本发明涉及提高了可溶性饮食纤维含量的改性纤维物质，优选 豆科植物或谷物纤维物质，以及制备该纤维物质的方法。
饮食纤维作为人类饮食中重要的组成已经为人们所认识，因此 多种食品已经含有作为添加成分的饮食纤维源。添加的纤维源作为 一种成分添加到食品中以增加食品的总饮食纤维含量。术语“总饮食 纤维”通常指不溶性饮食纤维和可溶性饮食纤维两类，它们是用按 照“Journal of the Association of Official Anatyli- cal Chemists 75(3)，第395页(1992)中陈述的方法分析所得的 分析值来表示的。一般地说，术语不溶性饮食纤维指由纤维素、木 质素和半纤维素组成的纤维部分，它们通常在水中不溶解或不溶胀 的。术语可溶性饮食纤信一般指非纤维素多糖、果胶、植物胶和粘液 液，它们通常是水可溶的或水可溶胀的。虽然每一种纤维的具体营 养价值并不完全为人们所了解，许多营养专家认为可溶性和不溶性 饮食纤维的平衡是有益的。虽然从谷类作物，特别从豆科植物获得 的纤维主要是不溶性纤维，但是当将其加到要求细腻或奶油状组织 的食物中时高百分比不溶性纤维意味着会产生物理或组织问题。不 溶性纤维具有更为明显的砂粒状组织性质，对于饮料来说也意味着 有溶解度或分散性问题。因此提高纤维源中可溶性纤维的含量对改 善纤维物质的总体感官或物理特性并对提供一种能方便地加到饮 料、汤、酸性稀奶油、肉糜或其它类似产品中的纤维源是有利的。
豆科植物或谷物纤维物质，特别是大豆纤维物质通常有两种类 型，其一是仅仅取自外皮，其二是通常包裹着在大豆物质(如来自脱 脂或去皮大豆制的大豆碎片)中的蛋白质颗粒的纤维素或半纤维 素物质。后一纤维或纤维素部分通常是由将大豆碎片分散在水介质 中并加碱调节pH的传统方法制备大豆分离蛋白后留下的。蛋白质 基本上溶于水溶液中而不溶的残渣是由不溶于碱的纤维素或半纤维 素物质所组成的。这些不溶的固体常称为“废弃片渣(Spent flaske residne)”。将该不溶性部分洗净并干燥，得到较高不溶性饮 食纤维含量和较低可溶性饮食纤维含量的大豆饮食纤维物质。例 如，该物质中总饮食纤维的典型含量超过70％(重量)，其中含约 90％或高于90％的不溶性饮食纤维和10％或少于10％可溶性饮食 纤维。
因此本发明的目的是提供提高了可溶性饮食纤维含量的纤维 物质。
本发明的目的是提供提高了可溶性饮食纤维含量的豆科植物或 谷物纤维物质。
本发明的另一个目的是提供制备提高可溶性饮食纤维含量的纤 维物质的方法。
本发明还有一个目的是提供制备提高了可溶性饮食纤维含量并 具有改善的物理或组织特性的豆科植物或谷物纤维物质的方法。
本发明的上述和其它目的通过以下所作的详细说明将更为显而 易见。
本发明涉及提高了水溶性饮食纤维含量的纤维物质及制备形成 该纤维物质的含水料浆的纤维物质的方法，优选豆科植物或谷物纤 维物质，最优选的大豆纤维物质如“废弃片渣”，它是大豆碎片经基本 上提取蛋白质后留下的纤维性残留物。然后通过添加可食用酸来调 整料浆的pH至低于约4.5，优选低于约3.5。然后将料浆在足以提 高纤维物质中可溶性饮食纤维的含量的温度加热足够长时间。pH、 温度和时间是相互关联的，较低的pH可能需要较低的温度，而较高 的pH可能需要较高的温度，在每种情况下加热时间可从在较高温 度下几秒钟至在室温下约16-18小时不等。在这些条件下能显著 地增加可溶性饮食纤维的含量，对于大豆纤维可从低于总饮食纤维 含量的10％增至总饮食纤维含量的至少30％或更高。