СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АКРИЛАМИДА В ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ Российский патент 2008 года по МПК A23L3/3526 A23L1/164 

Предпосылки создания изобретения

1. Область техники

Данное изобретение относится к способу уменьшения количества акриламида в термически обработанных пищевых продуктах. Данное изобретение позволяет производить пищевые продукты со значительно более низким уровнем содержания акриламида. Способ основан на использовании одной или нескольких специально отобранных групп аминокислот при производстве сухих закусок.

2. Описание уровня техники

Химическое соединение акриламид в виде полимера используется в промышленности в течение длительного времени для обработки воды, улучшения регенерации масла, изготовления бумаги, во флокуллирующих агентах, загустителях для обработки руды и тканей, сохраняющих складку. Акриламид выпадает в виде белых кристаллов, не имеет запаха и хорошо растворим в воде (2155 г/л при 30°С). К синонимам акриламида относятся: 2-пропенамид, этилен карбоксамид, амид акриловой кислоты, винил амид и амид пропеновой кислоты. Акриламид имеет молекулярную массу 71,08, точку плавления 84,5°С и точку кипения 125°С при 25 мм рт. столба.

В последнее время самые различные пищевые продукты дали положительные результаты при тестировании на присутствие в них мономера акриламида. Особенно большое количество акриламида было обнаружено в углеводных пищевых продуктах, подвергнутых высокотемпературной обработке. К пищевым продуктам, давшим положительные пробы на акриламид, относятся кофе, крупы, печенье, картофельные чипсы, крекеры, картофель, жаренный по-французски, хлеб и булочки, жареное панированное мясо. В общем случае, относительно низкое содержание акриламида было обнаружено в нагретых богатых протеинами пищевых продуктах, в то время как относительно высокое содержание акриламида было обнаружено в богатых углеводами пищевых продуктах, по сравнению с не обнаруженными уровнями в нагретых и отваренных пищевых продуктах. Согласно имеющейся информации, уровни акриламида обнаружены в различных одинаково обработанных пищевых продуктах, находятся в интервале 330-2300 мкг/кг в картофельных чипсах, в интервале 300-1100 мкг/кг в картофеле, жаренном по-французски, в интервале 120-180 мкг/кг в кукурузных чипсах, и в интервале от не обнаружимого значения до 1400 мкг/кг в различных крупяных продуктах для завтрака.

В настоящее время считается, что акриламид образуется вследствие присутствия аминокислот и редуцирующих сахаров. Например, считается, что реакция между свободным аспарагином, аминокислотой, обычно присутствующих в сырых овощах, и свободными редуцирующими сахарами объясняет появление большей части акриламида, обнаруживаемого в жареных пищевых продуктах. Аспарагин составляет приблизительно 40% общего содержания свободных аминокислот в сыром картофеле, приблизительно 18% общего содержания свободных аминокислот во ржи с высоким содержанием протеина и приблизительно 14% общего содержания свободных аминокислот в пшенице.

Возможно также образование акриламида из аминокислот, отличных от аспарагина, но это еще не было подтверждено с достаточной степенью надежности. Например, сообщалось об образовании некоторого количества акриламида в опытах с глютамином, метионином, цистеином и аспартановой кислотой в качестве предшественников. Эти данные, однако, трудно подтвердить, вследствие скрытого присутствия примесей аспарагина в совокупности аминокислот. Тем не менее, аспарагин был признан в качестве аминокислоты - предшественника, более всего ответственной за образование акриламида.

Поскольку присутствие акриламида в пищевых продуктах является недавно обнаруженным фактом, то точный механизм его образования еще не был подтвержден. Однако в настоящее время считается, что наиболее вероятный путь образования акриламида включает реакцию Майара. Реакция Майара давно признана в пищевой промышленности в качестве важнейшей химической реакции при обработке пищевых продуктов и может влиять на вкус, цвет и пищевую ценность продукта. Реакция Майара требует наличия тепла, влаги, редуцирующих сахаров и аминокислот.

Реакция Майара включает целый ряд сложных реакций с образованием многочисленных промежуточных продуктов, но в общем случае может быть описана, как включающая три шага. Первый шаг реакция Майара включает соединения свободной аминогруппы (из свободных аминокислот и/или протеинов) с редуцирующим сахаром (таким, как глюкоза) для образования рекомбинированных продуктов Амадори или Хейнса. Второй шаг включает разложение рекомбинированных продуктов различными альтернативными путями, включающими деоксиозоны, фрагментацию или разложение Стрекера. Сложный ряд реакций, включающих дегидратацию, элиминирование, циклизацию, фрагментацию и измельчение, приводит к образованию совокупности обусловливающих вкус промежуточных продуктов и соединений. Третий шаг реакции Майара характеризуется образованием коричневых азотосодержащих полимеров и сополимеров. Используя реакцию Майара как возможный путь образования акриламида, Фиг.1 иллюстрирует упрощенный вид возможных путей образования акриламида, начиная с аспарагина и глюкозы.

