JP2006515179A - 熱処理食品におけるアクリルアミド形成を減少させる方法 - Google Patents

熱処理食品におけるアクリルアミド形成を減少させる方法 Download PDF

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Abstract

加工および熱処理されたスナック食品において、選択された群のアミノ酸のうちの１つを食品の処方に添加することによって、熱処理中のアクリルアミドの形成を阻害する。アミノ酸は、システイン、グリシン、ヒスチジン、アラニン、メチオニン、グルタミン酸、アスパラギン酸、プロリン、フェニルアラニン、バリン、およびアルギニンから成る群から得られ、商業的に利用可能なアミノ酸であることも、食品に添加される成分中で遊離の形態であることも可能である。アミノ酸を混合段階で加工食品へ添加することも可能であり、一定濃度のアミノ酸添加物を含有する溶液へ未加工の食品原料を曝露することによってアミノ酸を添加することも可能である。

Description

本発明は、熱処理食品中のアクリルアミドの量を減少させる方法に関する。本発明によって、アクリルアミドのレベルが有意に減少された食品の製造が可能となる。本発明の方法は、スナック食品の製造において、選択された群のアミノ酸のうちの１つ以上を用いることによる。
化学物質であるアクリルアミドは、水処理、増進回収法、製紙、凝集剤、増粘剤、鉱石処理、およびパーマネント・プレス布地などの産業用途において、長い間、重合体の形態で用いられてきた。アクリルアミドは白色結晶性固体であり、無臭で、水に非常によく溶ける（３０℃で、２１５５ｇ／Ｌ）。アクリルアミドの別称には、２−プロペンアミド、エチレンカルボキサミド、アクリル酸アミド、ビニルアミド、およびプロペン酸アミドが含まれる。アクリルアミドの分子量は７１．０８、融点は８４．５℃、２５ｍｍＨｇでの沸点は１２５℃である。
ごく最近、広範な種々の食品においてアクリルアミド単量体の存在が試験された結果、陽性であると判定された。特に、主として高温で加熱または処理された炭水化物食料品で、アクリルアミドが検出された。試験でアクリルアミド陽性であると判定された食品の例には、コーヒー、シリアル、クッキー、ポテトチップ、クラッカー、フレンチフライ・ポテト、パン類（breads and rolls）、およびパン粉を塗して揚げた食肉（fried breaded meats ）が含まれる。一般に、非加熱の食品および茹でた食品ではアクリルアミドの含量は検出不可能なレベルであったのと比較して、タンパク質が豊富な加熱した食品では比較的低い含量のアクリルアミドが検出され、炭水化物が豊富な食品では比較的高い含量のアクリルアミドが検出された。種々の類似の加工食品で検出されたアクリルアミドのレベルは、ポテトチップでは３３０〜２，３００（μｇ／ｋｇ）の範囲、フレンチフライでは３００〜１，１００（μｇ／ｋｇ）の範囲、コーンチップでは１２０〜１８０（μｇ／ｋｇ）の範囲、および種々の朝食用シリアルでは未検出〜１，４００（μｇ／ｋｇ）の範囲と報告されている。
現在のところ、アミノ酸および還元糖の存在によってアクリルアミドが形成されると考えられている。例えば、揚げた食料品で検出されるアクリルアミドの大部分は、未加工の野菜類で一般に検出されるアミノ酸である遊離のアスパラギンと、遊離の還元糖との間の反応によると考えられている。検出される遊離アミノ酸全体に対してアスパラギンは、未加工のポテトでは約４０％、高タンパク質のライ麦では約１８％、および小麦では約１４％を占める。
アクリルアミドはアスパラギン以外のアミノ酸からも形成され得るが、確実性を有する確認は未だ成されていない。例えば、グルタミン、メチオニン、システイン、およびアスパラギン酸を前駆体とした試験によるアクリルアミド形成が報告されている。しかしながら、原料のアミノ酸中にはアスパラギン不純物が存在し得るため、それらの発見を確認することは困難である。それにもかかわらず、アスパラギンは、アクリルアミドの形成の最大の原因であるアミノ酸前駆体として認識されている。
食品中のアクリルアミドは最近発見された現象であるため、形成の正確な機構は確認されていない。しかしながら、最も有り得るアクリルアミド形成の経路には、メイラード反応（Ｍａｉｌｌａｒｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ）が含まれると考えられる。メイラード反応は、食品加工における最も重要な化学反応のうちの１つとして、食品化学分野では長い間認
識されており、食品の風味、色調、および栄養価値に影響を与え得る。メイラード反応には、熱、湿分、還元糖、およびアミノ酸が必要である。
