含有酵母自溶物的擠出的豆類食物產品的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用來生產含有營養酵母和鉻、均一且高度膨脹的食物產品的擠出方法。擠出產品所具有的均一膨脹率提供了一致的質構并且應用于從零食到早餐谷物的多種食物消費品。
【專利說明】含有酵母自溶物的擠出的豆類食物產品
[0001]相關申請
[0002]本申請要求2006年12月18日提交的美國專利申請序列號11/641，318的優先權，其通過引用方式并入本文。
[0003]發明背景
[0004]豆類包括干豆類(pulses)和其他眾所周知的具有豆科果實的植物，包括但不限于，大豆、羽扇豆、落花生(如花生)和三葉草(clover)。
[0005]干豆類是一年生的豆科作物，在豆莢內生長出I至12個不同大小、形狀和顏色的谷粒或種子，專以干燥谷物收割。根據聯合國糧食和農業組織(FAO)，11種主要的干豆類被認可:干豆(dry beans)、干蠶豆、干豌豆、鷹嘴豆、干豇豆、木豆、兵豆(Lentil)、班巴拉落花生、巢萊、羽扇豆，以及次要的干豆(扁豆屬、扁豆(鵲豆)、洋刀豆(白刀豆)、刀豆(紅刀豆)、四棱豆(四棱豆屬)、絨毛豆、刺毛黎豆(刺蔡藜豆)、豆薯(Pachyrrizus erosus))。
[0006]有關消費干豆和其他干豆類的一個缺點是它們需要較長的烹飪時間以將豆軟化至可食用的質構。烹飪質量的損失與貯存干豆中硬度的發展有關，并被認作“難以烹飪”(HTC)現象。HTC現象是多種生理學-化學機制的結果。高溫和高相對濕度加速了貯存的干豆中HTC現象的發展(Berrios et al., 1998 ；Berrios et al., 1999)。由于子葉軟化需要較長烹飪時間，HTC豆導致增加的能源利用、低劣的營養質量和欠佳的消費者接受度(Bressani et al.，1963)。為提升豆的利用，所做的努力已經采用了多種科學方法和加工技術，例如發芽、發酵、脫殼、分懼，高壓滅菌、焙燒、裝罐、筒干燥和最近使用的擠出蒸煮。
[0007]擠出是一種技術，該技術涉及將食物原料和/或食物成分在壓力下加熱至較高溫度直至其熔化，隨后將其釋放到環境氣氛中，使得其膨脹和固化。所得到的產品是貯存穩定方便、可即食的食物。擠出蒸煮提供的優點是多種貯存選擇、低生產成本、節能和更短的烹飪時間(Harperl981)。
[0008]采用擠出技術的快速烹飪，是長時間沸騰和其他傳統烹飪豆類形式的替代方案。
[0009]發明概沭
[0010]本發明的一個實施方式是一種展示出6或更大的均一膨脹率值并用營養酵母強化的擠出的豆類基食物產品。
[0011]根據本發明的進一步的實施方式，擠出的豆類-營養酵母強化的食物產品含有鉻。
[0012]進一步的實施方式是一種通過攝入含有營養酵母的擠出的食物產品來治療肥胖癥和高膽固醇的方法。
[0013]附圖簡要說明
[0014]圖1是擠出物直徑對進料水分和模具溫度的曲面圖(surface plot)。
[0015]圖2是擠出物的膨脹率直徑對進料水分和模具溫度的曲面圖。
[0016]圖3是模具壓力對進料水分和模具溫度的曲面圖。
[0017]圖4是擠出的兵豆粉的近似組成的擠出工藝參數的示圖。
[0018]圖5是水活度(Aw)對進料水分和模具溫度的曲面圖。[0019]圖6是體外蛋白質消化率(IVPD)對進料水分和模具溫度的曲面圖。
[0020]圖7是明度(L)對進料水分和模具溫度的曲面圖。
[0021]圖8是色指數(DE)對進料水分和模具溫度的曲面圖。
[0022]圖9展示了單位機械能(specific mechanical energy, SME)對進料水分和模具溫度的曲面圖。
