CN101641021A - 在热加工食品中减少丙烯酰胺生成的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在热加工的食品产品中减少丙烯酰胺前体－天冬酰胺的数量的方法。本发明使得产生的食品具有明显减少水平的丙烯酰胺。本发明依靠将含有丙烯酰胺前体－天冬酰胺的例如马铃薯切片的马铃薯原料与浸提液接触，以将天冬酰胺从所述马铃薯原料中浸提出。与非浸提过的、热加工的马铃薯产品相比，热加工所述浸提过的马铃薯将使得马铃薯产品具有较低水平的丙烯酰胺。

Description

在热加工食品中减少丙烯酰胺生成的方法

发明背景

[0001]技术领域

[0002]本发明涉及一种在食品产品中减少丙烯酰胺前体-天冬酰胺的数量的方法。本发明使得产生的食品具有明显减少水平的丙烯酰胺，并且更特别地，本发明涉及一种使用缺少正被浸提的丙烯酰胺前体的浸提液浸提至少一种丙烯酰胺前体的方法。

[0003]相关技术的描述

[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，在许多食品的检测中，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、谷类食品、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。在各种相关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食品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％，在高蛋质白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，已经有报道指出用谷氨酰胺、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途径涉及麦拉德反应。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]麦拉德反应是涉及具有许多中间体的一系列复杂的反应，但通常描述成包括三个步骤。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途径使Amadori或Heyns重排产物降解，所述途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途径，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途径。

[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，或者在消费前由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给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类似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表示使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最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0.04至0.08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。清洗过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的油炸锅中油炸这些切片，例如在177℃至182℃(340°F至360°F)油炸约2至3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约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为重量比1至2％。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送到一个或多个称重器称重，随后将马铃薯片导向一个或多个垂直、填充和密封机械以被包装在柔性袋中。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最终产品的特性。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合物的浸出，而这些化合物赋予最终产品马铃薯的风味、颜色和质地。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是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，所述例子说明在最终产品中减少丙烯酰胺水平面临的独特挑战，零食还可制作为合成零食。术语“合成零食”指使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的合成马铃薯片，以及使用湿润粉糊作为原材料的合成玉米片。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。

[0014]再参看图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，合成马铃薯片最初是脱水马铃薯产品，例如马铃薯薄片。脱水马铃薯产品与水和其它辅料混合，以生成面团。随后，所述面团被压片并在烹制步骤处理之前被切割。烹制步骤可包括油炸或烘焙。随后对马铃薯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。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成分可能负面的影响面团的压片特性，以及最终马铃薯片的特性。

[0015]需要开发一种或多种减少加热或热加工食品的最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最终产品中的丙烯酰胺，而不负面影响最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。

[0016]美国专利3,934,046(“Weaver”)没有具体地提出减少丙烯酰胺生成的方法，但是它的教导是与正在讨论的问题相关的。在现有技术中已知的是热加工食品的褐变部分是在还原糖的存在下，通过加热例如天冬酰胺的氨基酸所产生的。如在Weaver专利中所说明的，“块茎的褐变趋势随着还原糖含量的增加而增加。同样已经被证实的是，还原糖与马铃薯中的含氮成分反应产生黑色的反应产物。”Weaver教导使用热水浸提生马铃薯片将减少发生在烹制阶段的褐变。可是，Weaver还说明了仅使用热水浸提的不好的效果：“在马铃薯片的例子中，热水浸提是不能使用的，这是因为在充分防止变黑的必要条件下，马铃薯片的质地和风味几乎被完全破坏。”这是因为由于在马铃薯原料和水之间存在的浓度梯度，水浸提了马铃薯切片的全部成分。因此，所有的糖和氨基酸从马铃薯原料中不加选择地被浸提了。

[0017]虽然Weaver专利不直接涉及在热加工食品中减少丙烯酰胺的水平，但是Weaver的浸提马铃薯片的一般概念可以根据减少丙烯酰胺生成的目前的问题被改进并使用。因此，通过将丙烯酰胺前体选择地从生食品片中浸提出而基本不影响食品质地和风味而在热加工食品中减少丙烯酰胺生成的方法是有用的。这样的方法理想地需要从浸提液中去除浸提出的丙烯酰胺前体，以再次使用所述浸提液。

发明内容

[0018]本发明是一种在马铃薯产品中减少天冬酰胺数量的方法，在一个实施例中，所述方法包括：连续提供基本未处理过的具有第一浓度的天冬酰胺的马铃薯原料并使用缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液中从所述未处理过的马铃薯原料中浸提出天冬酰胺，从而生成包括天冬酰胺的清洗过的浸提液，同时处理过的马铃薯具有低于所述第一浓度的第二浓度的天冬酰胺。在一个实施例中，所述方法还包括使用至少一种天冬酰胺去除单元从所述清洗过的浸提液中去除天冬酰胺，从而重新产生所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液并重新使用所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液。

[0019]在一个实施例中，所述清洗过的浸提液可以通过例如使用酶(例如天冬酰胺酶)的一种或多种方法被重新产生以将丙烯酰胺前体-天冬酰胺分解为反应产物减少所述前体的浓度，从而减少天冬酰胺或其它丙烯酰胺前体。获得的反应产物可以随后在后续的单元操作中被去除。可以使用的另一种去除丙烯酰胺前体的方法是使用离子交换树脂。

[0020]在另一个实施例中，所述浸提液被超声振荡同时它与所述马铃薯片接触。在又一个实施例中，在第一接触阶段，丙烯酰胺前体和其它水溶性化合物通过纯水从生马铃薯片中被非选择地浸提出。随后，在第二接触阶段，丙烯酰胺前体从所述浸提液中被去除，并且前面浸提出的、需要的化合物随后被送回到所述马铃薯片中。

[0021]在一个实施例中，本发明提供了一种在食品原料中减少天冬酰胺的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有第一浓度的天冬酰胺的食品原料，使用缺少天冬酰胺的食品浸提液中从所述食品原料中选择地浸提出天冬酰胺，使得所述食品原料具有低于所述第一浓度的第二浓度的天冬酰胺。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

[0022]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：

[0023]图1是丙烯酰胺生成的可能的化学途径的示意图；

[0024]图2是现有技术的马铃薯片的加工步骤的示意图；

[0025]图3是一个图表，其y轴表示沿x轴所述的不同方式接触后油炸的马铃薯试验样品的丙烯酰胺浓度，单位为十亿分之几(“ppb”)，以及最终含水量的重量比；

[0026]图4是一个图表，它将图3的原始结果与图3的结果在标准化成重量比1.32％的含水量后进行对照；

[0027]图5是表示丙烯酰胺浓度和最终油炸产品含水量之间的关系的图表，其中以ppb为单位的丙烯酰胺浓度在y轴上，以重量比为单位的含水量在x轴上；

[0028]图6是表示丙烯酰胺浓度和最终烘焙产品含水量之间的关系的图表，其中以ppb为单位的丙烯酰胺浓度在y轴上，以重量比为单位的含水量在x轴上；

[0029]图7a是显示马铃薯试验样品中丙烯酰胺浓度的图表，这些马铃薯试验样品在不同方法的接触后，在约120℃(250°F)的温度下部分油炸并随后烘干，其中以ppb为单位的丙烯酰胺浓度在y轴上，不同的接触方法在x轴上表示；

[0030]图7b是以较窄的丙烯酰胺浓度比例表示的图7a的最后六个数据点的图表；

[0031]图8是在将部分油炸数据标准化成重量比3.13％的含水量并将烘干数据标准化成重量比1.25％的含水量之后，图7a的数据的图表；

[0032]图9是一个图表，它以ppb为单位的在y轴上显示：1)马铃薯试验样品以x轴所示的不同方式接触，随后在约178℃(353°F)的温度下部分油炸之后的丙烯酰胺水平，和2)在约176℃(350°F)的温度下烘干并标准化成重量比0.76％的含水量之后，那些相同的马铃薯试验样品的丙烯酰胺水平；

[0033]图10是表示一个试验的操作条件和结果的表格，在所述试验中，马铃薯切片的一个对照组样品在大气压下被油炸到重量比1.4％的含水量，并且一个试验样品在大气压下被油炸到重量比2.5％的含水量，随后被烘干到重量比1.4％的含水量；

[0034]图11是表示若干试验的操作条件和结果的表格，在这些试验中，马铃薯切片的一个对照组样品在大气压下被油炸到重量比0.8％的含水量，并且四个试验样品在大气压下被部分油炸到重量比3至10％的含水量，随后低温真空油炸到低于重量比1％的含水量；

[0035]图12是表示七个试验的操作条件和结果的表格，在这些试验中，在具有初始温度范围为约165℃至约180℃(329°F至356°F)的油温下，四个试验样品在大气压下被油炸约3至4分钟，并且在从约100℃至约140℃(212°F至284°F)的温度范围和50至100毫巴的压力范围下，三个试验样品在低温真空下被油炸约4至10分钟；

[0036]图13a是根据本发明的一个实施例的用于从连续的生马铃薯片原料浸提出天冬酰胺的系统和方法的示意图；

[0037]图13b是根据本发明的另一个实施例的将饱和有丙烯酰胺前体的前体去除单元重新再生的单元和方法的示意图；

[0038]图14是根据本发明的另一个实施例的用于非选择地从连续的生马铃薯片原料中浸提出水溶性化合物进入水流、从所述水流中去除天冬酰胺，并将一些之前被浸提出的水溶性化合物返回到所述马铃薯片中的系统和方法；和

[0039]图15是将酶添加到去淀粉的、清洗过的浸提液中以提供缺少丙烯酰胺前体的溶液，将具有天然天冬酰胺浓度的生食品或未处理过的马铃薯片与所述缺少丙烯酰胺前体的溶液接触以优先从所述未处理过的食品片中浸提出所述丙烯酰胺前体，使得所述生食品片具有低于天然浓度的减少的天冬酰胺的浓度，并从所述浸提单元取出所述处理过的食品片的系统和方法。

发明详述

[0040]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原料，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，而且主要是含有较少氨基酸成分的碳水化合物。一般来讲，这样的食品原料具有小的氨基酸库，而氨基酸库除了天冬酰胺之外还含有其它的氨基酸。可以构成蛋白质的结构并在这些食品原料中发现的二十种标准氨基酸包括但不限于，赖氨酸、丙氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、精氨酸、组氨酸、甘氨酸和天冬氨酸。

[0041]通过“热加工”的意思是食品或食品原料(食品的成分，例如食品原料的混合物)在环境压力下被加热到至少120℃。热加工还可以包括在低于大气压力的较低温度。所述食品原料可以在最终食品产品生成之前在升高的温度下被分别加工。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、包括烹制的芦笋、洋葱和西红柿的烹制的蔬菜、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、烘烤过或烹制过的坚果、大豆、蜜糖、例如烤肉调味酱的调味料、大蕉片、苹果片、油炸香蕉和其它烹制的水果。热加工食品原料的例子包括加工过的燕麦、煮成半熟并干燥的大米、熟大豆产品、玉米湿润粉糊、烘烤过的咖啡豆和烘烤过的可可豆。

[0042]可选地，可以在最终食品产品的制备中使用食品原料，其中所述最终食品产品的产生包括加热步骤。最终食品产品通过加热步骤产生的原料加工的一个例子是用生马铃薯切片生产马铃薯片，这种加工通过以约120℃至220℃的温度下油炸的步骤或以类似的温度生产油炸马铃薯条或其它的油炸食品产品来进行。然而，根据本发明，当在还原糖存在的情况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。在例如葡萄糖的单糖存在的情况下，加热其它氨基酸例如赖氨酸和丙氨酸时，不会导致丙烯酰胺的生成。但是令人惊讶的是，在单糖的存在下，天冬酰胺与其它氨基酸，例如赖氨酸的存在，引起了丙烯酰胺生成的增加，这比仅仅天冬酰胺作为氨基酸存在时大大地增加了丙烯酰胺的生成。

[0043]由于已经确定了当在有单糖存在的情况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可干扰天冬酰胺生成丙烯酰胺的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途径上不起反应。

[0044]一种这样的失活方法是将天冬酰胺与天冬酰胺酶接触。这种酶将天冬酰胺分解为天冬氨酸和氨。作为丙烯酰胺前体的天冬酰胺还可以通过浸提在热加工食品中被失活。当溶液的pH值保持在微酸性或微碱性时，可以促进天冬酰胺在水溶液中的溶解度，在室温下优选5至6.5和7.5至9.0的pH值。天冬酰胺的溶解度还可以通过提供约100°F(37℃)至约150°F的较高温度被促进。作为丙烯酰胺前体的天冬酰胺还可以在热加工食品中通过发酵被失活。天冬酰胺还可以被结合到蛋白质以将作为丙烯酰胺前体的天冬酰胺失活。作为丙烯酰胺前体的天冬酰胺还可以通过添加减少pH值的盐被失活，所述盐例如乳酸钙、氯化钙或苹果酸钙。

