DE19860374A1 - Verwendung von resistenter Stärke als Mehlersatzstoff für Nahrungsmittel und Nahrungsmittelinhaltsstoffe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung von wasserlöslichen linearen alpha-1,4-D-Glucanen als Mehlersatzstoff in Lebensmitteln.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von wasserunlöslichen linearen α-1,4-D- Glucanen als Mehlersatzstoff in Lebensmitteln.

Bei der Ernährung der Weltbevölkerung, insbesondere der industrialisierten Länder, werden gegenwärtig nach neuesten Methoden hergestellte Lebensmittel zumeist maßgeschneidert für eine bestimmte Abnehmergruppe oder eine Region hergestellt. Der technologische Fortschritt betrifft dabei inzwischen nicht mehr nur Verbesserungen in der Verarbeitung und Bereitstellung von Lebensmitteln, sondern geht über zur Verbesserung des Lebensmittels und seiner Inhaltsstoffe an sich. In diesem Zusammenhang wird angestrebt, insbesondere den modernen Lebensgewohnheiten einer urbanen Gesellschaft Rechnung zu tragen und zusätzliche gesunde Effekte und Eigenschaften in die Nahrungsmittelkette über die herkömmlichen Mahlzeiten einzubauen. Gesunde Ernährung spiegelt dabei das Verlangen der Bevölkerung wider, die zum Beispiel in hohem Maße von Fettleibigkeit und Coronarerkrankungen betroffen ist. Unter den Begriff der gesunden Ernährung fallen jedoch nicht nur Zusatzstoffe oder Ergänzungsmittel wie sie seit Neuestem unter Begriffen wie "funcional food", "nutraceuticals" oder "designer food" insbesondere im nordamerikanischen Markt verstärkt eingeführt werden. Unter gesunde Ernährung fällt auch die Reichhaltigkeit der täglichen Ernährung.

Es ist bekannt, daß gewisse Lebensmittel für bestimmte Personengruppen nicht geeignet sind. Fettleibige Personen sollten es beispielsweise vermeiden, verstärkt auf cholesterin- und fetthaltige Produkte zuzugreifen. Diabetiker müssen bekanntlicherweise mit der Aufnahme von Kohlenhydraten sehr sorgsam umgehen und den Verzehr von Nahrungsmitteln unter Beachtung medikamentöser Behandlung kontrollieren.

Eine andere Gruppe von Personen sind Allergiker. Für sie sind gewisse Lebensmittel oder Lebensmittelzutaten, die allergische Reaktionen hervorrufen können, gefährlich, da sie zu zum Teil zu lebensbedrohlichen Situationen für den Betroffenen führen können. Dabei spielt das sogenannte IgE eine herausragende Rolle. Es wird über eine Antikörper-Antigen Reaktion von der Zelle erkannt und ruft die Produktion und Ausschleusung von Histaminen hervor, den eigentlich allergenen Molekülen.

Lebensmittel oder deren Zusatzstoffe, die solche allergischen Reaktionen hervorrufen können, sind unter anderem Haselnüsse, Möhren, Äpfel, Kiwis, Kirschen, Erdnüsse, Tomaten, Zucker und Kernobst. Aber vor allem auch Mehl, insbesondere Weizenmehl, und damit alle Produkte, die diesen als Grundnahrungsmittel zu bezeichnenden Stoff enthalten, fällt in diese Aufzählung hinein. Damit stehen beispielsweise Speisen, wie Kartoffel- und Nudelgerichte und Brot in allen Variationen als Basis der Ernährung nicht zur Verfügung. Darüber hinaus dürfen Betroffene auch Speisen wie Kuchen, Gebäck, Kekse, Soßen, Süßspeisen, die zwar eher den Genußmitteln und somit nicht zwingend zum täglichen Speiseplan gehörende Elemente darstellen, zu den nicht erlaubten Produkten, wodurch für viele Betroffene eine verminderte Lebensqualität verbunden ist.

Betroffen sind dabei nicht nur Personen, die solche Lebensmittel verzehren, sondern auch diejenigen, die beruflich mit der Verarbeitung von Lebensmitteln oder bestimmter Inhaltsstoffe in Berührung kommen, beispielsweise über Mehlstäube. In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Krankheiten wie Bäckerasthma, Bäckerrhinitis und das Bäckerekzem zu nennen. Niesanfälle, Husten und Hautreaktionen (auch z. B. Neurodermitis) können weitere Folgen sein. Atemwegswiderstände können sich erhöhen oder ventilatorische Unregelmäßigkeiten auftreten.

Allergien sind spezifische Änderungen der Immunitätslage eines Organismus im Sinne einer krankmachenden Überempfindlichkeit. Dabei ist hier zwischen psychologischen Effekten, toxischen Effekten und nicht-toxischen Effekten zu unterscheiden. Nur bei letzteren treten besagte Änderungen auf. Allergien werden nicht durch kleine Moleküle vermittelt. Hier ist eine Abgrenzung zu reinen Unverträglichkeiten zu ziehen. Für antiallergene Substanzen kommt es daher vornehmlich darauf an, daß keine großen Moleküle in der Substanz vorhanden sind. Wünschenswert ist jedoch auch, möglichst die Gesamtheit aller Verunreinigungen oder Spuren zu vermeiden, um letztlich auch die nicht allergenen Unverträglichkeiten auszuschließen.

