CN101631475A - 减少丙烯酰胺生成的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有天冬酰胺的细胞壁由一种或多种细胞弱化机理被弱化，以在烹制前允许一种或多种丙烯酰胺还原剂渗透进入所述细胞壁以减少丙烯酰胺生成的方法。在此公开的方法特别适用于例如切片马铃薯的切片食品产品。可选地，所述机理可以被施加于例如可可豆和烘焙的咖啡豆的非切片食品。所述细胞弱化机理可以包括微波能、超声能、脉冲或恒定的压差、细胞弱化酶和石灰。

Description

减少丙烯酰胺生成的方法
发明背景
[0001]技术领域
[0002]本发明涉及一种用于减少热加工食品中的丙烯酰胺数量的方法并且使得生产的食品具有明显减少的丙烯酰胺水平。更具体地，本发明涉及：a)弱化具有天冬酰胺的食品的细胞壁和b)使用各种丙烯酰胺还原剂以渗透到所述弱化的细胞壁中。
[0003]相关技术的说明
[0004]化学物质丙烯酰胺已经以聚合物形式在工业应用中用于水处理、浓缩油回收、造纸、絮凝剂、增稠剂、矿石处理和免烫织物。丙烯酰胺沉淀物为白色结晶固体、无嗅并且易溶于水(30℃，2155g/L)。丙烯酰胺的同义词包括2-丙烯酰胺(2-propenamide)、乙烯基甲酰胺、丙烯酸酰胺、乙烯基酰胺和丙烯酸酰胺。丙烯酰胺分子量为71.08，熔点为84.5℃，在25mmHg下的沸点为125℃。
[0005]最近，许多食品已经检测出丙烯酰胺单体呈阳性存在。特别是主要在加热或高温下加工的碳水化合物食品产品中已发现了丙烯酰胺。在丙烯酰胺的检测中呈阳性的食品的例子包括咖啡、谷类、曲奇、马铃薯片、饼干、油炸马铃薯条、面包和面包卷以及粘滚上面包屑的炸肉。与未加热和煮沸的食品中未检测到的水平相比，通常在加热的蛋白质丰富的食品中发现较低含量的丙烯酰胺，而在碳水化合物丰富的食品中发现较高含量的丙烯酰胺。在各种类似的加工食品中发现的丙烯酰胺的报告水平包括：马铃薯片在330-2300(μg/kg)的范围，油炸马铃薯条在300-1100(μg/kg)的范围，玉米片在120-180(μg/kg)的范围，以及在各种早餐谷类中的水平范围从没有检测到直到1400(μg/kg)。
[0006]目前，确信丙烯酰胺是由氨基酸和还原糖的存在生成的。例如，确信在游离天冬酰胺和游离还原糖之间的反应能说明在油炸食品产品中发现的大量的丙烯酰胺，其中天冬酰胺是通常在生蔬菜中发现的一种氨基酸。在生马铃薯中发现的总游离氨基酸中天冬酰胺占约40％，在高蛋白质黑麦中发现的总游离氨基酸中天冬酰胺占约18％，并且在小麦中发现的总游离氨基酸中天冬酰胺占约14％。
[0007]除了天冬酰胺，丙烯酰胺也可能是由其它的氨基酸生成的，但是尚未证实。例如，已经有报道指出谷氨酰胺、蛋氨酸、半胱氨酸以及天冬氨酸作为前体进行试验可以生成一些丙烯酰胺。然而，由于在原料氨基酸中潜在的天冬酰胺杂质，这些发现很难证实。尽管如此，天冬酰胺已经被确认为最可能生成丙烯酰胺的氨基酸前体。
[0008]由于食品中的丙烯酰胺是最近发现的现象，所以其准确的生成机理还尚未确定。但是，现在确信最有可能生成丙烯酰胺的路径涉及麦拉德反应。在食品加工中麦拉德反应被公认为是食品化学中最重要的化学反应之一，并且影响食品的风味、颜色以及营养价值。麦拉德反应需要热量、水分、还原糖和氨基酸。
[0009]麦拉德反应涉及具有许多中间体的一系列复杂的反应，但通常描述成包含三个步骤。麦拉德反应的第一个步骤涉及游离氨基(来自游离的氨基酸和/或蛋白质)与还原糖(例如葡萄糖)化合生成Amadori或Heyns重排产物。第二个步骤包括经由不同可选择的路径使Amadori或Heyns重排产物降解，所述路径包括脱氧邻酮醛糖、裂解或斯托克降解。包括脱水、消去、环化、裂解以及断裂的一系列复杂反应产生大量的风味中间体和风味化合物。麦拉德反应的第三个步骤的特征是生成褐色含氮聚合物和共聚物。使用麦拉德反应作为生成丙烯酰胺的最有可能的路径，图1描述了以天冬酰胺和葡萄糖为起始物生成丙烯酰胺的简化的可能路径。
[0010]丙烯酰胺尚不确定对人类是有害的，但它存在于食品产品中，特别是在食品产品中处于较高的水平是人们所不希望的。如前面提到的，在加热或热加工的食品产品中发现了较高浓度的丙烯酰胺。这种食品产品中丙烯酰胺的减少可以通过减少或消除生成丙烯酰胺的前体化合物，抑制食品加工期间丙烯酰胺的生成，并且一旦在食品中生成便分解或与丙烯酰胺单体反应，或者在消费前从产品中去除丙烯酰胺来实现。可以理解，为实现以上任何可选择的方法对每一种食品产品都需要单独对待。例如，在烹制时在没有物理性的破坏赋予食品产品独特特性的细胞结构的情况下，被切片和作为粘着的片烹制的食品不容易与各种添加剂混合。特殊食品产品的其它加工要求可能同样的可以使丙烯酰胺减少的策略不相容或非常困难。
[0011]举例说明，图2表示利用生马铃薯原料制作油炸马铃薯片的公知的现有技术的方法。含有重量比约80％或更多水的生马铃薯首先在剥皮步骤21中加工。在生马铃薯剥皮后，随后马铃薯被传送到切片步骤22。在切片步骤22中，每个马铃薯切片的厚度取决于终产品所需要的厚度。现有技术中的一个例子是将马铃薯切成约0.053英寸的厚度。这些切片被传送到清洗步骤23，其中每个切片的表层淀粉用水去除。清洗后的马铃薯切片又被传送到烹制步骤24。这一烹制步骤24一般包括在一个连续油炸锅中油炸这些切片，例如在177℃下油炸约2.5分钟。所述烹制步骤通常可使马铃薯片的水分水平减少至低于重量比2％。例如，离开油炸锅的典型的油炸后的马铃薯片的水分水平约为重量比1.4％。所述烹制后的马铃薯片随后被传送至调味步骤25，其中调味料被放到一个转鼓中。最后，调味后的马铃薯片进行包装步骤26。所述包装步骤26通常包括将调味后的马铃薯片传送到一个或多个称重装置，随后将马铃薯片导向一个或多个垂直成型、填充和密封机用于包装在柔性袋中。一旦包装完成，产品将进行销售并被消费者购买。
[0012]对如上的马铃薯片加工步骤中的一些步骤的微小调整可以显著地变化终产品的特性。例如，在清洗步骤23中，延长切片在水中的停留时间将导致切片内的化学物的浸出，而这些化学物赋予终产品马铃薯的风味、颜色和质感。在烹制步骤24中，增加停留时间或加热温度会增加马铃薯片中麦拉德的褐变水平，同时减少含水量。如果希望在油炸之前将其它成分混合到马铃薯切片，那就需要建立一些机理，以使加入的成分被吸收到切片内部而不会破坏马铃薯切片的细胞结构或浸出切片中的有益化合物。
[0013]作为加热的食品产品的另一个例子，所述例子说明在终产品中减少丙烯酰胺水平面临的独特挑战，零食还可由面团制作。术语“合成零食”指利用非原始和不变的淀粉原材料作为起始成分而制成的零食食品。例如，合成零食包括使用脱水马铃薯产品作为原材料合成马铃薯片，以及使用湿润粉糊作为原材料合成玉米片。这里注意到脱水马铃薯产品可以是马铃薯粉、马铃薯薄片、马铃薯颗粒或脱水马铃薯存在的任何其它形式。当任何这些术语在本申请中使用时，可以理解可包括所有的各种变化。仅仅通过举例而不是限制的方式，可以被添加丙烯酰胺还原剂的“合成食品”的例子包括玉米粉圆饼片、玉米片、由马铃薯薄片和/或新鲜的马铃薯泥制作的马铃薯片、多种谷物片、玉米泡芙、小麦泡芙、大米泡芙、饼干、面包(例如黑麦、小麦、燕麦、马铃薯、白色、全粒和杂面粉)、软的和硬的椒盐脆饼、面粉糕饼、曲奇、吐司面包、玉米粉圆饼、面粉玉米粉圆饼、皮塔面包、新月形面包、馅饼皮、松饼、核仁巧克力饼、蛋糕、百吉饼、油炸圈饼、谷类食品、膨化零食、格兰诺拉麦片产品、面粉、玉米粉、湿润粉糊、马铃薯薄片、玉米粥、搅匀的蛋白和面粉的混合物和面团产品、冷藏和冷冻的面团、合成食品、加工和冷冻食品、肉上的面包和蔬菜、马铃薯煎饼、马铃薯泥、可丽饼、薄烤饼、华夫饼干、比萨皮、花生酱、含有剁碎的和加工坚果的食品、凝胶剂、填充剂、水果泥、蔬菜泥、例如啤酒和淡色啤酒的酒精饮料、可可、可可粉、巧克力、热巧克力、干酪、例如狗和猫粮的动物食品和任何其它的进行压片或挤出或由面团或成分的混合物制作的人或动物食品产品。在此使用的术语“合成食品”包括前面定义过的合成零食。在此使用的术语“食品产品”包括前面定义过的所有的合成零食和合成食品。
[0014]再参见图2，合成马铃薯片不需要剥皮步骤21，切片步骤22或清洗步骤23。取而代之，合成马铃薯片最初例如是马铃薯薄片，其与水和其它辅料混合以生成面团。随后，这个面团在烹制步骤进行之前被压片并被切割。烹制步骤可包括油炸或烘焙。随后对片进行调味步骤和包装步骤。马铃薯面团的混合通常使自身容易添加其它成分，大多数情况是这样的，但是如果不是对于全***的，对于合成食品也是这样的。
[0015]相反，给生食品产品例如马铃薯切片添加这样的成分需要发现一种机理，以便成分渗透到产品的细胞结构内。然而，在混合步骤中添加任何成分必须考虑到所述成分可能负面影响面团的压片、挤出或其它加工特性，以及最终片的特性。
[0016]需要开发一种或多种减少加热或热加工食品的终产品中的丙烯酰胺水平的方法。理想的是，这种方法应该充分减少或消除终产品中的丙烯酰胺，而不负面影响终产品的质量和特性。此外，所述方法应该可以容易实现并优选对整个加工仅有一点或不增加成本。
发明内容
[0017]本发明涉及在食品产品中减少丙烯酰胺。一方面，食品中的丙烯酰胺的减少通过弱化植物食品的细胞壁并在所述细胞壁中用天冬酰胺还原剂接触丙烯酰胺的前体-天冬酰胺以提高丙烯酰胺前体的破坏来实现。例如，使用水解天冬酰胺的天冬酰胺酶，渗透到由超声能弱化的细胞壁中。天冬酰胺酶还可以和用于丙烯酰胺还原的各种氨基酸、多价阳离子和游离硫醇结合使用。细胞壁的弱化和细胞壁与天冬酰胺还原剂的接触可以连续或同时被完成。此外，细胞弱化机理可以被单独或结合使用。例如，所述细胞壁可以通过微波能随后通过压差的施加被弱化。本发明上述的和其它的特点和优点将会在下面的文字描述中变得很明显。
附图说明
[0018]被认为是本发明的特征的新颖性特点在所附的权利要求中列出。不过，通过参考以下对说明性的实施例的详细描述并结合附图阅读时，本发明本身及其优选使用方式，进一步的目的及其优点就能被最好地理解，其中：
[0019]图1显示了以天冬酰胺和葡萄糖起始的丙烯酰胺生成的简化的可能路径的示意图。
[0020]图2显示了由生马铃薯原料制作油炸马铃薯片的公知现有技术的方法。
[0021]图3A和3B显示了根据本发明的两个单独的实施例的制作合成零食食品的方法。
[0022]图4用图表显示了在添加半胱氨酸和赖氨酸的一系列试验中发现的丙烯酰胺水平。
[0023]图5用图表显示了CaCl2与磷酸或柠檬酸结合的一系列试验中发现的丙烯酰胺水平。
[0024]图6用图表显示了CaCl2和磷酸被添加到具有各种还原糖水平的马铃薯薄片中的一系列试验中发现的丙烯酰胺水平。
[0025]图7用图表显示了CaCl2和磷酸被添加到马铃薯薄片中的一系列试验中发现的丙烯酰胺水平。
[0026]图8用图表显示了CaCl2和柠檬酸被添加到玉米片混合物中的一系列试验中发现的丙烯酰胺水平。
[0027]图9用图表显示了用半胱氨酸、氯化钙和磷酸或柠檬酸加工的马铃薯片中发现的丙烯酰胺水平。
[0028]图10用图表显示了当氯化钙和磷酸在薄片制作步骤或片加工步骤被添加时在马铃薯片中发现的丙烯酰胺水平。
[0029]图11用图表显示了天冬酰胺酶和缓冲作用对马铃薯片中的丙烯酰胺水平的影响。
[0030]图12用图表显示了在含有迷迭香的油中油炸的马铃薯片中发现的丙烯酰胺水平。
[0031]图13用图表显示了氧化剂或还原剂的添加对具有游离硫醇的丙酰酰胺还原剂的影响。
[0032]图14用图表显示了减少pH值的多价阳离子对丙酰酰胺水平的影响。
[0033]图15用图表显示了氯化钙或氯化钠的pH值对于0.5M的磷酸盐和0.5M的醋酸盐缓冲液的效果。
发明详述
[0034]在热加工食品中丙烯酰胺的生成需要有碳源和氮源。假定碳由碳水化合物源提供，氮由蛋白质源或氨基酸源提供。许多来自植物的食品成分，例如大米、小麦、玉米、大麦、大豆、马铃薯和燕麦都含有天冬酰胺，而且主要是具有较少氨基酸成分的碳水化合物。一般来讲，这样的食品成分具有小的氨基酸库，除了天冬酰胺之外还含有其它的氨基酸。
[0035]通过“热加工”的意思是食品或食品成分(其中食品的成分，例如食品成分的混合物)被加热到至少80℃的温度。优选食品或食品成分的热加工在约100℃至205℃的温度之间进行。所述食品成分可以在终食品产品生成之前在升高温度下被分别加工。热加工食品成分的例子是马铃薯薄片，其由生马铃薯在将马铃薯暴露在高达170℃的温度的过程下生成。(在此使用的术语“马铃薯薄片”、“马铃薯颗粒”和“马铃薯粉”可以互换，并且指任何基于马铃薯的脱水产品。)其它热加工食品成分的例子包括加工过的燕麦、煮半熟并干燥的大米、烹制熟的大豆产品、玉米湿润粉糊、烘焙的咖啡豆和烘焙的可可豆。可选地，在终食品产品的制备中可以使用生食品成分，其中终食品产品的生产包括加热步骤。其中终食品产品来自加热步骤的原料加工的一个例子是来自生马铃薯切片的马铃薯片通过在约100℃至约205℃的温度下的油炸步骤生产或在类似温度下油炸的油炸马铃薯条的生产。在此使用的，通过举例而不是限制的热加工食品包括，前面列出的所有的合成零食和合成食品，以及油炸马铃薯条、炸甘薯、其它块茎或根部原料、烹制的蔬菜包括烹制的芦笋、洋葱和西红柿、咖啡豆、可可豆、熟肉、脱水水果和蔬菜、热加工的动物饲料、烟草、茶叶、烘焙过或烹制过的坚果、大豆、蜜糖、例如烤肉调味酱的调味料、车前草片、苹果片、油炸香蕉和其它烹制的水果。
[0036]然而，根据本发明，当还原糖存在下将氨基酸天冬酰胺加热时，已发现有大量的丙烯酰胺的生成。在有还原糖例如葡萄糖的存在下将其它氨基酸例如赖氨酸和丙氨酸加热时，不会导致丙烯酰胺的生成。但是令人惊讶的是，其它氨基酸添加到天冬酰胺-糖混合物中可以增加或减少生成的丙烯酰胺的数量。
[0037]由于已经确定了当在有单糖的存在下加热天冬酰胺时丙烯酰胺可快速生成，因此减少热加工食品中丙烯酰胺可通过使天冬酰胺的失活来实现。“失活”是指通过转化或与另一种化学物质结合的方式将天冬酰胺从食品中去除或使天冬酰胺在沿着丙烯酰胺的生成路径上不起反应，其中所述化学物质可阻止天冬酰胺生成丙烯酰胺。
I.半胱氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺和甘氨酸对丙烯酰胺生成的影响
[0038]由于天冬酰胺与葡萄糖反应生成丙烯酰胺，增加其它游离氨基酸的浓度可以影响天冬酰胺和葡萄糖之间的反应并减少丙烯酰胺的生成。试验时，在pH值7.0的磷酸钠缓冲液中制备天冬酰胺(0.176％)和葡萄糖(0.4％)溶液。其它四种氨基酸：甘氨酸(GLY)、赖氨酸(LYS)、谷氨酰胺(GLN)和半胱氨酸(CYS)以与葡萄糖相同的摩尔浓度添加其中。试验设计是全因子无重复的测定了添加氨基酸的所有可能的组合。溶液在120℃下加热40分钟，随后测定丙烯酰胺。下表1显示浓度和结果。
表1：半胱氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺和甘氨酸对丙烯酰胺生成的影响
  葡萄糖   天冬酰胺   甘氨酸   赖氨酸   谷氨酰胺   半胱氨酸   丙烯酰胺
  序号   ％   ％   ％   ％   ％   ％   ppb
  1   0.4   0.176   0   0   0   0   1679
  2   0.4   0.176   0   0   0   0.269   4
  3   0.4   0.176   0   0   0.324   0   5378
  4   0.4   0.176   0   0   0.324   0.269   7
  5   0.4   0.176   0   0.325   0   0   170
  6   0.4   0.176   0   0.325   0   0.269   7
  7   0.4   0.176   0   0.325   0.324   0   1517
  8   0.4   0.176   0   0.325   0.324   0.269   7
