β−グルカンの処理方法
本発明は、閉じられた空間において、圧力下、酸溶液により、上昇した温度において加水分解を行うことにより、植物ベースのβ−グルカンを、制御された分子サイズに分解する方法に関する。本発明は、分解されたβ−グルカン産物にも関する。得られたβ−グルカン産物は、飲料のような食品への適用において有用である。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、植物ベースのβ−グルカンを制御された態様で望ましい分子サイズに分解することに関し、前記分子サイズの分布は、典型的に、狭い範囲内にある。本発明の方法は、β−グルカンの分子量の制御された調節を可能にし、それにより、飲料のような種々の食品中におけるβ−グルカンの溶解性および安定性の改善を可能にする。本発明の方法において使用されるβ−グルカンは、典型的に、穀物ベースのβ−グルカンである。本発明は、分解されたβ−グルカン産物にも関する。本発明はさらに、飲料のようなβ−グルカン含有食品を製造するための、前記方法を用いて得られるβ−グルカン産物の使用にも関する。
【０００２】
β−グルカンは、ヨーグルト、ベーカリー製品（例えばスナック）および種々の飲料のような多くの食品に、健康に作用する成分として添加される。β−グルカン飲料の製造において出発物質として使用されるβ−グルカン濃縮物は、例えば、一般的に、水で抽出し、β−グルカンから作られる水に可溶性の繊維画分と水に不溶性の繊維とを分離することにより製造される。
【０００３】
β−グルカンの対費用効果の高い製造は、β−グルカンが、至適に高い量で、固相から液相に溶解し得ることを必要とする。血中コレステロール含量の低下のような望ましい生理的効果を有するβ−グルカンを提供するために、飲料中のその含量は十分であるべきであり、すなわち、約３〜５ｇ／用量である。これは、穀物原料中の天然のβ−グルカンの高い分子量（１〜２×１０６ｇ／ｍｏｌ）を、制御された態様で、５，０００〜３６０，０００ｇ／ｍｏｌのレベルまで低くできることを必要とする。そのような分子サイズを用いると、飲料を飲みにくくする原因である粘度を非常に高くすることなく、望ましいβ−グルカン含量を達成することができる。
【０００４】
いくつかの研究が、β−グルカンの分解についてなされている。一般的に、試験は、穀物基材から抽出される精製されたβ−グルカンを使用することにより行われ、加水分解は、塩酸のような酸の水溶液中で行われる（Tosh et al., 2003）か、または酵素的に行われ（Roubroeks et al., 2001）、分子構造を決定することを目的とする。酸加水分解により得られる分解されたβ−グルカンの分子量Ｍｗは、７０，０００〜４０，０００ｇ／ｍｏｌであり（Tosh et al.）、酵素加水分解により得られる産物の分子量Ｍｗは、２，２００〜２１３，９００ｇ／ｍｏｌであった（Roubroeks et al.）。刊行物Johansson et al. (2006)は、分析的な意味で、オートムギから単離した純粋なβ−グルカンの酸加水分解（ＨＣｌ、ＴＦＡおよびＨ２ＳＯ４）と、リケナーゼ酵素を用いた酵素加水分解とを比較している。
【０００５】
公報WO 2004/086878（Zheng, G-H et al., Gargill Incorporated, 2004）には、β−グルカンを含有する粉末を酵素水溶液が添加された大量の水中で分解することにより（例えば１０ｇ／ｌ）、β−グルカンの分子量を低下させる方法が開示されている。β−グルカンは、その後、９２％のエタノールを用いて、大量の水から沈殿させる。得られたβ−グルカンの分子量Ｍｗは、５０，０００〜１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば１２０，０００〜１７０，０００ｇ／ｍｏｌで変化した。
【０００６】
公報US 2004/0001907 A1（Vasanthan, T. et al., 2004）には、β−グルカンを含有する粉末およびアルコールを混合して、粉末／アルコールスラリーとし、アルコールから繊維含有残渣を分離し、繊維含有残渣をアルコール中に再抽出し、そのようにして得られるスラリーを超音波処理およびプロテアーゼまたはアミラーゼによる処理に供し、望ましいβ−グルカン産物を得る、β−グルカン産物の製造方法が開示されている。前記公報には、水／アルコール比を変化させることにより、水／アルコール溶液中での超音波処理を用いてβ−グルカンの細分化の程度を調節する方法も開示されている。
【０００７】
公報WO 2005/120251（Lov, J. et al., Oy Glubikan Ab）には、湿った穀物のｐＨを酸を用いて５．２未満に調節し、圧力（５ｂａｒ未満）下、１００〜１３０℃の温度で、閉じられた空間において穀物を処理し、固体物質から水相を分離し、水相からβ−グルカンを分離することによる、穀物からβ−グルカンを抽出する方法が開示されている。抽出物中の乾燥物質含量は、好ましくは７〜１０％であり、処理時間は、典型的に１０〜２０分である。処理される穀物材料は、粉砕されてよく、または完全な粒子の形態であってよい。
【０００８】
公報US 6,210,722（Wullschleger, R.D. et al., Kellog Company, 2001）には、湿式押し出し（例えば２５〜４５％の湿度）と同時に、可溶性繊維原料および不溶性繊維原料を含有する混合物を煮沸し、そのように得られた押し出し物を水含量３〜１２％まで乾燥することによる、繊維含有産物の製造方法が開示されている。可溶性繊維は、例えば、β−グルカンまたはサイリウム（psyllium）であってよい。乾燥押し出し物は、粉砕され、飲料等に混合された。
【０００９】
公報WO 2006/040395 A1（Laakso, S. et al., Ravintoraisio Oy, 2006）には、繊維物質を水性媒質と混合することおよび粘度を低下させるために混合物をホモジナイズすることにより、穀物ベースの食物繊維を含有する液体繊維組成物を製造する方法が開示されている。そのようにして得られる同種混合物は、さらに加熱されてもよい。前記混合物の繊維物質は、可溶性成分および不溶性成分の両方を含有し、可溶性成分は、例えばβ−グルカンであってよい。
【００１０】
本発明の目的は、制御された態様で分解された安定なβ−グルカンを産生する態様において、β−グルカンの分解を改善することであり、従来の方法よりも優れた含有量で例えば飲料中に溶解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、可溶性β−グルカン画分のプロトンＮＭＲスペクトルである。（Ａ）本明細書において記載したように調製したβ−グルカン画分、（Ｂ）主要な供給業者から得たβ−グルカン画分。両方の画分は、β−グルカン粉末の水溶性部分をアミログルコシダーゼで処理し、その後透析して過剰なデンプンを除去することにより得られた。スペクトルは、バリアンユニティ分光計を用いて、５００ＭＨｚ、１０℃において、内部標準として微量のアセトン（２．２２５ｐｐｍ）を含有する重水中で測定された。β−グルカン鎖残渣（Ｇｌｃβ１，４およびＧｌｃβ１，３）に当たるシグナルを、図中に示す。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、植物ベースのβ−グルカンを、制御された再現可能な態様で望ましい分子サイズに分解する方法に関し、分解されたβ−グルカンを含有する産物を提供し、β−グルカンの分子量の分布は典型的に狭い。本発明は、飲料のようなβ−グルカン含有食品の製造における、前記方法により得られるβ−グルカン含有産物の使用にも関する。出発物質として使用されるβ−グルカンは、典型的に、オオムギまたはオートムギのような穀物から単離された濃縮β−グルカンである。
【００１３】
本発明はさらに、天然のβ−グルカンにおけるＧｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比と同じＧｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比を有する分解されたβ−グルカンにも関する。
【００１４】
本発明の方法は、植物ベースの天然のβ−グルカンを、粉末またはこね粉塊の形態で、閉じられた空間において、圧力下、酸溶液の存在下、上昇した温度での加水分解に供し、温度および加水分解の時間および酸溶液の濃度を調節することによりβ−グルカンの分子量を調節することを可能にする。
【００１５】
本発明の方法は、得られたβ−グルカンの飲料のような食品における溶解性および安定性を改善することも可能にする。
【発明の詳細な説明】
【００１６】
本発明は、植物ベースのβ−グルカンの低減した分子サイズへの制御された分解方法に関し、前記β−グルカンを、粉末様形態またはこね粉塊の形態で、閉じられた空間において、圧力下、酸溶液の存在下、上昇した温度での加水分解に供し、その後冷却することにより、分解されたβ−グルカンを含有する産物を得る。
【００１７】
得られた分解されたβ−グルカン産物におけるβ−グルカンの分子量の多分散性Ｍｗ／Ｍｎ（分子量分布を説明する）は、典型的には１０未満であり、好ましくは８未満であり、特に５未満である。多分散性の値が低くなるほど、分子量分布が低くなる。
【００１８】
分解されたβ−グルカンの平均分子量Ｍｗは、５，０００〜３６０，０００ｇ／ｍｏｌであり、好ましくは１０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌであり、特に２０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内である。
【００１９】
本発明に関して、上述した分子量ＭｗおよびＭｎは、分子の重量に関して重点が置かれる平均分子量（Ｍｗ）および分子の数に関して重点が置かれる平均分子量（Ｍｎ）を意味する。
【００２０】
本発明において原料として使用される植物ベースのβ−グルカン（天然のβ−グルカン）は、いずれかの植物ベースのβ−グルカン配合物であってよい。典型的に、β−グルカンは、穀物ベースのβ−グルカン、好ましくはオートムギベースまたはオオムギベースのβグルカンである。特に好ましくは、使用される原料は、１０％より高いβ−グルカン含量を有するオートムギベースまたはオオムギベースのような穀物ベースのβ−グルカン濃縮物である。例えば、粉砕、ふるいおよび空気分級のような機械的な乾燥方法は、そのような穀物に由来するβ−グルカン濃縮物の調製のために使用することができる。従って、原料は、例えば、前記乾燥方法を用いて粗画分として得られる粉状のオートムギまたはオオムギ繊維濃縮物であってよく、例えば１５〜５０％のβ−グルカン含量、１〜８％の脂質含量および１５〜３０％のタンパク質含量を有する。
【００２１】
β−グルカンは、交互にβ３−およびβ４−結合するグルコース（Ｄ−Ｇｌｃ）残基の直鎖状ポリマーを意味する。好ましいβ−グルカン構造は、式[Glcβ4]t{Glcβ3[Glcβ4]n}m[Glcβ3]l[Glcβ4]kGlcに従い、式中のｎは２〜４の整数であり、好ましくｈ２〜３であり、ｍは繰り返し単位の数を示す１〜２０００の整数であり、ｔは非還元末端Ｇｌｃβ４残基を示す０〜４の整数であり、ｌは還元末端に最も近いＧｌｃβ３を示す０〜１の整数であり、ｋは還元末端に最も近いＧｌｃβ４単位を示す０〜４の整数であり、好ましくは０〜３であり、最も好ましくは０〜２である。好ましい実施形態において、還元末端のＧｌｃは、水溶液中でαおよびβアノマー形態を有する還元形態であり、[Ｇｌｃβ４]ｎ単位の長さにおいて局在性の変化があるため、ｎは、直鎖の各位置において異なる値であってもよい。
