Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанном пищевом продукте, пищевой продукт, полученный этим способом, и применение аспарагиназы в данном способе

Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанном пищевом продукте, пищевой продукт, полученный этим способом, и применение аспарагиназы в данном способе

Реферат

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 создании препятствий на пути образования акриламида, который начинается с аминокислоты аспарагин.

2. Описание уровня техники

Химическое соединение акриламид используется в промышленности в течение длительного времени для обработки воды, увеличения регенерации масла, изготовления бумаги, во флокулирующих агентах, загустителях, для обработки руды и тканей, сохраняющих складку. В последнее время самые разные 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 ариламид, относятся кофе, крупы, печенье, картофельные чипсы, крекеры, картофель, жаренный по-французски, хлеб и булочки, жареное панированное мясо. Поскольку обнаружение акриламида в пищевых продуктах произошло недавно, механизм его образования еще не установлен. Но поскольку присутствие мономера акриломида в пищевых продуктах является нежелательным, то будет полезным иметь способ уменьшить его содержание или полностью исключить его присутствие в термически обработанных пищевых продуктах.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение представляет собой способ уменьшения количества акриламида в термически обработанных пищевых продуктах, который в одном варианте осуществления включает: использование содержащего аспарагин ингредиента пищевого продукта, воздействие на этот содержащий аспарагин ингредиент пищевого продукта средствами, инактивирующими аспарагин, использование этого содержащего аспарагин ингредиента пищевого продукта в качестве компонента смеси для изготовления пищевого продукта и нагревание этой смеси для изготовления пищевого продукта для образования термически обработанного пищевого продукта. Содержание акриламида существенно уменьшается вследствие уменьшения количества химически активного аспарагина, присутствующего в пищевом продукте или в ингредиенте пищевого продукта до их термообработки. В одном варианте осуществления изобретения аспарагин смешивается с ферментом аспарагиназой, с целью превратить аспарагин в аспартановую кислоту и аммиак. В другом варианте осуществления изобретения ингредиенты, используемые для изготовления термически обработанного пищевого продукта, выщелачиваются с целью удалить аспарагин до того, как ингредиенты пищевого продукта будут нагреты до температуры выше 80°С. Еще в одном варианте осуществления данного изобретения ингредиенты, используемые для производства пищевого продукта, подвергаются ферментации с целью уменьшить содержание аспсрагина вследствие метаболизма аспарагина микроорганизмами для синтеза протеинов и при другом микробном метаболизме.

Все выше сказанное, а также дополнительные особенности и преимущества данного изобретения станут более очевидными из следующего подробного описания.

Подробное описание изобретения

Для образования ариламида 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. Имеется двадцать стандартных аминокислот, представляющих собой строительные блоки протеинов и присутствующих в этих ингредиентах пищевых продуктов, к которым относятся, помимо других, лизин, аланин, аспарагин, глутамин, аргинин, гистидин, глицин и аспартановая кислота.

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 до 205°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 200°С. Примерами других термически обработанных ингредиентов пищевых продуктов могут служить обработанный овес, отваренный и высушенный рис, кулинарные изделия из сои, кукурузы, 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 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 моносахарида. Нагревание других аминокислот, таких как лизин и аланин, в присутствии моносахарида, такого как глюкоза, не приводит к образованию акриламида. Но вызывает удивление тот факт, что присутствие аспарагина вместе с другой аминокислотой, такой как лизин, в присутствии моносахарида вызывает увеличение образования акриламида, намного превосходящее тот случай, когда аспарагин является единственной присутствующей аминокислотой.

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

Один из таких способов инактивирования заключается в смешивании аспарагина с ферментом аспарагиназой. Этот фермент разлагает аспарагин на аспартановую кислоту и аммиак. Аспарагин, как предшественник акриламида в термически обработанных пищевых продуктах, также может быть инактивирован путем выщелачивания. Растворимость аспарагина в водном растворе увеличивается, когда рН раствора поддерживается слегка кислотным или слегка щелочным, предпочтительно, чтобы рН находилось в пределах от 5 до 9. Аспарагин, как предшественник акриламида в термически обработанных пищевых продуктах, может быть инактивирован, кроме того, путем ферментации. Аспарагин также может быть включен в протеины, чтобы инактивировать аспарагин, как предшественник акриламида. Аспарагин, как предшественник акриламида, может быть инактивирован, кроме того, путем добавления двухвалентного катиона, такого как кальций, в форме молочнокислого кальция, лимоннокислого кальция или малеата кальция. Аспарагин, как предшественник акриламида, также может быть инактивирован путем увеличения количества восстанавливающего сахара в пищевом продукте, при добавлении глюкозы, фруктозы или рамнозы.

