Патент на изобретение №2311798

(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГЛЮКОЗЫ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕЕ РЕГУЛИРУЕМОЙ ПОДАЧИ И ПИЩЕВОЙ ПРОДУКТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретения относятся к диетологии. Пищевой продукт включает сшитый крахмал с добавленным связанным фосфором в количестве от 0,10 до 0,35%. Крахмал обеспечивает переваривание менее 25% крахмала за 20 минут, 30-70% за 120 минут и более 60% за 240 минут при измерении по методу Энглиста, при этом содержит менее 40% амилозы. Такие крахмалы, включенные в состав пищевых продуктов, обеспечивают потребителя глюкозой в течение длительного периода времени и на более постоянном уровне. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Данная заявка имеет приоритет заявки США Сер. № 60/591997, поданной 29 июля 2004 г.

Настоящее изобретение относится к применению (поперечно-) сшитого или ингибированного крахмала для контроля и/или регулирования уровня глюкозы в крови. Такие крахмалы контролируют и/или регулируют уровень содержания глюкозы в крови у млекопитающих при их использовании в качестве пищевого или кормового источника путем изменения времени и скорости всасывания после потребления.

Крахмал является основным источником энергии в типичной западной диете. Рафинированные крахмалы (см. описание рафинированных крахмалов, сделанное Imberty et al. Die Starke, 43 (10), 375-84 (1991)), главным образом потребляют в приготовленном виде, обычно вызывающем высокий и резкий подъем уровня глюкозы в крови в результате быстрого и полного переваривания. Однако некоторые рафинированные крахмалы способны противостоять ферментативному гидролизу в тонком кишечнике таким образом, что крахмал по существу не расщепляется до тех пор, пока не достигнет толстого кишечника, где он утилизируется постоянными микроорганизмами (такой крахмал называют резистентным крахмалом или RS). Englyst (Englyst, H.N.; et al. Eur. J. Clin. Nutr. 46 (suppl.2): S33-S50, 1992) определили три различные категории резистентных крахмалов на основании источника их получения и свойств резистентности. Позднее Brown описал четвертый вид RS (Brown et al. Food Australia, 43(6), 272-75 (1995)), включающий химически модифицированные крахмалы, содержащие простые эфиры, сложные эфиры и сшитые крахмалы, резистентные к ферментативному перевариванию.

Термин «доступный углевод» означает общее количество углеводов в пище минус количество неусваиваемых углеводов. Неусваиваемые углеводы включают пищевое волокно, сахарные спирты и неперевариваемые сахара. Широкий класс пищевых волокон включает группу вышеупомянутых крахмалов, описанных Энглистом и Брауном (RS1-4). Согласно некоторым опубликованным примерам резистентный крахмал измеряют или определяют количественно как пищевое волокно (e.g. Chui et al. US Pat # 5902410), применяя стандартные способы определения (см. АОАС 985.29 и 991.42), при этом упомянутый крахмал не вызывает или вызывает образование небольшого или нулевого количества всасываемой потребленной глюкозы, ферментируемой в толстом кишечнике. Кроме того, присутствие резистентного крахмала влияет на количество доступных углеводов в пище, играя такую же роль, как и пищевое волокно (e.g. целлюлоза, инулин, psylium и отруби), и влияя на количество доступных углеводов.

Гликемическая реакция (GR) относится к влиянию разных продуктов на уровень содержания глюкозы в крови в течение периода времени от 0 до 120 минут (NIH Publication Number 99-3892, 1999). Ее измеряют как постепенно увеличивающуюся площадь под кривой содержания глюкозы в крови у отдельного субъекта в ответ на определенный образец продукта в конкретный день. Объем и продолжительность гликемической реакции на различные виды продуктов отражает вариабельность скорости и уровня переваривания и всасывания содержащих глюкозу компонентов, таких как крахмал. Упомянутый способ применяют для определения объема реакции на сахар после приема определенного продукта, а также для сравнения (относительная гликемическая реакция) разных продуктов с использованием одинакового образца или объема. Он применим для определения влияния на содержание глюкозы в крови различных продуктов, потребляемых людьми и животными.

Согласно данной заявке, гликемический индекс (GI) (Jenkins, D.J.A. et al., Am. J. Clin. Nutr. 34(3): 362-66, 1981) определяют «как постепенно увеличивающуюся площадь под кривой содержания глюкозы в крови в ответ на 50 г порцию доступных углеводов в исследуемом продукте и выражаемой в виде процентной величины реакции на такое же количество доступных углеводов в стандартной порции продукта, потребленного этим же субъектом». За стандартную порцию продукта была принята произвольная величина 100, которая может представлять собой либо 50 г глюкозы, либо 50 г белого хлеба.

GI способствует количественному определению взаимодействия различных ингредиентов продукта и их роли в переваривании источника углеводов и всасывании глюкозы. Чтобы обеспечить указанное количество доступных углеводов (50 г) в исследуемом продукте, требуется съесть больше (иногда гораздо больше) исследуемого продукта. Иными словами, потребленная порция продукта, богатого жирами, белком или клетчаткой, должна быть больше, чтобы обеспечить прием необходимых 50 г доступных углеводов.

После потребления продукта на содержащуюся в крови глюкозу действуют два основных механизма. Первый механизм представляет собой скорость всасывания глюкозы в кровоток по мере переваривания продукта. Второй механизм представляет собой скорость всасывания глюкозы из крови в ткани организма. Несмотря на такое упрощенное описание двух упомянутых механизмов, специалисту в данной области понятна сложная и многосторонняя природа задействованных механизмов, реакций и процессов. Организм нормальных здоровых особей имеет механизмы, регулирующие уровень глюкозы в крови в определенных рамках (American Diabetes Association, Diabetes Care, 24 (suppl), 1-9 (2001) устанавливает содержание глюкозы в плазме натощак от 3,9 до 6,1 ммол/л). Например, повышение содержания глюкозы в крови стимулирует выработку инсулина, который среди прочих функций облегчает всасывание глюкозы в ткань, а также играет главную роль в метаболизме жиров и белков. Поэтому продукт, вызывающий резкое повышение концентрации глюкозы в крови, вызывает быстрый (но сдвинутый по времени) подъем содержания инсулина в сыворотке, что ведет к поглощению, накоплению и использованию глюкозы клетками мышц, жировой тканью и печенью, тем самым регулируя концентрацию глюкозы в крови в «нормальном» диапазоне.

