Способ снижения образования акриламида в продуктах питания, подвергающихся термической обработке

Способ снижения образования акриламида в продуктах питания, подвергающихся термической обработке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предшествующий уровень техники

Перекрестные ссылки на родственные заявки

Данная заявка является частичным продолжением одновременно рассматриваемой заявки на патент США 11/263239, зарегистрированной 31 октября 2005г., являющейся частью заявки на патент США №10/371448, зарегистрированной 21 февраля 2003г., озаглавленной «Способ снижения образования акриламида в продуктах питания, подвергающихся термической обработке», техническое раскрытие которой настоящим включено посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к способу снижения количества акриламида в продуктах питания, подвергающихся термической обработке. Изобретение обеспечивает производство продуктов питания со значительно сниженными уровнями акриламида. Способ основан на изменении параметров различных типовых операций для манипуляции количеством акриламида, находящегося в готовом продукте, при сохранении качества продукта.

Описание области техники, к которой относится изобретение

Реагент акриламид давно применялся в своей полимерной форме в промышленности для обработки воды, повышения выхода масла, изготовления бумаги, осадителей, концентраторов, при обработке руды и несминаемой ткани. Акриламид осаждается в виде белого кристаллического твердого вещества, не имеет запаха и обладает высокой растворимостью в воде (2155 г/л при 30°C). Синонимы акриламида включают 2-пропенамид, этиленкарбоксамид, акриловой кислоты амид, виниламид и пропеновой кислоты амид. Акриламид имеет молекулярную массу 71,08, температуру плавления 84,5°C, и температуру кипения 125°C при 25 мм рт.ст.

Недавно было установлено, что мономер акриламида присутствует в широком диапазоне продуктов питания. Акриламид обнаружен, главным образом, в углеводных продуктах питания, подвергавшихся нагреванию или обработке при высоких температурах. Примеры продуктов питания, в которых обнаружен акриламид, включают кофе, злаки, печенье, картофельные чипсы, крекеры, картофель фри, хлеб и рулеты и жареное в панировке мясо. В целом, относительно низкое количество акриламида было обнаружено в продуктах питания с высоким содержанием белка, подвергшихся тепловой обработке, в то время как относительно высокое количество акриламида было обнаружено в продуктах питания, богатых углеводами, по сравнению с невыявляемыми уровнями в не подвергавшихся тепловой обработке или вареных продуктах питания. Описанные уровни акриламида, выявленного в различных продуктах питания, обработанных подобным образом, включают 330-2300 мкг/кг в картофельных чипсах, 300-1100 мкг/кг в картофеле фри, 12-180 мкг/кг в кукурузных чипсах, и от не обнаруживаемого уровня до 1400 мкг/кг в различных готовых завтраках из злаков.

В настоящее время полагают, что акриламид образуется из присутствующих аминокислот и восстанавливающих сахаров. Например, считается, что реакция между свободным аспарагином, аминокислотой, обычно находящейся в сырых овощах, и свободными восстанавливающими сахарами обеспечивает большую часть акриламида, обнаруженного в жареных продуктах питания. Аспарагин составляет примерно 40% от общего содержания свободных аминокислот, находящихся в сыром картофеле, примерно 18% от общих свободных аминокислот, находящихся в ржи с высоким содержанием белка, и примерно 14% от общих свободных аминокислот в пшенице.

Образование акриламида из иных аминокислот, чем аспарагин, возможно, но до сих пор не получило какого-либо подтверждения. Например, некоторое образование акриламида отмечено при анализе глутамина, метионина, цистеина и аспарагиновой кислоты в качестве предшественников. Однако эти факты трудно подтвердить из-за возможных примесей аспарагина в стандартных аминокислотах. Однако аспарагин был идентифицирован как аминокислотный предшественник, наиболее ответственный за образование акриламида.

Поскольку феномен наличия акриламида в продуктах питания открыт недавно, точный механизм его образования не установлен. Однако в настоящее время считается, что наиболее вероятным путем образования акриламида является реакция Мейлларда. Реакция Мейлларда длительное время считалась одной из наиболее важных химических реакций в пищевой химии при обработке продуктов питания, способной влиять на вкус, цвет и питательную ценность пищи. Для реакции Мейлларда требуется нагревание, влажность, восстанавливающие сахара и аминокислоты.