[0045]使天冬酰胺失活的方法来实现干扰丙烯酰胺的生成的其它技术对本领域的技术人员是显而易见的。如果热加工前在食品原料或食品产品中的天冬酰胺具有较低水平，那么最终加工食品中的丙烯酰胺的水平将明显地减少。

例子：

[0046]这个例子证实了，当存在天冬酰胺酶，加热天冬酰胺和葡萄糖时，丙烯酰胺的生成减少了。天冬酰胺酶被溶解在pH值8.6的0.05M的三盐酸缓冲液中以制备活性天冬酰胺酶溶液。通过在100℃加热一部分活性天冬酰胺酶溶液约20分钟以失活所述酶来制备对照组天冬酰胺酶溶液。在对照组中，约0.2g葡萄糖、约0.1g天冬酰胺和约20mL的加热过的天冬酰胺酶溶液在20mL顶空进样瓶中被混合。在活性酶试验中，约0.2g葡萄糖、约0.1g天冬酰胺和约20mL的活性天冬酰胺酶溶液在20mL顶空进样瓶中被混合。所述进样瓶中的酶数量是约250个单位的酶。所述对照组和活性酶混合物被完全相同地一起处理。所述进样瓶被保持在约37℃约2小时，随后被放置在约80℃的烘箱中约40小时以蒸发至干燥。在加热后，约0.2mL的水被添加到每个进样瓶中。随后，所述进样瓶在气相色谱炉中使用下面的温度曲线被加热：从约40℃的初始温度开始；以每分钟约20℃的速度升高至约200℃；并且在被冷却到约40℃前保持200℃约2分钟。随后，反应混合物用50mL的水浸提并通过GC-MS测定水中的丙烯酰胺。测定值在下面的表1中被显示：

表1：天冬酰胺酶和葡萄糖的存在下的丙烯酰胺的生成

试验材料	丙烯酰胺(ppb)	减少百分比
			对照组1	334，810	-----
对照组2	324，688	-----
			活性天冬酰胺酶1	66	99.9
活性天冬酰胺酶2	273	99.9

[0047]可以看出，将天冬酰胺分解为天冬氨酸和氨的酶的系统的处理将丙烯酰胺的生成减少了超过99.9％。这个试验确定了天冬酰胺或反应性天然天冬酰胺浓度的减少将减少丙烯酰胺的生成。

[0048]除了失活天冬酰胺，还可以培育和选择比其它相似的植物具有较低天冬酰胺水平的来自植物的植物食品原料。在植物食品原料中的天冬酰胺数量的减少将被表现于在相同的热处理条件下生成的丙烯酰胺的数量上。

[0049]减少丙烯酰胺的上述论证可以通过例如天冬酰胺酶的添加剂实现。然而，对在最终食品产品中的丙烯酰胺的生成的各种单元操作或加工步骤的效果的研究还发现了有趣的结果。这些结果证实在任何给定的现有的制作食品产品的方法中改进一个或多个单元操作使得最终烹制的食品产品具有减少浓度的丙烯酰胺。“减少丙烯酰胺的浓度”意思是丙烯酰胺的浓度低于未改进的正被讨论的特定食品产品的烹制方法的现有技术生成的浓度。在此使用的术语“减少丙烯酰胺的浓度”、“减少丙烯酰胺浓度”和“减少丙烯酰胺水平”在本申请中都可以交替地使用。对于本申请，“单元操作”意思是生产食品产品的整个方法中的可定义的部分。例如，参看图2，每个马铃薯片的加工步骤(剥皮步骤21、切片步骤22、清洗步骤23、烹制步骤24、调味步骤25和包装步骤26)被认为是生产马铃薯片的食品产品的整个过程中的单独的单元操作。

[0050]控制单元操作的第一个例子涉及由切片的生马铃薯原料产生的马铃薯片的清洗步骤23(如图2所示)。清洗切片的现有技术的方法涉及在室温下使用水漂洗所述片。在现有技术中，根据使用的设备，每个片在水中的平均停留时间通常少于约60秒。

[0051]图3显示如何操作马铃薯片的清洗的单元操作，使得最终片产品中的丙烯酰胺水平可以被调整。根据本发明，可以操作清洗步骤23以包括接触步骤，在此连续的马铃薯切片原料与水溶液接触一段与那些用于现有技术的清洗步骤所不同的停留时间和温度。图3是一个图表，其左垂直轴(从观察者的角度)或y轴表示最终马铃薯片产品中发现的以每十亿分之几(“ppb”)表示的丙烯酰胺数量(“AA”)。图3中的图表的右垂直轴或y轴显示最终片产品中的重量比含水量。丙烯酰胺水平通过垂直条在图表中被绘制，其百分比含水量通过线点被绘制。图3中显示的水平轴或x轴的图标列出了马铃薯片制作过程中的清洗单元操作的不同的加工参数的变化。对于图3中反应的所有产品，烹制时间和温度是相同的。具体地，每个样品在约178℃(353°F)下被油炸约120-140秒。因此，最终产品的含水量趋向变化。

[0052]通过上面描述的现有技术的清洗步骤，对照图3中显示的结果，使用切片成0.05英寸厚度并在178℃(353°F)下被油炸约120-140秒的马铃薯片原料使得最终产品具有约300-500ppb(根据葡萄糖含量和其它马铃薯原料变量可能会更高)的丙烯酰胺水平和约重量比1.4％的最终含水量。这个现有技术结果与图3中显示的图表中发现的第一数据点31十分类似，这表示了基础数据点并包括对马铃薯切片2-3分钟的用水清洗步骤的停留时间。在马铃薯片的全部加工中保持所有其它的参数，在清洗单元操作中的微小变化使得丙烯酰胺水平(约330ppb)或最终产品的含水量(约1.35％)与根据现有技术的清洗步骤的最终产品相比没有明显的变化。

[0053]在图3中的图表中显示的下一个数据点32反应了清洗步骤的变化，其包括将马铃薯切片与作为水溶液的水接触，将水溶液和马铃薯切片的接触时间增加到10分钟并将水溶液的温度从环境或室温增加到约38℃(100°F)。这一调整使得最终产品中的丙烯酰胺减少到约210ppb并且最终产品的含水量减少到低于重量比1％。有趣地，第三数据点33反应了将水溶液(还是水)的温度增加到约54℃(130°F)，平均5分钟的接触时间不会引起最终产品中的丙烯酰胺水平的可看到的减少。通过对照，第四数据点34证实了当清洗单元操作包括提供1分钟的接触时间与约82℃(180°F)的温度的包括水的水溶液的接触步骤，最终产品的丙烯酰胺水平的可看到的减少(低于100ppb)。第五数据点35反应了使用1％的L-半胱氨酸溶液作为水溶液在室温下接触15分钟，将最终产品中的丙烯酰胺水平减少到低于250ppb。

[0054]在图4显示的图表中，显示在图3中的试验结果(每对垂直条的第一个)被归一化来描述如果试验样品被油炸到相同的标准含水量(每对垂直条的第二个)被预期的丙烯酰胺水平。通过假设当含水量很低时，丙烯酰胺水平的百分比变化与含水量的百分比变化成反比例，图3中显示的试验数据的结果可以通过实际的丙烯酰胺水平乘以需要达到的基准/标准样品的最终含水量的百分比变化被标准化。对相同含水量进行标准化的试验数据使得任何人可以更加准确地对照每种接触方法在减少丙烯酰胺生成中的相对效率。

[0055]参看图4，垂直轴或y轴再次以最终产品中所发现的丙烯酰胺的ppb为单位被标记。水平轴或x轴被标记以显示每个数据点的参数。在图4中，每个数据点显示了一对垂直条，一对垂直条的左边的条由图3引入，而一对垂直条的右边的条反应了如果最终产品被油炸到一致或标准的1.32％的含水量时期待的相同接触操作参数的结果。

[0056]再次，第一数据点41是包括两至三分钟常温水清洗的基准样品。第二数据点42包括根据本发明的接触步骤，在此马铃薯切片与包括约38℃(100°F)的水的水溶液接触10分钟的接触时间。左侧的条再次反应了这一接触，随后通过178℃(353°F)油炸约120-130秒将使得最终产品中的丙烯酰胺超过200ppb并且最终产品具有低于1％的含水量。然而，右侧的条显示了如果被接触的片被油炸到1.32％的标准含水量，产生的丙烯酰胺水平将减少到约150ppb。

[0057]类似的结果在第三数据点43发生，第四数据点44反应了最终产品的含水量的减少，发现的丙烯酰胺水平稍微升高。有趣地，最后数据点45反应了当水溶液包括1％的L-半胱氨酸并使用15分钟的接触时间时明显地丙烯酰胺的减少。此外，对于重量比1.32％的最终片的含水量反应了特别低的丙烯酰胺水平。同样有趣地注意到了，对于马铃薯切片与1％的L-半胱酰胺接触15分钟的接触时间所反应出的丙烯酰胺水平与和包括约38℃(100°F)的水的水溶液接触10分钟的切片所反应出的丙烯酰胺水平相同。

[0058]还可以其它方式实现丙烯酰胺的减少。由于天冬酰胺是丙烯酰胺的主要前体，需要在烹制马铃薯片之前将天冬酰胺去除，使得最终烹制产品中的丙烯酰胺的生成减少。本发明的一个实施例包括一种通过使用缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液或溶液在烹制之前从生马铃薯片中浸提出天冬酰胺而去除天冬酰胺的方法。由于天冬酰胺已经被定义为与丙烯酰胺生成有最直接联系的唯一前体，所以注意术语“前体”和“天冬酰胺”在本说明书中可以交替使用。然而，本发明也可以用于去除被定义为对于丙烯酰胺生成必要的任何特定的前体。

[0059]通过马铃薯浸提液或浸提蒸汽在马铃薯切片中浸提的成分发生于马铃薯切片和马铃薯浸提液或浸提蒸汽之间的可溶物质存在浓度梯度的那些成分中。浸提可以由马铃薯浸提液选择地实现，浸提液是丙烯酰胺前体被去除的缺少丙烯酰胺前体的浸提液，但是它具有与马铃薯切片中的相应浓度水平平衡或接近平衡的其它所需要的可溶物质或溶质的浓度水平。“平衡”意味着两个条件中的一个：1)特定溶质的水溶度在浸提液和马铃薯中基本相同；或2)浸提液是饱和的并不能吸收任何更多的特定溶质。在此使用的所需要的可溶物质被定义为除了还原糖，不是丙烯酰胺前体的任何天然的可溶的马铃薯化合物。

[0060]选择浸提的例子包括制作缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液，并随后将生马铃薯切片与缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液接触以选择地从生马铃薯切片中浸提出天冬酰胺。在一个实施例中，当马铃薯浸提液与马铃薯切片接触时，浸提通过超声振荡马铃薯浸提液被进一步地提高。如果需要，马铃薯浸提液或浸提蒸汽可以被处理以去除浸提出的丙烯酰胺前体，使得所述马铃薯浸提液或浸提蒸汽可以被再次循环用于更多马铃薯切片的浸提的连续使用。

[0061]进行试验以确定在不同溶液不同停留时间所浸泡的马铃薯切片中的天冬酰胺的水平。进行十二个单独的试验和对照组试验。对照组样品由新鲜的、未浸泡过的马铃薯切片组成。十二个试验包括在四个不同溶液在三种不同停留时间浸泡的马铃薯切片。结果在下面的表2中被总结。

表2：马铃薯浸提液中浸泡过的马铃薯切片的天冬酰胺的减少

[0062]每个批次的马铃薯浸提液使用约800g的剥皮马铃薯切片和约1500mL的水放置在搅拌机中并制成未滤过的马铃薯浸提液。未滤过的浸提液随后通过具有20至25微米孔径的试验室滤纸被真空过滤以去除固体。

[0063]已过滤的浸提液通过重复上面段落的步骤被进一步浓缩，代替将约800g的剥皮的马铃薯切片添加到1500mL的水中，800g的马铃薯切片被添加到所述已过滤的浸提液。这一过程被重复多次以在马铃薯浸提液中建立所需要的可溶物质的浓度，以使从马铃薯切片中浸提出的所需要的可溶物质的数量最小化。

[0064]已过滤的马铃薯浸提液随后被加热到120°F的温度。具有14,280个单位/mL的约340mL的天冬酰胺酶被添加到1500mL的马铃薯浸提液中以获得具有约4844个单位的天冬酰胺酶的缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液。当然，可以使用其它水平的天冬酰胺酶，在一个实施例中，约3,000个单位至约100,000个单位的天冬酰胺酶用于每公斤的总生马铃薯中制作缺少天冬酰胺酶的马铃薯浸提液。可以使用较低水平的天冬酰胺酶，但是需要较长时间以实现在缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液中所需要的、较低水平的天冬酰胺。可以使用较高水平的天冬酰胺酶，但是在商业实施例中可能是成本上不允许的。