メイラード反応には、多数の中間体を伴う一連の複雑な反応が含まれるが、一般的には３つのステップを含むものとして説明可能である。メイラード反応の第１のステップには、遊離のアミノ基（遊離アミノ酸、タンパク質、またはその両方から）と還元糖（グルコースなど）との化合による、アマドリ（Ａｍａｄｏｒｉ）またはヘインズ（Ｈｅｙｎｓ）転位生成物の形成が含まれる。第２のステップには、デオキシオソン、分裂、またはストレッカー分解（Ｓｔｒｅｃｋｅｒ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を含む異なる択一的な経路を介した、アマドリまたはヘインズ転位生成物の分解が含まれる。脱水、脱離、環化、分裂、およびフラグメンテーションを含む、一連の複雑な反応の結果、風味料中間体および風味料化合物のプール（pool）が生じる。メイラード反応の第３のステップは、褐色の含窒素重合体および共重合体の形成の特徴を有する。アクリルアミド形成の有り得る経路としてメイラード反応を用い、図１に、アスパラギンおよびグルコースから開始するアクリルアミド形成の推定経路を簡約化して示す。
アクリルアミドがヒトに有害であると判定されてはいないが、食料品中にアクリルアミドが存在することは、特に、高いレベルで存在することは、好ましくない。先述の通り、加熱または熱処理された食品で、比較的高い含量のアクリルアミドが検出される。そうした食料品におけるアクリルアミドの減少は、アクリルアミドを形成する前駆体化合物を減少させることまたは除去すること、食品の処理中のアクリルアミドの形成を阻害すること、食品中に一旦形成されたアクリルアミド単量体を分解することまたは反応させること、若しくは、消費する前に製品からアクリルアミドを取除くことによって達成可能である。理解可能であるように、上述の選択肢のいずれを実施するためにも、食料品毎に独特の試みが必要である。例えば、一貫した断片であるようにスライスおよび調理された食品は、調理時に食料品に独特の特徴を与えるセル（cell）構造を物理的に破壊することなく、種々の添加物と容易に混合されない場合がある。同じく、特定の食料品に対する他の処理要件によって、アクリルアミドを減少させる戦略が不適合となる場合、または非常に困難となる場合がある。
例として、図２には、未加工のポテト原料から揚げたポテトチップを製造するための公知の従来技術の方法を示す。重量で約８０％以上の水を含む未加工のポテトは、最初に剥皮工程２１へ進む。未加工のポテトから皮が剥かれた後、続いてポテトはスライス工程２２へ移される。スライス工程２２における各ポテトスライスの厚さは、所望の最終製品の厚さによる。従来技術における一例では、厚さ約１．３５ｍｍ（約０．０５３インチ）にポテトをスライスする。このスライスは続いて洗浄工程２３へ移され、各スライスの表面の澱粉が水で取除かれる。洗浄されたポテトスライスは、続いて調理工程２４へ移される。典型的には、調理工程２４には、例えば、１７７℃で約２．５分間、連続式フライヤーでスライスを揚げる工程が含まれる。一般に、調理工程では、チップの湿分のレベルは重量で２％未満にまで減少される。例えば、典型的な揚げたポテトチップは、重量で１．４％の湿分でフライヤーを出る。調理されたポテトチップは続いて調味工程２５へ移され、回転ドラム中で調味料が適用される。最後に、調味されたチップは包装工程２６へ進む。この包装工程２６には、通常、調味されたチップを１つ以上の計量器へ投入する工程が含まれ、チップは続いて、柔軟な包装中に包装するために、その計量器によって１つ以上の垂直な形成・充填・密封装置へ送られる。包装されると製品は流通され、消費者に購入される。
上述の幾つかのポテトチップ加工工程のうちの幾つかにおける僅かな調節によって、最終製品の特徴に有意な変化が生じ得る。例えば、洗浄工程２３にてスライスの水中での滞留時間が延長されると、その結果、最終製品にポテトの風味、色調、および食感（textur
e ）を与える化合物がスライスから浸出することになる。調理工程２４にて滞留時間を増大または加熱温度を上昇させると、その結果、チップでのメイラード褐色化のレベルの増大や湿分含量の低下が生じることになる。揚げる前にポテトスライスに成分を混入させることが望ましい場合、チップのセルの構造を崩壊させたり、あるいはスライスから有益な化合物を浸出させたりすることなく、スライスの内部に添加成分が吸収されるような機構を確立することが必要な場合がある。
最終製品中のアクリルアミドのレベルを減少させる独特の試みを示す加熱食料品の別例として、生地からも作成することが可能なスナックがある。「加工スナック（ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｓｎａｃｋ）」の語は、原材料および未変性の澱粉性開始原料以外を開始成分として用いるスナック食品を意味する。例えば、加工スナックには、乾燥ポテト製品を開始原料として用いる加工ポテトチップと、マーサ粉（masa flour）を開始原料として用いるコーンチップとが含まれる。乾燥ポテト製品には、ポテト粉、ポテトフレーク、ポテトグラニュール、または乾燥されたポテトが存在する任意の他の形体が含まれることを、ここに言及する。本出願において、これらの語のうちのいずれかが用いられる時には、これらの変化形の全てが包含されることが理解される。