【００２２】
低減された分子サイズを有するβ−グルカンは、分解されたβ−グルカンを意味する。
【００２３】
本発明は、特に、本発明による条件下で酸加水分解により好ましくは作られる、分解されたβ−グルカンに向けられている。これらの条件が、特別な任意の加水分解を与え、酵素的に分解されたグルカンよりも異なる組成物を有し、典型的に、Ｇｌｃβ３Ｇｌｃ単位に対して離れている特別なＧｌｃβ４Ｇｌｃ結合が分解される。それ故、本発明は、Ｇｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比が天然のβ−グルカンにおけるＧｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比と同じである分解されたβ−グルカンも提供する。酸加水分解は、グリコシド結合をランダムに分解するため、保存されたグリコシド結合比を有する分解されたβ−グルカンが得られる。β−グルカンの分解がβ−グルカンの構造的な特性を変化させないことは好都合である。グリコシド結合比のような構造的特性が変化する場合、β−グルカンの健康によい特性が減少し、または完全に喪失さえし得る。それ故、溶解性のような生理学的特性が改善され、構造的特性が変化しない分解されたβ−グルカンが提供される。
【００２４】
原料として使用されるβ−グルカン配合物は、典型的に、β−グルカンのみならず例えば不溶性の穀物繊維を含む。
【００２５】
そのような粉状の穀物ベースのβ−グルカン濃縮物において、β−グルカンは、分級またはふるいにより得られる粗画分のアリューロンおよびサブアリューロン組織の細胞壁ならびに胚乳に存在し、食品適用のための溶液に抽出されるべきである。本発明による処理において、穀物マトリックス中の天然のβ−グルカンの細胞壁構造は、熱および／またはサーモメカニカルエネルギーを用いた閉鎖系において修飾され、天然のβ−グルカンの分子量は、熱触媒の酸加水分解により分解される。
【００２６】
本発明によると、β−グルカンの脱重合は、酸水溶液を用いてβ−グルカン含有粉末を効果的に湿らせること、およびオートムギのふすま濃縮物を望ましい保持時間の間、上昇した温度に維持することにより行われる。
【００２７】
水分含量を約２５〜４０％に上昇させるためにβ−グルカン含有粉末に水を加える場合、粉末様の特性は維持され、自由に流動し、高い空隙率を有し、粒子の凝集はほとんどない。このタイプの材料を、ここでは粉末様形態と呼ぶ。水含量が約４０〜７０％に上昇する場合、粉末は、高い粘度を有する可塑化塊を作り、自由に流動せず、より高い密度を有し、粉末様形態における粉末よりも低い空隙率になるであろう。このタイプの材料を、ここでは、こね粉塊の形態と呼ぶ。
【００２８】
前記酸は、食品加工産業において使用するのに適したいずれの酸であってもよく、好ましくは塩酸またはリン酸である。前記酸は、酸と濃縮物を効率的に混合することによりβ−グルカン含有粉末中に混合され、酸性溶液の濃度は、繊維粒子に均一に吸収される程度である。このステップを、ここでは、前処理（preconditioning）と呼ぶ。前処理された材料は、その後、予め設定された水分含量を維持しながら、温度を上昇させた閉鎖容器中で加熱される。このステップを、ここでは熱処理と呼ぶ。β−グルカンの分子量の減少は、酸の濃度および閉鎖系での選択温度における保持時間に依存する。適切な反応時間の後、粉末を、流動床乾燥機またはハンドドライヤーで乾燥する。
【００２９】
前処理のステップにおいて粉末に添加される酸水溶液の量は、材料の全量に基づいて計算した場合に２５％〜４０％である。
前処理において使用される水溶液の酸濃度は、塩酸の場合は０．３〜１．５％であり、リン酸の場合は１〜４％である。
【００３０】
本発明の熱処理方法は、混合しながらまたは混合せず、加熱および圧力調節手段が提供される異なるタイプの閉じられた装置において行うことができる。前記方法が連続的な工程として実施される場合、前記装置は、該装置に異なる試薬を導入する手段および装置から反応生成物を除去する手段を提供されてもよい。適切な装置には、例えば、加圧容器、エキスパンダーおよび押し出し機が含まれる。前処理された粉末が押し出し機または同様の装置中で加熱処理された場合、粉末は、押し出し工程の間、１ｋｇの粉末当り０．３ｋｇの酸水溶液を添加することによりさらに湿らされた。
【００３１】
好ましい実施形態において、前記方法は、押し出し装置において押し出すことにより実施される。この場合、適切な加水分解反応器は、例えば二軸スクリュー押し出し機であり、そのパラメータは調節するのが容易である。二軸スクリュー押し出し機のスクリュー構造は、混合ディスクおよび遮断スクリュー部分を具備する。これらは、装置に導入される試薬、すなわちβ−グルカンおよび酸溶液を混合し、それを可塑性の、均質なこね粉塊に圧縮する。混合ディスクおよび遮断スクリュー部分は、好ましくは、押し出し機の充填の程度および、結果的に、可塑性の、均質なこね粉塊と加熱チューブとの間の熱移動ができるだけ効率的であるような態様で配置される。押し出し機のチューブは、加熱だけでなく冷却を含む独立の熱部分を供給されるべきであり、それにより適切な温度プロフィールに調節することができる。
【００３２】
原料として使用されるβ−グルカンは、押し出し装置のような加水分解装置に、典型的には乾燥または前処理された粉末形態の供給材料として導入される。前記方法は、好ましくは連続的な方法として行われ、それにより、原料は一定速度（ｇ／分）で装置中に導入される。
【００３３】
本発明の加水分解において使用するための適切な酸は、例えばリン酸である。リン酸は、水溶液として加水分解装置に導入され、リン酸の量は、典型的に、２〜１５％、好ましくは３〜１０％（ｗ／ｗ）の範囲内である。原料の乾燥供給材料、すなわちβ−グルカン濃縮物の後、酸溶液は、連続的な方法で、典型的には一定速度（ｇ／分）で、加水分解装置に導入される。加水分解装置の混合手段は、β−グルカン粉末と酸溶液とを混合し、それを可塑性の、均質なこね粉塊に圧縮する。
【００３４】
押し出しとしての加水分解処理は、典型的に、８０〜１５０℃、例えば１４５℃の温度で行われる。例えば押し出し装置における加熱は、押し出し装置の熱チューブ部分により達成されてよく、混合の間に、熱がチューブ部分から可塑性の塊に移動する。前記塊の粘度は低下し、デンプンはゼラチン化または加水分解され、酵素は不活性になり、タンパク質は変性し、β−グルカンは加水分解される。押し出し機において、加水分解度は、典型的に、機械特異的なエネルギーを用いて制御され得る。
【００３５】
加水分解時間、すなわち加水分解装置における滞留時間は、押し出し装置の場合、短く、典型的には０．５〜３分であり、例えば約１分である。滞留時間は、加水分解装置に導入されたマスフローにより調節することができ、前記フローは、乾燥物質材料および酸溶液材料で構成される。加水分解は、典型的に、３０〜６０％の水含量、好ましくは３０〜５０％（ｗ／ｗ）の水含量で行われる。この水含量において、穀物マトリックス中に濃縮された天然のβ−グルカンの分子量は、好ましくは、制御された態様で、適切なレベルまで低下させることができる。３０〜５０％の好ましい水含量が使用される場合、β−グルカンの酵素的脱重合工程の分野で通常使用されるより低い。
【００３６】
同様に、押し出し塊の乾燥物質含量は高く、すなわち、３０〜７０％、好ましくは５０〜７０％（ｗ／ｗ）の範囲内である。
【００３７】
加水分解において使用される圧力は、典型的に、１．５〜１０ｂａｒの範囲内である。
【００３８】
加水分解反応は、温度および時間に高度に依存し、結果として、反応の制御は、よい温度および反応器の滞留時間の調節を必要とする。
【００３９】
加水分解反応は、停止するか、または冷却することによりその伝播速度を大きく低下させる。冷却は、典型的に、４０℃未満の温度まで行われる。加水分解が押し出し機において行われる場合、冷却は、典型的に、特異的な冷却ダイ（cooling die）と共に押し出し機に存在する可塑性のこね粉を冷却することにより行われる。これは、例えば、ダイとして役立つチューブ熱交換体であり、ダイのジャケット中を循環する冷水が冷媒の役割を果たす。
【００４０】
加水分解が加圧容器中で行われる場合、加水分解時間は０．５〜４８時間である。
【００４１】
本発明の方法は、処理時間を短くし、β−グルカンの量を改善する。前記方法は、処理においてコストを生じさせ得る酵素を使用しない。
【００４２】
加水分解反応は高度に温度に依存するため、滞留時間を長くすることにより、より低い温度において一定の加水分解度を得ることができ、より短い滞留時間の場合はより高い温度を必要とする。同様に、滞留時間を長くすることにより、より低い酸濃度においても望ましい加水分解効果が達成され得る。
【００４３】
加水分解により、分解されたβ−グルカンを含有する産物は、可塑性のこね粉塊の形態で得られ、β−グルカンの分子量の多分散性は、典型的に１０未満、好ましくは８未満、特に５未満である。分解されたβ−グルカンの平均分子量Ｍｗは、５，０００〜３６０，０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは１０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌ、特に２０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内である。そのように得られた産物は、そのままで、または乾燥した後に、さらなる適用のために使用され得る。β−グルカンに加えて、前記産物は、中でも、加水分解において使用される酸（例えばリン酸または塩酸）および穀物マトリックスの成分を含有する。
【００４４】
さらなる処理ステップにおいて、加水分解により得られるβ−グルカン産物は、望ましい順番で、例えば以下に示す手順の１以上に供されてよい：酸溶液を混合すること、塩基で中和すること、乾燥すること、水で抽出すること、乾燥物質を分離すること、活性炭処理を行うこと、新規の酸加水分解を行うこと、熱安定化を行うことおよび／またはエタノールで沈殿させること。この態様において、異なるβ−グルカン産物が得られ、処理方法に依存して固体または液体形態であり、酸加水分解において使用されるリン酸を含有してよく、または中和されてよく、穀物マトリックスの不溶性繊維を含有してよく、または前記不溶性繊維は除去されてよく、そこに含まれるβ−グルカンの分子サイズは、新たな酸加水分解またはエタノール沈殿を用いることによりさらに低減されてよい。そのように得られたβ−グルカン産物は、食品において有用であり、例えば、異なる飲料に混合される飲料成分である。同時に、価値のある副産物が得られ、例えば、動物の飼料または肥料において使用するのに有用である。
【００４５】
本発明の実施形態において、塩基での中和は、加水分解反応の後、冷却ステップの前に装置に塩基を導入することにより、加水分解装置中で既に行われてよい。例えば水酸化カルシウムは、塩基として使用され得る。この方法は、特に、例えば加水分解が押し出し機中で行われる場合によく適合する。分解されたβ−グルカンを含有する中和産物が得られ、β−グルカンの平均分子量は上述した範囲内である。前記産物は、穀物の不溶性繊維および他の原料の不溶性成分も含有する。
【００４６】