处于液体中的 改性纤维具有高得多的粘度及改善的物理特性，该特性能使纤维易 于悬浮在水介质(如具有十分细腻和奶油状口感的饮料)中。在物理 特性方面这一意想不到的改善，克服了使用豆科植物纤维物质时由 于在豆科植物纤维中通常有较高含量的不溶性饮食纤维所引起的许 多组织问题。酸化和加热后可将改性的纤维物质脱水，优选喷雾干 燥法获得干燥的食品配料成分，当在水介质中再润湿后，它能保持脱 水前达到的高粘度和所希望的物理特性。即使酸化的物质在脱水 前已被中和，仍能保留这些改善的物理性质。
作为实例，改性前的大豆纤维物质中的总饮食纤维含量为约 80％(重量)，其中约95％是不溶性饮食纤维，仅约5％是可溶性饮 食纤维。由于同样的原因，未改性大豆纤维物质的密度为约10Ib/ ft3(0.16g/cm3)粘度(4％固体、室温下)为约20厘泊。按照本发明改 性后，改性后的大豆纤维物质仍将含有约80％(以大豆纤维物质重 量计)的总饮食纤维，但是，大豆纤维物质中总饮食纤维量的约50％ 为不溶性饮食纤维、而接近50％的总饮食纤维量为可溶性饮食纤 维。此外，改性后4％料浆在室温下的粘度是约12000厘泊，这表明 粘度惊人地大大增加了。改性大豆纤维物质料浆的粘度将随改性的 条件而变化，因为按照本发明进行的大豆纤维改性导致在反应初 期粘度显著增加，该反应随后会减弱。
用作本发明原料的纤维物质可选自各种豆科植物纤维(如取于 豆科植物的外皮或子叶的大豆及豌豆纤维)以及各种谷物纤维(如谷 物糠等)。最优选的原材料包括“大豆废弃片渣”或经大量提取蛋白 质如按传统方法制造大豆分离蛋白的方法后残留的纤维部分。通常 供大豆分离法用的原材料是已脱豆皮的大豆碎片。该大豆碎片在被 用于分离工序之前也要用溶剂如己烷或醇脱脂。
已大量除去蛋白质的废弃片渣在加工前一般要作除去可能偶然 混入原材料中的碎屑或其它杂质的处理以改进期白度。在英国专利 NO.2,020,666中叙述了常用的和优选的除去废弃片渣中任何外 来杂质的优选方法。如前面指出的，用于本发明方法优选的大豆纤 维物质其蛋白质含量以干重量计为约14％、灰分为约4％(以干重 量计)、密度为约15Ib/ft3(0.29g/cm3)和室温下为4％固体料浆的 粘度为约20厘泊。
为了便于加工，将优选的纤维物质如大豆废弃片渣无论是脱水 的或含水的制成达最大固含量的含水料浆，固含量优选至少约4％( 重量)，优选约7-14％(重量)。
其后将豆科植物纤维物质或废弃豆片渣的含水料浆的pH用食 用酸调整至低于约4.5，优选低于约3.5。最优选的pH范围是约2. 0与3.0之间。用作酸化的食用酸在本发明中不是重要的，可从包括 磷酸和盐酸在内的各种用于本目的的酸中选择。
纤维物质料浆的pH调整后，然后加热料浆，其加热时间和温度 足以改变纤维物质的物理特性和提高可溶性饮食纤维的含量，对于 大豆纤维物质来说，总饮食纤维中可溶性饮食纤维含量从低于约 10％(重量)提高到至少约30％(重量)或更高。实际上，对于大豆纤 维来说，在原材料的总饮食纤维中的可溶性饮食纤维含量达到约 50％或更高也不是不常见的。对于豌豆皮或谷物纤维，可溶性饮食 纤维在外皮总饮食纤维中的含量仅能从约5％提高到约20％或再高 些。对于来源于豌豆子叶的豌豆纤维，其可溶性饮食纤维的提高至 少达到与大豆废弃片渣同样的程度。
加热时间、温度的范围是相当宽的，可从较高温度下的几秒钟 到室温下的一夜(12-16小时)，其变化取决于pH。优选的时间和温 度在优选的pH范围内为约180°-310°F(82℃-141℃)下约几秒钟 至约30分钟。
