Chemické kontaminanty vznikající při výrobě potravin a

Prezentace na téma: "Chemické kontaminanty vznikající při výrobě potravin a"— Transkript prezentace:

1 Chemické kontaminanty vznikající při výrobě potravin a
PROCESNÍ KONTAMINANTY – AKRYLAMID, FURAN a 3-MCPD NÁRODNÍ PROGRAM VÝZKUMU II. - AKRYLAMID Chemické kontaminanty vznikající při výrobě potravin a faktory ovlivňující jejich vznik Veronika BARTÁČKOVÁ Kateřina RIDDELLOVÁ Monika ČERNÁ Kateřina Valenzová Tomáš ČAJKA Vladimír KOCOUREK Jana HAJŠLOVÁ VŠCHT Praha Ústav chemie a analýzy potravin

2 SOUHRN PŘEDNÁŠKY – PROCESNÍ KONTAMINANTY
Akrylamid – procesní kontaminant Akrylamid - minimalizace Akrylamid a 3-MCPD v pekárenských výrobcích Akrylamid ve sladech a českých pivech Akrylamid a furan Slady „Beer production chain“

3 AKRYLAMID (AA) 2-propenamid
Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) v r.1994 – klasifikace jako potenciální lidský karcinogen (skupina 2A) karcinogenní a neurotoxický, vliv na fertilitu

4 RIZIKOVÉ POTRAVINY vysoký obsah aminokyseliny asparaginu
brambory, výrobky z brambor vysoký obsah redukujících cukrů pekařské výrobky (zvláště s přídavkem medu či invertního cukru) müsli vysoký obsah amonných solí pekařské výrobky s použitím kypřícího prášku

5 Potřeba rychlé a vhodné metody pro stanovení akrylamidu v potravinách
AKRYLAMID - MONITORING Sledování akrylamidu v potravinách se v rámci EU řídí Doporučením komise 2007/331/ES ze dne 3.května (o monitorování akrylamidu v potravinách) v letech 2003 – 2006 zpracoval Joint Research Centre, v belgickém Geelu Od 2007 EFSA (European Food Safety Authority) Potřeba rychlé a vhodné metody pro stanovení akrylamidu v potravinách

6 European Acrylamide Monitoring database
IARC – Akrylamid - pravděpodobný lidský karcinogen riziko související s dietárním příjmem nemůže být vyloučeno podklady pro kvantifikaci rizika však zatím neexistují je nutné odhadnout dietární příjem

7 European Acrylamide Monitoring database
Jednotky akrylamid (µg/kg) Potraviny  Bramborové hranolky lupínky placky Jemné pečivo Perník Křehký chléb Dětská výživa Sušenky Snídaňové cereálie Pražená káva Kávoviny Počet vzorků 1377 831 121 1056 1003 411 157 402 333 221 108 Min 5 10 4 79 116 1. Quartil 85 314 172 53 138 35 102 20 223 497 Median 186 528 352 145 303 244 230 60 286 773 3. Quartil 363 938 713 350 668 505 166 620 132 373 1226 Max 4653 4215 3072 3324 7834 2838 910 3044 1649 975 2955 Joint Research Centre: Summary of the database content for selected food matrices – Status June 2006

8 MINIMALIZACE HLADIN AA V POTRAVINÁCH
Agronomické Receptura recipe ……. …….. Proces Finální úprava BARVA TEXTURA/FLAVOR SKLADOVÁNÍ ÚDRŽNOST KULINÁRNÍ ÚPRAVA ASPARAGIN SACHARIDY NH4HCO3 pH ZŘEDĚNÍ INGREDIENTY FERMENTACE TEPLOTNÍ REŽIM PŘEDÚPRAVA (mletí, mytí,…) shrnutí průmyslového a akademického výzkumu THE CIAA ACRYLAMIDE „TOOLBOX“ -

9 MINIMALIZACE HLADIN AA V POTRAVINÁCH

10 MINIMALIZACE HLADIN AA V POTRAVINÁCH
CIAA Acrylamide Toolbox poslední revize únor 2009 Přidány informace od americké asociace potravinářských výrobců(GMA) Vývoj směrem ke « globálnímu » Toolboxu Následně modifikovány letáky o akrylamidu, které vydala EFSA 10

