СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АКРИЛАМИДА В ПОДВЕРГНУТЫХ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ
METHOD FOR REDUCING ACRYLAMIDE FORMATION IN HEAT-TREATED FOOD PRODUCTS

Предпосылки создания изобретения
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу уменьшения количества акриламида в подвергнутых тепловой обработке пищевых продуктах. Настоящее изобретение позволяет изготавливать пищевые продукты со значительно сниженными уровнями содержания акриламида. Способ основан на восстановлении влагосодержания дегидратированного пищевого продукта, содержащего аспарагин.
Описание уровня техники
Химическое вещество акриламид в форме полимера длительное время применяется в промышленности для очистки воды, усовершенствованной регенерации масел, производства бумаги, во флокулянтах, загустителях, для переработки руды и производства несминаемых тканей. Совсем недавно было установлено, что акриламид в форме мономера содержится в самых разнообразных пищевых продуктах. В частности, акриламид обнаружен в пищевых продуктах с высоким содержанием углеводов, подвергнутых переработке при высоких температурах. Примеры пищевых продуктов, в которых обнаружено присутствие акриламида, включают кофе, сухие завтраки, печенье, картофельные чипсы, крекер, картофель фри, хлебобулочные изделия и жареное панированное мясо. Поскольку факт содержания акриламида в пищевых продуктах установлен недавно, точный механизм образования акриламида еще не выяснен. Но с учетом того, что акриламид в форме мономера является нежелательным в пищевых продуктах, было бы полезно иметь способ значительного снижения или исключения его содержания в подвергнутых тепловой обработке пищевых продуктах.
Краткое изложение сущности изобретения
В настоящем изобретении предложен способ уменьшения количества акриламида в подвергнутых тепловой обработке пищевых продуктах, при этом в одном из вариантов осуществления предложен способ снижения уровня содержания акриламида в куске картофеля, включающий стадии, на которых используют дегидратированный кусок картофеля, регидратируют упомянутый кусок картофеля в восстанавливающем влагосодержание растворе с целью получения содержащего незначительное количество аспарагина куска картофеля и подвергают тепловой обработке упомянутый содержащий незначительное количество аспарагина кусок картофеля.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предложен способ уменьшения количества акриламида в подвергнутых тепловой обработке пищевых продуктах, включающий стадии, на которых используют пищевой продукт растительного происхождения, имеющий естественную концентрацию аспарагина, содержащегося во множестве клеточных стенок, дегидратируют упомянутый пищевой продукт растительного происхождения с целью получения дегидратированного пищевого продукта и регидратируют дегидратированный пищевой продукт в восстанавливающем влагосодержание растворе, в результате чего получают пищевой продукт с восстановленным влагосодержанием, который имеет сниженную концентрацию аспарагина, по меньшей мере на 50% меньшую, чем естественная концентрация аспарагина. Упомянутые, а также дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут ясны из следующего далее подробного описания.
Подробное описание изобретения
Для образования акриламида в подвергнутых тепловой обработке пищевых продуктах необходим источник углерода и источник азота. Предполагается, что источником углерода являются углеводы, а источником азота являются белки или аминокислоты. Многие пищевые продукты растительного происхождения, такие как рис, пшеница, кукуруза, ячмень, соя, картофель и овес, содержат аспарагин и имеют преобладающее содержание углеводов и незначительное содержание аминокислот. Обычно такие пищевые продукты содержат небольшую группу аминокислот, в которую помимо аспарагина входят другие аминокислоты. Существует двадцать стандартных аминокислот, которые являются строительными блоками для белков и содержатся в этих ингредиентах пищевых продуктов, включая без ограничения лизин, аланин, аспарагин, глутамин, аргинин, гистидин, глицин и аспарагиновую кислоту.
Термин "подвергнутый тепловой обработке" означает пищевой продукт или ингредиенты пищевого продукта, компоненты которого, такие как смесь ингредиентов, нагревают по меньшей мере до 80°С. Тепловую обработку пищевого продукта или ингредиентов пищевого продукта предпочтительно осуществляют при температуре от около 100°С до 205°С. В одном из вариантов осуществления подвергнутый тепловой обработке пищевой продукт нагревают до температуры свыше около 120°С. В одном из вариантов осуществления пищевой продукт растительного происхождения обжаривают в горячем масле, имеющем температуре от около 300°F (148°C) до около 375°F (190°C), более предпочтительно от около 350°F (177°C) до около 360°F (182°C). В одном из вариантов осуществления пищевой продукт растительного происхождения обжаривают в горячем масле до содержания влаги менее около 4%, более предпочтительно от около 1% до около 3% по весу. Ингредиент пищевого продукта может быть подвергнут отдельной обработке при повышенной температуре до получения конечного пищевого продукта.
