CN102245036A - 降低丙烯酰胺的方法 - Google Patents

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Abstract

用于降低经加工的全谷物组合物中天冬酰胺的量的方法，所述方法包括在以重量计15至45％的含水量和20℃至50℃的温度用天冬酰胺酶处理所述组合物达2～60分钟。

Description

降低丙烯酰胺的方法
发明领域
本发明涉及用于降低半干状态的经加工的全谷物组合物(whole graincomposition)中天冬酰胺的量的方法，从而减少组合物自身或用该组合物所制成的食品中在加热后所形成的丙烯酰胺的量。
发明背景
丙烯酰胺被认为是人类可能的致癌剂且会导致人神经系统的损伤。一些最新研究支持目前普遍接受的理论：丙烯酰胺是由游离的天冬酰胺和还原糖形成，主要通过美拉德反应途径形成。具体而言，已报道涉及天冬酰胺和甲硫氨酸的美拉德反应产生丙烯酰胺(Mottram等人，2002 Nature，419，448-449；Stadler等人，2002 Nature，419，449-450)。其中，游离天冬酰胺的可用性和易接近性可能是影响反应速率的关键参数。丙烯酰胺反应在110℃以上热处理、特别是在低含水量下(约5％以下)是有利的。在许多工业化食品制造过程中以及在家庭烹调中可达到该条件。已知在工业化食品加工中的丙烯酰胺形成可发生在诸如咖啡的焙烘、土豆片的煎炸、各种焙烘食品的焙烘或某些早餐谷物食品的烘烤的过程中。此外，丙烯酰胺形成可发生在家庭烹调中，例如在烤面包片的制备期间。在经加工的和家庭烹调的类似食品中，丙烯酰胺的形成已成为主要的关注点。
从各种谷物和他们的混合物制造早餐谷物食品。谷物可作为整粒使用或干法磨碎至各种粒度。进一步干法磨碎的谷物可用作为全谷物组合物，或者用作为精制的干法磨碎的产品，该产品具有谷物的大部分外纤维层且去除了胚芽。依据植物来源，生长条件和所应用干法磨碎方法的类型，谷物组合物在天冬酰胺含量上会显示很大的差异。
在早餐谷物食品制造过程中，依据所用的谷物组合物、配方需求和所应用的加工条件可形成不同程度的丙烯酰胺。早餐谷物食品加工通常由以下组成：a)在水份和其它成分诸如糖和香料存在下烹调谷物组合物；b)使经烹调的面团样产品形成早餐谷物食品的基本形状，例如片，和c)随后干燥、烘烤和/或涂覆所制成的早餐谷物产品。其中，将早餐谷物食品暴露于高温低含水量的过程条件下利于丙烯酰胺形成。
认为在烹调前降低食品中天冬酰胺的量会导致在最终的食品中丙烯酰胺的水平较低。修饰游离氨基酸侧链的酶解方法已有报道，例如应用天冬酰胺酶使天冬酰胺转化成天冬氨酸。
WO 2004/030468描述用于生产包括加热步骤食品的方法，包括在加热步骤前，用分解参与丙烯酰胺形成的氨基酸的酶对食品中间形式进行处理。所述的酶可以是天冬酰胺酶。
WO 2005/004628描述了用于降低基于玉米的食品中丙烯酰胺含量的方法，其包括在加热前向食材中加入丙烯酰胺还原酶。一个实施例涉及从精制的玉米糁制造玉米片。
WO 2004/032648描述了用于制备热处理的食品的方法，包括(a)提供包含碳水化合物、蛋白质和水的原材料，(b)用酶处理所述的原材料，诸如天冬酰胺酶，和(c)热处理该材料使以重量计的最终的水含量达到35％以下。其中的实施例涉及高湿面团体系。
这些文献都没有认识到在应用天冬酰胺酶对全谷物组合物处理中所带来的挑战。全谷物组合物由全谷粒制成且保留整粒的所有部分，包括外部的麦麸层和胚芽部分以及胚乳。相反地，精制的谷物组合物，诸如由小麦制成的白面粉，主要保留了胚乳和大部分外部的麦麸层且通过磨碎过程去除胚芽。
认为全谷物在营养上优于精制谷物，更富含膳食纤维、抗氧化剂、蛋白质、膳食矿物质(包括镁、锰、磷和硒)和维生素(包括烟酸、维生素B6和维生素E)。有时法律会要求制造者去强化精制谷物产品以弥补维生素和矿物质的丢失。与由谷物制成的精制组合物相比，在全谷物中发现了约四倍的膳食纤维，且已显示该膳食纤维降低某些形式的癌症、消化系统疾病、牙龈疾病、冠状动脉心脏病、糖尿病和肥胖症的发生率。某些所述保护作用的出现是因为源自全谷物的碳水化合物消化和进入血液较慢。全谷物还具有很多心血管益处。
在全谷物中天冬酰胺主要位于外谷物层中富含纤维的细胞中，且因此已知在食物组合物中应用全谷物可增加食物组合物中天冬酰胺(丙烯酰胺的前体)的水平。此外，酶是否能够作用于该底物是未知的，因为包含谷物中大部分天冬酰胺的纤维细胞结构的目的是保护谷物免受环境的压力，因而可抑制酶进入或抑制酶活性。因此，对开发可制备具有降低的或无天冬酰胺的全谷物组合物的方法存在需求。
