專利名稱：在熱加工食品中降低丙烯酰胺的形成的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在熱加工的食品中降低丙烯酰胺量的方法。本發(fā)明能夠在制備食品過程中使丙烯酰胺的量顯著降低。這種方法依賴于在小吃食品的制作中使用一種或多種經(jīng)選擇的氨基酸。
2.現(xiàn)有技術的描述化學制品丙烯酰胺一直以聚合物的形式應用在工業(yè)中，它可用于水處理、濃縮油回收、造紙、絮凝劑、增稠劑、礦石處理和免燙纖維制品。丙烯酰胺作為一種白色結晶固體是無味的，并具有高水溶性(在30℃時為2155g/L)。丙烯酰胺的同系物包括2-丙烯酰胺、乙烯基羰基酰胺、丙烯酸酰胺、乙烯酰胺、和丙烯酸酰胺。丙烯酰胺的分子量為71.08，熔點為84.5℃，以及在25mmHg下沸點為125℃。
最近，許多食品被檢測出對丙烯酰胺單體呈陽性。特別是在被高溫加熱或加工的碳水化合物食品中發(fā)現(xiàn)有丙烯酰胺。經(jīng)檢測對丙烯酰胺呈陽性的食品的例子包括咖啡、谷類食品、曲奇、薯片、餅干、油炸馬鈴薯條、面包和面包卷以及沾滾上面包屑的炸肉。通常，在加熱處理的蛋白質(zhì)豐富的食品中，丙烯酰胺的含量相對低，而在碳水化合物豐富的食品中，丙烯酰胺的含量相對高，相對而言，在未加熱和煮制食品中其含量小到無法測出。據(jù)報道，在各種以類似方法處理的食品中，所發(fā)現(xiàn)的丙烯酰胺含量為對于馬鈴薯片，丙烯酰胺含量的范圍為330-2,300(μg/kg)；對于炸土豆片，丙烯酰胺含量的范圍為300-1100(μg/kg)；對于玉米片，丙烯酰胺含量的范圍為120-180(μg/kg)，在早餐谷物食品中，丙烯酰胺的量可以由小到無法測出到1400(μg/kg)。
目前相信丙烯酰胺的形成是由于氨基酸和還原糖的存在。例如，據(jù)信多數(shù)油炸食品中發(fā)現(xiàn)的丙烯酰胺是由游離的天冬酰胺(asparagine)與游離的還原糖反應而產(chǎn)生的，天冬酰胺是一種通常存在于生蔬菜中的氨基酸。在生的馬鈴薯中，天冬酰胺的量占游離氨基酸總量的大約40％，在高蛋白黑麥中大約為18％，在小麥中大約為14％。
丙烯酰胺還可能由天冬酰胺以外的氨基酸形成，但是還不確定。例如，據(jù)報道，通過將谷氨酸，蛋氨酸，半胱氨酸以及天冬氨酸作為前體進行試驗發(fā)現(xiàn)有一些丙烯酰胺。這些發(fā)現(xiàn)很難被證實，然而，這可能歸因于在原始氨基酸中天冬酰胺不純。盡管如此，天冬酰胺已被認定為是氨基酸前體，在丙烯酰胺的形成中起主要作用。
由于丙烯酰胺在食品中存在是最近發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，所以其形成機理還尚未確定。然而，據(jù)信丙烯酰胺形成最有可能是由于麥拉德(Maillard)反應。在食品化學中，麥拉德反應一直以來被認為是食品處理過程中的最重要的反應之一，它可以影響到食品的風味、色澤以及營養(yǎng)價值。麥拉德反應需要熱量、濕度、還原糖以及氨基酸。
麥拉德反應是一個涉及許多中間物質(zhì)的復雜反應，但是通常來說包括三個步驟。第一個步驟包括將一種游離氨基(來源于游離氨基酸和/或蛋白質(zhì))和一種還原糖(如葡萄糖)化合，然后形成阿馬道萊(Amadori)或漢斯(Heyns)重排產(chǎn)物。第二個步驟包括通過不同的備選方式降低阿馬道萊或漢斯重排產(chǎn)物的量，所述方式包括降解、裂變、或是施特雷克爾(Strecker)降解。一系列復雜的反應包括脫水、消去、環(huán)化、裂變、以及分解，最后聚集成風味中間產(chǎn)物和風味化合物。第三個步驟的特征在于形成褐色的含氮聚合物和共聚物。使用麥拉德反應作為形成丙烯酰胺的可能路徑，圖1表示的是由天冬酰胺和葡萄糖開始而形成丙烯酰胺的簡化的可能路徑。
丙烯酰氨對于人類是否有害還不確定，但是它存在于食品中，尤其是以高的含量存在是不希望的。以前的記載中，在經(jīng)加熱或熱加工的食品中發(fā)現(xiàn)有相對較高濃度的丙烯酰氨。在上述食品中可以通過以下方式降低丙烯酰胺的量降低或除去可形成丙烯酰胺的前體物；在制備食品過程中抑制丙烯酰胺的形成；破壞或反應掉食品中形成的丙烯酰胺單體；或在消費之前排除食品中的丙烯酰胺?？衫斫獾?，為了完成上述任一種方式，每種食品都存在特定的問題。例如，如果不使用物理方法破壞細胞結構，以通過烹制賦予食品獨特的性質(zhì)，那么粘在一起的切片或烹制食品就可能不太容易與其它的添加物混合。對于特定食品的其他生產(chǎn)要求也同樣與降低丙烯酰胺的量形成矛盾或是十分困難。
