mit zahlreichen
Amyloseextender-Modifizierungsmittelgenen
hat, extrahiert. Diese Stärken
und das Verfahren zu ihrer Herstellung sind in US-A-5,300,145 beschrieben.
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Die in der vorliegenden Erfindung
verwendete Stärke
kann eine unmodifizierte oder eine modifizierte sein. Chemisch-modifizierte
Stärken
umfassen die Umwandlungsprodukte, abgeleitet von einer beliebigen
der zuerst genannten Grundlagen, z. B. Stärke, hergestellt durch hydrolytische
Wirkung von Säure
und/oder Hitze; oxidierte Stärken,
hergestellt durch Behandlung mit Oxidationsmitteln wie Natriumhypochlorit;
Fluiditätsstärken oder
dünnsiedende
Stärken,
hergestellt durch Enzymumwandlung oder milde Säurehydrolyse; und derivatisierte
und vernetzte Stärken.
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Bei der Herstellung der resistenten
körnigen
Stärke
der vorliegenden Erfindung ist es notwendig, dass die Ausgangsstärke eine
spezifizierte Menge an Wasser oder einen spezifizierten Feuchtigkeitsgehalt
hat und auf eine definierte Temperatur erhitzt wird. Durch Behandeln
der Stärken
unter diesen Bedingungen wird eine körnige resistente Stärke, die
einen hohen Gesamtballaststoffgehalt hat, wie er nachfolgend noch
beschrieben wird, hergestellt werden.
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Der Gesamtfeuchtigkeits- oder Wassergehalt
der Stärke,
die erhitzt werden soll, wird in einem Bereich von 10–80 Gew.%,
vorzugsweise 20–45
Gew.% und bevorzugter von 30–40
Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Stärke, liegen. Es ist wichtig,
dass dieser relative Feuchtigkeitslevel während der Erhitzungsstufe aufrechterhalten
wird.
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Die Stärke mit spezifiziertem Feuchtigkeitsgehalt
wird bei einer Temperatur von 60–160°C und vorzugsweise von 90–120°C erhitzt.
Obgleich die am stärksten
erwünschte
Temperatur leicht in Abhängigkeit
von der besonderen Stärke
und dem Amylosegehalt variieren kann, ist es wichtig, dass die Stärke in körnigem Zustand
bleibt und ihr Doppelbrechungsmerkmal nicht verliert. Auch die Erhitzungszeit
kann in Abhängigkeit
von der verwendeten Stärke,
ihrem Amylosegehalt, dem gewünschten
Level des Gesamtballaststoffgehalts wie auch der Feuchtigkeitsmenge
und der Erhitzungstemperatur variieren. Typischerweise wird die
Erhitzungszeit 0,5 bis 24 h und vorzugsweise 1 bis 4 h betragen.
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Die wünschenswertesten Bedingungen
zur Behandlung von Stärke
unter Erhalt eines hohen Levels an Gesamtballaststoffen sind so,
dass die körnige
Struktur der Stärke
nicht zerstört
wird und die Körner
noch doppelbrechend sind. Allerdings kann es einige Bedingungen
geben, z. B. hohe Feuchtigkeit und hohe Temperatur, bei denen das
Stärkekorn
teilweise gequollen sein kann, die Kristallinität aber nicht vollständig zerstört ist.
Unter diesen Bedingungen wurde das Stärkekorn noch nicht vollständig zerstört und es
kann noch eine Erhöhung
im Gesamtballaststoffgehalt gemäß der vorliegenden
Erfindung erreicht werden. Dementsprechend umfasst der Ausdruck "körnige Stärke", wie er hier verwendet wird, Stärke, die
ihre körnige
Struktur vorwiegend beibehält
und eine gewisse Kristallinität
hat.
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Nach der Hitzebehandlung kann die
Stärke
an der Luft trocknen gelassen werden, um Gleichgewichts-Feuchtigkeits-Bedingungen
zu erreichen, oder sie kann unter Verwendung eines Flash-Trockners
oder anderer Trocknungsmittel getrocknet werden.