Глюкоза, всасываемая тканями, может быть превращена в гликоген в качестве средства хранения в мышцах. Гликоген расходуется во время физической активности и восполняется во время отдыха. Спортсмены используют углеводную нагрузку для увеличения запаса энергии (в виде гликогена) в мускулах перед спортивными состязаниями. Это – «стратегия, при которой изменения в тренировках и питании могут обеспечить максимальный запас гликогена в мышцах перед соревнованием на выносливость» (Michelle Minehan, AIS Sports Nutrition Program, 2003). Гликоген также может быть транспортирован из мышц в кровь для повышения содержания глюкозы в крови при его падении ниже определенного уровня.

Ряд состояний связан с избыточной/недостаточной выработкой инсулина или реакцией клеток в организме на действия, обычно инициируемые инсулином. Резистентность к инсулину (IR) представляет собой состояние, при котором ткань организма становится менее восприимчивой к инсулину и требует его в большем количестве для такого же физиологического действия. Основное действие IR было определено как пониженный уровень использования глюкозы клетками организма, приводящий к повышенной мобилизации жиров в местах накопления жиров и к уменьшению количества белка в тканях организма (Guyton, A.C. “Textbook of Medical Physiology” (7^th Ed.), W.B. Saunders Company: Philadelphia, Pa. 923-36). Другие состояния, возникающие в результате избыточной/недостаточной выработки инсулина, включают гипогликемию, гипергликемию, ухудшение регулирования глюкозы, синдром резистентности к инсулину, гиперинсулинемию, дислипидемию, дисфибринолиз, метаболический синдром, синдром Х и сахарный диабет (тип II, также известный как инсулиннезависимый сахарный диабет (NIDDM), а также вызываемые ими физиологические состояния, такие как сердечно-сосудистые заболевания, ретинопатия, нефропатия, периферическая нейропатия и сексуальная дисфункция.

Другим результатом, часто ассоциируемым с быстрым подъемом и резкими колебаниями содержания глюкозы в крови, является неспособность контролировать и сохранять массу тела. Инсулин, который выполняет много функций в организме, также активен при превращении глюкозы в жир (Anfisen et al. опубликованная заявка США №2004/0043106). Предполагается, что резистентность к инсулину, вызывая необходимость высокого содержания инсулина в сыворотке, является причиной прибавления в весе, поскольку повышенное содержание инсулина способствует излишнему накоплению жира. Специалисты давно рекомендуют потреблять пищу небольшими порциями в течение дня, чтобы регулировать содержание глюкозы в крови (и соответствующий запас энергии) на постоянном и равномерном уровне. Кроме того, было установлено, что быстро падающее содержание глюкозы в крови (которое обычно происходит после резкого подъема) стимулирует аппетит (голод) у здоровых взрослых людей. Альтернативно, исследования показывают, что высвобождение глюкозы в течение длительного периода времени дает конкретные преимущества, которые могут включать более высокую степень насыщения в течение более длительных периодов времени (регулирование веса, такое как потеря веса и его долговременная стабилизация), пролонгированное высвобождение энергии (усиленная спортивная деятельность, включая тренировки), а также улучшение умственной концентрации и памяти.

Крахмал или богатый крахмалом материал, который может обеспечивать кровь глюкозой в течение длительного периода времени, служит для поддержания нормального/здорового уровня содержания глюкозы в крови (т.е. нормогликемия) и снижения/предотвращения быстрых изменений уровня содержания глюкозы в крови. Он является очень хорошим источником углеводов при профилактике и лечении любого из вышеописанных состояний. Здоровые люди, желающие контролировать высвобождение глюкозы или регулировать высвобождение энергии из пищи, а также обеспечивать профилактику или лечение многих заболеваний, связанных с изменением содержания глюкозы и инсулина в крови, могут употреблять пищу, содержащую такие крахмалы.

Неожиданно было обнаружено, что сшитые или ингибированные крахмалы способны контролировать и/или регулировать содержание глюкозы в крови млекопитающих после их потребления и последующего всасывания. Было также обнаружено, что такие сшитые или ингибированные крахмалы, соответствующим образом включенные в состав пищевых продуктов или используемые в качестве добавки, могут обеспечить контролируемое и/или регулируемое содержание глюкозы в крови потребителя в течение длительного периода времени.

Настоящее изобретение касается применения сшитого или ингибированного крахмала для контроля и/или регулирования содержания глюкозы из продуктов или пищевых добавок после их потребления (т.е. после их всасывания). Такие крахмалы включают крахмалы, получаемые в результате обработки природного крахмала или богатых крахмалом материалов, таких как мука или крупы, с применением известных в данной области способов сшивания или ингибирования крахмала, например, крахмала, обработанного триметафосфатом натрия и/или триполифосфатом натрия. Такие сшитые или ингибированные крахмалы способны снижать первоначальное резкое повышение содержания глюкозы в крови и, соответствующим образом включенные в состав пищевых продуктов, могут обеспечить потребителя контролируемым/регулируемым содержанием глюкозы в крови в течение длительного периода времени, а также способствовать обеспечению нормального/здорового содержания глюкозы в крови даже у особей с резистентностью к инсулину.