舉例，圖2表示的是現(xiàn)有技術中公知的將生馬鈴薯制備為炸薯片的方法，含有大約重量百分比80％或更多水的生馬鈴薯，首先經(jīng)過去皮步驟21，生馬鈴薯皮被去除以后，被送到切片步驟22。切片步驟22中每一個薯片的厚度取決于最終產(chǎn)品所需的厚度?，F(xiàn)有技術中一個實例是將馬鈴薯切成大約0.053英寸厚。上述切片被運送到清洗步驟23，其中每一個切片的表層淀粉被水洗去。洗后的馬鈴薯切片又被送到烹制步驟24。烹制步驟24一般包括在一個連續(xù)的油炸器內(nèi)炸這些切片，例如在177℃下炸大約2.5分鐘。所述烹制步驟通常可使薯片的水分含量降至低于大約重量百分比2％。例如，離開油炸器的典型的油炸后的薯片的水分含量大約為重量百分比1.4％。所述烹制后的薯片然后被送至調(diào)味步驟25，其中調(diào)味料被放到一個轉鼓中。最后，調(diào)味后的薯片進行包裝步驟26。所述包裝步驟26通常包括將調(diào)味后薯片送到一個或多個稱重器稱重，然后將薯片導向一個或多個垂直式，填充，和密封機械以包裝在一個軟袋中。一旦包裝完成，產(chǎn)品將進入銷售并被消費者購買。
對如上所述的薯片制備過程中的一些步驟的微小調(diào)整可以顯著改變最終產(chǎn)品的性質(zhì)。例如，在清洗步驟23中，延長切片在水中的時間將導致切片內(nèi)的化合物浸出，而這些化合物賦予最終產(chǎn)品馬鈴薯的風味、顏色和質(zhì)感。在步驟24中，增加烹飪時間或增加加熱溫度會增加薯片中麥拉德褐變水平，同時降低水分含量。如果希望在油炸之前將其他成分混合入馬鈴薯切片，那就需要建立一些機制，以使加入的成分被吸收到切片內(nèi)部，而不會破壞薯片的細胞結構或是浸出切片中有益的化合物。
作為加熱食品的另一實例，對降低最終產(chǎn)品中的丙烯酰胺的量具有特別的要求的是，小吃也可以由面團制備。術語“合成小吃”意為一種小吃食品，其原料是其他成分，而不是原始的和未經(jīng)處理的淀粉原料。例如，合成小吃可以是利用脫水馬鈴薯作為原料的合成薯片和利用了濕潤粉糊(masa)面粉作為原料的玉米片。所述脫水馬鈴薯可以是馬鈴薯粉、馬鈴薯薄片、馬鈴薯粒、或其它任何以脫水形式存在的馬鈴薯。當上面任何一個術語在本申請中應用時，應該理解所有這些變化形式都被包括在內(nèi)。
再參照圖2，一種合成馬鈴薯片可以不需要去皮步驟21、切片步驟22、或是水洗步驟23。而是，合成馬鈴薯片可由，例如，馬鈴薯薄片開始，所述馬鈴薯薄片與水和其他輔料混合而形成的一個面團。這個面團其后被壓片以及在進行烹制步驟之前被切斷。烹制步驟包括炸或焙烤。然后所述切片送至調(diào)味步驟和包裝步驟。馬鈴薯面團的混合通常使它容易加入其它成分。相反，對于一個生的食品來說，如馬鈴薯切片，加入這種成分要求找到一種機制，這種機制允許這些成分滲透進入產(chǎn)品的細胞結構中。然而，在混合步驟中的任一成分的添加必須要考慮到這些成分可能會對面團的壓片特性，以及最終薯片的特性產(chǎn)生負面的影響。
需要開發(fā)一種或多種在加熱或熱加工的食品的最終產(chǎn)品中降低丙烯酰胺含量的方法。理想地，這樣的方法應該實質(zhì)上降低或去除最終產(chǎn)品中丙烯酰胺的量，而不會對最終產(chǎn)品的質(zhì)量和特性產(chǎn)生負面影響。另外，這種方法應該是容易實施的，優(yōu)選地，幾乎不或完全不增加生產(chǎn)成本。
發(fā)明概述在本發(fā)明的方法中，一種或多種經(jīng)選擇的氨基酸在烹制食品之前被添加到食品中，以降低丙烯酰胺的形成。氨基酸可以在磨粉、干燥混合、濕混合或其他混合過程中添加，使得氨基酸可以均勻存在于食品中。通過使生食品成分暴露在氨基酸中，例如浸泡，也可使氨基酸加入到生食品中。所述氨基酸可以以商業(yè)上可獲得的化學制品的形式存在，或可以以食品方式存在，在所述食品中氨基酸以游離的形式存在。在本發(fā)明的兩個實施例中，顯示了添加半胱氨酸或賴氨酸來減少丙烯酰胺的形成。也顯示了用經(jīng)選擇的其他氨基酸來減少丙烯酰胺的形成。
添加一種或多種經(jīng)選擇的氨基酸可有效地降低被加熱或熱加工的食品的最終產(chǎn)品中的丙烯酰胺的量，同時最低限度地影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和特性。另外，這種降低丙烯酰胺的方法一般是容易實施的，并幾乎不或完全不增加生產(chǎn)成本。