Как указано в настоящем описании, подвергнутый тепловой обработке пищевой продукт может быть получен из подвергнутого тепловой обработке ингредиента пищевого продукта и/или сырого ингредиента пищевого продукта. Примером подвергнутого тепловой обработке ингредиента пищевого продукта являются картофельные хлопья, которые получают из сырого картофеля посредством воздействия температур, достигающих 200°С. Примеры других подвергнутых тепловой обработке ингредиентов пищевого продукта включают овес, пропаренный и высушенный рис, подвергнутые тепловой обработке продукты из сои, кукурузное тесто, обжаренные кофейные зерна и обжаренные какао-бобы. Примеры сырых ингредиентов пищевого продукта включают ломтики сырого картофеля, которые могут быть подвергнуты тепловой обработке с целью получения картофельных чипсов или картофеля фри, например, путем обжарки ломтиков сырого картофеля при температуре от около 100°С до около 205°С.
Нагрев аминокислот, таких как лизин и аланин в присутствии моносахарида, такого как глюкоза, не приводит к образованию акриламида (смотри Примеры 1 и 2). Тем не менее, установлено, что значительное образование акриламида происходит, когда аминокислоту аспарагин нагревают в присутствии моносахарида (смотри Пример 3). Однако, как ни удивительно, аспарагин в сочетании с другой аминокислотой, такой как лизин, в присутствии моносахарида не приводит к увеличению образования акриламида, значительно превышающему его увеличение, когда аспарагин является единственно присутствующей аминокислотой (смотри, например, Пример 4).
Зная, что акриламид образуется при нагреве аспарагина в присутствии моносахарида, можно добиться уменьшения образования акриламида в подвергнутых тепловой обработке пищевых продуктах путем инактивирования аспарагина. Под "инактивированием" подразумевается удаление аспарагина из пищевого продукта или лишение аспарагина способности образовывать акриламид путем его преобразования или связывания с другим химическим веществом, которое препятствует образованию акриламида из аспарагина. Например, аспарагин может быть инактивирован путем выщелачивания. Растворимость аспарагина в водном растворе можно увеличить, если поддерживать рН раствора слегка кислотным или слегка щелочным, предпочтительно в интервале от 5 до 9. Аспарагин может быть инактивирован путем ферментации. Кроме того, аспарагин может быть инактивирован путем введения в белки. Аспарагин также может быть инактивирован путем добавления двухвалентного катиона, такого как кальций в форме лактата кальция, цитрата кальция или яблочнокислого кальция.
Дополнительным способом инактивирования является введение аспарагина в контакт с ферментом аспарагиназой. Аспарагиназа разлагает аспарагин на аспарагиновую кислоту и аммиак. Один из примерных вариантов осуществления применения аспарагиназы проиллюстрирован в Примере 5.
В еще одном способе инактивирования аспарагина пищевой продукт обрабатывают путем его дегидратации, затем регидратации, в результате чего получают обработанный пищевой продукт с меньшей концентрацией аспарагина, чем в таком же пищевом продукте, не подвернутом обработке. Такой способ проиллюстрирован в Примерах 6-8 и в следующем далее описании.
В одном из примеров такого способа пищевой продукт представляет собой куски сырого картофеля, который до дегидратации необязательно очистили от кожуры и нарезали ломтиками соответствующей толщины для изготовления картофельным чипсов. До дегидратации такие куски сырого картофеля могут быть бланшированы или оставлены не бланшированными.