Вредное воздействие акриламида на человеческий организм не было установлено, но его присутствие в пищевых продуктах, особенно на повышенных уровнях, является нежелательным. Как отмечалось выше, относительно высокие концентрации акриламида обнаружены в пищевых продуктах, которые подверглись нагреванию или термической обработке. Уменьшение содержания акриламида в таких пищевых продуктах может быть достигнуто путем уменьшения содержания или полного устранения соединений - предшественников, которые образуют акриламид, создания препятствий образованию акриламида во время обработки пищевого продукта, разрушения или взаимодействия мономера акриламида при его образовании в пищевом продукте или удаления акриламида из продукта до его потребления. Понятно, что каждый пищевой продукт предъявляет особые требования к реализации любой из вышеуказанных возможностей. Например, пищевые продукты, которые нарезаются тонкими ломтиками и подвергаются кулинарной обработке как однородные кусочки, не могут быть легко смешаны с различными добавками без физического разрушения клеточной структуры, которая придает пищевым продуктам особые свойства при кулинарной обработке. Другие требования к обработке некоторых пищевых продуктов могут точно так же сделать стратегии уменьшения содержания акриламида несовместимыми или чрезвычайно сложными.

В качестве примера на Фиг.2 показаны хорошо известные в данной области способы изготовления картофельных чипсов из сырого картофеля. Сырой картофель, который содержит около 80% или более воды по весу, сперва поступает на шаг 21 снятия кожицы. После того как сырой картофель очищен, картофелины транспортируются на шаг 22 нарезания. Толщина каждого ломтика картофеля на шаге 22 нарезания зависит от желаемой толщины конечного продукта. Известные из уровня техники примеры включают нарезания картофеля ломтиками толщиной приблизительно от 0,04 до приблизительно 0,08 дюймов. Затем эти ломтики транспортируются на шаг 23 промывания, на котором поверхностный крахмал на каждом ломтике удаляется при помощи воды. Затем промытые ломтики картофеля транспортируются на шаг 24 кулинарной обработки. Этот шаг 24 кулинарной обработки обычно включает обжаривание ломтиков в обжарочном аппарате непрерывного действия при температуре, например, приблизительно 177°С приблизительно в течение 2,5 минут. На шаге кулинарной обработки содержание влаги в чипсе уменьшается, в общем случае, до значения менее 2% по весу. Например, типичный жареный картофельный чипс выходит из обжарочного аппарата с влажностью приблизительно 1,4% по весу. Затем обжаренные картофельные чипсы транспортируются на шаг 25 кондиционирования, на котором во вращающемся барабане добавляются приправы. Наконец, приправленные чипсы следуют на шаг 26 упаковки. Обычно этот шаг 26 упаковки включает подачу приправленных чипсов на один или несколько весов, которые затем направляют чипсы к одной или нескольким заполняющим и запечатывающим машинам вертикальной формы для упаковки в гибкие пакеты. Упакованный продукт поступает в торговую сеть и покупается потребителем.

Малейшее изменение в некоторых шагах обработки картофельных чипсов, описанных выше, могут привести к значительным изменениям в характеристиках конечного продукта. Например, продолжительное время пребывания ломтиков в воде на шаге 23 промывания может привести к выщелачиванию из ломтиков соединений, которые придают конечному продукту картофельный вкус, цвет и текстуру. Увеличение времени пребывания или температуры нагревания на шаге 24 кулинарной обработки могут привести к увеличению майаровских уровней потемнения в чипсах, а также к более низкому содержанию влаги. Если желательно внедрить какие-либо ингредиенты в ломтики картофеля до обжаривания, то может возникнуть необходимость установить механизм, который обеспечивал бы поглощение добавленных ингредиентов во внутренние части ломтиков без разрушения клеточной структуры чипсов или выщелачивания необходимых соединений из ломтика.

В качестве другого примера нагреваемого пищевого продукта, предъявляющего особые требования к уменьшению уровней акриламида в готовом продукте, можно рассмотреть сухие закуски, которые могут быть изготовлены из теста. Термин "искусственно изготовленная закуска" обозначает сухую закуску, для изготовления которой в качестве исходных ингредиентов используется что-то отличное от первоначального неизменного крахмалосодержащего исходного материала. Например, изготовленные сухие закуски включают изготовленные картофельные чипсы, в которых в качестве исходного материала используется обезвоженный продукт из картофеля, и кукурузные чипсы, в которых в качестве исходного материала используется кукурузная мука. Следует отметить, что обезвоженный картофельный продукт может представлять собой картофельную муку, картофельные хлопья, картофельные гранулы или любую другую форму, в которой существует обезвоженный картофель. Когда в данной заявке используются любые из этих терминов, следует понимать, что включены все эти варианты.

Рассмотрим снова Фиг.2. Искусственно изготовленные картофельные чипсы не требуют шага 21 снятия кожицы, шага 22 нарезания тонкими ломтиками или шага 23 промывания. Вместо этого производство искусственно изготовленных картофельных чипсов начинается, например, с картофельных хлопьев, которые смешиваются с водой и другими второстепенными ингредиентами для образования теста. Обезвоженный картофельный продукт смешивается с водой и другими второстепенными ингредиентами для образования теста. Затем это тесто раскатывается в лист и разрезается до поступления на шаг кулинарной обработки. Шаг кулинарной обработки может включать обжаривание или выпечку. Затем чипсы поступают на шаг кондиционирования и шаг упаковки. Перемешивание картофельного теста в общем случае облегчает добавление других ингредиентов. И наоборот, добавление таких ингредиентов к сырому пищевому продукту, такому как ломтики картофеля, требует разработки механизма, позволяющего ингредиентам проникать в клеточную структуру продукта. Однако добавление любых ингредиентов на шаге смешивания должно выполняться с учетом того, что эти ингредиенты могут отрицательно повлиять на характеристики теста в отношении раскатывания, а также на характеристики готовых чипсов.

