具有提高的膳食纖維總量的面粉組合物及其制備方法和用途的制作方法

專利名稱：具有提高的膳食纖維總量的面粉組合物及其制備方法和用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有提高的膳食纖維總含量的面粉組合物，以及這種面粉的制備方法和用途。
背景技術：
本發明涉及一種制備具有提高的膳食纖維總含量的面粉組合物的方法、所得到的面粉組合物和其用途。該面粉通過選擇的短時水熱處理高直鏈淀粉面粉而制備。進一步，本發明涉及這種高膳食纖維含量面粉在食品產品中的應用。
面粉是一種復雜的組合物，通常包括淀粉、蛋白質、脂肪(類脂)、纖維、礦物質和各種其它的可能成分。淀粉組分是復雜的碳水化合物，由兩類多糖分子組成直鏈淀粉，通過α-1，4-D-糖苷鍵連的D-葡糖苷單元的線形柔性聚合物；支鏈淀粉，由α-1，6-糖苷鍵連的支化的線形鏈聚合物。
已知淀粉可以通過一定的加工操作轉化成抗性淀粉，其具有高膳食纖維含量和/或耐胰淀粉酶。這樣的加工操作需要相當長的時間，通常至少一小時，以顯著地增加總膳食纖維含量。研究文獻表明，這樣的淀粉具有很多優點，包括有益于結腸健康和減少熱值。另外，所述的淀粉還能減少餐中的碳水化合物，降低血糖和胰島素響應，引起飽腹感，提供持續的能量供應，保持體重，控制低血糖、高血糖、受損的血糖調節、胰島素耐受綜合癥、II型糖尿病，改善運動成績、精神集中度和記憶。
令人驚異的，現發現高直鏈淀粉含量的面粉可以通過短時水熱處理增加其總膳食纖維含量，并發現將該面粉可用于各種產品。

發明內容
高直鏈淀粉的面粉可以通過短時水熱處理增加其總膳食纖維(TDF)含量。這些面粉可以通過下述方法制備高直鏈淀粉面粉具有占其淀粉重量至少40％的直鏈淀粉含量，將所述面粉在約10-50重量％的總水含量、在約80-160攝氏度加熱約0.5-15分鐘。水分本發明進一步涉及含高TDF面粉的產品，包括食品產品。
在本文中，短時指在目標溫度下處理0.5-15分鐘。
在本文中，總水分含量指面粉中的水分含量以及任何在加工過程中加入的水。
在本文中，總膳食纖維(TDF)指用分析化學學會(AOAC)方法991.43(AOAC期刊1992年75卷第3期，395-416頁)所述的方法測定得到的膳食纖維含量。總膳食纖維以干基報告。
在本文中，面粉指一種多組分組合物，其包括淀粉，還可包括蛋白質、脂肪(類脂)、纖維、維生素和/或礦物質。面粉還非限制性的包括粗粉、全麥粉、玉米粉、濕潤谷粉(masa)、粗小麥粉(grits)、粗麥片，但不包括純淀粉。
在本文中，高直鏈淀粉面粉是指用實施例部分詳細描述的電位法測定面粉中的淀粉含量，對于小麥面粉或米面粉，含有至少約27％的直鏈淀粉；對于其它來源的面粉，含有至少約40％直鏈淀粉。
在本文中，糊化指淀粉通過熟化處理喪失其顆粒狀結構的加工過程。顆粒是指天然淀粉的結構，其中淀粉是非水溶性的(仍然至少部分結晶)，而且在偏振光下具有雙折射和典型的馬耳他十字。在高直鏈淀粉中，一些天然的顆粒不顯現馬耳他十字，尤其是細絲狀的顆粒。如在本文中使用的糊化期間，淀粉失去其雙折射特性以及任何在其天然狀態時具有的馬耳他十字。
在本文中，加熱時間指在目標溫度的時間，不包括升溫(線形變化)時間。
在本文中，升溫或線形變化時間指將面粉從室溫加熱到目標溫度的時間。
在本文中，目標溫度是指水熱處理面粉時的溫度，當面粉達到80℃時開始水熱處理。
在本文中，結構變化是指面粉成分的任何天然結構的變化，非限制性地包括蛋白變性、淀粉退火(annealing)或結晶，以及形成配合物或其它面粉成分之間的相互作用。
在本文中，食品產品包括所有可食性產品，包括人和/或動物消費的飲料。
在本文中，亞峰熔點溫度指熔點溫度(Tp)，如果面粉被更長時間地水熱處理，其將顯著升高，升高至少5℃。