Соответствующие куски дегидратированного картофелям доступны для приобретения у таких поставщиков, как Harmony House Foods (Уинтервиль, Северная Каролина). В качестве альтернативы, куски сырого картофеля, которые обычно имеют естественное содержание влаги от около 70% до 80%, могут быть дегидратированы одним или несколькими хорошо известными из техники способами удаления влаги, включая без ограничения электропечи инфракрасного нагрева, СВЧ-печи и конвекционные печи. Специалистам в данной области техники хорошо известны способы дегидратации кусков пищевых продуктов. В контексте настоящего изобретения дегидратация означает процесс удаления воды в немасляной среде, посредством которого удаляется достаточно воды для того, чтобы после регидратации дегидратированного куска пищевого продукта он содержал примерно на 50% меньше аспарагина, чем до дегидратации. В контексте настоящего изобретения дегидратированным пищевым продуктом является любой кусок пищевого продукта, который дегидратирован таким образом, чтобы при последующей регидратации кусок пищевого продукта представлял собой содержащий незначительное количество аспарагина пищевой продукт. В контексте настоящего изобретения содержащий незначительное количество аспарагина пищевой продукт содержит примерно на 50%, более предпочтительно примерно на 70%, наиболее предпочтительно примерно на 90% меньше аспарагина, чем кусок пищевого продукта до дегидратации.
Было неожиданно установлено, что кусок обработанного картофеля, определяемый как кусок дегидратированного картофеля, который был регидратирован, имеет меньшую концентрацию аспарагина, чем кусок необработанного картофеля. В контексте настоящего изобретения куском необработанного пищевого продукта является кусок свежего пищевого продукта, который не был дегидратирован.
Может применяться любой способ дегидратации и профиль температур/времени при условии, что уровень содержания аспарагина после регидратации по меньшей мере примерно на 50% ниже уровня естественного содержания аспарагина. В одном из вариантов осуществления стадию дегидратации выполняют при атмосферном или более низком давлении путем сублимационной сушки. В одном из вариантов осуществления дегидратация протекает при атмосферном давлении в условиях относительно слабого нагрева, например, при температуре в печи около 165°F (74°С), а в одном из вариантов осуществления от около 71°С до около 74°С в течение от около 45 минут до около одного часа, пока содержание влаги не составит менее около 5% по весу, более предпочтительно менее около 4% по весу, еще более предпочтительно менее около 3% по весу, наиболее предпочтительно от около 1% до около 2% по весу. Разумеется, что указанные выше цифры приведены в качестве иллюстрации, а не ограничения. Они лишь служат одним из примеров применимого способа дегидратации и профиля температур/времени. Специалисты в данной области техники, ознакомившиеся с настоящим описанием, без сомнения смогут предложить другие применимые способы дегидратации с использованием различных средств, включая сверхвысокочастотные, инфракрасные, конвекционные и другие известные из техники средства, при атмосферном или другом давлении и с использованием профилей температур/времени, способных снижать содержание аспарагина до уровня около 50% его естественного содержания в пищевом продукте после регидратации.
В одном из вариантов осуществления кусок пищевого продукта дегидратируют в условиях слабого нагрева при атмосферном давлении. Таким образом, условия слабого нагрева при атмосферном давлении определяются как дегидратация куска пищевого продукта при температуре в печи от около 110°F (43°С) до около 165°F (74°C) до достижения желаемой степени дегидратации. При температуре в печи свыше 165°F (74°C) и атмосферном давлении может происходить нежелательное разрушение клеточных стенок. В контексте настоящего изобретения условия слабого нагрева означают профиль дегидратации, при котором получают кусок дегидратированного пищевого продукта без тепловой обработки куска пищевого продукта. В таких условиях слабого нагрева может происходить частичное желатинирование крахмала в клетках картофеля, но не происходит разрыв межклеточных связей между клетками картофеля или разрушение клеточных стенок.
В одном из примеров рассматриваемого варианта осуществления куски дегидратированного картофеля регидратируют в восстанавливающем влагосодержание растворе. Восстанавливающий влагосодержание раствор может храниться при температуре в любом соответствующем диапазоне, а куски картофеля могут храниться в растворе в течение времени, необходимого для получения содержащего незначительное количество аспарагина куска картофеля. В одном из вариантов осуществления восстанавливающий влагосодержание раствор имеет диапазон температур от около 1°С до около 18°С, более предпочтительно от около 7°С до около 12°С. Установлено, что в таком диапазоне температур после регидратации получают хрустящие твердые ломтики картофеля. Теоретически предполагается, что во время регидратации предшественник акриламида аспарагин выщелачивается из куска картофеля. Таким образом, кусок картофеля следует регидратировать по меньшей мере до тех пор, пока уровень содержания аспарагина в куске картофеля не будет составлять примерно на 50%, более предпочтительно примерно на 70%, наиболее предпочтительно примерно на 90% меньше аспарагина, чем уровень естественного содержания аспарагина в необработанном куске картофеля. В одном из вариантов осуществления куски дегидратированного картофеля регидратируют до содержания влаги от около 30% до около 80% по весу.