[0065]所有的马铃薯切片样品具有约17.6％的固体含量并且被剥皮和切片。对照组样品不被放置到任何溶液中并且其它样品被放置到上面表2中描述被保持在120°F的四个溶液中的一个(水、水+天冬酰胺酶、马铃薯浸提液、马铃薯浸提液+天冬酰胺酶)约15、40、60分钟并进行天冬酰胺试验。由上面的表2说明的试验结果说明马铃薯浸提液比水能更加有效的从马铃薯切片去除天冬酰胺。此外，由于天冬酰胺被选择地从马铃薯切片中去除，由于马铃薯切片中的还原糖和其它所需要的可溶物质的水平保持在可接受的水平，不会发生来自现有技术的热水浸提的质地和风味的严重损害。因此，本发明的一个实施例包括提供缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液并且将具有第一浓度的天冬酰胺的例如切片马铃薯的马铃薯与缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液接触以选择地从马铃薯切片中浸提出天冬酰胺。随后马铃薯切片可以从缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液中取出，可选地被漂洗和热加工。单独的试验已经显示了食品产品中天冬酰胺水平和食品产品中的最终丙烯酰胺水平之间的关系。因此，具有减少的天冬酰胺水平的最终热加工的马铃薯切片将具有减少的丙烯酰胺水平。

[0066]在一个实施例中，马铃薯浸提液最初由马铃薯与水的比例是约0.5g至约2g的剥皮的马铃薯用于1mL的添加的溶液被制备。较高的马铃薯与水的比例可能使得过滤很困难。从而，特别是如果马铃薯浸提液被进一步通过混合其它的生马铃薯并将浸提液过滤到未过滤的浸提液并将未过滤的浸提液过滤到马铃薯浸提液被浓缩时，较低比例可能是更加需要的。这一过程可以被重复直到马铃薯浸提液与马铃薯切片中相应的浓度水平平衡或接近平衡。

[0067]此外，虽然上面公开的马铃薯浸提液使用了800g的剥皮的马铃薯切片和1500mL水或已过滤的浸提液的比例，这个比例可以被优化。例如还原糖的所需要的可溶物质在添加的水和马铃薯浸提液之间产生了一些浓度梯度。因此，在一个实施例中，例如包括果糖和葡萄糖的还原糖的添加剂被添加到马铃薯浸提液中以进一步将所需要的可溶物质的浓度梯度最小化。此外，最初溶液可以包括例如还原糖或其它所需要的可溶物质的添加剂以进一步减少浓度梯度。

[0068]在一个实施例中，添加的水量被最小化。在一个实施例中，最初添加的水量被去除。因此，没有水被添加并且浸提液包括浸软的马铃薯。在一个实施例中，所述浸软的马铃薯被真空过滤到马铃薯浸提液中。

[0069]虽然上面显示了可以使用批处理法来减少天冬酰胺，这个方法可以被改进以如下面描述的半连续或连续的进行。

[0070]在烹制马铃薯切片或片之前，生马铃薯通常被剥皮、切片或切割，并随后被清洗以去除过多的淀粉和碎屑。如图13a中的选择浸提系统1300所示，清洗阶段可以被改进以包括从基本连续的未处理的马铃薯原料浸提出丙烯酰胺前体的连续步骤。为此目的，剥皮的马铃薯切片是未被处理的。在一个实施例中，使用三个主要的单元操作以清洗马铃薯并选择地浸提主要的前体-天冬酰胺：1)浸提单元1320从未处理的马铃薯原料1310中浸提出天冬酰胺并进入到缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液1380中；2)淀粉去除单元1340去除过多的、未结合的淀粉1336；和3)至少一个天冬酰胺去除单元1350从去淀粉的、随后再次循环的清洗过的马铃薯浸提液1334(作为缺少天冬酰胺的浸提液1380)中去除天冬酰胺以连续清洗并浸提未处理的马铃薯原料1310。从而，处理过的马铃薯切片1312随后进行下一个例如烹制或加热的加工步骤。

[0071]在第一单元操作中，含有丙烯酰胺前体(“未处理的马铃薯”)的剥皮并切片的马铃薯流1310进入到类似于图2的现有技术的清洗步骤23的浸提单元1320，在此马铃薯与缺少前体的马铃薯浸提液1380接触。除了特定的丙烯酰胺前体从未处理的马铃薯原料1310中被去除以外，缺少前体的马铃薯浸提液1380包括含有全部水溶性的马铃薯成分的水流。从而，在优选实施例中的稳定状态，缺少前体的马铃薯浸提液1380包括水溶液或除了天冬酰胺的所有水溶性马铃薯固体和化合物的悬浮液。马铃薯浸提液通常包括例如还原糖和非还原糖、淀粉和各种氨基酸的水溶性化合物。在稳定状态，除了淀粉和天冬酰胺，缺少前体的浸提液1380中的水溶性化合物的浓度与未处理的马铃薯原料1310中相应的水溶性化合物的浓度平衡或接近平衡。在系统启动的过程中，通过循环预定量的纯水(蒸馏的、去离子的或由反渗透法处理过的)通过浸提系统1300直到足够的水溶性物质从未处理的马铃薯原料1310中浸提出并进入浸提液1322，缺少前体的浸提液1380中的水溶性化合物的浓度达到平衡水平。由于最初进入浸提单元的马铃薯流用相对纯净的水浸提，大量所需要的水溶性物质从这些马铃薯中被浸提出并进入循环水中。在启动过程中被浸提的那些马铃薯中的一些可能在烹制后产生较低质量的马铃薯片，从而可能需要在浸提后简单地丢弃那些启动的马铃薯。类似地，由于无法接受的尺寸或形状，同样可能需要将启动过程中的马铃薯丢弃。此外，如果过多的所需要的可溶性化合物已经被浸提出，那么那些启动的马铃薯可能在清洗后被丢弃。

[0072]在选择的浸提出天冬酰胺的这个和其它实施例中，需要缺少前体的浸提液1380的浓度水平(除了天冬酰胺、过多的淀粉和不需要的杂质)与未处理的马铃薯原料1310中的相应的浓度水平平衡或接近平衡，使得在浸提过程中没有浓度梯度引起所需要的可溶性物质从未处理的马铃薯原料1310中浸提出。从而，在一个实施例中，在进入浸提单元1320时仅有两个主要的浓度梯度应该存在于未处理的马铃薯原料1310和缺少前体的浸提液1380之间：一个是引起天冬酰胺从未处理的马铃薯原料1310到缺少前体的浸提液1380，另一个是引起淀粉从未处理的马铃薯原料1310到缺少前体的浸提液1380。在一个实施例中，马铃薯切片被预清洗以从所述切片上去除自由的淀粉并减少浸提单元1320中的淀粉积累。此外，可能需要使用加热的缺少前体的浸提液1380。由于天冬酰胺在水中的溶解度随着温度增加，对于给定流速的缺少前体的浸提液1380，较高的清洗/浸提温度增加了可以被浸提出的天冬酰胺的数量。例如，典型的浸提溶液温度可以在约70°F至约150°F的范围中。此外，当马铃薯浸提液是沥出液时，由于优先浸提的天冬酰胺，较少的所需要的可溶性物质被浸提，这一温度范围的较高端(约120°F至约150°F)可能更加优选。

[0073]再次参看图13a，随着缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液1380与未处理的马铃薯1310在浸提单元1320的接触，天冬酰胺和淀粉被浸提到缺少前体的马铃薯浸提液1380。在一个优选实施例中，缺少前体的马铃薯浸提液1380以连续、逆流方式与未处理的马铃薯1310接触。在本领域中，已经很好的了解了与顺流对照的逆流可以更有效地从给定固体中浸提出需要的溶质。在另一个实施例中，浸提过程通过超声振荡缺少前体的马铃薯浸提液1380同时与未处理的马铃薯原料1310接触而被进一步地提高。通过减少了马铃薯片周围的边界层的厚度，高频率、短幅振荡帮助增加了质量传递的速度。例如，当切片受到68kHz和170kHz的超声频率时，从纯水中的马铃薯切片中浸提出的天冬酰胺比没有施加超声频率的马铃薯切片从纯水中浸提出的天冬酰胺要多。从而，与没有超声处理所浸提到相同浸提液中的天冬酰胺相比，超声频率将更多的天冬酰胺从马铃薯切片中浸提到缺少天冬酰胺的浸提液中。

[0074]可以使用各种方法以在未处理的马铃薯原料1310和缺少前体的浸提液1380之间实现连续的逆流浸提。例如，浸提单元1320的一个实施例使用类似于烫漂马铃薯所使用类型的至少一个螺旋式、浸没式浸提器。通常，螺旋式浸提器包括管道内部的旋转的螺旋状物。所述螺旋状物将要被浸提的固体以沿着管道的长度向下的一个方向移动，而浸提溶剂的逆流沿着以管道的长度向下的相对的方向流动。用于烫漂马铃薯的螺旋式浸提器是现有技术中已知的，从而螺旋式浸提器的结构和操作不需要在此详细地说明了。在这个实施例中，未处理的马铃薯1310进入螺旋式浸提单元1320并随后连续地沿着浸提单元1320的长度运行的旋转的螺旋或螺旋状物移动。为了增加生产能力，未处理的马铃薯原料1310可以被分开并通过多个平行的螺旋式浸提单元1320被送入，随后在离开所述浸提单元后被重新聚集。在每个这样的螺旋式浸提单元1320中，缺少前体的马铃薯浸提液1380进入所述单元的末端，在所述单元的末端处理过的马铃薯1312离开，缺少前体的马铃薯浸提液1380通过浸提单元1320以未处理的马铃薯流1310传送的相反方向向下流动，并且在未处理的马铃薯1310首先进入所述单元1320的位置离开所述单元。随着缺少前体的浸提液1380以这种逆流方式通过管道向下流动，缺少前体的浸提液1380被促使与未处理的马铃薯原料1310接触，并且丙烯酰胺前体和淀粉从未处理的马铃薯1310中浸提出进入缺少前体的浸提液1380。由于马铃薯片1310被稳固地由螺旋状物控制，缺少前体的浸提液1380可以较高的压力和速度被抽吸通过浸提单元1320以更加有效地浸提出丙烯酰胺前体。然而，在此马铃薯片的尺寸对后续加工是重要的，必须小心不能施加将原料1310中的单个马铃薯片破坏或损坏的压力。离开所述浸提单元1320保留在所述马铃薯中的例如天冬酰胺的丙烯酰胺前体的浓度水平取决于不同参数，所述参数例如在所述单元中的停留时间、未处理的马铃薯原料1310和缺少前体的浸提液1380的流速以及缺少前体的浸提液1380的温度。例如，如果在处理过的马铃薯流1312中需要较低的前体的最终浓度，浸提单元1320的长度可以被增加，从而增加停留时间。

[0075]浸提单元1320的另一个实施例包括含有缺少前体的马铃薯浸提液1380的清洗桶。在这个特定的实施例中，在将浸提过的马铃薯1312在清洗桶的相对端从缺少前体的浸提液1380离开之前，开孔或金属丝网型传送带传送未处理的马铃薯1310进入到清洗桶的一端并将它们浸没在缺少前体的马铃薯浸提液1380中一段预定时间和距离。为了在缺少前体的浸提液1380和未处理的马铃薯原料1310之间提供逆流交换，缺少前体的浸提液1380可以在浸提过的马铃薯1312被去除的一端被引入清洗桶中，并且清洗过的浸提液1322可以在未处理的马铃薯原料1310进入清洗桶的一端离开。在目前使用清洗桶型的去除过多淀粉的单元的马铃薯片的制作过程中，缺少丙烯酰胺前体的浸提单元1320的这个特定的实施例可以容易地实现。现有的去除淀粉的清洗桶仅仅进行很少的微小变化就仍可以被使用。然而，这种类型的浸提器的一个缺点是在清洗桶中的未处理的马铃薯原料1310和缺少前体的浸提液1380之间的相对速度必须足够低以防止未处理的马铃薯原料1310从传送带掉下。从而，这个实施例可能不能与螺旋式浸提器一样快速地从马铃薯原料1310浸提出前体。

[0076]浸提单元1320的另一个实施例包括通过缺少前体的浸提液1380通过马铃薯原料1310的移动床的浸透而被浸提。这种类型的浸提器的一个例子是波尔曼浸提器，其包括密闭外壳中的旋转桶型升降机。含有要被浸提的马铃薯原料1310的每个桶的底部被穿孔，使得浸提液1380可以在桶中进行向下过滤。由于波尔曼型浸提器在现有技术中是已知的，这种浸提器的结构和操作不需要在此被更详细地描述了。旋转升降机具有上升侧和下降侧，并且它还具有用于上升和下降侧的单独的收集浸提液的水槽。与前面的浸提单元的实施例不同的是，波尔曼型浸提器具有逆流和顺流两个部分：逆流部分在上升侧，顺流部分在下降侧。在操作中，未处理的马铃薯1310在下降侧的升降机的顶部被放置到桶中，并且缺少前体的浸提液1380在上升侧高于桶的顶部被引入。在上升侧通过桶已过滤的浸提液收集在上升侧的水槽中。上升侧水槽中的浸提液被抽吸回到升降机的顶部并在下降侧高于桶的位置被引入。在到达下降侧的水槽后，清洗过的浸提液1322从浸提单元1320被抽走并抽到下一个单元操作中。一旦未处理的马铃薯1310具有沿着下降侧向下和沿着上升侧向上的路线，它们从上升侧的桶顶部去除并从浸提单元1320被传送走。通过过滤的浸提比通过浸没的浸提提供了更多的优点。由于过滤中趋向更多的混合，由于浸提溶剂和固体之间的较短的边界层，过滤比浸没通常提供更大的浸提速度。当对照螺旋式浸没浸提器时，它趋向对薄片的较少的机械损坏。此外，它趋向更少的堵塞。