11 MINIMALIZACE HLADIN AA V POTRAVINÁCH
Klíčové změny: 14 parameterů, « Zpracování: Asparaginasa » zařazena již jako samostatná položka “Receptrura: Kypřící činidla (např. amonné a sodné soli)” modifikována, aby lépe odrážela obsah tohoto nástroje Dílčí review (CAOBISCO, ESA, UEITP = EPPA) zahrnuta Údaje ze Švýcarska o cukrech obsažených v bramborách vzaty v úvahu Zahrnuty nejnovější informace z publikací a vědeckých projektů

12 MINIMALIZACE HLADIN AA V POTRAVINÁCH
Agronomické: cukry Bramborové výrobky Výběr odrůd s nízkým obsahem cukrů, které jsou vhodné pro daný typ výrobku, je klíčový • Výběr odrůd založen na obsahu redukujících cukrů (lupínky) nebo hodnocení barvy smažených vzorků (hranolky) • Kontrolované skladování od dodavatele po zpracovatele; aplikace retardátorů klíčení GAP; rekondicionace při vyšších teplotách. • sklizeň zralých hlíz Průmysl Minimalizace cukrů – standardní výrobní praxe

13 MINIMALIZACE HLADIN AA V POTRAVINÁCH
Zpracování: Asparaginasa Cereální výrobky (chléb, křehký chléb, sušenky, pečivo, snídaňové cereálie) Průmysl: Aplikace na komerční výrobky (např. perník, sušenky, křehlý chléb), potenciál pro uplatnění v dalších typech cereálních výrobků Významná redukce (~70-90%) dosažena použitím v některých výrobcích při aplikaci do těsta Produkce výrobků bez ovlivnění senzorické jakosti, např. perník, křehkých chléb a sušenky 13

14 MINIMALIZACE HLADIN AA V POTRAVINÁCH
Zpracování: Asparaginasa Pilotní výsledky: pokles akrylamidu >80% Přenos do výroby: cca 40% redukce Klíčové parametry: Teplota (25°C) Koncentrace enzymu, 120 mg/kg Bez vlivu na organoleptické vlastnosti 14

15 MINIMALIZACE HLADIN AA V POTRAVINÁCH
Zpracování: Asparaginasa Káva a kávové směsi Významná redukce asparaginu v zelených kávových bobech po enzymatickém ošetření (20-40% nižší akrylamid) v závislosti na podmínkách pražení ve srovnání s kávou bez enzymového ošetření zpracovanou stejným způsobem. Vliv pro hodnocení mají: - zaznamenány významné rozdíly v chuti - rozsah aplikace - vzít v úvahu redukci akrylamidu během doby skladování Laboratorní testy: Hodnocení schopnosti asparaginasy redukovat akrylamid ošetřením zelených kávových bobů je v procesu.

16 MINIMALIZACE HLADIN AA V POTRAVINÁCH
Minimalizace hladin AA při současném zachování ostatních jakostních parametrů výrobku.

17 MINIMALIZACE HLADIN AA V POTRAVINÁCH
Reakce vedoucí ke vzniku akrylamidu je zároveň důležitá pro tvorbu barevných a chuťových látek rozhodujících o senzorické jakosti produktu PERNÍK – přídavek redukujících cukrů nutný k tvorbě charakteristické barvy a chuti – VYSOKÉ HLADINY AKRYLAMIDU KŘEHKÝ CHLÉB – tlustší plátek – snížení obsahu AA, ale značné ovlivnění senzorických vlastností HLEDÁNÍ KOMPROMISU SENZORICKÁ JAKOST x OBSAH AKRYLAMIDU

18 NÁRODNÍ PROGRAM VÝZKUMU II. - AKRYLAMID
EXPERIMENTY VŠCHT PRAHA sledování vlivu technologických faktorů na obsah AA a 3-MCPD v tradičním českém chlebu: podíl žitné a pšeničné mouky kyselost kvasu a těsta přídavek starého chleba přídavek pražených sladů teploty dosažené během pečení zapařování pečného prostoru na začátku zapékání doba vystavení těsta vysokým teplotám NÁRODNÍ PROGRAM VÝZKUMU II. - AKRYLAMID

