專利名稱：降低熱加工食品中丙烯酰胺生成的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低熱加工食品中丙烯酰胺含量的方法，并允許制造出具有明顯降低的丙烯酰胺含量的食品。本發(fā)明特別是涉及a)制造合成食品產(chǎn)品時(shí)添加兩種或多種能降低丙烯酰胺的試劑的組合，和b)在制造馬鈴薯薄片或用于制造合成食品產(chǎn)品的其它中間產(chǎn)品期間，使用不同的能降低丙烯酰胺的試劑。
相關(guān)技術(shù)描述化學(xué)物質(zhì)丙烯酰胺以聚合物形式已長期在工業(yè)中應(yīng)用于水處理、提高原油采收率、造紙、絮凝劑、增稠劑、礦石處理和免燙織物中。使用的丙烯酰胺是白色結(jié)晶固體，它是無氣味的，并且極易溶于水(在30℃，2155g/L)。丙烯酰胺的同系物包括2-丙烯醛酰胺(2-propenamide)，乙烯羧酰胺(ethylene carboxamide)，丙烯酸酰胺(acrylic acid amide)，乙烯基酰胺(vinyl amide)和丙烯酸酰胺(propenoic acid amide)。丙烯酰胺的分子量為71.08，熔點(diǎn)為84.5℃以及在25mmHg下的沸點(diǎn)為125℃。
最近，在許多不同食品中都檢測到丙烯酰胺單體的存在呈陽性。特別是發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺主要存在于經(jīng)加熱或高溫下加工的碳水化合物食品中。已經(jīng)檢測到的丙烯酰胺呈陽性的食品的例子包括咖啡、谷類食品，餅干、馬鈴薯片、脆餅干、油炸馬鈴薯、面包和面包卷以及粘滾上面包屑的炸肉。與未加熱和煮沸食品中未檢測到的含量相比，通常在加熱的富含蛋白質(zhì)的食品中發(fā)現(xiàn)較低含量的丙烯酰胺，而在富含碳水化合物的食品中發(fā)現(xiàn)較高含量的丙烯酰胺。在各種類似加工的食品中發(fā)現(xiàn)的丙烯酰胺的報(bào)道過的含量包括在薯片中是330-2,300(ug/kg)的范圍，在炸薯?xiàng)l中是300-1100(ug/kg)的范圍，在玉米片中是120-180(ug/kg)的范圍，以及在各種早餐谷類食品中的含量范圍從未檢測到直到1400(ug/kg)。
目前已證實(shí)丙烯酰胺由存在的氨基酸和還原糖生成。例如，已證實(shí)在炸制食品中發(fā)現(xiàn)的大量丙烯酰胺是在游離天冬酰胺與游離的還原糖之間發(fā)生的反應(yīng)，游離天冬酰胺通常是存在于生蔬菜中的一種氨基酸。天冬酰胺的含量占生馬鈴薯中總的游離氨基酸的約40％，占高蛋白黑麥中總的游離氨基酸的約18％，占小麥中總的游離氨基酸的約14％。
除了天冬酰胺外，丙烯酰胺也可能由其它氨基酸生成，但是其確信度尚未被證實(shí)。例如，已經(jīng)報(bào)道用谷氨酰胺，蛋氨酸，半胱氨酸以及天冬氨酸作為前體進(jìn)行試驗(yàn)生成了一些丙烯酰胺。然而，由于在原料氨基酸中潛在的含有天冬酰胺雜質(zhì)，因此這些發(fā)現(xiàn)很難被證實(shí)。盡管如此，天冬酰胺已經(jīng)被確定最有可能作為生成丙烯酰胺的氨基酸前體。
由于食品中的丙烯酰胺是最近發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，所以其準(zhǔn)確的生成機(jī)理還尚未確定。但是，現(xiàn)在已經(jīng)證實(shí)生成丙烯酰胺的最有可能的途徑涉及美拉德反應(yīng)。在食品化學(xué)中早已公認(rèn)美拉德反應(yīng)是食品加工中的最重要的化學(xué)反應(yīng)之一，并且影響食品的風(fēng)味，顏色以及營養(yǎng)價(jià)值。美拉德反應(yīng)要求熱量，水分，還原糖和氨基酸。
美拉德反應(yīng)是涉及具有許多中間體的一系列復(fù)雜的反應(yīng)，但通常描述成包含三個步驟。美拉德反應(yīng)的第一個步驟涉及游離氨基(來自游離的氨基酸和/或蛋白質(zhì))與還原糖(例如葡萄糖)的化合，以生成阿馬杜里(Amadori)或海因氏(Heyns)的重排產(chǎn)物。第二個步驟包括經(jīng)由不同可選擇的途徑使阿馬杜里或海因氏重排產(chǎn)物降解，該途徑包括生成脫氧鄰?fù)┨?deoxyosones)，裂解，或斯瑞克降解。一系列復(fù)雜反應(yīng)-包括脫水，消去，環(huán)化，裂解以及碎裂-引起香味中間體和香味化合物的合成。美拉德反應(yīng)的第三個步驟的特征是生成褐色含氮聚合物和共聚物。利用美拉德反應(yīng)作為生成丙烯酰胺的最有可能途徑，