  9   0.4   0.176   0.167   0   0   0   213
  10   0.4   0.176   0.167   0   0   0.269   6
  11   0.4   0.176   0.167   0   0.324   0   2033
  12   0.4   0.176   0.167   0   0.324   0.269   4
  13   0.4   0.176   0.167   0.325   0   0   161
  14   0.4   0.176   0.167   0.325   0   0.269   4
  15   0.4   0.176   0.167   0.325   0.324   0   127
  16   0.4   0.176   0.167   0.325   0.324   0.269   26
[0039]如上表所示，在无其它氨基酸的情况下，葡萄糖和天冬酰胺会生成1679ppb的丙烯酰胺。添加的氨基酸产生了三种类型的影响。
1)半胱氨酸几乎消除丙烯酰胺的生成。所有添加半胱氨酸的处理具有低于25ppb的丙烯酰胺(减少了98％)。
2)赖氨酸和甘氨酸可以减少丙烯酰胺的生成，但效果不如半胱氨酸。所有添加赖氨酸和/或甘氨酸，但无谷氨酰胺和半胱氨酸的处理具有低于220ppb的丙烯酰胺(减少了85％)。
3)令人惊奇地，谷氨酰胺使丙烯酰胺的生成增加到5378ppb(增加了200％)。谷氨酰胺和半胱氨酸一起不生成丙烯酰胺。在谷氨酰胺中添加甘氨酸和赖氨酸则减少丙烯酰胺的生成。
[0040]这些试验证实了半胱氨酸、赖氨酸、甘氨酸在减少丙烯酰胺生成方面的作用。然而，由谷氨酰胺的结果可以看出不是所有的氨基酸都可以有效的减少丙烯酰酸的生成。半胱氨酸、赖氨酸或甘氨酸与另一种单独的氨基酸混合可加速丙烯酰胺的生成(例如谷氨酰胺)，就像减少丙烯酰胺生成一样。
II.半胱氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺和蛋氨酸在不同浓度和温度下的影响
[0041]如上所述，当添加与葡萄糖相同摩尔浓度的半胱氨酸和赖氨酸时会减少丙烯酰胺。设计一个后续试验用来回答如下问题：
1)浓度减少的半胱氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺和蛋氨酸对丙烯酰胺的生成会如何产生作用？
2)在120℃和150℃加热溶液时，添加的半胱氨酸和赖氨酸所产生的作用是否相同？
在pH7.0的磷酸钠缓冲液中制备天冬酰胺(0.176％)和葡萄糖(0.4％)溶液。添加两种浓度的氨基酸(半胱氨酸(CYS)、赖氨酸(LYS)、谷氨酰胺(GLN)或蛋氨酸(MET))。这两种浓度为每摩尔葡萄糖中0.2摩尔和1.0摩尔氨基酸。在一半的试验中，2mL的溶液在120℃下加热40分钟；在另一半的试验中，2mL的溶液在150℃下加热15分钟。加热后用GC-MS测定丙烯酰胺，结果显示在表2中。以不添加氨基酸的天冬酰胺和葡萄糖的溶液作为对照组。
表2：温度和氨基酸的浓度对丙烯酰胺水平的影响
Figure A20088000773600151
[0043]在使用半胱氨酸和赖氨酸的试验中，在120℃下加热40分钟后，对照组生成的丙烯酰胺为1332ppb，在150℃下加热15分钟后，对照组生成的丙烯酰胺为3127ppb。半胱氨酸和赖氨酸在120℃和150℃下均可减少丙烯酰胺的生成，减少的程度大致与添加的半胱氨酸或赖氨酸的浓度成比例。
[0044]在使用谷氨酰胺和蛋氨酸的试验中，在120℃下加热40分钟后，对照组生成的丙烯酰胺为1953ppb，在150℃下加热15分钟后，对照组生成的丙烯酰胺为3866ppb。谷氨酰胺在120℃和150℃下均可增加丙烯酰胺的生成。蛋氨酸在0.2摩尔/摩尔葡萄糖的浓度下不影响丙烯酰胺的生成。蛋氨酸在1.0摩尔/摩尔葡萄糖的浓度下将丙烯酰胺的生成减少了少于50％。
III.十九种氨基酸在葡萄糖和天冬酰胺的溶液中对丙烯酰胺的生成的影响
[0045]上面已经描述了四种氨基酸(赖氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸和谷氨酰胺)对丙烯酰胺生成的影响。也测定了另外15种氨基酸。在pH值7.0的磷酸钠缓冲液中制备天冬酰胺(0.176％)和葡萄糖(0.4％)溶液。添加15种与葡萄糖摩尔浓度相同的氨基酸。以不添加任何其它氨基酸的含有天冬酰胺和葡萄糖的溶液作为对照组。溶液在120℃下加热40分钟后用GC-MS测定丙烯酰胺。结果如以下的表3。
表3：其它氨基酸对丙烯酰胺生成的影响
Figure A20088000773600161
[0046]如上表所示，所有15种氨基酸中没有任何一种在减少丙烯酰胺生成方面如半胱氨酸、赖氨酸或甘氨酸一样有效。其中9种氨基酸可将丙烯酰胺减少到相当于对照组的22-78％之间的水平，而6种氨基酸可将丙烯酰胺增加到相当于对照组的111-150％之间的水平。
[0047]下表4总结所有氨基酸的结果，按氨基酸的有效性大小来进行排序。半胱氨酸、赖氨酸和甘氨酸是有效的抑制剂，可使生成的丙烯酰胺的数量低于对照组生成的15％。其后的9种氨基酸是较弱的有效抑制剂，可使总的丙烯酰胺的生成在对照组生成的22-78％之间。接下来的7种氨基酸会增加丙烯酰胺。谷氨酰胺增加的丙烯酰胺最多，显示为对照组的320％。
表4：19种氨基酸存在下的丙烯酰胺的生成
氨基酸   生成的丙烯酰胺与对照组的百分比
  对照组   100％
  半胱氨酸   0％
  赖氨酸   10％
  甘氨酸   13％
  组氨酸   22％
  丙氨酸   50％
  蛋氨酸   54％
  谷氨酸   54％
  天冬氨酸   55％
  脯氨酸   67％
  苯丙氨酸   68％
  缬氨酸   72％
  精氨酸   78％
  色氨酸   111％
  苏氨酸   111％
  酪氨酸   114％
  亮氨酸   131％
  丝氨酸   135％
  异亮氨酸   150％
  谷氨酰胺   320％
IV：在马铃薯薄片中添加750ppm的L-半胱氨酸
[0048]在试验马铃薯薄片中添加750ppm(百万分之几)的L-半胱氨酸。对照组马铃薯薄片不含有添加的L-半胱氨酸。将3g马铃薯薄片称重装入一个玻璃瓶。盖紧盖子之后，将玻璃瓶在120℃下加热15或40分钟。用GC-MS测定丙烯酰胺，以十亿分之几(ppb)为单位。
表5：有半胱氨酸的马铃薯薄片随着时间丙烯酰胺的减少
  马铃薯薄片   120℃下加热15分钟所得到的丙烯酰胺(ppb)   15分钟后减少的丙烯酰胺   120℃下加热40分钟所得到的丙烯酰胺(ppb)   40分钟后减少的丙烯酰胺
  (b)对照组   1662   9465
  750ppm的半胱氨酸   653   60％   7529   20％
V.烘焙的合成马铃薯片
[0049]根据上述结果，本发明的优选实施例是在合成零食食品的配方中添加半胱氨酸或赖氨酸，在本例中是烘焙的合成马铃薯片。制备这一产品的步骤如图3A所示。在面团制备步骤30中，马铃薯薄片、水和其它成分被混合在一起形成面团。(术语“马铃薯薄片”、“马铃薯颗粒”和“马铃薯粉”在这里是可互换的，且包括所有干燥的薄片或粉末制备物，而不计较其颗粒尺寸)。在压片步骤31中，将面团传送通过可以使其扁平的压片机，随后被切成离散的小片。在烹制步骤32中，切好的小片要进行烘焙，直到达到特定的颜色和含水量。随后将得到的马铃薯片在调味步骤33中进行调味，并在包装步骤34中进行包装。
[0050]本发明的第一个实施例通过使用上述步骤来显示。为了详细说明这个实施例，还在对照组和试验批次之间进行对照，在所述试验中，添加了三种不同浓度之一的半胱氨酸或一种浓度的赖氨酸。
表6：赖氨酸和各种水平的半胱氨酸对丙烯酰胺水平的影响
Figure A20088000773600181
1：预计氨基酸的D-异构体或氨基酸的D-和L-异构体两者的外消旋混合物是等效的，尽管L-异构体可能是最好和最便宜的来源。
[0051]在所有批次中，首先将干成分混合在一起，随后油被添加到干混合物中并混合。半胱氨酸或赖氨酸先溶解在水中，随后添加到面团里。压片前面团的含水量是重量比40％至45％。面团被送去压片产生0.020至0.030英寸之间的厚度，切成马铃薯片尺寸的小片并被烘焙。
[0052]烹制以后，测定水分、油，并根据Hunter L-A-B色差***(Hunter L-A-Bscale)测定颜色。对样品进行测定以获得终产品中的丙烯酰胺水平。上面的表6显示了这些分析的结果。
[0053]在对照组马铃薯片中，最终烹制后丙烯酰胺的水平为1030ppb。所有水平的测定结果显示，添加半胱氨酸和赖氨酸都可以显著地减少最终的丙烯酰胺水平。图4以图表形式显示了获得的丙烯酰胺水平。在这个图中，每个样品中检测到的丙烯酰胺的水平由黑色线条402显示。每个线条在紧下面具有列出适当的试验的标签并在图的左边校准了丙烯酰胺的数值范围。图中还显示了每个试验产生的马铃薯片的含水量，如单点404所示。这些点404的数值根据图的右边含水量百分比被校准。线条406将每个单点404连接以更好地看清。由于较低含水量对丙烯酰胺水平的显著影响，重要的是注意含水量以适当地评估任何丙烯酰胺还原剂的活性。与不添加所述试剂的相同终产品相比，在此使用的丙烯酰胺还原剂是在热加工食品的终产品中减少丙烯酰胺含量的添加剂。
[0054]在面团中添加半胱氨酸或赖氨酸可以显著减少终产品品中丙烯酰胺的水平。添加半胱氨酸的样品显示丙烯酰胺的减少水平与半胱氨酸的添加数量大致成正比。但是必须考虑到的是，在制备过程中添加氨基酸对终产品的特性(例如颜色、风味和质地)会产生间接影响。
[0055]还使用添加半胱氨酸、赖氨酸和所述两种氨基酸中的任一种与CaCl2的混合物来进行另外的试验。这些试验采用与上述试验相同的程序，但所使用的马铃薯薄片具有添加的不同水平的还原糖和不同数量的氨基酸和CaCl2的混合物。在下表7中，组1的马铃薯薄片具有0.81％的还原糖(表的这一部分重现了上述试验的结果)，组2具有1.0％的还原糖，组3具有1.8％的还原糖。
表7：半胱氨酸、赖氨酸、还原糖的不同浓度的影响
  还原糖％   总干重的CaCl2 wt％   总干重的半胱氨酸ppm   总干重的赖氨酸％   最终H2O wt％   最终颜色值   丙烯酰胺ppb
  0.81   0   0   0   2.21   72.34   1030
  0.81   0   300   0   1.73   76.53   620
  0.81   0   700   0   2.28   79.02   166
  0.81   0   1398   0   2.57   78.36   104
  0.81   0   0   0.685   2.68   73.20   456
  1.0   0   0   0   1.71   72.68   599
  1.0   0   0   0   1.63   74.44   1880
  1.0   0   0   0   1.69   71.26   1640
  1.0   0   0   0   1.99   71.37   1020
  1.0   0   700   0   2.05   75.81   317
  1.0   0.646   0   0.685   1.74   73.99   179
  1.8   0   0   0   1.80   73.35   464
  1.8   0   0   0   1.61   72.12   1060
  1.8   0   700   0   1.99   75.27   290
  1.8   0   1398   0   1.96   75.87   188
  1.8   0   0   0.685   1.90   76.17   105
  1.8   0.646   0   0.685   2.14   75.87   47
  1.8   0.646   700   0   1.83   77.23   148
[0056]如本表数据所显示，对于被测定的每一种水平的还原糖，添加半胱氨酸或赖氨酸都会显著改进丙烯酰胺的水平。而赖氨酸和氯化钙的混合物却几乎完全消除了生成的丙烯酰胺，尽管这个事实是在还原糖的最高水平的试验时测定的。
VI.切片的油炸马铃薯片的试验
[0057]使用由马铃薯切片所得到的马铃薯片也可以产生一个类似的结果。然而，这些所希望的氨基酸并不能如同上述实施例那样简单地与马铃薯切片混合，因为这样有可能会破坏切片的完整性。在一个实施例中，马铃薯切片被浸入含有所希望的氨基酸添加剂的水溶液中，浸泡足够的时间使得氨基酸可以渗透进入马铃薯切片的细胞结构中。这可以例如在如图2所示的清洗步骤23期间进行。
[0058]下表8显示在如上面图2所示的清洗步骤23中添加1％的半胱氨酸进行清洗处理的结果。所有的清洗都是在室温下和所指示的时间内进行；对照组的处理则没有在水中添加任何物质。所述马铃薯片在178℃下在所指示的时间内在棉籽油中进行油炸。
表8：马铃薯切片的清洗水中的半胱酰胺对丙烯酰胺的影响
  油炸时间(秒)   最终H2O wt％   最终油wt％   最终的丙烯酰胺
  对照组-清洗2-3分钟   140   1.32％   42.75％   323ppb
  1％的半胱氨酸-清洗15分钟   140   .86％   45.02％   239ppb
  (c)对照组-清洗2-3分钟   110   1.72％   40.87％   278ppb
  对照组-清洗15分钟   110   1.68％   41.02％   231ppb
  1％的半胱氨酸-清洗15分钟   110   1.41％   44.02％   67ppb
[0059]如上表所示，将厚度为0.053英寸的马铃薯切片浸泡在含有1wt％浓度的半胱氨酸的水溶液中15分钟，足以将终产品的丙烯酰胺水平显著减少到100-200ppb。
[0060]本发明还证实了将半胱氨酸添加到用于玉米粉圆饼片的玉米面团(或湿润粉糊)中的作用。在磨粉的过程中将溶解的L-半胱氨酸添加到煮熟的玉米中，使得半胱氨酸在磨粉期间均匀的分散在湿润粉糊中。添加600ppm的L-半胱氨酸可以使丙烯酰胺从对照组产品中的190ppb减少到经L-半胱氨酸处理的产品中的75ppb。
[0061]任何数量的氨基酸都可以应用到在此公开的本发明中，只要这些附加成分可以对产品起到间接的调整作用，例如变化食品的颜色、风味和质地。尽管所有显示的例子都是使用α-氨基酸(其中-NH2基团附着在α-碳原子上)，但申请人预期其它异构体，例如β-或γ-氨基酸也能应用其中，虽然β-和γ-氨基酸不常用作食品添加剂。本发明的优选实施例是使用半胱氨酸、赖氨酸和/或甘氨酸。但是，其它氨基酸，例如组氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸和精氨酸也可以使用。这些氨基酸，尤其是半胱氨酸、赖氨酸和甘氨酸，通常是相对便宜的并且被广泛地用作一些食品中的食品添加剂。这些优选的氨基酸可以单独或是混合使用，以减少终食品产品中丙烯酰胺的数量。另外，所述氨基酸可以在加热前通过以下方式添加到食品产品中：通过添加商业上可获得的氨基酸到食品产品的原料中或是添加含有高浓度水平的游离氨基酸的另一种食品成分。例如，酪蛋白含有游离的赖氨酸，凝胶含有游离的甘氨酸。因此，当申请人指出一种氨基酸被添加到食品配方中时，应该理解为这种氨基酸可以作为商业上可获得的氨基酸来添加或是作为含有游离氨基酸浓度的食品来添加，所述含有游离氨基酸浓度的食品中的天冬酰胺水平大于食品中本身的天冬酰胺水平。
