آکریل آمید و روش های کاهش آن در سیب زمینی سرخ شده

آکریل آمید و روش های کاهش آن در سیب زمینی سرخ شده:

در آوریل 2002 محققان سوئدی، دنیای ایمنی مواد غذایی را با ارائه نتایج تحقیقات شان مبنی بر حضور آکریل آمید در برخی مواد غذایی پخته و سرخ شده، خصوصا در چیپس های سیب زمینی شوکه کردند؛ زیرا این ترکیب در دسته موادی است که احتمالا در انسان باعث بروز سرطان می شوند و اثرات توکسیکولوژیک شدیدی را ایجاد می نمایند.

مکانیسم اصلی تشکیل آکریل آمید در سیب زمینی سرخ شده، واکنش بین آسپاراژین آزاد و قندهای احیا کننده می باشد، بنابراین مقادیر این پیش سازها در فراورده های سرخ شده دارای اهمیت بوده و باید کنترل شوند. طی دهه های اخیر برای جلوگیری از قهوه ای شدن بیش از حد محصولات سرخ شده به مقدار قندهای احیا کننده موجود در سیب زمینی ها توجه شده است و واکنش مایلارد به عنوان اصلی ترین مسیر تولید آکریل آمید در مواد غذایی پیشنهاد گردیده است، خصوصا آسپاراژین در رابطه تنگاتنگ با تشکیل آکریل آمید می باشد. افزون براین قند آسپاراژیناز و N-گلیکوزیل آسپاراژین سبب تشکیل مقادیر بالای آکریل آمید می گردد که نشان دهنده واکنش مایلارد زودهنگام به عنوان منبع اصلی آکریل آمید می باشد. همچنین آسپاراژین دکربوکسیله( 3- آمینو پروپیونامید) در زمان حرارت دهی، در غیاب قندهای احیاکننده قادر به تولید آکریل آمید است.

از آن جایی که مسیر تشکیل آکریل آمید به طور کاملا شفاف و واضحی منطبق با واکنش مایلارد می باشد، به همین دلیل اندازه گیری آسان و سریع آکریل آمید از طریق پردازش تصویر قهوه ای شدن چیپس ها نسبت به روش های دقیق  و پرزحمت کروماتوگرافی توسط چندین پژوهشگر و محقق توصیه شده است. با این حال روش های استاندارد برای اندازه گیری آکریل امید روش های گران قیمت و پرزحمت کروماتوگرافی و طیف سنجی جرمی می باشند که نمی توان آن هارا جهت آزمون های روزمره مورد استفاده قرار داد. بنابراین توسعه روش های جایگزین برپایه پردازش تصویر قهوه ای شدن چیپس، گامی منطقی در جهت تعیین مقدار آکریل آمید است. وقتی که نمونه ها طی سرخ کردن تیره تر می شوند، اندیس L* کاهش و اندیس a* آن ها افزایش می یابد. که منجر به افزایش کلی تغییر رنگ تام می گردند.

به نظر میرسد که فرایند پخت(پختن، سرخ کردن و ماکروویو نمودن) و درجه حرارت به خودی خود تاثیر محدودی در تشکیل آکریل آمید دارند. نکته مهم در فرایند میزان حرارت دریافت شده می باشد که در این زمینه دما و زمان حرارتی دهی ماده غذایی مورد نظر، از اهمیت زیادی برخوردار است.

نهایتا دو مسیر احتمالی برای تشکیل اکریل آمید گزارش شده است:

الف) آکریل آمید می تواند از روغن ها و ترکیبات حاوی نیتروژن موجود در ماده غذایی تشکیل گردد. معمول ترین حالت شامل تشکیل آکرولئین در نتیجه تجزیه حرارتی گلیسرول، اکسایش آکرولئین به اسید آکریلیک، و نهایتا واکنش اسید آکریلیک با آمونیاک- که به صورت بالقوه از پیرولیز ترکیبات حاوی نیتروژن تولید میشود- که منجر به تشکیل آکریل امید می گردد.