Aus den genannten Gründen hat es nicht an Bemühungen gefehlt, in der Zubereitung von Nahrungsmitteln und den verwendeten Inhaltsstoffen ständig nach Qualitätsverbesserungen zu forschen. Insbesondere wird die Suche nach Ersatzstoffen für allergene Lebensmittel oder Lebensmittelinhaltsstoffe vorangetrieben, da nicht alle Ersatzstoffe wiederum ausnahmslos unbedenklich oder für alle Bevölkerungsgruppen geeignet sind. Beispielsweise ist dies für Ersatzstoffe der Fall, die aus Sojamehl oder Sojaöl hergestellt werden.

In der Patentschrift DE 42 14 435 werden allergene Mehlstäube beschrieben. Es wird ein Verfahren zur Verringerung von Allergien beschrieben, in dem die Mehlstäube so über Siebverfahren aufbereitet werden, daß die Partikel des Mehls nicht kleiner als 100 µm sind. Durch dieses Verfahren wird erreicht, daß kleine Mehlpartikel vermehrt durch die Atemwege bei der Verarbeitung des Mehls aufgenommen werden und damit keine Globuproteine mehr aufgenommen werden, bzw. deren Zahl verringert wird. An der eigentlichen Ursache für allergische Reaktionen ändert diese Erfindung jedoch nichts.

Ähnliche technische Verfahren auf Basis von Siebtechniken werden in der U. S. 5,244,689 beschrieben. Hier werden auf Basis der beschriebenen technischen Lehre neue hypoallergene Mehle hergestellt, die jedoch den bereits beschriebenen Nachteil aufweisen, nicht vollständig allergenfrei zu sein.

Es ist daher ein ständiges Anliegen, zur Erhöhung der Lebensqualität von Allergikern, die Angebotspalette an Lebensmitteln so hoch wie möglich zu halten. Insbesondere sind Ersatzlebensmittel von Interesse, die Nahrungsmittel, die nur mit negativen Folgereaktionen für die Betroffenen, beispielsweise allergischen Reaktionen, eingenommen werden können, zu ersetzen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, einen Mehlersatzstoff bereitzustellen, der insbesondere die Eigenschaften von Mehl annehmen kann, so daß dabei die Qualität und der Geschmack der Nahrungsmittel nicht wesentlich beeinträchtigt werden.

Diese Aufgabe wurde durch die Verwendung von wasserunlöslicher linearer α- 1,4-D-Glucane als Mehlersatzstoff gelöst.

Es wurde überraschend gefunden, daß wasserunlösliche lineare α-1,4-D-Glucane polymere Strukturen annehmen können, die denen des Mehls gleichen, also natürlich, naturidentisch, verträglich und eßbar sind.

Überraschenderweise zeigte sich, daß derartige lineare Polysaccharide sehr gut geeignet sind, um Mehle bekannter Struktur und Herkunft in idealerweise ersetzt werden können, ohne die Struktur, die Oberfläche, das Mundgefühl, die Lagerstabilität oder andere Eigenschaften negativ zu beeinflussen. Diese Eigenschaften konnten so nicht von vornherein vermutet werden, da lineare wasserunlösliche Polysaccharide sehr geringes Quellverhalten aufweisen, eine Eigenschaft, die für viele Mehle oder modifzierte Mehle von entscheidender Bedeutung in der Verarbeitung zu Lebensmitteln ist.

Unter wasserunlöslichen α-1,4-D-Glucanen werden hierbei α-1,4-D-Glucane verstanden, die nach der Definition des Deutschen Arzneimittelbuches (DAB, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH, Stuttgart, Gori-Verlag GmbH, Frankfurt, 9. Auflage, 1987) entsprechend den Klassen 4-7 unter die Kategorien "wenig löslich", "schwer löslich", "sehr schwer löslich" und "praktisch unlöslich" fallen.

Die Wasserunlöslichkeit der erfindungsgemäß eingesetzten α-1,4-D-Glucane ist zweckmäßig derart, daß wenigstens 98%, insbesondere wenigstens 99,5%, der eingesetzten Polysaccharide unter Normalbedingungen (T = 25°C +/- 20%; p = 101325 Pascal +/- 20%) in Wasser unlöslich sind (entsprechend mindestens den Klassen 4 und 5 nach DAB).

Vorteilhaft entspricht die Wasserunlöslichkeit der eingesetzten α-1,4-D-Glucane den Klassen 6 oder 7 nach DAB.

Unter linearen α-1,4-D-Glucanen werden α-1,4-D-Glucane verstanden, deren Verzweigungsgrad maximal 8% beträgt, d. h. deren Hauptkette maximal vier Seitenketten auf 100 Monosaccharideinheiten aufweist. Vorzugsweise ist der Verzweigungsgrad maximal 4% und insbesondere maximal 2,5%.

Zweckmäßig beträgt der Verzweigungsgrad der wasserunlöslichen linearen α-1,4- D-Glukane in 6-Position nicht mehr als 0,5%. In 2- oder 3-Position beträgt der Verzweigungsgrad nicht mehr als 1% und insbesondere nicht mehr als 0,5%.

