20. Dezember 2004
Einleitung
Das potentielle Vorkommen von Acrylamid in stark erhitzten Lebensmitteln stellt sich als äußerst komplexer Sachverhalt dar, der in der wissenschaftlichen Bearbeitung auch noch nach mehrmonatiger Beschäftigung mit dem Thema neue Facetten erkennen lässt.
Im Rahmen der Arbeiten zur Identifizierung von Minimierungspotentialen bei der Herstellung von Kartoffelerzeugnissen wurden sowohl Rohstoff- als auch Technologieaspekte bearbeitet. Verschiedene Einzelansätze ergaben dabei zahlreiche Detailaspekte, die es zu bündeln gilt, um weiterführende Hinweise für die beteiligten Wirtschaftsverbände geben zu können.
Rohstoff
Kartoffeln weisen – im Gegensatz zu Getreideerzeugnissen – sehr hohe Gehalte an freiem Asparagin auf, so dass die Acrylamidbildung primär vom Gehalt an reduzierenden Zuckern determiniert wird.
Exemplarische Untersuchungen der Gehalte an reduzierenden Zuckern in insgesamt 5 Kartoffelsorten mit Verarbeitungseignung aus der Ernte 2004, angebaut an 4 Orten, zeigten eine sehr ausgeprägte sortenspezifische Variabilität der Zuckerkonzentrationen. Die aus diesen Kartoffeln hergestellten Kartoffelchips zeigten entsprechend unterschiedliche Acrylamidgehalte. Es gab Sorten, die zwischen den Anbauorten stark differenzierten, und es gab auch eine Sorte, die einen nur geringen Ortseinfluss erkennen ließ.
Weitere Untersuchungen (2-ortiger Sortenversuch mit 9 Kartoffelsorten sowie ein Stickstoff-Formen-Versuch) unterstützten die bereits geschilderten Erkenntnisse.
Auch wenn die einschlägige Kartoffelwirtschaft bereits seit Jahrzehnten das Merkmal „reduzierende Zucker“ an zentraler Stelle des Maßnahmenkataloges zur Bereitstellung eines hochwertigen Rohstoffes platziert hat, zeigen die Arbeiten noch weitere Optimierungspotentiale im Sinne der Minimierungsstrategie auf.
Technologie der Verarbeitung
Die technologisch orientierten Projektarbeiten konzentrierten sich auf die Herstellung von Kartoffelchips. Ein Versuch im Rahmen der Vorfrittierung von Pommes frites zeigte aber, dass auch bei dieser Produktgruppe Minimierungsreserven vorhanden sind, obwohl die eigentliche Acrylamidbildung erst bei der verzehrsfertigen Zubereitung in der Gastronomie oder im Haushalt einsetzt (entsprechend modifizierte Zubereitungsempfehlungen sind auf den Umverpackungen der Kleingebinde zu finden). Ansatzpunkt für die Versuche war eine Intensivierung der Zuckerauslaugung, wobei aber eine enzymatisch katalysierte Reduktion der Glucosekonzentration im Prozesswasser so gut wie keine Auswirkung zeigte.
Die Arbeiten zur Reduzierung der
Acrylamidbildung in Kartoffelchips betrafen im einzelnen
I. die Restfeuchte der Chipsscheiben, da auch bei höheren Restfeuchten teilweise sehr hohe Acrylamidkonzentrationen festgestellt worden waren. Nach entsprechenden Hinweisen eines der beteiligten Forschungspartner dürfte eher die einwirkende Wärmebelastung (Temperatur und Zeit) denn die Restfeuchte Bedeutung haben.
II. die Auslaugung der reduzierenden Zucker, wobei die Erfolge eher bei höheren Wassertemperaturen einsetzten. Eine Absenkung des pH-Wertes mit Zitronensäure-Zusatz hatte keine wesentlichen Auswirkungen. Die Zugabe eines Kalziumsalzes (Chlorid-Form) jedoch reduzierte die Acrylamidbildung deutlich. Allerdings waren die sensorischen Eigenschaften der Kartoffelchips etwas verändert, sie hatten eine festere Struktur.
III. die Temperatur des Frittieröles, da Hinweise vorhanden sind, dass bei höheren Verarbeitungstemperaturen die Acrylamidbildung rückläufig sei. Ein diesbezüglicher Versuch in der offenen Fritteuse bis zu einer Temperatur von 220°C (Brandgefahr!) zeigte jedoch, dass auch bei stark erhöhten Frittiertemperaturen noch eine Zunahme der Acrylamidkonzentration vorhanden war.
IV. den Temperaturgradienten in der Fritteuse, wobei zu Beginn der Frittierung eine höhere Temperatur, zum Ende hingegen eine niedrigere Temperatur angestrebt wurde. Unterschiedlich lange Verweilzeiten bei der höheren Temperatur hatten keine eindeutigen Effekte zum Ergebnis. Insgesamt bewirkte ein Temperaturgradient von –20°C eine deutlichere Absenkung des Acrylamidgehaltes als ein Gradient von –10°C. Farbe der Chipsscheiben, Textur und Fettgehalt waren nicht signifikant verändert.
V. die Temperaturverhältnisse im Fritteusenauslauf, da aufgrund der hohen Austragstemperatur grundsätzlich von Nachreaktionen ausgegangen werden muß. Ein entsprechender Versuch mit Frittiertemperaturen von 170 bis 190°C ergab nur bei der hohen Temperaturvariante eine Wirkung. Die rasche Abkühlung wurde durch Verwendung von flüssigem Stickstoff realisiert.
VI. die niedrige Frittiertemperatur im geschlossenen System, da grundsätzlich die Acrylamidbildung bei niedrigen Temperaturen reduziert ist. Vorangegangene Arbeiten hatten gezeigt, dass eine deutliche Absenkung der Frittiertemperatur mit einer höheren Fettaufnahme der Chipsscheiben einhergeht. Deshalb wurde die Temperaturabsenkung (nach Anrösten in einer offenen Fritteuse bis zu einer Restfeuchte von ca. 10%) in einer geschlossenen Fritteuse untersucht, wobei der Luftdruck bis auf 100mbar abgesenkt wurde (Vakuum-Fritteuse). In Abhängigkeit von den gewählten Prozessbedingungen wichen die Qualitätsdaten nur unwesentlich von der Kontrolle (offene Fritteuse) ab. Der Acrylamidgehalt jedoch war deutlich abgesenkt.
Ausblick
Die Arbeiten zur Minimierung der Acrylamid-Ausprägung bei Kartoffelerzeugnissen haben bis jetzt mehrere Arbeitsebenen identifiziert, die einen gezielten Eingriff ermöglichen. Dieses betrifft sowohl den Rohstoff als auch die Verarbeitung selbst. Zwar ist ein singulärer Eingriff auf einer dieser Ebenen mit gutem Erfolg praktizierbar, doch deutet sich bei zunehmender Ansammlung von Versuchsdaten an, dass unter der Maßgabe einer möglichst hohen Produktqualität ein paralleler Ansatz auf verschiedenen Ebenen insgesamt das beste Ergebnis erzielen dürfte.
Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel,
Standort Detmold, Schützenberg 12, 32765 Detmold
Ansprechpartner: