KR20050107441A - 열처리된 식품에서 아크릴아마이드 형성을 감소시키는 방법 - Google Patents

열처리된 식품에서 아크릴아마이드 형성을 감소시키는 방법 Download PDF

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Abstract

열처리된 식품을 가공할 때, 2가 또는 3가 양이온의 선택 그룹 중 하나를 식품에 관한 조리법에 첨가하는 것은 열처리 하는 동안 아크릴아마이드의 형성을 저해한다. 양이온은 칼슘, 마그네슘, 구리, 알루미늄, 구리, 및 철 염을 포함하는 그룹으로부터 사용할 수 있다.

Description

열처리된 식품에서 아크릴아마이드 형성을 감소시키는 방법{METHOD FOR REDUCING ACRYLAMIDE FORMATION IN THERMALLY PROCESSED FOODS}
발명의 배경
관련 출원에 대한 상호-참조
본 출원은 2002년 9월 19일에 출원되어 계속중인 미국 특허 출원 10/247,504의 계속 출원이다.
기술 분야
본원 발명은 열처리된 음식에서 아크릴아마이드의 양을 감소시키는 방법에 관련된다. 본원 발명은 현저히 감소된 아크릴아마이드 수준을 가지는 식품의 제조를 가능하게 한다. 상기 방법은 식품의 도우 조성에 칼슘, 마그네슘, 구리, 철, 아연, 또는 알루미늄의 염에서 발견되는 것과 같은 2가 또는 3가 이온의 첨가에 의존한다.
관련 기술의 설명
화학물질 아크릴아마이드는 물 처리, 강화된 오일 회수, 제지, 응집제, 농축제, 광석 처리, 퍼머넌트 프레스(permanent press) 직물의 산업적인 적용에서 폴리머 형태로 오랫동안 사용되어 왔다. 아크릴아마이드는 백색의 결정질 고체로서 관여하며, 무취이고, 물에 매우 잘 녹는다(30℃ 에서 2155 g/L). 아크릴아마이드에 대한 유사물(Synonym)은 2-프로펜아마이드, 에틸렌 카르복사마이드, 아크릴릭 애시드 아마이드, 비닐 아마이드, 및 프로페노익 애시드 아마이드를 포함한다. 아크릴아마이드는 25 mmHg에서 71.08의 분자량, 84.5℃의 녹는점, 및 125℃의 끓는점을 가진다.
최근에, 광범위한 식품에서 아크릴아마이드 모노머의 존재가 양성으로 검사되었다. 특히 아크릴아마이드는 고온에서 가공되거나 가열된 탄수화물 식 제품에서 발견되고 있다. 아크릴아마이드에서 양성으로 검사된 식품의 예는 커피, 씨리얼(cereals), 쿠키, 감자 칩, 크래커, 기름에 튀긴 감자, 빵, 롤(roll), 및 기름에 튀긴 빵가루를 바른 고기 등이다. 일반적으로, 가열되지 않고 끓인 식품에서는 검출 할 수 없는 수준임에 비하여, 상대적으로 낮은 함량의 아크릴아마이드는 가열된 단백질-풍부한 식품에서 발견되는 반면, 상대적으로 높은 함량의 아크릴아마이드는 탄수화물-풍부한 식품에서 발견되어 왔다. 유사하게 가공된 다양한 식품에서 발견되는 아크릴아마이드의 보고된 수준은 감자 칩에서 330-2,300 (㎍/kg)의 범위, 기름에 튀긴 감자에서 300-1100 (㎍/kg)의 범위, 옥수수 칩에서 120-180 (㎍/kg)의 범위를 포함하며, 및 다양한 아침 씨리얼에서는 검출할 수 없는 수준에서 1400 (㎍/kg)까지의 범위 수준에 달한다.
최근에는 아크릴아마이드가 아미노산 및 환원당의 존재로부터 형성되는 것으로 생각된다. 예를 들어, 생채소에서 통상적으로 발견되는 아미노산인 유리 아스파라긴과 유리 환원당 사이의 반응은 튀긴 식 제품에서 발견되는 대부분의 아크릴아마이드의 원인이 된다. 아스파라긴은 생 감자에서 발견되는 총 유리 아미노산의 약 40%, 고 단백질 호밀에서 발견되는 총 유리 아미노산의 약 18%, 밀에서 발견되는 총 유리 아미노산의 약 14%를 차지한다.
아스파라긴이 아닌 아미노산으로부터 아크릴아마이드의 형성이 가능하지만, 아직 확실한 정도로 확인되지는 않았다. 예를 들어, 어느 정도의 아크릴아마이드 형성은 글루타민, 메티오닌, 시스테인, 및 아스파르트산을 전구물질로 시험하여 보고되어 왔다. 그러나 이러한 결과는 저장 아미노산내에 잠재적인 아스파라긴 불순물 때문에 확인하는 것이 어렵다. 그럼에도 불구하고, 아스파라긴은 아크릴아마이드의 형성에 가장 큰 원인이 되는 아미노산 전구물질로 확인되어 왔다.
식품에서의 아크릴아마이드는 최근에 나타난 현상이기 때문에, 이의 정확한 형성 기전은 아직 확인되지 않고 있다. 하지만, 현재 아크릴아마이드 형성에 관한 가장 적당한 경로는 메일라드 반응(Maillard reaction)을 포함하는 것으로 생각된다. 메일라드 반응은 식품 가공에서 가장 중요한 화학 반응 중의 하나로서 식품 화학에서 오랫동안 알려져 왔으며, 식품의 향, 색, 및 영양적 수치에 영향을 미칠 수 있다. 메일라드 반응은 열, 수분, 환원당, 및 아미노산을 필요로 한다.
