крахмал типа декстрина, способ его производства и энергетическая композиция

Формула изобретения

1. Крахмал типа декстрина для питания энергией человека или животных при подготовке к физической деятельности или после нее, характеризующийся тем, что он имеет мол. м. 15000 - 10000000 и степень разветвления молекул 2 - 8%.

2. Крахмал по п. 1, характеризующийся тем, что имеет мол. м. не более 720000.

3. Способ производства крахмала по п.1 или 2, характеризующийся тем, что природный или предварительно обработанный крахмал подвергают действию кислоты при 110 - 140^oC в течение 1 - 15 ч.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что из крахмалов используют картофельный крахмал.

5. Композиция для питания энергией человека или животных при подготовке к физической деятельности или после нее, характеризующаяся тем, что она включает крахмал по п.1 или 2.

6. Композиция по п. 1, характеризующаяся тем, что она включает водный раствор крахмала.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение касается крахмала типа декстрина, способа его производства и энергетической композиции, содержащей такой крахмал, для питания человека или других млекопитающих энергией. В частности, изобретение касается указанного крахмала и композиции на его основе для питания человека энергией в процессе его физической активности или после нее. Крахмал и композиции по изобретению могут использоваться в процессе подготовки к физической активности, например, к занятиям спортом, а также после напряженной физической работы для сведения к минимуму риска переутомления.

При выполнении тяжелой физической работы организм извлекает энергию из гликогена, запасенного в клетках организма. Когда эти запасы истощаются, энергия начинает извлекаться из белков. В результате возможно появление симптомов переутомления и снижение иммунологической защиты организма от инфекций.

После того, как запасы гликогена полностью истощены, восстановить уровень его содержания, количественно превышающий начальный уровень, можно путем принятия углеводов. При традиционном питании, обычно употребляют пищу с низким содержанием углеводов, однако после истощения их запасов человек должен принять пищу, богатую углеводами. Для такой энергетической зарядки необходимо около 200 г активных углеводов, что соответствует примерно 1 кг вареных макаронных изделий. Ежедневное потребление такого количества пищи затруднительно. Если уменьшить способность вещества удерживать воду, то можно повысить содержание активного вещества в жидкости, и таким образом можно принимать пищу в жидком, а не твердом состоянии, облегчая принятие требуемого количества пищи.

При поглощении избытка углеводов происходит синтез гликогена до тех пор, пока его запасы не будут восстановлены. Синтез гликогена может происходить двумя различными путями. Первый путь - от глюкозы 6-P через глюкозу 1-P и глюкозу UDP-D, из которой образуется гликоген. В процессе синтеза потребляется энергия - аденозиндифосфат (2-АТФ). По второму пути синтеза гликогена, он образуется в реакции UDP глюкозы с инициирующей молекулой, которая может быть либо гликогеном, либо декстрином, или в крайнем случае мальтозой. Предполагают, что процесс образования гликогена ускоряется, если исходным продуктом является длинный разветвленный полимер, такой как декстрин. В этом случае экономится много стадий синтеза и предполагается также, что при этом процесс накопления гликогена значительно ускоряется.

При подготовке к напряженной физической деятельности, такой как соревнования по бегу или лыжам, участники соревнования обычно за день или два до него восполняют запасы гликогена путем принятия значительного количества пищи, богатой углеводами, такой как рис или макароны. Однако, как указано выше, такая энергетическая зарядка организма требует потребления значительных количеств пищи, как указано выше, около 1 кг вареных макаронных изделий в течение 24 часов. Потребление пищи в таких количествах затруднительно и приводит к неприятному ощущению переедания.

Этих проблем можно избежать, если потреблять требуемое количество углеводов в форме питья. Прием пищи в форме питья облегчает ее поглощение и не приводит к неприятному ощущению переедания, так как пища быстро покидает желудок, а жидкая фаза быстро удаляется с мочой. Поскольку пища быстрее попадает в тонкий кишечник, то она соответственно быстрее усваивается. Скорость процесса зависит от способности питательных веществ к осмосу, которая в свою очередь зависит от их молекулярной массы. Кроме того, было бы желательно использовать углеводы, ускоряющие синтез гликогена, чтобы обеспечить накопление максимально возможных количеств гликогеновых запасов.