Реакция Мейлларда включает ряд комплексных реакций и многочисленных промежуточных веществ, но в целом может быть описана как состоящая из трех этапов. Первый этап реакции Мейлларда включает объединение свободных аминогрупп (из свободных аминокислот и/или белков) с восстанавливающими сахарами (такими, как глюкоза) с образованием продуктов перегруппировки Амадори или Хейнса. Второй этап включает деградацию продуктов перегруппировки Амадори или Хейнса различными путями, включая расщепление дезоксиозонов или деградацию Штрекера. Комплексная серия реакций, включая дегидратацию, удаление, циклизацию, расщепление и фрагментацию, приводит к образованию пула ароматических промежуточных соединений и ароматических соединений. Третий этап реакции Мейлларда характеризуется образованием коричневых азотистых полимеров и сополимеров. С помощью реакции Мейлларда в качестве наиболее вероятного пути образования акриламида фигура 1 иллюстрирует упрощенную схему предположительных путей образования акриламида начиная с аспарагина и глюкозы.

Акриламид не считается вредным для человека, но его наличие в продуктах питания, особенно при высоких уровнях, является нежелательным. Как отмечалось ранее, относительно высокие концентрации акриламида обнаруживаются в продуктах питания, подвергшихся нагреванию или термической обработке. Снижения акриламида в таких продуктах питания можно достичь путем снижения или устранения соединений-предшественников, образующих акриламид, ингибирования образования акриламида при обработке пищи, разрушения или реакции с мономером акриламида при обработке пищи или удаления акриламида из продукта перед употреблением. Понятно, что для каждого продукта питания имеются отдельные проблемы при достижении каждого из вышеуказанных вариантов. Например, продукты питания, нарезанные ломтиками и сваренные в виде связанных кусочков, нельзя быстро смешать с различными добавками без физического разрушения клеточных структур, придающих продуктам питания их уникальные характеристики при термической обработке. Подобным образом, другие требования к обработке специфических продуктов питания могут делать стратегии снижения акриламида неосуществимыми или крайне затруднительными.

В качестве примера, фигура 2 иллюстрирует хорошо известные способы предшествующего уровня техники для приготовления обжаренных картофельных чипсов из сырого картофеля. Сырой картофель, содержащий примерно 80 масс.% или больше воды, вначале подвергают этапу очищения от кожуры 21. После удаления кожуры с сырого картофеля его передают на этап нарезки на ломтики 22. Толщина каждого картофельного ломтика на этапе нарезки 22 зависит от необходимой толщины готового продукта. Например, предшествующий уровень техники включает нарезку картофеля на ломтики толщиной примерно от 0,04 до 0,08 дюймов. Затем эти ломтики транспортируют на этап промывки 23, на котором поверхностный крахмал на каждом ломтике смывается водой. Промытые картофельные ломтики затем передают на этап тепловой обработки 24. Этот этап тепловой обработки 24 обычно включает обжарку ломтиков в устройстве для непрерывной обжарки, например, при температуре от 171°C до 182°C (340-360°F) в течение примерно двух-трех минут. Этап тепловой обработки обычно снижает уровень влаги в чипсе до менее 2 масс.%. Например, типичный обжаренный картофельный чипс покидает устройство для обжарки при содержании влаги примерно 1-2 масс.%. Затем картофельные чипсы, прошедшие тепловую обработку, передаются на этап добавления приправ 25, где приправы добавляются во вращающийся барабан. Наконец, приправленные чипсы передаются на этап упаковки 26. Этот этап упаковки обычно включает подачу приправленных чипсов на один или несколько весовых дозаторов, направляющих чипсы на аппараты для вертикальной непрерывной упаковки в гибкие контейнеры. Упакованный продукт поступает для распределения и покупки потребителем.

Минимальные корректировки в ряде этапов обработки картофельных чипсов, описанных выше, могут привести к существенным изменениям характеристик готового продукта. Например, продление времени пребывания ломтиков в воде на этапе промывки 23 может привести к вымыванию из ломтиков соединений, обеспечивающих картофельный аромат, цвет и текстуру готового продукта. Увеличение продолжительности выдержки или температуры нагрева на этапе тепловой обработки 24 может привести к повышению уровня потемнения чипса в результате реакции Мейлларда, а также к снижению содержания влаги. Если необходимо встроить ингредиенты в картофельные ломтики перед обобжаркой, может потребоваться установление механизма, обеспечивающего абсорбцию ингредиентов, добавленных во внутренние части ломтиков без разрушения клеточной структуры чипса или вымывания полезных соединений из ломтика.