Было бы желательно разработать один или несколько способов уменьшения уровня содержания акриламида в конечном продукте при нагревании или термической обработке пищевых продуктов. В идеальном случае, такой способ должен существенно уменьшить или полностью исключить содержание акриламида в конечном продукте, не оказывая при этом отрицательного влияния на качество и характеристики конечного продукта. Кроме того, этот способ не должен вызывать сложностей при внедрении и желательно не увеличивать существенно стоимость всего процесса.

Краткое изложение сущности изобретения

В предлагаемом в изобретении технологическом процессе одна или несколько специально отобранных аминокислот добавляются к пищевым продуктам до начала процесса кулинарной обработки с целью уменьшить образование акриламида. Аминокислоту (кислоты) можно добавлять во время помола, сухого перемешивания, мокрого перемешивания или какого-либо иного введения примесей, таким образом, чтобы данная аминокислота присутствовала во всем пищевом продукте. Аминокислота может быть введена в сырые пищевые продукты путем воздействия аминокислоты на ингредиент сырого пищевого продукта, например, путем вымачивания. Аминокислота может находиться либо в форме промышленно изготавливаемого химического продукта, либо в форме пищевого продукта, в котором данная аминокислота присутствует в свободном виде. Было показано, что добавление цистеина или лизина уменьшает образование акриламида в двух вариантах выполнения данного изобретения. Было показано, что другие специально отобранные аминокислоты также уменьшают образование акриламида.

Добавление одной или нескольких специально отобранных аминокислот эффективно уменьшает количество акриламида, обнаруженного в конечном продукте подвергшегося нагреванию или термической обработке пищевого продукта, и при этом оказывает минимальное влияние на качество и характеристики конечного продукта.

Таким образом, достигнутый технический результат заключается в оптимизации уровня добавляемого ингредиента, содержащего свободную аминокислоту, при уменьшении уровня акриламида.

Кроме того, подобный способ уменьшения содержания акриламида, в общем случае, легко осуществим и почти не увеличивает стоимость всего технологического процесса.

Краткое описание чертежей

Новые черты данного изобретения, которые можно считать отличительными, изложены в прилагаемых пунктах патентных притязаний. Однако, само изобретение, а также предпочтительный способ его использования, дополнительные цели и преимущества будут понятны лучше всего при рассмотрении следующего описания взятых в качестве иллюстрации вариантов осуществления вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг.1 - схема предлагаемых химических путей образования акриламида в пищевых продуктах;

Фиг.2 - схема известных шагов обработки картофельных чипсов;

Фиг.3 - схема способа производства искусственно изготовленных картофельных чипсов из картофельных хлопьев, гранул или муки в соответствии с одним из вариантов выполнения данного изобретения;

Фиг.4 - графическое представление результатов добавления цистеина и лизина к искусственно изготовленным картофельным чипсам.

Подробное описание изобретения

Влияние аминокислот на образование акриламида

Для образования акриламида в термически обработанных пищевых продуктах требуется источник углерода и источник азота. Имеется гипотеза, что источником углерода являются углеводы, а источником азота - протеины или аминокислоты. Многие ингредиенты пищевых продуктов, имеющие растительное происхождение, такие как рис, пшеница, кукуруза, ячмень, соя, картофель и овес, содержат аспарагин и являются в основном углеводами, содержащими незначительное количество компонентов аминокислот. Типично, такие ингредиенты пищевых продуктов имеют небольшой пул аминокислот, в который входят и другие аминокислоты, помимо аспарагина.

Под термином "термически обработанный" понимается пищевой продукт или ингредиент пищевого продукта, в котором компоненты пищевого продукта, такие как смесь ингредиентов пищевого продукта, нагреваются при температуре не менее 80°С. Предпочтительно, термическая обработка пищевых продуктов или ингредиентов пищевых продуктов происходит при температурах приблизительно от 100°С до 250°С. Ингредиенты пищевого продукта могут обрабатываться при повышенных температурах отдельно друг от друга до того, как они образуют конечный пищевой продукт. Примером термически обработанного ингредиента пищевого продукта могут служить картофельные хлопья, которые вырабатываются из сырого картофеля, и в ходе этого технологического процесса картофель подвергается воздействию температуры до 170°С. Термины "картофельные хлопья", "картофельные гранулы", "картофельная мука" используются в данном описании взаимозаменяемо и обозначают любой дегидратированный продукт на основе картофеля. Примерами других термически обработанных ингредиентов пищевых продуктов могут служить обработанный овес, отваренный и высушенный рис, кулинарные изделия из сои, кукурузный полуфабрикат, жареные кофейные бобы и жареные бобы какао. В другом случае, сырые ингредиенты пищевых продуктов могут использоваться в приготовлении конечного пищевого продукта, и производство конечного пищевого продукта включает шаг нагревания. Одним примером обработки сырого материала, при котором конечный пищевой продукт получается в результате нагревания, может служить производство картофельных чипсов из ломтиков сырого картофеля на этапе их обжаривания при температуре приблизительно от 100°С до 205°С или производство картофеля, жаренного по-французски при таких же температурах.

Однако, в соответствии с настоящим изобретением, было обнаружено, что значительное образование акриламида имеет место тогда, когда аминокислота аспарагин нагревается в присутствии редуцирующего сахара. Нагревание других аминокислот, таких как лизин и аланин, в присутствии редуцирующего сахара, такого как глюкоза, не приводит к образованию акриламида. Но вызывает удивление тот факт, что добавление других аминокислот к смеси аспарагина с сахаром может как увеличить, так и уменьшить количество образующегося акриламида.

