KR20090117751A - 열가공 식품에서 아크릴아미드 형성의 감소법 - Google Patents

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Abstract

열가공된 식품 내에서 아크릴아미드 전구체인 아스파라긴의 양을 감소시키는 방법이다. 본 발명은 현저히 감소된 수준의 아크릴아미드를 갖는 식품의 생산을 가능하게 한다. 본 발명은 감자 공급물, 예를 들어 아크릴아미드 전구체인 아스파라긴을 함유하는 감자 슬라이스에 침출 용액을 접촉시켜 감자 공급물로부터 아스파라긴을 추출하는 것에 관한 것이다. 침출된 감자의 열가공 결과, 침출되지 않고, 열가공된 감자 제품보다 낮은 수준의 아크릴아미드를 가진 감자 제품이 얻어졌다.
아크릴아미드, 아스파라긴, 열가공 식품, 침출, 추출

Description

열가공 식품에서 아크릴아미드 형성의 감소법{REDUCING ACRYLAMIDE FORMATION IN THERMALLY PROCESSED FOODS}
본 발명은 식품 내 아크릴아미드의 전구체인 아스파라긴의 양을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 현저하게 감소된 수준의 아크릴아미드를 함유하는 식품의 생산을 가능하게 하고, 보다 특별하게 본 발명은 침출되는 아크릴아미드 전구체가 부족한 추출물로 1 이상의 아크릴아미드 전구체를 침출하는 방법에 관한 것이다.
화학적 아크릴아미드는 수처리, 개선된 오일 회수, 제지, 응집제, 증점제, 광석 처리 및 퍼머넌트 프레스(permanent press) 직물 가공을 위한 산업 적용에서 그의 폴리머 형태로 오랫동안 사용되어 왔다. 아크릴아미드는 백색 결정질 고체로서 참여하며, 무취이고, 물에 매우 잘 녹는다(30℃에서 2155 g/L). 아크릴아미드의 동의어로는 2-프로펜아미드, 에틸렌 카르복스아미드, 아크릴산 아미드, 비닐 아미드 및 프로펜산 아미드를 들 수 있다. 아크릴아미드는 분자량 71.08, 84.5℃의 녹는점 및 125℃의 끓는점(25 mmHg에서)을 가진다.
최근에는, 널리 다양한 식품들이 아크릴아미드 단량체의 존재에 대해 양성으로 검사되었다. 아크릴아미드는 특히 고온에서 가열되거나 가공된 탄수화물 식품 에서 주로 발견되었다. 아크릴아미드에 대해 양성으로 검사된 식품의 예로는 커피, 씨리얼, 쿠키, 감자칩, 크래커, 감자튀김, 빵과 롤 및 튀긴 빵을 입힌 고기를 들 수 있다. 일반적으로, 가열하지 않고 끓인 식품에서 검출할 수 없는 수준의 아크릴아미드가 발견된 것에 비해, 단백질이 풍부한 가열한 식품에서 비교적 적은 양의 아크릴아미드가 발견되었고, 탄수화물이 풍부한 식품에서는 비교적 많은 양의 아크릴아미드가 발견되었다. 유사하게 가공된 다양한 식품에서 발견되는 아크릴아미드의 보고된 수준은 감자칩에서 300 내지 2300 (㎍/kg), 감자튀김에서 300 내지 1100 (㎍/kg), 옥수수칩에서 120 내지 180 (㎍/kg)의 범위 및 다양한 아침 씨리얼에서는 검출 불가능한 수준에서 1400 (㎍/kg)까지의 범위가 포함된다.
아크릴아미드는 아미노산 및 환원당의 존재로부터 생성되는 것으로 현재 생각된다. 예를 들어, 일반적으로 생야채에서 발견되는 아미노산인 유리 아스파라긴 및 유리 환원당 사이의 반응으로 튀긴 식품에서 발견되는 다량의 아크릴아미드가 생성되는 것으로 생각된다. 아스파라긴은 생 감자에서 발견되는 총 유리 아미노산의 대략 40%, 고단백질 호밀에서 발견되는 총 유리 아미노산의 대략 18% 및 밀에서 발견되는 총 유리 아미노산의 대략 14%를 차지한다.
아스파라긴이 아닌 아미노산으로부터 아크릴아미드의 형성이 가능하지만, 아직 명확하게 확인되지 않았다. 예를 들어, 글루타민, 메티오닌, 시스테인 및 아스파르트산을 전구체로 하는 시험으로부터 일부 아크릴아미드의 형성이 보고되어 있다. 그러나, 원료 아미노산 내 잠재적인 아스파라긴 불순물 때문에 이들 발견은 확증하기 어렵다. 그럼에도 불구하고, 아스파라긴은 아크릴아미드 형성에 가장 큰 역할을 하는 아미노산 전구체로 확인되어 왔다.
식품 내의 아크릴아미드는 최근에 발견된 현상이기 때문에, 이의 형성의 정확한 기작은 아직 확인되지 않았다. 그러나, 현재 아크릴아미드 형성에 가장 가능성 있는 경로는 마일라드(Maillard) 반응을 수반하는 것으로 여겨진다. 마일라드 반응은 식품 화학에서, 식품 가공에 있어서 가장 중요한 화학적 반응의 하나로 오랫동안 인식되어 왔으며, 식품의 맛, 색 및 영양가에 영향을 줄 수 있다. 마일라드 반응은 열, 수분, 환원당 및 아미노산을 필요로 한다.
마일라드 반응은 다양한 중간체가 있는 일련의 복잡한 반응을 수반하지만, 전체적으로 3 단계를 포함하는 것으로 기재될 수 있다. 마일라드 반응의 첫 번째 단계는 유리 아미노기 (유리 아미노산 및/또는 단백질로부터)와 환원당 (예를 들어 글루코오스)을 배합하여 아마도리(Amadori) 또는 헤인스(Heyns) 재배열 생성물을 형성하는 것을 포함한다. 두 번째 단계는 디옥시오손, 분열 또는 스트레커(Strecker) 분해를 포함하는 상이한 대체 경로를 통한 아마도리 또는 헤인스 재배열 생성물의 분해를 포함한다. 탈수, 제거, 고리화, 분해 및 단편화를 포함하는 복잡한 일련의 반응 결과, 맛을 내는 중간체 및 맛을 내는 화합물의 풀이 생성된다. 마일라드 반응의 세 번째 단계는 갈색 질소 중합체 및 공중합체의 형성으로 특징지어진다. 도 1은 아크릴아미드의 형성에 유망한 경로로서 마일라드 반응을 사용하는, 아스파라긴 및 글루코오스로 시작되는 아크릴아미드의 형성에 대한 추정 경로를 간략히 나타낸다.
아크릴아미드는 인간에게 해롭지는 않지만, 식품 내에 그것의 존재, 특히 높 은 수준으로 존재하는 것은 바람직하지 않다. 상기한 바와 같이, 가열되거나 열가공된 식품 내에서 비교적 높은 농도의 아크릴아미드가 발견된다. 이러한 식품 내 아크릴아미드의 감소는 아크릴아미드를 형성하는 전구체 화합물을 감소 또는 제거하고, 식품 가공 중에 아크릴아미드의 형성을 억제하고, 식품 내에 일단 형성된 아크릴아미드 단량체를 파괴 또는 반응시키거나, 소비하기 전에 식품으로부터 아크릴아미드를 제거함으로써 달성할 수 있다. 이해가 되듯이, 각 식품에는 상기의 옵션을 달성하는데 있어서 독특한 어려운 점들이 존재한다. 예를 들어, 슬라이스되고 응집된 조각으로 조리되는 식품은 식품에 독특한 특성을 부여하는 세포 구조를 물리적으로 파괴하지 않으면, 조리시에 다양한 첨가제와 쉽게 혼합되지 않을 수 있다. 특정 식품에 대한 다른 가공 조건은 아크릴아미드 감소 전략과 맞지 않거나 이것을 매우 어렵게 만든다.
예로써, 도 2는 가공되지 않은 감자 원료로부터 감자튀김을 만드는 방법에 대한 널리 공지된 선행기술을 나타낸다. 약 80 중량% 이상의 물을 함유하는 가공되지 않은 감자를 껍질 벗기는 단계 (21)로 먼저 진행시킨다. 가공되지 않은 감자로부터 껍질을 벗긴 후, 이어서 감자를 슬라이스 단계 (22)로 이동한다. 슬라이스 단계 (22)에서 각각의 감자 슬라이스는 원하는 최종 생성물의 두께에 달려 있다. 선행 기술에서의 일례는 감자를 두께 약 0.04 내지 약 0.08 인치로 슬라이스하는 것을 포함한다. 이어서, 이 슬라이스를 세척 단계 (23)로 이동하고, 여기서 각 슬라이스 상의 표면 전분을 물로 제거한다. 세척된 감자 슬라이스를 이어서 조리 단계 (24)로 이동한다. 이 조리 단계 (24)는 전형적으로, 예를 들어 171℃ 내지 약 182℃(340-360℉)에서 대략 2 내지 3분 동안 연속 프라이어(fryer)에서 이 슬라이스를 튀기는 것을 포함한다. 일반적으로 조리 단계는 칩의 수분 수준을 2 중량% 미만으로 감소시킨다. 예를 들어, 전형적인 튀긴 감자칩은 대략 1 내지 2 중량%의 수분을 가지고 프라이어에서 나오게 된다. 이어서, 조리된 감자칩을 조미 단계 (25)로 이동시키고, 여기서 조미료는 회전 드럼 내에서 적용된다. 마지막으로, 조미된 칩을 포장 단계 (26)으로 보낸다. 포장 단계 (26)은 일반적으로, 조미된 칩을 연질 포장재 내에 포장하기 위해 1 이상의 계량 장치에 공급하고, 이어서 이 칩들을 1 이상의 수직 형태 기기, 채움 기기 및 밀봉 기기로 보낸다. 일단 포장되면, 제품은 배포되어 소비자에 의해 구매된다.
상기 기재된 다수의 감자칩 가공 단계에서 약간의 조절은 최종 제품의 특성에 상당한 변화를 가져올 수 있다. 예를 들어, 세척 단계 (23)에서 슬라이스의 물에서의 연장된 체류 시간은 최종 제품에 감자의 향, 색 및 질감을 제공하는 화합물을 슬라이스로부터 침출시킬 수 있다. 조리 단계 (24)에서의 증가된 체류 시간 또는 가열 온도는 칩의 수분 함량을 감소시킬 뿐만 아니라 마일라드 갈변 정도를 증가시킬 수 있다. 튀기기 전에 감자 슬라이스에 첨가 재료를 혼입하는 것이 바람직한 경우에는, 칩의 세포 구조를 파괴하지 않거나 슬라이스로부터 유익한 화합물을 침출시키지 않고 슬라이스의 내부에 첨가된 재료의 흡수를 제공하는 기작을 세우는 것이 필요할 수 있다.
최종 제품 내의 아크릴아미드 수준을 감소시키는 데 있어서의 독특한 어려운점을 대표하는 가열된 식품의 또 다른 예로, 스낵은 또한 가공된 스낵으로서 제조 될 수 있다. "가공된 스낵"이라는 용어는 출발 재료로서 본래의 개질되지 않은 전분 출발 물질이 아닌 다른 재료를 사용하는 스낵 식품을 의미한다. 예를 들어, 가공된 스낵으로는 출발 물질로서 탈수된 감자 제품을 사용하는 가공된 감자칩 및 출발 물질로서 마사 가루를 사용하는 옥수수칩을 들 수 있다. 본원에서 탈수된 감자 제품은 감자 가루, 감자 플레이크, 감자 그래뉼 또는 탈수된 감자가 존재하는 다른 형태일 수 있음을 주의한다. 이러한 용어가 본원에서 사용될 때, 이들의 모든 변형물이 포함된다고 이해된다.
도 2에 따라, 가공된 감자칩은 껍질 벗기는 단계 (21), 슬라이스 단계 (22) 또는 세척 단계 (23)을 필요로 하지 않는다. 대신에, 가공된 감자칩은 감자 플레이크와 같은 탈수된 감자 제품을 이용하여 시작된다. 탈수된 감자 제품은 물 및 다른 소량의 재료들과 혼합되어 도우를 형성한다. 이어서, 이 도우를 얇게 펴고, 조리 단계로 보내기 전에 자른다. 조리 단계는 튀기는 것 또는 굽는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 칩을 조미 단계 및 포장 단계로 보낸다. 일반적으로 감자 도우의 혼합은 다른 재료를 첨가하기에 쉽다. 역으로, 이러한 재료들을 가공하지 않은 식품, 예를 들어 감자 슬라이스에 첨가하는 것은 재료들이 제품의 세포 구조 내로 침투시킬 수 있게 하는 것으로 발견된 기작을 필요로 한다. 그러나, 혼합 단계에서 임의 재료의 첨가는 이 재료들이 최종 칩의 특성뿐만 아니라 도우의 얇게 펴는 특성에도 악영향을 줄 수 있는 것을 고려하여 행해져야 한다.
가열 또는 열가공된 식품의 최종 제품 내의 아크릴아미드의 수준을 감소시키는 1 이상의 방법을 개발하는 것이 바람직할 것이다. 이상적으로, 이러한 가공은 최종 제품의 질 및 특성에 악영향을 주지 않고, 최종 제품 내의 아크릴아미드를 실질적으로 감소시키거나 제거하여야 한다. 추가로, 본 방법은 실시하기에 용이하여야 하며, 바람직하게는 전체 가공에 있어서 거의 또는 전혀 비용 추가가 없어야 한다.
미국 특허 제 3,934,046호 ("위버(Weaver)")는 아크릴아미드 형성을 감소시키는 방법을 명확히 다루고 있지는 않지만, 그 가르침은 이 문제점에 가깝게 관련된다. 열가공 식품의 갈변은 아미노산, 예를 들어 아스파라긴의 환원당 존재하의 가열에 의해 일부 야기된다는 것은 당업계에 잘 공지되어 있다. 위버에 설명된 바와 같이, "덩이 줄기의 갈변 경향은 환원당의 함량이 증가함에 따라 증가한다. 환원당은 감자에서 질소 성분과 반응하여 어두운 색의 반응 생성물을 생성한다는 것 또한 설명되어 있다." 위버는 뜨거운 물을 이용하여 생 감자 조각들을 침출시키는 것이 조리 단계에서 일어나는 갈변을 줄인다는 것을 알려준다. 그러나, 위버는 또한 순수하게 뜨거운 물을 이용한 침출의 원하지 않는 효과에 대해서도 설명한다: "감자칩의 경우에, 어두워지는 것을 충분히 방지하기 위해 필요한 조건하에서는 질감 및 맛이 거의 완전히 파괴되기 때문에, 뜨거운 물을 이용한 침출은 사용하지 않는다." 이는 감자 원료 및 물 사이에 존재하는 농도 구배 때문에, 감자 슬라이스의 모든 구성 성분을 물이 침출시키기 때문이다. 결과적으로, 모든 당 및 아미노산이 무차별적으로 감자 원료로부터 침출된다.
위버가 열가공 식품에서의 아크릴아미드 수준을 감소시키는데 직접 관련되지는 않지만, 감자 조각을 침출하는 것에 대한 위버의 전체적인 개념은 개선되어 아 크릴아미드 형성의 감소에 대한 본 문제에 적용될 수 있다. 따라서, 이는 음식의 질감 및 맛에 실질적으로 영향을 주지 않으면서 미가공 음식 조각으로부터 아크릴아미드 전구체를 선택적으로 침출시켜 열가공 식품 내의 아크릴아미드 형성을 감소시키는 방법을 갖는 것이 유용할 수 있다. 이러한 방법은 이상적으로, 침출된 아크릴아미드 전구체를 침출 추출물로부터 제거하여 침출 추출물을 재사용할 것을 요구할 수 있다.
발명의 요약
본 발명은 일 실시태양에서 제1 농도의 아스파라긴을 함유하는, 사실상 처리되지 않은 감자 공급물을 계속적으로 제공하고, 아스파라긴이 부족한 감자 추출물을 이용하여 상기의 처리되지 않은 감자 공급물로부터 아스파라긴을 침출하며, 그에 의해 아스파라긴을 함유한 세척-후 추출물 및 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도의 아스파라긴을 함유하는, 처리된 감자를 형성하는 것을 포함하는 감자 제품 내의 아스파라긴의 양을 감소시키는 방법이다. 일 실시태양에서, 본 방법은 1 이상의 아스파라긴 제거 유닛을 이용하여 상기의 세척-후 추출물로부터 아스파라긴을 제거하고, 그에 의해 상기의 아스파라긴이 부족한 감자 추출물을 재생하여 상기의 아스파라긴이 부족한 감자 추출물을 재사용하는 것을 추가로 포함한다.
일 실시태양에서, 세척-후 추출물은 1 이상의 방법, 예를 들어 아스파라기나아제와 같은 효소를 사용하여 아크릴아미드 전구체인 아스파라긴을 반응 생성물로 분해하여 전구체의 농도를 감소시킴으로써, 아스파라긴 또는 다른 아크릴아미드 전구체를 감소시켜 재생될 수 있다. 이어서, 결과 반응 생성물을 그 뒤의 유닛 작업 으로부터 제거할 수 있다. 아크릴아미드 전구체를 제거하는 데 사용되는 또 다른 방법은 이온 교환 수지의 이용이다.
또 다른 실시태양에서, 침출 액체가 감자 조각과 접촉되어 있는 동안 이를 초음파로 진동시킨다. 또 다른 실시태양에서, 아크릴아미드 전구체를 다른 수용성 화합물과 함께 제1 접촉 단계에서 순수한 물을 이용하여 가공되지 않은 감자 조각으로부터 비선택적으로 침출한다. 다음으로, 제2 접촉 단계에서, 아크릴아미드 전구체를 침출 추출물로부터 제거하고, 이전에 침출된, 원하는 화합물을 이어서 감자 조각으로 돌려보낸다.
일 실시태양에서, 본 발명은 제1 농도의 아스파라긴을 함유하는 식품 재료를 제공하는 단계, 아스파라긴이 부족한 식품 추출물을 이용하여 상기 식품 재료로부터 아스파라긴을 선택적으로 침출하고, 그에 의해 상기 식품 재료가 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도의 아스파라긴을 함유하게 되는 단계를 포함하는 식품 재료 내 아스파라긴을 감소시키는 방법을 제공한다. 본 발명의 추가적 특징 및 이점과 상기의 것은 다음에 기재된 상세한 설명에서 명백해질 것이다.
본 발명의 특성으로 생각되는 신규한 특징들은 첨부된 청구항에 기재되어 있다. 그러나, 본 발명 그 자체 및 바람직한 실시태양, 이들의 추가의 목적 및 이점은 첨부된 도면과 함께, 하기에 예시한 실시태양의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 아크릴아미드의 형성에 대한 추정 경로의 개략도이다.
도 2는 선행 기술의 감자칩 제조 공정의 개략도이다.
도 3은 x-축을 따라 기재된 다양한 방법으로 접촉시킨 후 튀긴 감자 테스트 샘플의 아크릴아미드 농도 (ppb) 및 중량%의 최종 수분 함량을 y-축에 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 3의 본래 결과와 약 1.32 중량%의 수분 함량으로 표준화한 후의 도 3의 결과를 비교하는 그래프이다.
도 5는 y-축에 아크릴아미드 농도 (ppb), x-축에 수분 함량을 중량%로 나타내어 아크릴아미드 농도와 최종 튀긴 제품의 수분의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 6은 y-축에 아크릴아미드 농도 (ppb), x-축에 수분 함량을 중량%로 나타내어 아크릴아미드 농도와 최종 구운 제품의 수분의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 7a는 y-축에 아크릴아미드 농도 (ppb), x-축에는 다양한 접촉 방법을 기재하여, 다양한 방법으로의 접촉 후에, 파-프라잉하고, 이어서 약 120℃(250℉)에서 오븐-건조한 감자 테스트 샘플 내 아크릴아미드 농도를 보여주는 그래프이다.