圖1描述了以天冬酰胺和葡萄糖為起始生成丙烯酰胺的簡化的可能途徑。
尚不能確定丙烯酰胺對人類是否有害，但它存在于食品中，特別是在食品中處于較高含量是人們所不希望的。如前所提到的，在經(jīng)加熱或熱加工的食品中發(fā)現(xiàn)了較高濃度的丙烯酰胺。這種食品產(chǎn)品中的丙烯酰胺的降低可以通過減少或消除生成丙烯酰胺的前體化合物來實(shí)現(xiàn)，從而在食品加工期間抑制丙烯酰胺的生成，并且一旦在食品中生成丙烯酰胺單體便將其分解或與其反應(yīng)，或者，在消費(fèi)前從產(chǎn)品中去除丙烯酰胺。可以理解，為實(shí)現(xiàn)任何以上選項(xiàng)，每種食品都存在獨(dú)特挑戰(zhàn)。例如，在烹制時(shí)，在不物理破壞給予食品獨(dú)特風(fēng)味的細(xì)胞結(jié)構(gòu)時(shí)，切片的和作為粘在一起的片烹制的食品不容易與不同試劑混合。特殊食品的其它加工要求同樣可能與使降低丙烯酰胺策略不相容或非常困難。
舉例說明，圖2表示利用生馬鈴薯原料制作炸制馬鈴薯片的公知的現(xiàn)有技術(shù)的方法。含有約80％的重量百分比水或更多水的生馬鈴薯首先進(jìn)行剝皮步驟21。在生馬鈴薯剝皮后，將馬鈴薯傳送到切片步驟22。在切片步驟22中，每個馬鈴薯切片的厚度取決于最終產(chǎn)品的期望的厚度?，F(xiàn)有技術(shù)的一個例子包括將馬鈴薯切片成約0.053英寸的厚度。然后，將這些切片輸送到清洗步驟23，其中每個切片表面上的淀粉用水去除。然后，將清洗過的馬鈴薯切片輸送到烹制步驟24。該烹制步驟24典型的包括在例如177℃的溫度下，在連續(xù)的油炸鍋中炸制切片約2.5分鐘。烹制步驟通常將馬鈴薯片的含水量降低至重量百分比小于2％。例如，典型的炸制馬鈴薯片在離開油炸鍋時(shí)的含水量重量百分比約為1.4％。然后，將烹制的馬鈴薯片輸送到調(diào)味步驟25，在此，在轉(zhuǎn)鼓中添加調(diào)味品。最后，調(diào)味過的馬鈴薯片進(jìn)行包裝步驟26。該包裝步驟26通常包含將調(diào)味過的馬鈴薯片送到一個或多個稱重裝置，接著將馬鈴薯片導(dǎo)入一個或多個垂直成型，填充和密封機(jī)器中，并以柔性包裝方式包裝。一旦包裝好，產(chǎn)品進(jìn)入分銷并由消費(fèi)者購買。
上述許多馬鈴薯片加工步驟的微小調(diào)節(jié)可導(dǎo)致最終產(chǎn)品的特性的顯著變化。例如，在清洗步驟23中切片在水中滯留時(shí)間延長會導(dǎo)致為最終產(chǎn)品提供馬鈴薯風(fēng)味、顏色和質(zhì)地的化合物從切片中浸出。在烹制步驟24中，滯留時(shí)間或加熱溫度的增加可導(dǎo)致馬鈴薯片內(nèi)美拉德褐變程度的增加，以及較低的含水量。如果期望在油炸前將配料放入馬鈴薯切片內(nèi)，就需要設(shè)置用于將添加的配料吸收到切片的內(nèi)部的裝置，同時(shí)不會破壞馬鈴薯片的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，或者不會從切片中浸出有利的化合物。
作為加熱食品產(chǎn)品的另一個例子，該例子說明在最終產(chǎn)品中降低丙烯酰胺含量面臨獨(dú)特挑戰(zhàn)，快餐還可由面團(tuán)制成。術(shù)語“合成快餐”意指使用除了原始不變的淀粉原材料之外的其它物質(zhì)作為起始配料制成的快餐食品。例如，合成快餐包括利用脫水馬鈴薯產(chǎn)品作為起始材料的合成馬鈴薯片，以及使用濕潤粉糊作為起始材料的玉米片。這里注意到脫水馬鈴薯產(chǎn)品可以是馬鈴薯粉，馬鈴薯薄片，馬鈴薯顆粒，或以脫水馬鈴薯存在的任意其它形式。當(dāng)在本申請中使用任何這些術(shù)語時(shí)，可以理解可包括所有各種變化。再參見圖2，合成馬鈴薯片不需要剝皮步驟21，切片步驟22，或清洗步驟23。取而代之，合成馬鈴薯片以例如馬鈴薯薄片為起始，該馬鈴薯薄片與水和其它微量配料混合，以生成面團(tuán)。然后，將該面團(tuán)制成片狀，并在烹制步驟處理之前切片。烹制步驟可包括炸制或烘焙。接著該馬鈴薯片進(jìn)行調(diào)味步驟和包裝步驟。馬鈴薯面團(tuán)的混合通常便于添加其它配料。相反，給例如馬鈴薯切片的生食品產(chǎn)品添加這樣的配料，就需要找到一種使配料滲透到產(chǎn)品的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的裝置。然而，在混合步驟中添加任何配料必須考慮到配料可以負(fù)面影響面團(tuán)的成片特性，以及最終馬鈴薯片的特性。
需要研發(fā)一種或多種能降低加熱或熱加工食品的最終產(chǎn)品中的丙烯酰胺含量的方法。理想的，這種方法應(yīng)該充分減少或消除最終產(chǎn)品中的丙烯酰胺，同時(shí)不負(fù)面影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和特性。另外，該方法應(yīng)該容易實(shí)現(xiàn)，特別是對整個加工產(chǎn)生很少或不產(chǎn)生成本。
發(fā)明概述在本申請的創(chuàng)造性的方法中，在熱加工前，將兩種或多種試劑的組合添加到基于淀粉的面團(tuán)中，以降低丙烯酰胺的生成。該試劑可包括任何二價(jià)或三價(jià)陽離子，或該陽離子、酸或氨基酸的組合。在磨碎，干混，濕混或其它混合期間添加所述試劑，以便該試劑存在整個合成食品產(chǎn)品中。在優(yōu)選的實(shí)施例中，鈣陽離子和磷酸，檸檬酸，和/或半胱氨酸一起使用。該試劑的組合可調(diào)節(jié)，以將最終產(chǎn)品中生成的丙烯酰胺降低至所希望的含量，并且最低限度的影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和特性。
附圖的簡要描述本發(fā)明的新穎性特征帶來的性能在所附的權(quán)利要求書中描述。然而，通過參考以下附圖并結(jié)合說明書實(shí)施例的詳細(xì)描述將很好的理解本發(fā)明自身，以及優(yōu)選使用模式，和其進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)，其中
圖1圖示以天冬酰胺和葡萄糖為起始生成丙烯酰胺的可能途徑的簡化圖。
圖2圖示利用生馬鈴薯原料制造炸制馬鈴薯片的公知的現(xiàn)有技術(shù)的方法。
圖3A和3B是根據(jù)本發(fā)明的兩個單獨(dú)的實(shí)施例，圖示制造合成快餐食品的方法。
圖4是表示在一系列添加了半胱氨酸和賴氨酸的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的丙烯酰胺含量的圖表。
圖5是表示在一系列氯化鈣與磷酸或檸檬酸結(jié)合使用的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的丙烯酰胺含量的圖表。
圖6是表示在一系列將氯化鈣和磷酸添加到具有不同含量的還原糖的馬鈴薯薄片的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的丙烯酰胺含量的圖表。
圖7是表示在一系列將氯化鈣和磷酸添加到馬鈴薯薄片的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的丙烯酰胺含量的圖表。
圖8是表示在一系列將氯化鈣與檸檬酸添加到玉米片混合物的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的丙烯酰胺含量的圖表。
圖9是表示在由半胱氨酸，氯化鈣，以及或磷酸或檸檬酸合成的馬鈴薯片中發(fā)現(xiàn)的丙烯酰胺的含量的圖表。
圖10是表示在薄片制造步驟或玉米片合成步驟中添加氯化鈣和磷酸時(shí)，馬鈴薯片中發(fā)現(xiàn)的丙烯酰胺的含量的圖表。
圖11是表示天冬酰胺酶和緩沖作用對馬鈴薯片中丙烯酰胺含量影響的圖表。
圖12是表示在含迷迭香(rosemary)的油內(nèi)炸制的馬鈴薯片中發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺含量的圖表。
詳細(xì)描述在熱加工食品中生成丙烯酰胺要求有碳源和氮源。假定碳由碳水化合物源提供，氮由蛋白質(zhì)源或氨基酸源提供。許多來自植物的食品配料，如大米、小麥、玉米、大麥、大豆、馬鈴薯和燕麥都含有天冬酰胺，而且主要是含有少量的氨基酸成分的碳水化合物。一般來講，這樣的食品配料具有小的氨基酸庫，除了天冬酰胺之外還含有其它的氨基酸。
食品或食品配料經(jīng)“熱加工”的意思是指其中的食品成分如食品配料的混合物在最低80℃的溫度下加熱。優(yōu)選食品或食品配料的熱加工在約100℃到205℃之間的溫度下進(jìn)行。在制成最終食品產(chǎn)品之前，可對食品配料在升溫下進(jìn)行單獨(dú)的加工。熱加工食品配料的一個例子是馬鈴薯薄片，這種馬鈴薯薄片由生馬鈴薯暴露在高達(dá)170℃的溫度下的方法制成。(術(shù)語“馬鈴薯薄片”，“馬鈴薯顆?！保汀榜R鈴薯粉”在此交替使用，并意指任何基于馬鈴薯的脫水制品。)其它熱加工食品配料的例子包括加工過的燕麥、煮成半熟并干燥的大米、熟大豆產(chǎn)品、玉米濕潤粉糊、炒咖啡豆和炒可可豆。作為選擇，食品配料原料可用在最終食品產(chǎn)品的制備中，其中該最終食品產(chǎn)品的生產(chǎn)包括加熱步驟。其中最終食品產(chǎn)品通過加熱步驟產(chǎn)生的生原料加工的一個例子是，用生的馬鈴薯切片制造馬鈴薯片，這種加工通過以約100℃到約205℃的溫度炸制步驟或以類似的溫度生產(chǎn)炸制馬鈴薯?xiàng)l來進(jìn)行。
氨基酸對丙烯酰胺生成的影響不過，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在有還原糖的情況下將氨基酸天冬酰胺加熱時(shí)，已發(fā)現(xiàn)生成了大量的丙烯酰胺。在如葡萄糖的還原糖存在的情況下加熱諸如賴氨酸和丙胺酸的其它氨基酸時(shí)，不會導(dǎo)致丙烯酰胺的生成。但令人意外的是，給天冬酰胺-糖混合物中添加其它氨基酸時(shí)可以增加或減少丙烯酰胺的生成含量。
當(dāng)有還原糖存在的情況下加熱天冬酰胺時(shí)，已確認(rèn)丙烯酰胺快速生成，因此通過使天冬酰胺失活就能實(shí)現(xiàn)降低在熱加工食品中的丙烯酰胺?！笆Щ睢笔侵竿ㄟ^轉(zhuǎn)化或與另一種化學(xué)物質(zhì)結(jié)合的方式使天冬酰胺從食品中去除或使天冬酰胺在丙烯酰胺生成路徑中處于不起反應(yīng)狀態(tài)，其中所述的化學(xué)物質(zhì)能阻止天冬酰胺生成丙烯酰胺。
I.半胱氨酸，賴氨酸，谷氨酰胺和甘氨酸對丙烯酰胺生成的影響由于天冬酰胺與葡萄糖反應(yīng)生成丙烯酰胺，因而增加其它游離氨基酸的濃度可影響天冬酰胺與葡萄糖之間的反應(yīng)，并降低丙烯酰胺的生成。對于該試驗(yàn)，在pH值為7.0的磷酸鈉緩沖液中制備天冬酰胺(0.176％)和葡萄糖(0.4％)的溶液。以與葡萄糖相同的摩爾濃度添加另外四種氨基酸，即甘氨酸(GLY)，賴氨酸(LYS)，谷氨酰胺(GLN)，和半胱氨酸(CYS)。該試驗(yàn)設(shè)計(jì)成不可重復(fù)的全析因試驗(yàn)，以便測試所添加的氨基酸的所有可能組合。在測定丙烯酰胺前，將溶液在120℃加熱40分鐘。下表1顯示濃度和結(jié)果。
表1半胱氨酸，賴氨酸，谷氨酰胺和甘氨酸對丙烯酰胺生成含量的影響

如上表所示，葡萄糖和沒有任何其它氨基酸的天冬酰胺生成1679ppb的丙烯酰胺。所添加的氨基酸具有三種類型的影響。
1)半胱氨酸幾乎消除了丙烯酰胺的生成。利用半胱氨酸的所有處理具有小于25ppb的丙烯酰胺(降低98％)。
2)賴氨酸和甘氨酸降低了丙烯酰胺的生成但不如半胱氨酸那樣多。利用賴氨酸和/或甘氨酸但沒有谷氨酰胺和半胱氨酸的所有處理具有小于220ppb的丙烯酰胺(降低85％)。
3)令人驚奇的是，谷氨酰胺將生成的丙烯酰胺增加到5378ppb(增加200％)。谷氨酰胺加半胱胺酸未生成丙烯酰胺。將甘氨酸和賴氨酸添加到谷胺酰胺可降低丙烯酰胺的生成。
這些試驗(yàn)證明半胱氨酸，賴氨酸和甘氨酸在降低丙烯酰胺生成的方面有效。然而，谷氨酰胺的結(jié)果證明并不是所有氨基酸對降低丙烯酰胺的生成都是有效的。半胱氨酸，賴氨酸，或者甘氨酸與單獨(dú)可加速丙烯酰胺生成的氨基酸(例如谷氨酰胺)組合同樣可降低丙烯酰胺的生成。
II.半胱氨酸，賴氨酸，谷氨酰胺和蛋氨酸在不同濃度和溫度下的影響如以上報(bào)告所述，當(dāng)添加與葡萄糖相同濃度的半胱氨酸和賴氨酸時(shí)可降低丙烯酰胺的生成。設(shè)計(jì)以下試驗(yàn)來回答如下問題1)較低濃度的半胱氨酸，賴氨酸，谷氨酰胺和蛋氨酸如何影響丙烯酰胺的生成？2)當(dāng)溶液在120℃和150℃加熱時(shí)，添加的半胱氨酸和賴氨酸的作用相同嗎？在pH值為7.0的磷酸鈉緩沖液中制備天冬酰胺(0.176％)和葡萄糖(0.4％)的溶液。這里添加兩種濃度的氨基酸(半胱氨酸(CYS)，賴氨酸(LYS)，谷氨酰胺(GLN)，或蛋氨酸(MET))。這兩種濃度是每摩爾葡萄糖含0.2摩爾和1.0摩爾的氨基酸。一半的試驗(yàn)是將兩毫升的溶液在120℃加熱40分鐘；另一半的試驗(yàn)是將兩毫升的溶液在150℃加熱15分鐘。加熱后，丙烯酰胺通過GC-MS來測量，其結(jié)果顯示在表2中。對照組是不含所添加的氨基酸的天冬酰胺和葡萄糖溶液。
表2氨基酸的溫度和濃度對丙烯酰胺含量的影響

在使用半胱氨酸和賴氨酸的試驗(yàn)中，對照組在120℃加熱40分鐘后生成1332ppb的丙烯酰胺，在150℃加熱15分鐘后生成3127ppb的丙烯酰胺。半胱氨酸和賴氨酸可在120℃和150℃降低丙烯酰胺的生成，丙烯酰胺的降低量與所添加的半胱氨酸或賴氨酸的濃度基本成比例。
在使用谷氨酰胺和蛋氨酸的試驗(yàn)中，對照組在120℃加熱40分鐘后生成1953ppb的丙烯酰胺，以及對照組在150℃加熱15分鐘后生成3866ppb的丙烯酰胺。谷氨酰胺在120℃和150℃可增加丙烯酰胺的生成。每摩爾葡萄糖含有0.2摩爾的蛋氨酸不影響丙烯酰胺的生成。每摩爾葡萄糖含有1.0摩爾的蛋氨酸可降低丙烯酰胺的生成量為低于50％。
III.十九種氨基酸對葡萄糖和天冬酰胺溶液中的丙烯酰胺生成的影響以上描述了四種氨基酸(賴氨酸，半胱氨酸，蛋氨酸和谷氨酰胺)對丙烯酰胺生成的影響。這里試驗(yàn)其它十五種氨基酸。在pH值為7.0的磷酸鈉緩沖液中制備天冬酰胺(0.176％)和葡萄糖(0.4％)的溶液。這里添加與葡萄糖的摩爾濃度相同的十五種氨基酸。對照組包含天冬酰胺和葡萄糖溶液，但沒有任何其它的氨基酸。在通過GC-MS測量丙烯酰胺前，將該溶液在120℃加熱40分鐘。其結(jié)果顯示在下表3中。
表3其它氨基酸對丙烯酰胺生成的影響

