ZAWARTOŚĆ AKRYLAMIDU WE FRYTKACH W ZALEśNOŚCI OD TEMPERATURY I CZASU SMAśENIA 1

Transkrypt

1 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 530: ZAWARTOŚĆ AKRYLAMIDU WE FRYTKACH W ZALEśNOŚCI OD TEMPERATURY I CZASU SMAśENIA 1 Agnieszka Tajner-Czopek, Agnieszka Kita, GraŜyna Lisińska Katedra Technologii Rolnej i Przechowalnictwa, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wstęp Akrylamid powstający w wysokoskrobiowych produktach spoŝywczych, poddanych obróbce termicznej, tj. smaŝenie, pieczenie lub praŝenie [TAREKE 2002] jest substancją o potencjalnie kancerogennym działaniu dla człowieka i został zaklasyfikowany przez International Agency for Research on Cancer, do grupy (2A). SpoŜycie Ŝywności o podwyŝszonej ilości tego związku znacznie zwiększa ryzyko zachorowania na raka [IARC 1994]. Akrylamid tworzy się w Ŝywności, podgrzanej powyŝej temperatury 120 C [FRIEDMAN 2003], szczególnie duŝe jego ilości znajdują się w produktach smaŝonych z ziemniaka, tj. czipsy [WILLIAMS 2005] i frytki [BECALSKI i in. 2004; FISELIER i in. 2006]. Zawartość akrylamidu we frytkach moŝe kształtować się w zakresie od 50 do 1900 µg kg -1 [BECALSKI i in. 2003; PEDRESCHI i in. 2008] ale ze względu na rosnące spoŝycie frytek, naleŝy poszukiwać moŝliwości obniŝenia ilości akrylamidu w gotowym produkcie. Jedną z moŝliwości ograniczenia zawartości akrylamidu we frytkach jest dobór odpowiedniej odmiany ziemniaka charakteryzującej się niską zawartością cukrów redukujących (glukozy i fruktozy) w bulwie [BECALSKI i in. 2003]. Istnieje bowiem duŝa zaleŝność pomiędzy zawartością cukrów redukujących w bulwach, a ilością powstającego akrylamidu w gotowym produkcie [WILDE i in. 2006]. Z tego względu odmiany przeznaczone do produkcji frytek powinny się charakteryzować niską zawartością cukrów redukujących. Zawartość cukrów redukujących jest mało stabilną cechą bulw przeznaczonych do przetwórstwa i musi być stale kontrolowana, dlatego teŝ ich ilość powinna być niewielka po sprzęcie z pola, ale równieŝ po długotrwałym przechowywaniu [GRUDZIŃSKA 2007; CZERKO i in. 2008]. Cukry redukujące są jednym z dwóch prekursorów, który bierze udział w reakcji powstawania akrylamidu we frytkach. Związek ten powstaje w wyniku przebiegu reakcji Maillarda zachodzącej, w czasie procesu smaŝenia, pomiędzy glukozą lub fruktozą, a asparaginą (drugim z prekursorów) [MOTTRAM i in. 2002; YAYLAYAN i in. 2003]. Kolejną moŝliwością obniŝenia zawartości akrylamidu jest usunięcie drugiego z prekursorów tworzenia akrylamidu - asparaginy, przy uŝyciu enzymu - asparaginazy [DURSTON 2004]. 1 Praca wykonana w ramach grantu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa WyŜszego - N N