圖1顯示實施例2中通過DSC法測定水熱處理高直鏈淀粉玉米粉的熔化變化曲線。
圖2顯示實施例5中通過DSC法測定水熱處理高直鏈淀粉玉米粉的熔化變化曲線。
具體實施例方式
高直鏈淀粉面粉可以通過短時水熱處理增加其總膳食纖維(TDF)含量。這些面粉可通過下述方法制備，高直鏈淀粉面粉具有占其淀粉重量至少40％的直鏈淀粉，將其在約10-50重量％的總水分含量和約80-160℃的溫度加熱約0.5-15分鐘。
在本發明的制備中所用面粉可以是任何天然來源衍生的任何高直鏈淀粉面粉。在本文中，天然面粉是指為在自然界中被發現的狀態。通過標準種植技術(包括雜交、易位、反轉、轉形變異、插入、輻射、化學處理或其它引起突變的方法)或任何其它基因或染色體工程的方法以包括其變體的方法得到的植物制備的面粉也是適用的。另外，從誘導突變成長的植物獲得的面粉和可通過已知的標準突變育種方法生產的上述遺傳組合物的變體在此也是適用的。
面粉的典型來源有谷類、塊莖和塊根、豆類和水果。天然來源可以是任何高直鏈淀粉品種，非限制性地包括來自玉米、馬鈴薯、紅薯、大麥、小麥、大米、西米、莧菜、木薯、竹芋、美人蕉、豌豆、香蕉、燕麥、裸麥、黑小麥和高梁。在一種實施方案中使用的是玉米粉。在本文中，術語高直鏈淀粉是指以各自所含淀粉重量計，對于小麥粉或米粉，面粉含有至少約27％的直鏈淀粉，對于其它來源的面粉，含有至少約40％的直鏈淀粉。在一個實施方案中，面粉原料含有至少約50％的直鏈淀粉，在另一個實施方案中面粉原料含有至少約70％的直鏈淀粉，在第三個實施方案中面粉原料含有至少約80％的直鏈淀粉，在第四個實施方案中面粉原料含有至少90％以上的直鏈淀粉，以上所有均以面粉所含淀粉的重量計。如本領域所公知的，面粉還含有淀粉之外的成分。在一個實施方案中使用的面粉含有至少5％的蛋白質，至少約1％的類脂，以上均以面粉重量計；以及以面粉所含淀粉重量計，至少約50％的直鏈淀粉。在另一個實施方案中，使用的面粉含有至少10％的蛋白質，至少約3％的類脂，以上均以面粉重量計；以及以面粉所含淀粉重量計，至少約70％的直鏈淀粉。在又一個實施方案中，使用玉米粉，其含有約8-13％的蛋白質，約2-3％的類脂和約85-90％的淀粉，以上均以面粉重量計。在一個實施方案中，面粉具有至少約20％的蛋白質含量，而在另一實施方案中至少為約40％的蛋白質含量，以上均以面粉重量計。
在另一個實施方案中，從具有直鏈淀粉擴展基因型(隱性的或顯性的)植物源提取高直鏈淀粉面粉。在另一個實施方案中，面粉含有的淀粉中，通過丁醇分餾法測定的支鏈淀粉含量少于10重量％。在再一個實施方案中，面粉來源于種植植物，特別是玉米，其為種質選擇的遺傳組合物并含有至少75重量％的直鏈淀粉；在一個例子中含有至少85％的直鏈淀粉(即，普通直鏈淀粉)，少于10重量％的支鏈淀粉，而在另一個例子中含有少于5重量％的支鏈淀粉，以及約8-25％的低分子量直鏈淀粉。在另一個實施方案中，從含淀粉植物的谷粒中提取面粉，所述植物具有隱性直鏈淀粉擴展基因，其與很多直鏈淀粉擴展修飾基因連接。這樣的植物在本領域中是已知的并有所描述。
面粉通過已知方法從天然來源獲得，如通過干磨法。其它可能的方法非限制性地包括濕磨法和分離或結合使用干法和濕法加工。本領域的技術人員知道面粉的成分是可控制的；例如，面粉的蛋白質含量可通過已知的技術增加，例如通過精磨和氣流分選。
在本發明的面粉制備中，面粉必須在特定的總水分含量和精確的溫度和時間的結合下處理特定的時間，以避免或減少面粉中淀粉成分的部分或全部糊化，從而基本上保持其顆粒結構。可能會發生部分糊化，但要盡量減少以盡可能保持最高的總膳食纖維含量(TDF)。在一個實施方案中，沒有發生糊化。在這樣的條件下處理面粉，可制得具有高總膳食纖維含量的面粉。
總水分(濕氣)含量在約10-50％的范圍，在一個實施方案中，以干面粉的重量計(干固體基)，該范圍是約20-30重量％。在一個實施方案中，這一水分相對含量在整個加熱步驟中保持基本恒定。在另一個實施方案中，在加熱期間不加水(即，除了面粉中所含的水分，在加熱步驟期間不存在水)。在又一個實施方案中，在水熱處理期間不控制水分含量(基本保持恒定)，從而一旦開始加工，所處理的面粉具有較低的水分含量。
面粉在約80℃到160℃的目標溫度加熱，在一個實施方案中，在約100℃到120℃的溫度加熱。雖然最適宜的溫度和水分含量可根據特定的面粉組成(包括蛋白質、淀粉和類脂的來源和含量)及其直鏈淀粉含量而變化，但是具有高的總膳食纖維含量很重要，因為淀粉保持顆粒狀態，從而不會失去其結晶和雙折射特性。
在目標溫度加熱的時間根據所用面粉、其直鏈淀粉含量和顆粒大小、所需要的總膳食纖維的含量以及水分量和加熱溫度變化。在一個實施方案中，該加熱時間是約0.5-15分鐘。在一個實施方案中，面粉被加熱。
升溫(線性變化)時間可根據所使用的設備、加工條件、所用面粉變化。在一個實施方案中，理想的是采用較短的升溫時間以免得到的面粉變色和形成不良味道。在另一個實施方案中，升溫時間少于約5分鐘，在又一個實施方案少于約1分鐘。
處理面粉以得到高含量的總膳食纖維的條件是不破壞淀粉的顆粒結構(不被糊化)，使它們保持結晶和雙折射性。進而，在偏振光下觀察天然淀粉的顆粒結構時可以看到馬耳他十字未損失。在有些條件下，如高濕和高溫，淀粉顆粒可能部分熔脹，但是結晶不會被完全破壞。在這樣的條件下，淀粉顆粒不被破壞，仍可根據本發明獲得總膳食纖維的提高。
盡管淀粉結晶有助于總膳食纖維含量，水熱處理同時會改變面粉的其它組分，其可能包括結構改變。一方面，選擇水熱處理的條件以最大化地增加總膳食纖維含量，而另一方面是將不希望的熱引發后果減至最小，諸如營養價值降低(例如，維生素降解)或者感覺質量降低(例如，味道、顏色)。
熱處理可用任何本領域已知的設備來進行，其根據需要為粉末處理、以及水分的加入和控制、混合、加熱和干燥提供足夠的性能。在一個實施方案中，所使用的設備是連續的管式薄膜干燥機，在另一個實施方案中，設備是與連續加熱的螺桿運輸機串連的連續的薄膜干燥機，其還可以加壓以控制在目標溫度的水分含量。在又一個實施方案中，設備是間歇式犁頭式混合機。熱處理可以間歇進行或連續進行。
在一個實施方案中，熱處理的進行是間歇方式，將面粉加熱至80-160℃的溫度范圍并保持溫度基本穩定。在另一個實施方案中，熱處理的進行是連續方式，升溫時間很短。在連續方式的一個實施方案中，將面粉加熱至80-160℃范圍并保持溫度基本穩定，在又一個實施方案中，在達到該溫度的時候熱處理基本完成。
面粉在熱處理之前或之后都可以另外進行加工，只要所述的加工不破壞淀粉的顆粒結構。在一個實施方案中，這樣的另外加工包括使用α淀粉酶降解或酸處理，以及在另一個實施方案中采用化學改性。
在水熱處理之前或之后，可以調節面粉的顆粒大小，例如，通過精磨、附聚和/或篩選。但是，需要注意的是，精磨會降低面粉的總膳食纖維含量。在一個實施方案中，水熱處理過的面粉的90％具有至少250微米且不大于590微米的顆粒尺寸。在又一個實施方案中，水熱處理過的面粉的90％具有至少180微米且不大于590微米的顆粒尺寸。在再一個實施方案中，水熱處理過的面粉具有不大于590微米的顆粒尺寸并且70％具有至少180微米的顆粒尺寸，在進一步的實施方案中，面粉具有不大于590微米的顆粒尺寸并且80％具有至少125微米的顆粒尺寸。在所有的情況下，水熱處理后的的面粉的顆粒尺寸可能是由于處理前面粉的顆粒尺寸或由于用本領域已知方法處理后顆粒尺寸的變化。在一個實施方案中，處理后的顆粒尺寸取決于處理前面粉的顆粒尺寸。
面粉可以使用任何本領域已知的方法進行純化。在一個實施方案中，面粉用本領域中已知的方法進行了漂白以減輕顏色。還可以使用本領域中已知的方法調節面粉的pH值。
可以使用本領域中已知的方法干燥面粉，但不使其淀粉糊化。在一個實施方案中，面粉被空氣干燥，在另一個實施方案中閃蒸干燥面粉。
所使用的前處理和/或后處理的方法可以進一步控制總膳食纖維含量，或者使面粉更加適用于食品。
經過水熱處理得到的面粉產品含有的淀粉保持了其顆粒結構，作為明顯的證據就是在顯微鏡下觀察時其具有雙折射性，并且在偏振光下觀察在天然淀粉中存在的馬耳他十字沒有損失。該面粉具有的總膳食纖維含量為至少約20％，并比水熱處理前的面粉高至少10％(基于面粉重量的絕對值)。在一個實施方案中，面粉的總膳食纖維含量至少是約40重量％，在又一個實施方案中，面粉的總膳食纖維含量至少是約50重量％，還有一個實施方案，面粉的總膳食纖維含量至少是約60重量％。面粉的膳食纖維含量根據所使用的熱處理條件和特定的起始原料變化。
得到的面粉還具有一個亞峰熔點溫度[Tp](用實施例部分所描述的DSC法測定)，從而，如果面粉被水熱處理的時間較長，Tp就會顯著地增加，增加至少5℃。熔點溫度取決于起始面粉的來源和組成以及處理條件。在許多情況下較低的熔點溫度是理想的，因為這表示面粉更容易烹飪加工并具有較高的吸水性。在一個實施方案中，玉米來源的面粉含有至少約70重量％的直鏈淀粉，水熱處理后的面粉的熔點溫度為至少約100℃。
得到的面粉具有可以接受的顏色，相比于天然面粉沒有改變或改變極小。在一個實施方案中，L-值以0-100的刻度表示白度，在天然面粉和水熱處理后的面粉之間L-值的變化小于10。在另一個實施方案中，L-值的變化小于5，在再一個實施方案中，L-值的變化小于2。
得到的面粉具有高耐加工性，因為其在高熱和/或高剪切下不易損失其TDF含量，而以相似方式處理的淀粉就會損失其TDF含量。這使得本發明的面粉可用于增加各種產品的總膳食纖維含量，所述產品中高膳食纖維淀粉不作為功能成分。在一個實施方案中，面粉較淀粉在同樣的加熱和剪切加工條件下保存的總膳食纖維含量高20％。
在一個實施方案中，面粉在被擠壓時具有高耐加工性。擠壓可用本領域已知的任何適合的設備和加工參數進行。由于存在加工參數的大量結合，如產品水分、螺桿設計和速度、進料率、桶溫、沖模設計、配方和長度/直徑(L/d)比率，在本領域中已用比機械能(SME)和產品溫度(PT)來描述擠壓過程的加工參數范圍。在一個實施方案中，當采用至少約125Wh/kg的SME和135-145℃的PT時，面粉保持其總膳食纖維含量的至少約50重量％；在另一個實施方案中，面粉保持其總膳食纖維含量的至少約60重量％。
