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量的方法，并允許制造出丙烯酰胺含量明顯降低的食品。本發(fā)明特別是涉及a)制造合成食品時(shí)添加組合了兩種或多種能降低丙烯酰胺的添加劑，和b)在制造薯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添加劑。
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(zhǎng)期應(yīng)用在工業(yè)中進(jìn)行水處理、提高原油采收率、造紙、絮凝劑、增稠劑、礦石處理和免燙織物。使用的丙烯酰胺是白色結(jié)晶固體，它是無(wú)氣味，并且極易溶于水(30℃為2155g/L，)。丙烯酰胺的同義詞包括2-丙烯酰胺(2-propenamide)，乙烯羧酰胺(ethylene carboxamide)，丙烯酸酰胺(acrylicacid amide)，乙烯基酰胺(vinyl amide)和丙烯酸酰胺(propenoic acid amide)。丙烯酰胺分子量為71.08，熔點(diǎn)為84.5℃以及25mmHg下的沸點(diǎn)為125℃。
最近，已證實(shí)許多食品中都存在陽(yáng)性丙烯酰胺單體。特別是發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺主要存在于經(jīng)加熱或高溫加工的碳水化合物食品中。已經(jīng)證實(shí)丙烯酰胺呈陽(yáng)性的食品的例子包括咖啡、谷類食品，餅干、馬鈴薯片、脆餅干、油炸馬鈴薯片、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(cè)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)告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(cè)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形成。例如，已證實(shí)油炸食品中含有的大量丙烯酰胺是由游離的天冬酰胺與游離的還原糖之間的反應(yīng)產(chǎn)生的，天冬酰胺是通常存在于生蔬菜中的一種氨基酸。天冬酰胺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％。
除天冬酰胺之外，丙烯酰胺也可能由其他的氨基酸形成，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)生成了丙烯酰胺。然而，由于在原料氨基酸中潛在含有天冬酰胺雜質(zhì)，因此這些發(fā)現(xiàn)很難證實(shí)。盡管如此，已經(jīng)確定丙烯酰胺的形成最主要的是由天冬酰胺作為氨基酸前體形成的。
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)丙烯酰胺形成的最有可能的途徑涉及美拉德(Maillard)反應(yīng)。在食品化學(xué)中早已公認(rèn)美拉德反應(yīng)是食品加工中最重要的化學(xué)反應(yīng)之一，并且影響食品的味道，顏色以及營(yíng)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)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(gè)步驟。美拉德反應(yīng)的第一個(gè)步驟涉及游離氨基(來(lái)自游離的氨基酸和/或蛋白質(zhì))與還原糖(例如葡萄糖)的結(jié)合，以生成阿馬杜里(Amadori)和海因氏(Heyns)的重排產(chǎn)品。第二個(gè)步驟包括經(jīng)由不同可選擇的途徑使阿馬杜里(Amadori)和海因氏(Heyns)重排產(chǎn)品降解，該途徑包括脫氧鄰?fù)┨?deoxyosones)，裂解，或Streker降解。一系列復(fù)雜反應(yīng)-包括脫水，消除，環(huán)合，裂解以及碎裂-引起香味中間體和香味化合物的匯合。美拉德反應(yīng)的第三個(gè)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(jiǎn)化的可能途徑。
尚不能確定丙烯酰胺對(duì)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。這種食品中丙烯酰胺的降低可以通過(guò)減少或消除生成丙烯酰胺的前體化合物來(lái)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添加劑混合。特殊食品的其它加工要求同樣可能使降低丙烯酰胺策略不相容或非常困難。
舉例說(shuō)明，圖2表示利用生馬鈴薯原料制造油炸薯片的公知的現(xiàn)有技術(shù)的方法。含有約80％(重量)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(gè)馬鈴薯切片的厚度取決于最終制品的期望的厚度?，F(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)實(shí)例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(gè)切片表面上的淀粉用水去除。然后，將清洗過(guò)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)的油炸鍋中油炸切片約2.5分鐘。烹制步驟通常將油炸片的含水量降至重量百分比小于2％。例如，典型的油炸馬鈴薯片離開(kāi)油炸鍋時(shí)的含水量重量百分比約為1.4％。然后，將烹制的油炸薯片輸送到調(diào)味步驟25，在此，在轉(zhuǎn)鼓中添加調(diào)味品。最后，調(diào)味過(guò)的油炸片進(jìn)行包裝步驟26。該包裝步驟26通常包含將調(diào)味過(guò)的油炸片送到一個(gè)或多個(gè)稱重裝置，接著將切片導(dǎo)入一個(gè)或多個(gè)垂直狀，填充和密封機(jī)器中，并以柔性包裝方式包裝。一旦包裝好，制品進(jìn)入分銷并由消費(fèi)者購(gòu)買。
上述許多油炸薯片加工步驟的微小調(diào)節(jié)可導(dǎo)致最終制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(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致為最終制品提供馬鈴薯味道，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)致油炸片內(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內(nèi)部的裝置，同時(shí)不會(huì)破壞油炸片的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，或者不會(huì)從切片中浸出有利的化合物。
作為加熱食品的另一個(gè)實(shí)例，該實(shí)例說(shuō)明在最終制品中降低丙烯酰胺含量面臨獨(dú)特挑戰(zhàn)，快餐還可由生面團(tuán)制成。術(shù)語(yǔ)“合成快餐”意指使用除了原始不變的淀粉原材料之外的其他物質(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作為起始材料的合成油炸薯片，以及使用濕潤(rùn)粉糊作為起始材料的合成玉米片。這里注意到脫水馬鈴薯可以是馬鈴薯粉，馬鈴薯薄片，馬鈴薯顆粒，或脫水馬鈴薯存在的任意其它形式。當(dāng)在本申請(qǐng)中使用任何這些術(shù)語(yǔ)時(shí)，可以理解可包括所有各種變化。
