CN101448412B - 用于块根植物产品表面修饰的组合物和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过在干燥过程中用酶接触产品而进行块根植物产品的酶表面修饰的方法和组合物。本发明的一个实施例涉及减少由于烹饪、加热或者处理块根植物产品例如炸薯条产生的丙烯酰胺的方法和组合物。

Description

用于块根植物产品表面修饰的组合物和方法
技术领域
本发明涉及用于块根植物产品表面修饰的酶组合物和方法。本发明还涉及用于减少通过烹饪块根植物产品(例如炸薯条)而产生的丙烯酰胺的组合物和方法。
背景技术
块根植物产品例如炸薯条的表面修饰，对于改变表面化学性质以获得想要的颜色、质地和味道特征而言是重要的。表面氨基酸、碳水化合物和脂质是用于表面修饰的典型目标。
一个正在增长的研究领域是表面氨基酸的修饰以减少在烹饪食品中丙烯酰胺的形成。丙烯酰胺被认为是在加热处理过程作为氨基酸和还原糖之间美拉德反应的结果由食品成分产生的。据认为，许多氨基酸在丙烯酰胺的形成中发挥了作用，而天冬酰胺起了主要作用。研究人员正在研究在食品中减少丙烯酰胺含量的可能性。但是，改变未烹饪食品的化学性质是具有很多困难的。很难调节在食品自然存在的化学物质的含量，尤其是该化学物质是例如氨基酸，例如天冬酰胺，它是植物的基本组成部分。氨基酸在细胞里是非常丰富的并且被组装成蛋白质，这是植物细胞结构和功能的根源。获得具有修饰的氨基酸化学性质但保持可口的味道、香味、颜色、质地和化学特性的食品是非常困难的。
在炸薯条的硬壳中，丙烯酰胺作为美拉德反应的部分在最终油炸的过程中在天冬酰胺和糖的存在下形成。各种为了减少包括马铃薯产品的食品中丙烯酰胺的缓解方法，例如使用天冬酰胺酶，已经在公开出版物中有所报道(参见JP24283062A2，US20040265429A1，US2004058046A1，US20040081724)。但是，这些酶方法中的一些在减少丙烯酰胺上是没有作用的。其他的方法也没有被稳定地转化为工业生产，其要求快捷和廉价地油炸薯条工艺。
发明内容
发明人确定，在干燥步骤中将酶引入到块根植物产品上允许所述块根植物产品的表面修饰。在一个实施例中，在干燥步骤过程将天冬酰胺酶施用到块根植物产品，例如炸薯条或者其它马铃薯产品，在烹饪的产品中丙烯酰胺的形成显著地减少。
相应地，本发明提供一种在块根植物产品中减少丙烯酰胺水平的方法，包括在所述产品的最终处理之前，优选地在干燥步骤的过程中，使所述产品接触天冬酰胺酶。本发明也提供了包括天冬酰胺酶和可选地含水载体的食品添加剂组合物，其中所述食品添加剂组合物可用于在干燥步骤过程中减少食品产品中的丙烯酰胺水平。
关于本发明，可以注意到所述传送系统(接触步骤)能够在一个简单的方式下被执行，该方式包括用酶直接接触产品表面，例如通过喷雾所述产品的方法涂布。这允许一个短的施用时间。而且酶活性在标准工厂干燥(两个过程可以在一个步骤中进行)过程中产生。本发明在现实、在先存在的工厂工艺中也是容易引进的。本发明也可在葡萄糖和甘氨酸存在的情况下进行，以便于除了减少丙烯酰胺，这允许固定颜色。本发明的一种实施例涉及修饰块根植物产品的方法，包括：
用有效剂量的酶接触块根植物产品的表面以修饰块根植物的表面；
在用酶接触所述表面时干燥所述块根植物。
所述接触和干燥步骤可选地是部分同时或全部同时进行的。
所述酶可选地通过在表面上涂布例如喷雾酶与所述表面接触。该方法是连续的，在用酶涂布之后不需要保持时间。在干燥步骤之前(例如少于5秒、3秒或者1秒之前)或过程中，酶可选地被立即涂布。浸泡可选地被用于替代涂布。所述干燥步骤可选地通过在干燥器中空气干燥进行。
所述块根植物产品包括马铃薯产品，可选地为炸薯条。所述的酶可选地包括果胶甲酯酶(例如果胶酶)、葡糖氧化酶、脂肪酶。所述的酶可选地包括天冬酰胺还原酶(asparagine-reducingenzyme)并且所述的修饰包括天冬酰胺的还原。所述酶包括用于减少在所述块根植物产品的加热过程中丙烯酰胺形成的有效剂量的天冬酰胺酶(例如在所述产品的最终处理过程中，例如终端使用者的最终烹饪)。所述天冬酰胺还原酶可选地包括脱氨基酶。所述防腐木可选地还包括用有效剂量的甘氨酸接触块根植物产品以在所述块根植物产品的加热过程中减少丙烯酰胺的形成。所述的酶可选地在漂烫(blanching)所述产品之后接触所述产品。所述的酶可选地在常规油炸所述产品之后接触所述产品。所述天冬酰胺酶可选地包括介于500U/Kg和25,000U/Kg马铃薯之间的活性。所述块根植物产品可选地在30℃-65℃的温度和20％-80％的相对湿度下进行干燥。