本發明的面粉可以用于任何食品產品。該面粉有助于提高這些食品的總膳食纖維含量并降低熱量。典型的食品非限制性地包括谷物食品，例如即食谷物、膨化谷物和食用之前要熟化的谷物；焙烤食品，如面包、脆餅、餅干、蛋糕、松餅、蛋卷、面點和其它谷物基料的配料；通心粉；飲料；煎炸和包衣食品；小吃；以及培養的乳制品，如酸奶、干酪和酸乳酪。
可添加和用于任何給定食品的膳食纖維的量很大程度上取決于所能承受的功能用量。換句話說，高TDF面粉的量一般可以高達食品感官評價的可接受程度。在一個實施方案中，本發明的面粉用量為食品的約0.1-90重量％，在另一個實施方案中為食品的約1-50重量％，在再一個實施方案中，為食品的約1-25重量％。
本發明的面粉還可以用于藥品或營養產品，非限制性地包括孕前和孕早期營養品、糖尿病人食品和補充劑、減肥食品、控制胰島素反應的食品、片劑和其它劑量形式。
用本發明的面粉制造的產品可以供任何動物食用(消化)，在一個實施方案中是供給哺乳動物。
以下實施方案進一步解釋和說明本發明，但不對本發明構成任何限制。
1.增加面粉中總膳食纖維含量的方法，包括，在占面粉重量為10-50％的水分含量下、在80-160℃的目標溫度加熱面粉，在目標溫度下的加熱時間為0.5-15分鐘，生產水熱處理的面粉；其中該面粉的直鏈淀粉含量至少是面粉所含淀粉的40重量％，如果是小麥粉或米粉，其直鏈淀粉含量至少是面粉中所含淀粉的27重量％；其中所選擇的加工條件使得基于面粉的重量，面粉中總膳食纖維增加至少10％。
2.實施方案1的方法，其中所述面粉是玉米粉。
3.實施方案1的方法，其中所述面粉的直鏈淀粉含量至少是面粉所含淀粉的約70重量％。
4.實施方案1的方法，其中所述面粉的直鏈淀粉含量至少是面粉所含淀粉的約80重量％。
5.實施方案1的方法，其中所述面粉的直鏈淀粉含量至少是面粉所含淀粉的約90重量％。
6.實施方案1的方法，其中所述面粉含有至少5％的蛋白質，至少約1％的類脂，均以面粉重量計；以及以面粉中的淀粉重量計為至少約50％的直鏈淀粉。
7.實施方案1的方法，其中所述面粉是玉米粉，以面粉重量計，其含有約8-13％的蛋白質，約2-3％的類脂和約85-90％的淀粉。
8.實施方案1的方法，其中目標溫度為100-120℃。
9.實施方案1的方法，其中水分含量以面粉重量計為20-30％。
10.實施方案1的方法，其中不加入額外的水分進行加熱。
11.實施方案1的方法，其中加熱期間不控制水分。
12.一種組合物，含有實施方案1的水熱加熱過的面粉。
13.實施方案12的組合物，其中所述面粉含有的總膳食纖維含量以面粉重量計至少是20％。
14.實施方案12的組合物，其中所述面粉含有的總膳食纖維含量以面粉重量計至少是40％。
15.實施方案12的組合物，其中所述面粉含有的總膳食纖維含量以面粉重量計至少是50％。
16.實施方案12的組合物，其中所述面粉具有亞峰熔點溫度。
17.實施方案12的組合物，其中所述面粉是玉米粉，其含有的直鏈淀粉至少是面粉所含淀粉的70重量％，而且熔點溫度至少為100℃。
18.實施方案12的組合物，其中所述面粉的L-值變化小于10。
19.實施方案12的組合物，其中所述面粉的L-值變化小于2。
20.實施方案12的組合物，其中90％的面粉具有至少250微米且不大于590微米的顆粒尺寸。
21.實施方案12的組合物，其中90％的面粉具有至少180微米且不大于590微米的顆粒尺寸。
22.實施方案12的組合物，其中所述面粉具有不大于590微米的顆粒尺寸，而且70％的面粉具有至少180微米的顆粒尺寸。
23.實施方案12的組合物，其中所述面粉具有不大于590微米的顆粒尺寸，而且80％的面粉具有至少125微米的顆粒尺寸。
24.加工食品的方法，包括采用至少125Wh/kg的SME和135-145℃的PT擠壓實施方案13的組合物形成擠壓組合物，其中該擠壓組合物保持其總膳食纖維含量的至少約50重量％。
25.實施方案24的方法，其中所述擠壓組合物保持其總膳食纖維含量的至少約60重量％。
實施例以下實施例進一步解釋和說明本發明，但不對本發明構成任何限制。無特別說明，全部份數和百分比都以重量計，所有溫度都以攝氏度(℃)計。
以下實驗步驟為全部實施例所使用。
A.直鏈淀粉含量測定電位法測定直鏈淀粉含量約0.5g淀粉(從1.0g磨碎的谷物得到)樣品在10ml濃氯化鈣(約30重量％)中加熱到95℃30min。樣品冷卻至室溫，用5毫升2.5％的醋酸雙氧鈾溶液稀釋，混合均勻，在2000rpm離心5min。然后過濾樣品得到澄清溶液。淀粉濃度通過偏振光測量，使用1cm的偏振光測定杯。然后將等分樣品(通常是5ml)直接用標準0.01N的碘溶液滴定，同時用以KCl作為參比電極的鉑電極記錄電勢。達到拐點時的碘的用量可以通過結合碘直接測定。假設1.0g直鏈淀粉可以結合200毫克的碘，就可以計算出直鏈淀粉的量。
B.總膳食纖維含量的測定以下所列測定總膳食纖維含量的步驟是使用了AOAC的方法991.43(見AOAC期刊1992年75卷第3期，395-416頁)。
該測試使用Megazyme AOAC 991.43TDF方法試劑盒K-TDFR來進行。
測定可溶性膳食纖維的步驟1.空白每個測定采用兩個空白與樣品平行以測定試劑對殘渣的影響。
2.樣品a.精確稱取兩份1.000±0.005g的樣品置于400ml高型燒杯中。
b.分別將40毫升0.05M的MES-TRIS混合緩沖溶液(pH為8.2)加入燒杯中。每個燒杯中都放入磁力攪拌棒。進行磁力攪拌，直至樣品完全分散于溶液中。
3.與熱穩定的α淀粉酶一起培養a.加入50μl熱穩定的α淀粉酶溶液，同時低速攪拌。
b.每個燒杯都用方形鋁箔覆蓋。
c.將覆蓋的樣品放入振搖的95-100℃水浴中，在連續攪拌下培養35分鐘。當所有的燒杯放入熱水浴中時開始計時。
4.冷卻a.將所有燒杯從熱水浴中取出，冷卻至60℃。
b.移去鋁箔。
c.如果需要的話，用抹刀刮去燒杯壁的環形物和底部的凝膠。
d.移液管取10ml蒸餾水沖洗燒杯側壁和刮刀。
e.調整水浴溫達60℃。
5.與蛋白酶一起培養a.每份樣品加入100μl蛋白酶溶液。
b.用鋁箔覆蓋。
c.在振搖的60±1℃水浴中培養，并持續攪拌30分鐘。當水浴溫度達到60℃時開始計時。
6.pH調節a.從振搖的水浴中取出樣品燒杯。
b.移去鋁箔。
c.將5毫升0.561N的HCl溶液分散于樣品中，同時進行磁力攪拌。
d檢測pH值，其應為4.1-4.8。如果需要，另用0.5％的NaOH或5％的HCl溶液調節pH值。
7.與淀粉葡萄糖苷酶一起培養a.加入200μl淀粉葡萄糖苷酶溶液，同時進行磁力攪拌。
b.再覆蓋鋁箔。
c.在振搖的60℃水浴中培養30分鐘并持續攪拌。當水浴溫度達到60℃時開始計時。
8.過濾裝置a.配衡含有硅藻土(celite)的坩鍋以最接近0.1mg。
b.用約3ml蒸餾水濕潤坩鍋中的硅藻土，使其重新分布。
c.抽吸坩鍋使硅藻土吸在多孔玻璃上形成均勻的襯墊。
9.將步驟7中的酶混合物從坩鍋中過濾到過濾瓶中。
10.用預熱至70℃的10ml蒸餾水洗滌殘渣兩次。在清洗坩鍋中的殘物前先用水清洗燒杯。將溶液轉移到預先配衡過的600ml高型燒杯中。
11.用10ml以下物質洗滌殘渣兩次a.95％乙醇b.丙酮12.將盛有殘渣的坩鍋在103℃的爐中干燥過夜。
13.將坩鍋在干燥器中冷卻約1小時。稱重含有膳食纖維殘渣和硅藻土的坩鍋以最接近0.1mg。減去皮重，即，干燥的坩鍋和硅藻土的重量，得到殘渣重量。
14.蛋白質和灰分的測定每種纖維樣品的一份殘渣用于測定分析蛋白質，另一份用于分析灰分。
a.殘渣中蛋白的分析采用凱氏定氮法(AACC46-10)。所有樣品計算蛋白質克數的因數用6.25。
b.分析灰分，按照AACC的方法08-01，將第二份殘渣樣品在525℃燒灼5小時。在干燥器中冷卻，稱重以最接近0.1mg。減去坩鍋和硅藻土的重量就是灰分的重量。
總膳食纖維的量以下述公式計算，沒有特別說明，都是以干基報告TDF(％)＝[R1-R2)/2-P-A-空白]/(m1+m2)/2×100其中m1-樣品重量1m2-樣品重量2R1-m1的殘渣重量R2-m2的殘渣重量A-R1的灰分重量P-R2的蛋白重量C.DSC法進行熱學分析將天然和水熱處理的面粉用具有液氮冷卻附件的Perkin Elmer差示掃描量熱計7進行熱學分析。稱量10mg無水樣品放入不銹鋼密封盤中，加水使水與面粉的比例達到3∶1。將盤密封，以10℃/min的加熱速率在10-160℃范圍掃描。對各樣品重復測定一次，取平均值，報告峰值溫度和結束熔點溫度(℃)以及糊化焓值(J/g)。
D.顏色測定顏色測定采用Hunter Color Quest II單色盲分光鏡球體模型(Hunter協會實驗室，Reston有限公司，VA，USA)。根據專門用于該儀器的操作步驟和軟件模型測量和計算L-值和a-值。L-值表示產品的亮度，100代表最白，0代表黑。a-值為正時表示紅色。
實施例1-水熱短時處理得到的高TDF的高直鏈淀粉玉米粉加工時間和TDF發展之間的關系通過常規的干磨法，使用高直鏈淀粉玉米粒來形成脫出胚芽的高直鏈淀粉玉米粉。干磨法按照本領域中的常規方法，包括谷物清理，脫胚，分離胚芽和糠麩，最后磨碎和過篩獲得目標顆粒尺寸。該組合物具有下述特征13.6％的水分，10.2％的蛋白質，1.8％的灰份和6.0％的脂肪。顆粒尺寸分布為250微米篩上55.3％，177微米篩上18.3％，125微米篩上17.5％和8.9％過125微米篩。高直鏈淀粉玉米粉的TDF為31％。
干磨法得到的高直鏈淀粉玉米粉通過間歇犁頭式混合干燥器進行水熱處理(型號300HP Prestovac反應器，Processall制造，辛辛那提，OH，USA)。使用如下條件。A批高直鏈淀粉玉米粉在室溫置于反應器中。調節高直鏈淀粉玉米粉的水分含量為13.6-30％(+/-1％)。然后調節水分后的高直鏈淀粉玉米粉被升溫至121℃(250)。加熱到121℃需要約45分鐘。樣品達到目標溫度后(說明在目標溫度1分鐘)以及于30分鐘之后、60分鐘之后和120分鐘之后取出樣品。樣品一式兩份使用AOAC 991.43方法分析總膳食纖維(TDF)。第二批(B批)使用同樣的加工和步驟制備和分析，但設定不同，水分含量為(25％)和目標溫度為126℃(260)。表1顯示了在目標溫度下的加工時間和TDF值表1水熱處理高直鏈淀粉玉米粉的TDF值