再參見(jiàn)圖2，合成油炸薯片不需要?jiǎng)兤げ襟E21，切片步驟22，或清洗步驟23。替而代之，合成油炸薯片以例如馬鈴薯薄片為起始，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。烹制步驟可包括油炸或烘焙。接著油炸片進(jìn)行調(diào)味步驟和包裝的步驟。馬鈴薯面團(tuán)的混合通常便于添加其它配料。相反，給生食品例如馬鈴薯切片添加這樣的配料，需要找到一種使配料滲透到產(chǎn)品的細(xì)胞結(jié)構(gòu)內(nèi)部的裝置。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，以及最終油炸片的特性。
需要研發(fā)一種或多種能降低經(jīng)加熱或熱加工食品的最終制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制品中的丙烯酰胺，同時(shí)不負(fù)面影響最終制品的質(zhì)量和性能。另外，該方法應(yīng)該容易實(shí)現(xiàn)，特別是幾乎對(duì)整個(gè)加工添加很少或不添加任何成本。
發(fā)明概述在本申請(qǐng)的創(chuàng)造性的方法，包含天冬酰胺的基于淀粉的食品的細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，并且在干燥前向基于淀粉的食品中添加能降低丙烯酰胺的添加劑。在一個(gè)實(shí)施例中，所述的基于淀粉的食品是馬鈴薯。該添加劑可包括任何二價(jià)或三價(jià)陽(yáng)離子，或這些陽(yáng)離子的組合，酸或氨基酸。在磨碎，干拌，濕拌或其它混合期間添加該添加劑，以便它存在于整個(gè)食品中。在優(yōu)選的實(shí)施例中，結(jié)合使用了鈣離子和磷酸，檸檬酸，和/或半胱氨酸?？烧{(diào)節(jié)所述添加劑的組合，以便將最終制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制品的質(zhì)量和特性。
附圖的簡(jiǎn)要描述本發(fā)明的新穎特征帶來(lái)的性能描述在所附的權(quán)利要求書中。然而，通過(guò)參考以下附圖并結(jié)合說(shuō)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(jiǎn)化圖。
圖2圖示利用生馬鈴薯原料制造油炸薯片的公知的現(xiàn)有技術(shù)的方法。
圖3A和3B根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)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是表示在一系列共同使用氯化鈣和磷酸或檸檬酸的試驗(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量的還原糖的馬鈴薯片的試驗(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(CC)和磷酸(PA)添加到馬鈴薯片的試驗(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是表示在薯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(duì)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)油炸的馬鈴薯片中發(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需要有碳源和氮源。假設(shè)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(lái)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(lái)講，這樣的食品配料具有小的氨基酸庫(kù)，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。在制成最終食品之前，可對(duì)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(gè)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℃的溫度下的加工過(guò)程制成(術(shù)語(yǔ)“馬鈴薯片”，“馬鈴薯顆粒”，和“馬鈴薯粉”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實(shí)例包括加工過(guò)的燕麥、煮成半熟并干燥的大米、熟大豆制品、玉米濕潤(rùn)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的制備中，該最終食品的生產(chǎn)包括加熱步驟。其最終食品通過(guò)加熱步驟產(chǎn)生的原料加工的一個(gè)例子是，用生的馬鈴薯切片制造油炸薯片，這種加工通過(guò)以約100℃到約205℃的溫度煎炸的步驟或以類似的溫度生產(chǎn)油炸馬鈴薯?xiàng)l來(lái)進(jìn)行。
氨基酸對(duì)丙烯酰胺形成的影響不過(guò)，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(huì)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(guò)使天冬酰胺失活就能實(shí)現(xiàn)降低熱加工食品中丙烯酰胺含量?！笆Щ睢笔侵竿ㄟ^(guò)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(duì)丙烯酰胺形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(duì)于該試驗(yàn)，在pH7.0的磷酸鈉緩沖中制備天冬酰胺(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(cè)試所添加的氨基酸的所有可能組合。在測(cè)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(duì)丙烯酰胺生成量的影響如上表所示，沒(méi)有任何其它氨基酸的葡萄糖和天冬酰胺生成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(98％的降低)。
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(méi)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(85％的降低)。
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形成方面有效。然而，谷氨酸結(jié)果證明并不是所有氨基酸對(duì)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)結(jié)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)用來(lái)回答如下問(wèn)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和1.0摩爾的氨基酸。一半的試驗(yàn)是將2ml的溶液在120℃加熱40分鐘；另一半的試驗(yàn)是將2ml的溶液在150℃加熱15分鐘。加熱后，丙烯酰胺通過(guò)GC-MS來(lái)測(cè)量，其結(jié)果顯示在表2中。對(duì)照試驗(yàn)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(duì)生成的丙烯酰胺量的影響在使用半胱氨酸和賴氨酸的試驗(yàn)中，對(duì)照物在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正比。
在使用谷氨酰胺和蛋氨酸的試驗(yàn)中，對(duì)照物在120℃加熱40分鐘后生成了1953ppb的丙烯酰胺，以及對(duì)照物在150℃加熱15分鐘后生成了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摩爾蛋氨酸降低丙烯酰胺的生成量為低于50％。