本發(fā)明的新穎的特征在所附的權利要求中被說明。但是，本發(fā)明本身，以及優(yōu)選的實施方式，其他的目的和優(yōu)點，在參照附圖進行閱讀時，將通過如下的示例性實施例的詳細描述而得到最好的理解，其中圖1是在食品中形成丙烯酰胺的可能的化學途徑的示意圖；圖2是現(xiàn)有技術中馬鈴薯片生產(chǎn)步驟的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，由馬鈴薯薄片、馬鈴薯粒或粉，制備合成馬鈴薯片的方法的示意圖；和圖4是添加半胱氨酸和賴氨酸對于合成馬鈴薯片的作用的圖示。
發(fā)明詳述氨基酸在丙烯酰氨形成中的作用在熱加工過程中形成丙烯酰胺需要一種碳源和一種氮源。假設碳源是由碳水化合物源提供，而氮源是由蛋白質(zhì)源或氨基酸源提供。很多植物性食品成分例如大米、小麥、玉米、大麥、大豆、馬鈴薯和燕麥都含有天冬酰胺，且大多的碳水化合物都含有少量氨基酸成分。典型地，這種食品成分具有一個小的氨基酸組，它除了天冬酰胺以外還含有其他氨基酸。
“熱加工過程”意為食品或食品成分在至少80℃的溫度下被加熱，其中的食品成分如食品成分的混合物。食品或食品成分的熱加工過程優(yōu)選地在大約100℃到205℃之間的溫度下進行。食品成分可以在最終食品產(chǎn)品形成之前，在較高的溫度下分別處理。一個熱加工的食品成分的實施例是馬鈴薯片，這種薯片是由生的馬鈴薯形成，形成方法是將馬鈴薯暴露于170℃的高溫下制得。(術語“馬鈴薯片”、“馬鈴薯?！薄⒑汀榜R鈴薯粉”在此可以互換，而且意指任何基于馬鈴薯的脫水產(chǎn)品)。其他熱加工的食品成分的例了包括經(jīng)加工的燕麥、部分煮制的和干燥的大米、烹制的大豆食品、玉米濕潤粉糊、焙烤咖啡豆和焙烤可可豆?？蛇x地，生的食品成分可以用來制備最終的食品，其中制備最終產(chǎn)品的過程包括加熱步驟。由加熱步驟獲得最終食品產(chǎn)品的一個原料加工的例子是，由生的馬鈴薯片通過在大約100℃到大約205℃下的油炸步驟來生產(chǎn)馬鈴薯片，或在相似溫度下油炸以生產(chǎn)炸土豆片。
但是，根據(jù)本發(fā)明，當還原糖存在時加熱天冬酰胺會明顯生成丙烯酰胺。當有還原糖例如葡萄糖存在時，加熱其他氨基酸例如賴氨酸和丙氨酸不會導致丙烯酰胺的形成。但是，令人意外的是，將其他的氨基酸添加到天冬酰胺-糖的混合物中會增加或減少丙烯酰胺的生成量。
已經(jīng)確定，在還原糖存在的情況下，加熱天冬酰胺會迅速形成丙烯酰胺，通過使天冬酰胺失活，可以減少熱加工的食品中的丙烯酰胺。“失活”是指從食品中除去天冬酰胺或使天冬酰胺在丙烯酰胺形成的過程中不反應，使天冬酰胺在丙烯酰胺形成的過程中不反應是通過將其轉化或與其他的化學物質(zhì)結合以阻礙由天冬酰胺形成丙烯酰胺。
I半胱氨酸、賴氨酸、谷氨酸(Glutamine)和甘氨酸(glycine)在丙烯酰胺形成中的作用由于天冬酰胺與葡萄糖反應生成丙烯酰胺，增加其它游離氨基酸的含量可能會影響天冬酰胺與葡萄糖的反應，從而減少丙烯酰胺的形成。實驗時，準備PH7.0的磷酸鈉緩沖液，溶解天冬酰胺(0.176％)和葡萄糖(0.4％)。其它四種氨基酸甘氨酸(GLY)、賴氨酸(LYS)、谷氨酸(GLN)、半胱氨酸(CYS)以與葡萄糖相同的摩爾濃度添加其中。采用正交試驗測定了所有的添加氨基酸的所有可能的組合的情況。溶液在120℃下加熱40分鐘，然后測定丙烯酰胺。下表1顯示氨基酸含量和結果。

表1
如上表所示，在無其他氨基酸的情況下，葡萄糖和天冬酰胺會生成1679ppb的丙烯酰胺。添加的氨基酸產(chǎn)生了三種類型的作用1)半胱氨酸幾乎消除丙烯酰胺的生成。所有添加半胱氨酸的反應產(chǎn)生的丙烯酰胺少于大約25ppb(減少98％)。
2)賴氨酸和甘氨酸可以減少丙烯酰胺的生成，但效果不如半胱氨酸。所有添加賴氨酸和/或甘氨酸，但無谷氨酸和半胱氨酸的反應生成的丙烯酰胺小于大約220ppb(減少85％)。
3)令人驚奇地，谷氨酸使丙烯酰胺的生成量增加到5378ppb(增加20％)。谷氨酸和半胱氨酸一起不生成丙烯酰胺。在谷氨酸中添加甘氨酸和賴氨酸則減少丙烯酰胺的生成。