所述块根植物产品可选地在得到重量减轻4-12％，可选地7％(典型地炸薯条过程)或者35％(炸干冰炸过程fry-dry-freeze-fryprocess)的温度和相对湿度下进行干燥。所述块根植物产品可选地包括漂烫的马铃薯产品并且所述方法可选地还包括在用所述天冬酰胺酶接触所述马铃薯之前用SAPP浸泡(或者以例如喷雾的涂布方法接触)所述马铃薯产品的步骤。所述块根植物产品可选地包括漂烫的马铃薯产品并且所述方法还包括在用所述天冬酰胺酶接触所述马铃薯产品之前用葡萄糖溶液浸泡(或者以例如喷雾的涂布方法接触)所述马铃薯产品的步骤。所述甘氨酸可选地包括重量份介于0.1％(w/w)和1.0％(w/w)之间的甘氨酸，可选地重量份为0.5％的甘氨酸。如果需要，甘氨酸和天冬酰胺酶可以在一个组合物中被混合。
本发明还涉及一种用于在块根植物产品中减少丙烯酰胺形成的组合物，包括有效剂量的天冬酰胺酶。所述块根植物产品可选地包括马铃薯产品并且所述天冬酰胺酶包括介于500U/Kg和25,000U/Kg马铃薯之间的活性。所述的组合物可选地还包括PH介于5到7的水或者缓冲液，可选地为5.0，例如柠檬酸缓冲液(可选地20mM)，或磷酸盐缓冲液。所述组合物可选地还包括以在烹饪的产品中产生一致颜色的有效剂量的葡萄糖和甘氨酸。本发明还涉及一种用于在块根植物产品(加热过程中)中可选地在控制颜色时减少丙烯酰胺的组合物，所述组合物包括葡萄糖、甘氨酸和天冬酰胺酶的至少两种。本发明还涉及一种组合物，包括葡萄糖、甘氨酸和天冬酰胺酶的至少两种，用于减少丙烯酰胺和/或控制颜色的组合物的制备。前述的组合物可以按照本申请和实施例的举例描述的剂量而容易地制备(普通技术人员可以意识到天冬酰胺酶、甘氨酸和/或葡萄糖可以相对于实施例中使用的量而被容易地增加或减少，例如以25％或者更多的量)。
本发明的其他特征和优点将会从如下详细的说明书中进行阐述。但是可以理解所述详细的说明和具体的实施例给出了本发明优选实施例，仅为了说明被给出。在本发明的精神和范围之内的各种变化和修改对于那些本领域普通技术人员而言都可以从这个详细的说明书中获知。
附图说明
本发明的实施例将结合附图被描述，其中：
图1：漂烫的马铃薯条(800g)在40℃的含有多个水平天冬酰胺酶的柠檬酸缓冲液浸泡15到30分钟后丙烯酰胺的水平。
图2：用多种浓度的天冬酰胺酶/缓冲溶液表面处理并使用台式顶部干燥器(benchtopdryer)在45℃下干燥20分钟后的丙烯酰胺减少；
图3：作为各种干燥条件(温度和湿度)函数的处理后的产品(2000U/kg)的丙烯酰胺水平。用于天冬酰胺酶活性的干燥步骤参数的优化。
图4：在有葡萄糖和葡萄糖/甘氨酸存在下的处理后产品(2000U/kg：45℃，70％Rh，15分钟)的丙烯酰胺水平。处理到Agtron65色度的产品。
具体实施方式
本发明涉及通过在干燥步骤使块根植物产品接触酶而用于对块根植物产品表面修饰的组合物和方法。所述酶在干燥步骤之前或过程中被典型地施用在所述产品上。所述施用过程是简易的并且与快速生产线的标准连续块根植物处理操作是相适应的。所述的酶可以使用已知的典型设备而被简单施用，并且所述方法使用限定的干燥温度和湿度条件，它们与标准处理操作是相适应的。本发明与现存的块根处理干燥步骤可进行简单整合的能力是具有重要价值的，因为不需要在单独的酶孵育(incubation)步骤，在该步骤中当酶反应进行时块根植物产品被保持。延长的单独孵育步骤将会降低生产线的效率，产生一个瓶颈并且增加了生产成本。资本(设备)成本也随着在孵育发生的位置插入固定容器而被提高。
在一个实施例中，天冬酰胺酶在干燥步骤过程中被施用到块根植物产品表面，例如炸薯条或者其他马铃薯产品的表面，并且在烹饪的产品中引起丙烯酰胺形成显著的减少。在这个实施例中，修饰块根植物产品或者马铃薯的表面是指通过去除天冬酰胺而改变表面的化学性质。而且，在用于减少丙烯酰胺的另一表面修饰策略存在的情况下，例如用甘氨酸处理，天冬酰胺酶的施用是非常有效的并且协同作用减少丙烯酰胺。
在其他实施例中，用于块根植物表面修饰的酶包括改变表面结构(果胶酶，例如用于果胶脱甲基的果胶甲酯酶)，颜色(用于氧化葡萄糖的葡萄糖氧化酶)和减少脂肪吸收副产物(用于减少油脂水平的脂肪酶)的那些。这些酶根据现有技术是容易重组制备的，并且也可以从例如SigmaAldrich和Novozymes等商业提供者获得。在一些实施例中，修饰块根植物产品或马铃薯产品的表面是指改变所述表面的化学性质，例如，通过酶去除例如天冬酰胺的化合物，而在其他例子中它是指改变块根植物的物理表面结构的修饰。