В качестве другого примера нагреваемых продуктов питания, представляющих уникальные проблемы при снижении уровней акриламида в готовых продуктах, закусочные продукты могут также быть приготовлены в виде искусственных закусочных продуктов. Термин «искусственный закусочный продукт» означает закусочный продукт питания, использующий в качестве исходного ингредиента нечто иное, чем оригинальный и неизмененный крахмалистый исходный материал. Например, искусственные закусочные продукты включают искусственные картофельные чипсы, а которых применяется обезвоженный картофельный продукт в качестве исходного материала, и кукурузные чипсы, в которых применяется кукурузная мука в качестве исходного материала. Отмечается, что обезвоженным картофельным продуктом может быть картофельная мука, картофельные хлопья, картофельные гранулы или любая другая форма, в которой существует обезвоженный картофель. Когда в заявке применяются какие-либо из этих терминов, понятно, что включены все эти вариации.

Что касается фигуры 2, искусственные картофельные чипсы не требуют этапа очистки от кожуры 21, этапа нарезки на ломтики 22 или этапа промывки 23. Вместо этого изготовление искусственных картофельных чипсов начинается с обезвоженного картофельного продукта, такого как картофельные хлопья. Обезвоженный картофельный продукт смешивают с водой и другими второстепенными ингредиентами до получения теста. Это тесто затем раскатывают на листы и нарезают перед этапом тепловой обработки. Этап тепловой обработки может включать обжарку или выпекание. Затем чипсы направляют на этап добавления приправ и этап упаковки. Перемешивание картофельного теста обычно обеспечивает простоту добавления других ингредиентов. Напротив, добавление таких ингредиентов к сырому картофельному продукту, такому как картофельные ломтики, требует найти механизм, обеспечивающий проникновение ингредиентов в клеточную структуру продукта. Однако добавление каких-либо ингредиентов на этапе смешивания нужно проводить с учетом того, что ингредиенты могут оказывать побочное воздействие на способность теста к раскатке, а также характеристики готового чипса.

Может быть необходимо разработать один или несколько способов снижения уровня акриламида в готовом продукте питания, подвергающемся нагреванию или термической обработке. В идеале такой процесс должен существенно снижать или устранять акриламид в готовом продукте без отрицательного влияния на качество и характеристики готового продукта. Кроме того, способ должен быть легко внедряемым и предпочтительно не повышать или незначительно повышать стоимость общего процесса.

Краткое изложение сущности изобретения

Данное изобретение направлено на способ снижения количества акриламида в продуктах питания, подвергающихся термической обработке. В соответствии с одним воплощением, способ включает обеспечение непрерывной подачи очищенного от кожуры и нарезанного ломтиками сырого картофеля, в котором с непрерывно подаваемых ломтиков сырого картофеля удалено по меньшей мере 80% картофельной кожуры, и обжарку очищенных от кожуры картофельных ломтиков в единой типовой операции до содержания влаги примерно от 1,4 масс.% до 2 масс.%. Обжаренные картофельные ломтики можно затем анализировать на наличие характеристик, связанных с дефектами картофеля, и удалять обжаренные картофельные ломтики с такими характеристиками из потока продукта питания перед упаковкой.

Все вышеуказанное, а также дополнительные характеристики и преимущества изобретения станут понятными из следующего подробного описания.

Краткое описание чертежей

Новые черты, считающиеся характеристиками изобретения, приведены далее в формуле изобретения. Однако само изобретение, также как и предпочтительный способ его применения, дополнительные задачи и преимущества, станут лучше понятны со ссылкой на следующее подробное описание иллюстративных воплощений при чтении с сопроводительными чертежами, на которых:

фигура 1 является схемой предполагаемых химических путей образования акриламида;

фигура 2 является схемой этапов обработки картофельных чипсов из предшествующего уровня техники;

фигура 3 является графиком, демонстрирующим, по y-оси в частях на миллиард (ч./млрд) концентрации акриламида в опытных образцах картофеля, которые были обжарены после обработки различными способами, описанными по x-оси, а также итоговое массовое содержание влаги;

