Akrylamid

Akrylamid – co to jest

Akrylamid jest bezbarwnym, bezzapachowym związkiem chemicznym zbudowanym z atomów węgla, wodoru, azotu i tlenu, rozpuszczalnym m.in. w wodzie, metanolu i etanolu. Nie wydaje się być w tym nic nadzwyczajnego. Ale związek ten jest bardzo reaktywny, czyli wykazuje wysoką aktywność chemiczną. Wynika ona z obecności w cząsteczce akrylamidu wiązań podwójnych.

Akrylamid posiada w swojej budowie grupę amidową i winylową, poprzez które wchodzi w wiele reakcji chemicznych. Dla wtajemniczonych są to m.in. reakcje addycji nukleofilowej, reakcje Dielsa-Aldera, reakcje addycji Michaela, hydroliza, dehydratacja, alkoholiza, czy też reakcja kondensacji z aldehydami . Brzmi skomplikowanie, natomiast co najistotniejsze, by wiedzieć o akrylamidzie to fakt, że bardzo, bardzo chętnie jego cząsteczki wchodzą w reakcje z innymi.

Akrylamid – jak powstaje w żywności

Zacznijmy od wskazania istotnego faktu, że akrylamid nie jest obecny naturalnie w żywności. Po raz pierwszy obecność akrylamidu w żywności (głównie w produktach bogatych w węglowodany, poddanych obróbce termicznej) stwierdziła Szwedzka Narodowa Agencja ds. Żywności w 2002 roku.

Badacze zauważyli bowiem, że warzywa, takie jak: kukurydza, ziemniaki, fasola, pomidory czy też pieczarki uprawiane na glebie, do której dodawano nawozy sztuczne wzbogacone w poliakrylamid (w celu zapobieżenia erozji gleby) nie zawierały wysokich ilości akrylamidu w swoich tkankach.

Informacja do zapamiętania jest następująca: akrylamid naturalnie nie występuje w żywności ale może tworzyć się w wyniku jej przetwarzania.

Akrylamid powstaje w reakcji Maillarda

Akrylamid powstaje w produktach żywnościowych tylko podczas ich obróbki. Po pierwsze, wytwarzany jest podczas termicznego przetwarzania żywności, w tzw. reakcji Maillarda (nazywanej inaczej reakcją nieenzymatycznego brunatnienia) i następnie w wyniku dalszych skomplikowanych przemian.

Jak można doprowadzić do powstania akrylamidu? Reakcja Maillarda zachodzi pomiędzy białkami (a dokładniej aminokwasami, które budują białka), a węglowodanami (cukrami) w podwyższonej temperaturze.  

Do reakcji Maillarda dochodzi zwykle w wyniku szeregu reakcji chemicznych, w których uczestniczy grupa aminowa asparaginy (aminokwas) i tlen pochodzący z grupy karbonylowej cukrów redukujących (np. glukozy, fruktozy, maltozy, laktozy).

Akrylamid może tworzyć się z glicerolu obecnego w tłuszczach

Zachodzące reakcje Maillarda są główną przyczyną powstawania akrylamidu. Jednakże związek ten może powstawać również w innych procesach, także polegających na wprowadzeniu wysokiej temperatury.

Zauważono, że akrylamid może tworzyć się na drodze termicznej degradacji triacylogliceroli (tłuszczów) w wyniku działania bardzo wysokiej temperatury, która prowadzi do powstania tzw. akroleiny. Wytworzona akroleina ulega szeregowi kolejnych reakcji chemicznych, w tym utleniania, co prowadzi w konsekwencji do powstania akrylamidu.

Akrylamid powstaje w podwyższonej temperaturze podczas pieczenia i smażenia

Wykazano, że wysokie ilości akrylamidu powstają już w temperaturze ok. 120ºC. Wraz ze wzrostem temperatury zawartość akrylamidu w produkcie rośnie.