再び図２を参照すると、加工ポテトチップには、剥皮工程２１、スライス工程２２、または洗浄工程２３は必要でない。代わりに、加工ポテトチップでは、例えば、ポテトフレークから開始され、ポテトフレークは、水および他の小成分と混合されて生地を形成する。調理工程へ進む前に、この生地は続いて伸展および切断される。調理工程には、揚げ工程または焼成工程が含まれる。チップは続いて調味工程および包装工程へ進む。ポテト生地の混合は、一般に、他の成分を容易に添加するのに役立つ。反対に、そうした成分をポテトスライスなど未加工の食料品へ添加するには、食料品のセルの構造内に成分を浸透させることが可能な機構が必要である。しかしながら、混合工程で何らかの成分を添加する場合、その成分が生地の伸展特性や最終のチップの特性に不利な影響を与え得ることを考慮する必要がある。
加熱食品または熱処理食品の最終製品中のアクリルアミドのレベルを減少させる１つ以上の方法を開発することは望ましいであろう。理想的には、そのようなプロセスによって、最終製品の品質および特性に不利な影響を与えることなく、最終製品中のアクリルアミドが実質的に減少されるかまたは除去される。さらに、その方法は実施が容易であり、好適には、プロセス全体に追加のコストをほとんどまたは全く要しない。
本発明のプロセスでは、１つ以上の選択されたアミノ酸を調理工程前に食品に添加して、アクリルアミドの形成を減少させる。アミノ酸が食料品中の随所に存在するように、製粉、ドライミックス、ウェットミックス、または他の混合の間に、アミノ酸を添加することが可能である。また、浸漬など、未加工の食品成分をアミノ酸に曝露することによって、未加工の食品にアミノ酸を混入させることも可能である。アミノ酸は、商業的に利用可能な化学物質の形態であることも、またはアミノ酸が遊離形態で存在する食料品の形態であることも可能である。本発明の２つの実施態様では、システインまたはリシンの添加によって、アクリルアミド形成が減少することを示す。選択された他のアミノ酸がアクリルアミド形成を減少することも示す。
１つ以上の選択されたアクリルアミドの添加によって、最終製品の品質および特性には極小の影響しか与えずに、加熱食品または熱処理食品の最終製品中に検出されるアクリルアミドの量が効果的に減少する。さらに、そのようなアクリルアミド減少方法は、一般に
実施が容易であり、プロセス全体に追加のコストをほとんどまたは全く要しない。
本発明の新規であると思われる特徴を添付の特許請求の範囲に述べる。しかしながら、本発明、その好適な使用の形態、さらにはその目的および利点は、添付の図面と共に以下の例示的な実施態様の詳細な説明を参照することによって、最も良く理解されるであろう。
アクリルアミド形成におけるアミノ酸の効果：
熱処理食品におけるアクリルアミド形成には、炭素源および窒素源が必要である。炭素は炭水化物源から供給され、窒素はタンパク質源またはアミノ酸源から供給されるという仮説が立てられる。米、小麦、コーン、大麦、大豆、ポテト、およびオート麦など、多くの植物由来食品成分はアスパラギンを含有し、僅かなアミノ酸要素を有する炭水化物から主として成る。典型的には、そうした食品成分は、アスパラギンに加えて他のアミノ酸も含有する、小さなアミノ酸プールを有する。
「熱処理（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ）」の語では、食品成分の混合物などの食品の要素が８０℃以上の温度で加熱された、食品または食品成分を意味する。好適には、食品または食品成分の熱処理は、約１００℃〜２０５℃の温度で行われる。最終の食料品の形成以前に、食品成分が別個に昇温下で処理されてもよい。熱処理食品成分の一例はポテトフレークであり、ポテトフレークは、１７０℃程度の温度にポテトを曝露するプロセスで、未加工のポテトから作成される（「ポテトフレーク（ｐｏｔａｔｏ ｆｌａｋｅ）」、「ポテトグラニュール（ｐｏｔａｔｏ ｇｒａｎｕｌｅ）」、および「ポテト粉（ｐｏｔａｔｏ ｆｌｏｕｒ）」の語は、本明細書では交換可能に用いられ、ポテトを用いた任意の乾燥製品を意味する）。他の熱処理食品成分の例には、処理オート麦、半茹で（par-boiled）および乾燥米、調理大豆製品、コーン・マーサ、焙煎コーヒー豆、および焙煎カカオ豆が含まれる。これに代えて、最終の食料品の調製に未加工の食品成分を用いることも可能であり、その場合、最終の食料品の製造には、熱的な加熱工程が含まれる。熱的な加熱工程によって最終の食料品を得るような未加工原料の処理の一例は、約１００℃〜約２０５℃の温度で揚げる工程による、未加工のポテトスライスからのポテトチップの製造、または同様の温度で揚げたフレンチフライの製造である。
しかしながら、本発明では、アミノ酸であるアスパラギンを還元糖の存在下で加熱した時、有意なアクリルアミド形成が起きることが見出された。グルコースなどの還元糖の存在下でリシンおよびアラニンなど他のアミノ酸を加熱しても、アクリルアミド形成は起きなかった。しかし驚くべきことに、アスパラギンおよび糖の混合物に対して他のアミノ酸を添加することによって、形成されるアクリルアミドの量を増加または減少させることが可能である。
還元糖の存在下でアスパラギンを加熱するとアクリルアミドが急速に形成されることは確立されているが、アスパラギンを不活性化することによって、熱処理食品におけるアクリルアミドの減少は達成可能である。「不活性化（ｉｎａｃｔｉｖａｔｉｎｇ）」とは、アスパラギンを食品から取除くことによって、若しくは変換またはアスパラギンからのアクリルアミド形成を阻害する別の化学物質との結合によって、アスパラギンをアクリルアミド形成経路に則して非反応性とすることである。