[0023]圖10是由于刀具的速度和角度而導致的產品形狀的照片。
[0024]圖11是不同淀粉源對兵豆基擠出物的物理性質的影響的示圖。
[0025]圖12是螺桿轉速對兵豆基擠出物的物理性質的影響的示圖。
[0026]圖13是加入兵豆基擠出物中的質構改性劑的示圖。
[0027]圖14是在烘烤期間兵豆基擠出物的水分損失速率的示圖。
[0028]圖15是正常表型的小鼠和喂以加鉻和不加鉻的實驗飲食的0b/0b小鼠的體重的示圖。OA:喂以含有表I第一配方中零食的飲食的肥胖小鼠；0B:喂以含有表I第二配方中零食的飲食的肥胖小鼠；0C:喂以含有按表I第二配方中指示的配方制備的零食的飲食的肥胖小鼠，所述配方含有由產品LYNSIDE? Forte Cr2000提供的鉻。
[0029]圖16是被喂以含有或不含兵豆基配方的飲食的肥胖和正常小鼠的肝臟、腸系膜脂肪、附睪脂肪、腹膜后脂肪、腎重的示圖，所述配方含有由包含失活的酵母和鉻的產品LYNSIDE? Forte Cr2000 提供的鉻。
[0030]
[0031]“豆類”包括干豆和其他眾所周知的具有豆科果實的植物，包括但不限于，大豆、羽扇豆、落花生(如花生)和三葉草。
[0032]“干豆”是一年生的豆科作物，在豆莢內生長出I至12個不同大小、形狀和顏色的籽粒或種子，專以干燥籽粒收割。
[0033]“擠出”是一種高溫、高壓、短時間的工藝，其將各種食物原料和成分轉化為改性的中間體和成品。
[0034]“熔化物”是指熔化的擠出物。
[0035]“擠出物”是指通過擠出工藝獲得的產品。
[0036]“超臨界流體擠出”涉及超臨界流體(特別是超臨界二氧化碳)與擠出工藝的耦
八
口 ο
[0037]“共擠出工藝”是指將兩種或多種不同但兼容的食物和/或食物成分結合在擠出模具中的技術。食物材料可以來自兩臺擠出機或擠出機和泵。該工藝允許制造具體的產品；例如，具有兩種或多種不同質構或顏色或風味的產品。
[0038]“預調節器”是一種大氣壓或加壓室，其中原始顆粒狀食物和/或食物成分通過在進入擠出機前接觸水或新鮮蒸汽，被均勻地潤濕或加熱或二者。
[0039]“It存穩定”是指對應于加工食品和其他易腐物品的可容許的質量損失的時間長度。
[0040]“閃蒸”是指當過熱水突然暴露于環境條件時，在擠出機模具端發生的水分的驟然蒸發。
[0041]“膨脹”涉及當加壓的、熔化的粉或熔化物突然暴露于環境條件時觀察到的物理轉化。
[0042]“膨脹率”(ER)，又稱為截面膨脹指數(SEI)和徑向膨脹率(ER)徑向，被表示為擠出物的截面面積和模具面積之間的比值，或被表示為擠出物和模具的直徑之間的比值。
[0043]“均一膨脹率”(UER)被定義為一種情況，其中擠出棒隨機選擇的部分的膨脹率差異小于平均膨脹率的20%，和在相同工藝條件下用相同成分生產的產品的不同批次之間的膨脹率差異小于平均膨脹率的20%。
[0044]“膨脹指數”(EI)是指發生在三個維度即截面、縱向和體積膨脹的擠出物的總膨脹。其以數學公式VEI = SEIXLEI定義，其中SEI是表征直徑膨脹的截面膨脹指數；LEI是縱向膨脹指數，而VEI是體積或總膨脹指數。
[0045]“膨脹參數”包括，但不限于，膨脹和密度。
[0046]“密度”的定義是每單位體積的質量，用數學公式P =m/V表達，其中P是密度，m是質量(kg)，而V是體積(m3)。
[0047]“產品密度”(D)是指每單位體積的擠出物質量的量度。擠出物密度越高，其單位體積的質量越大。
[0048]擠出產品的“水溶性指數(WSI) ”描述其在水中的溶解度。該值以基于干重的百分數給出，并用下述數學公式描述，WSI =[(上清液中溶解的固體質量)/(干固體質量)]XlOO
