Reduktion af akrylamid dannelse i fødevarer ved hjælp af enzymer. Hanne Vang Hendriksen, Food Applications, Novozymes 18.

Transkript

1 Reduktion af akrylamid dannelse i fødevarer ved hjælp af enzymer Hanne Vang Hendriksen, Food Applications, Novozymes 18. november 215

2 Indhold Asparaginase hvordan virker det Asparaginase produkter og deres karakteristika Eksempler på anvendelser Kiks og snacks Pommes frites Kaffe Morgenmadsprodukter Opsummering

3 Reduktion af akrylamid dannelse via kontrol af asparagin Akrylamid dannes ved reaktion mellem reducerende sukker (f.eks. glukose eller fruktose) og asparagin ved høj temperatur og lavt vandindhold O H H O O H O OH Glucose OH + Asparaginase H 2 N N H 2 HOOC Asparagine N H 2 O H 2 O O H O acrylamide NH 2 HOOC Aspartic acid O + NH 3 Simplified reaction Asparaginase omdanner asparagin til asparagin syre, hvorved dannelsen af akrylamid reduceres Asparaginase enzymer brugt i fødevarer har en meget høj affinitet for asparagin Brug af asparaginase er en meget specifik metode til reduktion af akrylamid dannelse, idet der kun ændres på en enkelt aminosyre smgl. med mere generel kontrol af Maillard reaktioner Forsøg med andre enzymer f.eks. glucose oxidase og amino oxidase viste, at disse var mindre effektive end asparaginase

4 Fødevarer der indeholder akrylamid produceres udfra mange forskellige råvarer og på meget forskellige måder.. Asparaginase added Majsmel, hvedemel, kartofler, kaffebønner, dej, intakte stykker, vandindhold, temperatur, ph, tid Asparaginase added Asparaginase added Optimal enzym aktivitet kræver vand, rigtig temperatur og tid!

5 Activity, % Activity (%) Activity % Asparaginase produkter til akrylamid reduktion i fødevarer Temperatur-aktivitet Temperatur-stabilitet ph-aktivitet Acrylaway Acrylaway Fries Acrylaway HighT Temperature, C Acrylaway Acrylaway Fries Temperature ( C) Acrylaway Acrylaway Fries Acrylaway HighT ph Acrylaway til dej-baserede anvendelser, som produceres ved stue temperatur - og til kaffe Acrylaway Fries med forbedret thermostabilitet - specielt til brug i pommes frites produktion Acrylaway HighT med aktivitet ved meget høje temperaturer til brug i produktion af morgenmadsprodukter og til kaffe

6 akrylamid (ppb) Tortilla chips: ~9% reduktion i akrylamid dannelse (lab-skala) ASNU/kg masa mel Enzymet tilsættes direkte til dejen og er aktiv mens dejen æltes og formes ~92% reduktion i akrylamid koncentration Ingredienser Bager s % Masa mel 1 Vand 16 Salt 1.4 Bagning: ~26 C, 5 sec Stegning (friture) : 19 C, 6 sec Vandindhold i færdigt produkt:.7%

7 akrylamid (ppb) akrylamid (ppb) Cream crackers og graham crackers (pilot-skala) 75-9% reduktion i akrylamid koncentration - afhængig af opskrift og enzym dosis Graham cracker Cream cracker (control) Asparaginase, ASNU/kg mel (control) Asparaginase, ASNU/kg mel 12,5% vand tilsat 85% reduktion i akrylamid dannelse med 1 ASNU/kg 28% vand tilsat 75% reduktion i akrylamid dannelse med 21 ASNU/kg Højt niveau af akrylamid i graham crackers sammenlignet med cream crackers, sandsynligvis pga. indholdet af fuldkornsmel 75-85% relativ reduktion i akrylamid koncentration kræver meget forskellig enzym doser, pga. forskelle i asparagin indhold og vand indhold

8 Knækbrød (pilot skala) 75% reduktion i akrylamid indhold i det færdige produkt Akrylamid i færdigt knækbrød Aroma profil (GC-MS analyse) Karakteristiske flygtige aroma stoffer i knækbrød er de samme i en kontrol prøve og i en enzymbehandlede prøve (29 ppm Acrylaway)

