CN102083326B - 降低热加工食品中丙烯酰胺生成的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低热加工食品中丙烯酰胺含量的方法。本发明使得生产的食品具有明显降低含量的丙烯酰胺。本方法取决于用于生产食品产品的多种单元操作的处理，特别是去皮，烹制和排出单元操作。例如，可以改进去皮单元操作以提供更加充分地被去皮的马铃薯切片。可以通过烹制到较高水分和/或以较低热油温度烹制来改进烹制单元操作以将对于丙烯酰胺生成最有益的高温/低水分条件最小化。可以改进排出单元操作以降低导致丙烯酰胺高含量的缺陷。

Description

降低热加工食品中丙烯酰胺生成的方法
发明背景 
交叉引用的相关申请 
本申请是于2005年10月31日提交的第11/263,239号共同待定的美国专利申请的部分继续申请，第11/263,239号美国专利申请是于2003年2月21日提交的名称为“降低热加工食品中丙烯酰胺生成的方法”的第10/371,448号美国专利申请的分案申请，这些技术的公开内容通过结合在此引用。 
技术领域
本发明涉及一种降低热加工食品中丙烯酰胺含量的方法。本发明使得生产的食品具有明显降低含量的丙烯酰胺。本方法改变多种单元操作的参数以控制终产品中发现的丙烯酰胺的含量，同时还保持了产品质量。 
相关技术的说明 
化学物质丙烯酰胺以聚合物形式已长期在工业中应用于水处理，提高原油采收率，造纸，絮凝剂，增稠剂，矿石处理和免烫织物中。白色结晶固体的丙烯酰胺沉淀物是无嗅的，并且极易溶于水(在30℃，2155g/L)。丙烯酰胺的同系物包括2-丙烯醛酰胺(2-propenamide)，乙烯羧酰胺(ethylene carboxamide)，丙烯酸酰胺(acrylic acid amide)，乙烯基酰胺(vinyl amide)和丙烯酸酰胺(propenoic acid amide)。丙烯酰胺的分子量为71.08，熔点为84.5℃以及在25mmHg下的沸点为125℃。 
最近，在许多不同食品中都检测到丙烯酰胺单体的存在呈阳性。特别是发现丙烯酰胺主要存在于经加热或高温下加工的碳水化合物食品产品中。已经检测到的丙烯酰胺呈阳性的食品的例子包括咖啡，谷类食品，饼干，马铃薯片，脆饼干，油炸马铃薯，面包和面包卷以及粘滚上面包屑的炸肉。与未加热和煮沸食品中未检测到的含量相比，通常在加热的富含蛋白质的食品中发现相对较低含量的丙烯酰胺，而在富含碳水化合物的食品中发现相对较高含量的丙烯酰胺。在多种相似加工的食品中发现的丙烯酰胺的报道过的含量包括：在马铃薯片中是330-2,300(μg/kg)的范围，在炸薯条中是300-1100(μg/kg)的范围，在玉米片中是120-180(μg/kg)的范围，以及在多种早餐谷类食品中的含量范围从未检测到直到1400(μg/kg)。 
目前已证实丙烯酰胺由存在的氨基酸和还原糖生成。例如，已证实在油炸食品产品中发现的大量丙烯酰胺是在游离天冬酰胺与游离还原糖之间发生的反应，游离天冬酰胺 通常是存在于生蔬菜中的一种氨基酸。在生马铃薯中，天冬酰胺占总游离氨基酸的约40％，在高蛋白质黑麦中占总游离氨基酸的约18％，在小麦中占总游离氨基酸的约14％。 
除了天冬酰胺外，丙烯酰胺也可能由其它氨基酸生成，但是其确信度尚未被证实。例如，已经报道用谷氨酰胺，蛋氨酸，半胱氨酸以及天冬氨酸作为前体进行试验生成了一些丙烯酰胺。然而，由于在成分氨基酸中潜在的含有天冬酰胺杂质，因此这些发现很难被证实。尽管如此，天冬酰胺已经被确定为最有可能作为生成丙烯酰胺的氨基酸前体。 
由于食品中的丙烯酰胺是最近发现的现象，所以其准确的生成机理还尚未确定。但是，现在已经证实生成丙烯酰胺的最有可能的途径涉及美拉德反应。在食品化学中早已公认美拉德反应是食品加工中的最重要的化学反应之一，并且可以影响食品的风味，颜色以及营养价值。美拉德反应要求热量，水分，还原糖和氨基酸。 
美拉德反应是涉及具有许多中间体的一系列复杂的反应，但通常被描述成包含三个步骤。美拉德反应的第一个步骤涉及游离氨基(来自游离氨基酸和/或蛋白质)与还原糖(例如葡萄糖)的化合以生成阿马杜里(Amadori)或海因氏(Heyns)的重排产物。第二个步骤包括经由不同可选择的途径使阿马杜里或海因氏重排产物降解，该途径包括生成脱氧邻酮醛糖(deoxyosones)，裂解或斯瑞克降解。一系列复杂反应包括引起香味中间体和香味化合物合成的脱水，消去，环化，裂解以及碎裂。美拉德反应的第三个步骤的特征是生成褐色含氮聚合物和共聚物。使用美拉德反应作为生成丙烯酰胺的最有可能的途径，图1描述了以天冬酰胺和葡萄糖起始生成丙烯酰胺的简化的可能的途径。 
尚不能确定丙烯酰胺对人类是否有害，但它存在于食品产品中，特别是在食品产品中处于较高含量是人们所不希望的。如前所提到的，在经加热或热加工的食品产品中发现了相对较高浓度的丙烯酰胺。这种食品产品中的丙烯酰胺的降低可以通过降低或去除生成丙烯酰胺的前体化合物来实现，从而在食品加工期间抑制丙烯酰胺的生成，并且一旦在食品中生成丙烯酰胺单体便将其分解或与其反应，或者，在消费前从产品中去除丙烯酰胺。可以理解，为实现任何以上选项，每种食品产品都存在独特挑战。例如，在烹制时，在不物理破坏给予食品产品独特风味的细胞结构时，切片的和作为粘在一起的片烹制的食品可能不容易与不同添加剂混合。特殊食品产品的其它加工要求相同可能与使降低丙烯酰胺方法不相容或非常困难。 
举例说明，图2表示使用生马铃薯成分制作油炸马铃薯片的公知的现有技术的方法。含有重量比约80％或更多的水的生马铃薯首先进行去皮步骤21。在生马铃薯去皮后，将马铃薯传送到切片步骤22。在切片步骤22中，每个马铃薯切片的厚度取决于终产品 的希望的厚度。现有技术的一个例子包括将马铃薯切片成约0.04至0.08英寸的厚度。随后，将这些切片传送到清洗步骤23，其中每个切片上的表面淀粉用水去除。随后，将经清洗的马铃薯切片传送到烹制步骤24。该烹制步骤24通常包括在例如171℃至182℃(340-360℉)的温度下，在连续油炸锅中油炸切片约2至3分钟。烹制步骤通常将马铃薯片的含水量降低至重量比小于2％。例如，典型的油炸马铃薯片在离开油炸锅时的含水量重量比约为1-2％。随后，将经烹制的马铃薯片传送到调味步骤25，在此，在转鼓中添加调味品。最后，经调味的马铃薯片进行包装步骤26。该包装步骤26通常包含将经调味的马铃薯片喂入到一个或多个称重装置，接着将马铃薯片导入一个或多个垂直成型，填充和密封机中，并以柔性包装进行包装。一旦包装好，产品进入分销并由消费者购买。 
上述许多马铃薯片加工步骤的微小调整可导致终产品的特性的显著变化。例如，在清洗步骤23中，切片在水中停留时间的延长会导致为终产品提供马铃薯风味，颜色和质地的化合物从切片中浸出。在烹制步骤24中，停留时间或加热温度的增加可导致马铃薯片内美拉德褐变程度的增加，以及较低的含水量。如果希望在油炸前将成分放入马铃薯切片内，就需要设置用于将添加的成分吸收到切片的内部的装置，同时不会破坏马铃薯片的细胞结构或者不会从切片中浸出有益的化合物。 
作为加热食品产品的另一个例子，该例子说明在终产品中降低丙烯酰胺含量面临独特挑战，零食还可被制成合成零食。术语“合成零食”意指使用除了原始不变的淀粉原材料以外的其它物质作为起始成分制成的零食食品。例如，合成零食包括使用脱水马铃薯产品作为起始材料的合成马铃薯片，以及使用湿润粉糊面粉作为起始材料的玉米片。这里注意到脱水马铃薯产品可以是马铃薯面粉，马铃薯薄片，马铃薯颗粒或以脱水马铃薯存在的任何其它形式。当在本申请中使用任何这些术语时，可以理解可包括所有的这些变化。 
