КОМПОЗИЦИИ И СПОСОБЫ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ КОРНЕПЛОДОВ
COMPOSITIONS AND METHODS FOR MODIFICATION OF EDIBLE ROOT FOOD PRODUCTS SURFACE

Настоящее изобретение относится к ферментным композициям и способам модификации поверхности продуктов из корнеплодов. Также настоящее изобретение относится к композициям и способам снижения образования акриламида в процессе получения продуктов из корнеплодов, таких как картофель фри.
При модификации поверхности продуктов из корнеплодов, таких как картофель фри, для получения требуемых свойств цвета, текстуры и вкуса очень важны химические процессы, происходящие во время модификации поверхности. Как правило, модификация поверхности направлена на модификацию аминокислот, углеводов и липидов поверхности.
Большой интерес представляет модификация аминокислот поверхности для снижения образования акриламида в процессе получения пищевых продуктов, прошедших тепловую обработку. Акриламид образуется из компонентов пищевого продукта в процессе его тепловой обработки, как результат реакции Майяра между аминокислотами и редуцирующими сахарами. Считается, что большинство аминокислот вносит свой вклад в образование акриламида, в качестве основной такой аминокислоты выступает аспарагин. Исследования показали возможность снижения содержания акриламида в пищевых продуктах. Однако существует ряд трудностей при модифицировании химических процессов в пищевых продуктах, не прошедших тепловую обработку. Трудность состоит в регулировании количества химических веществ, изначально присутствующих в пищевых продуктах, в частности, когда химические вещества представляют собой аминокислоты, такие как аспарагин, который по существу является строительным структурным элементом растений. Клетки содержат много аминокислот, объединенных в белки, которые отвечают за структуру и функции клеток растений. Трудно получить пищевые продукты с химической модификацией аминокислот при сохранении приятного вкуса, запаха, текстуры и химических свойств.
В хрустящем картофеле фри акриламид образуется в присутствии аспарагина и сахара, как часть реакции Майяра в процессе конечной обжарки. Известны различные стратегии снижения содержания акриламида в пищевом продукте, включая продукты из картофеля, такие как использование ферментов, таких как аспарагиназа (смотрите, например, JP 24283062A2, US 20040265429A1, US 20040058046A1, US 20040081724). Однако некоторые из этих стратегий использования ферментов не эффективны для снижения образования акриламида. Другие сложны для использования в промышленности, следовательно, сохраняется потребность в быстром и недорогом способе получения картофеля фри.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что добавление фермента в продукт из корнеплодов на стадии сушки позволяет модифицировать поверхность продукта из корнеплодов. В одном примере аспарагиназу добавляют к продукту из корнеплодов, такому как картофель фри, или другим продуктам из картофеля на стадии сушки, что ведет к значительному снижению образования акриламида в продукте, прошедшем тепловую обработку.
Следовательно, настоящее изобретение относится к способу снижения уровней акриламида в продукте из корнеплодов, включающему контактирование аспарагиназы с продуктом перед конечным приготовлением продукта, предпочтительно на стадии сушки. Также настоящее изобретение относится к композиции пищевой добавки, включающей аспарагиназу и необязательно водный носитель, где композицию пищевой добавки используют для снижения уровней акриламида в пищевом продукте на стадии сушки.
В отношении настоящего изобретения следует отметить, что система доставки (стадия контактирования) может быть осуществлена обычным способом, включающим контактирование поверхности продукта непосредственно с ферментом, например, путем нанесения покрытия таким способом, как распыление на продукт. Это позволяет сократить время нанесения. Кроме того, фермент активен в процессе стандартной промышленной сушки (два процесса могут быть проведены на одной стадии). Настоящее изобретение легко адаптировать к условиям промышленного производства. Также настоящее изобретение работает в присутствии глюкозы и глицина, следовательно, в дополнение к снижению содержания акриламида оно позволяет получить желаемый цвет. Один вариант выполнения настоящего изобретения относится к способу модификации продукта из корнеплодов, включающему:
контактирование поверхности продукта из корнеплодов с количеством фермента, эффективным для модификации поверхности корнеплода;
сушку продукта из корнеплодов при контакте поверхности продукта с ферментом.
Стадии контактирования и сушки, возможно, частично или полностью совпадают. Фермент вводят в контакт с поверхностью путем нанесения на нее, например распыление фермента на поверхность. Способ является непрерывным и не требует отдельного периода выдержки после нанесения фермента. Фермент можно наносить непосредственно перед сушкой (т.е. менее чем за 5 секунд, 3 секунды или одну секунду) или на стадии сушки. Возможно вместо нанесения покрытия использовать погружение. Стадию сушки можно проводить воздушной сушкой в сушилке.
Продукт из корнеплодов включает картофельный продукт, возможно, картофель фри. Фермент может включать пектинметилэстеразу (например, пектинолитический фермент), глюкозоксидазу, липазу. Фермент может включать аспарагин -редуцирующий фермент, а модификация включает редуцирование аспарагина. Фермент включает эффективное количество аспарагиназы для снижения образования акриламида в процессе тепловой обработки продукта из корнеплодов (например, при конечном приготовлении продукта, таком как конечная тепловая обработка конечным потребителем). Аспарагин-редуцирующий фермент может включать дезамидирующий фермент. Способ может дополнительно включать контактирование продукта из корнеплодов с эффективным количеством глицина для снижения образования акриламида в процессе тепловой обработки продукта из корнеплодов. Фермент вводят в контакт с продуктом после бланширования. Также фермент вводят в контакт с продуктом после частичной обжарки продукта. Аспарагиназа может иметь активность в пределах от 500 ед/кг до 25000 ед/кг картофеля. Продукт из корнеплодов можно сушить при температуре в пределах от 30°С до 65°С, возможно, от 30°С до 50°С при относительной влажности в пределах от 20% до 80%. Продукт из корнеплодов можно сушить при определенной температуре и относительной влажности для получения потери веса 4-12%, возможно, 7% (традиционный картофель фри) или 35% (способ обжарка - сушка - замораживание). Продукт из корнеплодов может включать продукт из бланшированного картофеля, и способ может дополнительно включать погружение картофельного продукта в натриевый кислый пирофосфат (SAPP) (или контактирование путем нанесения покрытия, таким как распыление) перед контактированием картофельного продукта с аспарагиназой. Продукт из корнеплодов может включать продукт из бланшированного картофеля, и способ дополнительно включает погружение картофеля в раствор декстрозы (или контактирование путем нанесения покрытия, например, распылением) перед контактированием картофельного продукта с аспарагиназой. Глицин может составлять от 0,1 вес.% до 1,0 вес.% глицина, возможно, 0,5 вес.% глицина. Если требуется, глицин и аспарагиназа могут быть скомбинированы в одной композиции.
