Seit Tausenden von Jahren verwendet der Mensch Hitze, um Nahrung zuzubereiten. Obwohl sich meist erst dadurch gewünschter Geschmack und Geruch sowie Farbe des Essens entwickeln, kann das starke Erhitzen auch zur Freisetzung unerwünschter Substanzen führen. Eine dieser Verbindungen ist Acrylamid, das in den letzten Jahren ins Zentrum des wissenschaftlichen und auch medialen Interesses gerückt ist.
Die Entdeckung des Acrylamids in der Nahrung
Ursprünglich war Acrylamid nur als eine Substanz bekannt, die in der Industrie zur Herstellung von Kunststoffen, Klebstoffen, Papier und Kosmetika verwendet wird. Erst nachdem Fabrikarbeiter versehentlich sehr hohen Acrylamidkonzentrationen ausgesetzt worden waren, konnte die Substanz als Neurotoxin identifiziert werden. Das bedeutet, dass Acrylamid in hohen Dosen das Nervengewebe schädigen kann. Studien an Tieren haben später gezeigt, dass hohe Konzentrationen dieser chemischen Verbindung Krebs auslösen und die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen.
Im Jahr 2002 stellten schwedische Forscher der Universität Stockholm fest, dass sich Acrylamid auch in Nahrungsmitteln bildet. Seither wurde Acrylamid in zahlreichen Lebensmitteln, die bei hohen Temperaturen verarbeitet werden, gefunden.1 Acrylamid entsteht bei Verarbeitungsprozessen wie Frittieren, Backen, Braten oder Rösten, bei denen Temperaturen von 120 °C und mehr erreicht werden. Acrylamid fand sich zunächst in Pommes frites, Kartoffelchips, Keksen, Crackern, Knäckebrot, Frühstückszerealien, Bratkartoffeln, Bäckereierzeugnissen und Kaffee. Bei weiteren Untersuchungen stellte sich heraus, dass Acrylamid auch in Dörrobst, gebackenem Gemüse, schwarzen Oliven und einigen gerösteten Nüssen enthalten sein kann.
Wie entsteht Acrylamid in Lebensmitteln?
Acrylamid entsteht in Lebensmitteln als Ergebnis der sogenannten Maillard-Reaktion. Dabei handelt es sich um eine chemische Reaktion zwischen einer Aminosäure (ein Eiweissbaustein) und einem Zucker wie Glukose, Fruktose oder Laktose.
Die Reaktion wird durch Hitzeeinwirkung ausgelöst, wonach es zu einer ganzen Kaskade von chemischen Veränderungen kommt, die letztendlich zum Bräunungsprozess sowie zur Entfaltung der für den typischen Geschmack bzw. Geruch verantwortlichen Verbindungen führt. Erst durch diese Vorgänge erhalten die Nahrungsmittel das charakteristische Aussehen und den Geschmack zubereiteter Lebensmittel. Ein klassisches Beispiel für eine Maillard-Reaktion ist das Braunwerden von Toastbrot beim Toasten.
Die Entstehung von Acrylamid ist jedoch noch nicht vollständig geklärt, da die Maillard-Reaktion zu den kompliziertesten chemischen Reaktionen zählt, die in Nahrungsmitteln ablaufen können. Es scheint jedoch, dass die Bildung von Acrylamid bzw. dessen Konzentration im Nahrungsmittel von der Art des Lebensmittels, von der Temperatur und von der Erhitzungsdauer abhängig ist. Generell entstehen bei stärkehaltigen Lebensmitteln (z. B. Brot, Kartoffeln), die über längere Zeit bei hohen Temperaturen zubereitet werden, grössere Mengen an Acrylamid.
Wie Forscher mittlerweile nachweisen konnten, ist neben der Kochzeit und der Kochtemperatur auch der Gehalt an der Aminosäure Asparagin an der Bildung von Acrylamid ursächlich beteiligt. Diese Aminosäure weist eine chemische Struktur auf, die der des Acrylamids sehr ähnlich ist. Dies könnte bedeuten, dass es während der Maillard-Reaktion zu einer Umwandlung von Asparagin in Acrylamid kommt.
Wie hoch sind die Acrylamidgehalte in Lebensmitteln?