本発明のさらなる実施形態において、加水分解により得られるβ−グルカン産物（中和されてよい）は乾燥され、それにより乾燥されたβ−グルカン産物が得られ、β−グルカンの分子量は上述した範囲内である。得られた産物は、異なる食品への適用に対して有用なβ−グルカンを含有する半完成品である。この産物は、不溶性の穀物繊維、ならびに出発物質として使用される穀物（例えばオオムギ）の固有のフレーバーおよび明るい色が産物中に残っている。
【００４７】
本発明の他の実施形態において、加水分解により得られるβ−グルカン産物は、水での抽出に供され、例えば５〜２０％の乾燥物質含量である。前記抽出は、典型的に、低い温度（例えば６０℃以下）で、強い剪断力のもとで同時に混合することにより行われる。穀物の不溶性繊維を含有する乾燥物質は、中でも、抽出混合物から分離される。分離は、例えば遠心分離またはろ過により行われてよい。β−グルカン溶液が得られ、β−グルカンの平均分子量は上述した範囲内であり、不溶性の繊維を含有しない。分離された不溶性の乾燥物質は、例えば飼料として使用するのに有用である。
【００４８】
前記抽出により得られる溶液は、望ましい場合、清澄および活性炭での処理に供されてよい。
【００４９】
前記抽出により得られる（任意に清澄された）溶液は、加水分解に使用されるリン酸のような酸を含有し、例えば水酸化カルシウムのような塩基で中和されてよい。中和において、溶液のｐＨは例えば６．５の最終値まで上昇される。乾燥物質は、例えばろ過により中和混合物から分離される。加水分解酸としてリン酸が使用される場合、得られる乾燥物質は、主にリン酸カルシウムである。分離されたリン酸カルシウムは、回収され、例えば肥料として使用されてよい。乾燥物質のろ過の後に得られるβ−グルカン溶液は、例えばＵＨＴ処理により安定化されてよい。中和され、安定化されたβ−グルカン溶液が得られ、β−グルカンの分子量は上述した範囲内であり、不溶性繊維を含有しない。前記溶液は、例えば異なる飲料中に混合される飲料成分として有用である。
【００５０】
本発明のさらなる実施形態において、前記方法はさらに、β−グルカンの平均分子量Ｍｗを、例えば５，０００〜５０，０００ｇ／ｍｌの範囲にさらに低減するための第２の酸加水分解を含んでよい。この第２の酸加水分解は、通常、上述した水抽出および乾燥物質（不溶性繊維）の分離の後に行われる。前記第２の酸加水分解は、一般的に、上昇した温度（例えば９０℃）において、通常の酸加水分解として行われる。加水分解時間は、例えば１時間であってよい。加水分解において使用される酸は、第１の加水分解ステップで使用したものと同じであってよい。
【００５１】
そのように得られたさらに加水分解されたβ−グルカン産物は、清澄、中和および固体物質の分離により、上記と同様の方法でさらに処理されてよい。これは、例えばフィルムろ過または蒸発による脱水を伴ってよく、その後に、得られる濃縮物質を、例えばＵＨＴ処理で安定化してよい。中和されたβ−グルカン産物が得られ、β−グルカンの平均分子量Ｍｗは、典型的に５，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であり、不溶性繊維を含有しない。前記産物は、例えば異なる飲料中に混合される飲料成分として有用である。
【００５２】
そのように得られたβ−グルカン産物において、β−グルカンの平均分子量Ｍｗは、例えば２０，０００ｇ／ｍｏｌのオーダーであり、β−グルカンは、エタノール処理により沈殿させてよい。沈殿は、例えば約８０％のエタノールを用いて、同時に混合しながら行われてよい。固体の沈殿物は、溶液から分離され、加熱しながら水で抽出され、不溶性の固体物質が分離される（例えば飼料として使用される）。得られたβ−グルカン含有溶液は、安定化され、β−グルカン溶液を産生し、β−グルカンの平均分子量Ｍｗは、典型的に２，０００〜２０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内である。前記産物は、例えば異なる飲料中に混合される飲料成分として有用である。
【００５３】
本発明は、加工食品、ベーカリー製品（例えばスナック）、乳製品（例えばヨーグルト）スプレッドならびに健康飲料およびベリージュースのような飲料等の食品の製造における、機能的な補助剤としての本発明の方法により得られるβ−グルカンの使用にも関する。本発明の方法により得られるβ−グルカン産物を機能的な補助剤として使用することによる飲料および他の食品の製造は、既知の態様で実施される。
【００５４】
分子量を含むβ−グルカンの特徴は、本発明の方法により製造されるβ−グルカン配合物が飲料のような食品に混合された場合にも不変のままであることが分かった。β−グルカンの溶解性が改善されたこと、すなわち、本発明の方法により製造されるβ−グルカン配合物を使用することにより、より多くのβ−グルカンを飲料中に溶解させることができることも分かった。それ故、本発明の方法を使用した場合、多量の植物ベースのβ−グルカンを溶解形態にすることができる。β−グルカン含量が５％まで上昇した飲料が製造された。
【００５５】
本発明はさらに、５，０００〜３６０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内の平均分子量Ｍｗを有する分解されたβ−グルカンを提供し、そのＧｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比は、天然のβ−グルカンのＧｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比と同じであり、好ましくは、Ｇｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比は２〜３：１である。分解されたβ−グルカンは、好ましくは、１０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内の平均分子量Ｍｗを有し、好ましくは２０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であり、分解されたβ−グルカンの分子量の多分散性Ｍｗ／Ｍｎは１０未満であり、好ましくは８未満であり、特に５未満である。
【００５６】
以下の実施例は、説明することを意図しており、本発明を限定するものではない。
以下の出発物質、装置および一般的な方法は、実施例において使用された。
【００５７】
試験は、ＡＰＶ１９／２５二軸スクリュー押し出し機（製造者ＡＰＶ）において行われた。４つの異なるβ−グルカン濃縮物が、押し出し機に導入された：（１）２２％のβ−グルカン含量を有するβ−グルカン含有粉末（製造者Raisio Group）、（２）ＶＴＴ方法（WO/2008/096044に記載されている）により製造された３３％のβ−グルカン含量を有するβ−グルカン含有粉末、（３）５０％のβ−グルカン含量を有するビスコファイバー（Viscofiber）繊維濃縮物（製造者Cevena）、（４）２２％のβ−グルカン含量を有するポリセル（Polycell）オオムギ繊維（製造者Polycell）。押し出し機における滞留時間は、１．１〜３．３分であった。
【００５８】
押し出し機から得られるβ−グルカンの分子量は、分子の重量に関して重点を置いた平均分子量Ｍｗおよび分子の数に関して重点を置いた平均分子量Ｍｎとして評価された。これらは、特に言及しない限り、プルラン標準に基づいて、サイズ排除クロマトグラフィーにより評価された。
【００５９】
飲料製品は、押し出し機により得られた加水分解されたβ−グルカン含有繊維塊を、水または０．４重量％リン酸に７〜２０重量％の濃度で懸濁することにより製造された。抽出における水溶液のｐＨは、２．５〜４であった。
【００６０】
そのように得られた混合物は、剪断刃を具備する混合機で１５〜３０秒間混合された。β−グルカン画分は、遠心力（２，０００〜３，０００Ｇ）により、不溶性の殻等の物質から分離された。得られた水溶液画分は、紙フィルター等を通してろ過することにより、例えば、ワットマン３フィルターペーパーを通した水吸引でろ過することにより、浄化された。溶液中のリン酸は、Ｃａ(ＯＨ)２を用いて沈殿させ、遠心分離またはろ過により溶液から分離された。
【００６１】
ろ過されたβ−グルカン溶液の量は、押し出された繊維塊の１．５〜５倍であった。可溶性の乾燥物質のβ−グルカンの割合は約５０％であり、溶液中のその濃度は１〜５％であってよい。
【実施例】
【００６２】
例１
Raisio Yhtymaから入手した22％のβ−グルカン含量を有するオートムギ繊維を、出発物質として使用した。粉末を押し出し機に導入する速さは、前処理しない試験において20 g／分であった。オートムギ繊維は、オートムギ繊維1 kg当り0,3 kgの8％ H3PO4を用いて40℃で1時間、Auran Metalli LTD.により製造されたVTT前処理装置において前処理された。チューブの供給ポイントにおける加熱要素の温度は85℃であり、注入口からダイへの次の３つの加熱要素の温度は変化させた。全ての試験において、押し出し機のスクリューの回転速度は75rpmとした。押し出し物は、熱交換体ダイで冷却した。
【００６３】
試験条件は、表１に示す。温度Ｔ１→Ｔ４は、ダイから開始する押し出し機のチューブ加熱領域である。押し出し物における乾燥物質含量は、約５０〜５７％であった。前処理されたオートムギ繊維の供給は、28g／分であり、8％ H3PO4溶液の量は12 g/分であった。
【００６４】
表１は、押し出しパラメータの関数として得られる押し出し物のβ−グルカンの分子量分布を示す。
【表１】
【００６５】
例２
以下の加水分解産物は、VTT法（WO/2008/096044）により製造されたβ−グルカン含有粉末を使用した。そのβ−グルカン含量は３３％であり、β−グルカンの分子量（Ｍｗ）950 000 g/molであった。結果は表２に示し、β−グルカン含有粉末は、はじめに8％ H3PO4 溶液で前処理され、0.3 g / g繊維濃縮物の量で添加された。前処理されたオートムギの供給は24 g /分であり、8％ H3PO4溶液12 g/分の量であった。
【表２】
【００６６】
β−グルカンの分子量をさらに減少させるために、前処理されたβ−グルカン含有粉末（33％β−グルカン）を前処理し（1 gのオートムギ繊維当り0.3 gの8％ H3PO4、40℃、1時間）、表３において説明するようにより濃縮された酸で押し出した。前処理されたオートムギ繊維の供給は、24 g /分であった。H3PO4溶液の量および濃度は、12〜3 ml/分および8％〜32％までそれぞれ変化させ、温度は130または155℃とした。
【表３】
【００６７】
例３
加水分解される第３のβ−グルカン含有物質は、50％のβ−グルカン含量の商業的なCevene Viscofiber繊維であった。２つの試験は、前記繊維を用いて行った。粉状の繊維原料は、20 g／分の速さで押し出し機に導入され、酸溶液の供給は20 ml／分であった（8％リン酸）。押し出しは、前処理なしで行った。
【００６８】
以下の表４において、温度Ｔ１→Ｔ４は、ダイから開始する押し出し機のチューブ加熱領域である。押し出し物中の乾燥物質含量は、約50％であった。
【表４】
【００６９】
値は、プルラン標準に基づいて、サイズ排除クロマトグラフィーにより決定した。
【００７０】
例４
加水分解される第４の繊維は、22％のβ−グルカン含量を有し、200,000のＭｗを有するPolycellオオムギ繊維であった。
【００７１】