Также изобретение относится к композиции для снижения образования акриламида в продукте из корнеплодов, включающей эффективное количество аспарагиназы. Продукт из корнеплодов может включать картофельный продукт, и аспарагиназа имеет активность в пределах от 500 ед/кг до 25000 ед/кг картофеля. Композиция может включать воду или буфер с рН от 5 до 7, возможно, 5,0, такой как буфер из лимонной кислоты (возможно, 20 мМ) или фосфатный буфер. Композиция может дополнительно включать декстрозу и глицин в количествах, эффективных для получения однородного цвета у продукта, прошедшего тепловою обработку. Также настоящее изобретение относится к композиции для снижения содержания акриламида в продукте из корнеплодов (в процессе тепловой обработки), возможно, с контролем цвета, композиция включает, по меньшей мере, два из декстрозы, глицина и аспарагиназы. Также настоящее изобретение относится к композиции, включающей, по меньшей мере, два из декстрозы, глицина и аспарагиназы для получения композиции для снижения содержания акриламида и/или контроля цвета. Указанные выше композиции легко получают в приведенных здесь дозах, и они проиллюстрированы примерами (специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение ясно, что содержание аспарагиназы, глицина и/или декстрозы может быть легко увеличено или уменьшено, например, на 25% или более, по сравнению с количествами, используемыми в примерах).
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны из следующего детального описания. Однако следует понимать, что детальное описание и конкретные примеры наряду с указанием предпочтительных вариантов выполнения настоящего изобретения приведены только в качестве иллюстрации. Различные изменения и модификации сущности и цели настоящего изобретения будут понятны из детального описания специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение.
Варианты выполнения настоящего изобретения далее описаны со ссылкой на графики, на которых:
Фиг.1: уровень акриламида после погружения ломтиков бланшированного картофеля (800 г) в буферный раствор лимонной кислоты, содержащий различные уровни аспарагиназы, в течение 15 и 30 минут при температуре 40°C.
Фиг.2: снижение акриламида после обработки поверхности различными концентрациями раствора аспарагиназы/буфера и сушки при температуре 45°C в течение 20 минут с использованием стендовой сушилки.
Фиг.3: уровень акриламида в обработанном продукте (2000 ед/кг) как функция различных условий сушки (температура и влажность). Оптимизация параметров стадии сушки для активации аспарагиназы.
Фиг.4: уровень акриламида в обработанном продукте (2000 ед/кг: 45°C, 70% относительная влажность, в течение 15 минут) в присутствии декстрозы и декстрозы/глицина. Полученный продукт имел цвет 65 Агтрон.
Настоящее изобретение относится к композициям и способам для модификации поверхности продукта из корнеплодов путем контактирования фермента с продуктом из корнеплодов на стадии сушки. Как правило, фермент добавляют в продукт непосредственно перед сушкой или на стадии сушки. Способ применения прост и сравним со стандартным непрерывным способом обработки корнеплодов при использовании линии с высокой производительностью. Фермент легко наносить с использованием известных устройств и способов, используя определенную температуру сушки и влажность, сравнимые с используемыми при стандартном способе обработки. Возможность легкой интеграции настоящего изобретения в существующий на стадии сушки процесс сушки корнеплодов является значительным преимуществом, поскольку не требует отдельной стадии выдержки фермента, когда продукты из корнеплодов выдерживают для прохождения ферментной реакции. Пролонгированная отдельная стадия выдержки легко может снизить пропускную способность линии, создавая затор и увеличивая стоимость получения продукта. Также возрастают амортизационные затраты (стоимость оборудования) из-за наличия резервуара, в котором происходит выдержка.
В одном примере аспарагиназу наносят на поверхность продукта из корнеплодов, таких как поверхность картофеля фри или других продуктов из картофеля на стадии сушки, что является причиной значительного снижения образования акриламида в продукте, прошедшем тепловую обработку. В этом примере модификация поверхности продукта из корнеплодов или картофельного продукта относится к химической модификации поверхности удалением аспарагина. Кроме того, другой стратегией модификации поверхности для уменьшения акриламида является такая, как обработка глицином, нанесение аспарагиназы, что очень эффективно и действует синергетически на снижение содержания акриламида.
В других вариантах выполнения настоящего изобретения ферменты, используемые для модификации поверхности корнеплодов, включают те, которые изменяют текстуру поверхности (пектинолитические ферменты, такие как пектинметилэстераза для деметилирования пектина), цвет (глюкозоксидаза для окисления глюкозы) и снижают впитывание жира продуктом (липаза для снижения уровней липидов). Такие ферменты легко получить рекомбинантным способом, известным из предшествующего уровня техники, а также доступным от коммерческих поставщиков, таких как Sigma Aldrich и Novozymes. В некоторых примерах модификация поверхности продукта из корнеплодов или картофельного продукта относится к химической модификации поверхности, например, ферментативным удалением соединений, таких как аспарагин, при этом другие примеры относятся к модификации, которая изменяет физическую структуру поверхности корнеплода.
