Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанных пищевых продуктах
Изобретение относится к способу уменьшения количества акриламида в термически обработанных пищевых продуктах. Для подавления образования акриламида во время термической обработки к рецептуре пищевого продукта добавляют один катион, выбранный из группы двухвалентных или трехвалентных катионов. Катион может происходить из группы, включающей соли кальция, магния, алюминия, меди и железа. Изобретение позволяет оптимизировать уровень катионов при уменьшении уровня акриламида. 6 н. и 35 з.п. ф-лы, 2 ил., 7 табл.
Перекрестные ссылки на родственные заявки
Данная заявка является частичным продолжением рассматриваемой заявки на Патент США №10/247504, поданной 19 сентября 2002 г.
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 добавлении двухвалентного или трехвалентного катиона, такого, какие имеются в солях кальция, магния, меди, железа, цинка или алюминия, к рецептуре теста пищевого продукта.
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 необнаруженными уровнями в нагретых и отваренных пищевых продуктах. Согласно имеющейся информации, уровни акриламида, обнаруженные 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 необнаружимого 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 реакции 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 азотсодержащих 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 смешанны 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 другого примера нагреваемого пищевого продукта, предъявляющего особые требования к уменьшению уровней акриламида в готовом продукте, можно рассмотреть сухие закуски, которые могут быть искусственно изготовленными. 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.
Производство искусственно изготовленных картофельных чипсов начинается, например, с картофельных хлопьев, которые смешиваются 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, такие как вкус, текстура и цвет.
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.
Известно решение по заявке США US 2002/0015759 "Диетически сбалансированная традиционная закуска", которое можно рассматривать как наиболее близкий аналог, однако оно не достигает указанной цели.
Краткое изложение сущности изобретения
В предлагаемом в данном изобретении технологическом процессе двухвалентный или трехвалентный катион или совокупность таких катионов добавляется к искусственно изготовленному пищевому продукту до начала кулинарной обработки с целью уменьшить образование акриламида. Двухвалентный или трехвалентный катион можно добавлять во время помола, сухого перемешивания, мокрого перемешивания или какого-либо иного введения примесей таким образом, чтобы катион присутствовал во всем пищевом продукте. В предпочтительных вариантах выполнения изобретения добавленный катион может быть выбран из группы, содержащей соли кальция, магния и алюминия и, менее желательно, соли железа, цинка и меди. Катион добавляется к тесту в количестве, достаточном для того, чтобы уменьшить образование акриламида в конечном продукте до требуемого уровня.
Добавление двухвалентных или трехвалентных катионов 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 катиона 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 предполагаемых химических путей образования акриламида;
Фиг.2 - схема способа производства искусственно изготовленных картофельных чипсов из картофельных хлопьев, гранул или муки в соответствии с одним из вариантов выполнения данного изобретения.
Подробное описание изобретения
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.
В данном изобретении это достигается путем добавления двухвалентного или трехвалентного катиона к рецептуре сухой закуски до начала кулинарной или термической обработки сухой закуски. Химикам понятно, что катионы не существуют в изоляции, но находятся в присутствии аниона, имеющего ту же валентность. Хотя здесь рассматривается соль, содержащая двухвалентный или трехвалентный катион, считается, что именно катион, присутствующий в соли, обеспечивает уменьшение образования акриламида вследствие уменьшения растворимости аспарагина в воде. В данном описании эти катионы также называются катионом с валентностью не менее двух. Интересно, что катионы с валентностью, равной единице, оказались неэффективными, если их использовать, как предлагается в данном изобретении. При выборе подходящего соединения, содержащего катион с валентностью не менее двух в сочетании с анионом, учитывались такие факторы, как растворимость в воде, безопасность пищевого продукта и наименьшее изменение характеристик конкретного пищевого продукта. Возможно использование сочетания различных солей, хотя здесь они рассматриваются только как отдельные соли.