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Das resultierende Stärkeprodukt,
das unter definierten Bedingungen wie oben beschrieben erhitzt wurde,
wird noch eine körnige
Struktur haben, wie es durch sein Doppelbrechungsmerkmal deutlich
wird, wenn es unter dem Mikroskop betrachtet wird. Das körnige resistente
Stärkeprodukt
wird einen Gesamtballaststoffgehalt von mindestens 12% und vorzugsweise
mindestens 20 Gew.% haben. Die Menge an Gesamtballaststoff oder
der resistente Stärkegehalt
wird unter Verwendung eines Standardverfahrens bestimmt, das von Prosky
et al., Journal of Association of Official Analytical Chemists (AOAC),
68, 677 (1985), das unten beschrieben wird, bestimmt. Der Level
des Ballaststoffgehalts der Stärke
wird in Abhängigkeit
von den verwendeten Bedingungen wie auch vom besonderen Stärkeausgangsmaterial
variieren.
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Das resultierende körnige Stärkeprodukt
ist auch durch die Einsetz-Schmelz-Temperatur (onset melting temperature)
von mindestens etwa 90°C
charakterisiert, wie sie durch Differential-Scanning-Kalometrie (DSC)
unter Verwendung des unten beschriebenen Verfahrens gezeigt wird.
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Das körnige resistente Stärkeprodukt
der vorliegenden Erfindung kann Lebensmitteln zugesetzt werden,
um zu den Gesamtballaststoffen, die in den Lebensmitteln vorliegen,
beizutragen. Typische Lebensmittelprodukte, denen das Stärkeprodukt
als Ballaststoffergänzung
zugesetzt werden kann, umfassen Cerealien, z. B. gebrauchsfertige,
gepuffte oder expandierte Cerealien und Cerealien, die vor dem Essen
gekocht werden; Backwaren wie Brot, Kräcker, Kekse, Muffins, Rolls,
Konditorwaren und andere Ingredienzien auf Kornbasis; Pasta; Getränke; gebratene
und beschichtete Lebensmittel, Snacks; usw.
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Die Menge an körniger resistenter Stärke und
Ballaststoff, die zugesetzt werden kann und in einem gegebenen Lebensmittel
verwendet werden kann, wird zum großen Ausmaß durch die Menge bestimmt,
die vom funktionellen Standpunkt toleriert werden kann. Mit anderen
Worten, die Menge an körniger
resistenter Stärke
und an Faser (bzw. Ballaststoffen), die allgemein verwendet wird,
wird so hoch sein, wie es bei der organoleptischen Beurteilung des
Lebensmittels akzeptabel ist. Im allgemeinen kann die körnige resistente
Stärke
in Lebensmittelanwendungen mit etwa 0,1 bis 50 Gew.% des Lebensmittels
und insbesondere von 1 bis 25 Gew.% verwendet werden.
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Die Erfindung wird durch die folgenden
Beispiele weiter erläutert,
wobei alle Teile und alle Prozentangaben Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozente
sind und alle Temperaturen in °C
sind, wenn nichts anderes angegeben ist.
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Die folgenden Testverfahren wurden
bei der Beurteilung der verschiedenen resistenten Stärkeprodukte,
die gemäß der Erfindung
hergestellt wurden, eingesetzt.
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A. Bestimmung des Gesamtballaststoff-Gehalts
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Das folgende Verfahren umreißt das Prosky-Verfahren
zur Bestimmung des Ballaststoffes oder der resistenten Stärke in Lebensmitteln
nach Prosky et al., J. Assoc. Off. Anal. Chem., 68, 677 (1985).
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Reagenzien:
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- (a) Ethanol 95% Vol./Vol., technische Qualität.
- (b) Ethanol 78%. Gebe 207 ml H2O in
einen 1 l-Kolben. Verdünne
mit 95%igem EtOH zum entsprechenden Volumen, mische und verdünne, wenn
notwendig, erneut mit 95%igem EtOH auf das entsprechende Volumen.
Mische.
- (c) Aceton, zur Analyse.
- (d) Phosphatpuffer, 0,05 M, pH 6,0. Löse 0,875 g wasserfreies dibasisches
Natriumphosphat (Na2HPO4) (oder
1,097 g Dihydrat) und 6,05 g monobasisches Na-Phosphat-Monohydrat
(NaH2PO4) (oder
6,8 g Dihydrat) in 700 ml H2O. Verdünne mit
H2O auf 1 l. Prüfe den pH mit einem pH-Meter.
- (e) Termamyl (hitzestabile alpha-Amylase)-Lösung – Nr. 120 L, Novo Laboratories,
Inc., Wilton, Connecticut 06897. Kühl halten.
- (f) Protease. Nr. P-5380, Sigma Chemical Company. Kühl halten.
