Способ уменьшения акриламида - RU2528714C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу уменьшения количества аспарагина в процессе переработки цельнозерновой смеси, находящейся в полусухом состоянии, благодаря чему снижается количество акриламида, образующегося после нагревания в самой смеси или в пищевом продукте, приготовленном из этой смеси.

Уровень техники

Акриламид считается возможным канцерогенным агентом для человека и может вызывать повреждения нервной системы человека. Ряд последних исследований подтверждает общепринятую в настоящее время теорию, что акриламид образуется из свободного аспарагина и восстанавливающих сахаров, главным образом, посредством реакции Маяйрда. А именно, показано, что реакции Маяйрда, протекающие с участием аспарагина и метионина, приводят к образованию акриламида (Mottram et al., 2002 Nature, 419, 448-449; Stadler et al., 2002 Nature, 419, 449-450). В этом случае наличие и доступность свободного аспарагина может быть ключевым фактором, определяющим скорость реакции. Образованию акриламида способствует нагревание выше 110°С особенно в низко-влажной среде (при содержании влаги около 5%). Такие условия достигаются во многих промышленных способах производства пищевых продуктов, а также в процессе домашней кулинарии. Известно, что образование акриламида при промышленном производстве продуктов питания, например при обжаривании кофейных зерен, обжаривании картофельных чипсов, выпечке различных хлебобулочных изделий или приготовлении тостов для некоторых типов зерновых завтраков. Кроме того, образование акриламида может происходить в процессе домашней кулинарии, например, при приготовлении хлебных тостов. В продуктах питания, приготовленных в промышленных условиях, а также при домашнем приготовлении образование акриламида становится главной проблемой.

Зерновые завтраки готовят из различных зерновых и их смесей. Зерновые могут быть использованы в виде цельных зерен или с использованием сухого помола до частиц различных размеров. Кроме того, зерна, размолотые в сухом виде, могут быть использованы в виде цельнозерновой композиции или могут быть использованы как очищенный сухого помола продукт с большим количеством внешних волокнистых слоев зерна и удаленным зародышем. В зависимости от растительного сырья, условий произрастания и использованного типа процесса сухого помола, композиции из зерна хлебных злаков могут значительно различаться содержанием аспарагина.

При приготовлении зерновых завтраков образование акриламида в различной степени зависит от используемой зерновой композиции, желаемой рецептуры и используемых условий проведения процесса. Обычно способ приготовления сухих зерновых завтраков состоит из а) приготовления зерновой композиции в присутствии влаги и других ингредиентов, например сахара и ароматизаторов, b) формирование термообработанного тестоподобного продукта в основную форму зернового завтрака, например хлопьев, и с) последующей сушки, обжаривания и/или глазирования конечного зернового продукта для завтрака. В этом случае условия проведения процесса, при которых зерновой завтрак подвергают действию высокой температуры при низкой влажности, благоприятствуют образованию акриламида.

Считают, что уменьшение количества аспарагина в пищевых продуктах перед приготовлением приводит к снижению уровня акриламида в конечном пищевом продукте. Описаны ферментативные процессы, которые способствуют модификации боковых цепей свободных аминокислот, например использование аспарагиназы для восстановления аспарагина в аспарагиновую кислоту.

WO 2004/030468 описывает способ получения пищевого продукта, включающий стадию нагревания, содержащую обработку промежуточной формы пищевого продукта, предшествующую стадии нагревания, ферментом, который расщепляет аминокислоты, участвующие в образовании акриламида. Таким ферментом может быть аспарагиназа.

WO 2005/004628 описывает способ уменьшения содержания акриламида, содержащегося в зерновых пищевых продуктах, который состоит в добавлении аспарагин-восстанавливающего фермента к пищевому материалу перед нагреванием. Один из примеров относится к получению зерновых хлопьев из очищенной кукурузной крупы.

WO 2004/032648 описывает способ получения термообработанного пищевого продукта, включающий (а) обеспечение сырья, содержащего углевод, белок и воду, (b) обработку сырья ферментом, например аспарагиназой, и (с) тепловую обработку материала для достижения конечного содержания воды ниже 35 масс.%. Примеры, приведенные здесь, относятся к тестообразной массе с высокой влажностью.

Ни в одном из этих документов не принимают во внимание проблемы, связанные с применением обработки аспарагиназой, в отношении цельнозерновой композиции. Цельнозерновая композиция состоит из цельных злаковых зерен и сохраняет все компоненты цельного зерна, включая внешнюю оболочку из отрубей и область зародыша, также как и эндосперм. В отличие от нее очищенные зерновые композиции, например измельченная до белой муки пшеница, содержат, главным образом, эндосперм, а большая часть внешних оболочек из отрубей и зародыш удаляются при помоле.

Считают, что цельные зерна более питательны, чем очищенные зерна, они богаче пищевыми волокнами, антиоксидантами, белком, пищевыми минеральными соединениями (в том числе магнием, марганцем, фосфором и селеном) и витаминами (в том числе ниацином, витамином В6 и витамином Е). От производителей иногда требуют по закону обогащать очищенные зерновые продукты для того, чтобы компенсировать недостаток витаминов и минеральных веществ. В цельнозерновых смесях находится приблизительно в четыре раза больше пищевых волокон по сравнению с очищенными смесями, полученными из зерна, и было показано, что это снижает частоту возникновения некоторых форм рака, заболеваний пищеварительной системы, пародонтита, заболеваний сердечно-сосудистой системы, диабета и ожирения. Некоторые из этих протективных эффектов обусловлены тем, что углеводы из цельного зерна перевариваются и входят в кровяной поток более медленно. Цельное зерно также обладает многочисленными преимуществами в отношении сердечно-сосудистой системы.

В цельном зерне аспарагин локализуется преимущественно в обогащенных волокнами клетках, во внешних слоях зерна, и считают, что использование цельного зерна в пищевых смесях может повысить уровень аспарагина, предшественника акриламида в пищевых смесях. Кроме того, неизвестно, способны ли ферменты оказывать влияние на субстрат, поскольку клеточная структура волокна, которая содержит большое количество аспарагина в зерне, стремится защитить зерно от действия окружающей среды и таким образом может затруднить доступ фермента или ингибировать ферментативную активность. Таким образом, существует необходимость разработать способ получения цельнозерновых смесей с уменьшенным или нулевым количеством аспарагина.