фигура 4 является графиком, сравнивающим оригинальные результаты с фигуры 3 с результатами с фигуры 3 после нормализации до содержания влаги 1,32 масс.%;

фигура 5 является графиком, демонстрирующим соотношение между концентрацией акриламида и влажностью готового обжаренного продукта, где по y-оси показана концентрация акриламида, ч./млрд, а по x-оси - содержание влаги, в масс.%;

фигура 6 является графиком, демонстрирующим отношение между концентрацией акриламида и влажностью готового печеного продукта, где по y-оси показана концентрация акриламида, ч./млрд, а по x-оси - содержание влаги, в масс.%;

фигура 7a является графиком, демонстрирующим концентрации акриламида в опытных образцах картофеля, которые были предварительно обжарены, а затем высушены в печи примерно при 120°C (250°F), после различных способов обработки, где по y-оси показана концентрация акриламида, ч./млрд, а по x-оси - различные способы обработки;

фигура 7b является графиком, демонстрирующим последние шесть точек данных с фигуры 7a в уменьшенном масштабе концентрации акриламида;

фигура 8 является графиком, демонстрирующим данные с фигуры 7a после нормализации данных предварительной обжарки до содержания влаги 3,13 масс.% и нормализации данных сушки в печи до содержания влаги 1,25 масс.%;

фигура 9 является графиком, демонстрирующим по y-оси, в ч./млрд: 1) уровни акриламида в опытных образцах картофеля, которые были обработаны различными способами, указанными на x-оси, а затем были предварительно обжарены примерно при 178°C (353°F), и 2) уровни акриламида в тех же самых опытных образцах картофеля после сушки в печи примерно при 176°C (350°F), нормализованные до содержания влаги 0,76 масс.%;

фигура 10 является диаграммой, демонстрирующей рабочие условия и результаты эксперимента, в котором контрольный образец картофельных ломтиков обобжарили при атмосферном давлении до содержания влаги 1,4 масс.%, а опытный образец обобжарили при атмосферном давлении до содержания влаги 2,5 масс.%, затем сушили в печи до содержания влаги 1,4 масс.%;

фигура 11 является диаграммой, демонстрирующей рабочие условия и результаты нескольких экспериментов, в которых контрольный образец картофельных ломтиков обобжарили при атмосферном давлении до содержания влаги примерно 0,8 масс.%, а четыре опытных образца предварительно обжарили при атмосферном давлении до содержания влаги 3-10 масс.%, затем обжаривали под вакуумом при низкой температуре до содержания влаги ниже 1 масс.%;

фигура 12 является диаграммой, демонстрирующей рабочие условия и результаты семи экспериментов, в которых четыре опытных образца обжарили в масле при атмосферном давлении при исходной температуре в диапазоне примерно от 165 до 180°C (329-356°F) в течение примерно 3-4 минут, а три опытных образца обжарили под вакуумом при низкой температуре в течение примерно 4-10 минут в диапазоне температуры примерно от 100 до 140°C (212-284°F) и давлении в диапазоне 50-100 мбар;

фигура 13a является диаграммой, демонстрирующей уровень акриламида против содержания влаги для картофельных чипсов, изготовленных из картофеля с тремя различными уровнями удаления кожуры и жаренных при нормальном (атмосферном) давлении; и

фигура 13b является графическим представлением и линейной кривой данных, представленных на фигуре 13a.

Подробное изложение сущности изобретения

Для образования акриламида в продуктах питания при термической обработке необходим источник углерода и источник азота. Предполагается, что углерод обеспечивается источником углеводов, а азот обеспечивается источником белков или источником аминокислот. Многие пищевые ингредиенты растительного происхождения, такие как рис, пшеница, кукуруза, ячмень, соя, картофель и овес, содержат аспарагин и являются, в первую очередь, углеводами, содержащими второстепенные аминокислотные компоненты. Обычно такие пищевые ингредиенты содержат малый пул аминокислот, включающих другие аминокислоты в дополнение к аспарагину.