Химики говорят о валентности атома как о мере его способности соединяться с другими элементами. В частности, двухвалентный атом обладает способностью образовывать две ионные связи с другими атомами, а трехвалентный атом может образовать три ионные связи с другими атомами. Катион представляет собой положительно заряженный ион, т.е. атом, который потерял один или несколько электронов, в результате чего получил положительный заряд. Значит, двухвалентный или трехвалентный катион представляет собой положительно заряженный ион, который доступен для образования, соответственно, двух или трех ионных связей.
Для того чтобы проверить влияние двухвалентных или трехвалентных катионов на образование акриламида, можно использовать простую модель. Акриламид может образовываться при нагревании аспарагина и глюкозы в мольном соотношении 1:1. Количественные сравнения содержания акриламида при добавлении соли и без нее являются мерой способности соли ускорять или подавлять образование акриламида. Использовались два приготовленных образца и два способа нагрева. Один способ включал смешивание сухих компонентов, добавление одинакового количества воды и нагревание в неплотно закрытом сосуде. Концентрация реагентов увеличивалась во время нагревания, когда испарялась большая часть воды, что соответствовало условиям кулинарной обработки. При этом могут образовываться густые сиропы или вары, которые затрудняют извлечение акриламида. Результаты этих опытов представлены ниже в Примерах 1 и 2.
Второй способ предполагает использование герметичных сосудов и позволяет более точно контролировать эксперимент. Растворы испытуемых компонентов соединялись и нагревались под давлением. Испытуемые компоненты можно добавлять в тех концентрациях, в которых они встречаются в пищевых продуктах, а буферные вещества могут сделать рН как в обычных пищевых продуктах. В этих опытах вода не испаряется, что упрощает извлечение акриламида, как показано в представленном ниже Примере 3.
Пример 1.
Стеклянный сосуд объемом 20 мл, содержащий L-аспарагин моногидрат (0,15 г, 1 ммоль), глюкозу (0,2 г, 1 ммоль) и воду (0,4 мл) накрывался алюминиевой фольгой и нагревался в печи для газовой хроматографии (GC) по следующей программе: нагревание от 40° до 220°С со скоростью 20° в минуту, выдерживание 220°С в течение двух минут, а затем охлаждение от 220° до 40°С со скоростью 20° в минуту. Остаток извлекался при помощи воды и анализировался на содержание акриламида с использованием метода газовой хроматографии - масс-спектроскопии (GC-MS). При анализе было обнаружено приблизительно 10000 миллиардных долей акриламида. Два дополнительных сосуда, содержащих L-аспарагин моногидрат (0,13 г, 1 ммоль), глюкозу (0,2 г, 1 ммоль), безводный хлорид кальция (0,1 г, 1 ммоль) и воду (0,4 мл), нагревались и подвергались анализу. При анализе было обнаружено 7 и 30 миллиардных долей акриламида, что соответствовало более чем 99% уменьшение.
Имея неожиданные результаты, показывающие, что соли кальция значительно уменьшали образование акриламида, был проведен дополнительный отбор солей, и было обнаружено, что двухвалентные и трехвалентные катионы (магний, алюминий) оказывали аналогичное действие. Отмечается, что подобные эксперименты с добавленными катионами, т.е. 0,1/0,2 г бикарбоната натрия и карбоната аммония (в виде карбамата (соли карбаминовой кислоты) аммония и бикарбоната аммония) увеличивали образование акриламида, как видно из Таблицы 1.
| Таблица 1 | ||
| Соль | Микромоли, соль | Микромоли, акриламид после нагревания, миллиардные доли |
| Никакой (контроль) | 0 | 9857 |
| Бикарбонат натрия | 1200 | 13419 |
| Карбонат аммония | 1250 | 22027 |
| Карбонат аммония | 2500 | 47897 |
Пример 2.