В данном описании термин «зернистый» означает нежелатинизированный или диспергированный любым химическим или физическим способом. Зернистые крахмалы могут быть определены при помощи микроскопии по наличию двойного лучепреломления (мальтийский крест) под поляризованным светом. Зернистые крахмалы также не являются по существу растворимыми в воде ниже температуры их желатинизации. Незернистые крахмалы – это крахмалы, обработанные с целью придания им высокой растворимости в воде (CWS) ниже температуры их желатинизации (как правило, около 65°С). Некоторые крахмалы могут быть обработаны для придания им растворимости, а затем возвращены в первоначальное состояние (подвергнуты ретроградации) таким образом, чтобы получить частицы (кристаллиты), которые более не растворяются в воде при температуре ниже 100°С, но также и не являются зернистыми. Согласно одному из вариантов данного изобретения используют зернистую форму крахмала.

Согласно большинству исследователей и публикаций для измерения перевариваемости углеводов выбирают два периода времени. Эти периоды составляют 20 и 120 минут после их проглатывания или после начала ферментативного переваривания для способов in vitro, но не отражают точно их всасывание в желудке и тонком кишечнике. Для данной заявки переваривание различных образцов измеряли через 20, 120 и 240 минут с целью лучшего понимания истинного физиологического действия, производимого данными образцами в пищеварительной системе млекопитающих.

В данном описании термин «быстроперевариваемый крахмал» означает крахмал или его части, полностью всасываемые в течение первых 20 минут после их потребления и определяемые по резкому повышению концентрации глюкозы в крови (Englyst et al., Eur. J. Nutr. 46 (suppl.2), s33-s50).

В данном описании термин «резистентный крахмал» означает крахмал или его часть, не перевариваемую в тонком кишечнике.

Термин «медленно перевариваемый крахмал» означает крахмал или его часть, который не является ни быстроперевариваемым крахмалом, ни резистентным крахмалом. Иными словами, медленно перевариваемый крахмал – это любой крахмал, отдающий существенную часть своей глюкозы организму млекопитающего на всем протяжении его желудка и тонкого кишечника (у людей, как правило, в течение от 20 до 240 минут). Более подробно такие крахмалы описаны Englyst et al., European Journal of Clinical Nutrition, 1992, 46, S33-S50. (Примечание: Энглист описывает медленно перевариваемые крахмалы как крахмалы, выделяющие глюкозу в течение 20-120 минут, а не 20-240 минут).

В данном описании термин «связанный фосфор» относится к связанному фосфору, определяемому при помощи теста, описанного в разделе «Примеры», а фраза «добавленный связанный фосфор» означает связанный фосфор, не присутствующий в крахмале естественным образом, а добавляемый химическими или иными способами. Поэтому количество добавляемого фосфора определяют, вычитая количество связанного фосфора немодифицированной основы крахмала из количества модифицированного крахмала.

Фиг.1 – график идеального медленного выделения глюкозы по сравнению с нормальными крахмалами, а также идеального выделения глюкозы из продукта, содержащего такие крахмалы.

Фиг.2 – график действительного выделения глюкозы сырых кукурузных крахмалов, сшитых в различной степени при помощи STPP/STMP.

Настоящее изобретение касается применения сшитого или ингибированного крахмала для контроля и/или регулирования уровня содержания глюкозы в крови млекопитающих и ее последующего всасывания. Такие крахмалы получают путем обработки природного крахмала или богатых крахмалом материалов, таких как мука или крупы, с применением известных в данной области способов сшивания или ингибирования крахмала, например, триметафосфатом натрия (STMP) и/или триполифосфатом натрия (STPP). Такие сшитые или ингибированные крахмалы, соответствующим образом включенные в состав пищевых продуктов или принимаемые в виде пищевой добавки, могут использоваться для получения более постоянного уровня глюкозы в крови потребителя (для предотвращения или сведения к минимуму резкого повышения) в течение длительного периода времени (соответствующего периоду, в течение которого материал находится в желудке/тонком кишечнике), чем уровень, обеспечиваемый другими видами крахмалов. Такие крахмалы и виды продуктов, содержащих упомянутые крахмалы, помогают потребителю регулировать и поддерживать нормальный и здоровый уровень глюкозы в крови.

В данном описании термин «крахмал» означает все виды крахмала, муки и крахмалосодержащих материалов, полученных из клубней, зерен, бобов и семян или какого-либо иного природного источника, каждый из которых подходит для использования в настоящем изобретении. Термин «натуральный крахмал» в данном изобретении означает крахмал, существующий в природе. Также пригодны крахмалы, полученные из растения, выращенного с использованием стандартной селекции, включая гибридизацию, транслокацию, инверсию, трансформацию или какой-либо иной способ генетической или хромосомной инженерии, в том числе их разновидности, обычно называемые генетически модифицированными организмами (GMO). Кроме того, крахмал, полученный из растения, выращенного в результате искусственных мутаций (включая растения, выращенные из химических мутагенов) и вариантов вышеописанного родового состава, который может быть получен известными стандартными способами мутационной селекции, также может быть использован в данном изобретении.

Обычными источниками крахмалов являются зерновые, клубни, корни, бобы и фрукты. Природным источником может служить кукуруза (маис), горох, картофель, сладкий картофель, бананы, ячмень, пшеница, рис, овес, саго, амарант, тапиока (кассава), арроурут, канна, тритикале и сорго, а также восковидные (низкоамилозные) их разновидности. Особенно применяемые источники включают маис, картофель, кассаву и рис. В данном описании термин «восковидный» или «низкоамилозный» означает крахмал, содержащий не более чем около 10%, конкретно – не более чем около 5%, наиболее конкретно – не более чем около 2 мас.% амилозы. Описываемое изобретение касается всех видов крахмалов и включает все источники крахмалов, в том числе природные, генетически измененные или полученные в результате гибридной селекции. Однако высокоамилозные крахмалы, т.е. крахмалы, содержащие более 40% амилозы, непригодны в данном изобретении.