纤维物质经加热处理和改性后，改性纤维被中和并脱水。虽然 中和不是必需的，然而为了易于加工和味道，中和是需要的。通常改 性纤维物质的pH是用添加食用碱如氢氧化钠调整到约7.0。虽然 用于改性大豆纤维脱水的确切方法不是关键，但喷雾干燥法脱水是 优选的，包括喷雾干燥时间、温度的恰当条件是常规的并为本领域 技术熟练人员所熟知。
改性纤维及优选的改性大豆纤维物质，在脱水后可作为添加成 分和饮食纤维源用于各种食品。由于该纤维物质的可溶性饮食纤维 含量已经有惊人的提高以及其物理特性的改善，因此本发明的改性 纤维物质是非常适用于添加到常由于砂粒状组织损害外观和组织的 食品中。可将本发明的改性纤维物质加到包括饮料如果汁、牛奶、酸 性稀奶油、冷冻甜食、汤和乳化肉糜如热狗的一般产品中。本发明的 纤维物质也适用于其它类型食品如烘烤食物等。由于本发明的改性 纤维物质改进了物理特性和提高了可溶性饮食纤维含量因此在许多 其它类型的食物中的应用也是可能的。
下述实施例是对本发明实施方案的具体说明，。但不是把本发明 限制在具体的实施方案中。
实施例1
按照英国专利2,020,666将1710Ib总固体含量7.5％(重 量)、pH为8.98的剩余豆渣含水料浆洗净。在200Ib洗净的料浆中 加入175ml浓盐酸将其pH调整至7.0。然后将此调整过pH的料 浆用蒸汽热压蒸煮法在约305°F(151.7℃)灭菌约9秒钟。接着将料 浆在排出温度为200°F(93.3℃)下喷雾干燥。该部分称为未经处理 的对照样品。
向第二份1510Ib废弃豆片渣料浆中加入1160ml浓盐酸调整其 pH至4.0。调整pH后的料浆总固体含量为6.9％(重量)，然后通入 蒸汽加热料浆至约180°F(82℃)加热30分钟。然后如上所述方法将 200Ib加热过的料浆经灭菌和喷雾干燥，称这部分为样品2。另取 200Ib料浆首先加入50％氢氧化钠溶液中和至pH约7.0，然后按 上述方法用蒸汽加压蒸煮法灭菌和喷雾干燥，这部分称为样品3。
在1100Ib pH值为4.0废弃豆片渣的含水料浆中加入浓盐酸 调整其pH至2.5。取200Ib料浆按上述条件在蒸汽加压蒸煮锅中灭 菌后喷雾干燥，这部分称为样品4。取另外200Ib在180°F(82℃)下 加热30分钟，然后按上述条件经蒸汽加压蒸煮灭菌及喷雾干燥，这 部分称为样品5。
再取200Ib为2.5的料浆通入蒸汽于180°F(82℃)加热30分 钟，然后加入50％氢氧化钠溶液中和至pH约7.0，接着按上述条件 经蒸汽蒸煮灭菌及喷雾干燥，这部分称为样品6。
再取200Ib pH为2.5的料浆通入蒸汽于180°F(82℃)加热 30分钟，加入50％氢氧化钠溶液中和至pH约7.0，然后按上述条 件喷雾干燥，这部分称为样品7。
包括对照样品在内的所有样品都按照JAOAC75(3),P395 (1992)所述的方法就总饮食纤维、不溶性饮食纤维、可溶性饮食纤维 进行评估及分析。
也对所有样品就蛋白质、水分、灰分、密度和粘度(4％固体、室 温下)进行分析。所有结果列于表1，分析值以产物的干重量计。