- (g) Amyloglucosidase. Nr. A-9268; Sigma Chemical Company. Kühl halten.
Alternativ ist ein Kit, der alle drei Enzyme (vorgetestet) enthält, von
Sigma Chemical Company, Katalog Nr. KR-185 erhältlich.
- (h) Natriumhydroxidlösung,
0,171 N. Löse
6,84 g NaOH, ACS in ca. 700 ml H2O in einem
1 l-Kolben. Verdünne
mit Wasser auf das entsprechende Volumen.
- (i) Phosphorsäurelösung, 0,205
M. Löse
23,6 g H3PO4, ACS
(85%) in H2O in einem 1 l-Kolben. Verdünnte mit
H2O zum entsprechenden Volumen.
- (j) Celite C-211, mit Säure
gewaschen. Fisher Scientific Company.
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Verfahren:
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Um den Beitrag von Reagenzien zum
Rest zu messen, werden durch das ganze Verfahren Blindproben laufen
gelassen.
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Eine Probe wird homogenisiert und über Nacht
bei 70°C
im Vakuumofen getrocknet, im Exikator abgekühlt und auf 0,3 bis 0,5 mm
(mesh) trocken gemahlen.
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Wiege zweimal 1 g Proben, auf 0,1
mg genau, in 400 ml-Erlenmeyer-Kolben. Die Probengewichte sollten
nicht um mehr als 20 mg differieren. Gebe 50 ml Phosphatpuffer,
pH 6,0, in jeden Kolben. Prüfe
den pH und stelle ihn, wenn notwendig, ein. Gebe 0,1 ml Termanyllösung hinzu.
Bedecke den Kolben (bzw. den Becher) mit Aluminiumfolie und gebe
ihn 15 min in ein siedendes H2O-Bad. Schüttle leicht
in 5 min-Intervallen. Erhöhe
die Inkubationszeit, wenn die Anzahl der Kolben im siedenden Wasserbad
es schwierig macht, dass die Inhalte der Kolben eine Innentemperatur
von 100°C
erreichen. Verwende ein Thermometer, um sicherzustellen, dass 100°C in 15 min
erreicht wird. Insgesamt 30 min im H2O-Bad
sollten ausreichend sein.
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Kühle
die Lösungen
auf Raumtemperatur, stelle den pH durch Zusatz von 10 ml 0,171 N
NaON-Lösung
auf pH 7,5 ± 0,1
ein.
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Setze 5 mg Protease zu. (Protease
wird durch einen Spatel denaturiert, so dass es vorteilhaft sein kann,
unmittelbar vor der Verwendung mit ca. 0,1 ml Phosphatpuffer eine
Enzymlösung
herzustellen und die erforderliche Menge zu pipettieren).
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Bedecke den Kolben mit Aluminiumfolie.
Inkubiere 30 min bei 60°C
unter kontinuierlichem Rühren, kühle ab,
setze 10 ml 0,205 M H3PO4-Lösung zur
Einstellung des pHs auf 4,5 ± 0,2
hinzu. Gebe 0,3 ml Amyloglucosidase hinzu, bedecke mit Aluminiumfolie
und inkubiere 30 min bei 60°C
unter kontinuierlichem Rühren. Füge 280 ml
95%iges Ethanol, das auf 60°C
vorerwärmt
ist, hinzu.
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(Messe das Volumen vor dem Erwärmten).
Lasse es sich bei Raumtemperatur über 60 min ein Präzipitat
bilden.
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Wiege einen Tiegel, der Celite enthält, auf
0,1 mg genau, befeuchte und verteile das Celitebett im Tiegel unter
Verwendung eines 79%igen EtOH-Stroms aus einer Waschflasche. Lege
einen Sog an, um Celite als flache Matte auf eine Glasfritte zu
ziehen. Halte den Sog aufrecht und führe das Präzipitat aus der Enzymverdauung
in den Tiegel über.
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Wasche den Rückstand der Reihe nach mit
drei 20 ml Portionen von 78%igem EtOH, zwei 10 ml Portionen von
95%igem EtOH und zwei 10 ml Portionen Aceton. Mit einigen Proben
kann sich Gummi bilden, der Flüssigkeit
einschließt.
Wenn dies der Fall ist, breche die Oberfläche mit einem Spatel auf, um
die Filtration zu verbessern. Die Zeit zur Filtration und des Waschens
wird von 0,1 bis 6 h pro Probe variieren, wobei der Durchschnitt
1,2 h ist. Lange Filtrationszeiten können vermieden werden, indem
das Absaugen während
der Filtration sorgfältig
unterbrochen wird.