Следовательно, настоящее изобретение относится к способу снижения уровней акриламида в пищевом продукте, включающем контактирование аспарагиназы с пищевым продуктом на стадии сушки перед конечным приготовлением продукта. Как правило, аспарагиназу наносят непосредственно перед сушкой или на стадии сушки. Стадия контактирования и стадия сушки могут полностью совпадать (фермент наносят в то время, когда продукт уже находится в или находится близко к подающему устройству (входное отверстие сушилки) и поступает на стадию сушки, такую как пять секунд, три секунды или одна секунда или менее перед вхождением в сушилку, или через одну секунду или менее после вхождения в сушилку). Значительное преимущество настоящего изобретения состоит в том, что выдержка с аспарагиназой интегрирована в непрерывный процесс обработки на стадии сушки и не требует отдельной стадии выдержки или танка для выдержки. Например, продукт из корнеплодов может непрерывно двигаться по конвейеру непосредственно из бланширователя в сушилку, и фермент легко наносится на продукт из корнеплодов в то время, когда он движется в момент времени непосредственно перед вхождением в сушилку. Период выдержки может быть использован, например, если этого требует технологическая инструкция. Как правило, выдержка не приводит к получению превосходных результатов модификации поверхности, таким как снижение содержания акриламида, по сравнению со способом без выдержки. Также выдержка не вредит и не оказывает негативного воздействия на процесс снижения уровней акриламида в продуктах из корнеплодов, прошедших тепловую обработку. Следовательно, стадии выдержки с ферментом и сушки могут частично совпадать (например, фермент наносят незадолго до начала стадии сушки, что обеспечивает короткий период выдержки, в течение которого растет активность фермента за короткое время перед сушкой, такое как 30 секунд или 45 секунд, но, как правило, за одну минуту или две минуты или менее перед вхождением продукта в сушилку. Возможно, фермент наносят вскоре после начала стадии сушки, например, от более чем за одну секунду до менее чем около одной минуты после вхождения продукта в сушилку, что позволяет начать сушку перед инициированием ферментативной активности.
max
max
max
Аспарагиназу можно наносить на поверхность картофеля фри или другого продукта таким способом, как распыление (например, стадия нанесения занимает менее чем одну секунду). Способ по настоящему изобретению не требует стадии выдержки, но, например, если по технологической инструкции требуется выдержка, то ее можно провести после стадии нанесения, картофель фри можно выдерживать перед сушкой в течение такого периода времени, как одна минута или менее. Фермент проявляет активность по существу полностью во время стадии сушки (например, как правило, по меньшей мере: 90%, 95%, 98% или 99% активности фермента проявляется в сушилке). Стадия сушки предпочтительно включает интенсивную сушку продуктов из корнеплодов воздухом с применением определенных условий нагревания и влажности к продуктам и корнеплодам перед или после частичной обжарки. Например, для получения, по меньшей мере, подходящего уровня активности аспарагиназы, как правило, используют температуру (например, подходящий уровень активности аспарагиназы составляет, по меньшей мере, 25%, 50%, 75%, 85% или 95% уровня активности фермента при T). Как правило, температура составляет, по меньшей мере, 25°C или 30°C. Максимальные температуры составляют менее чем температура, при которой аспарагиназа денатурирует и теряет активность (например, 70°C или менее, более предпочтительно 65°C или менее). T аспарагиназы, как правило, составляет 30-50°C. Аналогично другие ферменты можно наносить на поверхность, и температуры должны быть адекватными для получения подходящего уровня активности (например, по меньшей мере, 25%, 50%, 75%, 85% или 95% уровня активности фермента при T) при сушке продукта, но без денатурации фермента. Также, если требуется, другие параметры, такие как давление могут быть увеличены или уменьшены. Возможно, может быть использована такая сушилка, как сушилка с непосредственным газовым обогревом или другие традиционные сушилки. Температура может оставаться постоянной в процессе сушки (т.е. температура варьирует в пределах 5°C или менее). Также влажность может оставаться постоянной в процессе сушки и варьирует в пределах 5% или менее. Как правило, фермент все еще остается активным, когда продукт из корнеплодов удаляют из сушилки (т.е. из выходного отверстия сушилки). Как правило, фермент инактивируется или денатурирует при снижении температуры корнеплодов и температуры воздуха после выхода из сушилки (например, для аспарагиназы температура может составлять ниже 30°C или 20°C) или когда продукт из корнеплодов проходит частичную обжарку при высокой температуре.
Используемый здесь термин «поверхность» относится к внешнему слою продукта из корнеплодов. Поверхность корнеплода проницаема для жидкостей и позволяет абсорбировать жидкости в поверхность корнеплода. Часть поверхности, контактирующая с абсорбируемой жидкостью, входит в объем термина «поверхность» при описании здесь модификации «поверхности». В объем термина «поверхность» входит термин «внешняя поверхность», который относится к части поверхности корнеплода, контактирующей с воздухом. В объем термина «поверхность» также входит термин «хрустящая корочка» продукта из корнеплодов, которая в продукте из картофеля, таком как картофель фри, имеет толщину около 0, 5 мм. Большая часть акриламида образуется в продуктах из картофеля со слоем глубиной 1 мм, измеренным от внешней поверхности внутрь. Поверхность корнеплода может иметь глубину 0,1 мм, 0,25 мм, 0,75 мм, 1,0 мм, 1,25 мм или 1,50 мм, измеренную от внешней поверхности внутрь. Абсорбция зависит от физических свойств корнеплода, времени и температуры контактирования. Корнеплоды могут представлять собой нарезанные корнеплоды, такие как ломтики картофеля для картофеля фри. В случае формованных или экструдированных продуктов на основе корнеплодов, таких как картофельные котлеты, абсорбция жидкости и фермента, вероятно, происходит глубже от поверхности продукта из корнеплодов по сравнению с ломтиками продукта из корнеплодов, такого как картофель фри. Например, в формованных или экструдированных продуктах ферментный раствор, как правило, абсорбируется глубже и в более низкие пограничные слои, двигаясь в направлении центра продукта, поскольку в экструдированных или формованных продуктах эти области также входят в объем понятия «поверхность». Например, абсорбция может происходить глубже в поверхности после избыточного бланширования или экструдирования или микроволновой обработки нарезанного соломкой продукта. Наибольшее образование акриламида происходит во внешнем слое (то есть на наружной поверхности) или несколько ниже (например, как правило, в слое 1,5 мм глубиной или менее, измеренном внутрь от внешней поверхности корнеплода, такого как картофель). Следовательно, настоящее изобретение направлено на поверхность продукта из корнеплодов, где образуется наибольшая часть акриламида, что позволяет быстро редуцировать аспарагин и позволяет избежать бесполезного расхода фермента.