Термином «подвергающиеся термической обработке» обозначают продукты питания или пищевые ингредиенты, в которых компоненты пищи, такие как смесь пищевых ингредиентов, нагревают до температуры по меньшей мере 80°C. Предпочтительно, термическая обработка продуктов питания или пищевых ингредиентов происходит при температуре примерно от 100°C до 205°C. Пищевой ингредиент может быть отдельно обработан при повышенной температуре перед образованием готового продукта питания. Примером термически обработанных пищевых ингредиентов являются картофельные хлопья, которые получают из сырого картофеля, подвергая картофель воздействию температуры вплоть до 170°C. Примеры других пищевых ингредиентов, подвергнутых термической обработке, включают обработанный овес, обработанный паром и сушеный рис, обработанные соевые продукты, кукурузную муку, обжаренные кофейные бобы и обжаренные бобы какао. Альтернативно, сырые пищевые ингредиенты можно применять в приготовлении готового продукта питания, где производство готового продукта питания включает этап термической обработки. Одним примером обработки сырого материала, из которого получают готовый продукт питания после этапа термической обработки, является производство картофельных чипсов из сырых картофельных ломтиков с помощью этапа жарки при температуре примерно от 100°C до 205°C или производство картофеля фри, жаренного при подобных температурах.

В соответствии с данным изобретением, однако, было установлено, что значительное образование акриламида наблюдается, когда аминокислоту аспарагин нагревают в присутствии восстанавливающего сахара. Нагревание других аминокислот, таких как лизин и аланин, в присутствии восстанавливающего сахара, такого как глюкоза, не приводит к образованию акриламида. Но, к удивлению, добавление других аминокислот к смеси аспарагина и сахара может повышать или снижать количество образующегося акриламида.

Поскольку установлено быстрое образование акриламида при нагревании аспарагина в присутствии восстанавливающего сахара, уменьшения акриламида в продуктах, подвергающихся термической обработке, можно достичь путем инактивации аспарагина. «Инактивация» означает удаление аспарагина из продукта питания или обеспечение отсутствия способности аспарагина к реакции с образованием акриламида посредством превращения или связывания с другими реагентами, препятствующими образованию акриламида из аспарагина.

Исследования влияния различных типовых операций или этапов обработки на образование акриламида в готовых продуктах питания дало интересные результаты. Эти результаты продемонстрировали возможность модификации одной или нескольких типовых операций из любого способа предшествующего уровня техники для приготовления продукта питания так, чтобы полученный подвергнутый тепловой обработке продукт питания обладал сниженной концентрацией акриламида. «Сниженная концентрация акриламида» означает концентрацию акриламида, которая ниже концентрации, образующейся при использовании немодифицированного способа предшествующего уровня техники для термической обработки данного конкретного продукта питания. Термины «сниженная концентрация акриламида», «сниженная акриламидная концентрация» и «сниженный уровень акриламида» применяются взаимозаменяемо в данной заявке. Для цели данной заявки, «типовые операции» обозначают определенный раздел общего способа производства продукта питания. Например, что касается фигуры 2, каждый из этапов обработки картофельных чипсов (этап удаления кожуры 21, этап нарезки на ломтики 22, этап промывки 23, этап тепловой обработки 24, этап добавления приправ 25 и этап упаковки 26) считается отдельной типовой операцией по отношению к общему способу производства продукта питания в виде картофельных чипсов.

Первый пример манипуляции типовой операцией включает этап промывки 23 (иллюстрированный на фигуре 2) картофельных чипсов, осуществляемый путем нарезки на ломтики сырого картофеля. Способ предшествующего уровня техники включает промывание чипсов водой при комнатной температуре. Средняя продолжительность выдержки для каждого чипса в данной промывающей воде в предшествующем уровне техники обычно составляет менее примерно 60 секунд в зависимости от используемого оборудования.