１．アクリルアミド形成におけるシステイン、リシン、グルタミン、およびグリシンの効果：
アスパラギンはグルコースと反応してアクリルアミドを形成するため、他の遊離アミノ酸の濃度の増大によって、アスパラギンとグルコースとの反応は影響を受け、アクリルア
ミド形成が減少し得る。この実験では、ｐＨ７．０のリン酸ナトリウム・バッファを用いて、アスパラギン溶液（０．１７６％）およびグルコース溶液（０．４％）を調製した。４つの他のアミノ酸、グリシン（ＧＬＹ）、リシン（ＬＹＳ）、グルタミン（ＧＬＮ）、およびシステイン（ＣＹＳ）を、モル基準でグルコースと同じ濃度で添加した。実験計画は繰返しなしの要因実験とし、アミノ酸添加の全ての可能な組合せを試験した。アクリルアミドを測定する前に、溶液を１２０℃で４０分間、加熱した。以下の表１に、濃度および結果を示す。
Figure 2006515179
 上記の表に示すように、他のアミノ酸が存在しない場合、グルコースとアスパラギンは、１６７９ｐｐｂのアクリルアミドを形成した。アミノ酸の添加は、３種類の効果を示した。
１）システインはアクリルアミド形成をほとんど除去した。システインを伴う全ての処方では、アクリルアミドは２５ｐｐｂ未満であった（９８％の減少）。
２）リシンおよびグリシンはアクリルアミド形成を減少したが、システインほどではなかった。リシンおよびグリシンのうちの少なくとも１つを伴い、グルタミンおよびシステインを伴わない全ての処方では、アクリルアミドは２２０ｐｐｂ未満であった（８５％の減少）。
３）驚くべきことに、グルタミンでは、アクリルアミド形成が５３７８ｐｐｂまで増大した（２００％の増大）。システインを加えたグルタミンではアクリルアミドは形成されなかった。グリシンおよびリシンをグルタミンに添加すると、アクリルアミド形成は減少した。
これらの試験によって、システイン、リシン、およびグリシンでは、アクリルアミド形成を減少させる効果が実証された。しかしながら、グルタミンの結果によって、必ずしも全てのアミノ酸がアクリルアミド形成の減少に効果的ではないことが実証された。単独ではアクリルアミドの形成を促進し得るようなアミノ酸（グルタミン酸など）と、システイン、リシン、またはグリシンとの組合せによっても、同様にアクリルアミド形成は減少し得る。
２．異なる濃度および温度におけるシステイン、リシン、グルタミン、およびメチオニンの効果：
上述の通り、グルコースと同じ濃度で添加した場合、システインおよびリシンはアクリルアミドを減少した。以下の問いに回答するため、続く実験を計画した。
１）より低い濃度のシステイン、リシン、グルタミン、およびメチオニンは、アクリルアミド形成に対してどのような効果を及ぼすか。
２）溶液を１２０℃および１５０℃に加熱した場合、システインおよびリシンの添加の効果は同じか。
ｐＨ７．０のリン酸ナトリウム・バッファを用いて、アスパラギン溶液（０．１７６％）およびグルコース溶液（０．４％）を調製した。２つの濃度のアミノ酸（システイン（ＣＹＳ）、リシン（ＬＹＳ）、グルタミン（ＧＬＮ）、またはメチオニン（ＭＥＴ））を添加した。アミノ酸の２つの濃度は、グルコースのモルあたり０．２モルおよび１．０モルであった。試験のうち半分では、２ｍＬの溶液を１２０℃で４０分間、加熱し、他の半分では、２ｍＬの溶液を１５０℃で１５分間、加熱した。加熱後、アクリルアミドをＧＣ−ＭＳで測定した。結果を表２に示す。対照実験は、アミノ酸添加なしのアスパラギンおよびグルコースである。
Figure 2006515179
 システインおよびリシンを用いた試験では、対照は、１２０℃で４０分間の後、１３３２ｐｐｂのアクリルアミドを形成し、１５０℃で１５分間の後、３１２７ｐｐｂのアクリルアミドを形成した。システインおよびリシンは、１２０℃および１５０℃にてアクリルアミド形成を減少したが、このアクリルアミドの減少は添加したシステインまたはリシンの濃度に概ね比例する。
グルタミンおよびメチオニンを用いた試験では、対照は、１２０℃で４０分間の後、１９５３ｐｐｂのアクリルアミドを形成し、１５０℃で１５分間の後、３８６６ｐｐｂのアクリルアミドを形成した。グルタミンは、１２０℃および１５０℃にてアクリルアミド形成を増大させた。グルコースのモルあたり０．２モルのメチオニンは、アクリルアミド形成に影響を与えなかった。グルコースのモルあたり１．０モルのメチオニンは、アクリルアミド形成を５０％未満だけ減少した。
３．グルコースおよびアスパラギン溶液中のアクリルアミド形成における１９のアミノ酸の効果：
アクリルアミド形成における４つのアミノ酸（リシン、システイン、メチオニン、およびグルタミン）の効果を上に述べた。さらに１５のアミノ酸を試験した。ｐＨ７．０のリ
ン酸ナトリウム・バッファを用いて、アスパラギン溶液（０．１７６％）およびグルコース溶液（０．４％）を調製した。１５のアミノ酸を、モル基準でグルコースと同じ濃度で添加した。対照は、アスパラギンおよびグルコースの溶液を含み、他のいずれのアミノ酸も含まない。ＧＣ−ＭＳでアクリルアミドを測定する前に、溶液を１２０℃で４０分間、加熱した。結果を以下の表３に示す。
Figure 2006515179