表1的數據顯示，當加工分別達到121℃和126℃的目標溫度時，高直鏈淀粉玉米粉的其TDF由未處理前的面粉的31％分別升至63％(樣品A)和61％(樣品B)。保持目標溫度，樣品A和B的TDF增加不顯著。結果表明，當達到目標溫度后，TDF形成非常迅速，并迅速達到最大值。該結果表明，TDF的發展是更快速的機理，而不是通常對于高直鏈淀粉所預期的情況。
實施例2-加工條件對水熱處理的高直鏈淀粉玉米粉熔化特性的影響以及與TDF發展的相關性將實施例1中的“樣品A系列”和未處理高直鏈淀粉玉米粉通過DSC法分析以確定熔化行為的變化。分析步驟如上所述。表2總結了TDF的數據和描述組合物熔化行為的數據。另外，熔化曲線如圖1所示。數據顯示起始溫度(To)、峰值溫度(Tp)和終止溫度(Tc)隨著加工時間的延長而增加。對于To，在未處理的面粉和在目標溫度下1min的樣品之間觀察到最顯著的增加；對于Tp，在“在目標溫度下1min的樣品”(樣品A-1)和從60到120分鐘的變化觀察到最明顯的增加。對于Tc，在“在目標溫度下1min的樣品”和30到60分鐘的變化觀察到最明顯的變化。圖1還顯示了隨著加工時間的延長，熔化曲線向著更高溫度遷移。TDF的數據顯示，正如實施例1所探討的，最大的TDF量在一旦達到目標溫度時就已獲得(樣品A-1)。由于樣品A-1的熔化溫度數據并未顯示這一樣品系列的最高值，該數據證明通過短時水熱處理高直鏈淀粉玉米粉發展的TDF不僅取決于方法導致的熔化特性和淀粉結晶的變化。這表明，其它機理，如加工導致的蛋白質變性或其它復雜結構變化也會影響水熱處理的面粉中TDF的發展。注意到下面這一點也是重要的，即，對于用較長處理時間處理的樣品，觀察到熔化溫度的提高未導致TDF的進一步增加。
表2 DSC法測定水熱處理的高直鏈淀粉玉米粉的熔化溫度數據

