ترکیبات آکریل آمید در صنایع غذایی

[Mahdi Eng 22940]

در آوریل سال ۲۰۰۲ سازمان ملی غذای سوئد (NFA) و محققان دانشگاه استكهلم اعلام كردند كه آكریلامید یك تركیب شیمیایی سمی و بالقوه سرطان زاست كه در بسیاری از غذاهایی كه در درجه حرارت های بالا پخته یا آماده شده اند تشكیل می شود.

سپس NAF سازمان ها و مقامات منطقه ای و بین المللی را از یافته های خود آگاه ساخت. هدف از انجام این كار جذب حمایت بین المللی برای پرداختن به آكریلامید به عنوان یك اولویت است. از آن پس مطالعات و تحقیقات بسیاری در ارتباط با آكریلامید صورت گرفت، آنچه پیش روی شماست خلاصه ای از این موارد است.

 

آكریلامید چسیت؟!

آكریلامید یك تركیب شیمیایی است كه در دسته مشخصی از غذاها تشكیل می شود. آكریلامید معمولا در مواد غذایی كه فرایند حرارتی را سپری كرده اند، به وجود می آید و بیشتر هنگامی تشكیل می شود كه یك آمینواسید طبیعی به نام آسپارژین با مواد قندی (شكرهای) طبیعی مثل گلوكز واكنش دهد. این واكنش فقط در حرارت های بسیار بالا در هنگام پختن و فرایند حرارتی صورت می گیرد. البته دمایی كه منجر به انجام این واكنش می شود نسبت به نوع محصول و ویژگی هایش و روش حرارت دادن و پختن متفاوت است. قابل ذكر است كه آكریلامید در صنعت برای ساختن تعدادی از پلاستیك ها و همچنین برای ساختن بعضی از مواد بسته بندی غذاها استفاده می شود، البته این استفاده در حد و اندازه ای نیست كه سبب به خطر انداختن سلامتی شود.

همان طور كه ذكر شد آكریلامید یك تركیب شیمیایی و در واقع آلی است كه در بسیاری از مواد غذایی كه هر روزه مصرف می كنیم یافت می شود. آكریلامید یك مونومر پلی آكریلامید است.

فرم مونومرآكریلامید برای سیستم عصبی سمی بوده و به عنوان یك عامل سرطان زا در حیوانات شناخته شده است و در مورد سرطان زا بودن در انسان هنوز مورد تردید است. ولی فرم پلی مریك آكریلامید سمی شناخته نشده است.

فرم مونومرآكریلامید ابتدا در آزمایشگاه های تحقیقاتی برای آماده سازی ژل به كار می رفت. ژل آكریلامید برای الكترونورز كه یك تكنیك جداسازی پروتئین است استفاده می شود. آكریلامید همچنین در تولید رنگ، لنزهای تماسی و مواد دیگر نیز شركت دارد. آكریلامید از قرن گذشته كاربردهای وسیع شیمیایی و محیطی پیدا كرده است و همچنین می تواند در اثر گرم شدن مواد بیولوژیكی مشتق شده از بافت های گیاهی تشكیل شود. این تركیب ابتدا به عنوان یك خطر صنعتی بالقوه شناخته شده و اكنون در بسیاری از غذاهای پخته شده یافت می شود. گزارش هایی مبنی بر حضور آكریلامید در رنج وسیعی از مواد غذایی سرخ شده و پخته شده با آون (Oven – cooked) سبب نگرانی گسترده جهانی به دلیل احتمال سرطان زا بودن آن در انسان شده است.

 

●ساختار شیمیایی آكریلامید

آكریلامید یك تركیب شیمیایی حد واسط (مونومر) است كه در سنتز پلی آكریلامید استفاده می شود.

 

این فرم مونومر به صورت كریستال سفید و پولك مانندی است كه در آب، اتانول، متانول، دی متیل اتر و آستون محلول است و در هپتان و بنزین نامحلول است.

این فرم مونومر پس از رسیدن به نقطه ذوب یا قرار گرفتن در معرض نور UV پلی مریزه می شود. آكریلامید جامد در دمای اتاق پایدار است اما ممكن است وقتی كه ذوب می شود یا در معرض عوامل اكسیدكننده قرار می گیرد، پلی مریزه شود.