ب) آکریل آمید میتواند از طریق نوآرایی، از ترکیبات حاوی نیتروژن که هنوز در ماده غذایی حضور دارند تولید شود.

در بین متغیرهایی که می توانند بر تشکیل آکریل آمید در سیب زمینی سرخ شده موثر باشند می توان به غلظت گلوکز و آسپاراژین، شکل و سطح سیب زمینی برش خورده، زمان و دمای پخت و دیگر شرایط فراوری اشاره کرد.

منشا روغن های مورد استفاده در سرخ کردن عمیق نقشی در تشکیل آکریل آمید در سیب زمینی سرخ شده ندارند. بنابراین نوع روغن سرخ کردنی(کانولا، بذرک، پنبه دانه، بادام زمینی، انواع شورتنینگ، سویا و آفتابگردان) به خودی خود نقش مهمی در تشکیل آکریل آمید ایفا نمی کنند، به استثنا روغن زیتون، چراکه این روغن تولید آکریل آمید را به طور معنی داری افزایش می دهد.

روش های کاهش مقدار آکریل آمید:

الف) ماده خام : این عوامل می توانند ماهیت درونی یا بیرونی داشته باشند. عوامل درونی با ترکیب ماده خام دچار تغییر میشوند، در حالی که عوامل بیرونی تحت تاثیر تیمارهای کشاورزی در تولید محصول قرار دارند. برای عوامل درونی، توجه ویژه ای به اسیدآمینه ها خصوصا آسپاراژین و قندهای احیا کننده می شود. برخی از عوامل بیرونی شامل شرایط نگهداری، کوددهی، نوع خاک، مشروط کردن و نوع رقم می باشد. سیب زمینی هایی که دارای مقادیر پایینی از آسپاراژین و گلوکز و فروکتوز هستند برای سرخ کردن ترجیح داده میشوند. به همین منظور کنترل پیش سازها در غده های سیب زمینی از اهمیت بالایی برخوردار است که از روش های ذیل قابل دست یابی است.

* انتخاب ارقامی با مقادیر پایین از قندهای احیاکننده

* اجتناب از نگهداری در دمای زیر 8 درجه سانتیگراد

* بهینه سازی شرایط فرایند بلانچ کردن به منظور خروج حداکثر مقادیر قند و آسپاراژین

* اجتناب از افزودن قندهای احیاکننده در تیمار های بعدی

1-     انتخاب ارقام مناسب: عامل مهم دیگری که بر میزان آکریل آمید موثر است رقم سیب زمینی می باشد. انتخاب ارقام مناسب برای مصارف خوراکی که حاوی مقادیر کمی آسپاراژین هستند و یا اعمال شرایطی جهت هیدرولیز آسپاراژین به اسید آسپارتیک به صورت شیمیایی یا آنزیمی توسط آسپاراژیناز یا سایر آمیدازها قبل از فراوری ماده غذایی می تواند به تولید غذاهایی با آکریل آمید پایین منجر شوند.

2-     تولید ارقام جدید: شرایط نگهداری و خصوصیات تغذیه ای سیب زمینی هردو می توانند توسط روش های مهندسی ژنتیک بهبود یابند.خلال های سیب زمینی سرخ شده حاصل از غده های سیب زمینی اصلاح شده ژنتیکی، به طور کاملا مشهودی خصوصیات ظاهری مطلوب تر و آروما بهبود یافته تر و همچنین مقادیر بسیار کمتری از آکریل آمید را دارا بودند.

3-     تاثیر رقم و شرایط نگهداری: برخی یافته ها حاکی از وجود همبستگی بین میزان نیتروژن خاک و میزان اسیدهای آمینه سیب زمینی می باشددر حال که برخی آزمایش ها نشان دادند که کودهای نیتروژنی تاثیری بر میزان آسپاراژین ندارند.