메일라드 반응은 수많은 중간체와의 일련의 복잡한 반응을 포함하지만, 세 단계를 포함하는 것으로 일반적으로 설명될 수 있다. 메일라드 반응의 제 1단계는 (유리 아미노산 및/또는 단백질로부터) 유리 아미노기가 (글루코오스와 같은) 환원당과 조합하여 아마도리 또는 헤인즈 재배열 산물(Amadori or Heyns rearrangement products)을 형성하는 것을 포함한다. 제 2단계는 데옥시오존(deoxyosones), 핵분열(fission), 또는 스트렉커 분해(Strecker degradation)를 포함하는 상이한 다른 경로를 통한 아마도리 또는 헤인즈 재배열 산물의 분해를 포함한다. 복잡한 일련의 반응-탈수, 제거, 고리화, 핵분열, 및 조각내기-은 향료 매개물 및 향료 화합물의 풀을 생성한다. 메일라드 반응의 제 3단계는 갈색의 질소 폴리머 및 코-폴리머의 형성에 의하여 특징지워진다. 아크릴아마이드의 형성에 관한 적당한 경로로서 메일라드 반응을 사용하여, 도 1은 아스파라긴과 글루코오스로 출발하는 아크릴아마이드의 형성에 관해 예상되는 경로를 간이화 한 것을 나타낸다.
아크릴아마이드는 사람에게 해로운 것으로 알려져 왔지만, 식 제품에서의 존재, 특히 상승된 수준의 존재는 바람직하지 않다. 이미 지적한 바와 같이, 상대적으로 보다 높은 농도의 아크릴아마이드가 가열되거나 열처리된 식 제품에서 발견된다. 식 제품에서의 아크릴아마이드의 반응은 아크릴아마이드를 형성하는 전구물질 화합물을 감소 또는 제거하거나, 식품을 처리하는 동안 아크릴아마이드의 형성을 저해하거나, 식품에서 형성된 아크릴아마이드 모노머를 분해 또는 반응시키거나, 또는 소비하기 이전에 산물로부터 아크릴아마이드를 제거함으로써 달성될 수 있었다. 당연하게도, 각각의 식 제품은 상기 선택 중 하나를 달성하기 위하여 독특한 시도를 한다. 예를 들어, 일관적인 조각으로 얇게 썰어지고 조리된 식품은 조리시에 세포 구조를 물리적으로 파괴하지 않고 식품의 독특한 특성을 식 제품에 제공하는 다양한 첨가물들과 용이하게 혼합되지 않을 수도 있다. 또한 특정 식 제품을 위한 다른 가공의 요구는 아크릴아마이드 감소 방법을 함께 사용할 수 없게 만들거나 극히 사용하기 어렵게 만들 수도 있다.
최종 제품에서 아크릴아마이드 수준을 감소시키기 위하여 독특한 시도를 하는 가열된 식 제품의 실시예에 의하여, 스낵 또한 도우로부터 제조될 수도 있다. "가공된 스낵"이라는 용어는 최초의 변화되지 않은 전분 출발 재료가 아닌 어떤 출발 재료로 사용하는 스낵 식품을 의미한다. 예를 들어, 가공된 스낵은 출발 재료로 탈수된 감자 제품을 사용하는 가공된 감자 칩과 출발 재료로 마사 가루(masa flour)를 사용하는 가공된 옥수수 칩을 포함한다. 여기서 탈수된 감자 제품은 감자 가루, 감자 플레이크, 감자 입자, 또는 탈수된 감자가 존재하는 그밖의 다른 형태일 수 있음을 알아둔다. 이러한 용어가 본 출원에서 사용될 때, 모든 이러한 다른 형태가 포함되는 것임을 이해한다. 가공된 감자 칩은 물 및 다른 미량의 재료와 혼합되어 도우를 형성하는 예를 들어, 감자 플레이크로 출발한다. 이러한 도우를 이후 얇게 펴고, 조리 단계로 보내기 전에 절단한다. 조리 단계는 튀기는 단계 또는 굽는 단계를 포함할 수도 있다. 이후 칩을 조미 단계 및 포장 단계로 보낸다. 일반적으로 감자 도우의 혼합은 그 자체로 다른 재료의 용이한 첨가에 알맞게 된다. 반대로, 감자 슬라이스와 같은 미가공의 식 제품에 이러한 재료를 첨가하는 것은 제품의 세포 구조안으로 재료의 침투를 가능하게 하는 것으로 밝혀진 기전을 필요로 한다. 그러나 혼합 단계에서 재료의 첨가는 재료가 향, 촉감, 및 색과 같은 최종 칩 특성 뿐만 아니라 도우의 얇게 펴는 특성에 불리하게 영향을 미칠 수도 있음을 고려해야만 한다.
가열된 또는 열처리된 식품의 최종 제품에서 아크릴아마이드의 수준을 감소시키는 하나 이상의 방법을 개발하는 것이 바람직 할 것이다. 이상적으로는, 이러한 처리는 최종 제품의 품질 및 특성에 불리하게 영향을 미치지 않고 최종 제품에서 아크릴아마이드를 상당히 감소 또는 제거하여야 한다. 또한 이 방법은 실시하기 용이하여야 하고, 바람직하게는 전체 가공에 비용을 거의 또는 전혀 추가하지 않아야 한다.