再参看图2，合成马铃薯片不需要去皮步骤21，切片步骤22或清洗步骤23。取而代之，合成马铃薯片以例如马铃薯薄片的脱水马铃薯产品起始。此脱水马铃薯产品与水和其它微量成分混合以生成面团。随后，将该面团进行压片，并在烹制步骤处理前进行切片。烹制步骤可包括油炸或烘焙。随后该马铃薯片进行调味步骤和包装步骤。马铃薯面团的混合通常便于添加其它成分。相反，给例如马铃薯切片的生食品产品添加这样的成分，就需要找到一种使成分渗透到产品的细胞结构的装置。然而，在混合步骤中添加任何成分必须考虑到此成分可能负面影响面团的成片特性以及最终马铃薯片的特性。 
需要研发一种或多种能降低加热或热加工食品的终产品中的丙烯酰胺含量的方法。理想地，这种方法应该充分降低或去除终产品中的丙烯酰胺，同时不负面影响终产品的质量和特性。另外，该方法应该容易实现，特别是对整个加工产生很少或不产生成本。 
发明内容
本发明是一种降低热加工食品产品中丙烯酰胺含量的方法。根据一个实施例，本发明包括提供连续喂入的去皮并切片的生马铃薯，其中连续喂入的生马铃薯切片具有至少80％的去除的马铃薯果皮，并且在单个单元操作中将去皮的马铃薯切片油炸至重量比1.4％至2％的含水量。随后，对油炸的马铃薯切片进行分析，以查找与马铃薯缺陷一致的已知特性，并在包装前从食品产品流中去除具有这些特性的油炸的马铃薯切片。 
这些以及本发明的其它特征和优点将在下面的书面说明中变得更加明白。 
附图说明
作为本发明特征的新颖性特征描述在所附的权利要求中。但是，本发明本身以及使用的优选方式，其它的目的及其优点将通过参考下述说明性实施例的详细描述并结合附图得到更好的理解，其中： 
图1是丙烯酰胺生成的可能化学途径的示意图； 
图2是现有技术的马铃薯片加工步骤的示意图； 
图3是表示在与根据x-轴描述的多种方法接触后进行油炸的马铃薯试验样品的丙烯酰胺浓度的图表，丙烯酰胺浓度在y-轴以10亿分之几(“ppb”)计，还表示了重量比的最终含水量； 
图4是将来自图3的原始结果与图3结果在归一化至重量比1.32％的含水量后对照的图表； 
图5是表示丙烯酰胺浓度和最终油炸产品含水量之间的关系的图表，其中以ppb为单位的丙烯酰胺浓度在y轴上，以重量比为单位的含水量在x轴上； 
图6是表示丙烯酰胺浓度和最终烘焙产品含水量之间的关系的图表，其中以ppb为单位的丙烯酰胺浓度在y轴上，以重量比为单位的含水量在x轴上； 
图7a是表示马铃薯试验样品中丙烯酰胺浓度的图表，这些马铃薯试验样品在不同方法的接触后，在约120℃(250℉)的温度下部分油炸并随后烘干，其中以ppb为单位的丙烯酰胺浓度在y轴上，不同的接触方法在x轴上表示； 
图7b是以较窄的丙烯酰胺浓度比例表示的图7a的最后六个数据点的图表； 
图8是在将部分油炸数据归一化成重量比3.13％的含水量并将烘干数据归一化成重量比1.25％的含水量后，来自图7a的数据的图表； 
图9是一个图表，它以ppb为单位的在y轴上表示：1)马铃薯试验样品与以x轴所示的不同方式接触，随后在约178℃(353℉)的温度下部分油炸后的丙烯酰胺含量，和2)在约176℃(350℉)的温度下烘干并归一化成重量比0.76％的含水量后，那些相同的马铃薯试验样品的丙烯酰胺含量； 
图10是表示一个试验的操作条件和结果的表格，在所述的试验中，马铃薯切片的一个对照样品在大气压下被油炸到重量比1.4％的含水量，并且一个试验样品在大气压下被油炸到重量比2.5％的含水量，随后被烘干到重量比1.4％的含水量； 
图11是表示若干试验的操作条件和结果的表格，在这些试验中，马铃薯切片的一个对照样品在大气压下被油炸到重量比0.8％的含水量，并且四个试验样品在大气压下被部分油炸到重量比3至10％的含水量，随后低温真空油炸到低于重量比1％的含水量； 
图12是表示七个试验的操作条件和结果的表格，在这些试验中，在具有初始温度范围为约165℃至约180℃(329℉至356℉)的油温下，四个试验样品在大气压下被油炸约3至4分钟，并且在从约100℃至约140℃(212℉至284℉)的温度范围和50至100毫巴的压力范围下，三个试验样品在低温真空下被油炸约4至10分钟； 
图13a是表示对于具有三种不同的果皮去除程度并在环境压力油炸的马铃薯制作的马铃薯片的丙烯酰胺含量与含水量的图表；和 
图13b是图13a中表示的数据的图表表示和趋势线。 
详细描述 
在热加工食品中丙烯酰胺的生成需要有碳源和氮源。假定碳由碳水化合物源提供，氮由蛋白质源或氨基酸源提供。许多来自植物的食品成分，例如大米，小麦，玉米，大麦，大豆，马铃薯和燕麦都含有天冬酰胺，而且主要是含有较少氨基酸成分的碳水化合物。一般来讲，这样的食品成分具有小的氨基酸库，而氨基酸库除了天冬酰胺以外还含有其它的氨基酸。 
食品或食品成分经“热加工”的意思是指其中的食品成分(例如食品成分的混合物)在至少80℃的温度下加热。优选食品或食品成分的热加工在约100℃到205℃之间的温度下进行。在制成最终食品产品前，可对食品成分在升温下进行单独的加工。热加工食品成分的一个例子是马铃薯薄片，这种马铃薯薄片由生马铃薯暴露在高达170℃的温度 下的方法制成。其它热加工食品成分的例子包括经加工的燕麦，煮成半熟并干燥的大米，熟大豆产品，玉米湿润粉糊，炒咖啡豆和炒可可豆。作为选择，生食品成分可用在最终食品产品的制备中，其中该最终食品产品的生产包括加热步骤。其中最终食品产品通过加热步骤产生的生成分加工的一个例子是，用生马铃薯切片制作马铃薯片，这种加工通过以约100℃到约205℃的温度的油炸步骤或以相似的温度生产油炸马铃薯条来进行。 
不过，根据本发明，当在有还原糖的存在下将氨基酸天冬酰胺加热时，已发现生成了大量的丙烯酰胺。在例如葡萄糖的还原糖存在的情况下，加热例如赖氨酸和丙胺酸的其它氨基酸时，不会导致丙烯酰胺的生成。但令人意外的是，给天冬酰胺-糖混合物中添加其它氨基酸时可以增加或降低丙烯酰胺生成的含量。 
当有还原糖存在的情况下加热天冬酰胺时，已确定丙烯酰胺快速生成，因此通过使天冬酰胺失活就能实现降低热加工食品中的丙烯酰胺。“失活”是指通过转化或与能阻止天冬酰胺生成丙烯酰胺的另一种化学物质结合的方式使天冬酰胺从食品中去除或使天冬酰胺在丙烯酰胺生成途径中处于不起反应的状态。 
对在最终食品产品中的丙烯酰胺的生成的多种单元操作或加工步骤的影响的研究还发现了有趣的结果。这些结果证实在任何给定的现有的制作食品产品的方法中改进一个或多个单元操作使得最终烹制的食品产品具有降低浓度的丙烯酰胺。“降低浓度的丙烯酰胺”意思是丙烯酰胺的浓度低于未改进的正被讨论的特定食品产品的烹制方法的现有技术生成的浓度。在此使用的术语“降低浓度的丙烯酰胺”，“降低丙烯酰胺浓度”和“降低丙烯酰胺含量”在本申请中都可以交替地使用。对于本申请，“单元操作”意思是生产食品产品的整个方法中的可定义的部分。例如，参看图2，每个马铃薯片的加工步骤(去皮步骤21，切片步骤22，清洗步骤23，烹制步骤24，调味步骤25和包装步骤26)被认为是生产马铃薯片的食品产品的整个过程中的单独的单元操作。 
控制单元操作的第一个例子涉及由切片的生马铃薯成分产生的马铃薯片的清洗步骤23(如图2所示)。清洗切片的现有技术的方法涉及在室温下使用水清洗所述的片。在现有技术中，根据使用的设备，每个片在水中的平均停留时间通常少于约60秒。 