Stosowanie niższych temperatur, np. podczas gotowania (ok. 100ºC) nie wpływa na powstawanie akrylamidu.

Jakie procesy obróbki termicznej żywności prowadzą do powstania szkodliwego dla zdrowia akrylamidu? Wymienić można tu przede wszystkim te procesy, w konsekwencji których uzyskuje się najsmaczniejsze produkty, m.in.:

• Smażenie ziemniaków (np. frytek)
• Prażenie ziaren kawy i kakao
• Pieczenie mięsa
• Pieczenie chleba i ciast
• Poddawanie wysokiej temperaturze surowców zbożowych.

Można sądzić, że im bardziej przypieczona i przyrumieniona potrawa, tym więcej znajduje się w niej akrylamidu.

Co ciekawe, prawdopodobnie rodzaj oleju stosowanego do np. smażenia ziemniaków również może mieć znaczenie w ilości powstającego akrylamidu. Zauważono, że podczas smażenia ziemniaków na oliwie z oliwek powstaje więcej akrylamidu niż w przypadku smażenia na oleju kukurydzianym.

Warto dodać, że to właśnie związki powstałe we wspomnianej reakcji Maillarda odpowiedzialne są za pożądany przez konsumentów smak, zapach i barwę produktów smażonych i pieczonych. Wśród takich związków wymienia się przede wszystkim: melanoidynę, furfural, akroleinę i akryloamid. To dzięki tym substancjom o wiele bardziej lubimy smażone frytki od gotowanych ziemniaków czy pieczone mięso zamiast duszonego.

Akrylamid – gdzie występuje

Akrylamid szeroko występuje w różnych produktach spożywczych, które poddane były obróbce termicznej w wysokich temperaturach.

Tabela 1. Zawartość akrylamidu w wybranych produktach spożywczych.

Produkt spożywczy	Zawartość akrylamidu (µg/kg)
Migdały prażone	260
Pieczywo (chleb, bułki)	70-430
Piwo	30-70
Bikszopty, krakersy	30-3200
Płatki śniadaniowe	30-1346
Kawa w proszku	170-351
Chipsy kukurydziane	34-416
Chipsy ziemniaczane	170-3700
Mięso	30-64
Produkty rybne	30-39
Orzechy i masło orzechowe	64-457
Frytki	20-12000
Nasiona słonecznika prażone	66

Jak wiadomo, w powstawaniu akrylamidu bierze udział aminokwas asparagina. Dlatego też wszelkie surowce zawierające jej duże ilości i poddane obróbce termicznej w wysokiej temperaturze mogą być źródłem akrylamidu. Jakie na przykład?

Wśród produktów bogatych w asparaginę należy wymienić m.in.: migdały, suche strąki fasoli, kakao w proszku, suche nasiona soczewicy, ziemniaki, pszenicę .

Według przeprowadzonych badań zauważono, że najwięcej akrylamidu, jaki dostarczamy organizmowi, pochodzi z pieczywa i ciastek. Jest tak ze względu na prosty fakt – naszą dietę charakteryzuje wysokie spożycie tych produktów.

Dla przykładu, procentowy udział akrylamidu dostarczanego w postaci żywności wynosi: dla pieczywa ok. 61-80%, ciastek 5-12%, frytek 1-8%, a chipsów ok. 5%.

Uważa się, że średnio spożywamy dziennie ok. 0,3 do 2,0 µg akrylamidu na kg masy ciała. Czy to niebezpiecznie dużo? O tym za chwilę .

Poziom akrylamidu różni się w zależności od rodzaju kawy

Prażenie ziaren kawy jest przyczyną powstawania stosunkowo wysokich ilości akrylamidu!

Ciekawostka: na terenie Kalifornii producenci kawy oraz właściciele kawiarni będą musieli ostrzegać konsumentów przed potencjalnym, rakotwórczym działaniem kawy

W przeprowadzonych badaniach zauważono, że kawa rozpuszczalna zawiera wyższą ilość akrylamidu (35,8 µg/100 g), w porównaniu do kawy palonej (17,9 µg/100 g).