因此，本发明提供一种降低食品中丙烯酰胺水平的方法，包括在所述产品的最终处理之前的干燥步骤中将食品与天冬酰胺酶接触。所述天冬酰胺酶典型地在干燥步骤之前立即或过程中被施用。所述接触步骤和所述干燥步骤可选地完全同步进行(酶施用的同时产品在干燥器进口或进口附近并进入干燥步骤，例如在进入干燥器前5秒、3秒或1秒或更短，或者在进入干燥器之后的1秒或更短时间)。本发明一个显著的优点是天冬酰胺酶孵育被整合到所述干燥步骤的连续处理过程，这样就不需要单独的保持步骤和保持容器。例如，所述块根植物产品可以被连续地从漂烫器直接传送到干燥器，并且所述的酶在它进入所述干燥器之前的时间点可以立即轻易地在块根植物产品移动时被施用到块根植物产品上。例如如果工厂设置(set-up)需要，可以施用一个保持期。相对于不使用保持期的处理而言，保持期典型地不会提供更好的表面修饰结果，例如在丙烯酰胺减少的方面。所述保持期在烹饪块根植物产品上也不会危害或影响减少丙烯酰胺水平的处理。所述酶孵育和干燥步骤可以因此部分地同时进行(例如，在干燥步骤开始之前不久施用的酶开始允许一个短的保持期，在这个保持期中酶活性在干燥之前的短暂时间提高，例如在所述产品进入干燥器之前的多于30秒或45秒，但典型在之前一分钟或两分钟或者更少。在干燥步骤开始之后不久酶可选地被施用，例如在所述产品进入干燥器之后多于一秒至少于一分钟，以便于在激发酶活性之前允许干燥的开始。
所述的天冬酰胺酶可选地通过使用例如喷雾(例如所述施用步骤用时少于一秒钟)的涂布技术被施用到炸薯条上或其他其产品上。本发明的处理不需要保持期，但是例如如果工厂设置需要，那么在所述涂布步骤之后，所述炸薯条可选地在干燥之前被保持例如一分钟或者更短的时间。所述的酶活性基本上完全地在所述干燥步骤中发生(例如典型地酶活性至少：90％、95％、98％或者99％在干燥器中发生)。所述干燥步骤优选地包括在块根植物产品被常规油炸之前或之后通过在所述块根植物产品上施用例如加热或湿度的条件而在空气中主动地干燥所述块根植物产品。例如，典型地使用可以获得至少合理水平的天冬酰胺酶活性的温度(例如，天冬酰胺酶活性的合理水平的例子为在Tmax酶活性水平的至少25％、50％、75％、85％或95％)。温度典型地为至少25℃或30℃。最高温度低于酶开始变性并失去活性的温度(例如70℃或者更低，更典型地65℃或者更低)。酶的Tmax典型地是30-50℃。相似地，对于其他酶，可选地通过涂布施用，在干燥产品时，温度将足以活动合理水平的活性(例如在Tmax酶活性水平的至少25％、50％、75％、85％或95％)，但没有使酶变性。其他参数例如压力也是根据需要增加或减少。所述干燥器可选地为冲击干燥器(impingementdryer)或其他常规的干燥器。在干燥步骤中所述干燥温度可选地是一致的(例如温度的变化为5℃或更少)。干燥步骤中相对湿度也可选地是一致的并且变化为5％或者更小。所述的酶在块根植物产品被从干燥器中取出时典型地保持活性(例如在干燥器出口)。在离开所述干燥器之后当块根植物和空气温度下降时(例如，对于天冬酰胺酶，当温度低于30℃或者20℃时这可能发生)或者当块根植物产品在高温被常规油炸时，所述酶典型地失去活性或者变性。
词语“表面”是指所述块根植物产品的外层。块根植物的表面对流体可渗透并允许流体吸收进入所述表面进入所述植物。当在本申请中讨论“表面”修饰时，接触吸收液体的块根植物部分是要被包括在所述词语“表面”中的。所述词语“表面”包含了词语“外表面”，外表面是指块根植物表面接触空气的一部分。词语表面也包含了块根植物产品的“硬壳”，在例如炸薯条的马铃薯产品中，它是大于0.5mm厚的一层。多数丙烯酰胺可能在马铃薯产品的从外表面向内测量的1mm深的一层内形成。所述表面可选地延伸到深入所述块根植物的0.1mm、0.25mm、0.75mm、1.0mm、1.25mm或者1.50mm中，从外表面向内测量。吸收取决于块根植物的物理特性，接触时间和温度。所述块根植物可选地是切割的块根植物，例如通过切割马铃薯条来制备炸薯条。在基于块根植物的成形或挤出产品的情况下，例如马铃薯饼，相对于被切割的块根植物产品例如炸薯条，液体和酶的吸收将可能发生在从所述表面进入块根植物产品中更深的位置。例如，在成形或者挤出的产品中，酶溶液是典型地被吸收的更深并且进入到下边界层，在往所述产品的中心方向上移动，因此对于成形或者挤出的产品，这些区域都将被词语“表面”所覆盖包括。例如，随着挤出或者切割条微波产品的过度漂烫，吸收可能进入表面的深层。多数的丙烯酰胺形成发生在外层(例如外表面)或者近略低(例如典型地从例如马铃薯的块根植物外部向内测量在1.5mm深或者更浅的一层)。因此，本发明选择地针对所述块根植物产品的表面，在其上多数的丙烯酰胺被形成，从而允许丙烯酰胺快速的减少并避免浪费酶。
在挤出过程中，典型地在干燥过程中薄片被天冬酰胺酶处理。对于成形的产品，马铃薯片将会在与其他成分混合并成形之前在干燥的过程中被处理。例如这两种产品都典型地直接在成形后进行常规油炸。