[0062]添加到食品中以将丙烯酰胺水平减少到可以接受水平的氨基酸的数量可以通过几种方式表示。出于商业需要，与未作处理的产品来对照，需要添加的氨基酸的数量要足够将丙烯酰胺的最终生成水平减少至少百分之二十(20％)。较为优选的，丙烯酰胺的生成水平应该减少百分之三十五到百分之九十五(35-95％)的数量。更为优选的，丙烯酰胺的生成水平应该减少百分之五十到百分之九十五(50-95％)的数量。一个使用半胱氨酸的优选实施例中，已经确定添加至少100ppm的半胱氨酸可以有效减少丙烯酰胺。因此，优选的半胱氨酸的添加范围是100-10000ppm，最优选的范围是约1000ppm的数量。在使用其它有效的氨基酸的优选实施例中，例如赖氨酸和甘氨酸，发现所添加的氨基酸和产品中的还原糖的摩尔比在至少0.1摩尔的氨基酸比1摩尔的还原糖(0.1∶1)的范围内可以有效减少丙烯酰胺的生成。更优选地，所添加的氨基酸和还原糖的摩尔比的范围在0.1∶1至2∶1之间，最优选的比例是约1∶1。
[0063]所选的氨基酸减少发现的丙烯酰胺数量的机理现在还不知道。可能的机理包括前体的反应和稀释之间的竞争，这样会产生较少的丙烯酰胺，以及丙烯酰胺的反应机理被破坏。可能的机理包括(1)抑制麦拉德反应，(2)消耗葡萄糖和其它还原糖，和(3)与丙烯酰胺反应。具有一个游离硫醇基的半胱氨酸，在麦拉德反应中扮演着抑制剂的角色。由于丙烯酰胺被认为是由天冬酰胺通过麦拉德反应生成的，因此，半胱氨酸应该减少麦拉德反应的速度和丙烯酰胺的生成。赖氨酸和甘氨酸会与葡萄糖和其它还原糖快速反应。如果葡萄糖被赖氨酸和甘氨酸消耗掉，那么就有较少的葡萄糖与天冬酰胺反应来生成丙烯酰胺。氨基酸的氨基可以与丙烯酰胺的双键反应，即Michael加成。半胱氨酸的游离硫醇也可以与丙烯酰胺的双键反应。
[0064]应该理解添加氨基酸也可能对终产品的特性产生不利变化，例如颜色、风味和质地的变化。根据本发明，这些产品特性的变化可以通过许多其它的方式进行补偿。例如，马铃薯片的颜色特性可以通过控制原料中糖的数量来进行调整。可以在终产品中添加不同的调味剂来变化一些风味特性。产品的物理质地也可以例如通过添加发酵剂或各种乳化剂被调整。
VII.二价和三价阳离子对丙烯酰胺生成的影响
[0065]本发明的另一个实施例包括通过在烹制或热加工零食食品前向零食食品的配方中添加二价或三价阳离子的方法来减少丙烯酰胺的生成。化学家理解阳离子不孤立存在，而是与同价阴离子一起存在。尽管这里涉及的盐含有二价或三价阳离子，通过减少水中天冬酰胺的可溶性，确信盐中的阳离子能减少丙烯酰胺的生成。这里，这些阳离子被认为是具有至少两个化合价的阳离子。有趣的是，单一化合价的阳离子在本发明中使用无效果。选择适当的含有至少两个化合价的阳离子与阴离子结合的化合物，相关的因素是水的可溶性、食品安全以及特殊食品的特性的最少变化。可以使用不同盐的组合，尽管这里讨论的只是一种盐。
[0066]化学家谈原子的化合价作为量度它与其它元素结合的能力。特别是二价原子具有与其它原子生成两个离子键的能力，而三价原子可以与三个原子生成三个离子键。阳离子是带正电的离子，即原子失去一个或多个电子，给它正电荷。二价或三价阳离子是带正电的离子，它分别具有两个或三个有效的离子键。
[0067]简单模型***可用于试验二价或三价阳离子对于丙烯酰胺的生成的影响。加热1∶1摩尔比例的天冬酰胺和葡萄糖可以产生丙烯酰胺。具有与不具有添加盐的丙烯酰胺含量的定量对照，测定盐促进或抑制丙烯酰胺生成的能力。使用两种样品制备和加热方法。一种方法包括混合干成分，添加等量的水并在敞口瓶中加热。当加热使得大部分水溢出时，浓缩试剂，重复烹制条件。稠的糖浆或焦油可以产生，复杂的回收丙烯酰胺。这些试验显示在如下的例子1和2中。
[0068]使用用压力容器的第二个方法允许更多的受控试验。试验成分的溶液在压力下混合并被加热。所述试验成分可以以在食品中发现的浓度被添加，并且缓冲液可使普通食品的pH值加倍。在这些试验中，没有水溢出，丙烯酰胺的回收简化，这如以下例子3所示。
VIII.二价、三价阳离子减少丙烯酰胺，而单价阳离子不能减少丙烯酰胺
[0069]例子1，20mL(毫升)玻璃瓶含有L-天冬酰胺一水化物(0.15g，1毫摩尔)，葡萄糖(0.2g，1毫摩尔)和水(0.4mL)用铝箔覆盖，并且在气相色谱(GC)炉中加热，所述加热按计划以20°/分钟的速度从40°加热到220℃，在220℃停留两分钟，并以20°/分钟的速度从220°冷却到40°。残留物用水萃取并使用气相色谱质谱分析法(GC-MS)对丙烯酰胺分析。分析发现约10,000ppb(十亿分之几)的丙烯酰胺。另外两个瓶含有L-天冬酰胺一水化物(0.13g，1毫摩尔)、葡糖糖(0.2g，1毫摩尔)、无水氯化钙(0.1g，1毫摩尔)和水(0.4mL)被加热并分析。分析发现7ppb和30ppb的丙烯酰胺，减少了超过99％的丙烯酰胺。
[0070]得出惊奇的结果是，钙盐强烈地减少了丙烯酰胺的生成，对盐进一步的筛选显示二价和三价离子(镁、铝)产生了类似的效果。注意到单价阳离子的类似试验，即0.1/0.2克碳酸氢钠和碳酸铵(同氨基甲酸铵和碳酸氢铵)增加了丙烯酰胺的生成，如以下表9。
表9
  盐   微摩尔盐   加热后微摩尔丙烯酰胺ppb
  无(对照组)   0   9857
  碳酸氢钠   1200   13419
  碳酸铵   1250   22027
  碳酸铵   2500   47897
IX.氯化钙和氯化镁
[0071]在例子2中，进行与上述类似的试验，不过代替使用无水氯化钙，可使用氯化钙和氯化镁中的每种的两个不同稀释溶液。瓶中含有L-天冬酰胺一水化物(0.15g，1毫摩尔)和葡萄糖(0.2g，1毫摩尔)与下面的一个混合：
0.5mL的水(对照组)，
0.5mL的10％氯化钙溶液(0.5毫摩尔)，
0.05mL的10％氯化钙溶液(0.05毫摩尔)加0.45mL的水，
0.5mL的10％氯化镁溶液(0.5毫摩尔)，或
0.05mL的10％氯化镁溶液(0.05毫摩尔)加0.45mL的水。
相同的两个样品如例1中所述被加热和分析。结果求平均值并且概括在以下表10中。
表10：氯化钙、氯化镁对丙烯酰胺的影响
  盐ID   增加的数量微摩尔   生成的丙烯酰胺微摩尔   丙烯酰胺的减少
  无(对照组)   0   408   0
  氯化钙   450   293   27％
  氯化钙   45   864   无
  氯化镁   495   191   53％
  氯化镁   50   2225   无
X.pH值和缓冲作用的影响
[0072]如以上显示，这个试验，例子3不包括从容器中失去的水，而是在压力下操作。瓶中含有2mL的缓冲过的原料溶液(15mM天冬酰胺、15mM葡萄糖、500mM磷酸盐或醋酸盐)和0.1mL的盐溶液(1000mM)在气相色谱炉中放置的帕尔高压气瓶中加热，所述加热按计划程序以20°/分钟的速度从40℃上升到150℃，在150℃停留2分钟。所述高压气瓶从气相色谱炉中移除并冷却10分钟。所述内容物用水萃取并以如下GS-MS方法分析丙烯酰胺。对pH值和缓冲液的每一次组合，进行不添加盐或添加三种不同盐的对照组。重复试验的结果求平均值并在以下表11中概括：
表11：pH值和缓冲作用对二价/三价阳离子在丙烯酰胺的减少中的影响
Figure A20088000773600241
Figure A20088000773600251
[0073]通过三种盐的使用，最大的减少发生在pH值7的醋酸盐和pH值5.5的磷酸盐。pH值5.5的醋酸盐和pH值7的磷酸盐发现只有很小的减少。
XI.增加氯化钙减少丙烯酰胺
[0074]如下模型***的结果，运行小型的试验室试验，其中氯化钙在加热前被添加到马铃薯薄片中。三种浓度0.4％、2％或10％的氯化钙溶液被添加到3克的马铃薯薄片中。对照组是3克的马铃薯薄片与3毫升的去离子水混合。所述薄片被混合以生成相对均匀的糊，随后在密封玻璃瓶内在120℃下加热40分钟。在加热后通过GC-MS测定丙烯酰胺。加热前，对照组马铃薯薄片含有46ppb的丙烯酰胺。试验结果反应在如下表12中。
表12：氯化钙溶液浓度对丙烯酰胺减少的影响
  混合物ID   丙烯酰胺，ppb   丙烯酰胺的减少
  对照组(水)   2604   无
  0.4％的氯化钙溶液   1877   28％
  2％的氯化钙溶液   338   76％
  10％的氯化钙溶液   86   97％
[0075]从以上得出结果，在进行的试验中，钙盐被添加到合成零食食品的配方中，从而烘焙合成马铃薯片。制作烘焙合成马铃薯片的步骤由图3B中显示的步骤组成。面团制备步骤35将马铃薯薄片与水、阳离子/阴离子对(这里是氯化钙)以及其它辅料混合，其充分混合生成面团。(另外，在此术语“马铃薯薄片”预期包括所有干燥的马铃薯薄片、颗粒或粉末制备物，不管颗粒的尺寸。)在压片/切片步骤36中，所述面团穿过使面团变平的压片机并且被切成单独的小片。在烹制步骤37中，生成的小片被烹制成特殊的颜色和含水量。随后，获得的马铃薯片在调味步骤中38中调味并在包装步骤39中包装。
[0076]在第一试验中，两个批次的加工马铃薯片根据表13中给出配方被制备并烹制；各批次之间唯一的不同是试验批次含有氯化钙。在两个批次中，所述干燥成分首先被混合在一起。随后油被添加到干混合物中并被混合。氯化钙在添加到面团之前在水中溶解。在压片前面团的含水量为重量比40％至45％。所述面团被压片产生0.020至0.030英寸之间的厚度，切成马铃薯片大小的小片并被烘焙。
[0077]烹制后，测定水分、油并根据Hunter L-a-b色差***测定颜色。样品经试验获得终产品的丙烯酰胺水平。表13显示了这些分析的结果。
表13：氯化钙对马铃薯片中的丙烯酰胺的影响
[0078]如这些结果所示，以氯化钙与马铃薯薄片的重量比约1∶125的比例向面团添加氯化钙可显著减少终产品中的丙烯酰胺的水平，使最终丙烯酰胺水平从1030ppb减少到160ppb。另外，终产品中的油和水的百分比不受添加氯化钙的影响。然而，应注意根据使用的数量，氯化钙可以引起产品风味，质地和颜色的变化。
[0079]添加到食品中用于减少丙烯酰胺的二价或三价阳离子的水平可以以许多方式表示。为了商业上的需要，阳离子添加的数量应足以将生成的丙烯酰胺的最终水平减少至少20％(20％)。较优选，生成的丙烯酰胺的水平应减少35％到95％的范围中的数量(35-95％)。更优选，生成的丙烯酰胺的水平应减少50％到95％的范围(50-95％)中的数量。为了用不同的方式表示，添加二价或三价阳离子的数量可以以在食品产品中阳离子摩尔相对游离天冬酰胺的摩尔之间的比例给出。二价或三价阳离子的摩尔相对游离天冬酰胺的摩尔比例应该至少是1∶5(1∶5)。较优选，所述比例至少是1∶3(1∶3)；并且更优选1∶2(1∶2)。在现有的优选实施例中，阳离子的摩尔相对天冬酰胺的摩尔比例是约1∶2至1∶1之间。在相比钙对产品风味有较少影响的镁的情况下，阳离子对天冬酰胺的摩尔比可以是二比一(2∶1)。
[0080]进行其它试验，利用与上述相同的步骤，但是不同批次的马铃薯薄片含有添加的不同水平的还原糖和不同数量的氯化钙。在以下的表14中，具有0.8％的还原糖的马铃薯薄片再现了上面显示的试验。
表14：氯化钙以及不同水平的还原糖和不同的阳离子水平的影响
  CaCl2(g)   还原糖％   水分％   颜色L值   丙烯酰胺ppb
  0   0.8   2.21   72.34   1030
  39   0.8   2.58   76.67   160
  0   1.0   1.80   73.35   464
  0   1.0   1.61   72.12   1060
  17.5   1.0   1.82   74.63   350
  39   1.0   2.05   76.95   80
  39   1.0   1.98   75.86   192
  0   1.8   1.99   71.37   1020
  0   1.8   1.71   72.68   599
  0   1.8   1.69   71.26   1640
  0   1.8   1.63   74.44   1880
  39   1.8   1.89   76.59   148
  39   1.8   1.82   75.14   275
[0081]如这个表所示，甚至当添加的氯化钙对马铃薯薄片的重量比低于1∶250时，添加的氯化钙持续减少终产品的丙烯酰胺水平。
[0082]许多生成二价或三价阳离子的盐(或所述其它方法，产生的阳离子至少带两个化合价)可用于在这里公开的本发明中，只要调整可以对附加成分产生间接的效果。减少丙烯酰胺水平的效果看起来源自二价或三价阳离子，而非与之配对的阴离子。阳离子/阴离子对的局限性不是化合价，而涉及食品中的可接受性，例如它们对安全性，可溶性和它们的风味、气味、外形和质地的影响。例如，阳离子的有效性直接与它的溶解度相关。例如包括醋酸或氯阴离子的那些高度可溶的盐是最优选的添加剂。例如包括碳酸或氢氧阴离子的那些较少可溶的盐可以通过添加磷酸或柠檬酸或者通过破坏淀粉质食品的细胞结构变得更加可溶。建议使用的阳离子包括钙、镁、铝、铁、铜和锌。这些阳离子适当的盐包括氯化钙、柠檬酸钙、乳酸钙、苹果酸钙、葡萄糖酸钙、磷酸钙、醋酸钙、乙二胺四乙酸钠钙、甘油磷酸钙、氢氧化钙、乳糖酸钙、氧化钙、丙酸钙、碳酸钙、硬脂酰乳酸钙、氯化镁、柠檬酸镁、乳酸镁、苹果酸镁、葡萄糖酸镁、磷酸镁、氢氧化镁、碳酸镁、硫酸镁、氯化铝六水合物、氯化铝、氢氧化铝、铵明矾、钾明矾、钠明矾、硫酸铝、氯化铁、葡萄糖酸亚铁、柠檬酸铁铵、焦磷酸铁、富马酸亚铁、乳酸亚铁、硫酸亚铁、氯化铜、葡萄糖酸铜、硫酸铜、葡萄糖酸锌、氧化锌和硫酸锌。本发明优选的实施例利用氯化钙，尽管确信通过一个或多个合适阳离子盐的组合可满足其要求。许多盐，例如钙盐，并特别是氯化钙，相对便宜并且通常用于食品。氯化钙可以与柠檬酸钙结合使用，因此减少了氯化钙的对风味的间接影响。另外，任何数量的钙盐可以与一种或多种镁盐结合使用。本领域的技术人员理解所需要的盐的特定配方可以根据所述食品产品和希望的终产品的特性进行调整。
[0083]应该理解终产品的特性的变化，例如颜色、风味以及密度可以通过不同方法调整。例如，马铃薯片的颜色特性通过控制初始产品中的糖的数量来调整。一些风味的特性可以通过向终产品添加不同的风味剂而变化。产品的物理质地可以通过添加发酵剂或不同的乳化剂而调整。
XII.制备面团中试剂的组合
[0084]在本发明的上述实施例中，焦点是通过可以减少烹制零食中发现的丙烯酰胺含量的单一试剂引起的丙烯酰胺的减少，例如二价或三价阳离子或多种氨基酸中的一种。本发明的其它实施例包括各种试剂的组合，例如将氯化钙和其它试剂组合提供明显减少的丙烯酰胺而没有明显的改变马铃薯片的风味。
XIII.氯化钙、柠檬酸、磷酸的组合
[0085]本发明人已经发现钙离子在酸性pH值下能更加有效地减少丙烯酰胺的含量。在下面显示的试验中，研究了在酸存在下氯化钙的添加，并对照了仅添加酸的样品。
表15：CaCl2和磷酸或柠檬酸的组合对丙烯酰胺的影响
Figure A20088000773600281
[0086]如上面的表15所示，仅添加磷酸将丙烯酰胺的生成减少了73％，而添加CaCl2和酸将丙烯酰胺水平减少了93％。图5以图表显示了这些结果。在这个图中，对照组的丙烯酰胺水平502非常高(1191)，但是当仅添加磷酸时就明显地减少了，并且当添加氯化钙和酸时更加明显地减少了丙烯酰胺。同时，不同马铃薯片的含水量504保持在相同的范围，虽然它在添加有试剂的马铃薯片中稍微有些减少。因此，已经证实了，氯化钙和酸可以有效地减少丙烯酰胺。
[0087]使用氯化钙和磷酸作为添加剂添加到马铃薯面团中进行其它的试验。使用对应马铃薯薄片重量比0％、0.45％和0.90％的三种不同水平的氯化钙。这些与对应所述薄片的0％、0.05％或0.1％的三种不同水平的磷酸的相结合。此外，对所述薄片中对应的0.2％、1.07％和2.07％的三种水平的还原糖进行试验，虽然没有表示这些水平的所有组合。每个试验被混合到面团、成型并烹制生成马铃薯片。油炸温度、油炸时间和片厚度被分别恒定保持在350°F、16秒和0.64mm。为了清楚，这些结果被显示在三个单独的表格(16A、16B和16C)中，每个表格显示了马铃薯薄片中的一种水平的糖的结果。此外，这些试验被设置在右侧，使得没有添加氯化钙或磷酸的对照组在左侧。在表中，每个水平的氯化钙(CC)被集合在一起，磷酸(PA)的变化随后。