Желательно использовать цельнозерновые смеси (например, цельные, дробленые или размолотые зерна) при приготовлении зерновых завтраков. Производство зерновых завтраков проводят при ограниченном содержании влаги и зависит от типа используемого процесса, термообработка зерновых завтраков происходит при содержании влаги от 15 до 40 масс.%. Готовый продукт обычно сушат до содержания влаги около 3 масс.%.

Обработку ферментом обычно проводят в водной среде. Если обработки ферментом проводят при ограниченной влажности, обычно необходимо очищать обработанный субстрат и проводить реакцию в течение продолжительного времени.

Таким образом, необходимо разработать способ получения цельнозерновых смесей с уменьшенным или нулевым количеством аспарагина, который может быть проведен при низком или очень низком содержании влаги (ниже, чем 20%). Такие методы могут быть использованы непосредственно при получении зерновых завтраков или в качестве обработки при проведении сухого помола для получения цельнозерновых композиции.

Сущность изобретения

Как это не удивительно, в настоящее время показано, что аспарагиназа может превращать аспарагин в цельнозерновых смесях, и предпочтительно это может быть проведено при ограниченном содержании влаги и при малых временах обработки. Таким образом, настоящее изобретение предоставляет способ уменьшения содержания аспарагина в обрабатываемых цельнозерновых смесях и поэтому способность уменьшения содержания акриламида в нагретых пищевых продуктах, содержащих такие цельнозерновые смеси. Соответственно, первый аспект изобретения обеспечивает способ уменьшения содержания аспарагина в обрабатываемых цельнозерновых смесях, включающий обработку смеси аспарагиназой в течение от 2 до 60 минут при содержании влаги от 15 до 45 масс.% и при температуре от 20°С до 50°С. Предпочтительно условия низкой влажности и малого времени проведения способа позволяют осуществить интеграцию обработкой аспарагиназой в различные промышленные процессы, в том числе в получение сухих завтраков. Кроме того, показано, что использование условий низкой влажности и малой длительности обработки гарантирует, что другие ферменты, обнаруженные в цельнозерновых смесях (например, амилазы или протеазы) неактивны и поэтому не оказывают влияния на свойства сырья, что может приводить к нежелательным свойствам продукта.

Второй аспект изобретения обеспечивает способ получения цельнозернового пищевого продукта, например сухих зерновых завтраков, включающих стадии: (i) обеспечения смеси, содержащей переработанное цельное зерно и необязательно другие твердые ингредиенты; (ii) обработки смеси аспарагиназой в течение периода от 2 до 60 минут при содержании влаги от 15 до 45 масс.% и температуре от 20°С до 50°С; и (iii) нагревания или кулинарной обработки смеси.

Третий аспект изобретения обеспечивает способ уменьшения содержания акриламида в пищевой композиции, содержащей переработанное цельное зерно, в котором способ включает по меньшей мере одну стадию нагревания и дополнительно включают стадии обработки пищевой композиции, предшествующие стадии нагревания с аспарагиназой в течение периода от 2 до 60 минут при содержании влаги от 15 до 45 масс.% и температуре от 20°С до 50°С.

Другие аспекты изобретения обеспечивают цельнозерновые смеси с содержанием аспарагина, равным 0,001 масс.% или менее в расчете на массу смеси, пищевые продукты, содержащие указанные цельнозерновые смеси и использование указанных цельнозерновых смесей при приготовлении зернового завтрака, хлеба, кексов, бисквитов и других съедобных продуктов. Дополнительный аспект изобретения обеспечивает цельнозерновой пищевой продукт, например сухие зерновые завтраки с содержанием акриламида, равным 60% или менее по сравнению с тем же самым цельнозерновым пищевым продуктом, который не подвергали обработке аспарагиназой.

Краткое описание фигур

Фиг.1 представляет собой график, демонстрирующий остаточное содержание свободного аспарагина (% относительно стандарта, стандарт=100%) в термо-обработанном цельнозерновом тесте после предварительной обработки аспарагиназой (10 мин время контакта при использовании 100, 500 и 1000 ppm аспарагиназы).

Фиг.2 представляет собой график, демонстрирующий содержание акриламида (мкг/кг в пересчете на сухое вещество) в пшеничных хлопьях в отсутствии обработки и при обработке аспарагиназой (100-1000 ppm) перед приготовлением.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение неожиданно и преимущественно обеспечивает способ использования обработки аспарагиназой цельнозерновых смесей для достижения значительного уменьшения уровня аспарагина при ограниченном содержании влаги (полусухое состояние) и при коротком времени обработки. Таким образом, в результате обеспечения значительного уменьшения уровня аспарагина настоящее изобретение дает возможность производить цельнозерновые терообработанные пищевые продукты, например, зерновые завтраки с уменьшенным содержанием акриламида.

Здесь показано, что обработка аспарагиназой цельнозерновых смесей при содержании влаги, используемой для приготовления сухих зерновых завтраков, существенно уменьшает содержание аспарагина и акриламида в смеси. Предпочтительно показано, что подобные условия обработки требуют очень малой длительности обработки. Это может позволить интегрировать обработку ферментом в процесс приготовления зерновых завтраков из цельнозерновых композиций, не прибегая к необходимости использования способа, включающего избыточное содержание влаги и/или увеличенное время производства, что таким образом может изменить способ или качественные характеристики продукта.

Эти способы также могут быть применимы к цельному зерну или к муке сухого помола мельниками, которые поставляют измельченную продукцию для приготовления зерновых завтраков и других продуктов. Описанный способ является энергетически эффективным для производства цельного зерна, обработанного сухим помолом, или очищенной молотой муки с минимальным содержании аспарагина. Этот способ энергетически эффективен, поскольку обработка может происходить при низком содержании влаги (для сушки продукта требуется минимальная энергия) и кратковременная обработка (подходящее для непрерывных операций).