Co ciekawe, kawa zbożowa zawiera jeszcze więcej akrylamidu, ok. 2,2-krotnie więcej od kawy rozpuszczalnej (81,8 µg/100 g). A wydawałoby się, że ten produkt będzie zdrowszy, niż kawa palona, oskarżana chociażby o drażnienie ścian układu pokarmowego.

Zauważono także, że nie ma różnicy pod względem poziomu akrylamidu pomiędzy kawą rozpuszczalną liofilizowaną (suszoną w niskiej temperaturze pod zwiększonym ciśnieniem) i aglomeryzowaną (granulowaną). Innymi słowy, kawa rozpuszczalna niezależnie od jej sposobu produkcji i tak charakteryzuje się wysokim udziałem akrylamidu.

Nie stwierdzono żeby gatunek ziaren kawy miał wpływ na poziom akrylamidu. Nie odnotowano różnic pomiędzy kawą Arabica, kawą Robusta oraz mieszanką Arabica i Robusta. Można więc wybrać dowolną, ale paloną kawę – będzie zawierała najmniej akrylamidu spośród kaw.

Akrylamid produkowany jest na skalę przemysłową

Akrylamid stosowany jest do produkcji tzw. poliakrylamidów, które następnie wykorzystuje się w różnych gałęziach przemysłu.

• Poliakrylamidy służą do wytwarzania m.in. barwników, tworzyw sztucznych, klejów, zapraw murarskich, a także koagulantów, których zadaniem jest uzdatnianie wody pitnej i oczyszczanie ścieków
• Poliakrylamid jest wykorzystywany również w laboratoriach chemicznych w elektroforezie służącej do prowadzenia rozdziału kwasów nukleinowych i białek
• Poliakrylamid stosuje się w przemyśle tekstylnym jako substancję zapobiegającą kurczeniu się lub rozciąganiu tkanin
• Akrylamid jest stosowany w produkcji różnych kosmetyków. Może znajdować się m.in. w szamponach, balsamach do ciała i kremach pod nazwą Acrylamide/Ammonium Acrylate Copolymer (lub w języku polskim: Kopolimer akryloamidu i akrylanu amonu)
• Akrylamid jest również obecny w papierosach 

Akrylamid – jak ograniczyć poziom

Jak pozbyć się akrylamidu ze swojego otoczenia? Z pewnością nie uda się wyeliminować go zupełnie, często nawet korzystamy bowiem z produktów z jego dodatkiem zupełnie nieświadomie. Na szczęście jednak w celu zredukowania zawartości akrylamidu w żywności opracowano wiele różnych metod i zabiegów. A oto niektóre z nich:

