調理方法電磁波・5G

食品中のアクリルアミド生成に及ぼすマイクロ波加熱の影響
Effect of Microwave Heating on the Acrylamide Formation in Foods

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www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7570677/

オンライン公開 2020 Sep 10.

要旨

アクリルアミド(AA)は、神経毒性および発がん性のある物質であり、近年、食品中に含まれていることが発見された。その生成に影響を与える要因の一つは、熱処理方法である。本総説では、食品の熱処理方法の一つであるマイクロ波加熱について、マイクロ波の照射が食品中のアクリルアミド生成に与える影響について考察する。さらに、従来の加熱とマイクロ波加熱を比較し、特に食品中のアクリルアミド生成に与える影響について検討した。利用可能な研究は、マイクロ波と従来の加熱のメカニズムに違いがあることを示している。これらの違いは、異なるプロセスによって有益にも有害にもなり得る。発表された研究は、高出力レベルのマイクロ波加熱が、従来の食品加熱処理よりも製品中に大きなAA形成を引き起こす可能性があることを示した。マイクロ波加熱食品中のアクリルアミドの高い含有量は、マイクロ波加熱と従来の方法での形成の違いによるものかもしれない。同時に、低出力での短時間のマイクロ波への曝露(ブランチングおよび解凍時)は、最終的な加熱処理中のアクリルアミドの生成を制限する可能性さえある。マイクロ波加熱が食品の品質に及ぼす有害な影響(例えば、アクリルアミドの集中的な生成)の可能性を考慮すると、この方向でのさらなる研究が行われるべきである。

キーワード:アクリルアミド、食品安全、メイラード反応、マイクロ波加熱、マイクロ波加工技術、家庭用電子レンジ

1. はじめに

食品産業では、安全で賞味期限の長い製品を提供するために、熱処理が行われている。ベーキング、ロースト、フライ、殺菌、またはマイクロ波加熱は、食品に有益な影響を与えることもあれば、不利な影響を与えることもある。熱処理による負の影響としては、食品中に自然に存在しない化合物の形成があり、特に変異原性、発癌性、または細胞毒性を持つ可能性がある[1]。これらの化合物は加工汚染物質と呼ばれ、食品加工中に完全に回避することはできない。しかし、これらの化合物の生成レベルを下げるために、技術的な処理を最適化することができる。化学汚染物質が消費者の健康や福祉に与える影響は、低レベルの暴露を何年も続けた後に顕著になる可能性がある(例えば、癌など)。食品の熱処理中に生成される有害化合物には、特に、複素環式芳香族アミン、ニトロソアミン、多環式芳香族炭化水素、5-ヒドロキシメチルフルフラル、フラン、アクリルアミド(AA)[1,2,3,4,5,6]が含まれる。特にアクリルアミドは、比較的最近になって検出された化合物であるため、注意が必要である。最も重要な課題のひとつは、工業的な食品加工だけでなく、消費者による食品調理においても、この毒素の生成を最小限に抑えることだ。家庭での調理方法の選択は、アクリルアミドのレベルに大きな影響を与える可能性がある。

技術の発展と工業的・家庭的調理技術の活用により、特定の食品品質を実現するための熱処理に関する知識は高まっている。数多くの研究により、熱処理が食品の物理的・化学的構造を変化させることが示されている[1,7,8,9,10,11]。さらに、食品中の有害化合物の生成には、加熱温度と時間だけが最も重要な要因ではないと考えられている。加熱処理方法も食品有害物質の生成(その種類とレベル)に関与していると考えられる[12,13,14,15,16,17,18,19].近年、マイクロ波加熱のような新技術は、従来の処理方法に代わるものとして、食品産業や家庭、ケータリングサービス、レストランで提供される食品に様々な用途があり、人気が高まってきている。マイクロ波技術の使用の増加は、従来の方法の欠点を克服するのに役立つという事実にも起因している[14,20]。

このレビューでは、食品産業におけるマイクロ波の使用について説明し、マイクロ波と従来の加熱方法の両方の結果として生じるアクリルアミドの形成に焦点を当てる。

2. アクリルアミドの構造と物性

アクリルアミド(CH2=CH-CO-NH2)は、炭素(50.69%)、水素(7.09%)、窒素(19.71%)、酸素(22.51%)からなる低分子有機化合物で、分子量は 71.08g である。1950年以降、工業的に合成されるようになった。ポリアクリルアミドは様々な産業や農業に利用されている[21]。1990年に行われた研究により、その毒性が証明され、それは疫学的研究でも確認された。その遺伝毒性は、体細胞や性細胞を用いた研究で証明された。動物実験(マウスとラット)では、アクリルアミドが癌細胞の形成を誘導することが観察された[3,4,7]。アクリルアミドの毒性はモノマー型のみであり、重合型ではヒトや動物への有害性は認められなかった。アクリルアミドは、摂取後、動物およびヒトにおいて急速に吸収され、全身に分布する。胸腺、肝臓、心臓、脳、腎臓、胎盤、母乳など多くの臓器に存在し、胎児や新生児に移行しやすい。ヒトを対象としたトキシコキネティック研究により、吸収されたアクリルアミドの60%近くが尿中に排泄され(86%)、未変化体のアクリルアミドは摂取量のわずか4.4%であることが示されている[3]。アクリルアミドはDNAと低い反応性を示す。しかし、反応性の高いエポキシド代謝物であるグリシダミドに代謝され、アクリルアミドとは対照的にDNAに安定な付加体を生じ、遺伝子変異や染色体を損傷する可能性がある[3,21,22]。1994年、国際がん研究機関 [23] は、アクリルアミドを「発がん性の可能性がある」化合物(グループ2A)に分類している。欧州連合の分類システムでは、アクリルアミドは発癌性物質および変異原として第2類に分類されている [24]。2010年、欧州化学品庁 [25] は、アクリルアミドを高懸念物質リストに追加した。

2002年以前は、アクリルアミドは自然には発生せず、化学合成の結果のみ発生すると考えられてた。しかし、2002年4月、スウェーデン国立食品局とストックホルム大学の研究者は、食品中のかなりのアクリルアミド含有量(30μg/kgから2300μg/kg)、特に高熱処理を施したジャガイモと穀物製品に含まれるという驚くべきデータを発表した[26]。同年、アクリルアミドが食品中に存在する有害物質のリストに追加された。食品中のアクリルアミドレベルとその摂取量に関する利用可能な研究に基づいて、世界保健機関は、食品からのアクリルアミドの平均摂取量を0.3~2.0μg/kg b.w./日のレベルと推定し[27]、さらに体重が少ないため子供の場合は数倍高くなると推定している[28]。その後まもなく、他の世界の科学センターは、高温処理されたデンプン食品、例えばチップス、ポテトチップス、パン、特にクリスプ、ビスケット、クラッカー、クッキー、朝食シリアルなどにおいて、さらに高いアクリルアミド含有量(最大で約12000μg/kg)を報告している。この化合物は、高熱処理された肉や魚、各種ファーストフード、菓子、チョコレート、甘いスナック、ココア、代用乳、ベビー粥などにも含まれてた。また、コーヒーにもかなりのアクリルアミドが含まれていることが判明している。ここ数年、いくつかの研究により、加熱処理後の牛乳や乳製品に含まれる低レベルのアクリルアミドが報告されている[3,4,29,30,31,32,33,34,35,36]。

