專利名稱：在熱加工食品中降低丙烯酰胺的形成的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在熱加工食品中降低丙烯酰胺量的方法。本發(fā)明在制造食品時(shí)能夠使丙烯酰胺水平大大降低。本方法依賴于阻礙丙烯酰胺形成的途徑，這種丙烯酰胺形成途徑以天冬酰胺氨基酸開始。
2.現(xiàn)有技術(shù)描述化學(xué)丙烯酰胺已經(jīng)以聚合物形式在工業(yè)應(yīng)用中用于水處理、濃縮油回收、造紙、絮凝劑、增稠劑、礦石處理和免燙纖維制品。最近，丙烯酰胺單體在許多食品的檢測(cè)中呈陽性。特別是在用高溫加工的碳水化合物食品產(chǎn)品中已發(fā)現(xiàn)了丙烯酰胺。在丙烯酰胺的檢測(cè)中呈陽性的食品的例子包括咖啡、谷類食品、曲奇、薯片、餅干、油炸馬鈴薯?xiàng)l、面包和面包卷以及沾滾上面包屑的炸肉。由于食品中的丙烯酰胺是最近發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，所以其形成機(jī)理還尚未確定。但是，由于在食品產(chǎn)品中并不希望有丙烯酰胺單體，所以有一種在熱加工的食品中顯著降低或去除丙烯酰胺單體的方法是很有用的。
發(fā)明簡述本發(fā)明是一種在熱加工食品產(chǎn)品中降低丙烯酰胺量的方法，本方法在一個(gè)實(shí)施例中包括提供含有天冬酰胺的食品配料，將含有天冬酰胺的食品配料加到天冬酰胺活性減低裝置中，在一種食品混合物中將含有天冬酰胺的食品配料用作一種成分，將該食品混合物加熱以形成一種熱加工食品。在熱加工之前，通過降低在食品或食品配料中出現(xiàn)的活性天冬酰胺來有效地降低丙烯酰胺。在一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，將天冬酰胺與天冬酰胺酶接觸以將天冬酰胺變成天冬氨酸和氨。在另一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，在將制造熱加工食品產(chǎn)品中使用的食品配料以約80℃以上的溫度加熱之前，將食品配料瀝濾以去除天冬酰胺。在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，將在制造食品產(chǎn)品中所使用的配料發(fā)酵以降低天冬酰胺，因?yàn)槲⑸飼?huì)使天冬酰胺通過新陳代謝發(fā)生變化而產(chǎn)生蛋白質(zhì)合成和其它的微生物新陳代謝。
在下面的書面詳細(xì)描述中，就會(huì)明顯地看出本發(fā)明上面的和其它的特征和優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明詳細(xì)描述天冬酰胺在熱加工食品中的形成要求有碳源和氮源。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，而且主要是含有較少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，而氨基酸庫除了天冬酰胺之外還含有其它的氨基酸。構(gòu)成蛋白質(zhì)并可在這些食品配料中找到的標(biāo)準(zhǔn)氨基酸有二十種，這些氨基酸包括但并不僅限于賴氨酸、丙胺酸、天冬酰胺、谷酰胺、精氨酸、組氨酸、甘氨酸和天冬氨酸。
通過“熱加工”的意思是指將食品和食品配料，此處指食品成分，如食品配料的混合物以最低80℃加熱。優(yōu)選食品或食品配料的熱加工在約100℃到205℃的溫度下進(jìn)行。在最終食品產(chǎn)品制成之前，可對(duì)食品配料以升高的溫度進(jìn)行單獨(dú)的加工。熱加工食品配料的一個(gè)例子是馬鈴薯片，這種馬鈴薯片用將馬鈴薯原料暴露在高達(dá)200℃的溫度下的方法制成。其它熱加工食品配料包括加工過的燕麥、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，該最終食品產(chǎn)品的生產(chǎn)包括加熱步驟。其最終食品產(chǎn)品通過加熱步驟產(chǎn)生的原料加工的一個(gè)例子是用生的馬鈴薯切片制造薯片，這種加工通過以約100℃到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來進(jìn)行。