В одном из вариантов осуществления восстанавливающий влагосодержание раствор содержит воду.
В другом варианте осуществления восстанавливающий влагосодержание раствор дополнительно содержит один или несколько уменьшителей содержания акриламида. Поскольку аспарагин является предшественником акриламида, уменьшитель содержания аспарагина является синонимом уменьшителя содержания акриламида, так как обработка физическими или химическими способами с целью уменьшения содержания аспарагина также приводит к снижению уровня содержания или концентрации акриламида за счет уменьшения количества аспарагина, доступного для преобразования в акриламид. Тем не менее, следует отметить, что противоположное утверждение может быть неверным, поскольку, например, некоторые уменьшители содержания акриламида могут разрушать молекулы акриламида после их образования.
Так, в некоторых вариантах осуществления восстанавливающий влагосодержание раствор содержит один или несколько уменьшителей содержания акриламида, выбранных из группы, включающей аспарагиназу, один или несколько свободных тиолов необязательно в сочетании с восстановителем, при этом упомянутые свободные тиолы выбирают из группы, включающей цистеин, N-ацетил-L-цистеин, N-ацетил-цистамин, восстановленный глутатион, дитиотреитол, казеин; одну или несколько аминокислот, выбранных из группы, включающей цистеин, лизин, глицин, гистидин, аланин, метионин, глутаминовую кислоту, аспарагиновую кислоту, пролин, фенилаланин, валин и аргинин; и одну или несколько снижающих рН солей с константой ионизации (pKa) менее около 6,0. Такие соли включают без ограничения хлорид кальция, лактат кальция, яблочнокислый кальций, глюконат кальция, одноосновный фосфат кальция, ацетат кальция, лактобионат кальция, пропионат кальция, стеароиллактат кальция, хлорид магния, цитрат магния, лактат магния, яблочнокислый магний, глюконат магния, фосфат магния, сульфат магния, гексагидрат хлористого алюминия, хлорид алюминия, алюминиево-аммониевые квасцы, алюминиево-калиевые квасцы, алюминиево-натриевые квасцы, сульфат алюминия, хлорид железа, глюконат железа, фумарат железа, лактат железа, сульфат железа, хлорид меди, глюконат меди, сульфат меди, глюконат цинка и сульфат цинка. Эти уменьшители содержания акриламида описаны в патентной заявке US №11/033,364, содержание которой в порядке ссылки включено в настоящее описание. В случае противоречий между включенной в описание заявкой и настоящим описанием преобладающую силу имеет настоящее описание.
В приведенных далее примерах проиллюстрировано несколько вариантов осуществления изобретения.
Пример 1
В этом примере показано, что акриламид не образуется в присутствии моносахарида и аминокислоты лизин. Около 0,2 грамма глюкозы, около 0,1 грамма гидрата аминокислоты L-лизин и 0,2 мл воды смешали в пробирке с 20-мл свободным пространством над продуктом. Пробирку закрыли алюминиевой фольгой и нагрели в газохроматографической печи согласно следующему профилю температур: начальная установленная температура 40°; затем повышение температуры до 200°С со скоростью 20° в минуту; далее поддержание температуры 200°С в течение двух минут; и затем охлаждение до 40°С. После нагрева смесь высушили и извлекли. Реакционную смесь экстрагировали с помощью 100 мл воды и измерили содержание акриламида в воде методом газовой хроматографии - массовой спектрометрии (GC-MS). Когда глюкозу нагревали с использованием гидрата L-лизина, акриламид не был обнаружен (предел обнаружения менее 50 частей на миллиард). Если бы источником образования акриламида являлась реакция Майяра, реакционная смесь на основе лизина должна была бы содержать акриламид, поскольку реакционная смесь значительно покоричневела.