Так, как используется здесь, термин “цельнозерновая смесь/композиция” относится к смесям/композициям, включающим зерна злаковых, которые сохраняют все составные компоненты цельного зерна, в том числе внешнюю оболочку из отрубей и область зародыша, а также эндосперм. Термин “обработанная цельнозерновая смесь/композиция” относится к смесям, которые предварительно обработали при помощи физических способов помола, приводящих к любому типу минимально или тонко помолотых цельнозерновых смесей, содержащих дробленые, размолотые или измельченные зерна. Дополнительно термин “обработанная цельнозерновая смесь” может относиться и к другим типам обработки, которые повышают использование цельного зерна в продуктах питания, например, физическому воздействию (давлению, сдвигу и т.д.), тепловому воздействию/термообработке (кулинарной обработке, гидратации под действием тепла), химическому воздействию (вымачиванию в щелочной или кислой среде) или ферментативному воздействию (гидролизу отрубей). Зерна злаковых могут быть выбраны из маиса, пшеницы, риса, кукурузы, ячменя, овса, ржи, сорго, пшена, гречихи, квиноа или любых их комбинаций. Наиболее предпочтительно хлебные злаки выбирают из пшеницы, овса, ржи или ячменя или их комбинаций. Цельнозерновая смесь может быть минимально или сильно предварительно переработанной. Она может содержать дробленые цельные зерна, размолотые цельные зерна или молотые цельные зерна, муку из цельных зерен сухого помола или другие цельные зерна или их комбинации, обработанные известными механическими, физическими, химическими или ферментативными способами. Если используют ядра цельных зерен, их следует подвергнуть термообработке перед предварительной обработкой или обработать иным способом так, чтобы аспарагиназа смогла оказать воздействие на аспарагин, содержащийся в обогащенных волокнами клетках.

Частицы цельнозерновой смеси могут иметь средний размер частиц от 200 мкм или меньше (например, молотая мука), до 0,5-1 мм (например, манная крупа), до 2-3 мм или меньше (например, дробленое зерно) или приблизительно до 5-6 мм в длину/3-4 мм в диаметре (например, цельные зерна).

В соответствии с настоящим изобретением цельнозерновую смесь обрабатывают аспарагиназой (ЕС 3.5.1.1). Аспарагиназа может быть получена из различных источников, например из растений, животных и микроорганизмов, например, препараты Escherichia, Erwinia, Streptomyces, Pseudomonas, Aspergillus и Baccillus. Конкретные примеры соответствующих штаммов включают Escherichia coli, Erwinia chrysanthemi, Streptomyces lividans, Streptomyces murinus, Aspergillus oryzae, Aspergillus nidulans, Aspergillus niger, Bacillus alkalophilus, Bacillus amyloliquefaciens. Bacillus brevis, Bacillus circulans, Bacillus coagulans, Bacillus lautus. Bacillus lentus, Bacilluslicheniformis, Bacillus megateruim, Bacillus stearothemophilus, Bacillus subtilis или Bacillus thuringiensis. Пример соответствующих способов получения аспарагиназы из штаммов Bacillus, Streptomyces, Eschera или Pseudomonas описан в WO 03/083043. Особенно предпочтительной является аспарагиназа, полученная из Aspergillus niger.

Предпочтительным применением обладают микроорганизмы пищевого качества, например Aspergillus niger или Bacillus subtilis. Особенно предпочтительными ферментами для использования в соответствии с настоящим изобретением являются ферменты, полученные Generally Recognised As Safe (GRAS), удостоверенной Food and Drug Administration (FDA) или другим эквивалентным органом. Примером такого фермента является PreventASe ®, который получают от DSM.

Обработка аспарагиназой может быть проведена при использовании аспарагиназы в концентрации от 10 до 5000 ppm. Специалисты в данной области выбирают концентрацию аспарагиназы по своему усмотрению. Предпочтительные концентрации могут варьировать от 50 до 2500 ppm и наиболее предпочтительно от 100 до 1000 ppm.

В соответствии с настоящим изобретением обработку аспарагиназой переработанных цельнозерновых смесей проводят в условиях низкой влажности. Это означает, что общее содержание воды в смеси, которая подлежит обработке, равно от 15 до 45 масс.% в расчете на общую массу смеси. Предпочтительно, обработку проводят при содержании влаги от 15 до 40%, предпочтительно, от 15 до 35%, более предпочтительно, от 20 до 30%, и наиболее предпочтительные, от 20 до 25%. Таким образом, очень ограниченное содержание влаги может быть использовано так, чтобы смесь находилась в полусухом порошкообразном состоянии.

В качестве альтернативы содержание влаги может быть выбрано, основываясь на цельнозерновой смеси и любых предыдущих или последующих стадиях. Например, если способ применим для цельнозернового пищевого продукта, например, сухих зерновых завтраков, то это может быть предпочтительно при использовании содержания влаги в смеси на стадии, когда желательно применить обработку аспарагиназой. В этом случае может быть желательным несколько изменить текущие приемы обработки. Наиболее предпочтительный интервал содержания влаги может изменяться в зависимости от типа пищевого продукта или зерновых завтраков и используемых условий проведения процесса. Это подтверждает, что различные пищевые продукты или типы сухих завтраков могут требовать различного содержания влаги при переработке для достижения наилучшего возможного качества пищи. Соответственно, предпочтительное содержание влаги может зависеть от цельнозерновой смеси, но может быть определено специалистами в данной области.

В качестве альтернативы, если способ применим к цельнозерновой смеси во время или после сухого помола, содержание влаги может быть выбрано, исходя из соответствующего содержания влаги на соответствующей стадии процесса. Например, если обработку аспарагиназой проводят после сухого помола и перед стадией гидротермической обработки, проводимой для стабилизации цельнозерновых смесей, содержание влаги может быть эквивалентным содержанию влаги, используемому для обеспечения стабилизации. В этом типе способа содержание влаги может находиться в диапазоне от 20 до 40%. При таком подходе можно предусмотреть непрерывный процесс, в котором на первой стадии процесса получают цельнозерновую смесь сухого помола, на второй стадии процесса увеличивают содержание влаги и проводят обработку аспарагиназой в соответствии с настоящим изобретением и на третьей стадии процесса повышают температуру процесса для проведения гидротермической обработки для получения стабилизированной и в дальнейшем сухой цельнозерновой смеси с пониженным содержанием аспарагина.