[0049]擠出產品的“吸水性指數(WAI) ”描述其吸水的能力。該值以基于干重的百分數給出，并用下述數學公式描述，WAI =[(沉淀物質量)/ (干固體質量)]X 100。
[0050]食物的“質構特性”是由食物的結構元素引起的物理特性的組,通過觸覺感知,涉及在力作用下食物的變形、分解和流動，并通過壓力、時間和距離的函數進行客觀測量。其包括，但不限于，硬度、強度、口感和粘度。
[0051]“硬度”是材料的機械性能，其表征材料的抗變形性。因此，擠出產品的硬度描述引發變形所需力的量。
[0052]“強度”最常用于描述材料的屈服強度。屈服強度是材料的機械性能，表征材料的抗變形性。因此，擠出產品的強度描述引發變形所需力的量。
[0053]“明度”與亮度同義，其表示顏色的亮度或暗度。低明度值表示暗(黑)，而高明度值表不売(白)。
[0054]“水合性能”包括，但不限于，水溶性指數(WSI)和吸水性指數(WAI)。
[0055]“體外蛋白質消化率” (IVPD)是指在測試試管中進行的實驗觀察，以區別于在體內的自然生命條件。ivro通常表達為由消化蛋白水解酶水解的蛋白質的百分數。
[0056]“消費者口味”，也稱為“快感標度”，涉及讓某產品的潛在消費者對不同產品和少量物品以投票進行評價。
[0057]“強化”是添加足夠大量的營養素以提高食物的營養價值。其可以包括添加通常與食物無關聯的營養素，或添加至高于未加工食物中存在的水平。
[0058]“血糖指數”是碳水化合物質量的生理量度，基于其對血糖水平的即時效應。血糖指數(GI)使用0-100的標度。純葡萄糖作為參比點，并被記做100的GI。當將食物中的碳水化合物一克對一克進行比較時，55或更小的GI值被認為是低GI食物，55-69的GI值被認為是中等GI食物，而具有70或更高的GI被認為是高GI食物。[0059]“淀粉”是指某些植物中(尤其谷類、薯類和干豆如玉米、小麥、大米，木薯、土豆、豌豆等)以顆粒形式出現的碳水化合物聚合物。該聚合物由連接的脫水-a-D-葡萄糖單元構成。它可以具有主要是線性結構(直鏈淀粉)或支鏈結構(支鏈淀粉)。構成的聚合物(特別是直鏈淀粉)的分子量在不同的淀粉源之間變化。單一的植物種可能以雜交種存在，含有不同比例的直鏈淀粉和支鏈淀粉，如高直鏈淀粉玉米。
[0060]“特制淀粉或淀粉衍生物”是對產自天然淀粉包括改性淀粉和淀粉水解產物的所有產品的通用術語。其被用來改善食物產品的加工、物理和化學屬性和食用品質，還可以解決營養需求，如飲食中的纖維。
[0061]“去殼”是指除去種子或谷粒的表層、皮、殼、膜或纖維覆蓋物。
[0062]“粒度”是指已被通過標準尺寸設計的篩網或濾網分類至特定的尺寸的來自粉和/或粉末的顆粒。
[0063]“篩分”是指對粉的和/或粉末的粒度進行分類的一種方法，其通過令它們穿過標準尺寸設計的篩網或濾網。
[0064]“豆類基粉和/或粉末”是指含有豆類粉和植物(豆類、谷類、水果和蔬菜、薯類)材料和/或其成分(淀粉、食用纖維、色素、香料提取物、植物營養素)和/或動物(乳制品，其他)材料和/或其成分(蛋白質、糖、脂肪、風味提取物等)和/或微生物基成分(蛋白質、食用纖維、維生素、礦物質等)和/或其他常規和非常規的食品級成分(特制淀粉、水和油溶性的維生素、礦物質、顏色、風味，其他)的混合物。
[0065]“微生物纖 維”是指來自營養酵母的食用纖維如β -1, 3-葡聚糖，其因為其營養價值而被專門栽培。
[0066]“營養酵母”是指失活的酵母或酵母自溶物。酵母自溶物包含酵母細胞的所有原料，而不分離可溶性和不溶性級分。自溶導致酵母細胞通過其自身的內源酶降解。酵母自溶是在受控條件下進行的，特別是在溫度、PH值和時間方面，其可以由本領域技術人員容易地確定。可以用于本發明的食物產品中的酵母自溶物優選含有9質量％至18質量％的酵母葡聚糖。
