Sledování obsahu akrylamidu ve vybraných potravinách Barley wine Old Foghorn (Anchor Brewing company)

Akrylamid je toxická látka vyskytující se v potravinách, která vzniká při teplotách nad 120 °C, nejvyšší obsah akrylamidu vzniká v rozmezí teplot 150-180 °C. Vysoký obsah akrylamidu je především v potravinách bohatých na škrob a současně tepelně zpracovávaných. Množství akrylamidu v různých skupinách potravin bylo stanoveno metodou GC/MSD. V instantní kávě a slunečnicovém chlebu nebyl akrylamid detekován. Nejnižší obsah akrylamidu byl stanoven v předsmažených hranolcích (66 μg.kg⁻¹), v celozrnném chlebu, sušenkách, krekrech a pražené kávě bylo detekováno množství akrylamidu v rozmezí 78-470 μg.kg⁻¹. Hodnota akrylamidu v bramborových lupíncích byla již vyšší (160-1530 μg.kg⁻¹), avšak nejvyšší obsah akrylamidu byl naměřen v bramborových hranolcích po smažení (1588 μg.kg⁻¹).

1 ÚVOD

V současné době je kladen vysoký důraz na kvalitu a bezpečnost potravin. Potraviny nejsou kontaminovány pouze mikroorganismy, ale i různými chemickými látkami. Mnoho studií se zabývá procesními kontaminanty, což jsou látky vznikající v průběhu zpracování potravin. Bylo zjištěno několik toxických látek, které se přirozeně v potravinách nevyskytují, ale které v nich mohou vznikat během jejich technologického a především tepelného zpracování. Jednou z nich je i akrylamid.

Vysoký obsah akrylamidu byl nalezen zejména v potravinách s vysokým obsahem škrobu, jako jsou potraviny z brambor a obilovin. Akrylamid v potravinách vzniká v průběhu Maillardovy reakce a jeho prekurzory jsou redukující cukry a aminokyselina asparagin (Velíšek, 2009). Množství reakčních mechanismů vzniku akrylamidu v potravinách závisí na složení potravin a na podmínkách zpracování. Za hlavní mechanismus vzniku akrylamidu jsou považovány reakce mezi volnou geneticky kódovanou neesenciální aminokyselinou asparaginem a redukujícími cukry při teplotách nad 120 °C (Friedman, 2003; Ciesarová, 2005), kdy vzniká celá řada velmi reaktivních karbonylových sloučenin. Vedle těchto možností bylo na modelových systémech prokázáno, že za určitých podmínek se na tvorbě akrylamidu podílí i akrolein a akrylová kyselina po reakci s dusíkatými látkami v potravinách bohatých na lipidy (obr. 1), (Eriksson, 2005).

Obr. 1 Vznik akrylamidu (Eriksson, 2005)

Akrylamid má vysoký potenciál vyvolat široké spektrum toxických účinků, včetně neurotoxických (Eriksson, 2005). Na základě provedených studií byl akrylamid zařazen do skupiny 2A, jako pravděpodobný lidský karcinogen (Dunovská et al., 2003). In vivo může být akrylamid metabolizován na epoxid glycidamid (obr. 2), který vykazuje stokrát až tisíckrát vyšší reaktivitu s DNA, než samotný akrylamid (Peterson, 2009).

Obr. 2 Přeměna akrylamidu in vivo na glycidamid (Peterson, 2009)

Vzhledem k možným nežádoucím účinkům akrylamidu na lidské zdraví je usilováno o snížení jeho množství v potravinách, a to především výběrem vhodných surovin a úpravou technologických postupů výroby potravin (Sanny et al., 2013). Pro kontrolu optimalizované výroby a ochranu spotřebitele je nutné mít vhodnou analytickou metodu ke sledování obsahu akrylamidu v rizikových potravinách. Jednou z možností stanovení obsahu akrylamidu v potravinách, po jeho derivatizaci bromem, je analýza metodou GC/MSD (Mikulíková, Sobotová, 2007).