Besonders bevorzugt sind wasserunlösliche lineare α-1,4-D-Glucane, die keine Verzweigungen aufweisen bzw. deren Verzweigungsgrad so minimal ist, daß er mit herkömmlichen Methoden nicht mehr nachweisbar ist.

Die gewichtsgemittelten Molekulargewichte M_w (bestimmt mittels Gelpermeationschromatographie im Vergleich zu einer Eichung mit Pullulanstandard) der erfindungsgemäß verwendeten wasserunlöslichen linearen α- 1,4-D-Glucane können in einem weiten Bereich variieren. Zweckmäßig besitzen die als Ausgangsmaterial eingesetzten wasserunlöslichen linearen α-1,4-D-Glukane ein Molekulargewicht M_w von 0,75 × 10² bis 10⁷ g/mol, bevorzugt von 10³ bis 10⁶ g/mol und besonders bevorzugt von 10³ bis 10⁵ g/mol. Ein ganz besonders vorteilhafter Bereich liegt zwischen 2 × 10³ g/mol und 8 × 10³ g/mol.

Besonders bevorzugt weisen die verwendeten wasserunlöslichen linearen α-1,4-D- Glucane einen hohen Anteil an Polymeren mit einem Polmerisationsgrad zwischen 10 und 35 auf. Vorteilhaft weisen wenigstens 25%, bevorzugt wenigstens 30% und besonders bevorzugt wenigstens 35% der eingesetzten α-1,4-D-Glucanmoleküle einen Polymerisationsgrad von 10 bis 35 auf.

Die Polydispersität M_w/M_n der verwendeten wasserunlöslichen linearen α-1,4-D- Glucane kann innerhalb weiter Bereiche variieren. Bevorzugte Werte für die Polydispersität liegen im Bereich von 1,01 bis 50, insbesondere von 1,5 bis 15. Die Verwendung von Glucanen mit niedrigerer Polydispersität ist aber wegen der besseren Reproduzierbarkeit der erhaltenen Produkte bevorzugt.

Die verwendeten α-1,4-D-Glukane können auch chemisch in an sich bekannter Weise modifiziert sein, solange die Modifikationen im Hinblick auf die herzustellenden Nahrungs- und Arzneimittel unbedenklich sind. So können die α- 1,4-D-Glukane durch Veretherung oder Veresterung in 2-, 3- oder 6-Position in dem Fachmann bekannter Weise chemisch modifiziert sein. (s.a. Functional Properties of Food Components, 2nd edition, Y. Pomeranz, Academic Press (1991); Lehrbuch der Lebensmittelchemie, Belitz & Grosch, Springer Verlag (1992); Citrat Starch Possible Application as Resistent Starch in Different Food Systems, B. Wepner et al., European Air Concerted Action, Abstract: air3ct94- 2203, Functional Properties of Non-digestible Carbohydrates, Pro Fibre-Tagung, Lissabon, Februar 1998, Seite 59). Bevorzugt werden jedoch chemisch unmodifizierte α-1,4-D-Glucane verwendet.

Die erfindungsgemäß verwendeten wasserunlöslichen linearen α-1,4-D-Glucane können beliebigen Ursprungs sein. Beispielsweise können die wasserunlöslichen linearen α-1,4-D-Glucane aus natürlichen pflanzlichen und tierischen Quellen oder aus Mikroorganismen, die solche Glucane produzieren, durch konventionelle Isolierung und Aufreinigung erhalten werden. Hierbei muß jedoch besonderes Augenmerk auf die anschließende Reinigung des Biopolymers gelegt werden, um die Anwesenheit von Allergenen auszuschließen.

Da die meisten natürlichen Quellen die gewünschten wasserunlöslichen linearen α-1,4-D-Glucane aber nicht in den gewünschten Mengen enthalten, werden diese Polysaccharide vorteilhaft auf biotechnischem Wege gewonnen. Beispielsweise können die natürlichen Produzenten der wasserunlöslichen linearen Glucane gentechnisch derart manipuliert werden, daß sie im Vergleich mit dem unmanipulierten Organismus einen höheren Anteil an nicht oder nur geringfügig verzweigten Polysacchariden enthalten.

Die gewünschten wasserunlöslichen linearen α-1,4-D-Glucane können auch aus hochverzweigten Glucanen durch chemische oder enzymatische Entzweigung, beispielsweise mit Entzweigungsenzymen wie Pullulanasen erhalten werden.

Bevorzugt werden die erfindungsgemäß eingesetzten α-1,4-D-Glucane durch Biotransformation oder biokatalytisch hergestellt.