19 NÁRODNÍ PROGRAM VÝZKUMU II. - AKRYLAMID
EXPERIMENTY VŠCHT PRAHA sledování vlivu technologických faktorů na obsah AA a 3-MCPD v běžném pšeničném pečivu: přídavek droždí přídavek vitálního lepku testování komerčních výrobků sledování vlivu technologických faktorů na obsah AA v chemicky kypřených výrobcích - pernících: testování průmyslových výrobků testování modelově upečených perníků Sledování hladin akrylamidu v pivovarských sladech a českých pivech NÁRODNÍ PROGRAM VÝZKUMU II. - AKRYLAMID

20 ANALYZOVANÉ VZORKY - CHLEBA
Experiment 1 3 soubory vzorků odebrané ze 2 pekáren po dobu dvou týdnů desetidenní monitoring pšenično-žitný světlý konzumní chléb pšenično-žitný tmavý konzumní chléb pšenično-žitný chléb s přídavkem starého chleba (SCH) Experiment 2 12 vzorků z různých pekáren v ČR různá technologie přípravy kvasu Experiment 3 Modelové pečení 15-85 % žitné mouky v receptuře analýza AA jen v chlebové kůrce (max. teplota ve střídě 95-98°C, v kůrce 160°C)

21 EXPERIMENT 1 – DESETIDENNÍ MONITORING
světlý chléb tmavý chléb chléb s přídavkem starého chleba

22 EXPERIMENT 1 – DESETIDENNÍ MONITORING
průměrné obsahy akrylamidu u jednotlivých chlebů: název vzorku obsah AA (μg/kg sušiny) RSD (%) Obsah AA (μg/kg chleba) světlý chléb 61 72,1 1 – 5 tmavý chléb 35 55,1 4 – 15 chléb s přídavkem SCH 148 18,8 –

23 HLADINY AA V PRAŽENÝCH SLADECH U TMAVÉHO CHLEBA
cíl: zjistit hladiny AA ve sladech a určit množství akrylamidu vnesené jejich prostřednictvím do finálního produktu v hnědém sladu 14-krát vyšší množství než v černém sladu množství AA v konečném produktu 2,81 μg na jeden kus chleba OBSAH AA V PRAŽENÝCH SLADECH POUŽÍVANÝCH K DOBARVOVÁNÍ TMAVÉHO CHLEBA

24 EXPERIMENT 2 – CHLEBA Z RŮZNÝCH PEKÁREN ČR
vzorky 1 a 2 (65 a 44 μg/kg sušiny) - kvas z žitné mouky - nižší hladiny AA → vliv podílu žitné mouky? ostatní vzorky – technologie Isern Haeger – přídavek starého chleba do receptury 90 – 150 μg/kg sušiny (RSD 29 %) 8 – 30 μg/kg chleba

25 EXPERIMENT 2 – CHLEBA Z RŮZNÝCH PEKÁREN ČR
Průměrné hodnoty obsahu 3-MCPD (µg/kg) V sušině chlebů kypřených různou technologií Označení vzorku Technologie Kypření Kůrka 3-MCPD volný Střída vázaný A Droždí + mléčná kultura 17 21 12 30 B Droždí + technologie mléčného kvasu Isern Haegern 26 18 27 31 C Kontinuální výrobník přirozeného žitného kvasu 15 23 35

26 MODELOVÉ PEČENÍ CHLEBA – PODÍL ŽITNÉ MOUKY
Závislost obsahu akrylamidu v sušině chleba na podílu žitné mouky 20 40 60 80 15 25 35 45 55 65 75 85 Podíl žitné mouky (%) Obsah akrylamidu v sušině (µg/kg chleba)

27 MODELOVÉ PEČENÍ CHLEBA – PODÍL ŽITNÉ MOUKY

28 ZÁVĚR - CHLEBA 10-ti denní monitoring – stanovení hladin AA
hladina AA v hnědém sladu 14x vyšší než v černém sladu z technologického pohledu – největší vliv na tvorbu AA v chlebu – teplota studium vlivu žitné mouky neprokázalo ovlivnění hladin AA ani 3-MCPD v chlebu