В процессе экструзии, как правило, хлопья обрабатывают аспарагиназой в процессе сушки. В случае формованных продуктов ломтики картофеля могут быть обработаны во время сушки, перед смешиванием с другими ингредиентами с последующим формованием. Оба продукта, как правило, частично обжарены, например, непосредственно после формования.
Используемый здесь термин «аспарагиназа» включает нативный фермент аспарагиназу, такой как выделенный или рекомбинантный фермент (коммерчески доступный от Novozymes или Sigma-Aldrich) наряду с производными аспарагиназы, которые также снижают уровни аспарагина и акриламида. Используемые здесь термины «пектинметилэстераза», «глюкозоксидаза», «липаза» и «пектинолитический фермент» включают соответственно их нативные формы, такие как выделенные, или рекомбинантные ферменты (коммерчески доступные от Novozymes или Sigma-Aldrich) наряду с производными, которые также сохраняют ферментную активность для редуцирования субстрата, как описано здесь. Например, производные аспарагиназы включают полипетиды аспарагиназы с делециями, вставками, усечениями, замещениями (например, консервативные замещения) или другими модификациями, которые сохраняют способность ферментативно реагировать с аспарагином, как определено стандартным исследованием, известным из предшествующего уровня техники, для измерения ферментативного расщепления аспарагина в аспарагиновой кислоте и аммонии. Также производные включают молекулы, в которых имеются свободные аминогруппы, например, при получении аминогидрохлоридов, p-толуол-сульфонильных групп, карбобензокси групп, t-бутилоксикарбонильных групп, хлорацетильных групп или формильных групп. Свободные карбоксильные группы могут быть получены, как производные при получении солей, метиловых и этиловых эфиров или гидразидов. Свободные гидроксильные группы могут быть получены, как производные при получении O-ацил или O-алкил производных. Аналогичные производные других вышеуказанных ферментов также могут быть использованы в способе по настоящему изобретению.
Введение или добавление фермента в продукт из корнеплодов на стадии сушки перед «конечным приготовлением продукта» означает, что фермент контактирует с продуктом из корнеплодов в процессе его сушки, которая предшествует конечной тепловой обработке или приготовлению продукта для конечного потребления.
Стадия «контактирования» продукта из корнеплодов с ферментом может включать любой способ введения, в результате которого в продукте из корнеплодов увеличивается уровень ферментов. Фермент, как правило, контактирует с продуктом из корнеплодов в процессе обработки или приготовления продукта. Фермент может быть введен в любой форме, такой как нанесение на продукт (например, «нанесение» включает распыление на продукт, обсыпку продукта или другой способ нанесения фермента на поверхность, не включающий погружение продукта в жидкость; следует отметить, что нет необходимости в покрытии всей поверхности продукта, в процессе нанесения, но продукт считается покрытым).
Могут быть использованы другие способы добавления фермента, такие как погружение (то есть обмакивание или пропитывание) продукта непосредственно перед сушкой, но, как правило, преимущественно используют распыление. Успешное нанесение ферментов на продукт требует точной дозировки, близости фермент/субстрат и контроля внешних условий (температура, время, влажность, время выдержки с ферментом перед деактивацией). При осуществлении настоящего изобретения предпочтительно применяют технологию нанесения на поверхность, такую как распыление, для удовлетворения множеству этих условий для бланшированного картофеля фри.
Путем погружения необходимо использовать более высокое количество фермента относительно количества продукта, поскольку в танке для погружения находится большой объем воды. Количество поглощенного фермента не может точно контролироваться из-за того, что продукт находится в большом объеме движущейся воды. Количество поглощенного фермента по всей вероятности варьируется, и неизвестен способ измерения количества фермента, контактирующего с поверхностью продукта путем погружения или после него. Также погружение может привести к образованию капель или пулов раствора на продукте из корнеплодов после удаления из раствора для погружения, тогда как путем распыления на поверхность покрытие поверхности более равномерное. При непрерывном способе получения картофеля фри его помещение в танк после бланширования нелегко усовершенствовать для большинства промышленных линий (в отличие от использования форсуночной стойки для распыления раствора аспарагиназы, которая не занимает много места и легко устанавливается). Также необходимо измерить в реальном времени изменяющийся, остающийся в танке фермент для точного повторного дозирования. Использование распыления в настоящем изобретении, однако, позволяет разрешить некоторые из этих трудностей за счет нанесения аспарагиназы непосредственно на поверхность продукта в установленной дозе на 1 кг продукта, такого как ломтики картофеля фри. Требуемое количество фермента наносят на поверхность продукта, в отличие от процесса погружения, когда некоторые ферменты контактируют с продуктом, но большинство ферментов остается в танке неиспользованными. Это обеспечивает значительное преимущество в цене и контроле качества, гарантируя постоянное нанесение правильной дозы туда, где она необходима, а именно на поверхность каждого отдельного продукта. Простое включение устройства для распыления перед сушилкой делает применение настоящего изобретения в промышленности экономически и практически оправданным. Наибольшая трудность способа погружения состоит в концентрации фермента в аппликаторе, что можно избежать при использовании способа нанесения по настоящему изобретению, поскольку партии фермента с установленной концентрацией получены на основе требуемой дозы и производительности линии. Количество фермента, поглощенного каждым кусочком продукта, постоянно и известно.