9 Asn, Asp (mg/1 g DM) akrylamid (ppb) Kartoffel snack pellets Op til 9% reduktion i akrylamid indhold (pilot scala) Snack pellets Kartoffel snack 8 6 Asparagine Aspartic acid Enzym dosis (ASNU/kg DM) n n1 n35 n55 55 n7 7 Enzym dosis (ASNU/kg DM) Enzymet er aktivt mens dejen mixes Asparagin koncentrationenen falder 8-61% i de intermediære pellets Asparaginase reducerer akrylamid dannelsen med 44 til 9% i det færdige snack produkt Ingredienser % Kartoffel stivelse 29 Kartoffel pulver (granuler+flager) 42.6 Salt 1.4 Vand 27 Asparaginase, ASNU/kg -7

10 Industriel produktion af pommes frites Skrælning og udskæring 1. Blanchering, 8-9 C, 1-5 min 2. Blanchering ~7 C, 1-2 min SAPP* dyp, 7 C, 3-8s Enzym tilsætning i SAPP dyp Asparaginase kan tilsættes direkte til det eksisterende dyp sammen med pyrophosphate ~7 C Enzymet virker under tørringen Tørring (5-9 C, 8-2 min) Friturestegning 45-6s, C Nedfrysning *SAPP: Sodium Acid PyroPhosphate

11 Nedfrysning Pommes frites produktion i laboratorie skala Kartoffel skrælning Udskæring 8x8 mm Blanchering: C, 4 min 2. 7 C, 15 min Enzym + SAPP dyp, 7 C, 1 min 2. friturestegning, 3 min, 175 C 1. friturestegning, 1 min, 175 C Tørring, 85 C, RH 2%, 12 min Enzym inkubering

12 akrylamid (ppb) akrylamid (ppb) akrylamid (ppb) Reduktion af akrylamid i pommes frites med asparaginase Lab skala, pilot skala og industriel skala Lab skala: 15 g % 49% 62% Dosis (ASNU/L) ELN-12-MdKN-19 Pilot skala: 5-1 kg/h Produktions skala:.6 ton/h Control 63% 123 Acrylaway Test I Marena Test II Daisy 53% 68% Control Enzyme Control Enzyme

13 Control Acrylaway Fries Control Acrylaway Fries Control Acrylaway Fries akrylamid (ppb) Friturestegning: Jo længere der steges - jo mere akylamid dannes Frying: 2.5 min Frying: 3. min Frying: 3.5 min ELN-14-MdKN-17 C Længere frituretid giver mere akrylamid både i kontrol og i enzym behandlede prøver Men, den relative reduktion i akrylamid indholdet opnået med enzym behandlingen er den samme uafhængig af stege tiden, ~5%

14 Asx/(Asp+Asn)*1% Asx/(Asp+Asn)*1% Hvorfor kan indholdet af akrylamid reduceres, men ikke fjernes - Hvad er begrænsende? Model: Enzym-substrat interaktion Asn og asp målt i hele kartoffel stykket 1 Asparagine Aspartic acid 8 1 min min Enzyme Control 6 min Blancherede kartoffelstave dyppet i frugtfarve Diffusion af farvestoffet ind i kartoflen er tydeligvis begrænset Asparaginase er ca. 15X større end farvestoffet Enzymet er primært aktivt på overfladen Asn og asp målt på overfladen 1 Asparagine Aspartic acid Enzyme Control

15 Asparaginase behandling af grønne kaffe bønner Damp-behandling Enzym tilsætning Opblanding Tørring f.eks. Fluid bed Ristning og formaling Dampning: Bruges til at forbedre smagen af visse typer af kaffebønner Bruges ifm. produktion af decaffeineret kaffe for at åbne bønnerne og herved øge diffusion af caffein Enzym proces: Juster temp.: 6 eller 9 C Tilsæt asparaginase og vand (5%) Holdetid: 45-9 min Asparagin analyse Akrylamid analyse Diffusion af asparagin øges ligeledes