도 7b는 도 7a의 마지막 6개의 데이터 점을 더 좁은 아크릴아미드 농도 스케일로 보여주는 그래프이다.
도 8은 파-프라잉 데이터를 약 3.13 중량%의 수분 수준으로 표준화하고, 오븐-건조 데이터를 약 1.25 중량%의 수분 수준으로 표준화한 후 도 7a의 데이터를 보여주는 그래프이다.
도 9는 y-축 (ppb)에는 1) x-축에 보인 다양한 방법으로 접촉시킨 후에 약 178℃(353℉)에서 파-프라잉한 감자 테스트 샘플의 아크릴아미드 수준, 및 2) 약 176℃(350℉)에서 오븐-건조한 후의 동일한 감자 테스트 샘플의 아크릴아미드 수준 (약 0.76 중량%의 수분 수준으로 표준화함)을 나타내는 그래프이다.
도 10은 감자 슬라이스의 대조군 샘플을 수분 약 1.4 중량%로 대기 중에서 튀기고, 테스트 샘플을 수분 약 2.5 중량%로 대기 중에서 튀기고, 그 후에 수분 약 1.4 중량%로 오븐-건조한 실험의 작동 조건 및 결과를 나타내는 표이다.
도 11은 감자 슬라이스의 대조군 샘플을 수분 약 0.8 중량%로 대기 중에서 튀기고, 4개의 테스트 샘플을 수분 약 3-10 중량%로 대기 중에서 튀기고, 그 후에 수분 약 1 중량% 미만으로 저온 진공하에 튀긴 수회의 실험의 작동 조건 및 결과를 나타내는 표이다.
도 12는 4개의 테스트 샘플을 초기 온도 약 165℃ 내지 약 180℃(329℉-356℉)의 오일 내에서 대기 중에서 약 3-4분 동안 튀기고, 3개의 테스트 샘플을 약 100℃ 내지 약 140℃(212℉-284℉)의 온도 및 약 50 내지 약 100 밀리바의 압력하의 저온 진공하에 약 4-10분 동안 튀긴 7개의 실험의 작동 조건 및 결과를 나타내는 표이다.
도 13a는 본 발명의 일 실시태양에 따라 미가공 감자 조각의 연속 공급물로부터 아스파라긴을 침출하는 시스템 및 방법의 개략도이다.
도 13b는 본 발명의 또 다른 실시태양에 따라 아크릴아미드 전구체로 포화된 전구체 제거 유닛을 재생성하는 유닛 및 방법의 개략도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시태양에 따라 미가공 감자 조각의 연속 공급물로부터 물의 스트림으로 수용성 화합물을 비선택적으로 침출하고, 물의 스트림으 로부터 아스파라긴을 제거하고, 이전에 침출된 수용성 화합물의 일부를 감자 조각으로 돌려보내는 시스템 및 방법의 개략도이다.
도 15는 전분이 제거된, 세척 후 추출물에 효소를 첨가하여 아크릴아미드 전구체가 부족한 용액을 제공하고, 천연 농도의 아스파라긴을 가진 미가공 식품 또는 미처리 감자 조각을 아크릴아미드 전구체가 부족한 용액과 접촉시켜 미처리 식품 조각으로부터 아크릴아미드 전구체를 우선적으로 침출하여 미가공 식품 조각이 천연 농도보다 낮은 농도로 감소된 아스파라긴을 갖게 하고, 추출 유닛으로부터 처리된 식품 조각을 제거하는 시스템 및 방법의 개략도이다.
열가공 식품에서 아크릴아미드의 형성은 탄소 공급원과 질소 공급원을 필요로 한다. 탄소는 탄수화물 공급원에 의해, 질소는 단백질 공급원 또는 아미노산 공급원에 의하여 제공된다고 가정한다. 많은 식물 유래 식품 재료들, 예를 들어 쌀, 밀, 옥수수, 보리, 콩, 감자 및 귀리는 아스파라긴을 함유하며, 주로 미량의 아미노산 성분들을 가지는 탄수화물이다. 전형적으로, 이러한 식품 재료들은 아스파라긴뿐만 아니라 다른 아미노산을 함유하는, 작은 아미노산 풀을 가진다. 리신, 알라닌, 아스파라긴, 글루타민, 아르기닌, 히스티딘, 글리신 및 아스파르트산을 포함하여 (이에 제한되는 것은 아님), 단백질의 구성 블록을 형성하고 이들 식품 재료에서 발견될 수 있는 20개의 표준 아미노산이 있다.
"열가공된"이라는 용어는 식품 성분, 예를 들어 식품 재료의 혼합물이 대기압하 120℃ 이상의 식품 온도에서 가열되는 식품 또는 식품 재료를 의미한다. 열가공은 또한 대기압 미만의 압력에서 더 낮은 온도를 포함할 수 있다. 식품 재료는 최종 식품의 형성 이전에 승온에서 별도로 가공될 수 있다. 본원에 언급된 바와 같이, 열가공 식품에는, 이에 제한되지 않고 예로써, 가공된 스낵 및 가공된 식품의 예로써 이전에 기재된 것뿐만 아니라, 감자 튀김, 고구마 튀김, 다른 줄기 또는 뿌리 재료, 조리된 아스파라거스, 양파 및 토마토를 포함하는 조리된 야채, 커피콩, 코코아콩, 조리된 고기, 탈수시킨 과일 및 야채, 열가공된 동물 먹이, 담배, 차, 굽거나 조리한 너트, 콩, 당밀, 바베큐 소스와 같은 소스, 질경이칩, 사과칩, 튀긴 바나나 및 다른 조리된 과일이 포함된다. 열가공 식품 재료의 예에는 가공된 귀리, 반숙되어 건조된 쌀, 조리된 콩 제품, 옥수수 마사, 볶은 커피콩 및 볶은 카카오콩이 포함된다.
별법으로, 미가공 식품 재료를 최종 식품의 제조에 열적 가열 단계가 포함되는, 최종 식품의 제조에 사용할 수 있다. 최종 식품이 열적 가열 단계로부터 제조되는 미가공 재료 가공의 일례는 온도 약 120℃ 내지 약 220℃의 튀김 단계에 의해 미가공 감자 슬라이스로부터 감자칩의 제조 또는 유사한 온도에서 감자 튀김 또는 다른 튀김 식품의 제조이다. 그러나 본 발명에 따르면, 아미노산 아스파라긴이 단당의 존재하에서 가열되는 경우 아크릴아미드가 상당히 형성되는 것이 발견되었다. 글루코오스와 같은 단당의 존재하에서 다른 아미노산, 예를 들어 리신 및 알라닌을 가열하는 것은 아크릴아미드를 형성하지 않는다. 그러나 놀랍게도, 다른 아미노산, 예를 들어 리신과 아스파라긴의 존재시에, 단당의 존재가 아스파라긴이 유일하게 존재하는 아미노산일 때에 비해 훨씬 더 많은 아크릴아미드 형성의 증가를 야기한다.
아스파라긴이 단당의 존재하에서 가열될 때, 아크릴아미드가 급속히 형성되었기 때문에, 열가공 식품 내의 아크릴아미드는 아스파라긴을 불활성화함으로써 감소될 수 있다. "불활성화"는 식품으로부터 아스파라긴을 제거하는 것 또는 아크릴아미드 형성 경로를 따라 아스파라긴으로부터 아크릴아미드를 형성하는 것을 방해하는 또 다른 화학물질에 결합시키거나 또 다른 화학물질로 전환시킴으로써 아스파라긴을 비-반응성으로 만드는 것을 의미한다.
이러한 불활성화하기 위한 방법은 아스파라긴을 효소 아스파라기나아제와 접촉시키는 것이다. 이 효소는 아스파라긴을 아스파르트산 및 암모니아로 분해한다. 아스파라긴은 또한 침출에 의해 열가공 식품 내 아크릴아미드의 전구체로서 불활성화될 수 있다. 수용액 내의 아스파라긴의 용해는 용액의 pH가 약산성 또는 약염기성, 바람직하게는 pH 약 5 내지 약 6.5 및 약 7.5 내지 약 9.0 (실온에서)로 유지될 때 용이할 수 있다. 아스파라긴의 용해는 약 100℉ (37℃) 내지 약 150℉ 의 승온을 제공함으로써 또한 용이할 수 있다. 아스파라긴은 발효에 의해 열가공 식품 내 아크릴아미드의 전구체로서 추가로 불활성화될 수 있다. 아스파라긴은 또한 단백질 내로 혼입되어 아크릴아미드에 대한 전구체로서 아스파라긴을 불활성화시킬 수 있다. 아스파라긴은 pH 감소 염, 예를 들어 젖산 칼슘, 염화 칼슘 또는 말산 칼슘의 첨가에 의해 아크릴아미드의 전구체로서 추가로 불활성화될 수 있다.
아크릴아미드의 형성을 방해하는 방법으로, 아스파라긴의 불활성를 행하는 다른 기법이 당업자에게 명백할 것이다. 열가공 전에 식품 재로 또는 식품 내의 아스파라긴의 수준이 낮으면, 최종 가공 식품 내의 아크릴아미드 수준이 현저히 감소될 것이다.
이 실시예에서는 효소 아스파라기나아제의 존재하에 아스파라긴과 글루코오스가 가열될 때 아크릴아미드 형성의 감소를 설명한다. 효소 아스파라기나아제를 pH 8.6의 약 0.05 M 트리스-염산 완충액에 용해시켜, 활성 아스파라기나아제 용액을 제조하였다. 효소를 불활성화하기 위해 활성 아스파라기나아제 용액 일부를 약 100℃에서 약 20분 동안 가열함으로써 대조군 아스파라기나아제 용액을 또한 제조하였다. 대조군에서, 글루코오스 약 0.2 그램, 아스파라긴 약 0.1 그램 및 가열된 아스파라기나아제 용액 약 20 밀을 20-ml 헤드스페이스 바이알에서 혼합하였다. 활성 효소 실험에서는, 글루코오스 약 0.2 그램, 아스파라긴 약 0.1 그램 및 활성 아스파라기나아제 용액 약 20 밀을 20-ml 헤드스페이스 바이알에서 혼합하였다. 바이알 내의 효소의 양은 약 250 효소 유닛이었다. 대조군 및 활성 효소 혼합물을 함께 이중으로 처리하였다. 바이알을 약 37℃에서 약 2시간 동안 유지하였고, 이어서 약 80℃ 오븐에 약 40시간 동안 두어 건조한 상태가 되도록 증발시켰다. 가열 후에, 물 약 0.2 ml를 각각의 바이알에 첨가하였다. 이어서, 바이알을 가스 크로마토그래피 오븐에서 다음의 온도 프로파일에 따라 가열하였다: 초기 온도 약 40℃로부터 진행하고; 200℃까지 분 당 약 20℃로 가열하고; 및 약 40℃까지 냉각하기 전에 약 2분 동안 약 200℃로 유지하였다. 이어서, 반응 혼합물을 물 약 50 ml를 이용하여 추출하고, 물 내의 아크릴아미드를 GC-MS에 의해 측정하였다. 측정한 수치는 아래 표 1에 나타나 있다:
Figure 112009052151546-PCT00001
볼 수 있는 바와 같이, 아스파라긴을 아스파르트산 및 암모니아로 분해시키는 효소를 사용하는 시스템 처리는 아크릴아미드 형성을 99.9%보다 더 감소시켰다. 이 실험은 아스파라긴의 농도 또는 아스파라긴의 반응성 성질을 감소시키는 것이 아크릴아미드 형성을 감소시킬 것이라는 것을 입증한다.
아스파라긴의 불활성화뿐만 아니라, 식물 유래 식품 재료는 또한 다른 유사한 식물보다 낮은 수준의 아스파라긴을 가지도록 자라고 선택된 식물로부터 또한 공급받을 수 있다. 식물 유래 식품 재료 내의 아스파라긴 양의 감소는 동일한 조건의 열처리 하에 형성되는 아크릴아미드의 양에 반영될 것이다.
상기는 아스파라기나아제와 같은 첨가물에 의해 이룰 수 있는 아크릴아미드의 감소를 설명한다. 그러나, 다양한 유닛 작업 또는 공정 단계가 최종 식품 내 아크릴아미드의 형성에 미치는 영향에 대한 연구는 또한 흥미있는 결과를 가져온다. 이들 결과는 식품을 제조하는 임의의 선행 기술 공정에서 1 이상의 유닛 작업을 변경하여 생성된 조리 식품이 감소된 아크릴아미드 농도를 갖도록 하는 능력을 입증한다. "감소된 아크릴아미드 농도"는 해당하는 특정 식품을 조리하기 위한 변경되지 않은 선행 기술 공정 중에 형성되는 농도보다 낮은 아크릴아미드 농도를 의미한다. 용어 "아크릴아미드의 감소된 농도", "감소된 아크릴아미드 농도" 및 "감소된 아크릴아미드 수준"은 모두 본원에서 호환되어 사용된다. 본 출원의 목적을 위해 "유닛 작업"은 식품을 생산하는 종합적인 방법의 한정된 일부분을 의미한다. 예를 들어, 도 2에서 감자칩 가공 단계(껍질 벗기는 단계 (21), 슬라이스 단계 (22), 세척 단계 (23), 조리 단계 (24), 조미 단계 (25) 및 포장 단계 (26))의 각 단계는 감자칩 식품을 생산하는 전체 공정에서 개별 유닛 작업으로 간주된다.
유닛 작업 조작의 첫 번째 예는 미가공 감자 원료를 슬라이스하여 생산된 감자칩의 세척 단계 (23)(도 2에 나타냄)을 수반한다. 슬라이스를 세척하는 선행 기술 방법은 칩을 상온에서 물로 헹구는 것을 포함한다. 선행 기술에서, 물 헹굼시 각 칩의 평균 체류 시간은 전형적으로 약 60초 미만이며, 이용된 장치에 좌우된다.
도 3에서는 칩 세척 유닛 작업을 조작하여 최종 칩 제품에서 아크릴아미드 수준을 조정하는 방법을 예시한다. 본 발명에 따라, 세척 단계 (23)은 접촉 단계가 포함되도록 조작할 수 있는데, 여기서 연속적으로 공급되는 감자 슬라이스는 선행 기술의 세척 단계에 이용되는 것과 상이한 체류 시간 및 온도에서 수용액과 접촉된다. 도 3은 최종 감자칩 제품에서 발견되는 아크릴아미드(“AA”)의 양(ppb)을 왼쪽(보는 사람 관점에서) 수직 또는 y-축에 나타내는 차트이다. 도 3에서 그래프의 오른쪽 수직 또는 y-축은 최종 칩 제품 내 수분을 중량%로 나타낸다. 아크릴아미드 수준은 그래프에서 수직 막대로 표시되고, 수분 수준은 선 그래프로 표시된다. 도 3에 도시된 차트의 수평 또는 x-축에서는 감자칩 제조 공정의 세척 유닛 작업에 수행된 다양한 가공 파라미터 변화를 기재한다. 조리 시간과 온도는 도 3에 반영된 모든 제품 시험에서 동일하였다. 구체적으로, 각 샘플을 약 178℃(353℉)에서 약 120-140초 동안 튀겼다. 결과적으로, 최종 제품의 수분 수준은 변하였다.
도 3에 도시된 결과에 비하여, 0.05 인치의 두께로 슬라이스하여 약 178℃(353℉)에서 약 120-140초 동안 튀긴 칩-원료 감자를 이용한, 상기 기재한 선행 기술의 세척 단계는 약 300-500 ppb(글루코오스 함량과 다른 감자 원료 변수에 따라 보다 높아질 수 있다)의 아크릴아미드 수준 및 약 1.4 중량%의 최종 수분 수준을 갖는 최종 제품을 만들어낸다. 이런 선행 기술의 결과는 도 3에 도시된 차트에서 관찰되는 첫 번째 데이터 점 (31)과 매우 유사한데, 상기 데이터 점은 기본 데이터 점을 나타내고, 감자 슬라이스에 대해 2 내지 3분의 물 체류 시간을 갖는 세척 단계를 수반한다. 감자칩의 전체 공정에서 모든 다른 파라미터를 일정하게 하면, 세척 유닛 작업에서 이런 약간의 변화는 선행 기술의 세척 단계에 따라 완료된 제품에 비하여, 최종 제품의 아크릴아미드 수준(대략 330 ppb) 또는 수분 수준에서 별다른 변화를 유발하지 않는다.
도 3의 그래프에 도시된 다음 데이터 점 (32)는 감자 슬라이스를 수용액으로서 물과 접촉시키고, 수용액과 감자 슬라이스의 접촉 시간을 10분으로 증가시키며, 수용액의 온도를 상온에서 약 38℃(100℉)로 상승시키는 세척 단계에서의 변화를 반영한다. 이런 조정은 최종 제품 내 아크릴아미드를 대략 210 ppb로 감소시키고 최종 제품의 수분 수준을 1 중량% 미만으로 하락시켰다. 흥미롭게도, 세 번째 데이터 점 (33)은 5분의 평균 접촉 시간에서 수용액(역시, 물) 온도를 약 54℃(130℉)로 증가시키는 것이 최종 제품 내의 아크릴아미드 수준을 감지 가능하게 감소시키지 않았다는 것을 반영한다. 대조적으로, 네 번째 데이터 점 (34)는 세척 유닛 작업이 약 82℃(180℉) 온도의 물을 포함하는 수용액과의 1분 접촉 시간을 제공하는 접촉 단계를 수반하는 경우에, 최종 제품 내 아크릴아미드 수준 (100 ppb 미만)의 현저한 감소를 입증한다. 그러나, 최종-제품 칩의 수분 수준은 거의 1.8%였다. 다섯 번째 데이터 점 (35)는 실온에서 15분 동안 1% L-시스테인 용액을 수용액으로 이용하는 것이 최종 제품 내 아크릴아미드 수준을 250 ppb 미만으로 감소시킨다는 것을 반영한다.
도 4에 예시된 그래프에서, 도 3에 도시된 실험 결과 (각 쌍의 수직 막대 중에서 첫 번째 막대)는 테스트 샘플이 동일하게 표준화된 수분 수준 (각 쌍의 수직 막대 중에서 두 번째 막대)으로 튀겨지는 경우에 예상될 수 있는 아크릴아미드 수준을 나타내기 위하여 표준화된다. 수분 수준이 낮은 경우에 아크릴아미드 수준에서의 변화 비율이 수분 수준에서의 변화 비율에 반비례한다고 가정하면, 도 3에 도시된 테스트 데이터의 결과는 실제 아크릴아미드 수준에 기본/표준 샘플의 최종 수분 수준에 도달하는데 필요한 수분 수준에서의 변화 비율을 곱하여 표준화할 수 있다. 실험 데이터를 동일한 수분 수준으로 표준화하는 것은 아크릴아미드 형성을 감소시키는 각 접촉 방법의 상대적 효능을 보다 정확하게 비교할 수 있도록 해준다.
도 4에서, 수직 또는 y-축은 최종 제품에서 발견된 아크릴아미드(ppb)를 다시 나타낸다. 수평 또는 x-축은 각 데이터 점의 파라미터를 나타낸다. 도 4에서, 각 데이터 점은 한 쌍의 수직 막대를 나타내는데, 쌍의 좌측 막대는 도 3으로부터 도입되고, 쌍의 우측 막대는 최종 제품이 1.32%의 균일한 또는 표준화된 수분 수준으로 튀겨지는 경우에 동일한 접촉 공정 파라미터의 예상 결과를 반영한다.