在早餐谷物食品制造中需要应用全谷物组合物(例如整个的、破碎的或磨碎的谷物)。早餐谷物食品加工在有限的含水量下进行，并依据所应用的方法类型，早餐谷物食品烹调在以重量计15至40％的含水量下进行。所述成品通常干燥至以重量计约3％的含水量。
酶处理通常在含水环境中完成。如果酶处理在有限的含水量下进行，则通常必需对所处理的底物进行纯化且历经长的加工时间发生反应。
因此，对开发可制备具有降低的或无天冬酰胺的全谷物组合物的方法存在需求，所述方法可在低或极低含水量下(低至20％)进行。可将所述方法直接应用于早餐谷物食品加工或用作生产全谷物组合物的干法磨碎操作中的处理。
发明概述
已惊奇地发现在全谷物组合物中天冬酰胺酶可转化天冬酰胺，并且有利地是该过程能在有限的含水量下实现且具有短的处理时间。因此，本发明提供了用于降低经加工的全谷物组合物的天冬酰胺含量的方法且因此有降低在含有该全谷物组合物的加热的食品中丙烯酰胺水平的能力。相应地，本发明的一方面提供了用于降低全谷物组合物中天冬酰胺的量的方法，所述方法包括在以重量计15至45％的含水量和20℃至50℃的温度用天冬酰胺酶处理所述组合物达2至60分钟的时间。有利地是，低含水量条件和短加工时间使得天冬酰胺酶处理可以整合进许多商业加工中，包括早餐谷物食品制造。此外，低含水量条件和短加工时间的应用确保全谷物组合物中存在的其它酶(例如淀粉酶或蛋白酶)不是活性的，因而观测到原材料性质没有变化，否则可能产生不能接受的产品特性。
本发明的第二方面提供了用于生产全谷物食品的方法，例如全谷物早餐谷物食品，包括以下步骤：
(i)提供包含经加工的全谷物和任选地包含其它固体成分的组合物；
(ii)在以重量计15至45％的含水量和20℃至50℃的温度用天冬酰胺酶处理所述组合物达2至60分钟的时间；和
(iii)加热或烹调所述组合物。
本发明的第三方面提供了用于降低食物组合物中丙烯酰胺的量的方法，所述食物组合物包含经加工的全谷物，其中所述方法包括至少一个加热步骤，并且还包括在加热步骤前，在以重量计15至45％的含水量和20℃至50℃的温度用天冬酰胺酶处理所述组合物达2至60分钟的时间。
本发明的其它方面提供了具有基于所述组合物的重量的以重量计0.001％或更少的天冬酰胺含量的全谷物组合物，包含所述全谷物组合物的食品，以及所述全谷物组合物在生产早餐谷物食品、面包、蛋糕、饼干和其它可食用产品中的应用。本发明的另一方面提供了全谷物食品，例如全谷物早餐谷物食品，与没有经过天冬酰胺酶处理的相同的全谷物食品相比，其具有60％或更少的丙烯酰胺含量。
附图简述
图1是显示用天冬酰胺酶预处理(应用100、500和1000ppm停留时间10分钟)后的经烹调的全麦面团中剩余的游离天冬酰胺含量(％与标准相比，标准＝100％)的图。
图2是显示在烹调前用天冬酰胺酶(100至1000ppm)处理和未处理的小麦片中的丙烯酰胺含量(μg/kg干重)的图。
发明详述
本发明令人惊讶地和有利地提供了应用天冬酰胺酶处理全谷物组合物且在有限的含水量(半干状态)和短处理时间实现天冬酰胺水平显著降低的方法。通过显著降低天冬酰胺水平，本发明由此能够生产具有降低的丙烯酰胺含量的包含全谷物的经加热食品，诸如早餐谷物食品。
本文证实：在早餐谷物食品加工所用的水份水平，用天冬酰胺酶处理全谷物组合物成功地降低了组合物的天冬酰胺和丙烯酰胺含量。有利地是，已发现所确定的处理条件允许非常短的加工时间。这可以允许将所述酶处理整合入现存的用于全谷物配方产品的早餐谷物食品加工方法中，而不需要在过多的含水量和/或增加的加工时间下加工，过多的含水量和/或增加的加工时间由此可以改变该加工或产品质量特性。
这些方法也适用于提供用于早餐谷物食品和其它产品中的磨碎产品的全谷物或面粉干法制造商。所述的方法节能有效地生产最低的天冬酰胺含量的干法磨碎的全谷物或精制的磨碎面粉。该方法是节能的和有效的方法，因为该处理能在低含水量(对于产品干燥所需的能量最低)和短的加工时间(适用于连续操作)进行。
本文所应用的术语“全谷物组合物”指包含保留了整谷粒的所有组成部分、包括外部的麸层和胚芽部分及胚乳的谷物的组合物。术语“经加工的全谷物组合物”指通过物理磨碎程序进行预处理的组合物，所述程序产生任何类型的低或高度磨碎的全谷物组合物，其包括破碎的、粉碎的或磨碎的谷物。此外，术语“经加工的全谷物组合物”可指提高全谷物在食物中的应用的其它处理，诸如物理处理(压力、剪切等)、热处理(烹调、热辅助的水化)、化学处理(浸渍在碱性或酸性环境)或酶处理(麸的水解)。
所述的谷物可选自玉蜀黍、小麦、大米、玉米、大麦、燕麦、黑麦、高粱、黍类(millet)、荞麦、昆诺阿藜(quinoa)或它们的任何组合。最优选地，谷物选自小麦、燕麦、黑麦或大麦，或它们的组合。可以将所述的全谷物组合物低或高度预处理。其可包括破碎全谷物、磨碎全谷物、干法磨碎的全谷物面粉或任何其它已知的机械、物理、化学或酶处理的全谷物和它们的组合。如果应用全谷物整粒，可将他们在处理前预烹调或用另外的方式处理，致使天冬酰胺酶能够作用于富含纤维素细胞中的天冬酰胺。