Во втором эксперименте испытания проводились аналогично тому, как описывалось выше, но вместо безводного хлорида кальция использовались по два различных разведения кальция хлорида и магния хлорида. Сосуды, содержащие L-аспарагин моногидрат (0,15 г, 1 ммоль), глюкозу (0,2 г, 1 ммоль), смешивались с одним из следующих веществ:
0,5 мл воды (контроль)
0,5 мл 10% раствора хлорида кальция (0,5 ммоль),
0,05 мл 10% раствора хлорида кальция (0,05 ммоль)
и 0,45 мл воды,
0,5 мл 10% раствора хлорида магния (0,5 ммоль), или
0,05 мл 10% раствора хлорида магния (0,05 ммоль)
и 0,45 мл воды.
По два одинаковых образца нагревались и подвергались анализу, как описано в Примере 1. Результаты усреднялись, итог приведен в Таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| Соль | Добавленное количество, микромоли | Образование акриламида, микромоли | Уменьшение акриламида, % |
| Никакой (контроль) | 0 | 408 | 0 |
| Хлорид кальция | 450 | 293 | 27 |
| Хлорид кальция | 45 | 864 | отсутствие |
| Хлорид магния | 495 | 191 | 53 |
| Хлорид магния | 50 | 2225 | отсутствие |
Пример 3
Как говорилось выше, данный опыт не подразумевал потерю воды из сосуда, но проводился под давлением. Сосуды, содержащие 2 мл раствора следующих веществ в буфере (15 ммолей аспарагина, 15 ммолей глюкозы, 500 ммолей фосфата или ацетата) и 0,1 мл раствора соли (1000 ммолей), нагревались в бомбе Парра, помещенной в печь для газовой хроматографии, по следующей программе: нагревание от 40° до 150°С со скоростью 20° в минуту и выдерживание при 150°С в течение двух минут. Затем бомба вынималась из печи и охлаждалась в течение 10 минут. Содержимое извлекалось при помощи воды и анализировалось на содержание акриламида в соответствии с методами GC-MS. Для каждого сочетания рН и буферного вещества проводился контрольный опыт без добавления соли, а также опыт с тремя различными солями. Результаты двух одинаковых испытаний усреднялись, итог приведен в Таблице 3.
| Таблица 3 | |||||
| Соль | рН | Буферное вещество | Акриламид, мкг, с добавлением соли | Акриламид, мкг, контроль | Уменьшение акриламида, % |
| Хлорид кальция | 5,5 | ацетат | 337 | 550 | 19 |
| Хлорид кальция | 7,0 | ацетат | 990 | 1205 | 18 |
| Хлорид кальция | 5,5 | фосфат | 154 | 300 | 49 |
| Хлорид кальция | 7,0 | фосфат | 762 | 855 | 11 |
| Хлорид магния | 5,5 | ацетат | 380 | 550 | 16 |
| Хлорид магния | 7,0 | ацетат | 830 | 1205 | 31 |
| Хлорид магния | 5,5 | фосфат | 198 | 300 | 34 |
| Хлорид магния | 7,0 | фосфат | 773 | 855 | 10 |
| Калий алюминий сульфат | 5,5 | ацетат | 205 | 550 | 31 |
| Калий алюминий сульфат | 7,0 | ацетат | 453 | 1205 | 62 |
| Калий алюминий сульфат | 5,5 | фосфат | 64 | 300 | 79 |
| Калий алюминий сульфат | 7,0 | фосфат | 787 | 855 | 8 |
Из всех используемых солей наибольшее уменьшение произошло в опытах с использованием ацетата с рН 7,0 и фосфата с рН 5,5.
Пример 4
По результатам модельных испытаний были проведены мелкомасштабные лабораторные испытания, в которых хлорид кальция добавлялся к картофельным хлопьям перед нагреванием. Три миллилитра 0,4%, 2% или 10% раствора хлорида кальция добавлялись к 3 г картофельных хлопьев. В контрольном опыте 3 г картофельных хлопьев смешивались с 3 мл деионизированной воды. Хлопья смешивались до образования относительно однородной пасты, а затем нагревались в герметично закрытом стеклянном сосуде при температуре 120°С в течение 40 минут. После нагревания содержание акриламида измерялось при помощи методов GC-MS. До нагревания контрольная партия картофельных хлопьев содержала 46 миллиардных долей акриламида. Результаты испытаний отражены в Таблице 4.
