CN101365341A - 降低食料中的天冬酰胺的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于降低含天冬酰胺的食料中的天冬酰胺含量的方法，所述方法包括：(1)加热含天冬酰胺的食料；(2)将已加热的含天冬酰胺的食料冷却至小于约70℃的温度；和(3)将降低天冬酰胺的酶添加到已冷却的含天冬酰胺的食料中。本发明还提供了用于降低含天冬酰胺的食物产品中的丙烯酰胺含量的方法，所述方法包括：(1)将降低天冬酰胺的酶添加至冷却的含天冬酰胺的食料中；和(2)用已处理的食料来生产食物产品。

Description

降低食料中的天冬酰胺的方法
发明领域
本发明涉及用于降低含天冬酰胺的食料中的天冬酰胺的方法。本发明也涉及用于降低食物产品中的丙烯酰胺的方法。
发明背景
自出现文明以来，含碳水化合物的食物已成为人类饮食中的主要部分。如今，含碳水化合物的食物(如面包、早餐谷类食物、饼干、脆饼、曲奇、炸薯条、熟淀粉质蔬菜、塔可饼饼皮以及点心)被普遍食用。虽然无数年来上述食物已成为人们饮食的一部分，但研究人员近来才发现，许多这些食物中包含丙烯酰胺。
2002年4月，瑞典国家食品管理局和斯德哥尔摩大学的研究人员宣布了他们的发现：在许多种烹饪的食物中形成了丙烯酰胺，一种可能致癌的化学物质。丙烯酰胺在老鼠体内具有与食物中其它致癌物类似的致癌能力，但对于人类，其在食物中的相对致癌能力还是未知的。对于丙烯酰胺，只有有限的人口资料，并且这些资料不能证明职业性接触丙烯酰胺有致癌的危险。(FAO/WHO关于食物中丙烯酰胺健康问题的鉴定：概要报告；日内瓦，瑞士，2002年6月25至27日。)
人们以通常存在于上述食品中的含量食用丙烯酰胺将会对健康产生怎样的影响(如果有的话)虽然需要进一步研究来确定，但许多消费者对此表示关注。因此需要方法来实现以下目的：降低含天冬酰胺的食料中的天冬酰胺，以及降低含天冬酰胺的食物产品中的丙烯酰胺含量。
发明概述
在一个方面，本发明提供了用于降低含天冬酰胺的食料中的天冬酰胺含量的方法，所述方法包括：(1)加热含天冬酰胺的食料；(2)将已加热的含天冬酰胺的食料冷却至小于约70℃的温度；和(3)将降低天冬酰胺的酶添加到已冷却的含天冬酰胺的食料中。含天冬酰胺的食料中天冬酰胺的含量得以降低。
在另一方面，本发明提供了用于降低含天冬酰胺的食物产品中的丙烯酰胺含量的方法，所述方法包括：(1)根据所述方法降低已冷却的含天冬酰胺的食料中的天冬酰胺的含量和(2)用已处理的食料来生产食物产品。
附图概述
根据附图可以更充分地理解以下具体实施方式，其中：
图1列出了所提出的反应机理，基于此，丙烯酰胺形成于天冬酰胺和羰基源(如葡萄糖)。每个R1和R2可以为H、CH3、CH2OH、CH2(CH2)nCH3，或任何其它组成还原糖的组分；n为任何小于10的整数；
图2列出了所提出的反应机理，基于此，天冬酰胺酶与天冬酰胺发生反应以阻止丙烯酰胺的形成；和
图3A至3D列出了在薄片制备过程的不同阶段马铃薯细胞的多个显微照片。
发明详述
如Zyzak等人的美国专利申请序列号2004/0058046A1(′046)和Zyzak等人的美国专利申请序列号2004/0101607A1(′607)中所详细公开，天冬酰胺，作为一种几乎见于所有生命体系的天然存在的氨基酸，在加热时会形成丙烯酰胺。从而加热时，食物含天冬酰胺越多，该食物的丙烯酰胺含量往往就越高。在存在还原糖的情况下，加热含天冬酰胺食料时情况尤其如此。还发现，当食物被烹饪到较低的最终含水量时，生成的丙烯酰胺较多。
尽管不旨在受理论的限制，但如′046和′607专利申请中所公开，据信丙烯酰胺通过图1所列出的反应机理形成于食物产品中。通过在烹饪前将食物中的天冬酰胺除去或转变为别的物质，可降低已加热食物中丙烯酰胺的形成。当加热上述含有减量天冬酰胺的食物时，形成的丙烯酰胺量也减少了。在加热(例如烹制)前添加可水解天冬酰胺侧链上的酰胺基的酶，由此可降低存在于成品食物产品中的丙烯酰胺含量。添加此类酶会降解天冬酰胺的侧链，从而防止天冬酰胺形成丙烯酰胺。在这种情况下，酰胺键被水解，并且天冬酰胺被转变为天冬氨酸。该反应机理列于图2中。
申请人发现，在基于块茎的食料被加热之前，天冬酰胺不能离开细胞并且酶也不能进入，因为细胞壁通常较厚且非常难以渗透。如图3的显微照片所示，加热后的马铃薯细胞膨胀至其最初尺寸的约10倍。更具体地讲，图3A示出了原始块茎的细胞。图3B示出了烹饪和捣碎后的那些相同细胞，而图3C示出了生面团中的细胞。最后，图3D图示说明了成品小吃中的细胞。图3B和3C图示说明，溶胀使得细胞壁被拉伸且变得更加可溶胀，从而使得天冬酰胺较自由地流出细胞，而酶可较自由地流入细胞。因此，申请人已发现，在加热含天冬酰胺的食料之后，添加酶将大大降低天冬酰胺和丙烯酰胺的含量。