[0077]浸提单元1320的另一个实施例包括缺少前体的马铃薯浸提液1380通过的倾斜通道。缺少前体的马铃薯浸提液1380沿着通道从它的较高端部向它的较低端部向下流动，同时开孔或金属丝网型传送带将未处理的马铃薯1310沿着通道向上传送并通过向下流动的缺少前体的马铃薯浸提液1380。为了促进未处理的马铃薯1310和缺少前体的马铃薯浸提液1380之间的较大的接触表面积，这种金属丝网型传送带可以在通道的底部被稍微升高，使得缺少前体的浸提液1380在要被浸提的未处理的马铃薯1310上面、下面和四周流动。传送带可以包括由耐用材料制作的任何食品级的丝网、链条、穿孔的或其它能通过液体的结构，耐用材料例如不锈钢或其它类型的金属、陶瓷或聚合物材料。可以连续使用多个这样的浸提单元，以增加浸提时间并减少离开最后浸提单元的处理过的马铃薯1312的最终的天冬酰胺浓度。在此连续使用多个这样的浸提单元，缺少前体的浸提液1380进入最后浸提单元的顶部并使它沿着每个单元的倾斜通道向下直到它到达第一浸提单元的底部。通过这个时间，清洗过的浸提液1322具有接近未处理的马铃薯1310的前体浓度。

[0078]在清洗过的浸提液1322离开浸提单元1320之后，它被传送到第二单元操作-淀粉去除单元1340。在优选实施例中，淀粉去除单元1340包括离心去除淀粉的旋风分离器。由于与清洗过的浸提液1322中的大多数其它的水溶性分子相比，淀粉颗粒具有较大的密度，因此旋转旋风分离器1340使得比水更重的淀粉颗粒从浸提液1322中在旋风分离器壁上分离并随后作为浆或糊1336被引入到所述分离器1340的外面。随后，去淀粉的、清洗过的浸提液1334离开分离器1340并被传送到至少一个前体去除单元1350。虽然优选实施例的淀粉去除单元1340包括旋风分离器，可以使用其它类型的设备和方法以去除淀粉。例如，淀粉还可以通过过滤、批次沉降或絮凝被去除。然而，应该注意的是，如果淀粉在浸提单元1320之前已经从未处理的马铃薯原料1310中被去除了，那么淀粉去除单元1340将不是必须的。

[0079]在第三单元操作中，去淀粉的、清洗过的浸提液1334进入至少一个前体去除单元1350，在此丙烯酰胺前体被去除。在一个实施例中，每个前体去除单元1350包括例如离子交换树脂的填料塔或挡板塔型树脂柱，所述离子交换树脂包括选择地结合要被去除的特定的丙烯酰胺前体的吸附材料。在一个实施例中，天冬酰胺是要被去除的主要前体，每个树脂柱包括例如天冬酰胺酶的固定化酶。

[0080]在一个实施例中，前体去除单元1350包括涂覆有天冬酰胺酶的树脂或选择的从溶液中通过例如与天冬酰胺的结合来去除天冬酰胺的树脂柱。在一个实施例中，当去淀粉的、清洗过的浸提液1334接触树脂时，浸提液中的天冬酰胺与树脂接触并被转化为氨和天冬氨酸。

[0081]在一个实施例中，去淀粉的、清洗过的浸提液1334在每个柱的顶部被引入并以它到底部的路线上的迂回线路向下过滤。在一个实施例中，当去淀粉的、清洗过的浸提液1334与树脂接触时，天冬酰胺由树脂被选择地去除。在任何的上述实施例中，大量的天冬酰胺从去淀粉的、清洗过的浸提液1334中通过其达到树脂柱的底部的时间被去除。在此所使用的被去除的大量是当至少50％的天冬酰胺浓度被从去淀粉的、清洗过的浸提液1334中去除。随后，缺少天冬酰胺的浸提液1380从树脂柱的底部取出并再次循环到浸提单元1320用于下一轮的浸提。可以连续操作多个这样的柱以进一步减少去淀粉的、清洗过的浸提液1334中的天冬酰胺的浓度。此外，可以平行运行两个或多个柱或连续柱以使一个柱(或连续柱)被取下线用于再生而不停止连续的浸提系统1300。

[0082]图13b显示了如果需要通过与天冬酰胺的结合选择地从溶液中去除天冬酰胺的树脂柱的再生过程。当一个柱的天冬酰胺去除物质对天冬酰胺已饱和时，这个柱被取下线，并且去淀粉的、清洗过的浸提液1334被重新引入其它的一个柱或多个柱。再生溶液1360被送入通过饱和柱1350以从树脂表面释放天冬酰胺。离开下线柱1350的装满天冬酰胺的再生溶液1362可以被丢弃，或者它可以被进一步加工以分离天冬酰胺并再循环所述再生溶液1360。当大多数的天冬酰胺已经从柱中被去除时，再生溶液1360进入到柱的流动被停止了。随后可以使用少量的去淀粉的、清洗过的浸提液1334以漂洗出残留在柱中的任何的再生溶液。在这个点，再生完成，并且随后柱可以被在图13a中所示的浸提系统1300中被恢复。

[0083]在另一个实施例中，浸提单元1320操作可以被分成两个单独的单元操作。这些单元操作中的第一个将包括清洗步骤，其类似于图2中显示的现有技术的清洗步骤23。这一清洗步骤将包括水并出于从马铃薯切片的表面去除过多的淀粉的目的。随后，从而清洗过的马铃薯切片将进入要用缺少前体的马铃薯浸提液1380处理的浸提单元1320，缺少前体的马铃薯浸提液1380同样含有充分去除或基本减少了来自马铃薯切片的其它淀粉的浸提的淀粉浓度。在这样的另一个实施例中，与图13a描述的不同，淀粉去除单元操作1340将在分流上进行。

[0084]图14描述了本发明的另一个实施例，其中使用非选择的浸提系统1400清洗生马铃薯片并去除天冬酰胺。这一非选择的浸提系统1400包括四个主要的单元操作：1)浸提单元1420非选择地从马铃薯原料流1410中浸提包括天冬酰胺的水溶性化合物进入到缺少前体的浸提液1460；2)淀粉去除单元1440从获得的清洗过的浸提液1462中去除过多的、未结合的淀粉1466；3)至少一个天冬酰胺去除单元1450从去淀粉的、清洗过的马铃薯浸提液1464中去除天冬酰胺；和4)吸收/补充单元1480用一些前面的浸提出的水溶性化合物补充处理过的马铃薯1412。

[0085]显示在图14中的浸提单元1420、淀粉去除单元1440和前体去除单元1450以类似于图13a中显示的浸提单元1320、淀粉去除单元1340和前体去除单元1350的方式被构建并操作。然而，与图13a中显示的选择浸提系统1300不同的是，图14中描述的非选择浸提系统1400不需要浸提单元1420中的未处理的马铃薯原料1410用马铃薯浸提液浸提。进入图14的浸提单元1420的连续的未处理的马铃薯原料流1410可以用纯水(蒸馏过的、去离子的或由反相渗透处理过的)作为缺少前体的浸提液1460代替被浸提。此外，通过参看全部过程将理解的是，离开最后单元操作1480的失去效能的马铃薯浸提液1472可以被丢弃并且不能被再次循环到浸提单元1420。然而，如果需要，失去效能的马铃薯浸提液1472可以被再次循环。

[0086]在非选择的浸提系统1400的第一单元操作中，含有丙烯酰胺前体(“未处理的马铃薯”)1410的生马铃薯的连续流从浸提单元1420的一端到另一端流动，同时缺少前体的浸提液1460通过浸提单元1420以相反的方向流动(未处理的马铃薯1410流动的逆流)。缺少前体的浸提液1460通常包括纯水，但可选择的可包括来自吸收/补充单元1480的失去效能的马铃薯浸提液1472或纯水和失去效能的浸提液1472的结合。

[0087]与仅仅天冬酰胺和淀粉分子从马铃薯原料1310中浸提出的图13a所示的浸提单元1320不同的是，图14中显示的浸提单元1420非选择地从未处理的马铃薯原料1410中浸提了任何的水溶性化合物。由于缺少前体的浸提液1460含有少量或没有含有在未处理的马铃薯原料1410中的例如还原糖和非还原糖、淀粉和天冬酰胺的水溶性化合物，未处理的马铃薯原料1410和缺少前体的浸提液1460之间的浓度梯度使得所述未处理的马铃薯原料1410中的水溶性化合物扩散进入缺少前体的浸提液1460中。在清洗和浸提之后，处理过的马铃薯1412离开浸提单元1420并进入吸收/补充单元1480，同时清洗过的浸提液1462离开浸提单元1420并进入淀粉去除单元1440。

[0088]在非选择的浸提系统1400的第二单元操作中，目前含有淀粉、天冬酰胺、还原糖和非还原糖和其它水溶性化合物的清洗过的浸提液1462进入淀粉去除单元1440。这个单元与上面描述的图13a中显示的淀粉去除单元1340以基本相同的方式被构建并操作。淀粉去除单元1440从清洗过的浸提液1462中分离淀粉颗粒，并且淀粉作为浆或糊1466离开所述单元。随后去淀粉的、清洗过的浸提液1464离开淀粉去除单元1440并被传送到至少一个前体去除单元1450。

[0089]在非选择的浸提系统1400的第三单元操作中，至少一个前体去除单元1450以上面描述的图13a中的前体去除单元1350相同的方式去除天冬酰胺。类似地，图14中的每个前体去除单元1450与图13b中显示的每个前体去除单元1350以相同的再生方式被再生。在天冬酰胺从去淀粉的、清洗过的浸提液1464中被去除后，获得的缺少前体的补充浸提液1470离开前体去除单元1450并进入到吸收/补充单元1480。

[0090]非选择的浸提系统1400的第四单元操作将前面浸提出的水溶性化合物返回到处理过的马铃薯1412中。吸收/补充单元1480用于这个目的并包括图13a中显示的浸提单元1320的多个实施例中讨论的任何一个设备。例如，吸收/补充单元1480可以包括螺旋式浸提器、清洗桶型浸提器或波尔曼型过滤浸提器。虽然大多数经常用于从固体浸提溶质进入浸提溶剂，还可以使用这些设备实现反向-从溶液扩散溶质到固体。这些设备仅仅提高了固相和液相之间的质量传递。例如，吸收/补充单元1480的一个实施例包括螺旋型浸提器。来自浸提单元1420的处理过的马铃薯1412进入螺旋型浸提器1480的一端并遇到缺少前体的补充浸提液1470的逆流。由于进入的缺少前体的补充浸提液1470具有相对高的水溶性化合物(主要是糖)的浓度，并且处理过的马铃薯1412具有相对低的水溶性化合物的浓度，水溶性化合物从缺少前体的补充浸提液1470扩散回到处理过的马铃薯1412。从而，处理过的马铃薯1412中的水溶性溶质的浓度随着处理过的马铃薯1412进行通过吸收/补充单元1480而增加，并且缺少前体的补充浸提液1470中的溶质浓度随着缺少前体的补充浸提液1470通过单元1480而减少。离开吸收/补充单元的失去效能的浸提液1472可以被丢弃，或者它可以在浸提单元1420中作为缺少前体的浸提液1460的一部分被再次循环。补充过的马铃薯1414离开单元1480，补充过的马铃薯1414的水溶性溶质水平大于处理过的马铃薯流1412中的溶质水平，但是稍低于生的、未处理的马铃薯1410中的最初水平。

[0091]如果失去效能的马铃薯浸提液1472作为进入浸提单元1420的缺少前体的浸提液1460被再次循环，随着时间，非选择的浸提系统将更像图13a所示的选择浸提系统运行。当稳态达到时，缺少前体的浸提液1460中的除了天冬酰胺和淀粉的水溶性物质的浓度将增加，并且较少的物质将从未处理的马铃薯原料1410中浸提出。在稳态，仅仅天冬酰胺和淀粉从马铃薯原料1420中被浸提出并进入到缺少前体的浸提液1460中，表现为吸收/补充单元1480的多余。从而，本发明的另一个实施例包括仅仅在启动过程中使用非选择的浸提系统1400，在浸提单元1420中再次循环失去效能的浸提液1472作为缺少前体的浸提液1460，并随后通过在稳态达到后越过吸收/补充单元1480将非选择的浸提系统1400转化为图13a所示的选择的浸提系统1300。这个实施例使得在启动过程中不希望地将溶质物质(例如糖)从未处理的马铃薯1310，1410中浸提出的数量最小化。它还减少了必须在启动过程中由于所需要的溶质的无法接受的低水平而被丢弃处理过的马铃薯片1312，1412的数量。