實施例3-加工條件對水熱處理的高直鏈淀粉玉米粉的顏色發展的影響實施例1和2所述的“樣品A系列”和未處理的高直鏈淀粉玉米粉采用Hunter Color Quest II單色盲分光鏡球體模型(Hunter協會實驗室公司，Reston，VA，USA)測定顏色。該步驟測定L-和a-值。L-值以0到100的刻度表示產品的亮度。L-值降低表示亮度降低。當a-值為正時，表示紅色的增加。這兩個數值用于描述水熱處理后的黃色高直鏈淀粉玉米粉觀察到的褐色的增加。表3顯示了加工時間、天然面粉和水熱處理樣品的顏色數據和TDF數據。顏色數據顯示，隨著加工時間延長，亮度(L-值)下降和紅色(a-值)增加。結果表明，加工帶來顯著的變色或顏色變化。數據還顯示，短時加工制備的面粉具有最大的TDF和最低程度的變色。這對將所述組合物用于食品是附加的益處。
表3 天然的和水熱處理后的高直鏈淀粉玉米粉的TDF和顏色數據

實施例4-在連續系統中通過水熱短時處理和快速升溫的方法制備TDF增加的高直鏈淀粉玉米粉實施例1所述的高直鏈淀粉玉米粉采用連續短時方法進行水熱處理。該連續方法設計由加熱套加熱的薄膜干燥器(Solidair型號SJS8-4，Hosokawa-Bepex，MN，USA)和加熱套加熱的傳送螺桿(Thermascrew型號TJ-81K3308，Hosokawa-Bepex，MN，USA)串取組成。該系統設計成在中等壓力下操作。雙刀形進閘閥用于保持體系壓力，同時進料和卸出高直鏈淀粉玉米粉。薄膜干燥器用于將高直鏈淀粉玉米粉加熱達到相應的目標溫度。在薄膜干燥器上的停留時間經過計算為約1分鐘。加熱的傳送螺桿用于控制水熱處理的時間。停留時間通過控制螺桿速度調節。在水熱處理前，高直鏈淀粉玉米粉的水分含量用間歇螺條混合機調節至25％(+/-1％)。將調節過水分的高直鏈淀粉玉米粉以約50kg/h輸送到加壓的系統中，將飽和蒸汽在與產品目標溫度相同的蒸汽溫度下輸入到體系中。這是為了在加工過程中保持產品中水分含量為至少25％。溫度探頭位于產品從薄膜干燥器轉移至傳送螺桿的位置。高直鏈淀粉玉米粉的加工條件見表4。
分析樣品的TDF。TDF的數據列于表4。
表4 通過短時連續方法水熱處理的高直鏈淀粉玉米粉的TDF值