다시, 첫 번째 데이터 점 (41)은 실온에서 2 내지 3분의 물 세척을 수반하는 기본 샘플이다. 두 번째 데이터 점 (42)는 본 발명에 따른 접촉 단계를 수반하며, 여기서 감자 슬라이스는 약 38℃(100℉) 온도의 물을 포함하는 수용액과의 10분 접촉 시간을 갖는다. 좌측 막대는 다시 이런 접촉 후에 약 178℃(353℉)에서 약 120-130초 동안 튀겨져서 최종 제품 내 200 ppb가 약간 넘는 아크릴아미드 및 1% 미만의 수분 수준을 갖는 최종 제품을 만들 것을 반영한다. 그러나, 우측 막대는 이렇게 접촉된 칩이 1.32%의 표준화된 수분 수준으로 튀겨지면, 예상 아크릴아미드 수준이 대략 150 ppb로 하락한다는 것을 보여준다.
세 번째 데이터 점 (43)에서는 유사한 바람직한 결과가 관찰되는 반면, 네 번째 데이터 점 (44)는 최종 제품에서의 수분 수준의 감소가 아크릴아미드 수준을 약간 상승시킨다는 것을 반영한다. 흥미롭게도, 마지막 데이터 점 (45)는 1% L-시스테인을 포함하는 수용액 및 15분의 접촉 시간이 이용되는 경우에, 현저한 아크릴아미드의 감소를 반영한다. 뿐만 아니라, 1.32 중량%의 최종 칩 수분 수준에서 특히 낮은 아크릴아미드 수준이 예상된다. 또한, 15분 접촉 시간 동안 1% L-시스테인과 접촉된 감자 슬라이스에서 예상되는 아크릴아미드 수준은 약 38℃(100℉)에서 10분 동안 물을 포함하는 수용액과 접촉된 슬라이스에 대해 예상되는 수준과 거의 동일함에 주목하는 것도 또한 흥미롭다.
또한, 아크릴아미드 감소는 다른 방법으로도 달성할 수 있다. 아스파라긴이 아크릴아미드에 대한 주요 전구체로 나타나기 때문에, 감자 조각을 조리하기 전에 아스파라긴을 제거하여 최종 조리된 제품 내 아크릴아미드의 형성을 감소시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시태양은 아스파라긴이 부족한 감자 추출물 또는 용액을 사용하여 조리 전에 미가공 감자 조각으로부터 아스파라긴을 침출함으로써 아스파라긴을 제거하는 방법을 포함한다. 아스파라긴이 아크릴아미드 형성에 가장 직접적으로 연관된 단일 전구체로서 정의되기 때문에, 용어 "전구체" 및 "아스파라긴"은 본 명세서에서 호환되어 사용될 수 있음에 주목해야 한다. 그러나, 본 발명은 유사하게 아크릴아미드 형성에 필요한 것으로 정의되는 임의의 특수한 전구체를 제거하는데 이용될 수 있다.
감자 추출물 또는 침출 스트림(stream)에 의한 감자 슬라이스 내 성분의 침출은 감자 슬라이스 내의 용해 가능한 물질과 감자 추출물 또는 침출 스트림 사이에 농도 구배가 존재하는 이들 성분들에 대해 발생한다. 침출은 제거되어야할 아크릴아미드 전구체가 부족하지만, 감자 슬라이스 내의 농도 수준과 평형 상태이거나 평형 근처에 있는 다른 바람직한 용질 또는 용해 가능한 물질의 농도 수준을 가지는 감자 추출물에 의해 선택적으로 이루어질 수 있다. '평형'은 1) 특정 용질의 수성 농도가 추출물 및 감자 모두에서 실질적으로 동일하거나 2) 추출물이 포화되어 그 특정 용질을 더 이상 흡수하지 못하는 조건의 두 조건 중 하나를 의미한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 바람직한 용해 가능한 물질은 아크릴아미드 전구체가 아닌 환원당을 제외한, 본래 용해 가능한 임의의 감자 화합물로서 정의된다.
선택적 침출의 예는 아스파라긴이 부족한 감자 추출물을 제조하고, 이어서 미가공 감자 슬라이스를 아스파라긴이 부족한 감자 추출물과 접촉시켜 미가공 감자 슬라이스로부터 아스파라긴을 선택적으로 침출하는 것을 수반한다. 일 실시태양에서, 감자 추출물을 감자 슬라이스와 접촉시키는 동안 감자 추출물을 초음파로 진동시킴으로써 침출은 추가로 향상된다. 원하는 경우, 감자 추출물 또는 침출 스트림을 처리하여 침출된 아크릴아미드 전구체를 제거하여, 감자 추출물 또는 침출 스트림을 더 많은 감자 슬라이스의 침출에 계속적으로 사용하기 위해 재활용할 수 있다.
테스트를 수행하여 상이한 체류 시간 동안 상이한 용액 내에 적신 감자 슬라이스 내의 아스파라긴의 수준을 확인한다. 12개의 개별 테스트 및 대조군 테스트를 수행하였다. 대조군 샘플은 적시지 않은 새로운 감자 슬라이스로 이루어졌다. 12개의 테스트는 3가지 상이한 체류 시간에 4개의 상이한 용액 내에 감자 슬라이스를 적시는 것으로 이루어졌다. 이 결과가 아래 표 2에 요약되어 있다.
Figure 112009052151546-PCT00002
감자 추출물의 각 배치는 혼합기 내에 있는 약 800 그램의 껍질 벗긴 감자 슬라이스 및 물 약 1500 mL로 시작하여 여과하지 않은 감자 추출물을 제조하였다. 그 후, 20 내지 25 마이크로미터 크기의 구멍이 있는 실험실용 여과지를 통해, 여과하지 않은 추출물을 여과하여 고체를 제거하였다.
약 800 그램의 껍질 벗긴 감자 슬라이스 및 물 약 1500 mL를 첨가하는 대신 800 그램의 감자 슬라이스를 여과된 추출물에 첨가함으로써 상기 문단의 단계를 반복하여 여과된 추출물을 더 농축하였다. 이 공정을 수회 반복하여 감자 추출물 내 원하는 농도의 용해 가능한 물질을 만들어, 감자 슬라이스로부터 침출되는 원하는 용해 가능한 물질의 양을 최소화하였다.
다음으로, 여과된 감자 추출물을 120℉의 온도에서 가열하였다. 14,280 유닛/ml의 아스파라기나아제 약 340 마이크로리터를 감자 추출물 1500 mL에 첨가하여, 약 4844 유닛의 아스파라기나아제를 가지는, 아스파라긴이 부족한 감자 추출물을 얻었다. 물론, 다른 수준의 아스파라기나아제, 즉 아스파라긴이 부족한 감자 추출물 제조에 사용된 미가공 감자의 총 킬로그램 당 약 3,000 유닛 내지 약 100,000 유닛의 아스파라기나아제를 일 실시태양에서 사용할 수 있다. 보다 낮은 수준의 아스파라기나아제를 사용할 수 있지만, 아스파라긴이 부족한 감자 추출물 내에 원하는 낮은 수준의 아스파라긴을 얻기 위해 더 많은 시간이 필요할 수 있다. 보다 높은 수준의 아스파라기나아제를 사용할 수 있지만, 상업적인 실시에서 비용이 매우 비쌀 수 있다.
약 17.6%의 고체 함량을 가지는 모든 감자 슬라이스 샘플은 껍질을 벗기고 슬라이스하였다. 대조군 샘플은 어떤 용액에도 두지 않고, 다른 샘플들을 상기 표 2에 나타낸, 120℉에서 약 15, 약 40 및 약 60분 동안 유지한 4개의 용액 (물, 물+아스파라기나아제, 감자 추출물, 감자 추출물+아스파라기나아제) 각각에 넣고, 아스파라긴을 테스트하였다. 상기 표 2에 나타낸 테스트 결과는 감자 추출물이 감자 슬라이스로부터 아스파라긴을 제거하는데 있어서 물보다 더 효과적이라는 것을 나타낸다. 추가로, 아스파라긴이 감자 슬라이스로부터 선택적으로 제거되었기 때문에, 감자 슬라이스 내에 환원당 및 다른 원하는 용해 가능한 물질이 허용 가능한 수준으로 남아 있어서, 선행 기술의 뜨거운 물을 이용한 침출에 의한 질감 및 맛의 심각한 손상이 발생하지 않는다. 결과적으로, 본 발명의 일 실시태양은 아스파라긴이 부족한 감자 추출물을 제공하고, 감자, 예를 들어 제1 농도의 아스파라긴을 갖는 슬라이스된 감자와 아스파라긴이 부족한 감자 추출물을 접촉시켜 감자 슬라이스로부터 아스파라긴을 선택적으로 침출하는 것을 포함한다. 이어서, 감자 슬라이스를 아스파라긴이 부족한 감자 추출물로부터 제거할 수 있고, 임의로 헹구고 열가공할 수 있다. 각각의 테스트는 식품 내의 아스파라긴 수준과 그 식품 내의 결과적인 아크릴아미드 수준 사이의 관계를 보여준다. 결과적으로, 감소된 수준의 아스파라긴을 갖는, 결과로 얻은 열가공된 감자 슬라이스는 감소된 수준의 아크릴아미드를 가질 것이다.
일 실시태양에서, 처음에 감자 추출물은 첨가된 용액 1 mL 당 껍질을 벗긴 감자 약 0.5 그램 내지 약 2 그램을 사용하는, 물에 대한 감자의 비율로 제조된다. 물에 대한 감자의 비율이 더 높으면 여과가 더 어려워질 수 있다. 따라서, 추가의 미가공 감자와 여과된 추출물을 여과하지 않은 추출물 내에서 혼합하고, 여과하지 않은 추출물을 감자 추출물 내로 여과함으로써 감자 추출물을 추가로 농축하는 경우에는 특히 보다 낮은 비율이 보다 바람직할 수 있다. 이 공정은 감자 추출물이 감자 슬라이스 내의 대응하는 농도 수준에, 평형 상태가 되거나 평형 근처가 될 때까지 반복할 수 있다.
추가로, 상기에 개시된 감자 추출물이 물 또는 여과된 추출물 1500 mL에 대해 껍질 벗긴 감자 슬라이스 800 그램의 비율을 사용하지만, 이 비율은 최적화될 수 있다. 첨가된 물은 원하는 용해 가능한 물질, 예를 들어 환원당과 감자 추출물 사이에 일부 농도 구배를 형성한다. 결과적으로, 일 실시태양에서, 첨가물, 예를 들어 프럭토오스 및 글루코오스를 포함하는 환원당이 감자 추출물에 첨가되어 원하는 용해 가능한 물질의 농도 구배를 최소화한다. 추가로, 초기 용액은 첨가물, 예를 들어 환원당 또는 다른 원하는 용해 가능한 물질을 포함하여 농도 구배를 추가로 감소시킬 수 있다.
일 실시태양에서, 첨가된 물의 수준은 최소화된다. 일 실시태양에서 초기에 첨가되는 물의 수준은 제거된다. 결과적으로, 물이 첨가되지 않고, 추출물은 불려진 감자를 포함한다. 일 실시태양에서, 불려진 감자를 감자 추출물로 진공 여과한다.
상기에서 아스파라긴을 감소시키는데 사용될 수 있는 배치 방법을 예시하지만, 본 방법은 하기에 기재된 바와 같이, 세미-연속 또는 연속해 수행되도록 변형될 수 있다.
감자 슬라이스 또는 조각을 조리하기 전에, 일반적으로 미가공 감자의 껍질을 벗기고, 슬라이스 또는 절단하고, 이어서 세척하여 잉여 전분 및 잔해를 제거한다. 도 13a의 선택적인 침출 시스템 (1300)에 의해 나타낸 바와 같이, 세척 단계는 실질적으로 계속 공급되는 미처리 감자로부터 아크릴아미드 전구체를 침출하는 계속 공정을 포함하도록 변형될 수 있다. 본원의 목적을 위해. 껍질을 벗긴 감자 슬라이스는 처리하지 않는다. 일 실시태양에서, 1) 추출 유닛 (1320)은 아스파라긴을 미처리 감자 공급물 (1310)으로부터 아스파라긴이 부족한 감자 추출물 (1380)으로 침출하고; 2) 전분 제거 유닛 (1340)은 잉여의 결합되지 않은 전분 (1336)을 제거하며; 그리고 3) 1개 이상의 아스파라긴 제거 유닛 (1350)은 전분을 제거한, 후-세척 감자 추출물 (1334)로부터 아스파라긴을 제거하고, 이어서 재순환시켜 (아스파라긴이 부족한 추출물 (1380)로) 미처리 감자 공급물 (1310)을 계속해서 세척하고 침출하는 3개의 주 유닛 작업을 이용해 감자를 세척하고 주 전구체인 아스파라긴을 선택적으로 추출한다. 따라서, 처리한 감자 슬라이스 (1312)를 이어서 다음 공정 단계, 예를 들어 조리 또는 가열 단계로 진행시킨다.
첫 번째 유닛 작업에서, 아크릴아미드 전구체 ("미처리 감자") (1310)을 함유하는, 껍질 벗기고 슬라이스한 감자의 스트림은 전구체가 부족한 감자 추출물 (1380)과 감자가 접촉되는, 도 2의 선행 기술 세척 단계 (23)과 유사하게, 추출 유닛 (1320)으로 들어간다. 전구체가 부족한 감자 추출물 (1380)은 미처리 감자 공급물 (1310)으로부터 제거되어야 할 특정 아크릴아미드 전구체를 제외하고, 모든 수용성 감자 성분을 포함하는 물의 스트림을 포함한다. 따라서, 바람직한 실시 태양의 정상 상태에서, 전구체가 부족한 감자 추출물 (1380)은 모든 수용성 감자 고체 및 아스파라긴을 제외한 화합물의 수용액 또는 현탁액을 포함한다. 감자 추출물은 일반적으로 수용성 화합물, 예를 들어 환원당 및 비환원당, 전분 및 다양한 아미노산을 포함한다. 정상 상태에서, 전분 및 아스파라긴 이외의 전구체가 부족한 추출물 (1380) 내의 수용성 화합물의 농도는 대응하는 미처리 감자 공급물 (1310) 내의 수용성 화합물의 농도와 평형을 이루거나 거의 평형 상태이다. 시스템을 개시하는 동안, 전구체가 부족한 추출물 (1380) 내의 수용성 화합물의 농도는, 충분한 수용성 물질이 미처리 감자 공급물 (1310)으로부터 추출물 (1322)로 침출될 때까지, 미리 결정된 양의 순수한 물 (증류되거나, 탈이온화되거나 역삼투로 처리된 물)을 침출 시스템 (1300)을 통해 순환시킴으로써 평형 수준까지 증가된다. 추출 유닛으로 들어가는 초기의 감자 스트림이 여전히 비교적 순수한 물을 사용하여 침출되기 때문에, 원하는 용해 가능한 물질의 상당한 양이 감자로부터 추출되어 순환하는 물로 들어간다. 개시하는 동안 침출된 감자의 일부는 조리 후 낮은 품질의 감자칩을 만들 수 있고, 따라서 침출 후에 이들 개시 감자는 간단히 버리는 것이 바람직할 수 있다. 유사하게, 허용 불가능한 크기 또는 형태 때문에 버려진 감자를 개시하는 동안에 사용하는 것 또한 바람직할 수 있다. 또한, 이들 개시 감자는 너무 많은 양의 원하는 용해 가능한 화합물이 침출된 경우, 세척 후에 버려질 수 있다.
아스파라긴의 선택적 침출을 수반하는 이 실시태양 및 다른 실시태양에서, 전구체가 부족한 추출물 (1380) 농도 수준 (아스파라긴, 잉여 전분 및 원하지 않는 불순물을 제외함)은 대응하는 미처리 감자 공급물 (1310)의 농도 수준과 평형이 되거나 또는 거의 평형 상태가 됨으로써, 농도 구배가 생기지 않아 원하는 용해 가능한 물질이 침출 중에 미처리 감자 공급물 (1310)으로부터 유출되지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 일 실시태양에서 미처리 감자 공급물 (1310)과 추출 유닛 (1320)으로 들어가는 전구체가 부족한 추출물 (1380) 사이에 존재해야만 하는 오직 2가지의 주된 농도 구배가 있다: 하나는 미처리 감자 공급물 (1310)으로부터 전구체가 부족한 추출물 (1380)으로의 아스파라긴의 유출, 및 또 다른 하나는 미처리 감자 공급물 (1310)으로부터 전구체가 부족한 추출물 (1380)으로 전분의 유출이다. 일 실시태양에서, 감자 슬라이스를 사전 세척하여 슬라이스로부터 느슨한 전분을 제거하고 추출 유닛 (1320) 내의 전분 축적을 제거한다. 뿐만 아니라, 가열된, 전구체가 부족한 추출물 (1380)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 물 내 아스파라긴의 용해도가 온도 증가에 따라 증가하기 때문에, 보다 높은 세척/침출 온도는 주어진 유량의 전구체가 부족한 추출물 (1380)을 이용하여 침출될 수 있는 아스파라긴의 양을 증가시킨다. 예를 들면, 전형적인 침출 용액 온도는 약 70℉ 내지 약 150℉ 범위일 수 있다. 추가로, 이 온도 범위의 상한 (약 120℉ 내지 약 150℉)은, 아스파라긴의 우선적 침출로 인해 원하는 용해 가능한 물질이 더 적게 침출되기 때문에, 감자 추출물이 침출수일 경우에 보다 바람직할 수 있다.
다시 도 13a에서, 아스파라긴이 부족한 감자 추출물 (1380)이 추출 유닛 (1320) 내에서 미처리 감자 (1310)과 접촉함에 따라, 아스파라긴 및 전분은 전구체가 부족한 추출물 (1380) 내로 침출된다. 바람직한 실시태양에서, 전구체가 부족한 추출물 (1380)은 연속의, 향류 방식으로 미처리 감자 (1310)과 접촉한다. 평행류에 비교하여, 향류가 보다 효과적으로 원하는 용질을 주어진 고체로부터 침출한다는 것은 당업계에 잘 알려져 있다. 또 다른 실시태양에서, 추출 공정은 전구체가 부족한 추출물 (1380)이 미처리 감자 공급물 (1310)과 접촉하는 동안에 초음파로 진동시킴으로써 추가로 향상된다. 높은 주파수, 짧은 진폭의 진동은 감자 조각 주변의 경계 층의 두께를 감소시킴으로써 물질전달 속도의 증가를 돕는다. 예를 들면, 감자 슬라이스에 초음파 주파수를 적용하지 않은 경우 순수한 물에서 침출되는 경우보다 슬라이스를 초음파 주파수 68 kHz 및 170 kHz에 노출시키는 경우에 순수한 물에서 더 많은 아스파라긴이 감자 슬라이스에서 침출된다. 따라서, 초음파 주파수는 초음파 처리 없이 동일한 추출물로 침출되는 것보다 감자 슬라이스로부터 더 많은 아스파라긴이 또한 아스파라긴이 부족한 추출물로 침출될 수 있을 것이다.