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Trockne den Tiegel, der den Rückstand
enthält, über Nacht
bei 70°C
im Vakuumofen oder bei 105°C im
Luftofen. Kühle
den Exsikkator und wiege auf 0,1 mg genau. Subtrahiere Tiegel- und
Celite-Gewicht, um das Gewicht des Rückstands zu bestimmen.
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Analysiere den Rest aus der Probe
aus einem Satz von Duplikaten auf Protein und Asche. Subtrahiere die
Werte für
Protein und Asche vom Rückstand,
um die Gesamtballaststoffe (TDF) oder die Menge an resistenter Stärke zu erhalten.
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B. Differenzial-Scanning-Kalorimetrie
(DSC)
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Das folgende Verfahren wurde verwendet,
um Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC)-Daten zu erhalten. DSC-Messungen
wurden bei jeder der Proben mit einem Perkin-Elmer DSC-4-Gerät durchgeführt, das mit
einer 3600 Thermoanalysendatenstation und einem Diagrammauftragegerät 2 von
Perkin-Elmer (Perkin-Elmer
Corporation, Instrument Division, Norwalk, Connecticut) ausgestattet
war. Stärkeproben
mit etwa 10 mg wurden genau in einer Perkin-Elmer-Schale aus rostfreiem Stahl gewogen.
Es wurden etwa 40 mg entionisiertes Wasser zugegeben und dann wurde
die Schale dicht verschlossen und über Nacht bei 4°C äquilibrieren
gelassen. Das DSC-Scanning wurde von 20° bis 180°C mit einer Heizgeschwindigkeit
von 10°C/min durchgeführt. Eine
leere Schale stellte die Referenzprobe dar.
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BEISPIEL I
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Eine 1400 g-Probe der Stärke Hylon(R) VII (Feuchtigkeitsgehalt 10,6%), ein
Produkt der National Starch and Chemical Company, die etwa 70 Gew.%
Amylose enthielt, wurde in einen Ross-Mischer, einen Zweifach-Planetenmischer
mit Standardschaufeln (Produkt von Charles Ross and Son Company)
gegeben. Sechshundert (600) ml Wasser wurden der Probe zugesetzt,
der Mischer wurde geschlossen und die Stärke und das Wasser wurden bei
Raumtemperatur 10 min gemischt. Dieses lieferte eine Probe mit einem
Gesamtfeuchtigkeitsgehalt von 37,4 Gew.%. Die Temperatur wurde bei
fortgesetztem Mischen auf 100°C
erhöht
und für
einen bestimmten definierten Zeitraum bei dieser Temperatur gehalten
und dann auf 30°C
abgekühlt.
Die Probe wurde aus dem Mischer genommen und luftgetrocknet. In
der gleichen Weise wurden mehrere identische Stärkeproben auf einen Gesamtfeuchtigkeitsgehalt
von 37,4 Gew.% präpariert.
Die Proben wurden alle auf 100°C erhitzt
und für
variierende Zeiträume
von 0,5 bis 6 h bei dieser Temperatur gehalten. Die Proben wurden
auf den Gesamtballaststoffgehalt (TDF) unter Verwendung des Prosky-Verfahrens
und auf die Daten der Differenzial-Scanning-Kalorimetrie (DSC) analysiert,
wobei die vorstehend beschriebenen Verfahren angewendet wurden.
Die in der folgenden Tabelle 1 angegebenen Resultate zeigen, dass
TDF von 12,0% auf 38,1 und 41,9% nach einer Hitzebehandlung von
einer bzw. vier Stunden anstieg. Die Einsetz-Schmelz-Temperaturen To (Temperaturen,
bei denen das Schmelzen einsetzte), erhöhten sich von 67,6 auf 89,4
bzw. 92°C.
Auch angegeben sind die Spitzentemperaturen Tp und die Schlusstemperaturen
Tc.
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Tabelle
1
Eigenschaften der hitzebehandelten Hylon VII (37,4% Wasser,
100°C) über variierende
Zeiträume
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BEISPIEL II
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Proben der Stärke Hylon VII (70% Amylosegehalt)
wurden wie in Beispiel I so präpariert,
dass sie variierende Wassergehalte hatten. Alle Proben wurden für 4 h auf
100°C erhitzt
und wie Beispiel I auf die TDF- und DSC-Eigenschaften analysiert,
wie es in Tabelle 2 gezeigt ist.