這些實驗顯示了半胱氨酸、賴氨酸、甘氨酸在減少丙烯酰胺方面的作用。然而，由谷氨酸的結果可以看出不是所有的氨基酸都可以減少丙烯酰酸的生成。半胱氨酸、賴氨酸、或甘氨酸與另一種單獨的氨基酸混合可加速丙烯酰胺的生成(如谷氨酸)，就像減少丙烯酰胺生成的程度一樣。
II.半胱氨酸、賴氨酸、谷氨酸和蛋氨酸在不同濃度和溫度下的作用如上所述，當添加與葡萄糖相同摩爾濃度的半胱氨酸和賴氨酸時會減少丙烯酰胺的生成量。一個后續(xù)實驗用來回答如下問題1)濃度降低的半胱氨酸、賴氨酸、谷氨酸和蛋氨酸對丙烯酰胺的生成會如何產(chǎn)生作用？2)在加熱溫度為120℃和150℃時，添加的半胱氨酸和賴氨酸所產(chǎn)生的作用是否相同？準備PH7.0的磷酸鈉緩沖液溶解天冬酰胺(0.176％)和葡萄糖(0.4％)。添加兩種濃度的氨基酸(半胱氨酸(CYS)、賴氨酸(LYS)、谷氨酸(GLN)或蛋氨酸(MET))。這兩種濃度為0.2摩爾氨基酸/摩爾葡萄糖和1.0摩爾氨基酸/摩爾葡萄糖。在一半的試驗中，2ml的溶液在120℃下加熱40分鐘；在另一半的試驗中，2ml的溶液在150℃下加熱15分鐘。加熱后用GC-MS測定丙烯酰胺，結果顯示在表2中。以不添加氨基酸的天冬酰胺和葡萄糖的溶液作為對照組。

表2在使用半胱氨酸和賴氨酸的實驗中，在120℃下40分鐘后，對照組生成的丙烯酰胺為1332ppb，在150℃下15分鐘后為3127ppb。半胱氨酸和賴氨酸在120℃和150℃下均可減少丙烯酰胺的生成，減少的程度大致與添加的半胱氨酸或賴氨酸的濃度成正比。
在使用谷氨酸和蛋氨酸的實驗中，在120℃下40分鐘后，對照組生成的丙烯酰胺為1953ppb，在150℃下15分鐘后為3866ppb。谷氨酸在120℃和150℃下均可增加丙烯酰胺的生成量。蛋氨酸在0.2mol/ml葡萄糖的濃度下不影響丙烯酰胺的生成。蛋氨酸在1.0mol/ml葡萄糖的濃度下減少大約小于50％的丙烯酰胺的生成。
III.十九種氨基酸在葡萄糖和天冬酰胺的溶液中對丙烯酰胺的形成的作用上面已經(jīng)描述了四種氨基酸(賴氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸和谷氨酸)對丙烯酰胺的形成的作用。也測試了另外15種氨基酸。準備一個PH7.0的磷酸鈉緩沖液溶解天冬酰胺(0.176％)和葡萄糖(0.4％)。分別添加15種與葡萄糖摩爾濃度相同的氨基酸。以不添加其它氨基酸的天冬酰胺和葡萄糖的溶液作為對照組。溶液在120℃下加熱40分鐘后用GC-MS測定丙烯酰胺的含量。結果如以下的表3。

表3如上表所示，所有15種氨基酸中沒有任何一種在減少丙烯酰胺生成方面如半胱氨酸、賴氨酸或甘氨酸一樣有效。其中9種可將丙烯酰胺減少到相當于對照組的22-78％之間的水平，而6種氨基酸可增加丙烯酰胺的生成到相當于對照組的111-150％之間的水平。
下表4總結所有氨基酸的結果，按氨基酸的有效性大小來進行排序。半胱氨酸、賴氨酸和甘氨酸是有效的抑制劑，可使丙烯酰胺的生成量減少到小于對照組的15％。其后的9種氨基酸是較弱的抑制劑，可使丙烯酰胺的生成量減少到對照組的22-78％之間。接下來的7種氨基酸會增加丙烯酰胺的生成。谷氨酸增加的程度最高，顯示為對照組的320％。

表4
IV在馬鈴薯薄片中添加750ppm的L-半胱氨酸在實驗馬鈴薯片中添加750ppm(百萬分比)的L-半胱氨酸。對照組馬鈴薯片不含有添加的L-半胱氨酸。將3g馬鈴薯薄片稱重裝入一個玻璃瓶。蓋緊蓋子之后，將玻璃瓶在120℃下加熱15或40分鐘。用GC-MS測定丙烯酰胺，以十億分比(ppb)為單位。

表5V.制備焙烤馬鈴薯片根據(jù)上述結果，本發(fā)明的優(yōu)選實施例是在合成小吃食品的配方中添加半胱氨酸或賴氨酸，本例中的合成小吃食品指的是焙烤的合成馬鈴薯片。制備該產(chǎn)品的過程如圖3所示。在面團制備步驟31中，馬鈴薯薄片、水和其他成分被混合在一起做成面團(術語“馬鈴薯薄片”和“馬鈴薯粉”在這里是可互換的，且包括所有干燥的薄片或粉狀物，而不計較其大小尺寸)。在壓片步驟32中，將面團送入可以使其扁平的壓片機，然后被切成離散的薄片。在烹制步驟33中，切好的薄片要進行焙烤，直到達到預期的色澤和水份含量。然后將得到的薯片在調(diào)味步驟34中進行調(diào)味，并在包裝步驟35中進行包裝。
本發(fā)明的第一個實施例通過使用上述制備過程來顯示。為了詳細說明該實施例，還在對照組和試驗批次之間進行比較，在所述試驗中，添加了三種不同濃度之一的半胱氨酸和一種濃度的賴氨酸。下表6顯示了在不同的批次中所使用的成分。