Фермент может быть введен в любом количестве, которое требуется для снижения акриламида в готовом продукте. Например, аспарагиназу можно использовать в форме водного раствора в количестве, имеющем активность в пределах от 500 ед/кг до 25000 ед/кг картофеля, более предпочтительно от 500 ед/кг до 1000 ед/кг картофеля. Предпочтительно фермент вводят в количестве, снижающем содержание акриламида, по меньшей мере, на 40%, 50%, 60% или 75%.
Фермент вводят в контакт с продуктом из корнеплодов в виде порошка или раствора, как правило, в виде водного раствора. В одном варианте выполнения настоящего изобретения аспарагиназу используют в буферном растворе, подходящем для поддержания активности аспарагиназы при контакте с продуктом из корнеплодов на стадии сушки. Также раствор аспарагиназы может содержать другие ингредиенты, например дополнительные соединения для модификации поверхности, такие как глицин.
По существу, настоящее изобретение может быть применено к корнеплодам, для которых полезна модификация поверхности, таким как продукты из картофеля, в которых в процессе тепловой обработки, нагревания, технологической обработки образуется акриламид. Продукты из корнеплодов включают продукты, полученные из таких корнеплодов, как картофель, батат, морковь и свекла. Большинство частично обжаренных продуктов из корнеплодов получают из картофеля, и следующее описание, в первую очередь, относится к продуктам из картофеля (таким как картофель фри, картофельные чипсы, картофель, запеченный в духовке, картофельные лепешки (рости), картофельные криспы, картофельные котлеты, картофель соломкой). Следует понимать, что параметры могут быть легко адаптированы в зависимости от сорта используемого картофеля, поскольку различные сорта имеют различное содержание сахаров и других сухих веществ. Также следует понимать, что способы и устройства, используемые для картофеля, могут быть адаптированы для других корнеплодов. Как правило, пищевой продукт представляет собой пищевой продукт, прошедший тепловую обработку при высокой температуре, такую как жарка во фритюре, выпекание, приготовление на гриле, приготовление с использованием микроволн или жарка.
Следовательно, настоящее изобретение относится к способу снижения уровней акриламида в продукте из картофеля, включающему:
обеспечение частично обработанного картофельного продукта;
контактирование аспарагиназы с частично обработанным продуктом из картофеля;
сушку частично обработанного картофельного продукта;
возможна тепловая обработка картофельного продукта, когда уровни аспарагиназы в продукте из картофеля, прошедшем тепловую обработку, ниже по сравнению с уровнями в аналогичном продукте, не прошедшем обработку аспарагиназой.
Используемый здесь термин «частично обработанный картофельный продукт» означает, что картофельный продукт находится в форме, не готовой для конечного потребления. В объем термина входят продукты из картофеля, прошедшие начальные стадии технологической обработки, такие как нарезка, бланширование или частичная обжарка.
Как правило, на картофельный продукт аспарагиназу наносят после стадии бланширования. Считается, что бланширование оказывает положительное воздействие на эффективность фермента. Продукт может двигаться в течение всей стадии нанесения фермента и/или стадии выдержки с ферментом, поскольку способ по настоящему изобретению легко может быть интегрирован в действующее промышленное производство. Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что отсутствует необходимость в отдельной стадии выдержки, на которой продукт вымачивают в ванне с активным ферментом до полного завершения процесса.
Также аспарагиназа может быть нанесена на картофельный продукт после частичной обжарки. При использовании аспарагиназы после частичной обжарки проводят охлаждение в условиях контролируемой температуры и времени выдержки компонента.
В другом варианте выполнения настоящее изобретение представляет собой композицию пищевой добавки, включающую аспарагиназу и носитель, и использование композиции пищевой добавки для снижения уровней акриламида в пищевом продукте. Как правило, носитель представляет собой водный раствор. Композиция пищевой добавки может представлять собой композицию покрытия, наносимую на поверхность (например, композицию для распыления, композицию для аэрозоли или композицию для обсыпки). Также могут быть использованы другие типы композиций. Аналогично другие варианты выполнения настоящего изобретения включают композицию пищевой добавки, включающую фермент, описанный здесь, и носитель и использование композиции пищевой добавки для снижения уровней субстрата в пищевом продукте.