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Tabelle
2
Eigenschaften der hitzebehandelten Stärke (100°C, 4 h) mit variierendem Wassergehalt
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Die Resultate zeigen die signifikante
Erhöhung
beim TDF oder der resistenten Stärke,
wenn Stärke mit
einer definierten Wassermenge, insbesondere mit 37,4%, hitzebehandelt
wird.
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BEISPIEL III
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Verschiedene Stärkeproben mit variierenden
Mengen an Amylose wurden unter den in der folgenden Tabelle 3 angegebenen
Bedingungen in der Weise, wie es in Beispiel I beschrieben ist,
hitzebehandelt. Die Proben waren Hylon V, ein Stärkeprodukt von National Starch
and Chemical Company, das einen hohen Amylosegehalt von etwa 50%
hat; Hylon VII, ein anderes Produkt von National Starch and Chemical
Company, das einen Amylosegehalt von 70% hat; und VJR-Stärke, die
einen hohen Amylosegehalt (normal) 78,3% und Amylose mit niedrigem
Molekulargewicht, 18,7% hat, hergestellt wie nachfolgend näher beschrieben
wird und außerdem
in US-A-5,300,145 beschrieben ist.
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Tabelle
3
Vergleichende Hitzebehandlung verschiedener Stärken
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BEISPIEL IV
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Eine Probe der Fluiditätsstärke (dünn-siedend,
Säure-umgewandelt)
Hylon VII (70% Amylose), ein Produkt von National Starch and Chemical
Company), wurde entsprechend dem in Beispiel I beschriebenen Verfahren
präpariert.
Die Probenstärke
hat einen Gesamtfeuchtigkeitsgehalt von 37% und wurde auf 100°C erhitzt
und für
2,5 h bei dieser Temperatur gehalten. Die hitzebehandelte Stärke wurde
beurteilt und hatte einen Gesamtballaststoffgehalt (TDF) von 36,8%,
was deutlich besser war als die unbehandelte Probe derselben Stärke, die
einen TDF von 21,3% hatte.
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BEISPIEL V
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Eine chemisch modifizierte Stärke mit
hohem Amylosegehalt wurde wie folgt hergestellt, hitzebehandelt
und beurteilt. Eine VJR-Stärke,
ein Produkt von National Starch and Chemical Company, die in Beispiel
III beschrieben wurde und einen Gehalt von 78,3% hochmolekularer
Amylose (normal) und 18,7% Amylose mit niedrigem Molekulargewicht
hatte, wurde mit 0,98 Gew.% Octenylbernsteinsäureanhydrid unter den folgenden Bedingungen
modifiziert. VJR-Stärke
(3000 g) wurde in 4500 ml Wasser aufgeschlämmt und der pH der Aufschlämmung wurde
mit 3% NaOH auf 7,6 erhöht.
Während
der pH bei 7,5 bis 7,6 gehalten wurde, wurden 29,44 g Octenylbernsteinsäureanhydrid
unter Rühren
zugesetzt. Als die Reaktion kein Alkali mehr verbrauchte, wurde
der pH der Aufschlämmung
unter Verwendung von HCl auf 5,5 eingestellt und die Stärke wurde
dann filtriert und luftgetrocknet.
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Die veresterte Stärke, die einen Gesamtfeuchtigkeitsgehalt
von 37% hatte, wurde wie in Beispiel I bei 100°C bei einer Erhitzungszeit von
2,5 h hitzebehandelt. Die hitzebehandelte modifizierte Stärke wurde
beurteilt und es wurde festgestellt, dass sie einen Gesamtballaststoffgehalt
(TDF) von 37,5% hatte. Dieser war deutlich besser als er von einer
Probe derselben modifizierten Stärke
gezeigt wurde, die nicht hitzebehandelt worden war und einen TDF
von 25,9% hatte.