图3表示如何操作马铃薯片的清洗单元操作，使得最终片产品中的丙烯酰胺含量可以被调整。根据本发明，可以操作清洗步骤23以包括接触步骤，在此连续喂入的马铃薯切片与水溶液接触一段与那些用于现有技术的清洗步骤所不同的停留时间和温度。图3是一个图表，其左垂直轴(从观察者的角度)或y轴表示最终马铃薯片产品中发现的以每十亿分之几(“ppb”)表示的丙烯酰胺含量(“AA”)。图3中的图表的右垂直轴或y 轴表示最终片产品中的重量比含水量。丙烯酰胺含量通过垂直条在图表中被绘制，其百分比含水量通过线点被绘制。图3中表示的水平轴或x轴的图表列出了马铃薯片制作过程中的清洗单元操作的不同的加工参数的变化。对于图3中反应的所有产品，烹制时间和温度是相同的。具体地，每个样品在约178℃(353℉)下被油炸约120-140秒。因此，终产品的含水量趋向变化。 
通过上面描述的现有技术的清洗步骤，对照图3中表示的结果，使用切片成0.05英寸厚度并在178℃(353℉)下被油炸约120-140秒的马铃薯片原料使得终产品具有约300-500ppb(根据葡萄糖含量和其它马铃薯原料变化可能会更高)的丙烯酰胺含量和约重量比1.4％的最终含水量。这个现有技术结果与图3中表示的图表中发现的第一数据点31十分相似，这表示了基础数据点并包括对马铃薯切片2-3分钟的停留时间的用水清洗步骤。在马铃薯片的所有加工中保持所有其它的参数，在清洗单元操作中的微小变化使得丙烯酰胺含量(约330ppb)或终产品的含水量(约1.35％)与根据现有技术的清洗步骤的终产品相比没有明显的变化。 
在图3中的图表中表示的下一个数据点32反应了清洗步骤的变化，其包括将马铃薯切片与作为水溶液的水接触，将水溶液和马铃薯切片的接触时间增加到10分钟并将水溶液的温度从环境或室温增加到约38℃(100℉)。这一调整使得终产品中的丙烯酰胺降低到约210ppb并且终产品的含水量降低到低于重量比1％。有趣地，第三数据点33反应了将水溶液(还是水)的温度增加到约54℃(130℉)，平均5分钟的接触时间不会引起终产品中的丙烯酰胺含量的可看到的降低。通过对照，第四数据点34证实了当清洗单元操作包括提供1分钟的接触时间与约82℃(180℉)的温度的包括水的水溶液的接触步骤，终产品的丙烯酰胺含量表示出可看到的降低(低于100ppb)。然而，终产品片的含水量几乎是1.8％。第五数据点35反应了使用1％的L-半胱氨酸溶液作为水溶液在室温下接触15分钟，将终产品中的丙烯酰胺含量降低到低于250ppb。 
在图4表示的图表中，表示在图3中的试验结果(每对垂直条的第一个)被归一化来描述如果试验样品被油炸到相同的标准含水量(每对垂直条的第二个)被预期的丙烯酰胺含量。通过假定当含水量很低时，丙烯酰胺含量的百分比变化与含水量的百分比变化成反比例，图3中表示的试验数据的结果可以通过实际的丙烯酰胺含量乘以需要达到的基准/标准样品的最终含水量的百分比变化被归一化。对相同含水量进行归一化的试验数据使得任何人可以更加准确地对照每种接触方法在降低丙烯酰胺生成中的相对效率。 
参看图4，垂直轴或y轴再次以终产品中所发现的丙烯酰胺的ppb为单位进行标记。 水平轴或x轴被标记以表示每个数据点的参数。在图4中，每个数据点表示了一对垂直条，一对垂直条的左边的条由图3引入，而一对垂直条的右边的条反应了如果终产品被油炸到一致或标准的1.32％的含水量时期待的相同接触操作参数的结果。 
再次，第一数据点41是包括两至三分钟常温水清洗的基准样品。第二数据点42包括根据本发明的接触步骤，在此马铃薯切片与包括约38℃(100℉)的水的水溶液接触10分钟的接触时间。左侧的条再次反应了这一接触，随后通过178℃(353℉)油炸约120-130秒将使得终产品中的丙烯酰胺稍高于200ppb并且终产品具有低于1％的含水量。然而，右侧的条表示了如果被接触的片被油炸到1.32％的标准含水量，产生的丙烯酰胺含量将降低到约150ppb。 
相似的结果在第三数据点43发生，而第四数据点44反应了终产品的含水量的降低，发现丙烯酰胺含量稍微升高。有趣地，最后数据点45反应了当水溶液包括1％的L-半胱氨酸并使用15分钟的接触时间时丙烯酰胺的明显降低。另外，对于重量比1.32％的最终片的含水量反应了特别低的丙烯酰胺含量。还有趣地注意到了，对于马铃薯切片与1％的L-半胱酰胺接触15分钟的接触时间所反应出的丙烯酰胺含量与和包括约38℃(100℉)的水的水溶液接触10分钟的切片所反应出的丙烯酰胺含量几乎相同。 
根据其它实施例，马铃薯切片与水溶液的接触还包括从生马铃薯切片中去除一种或多种丙烯酰胺前体，例如天冬酰胺或还原糖，这通过用马铃薯浸提液或浸提流从生马铃薯切片中浸提出这种丙烯酰胺前体实现。通过马铃薯浸提液或浸提流在马铃薯切片中浸提的成分发生于马铃薯切片和马铃薯浸提液或浸提流之间存在浓度梯度的那些成分中。浸提可以由马铃薯浸提液溶液选择地实现，浸提液溶液是丙烯酰胺前体被去除的缺少丙烯酰胺前体的浸提液溶液，但是它具有与马铃薯切片中的相应浓度含量平衡或接近平衡的其它可溶物质的浓度含量。浸提还可以通过例如纯水的浸提流非选择地实现。选择浸提的例子包括制备缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液，并随后将生马铃薯切片与缺少天冬酰胺的马铃薯浸提液接触以从生马铃薯切片中浸提出天冬酰胺。根据一个实施例，缺少一种或多种丙烯酰胺前体的马铃薯浸提液与生马铃薯切片以逆流方式接触，与顺流对照，这可以更有效的浸提。在另一个实施例中，当马铃薯浸提液与马铃薯切片接触时，浸提通过超声振荡马铃薯浸提液被进一步地提高。如果需要，马铃薯浸提液或浸提流可以被处理以去除浸提出的丙烯酰胺前体，使得所述的马铃薯浸提液或浸提流可以被再次循环用于更多马铃薯切片的浸提的连续使用。 
必须要紧记的一点是，当评论例如图3和4中表示的那些单元操作的多种参数的效 果时，所有的这些调整将对终产品的质量和特性有一些间接影响。因此，在任何单元操作中的任何调整必须被小心地选择，以获得表示了所需要的最终特性的产品。这些特性包括终产品的颜色，风味，口感，密度，气味和保质期方面。 
图5主要涉及单元操作的另一方面，并表示在烹制阶段降低马铃薯片中含水量的效果。回到图2，烹制步骤24是一个通常包括在高温下，在连续油炸锅中烹制切片的马铃薯片的单元操作。回到图5，所述的图在水平轴或x轴上反应最终马铃薯片产品的含水量。垂直轴或y轴上也以ppb为单位标记出终产品中发现的丙烯酰胺(“AA”)。随后绘制许多数据点，以表示含水量百分比与最终马铃薯片中丙烯酰胺含量的关系曲线。可使用两种不同的油炸温度，其中菱形标记表示在约178℃(353℉)的温度下油炸的马铃薯片，而方形标记用来表示在约149℃(300℉)的温度下油炸的马铃薯片的数据点。曲线51，52对数据点进行了曲线拟合，以便构成一种趋势线。所述的曲线拟合的曲线51，52符合一般方程：y＝cxb，这里“y”表示丙烯酰胺含量，“c”是常数，“x”是含水量，并且“b”是“x”的指数。第一曲线51涉及149℃(300℉)的油炸温度的数据点。第二曲线52涉及178℃(353℉)的油炸温度下绘制的数据点。如图5所示，不考虑油炸温度的情况下，重量比大于约3％的含水量的马铃薯片，丙烯酰胺含量保持很低。 
图5表示在经油炸的马铃薯切片中的丙烯酰胺含量和含水量之间的关系。图6表示在由干燥混合物制成的经烘焙的马铃薯片产品中的相同关系。图6中的图表的垂直轴表示丙烯酰胺浓度，而水平轴表示重量比含水量。尽管在经烘焙的马铃薯片产品中的丙烯酰胺浓度倾向于高于经油炸的马铃薯切片中的浓度，图5和6均表示在烹制马铃薯产品中的丙烯酰胺浓度保持相当低，直到含水量落到约3％以下。 
从图5和6中明显看出，一旦含水量降低至重量比3％以下，在所述的点似乎没有足够的水分保留以将产品温度保持在丙烯酰胺生成温度之下，那么在典型的油炸锅中烹制的马铃薯片中的丙烯酰胺含量将显著增加。例如，图5表示不管是否暴露在高温烹制环境中，当烹制单元操作期间的马铃薯片的含水量为重量比3％或更大时，在终产品中发现的丙烯酰胺含量相对较低。图5和6证实在单元操作中的含水量是有用的附加参数，它可被调整以降低终产品中丙烯酰胺的生成。 