도면의 간단한 설명
본원 발명의 특성이라 생각되는 신규한 특징들은 첨부된 청구항에서 설명된다. 그러나 바람직한 사용 방법 뿐만 아니라 본원 발명 자체, 또한 이들의 목적 및 이점은, 첨부한 다음의 도면과 함께 읽을 때 수반되는 설명적 실시예의 상세한 설명을 참고하면 더 잘 이해할 수 있을 것이다:
도 1은 식품에서 아크릴아마이드 형성에 관한 예상되는 화학적 경로의 도식이며; 및
도 2는 본원 발명의 실시예에 의하여 감자 플레이크, 입자, 또는 가루로부터 가공된 감자 칩을 제조하는 방법의 도식이다.
발명의 요약
본원 발명 가공에서, 2가 또는 3가 양이온 또는 이러한 양이온들의 조합은 아크릴아마이드 형성을 감소시키기 위하여 조리단계에 앞서 가공된 식품에 첨가된다. 2가 또는 3가 양이온은 양이온이 식 제품 전체에 걸쳐 존재하도록 하기 위하여 제분, 건식 혼합, 습식 혼합, 또는 다른 혼합을 하는 동안에 첨가될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 첨가된 양이온은 칼슘, 마그네슘, 및 알루미늄 염의 그룹으로부터, 보다 덜 바람직하게는, 철, 아연, 및 구리 염의 그룹으로부터 선택될 수 있다. 양이온은 최종 제품에서 아크릴아마이드 형성을 원하는 수준으로 감소시키기에 충분한 양으로 도우에 첨가된다.
2가 또는 3가 양이온의 첨가는 최종 제품의 품질 및 특성에는 최소한으로 영향을 미치는 반면, 가열된 또는 열처리된 식품의 최종 제품에서 발견되는 아크릴아마이드의 양을 효과적으로 감소시킨다. 또한 이러한 아크릴아마이드 감소 방법은 일반적으로 실시하기 용이하며, 전체 가공에 거의 또는 전혀 비용을 추가하지 않는다.
상세한 설명
열처리된 식품에서 아크릴아마이드의 형성은 탄소 공급원과 질소 공급원을 필요로 한다. 탄소는 탄수화물 공급원에 의하여 제공되고, 질소는 단백질 공급원 또는 아미노산 공급원에 의하여 제공되는 것으로 가정한다. 쌀, 밀 옥수수, 보리 콩, 감자, 귀리와 같은 많은 식물-유래된 식품 재료는 아스파라긴을 함유하며, 주로 미량의 아미노산 성분을 보유하는 탄수화물이다. 전형적으로, 이러한 식품 재료는 작은 아미노산 풀을 보유하는데, 이는 아스파라긴 이외에도 다른 아미노산을 함유한다.
"열처리된"은 식품 재료의 혼합물과 같은 식품의 성분이 80℃ 이상의 온도에서 가열된 식품 또는 식품 재료를 의미한다. 바람직하게는 식품 또는 식품 재료의 열처리는 약 100℃와 205℃ 사이의 온도에서 일어난다. 식품 재료는 최종 식 제품의 제조에 앞서 상승된 온도에서 개별적으로 처리될 수도 있다. 열처리된 식품 재료의 예는 감자 플레이크인데, 이는 감자를 170℃ 정도의 높은 온도로 감자를 노출시키는 처리에서 생감자로부터 생성된다. ("감자 플레이크", "감자 입자", 및 "감자 가루"라는 용어는 여기서 호환적으로 사용되며, 감자 기초된 탈수 제품을 지시하는 것을 의미한다.) 다른 열처리된 식품 재료의 예는 가공된 귀리, 반숙된 쌀과 건조된 쌀, 조리된 콩 제품, 옥수수 마사, 구운 커피 빈, 구운 카카오 빈 등이다. 다른 방법으로, 미가공 식품 재료는 최종 식 제품의 제조에 사용될 수 있는데, 여기서 최종 식 제품의 제조는 열적 가열 단계를 포함한다. 최종 식 제품이 열적 가열 단계로부터 제조되는 미가공 재료 처리의 하나의 예는 약 100℃ 내지 약 205℃의 온도에서 튀기는 단계에 의한 생감자 슬라이스로부터의 감자 칩 제조 또는 유사한 온도에서 튀긴 프렌치-프라이의 제조이다.
그러나 본원 발명에 의하면, 아크릴아마이드의 상당한 형성은 아미노산 아스파라긴이 환원당의 존재하에서 가열될 때 일어나는 것으로 밝혀졌다. 글루코오스와 같은 환원당의 존재하에서 리신 및 알라닌과 같은 다른 아미노산의 가열은 아크릴아마이드의 형성을 유발하지 않는다. 놀랍게도 아스파라긴-당 혼합물에 다른 아미노산의 첨가는 형성된 아크릴아마이드의 양을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
아스파라긴이 환원당의 존재하에서 가열될 때 아크릴아마이드의 급속한 형성이 확립되었기 때문에, 아스파라긴을 불활성화시킴으로써 열처리된 식품에서 아크릴아마이드를 감소시킬 수 있다. "불활성화"는 식품으로부터 아스파라긴을 제거하거나 아크릴아마이드 형성 경로를 따라 변환에 의하여 아스파라긴을 비-반응성이 되게 만드는 것 또는 아스파라긴으로부터 아크릴아마이드의 형성을 방해하는 또다른 화학물질에 결합시키는 것을 의미한다.