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BEISPIEL VI
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Eine Probe der Stärke Hylon VII (70% Amylose)
wurde wie in Beispiel I präpariert
und hitzebehandelt (37% Wasser, 100°C, 6 h) und als Ingredienz in
Hafermehlcookies beurteilt. Testrezeptur
- Hafermehl-Cookies
Ingredienzien | Menge,
% |
A. | |
Baka-Snak | 1,75 |
Teststärke | 6,00 |
schnellkochender,
gewalzter Hafer | 21,65 |
Brauner
Zucker | 14,10 |
Mehl | 13,20 |
Kristallzucker | 11,70 |
Natriumhydrogencarbonat | 0,40 |
B. | |
Butter
oder Margarine | 21,00 |
Eier | 10,20 |
| 100% |
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Herstellung:
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- 1. Mische alle Ingredienzien von A zu einer
gleichmäßigen Konsistenz
- 2. Rühre
die Butte von B cremig
- 3. Setze die trockene Mischung von A und die leicht geschlagenen
Eier zur Butter. Mische zur einheitlichen Konsistenz.
- 4. Tropfe Teelöffelfüllungen
auf ein nicht gefettetes Kuchenblech. Backe 10 bis 12 min bei 190,56°C (375°F).
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Die hergestellten Cookie-Produkte,
die die resistente Stärke
der vorliegenden Erfindung enthielten, waren ein akzeptabel Produkt
und hatten eine stärkere
Ausbreitung als ein Kontrollrezept, das mit verstärkt gewalzten
Haferflocken hergestellt worden war, sowie einen geeigneten Geschmack.
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BEISPIEL VII
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Eine Probe der Stärke Hylon VII (70% Amylose)
wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel I präpariert und erhitzt (37% Wasser,
100°C),
allerdings in zwei Zyklen, wobei das Produkt nach jedem Heizzyklus
auf 30°C
abgekühlt
wurde; danach erfolgte eine Flash-Trocknung. Dieses Produkt wurde
als Ingredienz in Kräcker formuliert. Testrezeptur – Kräcker
Ingredienzien | Menge,
% |
A. | |
Soft-A-Silk-Kuchenmehl | 51,19 |
Teststärke | 10,26 |
Kristallzucker | 4,52 |
Natriumbicarbonat | 0,82 |
Calciumphosphat | 0,82 |
Salz | 0,51 |
Mehl
aus gemälzter
Gerste | 0,92 |
B. | |
Shortening | 7,70 |
C. | |
Wasser | 20,00 |
Maissirup
mit hohem Fructosegehalt | 1,95 |
Ammoniumbicarbonat | 1,28 |
Natriumbisulfat | 0,03 |
| 100,00 |
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Herstellung:
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- 1. Vermische unter Verwendung eines Küchenmischers
(mit Schaufelbefestigung) die Ingredienzien A trocken.
- 2. Füge
das Shortening von Teil B zu und mische 2 min bei Geschwindigkeit
Nr. 1.
- 3. Mische C bis zur vollständigen
Dispersion.
- 4. Gebe C langsam in den Mischer und mische 10 min bei Geschwindigkeit
Nr. 2.
- 5. Walze den Teig mit einem Rondo-Sheeter zu einer Dicke von
1 mm.
- 6. Schichte viermal aufeinander und walze zu einer Enddicke
von 1 mm.
- 7. Schneide in gewünschte
Stücke
und backe 8 min bei 425°C.
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Der hergestellte Kräcker, der
die resistente Stärke
der vorliegenden Erfindung enthält,
war im Vergleich zu Produkten, die unter Verwendung von Hylon VII
Haferkleie, raffinierter Haferfaser und einer Kontrolle mit Soft-A-Silk-Mehl
anstelle der Teststärke
hergestellt worden war, vorteilhaft. Der Kräcker mit der resistenten Teststärke hatte
einen guten Geschmack und ein gutes Aussehen.
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BEISPIEL VIII
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Die Verwendung der körnigen resistenten
Stärke
der vorliegenden Erfindung in heißen Cerealien und ihre Beurteilung
erfolgten wie folgt. Fünf
(5) g der Stärke
Hylon VII mit hohem Amylosegehalt (70% Amylose), die wie in Beispiel
I präpariert
und hitzebehandelt worden war (37,4% Feuchtigkeit, erhitzt für 4 h auf
100°C) und
die einen Gesamtballaststoffgehalt (TDF) von 41,9 hatte, wurde zu
einer Packung mit 35 g Quakers Heiß-Instantcerealien, Apfel und
Zimt, gegeben. Zu der vermischten Cerealien-Mischung wurden dann
126 g siedend heißes
Wasser gegeben. Es wurde eine zusätzliche Cerealien-Mischung
in der gleichen Weise hergestellt; diese enthielt aber 11 g Stärkeprobe
und 145 g heißes
Wasser.