Unter Biotransformation oder biokatalytischer Herstellung wird hier verstanden, daß das wasserunlösliche α-1,4-D-Glucan in vitro durch katalytische Polymerisation von Glucosemolekülen unter Einwirkung eines geeigneten Enzyms, beispielsweise einer Polysaccharidsynthasen, Stärkesynthase, Glykosyltransferase, alpha-1,4-Glukantransferase, Glycogensynthase, Amylosucrase und/oder Phosphorylase, unter geeigneten Bedingungen hergestellt. Besonders bevorzugt werden Enzyme mit Amylosucrase-Aktivität eingesetzt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß keine Allergene in den Ersatzstoff eingebaut werden. Im Gegensatz zu Polysacchariden, die aus natürlichen Quellen, wie Pflanzen, isoliert werden, weisen die hierbei erhaltenen Polysaccharide auch ein besonders homogenes Eigenschaftsprofil auf, z. B. in bezug auf die Molekulargewichtsverteilung, sie enthalten keine oder allenfalls nur in sehr geringen Mengen unerwünschte Nebenprodukte, die aufwendig abgetrennt werden müssen, und lassen sich exakt spezifiziert reproduzieren. Insbesondere können mit biotechnischen Methoden wasserunlösliche lineare Polysaccharide erhalten werden, wie z. B. Poly-1,4-alpha-D-Glucane, die keine Verzweigungen enthalten, bzw. deren Verzweigungsgrad unterhalb der Nachweisgrenze herkömmlicher analytischer Methoden liegt.

Ein vorteilhaftes biokatalytisches Verfahren zur Gewinnung wasserunlöslicher linearer α-1,4-D-Glucane wird in der WO 95/31553 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt ausdrücklich Gegenstand der vorliegenden Beschreibung ist. Nach dem Verfahren der WO 95131553 wird das α-1,4-D-Glucan mittels eines biokatalytischen Verfahrens aus Saccharose unter Einwirkung eines Enzyms mit Amylosucrase-Aktivität, insbesondere mit einer Amylosucrase aus Bakterien der Spezies Neisseria polysaccharea, hergestellt. Diese Enzyme katalysieren die Bildung von α-1,4-glykosidisch verknüpften Glucanen, indem sie unter Freisetzung von D-Fructose den Glucosylrest des Saccharosemoleküls gemäß dem folgenden Reaktionsschema

Saccharose + (α-1,4-D-Glucosyl)n → D-Fructose + (α-1,4-D-Glucosyl)_n+1

auf die wachsende Polymerkette übertragen.

Ein besonders bevorzugtes Verfahren zur Gewinnung wasserunlöslicher linearer α-1,4-D-Glucane auf Grundlage des obigen Reaktiosschemas wird in der älteren, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 197 37 481.6 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt ausdrücklich Gegenstand der vorliegenden Beschreibung ist. Hierbei werden die wasserunlöslichen linearen α-1,4-D-Glucane aus Saccharose mittels Enzymen mit Amylosucrase-Aktivität, bevorzugt aus Neisseria polysaccharea, in wässrigen, pufferfreien Systemen synthetisiert. Die Reaktion kann auch in Gegenwart eines wasserlöslichen linearen oder verzweigten α-1,4-D-Glucans, beispielsweise eines wasserlöslichen Dextrins oder einer wasserlöslichen Amylose durchgeführt, da solche Glucane als Glucosylgruppenakzeptoren wirken, an denen das Enzym eine α-1,4- Glucankettenverlängerung katalysiert. Die linearen oligomeren oder polymeren Akzeptoren können dabei entweder von außen zugesetzt werden, sie können jedoch auch durch die Amylosucrase selbst aus Saccharose erzeugt werden.

Nach diesem Verfahren lassen sich α-1,4-D-Glukane mit besonders günstiger Molekulargewichtsverteilung im Bereich von 0,75 × 10² g/mol bis 10⁷ g/mol herstellen.

Die wasserunlöslichen linearen α-1,4-D-Glucane können auch in Form resistenter Stärke vorliegen, die aus den Glucanen gebildet wird. Resistente Stärke sind Amylosestrukturen, die durch α-Amylase nicht abgebaut werden. Die Bildung der resistenten Stärke erfolgt durch Retrogradierung der nichtresistenten wasserunlöslichen linearen α-1,4-D-Glucane.

Die Retrogradierung der α-1,4-D-Glucane kann nach an sich bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Erhitzen oder Extrusion.

Ein besonders bevorzugtes Verfahren zur Herstellung resistenter Stärke wird in der älteren, nicht vorveröffentlichten DE-A-198 30 618 beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird und deren Offenbarung Gegenstand der vorliegenden Beschreibung bildet. Dieses Verfahren ist einfach durchzuführen und liefert α-1,4-D-Glucanpräparationen mit einem hohen Anteil resistenter Stärke.

In einer vorteilhaften Ausführungsform entsprechend der genannten DE-A- 198 30 618 erfolgt die Herstellung der resistenten Stärke dadurch, daß zunächst eine wäßrige Suspension oder Dispersion der α-1,4-D-Glucane hergestellt wird. Diese Suspension oder Dispersion wird anschließend erwärmt, beispielsweise auf eine Temperatur von 50°C bis 100°C, und dann wird der erhaltene Kleister auf eine Temperatur von vorzugsweise im Bereich von 35°C bis zum Gefrierpunkt abgekühlt, bei der das α-1,4-D-Glucan retrogradiert, und dann gegebenenfalls getrocknet.

In einer anderen Ausführungsform entsprechend der DE-A-198 30 618 erfolgt die Herstellung der resistenten Stärke dadurch, daß die wäßrige Suspension oder Dispersion der α-1,4-D-Glucane eingefroren wird, wobei das α-1,4-D-Glucan retrogradiert wird. Nach dem Auftauen wird dann gegebenenfalls getrocknet oder entwässert.