Другие способы осуществления инактивирования аспарагина с целью помешать образованию акриламида будут очевидны для специалистов в данной области. С понижением уровня содержания аспарагина в ингредиенте пищевого продукта или в пищевом продукте до их термической обработки значительно снижается уровень содержания акриламида в конечном обработанном пищевом продукте.

Несколько вариантов осуществления изобретения иллюстрируются примерами, приведенными ниже.

Пример 1

Данный пример показывает, что акриламид не образуется в присутствии моносахарида и аминокислоты лизин. Около 0,2 г глюкозы смешивалось с приблизительно 0,1 г гидрата аминокислоты L-лизин и 0,2 мл воды в сосуде ввода паровой фазы объемом 20 мл. Сосуд покрывался алюминиевой фольгой и нагревался в печи для газовой хроматографии в соответствии со следующим температурным профилем: начальная температура устанавливалась 40°С, затем температура увеличивалась на 20°С в минуту до значения 200°С; в течение двух минут температура поддерживалась на значении 200°С, затем сосуд остужался до 40°С. После нагревания смесь становилась сухой и черной. Реакционная смесь извлекалась при помощи 100 мл воды, и акриламид в воде измерялся при помощи газового хроматографа - масс спектрометра (ГХ-МС). Когда глюкоза нагревалась с гидратом L-лизина, ариламид не был обнаружен (предел обнаружения менее 50 частей на миллиард). Если бы источником акриламида явилась реакция Мэйяра, тогда реакционная смесь лизина должна была бы содержать акриламид потому, что реакционная смесь спекалась до темно-коричневого цвета.

Пример 2

Данный пример показывает, что акриламид не образуется в присутствии моносахарида и аминокислоты аланин. Методика проведения опыта в Примере 1 была повторена, за исключением того, что использовалась аминокислота L-аланин. И снова не удалось измерить содержание акриламида, превышающее порог обнаружения, равный 50 частей на миллиард.

Пример 3

Данный пример демонстрирует образование акриламида в присутствии моносахарида и аспарагина. Снова была повторена методика Примера 1, за исключением того, что аминокислота представляла собой моногидрат L-аспарагина. Когда реакционная смесь извлекалась при помощи воды и содержание акриламида измерялось в ГХ-МС, то содержание акриламида в реакционной смеси составило 55106 частей на миллиард. Если учесть, что начальное содержание аспарагина составляло 0,1 г, то выход акриламида оказался равным приблизительно 9%.

Пример 4

Данный пример демонстрирует образование акриламида в присутствии моносахарида, аспарагина и еще одной аминокислоты. Была повторена методика Примера 1, за исключением того, что в опыте использовались равные части гидрата L-лизина и моногидрата L-аспарагина в количестве 0,1 г каждой. Реакционная смесь проверялась на содержание акриламида, и акриламид был обнаружен с уровнем содержания 214842 части на миллиард. Если учесть начальное содержание аспарагина и лизина, то выход акриламида оказался приблизительно равным 37%.

Пример 5

Данный пример демонстрирует уменьшение образования акриламида, когда аспарагин и глюкоза нагреваются в присутствии фермента аспарагиназы. Фермент аспарагиназа растворялся в 0,05 М буфера трисгидрохолиновой кислоты, имеющей рН 8,6, с целью получения активного раствора аспарагиназы. Также приготовлялся контрольный раствор аспарагиназы путем нагревания части активного раствора аспарагиназы при температуре 100°С в течение 20 минут для деактивации фермента. В контрольном опыте 0,2 г глюкозы, 0,1 г аспарагина и 20 mils нагретого раствора аспарагиназы смешивались в сосуде ввода паровой фазы объемом 20 мл. В опыте с активным ферментом 0,2 г глюкозы, 0,1 г аспарагина и 20 mils активного раствора аспарагиназы смешивались в сосуде ввода паровой фазы объемом 20 мл. Количество фермента в сосуде было 250 единиц фермента. Контрольная смесь и смесь с активным ферментом обрабатывалась вместе в двух экземплярах. Сосуды выдерживали при температуре 37°С в течение двух часов, затем помещались в печь с температурой 80°С на 40 часов для выпаривания и получения сухого вещества. После нагревания в каждый из сосудов добавлялось по 0,2 мл воды. Затем сосуды нагревались в печи для газовой хроматографии в соответствии со следующим температурным профилем: процесс начинался со значения температуры 40°С; затем происходило нагревание до 200°С со скоростью 20°С в минуту; образцы выдерживались при температуре 200°С в течение двух минут, затем охлаждались до 40°С. Реакционные смеси извлекались при помощи 50 мл воды, и содержание акриламида в воде измерялось ГХ-МС. Результаты измерений приведены в таблице 1.