Wissenschaftler sind sich im Allgemeinen darin einig, dass gebratene, frittierte und gebackene Nahrungsmittel wie z. B. Kuchen, Brot und Pommes frites am meisten Acrylamid enthalten. Der Gemeinsame FAO/WHO-Sachverständigenausschuss für Lebensmittelzusatzstoffe (Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives/JECFA) kam in seiner Sicherheitsbewertung zu dem Schluss, dass in den meisten Ländern Acrylamid hauptsächlich über folgende Nahrungsmittel aufgenommen wird: Pommes frites (16-30 %), Kartoffelchips (6-46 %), Kaffee (13-39 %), Bäckereiwaren und süsse Kekse (10-20 %) sowie Brot und Brötchen bzw. Toast (10-30 %).2 Andere Lebensmittel tragen weniger als 10 % zur Gesamtzufuhr bei. Die Acrylamidaufnahme über Lebensmittel variiert in den Ländern der EU zwischen 0,3 und 1,4 Mikrogramm pro kg Körpergewicht pro Tag, wobei die aufgenommenen Acrylamidmengen auch je nach ländertypischer Ernährung unterschiedlich sind.3
Kein Acrylamid wurde in gekochten, gedämpften oder pochierten Speisen gefunden. Dies lässt sich damit erklären, dass bei diesen Zubereitungsarten einerseits Temperaturen von 100°C nicht überschritten werden und dass es andererseits zu keiner Bräunungsreaktion kommt.
Schadet Acrylamid in der Nahrung der Gesundheit?
Kurz nach Erscheinen der schwedischen Studie nahm der frühere Wissenschaftliche Ausschuss „Lebensmittel“ der EU (Scientific Committee on Food/SCF) eine Bewertung der potenziellen Gesundheitsgefährdung durch Acrylamid in der Nahrung vor.4 Die Weltgesundheitsorganisation (World Health Organisation/WHO) stellt zu diesem Thema fest, dass „Acrylamid zu jener Gruppe chemischer Verbindungen gehört, für die kein verlässlich festlegbarer Grenzwert für eine sichere Zufuhr existiert; dies bedeutet, dass sehr niedrige Konzentrationen mit einem sehr niedrigen Risiko einhergehen, aber nie risikofrei sind.”5
Im Jahr 2005 schloss sich das Gremium für Kontaminanten in der Lebensmittelkette (CONTAM) der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (European Food Safety Authority/EFSA) in einer Stellungnahme der Position der JEFCA an, indem es feststellte, dass Anstrengungen unternommen werden sollten, um die Exposition aus allen Quellen, einschliesslich der Nahrung, zu verringern.2,6
Um mögliche Gesundheitsrisiken in Verbindung mit der Zubereitung von Nahrungsmitteln bei hohen Temperaturen besser zu verstehen, schuf die Europäische Kommission das HEATOX-Projekt zur Erforschung von durch Hitze erzeugten Lebensmittelgiften.3 Ziel des HEATOX-Projekts war, das Risikopotential solcher schädlichen Verbindungen zu erkennen, zu charakterisieren und zu minimieren. Der Schwerpunkt des Projekts lag auf der Gefährdung durch Acrylamid, und im Jahr 2007 wurden die vier wichtigsten, in Laborexperimenten erlangten Erkenntnisse veröffentlicht: 1) Acrylamid in der Nahrung kann Risikofaktor für Krebserkrankungen sein, 2) es ist möglich, die Acrylamidbildung in Nahrungsmitteln zu reduzieren, jedoch nicht sie zu verhindern, 3) Analysemethoden zum Nachweis von Acrylamid in Lebensmitteln stehen zur Verfügung, und 4) das Erhitzen von Nahrungsmitteln kann noch andere Verbindungen erzeugen, die für die menschliche Gesundheit relevant sind.
Was wird getan, um den Acrylamidgehalt in Lebensmitteln zu reduzieren?
Die Lebensmittelhersteller haben Massnahmen ergriffen, um die Acrylamidbildung in Nahrungsmitteln wie Knäckebrot, Backwaren/Keksen und Kartoffelchips zu reduzieren. Dazu wurden Qualitätskontrollen angepasst bzw. Rezepturen und Herstellverfahren geändert. Es muss betont werden, dass in diesen Prozessen saisonale Schwankungen in den landwirtschaftlichen Rohmaterialien nicht berücksichtigt werden können, diese jedoch einen entscheidenden Einfluss auf die Menge an Acrylamidvorstufen haben.
Um den aktuellen Wissensstand der Lebensmittelindustrie zu diesem Thema zusammenzufassen, hat der Verband der Europäischen Lebensmittel- und Getränkeindustrie (Confederation of the Food and Drink Industries of the European Union/CIAA) die sogenannte „Acrylamide Toolbox” veröffentlicht, die für Industrie und Verbraucher Massnahmen zur Acrylamidreduzierung anbietet.7 In der überarbeiteten Auflage der „Acrylamide Toolbox“ wurden auch die Erkenntnisse aus dem HEATOX-Projekt berücksichtigt und, soweit möglich, in die Empfehlungen mit aufgenommen.