В одном варианте выполнения настоящего изобретения продукты из сырых корнеплодов, таких как картофель, как правило, подвергают предварительной обработке, которая включает одну или более промывок, очистку от кожуры, зачистку и проверку на наличие дефектов. После стадий предварительной обработки сырой картофель трансформируют в продукты из картофеля (например, нарезанный картофель), такие как картофель фри, полученный из нарезанного ломтиками картофеля согласно способам, хорошо известным из предшествующего уровня техники. В подходящем примере нарезки линейный размер поперечного сечения составляет от около 3/16 до 1,5 дюйма квадратного при варьирующихся комбинациях ширины, высоты и длины. Способы, описанные здесь, также могут быть применены к другим специальным формам нарезок, например винтовая нарезка, спиральная нарезка, гофрированная нарезка, нарезка гармошкой, вафельная нарезка, нарезка решеткой, нарезка кубиками, нарезка клиньями, нарезка кружками размером с фишку в казино (dollar chips), ломтики, треугольники, нарезка полумесяцем и множество других форм. Способы, описанные здесь, также могут быть применены к формованным продуктам из картофеля, таким как мелкие штучные изделия, крокеты, квадратики и кружочки и хаш браун (блинчики из тертого картофеля типа драников), как правило, полученные из кусочков картофеля и других ингредиентов, смешанных и сформованных с получением продуктов из отходов (побочных продуктов) картофеля. Обработанные компоненты, такие как крахмалы, можно использовать для получения теста, которое экструдируют в различные формы, такие как картофельные котлеты. Следовательно, термин «продукты из картофеля» относится к любой из этих или других форм или нарезанным продуктам, формованным или экструдированным из картофеля, к которым может быть применен этот способ. Термин «продукты из корнеплодов» относится к таким формам или нарезанным продуктам, формованным или экструдированным из картофеля, к которым может быть применен этот способ. Термин «продукты из картофеля» дополнительно определяется приведенной ниже ссылкой на стадии обработки продуктов из картофеля, таких как «бланшированные продукты из картофеля», который использован для ссылки на продукты из картофеля после бланширования, но перед частичной обжаркой. Продукты из корнеплодов получают аналогичным способом.
19/64" square
Варианты выполнения настоящего изобретения будут дополнительно описаны примерами с использованием продуктов из картофеля. Способы и продукты, описанные для продуктов из картофеля, могут быть легко адаптированы для использования продуктов из корнеплодов. После очистки от кожуры, нарезки и промывки картофеля, как правило, продукты из картофеля подвергают бланшированию с получением бланшированного картофельного продукта. В процессе бланширования продукты из картофеля подвергаются частичной тепловой обработке, что помогает контролировать редуцирование сахаров и останавливает действие фермента, которое может являться причиной изменения вкуса, цвета и текстуры. Как правило, стадия бланширования состоит из ошпаривания картофельного продукта горячей водой, паром или маслом для жарки в течение короткого периода времени. В одном примере бланширования продукты из картофеля () погружают в воду при температуре 65-85°C в течение около 15-20 минут, как правило, менее чем 15 минут. Бланшированные продукты из корнеплодов получают аналогичным способом. Затем бланшированные продукты из картофеля можно обрабатывать на стадии предварительной обжарки-сушки для снижения содержания влаги. Сушку можно проводить в печи в условиях контроля нагрева и влажности. На стадии предварительной обжарки-сушки удаляют некоторое количество влаги, поглощенное на стадии бланширования, наряду с влагой в корнеплодах перед стадией частичной обжарки для снижения абсорбции масла и порчи обжарочной среды. Это ведет к снижению временных затрат, количества масла и размера устройства для предварительной обжарки.
max
Как указано выше, фермент можно наносить на продукт непосредственно перед стадией сушки или во время стадии сушки. Условия сушки должны обеспечивать удаление достаточного количества влаги для сушки продукта без образования вздутий или чрезмерного отверждения. Также условия сушки должны обеспечивать температуру и относительную влажность, адекватную для активности фермента без денатурации фермента. Следовательно, в объем настоящего изобретения входят способы, в которых температура и относительная влажность подходят для i) сушки продукта из корнеплодов и ii) активации фермента для модификации поверхности продукта из корнеплодов (например, подходящий уровень активности аспарагиназы составляет, по меньшей мере, 25%, 50%, 75%, 85% или 95% уровня активности фермента при T). Как правило, используют способ, в котором температура горячего воздуха и относительная влажность подходят для i) сушки продукта из корнеплодов и ii) активации фермента для модификации поверхности продукта из корнеплодов. Варианты условий сушки зависят от типа сушилки, используемой на стадии предварительной обжарки-сушки. Один пример типовых условий сушки включает сушку картофеля при температуре 35-100°C, как правило, 55°C при относительной влажности около 40-80%, как правило, 75% в течение около 5-20 минут, как правило, 15 минут. Другие подходящие условия описаны более детально ниже в примерах, такие как температура сушки от 45°C до 60°C при относительной влажности от 40% до 70%. Для картофеля фри ломтики можно сушить при такой температуре и относительной влажности, которая обеспечивает потерю веса от 6 до 8%, как правило, около 7%. В сушилке продукт, как правило, выдерживают в течение 5-8 минут при условиях сушки, отличных от условий в сушилке, где продукт выдерживают в течение 20 минут для получения в обеих сушилках идентичных результатов потери веса. Малая установка для сушки требует большего нагрева и более низкой относительной влажности по сравнению с большей установкой для сушки большего размера для достижения адекватного удаления влаги в заданное время. Как правило, экструдированные продукты не сушат после экструзии, однако кусочки картофеля, как правило, сушат перед смешиванием и экструзией. После стадии предварительной обжарки-сушки предварительно обжаренные-высушенные продукты из картофеля контактируют с маслом на стадии частичной обжарки с получением частично обжаренного картофельного продукта. Стадия частичной обжарки или «частичной жарки» представляет собой стадию тепловой обработки, где продукты из картофеля подвергаются частичной тепловой обработке в масле. Стадия частичной обжарки включает любой способ тепловой обработки, при котором частичная тепловая обработка продуктов из картофеля проводится в масле, включая погружение продуктов из картофеля в масло и распыление и нанесение масла на продукты из картофеля и нагревание при высокой температуре. При получении продукта для сферы общественного питания (т.е. для ресторанов быстрого питания) подходящая температура частичной обжарки может составлять от 170 до 200°C, более предпочтительно от 175 до 195°C и, как правило, 185°C. Время может варьироваться в пределах 30-90 секунд, более предпочтительно 30-60 секунд, как правило, 50 секунд. Другие подходящие условия частичной обжарки подбираются специалистом в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Другие частично обжаренные корнеплоды получают аналогичным способом.