表61預計氨基酸的D-異構體或氨基酸的D-和L-異構體兩者的外消旋混合物是等效的，盡管L-異構體可能是最好和最便宜的來源。
在所有批次實驗中，首先將干的成分混合，然后分別添加油并混合。半胱氨酸或賴氨酸事先溶解在水中，然后添加到面團里。壓片前面團的水份含量以重量計為40～45％。面團被送去壓片，制成厚度為0.020到0.030英寸之間的薄片，然后切成薯片尺寸的薄片，并焙烤。
烹制以后，測定水分、油脂，并根據(jù)HUNTER L-A-B色差系統(tǒng)測定色澤。對樣品進行測試，以獲得成品中的丙烯酰胺含量。下表7顯示這些分析結果。

表7在對照薯片中，烹制結束后丙烯酰胺的含量為1030ppb。所有不同含量的測定結果顯示，添加半胱氨酸和賴氨酸都可以顯著地減少丙烯酰胺的生成量。圖4顯示了得到的丙烯酰胺含量的圖示。
在面團中添加半胱氨酸或賴氨酸可以顯著減少成品中丙烯酰胺的含量。添加半胱氨酸的樣品結果顯示丙烯酰胺的減少量與半胱氨酸的添加量大致成正比。但是必須考慮到的是，在制備過程中添加氨基酸對最終產(chǎn)品的特性(如色澤、味道和質(zhì)地)會產(chǎn)生間接影響。
還使用添加半胱氨酸、賴氨酸，和所述兩種氨基酸中的任一種與CaCl2的混合物來進行另外的試驗。這些試驗采用與上述試驗相同的程序，但所使用的馬鈴薯薄片中含有不同含量的還原糖和不同含量的氨基酸和CaCl2的混合物。在下表8中，組1的馬鈴薯薄片的還原糖含量為0.81％(表的這一部分重現(xiàn)了上述試驗的結果)，組2的還原糖含量為1.0％，組3的還原糖含量為1.8％。

表8如本表數(shù)據(jù)所顯示，對于被測的每一種不同含量的還原糖，添加半胱氨酸或賴氨酸都會顯著增加丙烯酰胺的生成量。而賴氨酸和氯化鈣的混合物卻幾乎完全消除生成的丙烯酰胺，盡管這個結果是在還原糖含量最高的時候測定的。
VI.切片的油炸馬鈴薯片的試驗使用由馬鈴薯切片所得到的馬鈴薯片也可以產(chǎn)生一個相似的結果。然而，這些所希望的氨基酸并不能如同上述實施例那樣簡單地與馬鈴薯切片混合，因為這樣有可能會破壞切片的完整性。在一個實施例中，馬鈴薯切片被浸入一個含有所希望的氨基酸添加劑的水溶液中，浸泡足夠的時間使得氨基酸可以滲透進馬鈴薯切片的細胞結構中。這可以，例如，在如圖2所示的清洗步驟23期間進行。
下表9顯示在如上面圖2所示的步驟23中添加1％的半胱氨酸進行清洗處理的結果。所有的清洗都是在室溫下和所指示的時間內(nèi)進行；對照組的處理則沒有在水中添加任何物質(zhì)。所述薯片在178℃下在所指示的時間內(nèi)于棉花子油中進行油炸。

表9如上表所示，將厚度為0.53英寸的馬鈴薯切片浸泡在含有1Wt％半胱氨酸的水溶液中，可以將最終產(chǎn)品的丙烯酰胺的含量顯著降低到100-200ppb。
本發(fā)明還證實了將半胱氨酸添加到玉米面團(或濕潤粉糊)中制備玉米片的作用。在磨粉的過程中將溶解的L-半胱氨酸添加到煮制的玉米中，使得半胱氨酸在磨粉期間均勻的分散在濕潤粉糊中。添加600ppm的L-半胱氨酸可以使丙烯酰胺的生成量從對照樣品中的190ppb下降到經(jīng)L-半胱氨酸處理的產(chǎn)品中的75ppb。
任何數(shù)量的氨基酸都可以應用到本發(fā)明公開的方案中，只要這些附加的成分可以對產(chǎn)品起到間接的調(diào)節(jié)作用，如改變食品的色澤、口感和質(zhì)地。盡管所有顯示的例子都是使用α-氨基酸(其中NH2基團附著在α-碳原子上)，但申請人預期其他異構體如β-氨基酸或γ-氨基酸也能應用其中，雖然β-氨基酸和γ-氨基酸不常用作食品添加劑。本發(fā)明的優(yōu)選實施例是使用半胱氨酸、賴氨酸、和/或甘氨酸。但是，其他氨基酸如組氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸和精氨酸也可以使用。這些氨基酸，尤其是半胱氨酸、賴氨酸和甘氨酸，通常是相對便宜的并且被廣泛地用作食品添加劑。這些優(yōu)選的氨基酸可以單獨或是混合使用，以減少最終產(chǎn)品中丙烯酰胺的含量。另外，所述氨基酸可以在加熱前通過以下方式添加到食品中通過添加商業(yè)上可獲得的氨基酸到食品的原料中，或是添加含有高含量游離氨基酸的另一種食品成分。例如，酪蛋白含有游離的賴氨酸，凝膠含有游離的甘氨酸。因此，當申請人指出一種氨基酸被添加到食品配方中時，應該理解為這種氨基酸可以作為商業(yè)上可獲得的氨基酸來添加或是作為含有游離氨基酸的食品來添加，所述含有游離氨基酸的食品中的天冬酰胺的含量大于食品中本身的天冬酰胺含量。