Установив, что быстрое образование акриламида имеет место при нагревании аспарагина в присутствии редуцирующего сахара, можно добиться уменьшения содержания акриламида в термически обработанных пищевых продуктах путем инактивирования аспарагина. Под термином "инактивирование" подразумевается удаление аспарагина из пищевого продукта или перевод аспарагина в неактивное состояние по ходу процесса образования акриламида путем его преобразования или связывания с другим химическим продуктом, который препятствует образованию акриламида из аспарагина.

I. Влияние цистеина, лизина, глютамина и глицина на образование акриламида

Поскольку аспарагин вступает в реакцию с глюкозой с образованием акриламида, увеличение концентрации других свободных аминокислот может повлиять на реакцию между аспарагином и глюкозой и уменьшить образование акриламида. Для этого эксперимента приготавливается раствор аспарагина (0,176%) и глюкозы (0,4%) в буферном растворе фосфата натрия с рН 7,0. Четыре другие аминокислоты: глицин (GLY), лизин (LYS), глютамин (GLN) и цистеин (CYS) добавлялись в той же концентрации, что и глюкоза, на молярной основе. План эксперимента был полностью факториальным без дублирования, поэтому были протестированы все возможные комбинации добавленных аминокислот. Растворы нагревались при 120°С в течении 40 минут, затем производились замеры содержания акриламида. В Таблице 1 приведены концентрации и результаты.

Таблица 1 глюкозааспарагинглицинлизинглютаминцистеинакриламидпорядок%%%%%%(миллиардных долей)10,40,1760000167920,40,1760000,269430,40,176000,3240537840,40,176000,3240,269750,40,17600,3250017060,40,17600,32500,269770,40,17600,3250,3240151780,40,17600,3250,3240,269790,40,1760,167000213100,40,1760,167000,2696110,40,1760,16700,32402033120,40,1760,16700,3240,2694130,40,1760,1670,32500161140,40,1760,1670,32500,2694150,40,1760,1670,3250,3240127160,40,1760,1670,3250,3240,26926

Как видно из приведенной таблицы 1, глюкоза и аспарагин без добавления какой-либо другой аминокислоты образовали 1679 миллиардных долей акриламида. Добавленные аминокислоты оказывали воздействие трех типов.

1. Цистеин почти полностью устранял образование акриламида. Любое добавление цистеина приводило к концентрации акриламида менее 25 миллиардных долей (98% уменьшение).

2. Лизин и глицин уменьшали образование акриламида, но не в такой степени, как цистеин. Любое добавление лизина и/или глицина, но без глютамина и цистеина, приводило к концентрации акриламида менее 220 миллиардных долей (85% уменьшение).

3. Удивительно, но глютамин увеличивал образование акриламида до 5378 миллиардных долей (200% увеличение). Глютамин с цистеином не образовывали акриламида. Добавление глицина и лизина к глютамину уменьшало образование акриламида.

Эти опыты продемонстрировали эффективность цистеина, лизина и глицина для уменьшения образования акриламида. Однако результаты тестов с глютамином показали, что не все аминокислоты являются эффективными для уменьшения образования акриламида. Сочетание цистеина, лизина или глицина с аминокислотой, которая сама по себе может ускорить образование акриламида (такой как глютамин), может точно также уменьшить образование акриламида.

II. Влияние цистеина, лизина, глютамина и метионина при различных концентрациях и температурах

Как сообщалось выше, цистеин и лизин уменьшали содержание акриламида, когда их добавляли в той же концентрации, что и глюкозу. Следующий эксперимент был разработан, чтобы ответить на следующие вопросы:

1. Как более низкие концентрации цистеина, лизина, глютамина и метионина влияют на образование акриламида?

2. Такое же влияние оказывает добавление цистеина и лизина в том случае, когда раствор нагревается при температурах 120°С и 150°С?

Приготавливался раствор аспарагина (0,176%) и глюкозы (0,4%) в буферном растворе фосфата натрия с рН 7,0. Добавлялись аминокислоты (цистеин (CYS), лизин (LYS), глютамин (GLN) или метионин (MET)) с двумя различными концентрациями. Эти две концентрации составляли 0,2 и 1,0 моль аминокислоты на моль глюкозы. В половине опытов 2 мл раствора нагревались при 120°С в течение 40 минут, в другой половине 2 мл нагревались при 150°С в течение 15 минут. После нагревания концентрация акриламида измерялась при помощи GC-MS. Результаты испытаний приведены в Таблице 2. Контрольным являлся опыт с раствором аспарагина и глюкозы без добавления аминокислот.

Таблица 2 Уровень акриламидаАминокислота / Температура,°СКонтрольный опытАминокислота с концентрацией 0,2Процент от контрольного опыта, %Аминокислота с концентрацией 0,1Процент от контрольного опыта, %лизин-1201332·10^-91109·10^-983280·10^-921цистеин-1201332·10^-9316·10^-92434·10^-93лизин-1503127·10^-91683·10^-954536·10^-917цистеин-1503127·10^-91146·10^-937351·10^-911глютамин-1201953·10^-94126·10^-92116795·10^-9348метионин-1201953·10^-91978·10^-91011132·10^-958глютамин-1503866·10^-97223·10^-91879516·10^-9246метионин-1503866·10^-93885·10^-91003024·10^-978

В опытах с цистеином и лизином в контрольном испытании образовалось 1332 миллиардных долей акриламида после выдержки в течение 40 минут при 120°С и 3127 миллиардных долей акриламида после выдержки в течение 15 минут при 150°С. Цистеин и лизин уменьшили образование акриламида как при 120°С, так и при 150°С, при этом уменьшение концентрации акриламида было примерно пропорциональным концентрации добавленных цистеина или лизина.