現在では、食品中のアクリルアミドの主な生成経路はメイラード反応であることが認識されている[37](図1)。アクリルアミドは、加熱された食品中で、アミノ酸(アスパラギン)のアミノ基と糖のカルボニル基の縮合により生成される。この反応の結果、中間生成物であるシッフ塩基が生成され、直接アクリルアミドに変換されるか、またはアクリルアミドを生成する多くの反応を伴う後続工程の結果として生成される[6]。あるいは、非常に高温にさらされた食品で起こるStrecker分解の結果として、AAが生成されることもある。これまでの研究により、アクリルアミドの生成機構と、この化合物の生成におけるアスパラギンの重要な役割が確認されている。アクリルアミドの炭素骨格はアスパラギンに由来することが、標識した炭素原子と窒素原子を用いた質量分析によって確認されている[38]。また、α-ヒドロキシカルボニル化合物、特にフルクトースとグルコースは、α-カルボニル化合物よりも反応性が高く、アスパラギンをアクリルアミドに変換する効率が非常に高いことが明らかにされている。α-水酸基は、メイラード反応の全活性化エネルギーを低下させる結果、アスパラギンの分解に重要な役割を果たす。還元糖分子由来の炭素原子はアクリルアミドの形成には使用されず、アスパラギンのアクリルアミドへの変換をサポートするためにのみ使用される [4,21,30,31,37,39].

図1 メイラード反応によるアクリルアミド生成の簡略化された機構

アクリルアミド生成のもう一つの前駆体はアクロレインであり、これは油脂を煙点以上に加熱した際に生成される。高温になるとトリアシルグリセロールが加水分解されてグリセロールになり、そこから脱水してアクロレインが生成される。アクロレインはさらに酸化されてアクリル酸になり、アスパラギンの存在下でアクリルアミドを生成する。このとき、アクリル酸が炭素源となり、アスパラギンがアミノ基を供給する。その後、酸素の存在下でペルオキシラジカルがアクリルアミドの重合を開始させることができる[3,6,22]。

アクリルアミド(AA)は、メイラード反応やアクロレインの変換だけでなく、バクリル酸や小麦グルテンの変換、3-アミノプロピオンアミドの脱アミノ化、アスパラギンの酵素的脱炭酸の結果として加熱食品中に生成することがある [3,30,31,37,40]。しかし、非反応性マトリックス(デンプンまたはタンパク質)の存在により、メイラード反応がアクリルアミド形成の主要な経路であることに変わりはない。

食品中のアクリルアミド生成の主な決定要因は、アスパラギンおよび還元糖または反応性カルボニルである。その含有量は、主に食品の種や品種の特性、栽培、収穫、保存の方法によって異なる[15,17,41,42,43]。例えば、小麦粉では、アクリルアミドの形成は、硫黄欠乏に反応して劇的に増加するアスパラギンレベルで決定され、窒素供給では、より少ない程度に増加する。糖分濃度が低いジャガイモでは、アクリルアミドとその前駆体との関係はより複雑である。しかし、全遊離アミノ酸プールに占めるアスパラギンレベルが重要なパラメータであることが示されており、これは糖度が制限されている場合、メイラード反応への参加に関するアスパラギンと他のアミノ酸の競合がアクリルアミド形成を決定することを示している [28,41,42,43].さらに、製品中のAAレベルに影響を与える重要な要因は、高温(特に120℃以上)である[41]。アクリルアミドが最も多く含まれているのは、160-180℃以上に加熱された食品である[6,15,16]。一方、高温、特に200 °C以上での食品の長期加熱は、アクリルアミドの分解を促進する可能性がある[3,37]。プロセスパラメーターの慎重な選択は、熱処理食品中のAA含量を低減するための有効な手段として用いることができる[6]。また、ポテト製品や穀物製品の低湿度(10-20%)は、この化合物の生成を強めることが判明している[16]。多くの研究の結果、食品中のアクリルアミドの生成は水分活性が0.8以上0.4未満で制限され、水分活性の最適レベルは約0.4であることが示されている[6]。食品中のAAの生成はpH7-8で最も助長されるため、加工食品のpHの変化はこの化合物の含有量の減少につながる可能性がある。この観察はSalazarら[42]によって用いられ、トルティーヤチップスに石灰を加えるとAAの含有量が36-52%減少することが示された。これは、石灰の濃度がシッフ塩基の阻害を通じてニクタマリゼーション中のアクリルアミドを緩和する上で重要な役割を果たすことができるためと思われる。また、他の食品の添加もこの化合物の含有量の減少につながる可能性がある。Jingら[40]は、ソバの種子と新芽から得られた抽出物がアクリルアミドの生成とパンの品質に及ぼす影響を分析した。著者らは、これらの抽出物が、抽出物の種類によって、16.7-27.3%のAA含有量を減少させることを示した。また、総フェノール化合物含量、抽出物の抗酸化活性、アクリルアミドレベルの減少の間に有意な正の相関があることも実証された。食品中のアクリルアミド生成のメカニズムやそれに影響を与える要因について多くの研究が行われ、幅広い知識が得られているにもかかわらず、未だに多くの不確実性が存在している[3,21,30,31,43,44,45]。

数多くの研究により、食品中のアクリルアミド含有量は、平均100μg/kg未満、極端な例では高タンパク製品で10μg/kg未満でさえあり、高糖分製品では100-4000g/kgまで、大きく変化することが判明している。この化合物の最も高い含有量は、ポテトフライやロースト、ココアやコーヒーのロースト、パンやペストリー、穀物の熱処理などの熱処理を施した食品で測定された[3,16,30,31,32,46] (Table 1).