所述此处使用的词语“天冬酰胺酶”包括天然天冬酰胺酶，例如分离的或重组的酶(可以从Novozymes或者Sigma-Aldrich处商业获得)，也包括天冬酰胺酶的衍生物，它们也会减少天冬酰胺和丙烯酰胺水平。所述词汇“果胶甲酯酶”、“葡萄糖氧化酶”、“脂肪酶”和“果胶酶”包括它们各自的天然酶，例如分离的或重组的酶(可以从Novozymes或者Sigma-Aldrich处商业获得)，也包括衍生物，所述衍生物也用于减少此处描述的底物(substrate)而保持酶的活性。作为例子，天冬酰胺酶衍生物例如包括删除的、插入的、截短、替换(保守性替换)(例如，保留的取代物)或其他修饰的天冬酰胺酶多肽，它们保持着现有技术中已知的标准化验测定的与天冬酰胺的酶反应的能力，以测量将丙烯酰胺分解为天冬氨酸和氨的酶解。衍生物也包括那些分子，其中例如自由氨基基团已经被衍生化形成胺盐酸盐，p-甲苯磺酰基团，苄氧羰基团，叔丁氧羰基，氯乙酰基团或甲酰基团。自由的羧基团可以被衍生化形成盐、甲基和乙基酯或者其他类型的酯或酰肼。自由的羟基团可以被衍生化形成0-酰化或者0-烷基衍生物。其他前述酶的类似衍生物在本发明的处理过程中也是有用的。
在“所述产品的最终处理”之前的干燥步骤过程中在所述块根植物产品上使用或者施用酶意味着所述的酶与所述块根植物产品的接触是在干燥处理步骤中进行，其在由终端使用者最终烹饪或消费所述产品的处理之前。
所述用天冬酰胺酶“接触”块根植物产品的步骤可以包括任何方式的施用处理，其导致块根植物产品具有提高的酶水平。所述的酶典型地在产品的处理或准备过程中与块根植物产品接触。所述酶能够以任何的形式被加入，例如通过涂布到产品上(例如“涂布”包括喷雾所述产品，播撒所述产品或者在所述表面施用所述酶的其他方法，其不包括在液体中浸泡所述产品；注意所述产品的全部表面可以不必由所述涂布处理全部覆盖，但是所述产品仍被认为是被涂布过)。
添加酶的其他方法也可以被使用，例如在干燥之前立即浸泡(例如沾浸或者浸透)所述产品，但是喷雾是更有利的。在产品上成功地施用酶需要精确的剂量，酶/底物邻近和控制的外部条件(温度，时间，湿度和在酶失去活性前的保持时间)。本发明优选地施用涂布技术，其对于漂烫的炸薯条使用喷喷雾来满足这些条件。
在沾浸的过程中，需要相对于产品数量的大量的酶，因为在沾浸容器中有大量的水。同时，酶的获得将不会被精确地控制，因为所述产品在大量流动的水中。酶的获得可能变化并没有方法知道在沾浸的过程中或之后有多少酶接触了所处产品的表面。浸泡可能导致从浸泡溶液取出后在块根植物产品上形成液滴或者液体汇聚，而喷雾产生了更均匀的涂层。这导致了丙烯酰胺减少值上的不一致。在连续的油炸薯条制作过程中，在漂烫之后引入一个容器在很多工厂中都将不是容易的翻新(不像引入一个用于喷雾天冬酰胺酶溶液的喷雾器，其不会占用太多空间并且易于安装)。容器中改变的残余的酶将也需要实时地被测量以允许精确的再添加剂量。但是在本发明中喷雾的使用通过以相对于每千克产品，例如对于炸薯条的每千克马铃薯条的设定剂量直接向所述产品的表面施用天冬酰胺酶克服了一些障碍。所需量的酶被施用到产品表面上，不像在沾浸过程中其中部分的酶接触产品而多数的酶保持在容器中没有使用。在成本和质量控制上有重要的优势，正确的剂量被一致地施用到需要的地方，也就是每个个体产品的表面。在干燥器之前简单添加喷雾装置使得本发明在工厂中更加经济和易于操作。沾浸方法最大的约束，在施用装置中知道酶的浓度，在使用本发明的涂布方法中被避免了，因为设定浓度的酶是基于剂量需要和生产线效率被准备好的。每一块产品获取的量也是一致的和已知的。
所述的酶能够以任何剂量被加入，以保证足以减少在完成的产品中的丙烯酰胺。例如，天冬酰胺酶可选地在水溶液中使用，剂量具有活性范围介于500U/Kg和25,000U/Kg马铃薯之间，更优选地，介于500U/Kg和1,000U/Kg马铃薯之间。优选地所述的酶被添加的剂量以便于丙烯酰胺被减少：40％、50％、60％或者75％。
所述的酶能够以粉末或溶液的形式与块根植物产品接触，典型地为水溶液的形式。在一个实施例中，天冬酰胺酶在缓冲液溶液中制备，所述缓冲溶液适合于在干燥步骤的过程中接触块根植物产品时保持天冬酰胺酶活性。所述天冬酰胺酶溶液也包括其他成分，例如用于表面修饰的其它化合物，例如葡萄糖。