加热后，含天冬酰胺的食料通常具有至少70℃的温度。实验室实验表明酶随着温度增加而钝化(变得无活性)。低于约70℃时，这种钝化相当慢，从而可在合理的食物加工中有效地用于水解天冬酰胺酶。然而，高于约70℃时，酶的钝化由于温度而快速增加。由于这种钝化，食物产品中酶的浓度在添加后降低得非常快，使得高于约70℃时的任何酶处理远远不如低于约70℃时有效。在一定程度上，增加添加到食物中的初始酶浓度会有所帮助，但是其成本会很快变得非常昂贵，并且根据食物产品，如果在该产品中需要较长的酶接触时间，那么即使增加添加酶的浓度也不可能有效。高于约80℃时，酶钝化如此快速以至于其在任何浓度下也不能有效地水解食物中的天冬酰胺。因此，含天冬酰胺的食料必须在酶添加之前冷却至小于约70℃的温度，以确保酶保持其酶活性。
申请人已发现用于降低含天冬酰胺的食料中天冬酰胺含量的方法，所述方法包括：(1)加热含天冬酰胺的食料；(2)将已加热的含天冬酰胺的食料冷却至小于约70℃的温度；和(3)将降低天冬酰胺的酶添加到已冷却的含天冬酰胺的食料中。含天冬酰胺的食料中的天冬酰胺的含量得以降低。
本文所用“含天冬酰胺的食料”是指用于食物产品制备的任何基于块茎和/或基于根部的可食用物料，包括两种或两种以上的含天冬酰胺的食料的混合物。术语含天冬酰胺的食料包括诸如马铃薯、小麦、玉米、裸麦、咖啡基产品的可食用物料。事实上，大多数植物包含一些天冬酰胺。在一个实施例中，含天冬酰胺的食料包括马铃薯，例如但不限于Norchip、Norgold、Russet Burbank、Lady Rosetta、Norkotah、Sebago、Bintje、Aurora、Saturna、Kinnebec、Idaho Russet、Altura、RussetNorkotah、Atlantic、Shepody、Asterix和Mentor。
含天冬酰胺的食料(例如马铃薯)可去皮、部分去皮或不去皮，并且在加热之前可以是完整的，或者可切成任意大小的薄片。在一个实施例中，含天冬酰胺的食料被切成具有约6.35mm(1/4英寸)至约12.7mm(1/2英寸)平均厚度的薄片。通常，加热含天冬酰胺的食料，通过任何热或其它类型的制备用于加工的食料的烹饪方法予以实施。例如，含天冬酰胺的食物产品可通过浸没于水中或者暴露于蒸汽中进行烹饪，以膨胀细胞并软化含天冬酰胺的食料用于捣成泥。此类烹饪温度可在约70℃至约200℃的任何范围内。加热的含天冬酰胺的食料也可被粉碎以生产湿马铃薯泥。可通过任何合适的方法将蒸煮的马铃薯粉碎，这些方法例如但不限于压成米糊状、捣碎、粉碎、或它们的组合。
申请人已开发出多种方法来用于将加热的含天冬酰胺的食料冷却至小于约70℃的温度，其中任何一种方法可用于本文。如下文所详述，此类方法能够以间歇模式、半连续模式或连续模式进行。
在一个实施例中，以间歇法冷却含天冬酰胺的食料。对于间歇法，含天冬酰胺的食料如下进行冷却：将含天冬酰胺的食料置于罐中，并将其保持在罐内直至其温度小于约70℃。通常已知，待冷却的物料越厚，冷却所用时间将越长。因此，对于确定体积的罐，本领域的技术人员将容易确定将含天冬酰胺的食料冷却至小于约70℃所需的时间长度。在冷却过程中，搅拌罐内含天冬酰胺的食料也有助于冷却。在一个实施例中，通过间歇法的冷却包括：(1)将所述含天冬酰胺的食料置于罐中，和(2)搅拌所述食料。
在另一个实施例中，通过连续法冷却已加热的含天冬酰胺的食料。在一个实施例中，已加热的含天冬酰胺的食料通过使其通过外部具有冷却夹套的管道进行冷却。除了管道外部的冷却夹套之外，如果将冷却管插入到管道内部，含天冬酰胺的食料也会在非常紧凑的热交换器内极其有效地冷却至低于约70℃的温度。提供的管子越多，管子之间彼此排列就越紧密，食料则冷却得越快，并且热交换器也可越紧凑。原因是热传递的傅里叶数与待冷却的正方形物料的厚度成反比，因此待冷却物料的厚度越小，则热传递越快。将冷却管插在热交换器的内部有效地降低了冷却表面之间的食料的厚度。
然而，存在这样一个问题：其中许多管子添加到管道的内部，使得通过管道的食料(例如马铃薯泥)的流量大大降低，并且对于运送食料的常规泵而言，泵送马铃薯泥通过管道时的跨管道压降过大。因此，本领域的技术人员能够确定管道内部冷却管和冷却管的间隔的合适组合，该管道具有流量和跨管道压降。为最小化压降而设计的在外部具有冷却夹套和内部具有冷却管的合适类型的热交换器为由Sulzer，Inc.制造的
Figure A200780001947D00081
热交换器。
在另一个实施例中，在中空螺杆夹套式冷却器内冷却已加热的含天冬酰胺的食料。合适的中空螺杆夹套式冷却器的实例包括但不限于
Figure A200780001947D00082
桨叶冷却器和
Figure A200780001947D00083
冷却器。在另一个实施例中，通过刮壁式热交换器冷却已加热的含天冬酰胺的食料。合适的刮壁式热交换器的实例包括但不限于那些以商标
Figure A200780001947D00085
和
Figure A200780001947D00086
出售的热交换器。在另一个实施例中，在流化床内冷却已加热的含天冬酰胺的食料。这类冷却器可被构造为用于间歇或连续操作。合适的流化床冷却器的实例包括但不限于流化床冷却器和Buell 
Figure A200780001947D00088
流化床冷却器。