表2的數據顯示短時水熱處理使高直鏈淀粉玉米粉的TDF含量由未處理時的31％增加到水熱處理后的54-62％。
實施例5-加工條件對水熱處理的高直鏈淀粉玉米粉熔化特性的影響以及與TDF的相關性實施例4所述樣品用DSC法來表征，以測定熔化特性的變化，表5總結了所述組合物的TDF數據和描述熔化行為的數據。另外，熔化曲線如圖2所示。數據表明，在100℃下水熱處理15分鐘所得到的組合物與未處理的面粉相比，具有顯著提高的TDF含量，并且熔化行為中To從73.5℃升至85.2℃，ΔH從6.47升至8.40J/g，而Tp和Tc只有輕微增加。在較高的溫度下短時水熱處理能進一步增加TDF而且熔化溫度向更高水平遷移。重要的是注意到熔化曲線非常窄。另外，樣品D的ΔH降低表明在所用的加工條件下發生了部分糊化。這組數據顯示，通過所述的加工，發生部分或低程度的糊化不會影響面粉中TDF的升高。
進而，實施例1的樣品A-1和實施例4的樣品D的比較表明，產品盡管在同樣的目標溫度(120-121℃)短時加工制備得到并具有相同的TDF水平(61到63％)，但產品表現出不同的熔化曲線。這說明，升溫時間會對組合物造成影響，從而影響其在食品中的表現。
表5用DSC法測定的短時連續方法水熱處理的高直鏈淀粉玉米粉的熔化數據

實施例6-加工條件對水熱處理的高直鏈淀粉玉米粉顏色的影響以及與TDF的相關性用實施例3記載的分析方法測定實施例4所述的連續短時水熱處理生產的高直鏈淀粉玉米粉樣品的顏色。數據列于表6。可以看出，連續短時處理使得高直鏈淀粉玉米粉的TDF增加，樣品顏色與未處理的面粉相比變化很小(樣品D和E)或幾乎沒有色變(樣品C)。
表6 短時連續方法生產的水熱處理高直鏈淀粉玉米粉的顏色數據