Крахмал по данному изобретению может быть получен путем обработки природного крахмала или богатых крахмалом материалов многофункциональными (т.е. бифункциональными) сшивающими агентами или в результате воздействия на крахмал способом, вызывающим ингибирование. В соответствии с одним из вариантов реагент выбирают из группы, включающей триметафосфат натрия, триполифосфат натрия и их комбинации. Такие сшитые модификации известны в данной области техники и описаны, например, в Modified Starches: Properties and Uses, Ed. Wurzburg, CRC Press, Inc., Florida (1986). Специалисту в данной области техники понятно, что путем варьирования реакционных условий и реагентов можно варьировать уровень и соотношение дизамещения и монозамещения. То, как данное соотношение влияет на скорость переваривания и всасывания в организм, зависит от многих факторов, включая вид крахмала, содержание амилозы и зернистый состав/конформацию, а также тип реагента и реакционные условия. Скорость переваривания также зависит от способа приготовления пищи и реакции особи на такую пищу, включая различия в биохимии и физиологии каждой особи.

Степень сшивания зависит, помимо прочего, от крахмала, сшивающего агента и от того, как потребляют крахмал – в приготовленном или в сыром виде. При использовании такого сшивающего агента, как STMP, степень сшивания измеряют содержанием связанного фосфора, который согласно изобретению присутствует в медленно перевариваемом эффективном количестве. Согласно одному из вариантов количество связанного фосфора составляет от 0,10 до 0,35%. При использовании других способов ингибирования крахмала необходимо применять альтернативные способы определения эффективности реакции и уровня ингибирования.

Крахмал может быть дополнительно модификацирован для получения желаемых текстурных и/или физических свойств. Дополнительная модификация может быть осуществлена до или после сшивания/ингибирования в зависимости от вида дополнительной модификации. Специалисту в данной области известно, какие сочетания возможны и в каком порядке может быть осуществлена такая модификация. Дополнительные модификации могут включать снижение молекулярного веса, такие как кислотное превращение или ферментативная обработка, замещение пропипленоксидом (РО), этиленоксидом (ЕО), октенил-янтарным ангидридом (OSA), ацетилирование, окисление и декстринизация.

Вышеописанные модификации обычно осуществляют в водной среде, каким-либо образом контролируя или регулируя ее рН. Опытный практик легко подберет различные материалы и оборудование для осуществления подобных реакций. Обзор условий для таких реакций приведен в Modified Starches: Properties and Uses, Ed. Wurzburg, CRC Press, Inc., Florida (1986), chapter 4. Могут также использоваться другие реакционные среды и условия, обеспечивающие получение материалов, входящих в объем данного изобретения. Такие реакции и условия включают, но не ограничиваются ими, реакции с применением сухого тепла, растворителей, суперкритических жидкостей и реакции в газовой атмосфере.

Крахмалы могут быть модифицированы в зернистом состоянии или после желатинизации с применением известных в данной области техники способов. Такие способы включают способы, описанные, например, в патентах США №№ 4465702, 5037929, 5131953 и 514999. См. также Chapter XXII- “Production and Use of Pregelatinized Starch”, Starch: Chemistry and Technology, Vol.III- Industrial Aspects, R.L. Whistler and E.F. Paschall, Editors, Academic Press, New York 1967.

Крахмалы по изобретению могут быть подвергнуты превращению, например, текучие или жидкокипящие крахмалы, полученные окислением, кислотным гидролизом, ферментативным гидролизом, тепловой и/или кислотной декстринизацией. Такие способы хорошо известны в данной области.

Крахмал может быть очищен любым способом, известным в данной области для избавления его от запахов, красок, устранения микробного загрязнения, обеспечивая безопасность пищевого продукта или других нежелательных компонентов, присущих крахмалу или образующихся во время обработки. Подходящие способы очистки при обработке крахмалов описаны в семействе патентов, представленных ЕР 554818 (Kasica et al.). Могут быть также использованы способы промывания щелочью, описанные в семействе патентов, представленных в патентах США 4477480 (Seidel) и 5187272 (Bertalan et al). Крахмал может быть очищен путем ферментативного удаления белков. Реакционные загрязнители и побочные продукты могут быть удалены диализом, фильтрацией, центрифугированием или любым другим способом, применяемым в данной области для выделения и концентрации крахмальных составов. Крахмал может быть промыт с применением известных способов удаления растворимых, низкомолекулярных фракций, таких как моно- и ди-сахариды и/или олигосахариды.

рН полученного крахмала обычно доводят до желаемого уровня в соответствии с его предполагаемым конечным использованием. Обычно рН доводят до уровня от 3,0 до около 6,0. Согласно одному из вариантов рН доводят до уровня от 3,5 до около 4,5, применяя способы, известные в данной области.

Крахмал может быть регенерирован при помощи известных способов, включая, без ограничения, фильтрацию или сушку, в том числе сушку распылением, сушку вымораживанием, сушку в потоке горячего воздуха или естественную сушку.

Полученный крахмал имеет измененный профиль переваривания таким образом, что менее 25% крахмала переваривается в течение первых 20 минут, согласно другому варианту переваривается менее 20% крахмала. Согласно одному из вариантов крахмал переваривается менее чем на 20%, а согласно другому варианту – менее чем на 10%, в течение первых 20 минут.

Кроме того, получаемый крахмал переваривается на 30-70% в течение 120 минут после проглатывания. Согласно одному из вариантов крахмал переваривается по меньшей мере на 40-60% в течение 120 минут после проглатывания, а согласно другому варианту – по меньшей мере на 45-55% в течение 120 минут.