В соответствии с настоящим изобретением обработку аспарагиназой проводят при температуре от 20°С до 50°С. Обработку можно соответственно проводить при температуре от 25 до 45°С, или от 30 до 40°С, или от 35 до 40°С.

В соответствии с настоящим изобретением обработку аспарагиназой проводят в течение от 2 до 60 минут. Предпочтительно длительность обработки составляет от 5 до 50 минут, более предпочтительно от 10 до 40 минут, более предпочтительно от 10 до 30 минут и наиболее предпочтительно от 10 до 20 минут. Короткое время обработки обеспечивает исключительные преимущества с точки зрения возможности протекания непрерывных производственных операций. Кроме того, короткое время обработки позволяет избежать рисков, связанных с хранением продукта в течение длительного времени во влажной среде и при температуре, способствующей проявлению активности аспарагиназы, поскольку это может также способствовать значительной активности других ферментов, которые обычно присутствуют в зернах. Например, это может вызывать нежелательное расщепление крахмала амилазными ферментами и дальнейшие негативное влияние на качество продукта.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением можно использовать любую обработку, известную специалистам в данной области, которая а) может дополнительно повысить распределение аспарагиназы в обрабатываемой цельнозерновой смеси, b) которая может дополнительно увеличить проникновение фермента в обрабатываемую цельнозерновую смесь или с) которая может дополнительно увеличить высвобождение аспарагина из обрабатываемых цельнозерновых смесей. Примерами таких способов являются любой тип соответствующего смешивания для достижения надлежащего распределения и однородности, применение вакуума или давления, в том числе обработку при сверхкритическом давлении для увеличения проникновения фермента в субстрат или селективное использование ферментов с подходящей активностью, который мог бы оказывать действие на субстрат и либо увеличивать проникновение аспарагиназы в субстрат, либо способствовать высвобождению аспарагина из субстрата. Специалисты в данной области могут выбрать любые механические, физические, химические или ферментативные способы, при помощи которых могут быть достигнуты эффекты, описанные выше.

Способ настоящего изобретения может привести к уменьшению содержания аспарагина в цельнозерновой смеси по меньшей мере на 10% или более предпочтительно по меньшей мере на 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% или 99%, по сравнению с такой же цельнозерновой смесью, которую не подвергали обработкой аспарагиназой.

Цельнозерновая смесь, полученная способом настоящего изобретения, может быть использована в качестве ингредиента для пищевых продуктов, которые в дальнейшем подвергают кулинарной обработке или термической обработке каким-либо способом. При использовании смеси (ингредиента), полученной способом настоящего изобретения, образующийся пищевой продукт будет иметь более низкое содержание акриламида после кулинарной обработки по сравнению с пищевым продуктом, полученным с использованием ингредиента, не обработанного способом настоящего изобретения. Например, мука из цельного зерна, например пшеничная мука из цельного зерна, может быть обработана в соответствии с настоящим изобретением для получения муки, имеющей более низкое содержание аспарагина по сравнению с необработанной цельнозерновой пшеничной мукой. Обработанная цельнозерновая мука может быть использована вместо необработанной цельнозерновой муки при получении различных пищевых продуктов, например, сухих зерновых завтраков, зерновых батончиков, батончиков мюсли, каш, пюре, детских блюд из зерновых, бисквитов, пирожных и выпечки, например хлеба, кексов и бисквитов, макаронных изделий, напитков на основе зерновых и многих других пищевых продуктов, или корма для домашних животных.

В качестве альтернативы способ настоящего изобретения может включать получение пищевого продукта перед нагреванием продукта до температуры, при которой начинается образование акриламида, т.е. приблизительно 110°С или выше. Например, способ настоящего изобретения может быть использован при получении цельнозерновых пищевых продуктов или при получении ингредиентов, используемых в пищевых продуктах, например сухих зерновых завтраков, зерновых батончиков, батончиков мюсли, каш, пюре, детских блюд из зерновых, бисквитов, пирожных и выпечки, например хлеба, кексов и бисквитов, макаронных изделий, напитков на основе зерновых и многих других пищевых продуктов, или корма для домашних животных.

Таким образом, в соответствии с дополнительным аспектом настоящее изобретение обеспечивает способ получения цельнозерновых пищевых продуктов, например, сухих зерновых завтраков, включающий следующие стадии:

(i) обеспечение композиции, содержащей обработанное цельное зерно и необязательно другие твердые ингредиенты;

(ii) обработку смеси аспарагиназой в течение периода от 2 до 60 минут при содержании влаги в диапазоне от 15 до 45 масс.% и температуре от 20°С до 50°С; и

(iii) нагревание или кулинарная обработка смеси.

В частности, изобретение обеспечивает способ получения сухих зерновых завтраков, включающий следующие стадии:

(i) обеспечение композиции, содержащей обработанное цельное зерно и необязательно другие твердые ингредиенты;

(ii) добавление при перемешивании жидкости в смесь на стадии (i) для обеспечения содержания влаги в диапазоне от 15 до 45 масс.%;

(iii) кулинарная обработка смеси;

(iv) формирование из смеси отдельных заготовок;

(v) сушка и обжаривание заготовок;

(vi) необязательно глазирование заготовок, например, сахаром, медом, орехами, йогуртом или их комбинацией;

где способ дополнительно включает:

(vii) обработку смеси аспарагиназой в течение периода от 2 до 60 минут при содержании влаги в диапазоне от 15 до 45 масс.% и температуре от 20°С до 50°С;

и где стадию (vii) проводят перед стадией (v) и предпочтительно между стадиями (ii) и (iii).

Обработанная цельнозерновая смесь может содержать механически обработанную или молотую цельнозерновую муку или другие цельнозерновые или подвергнутые сухому помолу продукты, например раздробленные зерна или зерна, размолотые до частиц меньшего размера, как это было описано ранее. Другие компоненты зернового сухого завтрака хорошо известны специалистам в данной области и могут включать в себя сахар, сахарные сиропы, мед, ароматизаторы, соль и другие добавки, например орехи и фрукты.