本发明通常可以被应用于从表面修饰得益的块根植物上，例如在烹饪、加热或者处理过程中产生丙烯酰胺的马铃薯产品。块根植物产品包括从块根植物，例如马铃薯、山药(yam)、胡萝卜和甜菜根，制备获得的产品。最普通的常规油炸块根植物产品是由马铃薯制得，并且如下的描述基本上是指马铃薯产品(例如炸薯条，马铃薯片，烤焙马铃薯，rosti，马铃薯脆片，马铃薯饼，马铃薯条)。显而易见参数可以容易的取决于使用的马铃薯种类来调节，由于不同的种类具有不同的糖和其他固体的含量。同样显而易见的，马铃薯的方法和设备也适应于其他块根植物。通常地，所述食品是会在高温下被烹饪的食物，例如油炸、烘焙、烧烤、微波或者烘烤。
相应地，本发明提供一种在马铃薯产品中减少丙烯酰胺水平的方法，包括：
提供部分处理的马铃薯产品；
使所述部分处理的马铃薯产品接触天冬酰胺酶；
干燥部分处理的马铃薯产品。
可选地烹饪所述马铃薯产品，其中在烹饪的马铃薯产品中天冬酰胺酶的水平低于没有经过天冬酰胺酶处理的类似产品的水平。
所述词语“部分处理的马铃薯产品”意为所述的马铃薯产品的形式为对于消费而言不是最终的配制品。该词语包括已经经历过初始处理步骤，例如切片、漂烫或者常规油炸的马铃薯产品。
典型地，将在所述漂烫步骤之后施用天冬酰胺酶。漂烫被认为对于酶的效果具有积极的影响。可选地，所述产品在全部酶施用步骤和/或酶孵育步骤中是运动的，因为本发明的处理过程可以被容易地整合进入现有的商业过程中。本发明的一个优点就是不需要其中当酶活性完全产生时产品被浸泡在一个池体内的单独的静止步骤。
也可以在常规油炸之后施用天冬酰胺酶。将冷却的、控制温度和保持时间成分加入到在常规油炸之后使用酶的处理过程中。
本发明的另一个实施例是包括酶和载体的食品添加剂组合物，以及食品添加剂组合物用于减少食品中丙烯酰胺的水平的用途。所述载体典型地是水溶液。所述食品添加剂组合物可选地为涂布组合物(例如喷雾组合物，气溶胶组合物或者撒粉组合物)。其他形式的组合可以被使用。相似地，本发明的其他实施例包括含有此处描述的酶和载体的食品添加剂，以及食品添加剂组合物用于减少食品中酶底物水平的用途。
在本发明的一个实施例中，未加工的块根植物产品，例如马铃薯，典型地被送入预处理步骤，其可以包括一步或更多的清洗、削皮、整理和缺陷检查。在预处理步骤之后，所述未加工的马铃薯被转化成马铃薯产品(例如切割的马铃薯)，例如根据已知的方法从切片马铃薯制成的炸薯条。合适尺寸切片的例子是具有宽度和高度和具有多种组合的长度的大约3/16到1.5英寸的方形和矩形截面。此处所描述的方法还适用于其他更特别的切片，例如螺线型切片、螺旋形切片、皱纹型切片、折叠型切片、华夫饼型切片、格子型切片、立方体型切片、楔形、钱币、薄片、油炸三角、月牙形切片和许多其他形状。此处所描述的方法也适用于从马铃薯成型的产品，例如由片状的马铃薯和其他的成分混合制成的tots、炸丸子、方形和圆形馅饼和薯饼(hashbrown)，从而制备特殊(副产品)马铃薯产品。处理过的成分，例如淀粉可选地被使用来制作生面团，其可以被挤出形成各种形状，例如马铃薯饼。因此，所述词语“马铃薯产品”是指适用所述方法的从马铃薯切割、形成的或挤出的任何这些和其他的形状或产品。所述词语“块根植物产品”同样地是适用所述方法的从马铃薯切割、形成的或挤出的指这些形状或产品。所述词语“马铃薯产品”进一步参考马铃薯产品的处理过程被定义，例如“漂烫的马铃薯产品”是指在已经被漂烫过的，但在常规油炸之前的马铃薯产品。块根植物产品以相似的方式被制备。
以下使用马铃薯产品作为实例来说明本发明的实施例。使用马铃薯产品描述的方法和产品适用于块根植物产品。在马铃薯被削皮、切割、清洗之后，所述的马铃薯产品典型地被送入漂烫步骤以制备漂烫的马铃薯产品。漂烫部分地烹饪了所述的马铃薯产品，有助于控制还原糖分并停止酶的作用，这能够引起在味道、颜色和结构上的变化。所述漂烫步骤典型包括在热水、蒸汽或煎炸油里短时间烫洗所述的马铃薯产品。在漂烫的一个实施例中，所述马铃薯产品(19/64”方形)被浸泡在65-85℃的热水中5-20分钟，典型地少于15分钟。漂烫的块根植物产品以相似的方式制备。
所述漂烫的马铃薯产品然后被可选地送入油炸前干燥步骤以减少水分含量。干燥可选地在具有加热和湿度控制的烤箱中进行。在常规的油炸步骤，所述油炸前干燥步骤在常规油炸之前去除一些从漂烫步骤进入的湿气和块根植物产品的水分，以减少油的吸收和油炸介质的降解。这减少了用于常规油炸的时间，油和设备的尺寸。