全谷物组合物的颗粒可具有200μm或更小(例如磨碎的面粉)至0.5至1mm(例如粗面粉)，至2至3mm或更大(例如破碎的谷物)或大至约5-6mm长度/3-4mm直径(例如整谷粒)的平均粒度。
依据本发明全谷物组合物用天冬酰胺酶(EC 3.5.1.1)处理。能从各种来源获得天冬酰胺酶，例如从植物、动物或微生物中，诸如埃希氏菌属(Escherichia)、欧文氏菌属(Erwinia)、链霉菌属(Streptomyces)、假单胞菌属(Pseudomonas)、曲霉菌属(Aspergillus)和芽胞杆菌属(Bacillus)菌种。适合的菌株的具体实例包括大肠杆菌(Escherichia coli)、菊欧文氏菌(Erwiniachrysanthemi)、浅青紫链霉菌(Streptomyces lividans)、鼠灰链霉菌(Streptomyces murinus)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、构巢曲霉(Aspergillusnidulans)、黑曲霉(Aspergillus niger)、嗜碱芽孢杆菌(Bacillus alkalophilus)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)、短芽孢杆菌(Bacillus brevis)、环状芽孢杆菌(Bacillus circulans)、凝固芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、灿烂芽孢杆菌(Bacillus lautus)、迟缓芽孢杆菌(Bacillus lentus)、地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megateruim)、嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothemophilus)、枯草杆菌(Bacillus subtilis)或苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)。WO 03/083043中描述了从芽孢杆菌属、链霉菌属、Eschera或假单胞菌属菌株中产生天冬酰胺酶的适合方法的实施例。特别优选的是从黑曲霉获得的天冬酰胺酶。
优选地应用食品级的有机体，例如黑曲霉或枯草杆菌(Bacillussubtilis)。依据本发明所应用的特别优选的酶是已收到食品和药物管理局(FDA)或其它相当的机构的公认安全(GRAS)通知书的酶。该酶的实例是由DSM提供的
Figure BDA0000067050770000061
酶。
利用天冬酰胺酶的处理可应用浓度为10至5000ppm的天冬酰胺酶进行。本领域技术人员基于他们的知识能选出适当浓度的天冬酰胺酶。优选的浓度可在50至2500ppm之间，且最优选100至1000ppm。
依据本发明，用天冬酰胺酶处理经加工的全谷物组合物在低含水量条件下进行。这意味着待处理的组合物的总水含量以重量计是组合物总重的15至45％。优选地在15至40％的含水量进行处理，优选15至35％，更优选20％至30％，最优选20％至25％。因此，可应用极有限的含水量，这样组合物处在半干粉状态。
或者，可基于全谷物组合物和任何先前的或随后的加工步骤来选择含水量。例如如果将该方法应用于全谷物食品，诸如早餐谷物组合物，那么在希望应用天冬酰胺酶处理的阶段可优选使用所述组合物的含水量。这样，可能仅需要对当前的加工程序进行很少的改变。最优选的含水量范围可依据食品或早餐谷物食品的类型和所应用的加工条件变化。这承认了不同的食品或早餐谷物食品类型在加工以产生最合适的食用价值的过程中可能需要不同水平的含水量。因此优选的含水量可取决于全谷物组合物，但是能通过本领域技术人员确定。
或者，如果该方法正在干法磨碎期间或之后被应用于全谷物组合物，那么可基于对于各个加工步骤而言适当的含水量来选择含水量。例如，如果将天冬酰胺酶处理应用于干法磨碎之后和旨在稳定全谷物组合物的热-水份处理步骤之前，含水量可等同于用于稳定处理的水份。在该加工类型中，含水量可为20％至40％。应用该方法，可以预期连续的加工方法，在第一个加工步骤生产干的磨碎的全谷物组合物，在第二个步骤，依据本发明增加含水量并进行天冬酰胺酶处理，以及在第三个加工步骤，提高加工温度以进行热-水份处理而产生稳定的且随后干燥的全谷物组合物，其具有降低的或低的天冬酰胺含量。
依据本发明用天冬酰胺酶的处理在20℃至50℃的温度进行。处理可适当地在25至45℃、或30至40℃、或35至40℃的温度进行。