В процессе приготовления зернового продукта для завтрака стадия кулинарной обработки (iii) может включать обработку смеси под давлением пара (содержание влаги равно приблизительно 30%) при температуре 110-120°С. Хотя акриламиды могут образовываться на этой стадии, обнаружено, что главным образом образование акриламида происходит на стадии обжаривания (v), когда температура может находиться в диапазоне от 180 до 220°С и продукт может быть высушен до содержания влаги 3,5 масс.% или меньше. Соответственно смесь должна быть обработана аспарагиназой до проведения стадии (v) и предпочтительно, чтобы ее обрабатывали аспарагиназой на ранних стадиях, например, между стадиями (ii) и (iii).

Этот способ может привести к уменьшению содержания аспарагина в цельнозерновой смеси по меньшей мере на 10% или более предпочтительно по меньшей мере на 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% или 99%, по сравнению с такой же цельнозерновой смесью, которую не подвергали обработке аспарагиназой. Кроме того, это может привести к уменьшению содержания акриламида в сухих зерновых завтраках из цельнозерновой смеси по меньшей мере на 10% или более предпочтительно по меньшей мере на 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% или 99%, по сравнению с такими же сухими завтраками из цельного зерна, которые не подвергали обработке аспарагиназой.

В дополнительном аспекте настоящее изобретение обеспечивает цельнозерновой пищевой продукт, например цельнозерновые завтраки с содержанием акриламида 60% или менее, или более предпочтительно 50% или менее, 40% или менее или 30% или менее по сравнению с такими же цельнозерновыми завтраками, которые не подвергали обработке аспарагиназой.

Содержание аспарагина может быть измерено способом, основанным на ионообменной хроматографии с использованием водорастворимого экстракта, как описано в Примерах.

Содержание акриламида может быть измерено ЖХ-МС/МС и подходящим способом приготовления образцов, и измерение содержания акриламида описано Delatour et al. “Improved sample preparation to determine acrylamide in difficult matrixes such as chocolate powder, cocoa, and coffee by liquid chromatography tandem mass spectroscopy” J. Agnc. Food Chem. (2004) 52:4625. Этот способ пригоден для измерения содержания акриламида в зерновых продуктах.

В дополнительном аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ уменьшения количества акриламида в пищевых композициях, содержащих обработанные цельные зерна, где способ включает по меньшей мере одну стадию нагревания и дополнительно содержит обработку пищевой композиции аспарагиназой перед стадией нагревания в течение периода от 2 до 60 минут при содержании влаги от 15 до 45 масс.% и температуре от 20°С до 50°С. Предпочтительные признаки этого способа описаны выше. Этот способ может привести к уменьшению содержания акриламида в пищевой смеси по меньшей мере на 10% или более предпочтительно по меньшей мере на 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% или 99%, по сравнению с такой же пищевой смесью, которую не подвергали обработке аспарагиназой.

В дополнительном аспекте настоящее изобретение обеспечивает цельнозерновую смесь с содержанием аспарагина 0,001 масс.% или меньше в расчете на массу смеси. Цельнозерновая смесь предпочтительно представляет собой обработанную цельнозерновую смесь и может содержать, например, молотую цельнозерновую муку или молотую цельнозерновую пшеничную муку с содержанием аспарагина 0,001 масс.% или меньше. Такая цельнозерновая смесь может быть использована при получении различных пищевых продуктов, например сухих зерновых завтраков, зерновых батончиков, батончиков мюсли, каш, пюре, детских блюд из зерновых, бисквитов, пирожных и выпечки, например хлеба, кексов и бисквитов, макаронных изделий, напитков на основе зерновых и многих других пищевых продуктов, или корма для домашних животных. Для специалистов в данной области будет очевидно, что цельнозерновая смесь с содержанием аспарагина 0,001 масс.% или меньше может быть включена в состав пищевых продуктов обычным способом, который не требует особого внимания.

Примеры

Следующие примеры иллюстрируют продукты и способы получения их с пониженным содержанием акриламида в рамках настоящего изобретения. Их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие настоящее изобретение. В отношении настоящего изобретения могут быть сделаны изменения и модификации. То есть специалисты в данной области могут предложить множество различных вариантов в этих примерах, охватывающих большой диапазон смесей, ингредиентов, способов обработки и смесей и могут приспособить обычно встречающиеся уровни этих соединений по изобретению для разнообразных применений.

Пример 1 - Кратковременная обработка цельнозерновой муки аспарагиназой.

Этот пример показывает, что аспарагиназа может быть использована для обработки цельнозерновой муки для снижения уровня аспарагина. С помощью экспериментального подхода изучена обработка аспарагиназой цельнозерновой пшеничной муки в рамках условий обработки, которая может быть применима для промышленной обработки стабилизированных цельнозерновых продуктов.

a) Используемое сырье

- Аспарагиназа (PreventASe®, DSM)

- Цельнозерновая пшеничная мука (Desgrange, France)

b) Приготовление образцов

Ферментативные эксперименты проводят в лабораторном масштабе при использовании Stephan Mixer, снабженного нагреваемой рубашкой и внешним контролем температуры. 500 г образца цельнозерновой пшеничной муки перемешивают с водным раствором аспарагиназы при концентрации, равной 50 ppm, со скоростью 100 об/мин в течение 10 мин. Экспериментальный проект исследует обработку аспарагиназой при общем содержании влажности в продукт 20 и 45 масс.% и температуре продукта 20 и 5°С. После обработки аспарагиназой образцы сушат в сушильном шкафу при 140°С. Для дезактивации фермента используют тепловую обработку и в дальнейшем сушат образцы до значения влажности меньшей, чем 10%. Таблица 1 в секции d), представленной ниже, суммируют план эксперимента и соответствующие результаты.

c) Анализ

Образцы анализируют на содержание свободной аспарагиназы (способ Нестле ссылка LIOO.562-1) Nestle Nunspeet, Нидерланды, при использовании способа, основанного на ионообменной хроматографии при использовании водорастворимого экстракта.

