ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 530: 371-379 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 N312 1718 33.
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 10 10 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
ZAWARTOŚĆ AKRYLAMIDU WE FRYTKACH... 373 5544. 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.
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.
ZAWARTOŚĆ AKRYLAMIDU WE FRYTKACH... 375 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
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. 2007. Determination of the acrylamide content in fried potato products. Materiały 3 rd International Conference on Quality and Safety in Food Production Chain Wrocław: 235-236. AOAC 1995. 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. 2003. Acrylamide in foods: occurrence, source and modeling. J. Agricul. Food Chem. 51: 802-808. BECALSKI A., LAU B.P-T., LEWIS D., SEAMAN S., HAYWARD S., SAHAGIAN M., RAMESH M., LECLERC Y. 2004. Acrylamide in French fries: Influence of free amino acids and sugars. J. Agricul. Food Chem. 52: 3801-3806. CZERKO Z., LUTOMIRSKA B., ZGÓRSKA K. 2008. Technologia uprawy i przechowywania ziemniaków przeznaczonych do przetwórstwa. Mat. Konf. Nauk. Ziemniak spoŝywczy i przemysłowy oraz jego przetwarzanie. 12-15 maja Szklarska Poręba. DURSTON J. 2004. The end of acrylamide? Potato Business World. 3(12): 2. FISELIER K., BAZZOCO D., GAMA-BAUMGARTNER F., GROB K. 2006. Influence of the frying temperature on acrylamide formation in French fries. Eur. Food Res. Technol. 222: 414-419. FRIEDMAN M. 2003. Chemistry, biochemistry, and safety of acrylamide. A Review J. Agric. Food Chem. 51: 4504-4526. GİKMEN V., PALAZO_LU T.K., ŞENYUVA H.Z. 2006. Relation between the acrylamide formation and time-temperature history of surface and core regions of French fries. J. Food Engin. 77: 972-976. GROB K., BIEDERMANN R., BIEDERMANN-BREM S., NOTI A., IMHOF D., AMREIN T., PFEFFERIE
ZAWARTOŚĆ AKRYLAMIDU WE FRYTKACH... 377 A., BAZZOCCO D. 2003. French fries with less than 100 µg kg -1 acrylamide. A collaboration between cooks and analyst. Eur. Food Res.Technol. 217: 185-194. GRUDZIŃSKA M. 2007. Stabilność cech technologicznych konsumpcyjnych bulw ziemniaka w czasie przechowywania. Rozprawa doktorska: 109 ss. HOENICKE K., GATERMAN R., HARDER W., HARTIG L. 2004. Analysis of acrylamide in different foodstuffs using liquid chromatography-tandem mass spectrometry and gas chromatography- tandem mass spectrometry. Analytica Chimica Acta. 504: 207-215. IARC 1994. Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. International Agency for Research Cancer, Lyon, 60 - Some Industrial Chemicals: 389-433. JAROSZ K., MUSZKAT T., SKIBNIEWSKI S., SUCHODOLSKI J., URBAŃSKI M. 1955. Kontrola produkcji w przemyśle spirytusowym. WPLiS Warszawa: 312 ss. LISIŃSKA G. 2006. Wartość technologiczna i jakość konsumpcyjna polskich odmian ziemniaka. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 511: 81-94. LISIŃSKA G., LESZCZYŃSKI W. 1989. Potato Science and Technology. Elsevier Applied Science, London, New York: 1-391. LESZCZYŃSKI W. 1975. Krytyczna ocena metod oznaczania zawartości skrobi w bulwach ziemniaka. Przem. Ferm. i Rolny 19(11): 22-24. MOTTRAM D.S., WEDZICHA B., DODSON A.T. 2002. Acrylamide is formed in the Maillard reaction. Nature 419: 448-449. PEDRESCHI F., KAACK K., GRANBY K., TRONCOSO E. 2007. Acrylamide reduction under different pre-treatments in French fries. J. Food Engin. 79: 1287-1294. PEDRESCHI F., KAACK K., GRANBY K. 2008. The effect of asparaginase on acrylamide formation in French fries. Food Chem. 109: 386-392. PĘKSA A., TAJNER A. 1994. Porównanie metody wizualnej z metodą obiektywną oznaczania barwy frytek ziemniaczanych. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu, Technol. śywn. VII: 244: 131-139. PĘKSA A., TAJNER A., LISIŃSKA G. 1995. Jakość ziemniaka smaŝonego. Cz. XII. Konsystencja frytek ziemniaczanych. Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu, Technol. śywn. IX 281: 41-53. ROMANI S., BACCHIOCCA M., ROCCULI P., DALLA R.M. 2008. Effect of frying time on acrylamide content and quality aspects of French fries. Eur. Food Res. Technol. 226: 555-560. ROSEN J., HELLENÄS K-E. 2002. Analysis of acryclamide in cooked foods by liquid chromatography tandem mass spectrometry. The Analyst 121(7): 880-882. TALBURT W.F., SMITH O. 1987. Potato Processing. (4-ed.). AVI Van Nostrand Reinhold Comp. New York: 1-796. TAJNER-CZOPEK A. 2000. Konsystencja frytek ziemniaczanych w zaleŝności od zawartości i składu polisacharydów w surowcu. śywność, Nauka, Technologia, Jakość. Suplement 4(25): 228-231. TAREKE E., RYDBERG P., KARLSSON P., ERIKSSON S., TÖRNQVIST M. 2002. Analysis of acrylamide, a carcinogen formed in heated foodstuffs. J. Agric. Food Chem. 50(17): 4998-5006. WILDE T., MEULENAER B., MESTDAGH F., GOVAERT Y., OOGNE W., FRASELLE S., DEMEULE- MEESTER K., PETEGHEM C., CALUS A., DEGROODT J-M., VERHE R. 2006. Selection criteria for potato tubers to minimize acrylamide formation during frying. J. Agric. Food Chem. 53: 6550-6557.
378 A. Tajner-Czopek, A. Kita, G. Lisińska WILLIAMS J.S.E. 2005. Influence of variety and processing conditions on acrylamide levels in fried potato crisps. Food Chem. 90: 875-881. YAYLAYAN V.A., WRONOWSKI A., PEREZ L.C. 2003. Why asparagine needs carbohydrates to generate acrylamide. J. Agric. Food Chem. 51: 1753-1757. ZGÓRSKA K. 2002. Jakość ziemniaków jadalnych i do przetwórstwa spoŝywczego. Ziemniak Polski 4: 14-20. 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
ZAWARTOŚĆ AKRYLAMIDU WE FRYTKACH... 379 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 25 50-375 WROCŁAW e-mail: tajner@wnoz.up.wroc.pl