lII.十九種氨基酸對(duì)葡萄糖和天冬酰胺溶液中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(duì)丙烯酰胺生成的影響。這里試驗(yàn)其它十五種氨基酸。在pH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(duì)照物包含天冬酰胺和葡萄糖溶液，但沒(méi)有任何其他的氨基酸。在通過(guò)GC-MS測(cè)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(duì)丙烯酰胺生成的影響從上表中可以看出，這十五種氨基酸沒(méi)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。其中九種氨基酸可將丙烯酰胺含量降低到對(duì)照值的22-78％，而六種氨基酸可將丙烯酰胺的含量增加到對(duì)照值的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(duì)照物中生成的丙烯酰胺的15％。接著的九個(gè)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(duì)照物中生成的丙烯酰胺的22-78％之間。再下面的七個(gè)氨基酸可增加丙烯酰胺的含量。谷氨酰胺會(huì)引起最大程度丙烯酰胺含量的增加，其顯示為對(duì)照的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-半胱氨酸的馬鈴薯片通過(guò)添加750ppm(百萬(wàn)分率)L-半胱氨酸來(lái)制成試驗(yàn)用馬鈴薯薄片。對(duì)照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10億分之幾計(jì)量的GC-MS來(lái)測(cè)量丙烯酰胺量。

表5通過(guò)添加半胱氨酸導(dǎo)致丙烯酰胺隨時(shí)間的降低量V.烘培制成的馬鈴薯片鑒于以上的結(jié)果，研制出本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，在這些實(shí)施例中將半胱氨酸或賴氨酸加入到合成快餐食品的配方中，從而烘培合成馬鈴薯片。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(yǔ)“馬鈴薯薄片”和“馬鈴薯粉”在此可互換使用，每個(gè)術(shù)語(yǔ)含義均覆蓋所有干燥的薄片或粉制備料，與顆粒尺寸無(wú)關(guān))。在切片步驟31中，面團(tuán)穿過(guò)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32中，切片被烘培成特殊的顏色和含水量。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(guò)以上描述的方法來(lái)說(shuō)明。為說(shuō)明該實(shí)施例，在對(duì)照和試驗(yàn)批次之間進(jìn)行了比較，其中向所述的試驗(yàn)批次中添加或者三種濃度的半胱氨酸中的任一濃度或者一種濃度的賴氨酸。

表6賴氨酸和不同量的半胱氨酸對(duì)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。切片前面團(tuán)的含水量為重量百————————————————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。分比的40％到45％。將該面團(tuán)切成片，片厚度在0.020到0.030寸之間，切成薯片大小的片并烘焙。
烹制后，根據(jù)Hunter L-A-B刻度(scale)，對(duì)水分、油以及顏色進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)試以獲得最終產(chǎn)品中丙烯酰胺含量。表6顯示了這些分析的結(jié)果。
在對(duì)照馬鈴薯片中，最終烹制后的丙烯酰胺量是1030ppb.添加所有測(cè)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量的結(jié)果。在該附圖中，每個(gè)試樣中檢測(cè)到的丙烯酰胺量用黑框402表示。每個(gè)框下面具有標(biāo)注表示有關(guān)的試驗(yàn)，并在附圖左邊標(biāo)定丙烯酰胺的刻度。還顯示每個(gè)試驗(yàn)所制成的切片的含水量，圖示為單點(diǎn)404。單點(diǎn)404的值用來(lái)標(biāo)定附圖的右邊所示的含水率的刻度。為清楚起見(jiàn)，線406將各個(gè)單點(diǎn)404連接起來(lái)。由于較低含水量對(duì)丙烯酰胺量的顯著影響，因而具有一定含水量是非常重要的，以便正確評(píng)估任何能降低丙烯酰胺含量的添加劑的活性。如在此使用的，能降低丙烯酰胺含量的添加劑是一種能降低丙烯酰胺含量的添加劑。
向面團(tuán)中添加半胱氨酸或賴氨酸可顯著減低最終產(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量基本成正比。然而，必須考慮到，在制造過(guò)程添加氨基酸對(duì)最終制品的特性(例如顏色、味道和質(zhì)地)的間接影響。
還通過(guò)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)行了其它試驗(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量不同。在以下的表7中，批次1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％，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(duì)于每種測(cè)試含量的還原糖，添加半胱氨酸或賴氨酸對(duì)丙烯酰胺量具有明顯改進(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可全部消除了產(chǎn)生的丙烯酰胺。
VI.對(duì)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(jiǎn)單混合，因?yàn)檫@樣會(huì)破壞切片的完整性，在一實(shí)施例中，將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(zhǎng)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，可以在在圖2所示的清洗步驟23中進(jìn)行該操作。
下表8表示向上述圖2的步驟23所述的清洗處理過(guò)程中添加1％重量的半胱氨酸的結(jié)果。所有清洗是在室溫進(jìn)行所指定的時(shí)間，對(duì)照處理沒(méi)有向水中添加任何東西。該馬鈴薯片在178℃的棉籽油中油炸所指定的時(shí)間。

表8在馬鈴薯切片的清洗水中半胱氨酸對(duì)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的水溶液中浸泡0.053英寸厚的馬鈴薯切片15分鐘，足以將最終制品中的丙烯酰胺的含量降至100-200ppb數(shù)量級(jí)。
本發(fā)明還通過(guò)向制成玉米餅切片的玉米面團(tuán)(或濕潤(rùn)粉糊)中添加半胱氨酸來(lái)證明。在磨粉期間向烹制的玉米中添加溶解的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(rùn)粉糊內(nèi)。添加600ppm的L-半胱氨酸使丙烯酰胺量從對(duì)照產(chǎn)品中的190ppb降至經(jīng)L-半胱氨酸處理過(guò)的制品中的75ppb.