Кроме того, получаемый крахмал переваривается по меньшей мере на 60% в течение 240 минут после проглатывания. Согласно одному из вариантов крахмал переваривается по меньшей мере на 70% в течение 240 минут после проглатывания; согласно другому варианту крахмал переваривается по меньшей мере на 80% в течение 240 минут, а согласно очередному варианту крахмал переваривается по меньшей мере на 90% в течение 240 минут.

Специалисту в данной области техники очевидно, что варка крахмала влияет на перевариваемость и скорость всасывания глюкозы в кровь. Обзор результатов варки описан Brown, M.A., et al. British Journal of Nutrition, 90, 823-27 (2003).

Согласно недавней патентной заявке Brown et al., US 2003/0045504 А1, опубликованной 6 марта 2003 г. и включенной сюда путем ссылки, связь между резистентным крахмалом и другими компонентами продуктов, такими как различные липиды, оказывает влияние на перевариваемость, гликемический индекс (GI), гликемическую реакцию (GR) и уровень содержания глюкозы в крови.

Крахмал редко потребляют как таковой, его обычно потребляют в качестве ингредиента пищевого продукта. Такой пищевой продукт может быть составлен с целью получения желаемых кривых выделения глюкозы. Согласно одному из вариантов продукт выполняют так, чтобы получить кривую выделения глюкозы по существу нулевого порядка, чтобы обеспечить по существу постоянную и поддерживаемую скорость выделения глюкозы.

Крахмал или богатые крахмалом материалы, такие как мука, можно потреблять в сыром виде, но обычно их потребляют после кулинарной и/или другой обработки. Поэтому предполагается, что данное изобретение включает такие крахмалы, которые после добавления к продукту и кулинарной обработки способны изменять кривую выделения глюкозы. Согласно одному из вариантов продукт, содержащий обработанный крахмал, способствует получению кривой выделения глюкозы по существу нулевого порядка, обеспечивая по существу постоянную и поддерживаемую скорость выделения глюкозы. Такие виды продуктов смоделированы способами, описанными в разделе «Примеры», ниже.

Сшитый крахмал по изобретению не вызывает сильного и быстрого повышения уровня содержания глюкозы в крови, характерного для крахмалов с высоким гликемическим индексом, таких как большая часть природных крахмалов, а, напротив, обеспечивает более умеренное повышение над базовой линией, которое сохраняется в течение длительного периода времени. Он также хорошо переносит обработку, не вызывая сильного и быстрого повышения уровня содержания глюкозы в крови после проглатывания продукта, содержащего такой крахмал, при этом выделение глюкозы из приготовленного и/или обработанного продукта по существу является постоянным.

Сшитый или ингибированный крахмал по изобретению может использоваться в самых различных пищевых продуктах, включая, без ограничения: выпечные изделия, в том числе крекеры, различные виды хлеба, сдобные булки, баранки, бисквиты, печенье, пироги и кексы; зерновые изделия, батончики, пиццу, лапшу, соусы, в том числе текучие соусы и соусы, накладываемые ложкой, начинки для пирогов, включая фруктовые и кремовые начинки; подливки, включая белые подливки и молочные подливки, такие как сырная подливка, мясные подливки, легкие сиропы; пудинги; заварные кремы; йогурты; сметана; напитки, включая напитки на основе молока, глазури; приправы; кондитерские изделия и жевательные резинки; а также супы.

Предполагается, что пищевые продукты также включают полезные продукты и напитки, включающие пищевые добавки, диабетические продукты, продукты длительного высвобождения энергии, такие как спортивные напитки, питательные батончики и энергетические плитки.

Сшитый или ингибированный крахмал может также использоваться в различных кормовых продуктах для животных, в кормовых составах для молодняка, обеспечивающих желаемый рост и развитие таких животных, в фармацевтических составах, питательных продуктах, препаратах, отпускаемых без рецепта (ОТС), таблетках, капсулах и других известных наполнителях для доставки лекарственных препаратов, предназначенных для людей и/или животных, и/или для каких-либо иных целей, достижение которых может быть обеспечено путем постоянного высвобождения глюкозы из состава продукта.

Сшитый или ингибированный крахмал может добавляться в любом желаемом или необходимом количестве, обеспечивающем функциональность композиции. Согласно одному из вариантов крахмал может быть добавлен в количестве от 0,01% до 99% от веса композиции. Согласно другому варианту крахмал добавляют в количестве от 1 до 50% от веса композиции. Такой крахмал может быть добавлен к пищевому продукту или напитку таким же образом, как и любой другой крахмал, обычно путем непосредственного смешивания с продуктом или добавления к нему в виде золя. Пищевой продукт может содержать дополнительные компоненты, например воду.

Пищевые продукты могут быть приготовлены с применением сшитого или ингибированного крахмала по изобретению для достижения скорости выделения глюкозы по существу нулевого порядка. Такие продукты способны обеспечивать потребителя глюкозой в течение длительного периода времени и более постоянный уровень глюкозы в крови.

Продукты, контролирующие и/или регулирующие скорость и объем всасывания глюкозы, способны обеспечить насыщение в течение более длительных периодов времени и, таким образом, способствовать регулированию веса. Они также способны обеспечивать пролонгированное высвобождение энергии и, таким образом, улучшать спортивные результаты, включая тренировки, а также способствовать улучшению концентрации внимания и памяти.

Такие продукты также могут оказывать фармацевтические действие, включая снижение риска развития диабета, лечение ожирения, снижением или регулированием веса, а также обеспечивать профилактику или лечение гипергликемии, резистентности к инсулину, гиперинсулинемии, дислипидемии и дисфибринолиза.

ПРИМЕРЫ

Следующие примеры предназначены для дальнейшей иллюстрации и объяснения настоящего изобретения и никоим образом не должны рассматриваться как ограничивающие. Все процентные величины приведены на весовой основе (вес./вес.).