[0092]在一个实施例中，前体的去除由延长的烫漂步骤通过浸提进行，烫漂步骤包括用100°F至150°F，并优选120°F至150°F的热水1460，浸泡时间在1分钟至5分钟之间，并优选约3分钟至5分钟，处理全部或切片马铃薯1410。温度/时间关系是重要的，因为较低温度不能去除足够量的前体并且较高温度太容易去除所有的成分。在一个实施例中，马铃薯切片在具有一种或多种所需要的可溶性物质添加剂的溶液中被烫漂，所述可溶性物质添加剂包括但不限于例如葡萄糖和果糖的还原糖。根据本发明的一个实施例的烫漂步骤去除的天冬酰胺的数量达到了高达95％的丙烯酰胺生成的减少。含有从烫漂步骤中浸提出的成分的去淀粉的、清洗过的浸提液1464随后被冷却以防止酶被失活并且其与每1.4L溶液中酶浓度范围500至100,000个单位(优选约3000至约100,000)的天冬酰胺酶混合5至20分钟。在一个实施例中，去淀粉的、清洗过的浸提液1464被冷却到低于约70℃(158°F)的温度以防止天冬酰胺酶的破坏。在一个实施例中，所述溶液被冷却到室温至约100°F的温度。天冬酰胺酶从去淀粉的、清洗过的浸提液1464去除了大量的天冬酰胺。随后，在一个实施例中，烫漂过的处理过的切片1412用酶处理过的具有所需要的可溶性物质的缺少前体的补充浸提液1470补充以在切片中注入回一些其它的成分(不是天冬酰胺)以产生补充过的马铃薯1414。在吸收/补充单元1480中发生的注入步骤可以包括各种温度/时间处理，可能的较高压力或真空度。在这些处理过的切片在正常油炸温度和时间下被油炸以产生马铃薯片。

[0093]在不同时间和温度关系下进行十三个对照试验以分析通过延长的烫漂步骤从马铃薯切片中浸提出的天冬酰胺。在一些实施例中，浸提的糖通过不同时间的浸泡被重新引入并评价对天冬酰胺去除的影响。试验的结果在下面的表3中提供。

表3：烫漂过的马铃薯切片的天冬酰胺的减少

[0094]上表中的每个试验，200g的马铃薯被剥皮、切片为0.053英寸的厚度，并被浸泡在5L的水中。随后，切片在不同条件下被浸泡以浸提出天冬酰胺。在每个试验之后，马铃薯切片和其浸提的水被取样进行天冬酰胺分析。从而，在对照组样品试验1中，具有0.053英寸厚度的200g的马铃薯切片在5L的纯水中在室温(约70°F)浸泡2分钟。两组试验的马铃薯切片具有2,902ppm的平均天冬酰胺浓度并且浸提的水具有20ppm的天冬酰胺。如试验2至4所示的，较长的浸泡时间在浸泡过的或浸提过的马铃薯切片中产生了较多的天冬酰胺浓度的减少和在浸提水中的较高的天冬酰胺浓度。如试验5至7所示的，与在纯水中浸泡相同时间和温度相比，在具有0.02％的还原糖的溶液中浸泡马铃薯切片产生较大的(试验5高于试验2)或类似的(试验3和6与试验4和7对照)马铃薯切片的天冬酰胺浓度的减少。这一发现是重要的，因为它证明了所需要的选择的浸提可以比非选择的浸提有效或更加有效地实现。

[0095]与试验2至4中的单一浸泡步骤所发现的结果相比，由试验8至10所示的，在较低温度的纯水中的附加的浸泡步骤产生了较多的天冬酰胺的减少。试验11至13揭示了在140°F的水中的第一浸泡步骤，随后通过用冰围绕在桶周围将水冷却到95°F，防止酶的失活，随后添加10，000个单位的天冬酰胺酶，混合10分钟并使得浸泡的马铃薯切片在马铃薯切片中减少超过99％的天冬酰胺。此外，如试验12和13所示的，当最终浸泡步骤是30分钟或更长时，在浸提水中没有检测到天冬酰胺的数量。

[0096]图15是提供缺少丙烯酰胺前体的溶液1580的系统和方法的示意图，其将酶1555添加到去淀粉的、清洗过的浸提液1574中，将具有天冬酰胺天然浓度的生食品或未处理的马铃薯片1510与缺少丙烯酰胺前体的溶液1580接触以优先从未处理的马铃薯片1510中浸提出丙烯酰胺前体，使得生食品片具有比天然浓度低的减少浓度的天冬酰胺，并且从浸提单元1520中移出处理过的食品片1512。由图15中的浸提系统1500所示的，可以调整清洗阶段以包括从连续的马铃薯原料1510中浸提出丙烯酰胺前体的连续操作。

[0097]在一个实施例中，使用五个主要的单元操作以清洗马铃薯并选择地浸提主要的前体-天冬酰胺：1)制作马铃薯浸提液1532的搅拌机1530；2)去除过多的、未结合的淀粉和马铃薯固体1546的淀粉去除单元1540；3)从去淀粉的、清洗过的马铃薯浸提液1534中去除天冬酰胺的至少一个天冬酰胺去除单元1550，其随后被再次循环(作为缺少天冬酰胺的浸提液1552)以连续清洗并浸提未处理的马铃薯原料1510；4)可以使用避免反应产物堆积的至少一个反应产物(例如将天冬酰胺与前体去除单元1550中的天冬酰胺酶接触所产生的氨和天冬氨酸)去除单元1560；和5)从未处理的马铃薯原料流1510中浸提出天冬酰胺并进入到缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液1580中的浸提单元1520。

[0098]在第一单元操作中，在启动过程中主要使用的或作为制作生的剥皮的并切片马铃薯流1514和水1516被添加到搅拌机1530以制作马铃薯浓汤或马铃薯浸提液1532。在包括选择的浸提天冬酰胺的这个和其它的实施例中，浸提液浓度水平(除了天冬酰胺、过多的淀粉和不需要的杂质)需要与未处理的马铃薯原料1510中的相应的浓度水平接近平衡，以在浸提过程中从未处理的马铃薯原料1510中浸提出所需要的可溶物质的浓度梯度最小化。从而，在一个实施例中，如果马铃薯切片没有被预先清洗，仅有两个主要的浓度梯度应该存在于进入浸提单元1520的未处理的马铃薯原料1510和缺少天冬酰胺的浸提液1580之间：一个是将天冬酰胺从未处理的马铃薯原料1510浸提到缺少天冬酰胺的浸提液1580的浓度梯度，另一个是将淀粉从未处理的马铃薯原料1510浸提到缺少天冬酰胺的浸提液1580的浓度梯度。因此，用于制作浸提液1532所使用的水量1516优选最小化。在一个实施例中，浸提液包括每1.4L的水中约300g至约1,000g的马铃薯。在一个实施例中，每1.4L的水中包括约500个单位至约100,000个单位。此外，可能需要使用加热的缺少天冬酰胺的浸提液1580。由于天冬酰胺在水中的溶解度随着温度增加，较高的清洗/浸提温度将增加使用给定流速的浸提液浸提出的天冬酰胺的数量。例如，可以使用的典型的浸提溶液温度范围是约100°F至约150°F。

[0099]再次参看图15，当缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液1580在浸提单元1520中与未处理的马铃薯1510接触时，天冬酰胺和淀粉被浸提到缺少天冬酰胺的浸提液1580中。上面关于图13a讨论的相同的浸提单元可以用于图15描述的实施例中。

[0100]在清洗过的浸提液1522离开浸提单元1520之后，它可以被传送到淀粉去除单元1540。上面关于图13a讨论的相同的淀粉去除单元可以用于图15中描述的实施例中。在下一个单元操作中，去淀粉的、清洗过的浸提液1534进入至少一个前体去除单元1550，在此丙烯酰胺前体被去除。

[0101]前体去除单元1550包括一个或多个天冬酰胺酶1555注入端口。在一个实施例中，前体去除单元1550包括连续式混合器。足量的天冬酰胺酶1555应该被添加，使得缺少天冬酰胺的离开流1552中的天冬酰胺浓度具有低于约50％并优选低于约90％的去淀粉的、清洗过的浸提液1534的天冬酰胺的浓度。

[0102]缺少天冬酰胺的离开流1552将具有反应产物，即天冬酰胺酶与天冬酰胺的反应产物-氨和天冬氨酸。需要在进入浸提单元1520之前连续操作以去除反应产物的一些或全部，以保持从未处理的马铃薯1510中有利的优先或选择的天冬酰胺驱动力并将例如反应产物可能对离开浸提单元1520的处理过的马铃薯1512的质量和特性产生效果的不需要的间接效果最小化。因此，可以单独或结合使用多种技术以减少进入浸提单元1520的缺少天冬酰胺的浸提液1580中的反应产物的浓度。

[0103]在一个实施例中，缺少天冬酰胺的离开流1552的数量1558从浸提系统1500中去除并可以被传送到废水流。在一个实施例中，进入浸提系统1500的马铃薯浸提液1532制作流与离开浸提系统1500的缺少天冬酰胺的浸提液的数量1558成比例或相同。

[0104]在一个实施例中，缺少天冬酰胺的离开流1552被划分为传送到一个或多个反应产物去除单元的分流1556和滑流(slip stream)1554。在一个实施例中，氨去除单元1560优先去除来自缺少天冬酰胺的滑流1554中的氨1562。滑流1554可以包括约0％至100％的流动的缺少天冬酰胺的浸提液流1552。滑流1554可以被设定成间歇运转，使得缺少天冬酰胺的浸提液流1552的全部或部分对于选定的时间量被传送到一个或多个反应产物去除单元1560。例如，对于浸提系统1500的每小时的操作，缺少天冬酰胺的滑流1554可以运行约30分钟的连续或间断时间并且可以处理全部或部分的缺少天冬酰胺的浸提液流1552。

[0105]在一个实施例中，氨去除单元1560可以通过一个或多个单独或结合的氨去除方法去除氨。氨去除方法可以选自加热所述流、减少所述流的压力、起泡例如通过所述流的空气、蒸汽或氮气、调整所述流的pH值并使用离子交换树脂以选择的从所述流中去除氨。

[0106]水溶液中的氨以下面定义的平衡系统存在：

从水流中去除氨的可用的技术通常可以仅获得离子(NH₄)或氨(NH₃)的气体形式。由于所述系统是平衡的，氨的气体形式的去除使得更多的离子形式转变到气体形式，从而上述反应向右转变。气体形式中的氨在碱性条件下同样是有利的，是由于离子形式的氨将设法建立平衡。由于加热可以将氨气从溶液中挥发出，加热氨溶液将同样使上述反应向右转变。任何在溶液顶部空间中的气态氨同样对溶液中的氨气具有作用。因此，使用通过例如真空或其它减压方法从所述顶部空间去除氨气同样可以帮助将反应向右转变以使溶液中的氨气的挥发。氨还可以通过U.S.6,838,069所公开的其它已知的方法去除，只要所述方法是对食品安全的。例如，氨可以与固体金属氢氧化物的吸附剂接触以将氨吸入所述吸附剂并且所述吸附剂可以使用弱酸被再生。因此，在一个实施例中，氨去除单元1560可以包括两个单元：用于再生的一个单元和用于氨去除的一个单元。

[0107]在一个实施例中，天冬氨酸去除单元1570可以通过一种或多种单独或结合的天冬氨酸去除方法去除天冬氨酸1572。天冬氨酸去除方法可以选自使用离子交换树脂以选择地从所述流中去除天冬氨酸、使用超滤膜、电泳和调整流的pH值过滤。

[0108]氨去除单元1560和/或天冬氨酸去除单元1570中的离子交换树脂可以用于填充床。可选择地，所述离子交换树脂可以用于批次连续操作，其中树脂被放置到大桶中并与滑流1554混合并且所述树脂吸收了反应前体并且所述树脂可以被取出并被再生。

[0109]在一个实施例中，滑流1554的pH值被减少以沉淀出天冬氨酸。随后可以通过离心、水力旋流器、过滤或其它适合的装置去除沉淀物。在一个实施例中，pH值被调整到约4至约6的范围，并优选约4.5至约5.5之间。可以单独或与pH值的调整结合使用超滤膜以过滤出天冬氨酸。获得的已经通过氨去除单元1560和/或天冬氨酸去除单元1570的被传送的纯化过的缺少前体的马铃薯浸提液1574将具有比缺少天冬酰胺的离开流1552较少的反应产物或副产物(例如较少的氨和/或天冬氨酸)。纯化过的缺少前体的马铃薯浸提液1574可以与分流1556混合并变成缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液1580。