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Die hergestellten Cerealienproben
wurden beobachtet und im Geschmack untersucht und mit Kontrollproben,
die dieselbe Cerealienpackung umfassten, wobei die Stärke mit
einer gleichen Menge Haferflocken ersetzt war, verglichen. Die Cerealien,
die die körnige
resistente Stärke
enthielten, waren im Vergleich zu den Kontrollen etwas dünner in
der Textur und hatten ein akzeptables Feeling im Mund und ein akzeptables
Aroma.
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BEISPIEL IX
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Es wurde ein typischer heller Kuchen
hergestellt, der die körnige
resistente Stärke
der vorliegenden Erfindung enthielt und somit einen Kuchen mit erhöhtem Ballaststoffgehalt
lieferte; er hatte die folgende Rezeptur: Kuchenrezeptur
Ingredienz | Menge,
% |
Zucker | 237 |
Shortening | 64 |
Vanille | 1,5 |
Instant
Pure-Flo F | 10,5 |
Kuchenmehl | 156,6 |
Stärke/Ballaststoff-Probe | 7,4 |
NFDM | 14 |
Backpulver | 5,5 |
Salz | 3,5 |
ganze
Eier | 100 |
Wasser | 120 |
Öl | 110 |
insgesamt | 830 |
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Der Kuchen wurde so, wie es im Folgenden
beschrieben wird, hergestellt, wobei die in Beispiel I präparierte
Stärke
mit hohem Amylosegehalt, Hylon VII, mit einem Gesamtballaststoffgehalt
(TDF) von 41,9% verwendet wurde. Ein weiteres Kuchenbeispiel wurde
unter Verwendung von 7,7 g Stärke/Ballaststoff-Probe,
die die VJR-Stärke
von Beispiel III mit einem Gesamtballaststoffgehalt (TDF) von 42,3%
war, formuliert. Ein Kontrollkuchen wurde unter Verwendung derselben
Rezeptur allerdings ohne die Stärke/Ballaststoffprobe
hergestellt (es wurde dieselbe Menge an Kuchenmehl verwendet, um
Stärke/Ballaststoff
zu ersetzen und insgesamt 830 g zu erhalten).
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Andere Kuchen wurden hergestellt,
indem zweimal die Menge der Stärke/Ballaststoff-Probe
a) 14,8 g der Stärke
Hylon VII (149,2 g Kuchenmehl) und b) 15,4 g VJR-Stärke (148,6
g Kuchenmehl) verwendet wurde.
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Die Kuchen wurden wie folgt hergestellt.
Das Shortening wurde in eine Mischschüssel gegeben und leicht geschlagen.
Der Zucker wurde zugesetzt und die Mischung wurde vermischt, bis
sie gleichmäßig und hell
war. Vanillin wurde dann zugesetzt. Ein trockenes Gemisch aus der
Stärke,
NFDM, Backpulver und Salz wurde hergestellt. Die Hälfte des
trockenen Gemisches wurde zu den Eiern, Wasser und Öl gegeben
und den nassen Ingredienzien zugemischt. Das restliche trockene
Gemisch wurde zugesetzt, gemischt und für 2 min bei mittlerer Geschwindigkeit
vermischt. Die hergestellte Rezeptur wurde dann gebacken und die
resultierenden Produkte wurden betrachtet und wie folgt beurteilt:
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Die Resultate zeigten, dass akzeptable
Kuchen mit geeignetem Geschmack unter Verwendung der zugesetzten
körnigen
resistenten Stärke/des
Ballaststoffs der Erfindung hergestellt wurden.
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BEISPIEL X
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Unter Verwendung des resistenten
Stärkematerials
der vorliegenden Erfindung wurden wie folgt Pasta-Produkte hergestellt.
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Eine Probe der Stärke Hylon VII wurde wie in
Beispiel I beschrieben bei 100°C
für 2,5
h hitzebehandelt. Die Probe wurde bei einer Eingabetemperatur von
79,44°C
(175°F)
und einer Ausgangstemperatur von 65,56°C (150°F) flash-getrocknet. Die Probenstärke wurde
in den zwei nachfolgend angegebenen Formulierungen hergestellt:
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Die Ingredienzien wurden wie folgt
zu geformten Pasta-Produkten geformt. Wasser wurde zu dem Mehl und
der Stärke
gegeben, das Ganze wurde vermischt und in ein Teigmaterial übergeführt; dieses
wurde dann unter Bildung der geformten Pasta-Produkte durch einen
Extruder geführt.
