FIBRA DIETÉTICA SOLUBLE DE GRANOS DE AVENA Y CEBADA, MÉTODO PARA PRODUCIR UNA FRACCIÓN RICA EN BETA-GLUCANO Y USO DE LA FRACCIÓN EN ALIMENTOS, PRODUCTOS FARMACÉUTICOS Y COSMÉTICOS.

Fibra dietética soluble de granos de avena y cebada, método para producir una fracción rica en ß-glucano y uso de la fracción en alimentos, productos farmacéuticos y cosméticos. Campo de la Invención La presente invención se refiere a un proceso para la extracción rentable de fibras dietéticas solubles de alto peso molecular y polisacáridos funcionales sin almidón, a partir de granos de avena y cebada y el enriquecimiento y utilización posteriores de dichos materiales. Aquí se describe una metodología novedosa para producir glucanos de alto y mediano peso molecular, de una manera controlada y rentable. Antecedentes de la Invención ES 2 367 621 T3 Son conocidos los beneficios para la salud y la nutrición en seres humanos al aumentar la ingesta diaria de fibras dietéticas solubles procedentes de granos de avena y cebada. En particular, el componente ß-glucano de estos cereales se ha relacionado y asociado directamente a una serie de efectos beneficiosos, por ejemplo a la demostrada reducción de los niveles de colesterol en sangre, junto con las mejoras en las relaciones de HDL/LDL en sangre, un efecto fuertemente correlacionado con la mejora en la salud cardiovascular de los seres humanos [Bell et al, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, Vol 39, 2, 1999]. Adicionalmente, los polisacáridos sin almidón altamente viscosos (y normalmente de alto peso molecular) presentes en los granos de cereales integrales pueden estar implicados en mecanismos reguladores de la glucosa en sangre, con un efecto beneficioso implícito en la prevención a largo plazo de la diabetes de tipo 2 [Foster-Powell y Brand Miller, Am J. Clin. Nutr., 62, 871 S - 893S, 1995]. De mayor importancia, las fibras dietéticas solubles presentes en la avena y la cebada no son digeridas en el intestino humano, y por tanto pasan a través del colon, donde están disponibles para la fermentación microbiana y, como tales, son materiales prebióticos eficaces. Además, los ß-glucanos solubles de avena y cebada son muy interesantes como ingredientes funcionales en los alimentos, ya que muestran un comportamiento de gelificación, estabilizando propiedades, reteniendo agua y difundiendo un sabor agradable a los productos en la boca. Los ß-glucanos de alto peso molecular tienen un potencial como modificadores de viscosidad, estabilizadores coloidales, texturizantes, etc. en los productos alimenticios. Para muchas de las aplicaciones nutracéuticas y funcionales, es crucial mantener el elevado peso molecular en el componente ß-glucano de la fibra soluble y aislar la fibra soluble de forma rentable con una concentración razonablemente alta de ß-glucano en el aislamiento. La presente invención va dirigida a este "doble desafío". Además, el aislamiento de una fracción razonablemente limpia de fibra dietética soluble que contenga ß-glucano de alto peso molecular en concentraciones apreciables facilita el procesamiento posterior rentable de la materia para obtener unas preparaciones de muy alta concentración de ßglucano de alto peso molecular, y que se ajusten al peso molecular de los materiales de una manera controlada para "adaptar a medida" las propiedades del producto final. Este problema también ha sido abordado en la presente invención. Por último, para que las fibras dietéticas solubles de avena y cebada tengan un impacto significativo en los mercados alimentarios, debe ser rentable un proceso para su producción y ser capaz de suministrar materiales a un costo razonable ya aceptado para los ingredientes de alimentos de diversas clases. La presente invención también facilita esto. Antes de la presente invención, no existía un proceso rentable capaz de, a escala industrial, producir preparaciones concentradas de alto peso molecular de fibra dietética soluble de avena y cebada, que se pudieran utilizar directamente como ingredientes alimenticios. No había además ningún proceso que pudiera ofrecer productos de ß-glucano de perfiles predeterminados de peso molecular, necesarios para garantizar el correcto funcionamiento de los productos en las aplicaciones finales específicas. Por ejemplo, Inglett en dos solicitudes de patente (US 4.996.063 y WO 92/10106) describe los métodos para producir compuestos de fibra