В опытах с глютамином и метионином в контрольном испытании образовалось 1953 миллиардных долей акриламида после 40-минутного пребывания при 120°С и 3866 миллиардных долей акриламида после 15-минутного пребывания при 150°С. Глютамин увеличивал образование акриламида при 120°С и при 150°С. Метионин с концентрацией 0,2 моля на моль глюкозы не влиял на образование акриламида. Метионин с концентрацией 1,0 моля на моль глюкозы уменьшал образование акриламида менее чем на 50%.

III. Влияние девятнадцати аминокислот на образование акриламида в растворе глюкозы и аспарагина

Влияние четырех аминокислот (лизина, цистеина, метионина и глютамина) на образование акриламида описывалось выше. Испытывались также пятнадцать дополнительных аминокислот. Приготавливался раствор аспарагина (0,176%) и глюкозы (0,4%) в буферном растворе фосфата натрия с рН 7,0. Пятнадцать аминокислот добавлялись в той же концентрации, как и глюкоза, на молярной основе. Контрольный опыт проводился с раствором аспарагина и глюкозы без каких-либо других аминокислот. Растворы нагревались при температуре 120°С в течение 40 минут, а затем содержание акриламида измерялось при помощи GC-MS. Результаты приведены в Таблице 3.

Таблица 3 Образование акриламидаАминокислотамиллиардных долей% от контрольного опытаконтроль959100гистидин21522аланин47850метионин51754глютаминовая к-та51754аспартановая к-та52955пролин64767фенилаланин64868валин69172аргинин75278триптофан1059111треонин1064111тирозин1091114лейцин1256131серин1296135изолейцин1441150

Как видно из таблицы 3, ни одна из пятнадцати дополнительных аминокислот не оказалась столь эффективной для уменьшения образования акриламида, как цистеин, лизин или глицин. Девять из дополнительных аминокислот уменьшали содержание акриламида до уровня от 22% до 78% от контрольного, а шесть других аминокислот увеличивали содержание акриламида до уровня от 111% до 150% от контрольного.

В таблице 4 подводится итог для всех аминокислот, причем аминокислоты перечислены в порядке их эффективности. Цистеин, лизин и глицин оказались эффективными ингибиторами, которые уменьшали количество образованного акриламида. до менее 15% от образованного в контрольном опыте. Следующие девять аминокислот оказались менее эффективными ингибиторами, при участии которых общее количество образованного акриламида составляло 22-78% от образованного в контрольном опыте. Следующие семь аминокислот увеличивали образование акриламида. Глютамин вызывал наибольшее увеличение содержания акриламида, доходящее до 320% от контрольного опыта.

Таблица 4АминокислотаОбразование акриламида как % контрольного опыта, %контрольный опыт100цистеин0лизин10глицин13гистидин22аланин50метионин54глютаминовая к-та54аспартановая к-та55пролин67фенилаланин68валин72аргинин78триптофан111треонин111тирозин114лейцин131серин135изолейцин150глютамин320

IV. Картофельные хлопья с добавлением L-цистеина в количестве 750 миллионных долей

Для целей опыта были изготовлены картофельные хлопья, содержащие 750 миллионных долей добавленного L-цистеина. Контрольные картофельные хлопья не содержали добавленный L-цистеин. Три грамма картофельных хлопьев отвешивалось и помещалось в стеклянный сосуд. Сосуды плотно закрывались и нагревались в течение 15 или 40 минут при температуре 120°С. Концентрация акриламида измерялась при помощи GC-MS в миллиардных долях.

Таблица 5Картофельные хлопьяАкриламид (10⁹), 15 мин при 120°СУменьшение концентрации акриламида после 15 мин, %Акриламид (10⁹), 40 мин при 120°СУменьшение концентрации акриламида после 40 мин, %контроль1662-9465-750 миллионных долей L-цистеина65360752920

V. Выпеченные искусственно изготовленные картофельные чипсы

На основании приведенных выше результатов был разработан предпочтительный вариант выполнения изобретения, в котором к композиции для искусственно изготовленной сухой закуски, в данном случае, выпеченных искусственно изготовленных картофельных чипсов, добавлялся цистеин или лизин. Технологический процесс приготовления такого продукта изображен на Фиг.3. На шаге 31 приготовления теста картофельные хлопья, вода и другие ингредиенты соединяются и образуют тесто. (Термин "картофельные хлопья" и "картофельная мука" используется здесь взаимозаменяемо, и любой из них предназначен для обозначения всех сухих продуктов, независимо от размера частиц.) На шаге 32 раскатывания в тонкий лист тесто прогоняется через раскатывающее устройство, которое сплющивает тесто, а затем нарезается на отдельные кусочки. На шаге 33 кулинарной обработки нарезанные кусочки выпекаются до тех пор, пока они не достигнут заданного цвета и влажности. К полученным в результате этого чипсам затем добавляются специи на шаге 34 кондиционирования, и они упаковываются в пакеты на шаге 35 упаковки.