只要對(duì)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)目的氨基酸都可用于在這里公開(kāi)的本發(fā)明中。盡管所有實(shí)例顯示利用α氨基酸(其中NH2基與α碳原子連接)，本申請(qǐng)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，精氨酸。這類氨基酸，特別是半胱氨酸，賴氨酸，和甘氨酸相對(duì)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丙烯酰胺量。另外，可在加熱前向食品中添加氨基酸，添加方式是可向食品原料中添加市場(chǎng)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(qǐng)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(chǎng)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量的氨基酸可以通過(guò)許多方式來(lái)表示。為了商業(yè)上能夠接受，添加的氨基酸量應(yīng)足以使生成的丙烯酰胺最終含量相比未經(jīng)此處理的制品至少降低20％。更優(yōu)選的，丙烯酰胺制品的含量應(yīng)該降至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摩爾的氨基酸與一摩爾的還原糖(0.1∶1)對(duì)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(duì)所選擇的氨基酸能降低所發(fā)現(xiàn)的丙烯酰胺的含量的機(jī)理尚不知道?？赡艿臋C(jī)理包括反應(yīng)物和稀釋前體的競(jìng)爭(zhēng)，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(guò)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(méi)有葡萄糖與天冬酰氨反應(yīng)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(guò)各種其它方法補(bǔ)償。例如，馬鈴薯片的顏色特性通過(guò)控制初始產(chǎn)品中的糖量來(lái)調(diào)節(jié)。一些味道的特性可以通過(guò)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(guò)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(yáng)離子對(duì)丙烯酰胺生成的影響本發(fā)明的另一實(shí)施例通過(guò)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(yáng)離子的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)降低丙烯酰胺的生成?；瘜W(xué)家知道陽(yáng)離子不能孤立存在，而是與同價(jià)陰離子共存。盡管這里參考的是含有二價(jià)和三價(jià)陽(yáng)離子的鹽，但是應(yīng)當(dāng)明確是鹽中的陽(yáng)離子通過(guò)降低天冬酰胺在水中的溶解性而降低了丙烯酰胺的生成。在此，這些陽(yáng)離子是指至少二價(jià)的陽(yáng)離子。有趣的是，一價(jià)陽(yáng)離子在本發(fā)明中使用無(wú)效果。在選擇適當(dāng)?shù)陌ㄖ辽賰蓚€(gè)化合價(jià)的陽(yáng)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，以及具體食品的性能的最少變化?？梢允褂貌煌}類的結(jié)合，盡管這里討論的只是單個(gè)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(gè)離子鍵的能力，而三價(jià)原子可以與其他的原子生成三個(gè)離子鍵。陽(yáng)離子是帶正電離子，即原子失去一個(gè)或多個(gè)電子，從而帶正極電荷。因此，二價(jià)或三價(jià)陽(yáng)離子是分別可形成兩個(gè)或三個(gè)離子鍵的帶正電離子。
可用簡(jiǎn)單的模型系統(tǒng)測(cè)試二價(jià)或三價(jià)陽(yáng)離子對(duì)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。將使用和沒(méi)有使用添加的鹽類的丙烯酰胺含量進(jìn)行定量比較可測(cè)量鹽促進(jìn)或抑制丙烯酰胺生成的能力。使用兩種試樣制備和加熱方法。一種方法包括將干燥的成分進(jìn)行混合，添加等量的水，并在未蓋嚴(yán)的瓶中加熱。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)?？梢援a(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(gè)方法是利用壓力容器，這使得試驗(yàn)更可控制。將試驗(yàn)成分的溶液合并并且在壓力下加熱。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(méi)有水蒸發(fā)，丙烯酰胺的回收簡(jiǎn)化，如下面的實(shí)例3所示。
I.二價(jià)，三價(jià)陽(yáng)離子可降低丙烯酰胺的生成，而單價(jià)陽(yáng)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，并且以20°/分的升高速度在氣相色譜分析(GC)爐中從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(duì)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(wú)水的氯化鈣(0.1g，1毫摩爾)，和水(0.4mL)的另外兩個(gè)瓶加熱和進(jìn)行分析。分析發(fā)現(xiàn)了7和30ppb的丙烯酰胺，減少超過(guò)99％。
鑒于鈣鹽能極大地降低丙烯酰胺生成的驚奇結(jié)果，對(duì)鹽類進(jìn)行進(jìn)一步的篩選并確定二價(jià)和三價(jià)陽(yáng)離子(鎂，鋁)具有相似的影響。注意到用一價(jià)陽(yáng)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9II.氯化鈣和氯化鎂在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)施與上述類似的試驗(yàn)，不過(guò)不使用無(wú)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(duì)照)，0.5mL 10％氯化鈣溶液(0.5毫摩爾)，0.05mL 10％氯化鈣溶液(0.05毫摩爾)加0.45mL水0.5mL 10％氯化鎂溶液(0.5毫摩爾)，或0.05mL 10％氯化鎂溶液(0.05毫摩爾)加0.45mL水如實(shí)例1所述對(duì)平行樣加熱和分析，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(duì)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。將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(duì)pH和緩沖液的每一次組合，對(duì)照試驗(yàn)是在沒(méi)有添加鹽以及添加三種不同的鹽的情況下進(jìn)行。對(duì)重復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果求平均值，并在以下表3中概括。