以上详细讨论的方法通常可用于液态或半固态(如泥状)的含天冬酰胺的食料。然而，申请人还已开发出用于冷却更适于固态的加热的含天冬酰胺的食料的方法。在一个实施例中，将已加热的含天冬酰胺的食料置于传送带上，同时在其沿着传送带移动时在其上、下和/或周围向其吹送空气。该冷却方法的优点是提供来自空气的对流性冷却和来自表面的蒸发性冷却。由于蒸发性冷却移除大量热能，因此这类冷却效率很高。此外，如果待冷却的物料厚度较小，则热传递将发生较快，因此将含天冬酰胺的食料以单层置于传送带上可使传送带长度最小。
此类方法可采用直条传送带，或者如果空间有限，可采用多层传送带，其中含天冬酰胺的食料沿一层传输，然后以Z字形在层与层之间传送至第二层等。以最小的空间冷却已加热的含天冬酰胺食料的有效类型的传送带冷却系统为垂直螺旋冷却器，如图4所示。在这类冷却器中，传送带像螺杆的螺纹一样沿着滚筒向上(或向下)移动，并且当含天冬酰胺的食料沿着传送带传输时，可在其上、其下和/或周围向其吹送空气。用于本发明的垂直螺旋冷却器的实例由Spiral Systems，Inc.制造。
在另一个实施例中，将已加热的含天冬酰胺的食料置于冷却水浴中。该冷却水浴可以是间歇的或连续的。在另一个实施例中，加热的含天冬酰胺的食物可以通过混合热物料流与冷却的物料流进行冷却。这也可间歇或连续实现。例如，在制作马铃薯粒时，将热的马铃薯泥物流典型地混入冷却的干燥马铃薯粒物流中。在该混合过程期间，总的混合物温度可降至低于70℃。过了该点后，可将酶添加到混合物中。
一旦加热的含天冬酰胺的食料已经冷却至低于约70℃的温度，则将降低天冬酰胺的酶添加到冷却的含天冬酰胺的食料中。
如本文所用，“降低天冬酰胺的酶”包括任何能够降低食物产品中的天冬酰胺含量的酶。在一个实施例中，降低天冬酰胺的酶包含能够水解游离天冬酰胺的酰胺基以阻止丙烯酰胺形成的酶。在另一个实施例中，所述酶包含具有降低天冬酰胺功能的脱酰胺酶。在另一个实施例中，可用于本文的酶为天冬酰胺酶。天冬酰胺酶的一个来源为Sigma-Aldrich，目录号#A2925，尽管其它天冬酰胺酶产品也可商购获得并且适用于本文。天冬酰胺酶可通过涉及微生物的方法来商业化生产，所述微生物在其生长过程中会在它们的细胞中产生天冬酰胺。可用于产生天冬酰胺酶的典型微生物包括，但不限于大肠杆菌、米曲霉菌和黑曲霉菌。如本文所用，术语“降低天冬酰胺的酶”和“酶”包括一种或多种酶；例如，该术语包括两种或多种酶的混合物。
如本文所用，向含天冬酰胺的食料中“添加”酶包括但不限于任何将含天冬酰胺的食料和酶放在一起的方法。降低天冬酰胺的酶可以以任何适宜形式添加到冷却的含天冬酰胺的食料中。本领域的技术人员知道多种用于酶的合适形式，其中任何一种可用于本文。在一个实施例中，酶以粉末形式添加。在另一个实施例中，酶以溶液形式添加。本领域的技术人员还知道多种可用于将酶添加到冷却的含天冬酰胺的食料中的方法，其中任何一种可用于本文。例如，酶可通过下列方法直接或间接添加：喷洒、浇注、利用或不利用搅拌器的混合、捏合、喷射或其组合。在一个实施例中，降低天冬酰胺的酶利用在线混合器、螺条搅拌器、双螺杆搅拌器或其任意组合来添加。合适的在线混合器的实例包括但不限于那些以商标
Figure A200780001947D00101
和
Figure A200780001947D00103
出售的搅拌器。在另一个实施例中，降低天冬酰胺的酶利用螺条搅拌器器添加。合适的螺条搅拌器的实例包括但不限于那些以商标
Figure A200780001947D00104
和Hayes & 出售的搅拌器。在另一个实施例中，降低天冬酰胺的酶利用螺杆搅拌器添加。螺杆搅拌器可以具有一个螺杆，或优选多个螺杆。合适的螺杆搅拌器的实例包括但不限于那些以商标
Figure A200780001947D00106
和
Figure A200780001947D00107
出售的搅拌器。
在一个实施例中，如与本专利申请(P&G档案号10264P)同日提交、申请人的共同未决的美国专利申请所详细公开的，申请人已发现天冬酰胺通过基质的扩散是食料中游离水(非结合水)的强函数。食物中游离水(非结合水)的量通常通过称为水活度的参数测量。水活度(aw)是食料的热力学性质，其测量食料中的游离水与食料中的水总量的比率。申请人发现，如果食料中的水活度小于约0.85，则降低天冬酰胺的酶效力将非常低。相比之下，如果aw大于约0.85，则降低天冬酰胺的酶将天冬酰胺水解成天冬氨酸的效力大大增加，这又导致已加热的食物产品中较低的丙烯酰胺含量，该食物产品由处理的食料制成。
本领域的技术人员还会认识到，在食料达到小于70℃的温度后，降低天冬酰胺的酶可以在此后的任何时间添加到含天冬酰胺的食料中。在一个实施例中，在含天冬酰胺的食料在罐内时，将所述降低天冬酰胺的酶添加到该食料上。在另一个实施例中，含天冬酰胺的食料在冷却器之内时，将所述降低天冬酰胺的酶添加到该食料之上。在另一个实施例中，在含天冬酰胺的食料离开冷却器之后，将所述降低天冬酰胺的酶添加到该食料上。在另一个实施例中，在含天冬酰胺的食料在冷却传送带上时，将所述降低天冬酰胺的酶添加到该食料上。