粉状の繊維原料を20 g／分の速さで押し出し機に導入し、4％リン酸の供給速度は20 ml／分とした。前処理は行わなかった。
【００７２】
以下の表５において、温度Ｔ１→Ｔ４は、ダイから開始する押し出し機のチューブ加熱領域である。押し出し物における乾燥物質含量は、約50％であった。
【００７３】
表４の分子量は、カラムの後に蛍光検出器と共にカルコフロール染色（calco-fluor coloring）を用いることによるサイズ排除クロマトグラフィーにより決定した。分子量決定のための検量線は、既知のβ−グルカン標準を用いることにより行い、その分子サイズは、レーザー光散乱により決定した。
【表５】
【００７４】
例５
ＶＴＴ法（WO/2008/096044）により製造されたオートムギ繊維は、酸溶液で前処理し、加圧した容器中において、温度を上昇させ、機械的なエネルギーなく、可塑化させることなく、粉末として熱処理した。
【表６】
【００７５】
例６
β−グルカン試料のＮＭＲ分析
15 kDのβ−グルカン画分は、本発明の方法に従って調製した。予備的な分析は、かなりの量のデンプンを含有することを示した。可溶性の成分のＮＭＲ分析を単純化するために、デンプンはアミログルコシダーゼを用いた消化により除去され、その後、透析により低いＭＷ産物を除去し、以下に示すように得た：100 mgのβ−グルカンは10 mlの50 mM Na-酢酸塩にpH 5.0において溶解された。16 Uのアミログルコシダーゼ（Aspergillus niger, Calbiochem）が添加され、＋37℃で一晩反応を行った。反応は、5分間煮沸することにより停止させた。低分子量物質は、MWCO 2000透析チューブを用いて水に対して透析することにより除去された。NMR分析の前に、試料は、BondElut C18 (Varian, Inc.)における固相抽出によりさらに精製された。
【００７６】
主要なブランドのβ−グルカン試料は、比較物質を調製するために同様に処理された。このβ−グルカンは、セルロース型のエンドグルカナーゼを用いた酵素加水分解により調製された。
【００７７】
β−グルカン画分のNMRスペクトルを図１に示す。β−グルカン鎖残基（Glcβ1,4およびGlcβ1,3）は、図に示されているような特徴的な位置において共鳴する。シグナル強度を比較することにより、β−グルカン画分における単位の相対的な量を見積もることが可能である。このタイプの分析は、酸加水分解された物質（パネルＡ）が約2.5:1のGlcβ1,4：Glcβ1,3比を示す一方で、酵素処理により製造された主要なブランドのβ−グルカンは、1：1に近いGlcβ1,4：Glcβ1,3比を示すことを示す。
【００７８】
図１における帰属は、二次元のNMR分析により検証した。COSY試験は、4.75ppmにおけるGlcβ1,3 H-1 シグナルが3.37 ppm （Glcβ1,3 H-2シグナル）においてクロスピークを有することを示した。しかしながら、Glcβ1,4 H-1シグナルは、3.51 ppmおよび3.35 ppmに2つのクロスピークを示し、2つの同一でないH-2単位を示す。これらは、Glcβ1,4またはGlcβ1,3単位により置換されるGlcβ1,4残基から生じる。Glcβ1,3Glcβ1,4 配列において、Glcβ1,4残基は3.51ppmにH-2シグナルを示し、一方、4-置換Glcβ1,4単位 H-2 シグナル残基は3.35 ppmであった。
【００７９】
両方のスペクトルにおいて、Glcβ1,4 H-1シグナルと部分的に重なっている主要なシグナルは、キシランに帰属した。これらの画分におけるキシロースの存在は、物質の酸全体の加水分解により検証され、続いて、高pH陰イオン交換クロマトグラフィーによる単糖分析により検証された。
【００８０】
参考文献
Tosh, S.M. et al., Gelation characteristics of acid-hydrolyzed oat β-glucan solutions solubilized at a range of temperatures, Food Hydrocolloids, Vol. 17, No 4., 523-527, 2003.
Roubroeks, J.P. et al., Molecular weight, structure and shape of oat (1→3),(1→4)-β-D-glucan fractions obtained by enzymatic degradation with (1→4)-β-D-glucan 4-glucanohydrolase from Trichoderma reesei. Carbohydrate Polymers, Vol. 46, No 3., p. 275-285, 2001.
Johansson, L., et al., Hydrolysis of β-glucan, Food Chemistry, Vol. 97, No 1., p. 71-79, 2006.
WO 2004/086878 A2, Improved dietary fiber containing materials comprising low molecular weight glucan, Zheng, G-H. et al., Cargill Incorporated, publ. 14 October 2004.
WO 2005/12051 A1, Method for extracting a cereal constituent, Lov, J. et al., Oy Glubikan Ab, publ. 22 December 2005.
US 6 210 722 B1, Extruded intermediates containing a soluble fiber and food products containing same, Wullschleger, R. D. et al., Kellog Company, granted 3 April 2001.
US 2004/0001907 A1, Preparation of high viscosity β-glucan concentrates, Vasanthan et al., publ. 1 January 2004.
【背景技術】
【０００１】
本発明は、植物ベースのβ−グルカンを制御された態様で望ましい分子サイズに分解することに関し、前記分子サイズの分布は、典型的に、狭い範囲内にある。本発明の方法は、β−グルカンの分子量の制御された調節を可能にし、それにより、飲料のような種々の食品中におけるβ−グルカンの溶解性および安定性の改善を可能にする。本発明の方法において使用されるβ−グルカンは、典型的に、穀物ベースのβ−グルカンである。本発明は、分解されたβ−グルカン産物にも関する。本発明はさらに、飲料のようなβ−グルカン含有食品を製造するための、前記方法を用いて得られるβ−グルカン産物の使用にも関する。
【０００２】
β−グルカンは、ヨーグルト、ベーカリー製品（例えばスナック）および種々の飲料のような多くの食品に、健康に作用する成分として添加される。β−グルカン飲料の製造において出発物質として使用されるβ−グルカン濃縮物は、例えば、一般的に、水で抽出し、β−グルカンから作られる水に可溶性の繊維画分と水に不溶性の繊維とを分離することにより製造される。
【０００３】
β−グルカンの対費用効果の高い製造は、β−グルカンが、至適に高い量で、固相から液相に溶解し得ることを必要とする。血中コレステロール含量の低下のような望ましい生理的効果を有するβ−グルカンを提供するために、飲料中のその含量は十分であるべきであり、すなわち、約３〜５ｇ／用量である。これは、穀物原料中の天然のβ−グルカンの高い分子量（１〜２×１０６ｇ／ｍｏｌ）を、制御された態様で、５，０００〜３６０，０００ｇ／ｍｏｌのレベルまで低くできることを必要とする。そのような分子サイズを用いると、飲料を飲みにくくする原因である粘度を非常に高くすることなく、望ましいβ−グルカン含量を達成することができる。
【０００４】
いくつかの研究が、β−グルカンの分解についてなされている。一般的に、試験は、穀物基材から抽出される精製されたβ−グルカンを使用することにより行われ、加水分解は、塩酸のような酸の水溶液中で行われる（Tosh et al., 2003）か、または酵素的に行われ（Roubroeks et al., 2001）、分子構造を決定することを目的とする。酸加水分解により得られる分解されたβ−グルカンの分子量Ｍｗは、７０，０００〜４０，０００ｇ／ｍｏｌであり（Tosh et al.）、酵素加水分解により得られる産物の分子量Ｍｗは、２，２００〜２１３，９００ｇ／ｍｏｌであった（Roubroeks et al.）。刊行物Johansson et al. (2006)は、分析的な意味で、オートムギから単離した純粋なβ−グルカンの酸加水分解（ＨＣｌ、ＴＦＡおよびＨ２ＳＯ４）と、リケナーゼ酵素を用いた酵素加水分解とを比較している。
【０００５】
公報WO 2004/086878（Zheng, G-H et al., Gargill Incorporated, 2004）には、β−グルカンを含有する粉末を酵素水溶液が添加された大量の水中で分解することにより（例えば１０ｇ／ｌ）、β−グルカンの分子量を低下させる方法が開示されている。β−グルカンは、その後、９２％のエタノールを用いて、大量の水から沈殿させる。得られたβ−グルカンの分子量Ｍｗは、５０，０００〜１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば１２０，０００〜１７０，０００ｇ／ｍｏｌで変化した。
【０００６】
公報US 2004/0001907 A1（Vasanthan, T. et al., 2004）には、β−グルカンを含有する粉末およびアルコールを混合して、粉末／アルコールスラリーとし、アルコールから繊維含有残渣を分離し、繊維含有残渣をアルコール中に再抽出し、そのようにして得られるスラリーを超音波処理およびプロテアーゼまたはアミラーゼによる処理に供し、望ましいβ−グルカン産物を得る、β−グルカン産物の製造方法が開示されている。前記公報には、水／アルコール比を変化させることにより、水／アルコール溶液中での超音波処理を用いてβ−グルカンの細分化の程度を調節する方法も開示されている。
【０００７】
公報WO 2005/120251（Lov, J. et al., Oy Glubikan Ab）には、湿った穀物のｐＨを酸を用いて５．２未満に調節し、圧力（５ｂａｒ未満）下、１００〜１３０℃の温度で、閉じられた空間において穀物を処理し、固体物質から水相を分離し、水相からβ−グルカンを分離することによる、穀物からβ−グルカンを抽出する方法が開示されている。抽出物中の乾燥物質含量は、好ましくは７〜１０％であり、処理時間は、典型的に１０〜２０分である。処理される穀物材料は、粉砕されてよく、または完全な粒子の形態であってよい。
【０００８】
公報US 6,210,722（Wullschleger, R.D. et al., Kellog Company, 2001）には、湿式押し出し（例えば２５〜４５％の湿度）と同時に、可溶性繊維原料および不溶性繊維原料を含有する混合物を煮沸し、そのように得られた押し出し物を水含量３〜１２％まで乾燥することによる、繊維含有産物の製造方法が開示されている。可溶性繊維は、例えば、β−グルカンまたはサイリウム（psyllium）であってよい。乾燥押し出し物は、粉砕され、飲料等に混合された。