После стадии частичной обжарки продукты из картофеля можно дополнительно сушить на стадии постобжарки-сушки для снижения содержания влаги в постобжарочной сушилке (например, печи) с контролируемыми условиями нагревания и влажности. Эта стадия позволяет быстро преобразовать продукты из картофеля посредством тепловой обработки (конечная обжарка) в течение 90 секунд или менее, предпочтительно в течение 60 секунд или менее. На стадии постобжарки-сушки сушка требуется для удаления влаги из продукта ввиду того, что продукт, становясь более сухим с нанесенным на поверхность маслом на стадии частичной обжарки и, возможно, корочкой со стадии предварительной обжарки-сушки, создает барьер, снижающий (препятствующий) удаление влаги. Также способ по настоящему изобретению легко адаптировать для получения картофеля фри с использованием микроволн.
Продукты из картофеля можно охлаждать и замораживать с использованием традиционных способов и устройств на стадии замораживания, например, охлаждая его до температуры от около -5 до -20°C, таких как конвейерный морозильный аппарат непрерывного действия и туннельный морозильный аппарат. Затем замороженный продукт может быть упакован, отправлен на хранение и транспортирован. Стадия замораживания может быть исключена для продуктов с длительным сроком годности или для продуктов, которые пройдут конечную тепловую обработку вскоре после стадии последующей обжарки-сушки. Замораживание может быть заменено охлаждением для продуктов, определяемых как «охлажденный картофель фри» или «свежий картофель фри».
Когда продукты из картофеля готовы для потребления, их подвергают конечной тепловой обработке, например обжарке во фритюре, выпеканию или другому подходящему способу нагревания, тепловую обработку продуктов из картофеля проводят в условиях, подходящих для конечного потребителя. Частично обжаренный картофель можно подвергать конечной тепловой обработке в замороженном состоянии после стадии замораживания или непосредственно со стадии последующей обжарки-сушки. Также замороженный продукт может быть разморожен перед обжаркой для дополнительного снижения времени тепловой обработки.
Время и температура конечной тепловой обработки частично обжаренных продуктов по настоящему изобретению варьируют в зависимости от, например, вида корнеплода, количества корнеплода, формы и содержания влаги.
Способы по настоящему изобретению, описанные здесь для картофеля фри, легко могут быть адаптированы для использования с другими продуктами из картофеля и продуктами из корнеплодов в i) способы модифицирования текстуры поверхности продукта контактированием продукта с пектинолитическим ферментом, таким как пектинметилэтераза (для удаления метильной группы из пектина), ii) способы модифицирования цвета продукта контактированием продукта с глюкозоксидазой (для окисления глюкозы), и iii) способы снижения поглощения жира продуктом контактированием продукта с липазой (для снижения уровней липазы).
Примеры
Следующие неограничивающие примеры иллюстрируют настоящее изобретение.
1. Ломтики картофеля, выдержанные в растворе аспарагиназы.
Материалы
Картофель фри получали с использованием коммерческого способа получения картофеля фри. Концентрат аспарагиназы получали бактериальной ферментацией и затем очищали для удаления сахаров, пептидов и аминокислот с низкой молекулярной массой (25000 ед/г)
Процедура:
Погружение
Картофель промывали, очищали от кожуры и бланшировали. Ломтики бланшированного картофеля (1000 г) выдерживали в буфере и растворах буфер/фермент (6 л). Ферментативную реакцию проводили в буфере из лимонной кислоты 20 мМ, pH 5,0 при активности фермента от 5000 ед/кг до 25000 ед/кг картофеля. Затем буфер регулировали, медленно вводя в реакционную среду фермент, и перемешивали в течение 3 минут перед погружением ломтиков. Реакция проходила в течение 15, 30 или 60 минут при температуре 40°C. По завершении реакции избыток раствора осторожно удаляли, и ломтики дополнительно сушили, частично обжаривали и замораживали. Замороженный продукт подвергали конечной обжарке при температуре 180°С в течение 3 минут.
Результаты и выводы
На Фиг.1 показан уровень акриламида при различных дозах фермента после 15 и 30 минут выдержки. Независимо от дозы фермента отсутствует значительное снижение уровня акриламида по сравнению с контрольным буферным раствором после 15, 30 или 60 (данные не показаны) минут выдержки. Кроме того, значительное время выдержки в реакционном буфере ведет к появлению нежелательного кислого вкуса. С практической точки зрения, значительное время выдержки также не совместимо с промышленным производством.
2. Нанесение на поверхность и активация аспарагиназы во время сушки
Настоящее изобретение относится к способу, в котором фермент наносят непосредственно на поверхность картофеля фри, что позволяет ферменту проявлять активность при определенных условиях сушки.
Процедура:
Нанесение на поверхность
Концентрат аспарагиназы разводили до пределов активности (от 5000 ед/кг до 1000 ед/кг картофеля) в буфере из лимонной кислоты, 20 мМ, pH 5,0. Бланшированные ломтики (1,0 кг) погружали в 0, 8% SAPP, удаляли влагу и распыляли 16 г (соответствует 1,5-2% поглощения) раствор фермент/буфер (Nalgene, каталожный номер 24300200). Обработка показана на Фиг.4, ломтики погружали в 0,8% SAPP с 0,35-0,4% декстрозы, или 0,8% SAPP с 0,1-0,15% декстрозы/0,5% глицина перед нанесением аспарагиназы. При последнем нанесении интенсивность конечного цвета составила 65 Агтрон. Во всех случаях контролем служил продукт с нанесением одинакового количества буфера из лимонной кислоты на 1 кг ломтиков картофеля.