酶是按照活性单位而不是按照重量或体积来销售的。因此，要将含天冬酰胺的食料中的天冬酰胺降低至理想含量，以及降低含天冬酰胺的成品食物产品中的丙烯酰胺含量，所需酶的有效量将取决于所用具体酶产品的活性(例如，具体酶降解天冬酰胺的能力)。添加酶的量还可取决于含天冬酰胺的食料中存在的天冬酰胺量；食料中的天冬酰胺含量较高，通常需要增加酶含量或增加反应时间，以实现降低相同含量的天冬酰胺和丙烯酰胺的目的。添加酶的量还可取决于要处理的具体的含天冬酰胺的食料(例如化学组成、存在的天冬酰胺量、粒度、水活度、密度、粘度)。本领域的技术人员能够依据具体的含天冬酰胺的食料、具体的酶、酶的具体活性和所需的结果，确定所需酶的有效量。
也可以在酶被提供之前、期间和/或之后混合含天冬酰胺的食料。搅拌含天冬酰胺的食料所需的时间量(如果需要的话)还将取决于多种因素，这些因素包括但不限于所需的天冬酰胺和/或丙烯酰胺的降低量、食料中的天冬酰胺的含量、添加的具体酶和/或添加酶的特性。对于连续系统，借助在线静态搅拌器、或者在食料的温度已降至低于约70℃后添加到冷却器中即可适当地实现此目的，因为冷却系统典型地包括某种搅拌食物产品的方法。例如，在马铃薯粒的情况下，其典型地在搓揉混合器内过程的某一位置处混合，酶可在混合器内颗粒的温度降至低于约70℃之后的位置添加到颗粒上。对于马铃薯粒，与添加到搓揉混合器上组合或者作为另外一种选择，酶也可以添加到较早提及的冷却薄片或泥状产品上。对于间歇系统，酶可借助搅拌器混入，该搅拌器设计用于高粘度物料，其剪切速率低至不破坏含天冬酰胺的食料的细胞。酶的混合也可以在捣碎器内方便地实现。在一个实施例中，将含天冬酰胺的食料混合约10秒至约30分钟。在另一个实施例中，将含天冬酰胺的食料混合约1分钟。在另一个实施例中，将该介质混合约5分钟。在另一个实施例中，将含天冬酰胺的食料混合约10分钟。在另一个实施例中，将含天冬酰胺的食料混合约20分钟。
也可用流化床冷却器以间歇模式或连续模式冷却产品，因为流化床冷却器涉及内部流态化物料的剧烈混合。对于间歇操作，酶可以在产品温度已降至低于约70℃的位置之后添加到冷却器中。对于连续操作，酶可以在产品温度已降至低于约70℃的位置处添加到冷却器中。
在足以降低食料中的天冬酰胺的含量的条件下，保持含天冬酰胺的食料和降低天冬酰胺的酶在一起所需的时间量将取决于以下因素，包括但不限于含天冬酰胺的食料的水活度和温度、期望的丙烯酰胺降低含量、添加的具体酶以及添加酶的量。如表1所示，较短的反应时间将通常需要较高量的酶，以达到所期望的含天冬酰胺食料中丙烯酰胺的降低，所述食料如由马铃薯片制成的炸薯脆，其中用于制备该薯片的马铃薯泥已用天冬酰胺酶处理。此外，如表1所示，使酶反应的时间越长，则天冬酰胺的降低量越大，因此来自食料的食物产品中丙烯酰胺降低的含量也越大。此外，保留时间能够以任何合适的方式实现，例如，其可与将酶添加到含天冬酰胺的食料中、将酶与含天冬酰胺的食料相混合或其组合同时进行。
在一个实施例中，在足以降低含天冬酰胺的食料中的天冬酰胺含量至理想含量的条件下，使酶与食料保持约5分钟至约120分钟。在另一个实施例中，使它们保持至少约10分钟。在另一个实施例中，使它们保持约40分钟。在另一个实施例中，使它们保持约60分钟。在另一个实施例中，使它们保持约80分钟。在另一个实施例中，使它们保持约100分钟。
Figure A200780001947D00121
Figure A200780001947D00131
表1剂量和保留时间
(用已经天冬酰胺酶处理的马铃薯片制成的炸薯脆)
天冬酰胺的降低量可通过测量已处理的食料中天冬酰胺的量来确定。本领域的技术人员知道多种测量天冬酰胺降低含量的方法，其中任何一种可用于本文。基于对有降低天冬酰胺的酶处理和无此处理的天冬酰胺含量的比较，天冬酰胺的降低量可通过降低的百分数来表征。在一个实施例中，天冬酰胺的降低量为至少约30％。在另一个实施例中，天冬酰胺的降低量为至少约50％。在另一个实施例中，天冬酰胺的降低量为至少约70％。在另一个实施例中，使酶反应直至天冬酰胺的降低量为至少约80％。在另一个实施例中，使酶反应直至天冬酰胺的降低量为至少约90％。在另一个实施例中，使酶反应直至天冬酰胺的降低量为至少约95％。在另一个实施例中，天冬酰胺的降低量为至少约99％。
在已处理的食料中，天冬酰胺的含量已降低至所需量之后，酶可任选地失活和/或从介质中移除。可使用任何合适的失活酶的方法使酶钝化。例如利用热、pH调节、用蛋白酶处理、或它们的组合，可使酶钝化。因此，可通过加热使酶钝化，如下文详述，任选的钝化步骤和烹饪步骤可同时进行。经由烹饪进行的热处理也可使酶变性和失活，使得食物不再受持续的酶活性的影响。此外，可使用任何合适的方法除去酶，该方法包括但不限于萃取。Zyzak等人的专利申请′046和′607详细讨论了用于任选地使酶失活和/或从含天冬酰胺的食料中除去酶的不同方法，其中任何一种可用于本文。
本发明还涉及用于降低食物产品中丙烯酰胺含量的方法。所述方法包括：(1)降低已冷却的含天冬酰胺的食料中天冬酰胺的含量和(2)用已处理的食料生产食物产品。
如本文所用，“食物产品”包括但不限于可以食用的食物和用于制作其它食物的成分的食物。此类产品包括但不限于土豆泥、马铃薯小馅饼、马铃薯烤饼和马铃薯小吃(如炸薯条、压炸薯条或由马铃薯泥制成的其它挤压形状、马铃薯条和马铃薯小吃片)、小麦基产品如面包、脆饼、饼干、曲奇；裸麦基产品如面包、脆饼和酥皮面包、玉米基产品如玉米粉圆饼、未经发酵的玉米片、挤压玉米基小吃和玉米面包、咖啡以及其中期望降低食物中天冬酰胺含量的任何植物产品。此外，食物产品可为任何适宜形式，包括但不限于泥、薄片、颗粒、薄饼、粉末、或它们的组合。