| Таблица 4 | ||
| Смесь | Акриламид, миллиардные доли) | Уменьшение акриламида, % |
| Контроль (вода) | 2604 | отсутствие |
| 0,4% раствор CaCl2 | 1877 | 28 |
| 2% раствор CaCl2 | 338 | 76 |
| 10% раствор CaCl2 | 86 | 97 |
С учетом приведенных выше результатов были проведены испытания, в которых соль кальция добавлялась к рецептуре искусственно изготовленной сухой закуски, в данном случае, к искусственно изготовленным выпеченным картофельным чипсам. Процесс приготовления искусственно изготовленных выпеченных картофельных чипсов состоит из шагов, показанных на Фиг.2. На шаге 31 приготовления теста картофельные хлопья соединяются с водой, парой катион/анион (в данном случае хлоридом кальция) и другими второстепенными ингредиентами, которые тщательно перемешиваются для образования теста (снова термин "картофельные хлопья" охватывает здесь все сухие картофельные полуфабрикаты в виде хлопьев, гранул или порошка, независимо от размера частиц). На шаге 32 раскатывания/нарезания тесто прогоняется через раскатывающее устройство, которое сплющивает тесто, а затем оно нарезается на отдельные кусочки. На шаге 33 кулинарной обработки образовавшиеся кусочки подвергаются кулинарной обработке до достижения нужного цвета и содержания воды. В получившиеся в результате этого чипсы затем на шаге 34 кондиционирования добавляются специи, и они упаковываются на шаге 35 упаковки.
Первый вариант выполнения изобретения иллюстрируется на примере процесса приготовления искусственно изготовленных выпеченных картофельных чипсов, как описывалось выше. Для иллюстрации этого варианта выполнения производилось сравнение между контрольной и испытуемой партиями с использованием рецептуры и технологического процесса для теста для промышленно изготавливаемых искусственно приготрвленных выпеченных картофельных чипсов. Как испытуемая, так и контрольная партии приготавливались в соответствии с рецептурой, приведенной в Таблице 5. Единственная разница между партиями состояла в том, что испытуемая партия содержала хлорид кальция.
| Таблица 5 | ||
| Ингредиент | Контроль | Испытание CaCl2 |
| Картофельные хлопья и модифицированный крахмал | 5496 г | 5496 г |
| Сахар | 300 г | 300 г |
| Растительное масло | 90 г | 90 г |
| Разрыхлители | 54 г | 54 г |
| Эмульгаторы | 60 г | 60 г |
| Хлорид кальция (растворенный в воде) | 0 г | 39 г |
| Общая масса сухой смеси | 6000 г | 6039 г |
| Вода | 3947 мл | 3947 мл |
Во всех партиях сухие ингредиенты сперва перемешивались между собой, затем в каждую сухую смесь добавлялось растительное масло, и все перемешивалось. Хлорид кальция растворялся в воде до того, как его добавляли в тесто. Влажность теста до раскатывания составляла от 40% до 45% по весу. Тесто раскатывалось до толщины от 0,020 дюйма до 0,030 дюйма, нарезалось на кусочки по размеру чипсов и выпекалось.
После кулинарной обработки производились измерения влажности, содержания масла и цвета в соответствии со шкалой Хантера L-A-B. Образцы подвергались тестированию на содержание акриламида в конечном продукте. В представленной ниже Таблице 6 приведены результаты этих испытаний.
| Таблица 6 | |||
| Контроль | Испытание с CaCl2 | ||
| Н2O, % | 2,21 | 2,58 | |
| Растительное масло, % | 1,99 | 2,08 | |
| Акриламид, миллиардные доли | 1030 | 160 | |
| Цвет | L | 72,34 | 76,67 |
| А | 1,99 | -1,67 | |
| В | 20,31 | 24,21 |
Как показывают эти результаты, добавление хлорида кальция к тесту, при отношении по весу хлорида кальция к картофельным хлопьям приблизительно равно 1:125, значительно снижает уровень акриламида, находящегося в конечном продукте, при этом конечные уровни акриламида понижались с 1030 миллиардных долей до 160 миллиардных долей. Кроме того, оказалось, что добавление хлорида кальция не влияет на процентное содержание растительного масла и воды в конечном продукте. Однако отмечается, что CaCl2 может вызывать изменение вкуса, текстуры и цвета продукта в зависимости от используемого количества.