表1 各種食品中のアクリルアミド含有量 (µg/kg)

食品 µg / kg 参考文献
離乳食
シリアルベース(すぐに食べられる) 13  ]
インスタントシリアルベース 345  ]
キャンディーバー 54  ]
ビスケット 87  ]
ジャードベビーフード 32〜47  ]
すぐに食べられるシリアルベースの食事 13  ]
おかゆ 29  ]
乳児用調製粉乳 14  ]
フルーツピューレ 22  ]
ジュース 12  ]
パン
ぱりっとしたパン 443  ]
小麦のやわらかいパン 38  ]
その他のやわらかいパン 57  ]
シリアル製品
小麦およびライ麦ベースの製品 170  ]
ふすま製品と全粒穀物 211  ]
クラッカー 231  ]
ビスケットとウエハース 201  ]
ジンジャーブレッド 407  ]
パスタ 13  ]
ビール 14  ]
カカオ
カカオ(ココアケーキ100%) 347  ]
カカオ(ココア含有飲料粉末:砂糖と20%ココア粉末) 248
コーヒーとコーヒー代用品(ドライ)
ローストコーヒー(ドライ) 249  ]
インスタントコーヒー(ドライ) 710  ]
シリアルをベースにしたコーヒー(ドライ)を代用 510  ]
チコリをベースにしたコーヒー(ドライ)を代用 2942  ]
じゃがいも製品
フライドポテト 326〜328  ]
ポテトチップス 689–693  ]
自家製ポテトの揚げ物 234〜241  ]
オーブンで焼いた自家製ポテト製品 317  ]
その他の商品
焙煎したナッツとシード 93  ]
塩水にブラックオリーブ 454  ]
プルーンと日付 89  ]
パプリカパウダー 379  ]
魚とシーフード 25  ]
ミルクと乳製品 6  ]
ピザ 33  ]
緑茶焙煎 306  ]
砂糖と蜂蜜 24  ]
野菜 17  ]
野菜のポテトチップス 1846年  ]
乾燥および加工された果物 131  ]
乾物 121  ]

2002年以降、多くのヨーロッパ諸国が食品中のAAを監視している。多くの食品にこの化合物が含まれ、健康に悪影響を及ぼす可能性があることから、欧州委員会は食品中のアクリルアミドレベルのモニタリングに関する勧告[51]を発表した。2007年から2009年にかけての研究結果に基づき、欧州委員会は2011年1月に、食事中のこの化合物の主な供給源である食品中のアクリルアミド含有量の「指標値」に関する勧告を発表した[52]。これらの値は、安全性の閾値を構成するものではない。もしこの値を超えたら、これらの製品中のアクリルアミド含有量を減らすための適切な手段を検討する必要性を指摘すべきである。このようにして、食品中のアクリルアミドへの暴露に関連するリスクは制御され、規制されるべきなのである。2013年からの欧州委員会勧告[53]に示された「指標値」は、現在、欧州委員会規則2017[54]の値に置き換えられ、2019年には、これまで示されていなかった食品中のアクリルアミド含有量のモニタリング方法を規定した新しい規則が発表された[55]。2013年[53]と2017年[54]に推奨された基準値は、モニタリングによって特定の食品カテゴリーにおけるアクリルアミド含有量の減少が示されたため、引き下げられた[56,57]。

これまでに、多くの異なるアクリルアミド含有量削減戦略が “Toolbox “で開発された。Toolbox」は、AAを削減する様々な方法に関する情報を提供し、農学、レシピ、加工、最終調理の4つの分野を扱っている。このガイドラインは、新しい研究結果に基づいて定期的に更新されている[37,57,58,59]。しかしながら、食品中のアクリルアミドレベルを低減するために多くの国で努力がなされているにもかかわらず、その含有量はわずかであり、ジャガイモ製品や乳幼児向けの穀物ベースの食品など一部の製品においてのみ低減されているに過ぎない。同時に、ベーカリー製品やコーヒーなど他の食品カテゴリーでは増加傾向にある。このことは、「Toolbox」で提案されているすべてのツールが、食品のアクリルアミドレベルの低減には効果がないか非現実的であることを示しているのかもしれない[57]。このデータは、食品中のこの化合物の含有量を減らすことがいかに困難であるか、そして多くの食品におけるこの化合物の存在が常に問題であることを示している。

3. マイクロ波処理と従来の加熱との特徴とその応用

電磁波(マイクロ波)は、1940年代から利用されている。食品産業は、乾燥、ブランチング、調理、解凍、低温殺菌、ベーキング、加熱、脂肪溶解などのプロセスにおいて、マイクロ波エネルギーの最大の受益者である。マイクロ波オーブンは、日常生活でも食品の急速加熱、特にいわゆる「便利な食品」のために広く使われている[15,20,35,60]。食品加工へのマイクロ波の利用は、世界的に継続的に発展している。より速い加熱と高いエネルギー効率は,マイクロ波による食品加工の大きな利点である.しかし、マイクロ波処理には、食品の品質や不均一な加熱という点で、まだいくつかの問題がある[20,60]。

マイクロ波は、周波数が300 MHzから300 GHzまで変化する電磁波である。波長は1mmから1mで、赤外線と電波の中間に位置する。家庭用マイクロ波機器の周波数は2.45GHzが一般的である。産業用マイクロ波システムは、通信機器との干渉を避けるために、915MHzと2.45GHzの周波数で動作している[61,62,63]。

マイクロ波加熱は、製品がマイクロ波エネルギーを吸収し、それを熱に変換する能力によって引き起こされる。食品のマイクロ波加熱は、主に双極子機構とイオン機構によって起こる。食品を電子レンジに入れると、さまざまな食品成分が異なる挙動を示す。マイクロ波による食品の加熱を可能にする主な成分は水分である。食品中の水分量が多いほど、加熱速度は速くなる [62]。水分子を除いて、食品成分の極性粒子も強い電磁場の作用を受け、極性分子が回転することになる。この非常に高い回転数により、水分子と食材の極性粒子は非常に速い速度で衝突する。これが分子間の摩擦を生み、熱を発生させる。熱は伝導、対流、輻射によって食品中を流れるため、食品は温まる[63]。

マイクロ波加熱は、湿った生物材料の表面だけでなく、その内部でも行われる。従来の熱処理では、エネルギーは製品表面から内部への伝導によって伝達される。これは、主に温度勾配と製品の熱伝導率に依存する。従来の加熱方法と比較して、マイクロ波加熱技術には、体積加熱、高い加熱率、短い処理時間など、いくつかの利点がある。さらに、操作や制御が便利で、エネルギー効率が高く、設置や清掃が簡単で、起動時間が短いなどである。[64]. これらの利点から、電子レンジは今日、一般的な家電製品となっている。したがって、食品産業は家庭や外食産業向けに電子レンジで加熱できる製品を開発してきた。マイクロ波加熱は,食品産業においても,バルク冷凍食品(肉,魚など)のテンパリングや解凍,ベーコンやソーセージの調理,パスタや野菜の乾燥,さらには農産物の虫の駆除,野菜のブランチング,酵素の不活性化,パンの低温殺菌,ハムやソーセージの乳化保存,食品の滅菌などにうまく利用されてきた.まとめると、マイクロ波の代表的な用途は、ブランチング、乾燥、解凍、テンパリング、低温殺菌、滅菌、ベーキング、調理などである[8,62,63,64,65,66]。