Первый вариант выполнения изобретения иллюстрируется при использовании описанного выше процесса. Для того чтобы проиллюстрировать этот вариант выполнения, производится сравнение между контрольной партией и испытуемой партией, к которой добавлялся цистеин в одной из трех концентраций и лизин в одной концентрации. В таблице 6 приведены ингредиенты, используемые в различных партиях.

Таблица 6ИнгредиентКонтрольная партияЦистеин #1Цистеин #2Цистеин #3Лизинкартофельные хлопья или модифицированный крахмал5496 g5496 g5496 g5496 g5496 gсахар300 g300 g300 g300 g300 gрастительное масло90 g90 g90 g90 g90 gразрыхлители54 g54 g54 g54 g54 gэмульгатор60 g60 g60 g60 g60 gL-Цистеин (растворимый в воде)¹0 g1,8 g4,2 g8,4 g0 gL-Лизин моногидрохлорид0 g0 g0 g0 g42 gобщая масса сухого продукта6000 g6001,8 g6004,2 g6008,4 g6042 gвода3947 ml3947 ml3947 ml3947 ml3947 ml¹ - Можно ожидать, что D-изомер или рацемическая смесь D- и L-изомеров аминокислот будет столь же эффективна, хотя, возможно, L-изомер окажется лучшим и менее дорогим источником.

Во всех партиях сухие ингредиенты сперва перемешивались между собой, затем к каждой сухой смеси добавлялось растительное масло, и все перемешивалось. Цистеин или лизин растворялись в воде до того, как добавлялись в тесто. Уровень влажности теста до раскатывания составлял от 40% до 45% по весу. Тесто раскатывалось с образованием листа толщиной от 0,020 дюйма до 0,030 дюйма, разрезалось на кусочки по размерам чипсов и выпекалось.

После кулинарной обработки производились измерения влажности, содержания масла и цвета по шкале L-A-B Хантера. Образцы тестировались, и определялись уровни акриламида в конечном продукте. В таблице 7 приведены результаты этих испытаний.

Таблица 7ИзмерениеКонтрольная партияЦистеин #1Цистеин #2Цистеин #3ЛизинН₂O,%2,211,73 2,572,68Масло, %1,992,15 2,121,94Акриламид, (миллиардных долей)1030620 104456ЦветL72,3476,53 78,3673,2А1,99-1,14 2,281,94В20,3125,5223,22,0525,77     166      79,02      -2,02 

В контрольной партии чипсов уровень акриламида после окончательной кулинарной обработки составил 1030 миллиардных долей. Добавление цистеина с любым испытуемым уровнем концентрации, так же как и лизина, значительно снижал конечный уровень акриламида. На Фиг.4 приведены в графической форме полученные уровни акриламида.

Добавление к тесту цистеина или лизина значительно снижало уровень акриламида в конечном продукте. Образцы цистеином показывают, что уровень акриламида понижается приблизительно в прямой пропорциональной зависимости от количества добавленного цистеина. Однако необходимо учитывать побочное влияние на характеристики (такие, как цвет, вкус и текстура) конечного продукта добавления аминокислоты в процессе его изготовления.

Также проводились дополнительные испытания, в которых добавлялся цистеин, лизин и сочетание каждой из этих двух аминокислот с CaCl₂. В этих опытах использовалась та же самая процедура, что и в описанных выше опытах, но используемые картофельные хлопья имели различные уровни содержания редуцирующих сахаров, а также добавлялись различные количества аминокислот и CaCl₂. В таблице 8 партия 1 картофельных хлопьев содержала 0,81% редуцирующих сахаров (эта партия в таблице воспроизводит результаты из приведенных выше опытов), партия 2 содержала 1,0%, а партия 3 содержала 1,8% редуцирующих сахаров.

Таблица 8Партия хлопьев #CaCl₂, % по весу от общей
сухой массыЦистеин (миллионные доли) от общей сухой массыЛизин % от общей сухой массыКонечное содержание Н₂O, % по весуЦветовой показатель конечного продуктаАкриламид (миллиардных долей)10002,2172,3410301030001,7376,536201070002,2879,0216610139802,5778,361041000,6852,6873,2045620001,7172,6859920001,6374,44188020001,6971,26164020001,9971,3710202070002,0575,8131720,64600,6851,7473,9917930001,8073,3546430001,6172,1210603070001,9975,2729030139801,9675,871883000,6851,9076,1710530,64600,6852,1475,874730,64670001,8377,23148

Как показывают данные, представленные в этой таблице, добавление как цистеина, так и лизина значительно снижает уровень содержания акриламида при всех проверенных уровнях содержания редуцирующих сахаров. Сочетание лизина с хлоридом кальция почти полностью исключает образование акриламида, несмотря на то, что данный опыт проводился при самом высоком уровне содержания редуцирующих сахаров.

VI. Опыты с картофельными чипсами из обжаренных ломтиков картофеля

Аналогичные результаты могут быть получены для картофельных чипсов, изготовленных из ломтиков картофеля. Однако необходимую аминокислоту невозможно просто смешать с ломтиками картофеля, что осуществлялось в проиллюстрированных выше вариантах выполнения, поскольку это нарушило бы целостность кусочков. В одном варианте выполнения ломтики картофеля погружаются в водный раствор, содержащий добавку из требуемой аминокислоты, на время, достаточное для того, чтобы аминокислота мигрировала в клеточную структуру ломтиков картофеля. Это может быть осуществлено, например, во время шага 23 промывания, как показано на Фиг.2.