Уровень двухвалентных или трехвалентных катионов, которые добавляются к пищевому продукту для уменьшения содержания акриламида, может быть выражен несколькими способами. Для того чтобы этот уровень был экономически приемлемым, количество добавляемого катиона должно быть достаточным, чтобы снизить конечный уровень образовавшегося акриламида, по крайней мере, на 20%. Было бы предпочтительнее, чтобы уровень образовавшегося акриламида снизился на значение, находящееся в диапазоне от 35% до 95%. Было бы еще лучше, чтобы уровень образовавшегося акриламида снижался на значение, находящееся в диапазоне от 50% до 95%. Если выразить это иначе, то количество двухвалентных или трехвалентных катионов, которые необходимо добавить, может быть определено как отношение количества молей катиона к количеству молей свободного аспарагина, присутствующего в пищевом продукте. Отношение молей двухвалентного или трехвалентного катиона к молям свободного аспарагина должно быть, по крайней мере, один к пяти (1:5). Предпочтительнее, если это отношение составляет, по крайней мере, 1:3, а еще лучше, если оно составляет 1:2. В предпочтительном в настоящее время варианте выполнения изобретения отношение молей катионов к молям аспарагина находится приблизительно между 1:2 и 1:1. В случае использования магния, который оказывает на вкус меньшее влияние, чем кальций, мольное отношение катиона к аспарагину может достигать приблизительно 2:1. Были проведены дополнительные опыты, в которых использовалась та же процедура, что и описанная выше, но брались различные партии картофельных хлопьев, содержащие различные уровни редуцирующих сахаров, и добавлялись различные количества хлорида кальция. В представленной ниже Таблице 7 партия 1 картофельных хлопьев, которая использовалась в описанном выше опыте, содержала 0,81% редуцирующих сахаров, партия 2 содержала 1%, а партия 3 содержала 1,8% редуцирующих сахаров.
| Таблица 7 | ||||
| Добавленный CaCl2, г | Партия хлопьев | Конечная вложность, % по весу | Конечный цвет, значение L | Конечный уровень акриламида, миллиардные доли |
| 0 | 1 | 2,21 | 72,34 | 1030 |
| 39 | 1 | 2,58 | 76,67 | 160 |
| 0 | 2 | 1,80 | 73,35 | 464 |
| 0 | 2 | 1,61 | 72,12 | 1060 |
| 17,5 | 2 | 1,82 | 74,63 | 350 |
| 39 | 2 | 2,05 | 76,95 | 80 |
| 39 | 2 | 1,98 | 75,86 | 192 |
| 0 | 3 | 1,99 | 71,37 | 1020 |
| 0 | 3 | 1,71 | 72,68 | 599 |
| 0 | 3 | 1,69 | 71,26 | 1640 |
| 0 | 3 | 1,63 | 74,44 | 1880 |
| 39 | 3 | 1,89 | 76,59 | 148 |
| 39 | 3 | 1,82 | 75,14 | 275 |
Как видно из этой таблицы, добавление CaCl2 постоянно снижало уровень акриламида в конечном продукте, даже в том случае, когда отношение по весу добавленного CaCl2 к картофельным хлопьям составляло менее 1:250.