【０００９】
公報WO 2006/040395 A1（Laakso, S. et al., Ravintoraisio Oy, 2006）には、繊維物質を水性媒質と混合することおよび粘度を低下させるために混合物をホモジナイズすることにより、穀物ベースの食物繊維を含有する液体繊維組成物を製造する方法が開示されている。そのようにして得られる同種混合物は、さらに加熱されてもよい。前記混合物の繊維物質は、可溶性成分および不溶性成分の両方を含有し、可溶性成分は、例えばβ−グルカンであってよい。
【００１０】
本発明の目的は、制御された態様で分解された安定なβ−グルカンを産生する態様において、β−グルカンの分解を改善することであり、従来の方法よりも優れた含有量で例えば飲料中に溶解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、可溶性β−グルカン画分のプロトンＮＭＲスペクトルである。（Ａ）本明細書において記載したように調製したβ−グルカン画分、（Ｂ）主要な供給業者から得たβ−グルカン画分。両方の画分は、β−グルカン粉末の水溶性部分をアミログルコシダーゼで処理し、その後透析して過剰なデンプンを除去することにより得られた。スペクトルは、バリアンユニティ分光計を用いて、５００ＭＨｚ、１０℃において、内部標準として微量のアセトン（２．２２５ｐｐｍ）を含有する重水中で測定された。β−グルカン鎖残渣（Ｇｌｃβ１，４およびＧｌｃβ１，３）に当たるシグナルを、図中に示す。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、植物ベースのβ−グルカンを、制御された再現可能な態様で望ましい分子サイズに分解する方法に関し、分解されたβ−グルカンを含有する産物を提供し、β−グルカンの分子量の分布は典型的に狭い。本発明は、飲料のようなβ−グルカン含有食品の製造における、前記方法により得られるβ−グルカン含有産物の使用にも関する。出発物質として使用されるβ−グルカンは、典型的に、オオムギまたはオートムギのような穀物から単離された濃縮β−グルカンである。
【００１３】
本発明はさらに、天然のβ−グルカンにおけるＧｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比と同じＧｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比を有する分解されたβ−グルカンにも関する。
【００１４】
本発明の方法は、植物ベースの天然のβ−グルカンを、粉末またはこね粉塊の形態で、閉じられた空間において、圧力下、酸溶液の存在下、上昇した温度での加水分解に供し、温度および加水分解の時間および酸溶液の濃度を調節することによりβ−グルカンの分子量を調節することを可能にする。
【００１５】
本発明の方法は、得られたβ−グルカンの飲料のような食品における溶解性および安定性を改善することも可能にする。
【発明の詳細な説明】
【００１６】
本発明は、植物ベースのβ−グルカンの低減した分子サイズへの制御された分解方法に関し、前記β−グルカンを、粉末様形態またはこね粉塊の形態で、閉じられた空間において、圧力下、酸溶液の存在下、上昇した温度での加水分解に供し、その後冷却することにより、分解されたβ−グルカンを含有する産物を得る。
【００１７】
得られた分解されたβ−グルカン産物におけるβ−グルカンの分子量の多分散性Ｍｗ／Ｍｎ（分子量分布を説明する）は、典型的には１０未満であり、好ましくは８未満であり、特に５未満である。多分散性の値が低くなるほど、分子量分布が低くなる。
【００１８】
分解されたβ−グルカンの平均分子量Ｍｗは、５，０００〜３６０，０００ｇ／ｍｏｌであり、好ましくは１０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌであり、特に２０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内である。
【００１９】
本発明に関して、上述した分子量ＭｗおよびＭｎは、分子の重量に関して重点が置かれる平均分子量（Ｍｗ）および分子の数に関して重点が置かれる平均分子量（Ｍｎ）を意味する。
【００２０】
本発明において原料として使用される植物ベースのβ−グルカン（天然のβ−グルカン）は、いずれかの植物ベースのβ−グルカン配合物であってよい。典型的に、β−グルカンは、穀物ベースのβ−グルカン、好ましくはオートムギベースまたはオオムギベースのβグルカンである。特に好ましくは、使用される原料は、１０％より高いβ−グルカン含量を有するオートムギベースまたはオオムギベースのような穀物ベースのβ−グルカン濃縮物である。例えば、粉砕、ふるいおよび空気分級のような機械的な乾燥方法は、そのような穀物に由来するβ−グルカン濃縮物の調製のために使用することができる。従って、原料は、例えば、前記乾燥方法を用いて粗画分として得られる粉状のオートムギまたはオオムギ繊維濃縮物であってよく、例えば１５〜５０％のβ−グルカン含量、１〜８％の脂質含量および１５〜３０％のタンパク質含量を有する。
【００２１】
β−グルカンは、交互にβ３−およびβ４−結合するグルコース（Ｄ−Ｇｌｃ）残基の直鎖状ポリマーを意味する。好ましいβ−グルカン構造は、式[Glcβ4]t{Glcβ3[Glcβ4]n}m[Glcβ3]l[Glcβ4]kGlcに従い、式中のｎは２〜４の整数であり、好ましくｈ２〜３であり、ｍは繰り返し単位の数を示す１〜２０００の整数であり、ｔは非還元末端Ｇｌｃβ４残基を示す０〜４の整数であり、ｌは還元末端に最も近いＧｌｃβ３を示す０〜１の整数であり、ｋは還元末端に最も近いＧｌｃβ４単位を示す０〜４の整数であり、好ましくは０〜３であり、最も好ましくは０〜２である。好ましい実施形態において、還元末端のＧｌｃは、水溶液中でαおよびβアノマー形態を有する還元形態であり、[Ｇｌｃβ４]ｎ単位の長さにおいて局在性の変化があるため、ｎは、直鎖の各位置において異なる値であってもよい。
【００２２】
低減された分子サイズを有するβ−グルカンは、分解されたβ−グルカンを意味する。
【００２３】
本発明は、特に、本発明による条件下で酸加水分解により好ましくは作られる、分解されたβ−グルカンに向けられている。これらの条件が、特別な任意の加水分解を与え、酵素的に分解されたグルカンよりも異なる組成物を有し、典型的に、Ｇｌｃβ３Ｇｌｃ単位に対して離れている特別なＧｌｃβ４Ｇｌｃ結合が分解される。それ故、本発明は、Ｇｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比が天然のβ−グルカンにおけるＧｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比と同じである分解されたβ−グルカンも提供する。酸加水分解は、グリコシド結合をランダムに分解するため、保存されたグリコシド結合比を有する分解されたβ−グルカンが得られる。β−グルカンの分解がβ−グルカンの構造的な特性を変化させないことは好都合である。グリコシド結合比のような構造的特性が変化する場合、β−グルカンの健康によい特性が減少し、または完全に喪失さえし得る。それ故、溶解性のような生理学的特性が改善され、構造的特性が変化しない分解されたβ−グルカンが提供される。
【００２４】
原料として使用されるβ−グルカン配合物は、典型的に、β−グルカンのみならず例えば不溶性の穀物繊維を含む。
【００２５】
そのような粉状の穀物ベースのβ−グルカン濃縮物において、β−グルカンは、分級またはふるいにより得られる粗画分のアリューロンおよびサブアリューロン組織の細胞壁ならびに胚乳に存在し、食品適用のための溶液に抽出されるべきである。本発明による処理において、穀物マトリックス中の天然のβ−グルカンの細胞壁構造は、熱および／またはサーモメカニカルエネルギーを用いた閉鎖系において修飾され、天然のβ−グルカンの分子量は、熱触媒の酸加水分解により分解される。
【００２６】
本発明によると、β−グルカンの脱重合は、酸水溶液を用いてβ−グルカン含有粉末を効果的に湿らせること、およびオートムギのふすま濃縮物を望ましい保持時間の間、上昇した温度に維持することにより行われる。
【００２７】
水分含量を約２５〜４０％に上昇させるためにβ−グルカン含有粉末に水を加える場合、粉末様の特性は維持され、自由に流動し、高い空隙率を有し、粒子の凝集はほとんどない。このタイプの材料を、ここでは粉末様形態と呼ぶ。水含量が約４０〜７０％に上昇する場合、粉末は、高い粘度を有する可塑化塊を作り、自由に流動せず、より高い密度を有し、粉末様形態における粉末よりも低い空隙率になるであろう。このタイプの材料を、ここでは、こね粉塊の形態と呼ぶ。
【００２８】
前記酸は、食品加工産業において使用するのに適したいずれの酸であってもよく、好ましくは塩酸またはリン酸である。前記酸は、酸と濃縮物を効率的に混合することによりβ−グルカン含有粉末中に混合され、酸性溶液の濃度は、繊維粒子に均一に吸収される程度である。このステップを、ここでは、前処理（preconditioning）と呼ぶ。前処理された材料は、その後、予め設定された水分含量を維持しながら、温度を上昇させた閉鎖容器中で加熱される。このステップを、ここでは熱処理と呼ぶ。β−グルカンの分子量の減少は、酸の濃度および閉鎖系での選択温度における保持時間に依存する。適切な反応時間の後、粉末を、流動床乾燥機またはハンドドライヤーで乾燥する。
【００２９】
前処理のステップにおいて粉末に添加される酸水溶液の量は、材料の全量に基づいて計算した場合に２５％〜４０％である。
前処理において使用される水溶液の酸濃度は、塩酸の場合は０．３〜１．５％であり、リン酸の場合は１〜４％である。
【００３０】
本発明の熱処理方法は、混合しながらまたは混合せず、加熱および圧力調節手段が提供される異なるタイプの閉じられた装置において行うことができる。前記方法が連続的な工程として実施される場合、前記装置は、該装置に異なる試薬を導入する手段および装置から反応生成物を除去する手段を提供されてもよい。適切な装置には、例えば、加圧容器、エキスパンダーおよび押し出し機が含まれる。前処理された粉末が押し出し機または同様の装置中で加熱処理された場合、粉末は、押し出し工程の間、１ｋｇの粉末当り０．３ｋｇの酸水溶液を添加することによりさらに湿らされた。
【００３１】
好ましい実施形態において、前記方法は、押し出し装置において押し出すことにより実施される。この場合、適切な加水分解反応器は、例えば二軸スクリュー押し出し機であり、そのパラメータは調節するのが容易である。二軸スクリュー押し出し機のスクリュー構造は、混合ディスクおよび遮断スクリュー部分を具備する。これらは、装置に導入される試薬、すなわちβ−グルカンおよび酸溶液を混合し、それを可塑性の、均質なこね粉塊に圧縮する。混合ディスクおよび遮断スクリュー部分は、好ましくは、押し出し機の充填の程度および、結果的に、可塑性の、均質なこね粉塊と加熱チューブとの間の熱移動ができるだけ効率的であるような態様で配置される。押し出し機のチューブは、加熱だけでなく冷却を含む独立の熱部分を供給されるべきであり、それにより適切な温度プロフィールに調節することができる。
【００３２】
原料として使用されるβ−グルカンは、押し出し装置のような加水分解装置に、典型的には乾燥または前処理された粉末形態の供給材料として導入される。前記方法は、好ましくは連続的な方法として行われ、それにより、原料は一定速度（ｇ／分）で装置中に導入される。