본원 발명에서, 이는 스낵 식품의 조리 또는 열처리 이전에 스낵에 관한 조성에 2가 또는 3가 양이온의 첨가에 의하여 달성된다. 화학자들은 양이온이 유리되어 존재하지 않지만 동일한 원자가를 가지는 음이온의 존재하에서 발견되는 것을 알고 있을 것이다. 비록 여기서는 2가 또는 3가 양이온을 함유하는 염에 대하여 언급한다 하더라도, 물에서 아스파라긴의 용해도를 감소시킴으로써 아크릴아마이드 형성의 감소를 제공하는 것으로 생각되는 것은 염에 존재하는 양이온이다. 여기서는 이러한 양이온은 또한 2 이상의 원자가를 가지는 양이온을 의미한다. 흥미롭게도, 1가의 양이온은 본원 발명과 함께 사용함에 있어 효과적이지 않다. 음이온과 함께 조합된 2 이상의 원자가를 가지는 양이온을 함유하는 적절한 화합물을 선택하는데 있어서, 적절한 인자는 특정 식품의 특성에 대한 용해도, 식품 안전도, 및 가장 적은 변화이다. 비록 염이 여기에서 개별적인 염으로만 논의된다 하더라도 다양한 염의 조합이 사용될 수 있다.
화학자들은 다른 원소와 결합하는 원자의 능력을 측정함으로써 원자의 원자가를 말한다. 특히, 2가 원자는 다른 원자와 2개의 이온 결합을 형성하는 능력을 가지며, 3가 원자는 다른 원자와 3개의 이온 결합을 형성하는 능력을 가질 수 있다. 양이온은 양전하 이온, 즉, 하나 또는 그 이상의 전자를 잃고 양전하를 제공하는 원자이다. 이후 2가 또는 3가 양이온은 각각 2개 또는 3개의 이온 결합을 위한 유용성을 가지는 양전하 이온이다.
아크릴아마이드 형성에 대한 2가 또는 3가 양이온의 영향을 실험하기 위하여 간단한 모델 시스템을 사용할 수 있다. 1:1 몰 비율로 아스파라긴 및 글루코오스를 가열하는 것은 아크릴아마이드를 생성할 수 있다. 첨가된 염을 가지는 아크릴아마이드 함량과 첨가된 염을 가지지 않은 아크릴아마이드 함량의 정량적 비교는 아크릴아마이드 형성을 촉진 또는 저해시키는 염의 능력을 측정한다. 두 가지 샘플 제조 및 가열 방법이 사용된다. 한 가지 방법은 건조 성분을 혼합하는 단계, 동일한 양의 물을 첨가하는 단계, 및 헐겁게 뚜껑 덮은 바이알에서 가열하는 단계를 포함한다.
반응물은 가열하는 동안 대부분의 물이 조리 상태를 중복하면서 빠져나감에 따라 농축된다. 아크릴아마이드의 회수를 복잡하게 하는 진한 시럽(syrup) 또는 타르(tar)가 제조될 수 있다. 이러한 실험이 아래 실시예 1 및 2에 나타나 있다.
압력 용기를 사용하는 두 번째 방법은 더욱 제어된 실험을 가능하게 하였다. 실험 성분의 용액을 조합하고 압력하에서 가열하였다. 실험 성분은 식품에서 발견되는 농도(concentration)에 첨가될 수 있으며, 완충 용액은 통상적인 식품의 pH를 똑같게 할 수 있다. 이러한 실험에서는, 아래 실시예 3에서 보는 바와 같이 아크릴아마이드의 회수를 단순화시키기 위하여 어떠한 물도 빠져나가지 않는다.
실시예 1
L-아스파라긴 모노하이드레이트(0.15 g, 1 mmole), 글루코오스(0.2 g, 1 mmole) 및 물(0.4 mL)를 함유하는 20 mL(밀리리터)의 유리 바이알을 알루미늄 호일로 씌우고, 40℃에서 220℃까지 20°/분의 속도로 가열하도록 프로그램된 기체 크로마토그래피(GC) 오븐에서 가열하였으며, 220℃에서 2분 동안 유지시키고, 220℃에서 40℃ 까지 20°/분의 속도로 냉각시켰다. 잔류물을 물로 여과시키고, 기체 크로마토그래피-질량 분광계(GC-MS)를 사용하여 아크릴아마이드를 분석하였다. 분석 결과 약 10,000 ppb(부분/10억)의 아크릴아마이드가 검출되었다. L-아스파라긴 모노하이드레이트(0.13 g, 1 mmole), 글루코오스(0.2 g, 1 mmole), 무수 염화 칼슘(0.1 g, 1 mmole) 및 물(0.4 mL)을 함유하는 두 개의 추가 바이알을 가열하고 분석하였다. 분석 결과 99% 이상이 감소된 7 및 30 ppb의 아크릴아마이드를 발견하였다.
칼슘 염이 아크릴아마이드 형성을 크게 감소시켰다는 놀라운 결과가 주어졌기 때문에, 염의 차폐는 또한 2가 및 3가 양이온(마그네슘, 알루미늄)이 유사한 효과를 생성하는 것을 입증하였다. 아래 표 1에서 보는 바와 같이, 1가 양이온, 즉, 0.1/0.2 g 중탄산 나트륨 및 탄산 암모늄(암모늄 카바메이트 및 중탄산 암모늄으로서)으로 한 유사한 실험은 아크릴아마이드 형성을 증가시켰음을 나타낸다.
염 마이크로 몰 염 가열후 마이크로몰 아크릴아마이드, ppb
없음(대조군) 0 9857
중탄산 나트륨 1200 13419
탄산 암모늄 1250 22027
탄산 암모늄 2500 47897
실시예 2
두 번째 실험에서는 상기 기술된 실험과 유사한 실험을 하였으나, 무수 염화 칼슘을 사용하는 대신에 염화 칼슘 및 염화 마그네슘 각각의 두 가지 상이한 희석물을 사용하였다. L-아스파라긴 모노하이드레이트(0.15 g, 1 mmole) 및 글루코오스(0.2 g, 1 mmole)을 함유하는 바이알을 다음 중 하나와 혼합하였다:
0.5 mL 물 (대조군),
0.5 mL 10% 염화 칼슘 용액 (0.5 mmole),
0.05 mL 10% 염화 칼슘 용액 (0.05 mmole)과 0.45 mL 물,
0.5 mL 10% 염화 마그네슘 용액 (0.5 mmole), 또는
0.05 mL 10% 염화 마그네슘 용액 (0.05 mmole)과 0.45 mL 물.