2 372 A. Tajner-Czopek, A. Kita, G. Lisińska Zawartość akrylamidu we frytkach zaleŝy nie tylko od właściwości surowca (zawartości cukrów redukujących), ale równieŝ od stosowanych parametrów procesu technologicznego (czas i temperatura smaŝenia). Zastosowanie wyŝszej temperatury i/lub dłuŝszego czasu smaŝenia sprzyja powstawaniu większej ilości tego związku w gotowym produkcie [ROMANI i in. 2008]. Najwięcej akrylamidu moŝe powstać w końcowym etapie smaŝenia, dlatego istotne jest odpowiednie skrócenie czasu i obniŝenie temperatury tego procesu [GROB i in. 2003]. Przebieg procesu technologicznego musi jednak uwzględniać, nie tylko ograniczenie tworzenia się akrylamidu, ale równieŝ uzyskanie gotowego produktu o odpowiednich cechach sensorycznych. Frytki powinny charakteryzować się prawidłową barwą, właściwym smakiem i zapachem, niską zawartością tłuszczu oraz chrupką konsystencją [LISIŃSKA, LESZCZYŃSKI 1989]. W pierwszej kolejności przez konsumentów oceniana jest barwa frytek, która powinna być jasna, złota, bez brązowych przebarwień lub czarnych plam i smug oraz bez brunatnych końców frytek, tzw. sugar ends [LISIŃSKA 2006]. W następnej kolejności oceniana jest konsystencja frytek, która stanowi wyróŝnik mający wpływ na akceptację konsumenta i decyzję o ich spoŝyciu [TAJNER-CZOPEK 2000]. Część zewnętrzna frytek powinna być delikatna, chrupka, bez odczucia twardości lub gumowatości, natomiast cześć wewnętrzna powinna być mączysta, ale nieoddzielająca się od skórki [LISIŃSKA, LESZCZYŃSKI 1989]. Wymagania konsumentów dotyczące jakości frytek są wysokie i ściśle określone, dlatego badania prowadzone w kierunku obniŝenia zawartości akrylamidu we frytkach powinny być prowadzone równieŝ z uwzględnieniem bezpieczeństwa gotowego produktu. Celem pracy było określenie wpływu temperatury i czasu smaŝenia frytek na zawartość akrylamidu w gotowym produkcie oraz na jego barwę i konsystencję. Materiał i metodyka badań Materiałem uŝytym do badań były ziemniaki odmiany Santana, pochodzące z zakładu produkującego frytki, znajdującego się w okolicach Wrocławia. Ziemniaki do czasu rozpoczęcia badań przechowywano w temperaturze 15 C. Próby ziemniaków podzielono na dwie części: pierwszą z przeznaczeniem do analiz w surowcu i drugą do sporządzenia frytek. Z ziemniaków sporządzono frytki metodą jednostopniowego smaŝenia. W tym celu bulwy pokrojono na słupki o wymiarach mm, po wypłukaniu w zimnej wodzie, poddano je blanszowaniu w wodzie o temperaturze 75 C, przez 10 minut. Po osuszeniu na bibule frytki smaŝono w oleju rzepakowym, stosując róŝne temperatury (130 C, 150 C, 175 C i 190 C) i odpowiednio dobrane czasy smaŝenia (11 min, 9 min, 8 min, 7 min). Doświadczenie technologiczne prowadzono w trzech powtórzeniach. W ziemniakach oznaczono suchą substancję - metodą suszarkową (temp. 105 C) [AOAC 1995], zawartość skrobi metodą Eversa-Grossfelda w modyfikacji Hadorna-Bifera [LESZCZYŃSKI 1975] oraz zawartość cukrów ogółem i redukujących - metodą redukcyjną Nizowkina-Jemielianowej [JAROSZ i in. 1955]. We frytkach oznaczono zawartość akrylamidu metodą chromatograficzną, przy uŝyciu aparatu HPLC/MS/MS, opracowaną przez [ROSEN, HELLENÄS 2002; HOENICKE i in. 2004], a zmodyfikowaną w Katedrze Technologii Rolnej i Przechowalnictwa Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu [ANIOŁOWSKI i in. 2007]. W gotowym produkcie oznaczono barwę spektrofotometrycznie, przy uŝyciu aparatu pomiarowego typu Minolta CR-200 oraz konsystencję - metodą obiektywną, przy uŝyciu aparatu pomiarowego typu Instron