如上所述，酶可选地在干燥步骤之前立即或者过程中被施用在产品上。干燥条件必须产生足够的湿气移除以干燥所述产品而没有引起水泡或硬壳。干燥条件也必须提供温度和相对湿度条件，其提供足够的酶的活性而没有使所述的酶变性。因此，本发明包括用一温度和一相对湿度的方法，用于i)干燥块根植物产品和ii)修饰块根植物产品表面的酶活性(例如，天冬酰胺酶活性的合理水平的例子为在Tmax酶活性水平的至少25％、50％、75％、85％或95％)。典型地，所使用的加热的空气温度和相对湿度适于i)干燥块根植物产品和ii)修饰块根植物产品表面的酶活性。所述干燥条件的变化取决于使用在这个油炸前干燥步骤中干燥器的类型。典型地干燥条件的一个例子包括在35-100℃，典型地55℃，相对湿度大约40-80％，典型地75％，干燥马铃薯大约5-20分钟，典型地15分钟。其他适合的条件将在如下的实施例中进行更详细的描述，例如在45℃-60℃的温度，相对湿度为40-70％下干燥。对于炸薯条，所述的薯条可选地在得到重量减轻6-8％，典型地大约7％的温度和相对湿度下进行干燥。保持产品干燥5-8分钟的一个干燥器使用的干燥条件与对一个产品干燥20分钟以获得在两个干燥器同样结果的重量减轻的干燥条件是不同的。较小的干燥器单元相对于较大的干燥器为在给定的时间获得足够的湿气去除是需要更多的热量和更低的湿度水平。被挤出的产品典型地在被挤出后不被干燥，但是所述马铃薯片在混合和挤出之前典型地被干燥。
在油炸前干燥步骤之后，所述油炸前干燥后的马铃薯产品然后与常规油炸步骤的油相接触以制备常规油炸马铃薯产品。常规油炸步骤或者“部分油炸”是烹饪的阶段，其中所述的马铃薯产品在油中被部分地烹饪。常规油炸步骤包括任何在油中部分地烹饪马铃薯产品的烹饪方法，包括在油中浸泡马铃薯产品，和用油喷雾和涂布马铃薯产品和在高温下加热。在准备用于食品服务的餐馆中(例如快餐产品)适合的常规油炸温度可选地在170-200℃之间，更优选地为175-195℃，并且典型地为185℃。时间介于30-90秒，更优选地30-60秒，典型地50秒。其他适合的常规油炸的条件对于本领域技术人员而言是显而易见的。其他常规油炸块根植物以相似的方式被制备。
在常规油炸步骤之后，所述马铃薯产品然后被典型地进一步在油炸后干燥步骤中被干燥以在具有加热和湿度控制的油炸后干燥器(例如烤箱)中减少水分。这个步骤制备快速重建马铃薯产品，其可以在90秒或者更少的时间，优选地60秒或者更少的时间被烹饪(最终油炸)。在所述油炸后干燥步骤，干燥动力需要从所述产品中去除水分，因为所述产品正变得更加干燥并且有在常规油炸步骤涂布上的油和可选地从预油炸干燥步骤产生的外壳，其产生了减少(阻止)水分去除的障碍。本发明的方法也容易适用于微波炸薯条的方法。
所述马铃薯产品可选地以常规的方式在冷冻步骤被冷却和冰冻，例如，通过将它们冷却到大约-5到-20℃，例如在连续的冷冻带和冷冻隧道上。所述冷冻的产品然后可以被包装、存储和运输。所述冷冻步骤对于具有长时间保质期的产品或者对于可能在油炸后干燥步骤之后很快就会最终烹饪的产品而言是可以消除。对于所谓的“冷冻炸薯条”或者“鲜炸薯条”而言冷冻可以被避免或者用冷却替代。
当所述的马铃薯产品准备消费时，它们进行最终烹饪，例如通过油炸、焙烤或者其他适合的加热以烹饪马铃薯产品到适合终端使用者消费的条件。常规油炸的马铃薯可选地或者从在冷冻步骤之后的冷冻状态或者直接从油炸后干燥步骤被最终烹饪。冷冻的产品也可以在重建油炸之前被解冻以通过进一步减少烹饪时间来辅助油炸步骤。
所述用于最终烹饪本发明的所述常规油炸产品的时间和温度将取决于，例如，块根植物的种类、质量、形状和水分含量。
此处对炸薯条描述的本发明的方法对于其他马铃薯产品或者块根植物产品而言也是容易适用的i)通过用果胶酶，例如果胶甲酯酶(用于从果胶中去除甲基团)接触产品来修饰产品表面的方法，ii)通过用葡萄糖氧化酶(用于氧化葡萄糖)接触产品修饰产品颜色的方法，和iii)通过用脂肪酶(用于减少脂肪水平)接触产品来减少产品脂肪吸收的方法。
实施例：
如下非限制的实施例用于解释本发明。
1、在天冬酰胺酶溶液中孵育马铃薯条
材料
在一个模仿商业炸薯条制备过程的方法中制备炸薯条。从细菌发酵中获得天冬酰胺酶，随后纯化以去除低分子糖、肽和氨基酸(25000U/g)。
程序
浸泡反应
清洗、削皮和漂烫马铃薯。漂烫的马铃薯条(1000g)在缓冲液和缓冲液/酶溶液(6L)中进行孵育。所述酶反应在柠檬酸缓冲液20mM中，pH值5.0中进行，浓度提供介于5000U/Kg和25,000U/Kg马铃薯之间的酶活性。在调节所述缓冲液后，缓慢将酶加入到反应介质中并允许其在薯条加入前混合3分钟。反应在40℃进行15、30或者60分钟。一旦完成，过剩的溶液应小心去除并将薯条进一步通过干燥、常规油炸和冷冻进一步处理。冷冻的产品在180℃下被最终油炸约3分钟。
结果和讨论
图1示出不同酶剂量在15和30分钟孵育后丙烯酰胺的水平。与酶剂量无关，与对照缓冲溶液在15、30或者60分钟(数据未示出)孵育之后相比，在丙烯酰胺水平上没有显著的减少。而且在所述反应缓冲溶液中长的孵育时间导致了一种不需要的酸味。从实践观点看，长的处理时间将也与标准的商业生产过程相矛盾。
2、在干燥过程中表面施用和天冬酰胺酶活化