依据本发明用天冬酰胺酶处理进行2至60分钟的时间。优选地处理时间是5至50分钟，更优选10至40分钟，更优选10至30分钟，且最优选10至20分钟。短的处理时间就允许连续加工的操作而言提供了特别的优势。此外，短的加工时间可避免与长时间保持产品在适于天冬酰胺酶活性的含水量和温度相关的风险，因为这也可能允许在谷物中天然存在的其它酶有显著的活性。例如，这可能引起不期望的由淀粉酶分解淀粉和随后对产品质量的负面影响。
此外，依据本发明，可应用本领域技术人员已知的任何处理：a)可进一步提高天冬酰胺酶在所处理的经加工的全谷物组合物中的分布；b)可进一步提高酶向经加工的全谷物组合物中的渗透或c)可进一步提高天冬酰胺从经加工的全谷物组合物中的释放。这些方法的实例是任何类型的适当混合以实现适合的的分布和均匀性，真空或压力的应用包括在超临界压力加工以提高酶向底物中的渗透，或者具有适当活性的酶的选择性的应用，其能作用于底物并且提高天冬酰胺酶向底物中的渗透或从底物中释放天冬酰胺。一个本领域技术人员可选择任何其它机械、热、化学或酶的方法实现上述的效应。
与未进行天冬酰胺酶处理的相同的全谷物组合物相比，本发明的方法可导致全谷物组合物中的天冬酰胺含量降低至少10％或更优选至少20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％。
可将通过本发明的方法生产的全谷物组合物用作食品的成分，随后可用任何方式对所述食品进行烹调或加热处理。与未通过本发明的方法处理的成分制成的食品相比，通过应用由本发明的方法产生的组合物(成分)而得到的食品在烹调后将会具有更低水平的丙烯酰胺。例如，磨碎的全谷物面粉，诸如全麦面粉可依据本发明进行处理，与未处理的全麦面粉相比，产生具有更低水平天冬酰胺的面粉。在各种食品的生产中，例如早餐谷物食品、谷物棒、杂拌糕条(granola bar)、麦片粥、软食(pap)、婴儿谷物、饼干、面制糕点和焙烤产品，诸如面包、蛋糕和饼干，面食、基于谷物的饮料和很多其它食品，或宠物食品，可用所处理的全谷物面粉替代未处理的全谷物面粉。
作为选择地，可在将食品加热至会促使丙烯酰胺形成的温度(即在约110℃以上或更高)前将本发明的方法加入食品的生产中。例如，在全谷物食品的生产中或在用于食品中的成分的生产中可应用本发明的方法，所述食品诸如早餐谷物食品、谷物棒、杂拌糕条、麦片粥、软食、婴儿谷物、饼干、面制糕点和焙烤产品，诸如面包、蛋糕和饼干，面食、基于谷物的饮料和很多其它食品，或宠物食品。
因此，本发明的另一方面提供了用于生产全谷物食品的方法，例如全谷物早餐谷物食品，包括步骤：
(i)提供包含经加工的全谷物和任选地包含其它固体成分的组合物；
(ii)在以重量计15％至45％含水量和20℃至50℃温度用天冬酰胺酶处理所述组合物达2至60分钟的时间；和
(iii)加热或烹调所述组合物。
特别地，本发明提供了用于生产全谷物早餐谷物食品的方法，包括步骤：
(i)提供包含经加工的全谷物和任选地包含其它固态成分的组合物；
(ii)将液体混合入步骤(i)的组合物中以实现以重量计15％至45％的含水量；
(iii)烹调所述组合物；
(iv)使所述组合物形成碎块；
(v)干燥并烘烤这些碎块；
(vi)任选地例如用糖、蜂蜜、坚果、酸牛奶或它们的组合涂覆这些碎块；
其中所述方法还包括：
(vii)在以重量计15％至45％的含水量和20℃至50℃的温度用天冬酰胺酶处理所述组合物达2至60分钟的时间；
且其中步骤(vii)在步骤(v)前进行，并优选在步骤(ii)和(iii)之间进行。
经加工的全谷物组合物可包括机械处理或磨碎的全谷物面粉或其它完整或干法磨碎的谷产品，诸如上述的破碎的谷物或磨碎至更小粒度的谷物。早餐谷物食品的其它组分为本领域技术人员所熟知，并且可包括糖、糖浆、蜂蜜、香料、盐和其它添加物，诸如坚果或水果。
在生产早餐谷物食品的期间，烹调步骤(iii)可包括在110-120℃温度的蒸汽压(含水量约30％)下烹调该组合物。尽管在该步骤期间可形成丙烯酰胺，但已发现大部分丙烯酰胺形成发生在烘烤步骤(v)期间，其中可应用约180至220℃的温度且可将产品干燥至3.5wt％或更少的含水量。因此，应当在步骤(v)之前应用天冬酰胺酶处理该组合物，优选在该方法的早期用天冬酰胺酶处理，例如在步骤(ii)和(iii)之间。
与未进行天冬酰胺酶处理的相同的全谷物组合物相比，该方法可导致全谷物组合物中的天冬酰胺含量降低至少10％或更优选地至少20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％。此外，与未进行天冬酰胺酶处理的相同的全谷物早餐谷物食品相比，该方法可导致全谷物早餐谷物食品中的丙烯酰胺含量的降低至少10％或更优选地至少20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％。