 上の表に見られるように、追加の１５のアミノ酸には、システイン、リシン、またはグリシンほど、アクリルアミド形成の減少に効果的なものはなかった。追加のアミノ酸のうちの９つでは、対照の２２〜７８％のレベルまでアクリルアミドが減少されたが、６つのアミノ酸では、対照の１１１〜１５０％のレベルまでアクリルアミドが増大した。
以下の表４には、全てのアミノ酸での結果を要約し、有効性の順にアミノ酸を挙げる。システイン、リシン、およびグリシンは効果的な阻害剤であり、形成されたアクリルアミドの量は対照の１５％未満であった。次の９つのアミノ酸は、それより効果的でない阻害剤であり、全体的なアクリルアミド形成は、対照で形成されるアクリルアミドの２２〜７８％であった。次の７つのアミノ酸では、アクリルアミドが増大した。グルタミンは、対照の３２０％を示す、最大のアクリルアミドの増大を引き起こした。
Figure 2006515179
 ４．Ｌ−システインを７５０ｐｐｍ添加したポテトフレーク：
７５０ｐｐｍ（質量百万分率）のＬ−システインを添加して、試験用のポテトフレークを製造した。対照のポテトフレークには、Ｌ−システインを添加しなかった。３グラムのポテトフレークをガラス瓶に計量した。緊密に閉蓋した後、ガラス瓶を１２０℃で１５分間または４０分間、加熱した。ＧＣ−ＭＳでアクリルアミドの質量十億分率（ｐｐｂ）を測定した。
Figure 2006515179
 ５．焼いた加工ポテトチップ
上述の結果を受けて、加工スナック食品の処方、この場合には、焼いた加工ポテトチップの処方にてシステインまたはリシンを添加するという、本発明の好適な実施態様が開発された。この製品を製造するプロセスを図３に示した。生地調製工程３１では、ポテトフレーク、水、および他の成分を組合わせて生地を作成する（「ポテトフレーク」および「ポテト粉」の語は、本明細書では交換可能に用いられ、粒子のサイズにかかわらず、全ての乾燥フレークまたは粉体調製物を包含することが意図される）。伸展工程３２では、生地を伸展機に通すことによって、生地を平らに延ばし、続いて別々の断片に切断する。調理工程３３では、切断片を、指定の色調および水分量に達するまで焼く。得られたチップ
を続いて調味工程３４にて調味し、包装工程３５にて包装する。
本発明の第１の実施態様は、上述のプロセスを用いることによって実施される。この実施態様を説明するために、３つのうちの１つの濃度のシステインまたは１つの濃度のリシンを添加した試験用のバッチと、対照のバッチとの間の比較を行った。以下の表６には、種々のバッチで用いた成分を示す。
Figure 2006515179
 １：アミノ酸のＬ−異性体が最も優れ、かつ最も高価でない資源であると思われるが、Ｄ−異性体や、Ｄ−およびＬ−異性体の両方から成るラセミ混合物も等しく効果的であると期待される。
全てのバッチにおいて、乾燥成分を最初に混合してから、各乾燥ブレンドにオイルを添加し、混合した。システインまたはリシンは生地に添加する前に水に溶解した。伸展前の生地の湿分レベルは、重量で４０％〜５０％であった。生地を伸展して、約０．５０８ｍｍ〜約０．７６２ｍｍ（０．０２０〜０．０３０インチ）の厚さとし、チップ・サイズの断片に切断し、焼いた。
調理後、湿分、油分、およびハンターＬＡＢ表色系（Ｈｕｎｔｅｒ Ｌ−Ａ−Ｂ Ｓｃａｌｅ）による色調の試験を行った。標本を試験して、最終製品におけるアクリルアミドのレベルを得た。以下の表７には、この分析の結果を示す。
Figure 2006515179
 対照のチップでは、最終の調理後のアクリルアミドのレベルは、１０３０ｐｐｂであった。試験した全てのレベルのシステインの添加およびリシンの添加の両方で、最終のアクリルアミドのレベルは有意に減少した。図４には、アクリルアミドのレベルの結果をグラ
フで示す。
生地にシステインまたはリシンを添加することによって、完成した製品中に存在するアクリルアミドのレベルが有意に低下した。システインの標本では、添加したシステインの量に概ね正比例してアクリルアミドのレベルが低下する。しかしながら、製造プロセスにアミノ酸を添加することによって最終の製品の特性（色調、味、食感など）に与えられる、副次的な影響を考慮する必要がある。
また、システイン、リシン、および２つのアミノ酸の各々とＣａＣｌ２との組合せを添加して、追加の試験を行った。この試験では、上述の試験と同じ手順を用いたが、異なるレベルの還元糖および異なる量のアミノ酸を含むポテトフレークを用い、ＣａＣｌ２を添加した。以下の表８では、ロット１のポテトフレークは０．８１％の還元糖を含み（表のこの部分は、上述で示した試験の結果を再掲したものである）、ロット２は１．０％、ロット３は１．８％の還元糖を含む。
Figure 2006515179
 この表のデータで示されるように、システインまたはリシンの添加によって、各レベルの還元糖での試験において、アクリルアミドのレベルが有意に改良されている。リシンと塩化カルシウムとの組合せでは、この試験が還元糖の最高のレベルで行われたという事実にもかかわらず、生成したアクリルアミドのほとんど全てが除去された。
６．スライスして揚げたポテトチップにおける試験：