降低含天冬酰胺的食料中天冬酰胺含量的步骤如以上所详细讨论，并且任何此类方法可用于本文。在处理的食料中的天冬酰胺含量已降低至所需量之后，可进行食物产品的生产。
本领域的技术人员知道存在多种附加组分，其可在用酶处理之前、期间和/或之后被添加到已处理的食料上，其中任何一种可用于本文。本领域的技术人员还知道多种用于用已处理的食料生产食物产品的方法，其中任何一种可用于本文。已处理的食料能够以本领域已知的常见方式加热，例如通过烘烤、油炸、挤压、烘干(如借助真空烘箱或转筒干燥器)、膨化或微波以形成含天冬酰胺的食物产品。可用任何适宜的方法进行烹饪，例如油炸、烘烤，或油炸或烘烤的组合。而且，成形和烹饪步骤可同时进行，例如挤压的零食制品。
在一个实施例中，将处理过的食料(马铃薯泥)干燥成脱水马铃薯产品。这些脱水马铃薯产品可以是任何形式，例如但不限于薄片、薄饼、颗粒、团块、薄板、碎片、小片、细粉或微粒。在一个实施例中，可用湿马铃薯泥制作挤压的炸马铃薯产品，例如那些在美国专利3,085,020(1963年4月9日公布并授予Backinger等人)中所描述的炸马铃薯产品。可采用任何利用马铃薯泥制作上述脱水马铃薯制品的合适方法(例如本领域已知的那些方法)并且可使用任何合适的设备。Zyzak等人的专利申请′046和′670详细公开了用于制作此类脱水马铃薯产品的多种方法。
这些已经切片并干燥的脱水马铃薯产品还可通过将它们粉碎成较小的片来进一步加工。这些较小的片可以为任何所需尺寸。可使用任何能将淀粉和马铃薯细胞损害减至最小的破碎薄片方法，例如压碎、磨碎、扎碎、切割或粉碎。例如，可用Urschel Laboratories，Inc.，Valparaiso，Ind.制造的Urschel ComitrolTM来粉碎薄片以使薄片破碎。作为另外一种选择，马铃薯片可保持完整。
这些脱水马铃薯产品也可用于生产加工小吃品，如加工的薄片。此类加工薄片的实例包括下述专利中描述的那些：美国专利3,998,975(1976年12月21日公布并授予Liepa)、美国专利5,464,642(1995年11月7日公布并授予Villagran等人)、美国专利5,464,643(1995年11月7日公布并授予Lodge)和WO 96/01572(1996年1月25日公布并授予Dawes等人)。
脱水马铃薯制品还可再水化用于制作含天冬酰胺的食物产品，例如马铃薯泥、马铃薯馅饼、马铃薯薄烤饼和其它马铃薯小吃，例如压炸薯条和马铃薯条。例如，可使用脱水马铃薯制品制作压炸马铃薯产品，例如描述于美国专利3,085,020(1963年4月9日公布并授予Backinger等人)和美国专利3,987,210(1976年10月18日公布并授予Cremer)中的那些产品。脱水马铃薯产品还可用于面包、勾芡肉汤、调味料、婴儿食品或任何其它合适的基于含天冬酰胺的食料的食物产品中。
食物产品中，丙烯酰胺的最终量可因以上列出的多种因素而有所不同。在一个实施例中，食物产品中丙烯酰胺的降低量为至少约10％。在另一个实施例中，丙烯酰胺的降低量为至少约30％。在另一个实施例中，丙烯酰胺的降低量为至少约50％。在另一个实施例中，丙烯酰胺的降低量为至少约70％。在另一个实施例中，丙烯酰胺的降低量为至少约90％。在另一个实施例中，丙烯酰胺的降低量为至少95％。在另一个实施例中，丙烯酰胺的含量降低至少约99％。
食物产品中，丙烯酰胺的最终量还可以用每十亿份的份数测量。在一个实施例中，丙烯酰胺的含量降低至小于约100ppb。在另一个实施例中，丙烯酰胺的含量降低至小于50ppb。本领域的技术人员还知道多种用于测量食物产品中丙烯酰胺降低量或丙烯酰胺量的方法，其中任何一种可用于本文。
分析方法
用于测量食物产品中丙烯酰胺(AA)的方法，以及测定食物产品中天冬酰胺和天冬氨酸的方法详细地总结于Zyzak等人的美国专利申请2004/0058046A中。
实例
以下实例旨在示例性说明本发明，而不是对其进行限制。
实例1
设备
Mettler AT250天平，Lab-Line 干式加热器，加热部件，具有塑料按盖的直径为12ml、20mm、高为47mm的玻璃小瓶，小刮刀，进数/倒数定时器，
Figure A200780001947D00163
 NN-S563BF微波炉，Chef’s Choice 630型切肉片机，芦笋蒸锅，马铃薯捣碎机，
Figure A200780001947D00164
手动搅拌器，具有
Figure A200780001947D00165
 SC-TT-K-36-36精密细丝热电偶的 Dual J-T-E-K热电偶温度计，以及IKA Ultra 
Figure A200780001947D00167
 T18基础细胞匀浆器。
步骤
1.制备马铃薯泥
i.利用切肉片机将三个中等尺寸的Russet Burbank马铃薯切成1/4英寸的薄片(确保所有薄片的均匀厚度)。
ii.在蒸汽蒸煮器中蒸薄片20分钟。
III.将蒸煮的马铃薯薄片压成米糊状，随后用手动搅拌器搅拌1分钟。