4-     نگهداری سیب زمینی در دمای پایین تر از 8 درجه سانتیگراد باعث افزایش مقدار قندهای احیاکننده آن می گردد. بنابراین نگهداری در دمای 8 درجه سانتیگراد یا بالاتر از آن منجر به کاهش توانایی تولید آکریل امید در سیب زمینی سرخ کرده میشود. برنامه های نگهداری بهینه باید به گونه ای باشند که در ان ها محدودسازی تشکیل قندها و متعاقب ان کاهش توانایی تشکیل اکریل آمید  در کنار اجتناب از بروز مشکلات مربوط به جوانه زنی یا فساد لحاظ شده باشند.

ب) روش های پیش تیمارکردن:

1- خیساندن: میزان قندهای احیاکننده را می توان با خیساندن سیب زمینی برش خورده در آب در دمای اتاق و قبل از اینکه سرخ شوند، کاهش داد. میزان گلوکز با افزایش زمان خیساندن در آب، به آرامی کاهش می یابد در حالیکه مقدار آسپاراژین در طول 90 دقیقه خیساندن در آب ثابت می ماند.

هردو نمونه سرخ شده شاهد و خیسانده پس از افزایش دمای سرخ کردن از 150 به 190 درجه، افزایش قابل توجهی را در میزان تشکیل آکریل آمید نشان دادند. اما تشکیل تولید آکریل آمید در نمونه شاهد نسبت به نمونه های خیسانده شده بالاتر بود.

2- بلانچ کردن: مقدار قندهای احیاکننده و آسپاراژین را می توان با بلانچ نمودن برش های سیب زمینی در آب داغ یا گرم قبل از سرخ شدن کاهش داد. هاس و همکاران(2003) گزارش دادند که کاهش محتوای قند سیب زمینی توسط بلانچ کردن توانست میزان آکریل آمید را با توجه به نوع ماده خام اولیه(رقم و محل کشت) و متغیرهای فرایند تولید(مثلا شرایط بلانچ کردن و دماهای سرخ کردن) تا حدود 60% کاهش دهد. نه تنها میزان گلوکز بلکه میزان آسپاراژین به شدت با افزایش دما و زمان بلانچ کردن کاهش می یابد.

3- استفاده از آسپاراژیناز: آسپاراژین مهم ترین اسیدآمینه موجود در سیب زمینی بوده و مطالعات تاثیر L-آسپاراژیناز را بر کاهش میزان آکریل امید پس از تیمار با حرارت بالا در یک سیستم مدل نشان داده اند. این تیمار باعث کاهش معنی داری در میزان آکریل آمید(90-97%) می شود.

از جهت دیگر باردث و همکاران(2006) به این نتیجه رسیدند که که تشکیل آکریل آمید در سیب زمینی های سرخ شده را می توان به طور موثری از طریق تخمیر اسید لاکتیک قطعات سیب زمینی، قبل از سرخ کردن کاهش داد. این کاهش در نتیجه کاهش مقدار قندهای احیاکننده به جای آسپاراژین می باشد.

4- محلول های نمکی:

پژوهشگران نشان دادند که خیساندن قطعات سیب زمین بلانچ شده در محلول 3 درصد کلرور سدیم به مدت 5 دقیقه در دمای 25 درجه، تشکیل آکریل آمید در چیپس های سیب زمینی را به میزان 11% پس از سرخ شدن کاهش داد. در حالی که وقتی قطعات سیب زمینی به طور مستقیم در محلول نمکی 3 درصد در دمای 60 درجه به مدت 30 دقیقه بلانچ شدند، تشکیل آکریل آمید به طور شگفت آوری در حدود 90 درصد افزایش یافت.

5-اسیدهای آمینه و پروتئین ها:

افزودن گلایسین یا گلوتامین در حین بلانچ کردن چیپس های سیب زمینی سبب کاهش 30% اکریل آمید نسبت به نمونه های فاقد اسید امینه میگردد. تشکیل آکریل امید به طور معنی داری با افزودن سایر اسیدهای امینه نظیر سیستئین، لیزین یا گلایسین(که با آسپاراژین در واکنش مایلارد بر سر ترکیبات کربونیلی رقابت میکنند و حذف آکریل آمید را افزایش می دهند) کاهش می یابد. پروتئین هیدرولیزشده سویا نیز با اسیدهای آمینه اضافی که دارد می تواند بر سر حد واسط های کلیدی واکنش مایلارد، با آسپاراژین رقابت کند و در کاهش آکریل آمید مورد استفاده قرار گیرد.