• Stosowanie nawozów zawierających siarkę powoduje, że w roślinach, np. w zbożach powstaje mniej aminokwasu – asparaginy, który w reakcjach Maillarda powoduje powstawanie akrylamidu. W przypadku, gdy rośliny uprawiane są na glebie o niskim poziomie siarki, może powstać w nich ok. 30-krotnie więcej asparaginy.
• Wybór określonych odmian roślin – rośliny różnią się odmianami, które mogą zawierać zróżnicowane ilości aminokwasu asparaginy. Dla przykładu, w produktach piekarskich można zastąpić mąkę ryżową mąką pszenną, która ma mniej asparaginy (i w mniejszym stopniu będzie przyczyniać się do powstawania akrylamidu).
• Wykorzystywanie ziemniaków świeżych – udowodniono, że przechowywanie ziemniaków prowadzi do powstania w nich większej ilości glukozy, która również uczestniczy w reakcjach Maillarda. Z tego też względu lepiej dla zdrowia byłoby stosować ziemniaki świeże, a nie długotrwale przechowywane. Wpływ na zawartość asparaginy ma również temperatura przechowywania. W celu zmniejszenia potencjalnego tworzenia się akrylamidu, bulwy z ziemniaka powinny być przechowywane w temperaturze 8ºC.
• Modyfikacje genetyczne – poprzez różne zabiegi można modyfikować aktywność genów odpowiedzialnych za wytwarzanie asparaginy w roślinach. Nie można pozbyć jej się całkowicie, ponieważ jest potrzebna do wzrostu roślin. Jednakże na skalę laboratoryjną opracowano już modyfikowane genetycznie ziemniaki o obniżonej zawartości tego aminokwasu.
• Kontrolowanie temperatury smażenia -  jak już wcześniej wspomniano, im wyższa temperatura procesu przetwarzania żywności, tym więcej w niej akrylamidu. Dlatego też np. obniżenie temperatury smażenia frytek (ze 190 do 175ºC) pozwoli na zmniejszenie poziomu akrylamidu aż o 30%. Zauważono również, że przygotowywanie frytek w kuchence mikrofalowej powoduje 5-krotnie niższe wytworzenie akrylamidu, w porównaniu do frytek smażonych w frytkownicy. Jak widać, czasem warto uciec się do przygotowania żywności z użyciem mikrofal, a wyjdzie to nam na zdrowie.
• Wybór właściwego oleju do smażenia – na podstawie przeprowadzonych badań zauważono, że produkty smażone na oliwie z oliwek i oleju słonecznikowym miały wyższą zawartość akrylamidu, w porównaniu do produktów smażonych na oleju kukurydzianym i palmowym. Brak natomiast informacji co do oleju rzepakowego, który ma najkorzystniejsze zestawienie kwasów tłuszczowych wielonienasyconych. Warto zatem spożywać ten olej przynajmniej na surowo.
• Zapewnienie odpowiedniego pH produktu – akrylamid powstaje głównie w pH zasadowym, w zakresie 7-8. Jeżeli obniży się pH do np. 3-4 (innymi słowy, gdy podda się produkt zakwaszeniu) produktów bogatych w węglowodany przed obróbką termiczną, np. smażeniem, wówczas może nastąpić obniżenie zawartości akrylamidu nawet o 99%. Produkt można zakwasić poprzez dodanie do niego kwasu cytrynowego lub winnego.
• Dodawanie do produktów enzymu niszczącego asparaginę (asparaginazy) oraz wykluczenie środka spulchniającego w postaci wodorowęglanu amonu pozwala na obniżenie w nich poziomu akrylamidu.
• Blanszowanie frytek przed ich smażeniem w 70ºC przez 10-16 minut obniża tworzenie się akrylamidu aż o 65 i 96%! Niestety rzadko stosuje się ten zabieg ze względu na jego niekorzystny wpływ na jakość produktu końcowego (teksturę i smak).
• Stosowanie frytownic ciśnieniowych – smażenie frytek pod obniżonym ciśnieniem przyczynia się do ograniczenia tworzenia się akrylamidu.
• Wzbogacanie pieczywa w wapń zmniejsza zawartość akrylamidu o ok. 30%. Praktyka ta jest stosowana w Wielkiej Brytanii .

Co możemy zrobić w domowych warunkach aby obniżyć poziom akrylamidu?

My, jako zwykli konsumenci, mamy również wpływ na to, ile w spożywanym przez nas produkcie powstanie akrylamidu i poprzez zastosowanie niektórych czynności możemy ograniczyć jego ilość. Możliwości, jakie przed nami stoją to m.in.:

• Zastosowanie termoobiegu podczas pieczenia i skrócenie czasu obróbki termicznej.
• Zastąpienie cukrów redukujących (glukozy, fruktozy) substancjami słodzącymi z grupy polioli (np. ksylitolem) podczas wypieku ciast.
• Pilnowanie, aby nie dopuścić do niepotrzebnego przypieczenia produktów lub przypalenia ich podczas smażenia.
• Wybieranie w sklepach pieczywa (np. pszennego) nieprzypalonego. Z dużym prawdopodobieństwem, im jaśniejsza barwa pieczywa, tym mniej w nim akrylamidu.
• Ograniczenie stosowania mąki żytniej do wypieków.
• Zastępowanie smażenia i pieczenia gotowaniem jeśli jest to tylko możliwe.
• Skracanie czasu pieczenia tostów.