[0067]發明詳沭
[0068]對膨脹豆類基擠出物生產的技術約束和實際約束分為兩個單獨的類別。第一類涉及擠出工藝本身的參數。這些是可控的物理/結構因素如水分含量和擠出進料粒度、料筒溫度和壓力，以及停留時間，其對擠出物的質量屬性一例如膨脹率、營養價值、密度、顏色，水溶性/吸水性及其質構特性一具有直接作用。第二類屬于豆類粉和/或粉末與含有功能性食物添加劑的豆類基粉和/或粉末的用途，所述添加劑對最終擠出物的健康、感官和質構特性和外觀具有直接作用。如果上述認定的問題可以得到妥善處理并解決，干豆類可以被用來制作高度營養、健康和方便即食的膨脹擠出和共擠出產品。
[0069]本發明的一個實施方式描述了應用于擠出豆類粉和/或粉末的特定擠出工藝參數，其在某種程度上生成含有營養酵母的、均一高度膨脹、酥脆、美味和貯存穩定的擠出物。營養酵母是優良的蛋白質、食用纖維、維生素和礦物質來源。除了蛋白質、食用纖維、維生素和礦物質之外，它還含有額外的功能組分和有益組分，如β_1，3-葡聚糖、海藻糖、甘露聚糖和谷胱甘肽。研究表明，這些組分具有潛在的健康益處，例如改善的免疫反應、降低膽固醇和抗癌性能。食用纖維通常表示被分類為水溶性或水不溶性的、來源于植物的、不消化的復雜碳水化合物；然而，根據本發明的一個實施方式，所述不消化的碳水化合物還可以從微生物源(如營養酵母)中提取。本發明的一個實施方式是擠出的干豆基零食，其展現出6或更大的均一膨脹率值并用營養酵母(NY)和任選的鉻強化。酵母以2-20重量％、優選12-20重量％的濃度存在于具有擠出豆類的配方內。鉻可以以L 16ppm至6ppm的濃度添加。鉻優選氯化鉻或吡啶甲酸鉻。在一個實施方式中，將氯化鉻以失活酵母和氯化鉻(Cr-Y)的混合物的形式并入食物產品中。將氯化鉻在酵母增殖結束時與酵母混合，例如，例如在干燥酵母的步驟之前或之后。一個優選的實施方式是將氯化鉻以失活酵母和氯化鉻的混合物的形式并入組合物中，所述鉻已經在干燥步驟之前與酵母混合。表1-7顯示對這些強化的零食的分析及其可消化性。
[0070]進一步的實施方式是含有添加劑和/或來自植物和動物源的食物成分的篩分配方的用途，所述植物和動物源例如，但不限于，谷類、豆類和乳制品蛋白質；特制淀粉；水果，蔬菜和谷粒基纖維；微生物基成分如蛋白質、食用纖維、維生素和礦物質等；質構和風味改性劑包括乳化劑；顏色、水和油溶性維生素和礦物質，以及以特定比例混合的香辛料，其生成商用型、高營養、方便和誘人的膨脹的零食和早餐用的不同形狀和尺寸的谷物類產品O
[0071]本發明的另一個實施方式是將膨脹的擠出物用作不限于不同形狀和尺寸的烘焙產品、糖果產品和保健品的成分。可獲得的形狀與本領域技術人員期望的那些一致，例如不同尺寸的條、棒、球、卷及其他形狀。
[0072]可以使用的豆類和/或粉末及其豆類基粉，包括但不限于，干豆(Phaseolusspp.)、兵豆(Lens culinaris)、干豌豆(Pisum spp.)、鷹嘴豆(Cicer arietinum)、大豆(Glycine max)、香豆(Viciafaba)、干 5工豆或黑眼豌豆(Vigna sinensis ；Dolichossinensis)、木豆或剛果豆(Cajanus cajan)、班巴拉落花生或花生(Voandzeiasubterranea)、箭舌豌豆(Vicia sativa)、羽扇豆(Lupinus spp.),以及次要的干豆類,包括:扁豆屬、昔鳥豆(Lablab purpureus)、洋刀豆(Canavalia ensiformis)、刀豆(Canavaliagladiata)、四棱豆(Psophocarpus teragonolobus)、絨毛豆、刺毛黎豆(Mucunapruriensvar.utilis)、丑暮(Pachyrrizus erosus);瓜爾丑(Cyamopsis tetragonoloba)。