Фигура 3 демонстрирует, как можно манипулировать типовой операцией промывки чипсов так, чтобы можно было регулировать уровень акриламида в готовом продукте из чипсов. В соответствии с данным изобретением, этапом промывки 23 можно манипулировать, добавляя этап обработки, где непрерывно подаваемые картофельные ломтики обрабатываются водным раствором с продолжительностью выдержки и при температурах, отличающихся от тех, что применяются на этапе промывки в предшествующем уровне техники. Фигура 3 является диаграммой, демонстрирующей на левой (с точки зрения наблюдателя) вертикальной или y-оси, количество акриламида («АА») в частях на миллиард (ч./млрд), обнаруженное в готовом продукте из картофельных чипсов. Правая вертикальная или y-ось на графике на фигуре 3 показывает содержание влаги, в массовых процентах, в готовом продукте из чипсов. Уровень акриламида показан на графике вертикальными столбиками, в то время как процентный уровень влаги показан линиями. Горизонтальная x-ось на графике на фигуре 3 показывает различные изменения параметров обработки, внесенные в типовой процесс промывки при производстве картофельных чипсов. Время термической обработки и температура были одинаковыми для всех экспериментов с продуктом, отображенных на фигуре 3. А именно, каждый образец обжарили примерно при 178°C (353°F) в течение примерно 120-140 секунд. Соответственно, уровень влаги в готовом продукте имел тенденцию к варьированию.

Для сравнения результатов, показанных на фигуре 3, на этапе промывки из предшествующего уровня техники, описанном выше, применяемые для чипсов картофельные ломтики нарезали толщиной 0,05 дюймов и обжарили примерно при 178°C (353°F) в течение примерно 120-140 секунд, получая готовый продукт с уровнем акриламида примерно 300-350 ч./млрд (который может быть выше в зависимости от содержания глюкозы и других параметров картофельного сырья) и итоговым уровнем влаги примерно 1,4 масс.%. Эти результаты предшествующего уровня техники достаточно похожи на первое значение данных 31, находящееся на графике, показанном на фигуре 3, представляющее базовое значение и включающее этап промывки с продолжительностью выдержки в воде картофельных ломтиков от двух до трех минут. Сохраняя все параметры в общей обработке картофельных чипсов, это минимальное изменение типовой операции промывки не обеспечивает заметного изменения уровня акриламида (примерно 330 ч./млрд) или уровня влаги в готовом продукте (примерно 1,35%) по сравнению с готовым продуктом после этапа промывки в соответствии с предшествующим уровнем техники.

Следующее значение данных 32, показанное на графике 3, отражает изменение этапа промывки, который включает промывание картофельных ломтиков водой в виде водного раствора, повышение времени контакта картофельных ломтиков с водным раствором до десяти минут и увеличение температуры водного раствора от комнатной температуры или температуры окружающей среды примерно до 38°C (100°F). Это изменение приводит к снижению акриламида в готовом продукте примерно до 210 ч./млрд и к уменьшению уровня влаги в готовом продукте до менее 1 масс.%. Интересно, что третье значение данных 33 свидетельствует, что повышение температуры водного раствора (вновь, воды) примерно до 54°C (130°F) со средней продолжительностью контакта 5 минут не приводит к заметному снижению уровня акриламида в готовом продукте. Напротив, четвертое значение данных 34 демонстрирует заметное снижение уровня акриламида в готовом продукте (ниже 100 ч./млрд), когда типовая операция промывки включает этап обработки, обеспечивающий время контакта в течение одной минуты с водным раствором, содержащим воду с температурой примерно 82°C (180°F). Однако уровень влаги в готовых чипсах составил почти 1,8%. Пятое значение данных 35 показывает, что применение 1% раствора L-цистеина в качестве водного раствора при комнатной температуре в течение пятнадцати минут снижает уровень акриламида в готовом продукте до менее 250 ч./млрд.

На графике, показанном на фигуре 4, результаты эксперимента, показанные на фигуре 3 (первые из каждой пары вертикальных столбиков), нормализованы для демонстрации уровней акриламида, ожидаемых, если опытные образцы жарят до того же самого стандартизованного уровня влаги (вторые из каждой пары вертикальных столбиков). Допуская, что процентное изменение уровня акриламида обратно пропорционально процентному изменению уровня влаги, когда уровень влаги является низким, значения данных анализа, показанные на фигуре 3, можно нормализовать путем умножения действительных значений уровня акриламида на значения процентного изменения уровня влаги, необходимые для достижения уровня влаги основного/стандартного образца. Нормализация экспериментальных данных до того же самого уровня влаги позволяет более точно сравнить относительную эффективность каждого способа обработки для снижения образования акриламида.