В следующих примерах использованы следующие методики исследования:

Имитация переваривания – (Englyst et al., European Journal of Clinical Nutrition, 1991, 46, S33-S50)

Образцы продуктов измельчали/перемалывали, как при пережевывании. Образцы порошкового крахмала просеивали до размера частиц 250 микрон или менее. 500-600 мг±0,1 мг образца взвешивали и помещали в пробирку для образца. В каждую пробирку добавляли 10 мл пепсина (0,5%), гуаровую смолу (0,5%) и раствор HCl (0,005 М).

Приготавливали пробирки с контрольным раствором и со стандартным раствором глюкозы. Контрольный раствор представлял собой 20 мл буферного раствора, содержащего 0,25 М ацетата натрия и 0,02% хлорида кальция. Стандартные растворы глюкозы готовили, смешивая 10 мл буфера из ацетата натрия (описано выше) и 10 мл 50 мг/мл раствора глюкозы. Стандартные растворы готовили в двух экземплярах.

Смесь ферментов получали, добавляя 18 г свиного панкреатина (Sigma Р-7545) к 120 мл деионизированной воды, хорошо перемешивали, а затем центрифугировали при 3000 g в течение 10 минут. Надосадочную жидкость собирали и добавляли к ней 48 мг сухой инвертазы (Sigma I-4504) и 0,5 мл AMG E (Novo Nordisk).

Пробирки с образцами подвергали предварительному инкубированию при 37°С в течение 30 минут, а затем удаляли с бани и добавляли 10 мл буфера из ацетата натрия вместе со стеклянными/мраморными шариками (для улучшения физического разрушения образца во время встряхивания).

К образцам, контрольному раствору и стандартным растворам добавляли 5 мл смеси ферментов. Пробирки встряхивали в горизонтальном положении на водяной бане при 37°С с частотой приблизительно 180 ударов/мин. Время «ноль» представляет собой время первого добавления смеси ферментов в первую пробирку.

Через 20, 120 и 240 минут 0,5-мл аликвотные доли отбирали от инкубируемых образцов и помещали в отдельную пробирку с 20 мл 66% этанола (для прекращения реакции). Через час аликвотную долю центрифугировали при 3000 g в течение 10 минут.

Содержание глюкозы в каждой пробирке измеряли, применяя способ с использованием глюкозооксидазы/пероксидазы (Megazyme Glucose Assay Procedure GLC 9/96). Данный способ является колориметрическим.

Степень переваривания крахмала определяли, подсчитывая содержание глюкозы против стандартов глюкозы при помощи коэффициента превращения 0,9. Результаты представлены в виде «% переваренного крахмала» (в расчете на сухую массу) через 20, 120 и 240 минут. Экспериментальная погрешность данного теста была определена как ±4.

Каждая партия анализов образца включала сравнительный образец из сырого кукурузного крахмала. Принятый диапазон % величин переваривания кукурузного крахмала был следующим:

Анализ на связанный фосфор

Готовили 1,7% суспензию крахмала в 5% растворе ЭДТА, перемешивали в течение 5 минут и фильтровали. Четырежды промывали образец на фильтре 200 мл деионизированной воды. Сушили образец при комнатной температуре. Количественно готовили 3% суспензию крахмала в 4н HCl, добавляли варочные камни, кипятили образец в течение 7 минут, охлаждали до комнатной температуры, количественно разбавляли деионизированной водой и центрифугировали, удаляя любые возможные микрочастицы. Затем образец анализировали на фосфор при помощи спектрометрии плазмы с индуктивной связью (ICP), применяя стандартный метод анализа для получения общего количества связанного фосфора. Добавленное количество связанного фосфора определяли, вычитая общее количество связанного фосфора из количества модифицированного фосфора.

Модель пищевой системы печенье/бисквит

Описанную ниже методику применяли для моделирования процесса получения печенья.

Измеряли влагу в исследуемом крахмале гравиметрическим способом.

Рассчитывали количество дополнительной воды, необходимое для доведения содержания влаги в крахмале до 25% (вес./вес.), что является типичным содержанием влаги для теста, предназначенного для выпечки печенья и бисквита.

Отвешивали 50 г крахмала в чашу смесителя Sunbeam Mixmaster, опускали смесительные лопасти в чашу и включали «смешивание».

Начинали добавлять заранее установленное количество воды, разбрызгивая воду на крахмал с одновременным перемешиванием с целью равномерного распределения влаги. В течение 5 минут завершали добавление воды; продолжали смешивание с той же скоростью, пока крахмал не переставал приставать к стенкам миски. Общее время перемешивания составляло 8-10 минут.

Переносили 50 г гидратированного крахмала в алюминиевую емкость (145 мм × 120 мм × 50 мм) и равномерно распределяли таким образом, чтобы было покрыто все дно емкости.

Предварительно нагревали печь до 190°С.

Нагревали гидратированный крахмал при 190°С в течение 120 минут.

Вынимали крахмал из печи, сразу же помещали в пластиковую емкость объемом 4 унции (118,3 мл) и закрывали крышкой.

Охлаждали крахмал до комнатной температуры и гравиметрическим способом определяли содержание влаги в приготовленном крахмале. Содержание влаги в приготовленном крахмале составляло 5-8% (вес./вес.), что является обычным для печенья и бисквитов.

Сразу же определяли уровень выделения глюкозы из крахмала или сохраняли его в герметичном контейнере для проведения теста на следующий день.

Пример 1 – Получение сшитых крахмалов

Образец 1 – контрольный кукурузный крахмал – крахмал Melogel®, производимый фирмой National Starch and Chemical Company, Bridgewater, NJ, USA.