다양한 방법을 사용하여 미처리 감자 공급물 (1310)과 전구체가 부족한 추출물 (1380) 사이의 연속되는 향류 추출을 할 수 있다. 예를 들면, 추출 유닛 (1320)의 일 실시태양은 감자를 블랜칭하는데 사용하는 종류와 유사한 1 이상의 스크류 유형, 이멀젼(immersion) 추출기를 사용한다. 일반적으로, 스크류 유형 추출기는 관 내에 나선 회전을 포함한다. 나선은 관의 길이 방향을 따라 한 방향으로 침출되어야 할 고체를 옮기는 반면, 추출 용매의 향류 스트림은 관의 길이를 따라 반대 방향으로 흐른다. 감자를 블랜칭(blanching) 하기 위한 스크류 유형 추출기는 당업계에 널리 공지되어 있고, 따라서 스크류 유형 추출기의 구조 및 작업은 본원에 상세히 기재할 필요가 없다. 이 실시태양에서, 미처리 감자 (1310)은 스크류 유형 추출 유닛 (1320)으로 들어가고, 이어서 계속하여 추출 유닛 (1320)의 길이를 따라 작동되는 회전 스파이럴 또는 나선에 의해 이동된다. 처리량을 증가시키기 위해, 미처리 감자 공급물 (1310)을 나누어 몇몇 스크류 유형 추출 유닛 (1320)을 통해 동시에 보낼 수 있고, 이어서 추출 유닛으로부터 나온 후에 재합류시킬 수 있다. 각각의 이런 스크류 유형 추출 유닛 (1320) 내에서, 전구체가 부족한 감자 추출물 (1380)은 처리된 감자 (1312)가 나오는 단부에서 유닛으로 들어가서, 처리된 감자 스트림 (1310)이 이동하는 방향과 반대 방향으로 추출 유닛 (1320)을 통해 흐르고, 미처리 감자 (1310)이 처음에 유닛 (1320)으로 들어가는 유닛에서 나온다. 전구체가 부족한 추출물 (1380)이 이 향류 방식으로 관을 통해 흐르기 때문에, 전구체가 부족한 추출물 (1380)은 미처리 감자 공급물 (1310)과 접촉하도록 되고, 아크릴아미드 전구체 및 전분이 미처리 감자 (1310)으로부터 전구체가 부족한 추출물 (1380)으로 침출된다. 감자 조각 (1310)이 나선에 의해 단단히 조절되기 때문에, 전구체가 부족한 추출물 (1380)은 보다 높은 압력 및 속도에서 추출 유닛 (1320)을 통해 펌핑되어 보다 효과적으로 아크릴아미드 전구체를 침출할 수 있다. 그러나, 이어서 일어나는 공정에서 감자 조각의 크기가 중요하여, 공급물 (1310) 내의 각각의 감자 조각을 부수거나 손상시킬 압력을 적용하지 않도록 주의하여야 한다. 추출 유닛 (1320)에서 나오는 감자 내에 남아 있는 아크릴아미드 전구체, 예를 들어 아스파라긴의 농도 수준은 다양한 파라미터, 예를 들어 유닛 내 체류 시간, 미처리 감자 공급물 (1310) 및 전구체가 부족한 추출물 (1380) 둘 다의 유속 및 전구체가 부족한 추출물 (1380)의 온도에 의존한다. 예를 들면, 처리된 감자 스트림 (1312)에서, 보다 낮은 최종 농도의 전구체가 바람직한 경우, 추출 유닛 (1320)의 길이를 증가시킬 수 있고, 이에 의해 체류 시간이 증가한다.
추출 유닛 (1320)의 또 다른 실시태양은 전구체가 부족한 추출물 (1380)을 함유하는 세척 탱크를 포함한다. 이 특정 실시태양에서, 오픈 유형 또는 와이어-메쉬(wire-mesh) 유형의 컨베이어가 미처리 감자 (1310)을 탱크의 한 쪽 끝으로 나르고, 세척 탱크의 반대 끝에서 전구체가 부족한 추출물 (1380)으로부터 침출된 감자 (1312)를 가져오기 전에, 그들을 전구체가 부족한 감자 추출물 (1380) 내에 미리 정해진 시간 동안 및 미리 정해진 위치에 담근다. 전구체가 부족한 추출물 (1380)과 미처리 감자 공급물 (1310) 사이의 향류 교환을 위해, 전구체가 부족한 추출물 (1380)을 침출된 감자 (1312)가 제거되는 탱크의 끝에 도입할 수 있고, 세척 후 추출물 (1322)는 미처리 감자 공급물 (1310)이 탱크로 들어가는 끝 부분에서 제거될 수 있다. 잉여 전분의 제거를 위해 세척-탱크식 유닛을 현재 사용하는 감자칩 제조 공정에서, 아크릴아미드 전구체가 부족한 추출 유닛 (1320)의 특정 실시태양이 쉽게 실시된다. 기존의 전분-제거 세척 탱크는 또한 오직 몇몇의 미세한 변화를 주어 사용될 수 있다. 그러나, 이 유형의 추출기의 한가지 단점은 미처리 감자 공급물 (1310)과 전구체가 부족한 추출물 (1380) 사이의 탱크 내에서의 상대 속도가 미처리 감자 공급물 (1310)이 컨베이어로부터 벗어나게 되는 것을 방지할 정도로 충분히 낮아야 한다는 것이다. 따라서, 이 실시태양에서는 스크류 유형 추출기만큼 빠르게 감자 공급물 (1310)으로부터 전구체를 침출시키지 않을 수 있다.
추출 유닛 (1320)의 또 다른 실시태양은 감자 공급물 (1310)의 이동 층을 통해 전구체가 부족한 추출물 (1380)을 여과하여 침출하는 것을 수반한다. 이러한 유형의 추출기는 폐쇄형 케이스 내에 회전하는 버킷 엘리베이터를 포함하는 볼만(Bollman) 추출기이다. 침출될 감자 공급물 (1310)을 함유하는 각각의 버킷의 바닥에 구멍을 내어 추출물 (1380)이 버킷에서 버킷으로 아래로 여과될 수 있다. 볼만 유형 추출기는 당업계에 잘 공지되어 있어, 이러한 추출기의 구조 및 작동은 본원에 상세히 기재될 필요가 없다. 회전하는 엘리베이터는 상승부와 하강부를 모두 가지며, 또한 추출물이 모이는 각각의 집수정을 상승부 및 하강부에 대해 갖는다. 이전의 추출 유닛 실시태양과 달리, 볼만 유형 추출기는 향류 및 병류 섹션을 모두 가진다 (상승부에 향류 및 하강부에 병류). 작동시에, 미처리 감자 (1310)을 하강부 상의 엘리베이터 꼭대기의 버킷으로 넣고, 전구체가 부족한 추출물 (1380)을 상승부 상의 버킷의 꼭대기로 도입한다. 상승부 상의 버킷을 통과하는 경로로 여과된 추출물은 상승부 집수정에 수집된다. 상승부 집수정 내의 추출물을 엘리베이터 꼭대기로 펌핑하여 돌려보내고, 하강부 상의 버킷에 도입한다. 하강부 집수정에 도달한 후에, 세척 후 추출물 (1322)를 추출 유닛 (1320)으로부터 펌핑하여 다음 유닛 작동에 도입한다. 미처리 감자 (1310)이 한번 그들의 하강부로 내려가는 경로 및 상승부로 올라가는 경로를 갖게 되면, 상승부 상의 꼭대기 버킷으로부터 그들을 제거하고, 추출 유닛 (1320)으로부터 이동시킨다. 여과에 의한 침출은 이멀젼에 의한 침출에 비해 여러 가지 이점을 제공한다. 전형적으로 여과는 추출 용매와 고체간에 짧은 경계층으로 인해 여과시 더 혼합되려는 경향이 있기 때문에, 이멀젼보다 높은 추출 속도를 제공한다. 스크류 유형 이멀젼 추출기와 비교하면, 플레이크에 대한 기계적 손상이 덜 가는 경향이 있다. 뿐만 아니라, 막힘(plugging)에 대한 경향이 적다.
추출 유닛 (1320)의 또 다른 실시태양은 감자 전구체가 부족한 추출물 (1380)이 흐르는, 경사진 채널을 포함한다. 전구체가 부족한 추출물 (1380)이 채널의 높은 끝에서 낮은 끝으로 흐르는 동안, 오픈- 또는 와이어-메쉬 유형 컨베이어가 미처리 감자 (1310)을 채널의 위로 이동시키고, 전구체가 부족한 추출물 (1380)이 흐르는 아래 방향으로 흐르게 한다. 미처리 감자 (1310)과 전구체가 부족한 추출물 (1380) 사이의 접촉 표면적을 크게 하기 위해서, 이 와이어-메쉬 유형 컨베이어를 채널의 바닥 위로 살짝 올릴 수 있고, 이에 의해 전구체가 부족한 추출물 (1380)이 침출될 미처리 감자 (1310)의 위, 아래 그리고 주변에서 흐르게 할 수 있다. 컨베이어는 임의의 내구성 재료, 예를 들어 스테인리스 스틸 또는 다른 유형의 금속, 세라믹 또는 고분자계 재료로부터 제조된 식품-등급의 메쉬, 체인, 구멍나거나 또는 다른 액체-투과 구조물을 포함할 수 있다. 이들 몇몇의 추출 유닛을 직렬로 사용하여 마지막 추출 유닛으로부터 나오는 처리된 감자 (1312)의 최종 아스파라긴 농도를 낮추고, 침출 시간을 증가시킬 수 있다. 이들 몇몇의 추출 유닛을 직렬로 사용하는 경우, 전구체가 부족한 추출물 (1380)은 마지막 추출 유닛의 꼭대기로 들어가고, 이것이 첫 번째 추출 유닛의 바닥에 닿을 때까지, 각각의 유닛의 경사진 채널을 내려가는 경로를 만든다. 이때, 세척 후 추출물 (1322)는 미처리 감자 (1310)와 비슷한 전구체 농도를 가진다.
세척 후 추출물 (1322)이 추출 유닛 (1320)으로부터 배출된 후, 두 번째 유닛 작동인 전분 제거 유닛 (1340)으로 이동된다. 바람직한 실시태양에서, 전분 제거 유닛 (1340)은 원심분리하여 전분을 제거하는 집진기를 포함한다. 전분 입자가 세척 후 추출물 (1322) 내에서 대부분의 다른 수용성 분자보다 높은 밀도를 가지기 때문에, 급회전의 집진기 (1340)은 물보다 무거운 전분 입자가 집진기 벽에서 추출물 (1322)로부터 분리를 일으켜, 이어서 집진기 (1340)으로부터 슬러리 또는 페이스트 (1336)으로 바로 나오게 된다. 그 후, 전분을 제거한 세척 후 추출물 (1334)는 집진기 (1340)을 떠나 1 이상의 전구체 제거 유닛 (1350)으로 이동된다. 전분 제거 유닛 (1340)의 바람직한 실시태양이 집진기를 포함하는 반면, 다른 유형의 장치 및 방법이 전분을 제거하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 전분은 여과, 배치 침전 또는 응집에 의해서도 또한 제거될 수 있다. 그러나, 추출 유닛 (1320) 전에 미처리 감자 공급물 (1310)으로부터 전분이 제거되는 경우, 전분 제거 유닛 (1340)이 필요하지 않다는 것에 유의한다.
세 번째 유닛 작동에서는, 전분을 제거한 세척 후 추출물 (1334)가 아크릴아미드 전구체가 제거되는 1 이상의 전구체 제거 유닛 (1350)으로 들어간다. 일 실시태양에서, 각각의 전구체 제거 유닛 (1350)은 충전탑 또는 배플(baffle)탑 유형의 수지 컬럼, 예를 들어 제거될 특정 아크릴아미드 전구체와 선택적으로 결합하는 흡착 물질을 포함하는 이온 교환 수지를 포함할 수 있다. 아스파라긴이 제거되어야 할 주된 전구체인 일 실시태양에서, 각각의 수지 컬럼은 고정된 효소, 예를 들면 아스파라기나아제를 포함한다.
일 실시태양에서, 전구체 제거 유닛 (1350)은 아스파라기나아제 코팅된 수지 또는 예를 들어 아스파라긴과의 결합에 의해 용액으로부터 아스파라긴을 선택적으로 제거하는 수지를 가지는 컬럼을 포함한다. 일 실시태양에서, 전분이 제거된 세척 후 추출물 (1334)가 수지와 접촉됨에 따라, 추출물 내의 아스파라긴이 수지와 반응하여 암모니아 및 아스파르트산으로 변환된다.
일 실시태양에서, 전분이 제거된 세척 후 추출물 (1334)는 각각의 컬럼의 꼭대기에 도입되고, 바닥으로의 우회로를 따라 아래로 여과된다. 일 실시태양에서, 전분이 제거된 세척 후 추출물 (1334)가 수지와 접촉됨에 따라 아스파라긴이 수지에 의해 선택적으로 제거된다. 상기 실시태양 중 임의의 것에서, 수지 컬럼의 바닥에 도달할 때까지 상당한 양의 아스파라긴이 전분이 제거된 세척 후 추출물 (1334)로부터 제거된다. 본원에 사용된 바와 같이, 전분이 제거된 세척 후 추출물 (1334)로부터 아스파라긴 농도의 50% 이상이 제거될 때 상당한 양이 제거되는 것이다. 아스파라긴이 부족한 추출물 (1380)이 이어서 수지 컬럼의 바닥으로부터 제거되고, 다른 침출 과정을 위해 추출 유닛 (1320)으로 재순환된다. 이러한 몇몇 컬럼을 직렬로 작동하여 전분이 제거된 세척 후 추출물 (1334) 내의 아스파라긴 농도를 추가로 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 2 이상의 컬럼 또는 일련의 컬럼을 동시에 운행하여 연속 침출 공정 (1300)의 정지 없이 하나의 컬럼 (또는 일련의 컬럼)이 재생성을 위해 오프-라인이 되도록 허용할 수 있다.
도 13b는 아스파라긴과의 결합에 의해 용액으로부터 아스파라긴을 선택적으로 제거하는 수지 컬럼에 필요한 경우의 재생성 공정을 도시한다. 하나의 컬럼의 아스파라긴 제거 물질이 아스파라긴으로 포화되면, 그 컬럼은 오프-라인이 되고, 전분이 제거된 세척 후 추출물 (1334)를 남아 있는 컬럼 또는 컬럼들로 돌려보낸다. 재생성 용액 (1360)을 포화된 컬럼 (1350)을 통해 보내어 수지 표면으로부터 아스파라긴을 제거한다. 오프-라인 컬럼 (1350)으로부터 나오는 아스파라긴이 충분한 재생성 용액 (1362)는 버려질 수도 있고, 또는 아스파라긴을 분리하고 재생성 용액 (1360)을 재순환시키기 위해 추가로 처리될 수 있다. 대부분의 아스파라긴이 컬럼으로부터 제거되면, 재생성 용액 (1360)의 컬럼으로의 유동은 멈춘다. 적은 양의, 전분이 제거된 세척 후 추출물 (1334)를 그 다음에 컬럼 내에 있는 임의의 재생성 용액을 플러싱하는데 사용할 수 있다. 이때, 재생성이 완료되고, 이어서 컬럼을 도 13a에 나타낸 침출 공정 (1300) 내에 원상태로 복구시킬 수 있다.
대체 실시태양에서는, 추출 유닛 작동 (1320)을 두 개의 각각의 유닛 작동으로 나눌 수 있다. 이들 유닛 작동 중 첫 번째는 도 2에 도시한 선행 기술의 세척 단계 (23)과 유사한 세척 단계를 수반할 것이다. 이 세척 단계는 물을 수반할 것이고, 감자 슬라이스의 표면으로부터 잉여 전분을 제거하기 위한 목적일 것이다. 이렇게 하여 세척된 감자 슬라이스를 이어서, 감자 슬라이스로부터 추가적인 전분의 추출을 제거하거나 충분히 감소시키기에 충분한 농도의 전분을 함유하는, 전구체가 부족한 감자 추출물 (1380)로 처리해야 할 추출기 유닛 (1320)으로 진행시킨다. 이러한 대체 실시태양하에서, 전분 제거 유닛 작동 (1340)은 도 13a에 도시한 것에 비해 분리된 스트림을 발생시킬 것이다.
도 14는 미가공 감자 조각을 세척하고 아스파라긴을 제거하는데 비선택적 침출 시스템 (1400)을 사용하는 본 발명의 또 다른 실시태양을 도시한다. 이러한 비선택적 침출 시스템 (1400)은 1) 추출 유닛 (1420)이 아스파라긴을 포함하는 수용성 화합물을 감자 공급물 스트림 (1410)으로부터 전구체가 부족한 추출물 (1460)으로 비선택적으로 침출하고, 2) 전분 제거 유닛 (1440)이 잉여의, 결합되지 않은 전분 (1466)을 결과의 세척 후 추출물 (1462)로부터 제거하며, 3) 1개 이상의 아스파라긴 제거 유닛 (1450)은 전분을 제거한, 세척 후 감자 추출물 (1464)로부터 아스파라긴을 제거하고, 4) 흡수/보충 유닛 (1480)은 이전에 추출된 수용성 화합물 일부로 처리된 감자 (1412)를 보충하는 4개의 주된 유닛 작동을 포함한다.
도 14에 나타낸 추출 유닛 (1420), 전분 제거 유닛 (1440) 및 전구체 제거 유닛 (1450)은 도 13a에 나타낸 추출 유닛 (1320), 전분 제거 유닛 (1340) 및 전구체 제거 유닛 (1350)과 관련하여 기재한 방법과 유사한 방법으로 구성되어 작동된다. 그러나, 도 13a에 나타낸 선택적 침출 시스템 (1300)과 다르게, 도 14에 도시한 비선택적 침출 시스템 (1400)은 추출 유닛 (1420) 내의 미처리 감자 공급물 (1410)이 감자 추출물로 침출되어야 할 것을 요구하지 않는다. 도 14의 추출 유닛 (1420)으로 들어가는 미처리 감자 공급물 (1410)의 연속 스트림은 대신에 전구체가 부족한 추출물 (1460)으로서 순수한 물 (증류되거나, 탈이온화되거나 역삼투로 처리된 물)로 침출될 수 있다. 뿐만 아니라, 전 공정을 검토함으로써 이해될 바와 같이, 마지막 유닛 작동 (1480)을 떠나는, 사용한 감자 추출물 (1472)는 버려질 수 있고, 추출 유닛 (1420)으로 재순환되어질 필요는 없다. 그러나, 원하는 경우에는, 사용한 감자 추출물 (1472)를 재순환시킬 수 있다.
비선택적 침출 시스템 (1400)의 첫 번째 유닛 작동에서, 아크릴아미드 전구체 ("미처리 감자") (1410)을 함유하는 미가공 감자의 연속 스트림은 추출 유닛 (1420)의 한 쪽 끝으로부터 다른 쪽 끝으로 흐르고, 전구체가 부족한 추출물 (1460)은 추출 유닛 (1420)틀 통해, 미처리 감자 (1410)의 흐름에 향류인 반대방향으로 흐른다. 전구체가 부족한 추출물 (1460)은 일반적으로 순수한 물을 포함하지만, 이와는 다르게 흡수/보충 유닛 (1480)으로부터 나오는 사용된 감자 추출물 (1472) 또는 순수한 물과 사용된 추출물 (1472)의 조합물을 포함할 수 있다.
오직 아스파라긴과 전분 분자만이 감자 공급물 (1310)으로부터 유출되는, 도 13a에 나타낸 추출 유닛 (1320)과 다르게, 도 14에 나타낸 추출 유닛 (1420)은 미처리 감자 공급물 (1410)으로부터 임의의 수용성 화합물을 비선택적으로 유출시킨다. 전구체가 부족한 추출물 (1460)이 미처리 감자 공급물 (1410) 내에 함유된 수용성 화합물, 예를 들어 환원당, 비환원당, 전분 및 아스파라긴을 거의 함유하지 않거나 전혀 함유하지 않기 때문에, 미처리 감자 공급물 (1410)과 전구체가 부족한 추출물 (1460) 사이의 농도 구배는 미처리 감자 공급물 (1410) 내 수용성 화합물의 전구체가 부족한 추출물 (1460) 내로의 분산을 야기한다. 세척 및 침출 후에, 세척 후 추출물 (1462)가 추출 유닛 (1420)으로부터 나와 전분 제거 유닛 (1440)으로 진행되는 반면, 처리된 감자 (1412)는 추출 유닛 (1420)으로부터 나와 흡수/보충 유닛 (1480)으로 진행된다.
비선택적 침출 시스템 (1400)의 두 번째 유닛 작동에서, 이제 전분, 아스파라긴, 환원당, 비환원당 및 다른 수용성 화합물을 함유하는 세척 후 추출물 (1462)가 전분 제거 유닛 (1440)으로 들어간다. 이 유닛은 도 13a에 나타낸 전분 제거 유닛 (1340)과 관련하여 상기에 기재된 것과 본질적으로 동일한 방법으로 구성되어 작동된다. 전분 제거 유닛 (1440)은 전분 입자를 세척 후 추출물 (1462)로부터 분리하고, 전분은 슬러리 또는 페이스트 (1466)로 유닛에서 나온다. 전분을 제거한 세척 후 추출물 (1464)는 이어서 전분 제거 유닛 (1440)을 떠나 1 이상의 전구체 제거 유닛 (1450)으로 이동된다.
비선택적 침출 시스템 (1400)의 세 번째 유닛 작동에서, 1 이상의 전구체 제거 유닛 (1450)은 도 13b에 나타낸 전구체 제거 유닛 (1350)과 관련하여 상기에 기재된 것과 동일한 방법으로 아스파라긴을 제거한다. 유사하게, 도 14의 각각의 전구체 제거 유닛 (1450)은 도 13a에 나타낸 각각의 전구체 제거 유닛 (1350)이 필요한 경우에 재생성되는 것과 동일한 방법으로 재생성된다. 전분을 제거한 세척 후 추출물 (1464)로부터 아스파라긴이 제거된 후, 결과의 전구체가 부족한 보충 추출물 (1470)은 전구체 제거 유닛 (1450)으로부터 나와 흡수/보충 유닛 (1480)으로 진행된다.
비선택적 침출 시스템 (1400)의 네 번째 유닛 작동은 이전에 침출된 수용성 화합물을 처리된 감자 (1412)로 돌려 보낸다. 흡수/보충 유닛 (1480)은 이 목적으로 사용되고, 도 13a에 나타낸 추출 유닛 (1320)의 몇몇 실시태양에서 논의된 임의의 장치를 포함한다. 예를 들면, 흡수/보충 유닛 (1480)은 스크류 유형 추출기, 세척 탱크 유형 추출기 또는 볼만 유형 여과 추출기를 포함할 수 있다. 고체로부터 침출 용매로 용질을 추출하는데에 가장 흔히 사용되지만, 이들 장치는 용액으로부터 고체로 용질을 역 분산시키는데 또한 사용될 수도 있다. 이러한 장비는 단지 고체 상 및 액체 상 사이의 물질 전달을 향상시킨다. 예를 들면, 흡수/보충 유닛 (1480)의 일 실시태양은 스크류 유형 추출기를 포함한다. 추출 유닛 (1420)으로부터의 처리된 감자 (1412)는 스크류 유형 추출기 (1480)의 한 쪽 끝으로 들어가서 전구체가 부족한 보충 추출물 (1470)의 향류와 마주친다. 들어가는 전구체가 부족한 보충 추출물 (1470)이 비교적 높은 농도의 수용성 화합물 (주로 당)을 갖고, 처리된 감자 (1412)가 비교적 낮은 농도의 수용성 화합물을 갖기 때문에, 수용성 화합물은 전구체가 부족한 보충 추출물 (1470)으로부터 처리된 감자 (1412)로 다시 분산된다. 따라서, 처리된 감자 (1412) 내 수용성 용질의 농도는 처리된 감자 (1412)가 흡수/보충 유닛 (1480)을 통해 진행됨에 따라 증가하고, 전구체가 부족한 보충 추출물 (1470) 내 용질의 농도는 전구체가 부족한 보충 추출물 (1470)가 유닛 (1480)을 통해 진행됨에 따라 감소한다. 흡수/보충 유닛을 나오는, 사용된 추출물 (1472)는 버려질 수 있고, 또는 추출 유닛 (1420) 내의 전구체가 부족한 추출물 (1460)의 일부로서 재순환될 수 있다. 보충된 감자 (1414)는 처리된 감자 스트림 (1412) 내의 수준보다 높고, 미가공의 미처리 감자 (1410) 내의 초기 수준보다는 낮은 수용성 용질 수준으로 유닛 (1480)에서 나온다.
사용된 감자 추출물 (1472)가 추출 유닛 (1420)으로 들어가는 전구체가 부족한 추출물 (1460)로서 재순환되는 경우, 비선택적 침출 시스템은 시간이 지남에 따라 도 13a에 나타낸 선택적 침출 시스템과 매우 유사하게 작동될 것이다. 정상 상태에 도달하면, 아스파라긴 및 전분이 아닌 수용성 물질의 농도는 전구체가 부족한 추출물 (1460) 내에서 증가할 것이고, 더 적은 물질이 미처리 감자 공급물 (1410)으로부터 침출될 것이다. 정상 상태에서는, 오직 아스파라긴과 전분만이 감자 공급물 (1420)으로부터 전구체가 부족한 추출물 (1460)으로 추출되어 여분의 흡수/보충 (1480) 유닛을 불필요하게 만든다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시태양은 비선택적 침출 시스템 (1400)을 오직 개시하는 동안에만 사용하고, 추출 유닛 (1420) 내에서 전구체가 부족한 추출물 (1460)으로서 사용된 추출물 (1472)를 재순환하고, 이어서 정상 상태에 도달한 후에 흡수/보충 유닛 (1480)을 우회하여 비선택적 침출 시스템 (1400)을 도 13a 나타낸 선택적 침출 시스템 (1300)으로 변경하는 것을 수반한다. 이 실시태양은 개시 중에 미처리 감자 (1310), (1410)으로부터 원하지 않게 침출된 용질 물질 (예를 들면, 당)의 양을 최소화한다. 허용될 수 없는 낮은 수준의 원하는 용질 때문에, 개시 중에 버려야만 하는 처리된 감자 조각 (1312), (1412)의 수를 또한 감소시킨다.
일 실시태양에서, 약 1분 내지 약 5분, 보다 바람직하게는 약 3분 내지 약 5분 범위의 적시는 시간 동안 100℉ 내지 150℉, 보다 바람직하게는 약 120℉ 내지 150℉의 뜨거운 물 (1460)으로 통감자 또는 슬라이스된 감자 (1410)을 처리하는 것을 수반하는 블랜칭 단계를 연장함으로써 침출을 통해 전구체의 제거가 일어난다. 온도가 낮으면 충분한 양의 전구체를 제거하지 못하고, 온도가 높으면 모든 화합물을 너무 빨리 제거하기 때문에 온도/시간 관계가 중요하다. 일 실시태양에서, 감자 슬라이스를 환원당, 예를 들면 글루코오스 및 프럭토오스를 포함 (이에 제한되는 것은 아님)하는 1 이상의 원하는 용해 가능한 물질 첨가물을 가지는 용액 내에서 블랜칭한다. 본 발명의 실시태양에 따른 블랜칭 단계는 아크릴아미드 형성의 95%를 감소시키는 양의 아스파라긴을 제거한다. 이어서, 블랜칭 단계로부터 침출된 성분을 함유하는, 전분이 제거된 세척 후 추출물 (1464)를 냉각하여 효소가 불활성화되는 것을 방지하고, 물 1.4 리터 당 500 내지 100,000 유닛, 보다 바람직하게는 약 3000 내지 약 100,000 유닛 범위 농도의 효소 아스파라기나아제와 5 내지 20분 동안 혼합한다. 일 실시태양에서는, 전분이 제거된 세척 후 추출물 (1464)를 약 70℃ (158℉) 미만의 온도까지 냉각하여 아스파라기나아제의 파괴를 방지한다. 일 실시태양에서, 용액을 실온 내지 약 100℉의 온도까지 냉각한다. 아스파라기나아제는 전분이 제거된 세척 후 추출물 (1464)로부터 대부분의 아스파라긴을 제거한다. 다음으로, 일 실시태양에서, 블랜칭된 처리된 슬라이스 (1412)를 효소 처리한 전구체가 부족한 보충 추출물 (1470)과 용해 가능한 원하는 물질로 보충하여, 보충된 감자 (1414)를 생산하기 위해 슬라이스에 나머지 성분 (아스파라긴을 제외한)을 다시 주입한다. 흡수/보충 유닛 (1480) 내에서 일어나는 주입 단계는 다양한 온도/시간 처리, 가능하면 고압 또는 진공을 수반할 수 있다. 이들 처리 후에, 슬라이스를 보통 튀김 온도에서, 보통 튀김 시간 동안 튀겨 칩을 생산한다.
다양한 시간 및 온도 관계하에 13개의 비교 테스트를 수행하여, 연장된 블랜칭 단계에 의해 감자 슬라이스로부터 침출된 아스파라긴을 분석하였다. 일부 실시태양에서는, 침출 당을 다양한 시간 동안 적셔 재도입하였고, 아스파라긴 제거에 미치는 영향을 평가하였다. 테스트의 결과는 아래 표 3에 제공되어 있다.
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상기 표의 각각의 테스트를 위해, 200 그램의 감자의 껍질을 벗기고 두께 0.053 인치로 슬라이스하여 물 5 L에 적셨다. 이어서, 아스파라긴을 침출하기 위해 다양한 조건하에 슬라이스를 적셨다. 각각의 테스트 후에, 감자 슬라이스와 침출수를 아스파라긴을 위해 샘플링하였다. 따라서, 대조군 샘플인 테스트 1에서는 두께 0.053 인치의 200 그램의 감자 슬라이스를 2분 동안 실온 (약 70℉)에서 순수한 물 5 리터에 적셨다. 테스트한 2개의 감자 슬라이스는 2,902 ppm의 평균 아스파라긴 농도를 가졌고, 침출수는 20 ppm의 아스파라긴을 가졌다. 테스트 2-4에서 나타난 바와 같이, 적시는 시간이 길수록 적시거나 침출된 감자 슬라이스 내의 아스파라긴의 농도가 더 많이 감소되었고, 침출수 내의 아스파라긴의 농도가 더 높아졌다. 테스트 5-7에서 나타난 바와 같이, 0.02%의 환원당을 가진 용액 내에 감자 슬라이스를 적시는 것은 순수한 물에서 동일 시간 및 온도에서 적시는 것보다 감자 슬라이스 내의 아스파라긴 농도의 더 많은 감소 (테스트 5는 테스트 2보다 더 많이 감소)가 있었거나 비슷한 정도 (테스트 3과 6 및 테스트 4와 7은 유사)의 감소가 있었다. 이 발견은 원하는 선택적 침출이 비선택적 침출보다 효과적으로 또는 보다 효과적으로 달성될 수 있다는 것을 설명하기 때문에 중요하다.
낮은 온도에서 순수한 물에 추가로 적시는 단계는 테스트 2-4의 한 번의 적시는 단계에서 발견된 결과와 비교했을 때, 테스트 8-10에 의해 나타난 것과 같이 더 많은 아스파라긴의 감소가 있었다. 테스트 11-13은 140℉에서 물에 적시는 제1 적심 단계 다음에 물을 95℉까지 얼음으로 버킷을 둘러싸 효소가 불활성화되는 것을 방지하고, 이어서 10,000 유닛의 아스파라기나아제를 첨가하고 10분 동안 혼합하고 감자 슬라이스가 적셔질 수 있도록 하는 것은 감자 슬라이스 내 아스파라긴 99% 이상을 감소시킨다는 것을 보인다. 추가로, 마지막 적심 단계가 30분 이상인 경우, 테스트 12 및 13에서 나타난 바와 같이 침출수에 감지할만한 양의 아스파라긴이 남지 않는다.
도 15는 효소 (1555)를 전분이 제거된 세척 후 추출물 (1574)에 첨가하여 아크릴아미드 전구체가 부족한 용액 (1580)을 제공하고, 아크릴아미드 전구체가 부족한 용액 (1580) 내 아스파라긴의 자연 농도를 가지는 미처리 감자 조각 (1510) 또는 미가공 식품을 접촉시켜 아크릴아미드 전구체를 미처리 식품 조각 (1510)으로부터 우선적으로 침출하여 미가공 식품 조각이 자연 농도보다 낮은 감소된 농도의 아스파라긴을 가지게 하고, 처리된 식품 조각 (1512)를 추출 유닛 (1520)으로부터 제거하는 방법 및 시스템의 개략도이다. 도 15에서 침출 시스템 (1500)으로 도시한 바와 같이, 세척 단계는 아크릴아미드 전구체를 연속 감자 공급물 (1510)으로부터 침출하기 위한 연속 공정을 포함하도록 변형시킬 수 있다.
일 실시태양에서, 1) 혼합기 (1530)이 감자 추출물 (1532)를 제조하고; 2) 전분 제거 유닛 (1540)이 잉여의 결합되지 않은 전분 및 감자 고체 (1546)을 제거하고; 3) 1 이상의 아스파라긴 제거 유닛 (1550)이 전분이 제거된 세척 후 감자 추출물 (1534)로부터 아스파라긴을 제거하고, 이어서 (아스파라긴이 부족한 추출물 (1552)로서) 재순환시켜 미처리 감자 공급물 (1510)을 계속해서 세척하고 침출하고; 4) 1 이상의 반응 생성물 제거 유닛 (1560)을 사용하여 전구체 제거 유닛 (1550) 내에서 아스파라기나아제와 아스파라긴의 반응으로부터 형성될 수 있는 반응 생성물, 예를 들어 암모니아 및 아스파르트산의 축적을 피할 수 있고; 5) 추출 유닛 (1520)이 미처리 감자 공급물 스트림 (1510)으로부터 아스파라긴을 침출하여 아스파라긴이 부족한 감자 추출물 (1580)으로 보내는 5개의 주된 유닛 작동을 사용하여 감자를 세척하고 주된 전구체인 아스파라긴을 선택적으로 추출한다.
첫 번째 유닛 작동에서, 주로 개시 중에 또는 보충 스트림으로서 사용하여, 껍질을 벗기고 슬라이스한 미가공의 감자 (1514) 및 물 (1516)을 혼합기(1530)에 첨가하여 감자 퓨레(puree) 또는 감자 추출물 (1532)를 제조하였다. 아스파라긴의 선택적 침출을 수반하는 이 실시태양 및 다른 실시태양에서, 추출 농도 수준 (아스파라긴, 잉여 전분 및 원하지 않는 불순물을 제외한)을 대응하는 미처리 감자 공급물 (1510) 내의 농도 수준과 평형에 가깝게 하여 침출 중에 미처리 감자 공급물 (1510)으로부터 원하는 용해 가능한 물질을 유출시킬 수 있는 농도 구배를 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서, 감자 슬라이스를 사전 세척하지 않는 경우, 추출 유닛 (1520)으로 들어가는 미처리 감자 공급물 (1510)과 아스파라긴이 부족한 추출물 (1580) 사이에 존재하여야 하는 주요한 농도 구배가 오직 2가지 있다: 하나는 미처리 감자 공급물 (1510)으로부터 아스파라긴이 부족한 추출물 (1580)으로 아스파라긴을 유출시키는 것이고, 또 다른 하나는 미처리 감자 공급물 (1510)으로부터 아스파라긴이 부족한 추출물 (1580)으로 전분을 유출시키는 것이다. 결과적으로, 추출물 (1532)를 제조하는데 사용된 물 (1516)의 양을 최소화하는 것이 바람직하다. 일 실시태양에서, 추출물은 물 1.4 리터 당 약 300 그램 내지 약 1000 그램의 감자를 포함한다. 일 실시태양에서, 물은 1.4 리터당 약 500 유닛 내지 약 100,000 유닛을 포함한다. 뿐만 아니라, 가열된 아스파라긴이 부족한 추출물 (1580)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 물 내의 아스파라긴의 용해도가 온도가 증가함에 따라 증가하기 때문에, 세척/침출 온도가 높으면 주어진 유량의 추출물로 침출될 수 있는 아스파라긴의 양이 증가된다. 예를 들면, 약 100℉ 내지 약 150℉ 범위의 전형적인 침출 용액 온도가 사용될 수 있다.
다시 도 15에 따르면, 아스파라긴이 부족한 감자 추출물 (1580)이 추출 유닛 (1520) 내에서 미처리 감자 (1510)과 접촉함에 따라, 아스파라긴과 전분이 아스파라긴이 부족한 추출물 (1580)로 침출된다. 도 13a와 관련하여 상기 논의한 동일한 추출 유닛을 도 15에 도시한 실시태양에 사용할 수 있다.
세척 후 추출물 (1522)가 추출 유닛 (1520)으로부터 나온 후에, 이는 전분 제거 유닛 (1540)으로 이동될 수 있다. 도 13a와 관련하여 상기 논의한 동일한 전분 제거 유닛을 도 15에 도시한 실시태양에 사용할 수 있다. 다음 유닛 작동에서, 전분이 제거된 세척 후 추출물 (1534)가 아크릴아미드 전구체가 제거되는 1 이상의 전구체 제거 유닛 (1550)으로 들어간다.
전구체 제거 유닛 (1550)은 1 이상의 아스파라기나아제 (1555) 주입부를 포함한다. 일 실시태양에서, 전구체 제거 유닛 (1550)은 연속 혼합기를 포함한다. 충분한 아스파라기나아제 (1555)를 첨가하여 아스파라긴이 부족한 출구 스트림 (1552) 내의 아스파라긴 농도가 전분이 제거된 세척 후 추출물 (1534)의 아스파라긴의 농도의 약 50% 미만, 보다 바람직하게는 약 90% 미만을 포함하도록 하여야 한다.
아스파라긴이 부족한 출구 스트림 (1552)는 아스파라기나아제와 아스파라긴의 반응의 결과물인 반응 생성물, 즉 암모니아 및 아스파르트산을 가질 것이다. 연속 공정에서, 미처리 감자 (1510)으로부터의 유리한 우선적인 또는 선택적인 아스파라긴 추출 원동력을 유지하고 임의의 원하지 않는 부차적인 효과를 최소화하기 위해 추출 유닛 (1520)에 들어가기 전에, 추출 유닛 (1520)을 나가는 처리된 감자 (1512)의 품질 및 특성을 가질 수 있는 반응 생성물의 일부 또는 모두를 제거하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 몇몇 기술을 단독으로 또는 동시에 사용하여 추출 유닛 (1520)으로 들어가는 아스파라긴이 부족한 추출물 (1580) 내의 반응 생성물의 농도를 낮출 수 있다.
일 실시태양에서, 아스파라긴이 부족한 출구 스트림 (1552)의 양 (1558)을 침출 시스템 (1500)으로부터 제거하여, 폐수 스트림으로 보낼 수 있다. 일 실시태양에서, 침출 시스템 (1500)으로 들어가는 감자 추출물 (1532) 보충 스트림은 침출 시스템 (1500)을 나오는 아스파라긴이 부족한 추출물의 양 (1558)에 비례하거나 그와 같다.
일 실시태양에서, 아스파라긴이 부족한 출구 스트림 (1552)는 1 이상의 반응 생성물 제거 유닛으로 보내지는 슬립(slip) 스트림 (1554) 및 우회 스트림 (1556)으로 나뉜다. 일 실시태양에서, 암모니아 제거 유닛 (1560)은 아스파라긴이 부족한 슬립 스트림 (1554)로부터 암모니아 (1562)를 우선적으로 제거한다. 슬립 스트림 (1552)는 아스파라긴이 부족한 추출물 스트림 (1552)의 흐름의 약 0% 내지 약 100%를 포함할 수 있다. 슬립 스트림 (1554)는 간헐적으로 작동되도록 세팅될 수 있어, 선택된 시간 동안 아스파라긴이 부족한 추출물 스트림 (1552) 전부 또는 일부가 1 이상의 반응 생성물 제거 유닛 (1560)으로 보내진다. 예를 들면, 침출 시스템 (1500)의 작동 매 시간 동안 아스파라긴이 부족한 슬립 스트림 (1554)를 약 30분 동안 계속하여 또는 간헐적으로 작동할 수 있고, 아스파라긴이 부족한 추출물 스트림 (1552)의 전부 또는 일부를 처리할 수 있다.
일 실시태양에서, 암모니아 제거 유닛 (1560)은 1 이상의 암모니아 제거 방법을 단독으로 또는 조합함으로써 암모니아를 제거할 수 있다. 암모니아 제거 방법은 스트림을 가열하는 것, 스트림의 압력을 감소시키는 것, 스트림을 통해 공기, 스트림 또는 질소와 같은 가스 거품을 내는 것, 스트림의 pH를 조절하는 것 및 암모니아를 스트림으로부터 선택적으로 제거하기 위해 이온 교환 수지를 이용하는 것 중에 선택할 수 있다.