IV.将4克马铃薯泥放入每个小瓶中并牢固地盖住每个小瓶。
2.将稀释的天冬酰胺酶添加到马铃薯泥介质中
i.将装马铃薯泥的小瓶置于干式加热器中并使其静置，直至每个小瓶的中心温度已平衡至期望的反应温度(如60℃)。该温度是通过使微热电偶穿过密封的顶盖向下插入马铃薯泥的中心来测量。
ii.将14微升A.oryzae天冬酰胺溶液(6800单位每毫升溶液)和5克蒸馏水添加到20ml烧杯中，制备天冬酰胺酶与水的溶液。
iii.将0.5ml以上步骤制备的天冬酰胺酶水溶液置于包含马铃薯泥的小瓶中，并使用小刮刀将溶液搅拌到马铃薯泥中30秒。在搅拌后，盖住小瓶，将其放回干式加热器中，并打开定时器。每个小瓶需要单独的定时器。
iv.使马铃薯泥静置预定的时间量(如2分钟)。
v.在微波炉中加热马铃薯泥样本(小瓶中)8秒并使其加热至最多刚刚低于水的沸点。这将使酶钝化。
vi.将小瓶置于冷藏箱(-20℃)中直至准备分析天冬酰胺含量。
3.分析方法
i.通过根据上述天冬酰胺分析方法添加酸、均匀化并加热样本来制备马铃薯泥样本。在样本制备期间，马铃薯细胞破坏成游离天冬酰胺和天冬氨酸。
ii.制备4份已知标准的天冬酰胺/天冬氨酸溶液并将内标物添加到所有样本中。
iii.稀释样本并用荧光标记物标记天冬酰胺和天冬氨酸。
iv.将样本和标准物装填到液相色谱(LC)上。
v.用4份已知标准物制作校准曲线。
vi.利用已知标准物的斜率和截距对样本的原始数据进行标准化。
实验1A
进行以上步骤，冷却马铃薯泥至40℃。天冬酰胺浓度对时间数据如下所示。
 
添加天冬酰胺酶溶液至马铃薯泥中之后的时间(分钟)   天冬酰胺酶浓度(微克每千克马铃薯泥)          
0 279.67
2 180.14
4 129.96
6 126.32
8 106.24
10 85.41
天冬酰胺浓度已降低约 70％。
实验1B
进行以上步骤，冷却马铃薯泥至50℃。天冬酰胺浓度对时间数据如下所示。
 
添加天冬酰胺酶溶液至马铃薯泥中之后的时间(分钟)   天冬酰胺酶浓度(微克每千克马铃薯泥)
0 422.98
2 198.77
4 174.85
6 136.93
10 134.2
天冬酰胺浓度已降低约 70％。
实验1C
进行以上步骤，冷却马铃薯泥至60℃。天冬酰胺浓度对时间数据如下所示。
 
添加天冬酰胺酶溶液至马铃薯泥中之后的时间(分钟)         天冬酰胺酶浓度(微克每千克马铃薯泥)
0 322.28
2 258.48
4 170.81
6 166.93
10 166.4
天冬酰胺浓度已降低约 45％。
实例2
该实例示出马铃薯泥中天冬酰胺的含量降低约65％会导致成品烹饪产品中丙烯酰胺含量的明显降低。
制备马铃薯片
1.设定常温浴为60℃。
2.将3个中等尺寸的Russet Burbank马铃薯去皮，并利用切肉片机切成6.35mm(1/4英寸)的薄片。
3.在蒸锅中蒸马铃薯薄片约20分钟。
4.将蒸过的马铃薯压成米糊状于混合碗中。测量温度以确保温度为约60℃。
5.在约368g马铃薯泥中混入约10g水，时间为一分钟
6.利用手动搅拌器在每368g马铃薯泥中混入约10g水加上约15微升A.oryzae天冬酰胺溶液(6800单位每毫升溶液)，时间为一分钟。测量并记录温度。
7.盖住碗，将其置于常温浴(60℃)中约15分钟，随后测量并记录温度。
8.在烤板上将马铃薯泥再次压成米糊状并立即在比萨炉中干燥，直至产品水分降低至约7％
9.在混合器中研磨干燥产品并过筛至30目。
重复以上步骤，不同的是未将天冬酰胺酶添加到马铃薯泥中。两组薄片现在即将制成小吃片，一组用天冬酰胺酶处理而一组不用天冬酰胺酶处理。测量每组马铃薯片中的天冬酰胺含量。
用马铃薯片制作油炸小吃片
物料
马铃薯片、水、其它干燥成分和乳化剂
设备
带油的油炸锅、一次性手套、天平、400ml烧杯、150ml烧杯、小刮刀、食品加工机、一次性盘、铝箔、压片辊、切板、卵形切割冲模、油炸锅模具和纸巾。
步骤
1.如果油炸锅内还没加油，在其内加油介于最小和最大标记之间。用其上的纸巾布置3个一次性盘。
2.打开油炸锅电源开关并将刻度盘设定为360℉。
3.将400ml烧杯置于天平上并称皮重。
4.在400ml烧杯中称出干燥物料(+0.02g)。
5.将干燥物料添加到食品加工机上。盖上盖子并混合30秒。
6.将150ml烧杯置于天平上并称皮重。
7.添加水和乳化剂。
8.将含水和乳化剂的烧杯置于微波炉中并加热32秒。
9.干燥成分仍位于加工机内，同时打开定时器和食品加工机。
10.通过斜槽向食品加工机添加温水和乳化剂。
11.继续混合1分钟，然后停止。
12.取下食品加工机的顶盖，并将柔软的生面团倾倒在一次性盘上。取出生面团中的刀片放在一边。用铝箔覆盖生面团，并带至压片辊。
13.将柔软的生面团倾倒在两个辊之间并使生面团通过辊以形成薄片。
14.折叠薄片，放置在一次性盘上，用铝箔覆盖并送至切板。
15.用切板上的卵形切割器从薄片上切下20个卵形。将2个置于小拉锁袋中。(16个卵形用于油炸，因此有2个另外的以防错误。)
16.用铝箔覆盖剩余的卵形并送至油炸锅。确保此时戴着手套。
17.抬起油炸锅模具的顶部并将一个卵形置于中心。设置定时器为12秒。