Пример 2
В этом примере показано, что акриламид не образуется в присутствии моносахарида и аминокислоты аланин. Был повторно осуществлен Пример 1 за исключением того, что используемой аминокислотой являлся L-аланин. И в этом случае не было установлено присутствие акриламида выше предела обнаружения в 50 частей на миллиард.
Пример 3
В этом примере показано, что акриламид образуется в присутствии моносахарида и аспарагина. Снова был осуществлен Пример 1 за исключением того, что используемой аминокислотой являлся моногидрат L-аспарагина. Когда реакционную смесь извлекли с помощью воды и измерили содержание акриламида методом GC-MS, реакционная смесь содержала 55,106 частей на миллиард акриламида. Исходя из исходной загрузки в 0,1 грамма аспарагина, выход акриламида составляет около 9%.
Пример 4
В этом примере показано, что акриламид образуется в присутствии моносахарида, аспарагина и второй аминокислоты. Был повторен Пример 1 за исключением того, что использовали равные части гидрата L-лизина и моногидрата L-аспарагина в количестве 0,1 грамма каждого. Измерили содержание акриламида в реакционной смеси, которое составило 214,842 частей на миллиард. Исходя из исходной загрузки аспарагина и лизина, выход акриламида составляет около 37%.
Пример 5
В этом примере показано, что образование акриламида уменьшается, когда аспарагин и глюкозу нагревают в присутствии фермента аспарагиназа. Фермент аспарагиназа растворили в 0,05 моля буфера на основе треххлористоводородной соли с рН=8,6 с целью получения активного раствора аспарагиназы. Также получили контрольный раствор аспарагиназы путем поддержания части активного раствора аспарагиназы нагретым до температуры около 100°С в течение около 20 минут, чтобы деактивировать фермент. Для контроля около 0,2 грамма глюкозы, около 0,1 грамма аспарагина и около 20 мл нагретого раствора аспарагиназы смешали в пробирке с 20-мл свободным пространством над продуктом. Для эксперимента с действующим ферментом около 0,2 грамма глюкозы, около 0,1 грамма аспарагина и около 20 мл активного раствора аспарагиназы смешали в пробирке с 20-мл свободным пространством над продуктом. Количество фермента в пробирке составляло около 250 единиц. Контрольную и активную смеси фермента подвергли одновременной обработке с воспроизведением. Пробирки в течение около 2 часов выдерживали при температуре около 37°С, а затем примерно на 40 часов поместили в разогретую примерно до 80°С печь, чтобы выпарить до сухого состояния. После нагрева в каждую пробирку добавили около 0,2 мл воды. Затем пробирки подвергли нагреву в газохроматографической печи с использованием следующего профиля температур: начальная температура - около 40°С, нагрев примерно до 200°С со скоростью около 20° минуту и выдерживание в течение около 2 минут при температуре около 200°С с последующим охлаждением примерно до 40°С. Затем реакционные смеси извлекли с помощью примерно 50 мл воды и определили содержание акриламида в воде методом газовой хроматографии - массовой спектрометрии (GC-MS). Результаты измерений приведены далее в Таблице 1.
Таблица 1
Образование акриламида в присутствии аспарагиназы и глюкозы
Испытуемый материал
Акриламид (част/млрд)
Снижение в процентах
Контроль 1
334810
-
Контроль 2
324688
-
Активная аспарагиназа 1
66
99,9
Активная аспарагиназа 2
273
99,9
Как можно видеть, в результате обработки системы ферментом, который разлагает аспарагин на аспарагиновую кислоту и аммиак, образование акриламида уменьшилось более чем на 99,9%. Этот эксперимент доказывает, что при снижении концентрации аспарагина или ослаблении реакционной способности аспарагина уменьшается образование акриламида.
Пример 6
В этом примере показано, что концентрация аспарагина в обработанных (дегидратированных/регидратированных) ломтиках картофеля снижается значительно больше, чем в необработанных ломтиках картофеля. Свежий картофель очистили от кожуры и нарезали ломтиками толщиной около 0,070 дюйма. Две группы дегидратированных ломтиков картофеля производства компании Harmony House Foods, толщина которых до дегидратации составляла около 0,070 дюйма, а начальное содержание влаги около 3,7% по весу, регидратировали примерно в 4 литрах восстанавливающего влагосодержание раствора при температуре около 48°F (9°C) в течение около 24 часов до содержания влаги около 71% по весу. В первую группу входило около 200 граммов дегидратированных ломтиков, регидратированных примерно в 4 литрах воды, не содержащей фермент, а во вторую группу входило около 200 граммов дегидратированных ломтиков, регидратированных примерно в 4 литрах воды, содержащей около 40000 единиц фермента аспарагиназа.