 

●روش های آنالیز آكریلامید

به وسیله استانداردهای كنونی علم تجزیه، یافته های اخیر اكریلامید در غذاها قابل اعتماد است.

آكریلامید در مواد غذایی مختلف بسته به شیوه فراوری و شرایط پخت و درجه حرارت به طور قابل توجهی متغیر است. همچنین این مقدار ممكن است از محصولی به محصول دیگر و حتی در قسمت هایی از یك محصول كه بسیار حرارت دیده است متفاوت باشد. قبل از نمونه برداری باید كل محصول موردنظر یا بسته آن كاملا هموژن یا یكنواخت شود و سپس یك قسمت به عنوان نمونه آنالیز برداشته شود.

پس از به دست آوردن یك نمونه مناسب به وسیله روش های آنالیز چون گاز كروماتوگرافی / اسپكترومتری جرم (GC – ms) و یا كروماتوگرافی مایع / اسپكترومتری جرم (LC-MS-MS) می توان آكریلامید را آنالیز كرد.

 

●چگونه می توان میزان مصرفی آكریلامید را به حداقل رساند؟!

براساس اطلاعات موجود، تعیین كردن حداكثر میزان مصرف مجاز آكریلامید غیرممكن است. همچنین بر این اساس تعیین میزان مشخص مصرف روزانه غذاهای حاوی آكریلامید نیز عملی نیست. هرچند براساس تحقیقات صورت گرفته توسط سازمان های سلامت جوامع بین المللی محصولاتی مثل چیپس سیب زمینی بالاترین میزان آكریلامید را دارا است. بر همین اساس در یك رژیم غذایی سالم اثری از حضور مواد غذایی سرخ شده (fried) یا مواد غذایی كه به صورت عمقی سرخ شده اند (deep fried) و همچنین اسنك هایی مثل چیپس سیب زمینی دیده نمی شود. البته باید توجه داشت كه میزان مصرف محدود این قبیل محصولات غذایی به عنوان یك عامل مخاطره آمیز سلامتی مطرح نیست.

 

●چه غذاهایی شامل آكریلامید هستند؟!

مطالعات سازمان سلامت كانادا نشان می دهد كه آكریلامید در غلظت های زیاد در چیپس های سیب زمینی، بیسكویت، كلوچه، غلات صبحانه ای و نان دیده می شود. همچنین در مورد مواد غذایی كه در درجه حرارت های بالا فراوری می شوند مثل قهوه و جانشین های قهوه این حالت وجود دارد.

از میان غذاهای تست شده چیپس سیب زمینی و سیب زمینی سرخ كرده دارای بیشترین میزان آكریلامید هستند و كمترین میزان آكریلامید در نان های نرم و غلات یافت شده است.

قابل ذكر است كه در سیب زمینی آب پز شده یا جوشانده شده آكریلامید مشاهده نشده است زیرا دما در طول آب پز كردن سیب زمینی به اندازه كافی بالا نیست كه منجر به تشكیل آكریلامید شود.

 

●استراتژی های بخش سلامت كانادا برای كاهش میزان آكریلامید در صنعت غذا

سیاست كانادایی ها برای كاهش میزان آكریلامید علاوه بر تمركز بر همكاری دوجانبه صنعت و بخش تحقیق و كار تحقیقاتی این است كه با آگاهی دادن به صاحبان صنایع از شرایط و چگونگی تولید آكریلامید در مواد غذایی آنها را ملزم به پیشگیری از ایجاد این شرایط كنند و در واقع با اقدامات پیشگیرانه می كوشند تا میزان آكریلامید را در مواد غذایی تولیدی كاهش دهند. سازمان سلامت كانادا همچنین به عنوان اهداف خود بیان می دارد كه می كوشد تا با همكاری با بخش صنعت غذا راه های ممكن كاهش دادن میزان آكریلامید در غذاهای فراوری شده را بیابد.