동일한 샘플을 가열하고 실시예 1에서 기술된 바와 같이 분석하였다. 결과를 평균내어 아래 표 2에 요약하였다:
염 ID 첨가된 양 (마이크로몰) 형성된 아크릴아마이드 (마이크로몰) 아크릴아마이드 감소
없음(대조군) 0 408 0
염화 칼슘 450 293 27%
염화 칼슘 45 864 없음
염화 마그네슘 495 191 53%
염화 마그네슘 50 2225 없음
실시예 3
상기 언급된 바와 같이, 본 실험은 용기로부터의 물의 손실을 포함하지 않았으며, 압력하에서 실험되었다. 2 mL의 완충 모액(15 mM 아스파라긴, 15 mM 글루코오스, 500 mM 인산 또는 아세테이트)과 0.1 mL의 염 용액(1000 mM)을 함유하는 바이알을 20°/분의 속도로 40에서 150℃로 가열하도록 프로그램된 GC 오븐에 배치된 파르 봄베(Parr bomb) 열량계에서 가열하고, 150℃에서 2분 동안 유지시켰다. 봄베 열량계를 오븐에서 제거하고 10분동안 냉각시켰다. 내용물을 물로 여과시키고, GC-MS법에 따라 아크릴아마이드를 분석하였다. pH와 완충 용액의 각각의 조합에 대하여, 첨가된 염이 없이 대조군을 실험하고, 세 가지 상이한 염을 가지고 또한 실험하였다. 반복 테스트 결과를 평균내어 아래의 표 3에 요약하였다:
염 pH 완충용액 염 첨가된 아크릴아마이드 (Mcg) 대조군의 아크릴아마이드 (Mcg) 아크릴아마이드 감소
염화 칼슘 5.5 아세테이트 337 550 19%
염화 칼슘 7.0 아세테이트 990 1205 18%
염화 칼슘 5.5 인산 154 300 49%
염화 칼슘 7.0 인산 762 855 11%
염화 마그네슘 5.5 아세테이트 380 550 16%
염화 마그네슘 7.0 아세테이트 830 1205 31%
염화 마그네슘 5.5 인산 198 300 34%
염화 마그네슘 7.0 인산 773 855 10%
황산 알루미늄칼륨 5.5 아세테이트 205 550 31%
황산 알루미늄칼륨 7.0 아세테이트 453 1205 62%
황산 알루미늄칼륨 5.5 인산 64 300 79%
황산 알루미늄칼륨 7.0 인산 787 855 8%
사용된 세 가지 염 중에서, 가장 큰 감소는 pH 7의 아세테이트와 pH 5.5의 인산에서 일어났다. pH 5.5의 아세테이트와 pH 7의 인산에서는 적은 감소만이 관찰되었다.
실시예 4
모델 시스템 결과에 따라, 작은-규모의 실험실 실험은 가열 전 염화 칼슘을 감자 플레이크에 첨가하여 실험하였다. 0.4%, 2%, 또는 10%의 염화 칼슘 용액 3 ml를 3g의 감자 플레이크에 첨가하였다. 대조군은 3g의 감자 플레이크를 3 ml의 탈-이온화된 물과 혼합하였다. 플레이크를 혼합하여 상대적으로 균일한 페이스트를 형성하고, 이후 120℃의 밀폐시킨 유리 바이알에서 40분 동안 가열하였다. 가열 후 아크릴아마이드를 GC-MS로 측정하였다. 가열 전에, 대조군 감자 플레이크는 46 ppb의 아크릴아마이드를 함유하였다. 실험 결과는 아래 표 4에 나타나 있다.
혼합물 ID 아크릴아마이드, ppb 아크릴아마이드 감소
대조군(물) 2604 없음
CaCl2 0.4% 용액 1877 28%
CaCl2 2% 용액 338 76%
CaCl2 10% 용액 86 97%
상기 주어진 결과, 가공된 스낵 식품, 이 경우에는 구운 가공된 감자 칩을 위한 조성에 칼슘 염을 첨가하여 실험을 수행하였다. 구운 가공된 감자 칩을 제조하는 공정은 도 3에 도시된 단계로 구성된다. 도우 준비 단계(31)은 감자 플레이크를 물, 양이온/음이온 쌍 (본 경우에는 염화 칼슘) 및 다른 미량의 재료와 조합하는데, 이들은 도우를 형성하기 위하여 완전히 혼합된다. (또한 여기서는 "감자 플레이크" 라는 용어는 입자 크기에 관계없이 모든 건조시킨 감자 플레이크, 입자, 또는 분말 제형을 포함하는 것으로 한다.) 얇게 펴고/절단하는 단계(32)에서, 도우를 평평하게 만드는 쉬터에 도우를 통과시키고, 이후 별개의 조각으로 절단한다. 조리 단계(33)에서, 형성된 조각들을 조건된 색 및 물 함량으로 조리한다. 이후 생성된 칩을 조미 단계(34)에서 조미하고, 포장 단계(35)에서 포장한다.
