18. Dezember 2003
Am 12. November 2003 fand in Bonn eine Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses zu dem Forschungsvorhaben "Entwicklung von neuen Prozesstechniken zur Vermeidung des Acrylamidgehaltes in Lebensmitteln" (AiF/FEI-FV 108 Z BG) statt. Die Wissenschaftler des Forschungsverbundes stellten Vertretern der beteiligten Industrie - Lebensmittelverarbeitende Industrie und Maschinenbau - erste Ergebnisse vor.
Die Analytik von Acrylamid und die Untersuchung der Bildungsmechanismen bilden einen Schwerpunkt des Forschungsvorhabens.
Für die Bestimmung von Acrylamid wurden zwei neue Methoden erarbeitet und validiert. Eine Methode basiert auf einer eindimensionalen GC-MS-Bestimmung nach Aufarbeitung mit Festphasenextraktion an einer Extrelutsäule. Bei der zweiten Methode wird nach Derivatisierung das Acrylamid-Addukt mittels LC-MS-Messung bestimmt.
Beide Methoden werden im J. Agric. Food Chem. 2003 erscheinen.
In Entwicklung befindet sich derzeit eine Bestimmungsmethode für Acrylamid über HPLC-Fluoreszenzdetektion.
Zur Aufklärung der Bildungsmechanismen von Acrylamid wurden Versuche zum Einfluss von Protein- und Kohlenhydratkomponenten auf die Acrylamidbildung in Modellsystemen durchgeführt. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Anwesenheit von Asparagin und reduzierenden Zuckern eine wesentliche Voraussetzung für die Acrylamidbildung darstellt. Andere Stickstoff- und Proteinkomponenten (u.a. Rinderserumalbumin, Molkenproteine, Weizenkleber, verschiedene Aminosäuren) sowie Kohlenhydrate (u.a. Stärke, Cellulose, Pentosane) haben sich als weit weniger reaktiv erwiesen.
Steigende pH-Werte im Bereich pH 5 bis pH 7 fördern die Entstehung von Acrylamid. Temperaturerhöhungen führen ebenfalls zu einer Zunahme der Acrylamidbildung.
Die Bildung von Acrylamid in kohlenhydratreichen Lebensmitteln wird in Getreideprodukten, Backwaren und Kartoffelerzeugnissen untersucht.
Höhere Gehalte an Acrylamid in Backwaren und Extrusionserzeugnissen finden sich vor allem in Flachbroten und Knäckebroten, in Lebkuchenerzeugnissen und Diabetiker-backwaren. Diese Produktgruppen bedürfen einer systematischen Untersuchung zur Beeinflussung technologischer Parameter und zur Rezepturgestaltung. Die Acrylamidgehalte in diesen Erzeugnissen lassen sich durch eine gezielte Steuerung der Temperatur-Feuchtigkeits-Zeitprofile im Backprozess deutlich reduzieren. Die Forschungsergebnisse werden bereits bei der Knäckebrotherstellung nach dem sogenannten "Eisverfahren" genutzt. Durch Temperatursenkung und den Verzicht auf bestimmte Aufstreumehle konnte der Acrylamidgehalt um 35 - 50 % in diesen Erzeugnissen gesenkt werden.
Weitere Untersuchungen befassten sich mit der Wirkung von Backtriebmitteln (Backpulver, Hirschhornsalz, Pottasche) auf die Acrylamidbildung. Durch gezielte Dosierung und Auswahl der Backtriebmittel insbesondere für Lebkuchenerzeugnisse kann die Bildung von Acrylamid vermindert werden.
Zukünftige Arbeiten werden sich mit dem Einfluss von weiteren Backmitteln und Hefe, der Verwendung von fermentativen Vorstufen (Vorteige, Brüh- und Quellstücke) und der Gestaltung von Form, Kruste und Oberfläche der Gebäcke befassen.
In Erzeugnissen, die mittels Extrusion hergestellt werden (Flachbrote, Cornflakes, Crisps...) lässt sich die Acrylamidbildung durch die Verfahrenstemperaturen und durch die Feuchtigkeit der Rohstoffe beeinflussen. Bereits eine geringe Absenkung der Prozesstemperatur bewirkt eine Reduzierung der Acrylamidbildung.