2,0 г основного образца экстрагируют в течение 2 мин в 25 мл деионизированной воды при 40°С с использованием гомогенизатора типа Polyron. Взвесь переносят в мерную колбу на 50 мл и переносят в объем с деионизированной водой. Раствор обрабатывают ультразвуком в течение 10 мин и центрифугируют в течение 20 мин при 3000 х g.

Супернатант фильтруют через сложенную фильтровальную бумагу и разбавляют в отношении 1:1 при помощи 20 ммоль/л хлористоводородной кислоты (НСl). Затем разбавленный фильтрат еще раз фильтруют через 0,22 микрометровую мембрану перед проведением анализа.

Полученный раствор анализируют, используя ионообменную хроматографию и определяют концентрацию, используя постколоночное образование производных с нингидрином, измерением поглощение при 570 нм. Количественный анализ уровня аспарагина проводят по отношению к внешним стандартам.

d) Экспериментальные результаты

В таблице 1, представленной ниже, показан план эксперимента, использованный для изучения эффективности аспарагиназы в условиях обработки, который может быть использован для промышленной обработки термообработанной стабилизированной цельнозерновой пшеничной муки. Измеренное исходное содержание аспарагиназы в цельнозерновой пшеничной муке, использованной во всех экспериментах, составляет 0,037%.

Независимо от изученного диапазона влажности (20 или 45%), а также от температуры (20 или 50°С), использованного для ферментативной обработки аспарагиназой, содержание аспарагина в цельнозерновой пшеничной муке было значительно уменьшено.

е) Заключение

Этот пример демонстрирует, что аспарагиназа может быть использована для предварительной обработки цельнозерновой пшеничной муки, выполняемой в течение очень короткого воздействия, для получения обработанной цельнозерновой пшеничной муки с низким содержанием аспарагина. Диапазон условий обработки, а именно кратковременность воздействия при ограниченном содержании влаги, обеспечивает легкое преобразование такой обработки в промышленных масштабах для стабилизированного цельнозернового продукта. Тепловые обработки при “кратковременном воздействии - ограниченной влажности” проводятся, например, в непрерывном плановом процессе. Обработка аспарагиназой цельнозерновой муки на стадии поставки сырья, в этом случае цельнозерновой муки, подвергнутой сухому помолу, позволит избежать ее переработку в условиях производства пищевой промышленности. Такая стратегия может эффективно повысить гибкость использования/приспособляемость такой обработки в пищевой промышленности.

Пример 2 - Кратковременная обработка аспарагиназой цельнозерновой муки в сухих зерновых завтраках.

a) Используемое сырье

- Аспарагиназа (PreventASe®, DSM)

- Цельнозерновая пшеничная мука (Desgrange, France)

b) Приготовление образцов

Эксперименты проводят в лабораторном масштабе при использовании Stephan Mixer, снабженного нагреваемой рубашкой и внешним контролем температуры. 500 г образца цельнозерновой пшеничной муки перемешивают с водным раствором аспарагиназы в диапазоне концентраций от 10 до 100 ppm со скоростью 100 об/мин. Эксперименты были спланированы так, чтобы охватить параметры процесса, используемые при получении сухих зерновых завтраков. Экспериментальный план изучал время смешивания 10, 25 или 40 мин, а также содержание влаги в продуктах, отрегулированное до 20%, 35% или 45%, и температуры продукта 20, 35 и 50°С. После смешивания образцы сушат в сушильном шкафу при 140°С. Тепловую обработку используют для дезактивации фермента и в дальнейшем сушат образцы до содержания влаги менее 10%. Таблица 2 в секции d), представленной ниже, суммирует экспериментальный план и соответствующие результаты.

c) Анализ

Образцы анализируют на содержание свободного аспарагина (Способ Нестле, ссылка LI00.562-1) по Nestle Nunspeet, Нидерланды, как было указано выше.

d) Экспериментальные результаты

В таблице 2, представленной ниже, показан экспериментальный план, использованный для изучения эффективности аспарагиназы в условиях обработки, обычно используемой при получении зерновых завтраков. Измеренное начальное содержание аспарагина в цельнозерновой пшеничной муке, используемой для всех экспериментов, равно 0,037%.

Содержание аспарагина в цельнозерновой пшеничной муке значительно уменьшается после обработки аспарагиназой при всех изученных условиях, которые обычно используют при приготовлении зерновых завтраков.

е) Заключение

Этот пример показывает, что рамки условий обработки (50 ppm аспарагиназы, 10 мин обработки при содержании влаги в продукте в диапазоне от 20 до 45%), изученные в примере 1), могут также применяться к условиям промышленного способа получения зерновых завтраков. Диапазон изученных концентраций, температур и влажности, в котором аспарагиназа еще проявляет активность, дает некоторые дополнительные возможности при получении зерновых завтраков, однако требуется более продолжительное время смешивания.

Пример 3 - Краткосрочная обработка аспарагиназой цельнозерновой смеси, состоящей из частиц с различными размерами.

Этот пример служит для демонстрации того, что аспарагин может быть использован для предварительной обработки цельнозерновой смеси, состоящей из частиц различных размеров.

a) Используемое сырье

- Аспарагиназа (PreventASe®, DSM)

- Цельнозерновая пшеничная мука (Desgrange, France)

- Раздробленная пшеница, полученная из цельных ядер на заводском оборудовании

(средний размер частиц - 2,5 мм)

b) Приготовление образцов

Эксперименты проводят в лабораторном масштабе при использовании Stephan Mixer, снабженного нагреваемой рубашкой и внешним контролем температуры. 500 г образца цельнозерновой пшеничной муки и цельнозерновой раздробленной пшеницы перемешивают в течение 25 мин с водным раствором аспарагиназы при концентрациях 10 ppm и 100 ppm для цельнозерновой пшеничной муки, 50 ppm и 100 ppm для цельнозерновой раздробленной пшеницы со скоростью 100 об/мин. Содержание влаги в продуктах доводят 35% и температуру продукта поддерживают при 35°С для систем из цельнозерновой пшеничной муки и при 20°С для систем из цельнозерновой раздробленной пшеницы. После смешивания образцы сушат в сушильном шкафу при 140°С. Тепловую обработку используют для дезактивации фермента и в дальнейшем сушат образцы до содержания влаги, составляющей менее 10%. Таблица 3 в секции d), представленной ниже, суммирует экспериментальный план и соответствующие результаты.