Условия сушки для активирования фермента
Фермент наносили распылением с последующей выдержкой в течение одной минуты перед обработкой на стадии сушки с использованием стендовой сушилки или двухзонной промышленной сушилки непрерывного действия. При использовании стендовой сушилки ломтики сушат при температуре 45°C в течение 20 минут. Пределы параметров температуры и влажности в промышленной сушилке составляют (45°C/40%, 45°C/70%, 60°C/40%, 60°C/70%). Время выдержки для каждого из условий регулируется с учетом требуемой потери веса 7%.
Результаты:
Воздействие концентрации аспарагиназы на поверхность
Для оценки обоснованности использования ферментативной реакции на поверхности проводили нанесение на поверхность/распыление раствора фермента с активностью от 5000 до 1000 ед/кг на поверхность бланшированных ломтиков перед сушкой. Исследования проводили с использованием стендовой сушилки, установленной на 45°С в течение 20 минут. На Фиг.2а показан процент снижения акриламида (относительно только одного буфера) для каждой концентрации по сравнению с ломтиками, на которые распыляли только буфер из лимонной кислоты. Может быть достигнуто значительное снижение акриламида в пределах от 44% до 57,5% при уровне дозы уже 1000 ед/кг картофеля (Фиг.2a).
Для определения самой низкой эффективной дозы были проведены другие серии обработок с дозой аспарагиназы в пределах от 1000 до 100 ед/кг картофеля. На Фиг.2b показано снижение акриламида при этих дозах фермента по сравнению с ломтиками, на которые распыляли только буфер из лимонной кислоты. При использовании этой технологии нанесения доза 500 ед/кг картофеля позволила получить снижение уровня акриламида на 47%.
Условия сушки для получения качественного продукта и снижения уровней акриламида:
Для усиления ферментативной реакции при сохранении качества продукта в промышленном способе получения параметры сушки/выдержки варьируют. Параметры устанавливают с учетом достижения требуемой потери веса на стадии сушки, также создавая при этом желательные температурные условия и временные рамки для фермента. В качестве примера определения этих параметров используется двухзонная промышленная сушилка, в которой могут устанавливаться температура и влажность. На Фиг.3 показаны различные уровни акриламида в ломтиках, обработанных только буфером или раствором аспарагиназа/буфер (2000 ед/кг картофеля), высушенных при различных условиях. Время выдержки в сушилке варьировалось для каждого из условий с учетом требуемого процента потери веса. Как показано на Фиг.3, снижение содержания акриламида зависит от двух факторов: температуры и влажности и составляет в пределах от 19 до 67%. Параметры сушки: температура 45°C при 70% относительной влажности в течение 14 минут, в результате, привели к значительному снижению содержания акриламида 67% и требуемой потере веса, демонстрируя, таким образом, что применение ферментативной реакции может быть использовано при непрерывном промышленном способе получения.
Обработка для получения одинакового цвета в комбинации с нанесением аспарагиназы
При типовых условиях промышленного получения на поверхность ломтиков картофеля наносят декстрозу для достижения требуемого конечного цвета жареного картофеля. Для подтверждения того, что обработка аспарагиназой и последующее снижение содержания акриламида может быть достигнуто в присутствии декстрозы, обработку нанесением фермента проводили с последующим погружением в раствор декстрозы, что придавало готовому жареному продукту цвет в 65 Агтрон (0,4% реакционного буфера; 0,35% ферментативного раствора). Условия сушки приведены на Фиг.3 (45°C, 70% относительная влажность). Как показано на Фиг.4, обработка поверхности аспарагиназой снижает уровень акриламида при обработке до достижения определенного цвета - в этом случае 65 Агтрон. Этот результат демонстрирует, что нанесение аспарагиназы, приведенное в настоящем изобретении, совместимо с промышленным производством картофеля фри. Составы могут быть легко отрегулированы для получения других цветов, таких как 60-70 Агтрон.
Цвет картофеля фри и других корнеплодов легко может быть получен и определен, например, в соответствии со стандартом цвета для замороженного картофеля фри министерства сельского хозяйства США. Согласно этому стандарту цвет и внешний вид картофеля фри сравним с цветом и внешним видом таблицы цветов, приведенной в Munsell Color Standards for Frozen French Fried Potatoes (стандартах цветов Мансела для замороженного жареного картофеля фри), Third Edition, 1972, 64-1. В качестве альтернативы, как приведено в примере выше, устройство для измерения цвета, такое как устройство Agtron device, используют для измерения цвета продукта по шкале от 0 до 100, основываясь, например, на отражательных свойствах.
Нанесение глицина в комбинации с аспарагиназой: обработка для достижения одинакового цвета
Видно, что другие агенты для снижения уровня акриламида, такие как глицин, могут действовать синергетически с аспарагиназой. Глицин (0,5%) и декстрозу наносят на ломтики картофеля погружением после бланширования. Затем ломтики обрабатывают нанесением аспарагиназы, как описано выше. Нанесение буфера на поверхность ломтиков картофеля, обработанных глицином, существенно снижает уровень акриламида по сравнению с ломтиками, не обработанными глицином (Фиг.4). При нанесении аспарагиназы после обработки глицином достигается дополнительное снижение l~30% уровня акриламида по сравнению с ломтиками, обработанными только декстрозой. Это демонстрирует, что аспарагиназа и глицин действуют синергетически, снижая образование акриламида в картофеле фри. В патентных заявках WO 2005/025330, WO 2005/018339, WO 2004/075655, US 2004/0109926 и US 2005/0058757 описывается применение глицина для снижения уровней акриламида.
Настоящее изобретение описано в рамках конкретных вариантов выполнения, которые представляют собой предпочтительные способы осуществления настоящего изобретения. Специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, следует понимать, что в конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения могут быть сделаны многочисленные модификации и изменения, не выходящие за рамки настоящего изобретения. Все такие модификации входят в объем настоящего изобретения и приложенной формулы изобретения.
Все публикации, патенты и патентные заявки приведены здесь ссылкой в полном объеме.