3 ZAWARTOŚĆ AKRYLAMIDU WE FRYTKACH Otrzymane wyniki badań poddano obliczeniom statystycznym przy uŝyciu programu Statgraphics v.8.0. Przeprowadzono jednokierunkową analizę wariancji i wyznaczono grupy homogeniczne za pomocą testu Duncana (na poziomie istotności p 0,05). Wyniki i dyskusja W tabeli 1 zamieszczono wyniki składu chemicznego bulw ziemniaka odmiany Santana. Odmiana ziemniaka Santana jest powszechnie uŝywana do produkcji frytek w zakładach przetwórczych w Polsce i krajach Zachodniej Europy. Bulwy próby uŝytej w doświadczeniu zawierały odpowiednią ilość suchej masy (22,82%) i skrobi (16,56%). Oraz niską ilość cukrów ogółem i redukujących. Odmiana ziemniaka Potato cultivar Skład chemiczny bulw ziemniaka odmiany Santana Chemical composition of potato tubers of cv. Santana Zawartość suchej masy Dry matter content Zawartość skrobi Starch content % Zawartość cukrów ogółem Total sugar content Tabela 1; Table 1 Zawartość cukrów redukujących Reducing sugar content Santana 22,82 16,56 0,34 0,22 Według danych literaturowych ziemniaki przeznaczone do produkcji frytek powinny charakteryzować się suchą masą wynoszącą 20-23%, zawartością skrobi 15-17% oraz cukrów redukujących poniŝej 0,3%, a najlepiej poniŝej 0,25% [ZGÓRSKA 2002; LISIŃSKA 2006]. Zastosowanie odpowiednich parametrów w procesie technologicznym produkcji frytek, podobnie jak odpowiedniego surowca, ma decydujący wpływ na jakość sensoryczną finalnego produktu. Do lat dwutysięcznych producenci preferowali smaŝenie frytek w wyŝszych temperaturach - powyŝej 180 C [TALBURT, SMITH 1987; LISIŃSKA LESZCZYŃSKI 1989], ze względu na mniejszą chłonność oleju i korzystną konsystencję produktu. Wykrycie pod koniec lat dziewięćdziesiątych akrylamidu w Ŝywności spowodowało podjęcie badań zmierzających do obniŝenia temperatury smaŝenia frytek. Na rysunku 1 przedstawiono wyniki oznaczenia zawartości akrylamidu we frytkach, w zaleŝności od temperatury i czasu smaŝenia. ObniŜenie temperatury smaŝenia frytek o 15 C spowodowało 33% zmniejszenie zawartości akrylamidu we frytkach, a mianowicie frytki smaŝone w oleju o temperaturze 190 C przez 7 minut zawierały 567 ppb akrylamidu a w temperaturze 175 C, przez 8 minut 378 ppb. Dalsze obniŝenie temperatury smaŝenia 150 C pozwoliło na redukcję tego związku do 252 ppb, a produkt smaŝony w oleju 130 C zawierał juŝ tylko śladowe jego ilości (15 ppb). Podobne dane przytaczają PEDRESCHI i in. [2007]. W doświadczeniu tych autorów zawartość akrylamidu istotnie podwyŝszała się wraz ze wzrostem temperatury smaŝenia frytek, jego ilość zwiększyła się z 287 ppb (smaŝenie 150 C/11 min) do 2128 ppb (smaŝenie 190 C/6,5 min). GİKMEN i in. [2006] podaje, Ŝe powolne smaŝenie frytek w niŝszej temperaturze pozwala na uzyskanie produktów o znacznie niŝszej zawartości akrylamidu niŝ 3 minutowe smaŝenie w wysokiej temperaturze (190 C). GROB i in.