遗憾的是，在最终马铃薯片中的含水量理想地应在约2％以下，最好在约1.3％至1.4％之间。任何大于2％，甚至大于1.4％的含水量将导致包装产品中老化和细菌引起的腐败问题，以及影响例如风味，质地等的感官结果。然而，通过不同的方式可调整终产品的颜色，风味，和密度变化。另外，通过调整预包装步骤中的不同因素，例如使油炸 锅盖扩展，覆盖包装机的传送带，对工厂环境除湿和包装中的不同因素，例如包装材料，薄膜，袋和封条，有可能抗衡具有较高含水量的食品产品的结果。这样，根据公开的用于降低热加工食品中丙烯酰胺的生成的方法的另一个实施例，另一个单元操作包括精加工食品产品，在含水量为例如重量比约1.4％，约1.6％，约1.8％和约2％，或在1.4％至2％之间的任何含水量，所述的精加工食品产品从最终烹制步骤产生。 
然而，重要的是应注意即使在相对较高含水量下，其它马铃薯产品已知可生成显著含量的丙烯酰胺。例如，离开油炸锅通常具有高于重量比15％含水量的油炸马铃薯条已表明在烹制过程中产生显著含量的丙烯酰胺。这说明丙烯酰胺的生成取决于烹制产品的温度(特别是表面温度)而不是总含水量。事实上，研究表明直到必要的反应物暴露在约250℉/120℃的温度下，才会大量生成丙烯酰胺。这样看来，直到烹制时，与烹制介质温度明显不同的产品温度上升到约120℃(250℉)之上，含有丙烯酰胺前体化合物的马铃薯产品才会生成大量丙烯酰胺。尽管如此，所述的产品的含水量是产品温度是否上升到丙烯酰胺生成温度之上的良好指示。 
本领域普通技术人员提出的理论指出，产品内的水分有助于使产品内部温度保持在丙烯酰胺生成温度之下，即使在相对较高温度环境下也如此。然而，当大部分水分被去除时，高温环境导致产品温度上升到丙烯酰胺生成温度之上。尽管如此，重要的是须牢记并非烹制产品的所有部分共享相同的内部温度。例如，与马铃薯切片相比，油炸马铃薯条可能相当厚，从而倾向于在产品的内部和外部之间具有较大的水分梯度。因此，即使内部含水量高，油炸马铃薯条有可能烹制为具有相当高的表面温度。相反，马铃薯切片较薄，并倾向于在烹制期间在整个切片上具有更一致的含水量。这样，至少对于薄产品，例如马铃薯切片或合成马铃薯片，含水量仍是其内部温度的良好的量度。对于由玉米，大麦，小麦，黑麦，大米，燕麦，小米和其它基于淀粉的谷物制成的非马铃薯产品来说，这也是真的。而且，连续烹制设备可设计成具有不同的温度级，当烹制产品的含水量降低时，所述的温度级从较高温度向较低温度逐渐降低。这使得水分能够迅速去除，同时产品温度没有上升到丙烯酰胺生成的温度之上。 
因此，本发明的一个组成包括将烹制单元操作(图2中所示的第四单元操作24)分成至少两个独立的加热步骤。第一加热步骤发生在高温下，以将含水量降低至接近但在重量比3％以上的某点。随后，将所述的产品精加工至重量比约为1-2％，但优选约1.4％的希望的含水量，同时较低温度的烹制步骤具有低于约120℃(250℉)的温度。然而，这里描述的工艺变化不限于例如图2所公开的现有技术的用于烹制马铃薯切片的工艺。 这些改进还可应用于生产合成产品的方法中，所述的合成产品源于马铃薯，玉米，小麦，黑麦，大米，燕麦，小米和其它基于淀粉的谷物。例如，这些方法的改进可用于降低少数有名字的合成马铃薯和玉米产品，谷物，饼干，脆饼干，硬脆饼干和面包中生成的丙烯酰胺。注意术语“改进的烹制步骤”和“改进的烹制单元操作”意指包括不仅图2的现有技术的烹制马铃薯切片的方法，还包括现有技术的制备其它希望能降低丙烯酰胺的生成的食品产品的方法。另外，术语“基于马铃薯的片”指包括生马铃薯切片和由马铃薯淀粉或面团获得的合成的马铃薯片。 
每个加热步骤可使用不同的加热方法实现。例如，第一加热步骤包括在大气压下油炸，真空油炸，微波辅助油炸或烘焙。然而，主要考虑到生产效率例如停留时间，能量消耗，设备资金成本和可获得的房屋面积，第一加热步骤可选择的包括任何其它的可烹制产品并降低其含水量的方法。当第一加热步骤包括油炸产品时，第一加热步骤常被称为“部分油炸”，因为这种油炸仅部分烹制产品，直到其含水量降低到接近但大于重量比为3％的某点。第二加热步骤包括真空油炸，低温烘干，真空烘干或任何保持第二加热步骤所需要的烹制温度的烹制方法。然而，其它方法也可应用于降低含水量，同时避免最适合丙烯酰胺生成的低水分/高温条件，只要产品温度保持在低于约120℃(250℉)的丙烯酰胺生成温度即可。第二加热步骤常被称为“最终油炸”或“最终干燥”，因为含水量进一步降低到最终希望的含量。 
通过改进图2所示的用于制备马铃薯片的方法的清洗步骤23和/或烹制步骤24，终产品中的丙烯酰胺含量显著降低而不会对产品质量和最终特性产生负面影响。在一个优选实施例中，使用新鲜切片的马铃薯的生产马铃薯片的方法将传统的去皮，切片和清洗步骤与改进的烹制单元操作结合，所述的改进的烹制单元操作包括在约165℃至约182℃(330-360℉)的温度下部分油炸约1-3分钟，随后在约120℃(250℉)的温度下烘干，直到马铃薯片的含水量降低到重量比约1.4％。在使用所述的优选实施例进行试验时，可获得低于130ppb的丙烯酰胺含量。所述的优选实施例实现了在与必要的加工方法改进相关的丙烯酰胺高含量的降低和产品质量可接受的变化之间的平衡。然而，其它实施例也是可能的。图7a，7b和8表示改进的清洗步骤和改进的烹制步骤的结合的不同例子，所述的改进的清洗步骤包括与水溶液的接触，所述的改进的烹制步骤使现有技术方法产生的最终丙烯酰胺的含量降低。例如，将大于300ppb的最终丙烯酰胺含量降低到小于100ppb。尽管图7a，7b和8包括加工生马铃薯切片的实施例，在这些实施例中使用的改进的清洗方法还可应用于其它类型的希望降低丙烯酰胺的生食品中，例如 甘薯，山药和大蕉。相似的，在那些实施例中使用的烹制步骤的改进还可应用于其它油炸食品产品中，例如油炸玉米粉圆饼，油炸大蕉，油炸甘薯和油炸山药。 
图7a表示所得到的马铃薯片的丙烯酰胺含量，所述的马铃薯片由包括接触的改进的清洗步骤的若干不同的实施例与改进的烹制步骤的一个特定的实施例结合制成。图7a的改进的烹制步骤包括，在第一加热步骤中，在约178℃(353℉)的温度下部分油炸(“部分油炸”)马铃薯切片约一至三分钟，随后在第二加热步骤中，在约120℃(250℉)的温度下烘干马铃薯切片，直到含水量降低到重量比约1.3％。部分油炸后随后烘干的优点在于可避免最适合丙烯酰胺生成的低水分/高温条件，并可生产与传统油炸产品相似感观的终产品。然而，大规模烘干给产品带来口干的感觉，并可导致产品很难遮蔽而烧焦。 
图7a中图表的垂直轴或y轴表示以ppb为单位的丙烯酰胺浓度，而水平轴或x轴标记以表示改进的清洗步骤的每个实施例的参数，所述的清洗步骤包括将马铃薯切片与水溶液的接触。每个数据点表示一对垂直条：左条表示在接触和部分油炸后的丙烯酰胺浓度，而右条表示在烘干后的丙烯酰胺浓度。从左向右看，与图3和图4相似，图7a的第一数据点71是基准样品，它包括在环境温度下经过两至三分钟水清洗，随后将所述的样品在大气压下油炸至重量比约1.3％的含水量。除了所述的样品被油炸到约1.0％的含水量以外，第二数据点72与第一数据点相似。注意到第一和第二样品71和72分别产生约320ppb和约630ppb的丙烯酰胺。第三数据点73含有相同的两至三分钟的环境温度下的水清洗，但随后样品被部分油炸到略大于3％的含水量，并烘干到约1.3％的含水量。左条和右条表示样品以约65ppb的相对较低的丙烯酰胺浓度离开部分油炸步骤，随后在烘干步骤中获得小于15ppb的丙烯酰胺浓度。第四数据点74涉及含有水的水溶液，在约60℃(140℉)的温度下，将它与马铃薯切片接触五分钟的接触时间，随后是改进的烹制单元操作的部分油炸和烘干步骤。所述的五分钟，60℃(140℉)的接触与部分油炸和烘干步骤结合，产生小于40ppb的更低的最终丙烯酰胺浓度。 