【００３３】
本発明の加水分解において使用するための適切な酸は、例えばリン酸である。リン酸は、水溶液として加水分解装置に導入され、リン酸の量は、典型的に、２〜１５％、好ましくは３〜１０％（ｗ／ｗ）の範囲内である。原料の乾燥供給材料、すなわちβ−グルカン濃縮物の後、酸溶液は、連続的な方法で、典型的には一定速度（ｇ／分）で、加水分解装置に導入される。加水分解装置の混合手段は、β−グルカン粉末と酸溶液とを混合し、それを可塑性の、均質なこね粉塊に圧縮する。
【００３４】
押し出しとしての加水分解処理は、典型的に、８０〜１５０℃、例えば１４５℃の温度で行われる。例えば押し出し装置における加熱は、押し出し装置の熱チューブ部分により達成されてよく、混合の間に、熱がチューブ部分から可塑性の塊に移動する。前記塊の粘度は低下し、デンプンはゼラチン化または加水分解され、酵素は不活性になり、タンパク質は変性し、β−グルカンは加水分解される。押し出し機において、加水分解度は、典型的に、機械特異的なエネルギーを用いて制御され得る。
【００３５】
加水分解時間、すなわち加水分解装置における滞留時間は、押し出し装置の場合、短く、典型的には０．５〜３分であり、例えば約１分である。滞留時間は、加水分解装置に導入されたマスフローにより調節することができ、前記フローは、乾燥物質材料および酸溶液材料で構成される。加水分解は、典型的に、３０〜６０％の水含量、好ましくは３０〜５０％（ｗ／ｗ）の水含量で行われる。この水含量において、穀物マトリックス中に濃縮された天然のβ−グルカンの分子量は、好ましくは、制御された態様で、適切なレベルまで低下させることができる。３０〜５０％の好ましい水含量が使用される場合、β−グルカンの酵素的脱重合工程の分野で通常使用されるより低い。
【００３６】
同様に、押し出し塊の乾燥物質含量は高く、すなわち、３０〜７０％、好ましくは５０〜７０％（ｗ／ｗ）の範囲内である。
【００３７】
加水分解において使用される圧力は、典型的に、１．５〜１０ｂａｒの範囲内である。
【００３８】
加水分解反応は、温度および時間に高度に依存し、結果として、反応の制御は、よい温度および反応器の滞留時間の調節を必要とする。
【００３９】
加水分解反応は、停止するか、または冷却することによりその伝播速度を大きく低下させる。冷却は、典型的に、４０℃未満の温度まで行われる。加水分解が押し出し機において行われる場合、冷却は、典型的に、特異的な冷却ダイ（cooling die）と共に押し出し機に存在する可塑性のこね粉を冷却することにより行われる。これは、例えば、ダイとして役立つチューブ熱交換体であり、ダイのジャケット中を循環する冷水が冷媒の役割を果たす。
【００４０】
加水分解が加圧容器中で行われる場合、加水分解時間は０．５〜４８時間である。
【００４１】
本発明の方法は、処理時間を短くし、β−グルカンの量を改善する。前記方法は、処理においてコストを生じさせ得る酵素を使用しない。
【００４２】
加水分解反応は高度に温度に依存するため、滞留時間を長くすることにより、より低い温度において一定の加水分解度を得ることができ、より短い滞留時間の場合はより高い温度を必要とする。同様に、滞留時間を長くすることにより、より低い酸濃度においても望ましい加水分解効果が達成され得る。
【００４３】
加水分解により、分解されたβ−グルカンを含有する産物は、可塑性のこね粉塊の形態で得られ、β−グルカンの分子量の多分散性は、典型的に１０未満、好ましくは８未満、特に５未満である。分解されたβ−グルカンの平均分子量Ｍｗは、５，０００〜３６０，０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは１０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌ、特に２０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内である。そのように得られた産物は、そのままで、または乾燥した後に、さらなる適用のために使用され得る。β−グルカンに加えて、前記産物は、中でも、加水分解において使用される酸（例えばリン酸または塩酸）および穀物マトリックスの成分を含有する。
【００４４】
さらなる処理ステップにおいて、加水分解により得られるβ−グルカン産物は、望ましい順番で、例えば以下に示す手順の１以上に供されてよい：酸溶液を混合すること、塩基で中和すること、乾燥すること、水で抽出すること、乾燥物質を分離すること、活性炭処理を行うこと、新規の酸加水分解を行うこと、熱安定化を行うことおよび／またはエタノールで沈殿させること。この態様において、異なるβ−グルカン産物が得られ、処理方法に依存して固体または液体形態であり、酸加水分解において使用されるリン酸を含有してよく、または中和されてよく、穀物マトリックスの不溶性繊維を含有してよく、または前記不溶性繊維は除去されてよく、そこに含まれるβ−グルカンの分子サイズは、新たな酸加水分解またはエタノール沈殿を用いることによりさらに低減されてよい。そのように得られたβ−グルカン産物は、食品において有用であり、例えば、異なる飲料に混合される飲料成分である。同時に、価値のある副産物が得られ、例えば、動物の飼料または肥料において使用するのに有用である。
【００４５】
本発明の実施形態において、塩基での中和は、加水分解反応の後、冷却ステップの前に装置に塩基を導入することにより、加水分解装置中で既に行われてよい。例えば水酸化カルシウムは、塩基として使用され得る。この方法は、特に、例えば加水分解が押し出し機中で行われる場合によく適合する。分解されたβ−グルカンを含有する中和産物が得られ、β−グルカンの平均分子量は上述した範囲内である。前記産物は、穀物の不溶性繊維および他の原料の不溶性成分も含有する。
【００４６】
本発明のさらなる実施形態において、加水分解により得られるβ−グルカン産物（中和されてよい）は乾燥され、それにより乾燥されたβ−グルカン産物が得られ、β−グルカンの分子量は上述した範囲内である。得られた産物は、異なる食品への適用に対して有用なβ−グルカンを含有する半完成品である。この産物は、不溶性の穀物繊維、ならびに出発物質として使用される穀物（例えばオオムギ）の固有のフレーバーおよび明るい色が産物中に残っている。
【００４７】
本発明の他の実施形態において、加水分解により得られるβ−グルカン産物は、水での抽出に供され、例えば５〜２０％の乾燥物質含量である。前記抽出は、典型的に、低い温度（例えば６０℃以下）で、強い剪断力のもとで同時に混合することにより行われる。穀物の不溶性繊維を含有する乾燥物質は、中でも、抽出混合物から分離される。分離は、例えば遠心分離またはろ過により行われてよい。β−グルカン溶液が得られ、β−グルカンの平均分子量は上述した範囲内であり、不溶性の繊維を含有しない。分離された不溶性の乾燥物質は、例えば飼料として使用するのに有用である。
【００４８】
前記抽出により得られる溶液は、望ましい場合、清澄および活性炭での処理に供されてよい。
【００４９】
前記抽出により得られる（任意に清澄された）溶液は、加水分解に使用されるリン酸のような酸を含有し、例えば水酸化カルシウムのような塩基で中和されてよい。中和において、溶液のｐＨは例えば６．５の最終値まで上昇される。乾燥物質は、例えばろ過により中和混合物から分離される。加水分解酸としてリン酸が使用される場合、得られる乾燥物質は、主にリン酸カルシウムである。分離されたリン酸カルシウムは、回収され、例えば肥料として使用されてよい。乾燥物質のろ過の後に得られるβ−グルカン溶液は、例えばＵＨＴ処理により安定化されてよい。中和され、安定化されたβ−グルカン溶液が得られ、β−グルカンの分子量は上述した範囲内であり、不溶性繊維を含有しない。前記溶液は、例えば異なる飲料中に混合される飲料成分として有用である。
【００５０】
本発明のさらなる実施形態において、前記方法はさらに、β−グルカンの平均分子量Ｍｗを、例えば５，０００〜５０，０００ｇ／ｍｌの範囲にさらに低減するための第２の酸加水分解を含んでよい。この第２の酸加水分解は、通常、上述した水抽出および乾燥物質（不溶性繊維）の分離の後に行われる。前記第２の酸加水分解は、一般的に、上昇した温度（例えば９０℃）において、通常の酸加水分解として行われる。加水分解時間は、例えば１時間であってよい。加水分解において使用される酸は、第１の加水分解ステップで使用したものと同じであってよい。
【００５１】
そのように得られたさらに加水分解されたβ−グルカン産物は、清澄、中和および固体物質の分離により、上記と同様の方法でさらに処理されてよい。これは、例えばフィルムろ過または蒸発による脱水を伴ってよく、その後に、得られる濃縮物質を、例えばＵＨＴ処理で安定化してよい。中和されたβ−グルカン産物が得られ、β−グルカンの平均分子量Ｍｗは、典型的に５，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であり、不溶性繊維を含有しない。前記産物は、例えば異なる飲料中に混合される飲料成分として有用である。
【００５２】
そのように得られたβ−グルカン産物において、β−グルカンの平均分子量Ｍｗは、例えば２０，０００ｇ／ｍｏｌのオーダーであり、β−グルカンは、エタノール処理により沈殿させてよい。沈殿は、例えば約８０％のエタノールを用いて、同時に混合しながら行われてよい。固体の沈殿物は、溶液から分離され、加熱しながら水で抽出され、不溶性の固体物質が分離される（例えば飼料として使用される）。得られたβ−グルカン含有溶液は、安定化され、β−グルカン溶液を産生し、β−グルカンの平均分子量Ｍｗは、典型的に２，０００〜２０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内である。前記産物は、例えば異なる飲料中に混合される飲料成分として有用である。
【００５３】
本発明は、加工食品、ベーカリー製品（例えばスナック）、乳製品（例えばヨーグルト）スプレッドならびに健康飲料およびベリージュースのような飲料等の食品の製造における、機能的な補助剤としての本発明の方法により得られるβ−グルカンの使用にも関する。本発明の方法により得られるβ−グルカン産物を機能的な補助剤として使用することによる飲料および他の食品の製造は、既知の態様で実施される。
【００５４】
分子量を含むβ−グルカンの特徴は、本発明の方法により製造されるβ−グルカン配合物が飲料のような食品に混合された場合にも不変のままであることが分かった。β−グルカンの溶解性が改善されたこと、すなわち、本発明の方法により製造されるβ−グルカン配合物を使用することにより、より多くのβ−グルカンを飲料中に溶解させることができることも分かった。それ故、本発明の方法を使用した場合、多量の植物ベースのβ−グルカンを溶解形態にすることができる。β−グルカン含量が５％まで上昇した飲料が製造された。
【００５５】
本発明はさらに、５，０００〜３６０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内の平均分子量Ｍｗを有する分解されたβ−グルカンを提供し、そのＧｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比は、天然のβ−グルカンのＧｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比と同じであり、好ましくは、Ｇｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比は２〜３：１である。分解されたβ−グルカンは、好ましくは、１０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内の平均分子量Ｍｗを有し、好ましくは２０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であり、分解されたβ−グルカンの分子量の多分散性Ｍｗ／Ｍｎは１０未満であり、好ましくは８未満であり、特に５未満である。