c) Анализ

Образцы анализируют на содержание свободного аспарагина (Способ Нестле, ссылка LI00.562-1) по Nestle Nunspeet, Нидерланды, как было указано выше.

d) Экспериментальные результаты

е) Заключение

Этот пример показывает, что аспарагиназа может быть использована для уменьшения содержание аспарагина в цельнозерновых смесях с различным размером частиц. Цельнозерновая пшеничная мука характеризуется распределением малых частиц по размерам (средний размер частиц ~230 микрон), а раздробленная пшеница характеризуется распределением больших частиц по размерам (средний размер частиц ~2,5 мм). Кроме того, способы помола, используемые для этих двух смесей, отличаются по усилию, прилагаемому к пшенице, поэтому мука имеет более открытую волокнистую клеточную структуру (более легкий доступ к аспарагину), в то время как волокнистая клеточная структура в раздробленной пшенице является гораздо менее поврежденной. Несмотря на это различие обработка аспарагиназой является эффективной для обеих смесей.

Пример 4 - Кратковременная обработка аспарагиназой пшеничной смеси с цельными ядрами как таковой и смеси, предварительно подвергнутой кулинарной обработке.

Этот пример служит для демонстрации того, что аспарагиназа является активной при предварительной кулинарной обработке, но не для подвергнутых кулинарной обработке ядер интактной цельнозерновой пшеницы.

a) Используемое сырье

- Аспарагиназа (PreventASe®, DSM)

- Пшеница с цельным ядром (Heygates,UK)

- Пшеница с цельным ядром (Heygates,UK), кулинарно обработанная в течение 35 мин при 40% влажности и диапазоне температур от 110 до 120°С.

b) Приготовление образцов

Эксперименты проводят в лабораторном масштабе при использовании Stephan миксера, снабженного нагреваемой рубашкой и внешним контролем температуры. 500 г образца пшеницы с цельным ядром (сырья) и пшеницы с цельным ядром, подвергнутой предварительной кулинарной обработке, перемешивают в течение 25 мин с аспарагиназой при концентрациях от 10 ppm до 100 ppm со скоростью 100 об/мин. Содержание влаги в продуктах доводят 35% и температуру продукта поддерживают при 20°С. После смешивания образцы сушат в сушильном шкафу при 140°С. Тепловую обработку используют для дезактивации фермента и в дальнейшем сушат образцы до содержания влаги менее 10%. Таблица 4 в секции d), представленной ниже, суммирует экспериментальный план и соответствующие результаты.

c) Анализ

Образцы анализируют на содержание свободного аспарагина (Способ Нестле, ссылка LI00.562-1) по Nestle Nunspeet, Нидерланды. См. выше.

d) Экспериментальные результаты

Обработка предварительно подвергнутых кулинарной обработке ядер пшеницы аспарагиназой в течение 25 минут при влажности 35% позволяет существенно уменьшить содержание аспарагина. Никакого существенного уменьшения содержания аспарагина не наблюдается при проведении подобной обработки исходных ядер пшеницы.

е) Заключение

Этот пример демонстрирует эффективность аспарагиназы в отношении предварительно подвергнутых кулинарной обработке ядер пшеницы, но не в отношении необработанных смесей. Это указывает на то, что обработка аспарагиназой, как описано в настоящем изобретении, может быть проведена с использованием цельнозерновых смесей. В данном конкретном примере предварительную обработку проводят с использованием кулинарной обработки. Эта стадия процесса увеличивает доступность аспарагиназы по отношению к аспарагину.

Пример 5. Масштабирование кратковременной обработки аспарагиназой цельнозерновых сухих завтраков до полупромышленного масштаба: Содержание аспарагина после кулинарной обработки.

Этот пример служит для демонстрации того, что обработка аспарагиназой может быть использована применительно к приготовлению зерновых завтраков.

a) Используемое сырье

- Аспарагиназа (PreventASe®, DSM)

- Молотая цельнозерновая пшеница (Silvery Tweed, UK)

- Пшеничная мука типа 55 (Heygates, UK)

- Экстракт солода (Muntons, UK)

b) Приготовление образцов

Способ периодической варки обычно включает стадию кулинарной обработки влажных и сухих ингредиентов, затем стадию формирования хлопьев из теста и обжаривание хлопьев. Хотя можно рассматривать различные “интеграционные стратегии обработки аспарагиназой” при приготовлении зерновых завтраков, для данного способа обработку желательно проводить чем раньше, тем лучше. В отдельном эксперименте изучена обработка аспарагиназой перед стадией периодической варки. Многие планы с использованием периодического варочного аппарата имеют ограничения, касающиеся смешивания. Поэтому в данном эксперименте мы ввели стадию смешивания для обеспечения равномерного распределения аспарагиназы в смеси перед периодической варкой.

Эксперименты выполняют в полупромышленном масштабе при использовании дополнительной стадии смешивания (используя смеситель с двумя месильными органами в псевдоожиженном слое) наряду со стадией кулинарной обработки при использовании вращательного варочного аппарата под давлением. Экспериментальные партии были представлены пшеничными хлопьями с базовой рецептурой и сделаны из 74% влажной основы цельной молотой пшеницы, 8,6% влажной основы очищенной пшеничной муки, 1,8% экстракта солода и 15,6% воды. Фермент растворяли в жидкой взвеси (вода при ~40°С и солод) и добавляли к сухой цельнозерновой молотой пшенице и смеси очищенной молотой пшеничной муки. В эксперименте изучена обработка аспарагиназой при 100, 500 и 1000 ppm в течение 10 минут смешения (используя смеситель с двумя месильными органами в псевдоожиженном слое). После стадии обработки аспарагиназой предварительную смесь немедленно переносят во вращающийся варочный котел периодического действия. В варочный котел инжектируют пар до тех пор, пока температура продукта не повысится приблизительно до 125°С и давление пара в варочном котле не поднимется до 20 фунт/кв. дюйм. Можно предположить, что аспарагиназа в продукте инактивируется на этой стадии. Анализ на аспарагин проводят после приготовления партии продукта. Фигура 1 в секции d), представленной ниже, суммирует экспериментальный план и соответствующие результаты.