Forscher arbeiten derzeit auf verschiedenen Ebenen an Verfahren, die Acrylamidentstehung weiter zu reduzieren: 1) Blockieren der
verantwortlichen chemischen Reaktion bei der Erhitzung, 2) biotechnologische Techniken, sowie 3) Umstellung derzeitiger landwirtschaftlicher Produktionsverfahren. So hat sich z. B. gezeigt, dass eine Erhöhung des Schwefelgehalts und eine Verringerung des Stickstoffgehalts des Bodens die Acrylamidvorstufen in manchen Getreiden reduzieren kann. Ausserdem haben Forscher durch genetische Veränderungen eine vollkommen neue Kartoffelsorte entwickelt, die weniger Zucker enthält als herkömmliche Kartoffeln.8 Ein verminderter Gehalt reduzierender Zucker (z. B. Glukose) in Kartoffeln senkt wahrscheinlich die Konzentration an Acrylamid im Nahrungsmittel. Diese Zucker stellen nämlich eine Schlüsselkomponente bei der Maillard-Reaktion dar, im Rahmen derer die schädliche Verbindung entsteht. In ähnlicher Weise widmen sich Forschungsvorhaben derzeit den Pflanzengenen, die für die Steuerung der Asparaginkonzentration verantwortlich sind. Da Asparagin eine weitere Schlüsselkomponente in der Entstehung von Acrylamid ist, wird die Verringerung des Asparagingehalts der Pflanzen vermutlich dazu beitragen, die Acrylamidbildung während der Maillard-Reaktion weiter zu senken.
Die Vorteile des Kochens
Die vielen Vorteile, die die Zubereitung von Speisen durch Erhitzen hat, dürfen angesichts dieser Problematik nicht vergessen werden. Kochen erhöht nicht nur die Schmackhaftigkeit und sensorische Attraktivität von Speisen, sondern reduziert auch entscheidend die Gefahr einer Lebensmittelvergiftung. Ausserdem werden durch den Zubereitungsprozess unter Hitze zahlreiche Nährstoffe erst für den Körper verfügbar gemacht, sodass unser Organismus sie leichter verwerten kann.
Was Sie tun können
Während die Wissenschaft weiter an Lösungen zur Minimierung der Acrylamidbildung in Lebensmitteln arbeitet, sollten die Verbraucher bei der Zubereitung der Speisen beachten, dass diese z. B. beim Grillen oder Braten nicht übermässig angebräunt werden („Vergolden, nicht verkohlen!“). Wenn Sie die Zubereitungsanleitungen auf Lebensmittelverpackungen und Kochutensilien befolgen, kann dieses Ziel leichter erreicht werden. Zusätzlich sollte jeder Verbraucher bestrebt sein, verstärkt Dünsten, Dämpfen oder ähnliche Verfahren einzusetzen, da auch dies zur Minimierung der Acrylamidbelastung beiträgt. Da viele der Produkte, die reich an Acrylamid sind, auch eine hohe Energiedichte aufweisen, sollten sie im Sinne einer gesunden, ausgewogenen Ernährung mit Zurückhaltung genossen werden.
Literatur
- Tareke E, Rydberg P, Karlsson P, Eriksson S, Törnqvist M. (2002) Analysis of acrylamide, a carcinogen formed in heated foodstuffs. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 50(17):4998-5006. doi: 10.1021/jf020302f S0021-8561(02)00302-3
- JECFA Report TRS 930-JECFA 64/8. Available at: http://www.who.int/ipcs/food/jecfa/summaries/summary_report_64_final.pdf
- The HEATOX Project, Final Project Leaflet. Available at: http://www.slv.se/upload/heatox/documents/D62_final_project_leaflet.pdf
- Scientific Committee on Food (2002) Opinion of the Scientific Committee on Food on new findings regarding the presence of acrylamide in food. Available at: http://ec.europa.eu/food/fs/sc/scf/out131_en.pdf
- World Health Organisation (WHO). Food Safety section: Frequently asked questions - acrylamide in food. Available at: http://www.who.int/foodsafety/publications/chem/acrylamide_faqs/en/index.html
- European Food Safety Authority, Key Topics section: Acrylamide in food. Available at: http://www.efsa.europa.eu/EFSA/efsa_locale-1178620753812_1178659331266.htm
- The CIAA Acrylamide ‘Toolbox’. Available at: http://www.ciaa.be/documents/brochures/CIAA_Acrylamide_Toolbox_Oct2006.pdf Rommens CM, Ye J, Richael C, Swords K. (2006) Improving Potato Storage and Processing Characteristics through All-Native DNA Transformation. Journal of Agricultural and Food Chemistry 54(26):9882-9887. doi: 10.1021/jf062477l S0021-8561(06)02477-0
FOOD TODAY 10/2008
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