添加到食品中以將丙烯酰胺的含量減少到可以接受的水平的氨基酸的用量，可以通過及種方式表示。出于商業(yè)需要，與未作處理的產(chǎn)品來比，需要添加的氨基酸的量，要足夠將丙烯酰胺的最終生成量減少百分之二十(20％)。較為優(yōu)選的，丙烯酰胺的減少量要達到百分之三十五到百分之九十五(35-95％)。更為優(yōu)選的，丙烯酰胺的減少量要達到百分之五十到百分之九十五(50-95％)。一個使用半胱氨酸的優(yōu)選實施例中，已經(jīng)確定，添加至少100ppm的半胱氨酸可以有效減少丙烯酰胺的生成。因此，優(yōu)選的半胱氨酸的用量范圍是100-10000ppm，最優(yōu)選的用量是大約1000ppm。在使用其他有效的氨基酸的優(yōu)選實施例中，如賴氨酸和甘氨酸，所添加的氨基酸和產(chǎn)品中的還原糖的摩爾比在至少0.1比1(0.1∶1)的范圍內(nèi)可以有效減少丙烯酰胺的生成。更優(yōu)選地，所添加的氨基酸和還原糖的摩爾比的范圍在0.1∶1到2∶1之間，最優(yōu)選的比率是1∶1。
所選的氨基酸減少丙烯酰胺生成的機制現(xiàn)在還不確定。可能的機制包括前體的反應和烯釋之間的競爭，這樣會導致丙烯酰胺生成量減少，以及丙烯酰胺的反應機制被打破?？赡艿臋C制包括(1)抑制麥拉德反應，(2)消耗葡萄糖和其他還原糖，和(3)與丙烯酰胺反應。具有一個游離硫醇基的半胱氨酸，在麥拉德反應中扮演著抑制劑的角色。由于丙烯酰胺被認為是由天冬酰胺通過麥拉德反應而得，因此，半胱氨酸應該降低麥拉德反應的速率并減少丙烯酰胺的生成。賴氨酸和甘氨酸會與葡萄糖和其他還原糖快速反應。如果還原糖被賴氨酸和甘氨酸消耗掉，那么就有較少的還原糖去與天冬酰胺反應來生成丙烯酰胺。氨基酸的氨基可以與丙烯酰胺的雙鍵反應，這是一個麥拉德的副反應。而半胱氨酸的游離硫醇基也可以與丙烯酰胺的雙鍵反應。
應該理解添加氨基酸也可對最終產(chǎn)品的特性產(chǎn)生不利影響，如色澤、口感和質(zhì)地。根據(jù)本發(fā)明，這些特性的改變可以通過許多其他的方式進行補償。例如，馬鈴薯片的色澤可以通過控制原料中糖的量來進行調(diào)整?？梢栽谧罱K產(chǎn)品中添加不同的風味劑來改善其風味。產(chǎn)品的物理質(zhì)地也可以調(diào)整，如，添加發(fā)酵劑或是各種乳化劑。
參照一些實施例，本發(fā)明已經(jīng)進行了具體的描述，對于本領域技術人員來說，可以不偏離本發(fā)明的精神和范圍，而提出其他通過使用一種氨基酸添加到需熱加工的食品中米減少丙烯酰胺的生成量的方法。例如，本發(fā)明的方法已經(jīng)公開了可應用于馬鈴薯和玉米制品，那么這種方法也可以應用于由大麥、小麥、黑麥、大米、燕麥、粟米和其他淀粉谷物制備食品的方法中，以及另外包括其他含有天冬酰胺和還原糖的食品，例如，甜土豆、洋蔥和其他蔬菜。此外，本發(fā)明的方法已經(jīng)示例用于馬鈴薯片和玉米片中，但也可以應用到其他許多食品的制備中，例如其他類型的小吃、谷物食品、曲奇、餅干、硬脆餅干、面包和面包卷以及粘滾上面包屑的肉。在許多這些食品中，氨基酸可以在用于制備食品的面團的混合期間添加，使得氨基酸在食品的烹制過程中起作用，從而減少丙烯酰胺的生成量。另外，添加氨基酸的方法也可以與其他能減少丙烯酰胺的方法結合起來使用，從而使產(chǎn)生的丙烯酰胺的量可以被接受，而且不影響食品的口味、色澤或氣味，其他特性。
權利要求
1.一種降低含有游離的天冬酰胺和單糖的熱加工的食品中的丙烯酰胺含量的方法，所述方法包括以下步驟(a)添加一種含有游離氨基酸的成分于食品產(chǎn)品中，其中所述成分的添加量要足以使所述熱加工的食品中的丙烯酰胺的最終含量減少到一個可以接受的水平；(b)熱加工所述食品產(chǎn)品。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟(a)中所述成分的添加量足以將所述熱加工的食品中的丙烯酰胺的最終含量降低至少20％。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟(a)中所述成分的添加量足以將所述熱加工的食品中的丙烯酰胺的最終含量降低至少35％。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟(a)中所述成分的添加量足以將所述熱加工的食品中的丙烯酰胺的最終含量降低至少50％。