Таблица 1Образование акриламида в присутствии аспарагиназы и глюкозы
Испытуемый материал	Акриламид (частей на млд)	Процентное уменьшение
Контрольная смесь 1	334810	-
Контрольная смесь 2	324688	-
Активная аспарагиназа 1	66	99,9
Активная аспарагиназа 2	273	99,9

Как можно видеть, обработка системы ферментом, разлагающим аспарагин на аспартановую кислоту и аммиак, уменьшало образование акриламида более чем на 99,9%. Данный опыт подтверждает, что уменьшение концентрации аспарагина или химической активности аспарагина уменьшает образование акриламида.

Помимо инактивирования аспарагина, ингредиенты пищевых продуктов растительного происхождения могут вырабатываться из растений, которые специально разводятся и селекционируются с целью получения более низких уровней содержания аспарагина, чем у других подобных растений. Уменьшение количества аспарагина в ингредиентах пищевых продуктов растительного происхождения отразится на количестве акриламида, который образуется при одинаковых условиях термической обработки.

Хотя данное изобретение было подробно рассмотрено и описано со ссылками на один вариант осуществления, для специалиста в данной области будет понятно, что можно осуществить и различные другие подходы к инактивированию аспарагина, не выходя за объем и сущность данного изобретения.

1. Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанном пищевом продукте, включающий следующие шаги:

(а) использование ингредиента пищевого продукта, содержащего свободный аспарагин,

(б) инактивирование аспарагина в ингредиенте пищевого продукта, содержащем аспарагин, путем приведения в контакт содержащий аспарагин ингредиент пищевого продукта с аспарагиназой,

(в) использование указанного ингредиента пищевого продукта в качестве компонента в смеси для изготовления пищевого продукта и

(г) нагревание указанной смеси для изготовления пищевого продукта с получением термически обработанного пищевого продукта.

2. Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанном пищевом продукте по п.1, в котором ингредиент пищевого продукта содержит главным образом углевод.

3. Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанном пищевом продукте по п.1, в котором ингредиент пищевого продукта выбирают из группы, включающей в себя рис, пшеницу, кукурузу, ячмень, сою, картофель и овес.

4. Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанном пищевом продукте по п.1, в котором ингредиент пищевого продукта представляет собой картофель.

5. Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанном пищевом продукте по п.1, в котором ингредиент пищевого продукта, содержащий аспарагин, содержит, кроме того, по крайней мере, одну другую аминокислоту.

6. Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанном пищевом продукте по п.5, в котором, по крайней мере, одна другая аминокислота представляет собой лизин.

7. Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанном пищевом продукте по п.1, в котором шаг (б) инактивирования включает приведение в контакт содержащий аспарагин ингредиент пищевого продукта с аспарагиназой в присутствии моносахарида.

8. Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанном пищевом продукте по п.7, в котором моносахарид является глюкозой.

9. Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанном пищевом продукте по п.1, в котором на шаге (б) инактивирования аспарагиназа находится в виде водного раствора.

10. Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанном пищевом продукте по п.1, в котором смесь для изготовления пищевого продукта нагревают на шаге (г) до температуры не ниже 80°С.

11. Способ уменьшения образования акриламида в термически обработанном пищевом продукте по п.1, в котором нагревают смесь для изготовления пищевого продукта на шаге (г) при температуре 100°С-205°С.

12. Способ по п.1, в котором термически обработанный пищевой продукт представляет собой картофельные чипсы.

13. Пищевой продукт, изготовленный согласно способа по п.1.

14. Применение аспарагиназы для обработки содержащего аспарагин ингредиента пищевого продукта, приводящей к инактивированию аспарагина и уменьшению последующего образования акриламида в термически обработанном пищевом продукте, полученного после нагревания смеси, включающей указанный ингредиент пищевого продукта.

15. Применение по п.14, при котором аспарагиназа находится в виде водного раствора.

16. Применение по п.14 или 15, при котором ингредиент пищевого продукта представляет собой картофель.

17. Применение по п.16, при котором термически обработанный пищевой продукт представляет собой картофельные чипсы.