16 Asparagin mg/kg Akrylamid, ppb Akrylamid, ppb Asparaginase behandling af grønne kaffe bønner -Op mod 7% reduktion i akrylamid indholdet i ristet kaffe Lab-skala: 1 g Fuld skala Asparagine Acrylamide Blank Dosis ASNU/kg Arabica Robusta blend Untreated Enzyme treated Vietnam Robusta Unwashed Arabica Asparagin og akrylamid målt i hhv. grønne og ristede Arabica bønner Akrylamid indholdet blev reduceret med 4% til 7% i forsøg i industriel skala med både Arabica og Robusta bønner samt blandinger af disse

17 Arabica bønner behandlet med asparaginase Sensorisk analyse: Ingen eller minimal ændring af smag Aroma analyse: Minimal ændring pga. process og enzym behandling Aroma analyse Solid phase micro extraction GCMS Compounds Clustered by Aroma Class Sensorisk analyse af Arabica bønner med/uden asparaginase behandling 9 C, 9 min., 5% vand, Acrylaway HighT 6 TASU/kg Enzym effekt: Enzym behandlet/proces Off-Flavour Earthy Acidity 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1,, Body Aroma Proces effekt: Proces/Ubehandlede Untreated Bitterness Roast Process ref. Acrylaway High T (Ian Fisk & Nicole Yang, University of Nottingham)

18 Lab skala: Morgenmads produkter - varmebehandling/ kogning ved høj temperatur Opskrift Fuldkornshvedemel Glukose sirup Vand Acrylaway HighT Blanding Blandes i 2 min med en håndmixer Pakkes i stegeposer Inkubering, 1 C, 25 min *Dej temp.: 95-1 C Hurtig opvarmning til 95 C i mikroovn

19 Asn, Asp (g/kg mel) Akrylamid (ppb) Lab skala: Morgenmads produkter -Dosis respons med thermostabil asparaginase Dej efter varmebehandling Færdigt morgenmadsprodukt,5,4,3,2,1 Aspartic acid Asparagine Enzym dosis (U/kg mel) % 54% 52% Enzym dosis U/kg mel Fuldkorns hvedemel: Glukose sirup: Vand: Varmebehandling: 65 g 1 g 33 g 25 min, 95-1 C Fuldkornshvedemel: Sukker: Malt sirup Salt Vand Opvarmning: Ristning: Enzymet er aktivt og virker i dejen under varmebehandlingen/kogningen Mere end 95% af tilstedeværende asparagin bliver hydrolyseret Dannelsen af akrylamid reduceres med op til 54% i det færdige produkt 62 g 6 g 1 g.7 g 23 g 25 min, C C

20 asx/(asp+asn), (%) akrylamid, ppb asx/(asp+asn), (%) akrylamid, ppb Pilot skala: Thermostabil asparaginase i extruderet morgenmadsprodukt Fuldkornshvedemel+klid Fuldkornshvedemel+ris 1 Acrylamide Asp Asn 1 1 Acrylamide Asp Asn Dosis (TASU/kg flour) 3 6 Dosis (TASU/kg flour) Akrylamid indholdet i det færdige morgenmadsprodukt er reduceret med op mod 75% sammenlignet med kontrol Akrylamid indholdet i det færdige morgenmadsprodukt er reduceret med op mod 56% sammenlignet med kontrol Fuldkornshvedemel: 55% Klid: 27% Vand: 13% Sukker: 4% Salt:.4% Malt: 1% Opvarmning: 9-1 C: 5-6 min Vandindhold i dej: 27% Extruderings temp.: 1-14 C Fuldkornshvedemel: 55% Rismel: 27% Vand: 13% Sukker: 4% Salt:.4% Malt: 1% Opvarmning: 9-1 C: 5-6 min Vandindhold i dej: 27% Extruderings temp.: 1-11 C

21 Asparaginase virker i en lang række forskellige fødevarer og anvendelser % reduktion 92% reduktion 55-7% reduktion 95% reduktion 9% reduktion 35-55% reduktion Brug af asparaginase burde - kombineret med diverse andre teknologier og værktøjer gøre det muligt, at sænke det daglige gennemsnitlige indtag af akrylamid via diæten.

22

23 THANK YOU FOR YOUR ATTENTION!