Besonders vorteilhaft werden die wasserunlöslichen linearen α-1,4-D-Glucane oder die daraus erhältliche Stärke zusammen mit anderen funktionellen Lebensmitteladditiven eingesetzt, da die aus wasserunlöslichen linearen α-1,4-D- Glucanen erhältliche resistente Stärke in Kombination mit solchen Additiven einen synergistischen oder symbiotischen Effekt zeigt, indem sich die Wirkungen der Komponenten gegenseitig verstärken.

Unter funktionellen Lebensmitteladditiven werden hier sowohl Stoffe als auch Mikroorganismen verstanden, die den Lebensmitteln zur Beeinflussung oder zur Erzielung bestimmter Eigenschaften oder Wirkungen zugesetzt werden. Darunter fallen insbesondere funktionelle Additive, die einen positive Effekt auf die Gesundheit und das Wohlbefinden von Mensch und Tier haben.

Die Lebens- und Futtermitteladditive können Probiotika, Prebiotika und deren Kombination sogenannte Symbiotika oder sonstige Zusatzstoffe sein.

Unter Probiotika werden nicht-pathogene Mikroorganismen verstanden, die dem Lebens- oder Futtermittel lebend oder in Sporenform zugesetzt werden und die die Darmflora positiv beeinflussen können.

Beispiele für als Probiotika geeignete Mikroorganismen sind insbesondere Bakterien und Pilze. Bevorzugte Mikroorganismen sind Milchsäurebakterien, insbesondere der Gattung Lactobacillus, beispielsweise Bifidobakterien, Mikroorganismen der Gattung Streptococcus, beispielsweise Enterococcus- Stämme, und Hefen, beispielsweise der Gattung Saccharomyces, insbesondere der Spezies Saccharomyces boulardii.

Unter Prebiotika werden nicht verdauliche Stoffe verstanden, die dem Lebens- oder Futtermittel zugesetzt werden und die das Wachstum von bestimmten Bakterien im Dickdarm fördern.

Beispiele für Prebiotika sind insbesondere Ballaststoffe, beispielsweise Nahrungsfasern wie Oligo- und Polysccharide, beispielsweise Inulin, Oligofruktosen, Oligofructane und Fructo-Oligosaccharide.

Sonstige Zusatzstoffe sind Vitamine und Provitamine, insbesondere Vitamin A, die Vitamine B₁, B₂, B₃, B₅, B₆, B₉ und B₁₂, Vitamin C, Vitamin D, Vitamin E, Vitamin F und Vitamin K; Antioxidantien; Öle, Fette und Fettsäuren, insbesondere mehrfach ungesättigte Fettsäuren, beispielsweise Ω-3-Fettsäuren oder essentielle Fettsäuren wie Linol- und Linolensäure; sowie Kräuter und Extrakte.

Bevorzugt können Kombinationen von α-1,4-D-Glucanen und/oder resistenter Stärke und Lebens- und Futtermitteladditiven eingesetzt werden, die einerseits die technischen Voraussetzungen zur Verarbeitung des Lebensmittels nicht verändern und andererseits das Eigenschaftsbild des Lebensmittels nicht wesentlich beeinflussen. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn der kalorische Haushalt des Lebensmittels durch die funktionellen Additive nicht verändert wird. Dies wird entweder erreicht, indem beide oder mehrere funktionelle Additive gegenüber speziellen Eigenschaften neutral sind oder der positive oder negative Effekt des einen funktionellen Inhaltsstoffs durch den negativen oder positiven Effekt des anderen funktionellen Inhaltsstoffs gerade aufgehoben wird.

Besonders vorteilhaft sind Zusammensetzungen, die neben dem wasserunlöslichen linearen α-1,4-D-Glucan und/oder der resistenten Stärke, die selbst ein Prebiotikum darstellt, Probiotika enthalten. Bevorzugt ist das Probiotikum ein Bifidobakterium. Diese Kombination führt zu einem unerwartete symbiotischen Effekt, indem die resistente Stärke von den intestinalen Mikroorganismen unter Bildung kurzkettiger Fettsäuren verdaut wird, die wiederum als Nährstoff für die Bifidobakterien dienen und deren Proliferation fördern.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen kann durch einfaches Mischen erfolgen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform dient das wasserunlösliche lineare α-1,4-D-Glucan oder die daraus erhältliche resistente Stärke als Träger für das wenigstens eine Lebens- oder Futtermitteladditiv und liegt bevorzugt in Form von Mikropartikeln, insbesondere sphärischen Mikropartikeln vor, die ganz oder teilweise aus dem Glucan bestehen.

Die spezifische Oberfläche der Mikropartikel liegt zweckmäßig in einem Bereich von 1 m²/g bis 100 m²/g, bevorzugt von 1,5 m²/g bis 20 m²/g und besonders bevorzugt von 3 m²/g bis 10 m²/g.

Der mittlere Durchmesser (Zahlenmittelwert) der Mikropartikel liegt zweckmäßig in einem Bereich von 1 nm bis 100 µm, bevorzugt von 100 nm bis 10 µm und besonders bevorzugt von 1 µm bis 5 µm.

Die Bildung von Mikropartikeln, die ganz oder teilweise aus resisteter Stärke bestehen, kann beispielsweise durch einfaches Vermahlen der resistenten Stärke, die aus dem oben beschriebenen Kleister erhalten wurde, erfolgen.