從上表中可以看出，十五種附加的氨基酸沒有一種與半胱氨酸，賴氨酸，或甘氨酸一樣可有效降低丙烯酰胺的生成。其中九種附加的氨基酸可將丙烯酰胺含量降低為對照組的22-78％，而六種氨基酸可將丙烯酰胺的含量增加到對照組的111-150％。
下表4總結(jié)了所有氨基酸的結(jié)果，按氨基酸的有效性順序列出。半胱氨酸，賴氨酸，和甘氨酸是有效的抑制劑，其生成的丙烯酰胺的含量小于對照組中生成的丙烯酰胺的15％。下面的九個氨基酸是不太有效的抑制劑，其生成的總丙烯酰胺的含量為對照組中生成的丙烯酰胺的22-78％之間。再下面的七個氨基酸可增加丙烯酰胺的含量。谷氨酰胺會引起最大程度丙烯酰胺含量的增加，其顯示為對照組的320％。
表4在使用十九種氨基酸的情況下生成的丙烯酰胺

IV.添加750ppm的L-半胱氨酸的馬鈴薯薄片通過添加750ppm(百萬分之幾)L-半胱氨酸來制成試驗(yàn)用馬鈴薯薄片。對照組的馬鈴薯薄片不包含添加的L-半胱氨酸。在小玻璃瓶中稱三克馬鈴薯薄片。然后擰緊瓶蓋，在120℃把該瓶加熱15分鐘或40分鐘。以10億分之幾(ppb)計(jì)量的GC-MS來測量丙烯酰胺量。
表5通過添加半胱氨酸導(dǎo)致丙烯酰胺隨時(shí)間的降低

V.烘培合成的馬鈴薯片鑒于以上的結(jié)果，研制出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在這些優(yōu)選的實(shí)施例中向合成快餐食品的配方中添加半胱氨酸或賴氨酸，從而烘焙合成馬鈴薯片。這里制成該食品的方法顯示在圖3A中。在面團(tuán)制備步驟30中，馬鈴薯薄片，水和其它配料混合以形成面團(tuán)。(術(shù)語“馬鈴薯薄片”和“馬鈴薯粉”在此可互換使用，每個術(shù)語含義均覆蓋所有干燥的薄片或粉制備料，與其顆粒尺寸無關(guān)。)在壓片步驟31中，面團(tuán)穿過壓片機(jī)，使面團(tuán)變平，并且被壓成單獨(dú)的片。在烹制步驟32中，切片被烘培成特定的顏色和含水量。然后將所得到的片在調(diào)味步驟33中調(diào)味，并在包裝步驟34中被包裝。
本發(fā)明的第一實(shí)施例通過以上描述的方法來說明。為說明該實(shí)施例，在對照組和試驗(yàn)批次之間進(jìn)行了比較，其中向所述的試驗(yàn)批次中添加三種濃度的半胱氨酸中的任一種或者一種濃度的賴氨酸。
表6賴氨酸和不同含量的半胱氨酸對丙烯酰胺含量的影響

在所有批次中，首先將所有干燥配料混合在一起。接著將油加到每一干燥混合————————————1人們期望D-異構(gòu)體或氨基酸的D-異構(gòu)體和L-異構(gòu)體的外消旋混合物具有相等的功效，盡管L異構(gòu)體可能是最好且最便宜的資源。
物中混合。半胱氨酸或賴氨酸在添加到面團(tuán)之前在水中溶解。壓片前面團(tuán)的含水量為重量百分比的40％到45％。將該面團(tuán)壓成片，片厚度在0.020到0.030英寸之間，切成馬鈴薯片大小的片并烘焙。
烹制后，根據(jù)Hunter L-A-B刻度(scale)，對水分、油以及顏色進(jìn)行試驗(yàn)。對樣品進(jìn)行測試以獲得最終產(chǎn)品中的丙烯酰胺含量。表6顯示了這些分析的結(jié)果。
在對照組的馬鈴薯片中，最終烹制后的丙烯酰胺含量是1030ppb。添加所有測試含量的半胱氨酸和賴氨酸都可明顯降低最終丙烯酰胺的含量。圖4以圖表的形式顯示最終丙烯酰胺含量。在該附圖中，每個樣品中檢測到的丙烯酰胺含量用黑框402表示。每個框的下面列出表示適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)的標(biāo)記，并在附圖左邊標(biāo)定丙烯酰胺的刻度。還顯示每個試驗(yàn)所制成的馬鈴薯片的含水量，圖示為單點(diǎn)404。單點(diǎn)404的值用來標(biāo)定附圖的右邊所示的含水率的刻度。為清楚起見，線406將單點(diǎn)404連接起來。由于較低含水量對丙烯酰胺含量的顯著影響，因而具有一定含水量是非常重要的，以便正確評估任何能降低丙烯酰胺含量的試劑的活性。如在此使用的，能降低丙烯酰胺含量的試劑是一種能降低丙烯酰胺含量的添加劑。
向面團(tuán)中添加半胱胺酸或賴氨酸可顯著降低最終產(chǎn)品中存在的丙烯酰胺的含量。該半胱氨酸樣品顯示丙烯酰胺的含量的降低與所添加的半胱氨酸的含量基本成比例。然而，必須考慮到，在制造過程添加氨基酸對最終產(chǎn)品的特性(例如顏色、味道和質(zhì)地)的間接影響。
還通過添加半胱氨酸，賴氨酸，以及這兩種氨基酸中的一種氨基酸和氯化鈣的組合進(jìn)行其它試驗(yàn)。這些試驗(yàn)使用與上述試驗(yàn)相同的方法，但是使用的馬鈴薯薄片具有不同含量的還原糖和所加入的氨基酸與氯化鈣的含量不同。在以下的表7中，批次1的馬鈴薯薄片具有0.81％的還原糖(這部分表重復(fù)上述試驗(yàn)顯示的結(jié)果)，批次2有1.0％的還原糖，批次3有1.8％的還原糖。
表7不同濃度的半胱氨酸，賴氨酸，還原糖的影響

如該表中的數(shù)據(jù)所示，對于每種測試含量的還原糖，添加半胱氨酸或賴氨酸對丙烯酰胺的含量具有明顯改進(jìn)。盡管事實(shí)上該試驗(yàn)是在使用最高含量的還原糖的情況下進(jìn)行的，然而賴氨酸與氯化鈣的組合幾乎全部消除了產(chǎn)生的丙烯酰胺。
VI.對切片的油炸馬鈴薯片進(jìn)行試驗(yàn)用馬鈴薯切片制成的馬鈴薯片可獲得一種類似的結(jié)果。然而，期望的氨基酸不能與上述實(shí)施例的馬鈴薯切片簡單混合，因?yàn)檫@樣會破壞切片的完整性。在一實(shí)施例中，馬鈴薯切片浸入含有所希望的氨基酸添加劑的水溶液內(nèi)足夠長的時(shí)間，以使氨基酸進(jìn)入馬鈴薯切片的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。例如，可以在圖2所示的清洗步驟23中進(jìn)行該操作。
下表8顯示向上述圖2的清洗步驟23所述的清洗處理過程中添加1％重量的半胱氨酸的結(jié)果。所有清洗是在室溫下進(jìn)行所指定的時(shí)間；對照組處理沒有向水中添加任何東西。該馬鈴薯片在178℃的棉籽油中炸制所指定的時(shí)間。
表8在馬鈴薯切片的清洗水中半胱氨酸對丙烯酰胺的影響