表16A：CaCl2/磷酸对丙烯酰胺水平的影响-0.2％还原糖
[0088]在还原糖的水平为最低的这个试验中，我们看到产生的丙烯酰胺水平通常在所希望的较低范围内。在这个还原糖水平下，单独使用氯化钙减少丙烯酰胺的水平小于对照组的1/4，添加磷酸可获得很小的额外效果。下表显示中间范围的还原糖，氯化钙的结合将丙烯酰胺水平从对照组的367ppb减少至试验组(cell)12的69ppb。尽管丙烯酰胺的某些减少可能归因于试验组12中略高的含水量(2.77而对照组中为2.66)，然而通过甚至当氯化钙和磷酸的水平减半时，丙烯酰胺还能明显减少显示了进一步的支持。在试验组6中显示了这一结果，与对照组相比，所述试验组显示了明显减少的丙烯酰胺和较低的含水量。
表16B：氯化钙/磷酸对丙烯酰胺水平的影响-1.07％还原糖
Figure A20088000773600301
表16C：氯化钙/磷酸对丙烯酰胺水平的影响-2.07％还原糖
Figure A20088000773600302
[0089]如这三个表所示，随着还原糖水平的增加，减少丙烯酰胺水平所必需的氯化钙和磷酸水平将增加。图6显示与以上三个表相应的一个图表，线条602表示丙烯酰胺水平，点604表示含水量。所述结果根据从马铃薯获得的还原糖的水平再次进行分组；每组内通常从第一组向下移动，随后使用多种丙烯酰胺还原剂以减少丙烯酰胺水平。
[0090]若干天后，仅使用具有1.07％还原糖的马铃薯薄片，和与上述的三个水平相同的氯化钙，以及使用四种水平的磷酸(0、0.025％、0.05％和0.10％)，进行了与上述三个表格中所用的方案相同的另一个试验。所述结果在下表17中显示。图7图示所述表的的结果，丙烯酰胺水平用线条702表示且标定在图的左侧，而含水量百分比用点704表示且标定在图的右侧。随着氯化钙数量的增加，例如在整个图表上从左向右移动，丙烯酰胺减少。同样，对氯化钙的每一个水平，例如在某一个氯化钙水平内从左向右移动，丙烯酰胺的水平通常也会减少。
表17：氯化钙/磷酸对丙烯酰胺水平的影响-1.07％还原糖
Figure A20088000773600311
XIV.氯化钙/柠檬酸与半胱氨酸
[0091]在本发明人实施的有关玉米片的上述一些试验中，使丙烯酰胺水平达到希望水平所必须的氯化钙和磷酸的数量会产生令人讨厌的风味。设计以下试验以揭示向马铃薯面团中添加半胱氨酸是否会使氯化钙和酸的水平减少到可接受的风味水平，同时保持低水平的丙烯酰胺，其中半胱氨酸已经显示出能减少马铃薯片中的丙烯酰胺的水平。在所述试验中，向湿润粉糊(面团)中按如下比例添加三种试剂(i)在第一个试验中添加0.106％的氯化钙、0.084％的柠檬酸和0.005％的L-半胱氨酸；(ii)在第二个试验中添加0.106％的氯化钙和0.084％的柠檬酸，但无半胱氨酸，以及在第三个试验中添加0.053％的氯化钙，0.042％的柠檬酸和0.005％的L-半胱氨酸。重复每个试验，并再次进行，其两个结果如下所示。所述湿润粉糊含水量约50％，所以如果试验将这些比例仅看成是固体的话，那么浓度将接近两倍。另外，在每次试验中，一部分用玉米片基重的约10％的烤干酪辣味调味料调味。这一试验结果如下表18所示。在这个表中，每类玉米片，例如普通玉米片，对照组，第一次进行的试验结果以丙烯酰胺#1给出；第二次试验的结果以丙烯酰胺#2给出，并且两次结果的平均值以丙烯酰胺平均值给出。在第一个试验中，只给出了一个含水量的数值；其数值已示出。
表18：半胱氨酸与氯化钙/柠檬酸对玉米片中丙烯酰胺水平的影响
Figure A20088000773600321
[0092]当与0.106％的氯化钙和0.084％的柠檬酸结合时，半胱氨酸的添加使生成的丙烯酰胺将减少约一半。尽管在这套试验中，添加半胱氨酸未显示出丙烯酰胺进一步的减少，然而在具有烤干酪辣味玉米片调味料的玉米片中，仅有氯化钙和柠檬酸就能将产生的丙烯酰胺从80.5ppb减少至54ppb。
[0093]图8图示与上表相同的数据。对于试验中的每一类型的玉米片(例如：普通玉米片，对照组)，双线条802显示丙烯酰胺的结果。对于每类玉米片来说，第一个试验中丙烯酰胺的结果802a显示在左侧，第二个试验的丙烯酰胺的结果802b显示在右侧。两个丙烯酰胺结果用标记标定在图表的左侧。单一的含水量以位于丙烯酰胺图表上面的点804表示并且用标记标定在图表的右侧。
[0094]完成上述试验后，同样利用含有两种不同水平的还原糖的马铃薯薄片，对合成马铃薯片进行类似试验。为将玉米片试验中使用的浓度转化为合成马铃薯片的浓度，全部的马铃薯薄片、马铃薯淀粉、乳化剂和添加的糖都被看做固体。调整氯化钙、柠檬酸和半胱氨酸的数量，得到了与玉米片中相同的重量百分比浓度。然而，在这个试验中，当使用的氯化钙和柠檬酸水平较高时，也可使用较高水平的半胱氨酸。另外，使用氯化钙与磷酸的结合与有和无半胱氨酸对试验中还原糖含量较低的部分进行对照。所述结果显示在表19中。
[0095]由此可以看出，在具有1.25％还原糖的马铃薯薄片中，上述第一水平的氯化钙、柠檬酸和半胱氨酸的组合可将生成的丙烯酰胺从1290ppb减少至594ppb，小于对照组数据的一半。利用较高水平的试剂的组合可将生成的丙烯酰胺减少至306ppb，小于对照组数量的一半。
[0096]利用相同的马铃薯薄片，仅有磷酸和氯化钙就能将生成的丙烯酰胺从1290ppb减少至366ppb，而磷酸和氯化钙中添加少量的半胱氨酸可将生成的丙烯酰胺进一步减少至188ppb。
[0097]最后，在具有2％还原糖的马铃薯薄片中，添加氯化钙、柠檬酸和半胱氨酸可将生成的丙烯酰胺从1420ppb减少至665ppb，小于对照组的一半。
表19：半胱氨酸与氯化钙/酸对马铃薯片中丙烯酰胺水平的影响
Figure A20088000773600341
[0098]图9图示所述试验的结果。显示了首先根据还原糖的水平进行分组，随后根据添加的丙烯酰胺还原剂的数量进行分组的结果。如上述图表，表示丙烯酰胺水平的线条902根据图表左侧的标记进行标定，而表示含水量的点904根据图表右侧的标记进行标定。
[0099]上述试验显示不必单独使用丙烯酰胺还原剂，而是可以结合使用以获得附加的效果。这种附加的效果可用于不断减少食品中丙烯酰胺水平或在对这些食品的质地风味不产生明显变化的情况下实现丙烯酰胺的低水平。尽管特定实施例已公开显示氯化钙与柠檬酸或磷酸的组合以及它们与半胱氨酸的组合，本领域的普通技术人员应该意识到这些组合可以使用其它钙盐，其它二价或三价阳离子的盐，其它食品级酸，以及任何已证实能减少终食品产品中的丙烯酰胺的其它氨基酸。另外，尽管这里用马铃薯片和玉米片来证实，本领域的普通技术人员应该理解，这些试剂的组合同样可用于其它可生成丙烯酰胺的合成食品产品，例如曲奇、饼干等。
XV.在马铃薯薄片的制备过程中添加的用以减少丙烯酰胺的试剂
[0100]添加氯化钙和酸已证实可减少由马铃薯薄片制备的油炸和烘焙零食食品中的丙烯酰胺。确信酸的存在通过减少pH值可实现其效果。目前尚不知道氯化钙是否干扰生成丙烯酰胺的羧基的脱除或随后氨基从游离天冬酰胺的脱除。氨基的脱除看来需要高温，其通常在零食脱水结束时发生。已证实在水存在时在低温下发生羧基的脱除。
[0101]马铃薯薄片可利用水和蒸汽烹制成(传统)或仅用蒸汽烹制(这样从马铃薯的外表面滤出较少物质)。烹制好的马铃薯随后被捣碎并滚筒干燥。薄片的分析显示薄片内具有较低的丙烯酰胺水平(小于100ppb)，尽管由这些薄片制成的产品可能具有较高水平的丙烯酰胺。
[0102]理论上讲，如果用酸减少面团的pH值或向面团中添加氯化钙来干扰羧基的脱除，那么在薄片的生产加工期间，加入这些添加剂可能(a)减少羧基的脱除，从而在零食食品脱水期间减少氨基的脱除比例，或者(b)不管什么机理，只需确保干扰添加剂较好的分布于面团中即可，所述面团经脱水成零食食品。如果发生这两种情况，前者将可能比后者对丙烯酰胺带来更大的影响。
[0103]另一个可能减少合成食品产品中丙烯酰胺的生成的添加剂是天冬酰胺酶。已知天冬酰胺酶能将天冬酰胺分解成天冬氨酸和氨。通过烹制和捣碎马铃薯(食品成分)制备马铃薯薄片的过程破坏了细胞壁并提供了天冬酰胺酶起作用的机会。在优选实施例中，以粉末或水溶液的纯食品级天冬酰胺酶的形式向食品成分中添加天冬酰胺酶。天冬酰胺酶可以与在此讨论的例如氨基酸和二价和三价阳离子的其它丙烯酰胺还原剂结合。
[0104]本发明人设计下列试验，以研究在制作马铃薯薄片期间，添加的不同试剂在减少由马铃薯薄片制成的产品中的丙烯酰胺水平的有效性。
XVI.在制备马铃薯薄片中使用的氯化钙和磷酸
[0105]设计一系列试验评估当制备马铃薯薄片生产期间添加氯化钙和/或磷酸时丙烯酰胺的减少水平。当在制备面团的后期添加添加剂时，所述试验还用来证实这些添加剂是否具有相同的影响。
[0106]对于这个试验，马铃薯含有20％的固体和1％的还原糖。马铃薯烹制16分钟，并和添加的成分一起被捣碎。所有批次具有13.7克的乳化剂和0.4克的柠檬酸。六个批次中的四个批次所添加的磷酸为两种水平(马铃薯固体的0.2％和0.4％)中的一种，并且这四个批次中的三个批次所添加的氯化钙为两种水平(马铃薯固体重量的0.45％和0.90％)中的一种。马铃薯干燥后，被研磨成给定大小的薄片，进行各种测定，并且将每个批次制备成面团。所述面团使用4629克的马铃薯薄片和马铃薯淀粉、56克的乳化剂、162毫升的液态蔗糖和2300毫升的水。另外，其中两个批次在制备薄片期间不含磷酸或氯化钙，这两个批次在制面团时含有给定水平的添加剂。将面团卷成0.64mm的厚度，切成小片并在350°F油炸20秒。下表20显示了这些不同批次试验的结果。
表20：向薄片或面团中添加氯化钙/磷酸对丙烯酰胺水平的影响
Figure A20088000773600361
[0107]如以上结果和图10中的图表所示，当仅添加磷酸制作薄片时，试验C中的丙烯酰胺水平最高，而当氯化钙和磷酸结合使用时，丙烯酰胺水平最低。
XVII.在制备马铃薯薄片中使用天冬酰胺酶
[0108]天冬酰胺酶是一种将天冬酰胺分解成天冬氨酸和氨的酶。由于天冬氨酸不会生成丙烯酰胺，因此本发明人推论当加热马铃薯薄片时，天冬酰胺酶处理可减少丙烯酰胺的生成。
[0109]进行以下试验。在金属干燥盘中将两克的标准马铃薯薄片与35毫升的水混合。盖好盘，并在100℃加热60分钟。冷却后，添加5毫升的水中含有250个单位的天冬酰胺酶，天冬酰胺酶的数量明显多于所需的计算量。酶以单位活性销售。一个单位活性被如下定义：一个单位活性在37℃下，pH值8.6时，每分钟从L-天冬酰胺中释放出1.0毫摩尔的氨。对照组是将马铃薯薄片和5毫升不含酶的水混合。含有天冬酰胺酶的马铃薯薄片在室温保持一个小时。经酶处理后，马铃薯薄片浆在60℃干燥一夜。盖好装有干燥马铃薯薄片的盘，并在120℃加热40分钟。通过气相色谱仪，溴化衍生物的质谱仪测定丙烯酰胺。对照组马铃薯薄片含有11,036ppb的丙烯酰胺，而经天冬酰胺酶处理的薄片含有117ppb的丙烯酰胺，减少超过了98％。
[0110]在第一个试验后，研究了添加天冬酰胺酶前烹制马铃薯薄片和水对于所述酶发挥作用是否是必须的。为验证所述情况，进行如下试验：
[0111]马铃薯薄片用四种方式中的一种进行预处理。在四组中的每一组中，将2克的马铃薯薄片与35毫升的水混合。在对照组的预处理组(a)中，马铃薯薄片和水混合形成糊。在组(b)中，马铃薯薄片通过M133/1281-0型Bio均质器高速地在25毫升水中均质，并与另外10毫升去离子水混合。在组(c)中，马铃薯薄片和水混合，加盖并在60℃加热60分钟。在组(d)中，将马铃薯薄片和水混合，加盖并在100℃加热60分钟。对于每一预处理组(a)、(b)、(c)和(d)，将马铃薯薄片分成两部分，其中预处理组的一半用天冬酰胺酶处理，而另一半是不添加天冬酰胺酶作为对照组。
[0112]通过在40毫升的去离子水中溶解1000个单位的酶制备天冬酰胺酶溶液。所述天冬酰胺酶来自于Erwinia chrysanthemi，Sigma公司的A-2925EC 3.5.1.1。在每个试验马铃薯薄片浆(a)、(b)、(c)和(d)中添加5毫升的天冬酰胺酶溶液(5mL)。在对照组马铃薯薄片浆(a)中添加5毫升的去离子水。所有马铃薯薄片浆在室温保留一个小时，并重复进行所有试验。将含有马铃薯薄片浆的无盖盘在60℃干燥一夜。给盘加盖后，马铃薯片在120℃加热40分钟。通过气相色谱仪，溴化衍生物的质谱仪测定丙烯酰胺。
[0113]如下表21所示，对于所有预处理，经天冬酰胺酶处理可将生成的丙烯酰胺减少98％以上。在加酶前，既均质或加热马铃薯薄片都不能增加添加的天冬酰胺酶的作用。在马铃薯薄片中，天冬酰胺接触天冬酰胺酶而不需要处理来进一步破坏细胞的结构。值得注意的是，使用的天冬酰胺酶的数量大大过量。如果马铃薯薄片含有1％的天冬酰胺，那么向2克马铃薯薄片中添加125个单位的天冬酰胺酶，1小时后约有50倍过量的酶。
表21：预处理的马铃薯薄片对天冬酰胺有效性的影响
Figure A20088000773600381
[0114]设计另一组试验用来评估制备马铃薯薄片期间添加天冬酰胺酶是否可减少由所述薄片制成的烹制产品中的丙烯酰胺，并且对用于制作薄片的马铃薯泥缓冲为对于酶活性(例如，pH＝8.6)的优选pH值是否可增加天冬酰胺酶的有效性。所述缓冲利用氢氧化钠溶液进行，其通过将4克氢氧化钠添加到1升水中制成十分之几摩尔的溶液。
[0115]两个批次的马铃薯薄片作为对照组，其中一个批次被缓冲而另一个批次没有被缓冲。将天冬酰胺酶添加到另外两个批次的马铃薯薄片中；同样其中一个批次被缓冲，另一个批次没有被缓冲。所述天冬酰胺酶从Sigma化学公司购得，并且以水和酶8∶1的比例与水混合。对于添加了天冬酰胺酶的两个批次，添加酶后的马铃薯泥保持40分钟，在有盖的容器内可使马铃薯泥脱水最少并在约36℃保持。随后马铃薯泥在滚筒干燥器上加工以制成薄片。根据上述内容，马铃薯薄片可用于制作马铃薯面团，其结果显示在下表22中。
表22：天冬酰胺酶和缓冲作用对马铃薯片中的丙烯酰胺含量的影响
  测定   未缓冲的对照组   未缓冲的天冬酰胺酶   缓冲过的对照组   缓冲过的天冬酰酶
  (m)含水量   1.56   1.53   1.68   1.61
  油   22.74   23.12   21.77   21.13
  颜色-L   61.24   60.70   57.24   57.35
  颜色-A   6.57   9.30   5.04   7.52
  颜色-B   28.95   28.29   27.12   27.41
  丙烯酰胺ppb   768   54   1199   111
[0116]如表22所示，添加不含有缓冲液的天冬酰胺酶可将最终马铃薯片中产生的丙烯酰胺从768ppb减少至54ppb，减少了93％。看来缓冲液的使用没有对丙烯酰胺的生成产生预期的影响；反而缓冲溶液的使用在对照组和天冬酰胺酶的试验中都生成了大量的丙烯酰胺。尽管如此，天冬酰胺酶将丙烯酰胺水平从1199ppb减少至111ppb，减少了91％。图11以图表显示了表22的结果。如上述附图，线条1002表示每一试验的丙烯酰胺水平，它根据图表左侧的标记进行标定，而点1004表示马铃薯片中的含水量，它根据图表右侧的标记进行标定。
[0117]同样对样品进行试验以检查游离天冬酰胺，以确定酶是否有活性。结果显示在下表23中。
表23：测定经酶处理的薄片中的游离的天冬酰胺
  未缓冲的对照组   未缓冲的天冬酰胺酶   缓冲过的对照组   缓冲过的天冬酰胺酶
  (n)游离天冬酰胺   1.71   0.061   2.55   0.027
  果糖   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01
  葡萄糖   ＜0.02   ＜0.02   ＜0.02   ＜0.02
  蔗糖   0.798   0.828   0.720   0.322