본원 발명의 첫번째 실시예는 상기 기술된 구운 가공된 감자 칩 처리를 사용하여 설명된다. 이러한 실시예를 설명하기 위하여, 대조군 배취와 상업적인 구운 가공된 감자 칩 도우 조성 및 처리를 사용하는 실험 배취를 비교 하였다. 실험 배취 및 대조군 배취 모두를 표 5에 열거된 조성에 따라 제조하였다. 배취간 차이점은 실험 배취가 염화 칼슘을 함유하였다는 것 하나 뿐이었다.
재료 대조군 CaCl 2 실험
감자 플레이크 및 변형된 전분 5496g 5496g
당 300g 300g
오일 90g 90g
팽창제 54g 54g
유화제 60g 60g
염화 칼슘(물에 용해됨) 0g 39g
총 건식 혼합물 6000g 6039g
물 3947㎖ 3947㎖
모든 배취에서, 먼저 건조 재료를 함께 혼합하고, 이후 각각의 건조 혼합물에 오일을 첨가하여 혼합하였다. 도우에 첨가하기에 앞서, 염화 칼슘을 물에 용해시켰다. 얇게 펴기에 앞서 도우의 수분 수준은 40 중량% 내지 45 중량% 였다. 도우를 얇게 펴서 0.020 내지 0.030 인치의 두께를 제조하고, 칩-크기의 조각으로 절단하고 구웠다.
조리 후, 수분, 오일 및 헌터 L-a-b 스케일(Hunter L-a-b scale)에 따른 색에 관하여 실험하였다. 샘플은 최종 제품의 아크릴아마이드 수준을 얻기 위하여 실험되었다. 아래의 표 6은 이러한 분석 결과를 보여준다.
대조군 CaCl 2 실험
H 2 O, % 2.21 2.58
오일, % 1.99 2.08
아크릴아마이드, ppb 1030 160
색 L 72.34 76.67
A 1.99 0.67
B 20.31 24.21
이러한 결과가 보여주는 바와 같이, 염화 칼슘 : 감자 플레이크의 중량 비율이 약 1:125가 되도록 도우에 염화 칼슘을 첨가하는 것은 최종 제품에 존재하는 아크릴아마이드의 수준을 1030 ppb에서 160 ppb로 현저히 낮춘다. 또한 최종 제품에서의 오일 및 물의 백분율은 염화 칼슘의 첨가에 의하여 영향을 받은 것으로 나타나지 않는다. 그러나 CaCl2는 사용되는 양에 따라 제품의 맛, 촉감, 및 색의 변화를 유발시킬 수 있음을 알아두어야 한다.
아크릴아마이드의 감소를 위하여 식품에 첨가되는 2가 또는 3가 양이온의 수준은 수많은 방식으로 표현될 수 있다. 상업적으로 수용하능하게 하기 위하여, 첨가되는 양이온의 양은 최종 아크릴아마이드 생성 수준을 20% 이상 만큼 감소시키기에 충분하여야 한다. 보다 바람직하게는, 아크릴아마이드 생성 수준은 35-95% 범위의 양만큼 감소되어야 한다. 또한 보다 바람직하게는, 아크릴아마이드 생성 수준은 50-95% 범위의 양만큼 감소되어야 한다. 이를 상이한 방식으로 표현하기 위하여, 첨가되는 2가 또는 3가 양이온의 양은 식 제품에 존재하는 유리 아스파라긴의 몰에 대한 양이온의 몰 간의 비율로 주어질 수 있다. 유리 아스파라긴의 몰에 대한 2가 또는 3가 양이온의 몰 비율은 1:5 이상, 보다 바람직하게는 1:3 이상, 또한 보다 바람직하게는 1:2 이상이어야 한다. 현재 바람직한 실시예에서, 아스파라긴의 몰에 대한 양이온의 몰 비율은 약 1:2 내지 1:1 이다. 칼슘보다 제품의 맛에 보다 적은 영향을 미치는 마그네슘의 경우에는, 아스파라긴에 대한 양이온의 몰 비율은 약 2:1 만큼 높을 수 있다.
첨가된 상이한 수준의 환원당 및 다양한 양의 염화 칼슘을 함유하는 서로 다른 감자 플레이크 무더기(lot)를 가지고 상기 기술된 동일한 처리를 사용하여 추가적인 실험을 하였다. 아래 표 7에서, 상기한 실험이었던 감자 플레이크 무더기 1은 0.81%의 환원당을 가졌으며, 무더기 2는 1.0%, 무더기 3은 1.8%의 환원당을 가졌다.
첨가된 CaCl2 플레이크무더기 최종 수분중량% 최종 색 L 수치 최종 아크릴아마이드ppb
0g 1 2.21 72.34 1030
39g 1 2.58 76.67 160
0g 2 1.80 73.35 464
0g 2 1.61 72.12 1060
17.5g 2 1.82 74.63 350
39g 2 2.05 76.95 80
39g 2 1.98 75.86 192
0g 3 1.99 71.37 1020
0g 3 1.71 72.68 599
0g 3 1.69 71.26 1640
0g 3 1.63 74.44 1880
39g 3 1.89 76.59 148
39g 3 1.82 75.14 275
이 표에서 보는 바와 같이, CaCl2의 첨가는 감자 플레이크에 대한 첨가된 CaCl2의 중량 비율이 1:250 보다 낮을 때 조차도, 최종 제품에서 아크릴아마이드의 수준을 일관적으로 감소시킨다.