4 374 A. Tajner-Czopek, A. Kita, G. Lisińska [2003] stwierdzili o połowę mniej akrylamidu we frytkach dosmaŝanych (drugi stopień smaŝenia) w temperaturze 170 C, niŝ w temperaturze 180 C - ilość akrylamidu zmniejszyła się z 610 µg kg -1 do 320 µg kg -1. Rys. 1. Zawartość akrylamidu we frytkach, w zaleŝności od temperatury i czasu smaŝenia Fig. 1. Acrylamide content in French fries, as depended on temperature and time of frying Wyniki uzyskane w przeprowadzonych badaniach (rys. 2) wskazują, Ŝe barwa wszystkich otrzymanych frytek była właściwa, o czym świadczy wartość wyróŝnika L od 74 - frytki smaŝone w temperaturze 130 C, do 53 - smaŝone w 190 C. PĘKSA, TAJNER [1994] podają, Ŝe frytkom o właściwej barwie odpowiadają wartości wyróŝnika barwy L w zakresie od 73 do 53, natomiast frytkom o barwie niewłaściwej poniŝej 48. Konsystencja jest istotnym wyróŝnikiem jakości frytek. Wyniki oznaczeń konsystencji (N) frytek w zaleŝności od temperatury smaŝenia przedstawiono na rysunku 3. Frytki smaŝone w oleju o temperaturze 130 C, 150 C charakteryzowały się zbyt miękką konsystencją (wartości poniŝej 15N), natomiast smaŝone w temperaturze 190 C były za twarde (N = 21). Prawidłową konsystencją odznaczały się frytki (N = 18) przy smaŝeniu, których stosowano temperaturę oleju 175 C i czas 8 minut.

5 ZAWARTOŚĆ AKRYLAMIDU WE FRYTKACH Rys. 2. Barwa frytek (wartość L ) w zaleŝności od temperatury i czasu smaŝenia Fig. 2. French fries colur (value L ) as depended on temperature and time of frying Rys. 3. Tekstura frytek w zaleŝności od temperatury i czasu smaŝenia Fig. 3. Texture of French fries as depended on temperature and time of frying PĘKSA i in. [1995] smaŝyli frytki w temperaturach: 130 C, 160 C i 185 C. Wymienieni autorzy stwierdzili, Ŝe wyŝsza temperatura i dłuŝszy czas smaŝenia frytek spowodował wzrost twardości gotowego produktu (wyŝsze wartości N). TAJNER-CZOPEK [2000] podaje, Ŝe z bulw ziemniaka siedmiu odmian, o róŝnym składzie i zawartości polisacharydów, otrzymała frytki, których konsystencja mierzona w N wahała się w granicach od 16 N (frytki zbyt miękkie) do 21 N (frytki zbyt twarde). W przeprowadzonym doświadczeniu wpływ na kształtowanie konsystencji miały

6 376 A. Tajner-Czopek, A. Kita, G. Lisińska jedynie parametry smaŝenia, gdyŝ surowiec i pozostałe parametry technologiczne (np. blanszowanie) były takie same. Wyniki przeprowadzonych badań wskazują, Ŝe w wyniku zastosowania niŝszych temperatur smaŝenia otrzymuje się frytki o mniejszej zawartości akrylamidu, rzutuje to jednak ujemnie na cechy sensoryczne produktu. Frytki z ziemniaków odmiany Santana zachowały korzystne właściwości (konsystencja) przy obniŝeniu temperatury smaŝenia do 175 C. Wnioski 1. W zaleŝności od temperatury smaŝenia zawartość akrylamidu we frytkach, wahała się od 15 do 567 ppb. Frytki smaŝone w oleju o temperaturze 190 C charakteryzowały się najwyŝszą zawartością akrylamidu. ObniŜenie temperatury smaŝenia o 15 C (ze 190 C do 175 C) powodowało obniŝenie ilości akrylamidu o ponad 30%. 2. Otrzymane w doświadczeniu próby frytek, niezaleŝnie od temperatury smaŝenia charakteryzowały się właściwą barwą. 3. Prawidłową konsystencją odznaczały się frytki przy smaŝeniu, których stosowano temperaturę oleju 175 C i czas 8 minut, zaś frytki smaŝone w niŝszych temperaturach (130 C i 150 C) były za miękkie. Literatura ANIOŁOWSKI K., TAJNER-CZOPEK A., KITA A., LISIŃSKA G Determination of the acrylamide content in fried potato products. Materiały 3 rd International Conference on Quality and Safety in Food Production Chain Wrocław: AOAC Official Methods of Analytical Chemistry. 