Эти задачи решаются с помощью настоящего изобретения, предлагающего вид крахмала, который особенно способствует образованию гликогена. Это крахмал декстринового типа с мол.м от приблизительно 15 тыс. до 10 млн., причем молекулы этого крахмала являются сильноразветвленными. Производное этого крахмала будет иметь мол.м предпочтительно до примерно 720 тыс. Этот крахмал обладает высокой стабильностью в растворе и хорошо пригоден для приготовления жидких пищевых продуктов, употребляемых в течение дня.

Из уровня техники известны энергетические композиции, которые, аналогично композиции по изобретению, предназначены для зарядки организма энергией в связи с физической деятельностью. См. WO 91/12734, WO 91/09538, EP A2 0264117, US-A-4,312,856 и US-A-4,649,051, в которых также имеются ссылки на многие другие работы в этой области. Известные композиции, однако, содержат углеводы низкой и средней молекулярной массы, такие как глюкоза, фруктоза и сахароза, а также мальтодекстрин (углевод среднего молекулярного веса). Эти композиции предназначены для употребления непосредственно перед или в процессе физической деятельности, и они обеспечивают почти моментальный подъем энергии. Однако известные композиции не годятся для накопления запасов гликогена в процессе подготовки к физической деятельности и не предназначены для этого. Именно эта особенность и отличает крахмал по изобретению от известных энергетических композиций. Крахмал этого вида является новым продуктом, ранее не описанным в литературе и не известным из уровня техники.

Крахмал по изобретению имеет общую формулу (C₅H₁₀O₅)_n, где n является числом повторяющихся глюкозных единиц и, таким образом, степенью полимеризации. Эта величина также определяет молекулярную массу. Так, мол. м. от около 15.000 до около 10.000.000 будет соответствовать значению n от около 90 до около 65.000. Молекулярная масса и ее распределение определяют методом гель-хроматографии известным способом, при котором значения времен удержания сравнивают со значениями калибровочных стандартов видов крахмала с известным молекулярным весом. На представленной графически полученной хроматограмме области ниже полученных пиков представляют количественное измерение пропорций фракций с разной молекулярной массой.

Крахмал по изобретению должен иметь сильно разветвленную структуру. Степень молекулярного разветвления можно выразить в процентах. Проценты выражают количественное соотношение между - 1,6 связями и - 1,4 связями, в необработанном картофельном крахмале оно составляет около 3,1%. Этот показатель определяют с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на образцах крахмала, обработанных дейтерием. С помощью исследования крахмала по настоящему изобретению указанными методами обнаружено, что образовались новые типы связей, которые обычно не встречаются в естественном крахмале. Это было показано как в форме - 1,4 связей, так и в форме - 1,6 связей, а также в форме новой связи. Крахмал по настоящему изобретению должен иметь степень разветвления от около 2% до около 8%, предпочтительно от около 3% до около 7%.

Приведенные значения молекулярной массы, степени полимеризации и степени разветвления не должны считаться ограничивающими значениями, хотя эти пределы включают наиболее подходящие воплощения данного изобретения.

Крахмал по изобретению можно изготовить путем кислотной обработки природного крахмала, в частности картофельного, при повышенной температуре 110-140^oC и в течение периода времени от 1 до 15 ч. Используемая кислота может быть хлористоводородной кислотой в концентрации до около 0,15%, рассчитанной на сухой вес крахмала, или ортофосфорной кислотой в концентрации до около 0,17%, рассчитанной на сухой вес крахмала. Вода добавляется в количестве, необходимом для достижения подходящей гомогенности смеси. Время обработки предпочтительно 6-14 ч. Процесс конверсии крахмала в нужный для получения вид может сопровождаться отбором проб в установленные интервалы времени и анализом образцов для определения молекулярной массы и степени разветвленности.