29 ANALYZOVANÉ VZORKY - PEČIVO
Experiment 1 modelové pečení běžného pečiva přídavek 2-4 % droždí v receptuře Experiment 2 Přídavek 0,5-2,5 % vitálního lepku v receptuře Experiment 3 3 komerční vzorky běžného pečiva analýza AA jen v kůrce pečiva

30 EXPERIMENT 1 – PŘÍDAVEK DROŽDÍ
Závislost obsahu akrylamidu v sušině pečiva na přídavku droždí 2 4 6 8 10 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Přídavek droždí (%) Obsah akrylamidu v sušině (µg/kg pečiva)

31 EXPERIMENT 2 – PŘÍDAVEK VITÁLNÍHO LEPKU
Závislost obsahu akrylamidu v sušině pečiva na přídavku vitálního lepku 5 10 15 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Přídavek vitálního lepku (%) Obsah akrylamidu v sušině (µg/kg pečiva)

32 EXPERIMENT 1 – PŘÍDAVEK DROŽDÍ
EXPERIMENT 2 – PŘÍDAVEK VITÁLNÍHO LEPKU

33 EXPERIMENT 3 – PRŮMYSLOVÉ PEČIVO
akrylamid [µg.kg–1] Volný 3-MCPD [µg.kg–1] Vázaný Rohlík 14 16 70 Banketka 20 15 77 Croissant 38 -

34 ZÁVĚR - PEČIVO studium vlivu přídavku droždí neprokázalo ovlivnění hladin AA a 3-MCPD v pečivu studium vlivu přídavku vitálního lepku neprokázalo ovlivnění hladin AA a 3-MCPD v pečivu Komerční pečivo srovnatelné hladiny AA jako modelově upečené, 3-MCPD – také srovnatelné hladiny Obecně v tomto typu výrobku hladiny obou kontaminantů spíše nízké

35 ANALYZOVANÉ VZORKY - PERNÍKY
Experiment 1 průmyslové perníkové korpusy různá receptura Experiment 2 modelové pečení perníků různé kypřící prostředky a cukry v receptuře analýza AA v celém objemu perníků

36 Akrylamid (µg/kg sušiny)
EXPERIMENT 1 – PRŮMYSLOVÉ PERNÍKY Obsah medu (%) 0,5 8 Doba odležení (dny) 5 2 až 3 Doba pečení (min) 6 až 15 neuvedeno Teplota pečení (°C) 220 až 245 Kypřidlo NH4HCO3 Cukr na inverzi % 28,5 23,3 HCl % 0,05 0,04 Teplota inverze (°C) 103 až 104 114 Doba inverze (min) 10 2 Neutralizace Na2CO3 0,065 % Na2CO3 0,094 % Sušina pečeného % 90,0 87,7 92,2 Akrylamid (µg/kg)  953  1276 520 Akrylamid (µg/kg sušiny)  1059  1455 564

37 EXPERIMENT 2 – MODELOVÉ PEČENÍ PERNÍKY

38 ZÁVĚR - PERNÍKY Korpusy průmyslových perníků vykazovaly vyšší hladiny AA Rozdíl mezi dvěma vzorky stejnými recepturně může být způsoben řadou faktorů Např.: kam až směs zneutralizována po kyselé hydrolýze, pH směsi, přesné doba průběhu reakcí apod. Modelově upečené perníky vykazují vliv přídavku medu – vytvoření více AA Modelově upečené perníky s použitím sirupu po kyselé inverzi měly nejnižší obsahy AA

39 ANALYZOVANÉ VZORKY – PŘÍMÉ PRAŽENÍ OBILOVIN
Experimenty Pražení obilovin – pšenice (R, E), žito (D), ječmen (B, P1, P2) Zjišťování vlivu doby a teploty pražení

40 PŘÍMÉ PRAŽENÍ OBILOVIN
Vliv teploty pražení na obsah akrylamidu v ječmeni Vliv doby pražení na obsah akrylamidu v ječmeni

41 PŘÍMÉ PRAŽENÍ OBILOVIN
Vliv teploty pražení na obsah akrylamidu v žitu a pšenici Vliv doby pražení na obsah akrylamidu v žitu a pšenici