[0118]在未缓冲组中，添加天冬酰胺酶可将游离天冬酰胺从1.71减少至0.061，减少了96.5％。在缓冲组中，添加天冬酰胺酶可将游离天冬酰胺从2.55减少至0.027，减少了98.9％。
[0119]最终，在模型***中对每组样品薄片进行评估。在这个模型***中，每个样品的少量薄片与水混合形成约50％的薄片溶液。将所述溶液在试管内在120℃加热40分钟。随后对样品进行丙烯酰胺生成的分析，结果显示在表24中。每类的重复试验的结果并排显示。在所述模型***中，向未缓冲的薄片中添加天冬酰胺酶会将丙烯酰胺的平均含量从993.5ppb减少至83ppb，减少了91.7％。向缓冲过的薄片中添加天冬酰胺酶会将丙烯酰胺的平均含量从889.5ppb减少至64.5ppb，减少了92.7％。
表24：天冬酰胺酶的模型***对丙烯酰胺的影响
XVIII.将迷迭香萃取物添加到炸制油中
[0120]在单独试验中，检测向合成马铃薯片的炸制油中添加迷迭香萃取物对生成丙烯酰胺的影响。在所述试验中，等量的合成马铃薯片在没有添加剂(对照组)的油中炸制，或在具有迷迭香萃取物的油中炸制，其中以四种水平中的一种水平添加迷迭香萃取物：百万分之500、750、1000或1500。下表25给出了试验结果。
表25：迷迭香对丙烯酰胺的影响
  (o)迷迭香水平ppm   0   0   500   750   1000   1500
  含水量％   2.58   2.64   2.6
  丙烯酰胺ppb   1210   1057   840   775   1211   1608
[0121]所述对照组马铃薯片中的丙烯酰胺的平均水平是1133.5ppb。向炸制油中添加百万分之500的迷迭香可将丙烯酰胺减少至840ppb，减少了26％，而向炸制油中添加百万分之750的迷迭香可将生成的丙烯酰胺进一步减少至775ppb，减少了31.6％。然而，迷迭香增至百万分之1000时对生成的丙烯酰胺没有影响，而迷迭香增至百万分之1500时，会使生成的丙烯酰胺含量至1608ppb，增加了41.9％。
[0122]图12证实迷迭香试验的图示结果。在前述例子中，线条1202表示丙烯酰胺水平，并且在图表的左侧标定其刻度，而点1204表示马铃薯片中的含水量，并且在图表的右侧标定其刻度。
[0123]公开的试验结果增进了对在热加工合成食品中使用丙烯酰胺还原剂的了解。二价和三价阳离子、天冬酰胺酶和氨基酸已显示对热加工合成食品中产生的丙烯酰胺的减少是有效的。这些试剂可单独使用，然而也可相互结合使用或与酸结合使用，以增强其有效性。使用结合的试剂可进一步减少热加工食品中产生的丙烯酰胺，其中可使用单独的试剂或结合的试剂，在不破坏食品风味和质地的情况下，可获得低水平的丙烯酰胺。天冬酰胺酶经试验已被证实可作为一种合成食品中有效的丙烯酰胺的还原剂。这些试剂还显示，这些试剂不仅向合成食品的面团中添加是有效的，而且这些试剂还可添加到中间产品，例如制作过程期间的干燥的马铃薯薄片或其它干燥的马铃薯产品。添加到中间产品中的试剂的效果与那些添加到面团中的效果相同。
XIX.具有游离硫醇的丙烯酰胺还原剂对丙烯酰胺生成的影响
[0124]本发明的另一个实施例涉及在烹制或热加工之前通过添加具有游离硫醇化合物的还原剂到零食食品面团中减少丙烯酰胺的生成。在此使用的游离硫醇化合物是具有游离硫醇的丙烯酰胺还原剂。如前面讨论的，确信半胱氨酸的游离硫醇可以与丙烯酰胺的双碳键反应并作为美拉德反应的抑制剂。
[0125]进行试验以证实游离硫醇对丙烯酰胺减少的可能作用。五种游离硫醇化合物以等摩尔基准制备，每种化合物在0.5摩尔磷酸钠缓冲液中具有每升6.48毫摩尔浓度，缓冲液pH值是7.0，具有0.4％的天冬酰胺(30.3毫摩尔)和0.8％的葡萄糖(44.4毫摩尔)。制备没有硫醇化合物的对照组样品。六种溶液在120℃分别加热40分钟。随后对溶液的丙烯酰胺浓度进行测定。下表26给出了结果：
表26：游离硫醇化合物通过分解对丙烯酰胺减少的影响
  化合物   丙烯酰胺(ppb)   占对照组的百分比％
  对照组(无游离硫醇)   4146   100
  半胱氨酸(“L-半胱氨酸”)   1128   27
  N-乙酰基-L-半胱氨酸   1231   30
  N-乙酰基-半胱胺   1204   29
  还原型谷胱甘肽   1153   28
  二硫苏糖醇   1462   35
上述试验证实游离硫醇基减少了丙烯酰胺。由于N-乙酰基-L-半胱氨酸具有封闭的氨基与半胱氨酸有效性相同，半胱氨酸的游离氨基对减少丙烯酰胺不起作用。由于N-乙酰基-半胱胺在减少丙烯酰胺时不具有象半胱氨酸一样有效的羧基，半胱氨酸的羧基对减少丙烯酰胺不起作用。谷胱甘肽，在中间位具有半胱氨酸的三肽等价于半胱氨酸。虽然二硫苏糖醇具有两个硫醇基，使用二硫苏糖醇的丙烯酰胺与具有一个硫醇基的化合物类似。二硫苏糖醇中两个硫醇基可以反应以生成二硫化物，这样二硫苏糖醇在相同摩尔基准中比其它含有硫醇的化合物有效性低。
[0126]如上面表26所示例的试验已经显示丙烯酰胺减少与所添加的例如半胱氨酸的游离硫醇的浓度大致成比例。然而，对象半胱氨酸的游离硫醇化合物的添加所带来的例如终产品的颜色、风味和质地特性的间接效果必须考虑。例如高水平的半胱氨酸可以对终产品产生不需要的异味。因此，添加剂可以增加或增大例如半胱氨酸的游离硫醇化合物的效果，这些效果是需要的，因为这些添加剂可以允许以较少的硫醇化合物浓度获得相同水平的丙烯酰胺的减少。已经发现，当还原剂添加到例如半胱氨酸的游离硫醇化合物中，丙烯酰胺的减少将增加。还原剂在氧化-还原化学中已知是电子供体化合物，而氧化剂已知是电子受体化合物。
XX.半胱氨酸和还原剂对丙烯酰胺分解的影响
[0127]可以使用简单的模型***以证实游离硫醇化合物与添加的还原剂的的扩大的效果。对照组样品溶液包括游离硫醇(1.114毫摩尔的半胱氨酸)和丙烯酰胺(0.0352毫摩尔)在pH值7.0的0.5摩尔的磷酸钠缓冲液中制备。溶液在120℃下加热40分钟。回收的添加的丙烯酰胺是21％。因此，相对于没有还原剂的对照组样品，丙烯酰胺的减少数量是79％。即使半胱氨酸和丙烯酰胺的摩尔比例大于30，不是所有的丙烯酰胺与半胱氨酸反应。
[0128]随后以游离硫醇化合物和还原剂进行试验。溶液包括135ppm的游离硫醇化合物(1.114毫摩尔的半胱氨酸)，2500ppb的丙烯酰胺(0.0352毫摩尔)和约305ppm的还原剂(1.35毫摩尔的氯化亚锡二水合物)在pH值7.0的0.5摩尔的磷酸钠缓冲液中被制备。在120℃下加热40分钟，添加的丙烯酰胺的回收测定小于4％。因此，含有还原剂的样品中的丙烯酰胺的减少量与对照组样品对照超过了96％，其它17％的游离硫醇剩下。
XXI.半胱氨酸和氧化剂对丙烯酰胺分解的影响
[0129]随后以添加氧化剂代替还原剂进行试验。溶液包括135ppm的游离硫醇(1.114毫摩尔的半胱氨酸)、2500ppb的丙烯酰胺(0.0352毫摩尔)和235ppm的氧化剂(1.35毫摩尔的脱氢抗坏血酸)在pH值7.0的0.5摩尔的磷酸钠缓冲液溶液中制备。在120℃下加热40分钟，添加的丙烯酰胺的回收测定约27％。因此，含有氧化剂的样品中的丙烯酰胺的减少量约73％，其比由半胱氨酸对照组样品实现的减少要少。因此，氧化剂的添加使丙烯酰胺分解减弱。
[0130]进一步的试验以其它具有约2500ng/mL的丙烯酰胺溶液或2500ppb的丙烯酰胺的其它氧化剂和还原剂进行。结果在下表27中提供。
表27：具有半胱氨酸的氧化剂和还原剂对丙烯酰胺的影响
[0131]图13图表显示添加氧化剂或还原剂到丙烯酰胺还原剂中的理论化效果。不超出理论的范围，确信还原剂1304通过保持半胱氨酸的减少的硫醇1306的形式增加或扩大半胱氨酸的效果。如上面所讨论的，认为半胱氨酸的游离硫醇与丙烯酰胺的双键反应。例如脱氢抗坏血酸的氧化剂1302可能将半胱氨酸的硫醇1306转化到失活的半胱氨酸二硫化物(胱氨酸)1308。在本发明的一个实施例中，使用具有约在+0.2和-2.0伏特之间的标准还原电势((E°)的还原剂。
XXII.具有还原剂的硫醇对马铃薯薄片的增加的影响
[0132]进行试验以对照具有游离硫醇的丙烯酰胺减少和在马铃薯薄片中没有还原剂的丙烯酰胺减少。六个小瓶中的3mL去离子水混合有3克马铃薯薄片。半胱氨酸以800ppm、400ppm、200ppm和100ppm的浓度(每g马铃薯薄片中μg半胱氨酸)添加到小瓶中。酪蛋白，潜在的游离硫醇源以1％的水平添加到小瓶中。六个样品在120℃中加热40分钟。溶液随后测定丙烯酰胺浓度。结果如下表28所示：
表28：没有还原剂的、不同浓度水平对丙烯酰胺减少的影响
  样品   添加的半胱氨酸(ppm)   丙烯酰胺(ppb)   占对照组的丙烯酰胺％
  对照组马铃薯薄片   0   2695   100
  半胱氨酸   800   2220   82
  半胱氨酸   400   2179   81
  半胱氨酸   200   2612   97
  半胱氨酸   100   2832   105
  酪蛋白(1％)   2808   104
所述数据再次证实随着半胱氨酸浓度的增加，丙烯酰胺的减少同样增加。上述试验同样显示没有还原剂的1％的酪蛋白不会减少丙烯酰胺。
[0133]如上表27所示，与游离硫醇或对照组样品对照，亚硫酸钠(还原剂)将半胱氨酸减少丙烯酰胺的水平多减少了额外的18％的效果。进行试验以证实亚硫酸钠在半胱氨酸和酪蛋白在马铃薯薄片中减少丙烯酰胺水平的效果。五个小瓶具有3克马铃薯薄片混合于3mL去离子水中。半胱氨酸以400ppm(每克马铃薯薄片中μg半胱氨酸)添加到两个小瓶中。酪蛋白在1％水平下添加到小瓶。亚硫酸钠以483ppm(每克马铃薯薄片中μg二氧化硫)添加到酪蛋白小瓶和一个半胱氨酸小瓶中。每个样品120℃下加热40分钟。随后对溶液中丙烯酰胺浓度进行测定。结果如下表29所示：
表29：没有还原剂的、不同浓度水平对马铃薯薄片的丙烯酰胺减少的影响
Figure A20088000773600441
表28显示1％的酪蛋白的添加对没有还原剂的马铃薯薄片中的减少丙烯酰胺水平没有作用。然而，表29显示还原剂的添加(483ppm的亚硫酸钠)导致与单独的亚硫酸钠额外的10％的丙烯酰胺减少。
[0134]硫醇和还原剂在马铃薯薄片样品(表28和29)中比在没有马铃薯薄片的溶液中对减少丙烯酰胺水平有较小的影响。这有许多可能的原因来解释这一现象。例如，丙烯酰胺添加到没有马铃薯薄片的样品中但生成在马铃薯薄片的样品中。因此，丙烯酰胺生成可能比分解更加重要。而且，条件对于马铃薯薄片并不是最优化的。马铃薯薄片的pH值不能调整到pH值7，其将增加半胱氨酸与丙烯酰胺的反应。
[0135]在一个实施例中，游离硫醇化合物1306从包括半胱氨酸、N-乙酰基-L-半胱氨酸、N-乙酰基-半胱胺、还原型谷胱甘肽、二硫苏糖醇、酪蛋白和其混合物的组中选择。在一个实施例中，还原剂1304从包括氯化亚锡二水合物、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、抗坏血酸、抗坏血酸衍生物、异抗坏血酸、抗坏血酸衍生物的盐、铁、锌、亚铁离子和其混合物的组中选择。
[0136]本发明的一个优点在于，相同丙烯酰胺的减少可以通过当游离硫醇化合物与还原剂混合时使用较少的游离硫醇实现。因此，不需要的异味可以减少或消除。丙烯酰胺的减少可以通过在任何基于面团的零食食品中使用游离硫醇化合物和还原剂而实现。本发明的其它优点是与某些还原剂相关的固有的营养益处。例如，抗坏血酸是通常所知的维生素C。
XXIII.天冬酰胺酶用在合成零食中的其它例子
[0137]申请人已经在前面讨论并公开了将天冬酰胺酶作为丙烯酰胺还原剂使用于合成食品的例子。下面是现实这种方法的实用性和适应性的这样实践的其它例子。
[0138]在第一个例子中，玉米被烹制到45％的含水量。随着水和天冬酰胺酶的添加，玉米被研磨，获得50％的含水量，并且对照组样品不添加天冬酰胺酶。在下面的表30的“说明”栏中详细的条件下进行每个试验生成湿润粉糊。在所述湿润粉糊根据“说明”栏中列出的条件被制备后，样品被去除并在被乙醇溶液冷浸前放置3、6或9分钟。这个乙醇溶液使天冬酰胺酶失活，从而模拟在混合后所述湿润粉糊中的酶的停留时间。每个试验进行的所述模拟的停留时间在表30的“设定时间”栏被反应出。在冷浸后，随后每个样品测定天冬酰胺的水平，并且这些试验的结果同样在表30中被反应出。在试验进行后，所述湿润粉糊被成型为片，所述片被油炸至1.1％的含水量，并且测定每个片中发现的丙烯酰胺水平。发现的油炸后到这一含水量所检测的丙烯酰胺水平线性地符合如前面描述的在每个试验后测定的天冬酰胺的数量。下面的表30提供了每个试验的方案和结果。
表30：具有天冬酰胺酶的玉米湿润粉糊
  试验运行   设定时间(分钟)   说明   天冬酰胺n-摩尔
  1   对照组   5.16
  2   3   每kg湿润粉糊120个单位的天冬酰胺酶和水在pH值8.5和室温下被添加   3.65
  3   6   每kg湿润粉糊120个单位的天冬酰胺酶和水在pH值8.5和室温下被添加   2.69
  4   9   每kg湿润粉糊120个单位的天冬酰胺酶和水在pH值8.5和室温下被添加   1.31
  5   3   每kg湿润粉糊120个单位的天冬酰胺酶和水在pH值8.5和60°F的温度下被添加   2.99
  6   6   每kg湿润粉糊120个单位的天冬酰胺酶和水在pH值8.5和60°F的温度下被添加   1.65
  7   9   每kg湿润粉糊120个单位的天冬酰胺酶和水在pH值8.5和60°F的温度下被添加   0.83
  8   3   每kg湿润粉糊120个单位的天冬酰胺酶和水在pH值8.5和100°F的温度下被添加   5.32
  9   6   每kg湿润粉糊120个单位的天冬酰胺酶和水在pH值8.5   4.88
  和100°F的温度下被添加
  10   9   每kg湿润粉糊120个单位的天冬酰胺酶和水在pH值8.5和100°F的温度下被添加   4.79
  11   3   每kg湿润粉糊120个单位的天冬酰胺酶和水在pH值6和室温下被添加   2.61
  12   6   每kg湿润粉糊120个单位的天冬酰胺酶和水在pH值6和室温下被添加   0.87
  13   9   每kg湿润粉糊120个单位的天冬酰胺酶和水在pH值6和室温下被添加   0.46
表30显示了添加到玉米湿润粉糊中的pH值和温度对天冬酰胺酶效力的影响。如通过对照试验11-13和试验2-4所看到的，pH值6比pH值8.5有较大的天冬酰胺的减少。此外，通过试验5-7与对照组对照所证实的，在例如60°F的较低温度下天冬酰胺酶减少天冬酰胺水平是有效的，通过试验2-4所证实的在温暖的室温下，天冬酰胺的减少更加有效。如通过与试验2-4对照的试验8-10所示，将温度升高到100°F而pH值8.5时不会出现增加天冬酰胺的减少。
[0139]类似的例子通过下面列出的表31显示。首先，玉米被烹制到45％的含水量。随后，所述玉米被研磨1分钟，在所述时间内，天冬酰胺酶以水溶液通过以不同频率运转的酶添加泵被添加。如前述试验，样品中获得的湿润粉糊以3、6和9分钟被冷浸。随后测定这些样品中发现的天冬酰胺的水平。通过对照试验5-7和试验2-4所示，升高温度的效果可能对于通过对照试验5和试验2所显示的低停留时间更明显。然而，6和9分钟的停留时间，升高温度的效果增加了玉米湿润粉糊中的天冬酰胺的减少。此外，通过试验8-16所表示的，以不同频率运转的酶泵可能对天冬酰胺的减少有效果。
表31：具有天冬酰胺酶的玉米湿润粉糊
  试验运行   设定时间(分钟)   说明   天冬酰胺n-摩尔
  1   对照组38   5.29
  2   3   研磨水60°F、pH值6、每kg湿润粉糊1980个单位的天冬酰胺酶   3.31
  3   6   研磨水60°F、pH值6、每kg湿润粉糊1980个单位的天冬酰胺酶   1.49
  4   9   研磨水60°F、pH值6、每kg   0.71
  湿润粉糊1980个单位的天冬酰胺酶