表11PH和緩沖液對(duì)二價(jià)/三價(jià)陽(yáng)離子降低丙烯酰胺的影響通過(guò)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。
V.增加氯化鈣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克的馬鈴薯片中。對(duì)照是將3克的馬鈴薯片與3毫升的去離子水混合。將馬鈴薯片混合成相對(duì)均勻的糊，接著在密封玻璃瓶?jī)?nèi)在120°下加熱40分鐘。加熱后通過(guò)GC-MS測(cè)量丙烯酰胺。加熱前，對(duì)照馬鈴薯片含有46ppb的丙烯酰胺。試驗(yàn)結(jié)果反映在如下表4中。

表12氯化鈣溶液濃度對(duì)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是將馬鈴薯片與水，陽(yáng)離子/陰離子對(duì)(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(yǔ)“馬鈴薯片”是指包括所有干馬鈴薯片，顆粒或粉劑，與粒度尺寸無(wú)關(guān))。在壓片/切削步驟36中，面團(tuán)穿過(guò)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(gè)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，將干燥的配料先混合在一起，接著將油添加到每個(gè)干混合物中混合。氯化鈣在添加于面團(tuán)前先在水中溶解。切片前面團(tuán)的含水量為40％到50％的重量百分比。將該面團(tuán)壓成厚度在0.02到0.03英寸之間的片，切成薯片大小的片，并烘焙。
烹制后，根據(jù)亨特L-a-b刻度對(duì)水分，油，以及顏色進(jìn)行試驗(yàn)。測(cè)試試樣以獲得最終產(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(duì)薯片中丙烯酰胺的影響如這些結(jié)果所示，以氯化鈣對(duì)馬鈴薯片的重量比約1∶125的比率向面團(tuán)中添加氯化鈣，可顯著減低最終產(chǎn)品中丙烯酰胺的含量，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(yáng)離子的量可以許多方式表示。為了商業(yè)上能夠接受，陽(yáng)離子添加量應(yīng)足以使丙烯酰胺的最終含量下降至少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(yáng)離子或三價(jià)陽(yáng)離子的添加量可以以陽(yáng)離子的摩爾相對(duì)食品中游離天冬酰胺摩爾之間的比率給出。二價(jià)或三價(jià)陽(yáng)離子的摩爾相對(duì)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；并且最優(yōu)選的是1∶2。在現(xiàn)有的優(yōu)選實(shí)施例中，陽(yáng)離子的摩爾相對(duì)天冬酰胺的摩爾比率是約1∶2和1∶1之間。在對(duì)產(chǎn)品味道比鈣有較少影響的鎂的情況下，陽(yáng)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片含有不同量的還原糖和并且所添加氯化鈣的量不同。在以下的表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(yáng)離子與氯化鈣的影響如該表所示，即使添加的氯化鈣對(duì)馬鈴薯片的重量比率低于1∶250時(shí)，所添加的氯化鈣可始終減少最終產(chǎn)品中丙烯酰胺的含量。
能生成二價(jià)或三價(jià)陽(yáng)離子的許多鹽(或用其他方式表示，產(chǎn)生帶至少二價(jià)的陽(yáng)離子)可用于在這里公開(kāi)的本發(fā)明中，只要調(diào)節(jié)可以對(duì)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(lái)源自二價(jià)或三價(jià)陽(yáng)離子，而非與之配對(duì)的陰離子。除了化合價(jià)外，對(duì)陽(yáng)離子/陰離子對(duì)的限制與食品中的可接受性，例如安全性，可溶性和它們對(duì)味道，氣味，外形和質(zhì)地的影響有關(guān)。例如陽(yáng)離子的有效性與其溶解度直接相關(guān)。高溶性的鹽，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(guò)添加磷酸或檸檬酸，或通過(guò)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(yáng)離子包括鈣，鎂，鋁，鐵，銅和鋅離子。這些陽(yáng)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，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，和硫酸鎂，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，硫酸鋅。盡管確信通過(guò)一個(gè)或多個(gè)合適陽(yáng)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)施例利用氯化鈣。許多鹽，例如鈣鹽，特別是氯化鈣，相對(duì)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(duì)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(lái)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(guò)不同方法調(diào)節(jié)。例如，薯片的顏色特性通過(guò)控制初始產(chǎn)品中的糖量來(lái)調(diào)節(jié)。一些味道的特性可以通過(guò)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(guò)例如添加酵母劑或不同的乳化劑而調(diào)節(jié)。
制造面團(tuán)中制劑的組合在本發(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(yáng)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)于烹制的快餐中的丙烯酰胺量。本發(fā)明的其它實(shí)施例包括將各種添加劑組合使用，例如將氯化鈣與其它添加劑組合起來(lái)，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。
l.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，并與僅包含該酸的試樣進(jìn)行比較。