По два образца из каждой группы подвергли анализу на содержание аспарагина. Средние показатели для каждой группы показаны далее в Таблице 2.
Таблица 2
Уровни содержания аспарагина в регидратированных ломтиках картофеля
Испытуемый материал
Аспарагин (нмоль/г)
Снижение в процентах
Необработанный картофель, вымоченный в воде
522,52
-
Ломтики дегидратированного картофеля, регидратированного в воде
71,34
86,3%
Ломтики дегидратированного картофеля, регидратированного в ферменте
1,68
99,7%
Как показывают результаты испытаний, концентрация аспарагина в дегидратированных ломтиках картофеля в водном растворе снизилась примерно на 86% больше, чем в таком же количестве необработанных ломтиков картофеля, вымоченных в таком же количестве водного раствора. В результате регидратации дегидратированных ломтиков картофеля в растворе аспарагиназы концентрация аспарагина снизилась примерно на 99% больше, чем в таком же количестве необработанных ломтиков картофеля, вымоченных в таком же количестве водного раствора.
Пример 7
В этом примере показано, что на стадии регидратации концентрация аспарагина снижается значительно больше в дегидратированных ломтиках картофеля, чем в необработанных ломтиках картофеля. Кроме того, этот пример доказывает, что в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть достигнуты не поддающиеся обнаружению уровни содержания акриламида в ломтиках жареного картофеля.
Около 200 граммов необработанного картофеля нарезали ломтиками толщиной около 0,053 дюйма и в течение около 5 часов вымачивали примерно в 7 литрах не содержащей фермент воды при температуре около 45°F (70°C). В ломтиках картофеля и воде определили содержание аспарагина. Концентрация аспарагина в воде составила 15,46 нмоль/г, а концентрация аспарагина в ломтиках картофеля составила 355,9 нмоль/г, что говорит о том, что при вымачивании ломтиков сырого картофеля в охлажденном растворе из ломтиков сырого картофеля выщелачивается относительно небольшое количество аспарагина.
Ломтики картофеля с исходной толщиной около 0,053 дюйма в течение около 50 минут нагревали при температуре в печи около 165°F (74°C) до содержания влаги около 2-3% по весу и получили ломтики дегидратированного картофеля. В целях сравнения некоторые из этих ломтиков регидратировали в водном растворе, а некоторые регидратировали в растворе фермента. Около 200 граммов дегидратированных ломтиков картофеля с исходной толщиной или толщиной до дегидратации около 0,053 дюйма в течение около 5 часов регидратировали примерно в 7 литрах не содержащей фермент воды при температуре около 45°F (7°С) до содержания влаги от около от 68% до 70% по весу. В ломтиках регидратированного картофеля и воде определили содержание аспарагина. Концентрация аспарагина в воде составила 202,51 нмоль/г, а концентрация аспарагина в ломтиках регидратированного картофеля 64,88 нмоль/г, что говорит о том, что в одинаковых условиях вымачивания из дегидратированных ломтиков картофеля выщелачивается значительно больше аспарагина, чем из ломтиков сырого картофеля.
Затем около 200 граммов ломтиков дегидратированного картофеля в течение около 5 часов регидратировали до содержания влаги от около 68% до около 70% по весу в растворе фермента, содержащем около 40000 единиц фермента примерно в 7 литрах воды, при температуре около 45°F (7°C). Полученные ломтики картофеля имели концентрацию аспарагина 0,17 нмоль/г. Затем полученные ломтики картофеля в течение двух минут и десяти секунд (2:10) обжарили в кукурузном масле при температуре около 353°F (178°C) до содержания влаги около 2,1% и определили содержание акриламида. Содержание акриламида находилось на уровне ниже предела обнаружения, составлявшего около 10 частей на миллиард. Все результаты, полученные при осуществлении Примера 7, приведены далее в Таблице 3, в которой
"--" означает, что измерение не было осуществлено, a "ND" означает показатель менее около 10 частей на миллиард.