dietética soluble en agua a partir de harinas molidas y tratadas térmicamente de avena y harinas molidas de cebada, mediante el tratamiento con enzimas -amilasa para degradar los componentes de almidón y posterior centrifugación para eliminar los materiales insolubles de la mezcla hidrolizada. Los productos son relativamente bajos en contenido de fibra dietética soluble, sin ninguna referencia al peso molecular de los componentes de ß-glucano. En los procesos descritos solo se utiliza un tipo de enzima. No existe descripción de método alguno para enriquecer el contenido de ß-glucano de la materia, ni para la separación de una capa distinta rica en ß-glucano de alto peso molecular. Lennart et al (US 5.686.123) informa sobre métodos para producir suspensiones solubles de cereales a partir de la avena. La base de la invención es el tratamiento de la avena molida sometida previamente a tratamiento térmico, con enzima de clase ß-amilasa, mientras está suspendida en agua. De forma opcional, puede incluirse una segunda etapa de -amilasa para descomponer el almidón. En la presente invención no se describe la separación de un componente rico en fibra dietética soluble. La mezcla del producto contiene la mayor parte de la proteína y aceite presentes en la materia prima. 2 Triantafyllon en el documento WO 00/24270 describe un método para producir fibra dietética soluble de ß-glucano a partir de la harina de avena tratada térmicamente, empleando la enzima ß-amilasa para hidrolizar el almidón en los fragmentos de peso molecular más bajo, incluyendo -amilasa y/o proteasa de forma opcional en una hidrólisis de segunda etapa, después de la cual se centrifugan los sólidos, dejando una sola fase soluble que contiene alrededor de un 2% de ß-glucano antes del secado. En este proceso, no hay una descripción ni sugerencia sobre la segregación de una fracción rica en fibra dietética soluble distinta de una capa de jarabe acuoso, y no se produce ningún producto que pueda tener un contenido particularmente alto de ß-glucano a través del secado directo del sobrenadante separado. La falta de una capa superior independiente viscosa en la parte superior de la masa de la capa acuosa sugiere que se ha producido una cierta degradación de ß-glucanos en las fracciones de peso molecular más bajo. De hecho, la mayoría de procesos que afirman producir composiciones que contienen altas concentraciones de fibras dietéticas solubles a partir de la avena y la cebada no se basan en la extracción enzimática, sino más bien en la extracción alcalina o bien a partir de grano entero molido, o de una fracción tamizada (Fisher et al, documento US 6.323.338) o incluso de la extracción de agua caliente, lo que da ß-glucanos solubles de un menor peso molecular. (Roxdale Foods Ltd y Morgan; documento WO 02/02645 A1). Ahora se ha descubierto una metodología precisa que aborda y resuelve los problemas descritos anteriormente. La invención permite la producción rentable de preparaciones de fibra dietética soluble de avena y cebada que contienen ßglucanos de alto peso molecular, generalmente en concentraciones de un 20% - 30%. La fracción que contiene el componente de fibra dietética soluble de alto peso molecular (20% - 30% de materia seca) se separa durante el proceso como una capa superior viscosa distinta, por encima de otra capa acuosa distinta que contiene componentes solubles en agua. La fracción está relativamente libre de las proteínas y aceites que se encuentran normalmente en los procesos descritos anteriormente. Después la fracción limpia se puede separar de forma muy rentable de los demás componentes y secarse directamente en forma de polvo blanco soluble con un imperceptible sabor a cereales. Esto naturalmente facilita en gran medida el proceso posterior de esta fracción que contiene las fibras dietéticas solubles con dichas características y en dichas proporciones, de modo que un enriquecimiento posterior (hasta más de un 60% de ß-glucano en porcentaje de materia seca) se convierte en comercial y técnicamente factible. Se trata de un gran paso adelante en el procesamiento de la avena y la cebada. Resumen de la presente invención Los objetivos principales de la presente invención son: ES 2 367 621 T3 1. Obtener un proceso industrial eficiente y rentable para extraer y producir, a partir de los granos de avena y cebada, complejos de fibra dietética soluble de alto peso molecular (> 1.300.000 Daltons) y de mediano peso molecular (> 800.000 Daltons) que contengan componentes de ß-glucano y, opcionalmente, combinaciones de lo siguiente: componentes arabinoxilano, almidón y/o fragmentos... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la extracción de un complejo de fibra dietética soluble de grano de avena y cebada usando un tratamiento de hidrólisis enzimática, caracterizado por el hecho de que el grano no tratado térmicamente se muele y cualesquiera fracciones con endospermo agotado del mismo ricas en ß-glucanos se recombinan sin más tratamiento térmico, se dispersan en agua y luego se someten a tratamiento enzimático con enzimas degradantes de almidón libres de ß-glucanasa, seguido de un paso opcional de inactivación enzimática por tratamiento térmico húmedo, por el cual la mezcla de hidrolizado forma espontáneamente por lo menos una capa viscosa acuosa superior sobre una segunda capa acuosa, se somete a un proceso de separación para aislar dicha al menos una capa superior viscosa acuosa que comprende el complejo de fibra dietética soluble, que contiene más del 20% de ß-glucano en porcentaje de materia seca. 2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que se aíslan una segunda capa de una fracción acuosa sustancialmente libre de ß-glucanos, y por lo menos una tercera capa de una fracción que comprende la mayor parte de proteínas y aceites junto con el material fibroso insoluble del grano molido. 3. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el ß-glucano aislado tiene un peso molecular de al menos 400.000 Daltons. 4. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el ß-glucano aislado tiene un peso molecular de al menos 800.000 Daltons. 5. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el ß-glucano aislado tiene un peso molecular de al menos 1.300.000 Daltons. 6. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que las fracciones de grano de cereal molido son tratadas con enzimas degradantes de almidón en una secuencia que utiliza primero -amilasa y después enzima amiloglucosidasa libre de actividad secundaria de ß-glucanasa. 7. Un procedimiento según las reivindicaciones 1 y 6, en el que las fracciones de grano de cereal molido son tratadas con enzimas degradantes de almidón en una secuencia que utiliza primero -amilasa y después enzima amiloglucosidasa libre de actividad secundaria de ß-glucanasa, en el que se utiliza la enzima amiloglucosidasa durante 40 minutos o menos, a una temperatura superior a 55°C. 8. Un procedimiento según las reivindicaciones 1, 6 y 7 en el que las fracciones de grano de cereal molido son tratadas con enzimas degradantes de almidón en una secuencia que utiliza primero -amilasa y después enzima amiloglucosidasa, en el que la enzima amiloglucosidasa está sustancialmente limpia de actividades secundarias de ßglucanasa antes del uso, en un procedimiento de dos pasos mediante intercambio de aniones seguido de cromatografía de interacción hidrofóbica, eluyendo la banda principal de proteínas de la columna de cromatografía de interacción hidrofóbica, siendo utilizada como enzima limpia. 9. Un procedimiento según las reivindicaciones 1 a 8, en el que la capa superior rica en fibra dietética soluble separada es tratada después en estado húmedo, tras ser diluida adicionalmente con agua de forma opcional, con una o una combinación de más de una de los siguientes tipos de enzima: xilanasas, amiloglucosidasas, pululanasas, celulasas. 10. Un procedimiento según las reivindicaciones 1 a 8, en el que la capa superior separada rica en fibra dietética soluble es tratada además en estado húmedo, tras ser diluida adicionalmente con agua de forma opcional, con la enzima amiloglucosidasa, en la que la enzima amiloglucosidasa está sustancialmente limpia de actividades secundarias de ßglucanasa antes del uso, en un procedimiento de dos pasos mediante intercambio de aniones seguido de cromatografía de interacción hidrofóbica, utilizándose la banda principal de proteína eluída de la columna de cromatografía de interacción hidrofóbica como enzima limpia. 11. Un procedimiento según las reivindicaciones 1 a 10, en el que el ß-glucano aislado es secado. 