ポテトスライスから製造したポテトチップでも、同様の結果を達成可能である。しかしながら、上述の実施態様のように所望のアミノ酸をポテトスライスと単純に混合することは、スライスの完全性を破壊し得るため不可能である。一実施態様では、所望のアミノ酸添加物を含有する水溶液中に、ポテトスライスのセルの構造中にアミノ酸を移行させるために充分な時間の間、ポテトスライスを浸漬する。このことは、例えば、図２に示した洗
浄工程２３の間に実行可能である。
以下の表９には、上述の図２の工程２３で説明した洗浄処理において、１重量％のシステインを添加した結果を示す。洗浄は全て、示した時間の間、室温で行い、対照の処理では、水に何も添加しなかった。、チップは、示した時間の間、１７８℃で綿実油中で揚げた。
Figure 2006515179
 この表に示すように、厚さ約１．３５ｍｍ（０．０５３インチ）のポテトスライスを、１重量％の濃度のシステインを含有する水溶液中に１５分間、浸漬することによって、最終の製品におけるアクリルアミドのレベルは１００〜２００ｐｐｂ程度まで減少する。
また、本発明は、トルティーヤ・チップ用のコーン生地（すなわち、マーサ）にシステインを添加することによっても実施される。製粉中に製造されるマーサにシステインが均一に分散するように、製粉プロセス中に、溶解したＬ−システインを調理したコーンに添加した。６００ｐｐｍのＬ−システインを添加することによって、対照の製品では１９０ｐｐｂであったアクリルアミドが、Ｌ−システインで処理した製品では７５ｐｐｂまで減少した。
食品の色調、味、および食感の変化など、追加成分の副次的な効果が調節される限り、本明細書で開示した発明では、任意の数のアミノ酸を用いることが可能である。示した全ての例ではα−アミノ酸（アルファ炭素原子に、−ＮＨ２基が結合している）を利用しているが、出願人らは、食品添加物として一般には用いられていないものの、β−アミノ酸またはγ−アミノ酸など、他の異性体も使用可能であることを想定するものである。本発明の好適な実施態様では、システイン、リシン、およびグリシンのうちの少なくとも１つを用いる。しかしながら、ヒスチジン、アラニン、メチオニン、グルタミン酸、アスパラギン酸、プロリン、フェニルアラニン、バリン、およびアルギニンなど、他のアミノ酸が用いられてもよい。そのようなアミノ酸、特に、システイン、リシン、およびグリシンは、比較的廉価であり、食品添加物として一般に用いられる。最終の食料品中のアクリルアミドの量を減少させるために、それらの好適なアミノ酸を単独でまたは組合せで用いることが可能である。さらに、商業的に利用可能なアミノ酸を食料品の出発原料へ添加することによって、または高い濃度レベルの遊離アミノ酸を含有する別の食品成分を添加することによって、加熱前に食料品へアミノ酸を添加することが可能である。例えば、カゼインは遊離のリシンを含有し、ゼラチンは遊離のグリシンを含有する。このため、出願人らが食品処方へアミノ酸を添加すると示す場合、商業的に利用可能なアミノ酸としてアミノ酸を添加してもよく、食品中に自然に生じるレベルのアスパラギンを超える遊離アミノ酸の濃度を有する食品としてアミノ酸を添加してもよいことが理解されるであろう。
アクリルアミドのレベルを許容可能なレベルまで減少させるために食品へ添加されるアミノ酸の量は、幾つかの方法で表現可能である。商業的に許容可能であるためには、添加
されるアミノ酸の量は、アクリルアミド生成の最終のレベルを、そのように処理されていない製品と比較して少なくとも２０％だけ減少させるために充分な量である。より好適には、アクリルアミド生成のレベルは、３５〜９５％の範囲の量だけ減少される。さらに好適には、アクリルアミド生成のレベルは、５０〜９５％の範囲の量だけ減少される。システインを用いる好適な実施態様では、アクリルアミドを減少させるには１００ｐｐｍ以上の添加が効果的であり得ると判定された。しかしながら、システイン添加の好適な範囲は、１００ｐｐｍ〜１０，０００ｐｐｍの間であり、最も好適には、１０００ｐｐｍの量である。リシンおよびグリシンなど、他の効果的なアミノ酸を用いる好適な実施態様では、製品中に存在する還元糖に対して添加するアミノ酸のモル比が、還元糖１モルに対してアミノ酸が０．１モル以上の場合（０．１：１）、アクリルアミド形成の減少に効果的であることが見出された。還元糖に対して添加するアミノ酸のモル比は、より好適には０．１：１〜２：１の間、最も好適には約１：１の比である。
選択されたアミノ酸によってアクリルアミドの検出量が減少する機構は、現在のところ不明である。有り得る機構には、アクリルアミドの生成がより少なくなり得る、反応物の競争および前駆体の希釈が含まれ、また、アクリルアミドを分解する反応機構も含まれる。有り得る機構には、（１）メイラード反応の阻害、（２）グルコースおよび他の還元糖の消費、（３）アクリルアミドとの反応、が含まれる。遊離のチオール基を有するシステインは、メイラード反応の阻害剤として作用する。アクリルアミドはアスパラギンからメイラード反応によって形成されると考えられるので、システインによって、メイラード反応の速度およびアクリルアミド形成の速度が減少されることになる。リシンおよびグリシンは、グルコースおよび他の還元糖と急速に反応する。リシンおよびグリシンによってグルコースが消費される場合、アスパラギンと反応してアクリルアミドを形成するグルコースは、より少なくなる。アミノ酸のアミノ基は、マイケル付加（Ｍｉｃｈａｅｌ ａｄｄｉｔｉｏｎ）にて、アクリルアミドの二重結合と反応することが可能である。システインの遊離のチオールも、アクリルアミドの二重結合と反応することが可能である。