表15氯化鈣與磷酸或檸檬酸的組合對(duì)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(duì)照物的丙烯酰胺量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量，并且當(dāng)添加氯化鈣和一種酸時(shí)降低得更多。同時(shí)，不同薯片的含水量504保持在相同范圍內(nèi)。盡管帶有添加劑的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加入到面團(tuán)中做進(jìn)一步的試驗(yàn)。使用相當(dāng)于馬鈴薯片重量的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)于薯片重量的0％，0.05％或0.1％的三種不同量的磷酸組合。另外，盡管沒(méi)有將這些量的所有組合表示出來(lái)，但對(duì)相當(dāng)于薯片重量的0.2％，1.07％和2.07％的三種還原糖的量進(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，油炸時(shí)間和切片厚度分別恒定為350F，16秒和0.64mm。為清楚起見(jiàn)，該結(jié)果表示在三個(gè)單獨(dú)的表格(16A，16B，16C)中，每個(gè)表格顯示馬鈴薯片中一種含量的還原糖的結(jié)果。此外，這樣布置試驗(yàn)以使沒(méi)有氯化鈣或磷酸的對(duì)照在左側(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(duì)丙烯酰胺量的影響-0.2％還原糖在還原糖的量為最低的試驗(yàn)中，我們看到產(chǎn)生的丙烯酰胺量通常在所希望的較低范圍內(nèi)。在該還原糖量的情況下，單獨(dú)使用氯化鈣降低丙烯酰胺的量小于對(duì)照組的丙烯酰胺量的1/4，添加磷酸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量從對(duì)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(duì)比照組中為2.66)，然而通過(guò)甚至當(dāng)氯化鈣和磷酸的量減半時(shí)，丙烯胺的量還能明顯降低，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(duì)照組相比，該試驗(yàn)組顯示了明顯降低的丙烯酰胺量，和較低的含水量。

表16B氯化鈣/磷酸對(duì)丙烯酰胺量的影響-1.07％還原糖量

表16C氯化鈣/磷酸對(duì)丙烯酰胺量的影響-2.07％還原糖量如這三個(gè)表所示，當(dāng)還原糖的量增加時(shí)，降低丙烯酰胺量所必需的氯化鈣和磷酸量將增加。圖6表示與以上三個(gè)表相應(yīng)的的圖表，條602表示丙烯酰胺量，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量再次進(jìn)行分組；每組內(nèi)通常第一組向下移動(dòng)，然后使用若干能降低丙烯酰胺的添加劑以降低丙烯酰胺含量。
若干天后，進(jìn)行了另一個(gè)試驗(yàn)，其方案與上述三個(gè)表格中所用的方案相同，僅使用具有1.07％還原糖的馬鈴薯片，并且氯化鈣的量與上述的三個(gè)量相同，以及使用四種量的磷酸(0，0.025％，0.05％，和0.10％)。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)氯化鈣量增加時(shí)，例如在整個(gè)圖表上從左向右移動(dòng)，丙烯酰胺降低。同樣，對(duì)氯化鈣的每一個(gè)量，例如在某一個(gè)氯化鈣含量?jī)?nèi)從左向右移，丙烯酰胺的含量通常也會(huì)降低。

表17氯化鈣/磷酸對(duì)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，使丙烯酰胺量達(dá)到希望的量所必須的氯化鈣和磷酸的量會(huì)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(huì)使氯化鈣和酸的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量。在該試驗(yàn)中，向濕潤(rùn)粉糊(面團(tuán))中按如下比率添加三種添加劑(i)在第一個(gè)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(gè)試驗(yàn)中添加0.106％的氯化鈣和0.084％的檸檬酸，但無(wú)半胱氨酸，以及在第三個(gè)試驗(yàn)中添加0.053％的氯化鈣，以及0.042％的檸檬酸和0.005％L-半胱氨酸。重復(fù)每個(gè)試驗(yàn)，并再次進(jìn)行，其兩個(gè)結(jié)果如下所示。該濕潤(rùn)粉糊的含水量是約50％，所以如果試驗(yàn)將這些比率僅看成干重的話，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，每類薯片，例如普通的薯片，對(duì)照物薯片，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(gè)試驗(yàn)中，只給出了一個(gè)含水量的值；其值已示出。

表18半胱氨酸與氯化鈣/檸檬酸對(duì)玉米片中丙烯酰胺量的影響當(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量，然而在具有烤干酪辣味玉米片味道的薯片中，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(duì)于試驗(yàn)中的每一類型的薯片(例如，普通的薯片，對(duì)照物)，雙線條802顯示丙烯酰胺的結(jié)果。對(duì)于每類薯片來(lái)說(shuō)，第一個(gè)試驗(yàn)中丙烯酰胺的結(jié)果802a顯示在左側(cè)，第二個(gè)試驗(yàn)的丙烯酰胺的結(jié)果802b顯示在右側(cè)。兩個(gè)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量的還原糖的馬鈴薯片，對(duì)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量，得到了與玉米片中相同的重量百分比(solid basis)濃度。然而，在該試驗(yàn)中，當(dāng)使用的氯化鈣和檸檬酸量較高時(shí)，也可使用較高量的半胱氨酸。另外，使用氯化鈣與磷酸的組合與有和無(wú)半胱氨酸對(duì)該試驗(yàn)中還原糖含量較低的部分進(jìn)行了比較。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(duì)照數(shù)據(jù)的一半。利用較高量的添加劑的組合可將生成的丙烯酰胺量降至306ppb，小于對(duì)照量的一半。
利用相同的馬鈴薯片，僅有磷酸和氯化鈣就能將生成的丙烯酰胺量從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量進(jìn)一步降至188ppb。
最后，在具有2％還原糖的馬鈴薯片中，添加氯化鈣，檸檬酸，和半胱氨酸可將生成的丙烯酰胺量從1420ppb降至665ppb，小于對(duì)照量的一半。

表19半胱氨酸與氯化鈣/酸對(duì)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)還原糖的量進(jìn)行分組，然后根據(jù)添加的能降低丙烯酰胺的添加劑的量進(jìn)行分組的結(jié)果。如上述圖表，表示丙烯酰胺量的線條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添加劑，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量，或在對(duì)食品的質(zhì)地味道不產(chǎn)生明顯變化的情況下實(shí)現(xiàn)降低丙烯酰胺量。盡管特定實(shí)施例已公開(kāi)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(shí)到這些組合可以使用其它鈣鹽，其它二價(jià)或三價(jià)陽(yáng)離子的鹽，其它食品級(jí)酸，以及任何已證實(shí)能降低最終制品中丙烯酰胺量的其它氨基酸。另外，盡管這里用馬鈴薯片和玉米片來(lái)證明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些添加劑的組合同樣可用于其它可生成丙烯酰胺的合成食品，例如餅干，脆餅等。