В описанном здесь изобретении можно использовать любое количество солей, которые образуют двухвалентный ли трехвалентный катион (или, иными словами, создают катион с валентностью не менее двух), при условии, что производится корректировка с учетом побочных эффектов от этого дополнительного ингредиента. Кажется, что эффект снижения уровня акриламида имеет место благодаря двухвалентному или трехвалентному катиону, а не спаренному с ним аниону. Ограничения на использование пары катион/анион, помимо валентности, связано с возможностью их использования в пищевых продуктах, т.е. безопасностью, растворимостью, а также их влиянием на вкус, запах, внешний вид и текстуру. Предлагаемые к использованию катионы включают кальций, магний, алюминий, железо, медь и цинк. Применимые соли с этими катионами включают хлорид кальция, цитрат кальция, лактат кальция, малеат кальция, глюконат кальция, фосфат кальция, ацетат кальция, кальциево-натриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, глицерофосфат кальция, гидроокись кальция, лактобионат кальция, окись кальция, пропионат кальция, карбонат кальция, стеароил-лактат кальция, хлорид магния, цитрат магния, лактат магния, малеат магния, глюконат магния, фосфат магния, гидроокись магния, карбонат магния, сульфат магния, гексагидрат хлорида алюминия, гидроокись алюминия, амиачные квасцы, алюминиево-калиевые квасцы, алюминиево-натриевые квасцы, сульфат алюминия, хлорное железо, глюконат железа, цитрат железистого аммония, пирофосфат железа, фумарат железа, лактат железа, сульфат железа, хлорид меди, глюконат меди, сульфат меди, глюконат цинка, окись цинка, сульфат цинка. В предпочтительном в настоящее время варианте выполнения данного изобретения используется хлорид кальция, считается, что лучше всего отвечает требованиям сочетания солей с одним или несколькими подходящими катионами. Многие из солей, такие как соли кальция, и в особенности хлорид кальция, являются сравнительно недорогими и широко используются как пищевые продукты. Хлорид кальция можно использовать в сочетании с цитратом кальция, уменьшив тем самым побочное влияние CaCl2 на вкусовые характеристики. Кроме того, любое количество солей кальция можно использовать в сочетании с одной или несколькими солями магния. Специалисту будет понятно, что конкретный состав необходимых солей может быть скорректирован в зависимости от рассматриваемого пищевого продукта и требуемых характеристик конечного продукта.
Следует понимать, что изменение характеристик конечного продукта, такие как изменения цвета, вкуса и консистенции могут быть скорректированы различными способами. Например, цветовую характеристику в картофельных чипсах можно скорректировать, регулируя количество сахаров в исходном продукте, некоторые вкусовые характеристики можно изменить, добавляя к конечному продукту различные ароматизаторы. Физическую текстуру продукта можно регулировать, например, добавляя разрыхлители или различные эмульгаторы.
Хотя изобретение было подробно описано и проиллюстрировано при рассмотрении одного или нескольких вариантов выполнения, специалисты поймут, что возможно осуществить различные другие подходы к уменьшению содержания акриламида в термически обработанных пищевых продуктах, не выходя за объем и сущность данного изобретения. Например, хотя технологический процесс описывался применительно к продуктам из картофеля, этот процесс также можно использовать при обработке пищевых продуктов из кукурузы, ячменя, пшеницы, риса, ржи, овса, проса и других крахмалосодержащих злаков. Помимо искусственно изготовленных картофельных чипсов, данное изобретение можно использовать при изготовлении кукурузных чипсов и других видов чипсов, таких как чипсы "tortilla", а также крупяных продуктов, печенья, крекеров, сухих крендельков, хлеба и булочек, панировки для панированного мяса и других пищевых продуктов, содержащих аспарагин и редуцирующий сахар. В каждом из этих пищевых продуктов катион можно добавлять во время перемешивания теста, используемого для изготовления продукта, с тем, чтобы добавленный катион находился в продукте во время его кулинарной обработки для снижения уровня акриламида. Кроме того, добавление двухвалентного или трехвалентного катиона может сочетаться 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.