18.同时启动定时器，并将卵形的模具下降至油炸锅的底部。当定时器鸣响时，立即从油中提出模具。使模具在油炸锅之上侧向倾斜以排出大量油，然后将其置于具有纸巾的一次性盘上。
19.抬起模具顶部，拿出小的金属刮刀，并取出油炸薄片。搁置在一个单独的具有纸巾的一次性盘上。
20.重复该步骤以制备至少16个油炸薄片。
21.将薄片置于塑料袋中。在袋子上贴上样品号标签。
22.分析薄片的丙烯酰胺含量。
关联成品薄片中的天冬酰胺降低与丙烯酰胺降低。
                      ppm马铃     薄片中的    ppb成     成品薄片中    成品薄片
                      薯片中的    天冬酰胺    品薄片    的丙烯酰胺    中的水分
                      天冬酰胺    的降低百    中的丙    的降低百分    百分比
                                  分比(％)    烯酰胺    比(％)        (％)
对照物                22008.85     0          5867      0             1.68
2850单位天冬酰胺      7570.82      65.6％      246      95.8％        1.67
酶每千克马铃薯固体
尽管不受理论的限制，但据猜测随着天冬酰胺被水解，其生成天冬氨酸，该酸可以(并将)与任何可用还原糖进行美拉德反应的另一种氨基酸。该天冬氨酸变成在油炸期间耗尽马铃薯生面团中的还原糖的强劲竞争者。由于马铃薯泥中天冬氨酸与天冬酰胺的比率与由反应前的约1:10变至反应结束时的约2:1，可用的还原糖更有可能在美拉德反应中与天冬氨酸(与天冬酰胺相比)反应。
实例3
将直径10.16cm(4英寸)、长60.96cm(2英尺)的SMR热交换器单元放置在介于马铃薯捣碎机和转筒干燥器之间的调压管部分内以冷却马铃薯泥。马铃薯泥通过混合95℃的水与马铃薯片(20kg薄片每80kg水)来制备。流向SMR的最初产品入口温度为约93℃。在一种方法中，马铃薯泥流量开始为约17kg/min，接着在15分钟之后线性降低至8kg/min。在另一种方法中，马铃薯泥流量开始为约5kg/min，接着在15分钟之后线性降低至8kg/min。SMR热交换器将马铃薯泥的温度降低为至少约70℃。随后在马铃薯泥冷却至70℃之后将天冬酰胺酶混合到调压管内的马铃薯泥中。接着马铃薯泥沿着调压管传输至干燥器以生产具有降低含量的天冬酰胺的处理食料。
实例4
马铃薯薄片在约95℃时以约7000kg/hr的流量从蒸煮器中浮出。薄片的(平均)厚度为0.7cm，且直径为5cm。将薄片从蒸煮器倾倒在垂直螺旋蒸发冷却器的传送带上，其中空气在传送带之上喷出。冷却之后，薄片立即被捣成泥，从而消除薄片之内或之间的薄片温度的任何不均匀。将传送带末端的薄片倾倒在用于捣碎器的给料箱中。将天冬酰胺酶溶液喷洒到给料箱中。捣碎器将马铃薯捣成泥状并混合在天冬酰胺酶中。然后马铃薯泥沿着调压管传输至干燥器以生产具有降低含量的天冬酰胺的处理的食料。
实例5
马铃薯薄片在约99℃时以约1000kg/hr的流量从蒸煮器中浮出。薄片的(平均)厚度为0.7cm，且直径为5cm。使薄片通过捣碎机以制备多块的马铃薯泥，随后将马铃薯泥投入到进料至
Figure A200780001947D00221
螺杆泵的料斗中。
Figure A200780001947D00222
泵送马铃薯泥至
Figure A200780001947D00223
 T2型刮壁式热交换器的底部入口。马铃薯泥在约60℃下离开刮壁式热交换器的顶部。冷却的马铃薯泥随后进入
Figure A200780001947D00224
静态搅拌器，其与大约42kg/hr的天冬酰胺酶溶液在该搅拌器内混合。酶处理的马铃薯泥接着进入一定长度的不锈钢管道，该管道传输至转筒干燥器的分布器。管道的长度和直径使得马铃薯泥由静态搅拌器的出口传输至转筒干燥器的分布器需要约15分钟。转筒干燥器将马铃薯泥干燥成含约8％水分的薄片。将薄片剥离转筒、破碎并输送至研磨机以降低粒度。来自于该方法的马铃薯片用于制备加工的炸薯脆。炸薯脆也可由通过相同的方法(不同的是未添加天冬酰胺酶)制备的马铃薯片制成。结果示于下表2中。
样本                                            天冬酰胺酶       成品薄片中的
                                                的单位           丙烯酰胺(ppb)
由薄片制成的小吃片，通过酶处理，但是不含酶，      0                1020
样本 5A
由薄片制成的小吃片，通过酶处理，但是不含酶，      0                1060
样本 5B
由薄片制成的小吃片，通过酶处理，2500单位天冬      2500             289
酰胺酶每千克马铃薯固体，样本 5C
由薄片制成的小吃片，通过酶处理，2500 2500单位     2500             115