[Mahdi Eng 22940]

مكانيسم تشكيل اكريل آميد در مواد غذايي

اكريل آميد يك مولكول كوچك و ساده است و در غذا هاي حرارت ديده از طريق چند مكانيزم مختلف تشكيل مي‌گردد ودر تشكيل آن پروتئين ، اسيد هاي آمينه ، ليپيد و احتمالا ساير تركيبات كم مقدار دخالت دارند. بعضي از مكانيزم احتمالي براي تشكيل اكريل آميد در مواد غذايي عبارت است از :

 

تشكيل اكريل اميد از طريق واكنش مايلارد

اگرچه آسپاراژين از طريق دكربوكسيلاسيون و دآميناسيون القاء شده با حرارت به اكريل آميد تبديل مي شود اما در عمل كربوهيدارت ها براي تبدل آسپاراژين به اكريل آميد لازم مي باشند از نظر تئوري خيلي از تركيبات كربونيل مي توانند روي وكنش تاثير بگذارند اما مشخص شده كه تركيبات α-هيدروكسي كربونيل مثل فروكتوز و گلوكز بخاطر اثر روي كاهش انرژي فعال سازي كارآمد تر هستند.

 

مسير هاي ديگر براي تشكيل اكريل آميد

اگرچه اكريل آميد در مواد غذايي عمدتا از طريق واكنش مايلارد تشكيل مي گردد، اما مكانيزم های ديگري نیز براي تشكيل آن گزارش شده است. اكرولين و اسيد اكريليك مي توانند با دهيدراتاسيون گليسرول بويژه موقعي كه چربي در دماي بالا حرارت مي ببيند تشكيل مي گردند .اين تركيبات با اسيد هاي آمينه بويژه آسپاراژين توليد اكريل آميد مي‌نمايند.

علاوه بر اسيد آمينه آسپاراژين که منشاء اصلی اکریل آمید در مواد غذایی می باشد، سایر اسيد هاي آمينه مثل ß- آلانين و آسپارتيك اسيد كه مستقيما و اسيد آمينه مثل سيستئين و سرين كه غير مستقيم اكريليك اسيد تشكيل می‌دهند نیز می تواند سوبستر برای تشکیل اکریل آمید باشند. اكريليك اسيد بوجود آمده با آمونياك واكنش مي دهد و اكريل آميد پدید مي آورد.

متابوليسم اكريل آميد

اكريل آميد بدليل داشتن وزن مولكولي پايين و قطبيت بالا به آساني جذب شده و در بدن توزيع مي گردد. برهمكنش بين اكريل آميد و پروتئين ها روي جذب آن تاثير دارد. بعد از جذب از طرق جريان خون در سراسر بدن توزيع مي‌گردد و در تيموس ، كبد ، قلب ، مغز ، كليه و حتي در شير يافت مي شود. كنژوگه شدن اكريل آميد با گلوتاتيون و همچنين اپوكسيداسيون آن به گليسيد آميد در كبد از طريق سيتوكروم P450 مسير اصلي متابوليك اكريل آميد مي با شد. مطالعات توكسيكولوژي نشان داد كه اپوكسيداسيون اكريل آميد در كاهش مقدار آن در خون اهميت بسزايي دارد. تشكيل گليسيد آميد مرحله بحراني براي اثرات ژنوتوكسي اكريل آميد و متابوليت هاي آن در نظر گرفته شده است. اكريل آميد و با ميزان بيشتر گليسيد آميد با ماكرومولكول هاي همچون هموگلوبين و آنزيم ها واكنش مي دهد. گليسيد آميد با DNA واكنش داده و منجر به موتاسيون نقطه اي و سرطان مي گردد.

سرطانزايي اكريل آميد

مطالعات اوليه دو اثر آشكار براي اكريل آميد روي سلامتي نشان داده اند 1- سرطانزايي 2- نوروتوكسيكي. اثرات نوروتوكسيكي در مقادير زياد اكريل آميد ( NOAEL 0.5 mg/kgbody weight /day ) بوجود مي آيد و چون اين مقدا از طريق غذا نمي تواند دريافت شود لذا اثرات نوروتوكسيكي از طريق مواد غذايي حاصل نمي‌شود. نوروتوكسيكي اثر سرطانزايي و غير ژنوتوكسيكي اكريل آميد است در مقابل اين حال شواهدي واضح دال بر اثرات سرطانزايي و موتاژني اكريل آميد در مطالعات in vivo و in vitro بدست آمده است.