Образец 2 – 3000 мл водопроводной воды отмеряли в реакционный сосуд. При перемешивании добавляли 100 г Na₂SO₄ и перемешивали до растворения. При энергичном перемешивании добавляли 2000 г кукурузного крахмала, а затем к суспензии по каплям добавляли необходимое количество 3% NaOH для получения 40 мл щелочности (фактически 667 г NaOH для 44,00 мл щелочности). Суспензию перемешивали в течение часа и записывали рН (рН 11,71). Температуру устанавливали на уровне 42°С. Добавляли 160 г 99/1 смеси STMP/STP и продолжали взаимодействие в течение 4 часов. Записывали конечные рН и температуру (рН 11,02 и 42°С). рН доводили до 5,5 используя 3:1 HCl (рН 5,49 после добавления 164,99 г HCl). Полученный крахмальный осадок фильтровали и дважды промывали 3000 мл водопроводной воды. Осадок дробили и сушили на открытом воздухе.

Образец 3 – В реакционный сосуд отмеряли 3000 мл водопроводной воды. При перемешивании добавляли 100 г Na₂SO₄ и перемешивали до растворения. При энергичном перемешивании добавляли 2000 г кукурузного крахмала, а затем к суспензии по каплям добавляли нужное количество 3% NaOH для получения 40 мл щелочности (667 г NaOH для 44,00 мл щелочности). Суспензию перемешивали в течение часа и записывали рН (рН 11,69). Температуру доводили до 42°С. Добавляли 160 г 99/1 смеси STMP/STPP и продолжали взаимодействие в течение 17 часов. Записывали конечные рН и температуру (рН 11,32 и 42°С). рН доводили до 5,5, используя 3:1 HCl (рН 5,57 после добавления 146,88 г HCl). Полученный крахмальный осадок фильтровали и дважды промывали 3000 мл водопроводной воды. Осадок дробили и сушили на открытом воздухе.

Образец 4 – 3300 мл водопроводной воды отмеряли в реакционный сосуд. При перемешивании добавляли 110 г Na₂SO₄ и перемешивали до растворения. При энергичном перемешивании добавляли 2200 г кукурузного крахмала, а затем к суспензии по каплям добавляли нужное количество 3% NaOH для получения 40 мл щелочности (733 г NaOH для 44,14 мл щелочности). Суспензию перемешивали в течение часа и записывали рН (рН 11,71). Температуру доводили до 42°С. Добавляли 220 г 99/1 смеси STMP/STPP и продолжали взаимодействие в течение 17 часов. рН поддерживали при помощи контроллера и 3% NaOH (расход составил 556,6 г). Записывали конечные рН и температуру (рН 11,19 и 42°С). рН доводили до 5,5, используя 3:1 HCl (рН 5,49 после добавления 285,38 г HCl). Полученный крахмальный осадок фильтровали и дважды промывали 3300 мл водопроводной воды. Осадок дробили и сушили на открытом воздухе.

Образец 5 – 2500 фунтов (1134 кг) водопроводной воды отмеряли в реакционный сосуд. При перемешивании добавляли 100 фунтов (45,4 кг) Na₂SO₄ и перемешивали до растворения. При энергичном перемешивании добавляли 2000 фунтов (907,2 кг) кукурузного крахмала. Затем к суспензии добавляли необходимое количество 3% NaOH со скоростью 4 фунта/мин (1,8 кг/мин) для получения 40 мл щелочности (около 600 фунтов (272,2 кг) NaOH для 46 мл щелочности). Смесь перемешивали в течение часа и записывали рН (рН 11,6). Температуру доводили до 108°F (42°С). Добавляли 200 фунтов (90,7 кг) 99/1 смеси STMP/STPP и продолжали взаимодействие в течение 17 часов. Записывали конечные рН и температуру (рН 11,4 и 108°F (42°С)). рН доводили до нужной величины 5,5, используя 3:1 HCl (рН 5,4 после добавления 75 фунтов (34 кг) HCl). Крахмал промывали, центрифугировали на центрифуге Merco и сушили в потоке горячего воздуха.

Образцы 8, 9, 11, 13, 14, 15 и 16 получали, используя такую же методику, как и в разделе «Образец 3». Количество 99/1 смеси STMP/STPP корректировали, чтобы получить желаемое количество связанного фосфора.

Образец 18 – 750 мл воды отмеряли в реакционный сосуд. При перемешивании добавляли 2,5 г NaCl и перемешивали до растворения. К солевому раствору добавляли 500 г крахмала. К суспензии при энергичном перемешивании по каплям добавляли необходимое количество 3% NaOH для получения рН 11-11,5. Суспензию перемешивали в течение часа и записывали рН (рН 11,43). Добавляли 20 г POCl₃ и продолжали взаимодействие в течение 30 минут при перемешивании при комнатной температуре. рН доводили до 5,5, используя 3:1 HCl. Полученный крахмальный осадок фильтровали и дважды промывали 750 мл водопроводной воды. Осадок дробили и сушили на открытом воздухе.

Количество связанного фосфора и количество выделенной глюкозы определяли для каждого из образцов сырого крахмала. Результаты представлены ниже в таблице I.

Как следует из таблицы I, образец 3 показывает, что крахмал может быть подвергнут сшиванию с использованием комбинации STMP и STPP для изменения кривой переваривания согласно данному изобретению. Кривые переваривания таких крахмалов представлены на фиг.2.

Пример 2 – Выделение глюкозы в моделях пищевых систем

Различные основные крахмалы модифицировали STMP/STPP в соответствии с общей методикой, описанной в примере 1, для получения различных общих количеств связанного фосфора. Определяли перевариваемость таких крахмалов как таковых или в моделях пищевых систем.

Результаты представлены ниже в таблице II.

Как следует из таблицы II, различные основы крахмалов могут быть сшиты с использованием комбинации STMP и STPP с получением измененной кривой переваривания согласно данному изобретению в модели пищевой системы.

Пример 3 – Сравнение сшитых агентов

Переваривание кукурузы, модифицированной STMP/STPP, сравнивают с перевариванием кукурузы, модифицированной оксихлоридом фосфора. Результаты представлены ниже в таблице III.