  5   3   研磨水100°F、pH值6、每kg湿润粉糊1980个单位的天冬酰胺酶   3.54
  6   6   研磨水100°F、pH值6、每kg湿润粉糊1980个单位的天冬酰胺酶   1.03
  7   9   研磨水100°F、pH值6、每kg湿润粉糊1980个单位的天冬酰胺酶   0.30
  8   3   研磨酶泵频率10Hz、每kg湿润粉糊1320个单位的天冬酰胺酶   4.50
  9   6   研磨酶泵频率10Hz、每kg湿润粉糊1320个单位的天冬酰胺酶   3.40
  10   9   研磨酶泵频率10Hz、每kg湿润粉糊1320个单位的天冬酰胺酶   3.30
  11   3   研磨酶泵频率30Hz、每kg湿润粉糊1320个单位的天冬酰胺酶   3.11
  12   6   研磨酶泵频率30Hz、每kg湿润粉糊1320个单位的天冬酰胺酶   1.29
  13   9   研磨酶泵频率30Hz、每kg湿润粉糊1320个单位的天冬酰胺酶   0.73
  14   3   研磨酶泵频率60Hz、每kg湿润粉糊1320个单位的天冬酰胺酶   4.08
  15   6   研磨酶泵频率60Hz、每kg湿润粉糊1320个单位的天冬酰胺酶   2.01
  16   9   研磨酶泵频率60Hz、每kg湿润粉糊1320个单位的天冬酰胺酶   0.81
[0140]类似的玉米片的例子在下面的表32中被显示。在这个试验中，生玉米被烹制到53％的含水量。随后，约30磅(lbs.)的玉米在托盘上展开并用含有天冬酰胺酶的水溶液喷洒。这种喷洒的玉米保持5或15分钟(“设定时间”)并且随后被研磨1分钟。随后所述湿润粉糊样品被取走并如前面说明的在3、6和9分钟被冷浸。随后对每一样品测定天冬酰胺的水平。
表32：具有天冬酰胺酶的玉米湿润粉糊
  试验运行   说明   天冬酰胺n-摩尔
  1   对照组   5.54
  2   15,900个单位的天冬酰胺酶，5分钟设定时间，3分钟冷浸时间   0.68
  3   15,900个单位的天冬酰胺酶，5分钟设定时间，6分钟冷浸时间   0.37
  4   15,900个单位的天冬酰胺酶，5分钟设定时间，9分钟冷浸时间   0.41
  5   15,900个单位的天冬酰胺酶，15分钟设定时间，3分钟冷浸时间   0.45
  6   15,900个单位的天冬酰胺酶，15分钟设定时间，6分钟冷浸时间   0.35
  7   15,900个单位的天冬酰胺酶，15分钟设定时间，9分钟冷浸时间   0.30
  8   80,000个单位的天冬酰胺酶，5分钟设定时间，3分钟冷浸时间   0.36
  9   80,000个单位的天冬酰胺酶，5分钟设定时间，6分钟冷浸时间   0.21
  10   80,000个单位的天冬酰胺酶，5分钟设定时间，9分钟冷浸时间   0.23
  11   80,000个单位的天冬酰胺酶，15分钟设定时间，3分钟冷浸时间   0.53
  12   80,000个单位的天冬酰胺酶，15分钟设定时间，6分钟冷浸时间   0.31
  13   80,000个单位的天冬酰胺酶，15分钟设定时间，9分钟冷浸时间   0.22
[0141]通过表30、31和32显示的试验进一步证实了申请人公开的可以有效地将天冬酰胺酶用于合成食品，通过研磨或面团成型过程中添加天冬酰胺酶，或者通过在研磨或面团成型之前处理生食品成分。
XXIV.天冬酰胺酶和其它丙烯酰胺还原剂的结合
[0142]除了使用天冬酰胺酶在热加工食品中作为单独的方式来减少丙烯酰胺，还可以将天冬酰胺酶和例如二价和三价阳离子和其它氨基酸的其它化合物结合用于减少终产品中的丙烯酰胺的目的。这种方法的一个例子涉及含有氢氧化钙(二价阳离子)的石灰浸泡液使用于马铃薯切片，与用天冬酰胺酶溶液处理马铃薯切片的结合。
[0143]在这个例子中，对于每个进行的试验，首先，600g的马铃薯被剥皮并切片成0.053英寸的厚度。随后，根据每个单独试验的参数，这些马铃薯切片在17L的水中被浸泡。在浸泡步骤后，收集湿切片并在餐巾纸上干燥并且随后进行天冬酰胺水平的试验。在第一试验中，切片在120°F下被浸泡2分钟。在第二试验中，在1,000个单位的天冬酰胺酶的存在下，切片在120°F下被浸泡2分钟。在第三试验中，在pH值9的石灰溶液中，切片在120°F下被浸泡2分钟。在第四试验中，在pH值9的石灰溶液中，在100,000个单位的天冬酰胺酶的存在下，切片在120°F下被浸泡2分钟。这些试验的结果在下面的表33中显示。
表33：还原剂的组合对马铃薯切片的影响
  试验运行   说明   n-Mole天冬酰胺
  1   水浸泡   681
  2   水/天冬酰胺酶浸泡   480
  3   水和石灰浸泡   146
  4   水和石灰和天冬酰胺酶浸泡   106
[0144]如表33可见，天冬酰胺酶或石灰浸泡液的单独使用将减少在马铃薯切片中发现的天冬酰胺的数量，并且因此减少最终产生的丙烯酰胺。然而，天冬酰胺酶和浸泡液中的石灰的结合使用在减少丙烯酰胺中更加有效。因此，可以使用石灰水解马铃薯切片的细胞壁并充分弱化它使得例如天冬酰胺酶的酶与游离天冬酰胺反应或者使石灰与天冬酰胺生成复杂的化合物。用于产生丙烯酰胺的剩余的天冬酰胺的水平可以在任何情况下被减少。使用石灰的试验的其它数据在下面的表38中出现。
[0145]同样已经注意到在热加工食品中减少丙烯酰胺的良好效果是使用例如磷酸钠和氯化钠的钠盐和氨基酸-赖氨酸的结合。还应该注意到的是用于减少丙烯酰胺单独公开的任何方法的使用和顺序可以产生改进的结果。例如，可以用氨基酸处理食品成分，随后用天冬酰胺酶处理，或反之亦然，还可以在一个步骤中结合使用两种试剂。同样地，可以在用天冬酰胺酶处理之前、之后或过程中用多价阳离子处理食品成分。因此，通过使用天冬酰胺酶和至少一种其它的丙烯酰胺还原剂，可以在热加工食品中减少丙烯酰胺的生成。这样的一种其它的丙烯酰胺还原剂可以选自包括游离氨基酸、具有至少2个化合价的阳离子、食品级酸、食品级碱和与还原剂结合的游离硫醇化合物的组。更具体地，这样的丙烯酰胺还原剂可以是在前面公开的那些试剂。例如，使用的氨基酸可以选自包括半胱氨酸、赖氨酸、甘氨酸、组氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、精氨酸和其混合物的组。因此，通过参考各种丙烯酰胺还原剂的组，申请人打算将前面公开的全部每一个化合物作为这些组的一部分结合到这一新颖的方法中，它们中的任何一个可以与天冬酰胺酶结合使用于热加工食品减少丙烯酰胺生成的目的。
XXV.pH值的影响
[0146]使用石灰浸泡液的马铃薯切片的上述例子也证实了pH值对丙烯酰胺生成的潜在影响。已经发现将食品产品暴露在高或低pH值溶液中可以减少最终丙烯酰胺生成的数量。除了在表30和表33中发现的例子，在这个例子中，证实了通过醋酸浸泡液减少了丙烯酰胺。在第一试验中，400g的马铃薯被剥皮并被切片成0.053英寸。随后这些切片被油炸到重量比1.1％的含水量并分析丙烯酰胺。在第二试验中，800g的马铃薯同样被切片并在4.9L水和75mL冰醋酸中在室温下被浸泡60分钟。随后这些切片与第一试验一样被移开、干燥并油炸。第二试验包括在4.85L水和150mL冰醋酸中在室温下浸泡800g的马铃薯切片60分钟。随后，这些切片再次被移开、干燥、油炸并对丙烯酰胺的生成进行分析。在第四试验中，在4.9L水和75mL冰醋酸中在120°F下浸泡800g的马铃薯切片15分钟。随后，这些切片被移开、干燥、油炸并分析。最后，在第五试验中，在4.85L水和150mL冰醋酸中在120°F下浸泡800g的马铃薯切片60分钟。随后，这些切片被移开、干燥、油炸并分析。这个试验的结果在下面的表34中显示。
表34：醋酸和天冬酰胺酶的影响
  试验   说明   ASN摩尔
  1   对照组   203.9
  2   4.9L水、75mL醋酸、60分钟   179.0
  3   4.85L水、150mL醋酸、60分钟   120.2
  4   4.9L水、75mL醋酸、120°F、15分钟   96.0
  5   4.85L水、150mL醋酸、120°F、60分钟   62.3
表34中的试验2和3显示了与其它所有因素一样，甚至在室温下，较多的醋酸使得天冬酰胺有较多的减少。因此，尽管表30证实了较低pH值可以在加工食品产品中减少天冬酰胺水平，表34证实了，即使不添加天冬酰胺酶，在具有较低pH值的醋酸溶液中浸泡马铃薯切片可以明显地减少天冬酰胺的水平。此外，试验3和5的对照揭示了在酸存在下升高温度可以明显地在马铃薯切片中减少天冬酰胺。此外，试验2和4的对照揭示了，即使在减少的停留时间下，升高温度可以使得天冬酰胺的极大减少。
[0147]例如在上面的表33和表34中显示的那些例子证实了使pH值偏离中性可以影响产品中产生的丙烯酰胺的数量，所述产品在加工之前被暴露在酸性或碱性溶液中。已经注意到了类似的事实，当在150℃加热的磷酸钠缓冲液中结合天冬酰胺和葡萄糖时，测定丙烯酰胺生成。磷酸钠缓冲液的pH值越低，产生的丙烯酰胺的数量越少，特别是当pH值在5或低于5时。已经注意到了在马铃薯薄片中pH值对丙烯酰胺生成的影响的类似结果，当添加氯化钙、磷酸或柠檬酸时减少样品的pH值。
[0148]图14图表显示了减少pH值的多价阳离子对丙烯酰胺水平的影响。盐溶液(3mL)被添加到玻璃小瓶中的3g的马铃薯薄片中。3g的马铃薯薄片中的氯化钙的数量是0.0375g(1.25％)。调整钙盐和氯化镁的浓度使得相同摩尔的二价阳离子被添加到马铃薯薄片中。对于氯化钠，钠的摩尔数加倍。pH值1404的马铃薯薄片浆在玻璃小瓶密封并在120℃下加热40分钟前被测定。在加热后由GC-MS测定丙烯酰胺1402。对照组样品是具有3mL去离子水的3g马铃薯薄片。
[0149]如图14所示，减少溶液pH值的多价阳离子在减少丙烯酰胺1402中特别有效。多价阳离子对溶液pH值的影响与溶液中添加的可溶性阳离子/阴离子对有关。例如，图15图示了氯化钙或氯化钠对0.5M磷酸和0.5M醋酸缓冲液的pH值的影响。由于磷酸钙的碱式是不可溶的，溶液变得更加偏酸性，如线条1502所显示的表示随着氯化钙增加的摩尔浓度减少的pH值。类似地，当氯化钙被添加到醋酸缓冲液中时，如线条1504所示，pH值的减少很小，这是因为醋酸钙是可溶的。当氯化钙被添加到如线条1506所示的醋酸缓冲液或如线条1508所示的磷酸缓冲液时，pH值只有较少的减少，这是因为醋酸钠和磷酸钠都是可溶的。
[0150]此外，多价阳离子的阴离子部分也是影响pH值的一个因素。与像醋酸一样的较弱解离的阴离子相比，像氯一样的强烈解离的阴离子已经较少的影响了pH值，其通过将下面的反应向右转化可以使得pH值更加偏碱性。
Figure A20088000773600511
[0151]再参看图14，下面的表35显示了盐的阴离子的pKa值。
表35：图14中显示的阴离子酸的pKa值
  多价盐   得到的阴离子酸   阴离子酸的pKa值
  氯化钙   HCl   0.00
  氯化镁   HCl   0.00
  葡萄糖酸钙   葡萄糖酸   3.60
  醋酸钙   醋酸   4.76
  柠檬酸钙   柠檬酸   6.39
基于图14和上面的表35提供的钙盐的数据，显示出阴离子酸的较高pKa值使得溶液更加偏碱性并抵消钙对减少pH值的效果。最能明显地减少丙烯酰胺的盐是氯化钙、氯化镁和葡萄糖酸镁，其具有低于4的pKa值的阴离子。具有6.39的pKa值阴离子的柠檬酸钙的添加使得丙烯酰胺水平比没有添加盐的马铃薯薄片中(例如在“水”样品中显示的丙烯酰胺水平)的丙烯酰胺水平要稍高。因此，在本发明的一个实施例中，使用减少pH值的盐来减少丙烯酰胺。在一个实施例中，减少pH值的盐具有低于约6.0的pKa值。这些盐包括但不限于，氯化钙、乳酸钙、苹果酸钙、葡萄糖酸钙、磷酸二氢钙、醋酸钙、乳糖酸钙、丙酸钙、硬脂酰基乳酸钙、氯化镁、柠檬酸镁、乳酸镁、苹果酸镁、葡萄糖酸镁、磷酸镁、硫酸镁、氯化铝六水合物、氯化铝、铵明矾、钾明矾、钠明矾、硫酸铝、氯化铁、葡萄糖酸亚铁、富马酸亚铁、乳酸亚铁、硫酸亚铁、氯化铜、葡萄糖酸铜、硫酸铜、葡萄糖酸锌和硫酸锌。
表36：多价阳离子盐的有效pKa值
  盐   有效pKa值
  氯化钙   0.00
  磷酸二氢钙   2.16
  乳酸钙   3.08
  硬脂酰基乳酸钙   3.08
  葡萄糖酸钙   3.60
  乳糖酸钙   3.60
  醋酸钙   4.76
  丙酸钙   4.86
  苹果酸钙   5.11
  氯化镁   0.00
  硫酸镁   1.98
  氯化镁   0.00
  硫酸镁   1.98
  磷酸二氢镁   2.16
  乳酸镁   3.08
  柠檬酸镁   3.14
  苹果酸镁   3.40
  葡萄糖酸镁   3.60
  氯化铝六水合物   0.00
  氯化铝   0.00
  铵明矾   1.98
  钾明矾   1.98
  钠明矾   1.98
  硫酸铝   1.98
  葡萄糖酸亚铁   3.60
  富马酸亚铁   4.44
  氯化铜   0.00
  硫酸铜   1.98
  葡萄糖酸铜   3.60
  硫酸锌   1.98
  葡萄糖酸锌   3.60
[0152]在制作赋予独特特性的食品过程的不同点中，不同食品需要不同的pH值水平。例如，软质饼干通常需要碱槽以感到类似软质饼干。因此，根据每种要被处理的食品的需要，本领域的技术人员需要使用不同的pH值水平。因此，本领域中已知术语使用的食品级酸和食品级碱可以是丙烯酰胺还原剂。
XXIV.丙烯酰胺还原剂和细胞破坏的结合
[0153]天冬酰胺酶与天冬酰胺反应并因此可以被用来选择性地从马铃薯中去除天冬酰胺。接近位于马铃薯细胞壁的内部的天冬酰胺而不破坏块茎结构的整体性是一个挑战。因此，本发明的许多实施例涉及弱化含有天冬酰胺的植物食品的细胞壁。根据本发明的多个实施例，所述细胞壁可以通过一种或多种细胞弱化机理被弱化。在此使用的“细胞弱化机理”被定义为可以使用的产生弱化的或可渗透的细胞壁并由此提高丙烯酰胺或天冬酰胺还原剂渗透到细胞壁的能力的任何物理或化学机理，使得例如天冬酰胺酶可以渗透到切片、减少天冬酰胺并在热加工食品产品中产生丙烯酰胺数量的减少。细胞壁的弱化使得天冬酰胺酶可以更容易地渗透到细胞，使得天冬酰胺酶可以失活已知作为丙烯酰胺前体的天冬酰胺。在一个实施例中，细胞壁的弱化在约100°F至约212°F之间的升高温度下进行。
[0154]可以使用上述范围的较高部分的温度来弱化用于制作合成食品的面团中的细胞壁。可以使用上述范围的较低部分的温度来弱化整个或例如切片马铃薯的非合成食品的细胞壁，所述较低部分的温度在约100°F至150°F之间，并优选在100°F至120°F之间。
[0155]弱化或渗透细胞壁的一种方法是用超声能处理马铃薯切片以弱化所述细胞壁并帮助酶渗透到所述细胞壁的内部。在一个实施例中，所述超声能至少施加30秒。在一个实施例中，所述超声能被施加约30秒至约60秒。当然，提供的这些范围是为了举例而不是为了限制。可以对食品产品施加任何有效增效量的超声能。
[0156]有效增效量是以下的量：(a)实现丙烯酰胺或天冬酰胺减少的百分比大于在食品产品中单独使用任何类型的丙烯酰胺还原剂所实现的丙烯酰胺或天冬酰胺减少的百分比；或(b)与单独使用丙烯酰胺还原剂或天冬酰胺还原剂相比减少相当多数量的丙烯酰胺浓度或天冬酰胺浓度，且由丙烯酰胺或天冬酰胺还原剂添加到制作过程中对终产品的特性(例如颜色、风味和质地)具有较少的间接影响。
[0157]进行多个试验来评估在不同单元操作条件下用超声能处理的马铃薯切片中的天冬酰胺减少的关系。在每个超声试验中，在四种不同的试验条件下，600g的马铃薯被剥皮并切片为约0.053英寸的厚度并在被保持在约120°F的约17L的水中浸泡约40分钟。来自每个试验的三组马铃薯切片被用于天冬酰胺的分析，并且对于每个试验，报告了平均值。