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟(a)中所述成分的添加量足以將所述熱加工的食品中的丙烯酰胺的最終含量降低至少65％。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟(a)添加至少100ppm的半胱氨酸。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟(a)添加大約1000ppm的半胱氨酸。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟(a)添加多至10000ppm的半胱氨酸。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟(a)在所述食品中添加至少0.1摩爾氨基酸/每摩爾還原糖。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟(a)在所述食品中添加大約1.0摩爾氨基酸/每摩爾還原糖。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟(a)在所述食品中添加多至2.0摩爾氨基酸/每摩爾還原糖。
12.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述游離氨基酸選自以下的組，包括半胱氨酸、賴氨酸、甘氨酸、組氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸和精氨酸。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟(a)在所述食品產(chǎn)品中添加一種商業(yè)上可獲得的氨基酸。
14.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟(a)在所述食品產(chǎn)品中添加一種含有游離氨基酸的食品。
15.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述添加步驟(a)中，所述食品被浸泡在含有所述成分的溶液中。
16.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述成分與其他成分混合制成面團。
17.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述烹制步驟(b)包括炸所述食品產(chǎn)品。
18.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述烹制步驟(b)包括焙烤所述食品產(chǎn)品。
19.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加步驟(a)還包括在所述食品產(chǎn)品中添加一種含鈣的成分。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于，所述含鈣的成分包括氯化鈣。
21.由權利要求1所述方法制備的熱加工的食品。
22.一種在合成食品產(chǎn)品中減少丙烯酰胺生成的方法，所述方法包括以下步驟(a)添加一種含有游離氨基酸的成分于用于制備合成食品產(chǎn)品的混合物中，其中所述成分的添加量要足以使所述合成食品產(chǎn)品中的丙烯酰胺的最終含量減少到預定的水平；(b)熱加工所述混合物。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述游離氨基酸選自以下的組，包括半胱氨酸、賴氨酸、甘氨酸、組氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸和精氨酸。
24.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述添加步驟(a)將商業(yè)上可獲得的氨基酸添加到所述混合物中。
25.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述添加步驟(a)將含有游離氨基酸的食品添加到所述混合物中。