Akrylamid – szkodliwość

Akrylamid może dostać się do naszego organizmu nie tylko z produktami żywnościowymi. Dzieje się to głównie na trzy sposoby: drogą pokarmową w wyniku spożycia, poprzez skórę i układ oddechowy.

Akrylamid jest metabolizowany przez wątrobę

Po spożyciu, akrylamid jest metabolizowany (przetwarzany) głównie w wątrobie. To właśnie w tym narządzie ulega on konwersji (przekształceniu) do innego związku o nazwie glicydamid.

Zauważono, że o ile akrylamid nie ma znaczącego wpływu na nasze DNA, to niestety wspomniany glicydamid już niestety tak. Może on oddziaływać niekorzystnie na DNA, prowadząc do powstania różnych mutacji genetycznych i z tego względu uważa się go za związek genotoksyczny.

Warto zauważyć, że nasz organizm nie jest zupełnie bezbronny przed akrylamidem. Akrylamid poddawany jest w ustroju człowieka detoksykacji (odtruwaniu, oczyszczaniu) za sprawą obecnego glutationu, który łącząc się z nim tworzy mniej szkodliwe związki, które są następnie wydalane z moczem.

Akrylamid stosunkowo długo utrzymuje się w organizmie

W przeprowadzonych badaniach zauważono, że okres półtrwania akrylamidu wynosi ok. 2-7 godzin. Znaczna część spożytego akrylamidu (aż ok. 90%) jest przetwarzana w organizmie, zaś tylko niewielkie jego ilości są usuwane z organizmu wraz z moczem.

Warto dodać, że akrylamid nie jest akumulowany w tkankach organizmu.

Czy akrylamid jest rakotwórczy?

Na podstawie analizy wielu badań na zwierzętach, Międzynarodowa Agencja do Badań nad Rakiem (IARC, ang. International Agency for Research on Cancer) uznała w 1994 roku akrylamid za substancję prawdopodobnie rakotwórczą dla ludzi.

W prowadzonych badaniach na myszach i szczurach obserwowano szkodliwe działanie akrylamidu, który powodował u nich powstawanie nowotworów m.in. tarczycy, płuc, jąder, sutka i skóry.

Jednakże wyniki badań prowadzonych z udziałem ludzi są zgoła inne. W wielu doświadczeniach stwierdzono, że spożycie akrylamidu nie powoduje raka przełyku, żołądka, jelita grubego, trzustki, krtani, przełyku, gardła, piersi, prostaty, pęcherza moczowego, naczyń limfatycznych, płuc czy też mózgu.

Odnotowano jednak niewielki wpływ akrylamidu na rozwój raka nerki. Dodatkowo zauważono, że akrylamid może zwiększać ryzyko raka endometrium i jajników u kobiet po menopauzie, które nigdy nie paliły papierosów.

Wyniki tych badań nie rozstrzygają jednoznacznie, czy akrylamid jest rakotwórczy. Jednak przesłanki naukowe wskazują, że akrylamid może w pewien sposób przyczyniać się do rozwoju nowotworów.

Akrylamid jest neurotoksyczny

Na podstawie badań toksykologicznych i obserwacji prowadzonych w latach 80 i 90 XX wieku potwierdzono, że akrylamid może mieć szkodliwy wpływ na układ nerwowy. Sugerowano, że opary akrylamidu mogą podrażniać skórę i oczy oraz przyczyniać się do paraliżu mózgowo-rdzeniowego.