如該表所示，在含有1％重量濃度的半胱氨酸水溶液中浸泡0.053英寸厚的馬鈴薯切片15分鐘，這樣足以將最終產(chǎn)品中的丙烯酰胺的含量降低至100-200ppb的數(shù)量級。
本發(fā)明還通過向制成玉米餅切片的玉米面團(tuán)(或濕潤粉糊)中添加半胱氨酸來證明。在磨粉期間向烹制的玉米中添加已溶解的L-半胱氨酸，以便半胱氨酸均勻分布在磨粉期間制成的濕潤粉糊內(nèi)。添加600ppm的L-半胱氨酸使丙烯酰胺含量從對照組產(chǎn)品中的190ppb降低至經(jīng)L-半胱氨酸處理過的產(chǎn)品中的75ppb。
只要對附加的配料產(chǎn)生間接的影響，例如改變食品顏色、味道和質(zhì)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，那么各種數(shù)量氨基酸都可用于在這里公開的本發(fā)明中。盡管所有例子顯示利用α-氨基酸(其中與α碳原子連接的-NH2基)，本申請人預(yù)期也可使用其它異構(gòu)體，例如使用β-或γ-氨基酸，盡管β-和γ-氨基酸通常不用作食品添加劑。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例使用半胱氨酸，賴氨酸，和/或甘氨酸。然而，也可使用其它氨基酸，例如組氨酸，丙氨酸，蛋氨酸，谷氨酸，天門冬氨酸，脯氨酸，苯基丙氨酸，纈氨酸，和精氨酸。這類氨基酸，特別是半胱氨酸，賴氨酸，和甘氨酸相對較便宜，且通常用于食品添加劑。這些優(yōu)選的氨基酸可單獨(dú)使用或組合使用，以便降低最終食品中的丙烯酰胺含量。另外，可在加熱前向食品產(chǎn)品添加氨基酸，可通過向食品原料中添加市場可買到的氨基酸，或添加其它包含高濃度的游離氨基酸的食品配料。例如，酪蛋白含有游離賴氨酸，而凝膠含有游離甘氨酸。因此，當(dāng)申請人提出在食品配方中添加氨基酸時(shí)，應(yīng)該理解為添加的氨基酸可以是市場上可買到的氨基酸，或其中游離氨基酸的濃度高于食品中天冬酰胺的天然產(chǎn)生量的食品。
添加到食品中用于將丙烯酰胺的含量降低到可接受水平的一定含量的氨基酸可以通過許多方式來表示。為了商業(yè)上能夠接受，添加的氨基酸含量應(yīng)足以使生成的丙烯酰胺最終含量相比未處理產(chǎn)品至少降低20％。更優(yōu)選的，丙烯酰胺產(chǎn)生的含量應(yīng)該降低至35％到95％的范圍(35-95％)內(nèi)。甚至更優(yōu)選的是，生成丙烯酰胺的含量應(yīng)該降低至50％到95％的范圍(50-95％)內(nèi)。在利用半胱氨酸的優(yōu)選實(shí)施例中，已確定添加至少100ppm的半胱氨酸可有效降低丙烯酰胺含量。然而，添加半胱氨酸的優(yōu)選范圍在100ppm到10,000ppm之間，最優(yōu)選的范圍是約1,000ppm的含量。在優(yōu)選實(shí)施例中，利用其它有效的氨基酸，例如賴氨酸和甘氨酸，發(fā)現(xiàn)所添加的氨基酸與食品中的還原糖的摩爾比為至少0.1摩爾的氨基酸比一摩爾的還原糖(0.1∶1)對降低丙烯酰胺的生成是有效的。更優(yōu)選的是所添加的氨基酸與還原糖的摩爾比應(yīng)該在0.1∶1和2∶1之間，最優(yōu)選的比率為約1∶1。
目前對所選擇氨基酸能降低所發(fā)現(xiàn)的丙烯酰胺的含量的機(jī)理尚不知道。可能的機(jī)理包括反應(yīng)物和稀釋前體的競爭，這將產(chǎn)生較少丙烯酰胺，以及與丙烯酰胺的反應(yīng)機(jī)理是使該反應(yīng)中止。“可能的機(jī)理”包括(1)抑制美拉德反應(yīng)，(2)葡萄糖和其它還原糖的消耗，以及(3)與丙烯酰胺反應(yīng)。具有游離巰基(thiol)的半胱氨酸作為美拉德反應(yīng)的抑制劑。由于丙烯酰胺被認(rèn)為是通過美拉德反應(yīng)由天冬酰胺生成，因而半胱氨酸應(yīng)該降低美拉德反應(yīng)和丙烯酰胺生成的速率。賴氨酸和甘氨酸與葡萄糖和其它還原糖快速反應(yīng)。如果葡萄糖被賴氨酸和甘氨酸消耗，那么將沒有葡萄糖與天冬酰氨反應(yīng)以生成丙烯酰胺。氨基酸的氨基與丙烯酰胺雙鍵反應(yīng)，即邁克爾加成。半胱氨酸的游離巰基還可與丙烯酰胺雙鍵反應(yīng)。
應(yīng)該理解最終產(chǎn)品的特性的不利改變，例如顏色、味道以及質(zhì)地可能是由于添加了氨基酸造成的。根據(jù)本發(fā)明，產(chǎn)品特性的這些變化可通過各種其它方法補(bǔ)償。例如，馬鈴薯片的顏色特性通過控制初始產(chǎn)品中的糖含量來調(diào)節(jié)。一些風(fēng)味的特性可以通過向最終產(chǎn)品添加不同的調(diào)味劑而改變。產(chǎn)品的物理結(jié)構(gòu)可以通過例如添加酵母劑或不同的乳化劑而調(diào)節(jié)。
二價(jià)和三價(jià)陽離子對丙烯酰胺生成的影響本發(fā)明的另一實(shí)施例通過在烹制或熱加工快餐食品前向快餐食品的配方中添加二價(jià)或三價(jià)陽離子的方法來實(shí)現(xiàn)降低丙烯酰胺的生成?；瘜W(xué)家知道陽離子不能孤立存在，而是與同價(jià)陰離子共存。盡管這里參照的是含有二價(jià)和三價(jià)陽離子的鹽，但是應(yīng)當(dāng)明確的是鹽中存在的陽離子通過降低水中天冬酰胺在水中的溶解性來降低丙烯酰胺的生成。在此，這些陽離子被認(rèn)為是具有至少兩個化合價(jià)的陽離子。有趣的是，一個化合價(jià)的陽離子在本發(fā)明中使用無效果。在選擇適當(dāng)?shù)陌ㄖ辽賰蓚€化合價(jià)的陽離子與陰離子結(jié)合的化合物時(shí)，相關(guān)的因素是水的可溶性，食品安全，以及具體食品的特性的最少變化?？梢允褂貌煌}類的組合，盡管這里討論的只是單個鹽。
化學(xué)家談及原子的化合價(jià)作為它與其它元素結(jié)合的能力的量度。特別是，二價(jià)原子具有與其它原子生成兩個離子鍵的能力，而三價(jià)原子可以與其它的原子生成三個離子鍵。陽離子是帶正電離子，即原子失去一個或多個電子，從而帶正極電荷。因此，二價(jià)或三價(jià)陽離子是分別具有兩個或三個離子鍵的帶正電離子。
可用簡單的模型系統(tǒng)測試二價(jià)或三價(jià)陽離子對丙烯酰胺生成的影響。加熱1∶1摩爾比例的天冬酰胺與葡萄糖可以產(chǎn)生丙烯酰胺。對使用或不使用添加的鹽類的丙烯酰胺含量進(jìn)行定量比較可測量鹽促進(jìn)或抑制丙烯酰胺生成的能力。使用兩種樣品制備和加熱方法。一種方法包括將干燥的成分進(jìn)行混合，添加等量的水，以及在未蓋嚴(yán)蓋的瓶中加熱。當(dāng)加熱時(shí)由于大部分水蒸發(fā)，因此試劑濃縮，重復(fù)烹制的狀態(tài)。可以產(chǎn)生稠的糖漿或焦油，使丙烯酰胺的回收復(fù)雜化。這些試驗(yàn)顯示在如下的實(shí)例1和2中。
第二個方法是利用壓力容器的，這使得試驗(yàn)更可控。將試驗(yàn)成分的溶液合并并在壓力下加熱。該試驗(yàn)成分可以以食品中存在的濃度添加，并且緩沖劑可與普通食品的pH值完全相同。在這些試驗(yàn)中，沒有水蒸發(fā)，簡化了丙烯酰胺的回收，如下面的例子3所示。
I.二價(jià)，三價(jià)陽離子可降低丙烯酰胺的生成，而單價(jià)陽離子卻不可以將含有L-天冬酰胺一水化物(0.15g，1毫摩爾)，葡糖糖(0.2g，1毫摩爾)和水(0.4mL)的20mL(毫升)細(xì)頸瓶用鋁箔覆蓋，并且在氣相色譜分析(GC)爐中以20°/分的升高速度從40°加熱到220℃，在220℃保持兩分鐘，并以20°/分速度從220°冷卻到40°。殘余物用水萃取，并利用氣相色譜-質(zhì)譜分析法(GC-MS)對丙烯酰胺進(jìn)行分析。分析發(fā)現(xiàn)了接近10,000ppb(十億分之一)的丙烯酰胺。將含有L-天冬酰胺一水化物(0.13g，1毫摩爾)，葡糖糖(0.2g，1毫摩爾)，無水的氯化鈣(0.1g，1毫摩爾)，和水(0.4mL)的另外兩個瓶加熱并進(jìn)行分析。分析發(fā)現(xiàn)了7和30ppb的丙烯酰胺，減少超過99％。
鑒于鈣鹽能極大地降低丙烯酰胺的生成的驚奇結(jié)果，對鹽類進(jìn)行進(jìn)一步的篩選并確定二價(jià)和三價(jià)陽離子(鎂，鋁)具有相似的影響。注意到用一價(jià)陽離子即0.1/0.2克碳酸氫鈉和碳酸銨(與氨基甲酸銨和碳酸氫銨一樣)進(jìn)行的類似實(shí)驗(yàn)，增加了丙烯酰胺的生成，如下表9所示。
表9

II.氯化鈣和氯化鎂在第二個試驗(yàn)中，實(shí)施與上述類似的試驗(yàn)，不過不使用無水氯化鈣，而是使用分別為氯化鈣和氯化鎂的兩種不同的稀釋物。含有L-天冬酰胺一水化物(0.15g，1毫摩爾)和葡萄糖(0.2g，1毫摩爾)的細(xì)頸瓶與如下之一混合0.5mL水(對照組)，0.5mL10％氯化鈣溶液(0.5毫摩爾)，0.05mL10％氯化鈣溶液(0.05毫摩爾)加0.45mL水，0.5mL10％氯化鎂溶液(0.5毫摩爾)，或0.05mL10％氯化鎂溶液(0.05毫摩爾)加0.45mL水。
如例子1所述對相同樣品加熱和分析，結(jié)果求平均值并且概括在下表10中。
表10氯化鈣，氯化鎂對丙烯酰胺生成的影響

III.pH和緩沖液的影響如以上所述，該試驗(yàn)不包括從容器中失去的水，而是在壓力下操作。含有2mL的緩沖原料溶液(15mM天冬酰胺，15mM葡萄糖，500mM磷酸鹽或醋酸鹽)和0.1mL鹽溶液(1000mM)的細(xì)頸瓶在氣相色譜分析爐中放置的帕爾高壓氣瓶中加熱，該加熱按程序以20°/分的升高速度從40°上升到150℃，在150℃保持兩分鐘。該高壓氣瓶從爐中取出并冷卻10分鐘。用水萃取組分并根據(jù)GS-MS的方法分析丙烯酰胺。對于pH和緩沖液的每一次組合，對照組在沒有添加鹽以及添加三種不同的鹽的情況下進(jìn)行。對重復(fù)試驗(yàn)的結(jié)果求平均值，并在下表3中概括。
表11PH和緩沖溶液對二價(jià)/三價(jià)陽離子鹽降低丙烯酰胺的影響

通過使用的三種鹽，丙烯酰胺最大的降低發(fā)生在pH 7的醋酸鹽和pH 5.5的磷酸鹽。pH5.5的醋酸鹽和pH7的磷酸鹽僅發(fā)現(xiàn)很小的降低量。
IV.增加氯化鈣可降低丙烯酰胺生成根據(jù)模型系統(tǒng)的結(jié)果，進(jìn)行了小范圍的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，其中氯化鈣在加熱前被添加到馬鈴薯薄片中。三毫升0.4％，2％，或10％的氯化鈣溶液被添加到3克的馬鈴薯薄片中。對照組是將3克的馬鈴薯薄片與3毫升的去離子水混合。將馬鈴薯薄片混合成相對均勻的糊，接著在密封玻璃瓶內(nèi)在120°下加熱40分鐘。加熱后通過GC-MS測量丙烯酰胺。加熱前，對照組馬鈴薯薄片含有46ppb的丙烯酰胺。試驗(yàn)結(jié)果反映在下表4中。
表12氯化鈣溶液濃度對降低丙烯酰胺含量的影響