В таблице 9 приводятся результаты добавления одного весового процента цистеина к промывному раствору, как было описано выше для шага 23 на Фиг.2. Все промывные растворы имели комнатную температуру в течение указанного времени; в контрольном промывном растворе к воде ничего не добавлялось. Чипсы обжаривались в хлопковом масле при температуре 178°С в течение указанного времени.

Таблица 9 Время обжаривания (сек)Содержание Н₂О в конечном продукте, % по весу, (%)Содержание масла в конечном продукте, % по весу, (%)Содержание акриламида в конечном продукте (миллиардные доли)Контрольный опыт, промывание - 2-3 мин1401,3242,753231% цистеина, промывание - 15 мин1401,8645,02239Контрольный опыт, промывание - 2-3 мин1101,7240,87278Контрольный опыт, промывание - 15 мин1101,6841,022311% цистеина, промывание - 15 мин1101,4144,0267

Как видно из этой таблицы, погружение ломтиков картофеля толщиной 0,053 дюйма на 15 минут в водный раствор, содержащий цистеин с концентрацией 1% по весу, является достаточным, чтобы снизить уровень содержания акриламида в конечном продукте приблизительно на 100-200 миллиардных долей.

Данное изобретение также иллюстрируется добавлением цистеина к кукурузному тесту (или полуфабрикату) при изготовлении кукурузных чипсов. Растворенный L-цистеин добавлялся к термически обработанной кукурузе в процессе размалывания таким образом, что цистеин был равномерно распределен в кукурузном полуфабрикате, изготовленном во время размалывания. Добавление 600 миллионных долей L-цистеина уменьшало содержание акриламида со 190 миллиардных долей в контрольном продукте до 75 миллиардных долей в продукте, обработанном L-цистеином.

В описанном здесь изобретении может использоваться любое количество аминокислот при условии, что производится корректировка с учетом побочных эффектов от одного или нескольких дополнительных ингредиентов, например, изменения вкуса, цвета и текстуры пищевого продукта. Хотя во всех представленных полимерах использовались α-аминокислоты (в которых группа NH₂ связана с α-атомом углерода), заявители предполагают, что можно использовать и другие изомеры, такие как β- или γ-аминокислоты, хотя β- и γ-аминокислоты не имеют широкого применения в качестве добавок к пищевым продуктам. В предпочтительном варианте выполнения данного изобретения используются цистеин, лизин и/или глицин. Однако, также возможно использовать другие аминокислоты, такие как гистидин, аланин, метионин, глютаминовая кислота, аспартановая кислота, пролин, фенилаланин, валин и аргинин. Также аминокислоты, и в особенности цистеин, лизин и глицин, являются относительно недорогими и широко используются в качестве добавок к пищевым продуктам. С целью уменьшения количества акриламида в конечном продукте, эти наиболее эффективные аминокислоты можно использовать поодиночке или в сочетании. Кроме того, аминокислота может быть добавлена в пищевой продукт до его нагревания либо путем добавления промышленно выпускаемой аминокислоты к исходному материалу пищевого продукта, либо путем добавления другого ингредиента пищевого продукта, который содержит свободную аминокислоту с высоким уровнем концентрации. Например, казеин содержит свободный лизин, а желатин содержит свободный глицин. Таким образом, когда Заявители указывают, что какая-то аминокислота добавляется к рецептуре пищевого продукта, следует понимать, что эта аминокислота может быть добавлена в виде промышленно изготавливаемой аминокислоты или в виде пищевого продукта, в котором концентрация одной или нескольких аминокислот выше, чем присущий данному пищевому продукту естественный уровень аспарагина.

Количество аминокислоты, которое следует добавить к пищевому продукту, с целью снизить содержание акриламида до приемлемого уровня, можно выразить несколькими способами. Количество добавляемой аминокислоты для того, чтобы оно было экономически приемлемым, должно быть достаточным, чтобы понизить конечный уровень образующегося акриламида по крайней мере на 20% по сравнению с продуктом, не подвергшимся такой обработке. Было бы предпочтительнее, чтобы уровень образующегося акриламида понижался на величину в диапазоне 35-95%. В еще более предпочтительных вариантах уровень образующегося акриламида должен понижаться на величину в диапазоне 50-95%. В предпочтительном варианте выполнения изобретения с использованием цистеина было установлено, что добавление по крайней мере 100 миллионных долей может эффективно уменьшить содержание акриламида. Однако, предпочтительный диапазон добавления цистеина расположен от 100 миллионных долей до 10000 миллионных долей, а наиболее предпочтительный диапазон значений количества находится около 1000 миллионных долей. В предпочтительных вариантах выполнения изобретения с использованием других эффективных аминокислот, таких как лизин и глицин, мольное отношение добавляемой аминокислоты к редуцирующему сахару, присутствующему в продукте, составляющее по крайней мере 0,1 моля аминокислоты к одному молю редуцирующих сахаров (0,1:1), оказалось эффективным для уменьшения образования акриламида. Более предпочтительным мольным отношением добавленной аминокислоты к редуцирующим сахарам следует считать отношение между 0,1:1 и 2:1, а самым предпочтительным является отношение около 1:1.