表1 样品 处理 P 水分 (％) 蛋白质 (％干重) 饮食纤维(％干重计) 灰分 800℃ 密度 (Ib./ft3) (CPS) 粘度 不溶 可溶 总量 对照样品 2 3 4 5 6 7 7.0 4.0 4.0 2.5 2.5 2.5 2.5 5.65 8.68 5.54 5.65 5.57 6.15 5.98 12.5 12.8 13.4 13.6 13.4 12.8 12.8 78.3 75.9 76.9 27.5 26.3 37.8 37.6 4.7 7.4 2.1 41.6 42.5 39.1 39.8 83.0 83.3 79.0 69.1 68.8 76.9 77.4 1.10 1.86 2.23 ＜0.2 1.47 4.50 4.67 10.9 15.4 11.1 25.4 25.8 28.0 27.1 12.5 32.6 13.1 13.100 12.900 17.000 12.300
从分析结果可见经pH为2.5处理过的样品显著地增加了可 溶性饮食纤维含量，随之其粘度和密度也大大地提高了。
实施例2
按实施例1中所述方法洗净的含总固体为6.3-7.2％(重 量)的1030Ib废弃豆片渣分成七份，每份分别以A-G表示，蒸汽 加压蒸煮灭菌的pH、温度和保持的时间列于表2。向经蒸汽加压蒸 煮灭菌后的每一样品加入50％氢氧加钠溶液中和至pH约7，然后 在喷雾温度200°F(93.3℃)下进行喷雾干燥。每份处理过的样品按 实施例1所述方法分析其总饮食纤维、不溶性饮食纤维和可溶性饮 食纤维含量。对每份样品按实施例1所述方法还进行水分、灰分、蛋 白质和粘度(2％固体)的测定。包括样品处理条件在内的分析结果列 于表2。
表2 样品 处理条件 水分 (％) 蛋白质 (％) 灰分 (％) 饮食纤维，％干重计 (cps) 粘度 料浆 pH 蒸汽加压蒸煮锅 不溶 可溶 总重 温度(°F) 时间(sec) A B C D E F G 3.0 3.0 3.0 3.8 3.8 4.5 4.5 250 250 305 250 305 250 305 9 23 23 23 23 23 23 5.67 5.60 5.89 5.30 5.71 5.20 5.40 11.7 11.8 12.6 11.9 12.6 12.3 13.0 4.58 4.83 5.30 3.98 4.50 3.28 3.65 59.4 55.7 34.5 64.8 39.3 64.1 50.5 18.6 21.7 45.5 10.8 42.1 17.7 29.6 77.9 77.4 80.0 75.6 81.4 81.9 80.1 6 8 121 5 122 4 21
结果表明使可溶性饮食纤维含量提高至高于30％(重量)的反 应取决于pH、时间及温度，pH越低所需加热温度越低时间越少，而 pH越高所需的加热温度越高时间越长。
实施例3
将pH约6.9总固体含量4％(重量)的废弃豆片渣含水料浆 按每份300ml分成若干份，分别加入浓盐酸调整至表3中所示的 pH值。然后将每份料浆加热至指定的温度并在该温度下保持一段 指定的时间。加热后向每份300ml样品加入50％氢氧化钠溶液中和 至pH约7，然后按照实施例1所述方法分析每份样品总的、不溶性 和可溶性饮食纤维的含量。在室温下测定每份样品的粘度(4％固含 量)。同时分析对照样。试验结果列于表3。
表3 样品 处理pH 处理温度 处理时间 ％饮食纤维，干重计 (cps) 粘度 不溶 可溶 总量 对照样 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 7.0 1.0 2.0 3.0 4.0 2.0 3.0 2.0 3.0 4.0 4.0 3.5 4.0 4.5 3.5 4.0 4.5 RT RT RT RT 140°F 140°F 140°F 140°F 140°F 140°F 180°F 180°F 180°F 180°F 180°F 180°F 过夜 ″ ″ ″ 30min. 30min. 