Таблица 3
Уровни содержания аспарагина (ASN) и акриламида (АА) в регидратированных ломтиках картофеля и восстанавливающем влагосодержание растворе
Испытуемый материал
Аспарагин (нмоль/г) (картофель)
Аспарагин (нмоль/г) (раствор)
Акриламид (част/млрд)
Ломтики необработанного картофеля (контроль)
355,90
15,46
--
Ломтики картофеля, регидратированного в воде
64,88
202,51
--
Ломтики картофеля, регидратированного в ферменте
0,17
--
ND
В рассмотренном варианте осуществления уровень содержания аспарагина, выщелачиваемого из ломтиков картофеля, помещенного в водный раствор, на порядок выше в ломтиках дегидратированного картофеля, чем в ломтиках необработанного картофеля (202,51 против 15,46). Следовательно, уровень содержания аспарагина, остающегося в ломтике регидратированного картофеля, который вымочили в водном растворе, значительно ниже, чем в необработанном картофеле, вымоченном в таком же водном растворе. При регидратации ломтиков дегидратированного картофеля в растворе аспарагиназы снижение концентрации аспарагина более чем на 99,9% превысило ее снижение в таком же количестве ломтиков сырого картофеля, вымоченных в таком же количестве водного раствора. Кроме того, когда ломтики картофеля, регидратированного в картофельном растворе, обжаривала при температуре около 353°F (178°C) до содержания влаги около 2,1%, уровень содержания акриламида находился ниже предела обнаружения, составляющего 10 част/млрд. Этот эксперимент доказывает, что образование акриламида уменьшается при регидратации дегидратированных ломтиков картофеля в воде или аспарагиназе.
Пример 8
В этом примере сравнивается снижения уровней содержания аспарагина в ломтиках дегидратированного картофеля, несколько раз регидратированного в воде и снижающем содержание акриламида растворе, содержащем аспарагиназу. Этот пример дополнительно иллюстрирует одновременное снижение концентрации акриламида в ломтиках жареного картофеля, приготовленного из обработанных (подвергнутых регидратации дегидратированных) ломтиков картофеля.
Для получения ломтиков обработанного картофеля ломтики свежего картофеля толщиной около 0,053 дюйма в течение одного часа дегидратировали при температуре в печи около 165°F (74°C) до содержания влаги от около 4% до 5% по весу. Ломтики дегидратированного картофеля регидратировали с различными временными приращениями (5 минут, 30 минут, 60 минут и 2 часа) в 14 литрах раствора (раствора, содержащего только воду, и раствора, содержащего около 40000 единиц фермента аспарагиназа) при температуре около 43°F (6°C). После регидратации в ломтиках картофеля и восстанавливающем влагосодержание растворе определили уровни содержания аспарагина. Некоторые из полученных ломтиков обработанного картофеля в течение от около двух минут и тридцати секунд до около двух минут и сорока секунд (2:30-2:40) обжарили в кукурузном масле при температуре около 353°F (178°С) до содержания от около 1,3% до около 1,4% по весу и определили содержание акриламида. Результаты приведены далее в Таблице 4.