c) Анализ

Образцы анализируют на содержание свободного аспарагина (Способ Нестле, ссылка LI00.562-1) по Nestle Nunspeet, Нидерланды. См. выше.

d) Экспериментальные результаты

Эта серия опытов в полупромышленных масштабах направлена на моделирование промышленных условий приготовления партии зерновых завтраков. В соответствии с предыдущими результатами в лабораторных масштабах, представленными в примерах 1 и 2, обработку аспарагиназой проводят в течение 10 мин и объединяют с последовательностью операций, предшествующих стадии приготовления партии. На Фигуре 1 представлена аспарагиназа, оставшаяся в тесте из цельнозерновой пшеницы, подвергнутом кулинарной обработке. Обработка 100 ppm аспарагиназы приводит к уменьшению количества аспарагина на 42% в тесте, подвергнутом кулинарной обработке по сравнению с продуктом, необработанным аспарагиназой. Обработка 500 ppm аспарагиназы приводит к 50% уменьшению количества аспарагина в тесте, подвергнутом кулинарной обработке. Обработка 1000 ppm аспарагиназы приводит к 54,2% уменьшению количества аспарагина.

с) Заключение

Этот пример показывает, что кратковременная обработка аспарагиназой, интегрированная в полупромышленном способе производства партии зерновых, приводит к уменьшению количества аспарагина в цельнозерновых пшеничных сухих продуктах для завтрака. В данном конкретном случае обработка аспарагиназой была выполнена смеси для цельнозернового продукта для завтрака, содержащей молотую цельнозерновую пшеничную смесь, перед приготовлением партии продукта. Этот пример также обнаруживает различие в эффективности аспарагиназы, проявляемой для зерновых завтраков, в модельной системе лабораторного масштаба и в полупромышленном масштабе.

Пример 6 - Масштабирование кратковременной обработки аспарагиназой для цельнозерновых завтраков до полупромышленном масштабе: содержание акриламида в конечном продукте.

Этот пример служит для демонстрации того, что кратковременная предварительная обработка цельнозернового и очищенного пшеничного премикса аспарагиназой, благодаря чему достигается низкое содержание аспарагина в термообработанном тесте для зерновых завтраков, может оказать влияние на конечное содержание акриламида в промышленном готовом продукте - зерновых завтраках.

a) Используемое сырье (как в примере 5)

b) Приготовление образцов

(как в примере 5). Из подвергнутого кулинарной обработке теста формируют хлопья и обжаривают при стандартных параметрах обработки. Хлопья сушат и обжаривают в пароструйной зоне опытной заводской установки при температурном режиме в зоне 1, соответствующем 205°С, и в зоне 2, соответствующем 195°С. Фигура 2 в секции d), представленной ниже, суммирует экспериментальный план и соответствующие результаты.

c) Анализ

Проводят анализ образцов на содержание акриламида и влаги (способ Нестле, ссылка QP/LC акриламид (01/07 P-QPH.020)) по Nestle Weiding, Germany. Содержание акриламида измеряют ЖХ-МС/МС, как описано Delatour et al. “Improved sample preparation to determine acrylamide in difficult matrixes such as chocolate powder, cocoa, and coffee by liquid chromatography tandem mass spectroscopy” J. Agric. Food Chem. (2004) 52:4625.

Содержание влаги измеряют способом, основанным на упаривании воды при сушке в сушильном шкафу. 5 г образца помещают в сушильный шкаф при 130°С на 1 час. Содержание влаги в образце определяют измерением массы образца перед и после удаления воды упариванием:

% Влаги=Исходная масса образца - Конечная масса образца х 100

Исходная масса образца

d) Экспериментальные результаты

На Фигуре 2 представлено содержание акриламида в приготовленной партии и обжаренных хлопьях из цельнозерновой пшеницы, изготовленных, как описано в примерах 5 и 6.

Обработка 100 ppm аспарагиназы уменьшает содержание аспарагина в тесте, подвергнутом кулинарной обработке, на 42% (пример 5) и акриламида в обжаренных хлопьях из цельнозерновой пшеницы на 44,5%. Кроме того, обработка 1000 ppm аспарагиназы уменьшает содержание аспарагина в тесте, подвергнутом кулинарной обработке, на 54% (пример 5) и акриламида в обжаренных хлопьях из цельнозерновой пшеницы на 47,3%.

e) Заключение

Этот пример показывает, что обработка аспарагиназой рецептуры из цельнозерновой пшеницы, проводимая, как описано в примере 5, приводит к уменьшению содержания акриламида в конечных зерновых завтраках. Кроме того, эти данные указывают, что корреляция между уменьшением аспарагина в сырье, используемом для приготовления зерновых завтраков, и уменьшением акриламида в конечном продукте является нелинейной и может быть обусловлена другими сложными факторами.

Реферат

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способу обработки цельнозерновой смеси аспарагиназой в течение от 2 до 60 минут при содержании влаги в диапазоне от 15 до 45 мас.% и температуре от 20°С до 50°С. Изобретение относится к способу получения цельнозернового пищевого продукта путем обеспечения смеси, содержащей обработанное цельное зерно, обработки смеси аспарагиназой при вышеуказанных параметрах, нагревания или кулинарной обработки смеси. Изобретение относится к способу получения зерновых завтраков путем обеспечения смеси, содержащей обработанное цельное зерно, добавления при перемешивании жидкости к смеси для обеспечения содержания влаги от 15 до 45 мас.%, кулинарной обработки смеси, формирования из смеси заготовок, обработки смеси аспарагиназой при вышеуказанных параметрах, сушки и обжаривания заготовок. Изобретение относится к цельнозерновой смеси с содержанием аспарагина 0,001 мас.% или менее в расчете на массу смеси и к пищевому продукту, содержащему такую смесь. Изобретение относится к применению цельнозерновой смеси для получения, например, сухих зерновых завтраков, зерновых батончиков, пирожных. Способ обработки позволяет уменьшить содержание аспарагина в цельнозерновой смеси. 7 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл., 6 пр.

Формула