12. Una fracción rica en fibras dietéticas solubles, particularmente ß-glucanos de peso molecular medio, y producida según las reivindicaciones 1 a 11, en la que dicha fracción contiene al menos un 20% y hasta un 40% de ß-glucano (en porcentaje de materia seca) de peso molecular de al menos 800.000 Daltons, y que contenga menos de un 10% de proteína, preferiblemente menos de un 7% de proteína, más preferiblemente menos de un 5% de proteína, y menos de un 2,5% de aceite, preferiblemente menos de un 2,0%, más preferiblemente menos de un 1,5%, aún más preferiblemente menos de un 1,0%. 13. Una fracción rica en fibras dietéticas solubles, particularmente ß-glucanos de peso molecular alto, y producida según las reivindicaciones 1 a 11, en la que dicha fracción contiene al menos un 20% y hasta un 40% de ß-glucano (en porcentaje de materia seca) de peso molecular de al menos 1.300.000 Daltons, y menos de un 10% de proteína, preferiblemente menos de un 7% de proteína, más preferiblemente menos de un 5% de proteína, y menos de un 2,5% 17 ES 2 367 621 T3 de aceite, preferiblemente menos de un 2,0%, más preferiblemente menos de un 1,5%, aún más preferiblemente menos de un 1,0%. 14. Una fracción rica en fibras dietéticas solubles, particularmente ß-glucanos de peso molecular medio, y producida según las reivindicaciones 1 a 11, en la que dicha fracción contiene al menos un 40% de ß-glucano (en porcentaje de materia seca) de peso molecular de al menos 800.000 Daltons, y que contenga menos de un 10% de proteína, preferiblemente menos de un 7% de proteína, más preferiblemente menos de un 5% de proteína, y menos de un 2,5% de aceite, preferiblemente menos de un 2,0%, más preferiblemente menos de un 1,5%, aún más preferiblemente menos de un 1,0%. 15. Una fracción rica en fibras dietéticas solubles, particularmente ß-glucanos de peso molecular alto, y producida según las reivindicaciones 1 a 11, en la que dicha fracción contiene al menos un 40% de ß-glucano (en porcentaje de materia seca) de peso molecular de al menos 1.300.000 Daltons, y menos de un 10% de proteína, preferiblemente menos de un 7% de proteína, más preferiblemente menos de un 5% de proteína, y menos de un 2,5% de aceite, preferiblemente menos de un 2,0%, más preferiblemente menos de un 1,5%, aún más preferiblemente menos de un 1,0%. 16. Una fracción según las reivindicaciones 12 a 15 en estado seco. 17. Un uso de un ß-glucano producido según una o más de las reivindicaciones 1 a 11, y/o una fracción que contiene ßglucanos según una o más de las reivindicaciones 12 a 16 como aditivo para alimentos, piensos, productos cosméticos y/o en la fabricación de productos farmacéuticos. 18. Un uso según la reivindicación 17, en el que los alimentos son yogures, bebidas a base de leche y otras preparaciones líquidas fermentadas a base de leche. 19. Un uso según la reivindicación 17, en el que los alimentos son helados y postres congelados. 20. Un uso según la reivindicación 17, en el que los alimentos son untables a base de mantequilla, alimentos untables y margarinas, actuando dicho aditivo a modo de modulador del colesterol en sangre, y/o modulador de glucosa en sangre, y/o agente prebiótico. 21. Un uso según la reivindicación 17, en el que los alimentos son quesos. 22. Un uso según la reivindicación 17, en el que los alimentos son productos cárnicos procesados, como hamburguesas, albóndigas, salchichas, embutidos, patés y pastas, actuando dicho aditivo como agente texturizante y/o retenedor de humedad, y/o agente prebiótico, y/o agente modulador de glucosa en sangre. 23. Un uso según la reivindicación 17, en el que los alimentos son productos de bollería tales como panes y pasteles, actuando dicho aditivo como agente texturizante y/o retenedor de humedad, y/o agente modulador de glucosa en sangre, y/o agente modulador del colesterol en sangre, y/o agente prebiótico. 24. Un uso según la reivindicación 17, en el que los productos cosméticos son pomadas, cremas, y/o emolientes para la piel. 25. Un uso según la reivindicación 17, como componente en la formulación de píldoras o cápsulas, actuando dicho aditivo como agente prebiótico y/o modulador de glucosa en sangre y/o agente modulador del colesterol en sangre. 26. Un uso según la reivindicación 17, como componente en los dispositivos de administración lenta y/o controlada para aplicaciones farmacéuticas. 18 Proceso seco Grano de avena Avena descascarada Grano de cebada Harina de avena Harina de cebada ES 2 367 621 T3 19 Cáscaras Avena más gruesa Cebada más gruesa Más Enzimas Proceso húmedo Agua Fase de agua ES 2 367 621 T3 Proteína ß-Glucanos Agua Fibra Proteína Grasa Polvo de ß- Glucanos