2 MATERIÁL A METODY

2.1 Použité chemikálie a přístroje

Akrylamid (1 mg.ml⁻¹) v methanolu (Absolute Standards, USA), (13C3) akrylamid (1 mg.ml⁻¹) v methanolu (Cambridge Isotope Laboratories, USA), 2,3 – dibromopropionamid (1 mg.ml⁻¹) v methanolu (Absolute Standards, USA), brom (Merck, Německo), bromid draselný (ML Chemika, ČR), kyselina bromovodíková (Merck, Německo), thiosíran sodný a trietylamin (Merck, Německo), methanol a etylacetát v čistotě pro HPLC (Sigma – Aldrich, ČR).

Pro stanovení obsahu bromderivátu akrylamidu v analyzovaných vzorcích byl použit plynový chromatograf Trace GC Ultra Finnigan, kombinovaný s hmotnostním detektorem Trace DSQ Thermo Finnigan. Separace byla provedena na kapilární koloně DB – WAX (30 m x 0,25 mm x 0,25 mm; J&W Scientific, USA).

2.2 Vzorky

Potraviny vybrané k analýze byly rozděleny do sedmi skupin (obr. 3): bramborové lupínky, káva, chléb, sušenky, krekry, bramborové hranolky předsmažené a smažené bramborové hranolky. Celkem bylo analyzováno 41 vzorků, které byly zakoupeny v obchodní síti. Zvolený spotřební koš byl sestaven na základě několika faktorů: spotřeba výrobku, preference značky spotřebiteli, dostupnost produktů.

Obr. 3 Zastoupení analyzovaných vzorků

2.3 Příprava vzorků pro GC/MSD

K pomletému vzorku byl přidán vnitřní standard (značený akrylamid – ¹³C3) a destilovaná voda o teplotě 60 °C. Po sonifikaci v ultrazvukové lázni byl homogenát kvantitativně převeden do centrifugačních zkumavek a odstředěn. K 5 ml supernatantu byl přidán bromid draselný a kyselina bromovodíková (výsledné pH 0–1). Po vychlazení byla přidána bromová voda. Po ukončení bromace byl přebytečný brom titrován thiosíranem sodným do odbarvení. K vodnému roztoku byl přidán ethylacetát a obsah byl protřepán. Po odstředění byl z organické fáze odpipetován 1 ml do plastové mikrozkumavky a byl přidán triethylamin. Mikrozkumavky byly protřepány a po 15 minutách odstředěny. Po odstředění byl obsah zkumavek převeden do skleněných vialek a analyzován na GC/MSD.

2.4 Analýza vzorků pomocí GC/MSD

Pro stanovení obsahu bromderivátu akrylamidu v analyzovaných vzorcích byl použit plynový chromatograf Trace GC Ultra Finnigan, kombinovaný s hmotnostním detektorem Trace DSQ Thermo Finnigan. K separaci byla použita kapilární kolona DB-Wax, nosným plynem bylo helium. Hmotnostně selektivní detektor pracoval v SIM módu, s positivní elektron impakt (EI) ionizací. Identifikace 2-brompropenamidu byla provedena na základě retenčního času a specifických iontů m/z 149 a 151, kvantifikace byla provedena pomocí kalibrační křivky. Pro spolehlivost výsledků a dosažení maximální selektivnosti byl použit jako vnitřní standard izotopicky značený akrylamid (1,2,3 – ¹³C3), m/z 152 a 154.

3 VÝSLEDKY A DISKUSE

Připravené vzorky byly analyzovány na plynovém chromatografu s hmotnostním detektorem. Kvantifikace byla provedena pomocí kalibrační křivky, která byla lineární v rozmezí 75–1550 μg.kg⁻¹ (r² = 0,9998). Lineární rozsah byl dostatečný pro analýzu reálných vzorků. Stanovený limit kvantifikace metodou GC/MSD byl 25 μg.kg⁻¹. Výtěžnost extrakce a derivatizace byla stanovena na vnitřní standard, izotopicky značený (¹³C3) akrylamid, který byl přidán ke vzorku před extrakcí. Výtěžnost extrakcí se pohybovala v rozmezí 72 až 98 %. Výsledky obsahu akrylamidu v analyzovaných vzorcích uvádí tab. 1.