Механизмы, благодаря которым выбранные аминокислоты уменьшают количество обнаруженного акриламида, к настоящему моменту остаются неизвестными. Возможно, эти механизмы включают конкуренцию реагентов и разведение предшественника, что приводит к образованию меньшего количества акриламида, а механизм реакции с акриламидом приводит к его разрушению. Возможные механизмы включают (1) подавление реакции Майара, (2) потребление глюкозы и других редуцирующих сахаров, (3) реакцию с акриламидом. Цистеин, имеющий свободную тиольную группу, действует как ингибитор реакции Майара. Поскольку предполагается, что акриламид образуется из аспарагина вследствие реакции Майара, цистеин должен уменьшать скорость реакции Майара и образования акриламида. Лизин и глицин быстро реагируют с глюкозой и другими редуцирующими сахарами. Если глюкоза поглощается лизином и глицином, то остается меньше глюкозы для реакции с аспарагином и образования акриламида. Аминогруппа аминокислот может вступать в реакцию с двойной связью акриламида, т.е. в реакцию присоединения Майкла. Свободный тиол цистеина также может вступать в реакцию с двойной связью акриламида.

Следует понимать, что добавление аминокислоты может вызвать нежелательные изменения характеристик конечного продукта, например, изменения цвета, вкуса и текстуры. Эти изменения характеристик продукта, в соответствии с данным изобретением, могут быть компенсированы различными другими средствами. Например, цветовую характеристику картофельных чипсов можно регулировать, контролируя количество сахаров в исходном продукте. Некоторые вкусовые характеристики можно изменить, добавляя различные ароматизаторы к конечному продукту. Физическую текстуру продукта можно регулировать, например, добавляя разрыхлители или различные эмульгаторы.

Хотя изобретение было подробно описано и проиллюстрировано при рассмотрении нескольких вариантов выполнения, специалисты поймут, что возможно осуществить различные другие подходы к уменьшению содержания акриламида в термически обработанных пищевых продуктах, использующие добавление аминокислот, не выходя за объем и сущность данного изобретения. Например, хотя технологический процесс описывался применительно к продуктам из картофеля и кукурузы, этот процесс также можно использовать при обработке пищевых продуктов из ячменя, пшеницы, риса, ржи, овса, проса и других крахмалосодержащих злаков, а также других пищевых продуктов, содержащих аспарагин и редуцирующий сахар, таких как сладкий картофель, лук и другие овощи. Кроме того, данный технологический процесс был иллюстрирован на примере картофельных и кукурузных чипсов, но он также может использоваться при обработке многих других пищевых продуктов, таких как другие виды чипсов, крупяные продукты, печенье, крекеры, сухие крендельки, хлеб и булочки, панировка для панированного мяса. Во многие из этих пищевых продуктов аминокислоты можно добавлять во время перемешивания теста, которое используется для изготовления этих продуктов, с тем, чтобы аминокислоты могли обеспечить снижение уровня акриламида в процессе кулинарной обработки продукта. Кроме того, аминокислоты можно сочетать с другими стратегиями уменьшения акриламида для того, чтобы добиться приемлемого уровня акриламида без нежелательного воздействия на вкус, цвет, запах и другие характеристики каждого отдельного пищевого продукта.

Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанных пищевых продуктах предусматривает перед термической обработкой добавление к продукту или в смесь для приготовления продукта ингредиента, содержащего свободную аминокислоту, или выдерживание продукта в растворе, содержащем свободную аминокислоту. При этом ингредиент или раствор, содержащие свободную аминокислоту, используют в количестве, достаточном для снижения уровня акриламида до уровня не менее чем на 20 процентов. Свободная аминокислота может браться из группы, включающей цистеин, лизин, глицин, гистидин, аланин, метионин, глютаминовая кислота, аспартановая кислота, пролин, фенилаланин, валин и аргинин, и может быть промышленно производимой аминокислотой или находится в свободном виде в ингредиенте, добавляемом к пищевому продукту. Аминокислоты могут добавляться к искусственно приготовленным пищевым продуктам на стадии перемешивания или путем воздействия на сырой материал для пищевого продукта раствором, содержащим определенную концентрацию аминокислоты. Предлагаемый способ не оказывает влияние на качество и характеристики конечного продукта. 10 н. и 37 з.п. ф-лы, 4 ил., 9 табл.

1. Способ снижения уровня акриламида в термически обработанном пищевом продукте, содержащем аспарагин и простые сахара, включающий следующие шаги:

а) добавление ингредиента, содержащего свободную аминокислоту, к пищевому продукту, в котором указанный ингредиент добавляется в количестве, достаточном для снижения конечного уровня акриламида в термически обработанном пищевом продукте до уровня не менее чем на 20%;

в) термическая обработка пищевого продукта.

а) приготовление теста, включающего картофельные хлопья, воду и ингредиент, содержащий свободную аминокислоту, в котором указанный ингредиент добавляется в количестве, достаточном для снижения конечного уровня акриламида в искусственно изготовленных картофельных чипсах до уровня не менее чем на 20%;

в) раскатывание и разрезание указанной смеси для образования отрезанных кусочков;

с) термическая обработка отрезанных кусочков для образования чипсов.

а) нарезание сырого картофеля ломтиками для получения ломтиков картофеля;

в) выдерживание ломтиков картофеля в растворе, содержащем некоторое количество аминокислоты, достаточное для снижения уровня акриламида в картофельных чипсах до уровня не менее чем на 20%;

с) термическая обработка ломтиков картофеля для получения картофельных чипсов.

а) приготовление смеси, содержащей молотую кукурузу, воду и ингредиент, содержащий свободную аминокислоту в количестве, достаточном для уменьшения образования акриламида в кукурузных чипсах до уровня не менее чем на 20%;

в) раскатывание и нарезание смеси для образования чипсов; и

с) термическую обработку чипсов.