在馬鈴薯片的制造過(guò)程中添加的用以降低生成的丙烯酰胺量的添加劑添加氯化鈣和酸已證實(shí)可降低由馬鈴薯片制備的油炸和烘培的快餐食品中的丙烯酰胺量。人們確信酸的存在通過(guò)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(lái)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。
馬鈴薯片可利用一系列水和水蒸汽蒸煮(通常)制成，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。薯片的分析顯示薯片內(nèi)具有較低的丙烯酰胺量(小于100ppb)，盡管由這些薯片制成的食品可能具有較高的丙烯酰胺量。
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(lái)干擾羧基的脫除，那么在薯片的生產(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，面團(tuán)經(jīng)脫水成為快餐食品。如果發(fā)生這兩種情況，前者將可能比后者對(duì)生成的丙烯酰胺量帶來(lái)更大的影響。
另一個(gè)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(guò)烹制和搗碎馬鈴薯(食品配料)制薯片的過(guò)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(huì)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，以純食品級(jí)天冬酰胺酶的形式，向食品配料添加天冬酰胺酶。
本申請(qǐng)人設(shè)計(jì)下列試驗(yàn)，以研究在制造馬鈴薯片期間，添加的不同添加劑在降低由馬鈴薯片制成的食品中生成的丙烯酰胺量的有效性。
1.在制馬鈴薯片中使用的氯化鈣和磷酸設(shè)計(jì)一系列試驗(yàn)評(píng)估馬鈴薯片生產(chǎn)期間添加氯化鈣和/或磷酸時(shí)丙烯酰胺的降低量。當(dāng)在制面團(tuán)的后期添加添加劑時(shí)，該試驗(yàn)還用來(lái)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(gm)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量(馬鈴薯固體的0.2％和0.4％)中一種，并且這四批中的三批所添加的氯化鈣為兩種量(馬鈴薯固體重量的0.45％和0.90％)中的一種。馬鈴薯干燥后，被磨成指定大小的薯片，進(jìn)行各種測(cè)量，并將每批制成面團(tuán)。該面團(tuán)使用4629克的馬鈴薯片和馬鈴薯面粉，56克的乳化劑，162毫升液態(tài)蔗糖和2300毫升水。另外其中兩批在制薯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(duì)生成的丙烯酰胺量的影響如以上結(jié)果和圖10中的圖表所示，當(dāng)僅添加磷酸制造薯片時(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(huì)生成丙烯酰胺，因此本發(fā)明人推論當(dāng)加熱馬鈴薯片時(shí)，天冬酰胺酶處理可降低生成的丙烯酰胺量。
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，加入5毫升水中含有250單位的天冬酰胺酶，該天冬酰胺酶的量明顯多于所需的計(jì)算量。對(duì)照物是將馬鈴薯片和5毫升不含酶的水混合。含有天冬酰胺酶的馬鈴薯片在室溫保持一小時(shí)。經(jīng)酶處理后，馬鈴薯片漿在60℃干燥一夜。蓋好裝有干燥馬鈴薯片的平底鍋，并在120℃加熱40分鐘。通過(guò)氣相色譜分析，溴化衍生物的質(zhì)譜分析測(cè)量丙烯酰胺量。對(duì)照物薯片含有11,036ppb的丙烯酰胺，而經(jīng)天冬酰胺酶處理的薯片含有117ppb的丙烯酰胺，降低超過(guò)98％。
在第一個(gè)試驗(yàn)后，研究了添加天冬酰胺酶前烹制馬鈴薯片和水對(duì)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克的馬鈴薯片與35毫升的水混合。在對(duì)照的預(yù)處理組(a)中，馬鈴薯片和水混合生成糊狀。在組(b)中，馬鈴薯片通過(guò)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，馬鈴薯片和水混合，加蓋，并在60℃加熱60分鐘。在組(d)中，將馬鈴薯片和水混合，加蓋，并在100℃加熱60分鐘。對(duì)于每一預(yù)處理組(a)，(b)，(c)和(d)，將馬鈴薯片分成兩部分，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(duì)照組。
通過(guò)在40毫升的去離子水中溶解1000個(gè)單位，制備天冬酰胺酶溶液。該天冬酰胺酶來(lái)自于Erwinia chrysanthemi，Sigma A-2925EC 3.5.1.1。在每個(gè)試驗(yàn)馬鈴薯片漿(a)，(b)，(c)和(d)中添加5毫升的天冬酰胺酶溶液(5mL)。在對(duì)照馬鈴薯片漿(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(gè)小時(shí)，并重復(fù)進(jìn)行所有試驗(yàn)。將含有馬鈴薯漿的無(wú)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(guò)氣相色譜分析，溴化衍生物的質(zhì)譜分析測(cè)量丙烯酰胺量。
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，勻漿或加熱馬鈴薯片都不能提高天冬酰胺酶的作用。在馬鈴薯片中，天冬酰胺接近天冬酰胺酶，從而不需要處理來(lái)進(jìn)一步破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。值得注意的是，用于處理馬鈴薯片的天冬酰胺酶的量過(guò)量太多。如果馬鈴薯片含有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(guò)量。

表21預(yù)處理的馬鈴薯片對(duì)天冬酰胺有效性的影響設(shè)計(jì)另一組試驗(yàn)用來(lái)評(píng)估制馬鈴薯片期間添加天冬酰胺酶是否可降低由薯片制成的烹制食品中的丙烯酰胺量，并且對(duì)用于制造薯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，將4克氫氧化鈉加入到1升水中制成0.1摩爾的溶液。