3.1. ブランチング

ブランチングは食品産業で行われている単位操作であり、食品材料を熱水、蒸気、酸や塩を含む沸騰溶液、またはマイクロ波アプリケータに浸すことによって行われる。このプロセスは一般的に、さらなる加工(冷凍、フライ、乾燥、缶詰、または殺菌)の前に、野菜や一部の果物の色保持と酵素の不活性化のために使用されている[63]。従来のブランチング法は、重量損失、溶出、および糖、ビタミン、ミネラルなどの栄養成分の劣化といった重大な問題と密接に関連している。マイクロ波ブランチングは、従来のブランチングと比較して、栄養成分の損失が少ないことが分かっている。従来の方法に対するマイクロ波ブランチングの利点は、操作の速さ、追加の水の必要性、エネルギーの節約、正確なプロセス制御、および起動と停止時間の短縮も含まれる[61,63,67,68]。しかし、食品のさまざまな部分に水分やイオンの不均一な分布があるため、マイクロ波加熱は不均一な加熱の問題につながり、不均一なエネルギー分布は製品にホットポイントとコールドポイントを引き起こし、この加熱方法はより不均質なものとなっている。

3.2. 乾燥

食品の乾燥の目的は、物理的および化学的な組成を変えずに保存安定性を高めることだ。乾燥は、食品産業において最も時間とエネルギーを消費する工程の一つである。このため、新しい方法が熱心に模索されており、その一つがマイクロ波乾燥であると思われる。マイクロ波乾燥は、熱と物質の移動を伴う複雑なプロセスであり、体積加熱に基づくものである[20]。食品内部で蒸気が発生し、食品材料の表面に向かって運ばれるため、熱伝導率が高くなり、従来の加熱よりもはるかに速い温度上昇を実現する。一方、従来の乾燥では、最初に表面から水分が飛ばされ、残った水分がゆっくりと表面に拡散していく[20,62,67]。マイクロ波乾燥の大きな欠点は、最終製品の温度制御が困難なことだ。高いマイクロ波出力で高温にすると、栄養素、特に熱に弱い成分が大きく破壊される可能性がある。

マイクロ波エネルギーを従来の乾燥を含む他の乾燥方法と組み合わせることで、食品の品質だけでなく、乾燥効率も改善できることがわかった[5,20,67]。マイクロ波による空気乾燥は、食品、特に果物や野菜の乾燥の最終段階で役立つことが分かっている。これは、乾燥速度を上げ、乾燥製品の再水和能力を高め、また収縮の問題を克服するものである[5,63,69]。

3.3. 解凍とテンパリング

食品産業におけるマイクロ波の最も成功した応用の一つは、マイクロ波による解凍とテンパリングである。冷凍された肉、魚、野菜、果物、バター、濃縮ジュースなどは、多くの食品製造業で一般的な原料である。冷凍材料を扱える工程はほとんどなく、通常、更なる処理の前に解凍するかテンパリングを取るかのどちらかである[67,70]。従来の解凍とテンパリングの主な問題は、大きなスペースと長い時間が必要で、化学的および細菌学的な劣化を引き起こす可能性があることだ。冷凍食品を解凍すると、食品の表面積が最初に温度上昇し、冷凍食品では制限されていた細菌の増殖が再開される可能性がある[60]。マイクロ波エネルギーの使用はこの問題を解決し、熱が食品の内部から表面まで一緒に発生するため、マイクロ波解凍は他の方法より速いプロセスとなる[67]。マイクロ波解凍の主な欠点は、やはり均一に発生しないことで、この現象はランナウェイ加熱として知られている。マイクロ波テンパリングは、最も一般的な解凍プロセスと比較していくつかの利点がある。とりわけ、小さなコストで大量の冷凍製品を扱うことができ、高い歩留まりがあり、水や空気を使った従来のテンパリング技術と比較して細菌の増殖がなく小さなスペースで行うことができる。このプロセスは、肉、魚、鶏肉産業がさらなる加工に成功し、酪農産業はバターや冷凍食品のテンパリングにこの技術を利用し、バターのバルク冷凍中に腐敗する可能性を低減している[63,67]。

3.4. 低温殺菌と滅菌

低温殺菌は、食品を消費するのに安全なものにするために、主要な病原体を殺し、植物性細菌と酵素を不活性化するために、食品に比較的穏やかな熱処理を行うプロセスである。多くの場合、牛乳やフレッシュジュースなどが低温殺菌されており、健康に関連する危害を除去するために必要な最低限の工程が行われている。しかし、熱処理を施しても細菌の芽胞は死滅しないため、室温では安定した製品にならない。冷蔵保存の場合、2~6週間の賞味期限が期待できる。滅菌は、食品に対するより厳しい熱処理である。このプロセスは、製品の商業的無菌性を達成し、長期的な貯蔵安定性を与えるように設計されている[63,71]。従来の加熱殺菌は主に加熱によって行われ、熱伝導が遅く、殺菌時間が長いという特徴があり、食品の品質に深刻な影響を与える。そのため、多くの著者は、マイクロ波加熱が従来の加熱よりも低温殺菌や滅菌に好ましいと主張している。

電磁界が熱を伴わずに微生物を殺す可能性を説明するために、いくつかの理論が提示された。一部の研究者は、マイクロ波加熱が微生物の破壊や酵素の不活性化に対して、非熱的または強化された熱的効果を有すると主張している。しかし、多くの研究者は、熱エネルギーと比較した電界の分子効果を否定しており、現在も否定し続けている[63,71,72,73,74,75]。米国食品医薬品局[76]によると、微生物の破壊と酵素の不活性化に対するマイクロ波プロセスの追加的不活性化または非熱的不活性化効果は、程度が不十分であるとされている。したがって、マイクロ波加熱による微生物の不活性化動態を記述する場合、熱効果のみをモデルに含めることが推奨される[76]。何年も経過し、多くの研究がなされているにもかかわらず、この問題はまだ議論の余地がある。マイクロ波と誘電加熱の効果は、明らかに知識のギャップがある分野であり、さらなる研究が必要である[63,71,72,73,74,75]。