【００５６】
以下の実施例は、説明することを意図しており、本発明を限定するものではない。
以下の出発物質、装置および一般的な方法は、実施例において使用された。
【００５７】
試験は、ＡＰＶ１９／２５二軸スクリュー押し出し機（製造者ＡＰＶ）において行われた。４つの異なるβ−グルカン濃縮物が、押し出し機に導入された：（１）２２％のβ−グルカン含量を有するβ−グルカン含有粉末（製造者Raisio Group）、（２）ＶＴＴ方法（WO/2008/096044に記載されている）により製造された３３％のβ−グルカン含量を有するβ−グルカン含有粉末、（３）５０％のβ−グルカン含量を有するビスコファイバー（Viscofiber）繊維濃縮物（製造者Cevena）、（４）２２％のβ−グルカン含量を有するポリセル（Polycell）オオムギ繊維（製造者Polycell）。押し出し機における滞留時間は、１．１〜３．３分であった。
【００５８】
押し出し機から得られるβ−グルカンの分子量は、分子の重量に関して重点を置いた平均分子量Ｍｗおよび分子の数に関して重点を置いた平均分子量Ｍｎとして評価された。これらは、特に言及しない限り、プルラン標準に基づいて、サイズ排除クロマトグラフィーにより評価された。
【００５９】
飲料製品は、押し出し機により得られた加水分解されたβ−グルカン含有繊維塊を、水または０．４重量％リン酸に７〜２０重量％の濃度で懸濁することにより製造された。抽出における水溶液のｐＨは、２．５〜４であった。
【００６０】
そのように得られた混合物は、剪断刃を具備する混合機で１５〜３０秒間混合された。β−グルカン画分は、遠心力（２，０００〜３，０００Ｇ）により、不溶性の殻等の物質から分離された。得られた水溶液画分は、紙フィルター等を通してろ過することにより、例えば、ワットマン３フィルターペーパーを通した水吸引でろ過することにより、浄化された。溶液中のリン酸は、Ｃａ(ＯＨ)２を用いて沈殿させ、遠心分離またはろ過により溶液から分離された。
【００６１】
ろ過されたβ−グルカン溶液の量は、押し出された繊維塊の１．５〜５倍であった。可溶性の乾燥物質のβ−グルカンの割合は約５０％であり、溶液中のその濃度は１〜５％であってよい。
【実施例】
【００６２】
例１
Raisio Yhtymaから入手した22％のβ−グルカン含量を有するオートムギ繊維を、出発物質として使用した。粉末を押し出し機に導入する速さは、前処理しない試験において20 g／分であった。オートムギ繊維は、オートムギ繊維1 kg当り0,3 kgの8％ H3PO4を用いて40℃で1時間、Auran Metalli LTD.により製造されたVTT前処理装置において前処理された。チューブの供給ポイントにおける加熱要素の温度は85℃であり、注入口からダイへの次の３つの加熱要素の温度は変化させた。全ての試験において、押し出し機のスクリューの回転速度は75rpmとした。押し出し物は、熱交換体ダイで冷却した。
【００６３】
試験条件は、表１に示す。温度Ｔ１→Ｔ４は、ダイから開始する押し出し機のチューブ加熱領域である。押し出し物における乾燥物質含量は、約５０〜５７％であった。前処理されたオートムギ繊維の供給は、28g／分であり、8％ H3PO4溶液の量は12 g/分であった。
【００６４】
表１は、押し出しパラメータの関数として得られる押し出し物のβ−グルカンの分子量分布を示す。
【表１】
【００６５】
例２
以下の加水分解産物は、VTT法（WO/2008/096044）により製造されたβ−グルカン含有粉末を使用した。そのβ−グルカン含量は３３％であり、β−グルカンの分子量（Ｍｗ）950 000 g/molであった。結果は表２に示し、β−グルカン含有粉末は、はじめに8％ H3PO4 溶液で前処理され、0.3 g / g繊維濃縮物の量で添加された。前処理されたオートムギの供給は24 g /分であり、8％ H3PO4溶液12 g/分の量であった。
【表２】
【００６６】
β−グルカンの分子量をさらに減少させるために、前処理されたβ−グルカン含有粉末（33％β−グルカン）を前処理し（1 gのオートムギ繊維当り0.3 gの8％ H3PO4、40℃、1時間）、表３において説明するようにより濃縮された酸で押し出した。前処理されたオートムギ繊維の供給は、24 g /分であった。H3PO4溶液の量および濃度は、12〜3 ml/分および8％〜32％までそれぞれ変化させ、温度は130または155℃とした。
【表３】
【００６７】
例３
加水分解される第３のβ−グルカン含有物質は、50％のβ−グルカン含量の商業的なCevene Viscofiber繊維であった。２つの試験は、前記繊維を用いて行った。粉状の繊維原料は、20 g／分の速さで押し出し機に導入され、酸溶液の供給は20 ml／分であった（8％リン酸）。押し出しは、前処理なしで行った。
【００６８】
以下の表４において、温度Ｔ１→Ｔ４は、ダイから開始する押し出し機のチューブ加熱領域である。押し出し物中の乾燥物質含量は、約50％であった。
【表４】
【００６９】
値は、プルラン標準に基づいて、サイズ排除クロマトグラフィーにより決定した。
【００７０】
例４
加水分解される第４の繊維は、22％のβ−グルカン含量を有し、200,000のＭｗを有するPolycellオオムギ繊維であった。
【００７１】
粉状の繊維原料を20 g／分の速さで押し出し機に導入し、4％リン酸の供給速度は20 ml／分とした。前処理は行わなかった。
【００７２】
以下の表５において、温度Ｔ１→Ｔ４は、ダイから開始する押し出し機のチューブ加熱領域である。押し出し物における乾燥物質含量は、約50％であった。
【００７３】
表４の分子量は、カラムの後に蛍光検出器と共にカルコフロール染色（calco-fluor coloring）を用いることによるサイズ排除クロマトグラフィーにより決定した。分子量決定のための検量線は、既知のβ−グルカン標準を用いることにより行い、その分子サイズは、レーザー光散乱により決定した。
【表５】
【００７４】
例５
ＶＴＴ法（WO/2008/096044）により製造されたオートムギ繊維は、酸溶液で前処理し、加圧した容器中において、温度を上昇させ、機械的なエネルギーなく、可塑化させることなく、粉末として熱処理した。
【表６】
【００７５】
例６
β−グルカン試料のＮＭＲ分析
15 kDのβ−グルカン画分は、本発明の方法に従って調製した。予備的な分析は、かなりの量のデンプンを含有することを示した。可溶性の成分のＮＭＲ分析を単純化するために、デンプンはアミログルコシダーゼを用いた消化により除去され、その後、透析により低いＭＷ産物を除去し、以下に示すように得た：100 mgのβ−グルカンは10 mlの50 mM Na-酢酸塩にpH 5.0において溶解された。16 Uのアミログルコシダーゼ（Aspergillus niger, Calbiochem）が添加され、＋37℃で一晩反応を行った。反応は、5分間煮沸することにより停止させた。低分子量物質は、MWCO 2000透析チューブを用いて水に対して透析することにより除去された。NMR分析の前に、試料は、BondElut C18 (Varian, Inc.)における固相抽出によりさらに精製された。
【００７６】
主要なブランドのβ−グルカン試料は、比較物質を調製するために同様に処理された。このβ−グルカンは、セルロース型のエンドグルカナーゼを用いた酵素加水分解により調製された。
【００７７】
β−グルカン画分のNMRスペクトルを図１に示す。β−グルカン鎖残基（Glcβ1,4およびGlcβ1,3）は、図に示されているような特徴的な位置において共鳴する。シグナル強度を比較することにより、β−グルカン画分における単位の相対的な量を見積もることが可能である。このタイプの分析は、酸加水分解された物質（パネルＡ）が約2.5:1のGlcβ1,4：Glcβ1,3比を示す一方で、酵素処理により製造された主要なブランドのβ−グルカンは、1：1に近いGlcβ1,4：Glcβ1,3比を示すことを示す。
【００７８】
図１における帰属は、二次元のNMR分析により検証した。COSY試験は、4.75ppmにおけるGlcβ1,3 H-1 シグナルが3.37 ppm （Glcβ1,3 H-2シグナル）においてクロスピークを有することを示した。しかしながら、Glcβ1,4 H-1シグナルは、3.51 ppmおよび3.35 ppmに2つのクロスピークを示し、2つの同一でないH-2単位を示す。これらは、Glcβ1,4またはGlcβ1,3単位により置換されるGlcβ1,4残基から生じる。Glcβ1,3Glcβ1,4 配列において、Glcβ1,4残基は3.51ppmにH-2シグナルを示し、一方、4-置換Glcβ1,4単位 H-2 シグナル残基は3.35 ppmであった。
【００７９】
両方のスペクトルにおいて、Glcβ1,4 H-1シグナルと部分的に重なっている主要なシグナルは、キシランに帰属した。これらの画分におけるキシロースの存在は、物質の酸全体の加水分解により検証され、続いて、高pH陰イオン交換クロマトグラフィーによる単糖分析により検証された。
【００８０】
参考文献
Tosh, S.M. et al., Gelation characteristics of acid-hydrolyzed oat β-glucan solutions solubilized at a range of temperatures, Food Hydrocolloids, Vol. 17, No 4., 523-527, 2003.
Roubroeks, J.P. et al., Molecular weight, structure and shape of oat (1→3),(1→4)-β-D-glucan fractions obtained by enzymatic degradation with (1→4)-β-D-glucan 4-glucanohydrolase from Trichoderma reesei. Carbohydrate Polymers, Vol. 46, No 3., p. 275-285, 2001.
Johansson, L., et al., Hydrolysis of β-glucan, Food Chemistry, Vol. 97, No 1., p. 71-79, 2006.
WO 2004/086878 A2, Improved dietary fiber containing materials comprising low molecular weight glucan, Zheng, G-H. et al., Cargill Incorporated, publ. 14 October 2004.
WO 2005/12051 A1, Method for extracting a cereal constituent, Lov, J. et al., Oy Glubikan Ab, publ. 22 December 2005.