[0073]此外，還可以使用生的豆類種子，其中所述種子單獨或組合、整體、剖開或去殼使用。
[0074]本發明的另一個實施方式是風味劑、包衣或著色劑的使用。可以使用的風味劑或包衣包括本領域技術人員可常規取得的那些，其包括固體、糊劑或液體的配方，以及天然或合成的風味劑。擠出物的顏色可以用本領域技術人員容易取得的天然或合成的顏料增強或改變。
[0075]—個額外的實施方式是包含用營養酵母強化并具有6或更大的均一膨脹率值的擠出豆類的食物產品用作藥物，特別是治療肥胖癥和/或高膽固醇血癥。一個額外的實施方式是用營養酵母強化并具有6或更大的均一膨脹率值的擠出的豆類用來提高食物產品的蛋白質消化率和/或降低食物產品的血糖指數和/或減少腹膜后脂肪積聚的用途。
[0076]另一個實施方式是本發明的零食用來治療肥胖癥，特別是腹膜后脂肪積聚的用途。消費高血糖指數的飲食增加腹型肥胖，Nut.Res.，30(2)，pp.141 - 150。含有6或更大的均一膨脹率值、營養酵母和鉻的豆類配方提供一種具有低血糖指數和提升的蛋白質消化率的零食組合物(見表5的蛋白質消化率)。喂以具有添加的兵豆基擠出粉并用NY和高達6ppm的Cr-Y強化的標準小鼠飲食的遺傳性肥胖小鼠(ob/ob)，比喂以含有較少Cr-Y或來自吡啶甲酸鉻的Cr的飲食的ob/ob小鼠的增重較少。本研究的總長度:21周(見圖15，OA:喂以含有按表I第一配方指示的兵豆基配方制得的零食的飲食的肥胖小鼠；0B:喂以含有按表I第二配方指示的兵豆基配方制得的零食的飲食的肥胖小鼠，所述
第二配方含有由產品LynsidewForte 02000提供的1.25PPm的鉻，其包含失活酵母和
鉻；oc:喂以含有按表I第二配方中指示的兵豆基配方制備的零食的飲食的肥胖小鼠，所
述第二配方含有由包含失活酵母和鉻的產品Lynsidew Forte Cr2000提供的5.36PPm
的鉻；0D:喂以含有由吡啶甲酸鉻提供的17.9ppm鉻的飲食的肥胖小鼠；NA:喂以含有按表I第一配方指示的兵豆基配方制得的零食的飲食的正常小鼠；NB:喂以含有按表I第二配方指示的兵豆基配方制得的零食的飲食的正常小鼠，所述第二配方含有由包含失活酵
母和鉻的產品Lynside# Forte 020()()提供的丨.25PPm的鉻；NC:喂以含有按表！第
二配方中指示的兵豆基配方制備的零食的飲食的正常小鼠，所述第二配方含有由包含失
活酵母和鉻的產品Lynsidew Forte Cr2()()0提供的5.36PPm的鉻；ND:喂以含有由吡啶
甲酸鉻提供的17.9ppm鉻的飲食的正常小鼠)；以及圖16，OA:喂以含有按表I第一配方指示的兵豆基配方制得的零食的飲食的肥胖小鼠；0B:喂以含有按表I第二配方指示的兵豆基配方制得的零食的飲食的肥胖小鼠，所述第二配方含有由包含失活酵母和鉻的產品Lynside- Forte Cr2000提供的1.25PPm的鉻；oc:喂以含有按表I第二配方中指示的兵豆基配方制備的零食的飲食的肥胖小鼠，所述第二配方含有由包含失活酵母和鉻的產品Lynside"' Forte 02000提供的5.36PPm的鉻；0D:喂以含有由吡啶甲酸鉻提供的
17.9ppm鉻的飲食的肥胖小鼠；NA:喂以含有按表I第一配方指示的兵豆基配方制得的零食的飲食的正常小鼠；NB:喂以含有按表I第二配方指示的兵豆基配方制得的零食的飲食的