Как следует из таблицы III, продукт из кукурузного зерна как таковой или в модели получения печенья не дает кривые переваривания согласно настоящему изобретению при модификации оксихлоридом фосфора в заявленном диапазоне связанного фосфора.

Пример 4 – Пищевые продукты, содержащие крахмал

Образцы крахмала из примера 1 добавляли в количестве 5-40% с целью замещения муки или других углеводных ингредиентов в шести различных пищевых продуктах. Все ингредиенты представлены в вес.% от общего веса композиции.

1) Белый формовой хлеб

2) Лапша из муки «семолина»

3) Питательная плитка

4) Ароматизированный питьевой йогурт

5) Бисквит для чая

6) Изделия из зерновых культур

1) Белый формовой хлеб

Приготовление:

Объединяли все ингредиенты и воду в смесителе Хобарта. Перемешивали с малой скоростью в течение 2 минут. Перемешивали со средней скоростью в течение 14 минут. Оставляли тесто на 5 минут. С помощью весов делили тесто на части (по 510 г для 1/2-кг порций). Оставляли тесто на 5 минут. Формуют порции в форме для теста Glimek. Расстаивали при 90% RH (относительная влажность) и 80°С. Выпекали при 210°С в течение 22 минут.

2) Лапша из муки «семолина»

Приготовление:

Объединяли все ингредиенты и воду в смесителе Хобарта. Перемешивали с малой скоростью в течение 10 минут. Помещали в раскатыватель для получения лапши. Варили, помещая лапшу в кипящую воду на 5-10 минут при помешивании. Сливают воду.

3) Питательный батончик

Приготовление:

Объединяли все сухие ингредиенты (за исключением овса) в смесителе Хобарта. Смешивали с малой скоростью в течение 5 минут или до полного перемешивания. Продолжали перемешивание, добавляя жидкие ингредиенты. Добавляли овес, продолжая перемешивать с малой скоростью. Формуют плитки желаемой формы прессованием в форме.

4) Ароматизированный питьевой йогурт

Приготовление йогурта:

Предварительно нагревали молоко до 65°С. Гомогенизировали при 10,34 МПа, а затем выдерживали в течение 2 минут при 93°С. Охлаждали смесь до 44°С. Инокулировали закваской. Инкубировали до рН 4,5, а затем охлаждали до 4,5°С. Йогурт мог иметь консистенцию гладкого творога.

Смесь для сока:

Приготовление сока:

Смешивали фруктозу и пектин в сухом виде. Сухую смесь, воду и клубничный концентрат загружали в смеситель. Перемешивали, пока фруктоза и пектин не диспергировались. Выдерживали смесь для сока на горячей водяной бане при 80°С в течение 15 минут. Охлаждали до 4,5°С.

Приготовление готового продукта:

Смешивали йогурт и смесь для сока в пропорции 9:1. Совместно гомогенизировали при 17,3/3,5 МПа (две стадии). Готовый продукт хранили при 4,5°С.

5) Бисквит для чая

Соединяли все сухие ингредиенты и жир в смесителе Хобарта. Перемешивали с малой скоростью в течение 5 минут. Добавляли яичные желтки и воду. Перемешивали с малой скоростью в течение 5 минут. Формовали или раскатывали тесто и нарезали бисквиты. Выпекали при 176°С в течение 12-15 минут.

6) Изделия из зерновых культур

а) Экструдированный зерновой продукт (на основе маиса)

Приготовление:

Зерновые продукты готовили, применяя способы, известные в данной области. Их экструдировали, получали хлопья и обжаривали либо экструдировали и расширяли (вспучивали). Затем при необходимости полученные изделия сушили до конечного содержания влаги менее 3%.

Полученные виды пищи переваривали, применяя способ переваривания Энглиста, и выделение глюкозы определяли через 20, 120 и 240 минут. Выделение глюкозы было линейным на протяжении всего времени переваривания.

Формула изобретения

1. Пищевой продукт, включающий сшитый крахмал с добавленным связанным фосфором в количестве от 0,10 до 0,35%, причем указанный крахмал обеспечивает переваривание менее 25% крахмала за 20 мин, 30-70% за 120 мин и более 60% за 240 мин при измерении по методу Энглиста, при этом указанный крахмал содержит менее 40% амилозы.

2. Продукт по п.1, в котором крахмал обеспечивает менее чем 20%-ное переваривание крахмала за 20 мин.

3. Продукт по п.1, в котором крахмал обеспечивает менее чем 10%-ное переваривание крахмала за 20 мин.

4. Продукт по п.1, в котором крахмал обеспечивает 40-60%-ное переваривание крахмала за 120 мин.

5. Продукт по п.1, в котором крахмал обеспечивает 45-55%-ное переваривание крахмала за 120 мин.

6. Продукт по п.1, в котором крахмал обеспечивает более чем 70%-ное переваривание крахмала за 240 мин.

7. Продукт по п.1, в котором крахмал обеспечивает более чем 80%-ное переваривание крахмала за 240 мин.

8. Продукт по п.1, в котором крахмал обеспечивает более чем 90%-ное переваривание крахмала за 240 мин.

9. Продукт по п.1, в котором крахмал сшит с использованием реагента, выбранного из триметафосфата натрия, триполифосфата натрия и их комбинации.

10. Продукт по п.1, в котором крахмал декстринизирован.

11. Продукт по п.1, в котором крахмал окислен.

12. Продукт по п.1, в котором крахмал присутствует в количестве 5-40% из расчета на сухой вес.

13. Продукт по п.1, в котором скорость выделения глюкозы является по существу постоянной в течение первых 240 мин.

14. Способ регулирования содержания глюкозы в крови млекопитающего, предусматривающий потребление продукта по п.1.

15. Способ обеспечения регулируемой доставки глюкозы млекопитающему, предусматривающий потребление продукта по п.1.

РИСУНКИ