过夜 ″ 30min. 过夜 30min 30min 30min 过夜 ″ ″ 90.0 32.0 51.6 59.0 53.5 35.8 54.8 25.8 47.0 58.8 63.8 76.0 82.8 75.2 28.0 62.8 65.8 13.8 48.5 19.2 12.5 27.3 45.5 13.0 47.0 24.8 18.5 ＜12.5 ＜12.5 ＜12.5 ＜12.6 41.8 ＜12.5 19.8 104 81.2 71.0 71.5 80.8 81.3 67.5 72.8 71.8 77.3 - - - - 69.8 - 85.8 18 371 20 22 19 735 37 407 22 25 17 16 15 15 50 25 21
上述结果表明即使在室温下只要pH足够低可溶性饮食纤维 含量能显著地提高。
实施例4
将由Woodstone Food Ltd.(1445Church Auenue,Win- nipeg,Manitaba,R2X2X9,Canada)生产的以品名为“Hi Fi Lite”的豌豆纤维制成总固体含量为5％的含水料浆。将该料浆分为 两份，向第一份加入浓盐酸调整pH至2.0，向第二份加入浓盐酸 调整pH至1.0。调整pH后的每份样品在180°F(82℃)下放置过夜。 加热后，按照实施例1所述方法分析加热后两份样品及未经处理对 照样的总饮食纤维、不溶性纤维及可溶性纤维含量。分析结果列于表 4。
表4 不溶性纤维 可溶性纤维 总量 对照样 pH2.0 pH1.0 74.7 46.9 40.4 3.6 15.7 13.1 78.2 62.6 53.5
可以看到，按本发明所述的酸处理方法可使可溶性饮食纤维含 量显著地提高。
实施例5
将由Grinsted Products,Inc.(201 Industrial Parkway, Topeka,Kansan66031)生产的以“Grinsted P-FIBRE150”为品 名的从脱皮豌豆制的豌豆纤维将其制成总固含量为5％的水料浆。 将料浆分成两份，向第一份加入浓盐酸调整基pH至2.0，向第二份 加入浓盐酸调整其pH至1.0。调整pH后的每份样品在180°F (82℃)下放置过夜。
加热后，按照实施例1中所述方法分析两份处理过的样品及未 处理的对照样中的总饮食纤维、可溶性和不溶性饮食纤维含量。分析 结果列于表5。
表5 不溶性纤维 可溶性纤维 总量 对照样 pH2.0 pH1.0 38.9 13.9 13.0 5.6 14.3 10.4 44.5 28.2 23.4
用本发明的方法可显著地提高可溶性饮食纤维的含量。
实施例6
由A.E.Staley,Decatur,Illinois生产的以“Bestbran”90 G- ultrafine为品名的精制谷物糠制成总固含量为10％的含水料浆， 按实施例5所述将其分成两份。按实施例5对两份样品进行处理。按 实施例1所述方法分析两份处理过的样品与未处理对照样中总饮食 纤维、可溶性和不溶性饮食纤维的含量。结果列于表6。
表6 不溶性纤维 可溶性纤维 总量 对照样 pH2.0 pH1.0 91.0 48.5 29.9 1.4 19.0 ＜6.2 92.4 67.5 --
结果显示用本发明的方法提高了可溶性饮食纤维的含量。
上述实施例是对本发明实施方案的具体说明，但不是把本发明 限制在具体的实施方案中，此外，还要在此指出所有合理的变化及等 同方案都属于本发明范围。