[0158]对照组样品试验1包括将约600g的切片成约0.053英寸的剥皮的马铃薯在约78°F的水中放置约2分钟。三组切片进行天冬酰胺试验并且显示了重量比约1.96％的平均天冬酰胺浓度。除非另有说明，天冬酰胺浓度的所有单位是重量百分比。在试验2中，马铃薯切片在约120°F的水中浸泡约40分钟并显示了重量比约0.77％的天冬酰胺浓度，比对照组多减少了约61％。试验3重复试验2，试验3在水中含有约100,000个单位的天冬酰胺酶并显示了重量比约0.44％的天冬酰胺浓度，比对照组多减少了约78％。试验4重复试验3，试验4在超声浸洗机(soaker)(从康涅狄格，Danbury的BransonUltrasonics公司获得)中将约68kHz的超声能施加到马铃薯切片并显示了重量比约0.10％的天冬酰胺浓度，约减少了95％的天冬酰胺。试验5重复试验4，除了用170kHz的超声能代替约68kHz的超声能施加到所述切片并且显示了重量比约0.11％的平均天冬酰胺浓度，减少了约94％的天冬酰胺。试验结果在下面的表36中被总结。
表36：在酶溶液中的马铃薯切片的对照性的超声分析
  试验   浸泡时间   溶液   超声能   天冬酰胺Wt％   减少
  1   2分钟   78°F水   1.96   0％
  2   40分钟   120°F水   0.77   61％
  3   40分钟   120°F，100,000个单位的天冬酰胺酶   0.44   78％
  4   40分钟   120°F，100,000个单位的天冬酰胺酶   68kHz   0.10   95％
  5   40分钟   120°F，100,000个单位的天冬酰胺酶   170kHz   0.11   94％
表36中的数据清楚地支持了超声能应用到马铃薯切片可以进一步减少天冬酰胺浓度的理论。试验4比试验3具有多22％的减少的天冬酰胺([95％-78％]/78％)。如试验2所例证的，在升高温度的水中浸泡也可以使得细胞壁变得更加多孔渗水。
[0159]在一个实施例中，对于物理机理，细胞壁通过将真空施加到切片被弱化。在一个实施例中，切片用石灰处理并且随后在真空下在酶溶液中被浸泡。不受理论的限制，据信当解除真空时细胞壁膨胀，并且在这个点，酶可以渗透到细胞壁。预先用石灰或其它例如超声的干涉处理可以弱化所述切片并且在真空下这些被处理过的切片可以更容易地被弱化。
[0160]在一个实施例中，使用压差促使例如天冬酰胺酶的丙烯酰胺还原剂进入马铃薯。在此使用的压差被定义为与大气压的压差并且所述压差可以提供正压或负压(真空)。例如，马铃薯可以在天冬酰胺酶溶液或其它丙烯酰胺还原剂的存在下被暴露在20至30psig的真空下。包括绝对真空(pure vacuum)的较高水平的真空的施加可能引起细胞破裂。不受理论的限制，据信较低水平的真空的施加可能不能充分地在马铃薯细胞中膨胀生成空隙的空间使得丙烯酰胺还原剂渗透进入马铃薯切片。
[0161]在一个实施例中，压差包括脉冲差或多次产生和解除真空的正压或负压的循环，使得所述细胞壁经受多次膨胀和收缩以弱化或破坏细胞表面，从而改进酶渗透进入细胞壁的可能性。在一个实施例中，施加至少两个周期的压差。
[0162]进行多个试验以评估在不同单元操作条件在用真空处理的马铃薯切片中的天冬酰胺减少的关系。在每个试验中，420g的马铃薯被剥皮并切片成0.053英寸的厚度。除非另有说明，来自每组试验的四个马铃薯切片用于天冬酰胺分析并且报告每个试验的平均值。每个试验使用约210g的马铃薯切片和约7L的水。试验在约75°F的常温和约120°F的升高温度的两个温度的水中进行。随着将天冬酰胺酶添加到溶液变化浸泡时间。此外，一些样品被放置到真空灌注单元并被保持在20psi。可以使用的真空灌注单元是由俄亥俄州，Marblehead的Biro Manufacturing公司获得的VTS-42型真空滚揉机。试验条件和结果在下面的表中被总结。
表37：真空/脉冲真空对马铃薯切片的影响的评估
Figure A20088000773600551
Figure A20088000773600561
*三组试验的数值平均值
[0163]在试验1中，马铃薯切片在120°F下被浸泡6分钟。在试验2中，马铃薯切片在具有7000个单位的酶的14L水中在120°F被浸泡6分钟。在试验3中，在真空灌注单元的20psi的真空度，马铃薯切片在14L水中在120°F被浸泡6分钟。在试验4中，在真空灌注单元的20psi的真空度，马铃薯切片在具有7000个单位的酶的14L水中在120°F被浸泡6分钟。在试验5中，在20psi的真空度，马铃薯切片在14L水中在120°F被浸泡3次，每次间隔2分钟。在每个两分钟的间隔之间，解除并再次施加真空。在试验6中，在20psi的真空度，马铃薯切片在具有7000个单位的酶的14L水中在120°F被浸泡3次，每次间隔2分钟。同样，在每个两分钟的间隔之间，解除并再次施加真空。在试验7中，马铃薯切片在室温下被浸泡6分钟。在试验8中，在20psi的真空度下，马铃薯切片在14L水中在室温被浸泡6分钟。在试验9中，在20psi的真空度，马铃薯切片在具有7000个单位的酶的14L水中在室温被浸泡6分钟。在试验10中，在20psi的真空度，马铃薯切片在14L水中在室温被浸泡3次，每次间隔2分钟。同样，在每个间隔之间，解除并再次施加真空。在试验11中，在20psi的真空度，马铃薯切片在具有7000个单位的酶的14L水中在室温被浸泡3次，每次间隔2分钟。在每个间隔之间，解除并再次施加真空。在试验12中，马铃薯切片在室温下被浸泡12分钟。在试验13中，在20psi的真空度，马铃薯切片在14L水中在室温被浸泡12分钟。在试验14中，在20psi的真空度，马铃薯切片在具有7000个单位的酶的14L水中在室温被浸泡12分钟。在试验15中，在20psi的真空度，马铃薯切片在14L水中在室温被浸泡6次，每次间隔2分钟。在每个间隔之间，解除并再次施加真空。在试验16中，在20psi的真空度，马铃薯切片在具有7000个单位的酶的14L水中在室温被浸泡6次，每次间隔2分钟。在每个间隔之间，解除并再次施加真空。
[0164]表37中的数据清楚地支持了真空施加到马铃薯切片可进一步减少天冬酰胺浓度的理论。例如，使用真空的试验3比试验2具有多12％的天冬酰胺的减少([28％-25％]/25％)。类似地，试验8比试验7具有超过100％的天冬酰胺的减少。由于在试验样品之间的天然丙烯酰胺水平的差异，这个结果可能是夸大的。即使试验13使用了真空，试验13使用的马铃薯比试验12使用的马铃薯具有较高水平的天冬酰胺，最可能是因为试验13使用的马铃薯比试验12使用的马铃薯具有更高水平的天然天冬酰胺。
[0165]此外，如试验6所示，当以脉冲方式施加真空时或者当释放、再次施加和释放三个不同时间的真空时，天冬酰胺的减少从在溶液中使用酶的试验4的19％达到38％。此外，对照试验16和使用脉冲真空的试验14，使得天冬酰胺的减少高于10％([90％-81％]/81％)。从而，清楚的是可以使用脉冲方式的真空以有效地减少马铃薯切片中的天冬酰胺的数量。
[0166]在一个实施例中，可以用其它适当的螯合剂或者与天冬酰胺复合的试剂清洗马铃薯切片，使得天冬酰胺不再可用于丙烯酰胺反应。
[0167]进行多个试验来评估在不同单元操作条件下用石灰处理的马铃薯切片的关系。结果在下面的表38中列出。
Figure A20088000773600571
[0168]对于每个试验，840g的马铃薯被剥皮并切片成0.053英寸的厚度并在28L的水中被浸泡。在试验1中，马铃薯切片在水中在室温被浸泡2分钟。在试验2中，马铃薯切片在水中在120°F被浸泡6分钟。天冬酰胺的天然水平的变化可能是试验1和试验2中的类似天冬酰胺浓度的原因。在试验3中，马铃薯切片在具有2％的石灰溶液的水中在120°F被浸泡6分钟。在试验4中，在20psi的真空度，马铃薯切片在具有2％的石灰溶液的水中在在120°F被浸泡6分钟。随后，切片被漂洗并在具有14,000个单位的酶的28L水中在120°F被浸泡10分钟。在试验5中，在20psi的真空度，马铃薯切片在具有14,000个单位的酶的28L水中在120°F被浸泡6分钟。在试验6中，马铃薯切片在2％的石灰溶液中在120°F被浸泡6分钟。随后所述马铃薯切片被漂洗5分钟并且随后在20psi的真空度，在具有14,000个单位的酶的28L水中在120°F被浸泡10分钟。在试验7中，在20psi的真空度，马铃薯切片在2％的石灰溶液中在120°F下被浸泡6分钟。切片被漂洗5分钟并且在具有14,000个单位的酶的28L的水中在120°F被浸泡10分钟。由试验3所示，用2％的石灰溶液代替仅仅水的情况浸泡产生明显较多的天冬酰胺的减少。上面公开的石灰水平是说明而不是限定的目的。在一个实施例中，可以在重量比0.1％至约2％的石灰溶液中浸泡所述切片。可以使用高于重量比2％的石灰浓度，但是这一水平可能开始影响终产品的风味。
[0169]穿透细胞壁的另一种方法是通过微波能预加热生切片，使得水分从切片的内部去除(微波优先从产品的内部而不是从它的表面去除水分)产生路径或通道，当处理过的切片被浸泡在酶溶液中时产生可以用于酶的渗透。在一个实施例中，全部马铃薯被微波处理以将内部水分从约80％的天然水分减少到约60％的含水量。当切片被浸泡在酶溶液中时，从马铃薯内部失去的水分可以产生用于天冬酰胺酶渗透到块茎的内部的通道。
[0170]对马铃薯切片进行多个试验以分析微波能对天冬酰胺减少的附加效应。在每个试验中，420g的马铃薯被剥皮并切片成0.053英寸的厚度。除非另有说明，每个试验中的四个马铃薯切片用于天冬酰胺分析并且报告了每个试验的平均值。每个试验使用被浸泡在约7L溶液的约210g的马铃薯切片。试验在两个温度的溶液中进行，即约75°F的室温和约120°F的升高温度。随着天冬酰胺酶添加到溶液中变化浸泡时间。此外，一些样品被放置在真空灌注单元并被保持在20psi。试验条件和结果在下表中总结。
表39：显示微波/真空对切片作用的影响
Figure A20088000773600591
*三个试验的数值平均值
**单一试验的数值
[0171]在对照组试验1中，马铃薯切片在室温下被浸泡2分钟。在试验2中，马铃薯切片在室温下被浸泡6分钟。在试验3中，在20psi的真空度，马铃薯切片在具有7000个单位的酶的14L水中在室温被浸泡6分钟。在试验4中，马铃薯切片被微波处理10秒并且随后在14L水中在室温被浸泡6分钟。在试验5中，马铃薯切片被微波处理30秒并且在14L水中在室温被浸泡6分钟。在试验6中，马铃薯切片被微波处理1分钟并且随后在14L水中在室温被浸泡6分钟。在试验7中，马铃薯切片被微波处理10秒并且随后在20psi的真空度，在具有7000个单位的酶的14L水中在室温被浸泡6分钟。在试验8中，马铃薯切片被微波处理30秒并且随后在20psi的真空度，在具有7000个单位的酶的14L水中在室温被浸泡6分钟。在试验9中，马铃薯切片被微波处理1分钟。在20psi的真空度，所述切片在具有7000个单位的酶的14L水中在室温被浸泡6分钟。在试验10中，马铃薯切片被微波处理10秒。在20psi的真空度，所述马铃薯切片在具有7000个单位的酶的14L水中在120°F被浸泡6分钟。在试验11中，马铃薯切片被微波处理30秒并且随后在20psi的真空度，在具有7000个单位的酶的14L水中在120°F被浸泡6分钟。在试验12中，在20psi的真空度，马铃薯切片被微波处理1分钟并且随后在具有7000个单位的酶的14L水中在120°F被浸泡6分钟。
[0172]微波的使用还可以提高马铃薯切片中的天冬酰胺的减少。例如，对照试验2和试验4至6；使用所有其它的因素是一样的，显示在微波中预处理马铃薯切片10秒具有较小或没有作用。然而，30秒的微波预处理，随后在室温下浸泡6分钟，马铃薯切片显示了69％的天冬酰胺的减少，这优于没有使用微波预处理实现的66％的减少。
[0173]用微波预处理1分钟产生68％的天冬酰胺的减少。此外，对照试验3和试验7至9，微波预处理使得天冬酰胺有明显多的减少。例如，关于试验3；对于在室温下在20ps i的真空度下在天冬酰胺酶溶液中浸泡6分钟的马铃薯切片，所述切片显示了62％的天冬酰胺的减少。然而，当马铃薯切片与试验3相同的处理之前在微波中被预处理10秒时，天冬酰胺的减少是68％并且如试验9所示1分钟的微波预处理产生78％的天冬酰胺的减少。因此，微波预处理可以促进马铃薯切片中减少天冬酰胺。
[0174]在一个实施例中，马铃薯切片是有“漏洞”的，使得例如天冬酰胺酶的大分子酶可以渗透到细胞结构中并与所述切片内部的天冬酰胺反应。可以通过使用管子用小洞进入表面的机械方式或其它机械辅助器产生路径。
[0175]可选地，在一个实施例中，细胞弱化机理包括一种或多种细胞弱化酶。在细胞壁中的路径可以通过酶的方式产生，例如纤维素酶或半纤维素酶破坏淀粉颗粒的细胞壁。细胞壁可以通过将所述细胞壁与一种或多种细胞弱化酶接触被弱化，所述细胞弱化酶包括但不限于纤维素酶、内切葡聚糖酶、内切-1，4-β-葡聚糖酶、羧甲基纤维素、内切-1，4-β-D-葡聚糖酶、β-1，4-葡聚糖酶、β-1，4-内切葡聚糖水解酶、纤维素糊精酶、微晶纤维素酶、木聚糖酶和半纤维素酶。在一个实施例中，可以一起添加一种或多种细胞弱化酶以制作细胞弱化酶溶液。随后细胞弱化酶溶液可以与植物食品接触来弱化植物食品的细胞壁。通过使用细胞弱化酶弱化细胞壁，天冬酰胺酶渗透到细胞壁将变得更容易。对马铃薯切片进行多个试验以分析酶作用到细胞壁对天冬酰胺减少的附加效果。在每个试验中，840g的马铃薯被剥皮并切片成0.053英寸的厚度。每个试验使用浸泡在约28L溶液中的约840g的马铃薯切片。在约120°F的升高温度下浸泡时间10分钟进行试验。试验条件和结果在下面的表中被总结。
表40：细胞弱化酶对切片的影响
Figure A20088000773600601
[0176]在对照组试验1中，马铃薯切片在水中在120°F浸泡2分钟。在浸泡后，切片被漂洗5分钟并进行天冬酰胺分析。在试验2中，马铃薯切片在水中在120°F浸泡10分钟。在浸泡后，切片被漂洗5分钟并进行天冬酰胺分析。在试验3中，马铃薯切片被浸泡在添加柠檬酸的pH值4的28L水中10分钟。在浸泡后，切片被漂洗5分钟并进行天冬酰胺试验。在试验4中，马铃薯切片被浸泡在添加柠檬酸的pH值4的具有0.84g复合多糖酶的28L的水中10分钟。复合多糖酶是具有糖酶范围的酶混合物，其包括***聚糖酶、纤维素酶、β-葡聚糖酶、半纤维素酶和木聚糖酶。复合多糖酶可由丹麦的Novozymes公司获得。在浸泡后，切片被漂洗5分钟并进行天冬酰胺试验。试验5重复试验4，试验5具有以约68kHz的超声能施加到马铃薯切片。试验6重复试验5，随后将马铃薯切片在具有14,000个单位的天冬酰胺酶的28L溶液中浸泡10分钟。
[0177]表40的数据清楚地支持了细胞弱化酶和天冬酰胺酶结合应用可以充分减少马铃薯切片的天冬酰胺水平的理论。当结合使用细胞弱化装置(例如，如试验5中所示的超声能同时与细胞弱化酶使用)可以发生天冬酰胺的较多的减少。例如，试验5比试验3具有多20％的较多的天冬酰胺的减少([74.7％-62.2％]/62.2％)。由试验6所例证的，细胞弱化酶和超声能的结合应用可以使得细胞壁更加多孔，使得天冬酰胺酶可以有效地进一步减少剩余的天冬酰胺的水平。例如，在试验6后使用天冬酰胺酶证实了比没有使用天冬酰胺酶的试验5所实现多21％的更多的天冬酰胺的减少([95.5％-74.7％]/74.7％)。
[0178]在一个实施例中，以类似于腌泡整鸡使用的方法，可以将喷嘴或探针***到马铃薯中以将需要数量的天冬酰胺酶泵入到马铃薯中。
[0179]参考多个实施例，尽管部分显示或描述了本发明，本领域的技术人员应该理解，通过使用两种或多种丙烯酰胺还原剂的添加剂在热加工食品中用于减少丙烯酰胺的各种其它的方法没有背离本发明的精神和范围。例如，尽管所述方法已经具体公开了关于马铃薯和玉米产品，所述方法也可用在由大麦、小麦、黑麦、稻、燕麦、小米和其它基于淀粉的谷类等制成的食品产品的加工中，以及含有天冬酰胺和还原糖的例如甘薯、洋葱和其它蔬菜的其它食品的加工中。此外，所述方法已经在马铃薯片和玉米片中被证实，但是所述方法还可以用在许多其它合成食品产品的加工中，例如零食片、谷类食品、曲奇、饼干、脆饼干、面包和面包卷和粘滚上面包屑的炸肉。本申请人的发明可应用于所有的含有天冬酰胺的“合成零食”、“合成食品”和“热加工食品”，在此这些术语已经被定义并解释过了。