本发明提供了一种方法，在该方法中酶被直接地施用到炸薯条的表面允许活性在定义的油炸条件下发生。
程序：
表面施用：
在柠檬酸缓冲液，20mM，pH5.0中酶原料被稀释，达到活性范围(介于500U/Kg和25,000U/Kg马铃薯之间)。漂烫的薯条(1.0Kg)被浸泡在0.8％SAPP中，脱水并用16克(相当于1.5-2％拾取)的酶/缓冲溶液(Nalgene，cat24300200)喷雾。如图4中描述的处理，在天冬酰胺酶施用之前，薯条被浸泡在与0.35-0.4葡萄糖的0.8％的SAPP中，或者浸泡在与0.1-0.15％葡萄糖/0.5％甘氨酸的0.8％SAPP中。后一种处理获得65agtron的最终颜色。在所有的情况中，通过将相同量柠檬酸缓冲液施用到1Kg的马铃薯条中产生对照。
用于活性的干燥条件
所述的酶喷雾后间隔一分钟再进入所述过程的干燥阶段，使用台式顶部干燥器或者双区工业连续干燥器。当使用台式顶部干燥器时，薯条在45℃下被干燥20分钟。工业干燥器使用一定的温度和湿度参数的范围(45℃/40％，45℃/70％，60℃/40％，60℃/70％)。每个条件使用的保持时间被调整为获得7％的重量减少。
结果：
天冬酰胺酶表面修饰的效果
评价使用表面酶反应的可能性是在干燥之前通过施用/喷雾具有5000U/Kg到1000U/Kg活性的酶溶液到漂烫后的薯条表面进行的。初始孵育研究是使用设定在45℃20分钟下的台式顶部干燥器进行的。图2a示出对于每个剂量浓度丙烯酰胺的百分比减少(相对于单独的缓冲液)，对比于仅用柠檬酸缓冲液喷雾的薯条。在与1000U/Kg马铃薯一样低的剂量水平上可以获得从44％到57.5％的范围丙烯酰胺显著的减少。
为了确定更低的有效剂量，进行了另一个系列的处理，其中天冬酰胺酶的剂量范围为从1000到100U/Kg马铃薯。图2b示出对比于仅用缓冲液喷雾的马铃薯条，这些酶剂量产生的丙烯酰胺的减少。使用本申请的技术，500U/Kg马铃薯的剂量被认为是有效的，获得了47％丙烯酰胺的减少。
用于质量和丙烯酰胺减少的干燥条件：
为了在工业规模当保持产品的质量同时提高酶的反应，所述干燥/孵育参数被改变。建立参数在干燥过程中达到需要的重量减少，还产生为了酶而需要的温度和时间条件。作为一个如何确定这些参数的例子，使用双区工业干燥器，在其中温度和湿度都能够被设定和保持。图3示出了在不同条件干燥的仅用缓冲液或者天冬酰胺酶/缓冲液(2000U/Kg马铃薯)处理的薯条的不同的丙烯酰胺水平。在干燥器中的保持时间对于每一条件进行改变以获得所需的重量减少百分率。如图3所示，丙烯酰胺减少取决于两个因素，温度和湿度，以及变化范围从19到67％。在45℃70％相对湿度下14分钟的干燥参数导致了基本上67％的丙烯酰胺减少和目标重量减少，示出了酶反应应用对于连续的工厂方法是有用的。
结合天冬酰胺酶施用的颜色一致处理
在典型的商业处理条件，葡萄糖被加入到马铃薯条的表面，帮助达到需要最终油炸的颜色。为了证明天冬酰胺酶处理和随后的丙烯酰胺减少能够在葡萄糖的存在下被达到，所述酶的施用处理在葡萄糖溶液中的浸泡后进行，获得了Agtron65的最终油炸颜色(反应缓冲液0.4％；在酶溶液中0.35％)。干燥条件如从图3(45℃，70Rh)中确定。如图4所示，当处理到一个特殊的颜色，在该情况下Agtron65色度，所述表面天冬酰胺酶处理减少丙烯酰胺水平。这个结果示出在本发明中天冬酰胺酶施用与炸薯条制备过程相适应。混合物可以被容易地调整到获得其他的颜色，例如Agron60-70.
炸薯条和其他块根植物的颜色容易被获得和确定，例如，根据美国农业部对于冷冻炸薯条的颜色标准。根据这个标准，炸薯条的颜色和外表与用于冷冻炸薯条的芒塞尔颜色标准(MunsellColorStandards)，第三版，1972，64-1进行比较。可选择地，如上例证，例如Agtron装置的颜色测量装置对于在例如基于反射性能的0到100标准的范围内测量产品的颜色是有用的。
甘氨酸与天冬酰胺酶结合施用：颜色一致的处理
已经示出，另一种丙烯酰胺减少剂，例如甘氨酸，可以与天冬酰胺酶协同作用。甘氨酸(0.5％)和葡萄糖在漂烫之后通过浸泡被施用在马铃薯条上。薯条随后被送入上述的天冬酰胺酶施用过程。在用甘氨酸处理的马铃薯条的表面施用缓冲液，丙烯酰胺水平明显减少，对照没有经过甘氨酸处理的薯条(图4)。当天冬酰胺酶被施用时，在甘氨酸处理之后，额外的～30％丙烯酰胺的减少被获得，对比于仅用葡萄糖处理的薯条。这显示，天冬酰胺酶和甘氨酸在减少炸薯条中的丙烯酰胺形成上在进行协同作用。主要描述使用甘氨酸减少丙烯酰胺的专利申请包括：WO2005/025330，WO2005/018339，WO2004/075655，US2004/0109926和US2005/0058757.