[0110]随后，含有丙烯酰胺前体(“未处理的马铃薯”)1510的剥皮的并切片的马铃薯流进入浸提单元1520，其类似于图2的现有技术的清洗步骤23，在此马铃薯与缺少前体的马铃薯浸提液1580接触。缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液1580包括含有除了要从未处理的马铃薯原料1510中去除的特定的丙烯酰胺前体外的全部水溶性马铃薯成分的水流。从而，在优选实施例的稳态，缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液1580包括除了天冬酰胺外的全部水溶性马铃薯固体和化合物的水溶液或悬浮液。马铃薯浸提液通常包括例如还原糖和非还原糖、淀粉和各种氨基酸的水溶性化合物。在稳态，除了淀粉和天冬酰胺，缺少天冬酰胺的浸提液1580中的水溶性化合物的浓度与未处理的马铃薯原料1510中的相应的水溶性化合物的浓度平衡或接近平衡。必须要紧记的一点是，当评论例如图13和14中显示那些单元操作的各种参数的效果时，全部的这些调整将对最终产品的质量和特性有一些副作用。因此，在任何单元操作中的任何调整必须被小心地选择，以获得显示了所需要的最终特性的产品。这些特性包括最终产品的颜色、风味、口感、密度、气味和货架期方面。

[0111]图5主要涉及单元操作的另一方面，并表示在烹制阶段减少马铃薯片中含水量的效果。回到图2，烹制步骤24是一个通常包括在高温下，在连续的油炸锅中烹制切片的马铃薯片的单元操作。回到图5，所述图在水平轴或x轴上反应最终马铃薯片产品的含水量。垂直轴或y轴上也以ppb为单位标记出最终产品中发现的丙烯酰胺(“AA”)。随后绘制许多数据点，以表示含水量百分比与最终马铃薯片中丙烯酰胺水平的关系曲线。可使用两种不同的油炸温度，其中菱形标记表示在约178℃(353°F)的温度下油炸的马铃薯片，而方形标记用来表示在约149℃(300°F)的温度下油炸的马铃薯片的数据点。曲线51，52是对数据点曲线拟合，以便构成一种趋势图。所述曲线拟合的曲线51，52符合一般方程：y＝cx^b，这里“y”表示丙烯酰胺水平，“c”是常数，“x”是含水量，并且“b”是“x”的指数。第一曲线51涉及149℃(300°F)的油炸温度的数据点。第二曲线52涉及178℃(353°F)的油炸温度下绘制的数据点。如图5所示，不考虑油炸温度的情况下，在重量比大于约3％的马铃薯片含水量时，丙烯酰胺水平保持很低。

[0112]图5表示在油炸过的马铃薯切片中的丙烯酰胺水平和含水量之间的关系。图6表示在由干燥混合物制成的烘焙的马铃薯片产品中的相同关系。图6中的图表的垂直轴表示丙烯酰胺浓度，而水平轴表示重量比含水量。尽管在烘焙的马铃薯片产品中的丙烯酰胺浓度倾向于高于油炸马铃薯切片中的浓度，图5和6均表示在烹制马铃薯产品中的丙烯酰胺浓度保持相当低，直到含水量落在约3％以下。

[0113]从图5和6中明显看出，一旦含水量减少至重量比3％以下，在所述点似乎没有足够的水分保留以保持产品温度在丙烯酰胺生成温度之下，则在典型的油炸锅中烹制的马铃薯片中的丙烯酰胺含量显著增加。例如，图5表示不管是否暴露在高温烹制环境中，当烹制单元操作期间的马铃薯片的含水量为重量比3％或更大时，在最终产品中发现的丙烯酰胺水平相对较低。图5和6证实在单元操作中的含水量是有用的附加参数，它可被调整以减少最终产品中丙烯酰胺的生成。

[0114]遗憾的是，在最终马铃薯片中的含水量理想地应在约2％以下，最好在约1.3％至1.4％之间。任何大于2％，甚至大于1.4％的含水量将导致包装产品中老化和细菌引起的腐败问题，以及影响例如味道、质地等的感官结果。然而，通过不同的方式可调整最终产品的颜色、风味、和密度变化。另外，通过调整预包装步骤中的不同因素，例如使油炸锅盖扩展，覆盖包装机的传送带，对工厂环境除湿和包装中的不同因素，例如包装材料、薄膜、袋和密封，有可能抗衡具有较高含水量的食品产品的结果。这样，根据公开的用于减少热加工食品中丙烯酰胺的生成的方法的另一个实施例，另一个单元操作包括精加工食品产品，在含水量为，例如重量比约1.4％、约1.6％、约1.8％和约2％，或在1.4％至2％之间的任何含水量，所述精加工食品产品从最终烹制步骤产生。

[0115]然而，重要的是应注意即使在相对较高含水量下，其它马铃薯产品已知可生成显著数量的丙烯酰胺。例如，离开油炸锅通常具有高于重量比15％含水量的油炸马铃薯条已表明在烹制过程中产生显著数量的丙烯酰胺。这说明丙烯酰胺的生成取决于烹制产品的温度(特别是表面温度)而不是总含水量。事实上，研究表明直到必要的反应物暴露在约250°F/120℃的温度下，才会大量生成丙烯酰胺。这样看来，直到烹制时，与烹制介质温度明显不同的产品温度上升到约120℃(250°F)之上，含有丙烯酰胺前体化合物的马铃薯产品才会生成大量丙烯酰胺。尽管如此，所述产品的含水量是产品温度是否上升到丙烯酰胺生成温度之上的良好指示。

[0116]本领域普通技术人员提出的理论指出，产品内的水分有助于使产品内部温度保持在丙烯酰胺生成温度之下，即使在相对较高温度环境下也如此。然而，当大部分水分被去除时，高温环境导致产品温度上升到丙烯酰胺生成温度之上。尽管如此，重要的是须牢记并非烹制产品的所有部分共享相同的内部温度。例如，与马铃薯切片相比，油炸马铃薯条可相当厚，从而倾向于在产品的内部和外部之间具有较大的水分梯度。因此，即使内部含水量高，油炸马铃薯条有可能烹制为具有相当高的表面温度。相反，马铃薯切片较薄，并倾向于在烹制期间在整个切片上具有更一致的含水量。这样，至少对于薄产品，例如马铃薯切片或合成马铃薯片，含水量仍是其内部温度的良好的量度。对于由玉米、大麦、小麦、黑麦、大米、燕麦、小米和其它基于淀粉的谷物制成的非马铃薯产品来说，这也是真的。而且，连续的烹制设备可设计成具有不同的温度级，当烹制产品的含水量减少时，所述温度级从较高温度向较低温度逐渐减少。这使得水分能够迅速去除，同时产品温度没有上升到丙烯酰胺生成的温度之上。

[0117]因此，本发明的一个元件包括将烹制单元操作(图2中所示的第四单元操作24)分成至少两个独立的加热步骤。第一加热步骤发生在高温下，以将含水量减少至接近但在重量比3％以上的某点。随后，将所述产品精加工至重量比约为1-2％，但优选约1.4％的期望的含水量，同时较低温度的烹制步骤具有低于约120℃(250°F)的温度。然而，这里描述的工艺变化不限于例如图2所公开的现有技术的用于烹制马铃薯片的工艺。这些改进还可应用于生产合成产品的方法中，所述合成产品源于马铃薯、玉米、大麦、小麦、黑麦、大米、燕麦、小米和其它基于淀粉的谷物。例如，这些方法的改进可用于减少少数有名字的合成的马铃薯和玉米产品、谷物、曲奇、饼干、硬脆饼干和面包中生成的丙烯酰胺。注意术语“改进的烹制步骤”和“改进的烹制单元操作”意指包括不仅图2的现有技术的烹制马铃薯切片的方法，还包括现有技术的制备其它希望能减少丙烯酰胺的生成的食品产品的方法。另外，术语“基于马铃薯的片”指包括生马铃薯切片和由马铃薯淀粉或面团获得的合成的马铃薯片。

[0118]每个加热步骤可使用不同的加热方法实现。例如，第一加热步骤包括在大气压下油炸、真空油炸、微波辅助油炸或烘焙。然而，主要考虑到生产效率例如停留时间、能量消耗、设备资金成本和可获得的房屋面积，第一加热步骤可选择的包括任何其它的可烹制产品并减少其含水量的方法。当第一加热步骤包括油炸产品时，第一加热步骤常被称为“部分油炸”，因为这种油炸仅部分烹制产品，直到其含水量减少到接近但大于重量比为3％的某点。第二加热步骤包括真空油炸、低温烘干、真空烘干或任何保持第二加热步骤所需要的烹制温度的烹制方法。然而，其它方法也可应用于减少含水量，同时避免最适合丙烯酰胺生成的低水分/高温条件，只要产品温度保持在低于约120℃(250°F)的丙烯酰胺生成温度即可。第二加热步骤常被称为“最终油炸”或“最终干燥”，因为含水量进一步减少到最终期望的水平。

[0119]通过改进图2所示的用于制备马铃薯片的方法的清洗步骤23和/或烹制步骤24，最终产品中的丙烯酰胺水平显著减少，且不会对产品质量和最终特性产生负面影响。在一个优选实施例中，使用新鲜切割的马铃薯的生产马铃薯片的方法将传统的剥皮、切片和清洗步骤与改进的烹制单元操作结合，所述方法包括在约165℃至约182℃(330-360°F)的温度下部分油炸约1-3分钟，随后在约120℃(250°F)的温度下烘干，直到马铃薯片的含水量减少到重量比约1.4％。在使用所述优选实施例进行试验时，可获得低于130ppb的丙烯酰胺水平。所述优选实施例实现了在与必要的加工方法改进相关的丙烯酰胺高水平的减少和产品质量可接受的变化之间的平衡。然而，其它实施例也是可能的。图7a，7b和8表示清洗步骤改进和烹制步骤改进的结合的不同例子，所述清洗步骤改进包括与水溶液的接触，所述烹制步骤改进包括使现有技术方法产生的最终丙烯酰胺的水平减少。例如，将大于300ppb的最终丙烯酰胺水平减少到小于100ppb。尽管图7a，7b和8包括加工生马铃薯切片的实施例，在这些实施例中使用的改进的清洗方法还可应用于其它类型的期望丙烯酰胺减少的生食品中，例如甘薯、山药和大蕉。类似的，在那些实施例中使用的烹制步骤改进还可应用于其它油炸食品产品中，例如油炸玉米粉圆饼、油炸大蕉、油炸甘薯和油炸山药。

[0120]图7a表示所得到的马铃薯片的丙烯酰胺水平，所述马铃薯片由包括接触的改进的清洗步骤的若干不同的实施例与改进的烹制步骤的一个特定的实施例结合制成。图7a的改进的烹制步骤包括，在第一加热步骤中，在约178℃(353°F)的温度下部分油炸(“部分油炸”)马铃薯切片约一至三分钟，随后在第二加热步骤中，在约120℃(250°F)的温度下烘干马铃薯切片，直到含水量减少到重量比约1.3％。部分油炸后紧接烘干的优点在于可避免最适合丙烯酰胺生成的低水分/高温条件，并可生产与传统油炸产品相似感观的最终产品。然而，大规模烘干给产品带来口干的感觉，并可导致产品很难遮蔽而烧焦。

[0121]图7a中图表的垂直轴或y轴表示以ppb为单位的丙烯酰胺浓度，而水平轴或x轴标记以表示改进的清洗步骤的每个实施例的参数，所述清洗步骤包括将马铃薯切片与水溶液的接触。每个数据点表示一对竖条：左条表示在接触和部分油炸后的丙烯酰胺浓度，而右条表示在烘干后的丙烯酰胺浓度。从左向右看，与图3和4类似，图7a的第一数据点71涉及基准样品，它包括在环境温度下经过两至三分钟水清洗，随后将所述样品在大气压下油炸至重量比约1.3％的含水量。除了所述样品被油炸到约1.0％的含水量之外，第二数据点72与第一数据点类似。注意到第一和第二样品71和72分别产生约320ppb和630ppb的丙烯酰胺。第三数据点73含有同样的两至三分钟的环境温度下的水清洗，但随后样品被部分油炸到略大于3％的含水量，并烘干到约1.3％的含水量。左条和右条表示样品以约65ppb的相对较低的丙烯酰胺浓度离开部分油炸步骤，随后在烘干步骤中获得小于15ppb的丙烯酰胺浓度。第四数据点74涉及含有水的水溶液，在约60℃(140°F)的温度下，将它与马铃薯切片接触五分钟的接触时间，随后是改进的烹制单元操作的部分油炸和烘干步骤。所述五分钟，60℃(140°F)的接触与部分油炸和烘干步骤结合，导致小于40ppb的更低的最终丙烯酰胺浓度。

[0122]与氯化钙溶液接触的样品75，76，77产生的丙烯酰胺水平均高于在约60℃(140°F)的温度下，样品74与纯水接触达五分钟而产生的丙烯酰胺水平。然而，所有这些样品的最终丙烯酰胺水平仍低于80ppb，这显著地低于基准样品中的320ppb。