根據(jù)以上結(jié)果，進(jìn)行了將鈣鹽添加到合成快餐食品的配方中從而烘焙合成馬鈴薯片的試驗(yàn)。制造烘焙合成馬鈴薯片的方法包括圖3B中顯示的步驟。面團(tuán)的制備步驟35是將馬鈴薯薄片與水，陽離子/陰離子對(這里是氯化鈣)以及其它輔助配料混合，將這些配料充分混合形成面團(tuán)。(另外，在此，術(shù)語“馬鈴薯薄片”是指包括所有干馬鈴薯薄片，顆?；蚍蹌?，與粒度尺寸無關(guān)。)在壓片/切片步驟36中，面團(tuán)穿過壓片機(jī)，使面團(tuán)變平，并且被切成單獨(dú)的片。在烹制步驟37中，形成的片被烹制成特殊的顏色和含水量。然后，所得到的片在調(diào)味步驟38中調(diào)味并在包裝步驟39中包裝。
在第一個試驗(yàn)中，根據(jù)表13給出的配方制備并烹制兩批合成的馬鈴薯片；兩批之間唯一的不同是試驗(yàn)批含有氯化鈣。在這兩批中，首先將干燥的配料混合在一起，接著將油添加到每個干混合物中混合。氯化鈣在添加于面團(tuán)前先在水中溶解。壓片前面團(tuán)的含水量為40％到45％的重量百分比。將該面團(tuán)壓片產(chǎn)生厚度在0.020到0.030英寸之間的片，切成馬鈴薯片大小的片并烘焙。
烹制后，根據(jù)亨特L-a-b刻度對水分，油以及顏色進(jìn)行試驗(yàn)。測試樣品以獲得最終產(chǎn)品中的丙烯酰胺含量。下表13顯示了這些分析結(jié)果。
表13氯化鈣對馬鈴薯片中丙烯酰胺的影響

如這些結(jié)果所示，以氯化鈣對馬鈴薯片的重量比約1∶125的比率向面團(tuán)中添加氯化鈣，這樣可顯著減低最終產(chǎn)品中的丙烯酰胺的含量，可使最終丙烯酰胺含量從1030ppb降至160ppb。另外，最終產(chǎn)品中的油和水的百分比不受所添加的氯化鈣的影響。然而，應(yīng)注意到，氯化鈣可導(dǎo)致產(chǎn)品味道、質(zhì)地和顏色的改變，這取決于其使用量。
添加到食品中用于降低丙烯酰胺的二價(jià)或三價(jià)陽離子的含量可以許多方式表示。為了商業(yè)上能夠接受，陽離子添加量應(yīng)足以使丙烯酰胺的最終含量降低至少20％。優(yōu)選的是，丙烯酰胺的含量應(yīng)該降低35％到95％的范圍(35-95％)內(nèi)。更優(yōu)選的是，丙烯酰胺的含量應(yīng)該降低50％到95％的范圍(50-95％)內(nèi)。為了用不同的方式表示，二價(jià)陽離子或三價(jià)陽離子的添加量可以以陽離子摩爾相對食品產(chǎn)品中游離天冬酰胺的摩爾之間的比率給出。二價(jià)或三價(jià)陽離子的摩爾相對游離天冬酰胺的摩爾比率應(yīng)該至少是一比五(1∶5)。更優(yōu)選的是，該比率至少是1∶3；并且最適宜的是1∶2。在現(xiàn)有的優(yōu)選實(shí)施例中，陽離子的摩爾相對天冬酰胺的摩爾比率是約1∶2和1∶1之間。在對產(chǎn)品味道比鈣有較少影響的鎂的情況下，陽離子與天冬酰胺的摩爾比率可以高到約二比一(2∶1)。
利用與上述相同的步驟進(jìn)行其它試驗(yàn)，但是使用的不同批次的馬鈴薯薄片含有不同含量的還原糖并且所添加的氯化鈣的含量不同。在下面的表14中，具有0.8％的還原糖的馬鈴薯片重復(fù)上述試驗(yàn)。
表14不同量的還原糖和陽離子與氯化鈣的影響

如該表所示，即使添加的氯化鈣對馬鈴薯薄片的重量比率低于1∶250時(shí)，所添加的氯化鈣可始終減少最終產(chǎn)品中的丙烯酰胺含量。
能生成二價(jià)或三價(jià)陽離子的許多鹽(或所述其它方法，可產(chǎn)生至少帶兩個化合價(jià)的陽離子)可用于在這里公開的本發(fā)明中，只要進(jìn)行調(diào)節(jié)可以對附加的配料產(chǎn)生間接的影響。降低丙烯酰胺的含量的效果看起來源自二價(jià)或三價(jià)陽離子，而非與之配對的陰離子。除了化合價(jià)外，對陽離子/陰離子對的限制與例如安全性，可溶性和它們對味道，氣味，外形和質(zhì)地的影響的食品可接受性有關(guān)。例如陽離子的有效性與其溶解度直接相關(guān)。高溶解性的鹽，例如那些包括醋酸鹽或氯化物陰離子的鹽是最優(yōu)選的添加劑。低可溶性鹽，例如那些包括碳酸鹽或氫氧化合物陰離子的鹽，它們通過添加磷酸或檸檬酸，或通過破壞基于淀粉的食品的細(xì)胞結(jié)構(gòu)變得更易溶解。建議的陽離子包括鈣，鎂，鋁，鐵，銅和鋅離子。這些陽離子的適當(dāng)鹽包括氯化鈣，檸檬酸鈣，乳酸鈣，蘋果酸鈣，葡萄糖酸鈣，磷酸鈣，乙酸鈣，乙二胺四醋酸鈣鈉(calcium sodium EDTA)，甘油磷酸鈣，氫氧化鈣，乳糖醛酸鈣，氧化鈣，丙酸鈣，碳酸鈣，乳酸硬脂酰鈣，氯化鎂，檸檬酸鎂，乳酸鎂，蘋果酸鎂，葡萄糖酸鎂，磷酸鎂，氫氧化鎂，碳酸鎂，硫酸鎂，氯化鋁六水合物，氯化鋁，氫氧化鋁，銨明礬，硫酸鋁鉀，鋁鈉礬，硫酸鋁，氯化鐵，葡萄糖酸鐵，檸檬酸鐵銨，焦磷酸鐵，富馬酸鐵，乳酸亞鐵，硫酸鐵，氯化銅，葡萄糖酸銅，硫酸銅，葡萄糖酸鋅，氧化鋅，和硫酸鋅。盡管確信通過一個或多個合適陽離子鹽的結(jié)合可更好地滿足其要求，本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例是使用氯化鈣。許多鹽，例如鈣鹽，特別是氯化鈣，相對便宜并且通常用于食品。氯化鈣可以與檸檬酸鈣結(jié)合使用，從而可以降低氯化鈣對食品味道的間接影響。另外，許多鈣鹽可以與一種或多種鎂鹽結(jié)合使用。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解特定配方所需要的鹽可根據(jù)所述食品和希望的最終產(chǎn)品的特性來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
應(yīng)該理解最終產(chǎn)品的特性的改變，例如，顏色、味道以及稠度可以通過不同方法調(diào)節(jié)。例如，馬鈴薯片的顏色特性通過控制初始產(chǎn)品中的糖含量來調(diào)節(jié)。一些味道的特性可以通過向最終產(chǎn)品添加不同的調(diào)味劑而改變。產(chǎn)品的物理結(jié)構(gòu)可以通過添加例如酵母劑或不同的乳化劑而調(diào)節(jié)。
制造面團(tuán)中的試劑的組合在本發(fā)明的上述詳細(xì)實(shí)施例中，重點(diǎn)在于由單一試劑，例如二價(jià)或三價(jià)陽離子或若干氨基酸中的一種引起的丙烯酰胺的減少，從而降低發(fā)現(xiàn)于烹制的快餐中丙烯酰胺含量。本發(fā)明的其它實(shí)施例包括各種試劑的組合，例如氯化鈣與其它試劑的組合，以便在不明顯改變薯片味道的情況下顯著降低丙烯酰胺的含量。
I.氯化鈣，檸檬酸，磷酸的組合本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)在pH呈酸性的情況下鈣離子可更有效的降低丙烯酰胺的含量。以下所示試驗(yàn)中，研究了在酸中添加氯化鈣，并與僅包含該酸的樣品進(jìn)行比較。
表15氯化鈣與磷酸或檸檬酸的組合對丙烯酰胺的影響

如上表15，單獨(dú)添加磷酸可使丙烯酰胺的生成量降低73％，而添加氯化鈣和一種酸可使丙烯酰胺的生成量降低93％。圖5以圖表的方式顯示了這些結(jié)果。在該附圖中，對照組的丙烯酰胺含量502非常高(1191)，但當(dāng)單獨(dú)添加磷酸時(shí)可明顯降低丙烯酰胺含量，并且當(dāng)添加氯化鈣和一種酸時(shí)降低的更加明顯。同時(shí)，不同馬鈴薯片的含水量504保持在相同范圍內(nèi)，盡管帶有試劑的馬鈴薯片的含水量范圍略低。因此，可以證明氯化鈣和一種酸可有效降低丙烯酰胺的含量。
使用氯化鈣和磷酸作為添加劑添加到馬鈴薯面團(tuán)中進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)。使用相當(dāng)于馬鈴薯薄片重量的0％，0.45％和0.90％的三種不同量的氯化鈣。這些氯化鈣與相當(dāng)于馬鈴薯薄片重量的0％，0.05％或0.1％的三種不同量的磷酸組合。另外，盡管沒有將這些含量的所有組合進(jìn)行描述，但對相當(dāng)于馬鈴薯薄片重量的0.2％，1.07％和2.07％的三種還原糖的含量進(jìn)行試驗(yàn)。每次試驗(yàn)混合成面團(tuán)，成形，并烹制成馬鈴薯片。油炸溫度，炸制時(shí)間和壓片厚度分別恒定為350F，16秒和0.64mm。為清楚起見，該結(jié)果表示在三個單獨(dú)的表格(16A，16B，和16C)中，每個表格顯示馬鈴薯薄片中一種含量的還原糖的結(jié)果。此外，這樣設(shè)計(jì)試驗(yàn)以使沒有氯化鈣或磷酸的對照組在左側(cè)。在表內(nèi)，每一含量的氯化鈣(CC)與以下不同量的磷酸(PA)組合在一起。
表16A氯化鈣/磷酸對丙烯酰胺量的影響-0.2％還原糖

在還原糖的含量為最低的試驗(yàn)中，我們看到產(chǎn)生的丙烯酰胺含量通常在所希望的較低范圍內(nèi)。在該還原糖含量的情況下，單獨(dú)使用氯化鈣降低丙烯酰胺的含量小于對照組的丙烯酰胺含量的1/4，添加磷酸可獲得很小的額外效果。下表顯示中間范圍的還原糖，氯化鈣的組合將丙烯酰胺含量從對照組中的367ppb下降至試驗(yàn)組(cell)12中的69ppb。盡管丙烯酰胺的某些降低可能歸因于試驗(yàn)組12中略高的含水量(2.77而對照組中的為2.66)，然而通過甚至當(dāng)氯化鈣和磷酸的含量減半時(shí)，丙烯酰胺的含量還能明顯降低顯示了進(jìn)一步的支持。在試驗(yàn)組6中顯示了這一結(jié)果，與對照組相比，該試驗(yàn)組顯示了明顯降低的丙烯酰胺含量，和較低的含水量。
表16B氯化鈣/磷酸對丙烯酰胺量的影響-1.07％還原糖量