不過，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)將氨基酸天冬酰胺加熱時(shí)有單糖出現(xiàn)時(shí)，已發(fā)現(xiàn)有大量的丙烯酰胺形成。在將諸如賴氨酸和丙胺酸的氨基酸加熱時(shí)有如葡萄糖的單糖出現(xiàn)時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致丙烯酰胺的形成。但令人意外的是，在有單糖出現(xiàn)的情況下，天冬酰胺與另一種氨基酸如賴氨酸的出現(xiàn)不會(huì)導(dǎo)致丙烯酰胺形成的增加而大大多于天冬酰胺僅是單獨(dú)的一種氨基酸的情況。
在已經(jīng)確定了當(dāng)將天冬酰胺加熱時(shí)有單糖出現(xiàn)時(shí)會(huì)有丙烯酰胺的快速形成的情況下，就可通過減低天冬酰胺的活性來實(shí)現(xiàn)在熱加工食品中降低丙烯酰胺。通過“減低活性”是指通過轉(zhuǎn)化方式或結(jié)合到另一種干擾丙烯酰胺從天冬酰胺形成的化學(xué)品的方式將丙烯酰胺從食品中去除或使天冬酰胺沿著丙烯酰胺的形成路徑不起反應(yīng)。
這樣的減低活性的一個(gè)方法是將天冬酰胺與天冬酰胺酶接觸。這種酶將天冬酰胺分解成天冬氨酸和氨。通過瀝濾也可在熱加工食品中將天冬酰胺的活性減低而形成丙烯酰胺的前體。在將一種水溶液的pH值保持在微酸或微堿優(yōu)選pH值介于5至9的情況下，就會(huì)有利于天冬酰胺在這種水溶液中的溶解。通過發(fā)酵也可在熱加工食品中將天冬酰胺的活性減低而形成丙烯酰胺的前體。天冬酰胺也可加入到蛋白質(zhì)中以將天冬酰胺的活性減低而形成丙烯酰胺的前體。通過加入二價(jià)陽離子如乳酸鈣、檸檬酸鈣或蘋果酸鈣形式的鈣也可將天冬酰胺的活性減低而形成丙烯酰胺的前體。通過加入葡萄糖、果糖或鼠李糖的方法在食品中增加還原糖的量也可將天冬酰胺的活性減低而形成丙烯酰胺的前體。
以干擾丙烯酰胺的形成的方法實(shí)現(xiàn)將天冬酰胺的活性減低的其它技術(shù)對(duì)于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說是顯而易見的。在熱加工之前食品配料或食品產(chǎn)品中具有較低水平的天冬酰胺的情況下，最終加工的食品中的丙烯酰胺水平就會(huì)大大降低。
本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例在下面的例子中進(jìn)行描述例子1這個(gè)例子表明在出現(xiàn)單糖和氨基酸賴氨酸的情況下沒有形成丙烯酰胺。將約0.2克的葡萄糖在20ml的頂空進(jìn)樣瓶中與約0.1克的氨基酸L-賴氨酸水合物和0.2ml的水化合。該頂空進(jìn)樣瓶用鋁箔蓋上并以如下溫度特征在氣相色譜爐中加熱起始溫度設(shè)置是40℃；然后將溫度每分鐘升高20℃直到200℃；在200℃停留兩分鐘；然后將頂空進(jìn)樣瓶冷卻到40℃。加熱之后將混合物干燥，這時(shí)混合物變黑。反應(yīng)混合物用100毫升的水進(jìn)行提取，且水中的丙烯酰胺通過GC-MS進(jìn)行測(cè)量。在將葡萄糖與L-賴氨酸水合物加熱時(shí)，沒有檢測(cè)到丙烯酰胺(檢測(cè)極限少于10億分之50)。如果美拉德反應(yīng)是丙烯酰胺的來源，那么這種賴氨酸反應(yīng)混合物應(yīng)已經(jīng)含有丙烯酰胺，因?yàn)樵摲磻?yīng)混合物大范圍地呈褐色。
例子2這個(gè)例子表明在出現(xiàn)單糖和氨基酸丙胺酸的情況下沒有形成丙烯酰胺。除了所使用的氨基酸是L-丙胺酸之外，重復(fù)例子1中的方法。同樣，在超過10億分之50的檢測(cè)極限的情況下，沒有能夠測(cè)量到丙烯酰胺。
例子3這個(gè)例子表明在出現(xiàn)單糖和天冬酰胺的情況下丙烯酰胺的形成。除了氨基酸是L-天冬酰胺一水化物之外，重復(fù)例子1。在反應(yīng)混合物用水和通過GC-MS測(cè)量的丙烯酰胺進(jìn)行提取時(shí)，測(cè)量到反應(yīng)混合物中有10億分之55,106份的丙烯酰胺。按天冬酰胺的起始0.1克的量計(jì)算，生成的丙烯酰胺約有9％。