Как следует из Таблицы 4, при использовании ломтиков дегидратированного картофеля, которые затем регидратируют, происходит выщелачивание аспарагина в восстанавливающий влагосодержание раствор с довольно высокой скоростью в относительно холодной воде с температурой около 43°F (6°C). Этот эксперимент доказывает, что при регидратации ломтиков дегидратированного картофеля в воде или аспарагиназе уменьшается образование акриламида. Например, известные жареные картофельные чипсы обычно имеют концентрацию акриламида от около 250 до около 800 част/млрд. Этот эксперимент доказывает, что путем обжарки ломтиков обработанного картофеля содержание акриламида может быть снижено почти на 80% при регидратации ломтиков дегидратированного картофеля в холодном растворе аспарагиназы в течение лишь 30 минут. При этом предполагается, что аналогичные ломтики необработанного картофеля имеют концентрацию акриламида лишь 250 част/млрд. ([250-50,8]/250). Кроме того, содержание акриламида может быть снижено более чем на 90% путем регидратации ломтиков картофеля в относительно холодном водном растворе в течение лишь 60 минут. Путем помещения в восстанавливающий влагосодержание раствор уменьшителя содержания аспарагина, такого как аспарагиназа, можно дополнительно усилить предпочтительное выщелачивание аспарагина из кусков картофеля в восстанавливающий влагосодержание раствор. Аналогичные ломтики необработанного картофеля имеют концентрацию акриламида лишь 250 част/млрд. ([250-20,6]/250). Эти показатели снижения являются преуменьшенными, поскольку они основаны на показателях снижения, исходящих из контрольного содержания акриламида 250 част/млрд. Для картофельных чипсов характерны более высокие концентрации акриламида (смотри, например, http://www.cfsan.fda.gov/~dms/acrydata.html). Кроме того, например, в одном из вариантов осуществления при регидратации в относительно холодном растворе фермента в течение 60 минут получают жареные картофельные чипсы с содержанием акриламида, не поддающимся обнаружению современными приборами и составляющим менее 10 частей на миллиард.
Не будучи ограниченными или связанными какой-либо теорией, авторы предполагают, что во время дегидратации клеточная структура ослабляется (но не разрушается). Ослабление клеточных стенок облегчает выщелачивание аспарагина при последующей регидратации. Таким образом, уровни содержания аспарагина значительно выше в восстанавливающем влагосодержание растворе, в котором регидратируют ломтики дегидратированного картофеля, чем в восстанавливающем влагосодержание растворе, в котором регидратируют необработанный сырой картофель. Независимо от механизма в настоящем изобретении предложен способ получения содержащих незначительное количество аспарагина кусков пищевого продукта из содержащих аспарагин кусков пищевого продукта.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения снижают содержание акриламида в не являющихся полуфабрикатами пищевых продуктах, изготовленных из не размятых сырых пищевых продуктов, которые необязательно очищают от кожуры и нарезают ломтиками (например, картофель), кубиками, клиньями или брусками соответствующего размера по типу картофеля фри. В контексте настоящего изобретения не размятым куском пищевого продукта является кусок пищевого продукта, который не был подвергнут протиранию, измельчению или разминанию до осуществления стадии регидратации. В одном из вариантов осуществления бруски по типу картофеля фри имеют ширину в поперечном сечении от около 5 мм до около 6 мм. В еще одном варианте осуществления куски картофеля представляют собой пластинки картофеля толщиной, например, от около 1 мм до около 3 мм, длиной от около 50 мм до около 100 мм и шириной от около 20 мм до около 50 мм или другого соответствующего размера, известного из техники. Поскольку бруски по типу картофеля фри, клинья и пластинки имеют различную геометрию, соотношение площади поверхности и объема и т.д., число дегидратации и регидратаций, указанное далее применительно к каждой операции, может потребовать корректировки.
Одним из преимуществ, обеспечиваемых в одном или нескольких из вариантов осуществления настоящего изобретения, является относительно низкая температура (например, от около 1°С до около 18°С), при которой может происходить эффективное выщелачивание. До того, как было установлено, считалось, что для эффективного выщелачивания аспарагина необходимы повышенные температуры, например, выше комнатной.
Для специалистов в данной области техники очевидны другие методы инактивирования аспарагина таким образом, чтобы воспрепятствовать образованию акриламида. При более низких уровнях содержания аспарагина в ингредиенте пищевого продукта или пищевом продукте до тепловой обработки уровень содержания акриламида в конечном обработанном продукте будет резко снижаться.
Помимо инактивирования аспарагина ингредиенты растительного происхождения также могут быть получены из специально выращиваемых и разводимых растений с более низкими уровнями содержания аспарагина, чем в других сходных растениях. Уменьшение количества аспарагина в ингредиенте пищевого продукта растительного происхождения будет отражено в количестве акриламида, который образуется в таких же условиях тепловой обработки.
Хотя изобретение конкретно рассмотрено и описано со ссылкой на один из вариантов осуществления, специалисты в данной области техники поймут, что возможны различные другие, не выходящие за пределы существа и объема настоящего изобретения подходы к снижению содержания акриламида. Настоящее изобретение применимо в любом пищевом продукте или употребляемом в пищу веществе растительного происхождения, содержащем аспарагин, таком как кофе.