추가 재료(들)의 부대적인 영향에 관하여 조절이 이루어지는 한, 2가 또는 3가 양이온을 형성하는 어떠한 개수의 염(또는 2 이상의 원자가를 가진 양이온을 제조하는 상기 다른 방법)이라도 여기 개시된 발명과 함께 사용될 수 있다. 아크릴아마이드 수준을 저하시키는 효과는 양이온과 짝되는 음이온으로부터 라기 보다는 2가 또는 3가 양이온으로부터 비롯되는 것으로 보인다. 양이온/음이온 쌍에 대한 제한은 원자가가 아니라 맛, 향, 외관, 및 촉감에 대한 안전도, 용해도, 및 다른 영향과 같은 식품에서의 양이온/음이온 쌍의 수용가능성과 관련된다. 제시된 양이온은 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 철, 구리, 및 아연을 포함한다. 이러한 양이온이 적절한 염은 염화 칼슘, 칼슘 시트레이트, 칼슘 락테이트, 칼슘 말레이트, 칼슘 글루코네이트, 칼슘 인산, 칼슘 아세테이트, 칼슘 나트륨 EDTA, 칼슘 글리세로인산, 수산화 칼슘, 칼슘 락토비오네이트, 산화 칼슘, 칼슘 프로피오네이트, 탄산 칼슘, 칼슘 스테아로일 락테이트, 염화 마그네슘, 마그네슘 시트레이트, 마그네슘 락테이트, 마그네슘 말레이트, 마그네슘 글루코네이트, 인산 마그네슘, 수산화 마그네슘, 탄산 마그네슘, 황산 마그네슘, 알루미늄 클로라이드 헥사하이드레이트, 염화 알루미늄, 수산화 알루미늄, 암모늄 백반, 칼륨 백반, 나트륨 백반, 황산 알루미늄, 페릭 클로라이드(ferric chloride), 페로스 글루코네이트(ferrous gluconate), 페릭 암모늄 시트레이트, 페릭 파이로인산, 페로스 퓨마레이트, 페로스 락테이트, 페로스 설페이트, 큐프릭 클로라이드, 큐프릭 글루코네이트, 큐프릭 설페이트, 아연 글루코네이트, 산화 아연, 및 황산 아연을 포함한다. 비록 하나 이상의 적절한 양이온의 염의 조합에 의하여 요구 조건이 가장 잘 충족될 수 있다고 생각되지만, 본원 발명의 현재 바람직한 실시예는 염화 칼슘을 사용한다. 칼슘 염, 및 특히 염화 칼슘과 같은 수많은 염은 상대적으로 값이 싸고, 통상적으로 식품으로서 사용된다. 염화 칼슘은 칼슘 시트레이트와 조합하여 사용함으로써 CaCl2의 맛에 대한 부대적인 영향을 감소시킬 수 있다. 또한 어떠한 개수의 칼슘 염도 하나 이상의 마그네슘 염과 조합하여 사용될 수 있다. 당해 기술 분야의 당업자는 필요한 염의 구체적인 조성은 원하는 최종 제품 특성 및 문제의 식 제품에 따라 조절될 수 있음을 이해할 것이다.
색, 맛, 및 경도에서의 변화와 같은 최종 제품의 특성 변화는 다양한 수단에 의하여 조절될 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 감자 칩의 색 특성은 출발 제품에서 당의 양을 제어함으로써 조절될 수 있다. 몇가지 향 특성은 최종 제품에 다양한 향료를 첨가함으로써 변화될 수 있다. 제품의 물리적인 촉감은 예를 들어, 팽창제 또는 다양한 유화제의 첨가에 의하여 조절될 수 있다.
본원 발명을 특히 하나 이상의 실시예와 관련하여 나타내고 설명하였지만, 당해 기술 분야의 당업자들은 열처리된 식품에서 아크릴아마이드를 감소시키기 위한 다양한 다른 접근이 본원 발명의 기술적 사상과 범주를 벗어나지 않고 이루어 질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 감자 제품에 관한 가공이 개시되었지만, 가공은 옥수수, 보리, 밀, 호밀, 쌀, 귀리, 기장, 및 다른 전분-기초된 곡물로 제조된 식 제품의 처리에도 사용될 수 있다. 가공된 감자 칩 이외에도, 본원 발명은 옥수수 칩 및 씨리얼, 쿠키, 크래커, 단단한 프레첼, 빵 및 롤 뿐만 아니라 다른 타입의 스낵 칩, 빵가루를 묻힌 고기를 만들기 위한 빵가루 및 아스파라긴 및 환원당을 함유하는 다른 식품을 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 식품들 각각에서, 아크릴아마이드의 수준을 감소시키기 위하여, 조리단계 동안 양이온을 입수가능하게 하는 제품을 제조하는데 사용되는 도우를 혼합하는 동안 양이온이 첨가될 수 있다. 또한 개별적인 식품의 맛, 색, 향, 또는 다른 특성에 불리하게 영향을 미치지 않는 만족스러운 아크릴아마이드 수준을 생성하기 위하여, 2가 또는 3가 양이온의 첨가는 아크릴아마이드의 감소를 위한 다른 방법과 조합될 수 있다.

