Was geschieht beim Kochen – zum besseren Verständnis der Acrylamidbildung
Zuletzt aktualisiert : 31 October 2008AKTUALISIERT 11/6/2014
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.
- The HEATOX Project, Final Project Leaflet.
- Scientific Committee on Food (2002) Opinion of the Scientific Committee on Food on new findings regarding the presence of acrylamide in food.
- World Health Organisation (WHO). Food Safety section: Frequently asked questions - acrylamide in food.
- European Food Safety Authority, Key Topics section: Acrylamide in food.
- The CIAA Acrylamide ‘Toolbox’.
- 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
Nachtrag Juni 2014
Die Confederation of the Food and Drink Industries of the European Union (CIAA) [Vereinigung der Lebensmittel- und Getränkeindustrie der Europäischen Union] änderte im Juni 2011 offiziell ihren Namen und heißt jetzt FoodDrinkEurope (FDE).
Das europäische Forschungsprojekt HEATOX wurde im November 2007 beendet. Die Ergebnisse von HEATOX mündeten in die Acrylamid-Toolbox der FDE (früher CIAA). Die Toolbox wird regelmäßig aktualisiert, wenn die Wissenschaft Fortschritte macht.
Im Januar 2014 veröffentlichte die FDE eine revidierte Reihe sektorspezifischer Broschüren zur Acrylamid-Toolbox, verfügbar in 23 europäischen Sprachen. Die Broschüren beschreiben die neuesten Tools, um den Sektoren Lebensmittel und Getränke zu helfen, die Bildung von Acrylamid in bestimmten Lebensmittelprodukten zu reduzieren.
Der neueste Bericht zu Acrylamid des "Joint Experts Committee on Food Additives" (JECFA) [Gemeinsamer Fachausschuss für Lebensmittelzusätze] wurde 2011 veröffentlicht. Er bildet einen Teil der JECFA-Bewertung bestimmter Schadstoffe in Lebensmitteln. Der JECFA berichtete, dass es sich bei den Lebensmitteln, die in der Mehrzahl der Länder am meisten zur gesamten durchschnittlichen Nährstoffaufnahme beitrugen, um Kartoffelchips (10–60 %), Kartoffelcrisps (10–22 %), Gebäck und Teegebäck (10–15 %) sowie Brot und Brötchen/Toast (13–34 %) handelt. Der Anteil anderer Lebensmittel an der gesamten Nahrungsaufnahme betrug weniger als 10 %.
Die Europäische Kommission (EK) gab 2007 eine Empfehlung an die Mitgliedsstaaten (2007/331/EK) zur Überwachung des Acrylamidgehalts in Lebensmitteln heraus. Die Überwachung richtet sich auf diejenigen Lebensmittel, von denen bekannt ist, dass sie einen hohen Acrylamidgehalt aufweisen, sowie auf diejenigen, die einen signifikanten Anteil an der menschlichen Nahrungsaufnahme haben.
Anfang 2011 gab die EK auf Basis europäischer Überwachungsdaten indikative Werte für den Acrylamidgehalt in Lebensmitteln heraus. Indikative Werte sind keine sicheren Schwellenwerte. Sie zeigen nur die Notwendigkeit einer Untersuchung durch die entsprechenden Behörden an, warum ein solcher Wert überschritten wurde. Diese indikativen Werte wurden im November 2013 aktualisiert.
2012 veröffentlichte die European Food Safety Authority (EFSA) [Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit] Daten zum Acrylamidgehalt in einer Reihe von Lebensmitteln von 2007 bis 2010. Die Daten wurden als Maßstab für die Beurteilung verwendet, ob die in der Toolbox genannten Strategien durch die europäische Lebensmittelindustrie erfolgreich umgesetzt wurde. Ein Nachweis für die Wirksamkeit des Toolbox-Ansatzes durch die Lebensmittelindustrie ist wichtig, weil dadurch Informationen zu Diskussionen bei künftigen EU-Mitgliedsstaaten über ihren zukünftigen Ansatz beim Acrylamidproblem gegeben werden. Die europäischen Daten berichteten über die Analyse von 10 verschiedenen Kategorien von Lebensmitteln, obwohl die Größe einiger Stichproben von Lebensmittelkategorien gering war, beispielsweise bei Kartoffelcrisps. Der Studie zufolge ist kein Trend für eine signifikante Senkung des Acrylamidgehalts in solchen Kartoffelcrisps zu erkennen. Nach den Überwachungsdaten von 2010 wurden die von der EK empfohlenen indikativen Werte bei 3-20 % der Stichproben in verschiedenen Lebensmittelkategorien überschritten. Der Bericht kam zu dem Schluss, dass für eine genauere Trendbeurteilung ein längerer Zeitraum und eine ausführliche Beschreibung der Herkunft der Proben erforderlich sei.
Eine 2013 veröffentlichte Studie berichtete über eine Analyse eines viel größeren Datenbestands für die Acrylamidkonzentration in Kartoffelcrisps von 2002 bis 2011 und wies nach, dass, im Gegensatz zu früheren Erkenntnissen, im gesamten Berichtszeitraum ein allgemeiner Trend für einen Rückgang des Acrylamidgehalts festzustellen sei.
Die European Food Safety Authority (EFSA) [Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit] führt zurzeit eine Bewertung von Acrylamid und menschliche Gesundheit durch. Bei der Bewertung werden damit zusammenhängende internationale Entwicklungen berücksichtigt, einschließlich der vom JECFA-Ausschuss geleisteten Arbeit. Es wird davon ausgegangen, dass ein Entwurf im Juni 2014 fertiggestellt und für öffentliche Beratung offen sein wird. Das Feedback, das dann erhalten wird, wird für die abschließende wissenschaftliche Meinung berücksichtigt werden, die für 2015 terminiert ist.
Literatur
- FoodDrinkEurope, Acrylamide Pamphlets, January 2014. Available here (Accessed 22nd May, 2014).
- Evaluation of certain contaminants in food (Seventy-second report of the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives). WHO Technical Report Series, No. 959, 2011. Available here (Accessed 22nd May, 2014).
- European Commission Recommendation of 3 May 2007 on the monitoring of acrylamide levels in food (2007/331/EC). Available here (Accessed 23rd May, 2014).
- Commission recommendation of on investigations into the levels of acrylamide in food, Brussels, 10.1.2011 C(2010) 9681 final. Available here (Accessed 23rd May, 2014).
- European Food Safety Authority; Update on acrylamide levels in food from monitoring years 2007 to 2010, EFSA Journal 2012;10(10):2938. Available here (Accessed 23rd May, 2014).
- Powers et al. (2013) Acrylamide concentrations in potato crisps in Europe from 2002 to 2011, Food Additives & Contaminants: Part A, 2013. Available here (Accessed 23rd May, 2014).