与氯化钙溶液接触的样品75，76，77产生的丙烯酰胺含量均高于在约60℃(140℉)的温度下，样品74与纯水接触达五分钟而产生的丙烯酰胺含量。然而，所有这些样品的最终丙烯酰胺含量仍低于80ppb，这显著地低于基准样品中的约320ppb。 
最后的数据点78涉及与包括1％的L-半胱氨酸的水溶液接触15分钟。有趣的是，在图7a所示的若干接触方法中，这种接触方法产生最低的丙烯酰胺浓度。然而，这种接触方法还需要图7a所示的不同方法中的最长的接触时间。尽管使用1％的L-半胱氨酸78作为用来接触的水溶液产生在终产品中的最低含量的丙烯酰胺，必须考虑其它因 素，例如这种长的接触时间对产品质量的影响，以及增加接触时间的成本。 
图7b表示在具有较窄的丙烯酰胺浓度比例的图表中，图7a的最后六个数据点73，74，75，76，77，78。 
在图8中，将图7b中所示的结果归一化，以表示如果试验样品被油炸到重量比略大于3％的含水量，随后在约120℃(250℉)的温度下烘干至重量比约1.3％的归一化含水量时所希望的丙烯酰胺含量。丙烯酰胺含量以与图4所述的相同的方式被归一化。当对照图8所示的结果83，84，88与图4所示的相似试验41，43，45的结果时，人们可以看到将烹制单元操作分成第一高温加热步骤和第二低温加热步骤会显著降低丙烯酰胺含量。而图4表示以传统方式油炸到标准化的重量比1.32％的含水量会导致丙烯酰胺浓度范围从略大于100ppb至大于400ppb。图8表示部分油炸和烘干到相同的标准化的含水量会导致丙烯酰胺浓度显著降低至100ppb以下。当将图4的54℃(130℉)/5分钟接触的数据点43和图8的60℃(140℉)/5分钟接触的数据点84与图4的基准数据点41对照时，将包括接触步骤的改进的清洗单元操作与改进的烹制单元操作结合的累积优势特别显著。相对于图4如上所述的，将接触时间从2-3分钟增加到5分钟和将接触温度从环境温度增加到54℃(130℉)使得终产品中丙烯酰胺含量从约330ppb降低至约230ppb。图8的第二数据点84表示，当相似的5分钟，60℃(140℉)接触步骤后，随后进行改进的包括部分油炸和烘干的烹制单元操作时，最终丙烯酰胺含量进一步降低到小于40ppb。 
图9表示在大于约120℃(250℉)的烘干温度下产生的最终丙烯酰胺浓度的显著增加。在图9中，试验样品被接触，随后以与图7b相同的方式部分油炸，但随后样品在约176℃(350℉)而不是约120℃(250℉)烘干。随后，试验样品的最终丙烯酰胺浓度被归一化，以表示当达到重量比0.76％(这是最终含水量，所述的含水量如第一数据点所示在基准点/标准的二至三分钟水清洗条件下达到)时所希望的丙烯酰胺含量。对照图7b的第二数据点74与图9的第二数据点94，例如，增加烘干温度从约120℃(250℉)到约176℃(350℉)，将丙烯酰胺浓度从略低于40ppb增加到接近270ppb。这一烘干温度相似的增加引起其它试验样品的丙烯酰胺浓度从低于100ppb显著的增加到500ppb以上。另一个试验样品(未表示)被清洗以去除表面淀粉，在约176℃(350℉)的温度下，部分油炸到重量比约3-5％之间的含水量，随后在约132℃(270℉)，在商业Wenger炉中干燥，达到重量比约1.3％的最终含水量，产生的丙烯酰胺含量约为270ppb。在图9中表示了93，94，95，96，97，98的结果，以及在约132℃(270℉)试验样品烘干的结果，因此当含水量降低至重量比接近3％时，说明保持产品烹制和/或干燥温度低于或等于约 120℃(250℉)时的优点。所述的原理不仅适用生马铃薯切片，而且适用其它的生食品，例如山药和大蕉，以及由马铃薯，玉米，大麦，小麦，黑麦，大米，燕麦，小米和其它基于淀粉的谷类的合成产品。 
图10用表格表示另一个实施例的结果和操作条件，其中马铃薯切片被清洗，部分油炸，并随后烘干。对照样品101以与图7a所示的基准样品71，72所描述的相似的方式加工。在环境温度下约20-30秒的水清洗后，随后用稀释(3-5％)的氯化钠溶液与马铃薯切片短暂地接触几秒，将去皮的Hermes切片马铃薯的1.45毫米厚的马铃薯切片的对照样品101在具有初始温度约179℃(354℉)的油内部分油炸近三分钟，使含水量达到重量比1.4％。对照样品101具有640ppb的丙烯酰胺浓度，它与在图7a中所示的第二基准样品72中产生的630ppb丙烯酰胺浓度相似。试验样品102与对照样品101进行相似地清洗和接触。使用大的商业油炸锅，在具有约174℃(345℉)的初始温度的油内，将试验样品102部分油炸约三分钟，直到含水量降低到重量比2.5％。随后，在约110℃(230℉)，将部分经油炸的试验样品102使用炉最终干燥约6分钟，直到含水量降低到重量比1.4％。以这种形式烹制产生的产品具有160pbb的降低的丙烯酰胺浓度，所述的丙烯酰胺浓度约是对照样品101的丙烯酰胺浓度的25％。 
还有一套试验(未表示)与图10中所表示的那样相似，马铃薯切片经历一个标准的清洗过程，被部分油炸到含水量约为重量比3-5％，并随后烘干达到含水量低于重量比约2％。对照样品被清洗，并且在约179℃(354℉)油炸达到最终含水量约重量比1.3％，产生的丙烯酰胺含量为380ppb。然而，在约179℃(354℉)将部分经油炸的试验样品达到含水量约重量比3％到5％之间，产生的丙烯酰胺含量接近64ppb。部分油炸产品在商业Wenger炉中在不同的温度下被干燥。表明在约115℃(240℉)的温度下，在Wenger炉中，干燥部分经油炸的切片，使之达到最终含水量约重量比1.3％，产生的丙烯酰胺含量为125ppb。有趣的是，在约100℃(212℉)和大气压以下或略低于大气压(13.6至14.6绝对压力)下，甚至延长时间段(甚至10-15分钟)，干燥部分经油炸的切片不会增加丙烯酰胺含量。本实施例证明，在约179℃(354℉)，马铃薯切片可部分油炸到3-5％之间的含水量，并随后在约100℃(212℉)，在大气下或略低于大气压力下烘干，这不会使丙烯酰胺含量增加超出在部分油炸操作中所生成的丙烯酰胺含量。为进一步降低在经烹制的产品中生成的丙烯酰胺浓度，可以使重量比含水量高达10％的马铃薯切片从部分油炸步骤去除，但产品去除太快会影响产品的最终质地。然而，应注意的是，所述的方法不限于生马铃薯切片，而且可应用在其它油炸食品产品中，例如油炸玉米粉圆饼，油炸大蕉， 油炸甘薯和油炸山药。部分油炸和在约100℃(212℉)的烘干的优点是单独的烹制单元操作可以改进，以显著使丙烯酰胺的生成从高于300ppb降低到低于70ppb；标准的去皮，切片和清洗步骤无须改进。 
在包括部分油炸以及随后的烘干步骤的一组实施例中，它也可以在真空下烘干，以便加速水分的去除。通过真空烘干，需要较少时间干燥产品以达到希望的最终含水量。尽管已表示在100℃(212℉)或接近100℃(212℉)烘干不会引起丙烯酰胺含量的可测定的增加，但是在所述的温度需要用相对长时间的烘干以干燥产品。这样，真空烘干有助于降低产品干燥耗费的时间量。它还有助于降低产品暴露在使用较高的烘干温度而生成丙烯酰胺的温度的时间量。 