수용액 내에서 암모니아는 다음과 같이 정의되는 평형계로 존재한다:
NH4 + ⇔ NH3(g) + H+
수성 스트림으로부터 암모니아를 제거할 수 있는 기술은 보통 암모니아의 이온(NH4) 또는 기체 형태(NH3) 중 하나만을 회수할 수 있다. 계가 평형 상태에 있기 때문에, 기체 형태 암모니아의 제거는 더 많은 이온 형태가 기체 형태로 전환되도록 야기하고, 그에 따라 상기 반응이 오른쪽으로 이동한다. 이온 형태의 암모니아가 평형을 이루려고 할 것이기 때문에, 기체 형태의 암모니아는 또한 염기성 조건하에서 선호된다. 열이 용액으로부터 암모니아 기체를 휘발시킬 수 있기 때문에, 가열된 암모니아 용액은 또한 상기 반응을 오른쪽으로 이동시킬 것이다. 용액의 헤드스페이스 내 임의의 기체 암모니아는 또한 용액 내의 암모니아 기체에 영향을 줄 것이다. 결과적으로, 예를 들어 진공 또는 다른 감압 방법에 의해 암모니아 기체를 헤드스 페이스로부터 제거하는 것은 또한 용액 내의 암모니아 기체를 휘발시키는 것을 도울 수 있고, 이는 상기 반응을 오른쪽으로 이동시킬 것이다. 암모니아는 또한 미국 특허 제 6,838,069호에 개시된 다른 공지 방법이 음식에 안전하기만 하면 이 방법에 의해 제거될 수 있다. 예를 들면, 암모니아는 고체 금속 수산화물인 흡수제와 접촉될 수 있고, 이에 따라 흡수제에 암모니아를 로딩하고, 흡수제는 약산으로 재생성될 수 있다. 결과적으로, 일 실시태양에서, 암모니아 제거 유닛 (1560)은 재생성을 위한 하나의 유닛과 암모니아 제거를 위한 하나의 유닛의, 2개의 유닛을 포함할 수 있다.
일 실시태양에서, 아스파르트산 제거 유닛 (1570)은 1 이상의 아스파르트산 제거 방법을 단독으로 또는 조합하여 아스파르트산 (1572)를 제거할 수 있다. 아스파르트산 제거 방법은 이온 교환 수지를 사용하여 스트림으로부터 아스파르트산을 선택적으로 제거하는 것, 한외 여과막을 사용하여 여과하는 것, 전기 이동 및 스트림의 pH를 조절하는 것 중에 선택될 수 있다.
암모니아 제거 유닛 (1560) 및/또는 아스파르트산 제거 유닛 (1570) 내의 이온 교환 수지는 충전층 내에서 사용될 수 있다. 별법으로, 이온 교환 수지는 수지가 큰 통에 위치하고 슬립 스트림 (1554)와 혼합되어, 수지가 반응 전구체를 흡수하는 연속 배치 작동에 사용될 수 있고, 수지는 제거되어 재생성될 수 있다.
일 실시태양에서, 아스파르트산을 침전시키기위해 슬립 스트림 (1554)의 pH를 낮춘다. 이어서, 원심분리, 히드로클론(hydroclone), 여과 또는 다른 적절한 방법에 의해 침전물을 제거할 수 있다. 일 실시태양에서, pH를 약 4 내지 약 6, 보다 바람직하게는 약 4.5 내지 약 5.5 범위로 조절한다. 한외 여과막을 단독으로 또는 pH 조절과 함께 사용하여 아스파르트산을 여과할 수 있다. 암모니아 제거 유닛 (1560) 및/또는 아스파르트산 제거 유닛 (1570)을 통해 보내지는 결과의 정제된, 전구체가 부족한 감자 추출물 (1574)는 아스파라긴이 부족한 출구 스트림 (1552)보다 더 적은 반응 생성물 또는 부산물 (예를 들어 더 적은 암모니아 및/또는 아스파르트산)을 가질 것이다. 정제된, 전구체가 부족한 감자 추출물 (1574)는 우회 스트림 (1556)과 혼합되어 아스파라긴이 부족한 감자 추출물 (1580)이 될 수 있다.
다음으로, 아크릴아미드 전구체를 함유하는 껍질을 벗기고 슬라이스한 감자 ("미처리 감자") (1510)의 스트림은 전구체가 부족한 감자 추출물 (1580)이 감자와 접촉되는 도 2의 선행 기술 세척 단계 (23)에 유사하게, 추출 유닛 (1520)으로 들어간다. 아스파라긴이 부족한 감자 추출물 (1580)은 미처리 감자 공급물 (1510)으로부터 제거되어야 할 특정 아크릴아미드 전구체를 제외하고 모든 수용성 감자 성분을 함유하는 물의 스트림을 포함한다. 따라서, 바람직한 실시태양에서의 정상 상태에서, 아스파라긴이 부족한 감자 추출물 (1580)은 모든 수용성 감자 고체 및 화합물 (아스파라긴 제외)의 수용액 또는 현탁액을 포함한다. 감자 추출물은 일반적으로 수용성 화합물, 예를 들어 환원당, 비환원당, 전분 및 다양한 아미노산을 포함한다. 정상 상태에서, 전분 및 아스파라긴을 제외한, 아스파라긴이 부족한 추출물 (1580) 내의 수용성 화합물의 농도는 대응하는 미처리 감자 공급물 (1510) 내의 수용성 화합물의 농도와 평형 상태에 있거나 거의 평형 상태이다. 유닛 작동의 다양한 파라미터를 조작하는 것의 영향, 예를 들어 도 13 및 도 14에 나타낸 영향을 검토할 때 주의해야할 점은 이들 모든 조절이 최종 제품의 품질 및 특성에 부차적인 영향을 줄 것이라는 것이다. 결과적으로, 임의의 유닛 작동에서 행해진 조절을 유의깊게 선택하여 원하는 최종 특성을 갖는 제품을 만들 수 있도록 하여야 한다. 이들 특성은 최종 제품의 색, 맛, 입맛, 밀도, 냄새 및 저장 수명의 면을 포함한다.
도 5는 유닛 작동의 또 다른 측면에 초점을 두고, 조리 단계 중에 칩 내의 수분 수준의 감소 효과를 보여준다. 다시 도 2에 따르면, 조리 단계 (24)는 전형적으로 고온에서 연속 오일 프라이어 내에서 슬라이스된 감자칩을 조리하는 것을 수반하는 유닛 작동이다. 도 5에 따르면, 그래프는 수평 또는 x-축에 최종 칩 제품의 수분 수준을 반영한다. 수직 또는 y-축은 또한 최종 제품에서 발견되는 아크릴아미드(“AA”)의 양(ppb)을 표시한다. 이어서, 최종 칩의 수분 백분율 대 최종 칩의 아크릴아미드 수준을 나타내는 다수의 데이터 점을 플롯한다. 두 가지 상이한 튀김 온도를 사용하였고, 약 178℃(353℉)에서 튀긴 칩을 나타내는 다이아몬드 기호로 나타내고, 약 149℃(300℉)에서 튀긴 칩에 대한 데이터 점을 사각형 기호로 나타내었다. 라인 플롯 (51), (52)는 기울기를 잡기 위해 데이터 점에 곡선으로 피팅하였다. 곡선 피팅된 선 플롯 (51), (52)는 일반식 y = cxb를 따르며, 여기서 "y"는 아크릴아미드 수준을 나타내고, "c"는 상수, "x"는 수분 수준 및 "b"는 "x"의 지수를 나타낸다. 제1 라인 플롯 (51)은 149℃(300℉) 튀김 온도 데이터 점에 관한 것이다. 제2 라인 (52)는 178℃(353℉) 튀김 온도에 대해 플롯한 데이터 점에 관한 것이다. 도 5에서 볼 수 있듯이, 아크릴아미드 수준은 튀김 온도에 관계없이, 약 3 중량%의 칩 수분 수준에서 매우 낮게 유지된다.
도 5가 튀긴 감자 슬라이스 내의 아크릴아미드 수준과 수분 함량의 관계를 보여주는데 반해, 도 6은 건조 혼합으로 제조된, 구운 감자칩 제품 내에서 동일한 관계를 도시한다. 도 6의 그래프의 수직 축은 아크릴아미드 농도를 나타내고, 수평 축은 수분 수준을 중량 단위로 나타낸다. 아크릴아미드 농도는 구운 감자 슬라이스에서보다 구운 감자칩 제품에서 더 높은 경향이 있지만, 도 5 및 6 모두 수분 수준이 약 3% 미만으로 떨어질 때까지 감자 제품을 조리하는 데 있어서, 매우 낮은 농도의 아크릴아미드가 남는 것을 보여준다.
도 5 및 6에 의해 명백해 진 것은 전형적인 프라이어 내에서 조리된 감자칩 내의 아크릴아미드 수준은 수분 수준이 3 중량% 미만으로 일단 떨어지면 다소 현저히 증가하며, 이때에는 아크릴아미드 형성 온도 미만으로 제품 온도를 유지할 만큼 충분한 양의 수분이 남아 있지 않게 된다. 예를 들면, 도 5는 고온의 조리 환경에 노출되는 것과 관계없이, 조리 유닛 작동 중에 칩의 수분 수준이 3 중량% 이상일 때 최종 제품에서 발견되는 아크릴아미드의 수준이 비교적 낮다는 것을 나타낸다. 도 5 및 6은 수분 수준은 최종 제품 내 아크릴아미드 형성의 감소를 조절할 수 있는 유닛 작동 내 유용한 부가적인 파라미터라는 것을 설명한다.
불행히도, 최종 감자칩 내의 수분 수준은 이상적으로는 약 2% 미만, 바람직하게는 약 1.3 내지 1.4%이어야 한다. 2%보다 높은 경우, 그리고 1.4%보다 훨씬 더 높은 경우에는 포장된 제품에서 신선미가 없고, 미생물 부패가 생길 수 있을 뿐만 아니라, 감각기에의 영향, 예를 들어 맛, 질감 등에 영향이 있을 수 있다. 그러나, 최종 제품의 색, 맛 및 경도는 다양한 방법에 의해 조절될 수 있다. 포장 전 단계에서의 다양한 인자, 예를 들어 튀김 후드를 확장하고, 포장 기계로 컨베이어를 덮는 것, 식물 환경의 제습 및 포장에서의 다양한 인자, 예를 들어 포장 재로, 막, 백 및 봉인 재료를 조절함으로써 보다 높은 수분 함량을 가진 식품으로 마무리되는 결과를 막을 수 있다. 따라서, 열가공 식품에서 아크릴아미드 형성을 감소시키는 개시된 방법의 또 다른 실시태양에 따라, 추가의 유닛 작동은 예를 들어 약 1.4 중량%, 약 1.6 중량%, 약 1.8 중량% 및 약 2 중량% 또는 1.4 중량% 내지 2 중량% 사이의 임의의 수분 함량을 가지고 최종 조리 단계로부터 나오도록 식품을 마무리하는 것을 포함한다.
그러나, 다른 감자 제품은 비교적 높은 수분 함량에서도 상당한 양의 아크릴아미드를 형성한다고 알려져 있음에 주목하는 것이 중요하다. 예를 들면, 일반적으로 15 중량%가 넘는 수분을 가지고 프라이어에서 나오는 감자 튀김은 조리 중에 상당한 양의 아크릴아미드를 가짐을 보인다. 이는 아크릴아미드 형성이 총 수분 함량보다는 제품을 조리하는 온도 (특히 표면 온도)에 의존한다는 것을 시사한다. 실제로, 연구들은 필수 반응물이 약 250℉/120℃의 온도에 노출되어야 상당한 양의 아크릴아미드가 형성된다는 것을 보여준다. 따라서, 이는 아크릴아미드 전구체 화합물을 함유하는 감자 제품이, 조리시에 조리 매질의 온도와 상당히 다를 수 있는 제품 온도가 약 120℃(250℉) 넘게 올라가야 상당한 양의 아크릴아미드가 형성될 것이라는 것을 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 이러한 제품의 수분 함량은 제품 온도가 아크릴아미드 형성 온도보다 높게 올라갔는지 여부를 나타내는 좋은 지표일 수 있다.
비교적 고온의 환경에서도 제품 내 수분이 내부 제품 온도를 아크릴아미드 형성 온도 미만으로 유지하는데 도움이 된다는 것이 당업자에게 이론화되어 있다. 그러나, 대부분의 수분이 제거되면, 고온 환경은 제품 온도를 아크릴아미드 형성 온도보다 높게 증가시킬 수 있다. 조리 제품의 모든 부분이 동일한 내부 온도를 가지는 것은 아니라는 것을 명심하는 것이 중요하다. 예를 들면, 감자 튀김은 감자 슬라이스에 비교하면 다소 두꺼울 수 있고, 따라서 제품의 내부 및 외부 사이에 더 큰 수분 구배를 가지는 경향이 있다. 결과적으로, 조리되는 감자 튀김은 그 내부 수분 함량은 높지만 다소 높은 표면 온도를 가질 가능성이 있다. 대조적으로, 감자 슬라이스는 더 얇고 조리 중에 슬라이스 전체에서 보다 일정한 수분 수준을 가지려는 경향이 있다. 따라서, 적어도 얇은 제품, 예를 들어 감자 슬라이스 또는 가공된 감자 조각에서, 수분 수준은 여전히 이것의 내부 온도에 대한 좋은 척도일 수 있다. 이는 또한 옥수수, 보리, 밀, 호밀, 쌀, 귀리, 기장 및 다른 전분 기초 곡물에도 적용된다. 뿐만 아니라, 연속적 조리 장치가 조리 제품의 수분 함량이 감소함에 따라 고온에서 저온으로 단계적으로 감소하는 다양한 온도 단계를 가지도록 고안될 수 있다. 이는 제품 온도가 아크릴아미드 형성 온도보다 상승되게 하지 않으면서 수분을 빠르게 제거할 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 일 요소는 조리 유닛 작동 (도 2에 나타낸 네 번째 유닛 작동 (24))을 2 이상의 개별 가열 단계로 분리하는 것을 수반한다. 첫 번째 가열은 승온에서 수분 수준을 3 중량%보다 높은 근처의 수준으로 감소시키도록 한다. 이어서, 약 120℃(250℉) 미만의 온도를 가지는 저온 조리 단계로, 약 1-2 중량% 수준의 원하는 수분 수준, 바람직하게는 약 1.4 중량%의 수분 수준으로 제품을 마무리한다. 그러나, 본원에 기재한 공정 변형은 감자 슬라이스 조리에 대한 선행 기술 공정, 예를 들어 도 2에 개시된 공정에 제한되는 것은 아니다. 이들 변형은 또한 감자, 옥수수, 밀, 호밀, 쌀, 귀리, 기장 및 다른 전분 기초 곡식으로부터 유래된 가공된 식품을 제조하는 공정에 적용가능하다. 예를 들면, 이들 공정 변형은 몇 가지 예를 들자면, 가공된 감자 및 옥수수 제품, 시리얼, 쿠키, 크래커, 딱딱한 프렛즐 및 빵 내의 아크릴아미드 형성을 감소시키는데 사용할 수 있다. 용어 "변형된 조리 단계" 및 "변형된 조리 유닛 작동"은 도 2의 선행 기술의 감자 슬라이스 조리 방법뿐만 아니라, 아크릴아미드 형성을 감소시키는 것이 바람직한 다른 식품의 선행 기술의 제조 방법도 포함한다. 게다가, 용어 "감자 기초 조각"은 감자 전분 또는 도우로부터 유래된 미가공 감자 슬라이스 및 가공된 감자 조각 모두를 포함한다.
각각의 가열 단계는 다양한 가열 방법을 사용하여 달성할 수 있다. 예를 들면, 첫 번째 가열 단계는 대기 중의 튀김, 진공 튀김, 극초단파 조사 튀김 또는 굽기를 포함할 수 있다. 그러나, 첫 번째 가열 단계는 이와는 달리, 제품을 조리하고, 주어진 제조 효율, 예를 들어 체류 시간, 에너지 비용, 장치 자본 비용 및 가능한 바닥 면적을 우선적으로 고려하여 수분 수준을 낮추는 임의의 다른 방법을 포 함할 수 있다. 첫 번째 가열 단계가 제품을 튀기는 것을 포함하는 경우, 첫 번째 가열 단계는 종종 "파-프라잉(par-frying)"이라 불리고, 이러한 튀김은 그의 수분 함량이 약 3 중량%를 넘는 근처 수준으로 저하될 때까지 제품을 부분적으로만 조리한다. 두 번째 가열 단계는 진공 튀김, 저온 오븐 건조, 진공 오븐 건조 또는 두 번째 가열 단계에서 요구되는 조리 온도를 유지하는 임의의 조리 방법을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 방법을 사용하여, 제품 온도가 약 120℃(250℉)의 아크릴아미드 형성 온도 미만으로 유지되는 한 아크릴아미드 형성에 가장 유리한 저수분/고온 조건을 피하면서 수분 함량을 또한 감소시킬 수 있다. 두 번째 가열 단계는 수분 함량이 최종적으로 원하는 수준까지 추가로 감소되기 때문에, 종종 "최종 튀김(finish-frying)" 또는 "최종 건조(finish-drying)"로 불린다.
도 2에 나타낸 감자칩 제조 공정의 세척 단계 (23) 및/또는 조리 단계 (24)의 변형에 의해 제품의 질과 최종 특성에 나쁘게 영향을 주지 않고, 최종 제품 내의 아크릴아미드 수준을 현저히 감소시킬 수 있다. 바람직한 한 실시태양에서, 새로운 조각의 감자를 사용하는 감자칩 제조 공정은 전형적인 껍질 벗기는 단계, 슬라이스 단계 및 세척 단계를, 약 165 내지 약 182℃(330-360℉)에서 약 1-3분의 파-프라잉한 후에 약 120℃(250℉) 미만에서 칩의 수분 수분이 약 1.4 중량%로 감소될 때까지 오븐-건조를 하는 것을 포함하는 변형된 조리 유닛 작동과 병용한다. 이 바람직한 실시태양을 사용하는 테스트에서는, 120 ppb 미만의 아크릴아미드 수준을 얻는다. 이 바람직한 실시태양은 필요한 공정 변형과 관련하여 제품의 품질에 있어 허용 가능한 변화와 높은 수준의 아크릴아미드 감소 사이에 균형을 이룬 다. 그러나, 다른 실시태양도 가능하다. 도 7a, 7b 및 8은 선행 기술의 방법에서의 아크릴아미드 수준보다 최종 아크릴아미드 수준을 감소시키는 조리 변형과 수용액을 접촉시키는 것을 포함하는 세척 변형 조합의 다양한 예를 보여준다. 예를 들면, 300 ppb를 넘는 최종 아크릴아미드 수준을 100 ppb 미만으로 감소시킨다. 도 7a, 7b 및 8가 미가공 감자 슬라이스를 가공하는 실시태양을 포함하지만, 이들 실시태양에서 사용되는 변형된 세척 방법은 아크릴아미드 감소가 바람직한 다른 유형의 미가공 식품, 예를 들어 고구마, 참마 및 질경이에도 또한 적용될 수 있다. 유사하게, 이들 실시태양에서 사용되는 조리 변형은 또한 다른 튀긴 식품, 예를 들어 튀긴 토르티아, 튀긴 질경이, 튀긴 고구마 및 튀긴 참마에도 적용될 수 있다.