Weitere Verfahren zur Herstellung von Mikropartikeln werden in den älteren deutschen Patentanmeldungen DE-A-197 37 481.6, 19839214.1, 19839216.8 und 19839212.5 beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird und deren Offenbarung ebenfalls Bestandteil der vorliegenden Beschreibung bildet.

Bevorzugt erfolgt die Herstellung der Mikropartikel durch Lösen der wasserunlöslichen α-1,4-D-Glucane oder der daraus erhältlichen resistenten Stärke in einem lebensmitteltechnologisch unbedenklichen Lösungsmittel, beispielsweise durch Lösen in wässrigem Alkali, Einbringen der Lösung in ein Fällmittel, vorzugsweise Wasser, Kühlen des dabei entstehenden Gemisches auf vorzugsweise 10°C bis -10°C und Abtrennen der gebildeten Mikropartikel.

Das Aufbringen der Lebensmitteladditive auf das Trägermaterial kann beispielsweise bei flüssigen Lebensmitteladditiven wie ungesättigten Fettsäuren durch einfaches Mischen erfolgen. Die Additive können aber auch dem Fällbad zugegeben werden, aus dem man die Mikropartikel gewinnt. Bei der Bildung der Mikropartikel adsorbieren die Additive dann auf der Oberfläche der Partikel.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Lebensmitteladditive mit den wasserunlöslichen linearen α-1,4-D-Glucanen oder der resistenten Stärke wenigstens teilweise ummantelt oder verkapselt. Auf diese Weise wird nicht nur die synergistische oder symbiotische Wirkung verstärkt, sondern auch ein zusätzlicher stabilisierender Effekt erreicht. Besonders vorteilhaft ist diese Ausführungsform bei einer Kombination von wasserunlöslichen linearen α-1,4-D- Glucanen und/oder resistenter Stärke mit Probiotika, wobei die lebenden Organismen mittels einer Schicht aus resistenter Stärke und gegebenenfalls anderen Polysacchariden verkapselt und dadurch auch vor schädlichen Einflüssen, die beispielsweise während der Verarbeitung von Nahrungsmitteln auftreten, geschützt werden.

Die Ummantelung kann in an sich bekannter Weise durch wäßrige Dispersions- oder Suspensionsprozesse erfolgen.

Durch die Struktur der Mikropartikeln, insbesondere die kugelförmige und/oder sphärische Struktur, können diese auch bestimmte Eigenschaften im Lebensmittel übernehmen und/oder Eigenschaften verbessern, wie zum Beispiel das sogenannten Mundgefühl (engl. mouth feel). Sie können aber gleichzeitig als Träger für mindestens ein weiteres Lebensmittel, einen Lebensmittelzusatzstoff oder -additiv gelten, um zum Beispiel die Verarbeitung zu verbessern (z. B. Rieselfähigkeit) oder um zum Beispiel Schutzwirkungen zu entfalten. So können derartige, nach dem Fachmann bekannten Methoden herstellbare, Mikropartikel genutzt werden, um zum Beispiel gesundheitsfördernde Organismen, wie zum Beispiel Bifido Bakterien, zu verkapseln und damit vor unerwünschten Angriffen, Abbau oder Zerstörung schützen.

Der Gehalt an resistenter Stärke (RS) kann in weiten Bereichen schwanken, ohne daß jedoch dadurch die Wirkung maßgeblich beeinträchtigt wird. Der Gehalt von RS kann zwischen 10 bis < 90% schwanken. Bevorzugt sind Bereiche von 20 bis 45%, sowie 50 bis 80%. Besonders bevorzugt ist ein Gehalt an resistenter Stärke von 30 bis 75%.

Die erfindungsgemäßen Partikel können aus mindestens einem linearen Poly­ saccharid bestehen und können mindestens eine Wirksubstanz enthalten. Die Oberfläche kann glatt oder rauh sein.

Die Mikropartikel können aus einer einzigen linearen Polysaccharidsubstanz, insbesondere 1,4-α-D-Polyglucan aufgebaut sein. Es ist aber auch möglich, ein anderes lineares wasserunlösliches Polysaccharid beizumischen.

Die Partikel zeigen eine Charakteristik der Durchmesser d_w zu d_n von (Dispersität)
1,0 bis 10,0,
bevorzugt 1,5 bis 5,0,
besonders bevorzugt 2,0 bis 2,6

d_n = Zahlenmittelwert des Durchmessers
d_w = Gewichtsmittelwert des Durchmessers

Die hier benutzten Mittelwerte definieren sich wie folgt:
d_n = Σ n_i × d_i / Σ n_i = Zahlenmittelwert
d_w = Σ n_i × d_i ² / Σ n_i × d_i = Gewichtsmittelwert

n_i = Anzahl der Partikel mit dem Durchmesser d_i,
d_i = ein bestimmter Durchmesser,
i = fortlaufender Parameter.

Der Begriff "Gewicht" steht hier nicht für Masse, sondern für ein gewichtetes Mittel. Die größeren Durchmesser erhalten einen höheren Stellenwert; durch den Exponenten 2 werden Durchmesser größerer Partikel stärker gewichtet.