[0123]最后的数据点78涉及与包括1％的L-半胱氨酸的水溶液接触15分钟。有趣的是，在图7a所示的若干接触方法中，这种接触方法产生最低的丙烯酰胺浓度。然而，这种接触方法还需要图7a所示的不同方法中的最长的接触时间。尽管使用1％的L-半胱氨酸78作为用来接触的水溶液导致在最终产品中的最低水平的丙烯酰胺，必须考虑其它因素，例如这种长的接触时间对产品质量的影响，以及增加接触时间的费用。

[0124]图7b表示在具有较窄的丙烯酰胺浓度比例的图表中，图7a的最后六个数据点73，74，75，76，77，78。

[0125]在图8中，将图7b中所示的结果标准化，以表示如果试验样品被油炸到重量比略大于3％的含水量，随后在约120℃(250°F)的温度下烘干至重量比约1.3％的标准化含水量时所期望的丙烯酰胺水平。丙烯酰胺水平以与图4所述相同的方式被标准化。当对照图8所示的结果83，84，88与图4所示的类似试验41，43，45的结果时，人们可以看到将烹制单元操作分成第一高温加热步骤和第二低温加热步骤会显著减少丙烯酰胺水平。而图4表示以传统方式油炸到标准化的重量比1.32％的含水量会导致丙烯酰胺浓度范围从略大于100ppb至大于400ppb。图8表示部分油炸和烘干到相同的标准化的含水量会导致丙烯酰胺浓度显著减少至100ppb以下。当将图4的54℃(130°F)/5分钟接触的数据点43和图8的60℃(140°F)/5分钟接触的数据点84与图4的基准数据点41对照时，将包括接触步骤的改进的清洗单元操作与改进的烹制单元操作结合的累积优势特别显著。相对于图4如上所述，将接触时间从2-3分钟增加到5分钟和将接触温度从环境温度增加到54℃(130°F)导致最终产品中丙烯酰胺水平从约330ppb减少至约230ppb。图8的第二数据点84表示，当类似的5分钟、60℃(140°F)接触步骤后紧随改进的包括部分油炸和烘干的烹制单元操作时，最终丙烯酰胺水平进一步减少到小于40ppb。

[0126]图9表示在大于约120℃(250°F)的烘干温度下产生的最终丙烯酰胺浓度的显著增加。在图9中，试验样品被接触，随后以与图7b相同的方式部分油炸，但随后样品在约176℃(350°F)而不是约120℃(250°F)烘干。随后，试验样品的最终丙烯酰胺浓度被标准化，以表示当达到重量比0.76％(这是最终含水量，所述含水量如第一数据点所示在基准点/标准二至三分钟水清洗条件下达到)时所期望的丙烯酰胺水平。对照图7b的第二数据点74与图9的第二数据点94，例如，增加烘干温度从约120℃(250°F)到约176℃(350°F)，将增加丙烯酰胺浓度从略低于40ppb到接近270ppb。这一烘干温度类似的增加引起其它试验样品的丙烯酰胺浓度从低于100ppb显著的增加到500ppb以上。另一个试验样品(未显示)被清洗以去除表面淀粉，在约176℃(350°F)的温度下，部分油炸到重量比约3-5％之间的含水量，随后在约132℃(270°F)，在商业Wenger炉中干燥，达到重量比约1.3％的最终含水量，产生的丙烯酰胺水平约为270ppb。在图9中显示93，94，95，96，97，98的结果，以及在约132℃(270°F)试验样品烘干的结果，因此当含水量减少至重量比接近3％时，说明保持产品烹制和/或干燥温度低于或等于约120℃(250°F)时的优点。所述原理不仅适用生马铃薯切片，而且适用其它的生食品，例如山药和大蕉，以及由马铃薯、玉米、大麦、小麦、黑麦、大米、燕麦、小米和其它基于淀粉的谷类的合成产品。

[0127]图10用表格显示另一个实施例的结果和操作条件，其中马铃薯切片被清洗，部分油炸，并随后烘干。对照组样品101以与图7a所示的基准样品71，72所描述的相似的方式加工。在约20-30秒的环境温度下水清洗后，随后用稀释(3-5％)的氯化钠溶液与马铃薯切片短暂地接触几秒，将去皮的Hermes切片马铃薯的1.45毫米厚的马铃薯切片的对照组样品101，在具有初始温度约179℃(354°F)的油内部分油炸近三分钟，使含水量达到重量比1.4％。对照组样品101具有640ppb的丙烯酰胺浓度，它类似于在图7a中所示的第二基准样品72中产生的630ppb丙烯酰胺浓度。试验样品102与对照组样品101进行类似地清洗和接触。使用大的商业油炸锅，在具有约174℃(345°F)的初始温度的油内，将试验样品102部分油炸约三分钟，直到含水量减少到重量比2.5％。随后，在约110℃(230°F)，将部分油炸过的试验样品102使用炉最终烘干约6分钟，直到含水量低于重量比1.4％。以这种形式烹制产生的产品具有160pbb的减少的丙烯酰胺浓度，所述浓度约是对照组样品101的丙烯酰胺浓度的25％。

[0128]还有一套试验(未显示)类似于在图10中所显示的那样，马铃薯切片经历一个标准的清洗过程，被部分油炸到含水量约为重量比3-5％，并随后烘干达到含水量低于重量比约2％。对照组样品被清洗，并且在约179℃(354°F)油炸达到最终含水量约重量比1.3％，产生的丙烯酰胺水平为380ppb。然而，在约179℃(354°F)将部分油炸过的试验样品达到最终含水量约重量比3％到5％之间，产生的丙烯酰胺水平接近64ppb。部分油炸产品在商业Wenger炉中在不同的温度下被干燥。表明在约115℃(240°F)的温度下，在Wenger炉中，干燥部分油炸过的切片，使之达到最终含水量约重量比1.3％，产生的丙烯酰胺水平为125ppb。有趣的是，在约100℃(212°F)和大气压以下或略低于大气压(13.6至14.6标准压力)下，甚至延长时间段(甚至10-15分钟)，干燥部分油炸过的切片，不会增加丙烯酰胺水平。本实施例证明，在约179℃(354°F)，马铃薯切片可部分油炸到3-5％之间的含水量，并随后在约100℃(212°F)，在大气下或略低于大气压力下烘干，这不会使丙烯酰胺水平增加超出在部分油炸操作中所生成的丙烯酰胺水平。为进一步减少在烹制好的产品中生成的丙烯酰胺浓度，可以使重量比含水量高达10％的马铃薯切片从部分油炸步骤除去，但产品去除太快会影响产品的最终质地。然而，应注意的是，所述方法不限于生马铃薯切片，而且可应用在其它油炸食品产品中，例如油炸玉米粉圆饼，油炸大蕉，油炸甘薯和油炸山药。部分油炸和在约100℃(212°F)的烘干的优点是单独的烹制单元操作可以改进，以显著使丙烯酰胺的生成从高于300ppb减少到低于70ppb；标准的剥皮，切片和清洗步骤无须改进。

[0129]在包括部分油炸以及紧随的烘干步骤的一组实施例中，它也可能在真空下烘干，以便加速水分的去除。通过真空烘干，需要较少时间干燥产品以达到希望的最终含水量。尽管已显示在或接近100℃(212°F)烘干不会引起丙烯酰胺水平的可测量的增加，但是在所述温度需要用相对长时间的烘干以干燥产品。这样，真空烘干有助于减少产品干燥花费的时间。它还有助于减少产品暴露在生成丙烯酰胺温度的时间量，因此提高了所使用的烘干温度。

[0130]尽管图7a，7b，8和10描述了将改进的烹制单元操作的一个特殊实施例与改进的包括接触步骤的清洗单元操作的若干不同实施例的结合的试验结果，然而其它实施例和结合也是可能的。例如，显示在图中的各种不同接触步骤可以代替地紧接不同的改进的烹制单元操作。可选择的是，减少丙烯酰胺生成的改进的方法可以简单使用改进的烹制单元操作，而非改进任何其它的单元操作。在本发明的另一套实施例中，改进的烹制单元操作的两个加热步骤中的第二个包括真空最终油炸而非大气压下的油炸。通过真空下的最终油炸，从第一个加热步骤显现的部分油炸或烹制的产品可以继续被油炸，但是是在不能生成明显数量的丙烯酰胺的低温度下进行。根据一个实施例，真空压力应使得油炸发生在约120℃(250°F)以下。所述真空最终油炸也可以应用于其它油炸食品产品，例如那些由马铃薯、玉米湿润粉糊、大麦、小麦、大米、燕麦、小米和其它基于淀粉的谷类的产品。

[0131]图11用表格显示若干改进的烹制单元操作的若干例子的结果和操作条件，所述烹制单元操作包括部分油炸和随后的真空最终油炸。在对照组110和试验样品111，112，113，114中，不同的Hermes切片马铃薯被剥皮，切成约1.35mm厚的切片，并且接受标准20-30秒环境温度水清洗。在清洗后，对照组样品110在约177℃(351°F)的初始温度的油内并在大气压力下油炸约2.5分钟，达到含水量为重量比0.83％，生成370ppb丙烯酰胺浓度。在试验1-4中，所有的试验样品111，112，113，114在约177℃(351°F)的温度下在大气压下部分油炸，并且在120℃(248°F)以及100毫巴下真空最终油炸，但是每次部分油炸和真空最终油炸持续不同时间长度。在试验1111中，清洗后在试验样品中发现的丙烯酰胺是220ppb，大气压下部分油炸约100秒，达到含水量是重量比3％，并且真空最终油炸44秒，达到含水量是重量比约0.7％。试验2-4112，113，114的结果显示，当部分油炸停止时，在最终产品中的丙烯酰胺水平显著减少，并且在含水量减少到重量比3％之前，开始真空最终油炸。所有试验2-4112，113，114产生的最终的丙烯酰胺浓度低于50ppb。在试验4114中，通过部分油炸直到含水量为重量比10％时，随后真空油炸使含水量约为重量比1％，丙烯酰胺水平仅为13ppb。从这些数据中可以看出，在它们低温真空最终油炸之前，部分油炸切片有较高的含水量会显著减少最终丙烯酰胺浓度。所述方法也可以用在其它油炸食品中减少最终丙烯酰胺浓度，例如油炸玉米粉圆饼、油炸大蕉、油炸甘薯以及油炸山药。部分油炸后真空最终油炸至含水量约重量比3％-10％的优点是，烹制的最后阶段可以在低温下完成，而不影响产品质地，并且它有效的减少了丙烯酰胺的生成，这可以省去包括将产品与水溶液接触的改进的清洗步骤的需要。然而，真空最终油炸还允许烹制的最后阶段的温度在高于不在真空下油炸所使用的温度下完成，同时仍然在最终产品中提供减少的丙烯酰胺的浓度。注意到真空最终油炸产品比对照组样品的颜色稍淡，并且将烹制产品以较高的含水量从部分油炸操作向真空最终油炸单元转移，这可以给予产品温和的风味。应该注意到真空最终油炸设备的主要成本可能高于烘干设备。

[0132]类似的，真空部分油炸可以用在改进的烹制单元操作的两个加热步骤中的第一个。作为一个例子，改进的烹制单元操作的一个实施例包括真空部分油炸至含水量接近但在阀值重量比3-4％以上，随后在不超过约120℃(250°F)的温度下烘干完成。通过真空下的部分油炸，产品可以在低温下油炸，这样产生少量的丙烯酰胺。另外，在或低于约120℃(250°F)温度下的烘干确保在烘干阶段生成几乎没有丙烯酰胺生成。在两个加热步骤中的第一步骤中，使用真空部分油炸的优点是，特别当油炸是在约120℃(250°F)以下并且甚至在约140℃(284°F)以下以及在真空时，几乎在第一步骤没有丙烯酰胺生成，然而部分油炸通常产生至少一定水平的丙烯酰胺。但是，在第一加热步骤的真空油炸可以制作具有不同最终特性的产品。

[0133]对于烘焙产品线，它包括合成零食或产品例如谷类、曲奇、饼干、硬脆饼干和面包等，本发明的另一实施例包括，具有较高温的第一烘焙步骤和较低温的第二烘焙步骤的改进的烹制单元操作。在所述实施例的烹制单元操作中，产品在较高温(约在120℃(250°F)以上)下首次烘焙，直到它的含水量减少至重量比约4％到约10％。所述产品随后在不超过约120℃(250°F)下烘干(最终干燥或烘焙)，直到达到希望的含水量，典型的应该获得的含水量约重量比1％至3％。例如，在较高温的第一加热步骤中使用对流加热炉，来使产品含水量减少至重量比约10％。所述炉可分成4个加热区，其中第一区域温度最高，并通过其它三个区域逐渐减少温度。在低温第二加热步骤使用下向通风、单独区域的对流加热炉以完成烹制过程。不过，其它类型的炉可以用于所述实施例的两个加热步骤。而且，所述特殊实施例的低温第二加热步骤，与包括部分油炸和随后烘干的实施例类似，在约100℃(212°F)和略低于大气压下进行，以便在高温第一加热步骤后很少或没有额外的丙烯酰胺生成。