도 7a는 변형된 조리 단계의 특정 실시태양과 접촉시키는 것을 포함하는 변형된 세척 단계의 몇몇 상이한 실시태양을 조합하여 제조된 감자칩의 아크릴아미드의 결과 수준을 도시한다. 도 7a의 변형된 조리 단계는 첫 번째 가열 단계에서, 약 178℃(353℉)에서 대략 1 내지 3분 동안 감자 슬라이스를 부분적으로 튀기고 ("파-프라잉"), 이어서 두 번째 가열 단계에서는 수분 함량이 대략 1.3 중량%로 감소될 때까지 약 120℃(250℉)에서 감자 슬라이스를 오븐-건조하는 것을 포함한다. 파-프라잉 후 오븐-건조하는 것의 이점은 전형적으로 튀겨진 제품과 감각적으로 유사한 최종 제품을 여전히 생성하면서, 아크릴아미드 형성에 가장 유리한 저수분/고온 조건을 피할 수 있다는 것이다. 그러나, 많은 오븐-건조는 제품에 건조한 입맛을 제공할 수 있고, 가리기 어려운 제품의 그을림을 야기할 수 있다.
도 7a 그래프의 수직 또는 y-축은 아크릴아미드 농도(ppb)를 나타내고, 수평 또는 x-축은 감자 슬라이스를 수용액과 접촉시키는 것을 포함하는 변형된 세척 단계의 각각의 실시태양의 파라미터를 보여주는 표지이다. 각 데이터 점은 한 쌍의 수직 막대를 나타내는데, 좌측 막대는 접촉 및 파-프라잉 후의 아크릴아미드 농도를 나타내고, 우측 막대는 오븐-건조 후의 아크릴아미드 농도를 나타낸다. 좌측에서 우측으로, 도 7a의 첫 번째 데이터 점 (71)은 도 3 및 4와 유사하게, 실온에서 2 내지 3분의 물 세척을 수반하며, 그 후에 샘플을 대기 중에 튀겨 대략 1.3 중량%의 수분을 갖게 되는 기본 샘플이다. 두 번째 데이터 점 (72)는 샘플이 약 1.0% 수분을 갖도록 튀기는 것을 제외하면 첫 번째와 같다. 첫 번째 및 두 번째 샘플 (71), (72)는 각각 약 320 ppb 및 630 ppb의 아크릴아미드를 보임을 유의한다. 세 번째 점 (73)은 동일한 2 내지 3분의 실온 물 세척을 수반하지만, 이어서 샘플을 수분 3% 약간 넘게 파-프라잉하고, 수분 약 1.3%가 되게 오븐-건조한다. 좌측 및 우측 막대는 약 65 ppb의 비교적 낮은 아크릴아미드 농도로 파-프라잉 단계를 나오고, 오븐-건조 단계에서 15 ppb 미만으로 얻어지는 샘플을 보여준다. 네 번째 데이터 점 (74)는 약 60℃(140℉)에서 5분의 접촉 시간 동안 감자 슬라이스와 물이 접촉되고, 이어서 변형된 조리 유닛 작동의 파-프라잉 및 오븐-건조 단계를 포함하는 수용액을 포함한다. 파-프라잉 및 오븐-건조 단계와 결합시킨 5분 동안의 60℃(140℉)에서의 접촉 결과 40 ppb보다 훨씬 낮은 최종 아크릴아미드 농도를 보였다.
염화 칼슘 용액 (75), (76), (77)과 접촉한 샘플은 모두 5분 동안 약 60℃(140℉)에서 순수한 물과 접촉한 샘플 (74)에 의해 생성된 것보다 높은 수준의 아크릴아미드가 생성되었다. 그러나, 이러한 모든 샘플의 최종 아크릴아미드 수준은 여전히 80 ppb 미만이며, 이는 기본 샘플 내 320 ppb보다 현저히 낮은 것이다.
마지막 데이터 점 (78)은 1% L-시스테인을 포함하는 수용액과 15분 동안 접촉하는 것을 포함한다. 흥미롭게도, 도 7a에 나타낸 몇몇 접촉 방법 중에, 이 접촉 방법이 가장 낮은 농도의 아크릴아미드를 생성하였다. 그러나, 이 접촉 방법은 또한 도 7a에 나타낸 다양한 방법 중에 가장 긴 접촉 시간을 필요로 하였다. 1% L-시스테인 (78)을 접촉을 위한 수용액으로서 사용하여 최종 제품 내 가장 낮은 수준의 아크릴아미드가 생성되었지만, 다른 인자, 예를 들어 이렇게 긴 접촉 시간이 제품의 품질에 미치는 영향뿐만 아니라 증가하는 접촉 타임의 비용도 고려되어야만 한다.
도 7b는 도 7a의 마지막 6개 데이터 점 (73), (74), (75), (76), (77), (78)을 더 좁은 아크릴아미드 농도 스케일의 그래프로 보여준다.
도 8에서, 도 7b에 나타낸 결과를 표준화하여 테스트 샘플을 3 중량%보다 약간 높은 수준의 수분을 갖도록 튀기고, 이어서 약 120℃(250℉)에서 오븐-건조하여 약 1.3 중량%의 표준화된 수분 수준을 갖게 했을 경우에 기대될 수 있는 아크릴아미드 수준을 도시한다. 아크릴아미드 수준을 도 4와 관련하여 상기에 기재한 것과 동일한 방법으로 표준화한다. 도 8에 나타낸 결과 (83), (84), (88)을 도 4에 나타낸 유사한 실험 (41), (43), (45)와 비교하면, 조리 유닛 작동을 첫 번째 고온 가열 단계와 두 번째 저온 가열 단계로 나누는 것이 아크릴아미드 수준을 현저히 감소시킨다는 것을 볼 수 있다. 도 4가 전형적인 방법으로 표준화된 1.32 중량%의 수분 수준으로 튀기는 것이 100 ppb가 약간 넘는 수준에서 400 ppb 이상까지의 아크릴아미드 농도를 갖게 한다는 것을 보여주는 반면, 도 8은 동일한 표준화된 수분 수준까지 파-프라잉 및 오븐-건조하는 것이 100 ppb 미만의 현저하게 더 낮은 아크릴아미드 농도를 갖게 한다는 것을 보여준다. 접촉 단계를 포함하는 변형된 세척 유닛 작동과 변형된 조리 유닛 작동을 모두 결합하는 것의 누적 이점은 특히 도 4의 약 54℃(130℉)/5분 접촉 데이터 점 (43) 및 도 8의 약 60℃(140℉)/5분 접촉 데이터 점 (84)와 도 4의 기본 데이터 점 (41)을 비교할 때 명백해진다. 도 4에 관해 상기에 논의된 바와 같이, 접촉 시간을 2-3분에서 5분으로 증가시키고, 접촉 온도를 실온에서 약 54℃(130℉)로 증가시키는 것은 최종 제품 내의 아크릴아미드 수준을 약 330 ppb에서 대략 230 ppb로 감소시킨다. 도 8의 두 번째 데이터 점 (84)는 유사하게, 5분 동안 약 60℃(140℉)에서 접촉 단계를 거쳐 파-프라잉 및 오븐-건조를 수반하는 변형된 조리 유닛 작동을 수행하면 최종 아크릴아미드 수준이 약 40 ppb 미만으로 추가로 감소될 수 있음을 보여준다.
도 9는 약 120℃(250℉)이 넘는 오븐-건조 온도를 사용한 결과 최종 아크릴아미드 농도의 현저한 증가가 있음을 보여준다. 도 9에서, 테스트 샘플을 접촉시키고, 이어서 도 7b에서와 동일한 방법으로 파-프라잉하였으나, 그 다음에 샘플을 약 120℃(250℉)이 아닌 약 176℃(350℉)에서 오븐-건조하였다. 테스트 샘플의 최종 아크릴아미드 농도를 그 다음에 표준화하여 약 0.76 중량% (이는 첫 번째 데이터 점에서 보인 바와 같이, 기본 점/표준 2 내지 3분의 물 세척에서 얻어지는 최종 수분 함량임)에 달하는 예상 아크릴아미드 수준을 보였다. 도 7b의 두 번째 데이 터 점 (74)와 도 9의 두 번째 데이터 점 (94)를 비교하면, 예를 들어 오븐-건조 온도를 약 120℃(250℉)에서 약 176℃(350℉)로 증가시키면 아크릴아미드 농도가 40 ppb 약간 미만에서 대략 270 ppb로 증가하였다. 이 오븐-건조 온도는 다른 테스트 샘플에서의 아크릴아미드 농도와 유사하게, 100 ppb 미만에서 500 ppb가 넘게 현저히 증가시킨다. 또 다른 테스트 샘플 (보이지 않음)을 세척하여 표면 전분을 제거하고, 약 176℃(350℉)에서 파-프라잉하여 약 3-5 중량%의 수분 함량을 갖게 하고, 이어서 약 132℃(270℉)에서 시판 중인 웽거(Wenger) 오븐 내에서 건조하여 약 1.3 중량%의 최종 수분 함량을 갖게 하여 약 270 ppb의 아크릴아미드 수준을 갖게 하였다. 따라서, 도 9에 나타낸 결과 (93), (94), (95), (96), (97), (98)뿐만 아니라, 약 132℃(270℉)에서 오븐-건조한 테스트 샘플로부터의 결과는 수분 함량이 대략 3 중량% 미만으로 떨어질 때 제품의 조리 및/또는 건조 온도를 약 120℃(250℉) 이하로 유지하는 것의 이점을 설명한다. 이 원칙은 미가공 감자 슬라이스뿐만 아니라 다른 미가공 식품, 예를 들어 참마 및 질경이 및 감자, 옥수수, 보리, 밀, 호밀, 쌀, 귀리, 기장 및 다른 전분 기초 곡물로부터 유래된 가공된 제품에도 적용된다.
도 10은 감자 슬라이스를 세척하고, 파-프라잉하고 이어서 오븐-건조하는 또 다른 실시태양의 결과 및 작동 조건을 표로 나타낸 것이다. 대조군 샘플 (101)을 도 7a에 나타낸 기본 샘플 (71), (72)에 대해 기재한 것과 동일한 방법으로 처리하였다. 약 20-30 초의 실온 물 세척하고, 감자 슬라이스를 수 초 동안 염화 나트륨 희석액 (3-5%)과 간단히 접촉시킨 후, 껍질을 벗긴 1.45 mm 두께의 헤르메 스(Hermes) 조각의 감자의 슬라이스 대조군 샘플 (101)을 초기 온도 약 179℃(354℉)의 오일 내에서 대략 3분 동안 1.4 중량%의 수분을 갖도록 파-프라잉하였다. 대조군 샘플 (101)은 도 7a에 나타낸 두 번째 기본 샘플 (72)에서 생성된 630 ppb와 유사하게, 640 ppb의 아크릴아미드 농도를 보였다. 테스트 샘플 (102)는 대조군 샘플 (101)과 유사하게 세척하고 접촉시켰다. 이어서, 시판 중인 큰 프라이어를 사용하여, 테스트 샘플 (102)를 초기 온도 약 174℃(345℉)의 오일 내에서 약 3분 동안 2.5 중량%의 감소된 수분 함량을 가질 때까지 파-프라잉하였다. 이어서, 파 프라잉된 샘플 (102)를 수분 수준이 감소되어 1.4 중량%가 될 때까지 약 110℃(230℉)에서 오븐을 사용하여 약 6분 동안 최종-건조하였다. 이 방법으로 조리하여 대조군 샘플 (101)의 아크릴아미드 농도의 대략 25%인 160 ppb의 감소된 아크릴아미드 농도를 가지는 제품을 생성하였다.
도 10에 나타낸 것과 유사한 또 다른 세트의 테스트 (보이지 않음)에서는, 감자 슬라이스를 표준 세척 절차로 진행시키고, 약 3-5 중량%의 수분을 갖도록 파-프라잉하고, 이어서 약 2 중량% 미만의 수분을 갖도록 오븐-건조하였다. 대조군 샘플을 세척하고, 이어서 약 179℃(354℉)에서 튀겨 약 1.3 중량%의 최종 수분 함량을 얻어, 380 ppb의 아크릴아미드 수준을 얻었다. 그러나, 약 3 내지 약 5%의 수분 함량을 가지도록 179℃(354℉)에서 테스트를 파-프라잉한 결과 대략 64 ppb의 아크릴아미드 수준이 얻어졌다. 이어서 파-프라잉한 제품을 다양한 온도에서 시판 중인 웽거 오븐 내 건조하였다. 파-프라잉한 슬라이스를 약 115℃(240℉)의 웽거 오븐 내에서 약 1.3 중량%의 최종 수분 함량을 갖도록 건조한 결과 125 ppb의 아크 릴아미드 수준이 얻어지는 것이 나타났다. 흥미롭게도, 파-프라잉한 슬라이스를 대기압 하 또는 대기압보다 약간 낮은 압력 (13.6 내지 14.6 psia)에서 (10-15분 만큼 길게) 연장된 시간 동안 약 100℃(212℉)에서 건조하는 것은 아크릴아미드 수준을 증가시키지 않았다. 이 실시태양은 감자 슬라이스가 수분 함량 약 3-5%를 갖도록 약 179℃(354℉)에서 파-프라잉되고, 이어서 파-프라잉 작동에서 형성된 아크릴아미드 수준을 증가시키지 않고, 대기압 하 또는 대기압보다 약간 낮은 압력, 약 100℃(212℉)에서 건조될 수 있다는 것을 설명한다. 조리된 제품 내에 형성된 아크릴아미드의 농도를 추가로 감소시키기 위해 감자 슬라이스를 10 중량%만큼 높은 수분 수준을 가지고 파-프라잉 단계로부터 제거할 수 있지만, 너무 빨리 제품을 제거하는 것은 제품의 최종 질감에 영향을 줄 수 있다. 그러나, 이 방법은 미가공 감자 슬라이스에만 제한되는 것이 아니고, 다른 튀긴 식품, 예를 들어 튀긴 토르티아, 튀긴 질경이, 튀긴 고구마 및 튀긴 참마에 적용될 수 있다는 것에 유의한다. 파-프라잉하고, 이어서 약 100℃(212℉)에서 오븐-건조하는 것의 이점은 조리 유닛 작동을 단독으로 변형시켜 아크릴아미드 형성을 약 300 ppb로부터 약 70 ppb 미만으로 현저히 감소시킬 수 있다: 표준의 껍질 벗기는 단계, 슬라이스 단계 및 세척 단계는 변형될 필요가 없다.
파-프라잉 후에 오븐-건조하는 것을 수반하는 실시태양의 세트에서, 진공하에 오븐-건조를 수행하여 수분 제거를 향상시키는 것이 또한 가능하다. 진공하에서 오븐-건조함으로써 원하는 최종 수분 함량으로 제품을 건조하는데 더 짧은 시간이 필요하다. 100℃(212℉)에서 또는 그 근처에서 오븐-건조하는 것이 측정가능한 정도로 아크릴아미드 수준을 증가시키지 않는다는 것을 보였지만, 그 온도에서 오븐-건조하는 것은 제품을 건조하는데 비교적 긴 시간이 걸린다. 따라서, 진공 오븐-건조가 제품을 건조하는데 걸리는 시간을 줄이는데 도움이 된다. 이는 또한 제품이 아크릴아미드 형성 온도에 노출되는 시간을 줄이는 데 도움이 되며, 더 높은 오븐-건조 온도를 사용하여야 한다.
도 7a, 7b, 8 및 10이 변형된 조리 유닛 작동의 일 특정 실시태양과 접촉 단계를 포함하는 변형된 세척 유닛 작동의 상이한 수개의 실시태양과의 결합으로부터의 테스트 결과를 도시하였지만, 다른 실시태양 및 결합이 가능하다. 예를 들어 그들 도면에 나타낸 여러 가지 상이한 접촉 단계를 다른 유닛 작동의 변형 없이 단순히 변형된 조리 유닛 작동을 사용할 수 있다. 본 발명의 또 다른 세트의 실시태양에서는, 변형된 조리 유닛 작동의 두 가열 단계 중 두 번째 단계는 대기 중 튀김이 아닌 진공 최종-튀김을 포함한다. 진공하 최종-튀김에 의해, 첫 번째 가열 단계로부터 나온 부분적으로 튀겨지거나 조리된 제품은 계속하여 튀겨질 수 있지만, 온도는 너무 낮아 상당한 양의 아크릴아미드를 형성하지 못한다. 일 실시태양에 따르면, 약 120℃(250℉) 미만에서 튀겨지도록 진공 압력이어야 한다. 이러한 진공 최종-튀김은 또한 다른 튀기는 식품, 예를 들어 감자, 옥수수, 마사, 보리, 밀, 쌀, 귀리, 기장 및 다른 전분 기초 곡물로부터 유래된 식품에 적용될 수 있다.
도 11은 파-프라잉하고 이어서 진공 최종-건조하는 것을 수반하는 변형된 조리 유닛 작동의 몇몇 예의 결과 및 작동 조건을 표로 나타낸 것이다. 대조군 샘플 (101) 및 테스트 샘플 (111), (112), (113), (114), 헤르메스 품종의 조각 감자를 껍질을 벗기고, 약 1.35 mm 두께로 슬라이스하여 표준 20 내지 30 초 동안 실온 물 세척을 하였다. 세척 후에, 대조군 샘플 (110)을 초기 온도 약 177℃(351℉)의 오일 내에서 약 2.5분 동안 0.83 중량%의 수분을 갖도록 대기압에서 튀겨, 370 ppb 농도의 아크릴아미드를 생성하였다. 테스트 1-4에서, 모든 테스트 샘플 (111), (112), (113), (114)를 약 177℃(351℉) 온도에서 대기 중에 파-프라잉하고, 약 120℃(248℉) 및 100 밀리바에서 진공 최종-건조하였지만, 각각 상이한 시간 동안 파-프라잉하고 진공 최종-건조하였다. 테스트 1 (111)에서는 세척하고, 100초 동안 3 중량% 수분을 가지도록 대기 중에 파-프라잉하고, 44초 동안 약 0.7 중량%의 수분을 가지도록 진공 최종-건조한 후에, 테스트 샘플 내에서 220 ppb의 아크릴아미드가 발견되었다. 테스트 2-4의 결과 (112), (113), (114)는 수분 함량이 3 중량%까지 감소되기 전에 파-프라잉이 멈추고, 진공 최종-건조가 시작되는 경우에 최종 제품 내의 아크릴아미드 수준이 현저히 감소되는 것을 보여준다. 테스트 2-4의 (112), (113), (114)는 모두 50 ppb 미만의 최종 농도의 아크릴아미드를 생성하였다. 테스트 4의 (114)에서는 파-프라잉에 의해 10 중량%의 수분을 갖고, 이어서 진공-튀김에 의해 약 1 중량%의 수분을 갖게 되어 단 13 ppb의 아크릴아미드 수준이 얻어졌다. 데이터로부터 보인 바와 같이, 저온에서 진공 최종-튀김 전에 높은 수분 수준을 갖는 슬라이스를 부분적으로 튀기는 것은 최종 아크릴아미드 농도를 현저히 감소시킨다. 이 방법은 또한 다른 튀기는 제품, 예를 들어 튀긴 토르티아, 튀긴 질경이, 튀긴 고구마 및 튀긴 참마 내의 최종 아크릴아미드 농도를 감소시키는데 사용될 수도 있다. 약 3-10 중량%의 수분을 가지도록 파-프라잉 한 후 진공 최종-튀기는 것의 이점은 제품의 질감에 미치는 영향 없이 저온에서 조리의 최종 단계가 완료될 수 있고, 아크릴아미드 형성의 감소 효과는 제품과 수용액의 접촉을 포함하는 변형된 세척 단계의 필요성을 제거할 수 있다. 그러나, 또한 진공 최종-튀김은 최종 제품 내 감소된 아크릴아미드 농도를 여전히 제공하면서, 조리의 최종 단계가 진공 하에서 튀길 때 사용되는 것보다 높은 온도에서 완료되도록 허용한다. 진공 최종-튀김 제품은 대조군 샘플보다 밝은 색을 가지며, 조리 제품을 높은 수분 수준에서 파-프라잉 작동으로부터 진공 최종-튀김 유닛으로 이동하는 것은 제품에 부드러운 맛을 줄 수 있다는 것에 주목한다. 진공 최종-튀김 장치의 자본 비용은 오븐-건조 장치의 비용보다 더 비쌀 수 있다는 것을 명심해야만 한다.