Что касается фигуры 4, вертикальная или y-ось маркирована в ч./млрд акриламида, обнаруженного в готовом продукте. По горизонтальной или x-оси показаны параметры каждого значения данных. На фигуре 4 каждое значение данных показано парой вертикальных столбиков, столбики слева из пар взяты с фигуры 3, а столбики справа из пар отражают ожидаемые результаты тех же самых параметров операции обработки, если готовый продукт жарить до однородного или стандартизированного уровня влаги 1,32%.

Кроме того, первое значение данных 41 является основным образцом, включающим промывание водой в течение двух-трех минут при комнатной температуре. Второе значение данных 42 включает этап обработки в соответствии с данным изобретением, где картофельные ломтики контактируют с водным раствором, содержащим воду при температуре примерно 38°C (100°F) в течение десяти минут. Столбик слева показывает, что такая обработка перед обжаркой примерно при 178°C (353°F) в течение примерно 120-130 секунд приводит к образованию более 200 ч./млрд, и к содержанию влаги в готовом продукте менее 1%. Однако столбик справа показывает, что если обработанные таким способом чипсы жарить до стандартизированного уровня влаги 1,32%, расчетный уровень акриламида снизится примерно до 150 ч./млрд.

Подобный необходимый результат наблюдался по отношению к третьему значению данных 3, в то время как четвертое значение данных 44 показывает, что снижение уровня влаги в готовом продукте слегка повышает выявленный уровень акриламида. Интересно, что последнее значение данных 45 показывает существенное снижение акриламида, когда используют водный раствор, содержащий 1% L-цистеин, и применяют время контакта 15 минут. Кроме того, особенно низкий уровень акриламида предполагается при уровне влаги в готовом чипсе 1,32 масс.%. Также интересно отметить, что расчетный уровень акриламида для картофельных ломтиков, обработанных 1% L-цистеином в течение пятнадцати минут, является почти таким же, как расчетный уровень для ломтиков, обработанных водным раствором, содержащим воду, в течение десяти минут примерно при 38°C (100°F).

В соответствии с другими воплощениями, обработка картофельных ломтиков водным раствором дополнительно включает удаление одного или нескольких предшественников акриламида, таких как аспарагин или восстанавливающие сахара, из сырых картофельных ломтиков путем вымывания таких предшественников акриламида из сырых картофельных ломтиков с картофельным экстрактом или промывным потоком. Вымывание компонентов картофельных ломтиков в картофельный экстракт или промывной поток происходит для тех компонентов, для которых существует градиент концентрации между картофельными ломтиками и картофельным экстрактом или промывным потоком. Вымывание может быть проведено избирательно раствором картофельного экстракта, не содержащим предшественника акриламида, подлежащего удалению, но содержащего уровни концентраций других растворимых веществ, равновесные или почти равновесные соответствующим уровням концентраций в картофельных ломтиках. Вымывание может также проводиться неизбирательно таким промывающим потоком, как чистая вода. Пример избирательного вымывания включает изготовления картофельного экстракта, не содержащего аспарагин, с последующей обработкой сырых картофельных ломтиков картофельным экстрактом с низким содержанием аспарагина для вымывания аспарагина из сырых картофельных ломтиков. В соответствии с одним воплощением, картофельный экстракт, не содержащий одного или более предшественников акриламида, взаимодействует с сырыми картофельными ломтиками противоточным образом, что может приводить к более эффективному вымыванию, чем параллельный поток. В другом воплощении вымывание дополнительно усиливается ультразвуковой вибрацией картофельного экстракта при обработке картофельных ломтиков. Если необходимо, картофельный экстракт или промывной поток можно обработать для удаления вымытых предшественников акриламида, так что картофельный экстракт или промывной поток можно повторно использовать для непрерывного промывания других картофельных ломтиков.

Одним аспектом, который нужно учитывать при рассмотрении эффектов манипуляции различными параметрами типовых операций, таких как эффекты, показанные на фигурах 3 и 4, является то, что все эти регулировки оказывают некоторое совместное влияние на качество и характеристики готового продукта. Соответственно, любое изменение, внесенное в любую из типовых операций, должно тщательно выбираться для получения продукта, обладающего необходимыми итоговыми характеристиками. Эти характеристики включают цвет, вкус, ощущение во рту, плотность, аромат и аспекты устойчивости при хранении для готового продукта.