Die Bildung ist jedoch auch abhängig von der Rohstoffzusammensetzung. So besitzen verschiedene Getreidearten aufgrund ihres Gehaltes an Asparagin ein unterschiedliches Potenzial zur Bildung von Acrylamid. Asparaginarm sind besonders Mais und Reis, dagegen weisen Weizen und Roggen höhere Gehalte auf. Hier sind technologische Maßnahmen zur Vermeidung des Acrylamids erforderlich.
Auch verschiedene Zutaten wie Mono-, Di- und Oligosaccharide sowie Magermilchpulver und Malzmehl können den Acrylamidgehalt erhöhen. Deshalb werden Vorschläge zur Rezepturgestaltung erarbeitet und mit den Herstellern diskutiert.
Frittierte Kartoffelerzeugnisse und Chips sind ebenfalls für hohe Gehalte an Acrylamid bekannt und bilden deshalb einen weiteren Arbeitsschwerpunkt. Technologische Versuche, die die Praxisbedingungen einer Gastronomie-Fritteuse berücksichtigen, haben die Verkürzung der Frittierzeit und die Erhöhung der Produktfeuchte zum Ziel. So kann eine deutliche Minimierung der Acrylamidbildung im Vergleich zu trockeneren Kartoffelchips erreicht werden. Auch durch eine Absenkung der gegenwärtig vorherrschenden Frittiertemperatur kann der Acrylamidgehalt in den Kartoffelchips bis zu einem Wert von unter 100 µg/kg Acrylamid gesenkt werden.
Weitere Untersuchungen haben die Reduzierung der freien Zucker durch Blanchierverfahren zum Ziel. Über kontrollierte Lagerungsbedingungen für die Kartoffel-Rohware kann bereits der Rohstofflieferant Beiträge zur Vermeidung von Acrylamid leisten.
Für die Untersuchung des Einflusses des Fritterfettes auf die Acrylamidbildung wurde eine neue Versuchsanlage konzipiert und in Betrieb genommen. Damit sind Versuche möglich, die beim Frittieren eine Entkoppelung von Produkterwärmung und Wasserverdampfung erlauben. Dadurch kann der Frittierprozess exakter als bisher gesteuert werden.
Die Versuchsanlage wurde zur Bestimmung des Verteilungskoeffizienten von Acrylamid im System Fett/Wasser genutzt. Er ist mit < 4 % extrem gering. Das bedeutet, Acrylamid geht nur unbedeutend in das Frittierfett über und eine Rekontamination der Produkte durch das Frittierfett ist praktisch auszuschließen.
Weitere Versuche betreffen die Anwendung von Coatingverfahren und die Wirkung von Zusätzen zum Fett auf die Minimierung der Acrylamidbildung.
Die Vortrocknung von vorfrittierten Pommes Frites ermöglicht eine Verkürzung der Frittierzeit bei gleicher Bräunung und eine Reduzierung des Acrylamidgehaltes.
Der Einfluss des Fetttypes (Rapsöl, teilgehärtetes Fett sowie ungehärtetes Pflanzenfett) und die Suche nach Leitsubstanzen im Fett und im Produkt, die mit der Acrylamidbildung korrelieren, sind Inhalt der künftigen Bearbeitung.
Toxikologische Untersuchungen zum Acrylamid und Glycidamid sind ein weiterer Schwerpunkt des Forschungsvorhabens.
Fütterungsstudien an Wachteln wurden mit der Zielstellung begonnen, den Übergang von im Futtermittel enthaltenem Acrylamid in das Tier zu untersuchen.
Wie in vorangegangenen Tierversuchen gezeigt werden konnte, scheint Acrylamid ein kanzerogenes Potential zu besitzen. Ungeklärt ist jedoch, welche Wirkmechanismen der kanzerogenen Wirkung zugrunde liegen und welche Bedeutung für den Menschen abzuleiten ist.
Erste Ergebnisse zeigten, dass Acrylamid unter den Test-Bedingungen (Bestimmung von DNA-Schäden und Mutationen) kein erkennbares mutagenes Potential besitzt. Weitere Untersuchungen befassen sich mit Hämoglobin-Addukten von Acrylamid und Glycidamid in Humanblut, um eine Biomarker-geleitete Dosimetrie der genotoxischen und mutagenen Effekte zu ermöglichen. Diese Untersuchungen sollen helfen, die Grundlagen für eine Sicherheitsbewertung von Acrylamid in Lebensmitteln zu verbessern.
Ansprechpartner: Dr. Uta Tietz
ILU Institut für Lebensmittel- und Umweltforschung e. V.
Arthur-Scheunert-Allee 40/41
D-14558 Bergholz-Rehbrücke
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