42 PŘÍMÉ PRAŽENÍ OBILOVIN
Závislost množství vázaného 3-MCPD na teplotě po 15 minutách pražení Závislost obsahu vázaného 3-MCPD na době pražení při teplotě 150 °C

43 ANALYZOVANÉ VZORKY - PIVOVARSTVÍ
Experiment 1 Hladiny akrylamidu v pivovarských sladech Různé typy pivovarských sladů Experiment 2 Monitoring hladin akrylamidu v českých pivech Různé typy českých piv

44 čokoládový pšeničný (pražený)
EXPERIMENT 1 – PIVOVARSKÉ SLADY Slad* Barva - EBC AA (µg kg–1) žitný 3 – 8 <LOQ čokoládový pšeničný (pražený) 800 – 1200 49 světlý pšeničný 3 – 5 <LOD speciální mnichovský 110 – 130 150 speciální červený 40 – 50 81 karamelový žitný 150 – 200 909 speciální 20 – 30 300 – 400 409 melanoidní 60 – 80 105 uzený (kouřový) 3 – 6 Plzeňský mnichovský 20 – 25 67 *Vzorky od komerčního výrobce – dodavatele pivovarů

45 EXPERIMENT 2 – ČESKÁ PIVA
30 vzorků různých piv od několika českých producentů Světlá výčepní piva (8x) Světlé ležáky (8x) Polotmavá piva (2x) Tmavá piva (5x) Nealkoholická piva (3x) Piva se sníženým obsahem cukru (1x) Speciální (více alkoholická) piva (3x) Analýza metodou LC-MS/MS Limit detekce (LOD): 2 µg/L Limit kvantifikace (LOQ): 5 µg/L

46 Popis vzorků českých piv (1)
Vzorek Popis % Alkoholu AA µg/L 1 Světlé výčepní pivo, pasterováno 3,8 6 2 Světlé nealkoholické pivo, pasterováno max 0,5 3 4,0 <LOQ 4 Světlý ležák, pasterováno 5,0 5 Stupňovitost 16%, speciální silné, pasterováno 7,6 <LOD Světlé výčepní pivo, ochranná atmosféra, pasterováno 4,1 7 Světlý ležák, pasterováno, baleno v ochr.atmosféře 8 Snížený obsah cukru, ochranná atmosféra, pasterováno 9 Výčepní tmavé, ochranná atmosféra, pasterováno 10 Výčepní světlé, ochranná atmosféra, pasterováno 11 Světlý ležák, ochranná atmosféra, pasterováno 4,6 12 4,8 13 14 Světlé nealkoholické pivo, pasterováno, ochranná atmosféra max. 0,49 15 Výčepní světlé, pasterováno, ochranná atmosféra

47 Popis vzorků českých piv (2)
Vzorek Popis % Alkoholu AA µg/L 16 Světlý ležák, pasterováno, ochranná atmosféra 4,4 <LOQ 17 24% speciální tmavé pivo, pasterováno, ochranná atmosféra 10,5 <LOD 18 Světlé nealkoholické pivo, pasterováno, ochranná atmosféra max 0,5 6 19 16% světlý ležák, pasterováno, ochranná atmosféra 7,5 20 Tmavý ležák, paterováno, ochranná atmosféra 4,8 10 21 5,0 22 Ležák tmavý, pasterováno, ochranná atmosféra CO2 8 23 Ležák světlý, pasterováno, ochranná atmosféra CO2 24 Výčepní světlé, pasterováno, ochranná atmosféra CO2 4,0 25 Tmavý ležák, paterováno, ochranná atm. (N2) 26 Ležák polotmavý, pasterováno, ochranná atmosféra CO2 27 Ležák polotmavý, pasterováno, ochranná atmosféra N2 5,1 5 28 Světlé výčepní pivo, pasterováno, ochranná atmosféra 4,2 29 Světlé výčepní, pasterováno, ochranná atmosféra 3,8 7 30 Tmavý ležák, pasterováno 4,7

48 Vyhodnocení monitoringu českých piv
Nález AA ve 30% vzorků Nálezy: 5 – 10 µg/L Průměrně: 7 µg/L 2x nealkoholické pivo (66%) 1x polotmavé pivo (50%) 4x tmavé pivo (80%) 2x světlé výčepní pivo (25%) <LOQ 37% vzorků <LOD 33% vzorků