در مطالعات كشت سلولي اكريل آميد سبب آسيب كروموزومي و موتاسيون نقطه اي مي گردد. ‌آزمايش اثر اكريل آميد روي سلول انسان و موش نشان دهنده موتاسيون ژن بويژه تعويض آدنين با گوانين و گوانين با سيتوزين به ترتيب مي باشد. در آزمايش با موش تومورهاي در غدد تيروئيد ، بيضه ، پستان ، شش، غذه clitoral و مغز مشاهده شده است. بعلاوه در مطالعه با موش هاي كه روزانه mg 2 به ازاي هر كيلوگرم در روز اكريل آميد دريافت نمودند تومورهاي در غدد تيروئيد ، بيضه ، سيستم عصبي مركزي ، رحم و ساير يافت شد.

با اين همه دوز زياد اكريل آميد كه در اين مطالعه به حيوان خورانده شده نمي توان با مقداري كه انسان از طريق مواد غذايي دريافت مي نمايد مقايسه نمود.

مطالعات اپيدميولوژيكي كه به منظور بررسي خطر سرطانزايي اكريل آميد در انسان انجام شده نشان دهنده عدم تاثير اكريل آميد دريافت شده از طريق رژيم غذايي روي سرطان مثانه ، روده و كليه مي باشد. بين اكريل آميد و سرطان سلول هاي كليه ،حنجره ، پستان و تخمدان همبستگي مثبت يافت نشده است. مطالعات اپيدميولوژيكي آينده نگر همبستگي بين اكريل آميد و سرطان پستان و كلون تائيد ننموده است.

اكريل آميد پناسيل سرطانزايي در موش صحرايي دارد و سرطانزايي آن شبيه به ساير تركيبات نظير بنزوپيرن و آمين هاي آروماتيك هتروسيليك است موتاژنيكي و سرطانزايي اكريل آميد در حيوانات براي حضور آن در غذا انسان نگراني زيادي ايجاد كده است لذا اكريل آميد كارسينوژنيك ممكن براي انسان طبقه بندي مي گردد مگر اينكه مطالعات دقيق تر عكس آن را تائيد كند لذا بايستي مقدار آن در مواد غذاي كم باشد.

استراتژي براي كاهش اكريل آميد سيب زميني

در فرآوردهاي حرارت ديده سيب زميني مثل چيپس ، فرنچ فراي و ... بسته به به يكسري عوامل مقدار زيادي اكريل آميد تشكيل مي شود . در اين فرآورده ها اكريل آميد عمدتا در طي واكنش مايلارد در نتيجه واكنش مابين اسيد آمينه آزاد آسپاراژين و قند هاي احياء كننده مثل گلوكز و فركتوز در دماي بالا بوجود مي آيد.

عوامل موثر بر مقدار اكريل آميد و استراتژي براي كاهش آن در فرآوردهاي حرارت ديده سيب زميني عبارت است از:

• ماده خام

عامل اصلي در مقدار اكريل آميد فرآوردهاي حرارت ديده سيب زميني مقدار اسيد آمينه آزاد آسپاراژين و قند هاي احياء كننده مي باشد نشان داده شده است مقدار اين دوتركيب در بين واريته هاي مختلف سيب زميني متفاوت است . عوامل زارعي ، واريته ، شرايط كشت ، زمان برداشت و اقليم روي مقدار قند احياء كننده تاثير دارند. طيف وسيعي از واريته هاي مختلف مورد بررسي قرار گرفتند و مشخص شده است در بين اسيد هاي آمينه آزاد آنها اسيد آمينه آسپاراژين از مابقي بيشتر است و حدود 39 درصد اسيدهاي آمينه آزاد را تشكيل مي دهد. در واريته مختلف سيب زميني مقدار آسپاراژين بيشتر از مقدار قند احياء كننده است لذا فاكتور محدود كننده براي تشكيل اكريل آميد در فرآوردهاي حرارت ديده سيب زميني مقدار قند هاي احياء كننده هستند. مشخص شده است كه بين مقاد اكريل آميد اين فرآورده ها و مقدار قند احياء كننده سيب زميني خام همبستگي زيادي وجود دارد ( 85/0 = R2) بنابراين انتخاب واريته هاي از سيب زميني كه مقدار قند احياء كننده آنها كمتر باشد استرتژي اميد بخشي براي كاهش اكريل آميد در فرآوردهاي حرارت ديده سيب زميني مي باشد. استفاده زياد از كودهاي ازت سبب افزايش مقدار آسپاراژين آزاد سيب زميني مي گردد اما مقدار قند احياء كننده آنها را كاهش مي دهد لذا منجر به كاهش مقدار اكريل آميد در فراورده هاي حرارت ديده مي شود.