尽管图7a，7b，8和10描述了将改进的烹制单元操作的一个特殊实施例与改进的包括接触步骤的清洗单元操作的若干不同实施例的结合的试验结果，然而其它实施例和结合也是可能的。例如，表示在那些图中的多种不同接触步骤可以代替由不同的改进的烹制单元操作跟随。可选择的是，降低丙烯酰胺生成的改进的方法可以简单使用改进的烹制单元操作，而非改进任何其它的单元操作。在本发明的另一套实施例中，改进的烹制单元操作的两个加热步骤中的第二个包括真空最终油炸而非大气压下的油炸。通过真空下的最终油炸，从第一加热步骤获得的部分油炸或烹制的产品可以继续被油炸，但是是在不能生成明显含量的丙烯酰胺的低温度下进行。根据一个实施例，真空压力应使得油炸发生在约120℃(250℉)以下。所述的真空最终油炸也可以应用于其它油炸食品产品，例如那些由马铃薯，玉米湿润粉糊，大麦，小麦，大米，燕麦，小米和其它基于淀粉的谷类的产品。 
图11用表格表示若干改进的烹制单元操作的若干例子的结果和操作条件，所述的烹制单元操作包括部分油炸和随后的真空最终油炸。在对照样品110和试验样品111，112，113，114中，不同的Hermes切片马铃薯被去皮，切成约1.35mm厚的切片，并且接受标准20-30秒环境温度下的水清洗。在清洗后，对照样品110在约177℃(351℉)的初始温度的油内并在大气压力下油炸约2.5分钟，达到含水量为重量比0.83％，生成370ppb的丙烯酰胺浓度。在试验1-4中，所有的试验样品111，112，113，114在约177℃(351℉)的温度下在大气压下部分油炸，并且在120℃(248℉)以及100毫巴下真空最终油炸，但是每次部分油炸和真空最终油炸持续不同时间长度。在试验1-111中，清洗后在试验样品中发现的丙烯酰胺是220ppb，大气压下部分油炸约100秒，达到重量比3％的含水量，并且真空最终油炸44秒，达到重量比约0.7％的含水量。试验2-4的112， 113，114的结果表示，当部分油炸停止时，并且在含水量降低到重量比3％前，开始真空最终油炸，终产品中的丙烯酰胺含量显著降低。所有试验2-4的112，113，114产生的最终的丙烯酰胺浓度低于50ppb。在试验4-114中，通过部分油炸直到含水量为重量比10％时，随后真空油炸使含水量约为重量比1％，丙烯酰胺含量仅为13ppb。从这些数据中可以看出，在它们低温真空最终油炸前，部分油炸切片有较高的含水量会显著降低最终丙烯酰胺浓度。所述的方法也可以用在其它油炸食品中降低最终丙烯酰胺浓度，这些油炸食品例如油炸玉米粉圆饼，油炸大蕉，油炸甘薯以及油炸山药。部分油炸后真空最终油炸至含水量约重量比3％-10％的优点是，烹制的最后阶段可以在低温下完成，而不影响产品质地，并且它有效的降低了丙烯酰胺的生成，这可以省去包括将产品与水溶液接触的改进的清洗步骤的需要。然而，真空最终油炸还允许烹制的最后阶段的温度在高于不在真空下油炸所使用的温度下完成，同时仍然在终产品中提供降低的丙烯酰胺的浓度。注意到真空最终油炸产品比对照样品的颜色稍淡，并且将烹制产品以较高的含水量从部分油炸操作向真空最终油炸单元转移，这可以给予产品温和的风味。应该注意到真空最终油炸设备的主要成本可能高于烘干设备。 
同样地，真空部分油炸可以用在改进的烹制单元操作的两个加热步骤中的第一个。作为一个例子，改进的烹制单元操作的一个实施例包括真空部分油炸至含水量接近但在重量比3-4％的阀值以上，随后在不超过约120℃(250℉)的温度下烘干完成。通过真空下的部分油炸，产品可以在低温下油炸，这样产生较少的丙烯酰胺。另外，在约120℃(250℉)或低于约120℃(250℉)温度下的烘干确保在烘干阶段生成几乎没有丙烯酰胺生成。在两个加热步骤中的第一步骤中，使用真空部分油炸的优点是，特别当油炸是在约120℃(250℉)以下并且甚至在约140℃(284℉)以下以及在真空时，几乎在第一步骤没有丙烯酰胺生成，然而部分油炸通常产生至少一定含量的丙烯酰胺。但是，在第一加热步骤的真空油炸可以制作具有不同最终特性的产品。 
对于烘焙产品线，它包括合成零食或产品例如谷类，饼干，脆饼干，硬脆饼干和面包等，本发明的另一实施例涉及具有较高温的第一烘焙步骤和较低温的第二烘焙步骤的改进的烹制单元操作。在所述的实施例的烹制单元操作中，产品在较高温(约在120℃(250℉)以上)下首先烘焙，直到它的含水量降低至重量比约4％到约10％。所述的产品随后在不超过约120℃(250℉)下烘干(最终干燥或烘焙)，直到达到希望的含水量，典型的应该获得重量比约1％至3％的含水量。例如，在较高温的第一加热步骤中使用对流加热炉，以使产品含水量降低至重量比约10％。所述的炉可被分成4个加热区， 其中第一区域温度最高，并通过其它三个区域逐渐降低温度。在较低温的第二加热步骤使用下向通风，单独区域的对流加热炉以完成烹制过程。不过，其它类型的炉可以用于所述的实施例的两个加热步骤。而且，所述的特殊实施例的较低温的第二加热步骤与包括部分油炸和随后烘干的实施例相似，可在约100℃(212℉)和略低于大气压下进行，以便在高温第一加热步骤后很少或没有丙烯酰胺生成。 
在使用包括较高温的第一烘焙步骤和较低温的第二烘焙步骤的一个实施例的试验中，合成马铃薯片在约120℃(250℉)以上首先烘焙，直到含水量降低至接近重量比10％。随后，将所述的片在约110℃(230℉)最终干燥约10分钟，直到含水量降低至重量比约1.7-2.2％。报道的最终丙烯酰胺含量为100-200ppb。然而，当若干部分烘焙的片样品在约120℃(250℉)最终干燥到约为重量比1.6％的含水量时，报道的丙烯酰胺含量在470-750ppb之间。另外，当部分烘焙的切片样品在约132℃(270℉)温度下最终油炸到重量比1.6-2.2％的含水量时，产生了460-1900ppb的实质较高的丙烯酰胺含量。这些结果进一步强调在烹制的最终阶段使烹制产品的烹制或干燥温度保持在等于或小于120℃(250℉)的重要性。所述的原则不但可应用在合成马铃薯片的烹制中，而且可应用到其它合成产品，所述的产品源自马铃薯，玉米，大麦，小麦，黑麦，大米，燕麦，小米和其它基于淀粉的谷类。所述的原则也可应用到烹制生食品，例如山药或大蕉。 
在本发明的另一个实施例中，不是将改进的烹制单元操作分成较高温的第一加热步骤和较低温的第二加热步骤，代替的是改进的烹制单元操作包括对于整个烹制方法的真空油炸。图12用表格表示所述的实施例的若干例子的结果和操作条件。在试验1-4的121，122，123，124中，将已去皮，切片成1.45mm厚的Hermes切片马铃薯的各对照组在环境温度的水清洗约30秒，随后经过标准连续油炸锅加工。所述的油炸锅入口油温在约165至约180℃(329-356℉)的温度范围内变化，对照样品油炸约3-4分钟，丙烯酰胺含量超过300ppb。相反，在从约100至约140℃(212-284℉)的温度范围和从约50至约100毫巴的压力范围内，在低温真空油炸约4至约10分钟后，在试验5-7的125，126，127中的试验样品均产生低于60ppb的丙烯酰胺浓度。由数据可见，在降低温度下真空油炸会显著降低生成的丙烯酰胺的含量。而且，当在整个烹制加工过程中产品在约120℃(250℉)温度以下真空油炸时，很少或不生成丙烯酰胺。例如，试验6和7的126，127表明在约120℃(250℉)温度下和在不大于100毫巴的压力下，真空油炸所产生的丙烯酰胺含量实际上检测不到(小于5ppb)。在约120℃(250℉)的温度油炸的优点是很少或不生成丙烯酰胺，而高温部分油炸导致至少一些丙烯酰胺的生成。然而，当 采用真空油炸或真空最终油炸时，可使用大于约120℃(250℉)的温度，并仍可获得终产品中丙烯酰胺浓度的降低。例如，在试验5的125中，在140℃(284℉)的温度下真空油炸可产生具有约53ppb的丙烯酰胺含量的产品。鉴于所述的结果，在高达143℃(290℉)的温度下，似乎真空最终油炸或单独真空油炸可产生具有小于约100ppb的丙烯酰胺的产品。然而，应记住，在整个烹制方法中，真空油炸可显著地改变产品的质地，外观和风味。 