本发明的另一个方面提供了全谷物食品，诸如全谷物早餐谷物食品，与未进行天冬酰胺酶处理的相同的全谷物早餐谷物食品相比，其具有60％或更少的丙烯酰胺含量，或更优选地50％或更少、40％或更少、或30％或更少的丙烯酰胺含量。
从水溶性的提取物中应用基于离子交换色谱的方法测定天冬酰胺含量，如实施例中所说明的那样。
可通过LC-MS/MS测定丙烯酰胺含量，Delatour等人“Improvedsample preparation to determine acrylamide in difficult matrixes such aschocolate powder，cocoa，and coffee by liquid chromatography tandemmass spectroscopy(改善样品制备以通过液相串联质谱来测定在复杂基质诸如巧克力粉、可可和咖啡中的丙烯酰胺)”J.Agric.Food Chem.(2004)52：4625中报道了用于样品制备和丙烯酰胺测定的适合的方法。该方法适用于谷物中丙烯酰胺的测定。
本发明的另一方面提供了用于降低食物组合物中丙烯酰胺含量的方法，所述食物组合物包含经加工的全谷物，其中所述方法包括至少一个加热步骤，并且还包括在加热步骤前，在以重量计15％至45％的含水量和20℃至50℃的温度用天冬酰胺酶处理所述食物组合物达2至60分钟的时间。以上所述是该方法优选的特征。与未进行天冬酰胺酶处理的相同的食物组合物相比，该方法可导致食物组合物中的丙烯酰胺含量降低至少10％或更优选地至少20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％。
本发明的另一方面提供了具有基于组合物的重量的以重量计0.001％或更少的天冬酰胺含量的全谷物组合物。所述全谷物组合物优选是经加工的全谷物组合物，且可包括，例如，具有以重量计0.001％或更少的天冬酰胺的磨碎的全谷物面粉或磨碎的全麦面粉。可将所述全谷物组合物应用于各种食品的生产，例如早餐谷物食品、谷物棒、杂拌糕条、麦片粥、软食、婴儿谷物、饼干、面制糕点和焙烤产品，诸如面包、蛋糕和饼干，面食、基于谷物的饮料和很多其它食品，或宠物食品。对于技术人员将显而易见的是可将具有以重量计0.001％或更少的天冬酰胺的全谷物组合物以通常的方式掺入食品中，且没有特别的考虑。
实施例
下面的实施例举例说明在本发明的范围之内的产品和制备所述产品的方法。并未意欲以任何方式限制本发明。可对本发明进行改变和修饰。换言之，本领域技术人员会认识到在涵盖大量组合物、成分、加工方法和混合物的这些实施例中的许多可能的变化，并可根据各种应用调节本发明化合物的天然存在的水平。
实施例1-用天冬酰胺酶对全谷物面粉短时间处理
本实施例证明为了降低天冬酰胺的含量能够应用天冬酰胺酶处理全谷物面粉。实验方法考察了天冬酰胺酶处理全麦面粉的加工条件的范围，所述条件可应用于稳定的全谷物产品的商业处理。
a)所应用的原材料
-天冬酰胺酶(
Figure BDA0000067050770000111
DSM)
-全麦面粉(Desgrange，法国)
b)样品制备
在实验室规模应用配有加热套和外部温度控制的Stephan混合机进行酶实验。将全麦面粉的样品500g与浓度50ppm的天冬酰胺酶水溶液在100rpm速度混合10分钟。实验设计考察了在以重量计20和45％的总产品含水量和20和50℃的产品温度下的所述的天冬酰胺酶处理。在天冬酰胺酶处理后，在140℃烘箱中干燥样品。应用热处理使酶失活，且随后干燥样品至小于10％的含水量。下面d)部分表1中总结了实验设计和相应的结果。
c)分析
由Nestle Nunspeet(荷兰)应用基于离子交换色谱的方法从水溶性提取物分析样品中游离的天冬酰胺含量(Nestle方法编号LI00.562-1)。
应用Polyron型匀浆器在40℃的25ml去离子水中提取2.0g研碎的样品2分钟。将浆液转移到50ml容量瓶中且用去离子水定容至刻度。将溶液超声10分钟且在3000x g离心20分钟。
将上清液经过折叠的纸过滤器滤过，然后用20mmol/l盐酸(HCl)1∶1稀释。在分析前通过0.22微米的膜滤过所述稀释的滤液。
经过离子交换色谱分析所制备的溶液且经茚三酮柱后衍生通过测定570nm的吸光度来检测。通过与外标比较实现天冬酰胺水平的定量。
d)实验结果
下表1显示用于考察在加工条件的范围内天冬酰胺酶效力的实验设计，所述的加工条件可应用于热处理的稳定的全麦面粉的商业加工。应用于所有实验的全麦面粉初始的天冬酰胺含量测定为0.037％。