天冬酰胺酶每千克马铃薯固体，样本 5D
由薄片制成的小吃片，通过酶处理，2500 2500单位     2500             177
天冬酰胺酶每千克马铃薯固体，样本 5E
由薄片制成的小吃片，通过酶处理，2000 2500单位     2000             238
天冬酰胺酶每千克马铃薯固体，样本 5F
所有在发明详述中引用的文献的相关部分以引用方式并入本文中。任何文献的引用均不可理解为对其作为本发明的现有技术的认可。如果本文件中术语的任何含义或定义与以引用方式并入本文的文件中的相同术语的任何含义或定义发生冲突，则以在本文件中对那条术语指定的含义或定义为准。
尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可作出许多其它的变化和修改。因此，有意识地在附加的权利要求书中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (26)

1.一种降低含天冬酰胺的食料中的天冬酰胺含量的方法，所述方法包括：(1)加热含天冬酰胺的食料；(2)将所述已加热的含天冬酰胺的食料冷却至小于约70℃的温度；和(3)将降低天冬酰胺的酶添加到所述已冷却的含天冬酰胺的食料中，其中所述含天冬酰胺的食料中的天冬酰胺含量被降低。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述含天冬酰胺的食料包括基于块茎的食料、基于根部的食料、或它们的组合。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述含天冬酰胺的食料包括马铃薯。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述含天冬酰胺的食料被加热至足以促进天冬酰胺和降低天冬酰胺的酶扩散进入和离开食料的温度。
5.如权利要求1所述的方法，其中水活度足以促进天冬酰胺和所述降低天冬酰胺的酶的扩散。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述含天冬酰胺的食料在将所述降低天冬酰胺的酶添加到所述已冷却的含天冬酰胺的食料中之前、期间和/或之后混合。
7.如权利要求6所述的方法，其中使用在线混合器、螺条搅拌器、双螺杆搅拌器或它们的任意组合来添加所述降低天冬酰胺的酶。
8.如权利要求1所述的方法，其中通过间歇法冷却所述含天冬酰胺的食料。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述间歇法包括：(1)将所述含天冬酰胺的食料提供于罐中，和(2)搅拌所述含天冬酰胺的食料。
10.如权利要求1所述的方法，其中通过连续法冷却所述含天冬酰胺的食料。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述连续冷却法包括通过中空螺杆夹套式水槽冷却器冷却所述含天冬酰胺的食料。
12.如权利要求11所述的方法，其中将所述降低天冬酰胺的酶添加到在所述冷却器内的含天冬酰胺的食料中。
13.如权利要求11所述的方法，其中在所述食料离开所述冷却器之后将所述降低天冬酰胺的酶添加到所述含天冬酰胺的食料中。
14.如权利要求10所述的方法，其中所述连续冷却法包括通过流化床冷却器冷却所述含天冬酰胺的食料。
15.如权利要求10所述的方法，其中所述连续冷却法包括在刮壁式热交换器内冷却所述含天冬酰胺的食料。
16.如权利要求15所述的方法，其中在所述食料离开所述刮壁式热交换器之后将所述降低天冬酰胺的酶添加到所述含天冬酰胺的食料中。
17.如权利要求15所述的方法，其中在所述食料离开所述冷却器之前将所述降低天冬酰胺的酶添加到所述含天冬酰胺的食料中。
18.如权利要求10所述的方法，其中所述连续法包括将所述含天冬酰胺的食料泵送通过管道。
19.如权利要求18所述的方法，其中在所述管道的外部提供冷却夹套，并且在所述管道的内部提供冷却管。
20.如权利要求10所述的方法，其中所述连续系统包括：(1)将所述含天冬酰胺的食料放置在传送带上，和(2)当所述含天冬酰胺的食料沿着所述传送带移动时向其吹送空气。
21.如权利要求20所述的方法，其中在所述含天冬酰胺的食料之上、之下和/或周围吹送所述空气。
22.如权利要求1所述的方法，其中所述降低天冬酰胺的酶与所述冷却的含天冬酰胺的食料保持约5至约120分钟。
23.如权利要求1所述的方法，其中所述天冬酰胺的含量降低了至少80％。
24.一种降低食物产品中的丙烯酰胺含量的方法，所述方法包括：(1)根据权利要求1所述的方法降低冷却的含天冬酰胺的食料中的天冬酰胺的含量；和(2)由所述已处理的食料来生产食物产品。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述丙烯酰胺的含量被降低至小于约100ppm。
26.如权利要求24所述的方法，其中所述丙烯酰胺的含量被降低至小于约50ppm。
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