アミノ酸の付加によって、色調、味、および食感など、最終の製品の特性における不利な変化が引き起こされ得ることが理解される。本発明による、製品の特性におけるそれらの変化は、種々の他の手段によって補償可能である。例えば、ポテトチップにおける色調特性は、出発原料の糖の量を制御することによって調節可能である。風味特性の一部は、最終製品に種々の風味料を添加することによって変更可能である。製品の物理的な食感は、例えば、膨張剤または種々の乳化剤の添加によって、調節可能である。
幾つかの実施態様を参照して本発明を詳細に示し説明してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、アミノ酸添加剤を用いる熱処理食品中のアクリルアミドの減少に対して種々の他のアプローチがなされ得ることは、当業者には理解されるであろう。例えば、ポテトおよびコーン製品に関してプロセスを開示したが、大麦、小麦、ライ麦、米、オート麦、雑穀、および他の澱粉系の穀物から製造される食料品に加えて、サツマイモ、タマネギ、および他の野菜類などアスパラギンおよび還元糖を含有する他の食品から製造される食料品の処理においても、本発明のプロセスを用いることが可能である。さらに、ポテトチップおよびコーンチップにおいて本発明のプロセスを実施したが、他の種類のスナックチップ、シリアル、クッキー、クラッカー、ハード・プレッツェル、パン類、およびパン粉を塗した食肉用のパン粉など、多くの他の食料品の処理において、本発明のプロセスを用いることが可能である。それらの食品のうちの多くでは、製品の製造に用いられる生地の混合中にアミノ酸を添加することが可能であり、アミノ酸は調理中に利用可能となって、アクリルアミドのレベルを減少させる。さらに、アミノ酸の添加はアクリルアミドを減少させる他の戦略と併用可能であり、個々の食品の味、色調、香味、または他の特性に不利な影響を与えることなく、許容可能なアクリルアミドのレベルを与える。
食品におけるアクリルアミド形成の推定される化学経路の図。 従来技術のポテトチップ加工工程の図。 本発明の一実施態様による、ポテトフレーク、ポテトグラニュール、またはポテト粉から加工ポテトチップを製造する方法の図。 加工ポテトチップへのシステインおよびリシンの添加の効果を示すグラフ。

Claims (49)

  1. 遊離アスパラギンおよび単糖を含有する熱処理食品のアクリルアミドのレベルを低下させる方法であって、
    （ａ）遊離アミノ酸を含有する成分を熱処理食品のアクリルアミドの最終的なレベルを許容可能なレベルまで減少させるために充分な量で食料品に添加する成分添加工程と、
    （ｂ）食料品を熱処理する熱処理工程とから成る方法。
  2. 成分添加工程（ａ）は熱処理食品のアクリルアミドの最終的なレベルを少なくとも２０％だけ減少させるために充分な量の成分を添加する請求項１に記載の方法。
  3. 成分添加工程（ａ）は熱処理食品のアクリルアミドの最終的なレベルを少なくとも３５％だけ減少させるために充分な量の成分を添加する請求項１に記載の方法。
  4. 成分添加工程（ａ）は熱処理食品のアクリルアミドの最終的なレベルを少なくとも５０％だけ減少させるために充分な量の成分を添加する請求項１に記載の方法。
  5. 成分添加工程（ａ）は熱処理食品のアクリルアミドの最終的なレベルを少なくとも６５％だけ減少させるために充分な量の成分を添加する請求項１に記載の方法。
  6. 成分添加工程（ａ）は１００ｐｐｍ以上のシステインを添加する請求項１に記載の方法。
  7. 成分添加工程（ａ）は約１，０００ｐｐｍのシステインを添加する請求項１に記載の方法。
  8. 成分添加工程（ａ）は１０，０００ｐｐｍ以内のシステインを添加する請求項１に記載の方法。
  9. 成分添加工程（ａ）は食料品の還元糖１モルに対して０．１モル以上のアミノ酸を添加する請求項１に記載の方法。
  10. 成分添加工程（ａ）は食料品の還元糖１モルに対して約１．０モルのアミノ酸を添加する請求項１に記載の方法。
  11. 成分添加工程（ａ）は食料品の還元糖１モルに対して２．０モル以内のアミノ酸を添加する請求項１に記載の方法。
  12. 遊離アミノ酸は、システイン、リシン、グリシン、ヒスチジン、アラニン、メチオニン、グルタミン酸、アスパラギン酸、プロリン、フェニルアラニン、バリン、およびアルギニンから選択される請求項１に記載の方法。
  13. 成分添加工程（ａ）は商業的に利用可能なアミノ酸を食料品に添加する請求項１に記載の方法。
  14. 成分添加工程（ａ）は遊離アミノ酸を含有する食品を食料品に添加する請求項１に記載の方法。
  15. 成分添加工程（ａ）は成分を含有する溶液に食料品を浸漬する請求項１に記載の方法。
  16. 遊離アミノ酸を含有する成分は他の成分と混合されて生地を形成する請求項１に記載の方法。
  17. 調理工程（ｂ）は食料品を揚げる揚げ工程を含む請求項１に記載の方法。