1. Способ снижения уровня акриламида, образующегося при термической обработке картофельного чипса, изготовленного из теста, содержащего крахмалосодержащий материал, имеющий в своем составе свободный аспарагин, включающий следующие шаги:
а) добавление к тесту катиона с валентностью не менее двух;
б) термическая обработка теста для получения картофельного чипса;
в котором указанный катион добавляется в количестве, достаточном для того, чтобы снизить конечный уровень акриламида в картофельном чипсе до уровня, более низкого, чем тот, который образуется без добавления катиона на шаге "а".
2. Способ по п.1, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном для снижения конечного уровня акриламида в картофельном чипсе, по крайней мере, на 20%.
3. Способ по п.1, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном для снижения конечного уровня акриламида в картофельном чипсе, по крайней мере, на 35%.
4. Способ по п.1, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном для снижения конечного уровня акриламида в картофельном чипсе приблизительно на 50%.
5. Способ по п.1, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном для снижения конечного уровня акриламида в картофельном чипсе в интервале от 50 до 95%.
6. Способ по п.1, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном, чтобы обеспечить мольное отношение катиона к свободному аспарагину не менее чем 1:5.
7. Способ по п.1, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном для того, чтобы обеспечить мольное отношение катиона к свободному аспарагину не менее чем 1:3.
8. Способ по п.1, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном для того, чтобы обеспечить мольное отношение катиона к свободному аспарагину, приблизительно равное 1:2.
9. Способ по п.1, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном для того, чтобы обеспечить мольное отношение катиона к свободному аспарагину, приблизительно равное 1:1.
10. Способ по п.1, в котором на шаге "а" добавления в тесто добавляется ион кальция, причем ион кальция является частью соли, выбранной из группы, состоящей из хлорида кальция, лактата кальция, цитрата кальция, малеата кальция, глюконата кальция, фосфата кальция, ацетата кальция, кальциево-натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, глицерофосфата кальция, гидроокиси кальция, лактобионата кальция, окиси кальция, пропионата кальция, карбоната кальция, стеароил-лактата кальция.
11. Способ по п.1, в котором на шаге "а" добавления в тесто добавляется ион магния, причем ион магния является частью соли, выбранной из группы, состоящей из хлорида магния, цитрата магния, лактата магния, малеата магния, глюконата магния, фосфата магния, гидроокиси магния, карбоната магния и сульфата магния.
12. Способ по п.1, в котором на шаге "а" добавления в тесто добавляется ион алюминия, причем ион алюминия является частью соли, выбранной из группы, состоящей из гексагидрата хлорида алюминия, гидроокиси алюминия, амиачных квасцов, алюминиево-калиевых квасцов, алюминиево-натриевых квасцов и сульфата алюминия.
13. Способ по п.1, в котором на шаге "а" добавления в тесто добавляется соль железа, причем эта соль выбирается из группы, состоящей из хлорного железа, глюконата железа, цитрата железистого аммония, пирофосфата железа, фумарата железа, лактата железа и сульфата железа.
14. Способ по п.1, в котором на шаге "а" добавления в тесто добавляется ион меди, причем ион меди является частью соли, выбранной из группы; состоящей из хлорида меди, глюконата меди и сульфата меди.
15. Способ по п.1, в котором шаг "б" термической обработки включает обжаривание теста.
16. Способ по п.1, в котором шаг "б" термической обработки включает выпечку теста.
17. Картофельный чипс, изготовленный согласно способу по п.1.
18. Способ приготовления искусственно изготовленных картофельных чипсов, включающий следующие шаги: а) приготовление смеси, включающей картофельные хлопья, воду и ингредиент, образующий катион с валентностью не менее двух, причем указанный ингредиент выбирается из группы солей, состоящей из солей кальция, солей магния, солей алюминия, солей железа и солей меди;
б) раскатывание и разрезание смеси для образования нарезанных кусочков; и
в) термическая обработка нарезанных кусочков, в котором указанный ингредиент уменьшает образование акриламида в искусственно изготовленных картофельных чипсах.
19. Способ по п.18, в котором указанный шаг "в" термической обработки включает выпечку.
20. Способ по п.18, в котором указанный шаг "в" термической обработки включает обжаривание.