5 th Ed. Association of Official Analytical Chemistry: 1-4. BECALSKI A., LAU B.P-T., LEWIS D., SEAMAN S Acrylamide in foods: occurrence, source and modeling. J. Agricul. Food Chem. 51: BECALSKI A., LAU B.P-T., LEWIS D., SEAMAN S., HAYWARD S., SAHAGIAN M., RAMESH M., LECLERC Y Acrylamide in French fries: Influence of free amino acids and sugars. J. Agricul. Food Chem. 52: CZERKO Z., LUTOMIRSKA B., ZGÓRSKA K Technologia uprawy i przechowywania ziemniaków przeznaczonych do przetwórstwa. Mat. Konf. Nauk. Ziemniak spoŝywczy i przemysłowy oraz jego przetwarzanie maja Szklarska Poręba. DURSTON J The end of acrylamide? Potato Business World. 3(12): 2. FISELIER K., BAZZOCO D., GAMA-BAUMGARTNER F., GROB K Influence of the frying temperature on acrylamide formation in French fries. Eur. Food Res. Technol. 222: FRIEDMAN M Chemistry, biochemistry, and safety of acrylamide. A Review J. Agric. Food Chem. 51: GİKMEN V., PALAZO_LU T.K., ŞENYUVA H.Z Relation between the acrylamide formation and time-temperature history of surface and core regions of French fries. J. Food Engin. 77: GROB K., BIEDERMANN R., BIEDERMANN-BREM S., NOTI A., IMHOF D., AMREIN T., PFEFFERIE

7 ZAWARTOŚĆ AKRYLAMIDU WE FRYTKACH A., BAZZOCCO D French fries with less than 100 µg kg -1 acrylamide. A collaboration between cooks and analyst. Eur. Food Res.Technol. 217: GRUDZIŃSKA M Stabilność cech technologicznych konsumpcyjnych bulw ziemniaka w czasie przechowywania. Rozprawa doktorska: 109 ss. HOENICKE K., GATERMAN R., HARDER W., HARTIG L Analysis of acrylamide in different foodstuffs using liquid chromatography-tandem mass spectrometry and gas chromatography- tandem mass spectrometry. Analytica Chimica Acta. 504: IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. International Agency for Research Cancer, Lyon, 60 - Some Industrial Chemicals: JAROSZ K., MUSZKAT T., SKIBNIEWSKI S., SUCHODOLSKI J., URBAŃSKI M Kontrola produkcji w przemyśle spirytusowym. WPLiS Warszawa: 312 ss. LISIŃSKA G Wartość technologiczna i jakość konsumpcyjna polskich odmian ziemniaka. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 511: LISIŃSKA G., LESZCZYŃSKI W Potato Science and Technology. Elsevier Applied Science, London, New York: LESZCZYŃSKI W Krytyczna ocena metod oznaczania zawartości skrobi w bulwach ziemniaka. Przem. Ferm. i Rolny 19(11): MOTTRAM D.S., WEDZICHA B., DODSON A.T Acrylamide is formed in the Maillard reaction. Nature 419: PEDRESCHI F., KAACK K., GRANBY K., TRONCOSO E Acrylamide reduction under different pre-treatments in French fries. J. Food Engin. 79: PEDRESCHI F., KAACK K., GRANBY K The effect of asparaginase on acrylamide formation in French fries. Food Chem. 109: PĘKSA A., TAJNER A Porównanie metody wizualnej z metodą obiektywną oznaczania barwy frytek ziemniaczanych. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu, Technol. śywn. VII: 244: PĘKSA A., TAJNER A., LISIŃSKA G Jakość ziemniaka smaŝonego. Cz. XII. Konsystencja frytek ziemniaczanych. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu, Technol. śywn. IX 281: ROMANI S., BACCHIOCCA M., ROCCULI P., DALLA R.M Effect of frying time on acrylamide content and quality aspects of French fries. Eur. Food Res. Technol. 