對(duì)照物為兩批馬鈴薯片，其中一批被緩沖而另一批沒(méi)有被緩沖。將天冬酰胺酶添加到另外兩批馬鈴薯片中；同樣其中一批被緩沖，另一批沒(méi)有被緩沖。該天冬酰胺酶從Sigma化學(xué)公司購(gòu)得，并且以水和酶比為8∶1的比率與水混合。對(duì)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薯片。根據(jù)上述內(nèi)容，馬鈴薯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(duì)馬鈴薯片中丙烯酰胺量的影響如表22所示，添加不含緩沖液的天冬酰胺酶可將最終薯片中產(chǎn)生的丙烯酰胺量從768降至54ppb，降低93％?？雌饋?lái)緩沖液的使用沒(méi)有對(duì)丙烯酰胺的生成產(chǎn)生預(yù)期的影響；反而，緩沖溶液的使用使對(duì)照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(duì)試樣進(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(cè)試酶處理的薯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降至0.027，降低98.9％。
最終，在模型系統(tǒng)中對(duì)每組的試樣薯片進(jìn)行評(píng)估。在該模型系統(tǒng)中，每個(gè)試樣的少量薯片與水混合，生成接近50％的薯片水溶液。將該溶液在試管內(nèi)在120℃加熱40分鐘。然后對(duì)試樣進(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)緩沖的薯片中添加天冬酰胺酶會(huì)將生成的丙烯酰胺的平均含量從993.5ppb降至83ppb，降低91.7％。向經(jīng)緩沖的薯片中添加天冬酰胺酶會(huì)將生成的丙烯酰胺的平均含量從平均889.5ppb降至64.5ppb，降低92.7％。

表24天冬酰胺酶的模型系統(tǒng)對(duì)丙烯酰胺量的影響將迷迭香萃取物添加到油炸油中在單獨(dú)試驗(yàn)中，檢測(cè)向合成馬鈴薯片的油炸油中添加迷迭香萃取物對(duì)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(méi)有添加劑(對(duì)照)的油中油炸，或放在具有迷迭香萃取物的油中油炸，其中以四種量的其中一種量添加迷迭香萃取物百萬(wàn)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(duì)丙烯酰胺量的影響該對(duì)照馬鈴薯片中丙烯酰胺的平均量是1133.5ppb。向油炸油中添加百萬(wàn)分之500的迷迭香可將丙烯酰胺的含量降至840，降低26％，而向油炸油中添加百萬(wàn)分之750的迷迭香可將生成的丙烯酰胺的含量進(jìn)一步降至775，降低31.6％。然而，迷迭香增至百萬(wàn)分之1000時(shí)對(duì)生成的丙烯酰胺量沒(méi)有影響，而迷迭香增至百萬(wàn)分之1500時(shí)，會(huì)使生成的丙烯酰胺量增至百萬(wàn)分之1608，增長(zhǎng)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，并且在圖表的右側(cè)上標(biāo)定其刻度。
公開(kāi)的試驗(yàn)結(jié)果增進(jìn)了對(duì)在熱加工合成食品中所使用的能降低丙烯酰胺添加劑的進(jìn)一步了解。二價(jià)和三價(jià)陽(yáng)離子以及氨基酸已顯示對(duì)熱加工合成食品中產(chǎn)生的丙烯酰胺量的降低是有效的。這些添加劑可單獨(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。使用組合的添加劑可進(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)的添加劑或組合的添加劑，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添加劑。該試驗(yàn)還顯示，這些添加劑不僅向合成食品的面團(tuán)中添加是有效的，而且這些添加劑還可添加到中間產(chǎn)品，例如制造過(guò)程期間的干燥的馬鈴薯片或其它干燥的馬鈴薯制品。添加到中間產(chǎn)品中的添加劑的效果與那些添加到面團(tuán)的效果相同。
盡管參考多個(gè)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(méi)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丙烯酰胺量可以有各種其他的方法。例如，盡管該方法已經(jīng)公開(kāi)用在馬鈴薯產(chǎn)品和玉米制品中，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
1.一種制造干燥食品的方法，該方法包括如下步驟a)破壞含有天冬酰胺的基于淀粉的食品的細(xì)胞結(jié)構(gòu)；b)向所述基于淀粉的食品中添加第一能降低丙烯酰胺的添加劑以形成混合物；c)干燥所述混合物以形成所述干燥食品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述破壞步驟包括烹制所述基于淀粉的食品。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述破壞步驟包括乳化所述基于淀粉的食品。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟包括將氯化鈣和磷酸添加到所述基于淀粉的食品中。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟包括將天冬酰胺酶溶液添加到所述基于淀粉的食品中。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥步驟在干燥滾筒內(nèi)進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于淀粉的食品是馬鈴薯。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥食品是馬鈴薯片。
9.一種制備馬鈴薯片的方法，所述方法包括如下步驟a)烹制和搗碎馬鈴薯生成馬鈴薯泥；b)向所述馬鈴薯泥中添加第一能降低丙烯酰胺的添加劑，以生成增強(qiáng)的馬鈴薯泥；c)干燥所述增強(qiáng)的馬鈴薯泥，以生成干燥的馬鈴薯制品。
10.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述添加步驟包括向所述馬鈴薯泥中添加氯化鈣和食品級(jí)酸。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述添加步驟包括向所述馬鈴薯泥中添加氯化鈣和磷酸。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述添加步驟包括向所述馬鈴薯泥中添加氯化鈣和檸檬酸。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述添加步驟包括向所述馬鈴薯泥中添加天冬酰胺酶溶液。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述干燥步驟在干燥滾筒內(nèi)進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了在食品脫水前，向細(xì)胞結(jié)構(gòu)已被破壞的基于淀粉的食品中添加能降低丙烯酰胺生成的添加劑的方法。這樣制成的脫水馬鈴薯片隨后被制成面團(tuán)。加工所得到的面團(tuán)，并且當(dāng)油炸時(shí)可生成較低含量的丙烯酰胺。
文檔編號(hào)A23B7/02GK101052307SQ200580037572
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2005年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31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(qǐng)人:福瑞托-雷北美有限公司