食品産業におけるマイクロ波殺菌・滅菌の使用には、多くの制限がある。食品に適用されるマイクロ波技術の分野の専門家によって実施された多くの最近の研究の結果は、連続流マイクロ波低温殺菌器が牛乳やジュースの処理に使用できることを示している。調理済み食品のマイクロ波殺菌も、米国の産業界はまだこの技術の採用に消極的であるが、欧州諸国では商業的に成功していることが判明している[63,77]。しかし、マイクロ波エネルギー源による従来の加熱の置き換えは、実際の加熱と不活性化のメカニズム、多層食品中の温度分布、その他の重要な要因を理解しない限り不可能である。低温殺菌と滅菌はどちらも、意図した目標致死率を達成するために食品に適用される時間-温度の組み合わせプロセスに基づいている[71]。マイクロ波殺菌の主な欠点は、実際の温度プロファイルが利用できないことだ。数カ所の温度を測定しても、マイクロ波加熱中の製品の実際の温度分布は保証されない。なぜなら、加熱パターンは不均一で、予測や加熱中の変化が困難な場合があるからである。さらに、マイクロ波加熱処理によって食品の品質保持が良くなるとは限らない。品質、感覚、栄養素のいずれかの劣化速度論は、従来の熱処理と比較して、食品の性質、食品の形状、誘電特性、オーブンの設計などの多くの要因に依存する[72,75]。食品の誘電特性は、加熱処理中に大きく変化する。誘電特性のこれらの変化は、従来の熱処理ではそのような要因は深刻ではないものの、加熱パターンに定性的に影響を与える可能性がある。この研究では、食品のマイクロ波殺菌について、栄養品質保持と微生物除去の点で、以前の結果と比較してより良い結果が示された。しかし、食品全体における均一な温度プロファイルは、明確に確認されていない[63,74]。

3.5. 調理と焼成

調理は、電子レンジの最も身近なアプリケーションの一つである。マイクロ波加熱は非常に急速であるため、短時間で製品を目的の温度まで持っていくことができる。電子レンジは、特に家庭で少量の食品を調理するのに適している。そのため、電子レンジは一般家庭でも当たり前のように使われており、日常的に使う機器としてそこに定着している。その主な機能は、やはり調理済み、あるいは調理済みの食事を再加熱することだ。その普及は留まるところを知らない。そのため、近年、食品加工業者は、増え続ける消費者グループの需要に応えるため、適切な包装材料を用いた多くの新世代の電子レンジ用食品を開発してきた。実証されたように、マイクロ波調理で保持される食品の栄養特性はかなり良好であるが、調理された料理の典型的な風味を達成することはできない。したがって、マイクロ波処理と従来技術の新しい組み合わせ技術が推奨される[63,78]。

マイクロ波を用いた焼成に関する報告は多数ある[20,30,61,63,64,65,67,78].多くの場合、マイクロ波と従来のベーキングの比較が行われている。マイクロ波ベーキングに関連する品質上の問題には、製品の高さの減少、緻密またはグミのような食感、クラムの硬さ、最終焼成製品の好ましくない水分勾配が含まれる。熱風を用いた従来のベーキングでは、適切な色と食感が得られる。マイクロ波焼成では、パンなどの表面の十分な褐色とクラスト形成は不可能である。また、マイクロ波加熱時は、食品の周囲の空気が冷たく、食品から蒸発した水分が冷気と接触して結露し、食品のパリパリ感が損なわれる。その他の理由としては、マイクロ波と他の加熱機構の違いや、製剤中の各成分とマイクロ波エネルギーとの特異的な相互作用が挙げられる。処理時間を短縮し、製品の品質を向上させるために、マイクロ波と他の加熱システムの組み合わせが推奨されている[63,64,79]。

4. マイクロ波加熱におけるアクリルアミド

食品中のアクリルアミド生成に対する従来の加熱方法の影響は、比較的よく知られている。アクリルアミドの反応収率には、加熱処理方法、加熱温度、加熱時間、糖化合物の濃度や種類、水分量など、様々な要因が影響する。このアクリルアミド生成に対する加熱処理方法の温度と時間の主効果は、多くの研究者によって報告されている [4,6,12,15,35,80,81,82,83,84,85].いくつかの研究では、マイクロ波処理によって従来の加熱方法と同様にメイラード反応が促進されることが示されている。このことは、アクリルアミドの生成メカニズムが従来の加熱法と同様であるかどうか、また、どちらの処理(従来法とマイクロ波)がより多くのアクリルアミドを生成するかという疑問を提起している。これまでのところ、マイクロ波がアクリルアミドの生成や食品成分間の相互作用に及ぼす影響についての情報はあまりにも少ない。一部の著者は、従来の加熱方法と比較して、マイクロ波加熱ではより多くのアクリルアミドが生成される可能性があることを示唆している[15,35,84,85,86,87,88]。この理由として考えられるのは、マイクロ波は熱伝導のための媒体を必要とせず、食品内部に熱エネルギーを発生させる能力があるため、食品内の温度を素早く上昇させることができるということだ。熱伝導率の低い食品はすぐに高温になるが、通常の加熱ではこのようなことは起こらない。したがって、マイクロ波加熱はアクリルアミドの発生に有利な媒体を提供し、おそらくその形成と動態に大きな影響を与える。Juodeikieneら[89]は、真空マイクロ波処理後のトウモロコシ製品中のアクリルアミド含有量が、赤外線照射と比較して49.5〜74.3%高いことを示した。Chenら[90]は、マイクロ波でパフ化したエビチップは、揚げたものよりも多量のAAを含むことを報告した多くの研究が、マイクロ波加熱されたジャガイモ製品における大量のアクリルアミドの形成について懸念している(表2)。Michalakら [84] は、チップスやウェッジなどの冷凍された調理済みポテト製品の電子レンジ加熱は、他のどの調理方法よりも最終調理製品に高いレベルのアクリルアミドをもたらすことを発見した。Hamidら [82]は、ポテトフライの様々な解凍方法を分析し、解凍条件はフライ中のアクリルアミドの形成に大きく影響しないものの、調理済み製品のアクリルアミドと油分の含有量が(比較的)低く、望ましい色の特性を持つことから、マイクロ波解凍が最良の方法であると指摘した。著者らはまた、フライドポテトにおけるアクリルアミドの生成を減らすために、冷凍パラフライポテトストリップの製造業者は、パッケージ上のフライ指示の一部として、解凍に電子レンジを使用することを明記すべきだと結論づけている。Tarekeら [33] は、電子レンジで加熱したおろしポテトに多量のアクリルアミド(551μg/kg)を見つけ、フライ処理した同じポテトサンプル(447μg/kg)よりさらに高いことを示した高槻ら [86] は、マイクロ波による前処理を施した焼き芋、アスパラガス、グリーングラムの新芽は、前処理なしの製品よりも高いAA濃度を報告している。Michalakら[15]が行った実験では、電子レンジで加熱したコロッケの平均AA含有量は、焼き(360μg/kg)、揚げ(298μg/kg)、フライ(285μg/kg)のサンプルよりも有意に高い(420μg/kg)ことが示された。これらの研究により、食品への熱の伝わり方がAAの生成速度に大きな影響を与えるようであり、マイクロ波加熱は従来の食品加熱処理よりも製品にアクリルアミドを生成させる可能性があることが示された。