Фигура 5 относится к другому аспекту типовых операций и демонстрирует влияние снижения уровня влаги в чипсе во время этапа термической обработки. Что касается фигуры 2, этап тепловой обработки 24 является типовой операцией, обычно включающей тепловую обработку нарезанных картофельных чипсов в устройстве для непрерывной жарки в масле при высоких температурах. Что касается фигуры 5, график на ней показывает по горизонтальной или x-оси уровень влаги в готовых чипсах. На вертикальной или y-оси показано содержание акриламида («АА») в ч./млрд, найденного в готовом продукте. Ряд нанесенных на график значений данных показывает процентное содержание влаги по сравнению с уровне акриламида в готовом чипсе. Применялись две различных температуры жарки, при этом ромбовидными символами показаны чипсы, жареные примерно при 178°C (353°F), в то время как квадратными символами представлены значения данных для чипсов, жареных примерно при 149°C (300°F). Линейные графики 51, 52 являются кривыми, построенными по значениям данных для установления тенденции. Построенные кривые 51, 52 следуют общему уравнению: y=cx^b, где y представляет уровень акриламида, c является постоянной, x является уровнем влаги, а b является степенью x. Первый линейный график 51 относится к значениям для температуры жарки 149°C (300°F). Второй линейный график 52 относится к значениям данных для температуры жарки 178°C (353°F). Как можно видеть на фигуре 5, уровни акриламида остаются очень низкими при уровнях влаги в чипсах выше примерно 3 масс.% независимо от температуры жарки.

В то время как на фигуре 5 показано соотношение между уровнями акриламида и содержанием влаги в жареных картофельных ломтиках, на фигуре 6 показано то же самое соотношение в печеных картофельных чипсах, изготовленных из сухой смеси. Вертикальная оси на графике на фигуре 6 показывает концентрации акриламида, в то время как горизонтальная ось показывает массовый уровень влаги. В то время как концентрации акриламида имеют тенденцию к повышению в печеных картофельных чипсах по сравнению с жареными картофельными чипсами, фигуры 5 и 6 показывают, что концентрации акриламида остаются довольно низкими в продуктах из картофеля, подвергнутых термической обработке, пока уровень влаги не снижается примерно до 3%.

Из фигур 5 и 6 видно, что уровни акриламида в картофельных чипсах, приготовленных в обычном устройстве для жарки, резко возрастают, когда уровень влаги падает ниже 3 масс.% влаги, при этом значении, как кажется, остается недостаточно влаги для сохранения температуры продукта ниже температуры образования акриламида. Например, фигура 5 показывает, что уровень акриламида, найденного в готовом продукте, является относительно низким, когда уровень влаги в чипсе во время типовой операции термической обработки составляет 3 масс.% или выше, независимо от условий высокотемпературной обработки. Фигуры 5 и 6 показывают, что уровень влаги является полезным дополнительным параметром в типовой операции, который можно регулировать для снижения образования акриламида в готовом продукте.

К сожалению, уровень влаги в готовом картофельном чипсе в идеале должен быть примерно ниже 2% и предпочтительно составлять примерно от 1,3 до 1,4%. Уровень выше 2% и даже выше 1,4% может вести к проблемам черствости и гниения из-за микроорганизмов в упакованном продукте, а также к органолептическим последствиям, например к изменению вкуса, текстуры и т.д. Однако изменения цвета, вкуса и консистенции готового продукта можно регулировать различными способами. Кроме того, можно учесть последствия для готового продукта питания с высоким содержанием влаги путем регуляции различных факторов на этапе предварительной упаковки, например, путем удлинения колпаков устройств для жарки, покрывания конвейеров, направленных к упаковочной машине, удаления влаги из производственной среды; и различных факторов при упаковке, таких как упаковочные материалы, пленки, мешки и изоляция. Таким образом, в соответствии с другим воплощением раскрытого способа снижения образования акриламида в продуктах, подвергаемых термической обработке, дополнительная типовая операция включает окончательную обработку продукта питания при его выходе с этапа окончательной тепловой обработки с содержанием влаги, например, около 1,4 масс.%, около 1,6 масс.%, около 1,8 масс.% и около 2 масс.%, или с любым содержанием влаги от 1,4 масс.% до 2 масс.%.

Однако важно отметить, что в других продуктах из картофеля, как известно, образуются значительные количества акриламида даже при относительно вы