表16C氯化鈣/磷酸對丙烯酰胺量的影響-2.07％還原糖量

如這三個圖表所示，當(dāng)還原糖的含量增加時(shí)，降低丙烯酰胺含量所必需的氯化鈣和磷酸量將增加。圖6顯示與以上三個表相應(yīng)的一個圖表，條602表示丙烯酰胺含量，點(diǎn)604表示含水量。該結(jié)果根據(jù)從馬鈴薯獲得的還原糖的含量再次進(jìn)行分組；每組內(nèi)通常第一組向下移動，然后使用若干能降低丙烯酰胺的試劑以降低丙烯酰胺含量。
若干天后，僅使用具有1.07％還原糖的馬鈴薯薄片，和與上述的三個含量相同的氯化鈣，以及使用四種含量的磷酸(0，0.025％，0.05％，和0.10％)，進(jìn)行了與上述三個表格中所用的方案相同的另一個試驗(yàn)。該結(jié)果在表17中顯示。圖7圖示該表的的結(jié)果，丙烯酰胺含量用條702表示，標(biāo)定在圖左側(cè)，而含水量的百分比用點(diǎn)704表示，且標(biāo)定在附圖的右側(cè)上。當(dāng)氯化鈣含量增加時(shí)，例如在整個圖表上從左向右移動，丙烯酰胺降低。同樣，對氯化鈣的每一個含量，例如在某一個氯化鈣含量內(nèi)從左向右移，丙烯酰胺的含量通常也會降低。
表17氯化鈣/磷酸對丙烯酰胺量的影響-1.07％還原糖量

II.氯化鈣/檸檬酸與半胱氨酸在本發(fā)明人實(shí)施的有關(guān)玉米片的上述一些試驗(yàn)中，使丙烯酰胺含量達(dá)到希望的含量所必須的氯化鈣和磷酸的含量會產(chǎn)生令人討厭的味道。設(shè)計(jì)以下試驗(yàn)以揭示向馬鈴薯面團(tuán)中添加半胱氨酸是否會使氯化鈣和酸的含量降低到可接受的味道水平，同時(shí)保持低含量的丙烯酰胺，其中半胱氨酸已經(jīng)顯示出能降低馬鈴薯片中的丙烯酰胺的含量。在該試驗(yàn)中，向濕潤粉糊(面團(tuán))中按如下比率添加三種試劑(i)在第一個試驗(yàn)中添加0.106％的氯化鈣，0.084％的檸檬酸，和0.005％的L-半胱氨酸；(ii)在第二個試驗(yàn)中添加0.106％的氯化鈣和0.084％的檸檬酸，但無半胱氨酸，以及在第三個試驗(yàn)中添加0.053％的氯化鈣，0.042％的檸檬酸和0.005％L-半胱氨酸。重復(fù)每個試驗(yàn)，并再次進(jìn)行，其兩個結(jié)果如下所示。該濕潤粉糊含水量約50％，所以如果試驗(yàn)將這些比率僅看成是干重的話，那么濃度將接近兩倍。另外，在每次試驗(yàn)中，一部分用馬鈴薯片基重的約10％的烤干酪辣味玉米片干酪調(diào)味品調(diào)味。試驗(yàn)結(jié)果如下表18所示。在該表中，每類玉米片，例如普通的玉米片，對照組玉米片，第一次進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果以丙烯酰胺#1給出；第二次試驗(yàn)的結(jié)果以丙烯酰胺#2給出，并且兩次結(jié)果的平均值以丙烯酰胺平均值給出。在第一個試驗(yàn)中，只給出了一個含水量的值；其值已示出。
表18半胱氨酸與氯化鈣/檸檬酸對玉米片中丙烯酰胺含量的影響

當(dāng)與0.106％氯化鈣和0.084％的檸檬酸組合時(shí)，半胱氨酸的添加使生成的丙烯酰胺將減少約一半。盡管在該套試驗(yàn)中，添加半胱氨酸未顯示出能進(jìn)一步降低丙烯酰胺的含量，然而在具有烤干酪辣味玉米片中，僅有氯化鈣和檸檬酸就能將產(chǎn)生的丙烯酰胺從80.5降至54ppb。
圖8圖示與上表相同的數(shù)據(jù)。對于試驗(yàn)中的每一類型的玉米片(例如普通玉米片，對照組)，雙線條802顯示丙烯酰胺的結(jié)果。對于每類玉米片來說，第一個試驗(yàn)中丙烯酰胺的結(jié)果802a顯示在左側(cè)，第二個試驗(yàn)的丙烯酰胺的結(jié)果802b顯示在右側(cè)。兩個丙烯酰胺結(jié)果用標(biāo)記標(biāo)定在圖表的左側(cè)上。單一的含水量以位于丙烯酰胺圖表上面的點(diǎn)804表示，并且用標(biāo)記標(biāo)定在圖表的右側(cè)上。
完成上述試驗(yàn)后，同樣利用含有兩種不同含量的還原糖的馬鈴薯薄片，對合成馬鈴薯片進(jìn)行類似試驗(yàn)。為將玉米片試驗(yàn)中使用的濃度轉(zhuǎn)化為合成馬鈴薯片的濃度，全部的馬鈴薯薄片，馬鈴薯淀粉，乳化劑和添加的糖都被看做固體。調(diào)節(jié)氯化鈣，檸檬酸和半胱氨酸的含量，得到了與玉米片中相同的重量百分比濃度。然而，在該試驗(yàn)中，當(dāng)使用的氯化鈣和檸檬酸含量較高時(shí)，也可使用較高含量的半胱氨酸。另外，使用氯化鈣與磷酸的組合與有和無半胱氨酸對試驗(yàn)中還原糖含量較低的部分進(jìn)行比較。該結(jié)果顯示在表19中。
由此可以看出，在具有1.25％還原糖的馬鈴薯薄片中，上述第一含量的氯化鈣，檸檬酸和半胱氨酸的組合可將生成的丙烯酰胺從1290ppb降至594ppb，小于對照組數(shù)據(jù)的一半。利用較高量的試劑的組合可將生成的丙烯酰胺含量降低至306ppb，小于對照組含量的一半。
利用相同的馬鈴薯薄片，僅有磷酸和氯化鈣就能將生成的丙烯酰胺含量從1290降至366ppb，而磷酸和氯化鈣中添加少量的半胱氨酸可將生成的丙烯酰胺含量進(jìn)一步降低至188ppb。
最后，在具有2％還原糖的馬鈴薯薄片中，添加氯化鈣，檸檬酸，和半胱氨酸可將生成的丙烯酰胺含量從1420ppb降低至665ppb，小于對照組含量的一半。
表19半胱氨酸與氯化鈣/酸對馬鈴薯片中生成的丙烯酰胺量的影響

圖9圖示該試驗(yàn)的結(jié)果。顯示了首先根據(jù)還原糖的含量進(jìn)行分組，然后根據(jù)添加的能降低丙烯酰胺的試劑的含量進(jìn)行分組的結(jié)果。如上述圖表，表示丙烯酰胺含量的線條902根據(jù)圖表左側(cè)上的標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)定，而表示含水量的點(diǎn)904根據(jù)圖表右側(cè)上的標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)定。
上述試驗(yàn)顯示不必單獨(dú)使用能降低丙烯酰胺的試劑，而是可以結(jié)合使用以獲得附加的效果。這種附加的效果可用于不斷降低食品中丙烯酰胺含量，或在對這些食品的質(zhì)地味道不產(chǎn)生明顯變化的情況下實(shí)現(xiàn)降低丙烯酰胺含量。盡管特定實(shí)施例已公開顯示氯化鈣與檸檬酸，或磷酸的組合以及它們與半胱氨酸的組合，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該意識到這些組合可以使用其它鈣鹽，其它二價(jià)或三價(jià)陽離子的鹽，其它食品級酸，以及任何已證實(shí)能降低最終食品產(chǎn)品中的丙烯酰胺含量的其它氨基酸。另外，盡管這里用馬鈴薯片和玉米片來證明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些試劑的組合同樣可用于其它可生成丙烯酰胺的合成食品食品，例如餅干，脆餅等。
在馬鈴薯薄片的制造過程中添加的用以降低生成的丙烯酰胺含量的試劑添加氯化鈣和酸已證實(shí)可降低由馬鈴薯薄片制備的油炸和烘培快餐食品中的丙烯酰胺含量。人們確信酸的存在通過降低pH可達(dá)到其效果。目前尚不知道氯化鈣是否干擾羧基的脫除，或隨后氨基從游離天冬酰胺脫除，從而生成丙烯酰胺。氨基的脫除看來要求高溫，其通常在快餐脫水結(jié)束時(shí)發(fā)生。已證實(shí)在水存在時(shí)在低溫下發(fā)生羧基的脫除。
馬鈴薯薄片可利用水和水蒸汽蒸煮制成(通常)，或僅用水蒸汽烹制(這樣從馬鈴薯的外露面濾出的較少)。烹制好的馬鈴薯接著被搗碎，并烘干。馬鈴薯薄片的分析顯示薄片內(nèi)具有較低的丙烯酰胺含量(小于100ppb)，盡管由這些薄片制成的產(chǎn)品可能具有較高的丙烯酰胺含量。
理論上講，如果用酸降低面團(tuán)的pH值，或向面團(tuán)添加氯化鈣來干擾羧基的脫除，那么在薄片的生產(chǎn)加工期間，加入這些添加劑可能(a)減少羧基脫除，因此在快餐食品脫水期間，可降低胺基脫除的比率，或者(b)不管什么機(jī)理，只需確保加入的添加劑較好的分布于面團(tuán)中即可，所述面團(tuán)經(jīng)脫水成快餐食品。如果發(fā)生這兩種情況，前者將可能比后者對生成的丙烯酰胺含量帶來更大的影響。
另一個可能降低合成食品中丙烯酰胺的生成的添加劑是天冬酰胺酶。已知天冬酰胺酶能將天冬酰胺分解成天冬氨酸和氨。在由切片馬鈴薯制成馬鈴薯片時(shí)，盡管不可能利用該酶，然而通過烹制和搗碎馬鈴薯(食品配料)制馬鈴薯片的過程破壞了細(xì)胞壁，從而提供了天冬酰胺酶起作用的機(jī)會。在優(yōu)選的實(shí)施例中，以純食品級天冬酰胺酶的形式，向食品配料添加天冬酰胺酶。
本發(fā)明人設(shè)計(jì)下列試驗(yàn)，以研究在制造馬鈴薯薄片期間，添加的不同試劑在降低由馬鈴薯薄片制成的食品中生成的丙烯酰胺含量的有效性。
I.在制馬鈴薯薄片中使用的氯化鈣和磷酸設(shè)計(jì)一系列試驗(yàn)評估當(dāng)制馬鈴薯薄片生產(chǎn)期間添加氯化鈣和/或磷酸時(shí)丙烯酰胺的降低含量。當(dāng)在制面團(tuán)的后期添加添加劑時(shí)，該試驗(yàn)還用來證明這些添加劑是否具有相同的影響。
該試驗(yàn)中，馬鈴薯包括20％的固體，和1％的還原糖。馬鈴薯烹制16分鐘，并和添加的配料一起被搗碎。所有批具有13.7克乳化劑和0.4克檸檬酸。六批中的四批所添加的磷酸為兩種含量(馬鈴薯固體的0.2％和0.4％)中的一種，并且這四批中的三批所添加的氯化鈣為兩種含量(馬鈴薯固體重量的0.45％和0.90％)中的一種。馬鈴薯干燥后，被磨成指定大小的薄片，進(jìn)行各種測量，并且將每批制成面團(tuán)。該面團(tuán)使用4629克的馬鈴薯薄片和馬鈴薯淀粉，56克的乳化劑，162毫升液態(tài)蔗糖和2300毫升水。另外，其中兩批在制薄片期間不含磷酸或氯化鈣，這兩批在制面團(tuán)時(shí)含有指定量的添加劑。將面團(tuán)卷成0.64mm厚，切成片，并在350油炸20秒。下表20顯示了這些不同批次試驗(yàn)的結(jié)果。
表20向薯片或面團(tuán)中添加氯化鈣/磷酸對生成的丙烯酰胺含量的影響