表2 異なる食品中のアクリルアミド含量(μg/kg)に及ぼす従来の処理方法とマイクロ波処理方法の影響
食品 準備方法 アクリルアミド(µg / kg) 参考文献
フライドポテト 最終準備前 416  ]
パンフライ180°C/3分 561
180°C/3分の揚げ物 597
220°C/10分の焙煎 727
電子レンジ220°C(700 W)/10分 790
180°Cで揚げる/1〜8分 21〜231  ]
電子レンジフライ315W/ 1〜10分 46〜182
電子レンジフライ430W/ 1〜8分 44〜337
電子レンジで600W/1〜6分 23〜172
180°C/3.5分で解凍して揚げる 85  ]
室温での解凍。180°C/3.5分で揚げる 84
チラーで解凍(5°C一晩)し、180°C/3.5分で揚げる 77
電子レンジで解凍(電力30%/ 5分)、180°C/3.5分で揚げる 106
ポテトパンケーキ 最終準備前 286  ]
パンフライ180°C/3分 437
180°C/3分の揚げ物 422
220°C/10分の焙煎 564
電子レンジ220°C(700 W)/10分 694
ポテトチップス 180°C/4分揚げる 645  ]
電子レンジ750W/2.5分 897
160°C/7分で揚げる 3110  ]
180°C/6分で揚げる 3604
電子レンジ750W/3分 5184
160°C(200 W)/ 30〜150秒での電子レンジフライ 542–895  ]
170°C(400 W)/ 30〜150秒での電子レンジフライ 669〜1739
180°C(800 W)/ 30〜150秒での電子レンジフライ 1139–11,423
すりおろしたジャガイモ 揚げる 447  ]
電子レンジ 551
じゃがいも 220°C/5分のベーキング 約70  ]
150 W / 60秒の電子レンジ調理とベーキング(220°C / 5分) 約 180
アスパラガス 220°C/5分のベーキング 約 90
150 W/60秒の電子レンジ調理と220°C/5分のベーキング 約 160
緑の芽 220°C/5分のベーキング 約 340
150 W/60秒の電子レンジ調理と220°C/5分のベーキング 約 580
ピスタチオ 57  ]
天日干しされた 93
100°C/5分から150°C/5分までの熱風焙煎 塩漬け 130〜463
無塩 204〜594
75 V/10分から95V/ 30分までのIR(赤外線)焙煎 塩漬け 242–697
無塩 318〜851
電子レンジ焙煎フォーム180W/12分から360W/16分 塩漬け 105〜307
無塩 119〜344
調理済みの小麦粉ベースのコロッケ 最終準備前 190  ]
180°C/5分のパンフライ 285
揚げる180°C/5分 298
200°C/10分の焙煎 360
電子レンジ200°C(700 W)/10分 420
ひよこ豆粉のバッター配合のフライドチキン 揚げる(180°C / 5分) 110  ]
電子レンジで揚げる(180°C / 350W / 2分) 79
米粉の衣を使ったフライドチキン 揚げる(180°C / 5分) 111
電子レンジで揚げる(180°C / 350W / 2分) 73
大豆粉の衣を使ったフライドチキン 揚げる(180°C / 5分) 100
電子レンジで揚げる(180°C / 350W / 2分) 76

一方、いくつかの著者は、マイクロ波加熱下で食品にアクリルアミドが生成されないことを示した[91,92,93]。Burch [93]は、皮付きのまま電子レンジで加熱した新鮮なジャガイモには、無視できるレベルのアクリルアミドが含まれていることを発見した。Sansanoら[94]は、マイクロ波によるフライは、油で揚げたものに比べて37%から83%のAA減少をもたらしたと指摘した。Asadiら[12]は、ピスタチオのマイクロ波ローストは、IR法(318μg/kg)や熱風(204μg/g)よりも少ないアクリルアミド(119μg/kg)を生成することを示した(表2)。マイクロ波によるフライがアクリルアミド生成に及ぼす影響について、鶏肉のコーティング部分でも調査した。マイクロ波によるフライは、従来のフライと比較して、異なる種類の小麦粉で調製したコーティングにおいて、より明るい色のサンプルと低いアクリルアミド生成をもたらした[92]。米を含む衣で最も高いアクリルアミドレベルの減少(34.5%)が観察された。また、一部の著者は、マイクロ波への短時間の曝露(ブランチングと解凍)により、最終熱処理中のアクリルアミドの生成を制限する可能性さえあると報告している。これらの操作により、揚げ時間が短縮され、それゆえアクリルアミドの形成が少なくなる[78,95]。Akkarachaneeyakornらの研究[96]では、マイクロ波-熱風の組み合わせは、従来の焙煎工程と比較して、アクリルアミドが減少したコーヒー、チョコレート、ブラックモルトの製造に有効な方法であることが示されている。この減少は、総焙煎時間が短縮された結果であった。著者らによれば、このような複合焙煎プロセスは、AA の生成を抑えるために通常高温で長時間処理されるローストコーヒーなどの製品に応用できる可能性があるという。Al-Ansiら[78]は、アクリルアミド含有量の減少に対するマイクロ波処理の有益な効果を確認した。彼らは、従来の(190℃/10分)焼きビスケットとマイクロ波(700W/90秒)焼きビスケットのこの化合物のレベルを比較し、マイクロ波焼きビスケットで10%少ないアクリルアミド含有量が検出されることを決定した。著者らは、生地に異なる量のブラッククミンシードを加えた後、より大きなアクリルアミドの減少を観察し、その結果、従来の焼成ビスケットでは17%から53%、マイクロ波焼成では23%から68%にAAが減少した。著者らによると、このような大きなアクリルアミドの減少はブラッククミンシードに含まれる抗酸化物質によるもので、アクリルアミドレベルと様々な方法で測定した抗酸化活性の間の相関係数が高く、統計的に有意な負の値であることが確認された。