• دماي نگهداري سيب زميني

چنانچه سيب زميني در دماي پايين نگهداري شود آنزيم ها آن فعال شده و مقدار قندهاي احياء كننده آن افزايش مي‌يابد لذا موقعي كه در معرض حرارت قرار مي گيرد اكريل آميد بيشتري در محصول بوجود مي آيد.

• دما و زمان سرخ كردن

افزايش زمان و دماي سرخ كردن منجر به افزايش مقدار اكريل آميد سيب زميني مي‌گردد در دماي 175-150 درجه سانتيگراد مقدار اكريل آميد تشكيل شده كم مي باشد. در يك دماي ثابت افزايش اكريل آميد با افزايش زمان از تابع خطي تبعيت مي كند و در دماي بالاتر شيب آن بيشتر مي باشد. اگر زمان سرخ كردن ثابت باشد افزايش دمايي سرخ كردن منجر به افزايش نمايي در غلظت اكريل آميد مي گردد. در دماهاي پايين سرخ كردن اكريل آميد كمتري تشكيل مي‌گردد اما جذب روغن بيشتر بوده و بافت از كيفيت مناسبي برخوردار نيست.

• نسبت سطح به حجم

چنانچه نسبت سطح به حجم خلال سيب زميني كمتر باشد مقدار اكريل آميد تشكيل شده هم كمتر مي باشد.

• خلا

اگر سرخ كردن تحت شرايط خلا انجام شود اكريل آميد كمتري در محصول بوجود مي آيد چون در اين شرايط مي‌توان براي رسيدن به خواص حسي مناسب در محصول از دماي كمتري استفاده نمود.

• رطوبت

اگر خلال هاي سيب زميني قبل از سرخ كردن خشك شوند مي توان دماي سرخ كردن را كاهش داد لذا ا كريل آميد كمتري در محصول تشكيل مي شود.

• تركيبات فنلي

مشاهده شده موقعي كه اسلايس هاي سيب زميني در روغن زيتون كه به آن رزماري ( حاوي تركيبات پلي فنولئيك زياد) اضافه شده سرخ شوند حاوي اكريل آميد كمتري هستند.

• محيط سرخ كردن

مشخص شده چنانچه فرنچ فراي در روغن پالم اولئين سرخ شوند مقدار اكريل آميد آنها بيشتر از موقعي است كه در روغن افتابگردان يا كلزا سرخ مي گردند. در دماي بالاتر روغن به اكرولئين تجزيه شده و اين ماده پيش ساز اكريل آميد مي باشد.

• بلانچينگ

بلانچينگ يك فرآيند قبل از سرخ كردن اسلايس هاي سيب زميني است كه به منظور غير فعال كردن آنزيم هاي سيب زميني براي ممانعت از قهوهاي شدن آنها انجام مي شود. مشخص شده است كه فرو بردن اسلايس سيب زميني در يك محلول اسيدي مثل محلول اسيد سيتريك بمنظور بلانچينگ منجر به كاهش 80 % اكريل آميد در محصول نهايي مي گردد. علاوه بر اين مشاهده شده چنانچه بانچينگ كردن اسلايس هاي سيب زميني در محلول حاوي كلريد كلسيم ، NaHSO3 يا سيستئين انجام شود مقدار اكريل اميد كمتري در چيپس تشكيل مي شود در ميان اين عوامل اكريل آميد موثرتر از ساير عوامل بود ودر غلظت 5 گرم در ليتر منجر به كاهش 85% در مقدار اكريل آميد چيپس شد.