本发明用特定的实施例(包括本发明优选的实施方式)进行了说明。对于本领域普通技术人员而言在本公开内容的提示下，各种修改和改变在没有脱离本发明的精神范围内都可以在特定实施例的例证下获得并是显而易见的。所有这些修改都应被包括在本发明的权利要求保护范围之内。
所有的公开，专利和专利申请全文引入作参考，例如每个申请，专利或者专利申请都特定地和个别地通过参考它的全文而被结合。

Claims (36)

1.一种修饰块根植物产品方法，包括：
在漂烫器中漂烫块根植物产品；
用有效剂量的酶接触块根植物产品的表面以修饰块根植物的表面；
在用酶接触所述表面时在干燥器中干燥所述块根植物产品；
其特征在于：
所述酶通过在干燥步骤之前立即或过程中喷雾所述酶于所述表面之上而与所述表面接触，其中喷雾发生在：i)所述块根植物产品由漂烫器传送到干燥器过程中，或ii)所述产品在干燥器进口或进口附近时；
所述接触步骤和所述干燥步骤是部分同时或全部同时进行的，并且所述块根植物产品在应用的加热空气温度和应用的相对湿度适于i)干燥块根植物产品和ii)用于修饰所述块根植物产品表面的酶活性下进行干燥，以使所述酶的活性和产生的表面修饰基本上完全地在所述干燥步骤中发生。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述接触和干燥步骤是部分同时进行的。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述接触和干燥步骤是全部同时进行的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的接触步骤和干燥步骤是在所述产品的最终处理之前进行的。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的喷雾步骤中在小于一秒钟内将酶施用于所述块根植物产品上并且所述的接触步骤和干燥步骤在喷雾之后继续。
6.根据权利要求1至5中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述干燥步骤通过空气干燥在干燥器中进行。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述干燥器包括冲击干燥器。
8.根据权利要求1至5或7中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述的酶包括天冬酰胺酶、葡糖氧化酶、脂肪酶或者果胶酶。
9.根据权利要求1至5或7中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述块根植物产品包括马铃薯产品。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述马铃薯产品包括炸薯条。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述马铃薯产品包括切割的马铃薯条。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述马铃薯产品是部分处理的马铃薯产品。
13.根据权利要求1至5或7中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述的酶包括天冬酰胺还原酶并且所述的修饰包括天冬酰胺的还原。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述天冬酰胺还原酶包括在所述块根植物产品的加热过程中用以还原天冬酰胺酶并由此减少丙烯酰胺形成的有效剂量的天冬酰胺酶。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述天冬酰胺还原酶包括脱氨基酶。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括用有效剂量的甘氨酸接触块根植物产品以在所述块根植物产品的加热过程中减少丙烯酰胺的形成。
17.根据权利要求1至5中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述的酶在漂烫所述产品之后接触所述产品。
18.根据权利要求1至5中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述的酶在常规油炸所述产品之后接触所述产品。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述天冬酰胺酶包括介于500U/Kg和25,000U/Kg马铃薯之间的活性。
20.根据权利要求1至5中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述块根植物产品在30℃-65℃的温度和20％-80％的相对湿度下进行干燥。
21.根据权利要求1至5中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述块根植物产品在得到重量减轻4-12％的温度和相对湿度下进行干燥。
22.根据权利要求14至16和19中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述块根植物产品包括漂烫的马铃薯产品并且所述方法还包括在用所述天冬酰胺酶接触所述马铃薯之前用酸式焦磷酸钠接触所述马铃薯产品的步骤。
23.根据权利要求14至16和19中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述块根植物产品包括漂烫的马铃薯产品并且所述方法还包括在用所述天冬酰胺酶接触所述马铃薯之前用葡萄糖溶液接触所述马铃薯产品的步骤。
24.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述甘氨酸包括重量份介于0.1％(w/w)和1.0％(w/w)之间的甘氨酸。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：所述甘氨酸包括重量份为0.5％的甘氨酸。
26.根据权利要求1至5、7、10至12、14至16、19和24至25中任意一项权利要求所述的方法，还包括在接触和干燥步骤之前，在漂烫器中漂烫所述产品，所述块根植物产品被连续地从漂烫器传送到干燥器，并且在传送步骤中所述酶被施用到所述产品上。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，在干燥器进口或进口附近将酶施用到所述产品，其中，所述产品在施用酶后小于5秒进入干燥器。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述产品在施用酶后小于1秒进入干燥器。
29.根据权利要求1至5、7、10至12、14至16和19中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，修饰所述产品表面的至少90％的酶活性在干燥器中发生。
30.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，天冬酰胺酶的活性介于500U/Kg和1000U/Kg马铃薯之间。
31.根据权利要求14、19或30中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，与未处理的块根植物产品相比，有效量的天冬酰胺酶有效地减少至少40％的丙烯酰胺形成。
32.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述相对湿度为40－80％。
33.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述温度在30－50℃之间。
34.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酶为天冬酰胺酶，在pH介于5到7的水或者缓冲液中。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述缓冲液包括柠檬酸缓冲液或磷酸盐缓冲液。
36.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酶在整个干燥过程中保持活性。
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