对于烘焙产品线，它包括合成零食，谷类和其它淀粉或上述说明的基于面团的产品，改进的烹制单元操作可替代地包括用于整个烹制方法的低温烘焙。低温烘焙可在或低于约120℃(250℉)的温度下实施，从而很少或没有丙烯酰胺生成。然而，低温烘焙可以产生浅色的产品，而高温烘焙可以产生深色的产品。这样，低温烘焙的应用部分取决于终产品的希望的颜色特性。 
进行试验以确定通过从马铃薯去除更多的果皮可以获得的丙烯酰胺含量的降低。在此使用的，果皮去除被定义为从马铃薯去除的果皮的数量。在切片，清洗和油炸马铃薯切片前，现有技术的去皮器通常从马铃薯去除60-70％的马铃薯果皮。用于马铃薯去皮的系统通过转让给本发明的相同受让人的美国第4,831,922号专利已在现有技术中已知。由这一系统去除的果皮还使得额外的马铃薯果肉被去除。可以使用蒸汽去皮器，在将马铃薯传送至滚筒刷前烹制马铃薯的外层以提高果皮的去除同时使马铃薯果肉的去除最少化。 
多个马铃薯被去皮至三种果皮去除程度中的一种。第一组马铃薯具有约73％的从马铃薯去除的果皮。表示不同地，马铃薯的27％的外周表面积被果皮覆盖着。第二组马铃薯具有约88％的去除的果皮，并且第三组马铃薯具有约95％的去除的果皮。随后，每个批次被切片至0.053英寸的厚度并在热油中被油炸。随后，切片进行含水量和丙烯酰胺含量的测定。图13a描述了试验的选择结果。选择试验结果使得每组切片的平均含水量是重量比1.61％。图13a中的钻石形点表示具有73％的果皮去除的油炸马铃薯切片的丙烯酰胺含量和含水量。正方形点表示具有88％的果皮去除的油炸马铃薯切片的丙烯酰胺含量和含水量。最后，图13a中的三角形点表示具有95％的果皮去除的油炸马铃薯切片的丙烯酰胺含量和含水量。如图13a中的数据所清楚表示的，与仅仅73％的果皮去除的油炸马铃薯切片对照，具有88％和95％的果皮去除的油炸马铃薯切片具有较低含量的丙烯酰胺。 
图13b是图13a中表示的数据的图表表示和趋势线。由于每组试验的平均含水量是 约1.61％，不一定将丙烯酰胺含量归一化以补偿含水量。如图13b所示，将果皮去除程度从73％增加至88％使得丙烯酰胺含量从214降低至154ppb，降低了39.5％。将果皮去除程度从88％增加至95％仅仅将丙烯酰胺含量再降低了5.5％。将果皮去除程度从73％增加至95％使得丙烯酰胺含量从214ppb降低至146ppb，降低了46.6％。 
由于马铃薯通常是椭圆形的并且由于马铃薯的外周表面通常具有凹入部分，特别是在马铃薯的芽眼区域，将果皮去除程度增加至高于88％且特别是增加至高于95％可能将去皮的马铃薯的形状从椭圆形改变至圆形，并因此实质上使得果肉损失的程度较高。例如，下表表示了作为果皮去除结果的最终果肉损失的测定值。果肉损失被表示为高于3.2％的损失通常与73％的果皮去除程度有关的马铃薯的质量百分比。 
  果皮去除％   额外的果肉损失(质量％)
  73   0
  74   0.07
  75   0.3
  76   0.81
  77   1.1
  78   1.36
  79   1.8
  80   2.1
  81   2.52
  82   2.87
  83   3.21
  84   3.56
  85   3.93
  86   4.3
  87   4.69
  88   5.08
  89   5.49
  90   5.91
  91   6.28
  92   6.72
  93   7.17
  94   7.63
  95   8.1
[0083] 考虑到丙烯酰胺降低的收益递减且考虑到果肉损失的环境影响，在一个实施例中，果皮去除程度低于95％且优选低于88％。在一个实施例中，果皮去除至少是80％且优选80％至100％。在一个实施例中，果皮去除是80％至95％，较优选80％至88％。 
除了发现马铃薯果皮对优先生成丙烯酰胺起作用以外，还已经发现与不具有马铃薯缺陷的马铃薯切片对照，具有缺陷的马铃薯切片与在热油中油炸时与较高含量的丙烯酰胺有关系(例如在具有油温高于280℉的油中进行油炸)。不具有缺陷的马铃薯切片是在油炸后在它的整个表面积上具有均匀金色的切片。马铃薯缺陷在本领域的技术人员中是已知的，这些缺陷包括但不限于斑纹，干腐病，结痂，空心病，绿化病，黑斑，发芽，擦伤，卷叶病和糖缺陷。马铃薯中发现的缺陷的其它详细说明(包括这些缺陷的列表)可以在网址http://vegetablemdonline.ppath.cornell.edu/factsheets/Potato_Detection.htm上由植物病理学的科内尔大学部门公布的名称为‘Detection of Potato Tuber，Diseases and Defects(马铃薯块茎的检查，疾病和缺陷)’的信息公布205中发现。这些信息公布通过结合在此参考。 
具有多种缺陷的多个油炸马铃薯切片在热油中被油炸至低于重量比2％的含水量，并进行丙烯酰胺含量的分析。结果提供在下表中。 
  缺陷  油炸马铃薯片的丙烯酰胺含量(ppb)
  斑纹  4435
  高糖  2062
  黑斑  1081
  发芽  1927
  绿化病  1816
  擦伤  531
  干腐病  1564
在包装前，糖缺陷通常不从产品流中去除。有趣地，由于糖缺陷而具有最高丙烯酰胺含量的片在从观点上说不被认为是消费者缺陷，因为这些缺陷已经对中褐色有少量影响并因此不被认为是不可接受的。另外，对黑色或非常暗色有影响的例如干腐病，黑斑和发芽的缺陷是在包装前最可能被去除的马铃薯缺陷。 
如上面数据所例证的，从包装工艺去除的具有缺陷的油炸马铃薯片可以基本帮助降低食品产品份量中的丙烯酰胺的平均含量。因此，在本发明的一个实施例中，具有已知是高含量的丙烯酰胺的特性的缺陷的马铃薯切片在包装食品产品前被去除。在此使用 的，具有已知是高含量的丙烯酰胺的特性的缺陷的马铃薯切片，如果由于此缺陷，丙烯酰胺的浓度在相同条件下进行热加工会比不具有缺陷的马铃薯切片产生高两倍的丙烯酰胺含量。因此，由于比正常糖含量稍高的糖缺陷的切片在相同条件下进行热加工将产生比具有正常糖含量的马铃薯切片高两倍含量的丙烯酰胺的最终马铃薯切片。 
这些有缺陷的马铃薯切片的去除可以通过在油炸锅的下游设置马铃薯缺陷检测器以在包装工艺前去除具有缺陷的马铃薯切片而实现。可以使用从例如美国，华盛顿，Walla Walla的Key技术公司获得的40 Optyx 6000型分类装置。排出的油炸切片以循环流被传送回到分类装置的上游以确保此排出的油炸切片具有缺陷。这种结构使得在传送切片前确保具有缺陷的马铃薯切片进入废料流。在一个优选实施例中，优选不使用循环流，并且排出的油炸切片被直接送至废料流。 
如上面描述的并如图5和图6所证实的，在降低例如油炸的马铃薯片的终产品中的丙烯酰胺的生成中，含水量是可以被调整的有用的附加参数。在一个实施例中，通过使用多种降低丙烯酰胺的方法来降低丙烯酰胺含量以保证消费者已经习惯的被油炸至重量比1.2％或低于1.2％的含水量的现有技术中的马铃薯片的感官特性，而在脱水，烹制或油炸步骤中不添加额外的单元操作。因此，在一个实施例中，制作油炸的马铃薯片的方法包括以下步骤：马铃薯去皮以制作具有至少80％的果皮去除的去皮的马铃薯，切片并清洗马铃薯切片，并在环境压力将去皮的马铃薯油炸至重量比1.3％至2％的含水量，且优选重量比1.5％至1.8％，其中所述的油炸步骤在一个且仅仅一个油炸锅中进行。 