Tab. 1 Obsah akrylamidu v analyzovaných vzorcích (mg.kg⁻¹)

Obsah akrylamidu v brambůrkách se pohyboval v intervalu 160 – 1530 μg.kg⁻¹. Podobné výsledky uvádí i souhrnná zpráva JECFA z let 2002 až 2004. Doporučení Evropské komise č. 2013/647/ES uvádí směrné hodnoty obsahu akrylamidu v brambůrkách 1000 μg.kg⁻¹.

V mleté kávě se hodnoty akrylamidu pohybovaly v rozmezí od 240 μg.kg⁻¹ do 358 μg.kg⁻¹, což odpovídá výsledkům kontrolního měření provedeného SZPI během let 2005 – 2011, kdy pražené mleté kávy obsahovaly akrylamid v množství od 87 do 460 μg.kg⁻¹. Tyto hodnoty potvrdily i Andrzejewski et al. (2004) ve své studii, kdy v mleté kávě zjistili koncentrace akrylamidu v rozmezí od 40 do 400 μg.kg⁻¹. Nejnižší obsah akrylamidu (240 μg.kg⁻¹) obsahovala 100% Arabica, což může být způsobeno nižším obsahem volného asparaginu než v kávě typu Robusta (Ciesarová, 2005). V instantní kávě nebyl akrylamid detekován. Doporučení Evropské komise č. 2013/647/ES uvádí směrné hodnoty obsahu akrylamidu v pražené kávě 450 μg.kg⁻¹.

Koncentrace akrylamidu ve vzorcích chleba byla stanovena v rozmezí 78–125 μg.kg⁻¹. V jednom vzorku nebyl akrylamid detekován. Chléb obsahuje akrylamid především ve své kůrce a jeho obsah závisí zejména na druhu a stupni vymletí mouky (Granby et al., 2008), fermentaci, době a teplotě kvašení, použití kyseliny citronové nebo mléčné, době a teplotě pečení (Konings, 2007). Množství akrylamidu v chlebu se obecně pohybuje od 15 až do 161 μg.kg⁻¹ (v silně propečeném pšeničném chlebu). Žitný chléb upečený za stejných podmínek obsahoval vyšší koncentraci akrylamidu, a to 68–205 μg.kg⁻¹ (Granby et al., 2008; Konings et al., 2007). Doporučení Evropské komise č. 2013/647/ES uvádí směrné hodnoty obsahu akrylamidu v pšeničném chlebu 80 μg.kg⁻¹ a v jiném než pšeničném chlebu 150 μg.kg⁻¹.

Vzorky sušenek vykazovaly nízký až střední obsah akrylamidu. Koncentrace akrylamidu v sušenkách se pohybovala v rozmezí 100–259 μg.kg⁻¹. Konings et al. (2007) ve své práci naměřili nižší koncentraci akrylamidu v sušenkách 44–121 μg.kg⁻¹, naproti tomu Taeymans et al. (2004) naměřily výrazně vyšší obsah akrylamidu v sušenkách v porovnání s touto prací. Doporučení Evropské komise č. 2013/647/ES uvádí směrné hodnoty obsahu akrylamidu pro sušenky 500 μg.kg⁻¹.

Obsah akrylamidu ve vzorcích krekrů se pohyboval v rozmezí 118–470 μg.kg⁻¹. Obdobné výsledky jsou uvedeny v závěrečné zprávě SZPI z monitorování akrylamidu v krekrech z let 2008–2010, kdy byl zjištěn obsah akrylamidu v intervalu 94 –715 μg.kg⁻¹. Doporučení Evropské komise č. 2013/647/ES uvádí směrné hodnoty obsahu akrylamidu pro krekry jiné než bramborové 500 μg.kg⁻¹.