表1：对全麦面粉的天冬酰胺酶处理(50ppm，10分钟混合时间；100rpm)的实验设计和在酶处理的全麦面粉中所测定的最终的天冬酰胺含量(％)。
无论用于用天冬酰胺酶进行酶处理的所考察的含水量(20或45％)以及温度(20或50℃)范围如何，全麦面粉中的天冬酰胺含量被显著降低了。
e)结论
本实施例证实可将天冬酰胺酶应用于全谷物面粉的预处理中，在非常短的处理时间完成，从而生产低天冬酰胺的全麦面粉。所述加工条件的范围，特别是在有限含水量下的短的处理时间，使得易于解释在用于稳定全谷物产品的商业加工设计中的该处理。例如在连续加工设计中进行“短处理时间-有限的水份”的热处理。在原材料生产者阶段(在该情况中为全谷物面粉干法制造商)的对全谷物面粉的天冬酰胺酶处理，可避免在下游食品工业生产设施中实施。该策略可提高在食品工业中有效地应用该处理的灵活性。
实施例2-在早餐谷物食品加工中用天冬酰胺酶对全谷物面粉短时间处理
a)所应用的原材料
-天冬酰胺酶(
Figure BDA0000067050770000131
DSM)
-全麦面粉(Desgrange，法国)
b)样品制备
在实验室规模应用配有加热套和外部温度控制的Stephan混合机进行实验。将全麦面粉的样品500g与10至100ppm浓度范围的天冬酰胺酶在100rpm速度混合。设计的实验覆盖了用于早餐谷物食品制造中的加工参数。实验设计研究了10、25或40分钟的混合时间及调节至20％、32.5％或45％的产品含水量以及20、35和50℃的产品温度。在混合后，在140℃烘箱中干燥样品。应用热处理使酶失活，且随后干燥样品至小于10％水份。下面d)部分中表2总结了实验设计和相应的结果。
c)分析
如上文所述，通过Nestle Nunspeet(荷兰)分析样品中游离的天冬酰胺含量(Nestle方法编号LI00.562-1)。
d)实验结果
下表2显示用于考察在通常用于早餐谷物食品的加工条件的范围内天冬酰胺酶效力的实验设计。应用于所有实验的全麦面粉初始的天冬酰胺含量测定为0.037％。
表2：覆盖了早餐谷物食品的加工条件的对全麦面粉的天冬酰胺酶处理的实验设计和在酶处理的全麦面粉中所测定的最终的天冬酰胺含量(％)。
在通常应用于生产早餐谷物食品中的所有考察方案中用天冬酰胺酶处理后显著降低了全麦面粉的天冬酰胺含量。
e)结论
本实施例证实实施例1所考察的加工条件的范围(50ppm天冬酰胺酶，在20％至45％的含水量处理10分钟)也可应用于商业化早餐谷物食品加工条件。
在所考察的浓度、温度和含水量范围中天冬酰胺酶显示仍然有效，这在早餐谷物食品制造规模上提供了更多的灵活性，虽然这可能需要更长的混合时间。
实施例3-用天冬酰胺酶对具有不同粒度的全谷物组合物短时间处理
本实施例的目的是证明天冬酰胺酶能应用于具有不同粒度的全谷物组合物的预处理。
a)所应用的原材料
-天冬酰胺酶(DSM)
-全麦面粉(Desgrange，法国，平均粒度～230微米)
-破碎的小麦，由整粒在CPW中试工厂设施中生产(平均粒度～2.5mm)
b)样品制备
在实验室规模应用配有加热套和外部温度控制的Stephan混合机进行实验。对于全麦面粉和整粒破碎的小麦的样品500g，将全麦面粉与浓度10ppm和100ppm的天冬酰胺酶水溶液混合25分钟，将整粒破碎的小麦与50和100ppm的天冬酰胺酶水溶液混合25分钟，都用100rpm的混合速度。产品的水份调节至约35％，且对于全麦面粉系统，产品的温度保持在35℃，对于整粒破碎的小麦系统保持在20℃。混合后，在140℃烘箱中干燥样品。应用热处理使酶失活，且随后干燥样品至小于10％含水量。下面d)部分中表3总结了实验设计和相应的结果。
c)分析
通过Nestle Nunspeet(荷兰)分析样品中游离天冬酰胺含量(Nestle方法参考LI00.562-1)。见上文。
d)实验结果
表3显示全麦面粉和整粒破碎的小麦的天冬酰胺酶处理的实验设计和在酶处理的全谷物组合物中所测定的最终的天冬酰胺含量(％)。
Figure BDA0000067050770000152
e)结论
本实施例证实可应用天冬酰胺酶来降低具有不同粒度的全谷物组合物的天冬酰胺含量。全麦面粉代表小的粒度分布(平均～230微米)，破碎的小麦代表大的粒度组合物(平均～2.5mm)。此外，应用于这两种组合物的磨碎加工所引入到小麦中的能量不同，因而，面粉具有更开放的纤维细胞结构(更易于接近天冬酰胺)，反之破碎的小麦中纤维细胞结构更完整。尽管有这个差别，对于这两个组合物用天冬酰胺酶处理是有效的。
实施例4-用天冬酰胺酶对原样的整小麦粒组合物和预烹调的整小麦粒组合物短时间处理
本实施例意在表明对于预烹调的预处理而言天冬酰胺酶是有效的，但是对于未烹调的完整的整小麦粒是无效的。
a)所应用的原材料
-天冬酰胺酶(