實施例7-減小顆粒尺寸(后加工)對短時水熱處理生產的高直鏈淀粉玉米粉的TDF的影響實施例1所述的天然高直鏈淀粉玉米粉采用實施例4所述的連續短時水熱處理。高直鏈淀粉玉米粉在100℃、水分25％的條件下處理15min(樣品F)。水熱處理后，樣品F的顆粒分布為250微米篩上22.8％，180微米篩上45.1％，125微米篩上10.5％和21.6％過125微米篩。樣品F采用氣體分級磨粉碎至小顆粒尺寸。粉碎產品的樣品G的顆粒尺寸為53-32微米(測定是100％過53微米篩網且100％在32微米篩網上)。表7顯示了樣品F和G的TDF含量。數據表明，后加工的處理步驟導致TDF由48％減少至42％。但是精細粉(樣品G)中42％的TDF含量仍然高于天然未處理面粉的TDF值(31％)。該結果表明精磨操作會破壞部分通過水熱處理所形成的保護結構。由于對于水熱處理的純淀粉不知道存在這種行為，該結果還說明，在水熱處理高直鏈淀粉玉米粉時，可能有復雜的過程導致的結構變化，從而有益于TDF的形成。
表7水熱處理高直鏈淀粉玉米粉及其精磨產品的TDF含量

實施例8-水分調控或不調控條件下短時水熱處理高直鏈淀粉玉米粉在常壓條件下采用實施例4所述的方法熱處理實施例1所述的高直鏈淀粉玉米粉。將高直鏈淀粉玉米粉的水分調節至25％并在常壓條件下于目標溫度100℃加熱處理15分鐘(樣品H)。此時的時間溫度曲線與實施例4中的樣品C在所述條件下的曲線相同。由于這樣的常壓加工過程不控制產品中的水分，該加工導致面粉的水分顯著減少(干燥)。結果，面粉干燥，水分從開始時的25％降為11％。表8顯示樣品H和樣品C的TDF數值和水分數值的比較。盡管樣品H的TDF未達到樣品C的水平，TDF從未處理的高直鏈淀粉玉米粉的31％增至48％仍是很顯著的。令人驚異的發現是，這可以表明，加工過程中無需控制水分，特別是在為了生產高TDF含量的高直鏈淀粉玉米粉而采用的水熱處理時。
表8水分調控或不調控條件下水熱處理的高直鏈淀粉玉米粉的TDF含量

實施例9-水熱短時處理高直鏈淀粉玉米粉和高直鏈淀粉玉米淀粉具有18％TDF的高直鏈淀粉玉米淀粉被調節水分為30％并用薄膜干燥器加熱處理(渦輪增壓干燥器，Turbo Dryer，VOMM，意大利)，此設備與實施例4中所用的設備(Solidaire Hosokawa-Bepex，MN，USA)類似。如實施例8所述過程，熱處理在常壓條件下進行。因此，不調控水分，淀粉在加工過程中被干燥。調控水分的高直鏈淀粉玉米淀粉在100-103℃加熱，停留為約8min(樣品K1)。為了延長處理時間，處理過的淀粉重新調節至水分為30％，暴露于同樣的操作條件下處理第二次(樣品K2)。表9顯示了樣品K1和K2與實施例8中的樣品H的TDF數據的比較。如實施例8所述，樣品H由高直鏈淀粉玉米粉制得，其在較低的起始水分(25％)和相同的溫度(100℃)進行加工。
表9熱處理的高直鏈淀粉玉米粉和高直鏈淀粉玉米淀粉的TDF數據

表9的數據顯示，在100℃短時熱處理并不增加高直鏈淀粉玉米淀粉的TDF含量。相反，同樣的熱處理條件會導致高直鏈淀粉玉米粉中的TDF含量顯著增加，如前所討論，TDF由31％增至48％。這又表明，面粉中TDF的形成取決于包括了不僅是淀粉顆粒退火過程的機理。
實施例10-將水熱處理的高直鏈淀粉玉米粉用于擠壓谷物早餐配方水熱處理的面粉于膨化谷物早餐食品進行評價，以測定其在代表了帶有強熱和剪切因素的食品應用中的表現。根據實施例1所述過程制備新樣品B5用作試驗。作為水熱處理起始材料的面粉含有10.7％的水分，9.7％的蛋白質，2.2％的脂肪，0.65％的灰分和28％的TDF。水熱處理后的面粉(樣品B5)的TDF為49％。
擠壓過程使用三桶(Wenger)雙螺桿擠壓機，型號TX75，以制備膨化早餐谷物。各組分的干混物根據表示10所示配方制備。用實驗樣品代替配方中的脫胚玉米粉，使得每30g谷物提供5g的纖維素(17％)，其相應于“高纖維素來源”的標簽說明。評價三種配方1)對照組合物；2)含有水熱處理過的、起始TDF為49％的面粉(B5)的組合物，其中面粉用量為39％(wb)；3)含有水熱處理的高直鏈淀粉玉米淀粉的組合物，其起始TDF為64％，該淀粉用量為30％(wb)。三種樣品的配方列于表10。
表10 膨化谷物配方

用Wenger公司制造的型號為61001-000的螺旋帶式混合器混合干料30分鐘，送入傳輸管，無預調理而直接擠壓，進料率為100kg/h。使用3桶擠壓機的設計，桶溫設定為50℃、80℃和92℃，波動保持在4度范圍內。比機械能(SME)用以下式來計算，以表示加工過程所受機械剪切力的大小。

選擇的擠壓條件列于表11。膨化樣品由擠壓器送至干燥器。干燥器的溫度設定為一區為130℃，二區和三區為30℃，總停留時間約為8分鐘。在干燥器出口處，產品收集于對齊的盒內，包裝，減少空氣中水分進入，分揀。
用AOAC 991.43方法測定干混合物和終產品終的TDF。TDF的保留率用下式計算TDF保留率(％)＝(TDF樣品×100)/TDF干混合物樣品2和3的干混合物TDF為22％(wb)而對照為5％(wb)表11 早餐谷物的加工條件及其最終特性