US 6 210 722 B1, Extruded intermediates containing a soluble fiber and food products containing same, Wullschleger, R. D. et al., Kellog Company, granted 3 April 2001.
US 2004/0001907 A1, Preparation of high viscosity β-glucan concentrates, Vasanthan et al., publ. 1 January 2004.
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物ベースのβ−グルカンを、制御された態様で減少した分子サイズに分解する方法であって、β−グルカンを、粉末様形態またはこね粉塊の形態で、閉じられた空間において、圧力下、酸溶液の存在下、上昇した温度での加水分解に供し、その後冷却することにより、分解されたβ−グルカン産物を得ることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記分解されたβ−グルカンの分子量の多分散性Ｍｗ／Ｍｎは１０未満であり、好ましくは８未満であり、特に５未満であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、前記分解されたβ−グルカンの平均分子量Ｍｗは、５，０００〜３６０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であり、好ましくは１０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であり、特に２０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法であって、前記β−グルカンは、植物ベースであり、好ましくはオートムギベースまたはオオムギベースのβ−グルカンであることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記β−グルカンは、１０％より高いβ−グルカン含量を有するβ−グルカン濃縮物の形態であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法であって、押し出しによる加水分解または加圧容器中での加水分解を行うことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法であって、前記酸溶液はリン酸溶液であることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記酸の濃度は２〜１５％、好ましくは３〜１０％であることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法であって、前記上昇した温度は８０〜１５０℃であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法であって、前記加水分解の時間は、押し出しの場合０．５〜３分であり、加圧容器の場合０．５〜４８時間であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法であって、前記加水分解は３０〜７０％、好ましくは４０〜６０％の乾燥物質含量で行うことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法であって、前記加水分解は３０〜６０％、好ましくは３０〜５０％の水含量で行うことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法であって、前記圧力は１．５〜１０ｂａｒの範囲内であることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法であって、前記冷却は４０℃未満の温度まで行うことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法であって、前記方法は、冷却の前に塩基で中和し、中和され且つ分解されたβ−グルカン産物を得ることをさらに含んでなることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法であって、得られたβ−グルカンを、望ましい順序で以下の方法の１以上にさらに供することを特徴とする方法：酸溶液を混合すること、塩基で中和すること、乾燥すること、水で抽出すること、固体物質を分離すること、分級すること、活性炭処理を行うこと、新たな酸加水分解を行うこと、熱安定化を行うことおよび／またはエタノールで沈殿させること。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の方法であって、得られたβ−グルカン産物を乾燥することにより、分解されたβ−グルカンを含有する乾燥産物を得ることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１５または１６に記載の方法であって、得られたβ−グルカン産物を水での抽出に供し、固体物質を分離することにより、分解されたβ−グルカンを含有し、不溶性繊維を含有しない溶液を得ることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記β−グルカン溶液を乾燥することにより、分解されたβ−グルカンを含有し、不溶性繊維を含有しない乾燥産物を得ることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１６および１９に記載の方法であって、前記β−グルカン溶液を塩基での中和に供し、固体物質を分離することにより、不溶性繊維を含有しない中和されたβ−グルカン溶液を得ることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の方法であって、前記得られた産物中の分解されたβ−グルカンの平均分子量Ｍｗは、５，０００〜３６０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であり、好ましくは１０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であり、特に２０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１８または２０に記載の方法であって、前記β−グルカン溶液を、酸溶液を用いた新たな加水分解に供することを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記加水分解により得られたβ−グルカン産物を、塩基での中和および固体物質の分離に供することを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、前記中和により得られたβ−グルカン溶液を脱水に供することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１８、２０または２３に記載の方法であって、前記得られた産物を熱安定化することを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２０、２４または２５に記載の方法であって、前記β−グルカン産物をエタノールで沈殿させ、沈殿したβ−グルカンを分離し、それを水中で抽出することを特徴とする方法。
【請求項２７】
食品の製造における機能的な補助剤としての、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の方法により得られるβ−グルカン産物の使用。
【請求項２８】
請求項２７に記載の使用であって、前記食品は飲料であることを特徴とする使用。
【請求項２９】
５，０００〜３６０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内の平均分子量Ｍｗを有する分解されたβ−グルカンであって、Ｇｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比は、天然のβ−グルカンにおけるＧｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比と同じであることを特徴とする分解されたβ−グルカン。
【請求項３０】
請求項２９に記載の分解されたβ−グルカンであって、前記Ｇｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比は２〜３：１であることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２９または３０に記載の分解されたβ−グルカンであって、前記平均分子量Ｍｗは、１０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であり、好ましくは２０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であることを特徴とする分解されたβ−グルカン。
【請求項３２】
請求項２９〜３１のいずれか１項に記載の分解されたβ−グルカンであって、分子量の多分散性Ｍｗ／Ｍｎが１０未満であり、好ましくは８未満であり、特に５未満であることを特徴とする分解されたβ−グルカン。
【請求項１】
植物ベースのβ−グルカンを、制御された態様で減少した分子サイズに分解する方法であって、β−グルカンを、粉末様形態またはこね粉塊の形態で、閉じられた空間において、圧力下、酸溶液の存在下、上昇した温度での加水分解に供し、その後冷却することにより、分解されたβ−グルカン産物を得ることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記分解されたβ−グルカンの分子量の多分散性Ｍｗ／Ｍｎは１０未満であり、好ましくは８未満であり、特に５未満であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、前記分解されたβ−グルカンの平均分子量Ｍｗは、５，０００〜３６０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であり、好ましくは１０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であり、特に２０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法であって、前記β−グルカンは、植物ベースであり、好ましくはオートムギベースまたはオオムギベースのβ−グルカンであることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記β−グルカンは、１０％より高いβ−グルカン含量を有するβ−グルカン濃縮物の形態であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法であって、押し出しによる加水分解または加圧容器中での加水分解を行うことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法であって、前記酸溶液はリン酸溶液であることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記酸の濃度は２〜１５％、好ましくは３〜１０％であることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法であって、前記上昇した温度は８０〜１５０℃であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法であって、前記加水分解の時間は、押し出しの場合０．５〜３分であり、加圧容器の場合０．５〜４８時間であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法であって、前記加水分解は３０〜７０％、好ましくは４０〜６０％の乾燥物質含量で行うことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法であって、前記加水分解は３０〜６０％、好ましくは３０〜５０％の水含量で行うことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法であって、前記圧力は１．５〜１０ｂａｒの範囲内であることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法であって、前記冷却は４０℃未満の温度まで行うことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法であって、前記方法は、冷却の前に塩基で中和し、中和され且つ分解されたβ−グルカン産物を得ることをさらに含んでなることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法であって、得られたβ−グルカンを、望ましい順序で以下の方法の１以上にさらに供することを特徴とする方法：酸溶液を混合すること、塩基で中和すること、乾燥すること、水で抽出すること、固体物質を分離すること、分級すること、活性炭処理を行うこと、新たな酸加水分解を行うこと、熱安定化を行うことおよび／またはエタノールで沈殿させること。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の方法であって、得られたβ−グルカン産物を乾燥することにより、分解されたβ−グルカンを含有する乾燥産物を得ることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１５または１６に記載の方法であって、得られたβ−グルカン産物を水での抽出に供し、固体物質を分離することにより、分解されたβ−グルカンを含有し、不溶性繊維を含有しない溶液を得ることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記β−グルカン溶液を乾燥することにより、分解されたβ−グルカンを含有し、不溶性繊維を含有しない乾燥産物を得ることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１６および１９に記載の方法であって、前記β−グルカン溶液を塩基での中和に供し、固体物質を分離することにより、不溶性繊維を含有しない中和されたβ−グルカン溶液を得ることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の方法であって、前記得られた産物中の分解されたβ−グルカンの平均分子量Ｍｗは、５，０００〜３６０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であり、好ましくは１０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であり、特に２０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１８または２０に記載の方法であって、前記β−グルカン溶液を、酸溶液を用いた新たな加水分解に供することを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記加水分解により得られたβ−グルカン産物を、塩基での中和および固体物質の分離に供することを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、前記中和により得られたβ−グルカン溶液を脱水に供することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１８、２０または２３に記載の方法であって、前記得られた産物を熱安定化することを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２０、２４または２５に記載の方法であって、前記β−グルカン産物をエタノールで沈殿させ、沈殿したβ−グルカンを分離し、それを水中で抽出することを特徴とする方法。
【請求項２７】
食品の製造における機能的な補助剤としての、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の方法により得られるβ−グルカン産物の使用。
【請求項２８】
請求項２７に記載の使用であって、前記食品は飲料であることを特徴とする使用。
【請求項２９】
５，０００〜３６０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内の平均分子量Ｍｗを有する分解されたβ−グルカンであって、Ｇｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比は、天然のβ−グルカンにおけるＧｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比と同じであることを特徴とする分解されたβ−グルカン。
【請求項３０】
請求項２９に記載の分解されたβ−グルカンであって、前記Ｇｌｃβ１，４：Ｇｌｃβ１，３比は２〜３：１であることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２９または３０に記載の分解されたβ−グルカンであって、前記平均分子量Ｍｗは、１０，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であり、好ましくは２０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲内であることを特徴とする分解されたβ−グルカン。
【請求項３２】
請求項２９〜３１のいずれか１項に記載の分解されたβ−グルカンであって、分子量の多分散性Ｍｗ／Ｍｎが１０未満であり、好ましくは８未満であり、特に５未満であることを特徴とする分解されたβ−グルカン。
【図１】
【公表番号】特表２０１１−５０６７３６（Ｐ２０１１−５０６７３６Ａ）
【公表日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３８８２０（Ｐ２０１０−５３８８２０）
【出願日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＩ２００８／０５０７６８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７７６５９
【国際公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（５０１３７４３９０）バルティオン テクニリーネン トゥトキムスケスクス (16)
【出願人】（５１０１７２９９６）
【氏名又は名称原語表記】Ｇｌｙｋｏｓ Ｆｉｎｌａｎｄ Ｏｙ
【住所又は居所原語表記】Ｖｉｉｋｉｎｋａａｒｉ ６， ＦＩ−００７９０ Ｈｅｌｓｉｎｋｉ， Ｆｉｎｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＩ２００８／０５０７６８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７７６５９
【国際公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（５０１３７４３９０）バルティオン テクニリーネン トゥトキムスケスクス (16)
【出願人】（５１０１７２９９６）
【氏名又は名称原語表記】Ｇｌｙｋｏｓ Ｆｉｎｌａｎｄ Ｏｙ
【住所又は居所原語表記】Ｖｉｉｋｉｎｋａａｒｉ ６， ＦＩ−００７９０ Ｈｅｌｓｉｎｋｉ， Ｆｉｎｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
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