Figure BDA0000067050770000161
DSM)
-整小麦粒(Heygates，英国)
-整小麦粒(Heygates，英国)，在40％水份和110至120℃的温度烹调35分钟。
b)样品制备
在实验室规模应用配有加热套和外部温度控制的Stephan混合机进行。原样的(未予加工的)整小麦粒和预烹调的整小麦粒的样品500g，与浓度50ppm和100ppm的天冬酰胺酶水溶液在100rpm的速度混合25分钟。调节产品的水份至约35％且将产品的温度保持在20℃。混合后，在140℃烘箱中干燥样品。应用热处理使酶失活，且随后干燥样品至小于10％水份。下面d)部分中表4总结了实验设计和相应的结果。
c)分析
通过Nestle Nunspeet(荷兰)分析样品中游离的天冬酰胺含量(Nestle方法编号LI00.562-1)。见上文。
d)实验结果
表4显示原样的整小麦粒和预烹调的整小麦粒的天冬酰胺酶处理的实验设计和在酶处理的全谷物组合物中所测定的最终的天冬酰胺含量(％)。
Figure BDA0000067050770000171
在35％水份用天冬酰胺酶处理预烹调的小麦粒25分钟使天冬酰胺显著降低。当对未予加工的小麦粒进行相似的处理时未观测到天冬酰胺显著的降低。
e)结论
本实施例证明天冬酰胺酶对预烹调的整小麦粒的效力但是对未烹调组合物没有效力。这表示可对经加工的全谷物组合物进行本发明中所述的天冬酰胺酶处理。在这个特定的实施例中，应用烹调处理进行预加工。该加工步骤增加了天冬酰胺酶对天冬酰胺的可接近性。
实施例5-在中试规模用天冬酰胺酶对全谷物早餐谷物食品短时间处理的放大：烹调后的天冬酰胺
本实施例意在证明可将天冬酰胺酶处理应用于全谷物早餐谷物食品。
a)所应用的原材料
-天冬酰胺酶(
Figure BDA0000067050770000172
DSM)
-磨碎的整粒小麦(Silvery Tweed，英国)
-小麦面粉型号55(Heygates，英国)
-麦芽提取物(Muntons，英国)
b)样品制备
批烹调处理通常包括湿的和干的组分的烹调步骤，随后的使面团形成片的形成阶段，以及对片进行烘烤。尽管人们可在早餐谷物食品处理中设计各种“天冬酰胺酶处理整合策略”，但可取的是在加工中尽可能早地进行该处理。这个特定的实验考察了在批烹调步骤前进行天冬酰胺酶处理。许多批烹调器的设计就混合而言具有局限性。因此，在该实验中我们加入混合步骤以确保在批烹调前天冬酰胺酶在混合物中的均匀分布。
进行中试规模实验，在使用压力旋转烹调器的烹调步骤前进行额外的混合步骤(应用双轴液化混合机)。实验批次代表小麦片基本配方且由74％(基于湿物质)的整粒磨碎的小麦、8.6％(基于湿物质)的精制的小麦面粉、1.8％麦芽提取物和15.6％水组成。将酶溶于浆液中(～40℃水和麦芽)，并加到干的整粒磨碎的小麦和精制的小麦面粉混合物中。该实验考察了用100、500和1000ppm天冬酰胺酶处理达10分钟混合时间(应用液化双轴混合机)。在天冬酰胺酶处理步骤后，将预混合物立即转移至旋转批烹调器。将蒸汽注入烹调器中直到产品温度增加至约125℃，且烹调器中蒸汽压增加至20psi。人们可设想产品中的天冬酰胺酶在该阶段被灭活了。在批烹调后分析天冬酰胺。下面d)部分中图1总结了实验设计和相应的结果。
c)分析
通过Nestle Nunspeet(荷兰)分析样品中游离天冬酰胺含量(Nestle方法编号LI00.562-1)。见上文。
d)实验结果
中试规模的这一系列测试的目的在于模拟用于制造批烹调的早餐谷物食品的商业条件。依据实施例1和2中显示的之前的实验室规模结果，进行天冬酰胺酶处理10分钟且在批烹调步骤前整合入加工流程中。图1显示在经烹调的全麦面团中剩余的天冬酰胺。当与未经过天冬酰胺酶处理的产品相比时，用100ppm天冬酰胺酶处理致使烹调的面团中天冬酰胺降低42％。当与未经过天冬酰胺酶处理的产品相比时，用500ppm天冬酰胺酶处理致使烹调的面团中天冬酰胺降低50％。对于用1000ppm天冬酰胺酶处理，天冬酰胺降低54.2％。
e)结论
本实施例证明：整合入中试规模早餐谷物食品批烹调加工中的短时间的天冬酰胺酶处理，降低了全麦早餐谷物产品中的天冬酰胺的量。在该特定的实例中，在批烹调前，对包含磨碎的全麦组合物的全早餐谷物混合物(whole breakfast cereal mix)进行天冬酰胺酶处理。该实施例也认识到实验室规模模型系统和中试规模的商业化早餐谷物食品加工之间的天冬酰胺酶效力的差别。
实施例6-在中试规模用天冬酰胺酶对全谷物早餐谷物食品短时间处理的放大：终产品中的丙烯酰胺
本实施例的目的在于证实：获得低天冬酰胺早餐谷物的烹调的面团的用天冬酰胺酶对全麦和精制的小麦的预混合物的短时间预处理能够影响商业化成品早餐谷物食品的最终的丙烯酰胺含量。