유사하게, 변형된 조리 유닛 작동의 두 가열 단계의 첫 번째 단계에 진공 파-프라잉을 사용할 수 있다. 예를 들어 변형된 조리 유닛 작동의 일 실시태양은 3-4 중량%의 임계 수분 수준보다 높은 근처 수준까지 진공 파-프라잉하고, 이어서 약 120℃(250℉) 이하에서 오븐-건조하여 완료하는 것을 수반한다. 진공하 파-프라잉에 의해 제품을 낮은 온도에서 튀길 수 있고, 따라서 아크릴아미드가 덜 생성된다. 뿐만 아니라, 120℃(250℉) 이하에서의 오븐-건조는 오븐-건조 단계에서 거의 또는 전혀 부가적인 아크릴아미드 형성이 없을 것을 보장한다. 두 가열 단계 중 첫 번째 단계에서 진공 파-프라잉을 사용하는 이점은 특히 약 120℃(250℉) 미만 및 진공하에서 140℃(284℉) 미만에서 수행할 때 첫 번째 단계에서 아크릴아미드가 거의 형성되지 않거나 전혀 형성되지 않는다는 것인 반면, 파-프라잉은 일반적으로 적어도 어느 정도 수준의 아크릴아미드를 생성한다. 그러나, 첫 번째 가열 단계에서의 진공-튀김은 다양한 최종 특성을 가진 제품을 생성할 수 있다.
가공된 스낵 또는 제품, 예를 들어 씨리얼, 쿠키, 크래커, 딱딱한 프렛즐 및 빵을 포함할 수 있는 구운 제품 라인에 대해, 본 발명의 또 다른 실시태양은 고온의 첫 번째 굽는 단계와 저온의 두 번째 굽는 단계를 갖는 변형된 조리 유닛 작동을 포함한다. 이 실시태양의 조리 유닛 작동에서, 먼저 고온(약 120℃(250℉) 초과)에서 그 수분 함량이 약 4 중량% 내지 약 10 중량%가 될 때까지 제품을 굽는다. 이어서 제품을 약 120℃(250℉) 이하의 온도에서 원하는 수분 수준, 일반적으로 약 1 중량% 내지 약 3 중량%가 얻어질 때까지 오븐-건조(최종-건조 또는 굽기)한다. 예를 들어, 고온의 첫 번째 가열 단계에서 대류 오븐을 사용하여 제품 수분 함량을 약 10 중량%까지 감소시킬 수 있다. 이 오븐은 제1 대역에서 온도가 가장 높고 나머지 3개의 대역으로 점차 온도가 감소하는 4개의 가열 대역으로 나뉠 수 있다. 하강 기류의 단일 대역 대류 오븐을 저온의 두 번째 가열 단계에 사용하여 조리 공정을 완료할 수 있다. 그러나, 다른 유형의 오븐을 이 실시태양의 두 가열 단계에 사용할 수 있다. 또한, 이 특정 실시태양의 저온의 두 번째 가열 단계를 파-프라잉 후에 오븐-건조하는 것을 수반하는 실시태양과 유사하게 약 100℃(212℉)에서 대기압보다 약간 낮은 압력에서 수행할 수 있고, 이에 따라 고온의 첫 번째 가열 단계 후에 부가적인 아크릴아미드 형성이 거의 없거나 전혀 없게 된다.
고온의 첫 번째 굽는 단계 및 저온의 두 번째 굽는 단계를 수반하는 일 예시적 실시태양을 사용하는 테스트에서, 가공된 감자 조각을 먼저 약 120℃(250℉)가 넘는 온도에서 수분 수준이 대략 10 중량%가 될 때까지 구웠다. 이어서, 이 조각 을 약 110℃(230℉)에서 약 10분 동안 수분 함량이 약 1.7-2.2 중량%로 감소될 때까지 최종-건조하였다. 약 100-200 ppb의 최종 아크릴아미드 수준이 보고되었다. 그러나, 부분적으로 구운 조각의 몇몇 샘플을 약 120℃(250℉)에서 1.6 중량%의 수분을 갖도록 최종-건조할 때, 470 내지 750 ppb의 아크릴아미드 수준이 보고되었다. 뿐만 아니라, 부분적으로 구운 조각의 샘플을 약 132℃(270℉)에서 약 1.6-2.2 중량%의 수분을 갖도록 최종-건조할 때 460 내지 1900 ppb의 충분히 높은 수준의 아크릴아미드가 생성되었다. 이 결과는 최종 조리 단계 중에 조리 제품의 조리 또는 건조 온도를 약 120℃(250℉) 이하로 유지하는 것의 중요성을 다시 강조한다. 이 원칙은 가공된 감자 조각뿐만 아니라, 감자, 옥수수, 보리, 밀, 귀리, 쌀, 호밀, 기장 및 다른 전분 기초 곡물로부터 유래된, 다른 가공된 제품의 조리에도 적용된다. 이 원칙은 또한 미가공 식품, 예를 들어 참마 및 질경이의 조리에도 적용된다.
본 발명의 또 다른 실시태양에서는, 변형된 조리 유닛 작동을 고온의 첫 번째 가열 단계와 저온의 두 번째 가열 단계로 나누지 않고, 변형된 조리 유닛 작옹이 대신 전체 조리 공정 동안 진공 튀김을 포함한다. 도 12는 이러한 실시태양의 몇몇 실시예의 결과 및 작동 조건을 표로 나타낸다. 테스트 1-4의 (121), (122), (123), (124)는 껍질을 벗기고, 슬라이스한 약 1.45 mm 두께의 헤르메스 품종의 조각 감자의 다양한 대조군 그룹으로, 실온의 물에서 약 30초 동안 세척하고, 이어서 표준 연속 프라이어를 통해 처리하였다. 프라이어의 유입 오일 온도는 약 165 내지 약 180℃(329-356℉) 범위에서 변화시켰고, 대조군 샘플을 약 3-4분 동안 튀겨 300 ppb가 넘는 아크릴아미드 수준을 얻었다. 대조적으로, 테스트 5-7의 테스트 샘플 (125), (126), (127)에서는 모두 약 4 내지 약 10분 동안 약 100 내지 약 140℃(212-284℉) 범위의 온도 및 약 50 내지 약 100 밀리바 범위의 압력에서 저온 진공 튀김 후에, 60 ppb 미만의 아크릴아미드 농도를 형성하였다. 데이터로부터 보인 바와 같이, 감소된 온도에서의 진공 튀김은 형성되는 아크릴아미드의 양을 현저히 감소시킨다. 뿐만 아니라, 제품이 약 120℃(250℉) 미만의 온도에서 전체 조리 공정을 통해 진공-튀겨지는 경우에는 아크릴아미드가 거의 형성되지 않거나 전혀 생성되지 않는다. 테스트 6 및 7의 (126), (127)은 예를 들면 약 120℃(250℉) 미만의 온도, 100 밀리바 이하의 압력에서의 진공 튀김이 실제로 검출 불가능한 수준(5 ppb 미만)의 아크릴아미드를 형성한다는 것을 보여준다. 약 120℃(250℉) 미만에서 튀기는 것의 이점은, 고온에서의 파-프라잉이 적어도 어느 정도의 아크릴아미드의 형성을 야기하는 반면, 거의 아크릴아미드가 형성되지 않거나 전혀 형성되지 않는다는 것이다. 그러나, 진공 튀김 또는 진공 최종-튀김을 사용하는 경우에는 여전히 최종 제품 내 감소된 아크릴아미드 농도를 얻으면서 약 120℃(250℉)이 넘는 온도를 사용할 수 있다. 예를 들면, 테스트 5의 (125)에서, 약 140℃(284℉)에서의 진공 튀김은 약 53 ppb의 아크릴아미드 함량을 가진 제품을 생성하였다. 이 주어진 결과로, 진공 최종 튀김 또는 진공 튀김 단독으로 약 143℃(290℉) 이하의 온도에서 약 100 ppb 미만의 아크릴아미드를 가진 제품을 생성할 수 있는 것으로 보인다. 그러나, 전체 조리 공정을 통한 진공 튀김은 제품 질감, 외관 및 막을 현저히 바꿀 수 있다는 것을 명심해야 한다.
상기 설명한 가공된 스낵, 씨리얼 및 다른 전분 또는 도우 기초 제품을 포함할 수 있는 구운 제품 라인에 대해, 변형된 조리 유닛 작동은 전체 조리 공정에 대한 대안으로 저온 굽기를 포함할 수 있다. 저온 굽기는 약 120℃(250℉) 이하에서 수행될 수 있고, 이에 따라 아크릴아미드가 거의 형성되지 않거나 전혀 형성되지 않는다. 그러나, 저온 굽기는 밝은 색의 제품을 생성할 수 있고, 고온 굽기는 어두운 색의 제품을 생성할 수 있다. 따라서, 저온 굽기의 적용가능성은 최종 제품의 원하는 색상 특성에 일부 좌우된다.
본 발명은 원하는 최종 제품 특성을 갖는 최종 제품 내 원하는 아크릴아미드 수준을 얻기 위해 다양한 유닛 작동 조작과 관련하여 본원의 가르침과 결합하는 것을 고려한다. 사용되는 조합은 출발 제품 및 원하는 최종 제품에 의존하며, 본원의 가르침에 따라 당업자에 의해 조절될 수 있다. pH가 아크릴아미드 형성에 미치는 영향은 고려할 수 있는 또 다른 인자이며, 본원의 가르침과 결합될 수 있다.
최종 제품의 특성, 예를 들어 색, 맛 및 경도의 변화는 다양한 방법으로 조절될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 감자칩 내의 색 특성은 출발 제품 내의 당의 양을 조절함으로써 조절될 수 있다. 일부 향 특성은 다양한 향미제를 최종 제품에 첨가함으로써 변화시킬 수 있다. 제품의 물리적 질감은 예를 들면 팽창제 또는 다양한 유화제를 첨가함으로써 조절될 수 있다.
본 발명이 1 이상의 실시태양을 참고로 하여 구체적으로 보여지고 개시되었지만, 열가공 식품 내의 아크릴아미드의 감소에 대한 다양한 접근이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있고, 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들면, 본 공정이 본원에서는 감자 제품에 대해 개시되었지만, 본 공정은 옥수수, 보리, 밀, 호밀, 쌀, 귀리, 기장 및 다른 전분 기초 곡물로부터 제조된 식품의 공정에 또한 사용될 수 있고, 본 공정을 사용하여 감자칩뿐만 아니라 옥수수칩 및 다른 유형의 스낵칩, 씨리얼, 쿠키, 크래커, 딱딱한 프렛즐, 빵과 롤 및 빵을 입힌 고기를 제조할 수도 있다. 이들 음식 각각에서, 1 이상의 유닛 작동을 조작하는 본 발명의 방법은 아크릴아미드 감소를 위한 다른 전략과 결합되어 각 음식의 맛, 색, 냄새 또는 다른 특성에 나쁜 영향을 주지 않으면서 허용가능한 아크릴아미드 수준을 제공할 수 있다.

Claims (42)

  1. (a) 제1 농도의 아스파라긴을 함유한 미처리 감자 공급물을 계속 제공하는 단계; 및
    (b) 아스파라긴이 부족한 감자 추출물을 이용하여 상기 미처리 감자 공급물로부터 아스파라긴을 침출하고, 그에 의해 아스파라긴을 함유하는 세척 후 추출물 및 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도의 아스파라긴을 함유하는 처리된 감자 스트림을 형성하는 단계
    를 포함하는 식품 내 아스파라긴의 감소 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 침출 단계 (b)가 향류 침출을 추가로 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)가 스크류 유형 추출기를 사용하여 수행되는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)가 세척 탱크 유형 추출기를 사용하여 수행되는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)가 볼만 유형 여과 추출기를 사용하여 수행되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물 및 상기 미처리 감자 공급물이 아스파라긴이 아닌 수용성 물질의 농도에 대해 서로 평형 상태인 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    (c) 1 이상의 아스파라긴 제거 유닛을 사용하여 상기 세척 후 추출물로부터 아스파라긴을 제거하여, 그에 의해 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물을 재생성하는 단계;
    (d) 단계 (b)의 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물을 재사용하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 미처리 감자 공급물이 전분을 추가로 함유하고, 단계 (b)가 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물을 이용하여 상기 미처리 감자 공급물로부터 전분을 침출하는 것을 추가로 포함하며, 상기 세척 후 추출물이 전분을 추가로 함유하고, 단계 (c)가 전분 제거 유닛을 이용하여 상기 세척 후 추출물로부터 전분을 제거하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 단계 (c)가 이온 교환 수지로 충전된 추출 컬럼을 통해 상기 세척 후 추출물을 여과하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 단계 (c)가 고정된 아스파라기나아제 수지로 충전된 추출 컬럼을 통해 상기 세척 후 추출물을 여과하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물로부터 암모니아를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  12. 제7항에 있어서, 유효량의 아스파라기나아제를 단계 (c)의 상기 세척 후 추출물에 첨가하여, 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물이 상기 세척 후 추출물 내의 아스파라긴 농도의 약 50% 미만을 포함하도록 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물로부터 암모니아를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 처리된 감자 스트림이 감자 슬라이스를 포함하고, 상기 감자 슬라이스가 약 3 중량% 내지 약 10 중량%의 수분 함량을 가질 때까지 약 120℃가 넘는 온도의 조리 오일 내에서 파-프라잉되어 다수의 파-프라잉된 감자 슬라이스를 형성하고, 상기 파-프라잉된 감자 슬라이스를 약 1 중량% 내지 약 2 중량% 범위의 최종 수분 함량을 가질 때까지 약 120℃ 미만에서 조리하여 감소된 아크릴아미드 농도를 가지는 다수의 감자칩을 형성하는 방법.
  15. (a) 아스파라긴을 함유한 실질상 미처리된 감자 공급물을 계속 제공하는 단계;
    (b) 순수한 물의 스트림을 사용하여 상기 미처리 감자 공급물로부터 수용성 매질을 침출하고, 그에 의해 아스파라긴을 함유하는 세척 후 추출물 및 감소된 수준의 아스파라긴을 함유하는 처리된 감자 스트림을 형성하는 단계;
    (c) 1 이상의 아스파라긴 제거 유닛을 사용하여 상기 세척 후 추출물로부터 아스파라긴을 제거하여, 그에 의해 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물을 형성하는 단계; 및
    (d) 이전에 추출된 수용성 용질의 적어도 일부를 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물로부터 상기 처리된 감자로 되돌려보내는 단계
    를 포함하는 식품 내 아스파라긴의 감소 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 미처리 감자 공급물이 전분을 추가로 함유하고, 단계 (b)가 상기 순수한 물의 스트림을 사용하여 상기 미처리 감자 공급물로부터 전분을 침출하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 침출 단계 (b)가 향류 침출을 추가로 포함하고, 단계 (d)가 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물과 상기 처리된 감자를 향류 접촉시켜 수행되는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 단계 (d)가 스크류 유형 추출기를 사용하여 수행되는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 단계 (d)가 세척 탱크 유형 추출기를 사용하여 수행되는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 단계 (d)가 볼만 유형 여과 추출기를 사용하여 수행되는 방법.
  21. 제15항에 있어서, 상기 단계 (b)가 스크류 유형 추출기를 사용하여 수행되는 방법.
  22. 제15항에 있어서, 상기 단계 (b)가 세척 탱크 유형 추출기를 사용하여 수행되는 방법.
  23. 제15항에 있어서, 상기 단계 (b)가 볼만 유형 여과 추출기를 사용하여 수행되는 방법.
  24. 제15항에 있어서, 상기 단계 (c)가 이온 교환 수지로 충전된 추출 컬럼을 통 해 상기 세척 후 추출물을 여과하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물로부터 암모니아를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  26. 제15항에 있어서, 상기 단계 (c)의 제거 유닛이 세척 후 추출물 및 아스파라긴이 부족한 감자 추출물을 포함하고, 상기 단계 (c)가 유효량의 아스파라기나아제를 첨가하는 것을 추가로 포함하여, 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물이 상기 세척 후 추출물 내의 아스파라긴 농도의 약 50% 미만을 포함하도록 하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물로부터 암모니아를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  28. 제15항에 있어서, 상기 처리된 감자 스트림이 감자 슬라이스를 포함하고, 상기 감자 슬라이스가 약 3 중량% 내지 약 10 중량%의 수분 함량을 가질 때까지 약 120℃가 넘는 온도의 조리 오일 내에서 파-프라잉되어 다수의 파-프라잉된 감자 슬라이스를 형성하고, 상기 파-프라잉된 감자 슬라이스를 약 1 중량% 내지 약 2 중량% 범위의 최종 수분 함량을 가질 때까지 약 120℃ 미만에서 조리하여 감소된 아크릴아미드 농도를 가지는 다수의 감자칩을 형성하는 방법.
  29. a) 제1 농도의 아스파라긴을 함유한 다수의 미처리 감자 슬라이스를 제공하는 단계;
    b) 아스파라긴이 부족한 감자 추출물을 사용하여 상기 감자 슬라이스로부터 아스파라긴을 선택적으로 침출하여 제1 농도보다 낮은 제2 농도의 아스파라긴을 함유하는 다수의 처리된 감자 슬라이스를 제조하는 단계; 및
    c) 약 120℃가 넘는 온도에서 상기 감자 슬라이스를 열가공하는 단계
    를 포함하는 열가공 식품 내 아크릴아미드의 감소 방법.
  30. 제29항에 있어서, 단계 b)에서의 상기 침출이 15분 이상 동안 수행되는 방법.
  31. 제29항에 있어서, 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물이 약 100℉ 내지 약 150℉의 온도로 가열되는 방법.
  32. 제29항에 있어서, 단계 b)에서의 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물이, 첨가된 용액 1 mL 당 약 0.5 그램 내지 약 2 그램의 미가공 감자를 포함하는 방법.
  33. 제29항에 있어서, 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물이, 상기 아스파라긴이 부족한 감자 추출물 1.4 리터 당 약 3000 유닛 내지 약 100,000 유닛의 아스파라기나아제를 포함하는 방법.
  34. a) 제1 농도의 아스파라긴을 함유한 식품 재료를 제공하는 단계; 및
    b) 아스파라긴이 부족한 식품 추출물을 이용하여 상기 식품 재료로부터 아스파라긴을 선택적으로 침출하여, 상기 식품 재료가 상기 제1 농도보다 낮은 제2 농도의 아스파라긴을 함유하게 하는 단계
    를 포함하는 식품 재료 내 아스파라긴의 감소 방법.
  35. 제34항에 있어서, 단계 b)에서의 상기 침출이 15분 이상 동안 수행되는 방법.
  36. 제34항에 있어서, 상기 아스파라긴이 부족한 식품 추출물이 약 100℉ 내지 약 150℉의 온도로 가열되는 방법.
  37. 제34항에 있어서, 단계 b)에서의 상기 아스파라긴이 부족한 식품 추출물이, 첨가된 용액 1 mL 당 약 0.5 그램 내지 약 2 그램의 미가공 식품을 포함하는 방법.
  38. 제34항에 있어서, 상기 아스파라긴이 부족한 식품 추출물이, 상기 아스파라긴이 부족한 식품 추출물을 제조하는데 사용된 미가공 식품 1 킬로그램 당 약 3,000 유닛 내지 약 100,000 유닛의 아스파라기나아제를 포함하는 방법.
  39. 제34항에 있어서, 상기 식품 재료가 슬라이스된 식품 재료를 포함하는 방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 슬라이스된 식품 재료가 감자를 포함하는 방법.
  41. 제34항에 있어서, 상기 식품 재료가 감자 튀김을 포함하는 방법.
  42. 제34항에 있어서, 쌀, 밀, 옥수수, 보리, 콩, 귀리 및 볶은 카카오콩으로부터 선택되는 1 이상의 식품 재료를 포함하는 방법.
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