例子4這個(gè)例子表明在出現(xiàn)單糖、天冬酰胺和另一種氨基酸的情況下丙烯酰胺的形成。除了等份的L-賴氨酸水合物和L-天冬酰胺一水化物每種有0.1克之外，重復(fù)例子1。對(duì)反應(yīng)混合物進(jìn)行丙烯酰胺測(cè)試，發(fā)現(xiàn)有10億分之214,842份的丙烯酰胺。按天冬酰胺和賴氨酸的起始量計(jì)算，生成的丙烯酰胺約有37％。
例子5這個(gè)例子表明在出現(xiàn)天冬酰胺酶的情況下，對(duì)天冬酰胺和葡萄糖進(jìn)行加熱時(shí)降低丙烯酰胺的形成。將這種天冬酰胺酶溶解在pH值為8.6的0.05M三鹽酸緩沖液中以制備活性天冬酰胺酶溶液。對(duì)照天冬酰胺酶溶液也通過將所述活性天冬酰胺酶溶液的一部分以100℃加熱20分鐘以減低這種酶的活性來制成。在該對(duì)照溶液中，將0.2克的葡萄糖、0.1克的天冬酰胺和20mil的熱天冬酰胺酶溶液在20ml的頂空進(jìn)樣瓶中化合。在活性酶試驗(yàn)中，將0.2克的葡萄糖、0.1克的天冬酰胺和20mil的活性天冬酰胺酶溶液在20ml的頂空進(jìn)樣瓶中化合。在所述頂空進(jìn)樣瓶中的酶的量為250個(gè)酶單位。將所述對(duì)照和活性酶混合物都制備成兩份。所述頂空進(jìn)樣瓶都在37℃保持兩個(gè)小時(shí)，然后在80℃的爐中放置40小時(shí)進(jìn)行蒸發(fā)使其干燥。加熱之后，在每個(gè)頂空進(jìn)樣瓶中加入0.2ml的水。然后將這些頂空進(jìn)樣瓶以如下溫度特征在氣相色譜爐中加熱以起始溫度40℃開始；然后將溫度每分鐘升高20℃直到200℃；在200℃停留兩分鐘；然后冷卻到40℃。反應(yīng)混合物用50ml的水進(jìn)行提取，且水中的丙烯酰胺通過GC-MS進(jìn)行測(cè)量。所測(cè)得的值在下表中示出表1在出現(xiàn)天冬酰胺酶和葡萄糖的情況下丙烯酰胺的形成實(shí)驗(yàn)材料 丙烯酰胺(ppb) 降低的百分率對(duì)照 1334,810------對(duì)照 2324,688------活性天冬酰胺酶166 99.9活性天冬酰胺酶2273 99.9正如可以看到的那樣，用將天冬酰胺分解成天冬氨酸和氨的酶對(duì)所述體系進(jìn)行處理將丙烯酰胺的形成降低了99.9％以上。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明降低天冬酰胺的濃度或天冬酰胺的活性會(huì)減少丙烯酰胺的形成。
除了減低天冬酰胺的活性之外，來自植物的食品配料也可以從天冬酰胺水平低于類似植物的植物中培養(yǎng)和選取。來自植物的食品配料中天冬酰胺的降低會(huì)在丙烯酰胺的量中反映出來，這種丙烯酰胺在相同的熱處理?xiàng)l件下形成。
在通過參考一個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了特別說明和描述之后，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員就會(huì)理解也可以采用其它不同的方法來減低天冬酰胺的活性，而并不背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種降低熱加工食品中的丙烯酰胺的方法，這種方法包括以下步驟(a)提供含有天冬酰胺(asparagine)的食品配料；(b)在所述含有天冬酰胺的食品配料中減低天冬酰胺的活性；(c)在食品混合物中將所述食品配料用作一種成分；和(d)將所述食品混合物加熱以形成熱加工食品。
2.如權(quán)利要求1所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，所述食品配料主要包括碳水化合物。
3.如權(quán)利要求1所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，所述食品配料選自包括大米、小麥、玉米、大麥、大豆、馬鈴薯和燕麥的組。
4.如權(quán)利要求1所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，所述食品配料包括馬鈴薯。
5.如權(quán)利要求1所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，所述含有天冬酰胺的食品配料還包括至少另外一種氨基酸。
6.如權(quán)利要求5所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，所述至少另外一種氨基酸是賴氨酸。