a)所应用的原材料
(依据实施例5)
b)样品制备
(依据实施例5)。然后使所烹调的谷物面团成为片，且在标准加工参数下烘烤。将片在205℃的1区和在195℃的2区的温度下在中试装置射流冲击干燥并烘烤。下面d)部分中图2总结了实验设计和相应的结果。
c)分析
通过Nestle Weiding(德国)分析样品中丙烯酰胺和含水量(Nestle方法编号QP/LC丙烯酰胺(01/07P-QPH.020))。通过LC-MS/MS方法测定丙烯酰胺含量，如Delatour等人在“Improved sample preparation to determineacrylamide in difficult matrixes such as chocolate powder，cocoa，andcoffee by liquid chromatography tandem mass spectroscopy(改善样品制备以通过液相串联质谱来测定在复杂基质诸如巧克力粉、可可和咖啡中的丙烯酰胺)”J.Agric.Food Chem.(2004)52：4625中所述。
通过基于经烘箱干燥而蒸发水的方法测定含水量。在将5g样品放置在130℃烘箱中1小时。通过称量经蒸发去除水之前和之后的样品的质量进而测定样品的含水量：
Figure BDA0000067050770000201
d)实验结果
图2显示在批烹调并烘烤的全麦片中丙烯酰胺含量，其按照实施例5和6中所述的方法制备。
用100ppm天冬酰胺酶处理使烹调的面团中天冬酰胺降低42％(实施例5)，使烘烤的全麦片中丙烯酰胺降低44.5％。此外，用1000ppm天冬酰胺酶处理使烹调的面团中天冬酰胺降低54％(实施例5)，使烘烤的全麦片中丙烯酰胺降低47.3％。
e)结论
该实施例证明：按照实施例5中所述进行的对全麦配方产品的天冬酰胺酶处理，致使在所制成的早餐谷物食品中的丙烯酰胺降低。此外，这些数据指示在用于早餐谷物食品加工的原材料中的天冬酰胺降低和成品中的丙烯酰胺的降低之间的相关性可能不遵循线性关系并可被其它复杂因素所影响。

Claims (15)

1.用于降低经加工的全谷物组合物中天冬酰胺的量的方法，所述方法包括在以重量计15至45％的含水量和20℃至50℃的温度用天冬酰胺酶处理所述组合物达2至60分钟的时间。
2.用于生产全谷物食品的方法，包括步骤：
(i)提供包含经加工的全谷物和任选地包含其它固体成分的组合物；
(ii)在以重量计15至45％的含水量和20℃至50℃的温度用天冬酰胺酶处理所述组合物达2至60分钟的时间；和
(iii)加热或烹调所述组合物。
3.用于生产全谷物早餐谷物食品的方法，包括步骤：
(i)提供包含所处理的全谷物和任选地包含其它固态成分的组合物；
(ii)将液体混合入步骤(i)的组合物中以实现以重量计15％至45％的含水量；
(iii)烹调所述组合物；
(iv)使所述组合物形成碎块；
(v)干燥并烘烤这些碎块；
(vi)任选地涂覆这些碎块；
其中该方法还包括：
(vii)在以重量计15％至45％的含水量和20℃至50℃的温度用天冬酰胺酶处理所述组合物达2至60分钟的时间；
且其中步骤(vii)在步骤(v)前进行，并优选在(ii)和(iii)之间进行。
4.依据前述权利要求中任意一项的方法，其中经加工的全谷物组合物包括磨碎的全麦面粉。
5.依据前述权利要求中任意一项的方法，其中含水量小于35％，优选约20％。
6.依据前述权利要求中任意一项的方法，其中处理时间为10至20分钟。
7.全谷物组合物，其具有基于组合物的重量的以重量计0.001％或更少的天冬酰胺含量。
8.依据权利要求7的全谷物组合物，其是经加工的全谷物组合物。
9.依据权利要求7或8的全谷物组合物，其包括磨碎的全谷物面粉，优选磨碎的全麦面粉。
10.依据权利要求7至9中任意一项的全谷物组合物在生产以下产品中的应用：早餐谷物食品、谷物棒、面制糕点和焙烤产品，诸如面包、蛋糕和饼干，面食，基于谷物的饮料，或者宠物食品。
11.包含依据权利要求7至9中任意一项的全谷物组合物的食品。
12.全谷物食品，与未进行天冬酰胺酶处理的相同的全谷物食品相比，其具有60％或更低的丙烯酰胺含量。
13.依据权利要求12的全谷物食品，其是全谷物早餐谷物食品。
14.用于降低食物组合物中丙烯酰胺的量的方法，所述食物组合物包含经加工的全谷物，其中所述方法包括至少一个加热步骤，并且还包括在加热步骤前，在以重量计15至45％的含水量和20℃至50℃的温度用天冬酰胺酶处理所述食物组合物达2至60分钟的时间。
15.通过权利要求1至6或14中任意一项的方法可获得全谷物组合物或食品。
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