226: ROSEN J., HELLENÄS K-E Analysis of acryclamide in cooked foods by liquid chromatography tandem mass spectrometry. The Analyst 121(7): TALBURT W.F., SMITH O Potato Processing. (4-ed.). AVI Van Nostrand Reinhold Comp. New York: TAJNER-CZOPEK A Konsystencja frytek ziemniaczanych w zaleŝności od zawartości i składu polisacharydów w surowcu. śywność, Nauka, Technologia, Jakość. Suplement 4(25): TAREKE E., RYDBERG P., KARLSSON P., ERIKSSON S., TÖRNQVIST M Analysis of acrylamide, a carcinogen formed in heated foodstuffs. J. Agric. Food Chem. 50(17): WILDE T., MEULENAER B., MESTDAGH F., GOVAERT Y., OOGNE W., FRASELLE S., DEMEULE- MEESTER K., PETEGHEM C., CALUS A., DEGROODT J-M., VERHE R Selection criteria for potato tubers to minimize acrylamide formation during frying. J. Agric. Food Chem. 53:

8 378 A. Tajner-Czopek, A. Kita, G. Lisińska WILLIAMS J.S.E Influence of variety and processing conditions on acrylamide levels in fried potato crisps. Food Chem. 90: YAYLAYAN V.A., WRONOWSKI A., PEREZ L.C Why asparagine needs carbohydrates to generate acrylamide. J. Agric. Food Chem. 51: ZGÓRSKA K Jakość ziemniaków jadalnych i do przetwórstwa spoŝywczego. Ziemniak Polski 4: Słowa kluczowe: akrylamid, frytki, temperatura smaŝenia, cukry redukujące Streszczenie Celem pracy było określenie wpływu temperatury i czasu smaŝenia frytek na zawartość akrylamidu w gotowym produkcie oraz na jego barwę i konsystencję. Stwierdzono, Ŝe zawartość akrylamidu we frytkach z surowca o zawartości cukrów redukujących 0,22%, wahała się od 15 do 567 ppb, w zaleŝności od temperatury smaŝenia. ObniŜenie temperatury smaŝenia o 15 C (ze 190 C do 175 C) powodowało obniŝenie ilości akrylamidu o ponad 30%. Frytki smaŝone w zakresie temperatur od 130 C do 190 C, charakteryzowały się właściwą barwą. ObniŜenie zawartości akrylamidu we frytkach, poprzez zastosowanie niŝszych temperatur smaŝenia rzutuje na cechy sensoryczne produktu. Frytki z ziemniaków odmiany Santana zachowały korzystne właściwości (konsystencja) przy zastosowaniu temperatury smaŝenia 175 C. Frytki smaŝone w temperaturze 190 C charakteryzowały się najwyŝszą zawartością akrylamidu. ACRYLAMIDE CONTENT IN FRENCH FRIES AS DEPENDED ON TEMPERATURE OF FRYING Agnieszka Tajner-Czopek, Agnieszka Kita, GraŜyna Lisińska Department of Food Storage and Technology, University of Environmental and Life Sciences, Wrocław Key words: acrylamide, French fries, frying temperature, reducing sugar Summary The purpose of the present study was to determine the time and temperature of French fries frying influence a acrylamide content on ready product, their colour and texture. It was stated that acrylamide content in French fries produced from a raw material of 0.22% reducing sugars content ranged between 15 and 567 ppb, as dependend on frying temperature. As the frying temperature decreased by 15 C (from 190 C to 175 C) the acrylamide content decreased by more than 30%. French fries were characterized by the proper colour if the frying temperature was from 130 C to 190 C. A decreasing of acrylamide content in French fries, by lowering frying temperature, affected the sensory properties of the obtained product. French fries prepared from

9 ZAWARTOŚĆ AKRYLAMIDU WE FRYTKACH Santana potato cultivar preserved profitable properties (consistence) in the case when the temperature of 175 C was used. The highest content of acrylamide was characteristic for French fries fried at the temperature of 190 C. Dr hab. inŝ. Agnieszka Tajner-Czopek Katedra Technologii Rolnej i Przechowalnictwa Uniwersytet Przyrodniczy ul. C.K. Norwida WROCŁAW tajner@wnoz.up.wroc.pl