7.如權(quán)利要求1所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，所述減低活性步驟(b)包括在出現(xiàn)單糖的情況下，使所述含有天冬酰胺的食品配料與天冬酰胺酶接觸。
8.如權(quán)利要求7所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，所述單糖包括葡萄糖。
9.如權(quán)利要求1所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，所述減低活性步驟(b)包括將所述食品配料瀝濾。
10.如權(quán)利要求1所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，所述減低活性步驟(b)包括將所述食品配料發(fā)酵。
11.如權(quán)利要求1所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，在所述步驟(d)將所述食品混合物加熱到最低80℃的溫度。
12.如權(quán)利要求1所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，在所述步驟(d)對(duì)所述食品混合物進(jìn)行的熱加工的溫度在100℃到205℃之間。
13.用權(quán)利要求1中的方法制造的食品。
14.如權(quán)利要求13所述的食品，其特征在于，所述食品包括馬鈴薯。
15.如權(quán)利要求14所述的食品，其特征在于，所述食品包括薯片。
16.一種降低熱加工食品中的丙烯酰胺的方法，這種方法包括以下步驟(a)提供含有天冬酰胺的食品配料；(b)使含有天冬酰胺的食品配料與天冬酰胺酶接觸；(c)在食品混合物中將所述食品配料用作一種成分；和(d)將所述食品混合物加熱以形成熱加工食品。
17.如權(quán)利要求16所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，所述食品配料主要包括碳水化合物。
18.如權(quán)利要求16所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，所述食品配料選自包括大米、小麥、玉米、大麥、大豆、馬鈴薯和燕麥的組。
19.如權(quán)利要求16所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，所述食品配料包括馬鈴薯。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)中的使含有天冬酰胺的食品配料與天冬酰胺酶接觸是在出現(xiàn)單糖的情況下進(jìn)行。
21.如權(quán)利要求20所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，所述單糖包括葡萄糖。
22.如權(quán)利要求20所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，在所述步驟(d)將所述食品混合物加熱到最低80℃的溫度。
23.如權(quán)利要求20所述的降低熱加工食品中的丙烯酰胺的形成的方法，其特征在于，在所述步驟(d)對(duì)所述食品混合物進(jìn)行的熱加工的溫度在100℃到205℃之間。
24.用權(quán)利要求16中的方法制造的食品。
25.如權(quán)利要求24所述的食品，其特征在于，所述食品包括馬鈴薯。
26.如權(quán)利要求25所述的食品，其特征在于，所述食品包括薯片。
全文摘要
降低熱加工食品中的丙烯酰胺量的方法和裝置。本發(fā)明能夠制造丙烯酰胺水平大大降低的食品。本方法依賴于阻礙丙烯酰胺形成的途徑，這種丙烯酰胺形成途徑以天冬酰胺氨基酸開始。
文檔編號(hào)A23L1/214GK1681395SQ03822446
公開日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2003年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月19日
發(fā)明者文森特·艾倫·艾爾德, 約翰·喬治亞·弗徹, 亨瑞·金-航·梁 申請(qǐng)人:福瑞托-雷北美有限公司