Die Dispersität der Verteilung der Durchmesser bei den Partikeln ist definiert als: D = d_w/d_n

Die Molekulargewichte M_w (Gewichtsmittel, bestimmt mittels Gelpermeationschromatographie im Vergleich zu einer Eichung mit Pullulanstandard) der erfindungsgemäß verwendeten linearen Polysaccharide können in einem weiten Bereich von 0,75 × 102 g/mol bis 107 g/mol variieren. Bevorzugt liegt das Molekulargewicht M_w in einem Bereich von 10³ g/mol bis 10⁶ g/mol und besonders bevorzugt von 10³ g/mol bis 10⁵ g/mol. Ein weiterer vorteilhafter Bereich ist von 2 × 10³ bis 8 × 10³. Entsprechende Bereiche gelten für das bevorzugt eingesetzte Poly(1,4-D-glucan).

Die Molekulargewichtsverteilung bzw. Polydispersität M_w/M_n kann ebenfalls in weiten Bereichen je nach Herstellungsverfahren des Polysaccharids variieren. Bevorzugte Werte sind von 1,01 bis 50, insbesondere von 1,5 bis 15. Dabei nimmt die Polydispersität mit einer bimodalen Verteilung der Molekulargewichte zu.

Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiele Beispiel 1 Herstellung von α-1,4-D-Glucanen (Polyglucan)

In ein 5-l-Gefäß wurden 5 l einer sterilisierten 30%igen Saccharose Lösung gegeben. Ein Enzymextrakt, der eine Amylosucrase aus Neisseria polysaccharea enthielt (WO-A-95131553), wurde in einer Portion zugegeben und es wurde gemischt. Die eingesetzte Enzymaktivität betrugt in diesem Experiment 148000 Units. Das verschlossene Gefäß wurde bei 37°C inkubiert. Während der Dauer der Biotransformation bildete sich ein weißer Niederschlag. Die Reaktion wurde nach 39 h beendet. Der Niederschlag wurde abzentrifugiert, bei -70°C eingefroren und anschließend gefriergetrocknet. Die Masse des gefriergetrockneten Feststoffes betrug 526,7 g (70,2% Ausbeute).

Zur Abtrennung niedermolekularer Zucker wurden 200 g des Feststoffes mit Wasser 30 min unter Rühren bei Raumtemperatur gewaschen, bei -70°C eingefroren und gefriergetrocknet. Der Gehalt an Fruktose und Saccharose wurde nach Lösen des Feststoffes in DMSO durch einen gekuppelten enzymatischen Assay bestimmt und betrug 4,61 mg Fruktose pro 100 mg Feststoff (4,6%). Der Gehalt an Saccharose lag unter der Nachweisgrenze.

Der Überstand der Biotransformation wurde bei 95°C denaturiert. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde erneut zentrifugiert. Der klare Überstand wurde bei -70°C eingefroren und über 3 Tage bei 4°C aufgetaut. Der so erzeugte Niederschlag wurde bei -70°C eingefroren und gefriergetrocknet.

Zur Abtrennung niedermolekularer Zucker wurden 39,5 g des Feststoffes mit Wasser 30 min unter Rühren bei Raumtemperatur gewaschen, bei -70°C eingefroren und gefriergetrocknet. Der Gehalt an Fruktose und Saccharose wurde nach Lösen des Feststoffes in DMSO durch einen gekoppelten enzymatischen Assay gemäß STITT et al. (Meth. Enzym., 174 (1989) 518-552) bestimmt und betrug 2,27 mg Fruktose pro 100 mg Feststoff. Der Gehalt an Saccharose lag unter der Nachweisgrenze.

Beispiel 2 Bestimmung des Molekulargewichts des nach Beispiel 1 erhaltenen Materials

Es wurden 2 mg des α-1,4-D-Glucans aus Beispiel 1 bei Raumtemperatur in Dimethylsulfoxid (DMSO, p.a. von Riedel-de-Haen) gelöst und filtriert. Ein Teil der Lösung wurde in eine Säule zur Gelpermeationschromatographie injiziert. Als Elutionsmittel wurde DMSO verwendet. Die Signalintensität wurde mittels eines RI-Detektors gemessen und gegen Pullulanstandards (Firma Polymer Standard Systems) ausgewertet. Die Flußrate beträgt 1.0 ml pro Minute.

Die Messung ergibt ein Zahlenmittel des Molekulargewichts (Mn) von 2.326 g/mol und ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw) von 3.367 g/mol. Die Wiederfindungsrate beträgt 100%.

Beispiel 3 Analyse von linearem Polyglucan und Weizenmehl (Vergleichsbeispiel)

Das aus Beispiel 1 gewonnene Polyglucan wird im Vergleich zu Weizenmehl auf seine Inhaltsstoffe und Spurenelemente hin untersucht. Hierzu werden gängige Methoden der Analytik verwendet, wie NMR-Spektroskopie, Atomabsorptionsspektroskopie, Verfahren der Elementaranalyse, Karl-Fischer- Titration, Aminosäurenanalyse u. a. Die Ergebnisse zeigen deutlich den nahezu quantitativen Gehalt an Polysaccharid im Fall des Polyglucans aus Beispiel 1, sowie die nicht vorhandenen Proteine. Im Vergleich dazu zeigt z. B. Weizenmehl einen deutlich niedrigeren Gehalt an Polysacchariden, dafür aber einen erheblichen Anteil von potentiell Allergien verursachenden Proteinen.