Исходным используемым материалом может быть природный крахмал различного происхождения, получаемый из картофеля, кукурузы, риса, пшеницы и других зерновых культур, различных бобовых и клубневых культур. Можно также использовать крахмал, предварительно обработанный различными способами, например гидролизованный или оксидированный крахмал. Выбор исходного материала не является ограничивающим данное изобретение.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения получают композицию для снабжения энергией человека, готовящегося к или после физической активности, указанная композиция отличается тем, что включает по меньшей мере один вид крахмала в соответствии с изобретением. Композиция может также включать другие обычные добавки, такие как вкусовые добавки, загустители, pH регулирующие агенты и/или антиокислители. Более того, композиция может также включать другие энергетически активные компоненты, такие как моносахариды, дисахариды или олигосахариды, способные обеспечить немедленный энергетический подъем, а также придающие композиции сладкий вкус. Далее композиция может также включать соли и электролиты, хотя они не входят в число обязательных компонентов, поскольку композиция прежде всего предназначена для приема заблаговременно до выполнения физической работы. Соли и электролиты в основном предназначаются для восполнения потерь этих веществ организмом, которые происходят через выделение пота при физической деятельности, а следовательно, их необходимо в основном принимать непосредственно перед или в процессе деятельности.

Композицию можно изготавливать в виде готового к употреблению водного раствора или в форме жидкого концентрата или в форме сухой смеси, к которой добавляют воду в количестве, необходимом для обеспечения подходящей для приема концентрации. Готовый к употреблению водный раствор композиции соответственно содержит крахмал по изобретению в количестве, соответствующем от 100 до 250 г/л; это количество зависит от консистенции готового продукта, которую хотят получить.

Крахмал по настоящему изобретению в основном предназначен для приема в качестве энергопитателя при подготовке и физической деятельности, например занятий спортом, за один или несколько дней до этой деятельности. В таких случаях крахмал принимают в форме подходящей композиции в соответствии с указанным выше, и его предназначают в качестве дополнения к обычному процессу углеводной зарядки. Это позволяет накапливать большие количества гликогена в хранилищах без необходимости потребления больших количеств богатой углеводами пищи, например вареных макарон или риса.

Композицию по настоящему изобретению можно приготовить путем перемешивания крахмала в холодной воде и дать крахмалу постоять и набухнуть в течение примерно 15 мин. Чтобы получить годную для питья консистенцию, на 1 л холодной воды нужно примерно 180 г крахмала. Добавление примерно 210 г крахмала на 1 л даст суповую консистенцию, а добавление 240 г на 1 л даст консистенцию крема. Затем компоненты препарата, такие как перечисленные выше, могут либо добавляться в готовую композицию, либо смешиваться с крахмалом перед его перемешиванием в воде. Это позволяет готовить композицию порциями, которые требуется только размешать в нужном количестве воды, чтобы приготовить порцию, готовую к употреблению.

В добавление к обычной диете для максимального энергозаряда элитного спортсмена потребуется примерно 100-450 г крахмала по изобретению. Нужное количество будет зависеть от веса спортсмена и от нагрузок, связанных с его спортивными занятиями.

Способность к осмосу крахмала по изобретению экспериментально сравнивали с известными углеводами. Способность к осмосу - это измерение величины, до которой снижается точка застывания водного раствора. Высокая способность к осмосу означает, что вещества с низкой молекулярной массой связывают воду, таким образом затрудняя транспортирование воды и растворенных в ней питательных веществ в клетки. Способность к осмосу крови около 300 mosm/l, а для того, чтобы облегчить транспортирование питательных веществ, желательно, чтобы способность к осмосу принимаемого препарата была значительно ниже этой величины.

Были проведены испытания с крахмалом по изобретению, имеющим мол. м. около 720.000 и степень разветвленности около 4%.

Были получены следующие результаты:

Тип углевода - Способность к осмосу

Декстроза (DE = 100) - 950

Мальтодекстрин (DE = около 20) - 170

Мальтодекстрин (DE = около 10) - 90

Мальтодекстрин (DE = около 5) - 40

По изобретению - 20

"DE" означает эквиваленты декстрозы. Таким образом, для дектрозы это значение равно 100. Так как продукт по изобретению не содержит сахаров с низкой молекулярной массой, для него не приводятся значения DE.

Были проведены сравнительные испытания, в которых выступления спортсменов, которые для накопления углеводов перед тяжелыми физическими нагрузками принимали только обычную богатую углеводами пищу, сравнивали с выступлениями спортсменов, чья диета была дополнена крахмалом по настоящему изобретению. Было обнаружено, что группа, получившая интенсивные углеводные добавки, показала значительно лучшие результаты.