21. Способ по п.18, в котором образование акриламида в искусственно изготовленных картофельных чипсах уменьшается, по крайней мере, на 50% по сравнению с искусственно приготовленными картофельными чипсами, приготовленными без добавления указанного катиона.
22. Искусственно изготовленный картофельный чипс, изготовленный согласно способу по п.18.
23. Способ снижения уровня акриламида, образующегося при термической обработке чипса, изготовленного из теста, содержащего основанный на кукурузе материал, имеющий в своем составе свободный аспарагин, включающий следующие шаги:
а) добавление к тесту катиона с валентностью не менее двух; и
б) термическая обработка теста для получения картофельного чипса;
в котором указанный катион добавляется в количестве, достаточном для того, чтобы снизить конечный уровень акиламида в чипсе до уровня более низкого, чем тот, который образуется без добавления катиона на шаге "а".
24. Способ по п.23, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном для снижения конечного уровня акриламида в чипсе, по крайней мере, на 20%.
25. Способ по п.23, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном для снижения конечного уровня акриламида в чипсе, по крайней мере, на 35%.
26. Способ по п.23, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном для снижения конечного уровня акриламида в чипсе приблизительно на 50%.
27. Способ по п.23, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном для снижения конечного уровня акриламида в чипсе в интервале от 50 до 95%.
28. Способ по п.23, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном, чтобы обеспечить мольное отношение катиона к свободному аспарагину не менее чем 1:5.
29. Способ по п.23, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном для того, чтобы обеспечить мольное отношение катиона к свободному аспарагину не менее чем 1:3.
30. Способ по п.23, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном для того, чтобы обеспечить мольное отношение катиона к свободному аспарагину, приблизительно равное 1:2.
31. Способ по п.23, в котором на шаге "а" добавления указанный катион добавляется в количестве, достаточном для того, чтобы обеспечить мольное отношение катиона к свободному аспарагину, приблизительно равное 1:1.
32. Способ по п.23, в котором на шаге "а" добавления в тесто добавляется ион кальция, причем ион кальция является частью соли, выбранной из группы, состоящей из хлорида кальция, лактата кальция, цитрата кальция, малеата кальция, глюконата кальция, фосфата кальция, ацетата кальция, кальциево-натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, глицерофосфата кальция, гидроокиси кальция, лактобионата кальция, окиси кальция, пропионата кальция, карбоната кальция, стеароил-лактата кальция.
33. Способ по п.23, в котором на шаге "а" добавления в тесто добавляется ион магния, причем ион магния является частью соли, выбранной из группы,состоящей из хлорида магния, цитрата магния, лактата магния, малеата магния, глюконата магния, фосфата магния, гидроокиси магния, карбоната магния и сульфата магния.
34. Способ по п.23, в котором на шаге "а" добавления в тесто добавляется ион алюминия, причем ион алюминия является частью соли, выбранной из группы, состоящей из гексагидрата хлорида алюминия, гидроокиси алюминия, амиачных квасцов, алюминиево-калиевых квасцов алюминиево-натриевых квасцов и сульфата алюминия.
35. Способ по п.23, в котором на шаге "а" добавления в тесто добавляется соль железа, причем эта соль выбирается из группы, состоящей из хлорного железа, глюконата железа, цитрата железистого аммония, пирофосфата железа, фумарата железа, лактата железа и сульфата железа.
36. Способ по п.23, в котором на шаге "а" добавления в тесто добавляется ион меди, причем ион меди является частью соли, выбранной из группы, состоящей из хлорида меди, глюконата меди и сульфата меди.
37. Способ по п.23, в котором шаг "б" термической обработки включает обжаривание теста.
38. Способ по п.23, в котором шаг "б" термической обработки включает выпечку теста.
39. Способ по п.23, в котором чипс представляет собой кукурузный чипс.
40. Способ по п.23, в котором чипс представляет собой чипс "tortilla".
41. Чипс, изготовленный согласно способу по п.23.