如以上結(jié)果和
圖10中的圖表所示，當(dāng)僅添加磷酸制造薄片時(shí)，試驗(yàn)C中的丙烯酰胺含量最高，而當(dāng)氯化鈣和磷酸組合使用時(shí)，生成丙烯酰胺的含量最低。
II.在制馬鈴薯薄片中使用天冬酰胺酶天冬酰胺酶是一種將天冬酰胺分解成天冬氨酸和氨的酶。由于天冬氨酸不會生成丙烯酰胺，因此本發(fā)明人推論當(dāng)加熱馬鈴薯薄片時(shí)，天冬酰胺酶處理可降低生成的丙烯酰胺含量。
這里進(jìn)行以下試驗(yàn)。在金屬干平底鍋中將兩克的標(biāo)準(zhǔn)馬鈴薯薄片與35毫升的水混合。蓋好平底鍋，并在100℃加熱60分鐘。冷卻后，添加5毫升的水中含有250單位的天冬酰胺酶，該天冬酰胺酶的含量明顯多于所需的計(jì)算量。對照組是將馬鈴薯薄片和5毫升不含酶的水混合。含有天冬酰胺酶的馬鈴薯薄片在室溫保持一個小時(shí)。經(jīng)酶處理后，馬鈴薯薄片漿在60℃干燥一夜。蓋好裝有干燥馬鈴薯薄片的平底鍋，并在120℃加熱40分鐘。通過氣相色譜分析，溴化衍生物的質(zhì)譜分析測量丙烯酰胺含量。對照組馬鈴薯薄片含有11,036ppb的丙烯酰胺，而經(jīng)天冬酰胺酶處理的薄片含有117ppb的丙烯酰胺，降低超過98％。
在第一個試驗(yàn)后，研究了添加天冬酰胺酶前烹制馬鈴薯薄片和水對于該酶發(fā)揮作用是否是必須的。為驗(yàn)證該情況，進(jìn)行如下試驗(yàn)馬鈴薯薄片用四種方式中的其中一種進(jìn)行預(yù)處理。在四組中的每一組中，將2克的馬鈴薯薄片與35毫升的水混合。在對照組的預(yù)處理組(a)中，馬鈴薯薄片和水混合生成糊狀。在組(b)中，馬鈴薯薄片通過Bio均化器M133/1281-0快速地勻漿在25毫升水中，并與另外10毫升去離子水混合。在組(c)中，馬鈴薯薄片和水混合，加蓋，并在60℃加熱60分鐘。在組(d)中，將馬鈴薯薄片和水混合，加蓋，并在100℃加熱60分鐘。對于每一預(yù)處理組(a)，(b)，(c)和(d)，將馬鈴薯薄片分成兩部分，其中預(yù)處理組的一半用天冬酰胺酶處理，而另一半是不添加天冬酰胺酶的對照組。
通過在40毫升的去離子水中溶解1000個單位，制備天冬酰胺酶溶液。該天冬酰胺酶來自于Erwinia chrysanthemi，Sigma A-2925EC 3.5.1.1。在每個試驗(yàn)馬鈴薯薄片漿(a)，(b)，(c)和(d)中添加5毫升的天冬酰胺酶溶液(5mL)。在對照組馬鈴薯薄片漿(a)中添加5毫升的去離子水。所有馬鈴薯漿在室溫保留一個小時(shí)，并重復(fù)進(jìn)行所有試驗(yàn)。將含有馬鈴薯漿的無蓋平底鍋在60℃干燥一夜。給平底鍋加蓋后，馬鈴薯片在120℃加熱40分鐘。通過氣相色譜分析，溴化衍生物的質(zhì)譜分析測量丙烯酰胺含量。
如下表21所示，經(jīng)天冬酰胺酶處理可降低所有預(yù)處理生成丙烯酰胺的含量的98％以上。在加酶前，既勻漿或加熱馬鈴薯薄片都不能增加天冬酰胺酶的作用。在馬鈴薯薄片中，天冬酰胺接近天冬酰胺酶，從而不需要處理來進(jìn)一步破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。值得注意的是，用于處理馬鈴薯薄片的天冬酰胺酶的含量大大過量。如果馬鈴薯薄片含有1％的天冬酰胺，那么向2克馬鈴薯片中添加125單位的天冬酰胺酶，1小時(shí)后約有50倍的酶過量。
表21預(yù)處理的馬鈴薯薄片對天冬酰胺有效性的影響

設(shè)計(jì)另一組試驗(yàn)用來評估制馬鈴薯薄片期間添加天冬酰胺酶是否可降低由該薄片制成的烹制產(chǎn)品中的丙烯酰胺含量，并且對用于制造薄片的馬鈴薯泥緩沖為酶活性(例如，pH＝8.6)的優(yōu)選pH是否可增加天冬酰胺酶的有效性。該緩沖利用氫氧化鈉溶液進(jìn)行，其通過將4克氫氧化鈉添加到1升水中制成0.1摩爾的溶液。
兩批馬鈴薯薄片作為對照組，其中一批被緩沖而另一批沒有被緩沖。將天冬酰胺酶添加到另外兩批馬鈴薯薄片中；同樣其中一批被緩沖，另一批沒有被緩沖。該天冬酰胺酶從Sigma化學(xué)公司購得，并且以水和酶比為8∶1的比率與水混合。對于添加了天冬酰胺酶的兩批中，添加酶后的馬鈴薯泥保持40分鐘，在有蓋的容器內(nèi)可使馬鈴薯泥脫水最少并在約36℃保持。接著馬鈴薯泥在滾筒式干燥器上加工以制成薄片。根據(jù)上述內(nèi)容，馬鈴薯薄片可用于制造馬鈴薯面團(tuán)。其結(jié)果顯示在下表22中。
表22天冬酰胺酶和緩沖作用對馬鈴薯片中的丙烯酰胺含量的影響

如表22所示，添加不含緩沖液的天冬酰胺酶可將最終馬鈴薯片中產(chǎn)生的丙烯酰胺含量從768降低至54ppb，降低93％。看來緩沖液的使用沒有對丙烯酰胺的生成產(chǎn)生預(yù)期的影響；反而緩沖溶液的使用在對照組和天冬酰胺酶的試驗(yàn)中都生成了大量的丙烯酰胺。盡管如此，天冬酰胺酶將丙烯酰胺量從1199降低至111PPb，降低91％。
圖11以圖表的方式顯示了表22的結(jié)果。如上述附圖，線條1102表示每一試驗(yàn)的丙烯酰胺含量，它根據(jù)圖表左側(cè)的標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)定，而點(diǎn)1104表示馬鈴薯片中的含水量，它根據(jù)圖表右側(cè)的標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)定。
再對樣品進(jìn)行試驗(yàn)以檢查游離天冬酰胺，以確定酶是否有活性。該結(jié)果顯示在下表23中。
表23測試經(jīng)酶處理的薄片中的游離的天冬酰胺

在未緩沖組中，添加天冬酰胺酶可將游離天冬酰胺從1.71降至0.061，降低96.5％。在緩沖組中，添加天冬酰胺酶可將游離天冬酰胺從2.55降低至0.027，降低98.9％。
最終，在模型系統(tǒng)中對每組的樣品薄片進(jìn)行評估。在該模型系統(tǒng)中，每個樣品的少量薄片與水混合，生成接近50％的薄片水溶液。將該溶液在試管內(nèi)在120℃加熱40分鐘。然后對樣品進(jìn)行丙烯酰胺生成的分析，其結(jié)果顯示在表24中。每類的重復(fù)試驗(yàn)的結(jié)果并排顯示。在該模型系統(tǒng)中，向未經(jīng)緩沖的薄片中添加天冬酰胺酶會將生成的丙烯酰胺的平均含量從993.5ppb降低至83ppb，降低91.7％。向經(jīng)緩沖的薄片中添加天冬酰胺酶會將生成的丙烯酰胺的平均含量從889.5ppb降低至64.5ppb，降低92.7％。
表24天冬酰胺酶的模型系統(tǒng)對丙烯酰胺含量的影響

將迷迭香萃取物添加到炸制油中在單獨(dú)試驗(yàn)中，檢測向合成馬鈴薯片的炸制油中添加迷迭香萃取物對生成丙烯酰胺的影響。在該試驗(yàn)中，等量的合成馬鈴薯片或放在沒有添加劑(對照組)的油中炸制，或放在具有迷迭香萃取物的油中炸制，其中以四種量的其中一種含量添加迷迭香萃取物百萬分之500，750，1,000或1500。下表25給出了試驗(yàn)結(jié)果。
表25迷迭香對丙烯酰胺含量的影響