Tabelle 1

Gegenüberstellung der analytischen Werte von Polyglucan und Weizenmehl

Analyse von linearem Polyglucan

Beispiel 4 Herstellung von Backwaren mit Weizenmehl (Vergleichsbeispiel) und Polyglucan Plätzchen

a) 20 g Zucker und 50 g weiche Butter werden schaumig geschlagen. Dann werden ein halbes Ei, 50 g Weizenmehl, 30 g gemahlene Haselnüsse, 1 Teelöffel, ein wenig Zitronenschalen, 1 Teelöffel Backpulver und 1 Teelöffel Vanillezucker hinzugegeben. Die Masse wird gut gerührt, bis die Masse sehr trocken und krümelig ist. Es wird ein wenig Milch hinzugegeben und verrührt, so daß sich der Teig leicht aufnehmen läßt. Es wird je ein Teelöffel der Masse auf ein Backblech geben. Im vorgeheizten Backofen (Heißluft) werden die Kekse bei 175°C ca. 15 Minuten gebacken.

b) Die Backwaren wurden gemäß Beispiel 4 hergestellt. Anstelle von Weizenmehl wurde Polyglucan nach Beispiel 1 hergestellt verwendet. Die Kekse haben rein äußerlich das gleiche Aussehen wie die des Vergleichsbeispiels mit Weizenmehl (Beispiel 4a).

Beispiel 5 Nachweis der Verträglichkeit von Polyglucan in der Verwendung als Mehl

Nach Vorlage der analytischen Daten wurden Backwaren aus Polyglucan nach Beispiel 3 zunächst durch 11 gesunde Probanden getestet. Hierbei traten in Geschmack, Konsistenz, Mundgefühl, Beißeffekten, Klebrigkeit und keine Unterschiede zu herkömmlichen Müsliriegeln (oder auch Keksen) auf. Die Gesamtbeurteilung durch die Probanden war durchgehend positiv. Die Probanden testeten die Backwaren an fünf verschiedenen Tagen innerhalb eines Zeitraums von zwei Wochen in Mengen, die etwa 100 g (+/- 10 g) Polyglucan enthielten. Nebeneffekte und unangenehme Wirkungen wurden weder durch die Probanden selbst oder auf gezielte Nachfrage durch einen Arzt in einem strukturierten Interview erkannt oder offensichtlich. Nebenreaktionen, wie etwa Hautreizungen, durch den Kontakt mit den Backwaren, wurden nicht beobachtet.

Aufgrund der unter ärztlicher Aufsicht stattgefundenen Untersuchungen an gesunden Probanden wurden 3 Personen, die nachweislich Probleme mit Mehl und seinen Produkten haben, an die "neue Ersatzsubstanz" herangeführt. In über die Zeit gestreckten Untersuchungen wurden die Backwaren unter ärztlicher Aufsicht mit den Patienten in Kontakt gebracht. Die Abfolge war dabei stufenweise angelegt und folgte über die Schritte (a) keine Berührung, in Gegenwart des Patienten (30-50 cm) Backware brechen, (b) Backware vom Patienten berühren, anfassen lassen, (c) Geruchstest, "schnuppern" an Backware, (d) erster Verzehr von Kleinstmengen (Krümeln, bis 5 g der Backware), (e) Verzehr einer größeren Menge (ca. 25 g) und (f) weiterer Verzehr. In keiner der Stufen konnten die Patienten selbst oder aber der beobachtende Arzt in irgendeiner Weise unerwünschte Wirkungen oder Nebenreaktionen feststellen. Nachdem diese Ergebnisse vorlagen wurde ein identischer Versuch durchgeführt, wobei die Backwaren durch das Pulver selbst ersetzt wurden, wie es aus der Herstellung (Beispiel 1) nach einem anschließenden Mahlprozeß anfällt. Auch in dieser Untersuchung stellten wiederum weder die Patienten selbst noch der beobachtende Arzt in irgendeiner Art Nebenreaktionen oder Unwohlsein an den Patienten fest.

Damit zeigt diese erste Stichprobe, daß weder die Zusammensetzung des Polyglucans an sich, noch die vorliegende Morphologie der Substanz in unstrukturierte Form oder als reines Pulver in einer erkennbaren Art zu allergenen Reaktionen Anlaß geben.

Claims (5)

1. Verwendung wasserunlöslicher linearer α-1,4-D-Glucane und/oder daraus erhältlicher resistenter Stärke als Mehlersatzstoff.

2. Verwendung nach Anspruch 1, worin das wasserunlösliche lineare α-1,4-D- Glucan biokatalytisch in vitro hergestellt ist.

3. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, worin das wasserunlösliche lineare α-1,4-D-Glucan durch in-vitro-Polymerisation von Glucosemolekülen in Gegenwart eines Enzyms mit Amylosucrase-Aktivität erhältlich ist.

4. Verwendung nach Anspruch 3, worin die Polymerisation in einem pufferfreien Sytem durchgeführt wird.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zusammen mit wenigstens einem weiteren Lebensmitteladditiv.