食品中のAA生成に対するマイクロ波加熱の効果に関する矛盾した結果は、主に、様々な試験で使用されたマイクロ波加熱パラメータ(マイクロ波出力、加熱時間)の違い、および水分活性レベルを含む加熱食品の化学組成と種類に起因すると思われる。水分子を含む食品成分のこれらの極性粒子は、強い電磁場の作用を受け、その結果、製品内部に熱エネルギーが発生し、温度が上昇するだけでなく、食品成分間の反応も促進される。化合物間の相互作用の種類と強さは、電磁場の強さ、その周波数、波の種類、変調度、および照射時間によって大きく左右される。ほとんどの著者は、マイクロ波加熱パワーの増加に伴い、アクリルアミド含有量が増加することを報告している[35,90,94,97]。Sansanoら[94]は、短時間処理(1〜5分)の場合、マイクロ波加熱パワーの増加とともにアクリルアミド含有量が減少することから、処理時間に依存することを指摘した。電子レンジで揚げたポテトストリップについて行われた研究では、430Wから600Wへの出力増加により、AA含有量が約2倍減少した。著者らは、サンプルの中心から流れる蒸気が、生成したアクリルアミドとその前駆体の両方を引きずるプロテクター効果によるものではないかと論じている。マイクロ波加熱のパワーを5分以上上げると、アクリルアミド含量が増加し、さらに工程を延長すると、この化合物の分解が起こっていると考えられるため、含量が減少した。Elfaitouriら[97]は、ポテトチップスをフライする際に使用する電力を200Wから800Wに上げると(温度を160℃から180℃に上げると)、アクリルアミド含有量が数倍増加することを報告している。彼らは、フライ工程の時間に関連するこのような明確な傾向を示さなかったが、マイクロ波食品加工の時間の増加に伴うアクリルアミド含有量の増加の関係は、他の著者によって確認された[12,35,83,89]。Chenら[90]は、エビチップのマイクロ波加熱時間を40秒から80秒に延長すると、アクリルアミド含有量はほぼ20倍に増加すると報告している(プロセスは900Wで実施)。

Yuanら[35]は、炭水化物を多く含む食品加工に使用するマイクロ波の出力は、可能な限り低くすべきであると提案している。彼らは、煮る、揚げるなどの従来の加熱と比較して、強いマイクロ波処理は、アスパラギン/フルクトースおよびアスパラギン/グルコースの両方のモデル系とポテトチップスのAA形成に有利であることを報告した。Zyzakら [88] は、このアクリルアミド生成のメカニズムの重要性を確認するために、アスパラギンの酵素分解後にどの程度の量のこの化合物が生成されるかをテストした。この目的のために、彼らはスナック菓子の製造に使用される電子レンジで加熱したマッシュポテトのスラリーにアスパラギナーゼ(アスパラギンをアスパラギン酸とアンモニアに加水分解する触媒作用)を添加した。その結果、酵素を添加したサンプルは、添加しない場合と比較して、アクリルアミドの生成量が99%以上減少することが確認されたこのことから、アクリルアミドの生成には、アスパラギンと反応性カルボニル基が主要な役割を担っていることが確認された。

Yuanら[35]は、ポテトチップスのマイクロ波加熱中のアクリルアミドの生成は、pH値に大きく依存することを明らかにした。pH 3.0 では、この化合物は全く検出されなかったが、加熱時間を延長し、pH 値を 4.0 から 8.0 まで上げると、AA 含有量が集中的に増加した。5分以上の加熱により、pH8.0ではpH4.0に比べ約3倍の速さでこの化合物が生成された。pH 3.0でアクリルアミドが生成しないことについて、著者らは、アスパラギンのほとんどの基と糖の環がプロトン化した状態で生成し、アスパラギンと糖の反応を防いだと説明している。

Sansanoら[94]は、食品中の水分がアクリルアミドの生成に及ぼす影響を強調している。著者らは、マイクロ波処理のパラメータが増加するにつれて、水流の保護が失われ、アクリルアミド含量が大幅に増加すると主張している。製品表面を湿潤に保つことは、焼き菓子や揚げ物におけるアクリルアミドの生成を非常に制限することが示された[98]。一方、フライ中に製品表面から外部油へ気化した水が噴射されると、非常に不安定で揮発性の化合物である生成されたアクリルアミドとその前駆体の一部が掃き出されることになる。この揮発現象は、マイクロ波が適用された場合、体積加熱と大きな水流により悪化する[94]。

上記の酵素とブラッククミン種子の使用に加えて、食品加工中に形成されるアクリルアミドの含有量を減少させることができる他の化合物も使用することが勧められる。Asadiら[12]は、塩の添加がマイクロ波加熱ピスタチオのアクリルアミドの形成に影響を与えることを示した(表2)。加塩ピスタチオのマイクロ波ローストは、同時にローストした無塩製品と比較して、より少量のアクリルアミドを形成し、これは著者らによると、その水分量に関連している。塩漬けのために、ナッツは20%のNaClを加えた水に浸され、焙煎時間の一部はピスタチオの乾燥に費やされたことになる。Maanら[6]は、様々な種類の加熱食品中のアクリルアミド含量を低減する上で、食品に添加される塩、およびその他の様々な種類の添加物(例えば、ニコチン酸、クエン酸、グリシン)の重要性も強調している。Chenら[90]は、異なる量のカルシウム塩を強化したマイクロ波パフ化エビチップのアクリルアミド含量を分析し、アクリルアミド形成の最大の緩和は、0.1%の乳酸カルシウムを加えた場合に得られることを示唆した。これは、カルシウムイオンを添加することで、高温でのアスパラギン-マトリックス相互作用の安定性が高まり、メイラード反応の際にアスパラギンがカルボニル前駆体と反応してアクリルアミドを生成するのを防いだためであると考えられる。

アクリルアミド含有量を低下させるもう一つの成分は、強い抗酸化作用を持つフェノール化合物[11,40]である可能性がある。Zhangら[99]は、マイクロ波加熱を利用して、アスパラギン、グルコース、24種類のフラボノイドを添加したポテトベースのモデルシステムで用量反応効果を調査した。彼らは、すべてのフラボノイド分画がアクリルアミドの生成を抑制し、そのうちのいくつかは、この化合物の生成を最大91.9%まで減少させることができることを示した。著者らは、この作用を、フェノール類がメイラード反応において還元糖のカルボニル基と競合し、アクリルアミドの生成に影響を与えるのではないかと説明した。フェノール化合物によるアクリルアミド低減の程度は、異なる種類のフラボノイドのアルコール性水酸基の代わりにフェノール性水酸基の数に密接な相関があることが示された。Soncu and Kolsarici [100] も、AA含量の低減にフェノール化合物が有益な効果をもたらすとし、これらの化合物を大量に含む緑茶抽出物を鶏肉製品に添加することを推奨している。彼らは、カテキンのラジカル捕捉効果、または緑茶に含まれるカテキンによるメイラード反応の阻害が、アクリルアミド生成の減少のための可能な説明と考えられると主張している。

Elfaitouriら[97]は、揚げ物に使用する脂肪の影響を調査し、酸化的安定性の高いものを使用すると、アクリルアミドの生成が少なくなることを示した。フライ油の鮮度の重要性と、新鮮な油を使用することでアクリルアミドの生成が少なくなることは、Leeら[10]でも確認されている。著者らは、揚げ物に使用する油脂の鮮度にかかわらず、アクリルアミドが生成されるため、油を全く使用しないことが最も有利であると結論付けている。