Claims (31)

  1. 다음의 단계들을 포함하며, 전분-기초된 물질을 포함하는 도우로부터 제조된 열처리된 식품에서 아크릴아마이드의 수준을 감소시키는 방법:
    a) 2 이상의 원자가를 가지는 양이온을 열처리된 식품을 위한 전분-기초된 도우에 첨가하는 단계; 및
    b) 상기 전분-기초된 식품을 열처리하는 단계;
    여기서 상기 양이온은 상기 열처리된 식품에서 아크릴아마이드의 최종 수준을 만족스러운 수준(acceptable level)으로 감소시키기에 충분한 양으로 첨가됨.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 첨가 단계 a)는 상기 양이온을 상기 열처리된 식품에서 상기 아크릴아마이드의 최종 수준을 20% 이상 만큼 감소시키기에 충분한 양으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 첨가 단계 a)는 상기 양이온을 상기 열처리된 식품에서 상기 아크릴아마이드의 최종 수준을 35% 이상 만큼 감소시키기에 충분한 양으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 첨가 단계 a)는 상기 양이온을 상기 열처리된 식품에서 상기 아크릴아마이드의 최종 수준을 50% 이상 만큼 감소시키기에 충분한 양으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 첨가 단계 a)는 상기 양이온을 상기 열처리된 식품에서 상기 아크릴아마이드의 최종 수준을 50 내지 95%의 범위 만큼 감소시키기에 충분한 양으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 첨가 단계 a)는 상기 양이온을 1:5 이상의 유리 아스파라긴에 대한 양이온의 몰 비율을 제조하기에 충분한 양으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 첨가 단계 a)는 상기 양이온을 1:3 이상의 유리 아스파라긴에 대한 양이온의 몰 비율을 제조하기에 충분한 양으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 첨가 단계 a)는 상기 양이온을 1:2 의 유리 아스파라긴에 대한 양이온의 몰 비율을 제조하기에 충분한 양으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 첨가 단계 a)는 상기 양이온을 1:1 의 유리 아스파라긴에 대한 양이온의 몰 비율을 제조하기에 충분한 양으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 첨가 단계 a)는 염화 칼슘, 칼슘 락테이트, 칼슘 시트레이트, 칼슘 말레이트, 칼슘 글루코네이트, 인산 칼슘, 칼슘 아세테이트, 칼슘 나트륨 EDTA, 칼슘 글리세로인산, 수산화 칼슘, 칼슘 락토비오네이트, 산화 칼슘, 칼슘 프로피오네이트, 탄산 칼슘, 및 칼슘 스테아릴 락테이트의 그룹에서 선택된 염의 일부인 칼슘 이온을 상기 전분-기초된 도우에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 첨가 단계 a)는 염화 마그네슘, 마그네슘 시트레이트, 마그네슘 락테이트, 마그네슘 말테이트, 마그네슘 글루코네이트, 인산 마그네슘, 수산화 마그네슘, 탄산 마그네슘, 및 황산 마그네슘의 그룹에서 선택된 염의 일부인 마그네슘 이온을 상기 전분-기초된 도우에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 첨가 단계 a)는 알루미늄 클로라이드 헥사하이드레이트, 염화 알루미늄, 수산화 알루미늄, 암모늄 백반, 칼륨 백반, 나트륨 백반, 및 황산 알루미늄의 그룹에서 선택된 염의 일부인 알루미늄 이온을 상기 전분-기초된 도우에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 첨가 단계 a)는 페릭 클로라이드(ferric chloride), 페로스 글루코네이트(ferrous gluconate), 페릭 암모늄 시트레이트(ferric ammonium citrate), 페릭 파이로인산(ferric pyrophosphate), 페로스 퓨마레이트(ferrous fumarate), 페로스 락테이트(ferrous lactate), 및 페로스 설페이트(ferrous sulfate)의 그룹에서 선택된 철 염을 상기 식품 혼합물에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 첨가 단계 a)는 큐프릭 클로라이드(cupric chloride), 큐프릭 글루코네이트(cupric gluconate), 큐프릭 설페이트(cupric sulfate)의 그룹에서 선택된 염의 일부인 구리 이온을 상기 전분-기초된 도우에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 열처리 단계 b)는 상기 전분-기초된 도우를 튀기는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 열처리 단계 b)는 상기 전분-기초된 도우를 굽는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 전분-기초된 도우는 감자, 옥수수, 보리, 밀, 호밀, 쌀, 귀리, 및 기장으로 구성된 그룹에서 선택된 전분 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 열처리된 식품은 가공된 감자 칩인 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 열처리된 식품은 가공된 옥수수 칩인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 1항에 있어서, 상기 열처리된 식품은 아침식사용 씨리얼인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 열처리된 식품은 크래커인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 열처리된 식품은 쿠키인 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 1항에 있어서, 상기 열처리된 식품은 단단한 프레첼인 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 1항에 있어서, 상기 열처리된 식품은 빵 제품인 것을 특징으로 하는 방법..
  25. 제 1항에 있어서, 상기 열처리된 식품은 고기 제품을 위한 빵가루(breading for a meat product)인 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 1항의 방법에 의하여 제조된 열처리된 식품.
  27. 다음의 단계들을 포함하는, 가공된 감자 칩 제조 방법:
    a) 2 이상의 원자가를 가지는 양이온을 산출하는 재료, 물, 및 감자 플레이크를 포함하는 혼합물을 준비하는 단계, 상기 재료는 칼슘 염, 마그네슘 염, 알루미늄 염, 철 염, 및 구리 염으로 구성되는 염의 그룹에서 선택됨;
    b) 상기 혼합물을 얇게 펴고(sheeting) 절단하여(cutting) 절단 조각을 형성하는 단계; 및
    c) 상기 절단 조각을 열처리하는 단계, 여기서 상기 재료는 상기 가공된 감자 칩에서 아크릴아마이드의 형성을 감소시킴.
  28. 제 27항에 있어서, 상기 열처리 단계 c)는 굽는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 27항에 있어서, 상기 열처리 단계 c)는 튀기는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 27항에 있어서, 상기 가공된 감자 칩에서 아크릴아마이드의 형성은 상기 양이온이 없는 제품 전체에 걸쳐 50% 이상 만큼 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 27항의 방법에 의하여 제조된 가공된 감자 칩.
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