Claims (79)

1.一种用于减少热加工食品中的丙烯酰胺的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供具有细胞壁的植物食品，所述植物食品在所述细胞壁中含有天冬酰胺；
b)通过将所述细胞壁与一种或多种细胞弱化机理接触弱化所述细胞壁，以产生弱化的细胞壁；
c)将所述弱化的细胞壁与至少一种丙烯酰胺还原剂接触；
d)加热所述食品形成热加工食品。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述植物食品还包括食品切片。
3.如权利要求1所述的方法，其中一种或多种植物食品选自大米、小麦、玉米、大麦、大豆、燕麦、烘焙过的咖啡豆和烘焙过的可可豆。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述植物食品包括马铃薯。
5.如权利要求1所述的方法，其中步骤b)的所述细胞壁的弱化包括将有效增效量的超声能施加于所述植物食品。
6.如权利要求5所述的方法，其中步骤a)的所述植物食品包括切片的植物食品，并且其中步骤b)和c)同时发生。
7.如权利要求6所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂包括天冬酰胺酶。
8.如权利要求5所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂包括天冬酰胺酶。
9.如权利要求5所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂还包括一种或多种减少pH值的盐。
10.如权利要求5所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂还包括至少一种减少pH值的盐，其中所述盐还包括具有低于6的pKa值的阴离子。
11.如权利要求5所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括一种或多种盐，所述盐选自氯化钙、乳酸钙、苹果酸钙、葡萄糖酸钙、磷酸二氢钙、醋酸钙、乳糖醛酸钙、丙酸钙、乳酸硬脂酰钙、氯化镁、柠檬酸镁、乳酸镁、苹果酸镁、葡萄糖酸镁、磷酸镁、硫酸镁、氯化铝六水合物、氯化铝、铵明矾、钾明矾、钠明矾、硫酸铝、氯化铁、葡萄糖酸亚铁、富马酸亚铁、乳酸亚铁、硫酸亚铁、氯化铜、葡萄糖酸铜、硫酸铜、葡萄糖酸锌和硫酸锌。
12.如权利要求5所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括一种或多种游离氨基酸，所述游离氨基酸选自赖氨酸、甘氨酸、组氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸和精氨酸。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括半胱氨酸。
14.如权利要求5所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括一种或多种游离硫醇化合物，所述游离硫醇化合物选自N-乙酰基-L-半胱氨酸、N-乙酰基-半胱胺、还原型谷胱甘肽、二硫苏糖醇和酪蛋白。
15.如权利要求14所述的方法，还包括一种或多种还原剂，其选自氯化亚锡二水合物、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、抗坏血酸、抗坏血酸衍生物、异抗坏血酸、抗坏血酸衍生物的盐、铁、锌、亚铁离子。
16.如权利要求5所述的方法，其中步骤b)的所述弱化还包括将所述植物食品浸泡在具有100°F至150°F之间的升高温度的溶液中。
17.如权利要求1所述的方法，其中步骤b)的所述弱化包括将有效量的微波能施加于所述植物食品。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述微波能被施加至少30秒。
19.如权利要求17所述的方法，其中步骤a)的所述植物食品包括切片的植物食品，并且其中步骤b)和c)同时发生。
20.如权利要求19所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂包括天冬酰胺酶。
21.如权利要求17所述的方法，其中步骤b)的所述弱化还包括压差。
22.如权利要求17所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂包括天冬酰胺酶。
23.如权利要求17所述的方法，还包括在步骤b)施加所述微波能之后进行浸泡步骤。
24.如权利要求17所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂还包括一种或多种减少pH值的盐。
25.如权利要求17所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂还包括至少一种减少pH值的盐，其中所述盐还包括具有低于6的pKa值的阴离子。
26.如权利要求17所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括一种或多种盐，所述盐选自氯化钙、乳酸钙、苹果酸钙、葡萄糖酸钙、磷酸二氢钙、醋酸钙、乳糖醛酸钙、丙酸钙、乳酸硬脂酰钙、氯化镁、柠檬酸镁、乳酸镁、苹果酸镁、葡萄糖酸镁、磷酸镁、硫酸镁、氯化铝六水合物、氯化铝、铵明矾、钾明矾、钠明矾、硫酸铝、氯化铁、葡萄糖酸亚铁、富马酸亚铁、乳酸亚铁、硫酸亚铁、氯化铜、葡萄糖酸铜、硫酸铜、葡萄糖酸锌和硫酸锌。
27.如权利要求17所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括一种或多种游离氨基酸，所述游离氨基酸选自赖氨酸、甘氨酸、组氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸和精氨酸。
28.如权利要求17所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括半胱氨酸。
29.如权利要求17所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括一种或多种游离硫醇化合物，所述游离硫醇化合物选自N-乙酰基-L-半胱氨酸、N-乙酰基-半胱胺、还原型谷胱甘肽、二硫苏糖醇和酪蛋白。
30.如权利要求29所述的方法，还包括一种或多种还原剂，其选自氯化亚锡二水合物、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、抗坏血酸、抗坏血酸衍生物、异抗坏血酸、抗坏血酸衍生物的盐、铁、锌、亚铁离子。
31.如权利要求17所述的方法，其中步骤b)的所述弱化还包括将所述植物食品浸泡在具有100°F至150°F之间的升高温度的溶液中。
32.如权利要求1所述的方法，其中步骤b)的所述弱化包括将压差施加于所述植物食品。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述压差被施加至少10秒。
34.如权利要求32所述的方法，其中所述压差还包括脉冲压差。
35.如权利要求32所述的方法，其中步骤a)的所述植物食品包括切片的植物食品，并且其中步骤b)和c)同时发生。
36.如权利要求35所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂包括天冬酰胺酶。
37.如权利要求32所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂包括天冬酰胺酶。
38.如权利要求32所述的方法，还包括在步骤b)施加所述压差之后进行浸泡步骤。
39.如权利要求32所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂还包括一种或多种减少pH值的盐。
40.如权利要求32所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂还包括至少一种减少pH值的盐，其中所述盐还包括具有低于6的pKa值的阴离子。
41.如权利要求32所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括一种或多种盐，所述盐选自氯化钙、乳酸钙、苹果酸钙、葡萄糖酸钙、磷酸二氢钙、醋酸钙、乳糖醛酸钙、丙酸钙、乳酸硬脂酰钙、氯化镁、柠檬酸镁、乳酸镁、苹果酸镁、葡萄糖酸镁、磷酸镁、硫酸镁、氯化铝六水合物、氯化铝、铵明矾、钾明矾、钠明矾、硫酸铝、氯化铁、葡萄糖酸亚铁、富马酸亚铁、乳酸亚铁、硫酸亚铁、氯化铜、葡萄糖酸铜、硫酸铜、葡萄糖酸锌和硫酸锌。
42.如权利要求32所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括一种或多种游离氨基酸，所述游离氨基酸选自赖氨酸、甘氨酸、组氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸和精氨酸。
43.如权利要求32所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括半胱氨酸。
44.如权利要求32所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括一种或多种游离硫醇化合物，所述游离硫醇化合物选自N-乙酰基-L-半胱氨酸、N-乙酰基-半胱胺、还原型谷胱甘肽、二硫苏糖醇和酪蛋白。
45.如权利要求32所述的方法，还包括一种或多种还原剂，其选自氯化亚锡二水合物、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、抗坏血酸、抗坏血酸衍生物、异抗坏血酸、抗坏血酸衍生物的盐、铁、锌、亚铁离子。
46.如权利要求32所述的方法，其中步骤b)的所述弱化还包括将所述植物食品浸泡在具有100°F至150°F之间的升高温度的溶液中。
47.如权利要求1所述的方法，其中步骤b)的所述细胞壁的弱化包括在石灰溶液中浸泡所述植物食品。
48.如权利要求47所述的方法，其中所述石灰溶液包含重量比在0.1％至2％之间的石灰。
49.如权利要求47所述的方法，其中所述浸泡进行至少30秒。
50.如权利要求47所述的方法，其中所述浸泡进行30秒至5分钟。
51.如权利要求47所述的方法，其中步骤a)的所述植物食品包括切片的植物食品，并且其中步骤b)和c)同时发生。
52.如权利要求51所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂包括天冬酰胺酶。
53.如权利要求47所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂包括天冬酰胺酶。
54.如权利要求47所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括一种或多种游离氨基酸，所述游离氨基酸选自赖氨酸、甘氨酸、组氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸和精氨酸。
55.如权利要求47所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括半胱氨酸。
56.如权利要求47所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括一种或多种游离硫醇化合物，所述游离硫醇化合物选自N-乙酰基-L-半胱氨酸、N-乙酰基-半胱胺、还原型谷胱甘肽、二硫苏糖醇和酪蛋白。
57.如权利要求56所述的方法，还包括一种或多种还原剂，其选自氯化亚锡二水合物、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、抗坏血酸、抗坏血酸衍生物、异抗坏血酸、抗坏血酸衍生物的盐、铁、锌、亚铁离子。
58.如权利要求47所述的方法，其中所述石灰溶液具有100°F至150°F之间的升高温度。
59.如权利要求1所述的方法，其中步骤b)的所述细胞壁的弱化包括将所述植物食品浸泡在细胞弱化酶溶液中。
60.如权利要求59所述的方法，其中所述细胞弱化酶溶液包括一种或多种细胞弱化酶，所述细胞弱化酶选自纤维素酶、内切葡聚糖酶、内切-1，4-β-葡聚糖酶、羧甲基纤维素、内切-1，4-β-D-葡聚糖酶、β-1，4-葡聚糖酶、β-1，4-内切葡聚糖水解酶、纤维素糊精酶、微晶纤维素酶、木聚糖酶和半纤维素酶。
61.如权利要求59所述的方法，其中所述浸泡进行至少30秒。
62.如权利要求59所述的方法，其中所述浸泡进行30秒至5分钟。
63.如权利要求59所述的方法，其中步骤a)的所述植物食品包括切片的植物食品，并且其中步骤b)和c)同时发生。
64.如权利要求63所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂包括天冬酰胺酶。
65.如权利要求59所述的方法，其中步骤c)的所述丙烯酰胺还原剂包括天冬酰胺酶。
66.如权利要求59所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括一种或多种游离氨基酸，所述游离氨基酸选自赖氨酸、甘氨酸、组氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、苯基丙氨酸、缬氨酸和精氨酸。
67.如权利要求59所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括半胱氨酸。
68.如权利要求59所述的方法，其中所述丙烯酰胺还原剂包括一种或多种游离硫醇化合物，所述游离硫醇化合物选自N-乙酰基-L-半胱氨酸、N-乙酰基-半胱胺、还原型谷胱甘肽、二硫苏糖醇和酪蛋白。
69.如权利要求68所述的方法，还包括一种或多种还原剂，其选自氯化亚锡二水合物、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、抗坏血酸、抗坏血酸衍生物、异抗坏血酸、抗坏血酸衍生物的盐、铁、锌、亚铁离子。
70.如权利要求59所述的方法，其中所述石灰溶液具有100°F至150°F之间的升高温度。
71.一种在食品产品中减少天冬酰胺浓度的方法，所述方法包括以下步骤：
a)弱化含有天冬酰胺的基于淀粉的食品的细胞壁；
b)在所述基于淀粉的食品中添加第一天冬酰胺还原剂以形成混合物。
72.如权利要求71所述的方法，其中所述弱化步骤包括在100°F至150°F之间温度的溶液中浸泡所述基于淀粉的食品。
73.如权利要求71所述的方法，其中所述溶液包含石灰。
74.如权利要求71所述的方法，其中所述弱化步骤包括将有效输出量的超声能施加于所述基于淀粉的食品。
75.如权利要求71所述的方法，其中所述弱化步骤包括将有效量的微波能施加于所述基于淀粉的食品。
76.如权利要求71所述的方法，其中所述弱化步骤包括压差。
77.如权利要求76所述的方法，其中所述压差包括脉冲压差。
78.如权利要求71所述的方法，其中所述第一天冬酰胺还原剂包括天冬酰胺酶。
79.如权利要求71所述的方法，其中步骤b)的所述细胞壁的弱化包括一种或多种细胞弱化机理，所述细胞弱化机理选自超声能、微波能、一种或多种细胞弱化酶、压差和脉冲压差。
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