Obsah akrylamidu v předsmažených bramborových hranolcích se pohyboval v intervalu 66–137 μg.kg⁻¹. Nízké koncentrace akrylamidu v předsmažených produktech potvrzují i závěrečné kontrolní zprávy SZPI z let 2007 a 2010, které uvádějí koncentraci akrylamidu v rozmezí 56–220 μg.kg⁻¹. Pro porovnání a zjištění, jaké je množství akrylamidu v hranolcích předsmažených a po usmažení, byly dva vzorky podrobeny tepelné úpravě, kdy byly po dobu 10 minut při teplotě 180 °C smaženy ve slunečnicovém oleji. Po tepelné úpravě se koncentrace akrylamidu v hranolcích zvýšila více než desetkrát. Vzorek, který před smažením vykazoval množství akrylamidu pouze 137 μg.kg⁻¹, obsahoval po fritování 1588 μg.kg⁻¹ akrylamidu. Stejný efekt byl zaznamenán i u druhého vzorku, kde se původní koncentrace 101 μg.kg⁻¹ akrylamidu zvýšila po smažení na hodnotu 1583 μg.kg⁻¹. Výsledky experimentu se smažením hranolků podporují snahu o aplikaci technologických postupů v potravinářském průmyslu minimalizující tvorbu akrylamidu, které ve své práci uvádí např. Sanny et al.(2013). Doporučení Evropské komise č. 2013/647/ES uvádí směrné hodnoty obsahu akrylamidu pro hranolky k přímé spotřebě 600 μg.kg⁻¹.

4 ZÁVĚR

V této práci byl stanovován obsah akrylamidu ve 41 vzorcích potravin rozdělených do jednotlivých skupin podle složení matrice. Mezi analyzovanými potravinami byly bramborové lupínky, káva, chléb, sušenky, krekry, bramborové hranolky předsmažené a smažené bramborové hranolky. Pro analýzu byla použita metoda GC/MSD, před níž byl akrylamid derivatizován bromací.

Přítomnost akrylamidu byla potvrzena ve většině analyzovaných vzorků. Akrylamid nebyl detekován pouze v instantní kávě a v slunečnicovém chlebu. Obsah akrylamidu v analyzovaných potravinách koreloval s výsledky jiných studií.

Výsledné množství akrylamidu v potravinách je možné ovlivňovat v jednotlivých stádiích jejich technologického zpracování. Eliminace akrylamidu je ovlivněna mnoha faktory. Mezi základní faktory patří výběr vhodné suroviny a uplatnění správných agronomických postupů, kterými lze omezit obsah redukujících cukrů a aminokyseliny asparaginu ve vstupní surovině. Dalším a neméně důležitým krokem je vhodná úprava technologického postupu výroby potravin. Zde má velký význam především změna pH roztoků používaných při blanšírování, anebo přídavek jiných látek (např. glycin, asparaginasa). Nejdůležitějším faktorem z hlediska obsahu akrylamidu v potravinách je finální úprava potravin, kdy se doporučuje při tepelném zpracování potravin používání nižších teplot po delší dobu.

Akrylamid je na základě studií zařazen do 2A skupiny, jako potenciální lidský karcinogen. Spotřebitelé by z tohoto důvodu měli být při výběru potravin pečliví a obezřetní a měli by se vyvarovat větší konzumaci potravin, u kterých je pravděpodobný vyšší obsah akrylamidu.

V současné době neexistuje žádný legislativní limit, který by stanovil maximální hodnoty pro množství akrylamidu v potravinách. Evropskou komisí však bylo vydáno doporučení komise č. 2013/647/ES o monitorování hladin akrylamidu v potravinách, které uvádí směrné hodnoty akrylamidu v různých potravinách založené na sledování údajů EFSA z let 2007 – 2012, což dokládá závažnost dané problematiky nejen v ČR, ale i v rámci EU.