文献に示された研究結果をまとめると、冷凍食品のマイクロ波ブランチングまたは予備解凍は、他の熱マイクロ波食品処理とは対照的に、アクリルアミドの形成に大きな変化を起こさないと結論づけることができる。マイクロ波ブランチングや解凍、あるいは初期のマイクロ波加熱において、短い処理時間、低い加熱温度、および電子レンジの比較的低い出力レベルは、品質損失、特にアクリルアミド生成の低減に有利である。したがって、風味および食感の望ましくない変化、ならびに栄養損失を最小限に抑え、アクリルアミド生成量を低減するために、マイクロ波への短時間の曝露を推奨することができる。しかし、上記の処理とは対照的に、マイクロ波加熱食品の中には、より過激な処理パラメータを使用すると、アクリルアミドが容易に生成されるものがある。

マイクロ波が食品素材に影響を与えるメカニズムは数多く存在する。2005年、Rydbergら[101]は、マッシュポテトに対するマイクロ波加熱の影響について研究し、アクリルアミドの生成は試料の熱分解とともに進行することを示した。この実験では、加熱時間を100秒から150秒に延長すると、アクリルアミド含量の増加は140倍になった。マイクロ波加熱は、主に局所的な熱分解をもたらす不均一加熱により制御不能な変動を生じた。他の研究では、食品中のAAはアスパラギンの熱分解フラグメントから生成され、この反応はメイラード活性ジカルボニルおよびヒドロキシカルボニル前駆体の同時熱分解によって促進されることが示唆された [102]. Fernándezら[66]は、マイクロ波加熱が熱分解プロセスに有利であることも報告している。このことから、従来の方法とは異なり、マイクロ波加熱は、メイラード反応におけるAA前駆体の激しい同時熱分解に大きく起因して、アクリルアミド生成を生成することができるという結論に至った。熱分解過程の強さは、電磁場の強さ、その周波数、波の種類、変調度、照射時間などに関連していると考えられる。さらに、最近の研究により、マイクロ波の特定の効果、例えば、これまで熱的要因の効果として頻繁に考えられてきた微生物細胞の生物学的構造に対する効果についての証拠がより多く得られている[103,104]。したがって,AAの生成を含むマイクロ波加熱下での食品の変化は,熱的要因だけでなく,他の要因による変化の激化も考慮する必要があると思われる.これらの反応のメカニズムは明らかではないため、マイクロ波加熱時のアクリルアミドの生成についてより深く理解するためには、さらなる研究が必要である。今後、マイクロ波加熱は、工業的な食品保存と家庭での一般的な調理方法としての家庭用加熱の両方で利用が増えると思われるので、このことは重要である。

従来の加熱とマイクロ波加熱の重要な違いの一つは、前者は製品表面に強い褐変を引き起こし、後者は引き起こさないことである[105,106]。従来の加熱の際にメイラード反応や糖のカラメル化によって生じる褐色の表面は、脱水を伴う高温の結果である[101,102]。マイクロ波加熱の場合、電子レンジ内の冷たい周囲温度により、電子レンジで焼いた製品の表面冷却が起こり、表面温度が低いため、メイラード褐変反応の形成が妨げられる。その結果、電子レンジで加熱した製品は、伝統的に焼いた製品ほどおいしくはない。多くの研究者が、フライドポテトやクリスプブレッド、コーヒー、ビスケットなどのパンなど、多くの食品の褐変強度とAA含有量を関連付けている[16,46,67,107,108,109,110,111,112,113]。一部の著者によると、技術的な処理中の食品の褐変は、アクリルアミド含有量の指標として使用される可能性がある[17,114,115]。Surdykら[113]は、アクリルアミドの形成は表面反応であり、99%以上のAAが従来の方法で加熱された食品の表面層-例えば、焼成後のパン粉に形成され、パン粉にはわずか1%であると報告しており、表面の色とパン粉中のアクリルアミド含有量の間に大きな相関関係があることを示している。マイクロ波加熱された食品の表面は湿ったままで、クラスト、味、色、そしてAAの形成は制限されている[85,86]。表面の褐変はローストやフライ食品に典型的な現象であり、アクリルアミドレベルと相関するが、しかし多くの研究が、食品の褐変をより引き起こさないマイクロ波加熱は、従来の加熱よりもアクリルアミド形成をより多く引き起こす可能性があることを示した [15、35、85、86、87]. 従来の加熱と異なり、マイクロ波加熱は、表層で集中的に発生することなく、製品全体にアクリルアミドを形成させることができると結論付けることができる。その結果、加熱された製品では、表面の著しい褐変を伴わずに、この有害化合物の含有量が高くなる[15]。同様の観察は,Erdoğduらによってもなされている[95].先に述べたように、これらの反応のメカニズムは不明であり、マイクロ波加熱中のアクリルアミド生成についてより深く理解するために、さらなる研究が必要である。

5. 結論

利用可能なデータに基づいて、マイクロ波加熱食品におけるアクリルアミドの形成は、従来の加熱の場合と同様に、プロセスパラメータと加工製品の特性に依存すると結論づけるべきである。マイクロ波加熱の主な利点は、この工程の時間が短いことであるが、製品の個々の層で制御不能な不均一な温度上昇が起こり、アクリルアミドがより多く形成されることを助長する可能性があるため、この分野でのさらなる研究を行う必要がある。

発生するアクリルアミド量と電子レンジ加熱食品の官能特性との妥協点を見出すことが重要である。ブラッククミンや茶抽出物などの添加物は、アクリルアミドの生成を抑制すると同時に、食品に新しく興味深い感覚的特性を与えるので、この問題に役立つ。マイクロ波加熱は、製品の褐変や、消費者が望む独特の味や香りを作り出す風味化合物の生成など、製品の官能特性に与える影響にもっと注目すべきである。

マイクロ波の作用機構や生成されるアクリルアミドの予想量に基づく理論的考察は、必ずしもこのプロセスの実際の経過に反映されるとは限らない。アクリルアミドが生成されるため、マイクロ波の加熱パワーはできるだけ低く、この工程の時間はできるだけ短くすることが望ましいと思われ、特に予備調理に適用できる。

マイクロ波エネルギーの工業的利用は監視がはるかに容易であるため、特に家庭での電子レンジの利用には管理と、それを利用する消費者への適切な推奨事項の作成が必要である。消費者は、アクリルアミドを含む過剰な有害化合物の生成のリスクを最小化する方法で、食品調理に使用される技術に関する明確なガイドラインを必要としている。

研究資金

プロジェクトは、2019年から2022年の「卓越した地域イニシアティブ」と題するプログラムの範囲内で、ポーランドの科学・高等教育大臣によって資金的に支援され、プロジェクト番号010/RID/2018/19、資金量12.000.000 PLNおよびワルミア大学およびマズリー大学の資金トピック番号。17.610.008-300.

利益相反

著者は利益相反がないことを宣言する。

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