  18. 調理工程（ｂ）は食料品を焼成する焼成工程を含む請求項１に記載の方法。
  19. 成分添加工程（ａ）はカルシウムを含有する成分を食料品に添加するカルシウム成分添加工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
  20. カルシウムを含有する成分は塩化カルシウムから成る請求項１９に記載の方法。
  21. 請求項１に記載の方法によって製造される熱処理食品。
  22. 加工食料品中のアクリルアミドの生成を減少させる方法であって、
    （ａ）遊離アミノ酸を含有する成分を加工食料品のアクリルアミドの最終的なレベルを所定のレベルまで減少させるために充分な量で加工食料品用の混合物に添加する成分添加工程と、
    （ｂ）混合物を熱処理する熱処理工程とから成る方法。
  23. 遊離アミノ酸は、システイン、リシン、グリシン、ヒスチジン、アラニン、メチオニン、グルタミン酸、アスパラギン酸、プロリン、フェニルアラニン、バリン、およびアルギニンから選択される請求項２２に記載の方法。
  24. 成分添加工程（ａ）は商業的に利用可能なアミノ酸を混合物に添加する請求項２２に記載の方法。
  25. 成分添加工程（ａ）は遊離アミノ酸を含有する食品を混合物に添加する請求項２２に記載の方法。
  26. 調理工程（ｂ）は食料品を揚げる揚げ工程を含む請求項２２に記載の方法。
  27. 調理工程（ｂ）は食料品を焼成する焼成工程を含む請求項２２に記載の方法。
  28. 請求項２２に記載の方法によって製造される加工食料品。
  29. 加工ポテトチップを調製する方法であって、
    （ａ）加工ポテトチップのアクリルアミドの最終的なレベルを所定のレベルまで減少させるために充分な量の遊離アミノ酸を含有する成分と、ポテトフレークと、水とから成る生地を調製する生地調製工程と、
    （ｂ）混合物を伸展および切断して切断片を形成する伸展切断工程と、
    （ｃ）切断片を熱処理して加工ポテトチップを形成する熱処理工程とから成る方法。
  30. 遊離アミノ酸は、システイン、リシン、グリシン、ヒスチジン、アラニン、メチオニン、グルタミン酸、アスパラギン酸、プロリン、フェニルアラニン、バリン、およびアルギニンから選択される請求項２９に記載の方法。
  31. 熱処理工程（ａ）は焼成する焼成工程を含む請求項２９に記載の方法。
  32. 熱処理工程（ｃ）は揚げる揚げ工程を含む請求項２９に記載の方法。
  33. （ｄ）加工ポテトチップを調味する調味工程をさらに含む請求項２９に記載の方法。
  34. （ｄ）加工ポテトチップを包装する包装工程をさらに含む請求項２９に記載の方法。
  35. 請求項２９に記載の方法によって製造される加工ポテトチップ。
  36. ポテトチップを調製する方法であって、
    （ａ）未加工のポテトをスライスしてポテトスライスを形成するスライス工程と、
    （ｂ）ポテトチップのアクリルアミドのレベルを許容可能なレベルまで減少させるために充分な量のアミノ酸を含有する溶液にポテトスライスを浸漬する浸漬工程と、
    （ｃ）ポテトスライスを熱処理してポテトチップを形成する熱処理工程とから成る方法。
  37. 遊離アミノ酸は、システイン、リシン、グリシン、ヒスチジン、アラニン、メチオニン、グルタミン酸、アスパラギン酸、プロリン、フェニルアラニン、バリン、およびアルギニンから選択される請求項３６に記載の方法。
  38. 熱処理工程（ａ）は焼成する焼成工程を含む請求項３６に記載の方法。
  39. 熱処理工程（ｃ）は揚げる揚げ工程を含む請求項３６に記載の方法。
  40. 浸漬工程（ｂ）はアクリルアミドの最終的なレベルを少なくとも２０％だけ減少させる請求項３６に記載の方法。
  41. 浸漬工程（ｂ）はアクリルアミドの最終的なレベルを少なくとも５０％だけ減少させる請求項３６に記載の方法。
  42. 請求項３６に記載の方法によって製造されるポテトチップ。
  43. コーンチップを調製する方法であって、
    （ａ）コーンチップのアクリルアミドの形成を所定のレベルまで減少させるために充分な量の遊離アミノ酸を含有する成分と、製粉したコーンと、水とを含有する混合物を調製する混合物調製工程と、
    （ｂ）混合物を伸展および切断してチップを形成する伸展切断工程と、
    （ｃ）チップを熱処理する熱処理工程とから成る方法。
  44. 遊離アミノ酸は、システイン、リシン、グリシン、ヒスチジン、アラニン、メチオニン、グルタミン酸、アスパラギン酸、プロリン、フェニルアラニン、バリン、およびアルギニンから選択される請求項４３に記載の方法。
  45. 熱処理工程（ｃ）は焼成する焼成工程を含む請求項４３に記載の方法。
  46. 熱処理工程（ｃ）は揚げる揚げ工程を含む請求項４３に記載の方法。
  47. （ｄ）コーンチップを調味する調味工程をさらに含む請求項４３に記載の方法。
  48. （ｄ）コーンチップを包装する包装工程をさらに含む請求項４３に記載の方法。
  49. 請求項４３に記載の方法によって製造されるコーンチップ。
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