26.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述烹制步驟(b)包括炸所述食品產(chǎn)品。
27.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述烹制步驟(b)包括焙烤所述食品產(chǎn)品。
28.由權利要求22所述方法制備的合成食品產(chǎn)品。
29.一種制備合成馬鈴薯片的方法，所述方法包括以下步驟(a)準備一個含有馬鈴薯薄片、水和含有游離氨基酸成分的面團，其中所述成分的添加量要足以使所述合成馬鈴薯片中的丙烯酰胺的最終含量減少到預定的水平；(b)將所述混合物進行壓片和切斷以形成切片；(c)熱加工所述切片以形成薯片。
30.根據(jù)權利要求29所述的方法，其特征在于，所述游離氨基酸選自以下的組，包括半胱氨酸、賴氨酸、甘氨酸、組氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸和精氨酸。
31.根據(jù)權利要求29所述的方法，其特征在于，所述熱加工步驟(a)包括焙烤。
32.根據(jù)權利要求29所述的方法，其特征在于，所述熱加工步驟(c)包括炸。
33.根據(jù)權利要求29所述的方法，還包括步驟(d)對所述合成薯片進行調(diào)味。
34.根據(jù)權利要求29所述的方法，還包括步驟(d)對所述合成薯片進行包裝。
35.由權利要求29所述方法制備的合成馬鈴薯片。
36.一種制備馬鈴薯片的方法，所述方法包括以下步驟(a)將生的馬鈴薯切片以形成馬鈴薯片；(b)將所述馬鈴薯片浸泡在含有氨基酸的溶液中，所述氨基酸的含量足以使所述馬鈴薯片中的丙烯酰胺的含量減少到可接受的水平；(c)熱加工所述切片以形成薯片。
37.根據(jù)權利要求36所述的方法，其特征在于，所述氨基酸選自以下的組，包括半胱氨酸、賴氨酸、甘氨酸、組氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸和精氨酸。
38.根據(jù)權利要求36所述的方法，其特征在于，所述熱加工步驟(a)包括焙烤。
39.根據(jù)權利要求36所述的方法，其特征在于，所述熱加工步驟(c)包括炸。
40.根據(jù)權利要求36所述的方法，其特征在于，所述浸泡步驟(b)將最終丙烯酰胺的含量減少至少20％。
41.根據(jù)權利要求36所述的方法，其特征在于，所述浸泡步驟(b)將最終丙烯酰胺的含量減少至少50％。
42.由權利要求36所述方法制備的馬鈴薯片。
43.一種制備玉米片的方法，所述方法包括以下步驟(a)準備一個含有玉米、水和含有游離氨基酸的成分的混合物，其中，所述含有游離氨基酸的成分的量要足以使所述玉米片中的丙烯酰胺的生成減少到預定的水平；(b)將所述混合物進行壓片和切斷以形成切片；和(c)熱加工所述切片。
44.根據(jù)權利要求43所述的方法，其特征在于，所述氨基酸選自以下的組，包括半胱氨酸、賴氨酸、甘氨酸、組氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸和精氨酸。
45.根據(jù)權利要求43所述的方法，其特征在于，所述熱加工步驟(c)包括焙烤。
46.根據(jù)權利要求43所述的方法，其特征在于，所述熱加工步驟(c)包括炸。
47.根據(jù)權利要求43所述的方法，還包括步驟(d)將所述玉米片進行調(diào)味。
48.根據(jù)權利要求43所述的方法，還包括步驟(d)將所述玉米片進行包裝。
49.一種由權利要求43所述方法制備的玉米片。
全文摘要
在合成的、熱加工的小吃食品中，在食品的配方中添加一種可選的氨基酸來抑制熱加工過程中丙稀酰胺的形成。所述氨基酸可選自以下的組半胱氨酸、賴氨酸、甘氨酸、組氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸和精氨酸，它們可以是以商業(yè)上可獲得的形式或是以食品添加成分中的游離形式。將氨基酸添加到合成的食品中可以是在混合階段，或是通過將未加工的食品浸泡在含有一定濃度氨基酸的溶液中來進行。
文檔編號A23L1/216GK1753623SQ200480004854
公開日2006年3月29日 申請日期2004年2月6日 優(yōu)先權日2003年2月21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, 邁克爾·格瑞特·托普 申請人:福瑞托-雷北美有限公司