6- اسیدهای آلی:

پایین آوردن pH با استفاده از اسیدهای آلی در سیستم های غذایی برای کاهش تولید آکریل آمید را میتوان با پروتونه شدن گروه آلفا آمینو آسپاراژین مرتبط دانست که در ادامه قادر نخواهد بود در وکانش های افزایشی هسته با منابع کربونیل درگیر شود. کاهش pH برش های سیب زمینی سبب کاهش بیشتر مقدار آکریل آمید می گردد با این حال در صورتی که دقت لازم لحاظ نشود، این روش سبب ایجاد طعم ترش در محصول می گردد و همچنین می تواند طعم روغن سرخ کردنی را تند کند.کاهش آکریل آمید در خلال های سیب زمینی سرخ شده از طریق فروبردن خلال های سیب زمینی در محلول اسید سیتریک با کاهش pH و خروج آسپاراژین آزاد و قندهای احیاکننده از لایه سطحی برش های سیب زمینی و ورود آن ها به محلول مربوط می شود.

7- آنتی اکسیدان ها: ژانگ و همکاران(2007) نشان دادند که افزودن آنتی اکسیدان های برگ های بامبو می تواند به طور موثری میزان آکریل آمید را در انواع مواد غذایی حرارت دیده کاهش دهد.

ج) بهینه سازی فرایند:

کنترل پارامترهای مهم فرآوری را می توان به عنوان موثرترین راه جهت کاهش آکریل آمید در نظر گرفت. این پارامتر شامل : دما و زمان حرارت دهی، پروفایل حرارتی، نوع روغن، فشار و غیره می گردد.

د) عملیات پس از سرخ کردن:

کیتا و همکاران(2004) مرحله ای جدید در فراوری چیپس سیب زمینی ارائه دادند؛ مرحله خشک کردن پس از سرخ کردن چیپس ها. این پژوهشگران دریافتند که در زمان های کوتاهتر سرخ کردن که با مرحله خشک کردن دنبال می گردند، به تولید چیپس هایی با رطوبت پایین منجر می شود. علاوه براین تیمار خشک کردن نهایی، کاهش معنی داری در تشکیل آکریل آمید در چیپس سیب زمینی را باعث می شود.

1- جداسازی و حذف مواد بیش از حد حرارت دیده

2- تجزیه، تبدیل و تبخیر کنترل شده آکریل آمید : روش های حذف آکریل آمید زمانی که این ترکیب در سیب زمینی سرخ شده تولید شده است، چندان توصیه نمی شوند. چون این روش ها معمولا مستلزم تخریب ماده غذایی و یا کاهش خصوصیات حسی محصول نهایی می باشند.

نتیجه گیری:

در بین پیش تیمارهای عنوان شده برای کاهش میزان آکریل آمید، به نظر میرسد غوطه وری در اسید سیتریک، و در نتیجه کاهش pH عدم تشکیل پیشسازهای آکریل آمید، توام با کاهش دما طی سرخ کردن سیب زمینی، به طور شگرفی تشکیل آکریل آمید را کاهش می دهد. کنترل پروفایل دمایی و فشار در حین سرخ کردن، مباحث فرایندی تکنولوژیکی مهمی هستند که مرتبط با کاهش تشکیل آکریل آمید در سیب زمینی سرخ شده می باشند.

منبع مقاله : 

اورتگا، انریکه، اثر فرایند بر ایمنی و کیفیت مواد غذایی، ترجمه، دکتر فخری شهیدی، مهندس الهام زایرزاده، دکتر علی غلامحسین پور، مشهد، دانشگاه فردوسی مشهد، 1393