49 NÁRODNÍ PROGRAM VÝZKUMU II. - AKRYLAMID
REALIZOVANÉ EXPERIMENTY – AKRYLAMID A FURAN sledování hladin procesních kontaminantů ve sladech pro výrobu piva 3 technologické série vzorků z pražení sladů stanovení procesních kontaminantů v jednotlivých technologických stupních výroby piva ležák red tmavé pivo NÁRODNÍ PROGRAM VÝZKUMU II. - AKRYLAMID

50 FURAN 1,4-epoxy-1,3-butadien
Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) – klasifikace jako možný lidský karcinogen (skupina 2B) karcinogenní a cytotoxický pro hlodavce

51 MOŽNÉ CESTY TVORBY FURANU V POTRAVINÁCH
Kyselina askorbová PUFAs Cukry/Aminy Aminokyseliny Další prekursory? [O] Maillard Streckerova degradace

52 RIZIKOVÉ POTRAVINY Káva Konzervované potraviny (i dětská výživa) Maso
Zelenina Ovoce Omáčky Polévky Chléb Karamel Sójové omáčky

53 PRŮMYSLOVÉ PRAŽENÍ SLADŮ
Teplota pražení (°C) Doba pražení (min) Akrylamid (µg/kg) Furan (µg/kg) Zelený slad (pro výrobu karamelového sladu o 100 j. EBC) 60 14 2 90 52 65 63 120 72 8 100 180 160 16 110 210 918 99 Plzeňský slad (suchý) pro výrobu černého sladu 50 33 4 128 30 58 3 854 264 200 438 960 220 84 740 Zelený slad (pro výrobu karamelového sladu o 200 j. EBC) 10 70 43 36 130 46 5 230 227 13 265 942 524

54 PRŮMYSLOVÉ PRAŽENÍ SLADŮ

55 PRŮMYSLOVÉ PRAŽENÍ SLADŮ

56 PRŮMYSLOVÉ PRAŽENÍ SLADŮ

57 PRŮMYSLOVÉ PRAŽENÍ SLADŮ

58 PRŮMYSLOVÉ PRAŽENÍ SLADŮ

59 PRŮMYSLOVÉ PRAŽENÍ SLADŮ

60 TECHNOLOGIE VÝROBY PIVA

61 TECHNOLOGIE VÝROBY PIVA
LEŽÁK RED TMAVÉ voda chmel Plzeňský slad Barvící slad Bavorský slad Rmut odebraný při 52 °C Konečný rmut Mláto Mladina Uvařená mladina Studená mladina Mladé pivo Dokvašené pivo Filtrované pivo Rmut odebraný při 52 °C Konečný rmut Mláto Mladina Uvařená mladina Studená mladina Mladé pivo Dokvašené pivo Filtrované pivo Rmut odebraný při 52 °C Konečný rmut Mláto Mladina Uvařená mladina Studená mladina Mladé pivo Dokvašené pivo Filtrované pivo

62 TECHNOLOGIE VÝROBY PIVA – AKRYLAMID
vzorek µg/kg Plzeňský slad <LOD Barvící slad 30 Bavorský slad 50 Všechny typy piva (ležák, red, tmavé): µg/L Rmut Konečný rmut Mláto Mladina 4 - 7 Uvařená mladina Studená mladina Mladé pivo Dokvašené pivo Filtrované pivo

63 TECHNOLOGIE VÝROBY PIVA – FURAN
1519 µg/kg

64 Závěr, navazující studie a experimenty
Průmyslové pražení sladů Významný vliv podmínek pražení (doba a teplota) na konečnou hladinu procesních kontaminantů Dynamika tvorby akrylamidu a furanu - shodný průběh Technologické řady - pivo Akrylamid bez nálezů → zřejmě díky nízkým hladinám akrylamidu v použitých sladech Furan nejvyšší hladina v barvícím sladu (1519 µg/kg) V ostatních vzorcích < 10 µg/kg I přes vysoké hladiny ve sladech nebyla prokázána souvislost s přestupem furanu v rámci celého procesu do piva Monitoring piv na trhu

65 Děkuji za pozornost!