該對照組馬鈴薯片中的丙烯酰胺的平均量是1133.5ppb。向炸制油中添加百萬分之500的迷迭香可將丙烯酰胺的含量降低至840，降低26％，而向炸制油中添加百萬分之750的迷迭香可將生成的丙烯酰胺的含量進(jìn)一步降低至775，降低31.6％。然而，迷迭香增至百萬分之1000時(shí)對生成的丙烯酰胺含量沒有影響，而迷迭香增至百萬分之1500時(shí)，會使生成的丙烯酰胺含量增加至百萬分之1608，增加41.9％。
圖12表示迷迭香試驗(yàn)的圖示結(jié)果。在前述實(shí)例中，線條1202表示丙烯酰胺的含量，并且在圖表的左側(cè)上標(biāo)定其刻度，而點(diǎn)1204表示薯片中的含水量，并且在圖表的右例上標(biāo)定其刻度。
公開的試驗(yàn)結(jié)果增進(jìn)了對在熱加工合成食品中所使用的能降低丙烯酰胺試劑的進(jìn)一步了解。二價(jià)和三價(jià)陽離子以及氨基酸已顯示對熱加工合成食品中產(chǎn)生的丙烯酰胺含量的降低是有效的。這些試劑可單獨(dú)使用，然而也可相互結(jié)合使用或與酸結(jié)合使用，以增強(qiáng)其有效性。使用組合的試劑可進(jìn)一步減低熱加工食品中產(chǎn)生的丙烯酰胺，其中可使用單獨(dú)的試劑或組合的試劑，在不破壞食品味道和質(zhì)地的情況下，可降低生成的丙烯酰胺。天冬酰胺酶經(jīng)試驗(yàn)已被證明可作為一種有效的能降低合成食品中丙烯酰胺的試劑。該試驗(yàn)還顯示，這些試劑不僅向合成食品的面團(tuán)中添加是有效的，而且這些試劑還可添加到中間產(chǎn)品，例如制造過程期間的干燥的馬鈴薯薄片或其它干燥的馬鈴薯產(chǎn)品。添加到中間產(chǎn)品中的試劑的效果與那些添加到面團(tuán)中的效果相同。
盡管參考多個實(shí)施例已具體顯示和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在沒有脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍的情況下使用氨基酸添加劑降低在熱加工食品中的丙烯酰胺含量可以有各種其它的方法。例如，盡管該方法已經(jīng)公開用在馬鈴薯產(chǎn)品和玉米產(chǎn)品中，該方法也可用在由大麥，小麥，黑麥，稻，燕麥，小米和其它基于淀粉的谷類，和其它含有天冬酰胺和還原糖的食品中，例如甘薯，洋蔥，其它蔬菜制成的食品產(chǎn)品的加工中。另外，該方法已證實(shí)可用于馬鈴薯片和玉米片，然而本發(fā)明還可用在其它類型的合成食品產(chǎn)品中，例如其它類型的快餐片，谷類，餅干，脆餅干，硬脆餅干，面包，面包卷，粘滾上面包屑的油炸肉面包。
權(quán)利要求
1.一種降低由于熱加工含有游離天冬酰胺和單糖的合成食品而生成的丙烯酰胺的含量的方法，所述方法包括如下步驟a)向用于熱加工食品的基于淀粉的面團(tuán)中添加第一能降低丙烯酰胺的試劑；b)向所述基于淀粉的面團(tuán)中添加第二能降低丙烯酰胺的試劑，其中所述第一能降低丙烯酰胺的試劑和第二能降低丙烯酰胺的試劑是不同的試劑，這些試劑從由二價(jià)陽離子，三價(jià)陽離子，食品級酸，和氨基酸組成的能降低丙烯酰胺的試劑的組中選擇；c)熱加工所述食品產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟a)和b)中添加的所述第一能降低丙烯酰胺的試劑和所述第二能降低丙烯酰胺的試劑的含量是足夠的，以使在所述熱加工食品中生成的丙烯酰胺的最終含量相比沒有添加所述能降低丙烯酰胺的試劑的在相同的熱加工食品中所生成的丙烯酰胺的最終含量至少降低20％。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟a)和b)中添加的所述第一能降低丙烯酰胺的試劑和所述第二能降低丙烯酰胺的試劑的含量是足夠的，以使在所述熱加工食品中生成的丙烯酰胺的最終含量相比沒有添加所述能降低丙烯酰胺的試劑的在相同熱加工食品中所生成的丙烯酰胺的最終含量至少降低35％。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟a)和b)中添加的所述第一能降低丙烯酰胺的試劑和所述第二能降低丙烯酰胺的試劑的含量是足夠的，以使在所述熱加工食品中生成的丙烯酰胺的最終含量相比沒有添加所述能降低丙烯酰胺的試劑的在相同熱加工食品中所生成的丙烯酰胺的最終含量至少降低50％。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟a)和b)中添加的所述第一能降低丙烯酰胺的試劑和所述第二能降低丙烯酰胺的試劑的含量是足夠的，以使在所述熱加工食品中生成的丙烯酰胺的最終含量相比沒有添加所述能降低丙烯酰胺的試劑的在相同熱加工食品中所生成的丙烯酰胺的最終含量至少降低65％。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟a)和b)中添加的所述第一能降低丙烯酰胺的試劑和所述第二能降低丙烯酰胺的試劑的含量是足夠的，以使在所述熱加工食品中生成的丙烯酰胺的最終含量相比沒有添加所述能降低丙烯酰胺的試劑的在相同熱加工食品中所生成的丙烯酰胺的最終含量降低50-95％的范圍。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述能降低丙烯酰胺的試劑的組包括氯化鈣，磷酸，檸檬酸和半胱氨酸。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一能降低丙烯酰胺的試劑是氯化鈣，所述第二能降低丙烯酰胺的試劑是磷酸。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一能降低丙烯酰胺的試劑是氯化鈣，所述第二能降低丙烯酰胺的試劑是檸檬酸。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一能降低丙烯酰胺的試劑是氯化鈣，所述第二能降低丙烯酰胺的試劑是半胱氨酸。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一能降低丙烯酰胺的試劑是氯化鈣，該氯化鈣以在所述合成食品中存在每1.0摩爾的游離天冬酰胺中以至少0.5摩爾的氯化鈣的比率添加。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括向所述基于淀粉的面團(tuán)中添加第三能降低丙烯酰胺的試劑，所述第三能降低丙烯酰胺的試劑不同于所述第一能降低丙烯酰胺的試劑和第二能降低丙烯酰胺的試劑。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一能降低丙烯酰胺的試劑是氯化鈣，所述第二能降低丙烯酰胺的試劑是檸檬酸，并且所述第三能降低丙烯酰胺的試劑是半胱氨酸。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一能降低丙烯酰胺的試劑是氯化鈣，所述第二能降低丙烯酰胺的試劑是磷酸，所述第三能降低丙烯酰胺的試劑是半胱氨酸。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于淀粉的面團(tuán)包括從由馬鈴薯，玉米，大麥，小麥，黑麥，稻，燕麥和小米組成的組中選擇的淀粉成分。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱加工食品包括合成馬鈴薯片。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱加工食品包括合成玉米片。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱加工食品包括早餐谷物。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱加工食品包括脆餅干。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱加工食品包括餅干。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱加工食品包括硬脆餅干。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱加工食品包括面包產(chǎn)品。
23.一種如權(quán)利要求1的方法制成的熱加工食品。
24.一種制備合成馬鈴薯片的方法，所述方法包括如下步驟a)制備包括馬鈴薯薄片，水，第一能降低丙烯酰胺的配料和第二能降低丙烯酰胺的配料的面團(tuán)，該第二能降低丙烯酰胺的配料不同于所述能第一降低丙烯酰胺的配料，其中所述第一能降低丙烯酰胺的配料和第二能降低丙烯酰胺的配料的添加的含量是足夠的，以使在熱加工所述面團(tuán)中生成的丙烯酰胺的含量降低至預(yù)定值以下；b)壓片并切割所述混合物以形成切片；c)熱加工所述切片以形成馬鈴薯片。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定值是在沒有所述第一能降低丙烯酰胺的配料和第二能降低丙烯酰胺的配料情況下以相同方式制備的馬鈴薯片中所生成的丙烯酰胺含量的約80％。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定值是在沒有所述第一能降低丙烯酰胺的配料和第二能降低丙烯酰胺的配料情況下以相同方式制備的馬鈴薯片中所生成的丙烯酰胺含量的約65％。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定值是在沒有所述第一能降低丙烯酰胺的配料和第二能降低丙烯酰胺的配料情況下以相同方式制備的馬鈴薯片中所生成的丙烯酰胺含量的約50％。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定值是在沒有所述第一能降低丙烯酰胺的配料和第二能降低丙烯酰胺的配料情況下以相同方式制備的馬鈴薯片中所生成的丙烯酰胺含量的約5-50％。
29.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一能降低丙烯酰胺的配料和所述第二能降低丙烯酰胺的配料選自氯化鈣，磷酸，檸檬酸，和半胱氨酸組成的能降低丙烯酰胺的試劑的組。
30.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一能降低丙烯酰胺的配料是氯化鈣，所述第二能降低丙烯酰胺的配料是磷酸。
31.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一能降低丙烯酰胺的配料是氯化鈣，所述第二能降低丙烯酰胺的配料是檸檬酸。
32.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一能降低丙烯酰胺的試劑是氯化鈣，所述第二能降低丙烯酰胺的試劑是半胱氨酸。
33.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述熱加工步驟c)包括烘焙。
34.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述熱加工步驟c)包括炸制。
35.一種由權(quán)利要求24的方法制成的合成馬鈴薯片。
36.一種制備合成玉米片的方法，所述方法包括如下步驟a)制備包括玉米粉，水，第一能降低丙烯酰胺的配料，第二能降低丙烯酰胺的配料和第三能降低丙烯酰胺的試劑的面團(tuán)，并且所述第一能降低丙烯酰胺的試劑，第二能降低丙烯酰胺的試劑和第三能降低丙烯酰胺的試劑彼此互不相同，其中所述第一能降低丙烯酰胺的配料、第二能降低丙烯酰胺的配料和第三能降低丙烯酰胺的配料的添加的含量是足夠的，以使在所述合成玉米片中熱加工所述面團(tuán)生成的丙烯酰胺含量降低至預(yù)定值以下；b)壓片并切割所述混合物以形成切片；c)熱加工所述切片以形成玉米片。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定值是在沒有所述第一能降低丙烯酰胺的配料，第二能降低丙烯酰胺的配料和第三能降低丙烯酰胺的配料情況下以相同方式制備的玉米片中所生成的丙烯酰胺含量的約50％。
38.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述第一能降低丙烯酰胺的配料是氯化鈣，所述第二能降低丙烯酰胺的配料是檸檬酸，所述第三能降低丙烯酰胺的配料是半胱氨酸。
39.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述第一能降低丙烯酰胺的配料是氯化鈣。
40.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述第二能降低丙烯酰胺的配料是檸檬酸。
41.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述第三能降低丙烯酰胺的配料是半胱氨酸。
全文摘要
本發(fā)明公開了在烹制前向合成食品添加兩種或多種試劑的組合，以便降低生成的丙烯酰胺。該合成食品產(chǎn)品可以是玉米片或馬鈴薯片。試劑包括任何二價(jià)或三價(jià)陽離子或者該陽離子、酸或氨基酸的組合。所述試劑可以在磨碎，干混，濕混，或其它混合期間添加，以便使試劑存在整個食品產(chǎn)品中。在優(yōu)選的例子中，鈣陽離子與磷酸，檸檬酸，和/或半胱氨酸一起使用。這里可調(diào)節(jié)試劑的組合，以便使最終產(chǎn)品中生成的丙烯酰胺降低至所希望的水平，同時(shí)最低限度的影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和特性。
文檔編號A01N25/32GK101052317SQ200580037573
公開日2007年10月10日 申請日期2005年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月30日
發(fā)明者文森特·艾倫·艾爾德, 約翰·喬治亞·福池爾, 亨瑞·金-航·梁, 邁克爾·格蘭特·托布 申請人:福瑞托-雷北美有限公司