Die Produkte wurden in einem Ofen mit 48,89°C (120°F), Trockenthermometer, und
37,78°C
(100°F),
Feuchtkugeltemperatur, zu einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 7%
getrocknet. Die Pasta wurde dann in siedendem Wasser 8 min lang
gekocht. Die gekochten Produkte wurden bezüglich Aussehen, Festigkeit
und Geschmack beurteilt und es wurde festgestellt, dass sie akzeptabel
waren.
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BEISPIEL XI
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Ein Sportgetränk wurde hergestellt, indem
5,96 g der Stärke
Hylon VII, hergestellt wie in Beispiel I (TDF 41,9%), zu 946 g Gatorade-Fruchtpunch gegeben
wurden. Das Getränkeprodukt
wurde auf 85°C
(185°F) erhitzt
und heiß in
einen Getränkebehälter gefüllt. Die
Getränke
wurden dann bis zur Beurteilung in einem Kühlschrank gelagert. Ein anderes
Getränk
wurde in ähnlicher
Weise unter Verwendung von 6,19 g VJR-Stärke, die wie in Beispiel III
hergestellt worden war (TDF 40,34%) hergestellt.
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Die Produkte wurden beurteilt und
zeigten ein gewisses Absetzen von Partikeln und daher war Schütteln und
Vermischen notwendig, um die Partikel zu suspendieren. Die Getränke mit
dem zugesetzte Stärkeballaststoff
zeigten im Vergleich zur Kontrolle, die das Getränk ohne zugesetzte Stärkeprodukt
war, kein nachteiliges Aroma oder nachteiliges Feeling im Mund.
Die Resultate zeigen, dass die Stärkeprodukte in Getränken des
viskosen Typs einsetzbar sind.
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BEISPIEL XII
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Dieses Beispiel erläutert die
Herstellung von essfertigen extrudierten gepufften Cerealien (auch
als direkt-expandierte Cerealien bezeichnet), die hitzebehandelte
Stärken
mit hohem Amylosegehalt, welche durch das Verfahren von Beispiel
I (Hylon VII) und Beispiel III (VJR) hergestellt wurden, enthalten.
Die Stärken
wurden in die folgenden Cerealienrezepturen eingearbeitet:
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Die Ingredienzien für die Kontrolle
wurden abgewogen, in einen Glaskolben mit einem Fassungsvermögen von
einer Gallone gegeben, dieser wurde verschlossen und für 3 h auf
Walzen mit 100 U/min gestellt, um ein ausreichendes Vermischen sicherzustellen.
Rezepturen (1000 g), die die Stärken
enthielten, wurden in der gleichen Weise hergestellt, wobei ein
Teil des Maismehls ersetzt wurde. Die Cerealien-Mischung wurde unter
Verwendung eines Werner- und Pflenderer-ZSK-30-Corotations-Doppelschnecken-Extruders
(ölgeheizte
Zylinder) entweder mit einer Acrison, Modell Nr. 104, volumetrischen
Beschickungsvorrichtung oder einer Zeromax, Modell Nr. E-2, Beschickungsvorrichtung
extrudiert.
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Die Extruderbedingungen waren wie
folgt:
Zylinderlänge | 7
(L/D = 21) |
Schneckenkonfiguration | SC
7-20A* |
Schneckengeschwindigkeit | 350
U/min |
Düsendurchmesser | 3
mm |
Trockenbeschickungsrate | 13
kg/h |
Feuchtigkeit
der gesamten Beschickung | 17% |
Zylindertemperatur | 80/150/140°C |
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Cerealienrezepturmischungen wurden
unter Anwendung der obigen Verfahrensbedingungen in den Extruder
eingeführt.
Nachdem die Gleichgewichtsbedingungen erreicht waren (Einheitlichkeit
der austretenden Extrudate und konstante Drehmomentablesungen),
wurden Proben ausgestanzt (unter Verwendung einer automatischen
sich drehenden Stanzvorrichtung) und unter Verwendung von Skala-Messinstrumenten
wurde ihre Expansion gemessen. Proben wurden dann für 2 bis
5 min in einem Narco-Ofen mit mechanischer Konvektion bei 200 bis
210°C getoastet.
Die Proben wurden bezüglich
der Massedichte und der Expansion beurteilt. Proben, die hitzebehandelte
Stärken
enthielten, lieferten im Vergleich zu der Kontrolle eine ähnliche
Expansion und eine ähnliche
Massedichte (siehe Tabelle).
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