[0134]在使用包括较高温第一烘焙步骤和较低温第二烘焙步骤的一个实施例中，合成马铃薯片在约120℃(250°F)以上首先烘焙，直到含水量减少至接近重量比10％。随后，将所述片在约110℃(230°F)最终干燥约10分钟，直到含水量减少至重量比约1.7-2.2％。报告的最终丙烯酰胺水平为100-200ppb。然而，当若干部分烘焙的片样品在约120℃(250°F)最终干燥到含水量约为重量比1.6％时，报告的丙烯酰胺水平在470-750ppb之间。另外，当部分烘焙的切片样品在约132℃(270°F)温度下最终油炸到含水量为重量比1.6-2.2％时，产生了460-1900ppb之间的实质较高的丙烯酰胺水平。这些结果进一步强调在烹制的最终阶段期间使烹制产品的烹制或干燥温度保持在等于或小于120℃(250°F)的重要性。所述原则不但应用在合成马铃薯片的烹制中，而且应用到其它合成产品，所述产品源自马铃薯、玉米、大麦、小麦、黑麦、大米、燕麦、小米和其它基于淀粉的谷类。所述原则也应用到烹制生食品，例如山药或大蕉。

[0135]在本发明的另一个实施例中，不是将改进的烹制单元操作分成高温第一加热步骤和低温第二加热步骤，代替的是改进的烹制单元操作包括对于整个烹制方法的真空油炸。图12用表格表示所述实施例的若干例子的结果和操作条件。在试验1-4121，122，123，124中，将已剥皮、切片成1.45mm厚的Hermes切片马铃薯的各对照组在环境温度下用水清洗约30秒，随后经过标准连续油炸锅加工。所述油炸锅入口油温在约165至约180℃(329-356°F)的温度范围内变化，对照组样品油炸约3-4分钟，丙烯酰胺水平超过300ppb。相反，在从约100至约140℃(212-284°F)的温度范围和从约50至约100毫巴的压力范围内，在低温真空油炸约4至约10分钟后，在试验样品5-7125，126，127中的样品均产生低于60ppb的丙烯酰胺浓度。如数据可见，在减少温度下真空油炸会显著减少生成的丙烯酰胺的数量。而且，当在整个烹制加工过程中产品在约120℃(250°F)温度以下真空油炸时，很少或不生成丙烯酰胺。例如，试验6和7126，127表明在约120℃(250°F)温度以下和在不大于100毫巴的压力下，真空油炸所产生的丙烯酰胺水平实际上检测不到(小于5ppb)。在约120℃(250°F)温度以下，油炸的优点是很少或不生成丙烯酰胺，而高温部分油炸导致至少一些丙烯酰胺的生成。然而，当采用真空油炸或真空最终油炸时，可使用大于约120℃(250°F)的温度，并仍可获得最终产品中丙烯酰胺浓度的减少。例如，在试验5125中，在140℃(284°F)的温度下真空油炸可产生具有约53ppb的丙烯酰胺含量的产品。鉴于所述结果，在大于143℃(290°F)的温度下，似乎真空最终油炸或单独真空油炸可产生具有小于约100ppb的丙烯酰胺的产品。然而，应记住，在整个烹制方法中，真空油炸可显著地变化产品的质地、外观和风味。

[0136]对于烘焙产品线，它包括合成零食、谷类和其它淀粉或上述基于面团的产品，改进的烹制单元操作可替代地包括用于整个烹制方法的低温烘焙。低温烘焙可在或低于约120℃(250°F)的温度下实施，从而很少或没有丙烯酰胺生成。然而，低温烘焙可产生浅色的产品，而高温烘焙可产生深色的产品。这样，低温烘焙的应用部分取决于最终产品的期望的颜色特性。

[0137]本发明结合这里的教导并考虑到不同的单元操作的操控，以便在最终产品中获得期望的丙烯酰胺水平，以及期望的最终产品特性。所用的所述结合取决于初始产品和期望的最终产品，并由本领域的普通技术人员在其教导下进行调整。pH值对丙烯酰胺生成的作用是可以考虑和结合这里给出的教导的另一个因素。

[0138]应理解最终产品的特性的变化，例如颜色、风味和密度的变化可通过不同的方法调整。例如，马铃薯片中的颜色特性可通过控制初始产品中的含糖量来进行调整。一些风味特性可通过向最终产品添加不同的风味剂来变化。产品的物理质地可通过例如添加发酵剂或不同的乳化剂来调整。

[0139]尽管通过参考一个或多个实施例对本发明进行了特别说明和描述，但本领域的熟练技术人员应该理解也可以采用其它不同的方法来减少热加工食品中的丙烯酰胺，而并不背离本发明的精神和范围。例如，尽管已经参考马铃薯产品公开了其加工方法，所述方法可用于加工由玉米、大麦、小麦、黑麦、大米、燕麦、小米和其它基于淀粉的谷物制成的食品产品。除了马铃薯片，本发明可用于制作玉米片和其它类型的零食片，以及谷类食品、曲奇、饼干、硬脆饼干、面包和面包卷以及粘滚上面包屑的炸肉。在每种这些食品中，本发明的用于操控一个或多个单元操作的方法可与其它措施结合，以减少丙烯酰胺，从而产生可接受的丙烯酰胺水平，且这不会负面影响单独食品的味道、颜色、香味或其它特性。

Claims (42)

1.一种减少食品产品中的天冬酰胺的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)连续提供具有第一浓度的天冬酰胺的未处理的马铃薯原料；和

(b)使用缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液从所述未处理的马铃薯原料中浸提出天冬酰胺，从而生成：

含有天冬酰胺的清洗过的浸提液，和

具有第二浓度的天冬酰胺的处理过的马铃薯流，所述第二浓度低于所述第一浓度。

2.如权利要求1所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(b)的所述浸提还包括逆流浸提。

3.如权利要求1所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(b)使用螺旋型浸提器进行。

4.如权利要求1所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(b)使用清洗桶型浸提器进行。

5.如权利要求1所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(b)使用波尔曼型过滤浸提器进行。

6.如权利要求1所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液和所述未处理的马铃薯原料对于除了天冬酰胺之外的水溶性物质的浓度是相互平衡的。

7.如权利要求1所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，所述方法还包括以下步骤：

(c)使用至少一个天冬酰胺去除单元从所述清洗过的浸提液中去除天冬酰胺，从而再生所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液；

(d)在步骤(b)中再次使用所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液。

8.如权利要求7所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中所述未处理的马铃薯原料还含有淀粉，步骤(b)还包括使用缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液从所述未处理的马铃薯原料中浸提出淀粉，所述清洗过的浸提液还含有淀粉，并且步骤(c)还包括使用淀粉去除单元从所述清洗过的浸提液中去除淀粉。

9.如权利要求7所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(c)还包括通过使用离子交换树脂填充的萃取柱过滤所述清洗过的浸提液。

10.如权利要求7所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(c)还包括通过使用固定化有天冬酰胺酶的树脂填充的萃取柱过滤所述清洗过的浸提液。

11.如权利要求10所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，所述方法还包括从所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液中去除氨的步骤。

12.如权利要求7所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中将有效量的天冬酰胺酶添加到所述步骤(c)的清洗过的浸提液中，使得所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液具有天冬酰胺浓度低于所述清洗过的浸提液的天冬酰胺浓度的50％。

13.如权利要求12所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，所述方法还包括从所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液中去除氨的步骤。

14.如权利要求1所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中所述处理过的马铃薯流包括马铃薯切片并且其中所述马铃薯切片在具有高于120℃的温度的烹制油中被部分油炸直到所述马铃薯切片具有重量比3％至10％的含水量，从而生成多个部分油炸过的马铃薯切片，并且

将所述部分油炸过的马铃薯切片在低于120℃的温度烹制直到所述部分油炸过的马铃薯切片具有重量比1％至2％范围内的最终含水量，从而生成具有减少的丙烯酰胺浓度的多个马铃薯片。

15.一种减少食品产品中的天冬酰胺的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)连续提供基本未处理的马铃薯原料，其中所述未处理的马铃薯原料含有天冬酰胺；

(b)使用纯水流从所述未处理的马铃薯原料中浸提出水溶性溶质，从而生成含有天冬酰胺的清洗过的浸提液，并且处理过的马铃薯流具有减少水平的天冬酰胺，

(c)使用至少一种天冬酰胺去除单元从所述清洗过的浸提液中去除天冬酰胺，从而生成缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液；

(d)从所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液中返回至少一部分之前浸提出的水溶性溶质到所述处理过的马铃薯。

16.如权利要求15所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中所述未处理的马铃薯原料还含有淀粉，步骤(b)还包括使用纯水流从所述未处理的马铃薯原料中浸提出淀粉。

17.如权利要求15所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(b)的所述浸提还包括逆流浸提，并且步骤(d)通过将所述处理过的马铃薯与所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液逆流接触进行。

18.如权利要求17所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(d)使用螺旋型浸提器进行。

19.如权利要求17所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(d)使用清洗桶型浸提器进行。

20.如权利要求17所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(d)使用波尔曼型过滤浸提器进行。

21.如权利要求15所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(b)使用螺旋型浸提器进行。

22.如权利要求15所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(b)使用清洗桶型浸提器进行。

23.如权利要求15所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(b)使用波尔曼型过滤浸提器进行。

24.如权利要求15所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(c)还包括通过使用离子交换树脂填充的萃取柱过滤所述清洗过的浸提液。

25.如权利要求24所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，所述方法还包括从所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液中去除氨的步骤。

26.如权利要求15所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中步骤(c)的所述去除单元包括清洗过的浸提液和缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液，其中步骤(c)还包括添加有效量的天冬酰胺酶，使得所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液具有天冬酰胺浓度低于所述清洗过的浸提液的天冬酰胺浓度的50％。

27.如权利要求26所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，所述方法还包括从所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液中去除氨的步骤。

28.如权利要求15所述的减少食品产品中的天冬酰胺的方法，其中所述处理过的马铃薯流包括马铃薯切片，并且其中所述马铃薯切片在具有高于120℃温度的烹制油中被部分油炸直到所述马铃薯切片具有重量比3％至10％的含水量，从而生成多个部分油炸过的马铃薯切片，并且

将所述部分油炸过的马铃薯切片在低于120℃的温度烹制直到所述部分油炸过的马铃薯切片具有重量比1％至2％范围内的最终含水量，从而生成具有减少的丙烯酰胺浓度的多个马铃薯片。

29.一种减少热加工食品产品中的丙烯酰胺的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)提供多个具有第一浓度的天冬酰胺的未处理的马铃薯切片；

(b)使用缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液从所述马铃薯切片中选择地浸提出天冬酰胺，以制作多个具有第二浓度的天冬酰胺的处理过的马铃薯切片，所述第二浓度低于所述第一浓度；

(c)在高于120℃的温度热加工所述马铃薯切片。

30.如权利要求29所述的减少热加工食品产品中的丙烯酰胺的方法，其中步骤(b)的所述浸提进行至少15分钟。

31.如权利要求29所述的减少热加工食品产品中的丙烯酰胺的方法，其中所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液被加热到100°F至150°F之间的温度。

32.如权利要求29所述的减少热加工食品产品中的丙烯酰胺的方法，其中步骤(b)的所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液在每1mL的添加的溶液中具有0.5g至2g的生马铃薯。

33.如权利要求29所述的减少热加工食品产品中的丙烯酰胺的方法，其中所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液在每1.4L的所述缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液中具有3000至100,000个单位的天冬酰胺酶。

34.一种减少食品原料中的天冬酰胺的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)提供具有第一浓度的天冬酰胺的食品原料；和

(b)使用缺少天冬酰胺的食品浸提液从所述食品原料中选择地浸提出天冬酰胺，使得所述食品原料具有低于所述第一浓度的第二浓度的天冬酰胺。

35.如权利要求34所述的减少食品原料中的天冬酰胺的方法，其中步骤(b)的所述浸提进行至少15分钟。

36.如权利要求34所述的减少食品原料中的天冬酰胺的方法，其中所述缺少天冬酰胺的食品浸提液被加热到100°F至150°F之间的温度。

37.如权利要求34所述的减少食品原料中的天冬酰胺的方法，其中步骤(b)的所述缺少天冬酰胺的食品浸提液在每1mL的添加的溶液中具有0.5g至2g的生马铃薯。

38.如权利要求34所述的减少食品原料中的天冬酰胺的方法，其中所述缺少天冬酰胺的食品浸提液在每千克的用于制作所述缺少天冬酰胺的食品浸提液的食品原料中具有3000至100,000个单位的天冬酰胺酶。

39.如权利要求34所述的减少食品原料中的天冬酰胺的方法，其中所述食品原料包括切片的食品原料。

40.如权利要求39所述的减少食品原料中的天冬酰胺的方法，其中所述切片的食品原料包括马铃薯。

41.如权利要求34所述的减少食品原料中的天冬酰胺的方法，其中所述食品原料包括油炸马铃薯条。

42.如权利要求34所述的减少食品原料中的天冬酰胺的方法，其中一种或多种所述食品原料选自大米、小麦、玉米、大麦、大豆、燕麦和烘烤过的可可豆。

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