正常小鼠，所述第二配方含有由包含失活酵母和鉻的產品Lynside(l<) Forte 02000提供
的1.25ppm的鉻；NC:喂以含有按表I第二配方中指示的兵豆基配方制備的零食的飲食的
正常小鼠，所述第二配方含有由包含失活酵母和鉻的產品LynsidevForte Cr2000提供
的5.36ppm的鉻；ND:喂以含有由吡啶甲酸鉻提供的17.9ppm鉻的飲食的正常小鼠。
[0077]擠出工藝-物理因素
[0078]慶脹
[0079]膨脹涉及當在高溫和高壓下熔化粉(或“熔化物”)突然暴露在環境溫度和壓力時觀察到的物理轉化。當熔化物離開擠出機模具時，突然下降的溫度和壓力導致熔化粉近乎瞬間的膨脹，其伴隨有來自擠出產品的大量水分損失或沖洗(flushing)。擠出物的膨脹是零食行業感興趣的最重要的特性之一(Mercier et al, 1989)。由于存在豆類粉膨脹不佳的概念，關于豆類的膨脹特性的信息有限。為此，豆類粉和/或粉末未被用來生產膨脹的零食，而這類產品只從主要的谷粒(例如玉米、小麥和大米)中制取，并且已經獲得了其值大于 20 的淀粉基粉(Colonna et al., 1989 ；Meuser et al., 1894 ；Barret andKaletunc, 1998)。添加淀粉的大豆蛋白也為此而使用，但主要用于寵物食品的制備。膨脹與進料的水分含量、模具溫度和壓力直接相關。此外，進料的粒度和擠出機螺桿轉速(Conway，1971)，以及配方中特定食物成分的存在，對最終擠出物的膨脹和質構起重要作用。通過合理選擇上述擠出工藝參數和成分，可能獲得成品的理想的膨脹、質構、營養價值、顏色和貯存穩定性。下面通過本發明的實施方式討論這是如何實現的。
[0080]根據本發明的一個實施方式，以及具有6或更大的膨脹率的高度膨脹的豆類產品，該豆類產品關于膨脹率也是均一的。均一膨脹率(UER)產生均勻的質構，其為食物產品中的一項重要和期望的特征，尤其是可能添加額外包衣或風味劑的那些產品；此外，均一膨脹率保證了每批加工中擠出豆類產品的質構將會是一致的。表1顯示了可以通過本發明的實施方式實現的均一膨脹率。
[0081]表1.用酵母自溶物1和鉻酵母2強化的兵豆基配方
【權利要求】
1.食物產品，包含用酵母自溶物強化的具有6或更大均一膨脹率值的擠出的豆類。
2.根據權利要求1所述的食物產品，其中所述豆類選自干豆類、大豆、羽扇豆、落花生和三葉草。
3.根據權利要求1或2所述的食物產品，其中所述酵母自溶物以所述產品重量的2%至20%存在。
4.根據權利要求3所述的食物產品，其中所述酵母自溶物以所述產品重量的12%至20 %存在。
5.根據權利要求1至4任一項所述的食物產品，其中所述食物產品具有小于或等于0.4的水活度(Aw)。
6.根據權利要求1至5任一項所述的食物產品，進一步包含來自鉻酵母的鉻。
7.根據權利要求6所述的食物產品，其中所述鉻以l-30ppm存在。
8.用作藥物的根據權利要求1至7任一項所述的食物產品。
9.用于治療肥胖癥和高膽固醇血癥的根據權利要求1至7任一項所述的食物產品。
10.用于降低腹膜后脂肪積聚的根據權利要求1至7任一項所述的食物產品。
11.用酵母自溶物強化的具有6或更大均一膨脹率值的擠出的豆類用于提高食物產品的蛋白質消化率和/或降低產品的血糖指數的用途。
【文檔編號】A23L1/212GK104023561SQ201280060476
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年12月7日 優先權日:2011年12月9日
【發明者】J·D·J·貝里奧斯, P·朱斯滕, W·H·A·鐘 申請人:樂斯福公司, 農業部長代表的美國