在一个实施例中，可以使用多区域连续油炸锅。多区域连续油炸锅具有两个或多个热油入口，在离开具有出口温度的热交换器后，在此热油被注入。热交换器的出口温度与油炸锅的上游或入口温度几乎一致。因此，为了在此的目的，热交换器出口的油温与油炸锅入口温度相同。随着马铃薯切片被放置于油炸锅中，切片被加热并且切片中的水分开始蒸发。此时在油炸锅入口至油炸锅出口存在温度梯度。在油炸锅入口，油从油炸锅去除并被传送至热交换器进行再次加热并被放回至油炸锅入口。热交换器入口温度与油炸锅出口温度几乎一致。因此，为了在此的目的，热交换器入口的油温与油炸锅出口温度相同。油炸锅出口温度可以通过许多因素进行控制，这些因素包括油炸锅入口温度和放置至油炸锅中的产品负荷。在一个实施例中，马铃薯切片在油炸锅中进行油炸使得油炸锅出口温度被保持在295℉至305℉之间。这是一个有益的温度范围，因为它可以降低丙烯酰胺生成同时还促进产生了没有软中心的脆脆的马铃薯片。高于305℉的油炸锅出口温度导致不需要的较高含量的丙烯酰胺，而低于295℉的出口油炸锅温度导致不好的感官特性。例如，在较低油炸锅温度时，油炸的马铃薯片的中心可能变得很软，这是消费者不需要的。
在一个实施例中，在离开油炸锅后，随后，油炸的马铃薯切片被传送至被编程的分类装置以去除马铃薯缺陷，其包括但不限于关于斑纹，糖，黑斑，发芽，绿化病，擦伤和干腐病的缺陷。经分类的马铃薯切片随后进行包装。 
下表中表示的数据表示了使用本发明的一个实施例是如何降低油炸马铃薯片中的丙烯酰胺含量的。虽然马铃薯切片具有相似的天冬酰胺含量和果皮去除程度，“试验”马铃薯切片使用较低的油炸温度被油炸至稍微高些的含水量。与对照样品相比，上述具有缺陷的较高含量的马铃薯从试验样品从去除。这些工艺变化使得“试验”的油炸马铃薯切片具有比“对照”的油炸切片低40％的丙烯酰胺含量。应该注意地是，在“试验”进行中，同时收集排出的切片和不具有缺陷的切片，并且具有缺陷的切片也进行丙烯酰胺含量试验。与不具有缺陷的油炸切片相比，具有缺陷的油炸切片具有高出5倍的丙烯酰胺含量。因此，清楚地是，具有缺陷的油炸切片对平均丙烯酰胺含量具有实质的影响，并且这种缺陷的去除帮助降低了包装的食品产品的所有丙烯酰胺含量。还有趣地注意到了，丙烯酰胺含量的变化是真实的。例如，对照样品的所有的丙烯酰胺含量是369，402，460，660，788，852，827，713，596，589，410和374ppb。相似地，“试验”样品的所有的丙烯酰胺含量是186，210，225，212，211，379，226，210，209和119ppb。对照样品的丙烯酰胺含量的标准差是181.9，“试验”样品的丙烯酰胺含量的标准差是64.03。下面是记录的数据的对照清单，其表示了本发明的一个实施例的比较优势： 
  参数   对照   试验
  水分(％)   1.04   1.46
  丙烯酰胺(ppb)-产品   586.7   218.8
  丙烯酰胺(ppb)-排出   未试验   1126.8
  天冬酰胺(ppm)   3681.4   3680.9
  还原糖(％)   0.01*   0.014
  L   未试验   69.82
  a   未试验   0.276
  b   未试验   26.89
  Ti(F)   359.1   344.9
  To(F)   324.6   303.3
  油炸切片的油   35.3   36.19
  生产量(lbs/hr)   6000   5070
  果皮去除程度   70-75％   80％
  切片厚度(英寸)   0.053   0.053
  样品号   12   10
*对照的还原糖含量仅仅被测定至两位小数。 
本发明结合这里的教导并考虑到不同的单元操作的操控，以便在终产品中获得希望的丙烯酰胺含量，以及希望的终产品特性。使用的所述的结合取决于初始产品和希望的终产品，并由本领域的普通技术人员在其教导下进行调整。pH值对丙烯酰胺生成的作用是可以考虑和结合这里给出的教导的另一个因素。 
应理解终产品的特性的变化，例如颜色，风味和密度的变化可通过不同的方法调整。例如，马铃薯片中的颜色特性可通过控制初始产品中的含糖量来进行调整。一些风味特性可通过向终产品添加不同的风味剂来改变。产品的物理质地可通过例如添加发酵剂或不同的乳化剂来调整。 
尽管通过参考一个或多个实施例对本发明进行了特别说明和描述，但本领域的技术人员应该理解也可以采用其它不同的方法来降低热加工食品中的丙烯酰胺，而并不背离本发明的精神和范围。例如，尽管已经参考马铃薯产品在此公开了其加工方法，所述的方法可用于加工由玉米，大麦，小麦，黑麦，大米，燕麦，小米和其它基于淀粉的谷物制成的食品产品。除了马铃薯片，本发明可用于制作玉米片和其它类型的零食片，以及谷类食品，饼干，脆饼干，硬脆饼干，面包和面包卷以及粘滚上面包屑的炸肉。在这些食品中的每一种，本发明的用于操控一个或多个单元操作的方法可与其它方法结合，以降低丙烯酰胺，从而产生可接受的丙烯酰胺含量，且这不会负面影响单独食品的风味，颜色，香味或其它特性。 

Claims (7)

1.一种降低热加工食品中丙烯酰胺生成的方法，所述的方法包括以下步骤：
a)从多个马铃薯中去除80％至100％的马铃薯果皮以制作多个去皮的马铃薯；
b)将所述的去皮的马铃薯切片以制作多个马铃薯切片；
c)在环境压力将所述的马铃薯切片油炸至重量比1.3％至2.0％的含水量以制作多个油炸的马铃薯切片，其中所述的油炸包括在具有295°F至305°F之间的出口油温的油炸锅中进行油炸；
d)通过分析每个所述的油炸的马铃薯切片以查找已知是具有高含量的丙烯酰胺的特性的马铃薯缺陷，从而确定具有缺陷的马铃薯切片；和
e)将所述的具有缺陷的马铃薯切片传送至废料流；
其中所述的具有高含量的丙烯酰胺的特性的马铃薯缺陷的马铃薯切片是指如果由于此缺陷丙烯酰胺的浓度在相同条件下进行热加工会比不具有此缺陷的马铃薯切片产生高两倍的丙烯酰胺含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤a)的所述的果皮的去除为85％至95％的果皮的去除。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述的油炸的马铃薯切片的含水量是1.4％至2.0％。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述的马铃薯缺陷包括糖缺陷，所述的包括糖缺陷的马铃薯是指由于比正常糖含量稍高的糖缺陷的切片在相同条件下进行热加工将产生比具有正常糖含量的马铃薯切片高两倍含量的丙烯酰胺的最终马铃薯切片。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述的高含量的丙烯酰胺至少是1000ppb。
6.一种由生马铃薯原料生产热加工的马铃薯切片的方法，所述的方法包括以下步骤：
a)从多个马铃薯中去除80％至100％的马铃薯果皮以制作多个去皮的马铃薯；
b)将所述的去皮的马铃薯切片以制作多个马铃薯切片；
c)在具有295°F至305°F的出口油温的油炸锅中油炸所述的马铃薯切片，所述的油炸的马铃薯切片的含水量是1.3％至2.0％；和
d)从所述的油炸的马铃薯切片去除具有糖缺陷的任何切片，从而作为剩余切片生产出的马铃薯切片具有降低含量的丙烯酰胺；
其中所述的具有糖缺陷的任何切片是指比正常糖含量稍高的糖缺陷的切片，其在相同条件下进行热加工将产生比具有正常糖含量的马铃薯切片高两倍含量的丙烯酰胺的最终马铃薯切片。
7.根据权利要求6所述的方法，其中步骤a)的所述的果皮的去除为85％至95％的果皮的去除。
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