Na-未測定產品溫度為135-145℃表11的結果顯示，在同樣的擠壓條件下，即，通過設定擠壓機中螺桿速度，擠壓桶溫度和配方的水分含量加工參數，以及通過最終的SME，使得水熱處理的面粉較熱濕處理的淀粉而言具有較高的TDF保留率。因此，這種面粉可以用于生產擠壓谷物早餐，從而提供更高的纖維含量。
結果表明，在強剪切和高溫諸如谷物膨化擠出時，其中濕度為16％，SME為約125Wh/kg，產品溫度不超過145℃，水熱處理的面粉保留了至少60％的TDF。而同樣條件下，熱濕處理的淀粉保留了僅41％的TDF。
實施例11-在不同的加工時間下，在連續方法中濕熱加工高直鏈淀粉玉米粉實施例1所述的高直鏈淀粉玉米粉使用實施例4所述的方法進行連續濕熱加工。使用間歇螺旋帶狀混合器調節高直鏈淀粉玉米粉的水分含量為25％(+/-1％)。調節水分含量后的面粉在120℃的目標溫度分別熱處理5min(實施例4的樣品D)、15min(樣品L)和30min(樣品N)。表12顯示了加工條件、TDF值和顏色值。可以看出，短時加工5min獲得的TDF最大。TDF隨著加工時間的延長而減少可能是由于部分失去顆粒結構完整性的原因。進而，延長加工30分鐘時導致L-值降低而a-值升高，產品發生顯著的不可接受的色澤變化。
表12 水熱處理的高直鏈淀粉玉米粉的TDF和顏色數據

權利要求
1.增加面粉中總膳食纖維含量的方法，包括，在占面粉重量為10-50％的水分含量下、在80-160℃的目標溫度加熱面粉，在目標溫度下的加熱時間為0.5-15分鐘，從而生產水熱處理的面粉；其中該面粉的直鏈淀粉含量至少是面粉所含淀粉的40重量％，如果是小麥粉或米粉，其直鏈淀粉含量至少是面粉中所含淀粉的27重量％；其中所選擇的加工條件使得基于面粉的重量，面粉中總膳食纖維增加至少10％。
2.權利要求1的方法，其中所述面粉是玉米粉。
3.權利要求1或2的方法，其中所述面粉的直鏈淀粉含量至少是面粉所含淀粉的約70重量％。
4.權利要求3的方法，其中所述面粉的直鏈淀粉含量至少是面粉所含淀粉的約80重量％。
5.權利要求4的方法，其中所述面粉的直鏈淀粉含量至少是面粉所含淀粉的約90重量％。
6.權利要求1-5任一項的方法，其中所述面粉含有至少5％的蛋白質，至少約1％的類脂，均以面粉重量計；以及以面粉中的淀粉重量計為至少約50％的直鏈淀粉。
7.權利要求6的方法，其中所述面粉是玉米粉，以面粉重量計，其含有約8-13％的蛋白質，約2-3％的類脂和約85-90％的淀粉。
8.權利要求1-7任一項的方法，其中目標溫度為100-120℃。
9.權利要求1-8任一項的方法，其中水分含量以面粉重量計為20-30％。
10.權利要求1-9任一項的方法，其中不加入額外的水分進行加熱。
11.權利要求1-10任一項的方法，其中加熱期間不控制水分。
12.一種組合物，含有權利要求1-11任一項的水熱加熱過的面粉。
13.權利要求12的組合物，其中所述面粉含有的總膳食纖維含量以面粉重量計至少是20％。
14.權利要求13的組合物，其中所述面粉含有的總膳食纖維含量以面粉重量計至少是40％。
15.權利要求14的組合物，其中所述面粉含有的總膳食纖維含量以面粉重量計至少是50％。
16.權利要求12-15任一項的組合物，其中所述面粉具有亞峰熔點溫度。
17.權利要求12-16任一項的組合物，其中所述面粉是玉米粉，其含有的直鏈淀粉至少是面粉所含淀粉的70重量％，而且熔點溫度至少為100℃。
18.權利要求12-17任一項的組合物，其中所述面粉的L-值變化小于10。
19.權利要求18的組合物，其中所述面粉的L-值變化小于2。
20.權利要求12-19任一項的組合物，其中90％的面粉具有至少250微米且不大于590微米的顆粒尺寸。
21.權利要求12-19任一項的組合物，其中90％的面粉具有至少180微米且不大于590微米的顆粒尺寸。
22.權利要求12-19任一項的組合物，其中所述面粉具有不大于590微米的顆粒尺寸，而且70％的面粉具有至少180微米的顆粒尺寸。
23.權利要求12-19任一項的組合物，其中所述面粉具有不大于590微米的顆粒尺寸，而且80％的面粉具有至少125微米的顆粒尺寸。
24.加工食品的方法，包括采用至少125Wh/kg的SME和135-145℃的PT擠壓權利要求12-23任一項的組合物形成擠壓組合物，其中該擠壓組合物保持其總膳食纖維含量的至少約50重量％。
25.權利要求24的方法，其中所述擠壓組合物保持其總膳食纖維含量的至少約60重量％。
全文摘要
高直鏈淀粉面粉可通過短時水熱處理增加其總膳食纖維(TDF)含量。這些面粉可通過下述方法制備在約10－50重量％的總水分含量、約80－160℃的溫度加熱高直鏈淀粉面粉，在目標溫度下的加熱時間為約0.5－15分鐘。本發明進一步涉及含有所述高TDF面粉的產品，包括食品產品。
文檔編號A23L1/10GK1875752SQ200610093470
公開日2006年12月13日 申請日期2006年5月18日 優先權日2005年5月18日
發明者M·K·奧科尼夫斯卡, W·賓德朱斯, I·布朗, R·A·斯科爾吉, Y·-C·施, T·J·沙 申請人:國家淀粉及化學投資控股公司