W 1997 roku, w trakcie budowy tunelu w Szwecji doszło do wycieku akrylamidu. Spowodował on śnięcie ryb oraz paraliż bydła znajdujących się w pobliżu budowy. Dodatkowo u niektórych pracowników budowy stwierdzono objawy porażenia nerwów obwodowych.

Naukowcy uważają, że neurotoksyczne działanie akrylamidu może wynikać z kilku różnych mechanizmów. Autorzy opracowań naukowych twierdzą, że akrylamid hamuje uwalnianie neurotransmiterów (neuroprzekaźników; cząsteczek, które przenoszą sygnały pomiędzy komórkami nerwowymi), prowadząc do zaburzeń przewodnictwa nerwowego i funkcjonowania nerwów.

Objawami toksycznego działania akrylamidu na nasz układ nerwowy mogą być m.in.: mrowienie, drętwienie kończyn, osłabienie, drgawki i ataksja (zaburzenia koordynacji ruchów ciała).

Akrylamid – jaka dawka jest szkodliwa?

Przechodzimy więc do najważniejszego pytania. Niestety odpowiedź zapewne nie będzie w pełni satysfakcjonująca, ponieważ dotychczas nie ustalono granicy spożycia akrylamidu, powyżej której miałby on negatywne konsekwencje dla naszego zdrowia.

Jednakże na podstawie badań przeprowadzonych na zwierzętach określono dawkę NOAEL (ang. No Observable Adverse Effects Level) – czyli najwyższą ilość akrylamidu, przy której nie obserwuje się działania neurotoksycznego. Wynosi ona 0,2 - 0,5 mg akrylamidu na kg masy ciała / dzień.

Oznacza to, że jakby mogło się wydawać „bezpieczna” dawka akrylamidu jest 200-1000 razy wyższa od ilości akrylamidu, którą spożywamy.

Z kolei eksperci Europejskiego Urzędu ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA, ang. European Food Safety Authority) ustalili dawkę, przy której może nastąpić niewielkie występowanie guzów. Wynosi ona 0,17 mg akrylamidu na kg masy ciała / dzień.

W przypadku zapobiegania występowania zmian neurologicznych ustalono dawkę akrylamidu na poziomie 0,43 mg/kg masy ciała / dzień.

Akrylamid a ciąża

Przeprowadzone badania wykazały, że akrylamid może przenikać z krwi matki do rozwijającego się płodu.

Obecność akrylamidu zauważono również w mleku kobiecym, co oznacza, że podczas karmienia piersią pewne ilości tego związku dostarczane są do organizmu noworodka.

Na podstawie powyższych obserwacji można stwierdzić, że dieta kobiety ciężarnej i karmiącej ma wpływ na to, ile akrylamidu przedostanie się do płodu lub noworodka.

Ze względu na to, że płód i noworodki nie mają dobrze rozwiniętej bariery krew-mózg,  są bardziej wrażliwe na toksyczne działanie akrylamidu.

W przeprowadzonych badaniach zauważono, że spożywanie wysokich ilości akrylamidu podczas ciąży może negatywnie wpływać na wzrost płodu.

W innym doświadczeniu zaobserwowano, że dostarczanie akrylamidu w trakcie ciąży skutkowało szybszym wzrostem masy ciała u dzieci.

Jest to kolejny dowód na to, że kobiety w ciąży i w okresie laktacji powinny szczególnie zadbać o właściwy sposób żywienia, m.in. ograniczając spożycie produktów zawierających akrylamid. Oczywiście nie można popadać w panikę oraz skrajność i eliminować nagle z diety wszystkich produktów pieczonych, grillowanych czy też smażonych. Należy zachować przy tym zdrowy rozsądek. Słuszne wydaje się być maksymalne ograniczenie spożycia np. frytek, które nie wnoszą nic niezbędnego dla naszego organizmu. Choć i bardzo sporadyczne wyłamanie się z tego nie spowoduje od razu szkodliwych efektów.