SZAKDOLGOZAT. A diplomamunka címe Élelmiszerbiztonság és higiénia magánháztartásokban: A termeléshez kapcsolódó méreganyagok mennyiségi meghatározása
DOKTORI TÉZISEK Az Élelmiszer-biztonság és higiénia a magánháztartásokban: A termeléshez kapcsolódó méreganyagok számszerűsítése című cikk Michael Steininger, Bakk.rer.nat szerzett tudományos fokozat Bécs, 2012 Tanulmányszám a tanulmánylap szerint: Tanulmányi terület a tanulmánylap szerint: Témavezető: A 066 838 Táplálkozástudományi mesterképzés Ass-Prof. Dr. Petra Rust
I Tartalom 1. Bevezetés és kérdés. 1 2. Irodalmi áttekintés. 4 2.1 Akrilamid 4 2.1.1 Bevezetés és a képződés mechanizmusa. 4 2.1.2 Toxicitás. 7 2.1.3 Emberi expozíció . 11 2.1.4 Kockázatértékelés 15 2.2 Furan . 17 2.2.1 Kezdeményezés és kialakulásának mechanizmusa 17 2.2.2 Toxicitás 20 2.2.3 Emberi expozíció. 23 2.2.4 Kockázatértékelés 27 2.3 Policiklusos aromás szénhidrogének. 28 2.3.1 Bevezetés és a képződés mechanizmusa . 28 2.3.2 Toxicitás 30 2.3.3 Emberi expozíció . 33 2.3.4 Kockázatértékelés 38 2.4 Transz-zsírsavak . 40 2.4.1 Bevezetés és kialakulási mechanizmusok 40 2.4.2 Egészségre gyakorolt hatások 42 2.4.3 Emberi expozíció. 45 2.4.4 Kockázatértékelés 47 3. Anyag és módszerek 49 3.1 Tesztalanyok és tesztalanyok toborzása . 49 3.2 Felhasznált élelmiszerek 51 3.3 Mintavétel a használt felszereléssel együtt . 54 3.4 Az alkalmazott módszerek 56 3.4.1 Megfigyelő rendszer 56 3.4.2 Kérdőív. 57 3.5 Analitikai módszerek 58 3.5.1 LC/MS meghatározása akrilamid 58
II 3.5.2 A furán GC/MS meghatározása . 60 3.5.3 A policiklusos aromás szénhidrogének meghatározása HPLC segítségével 62 3.5.4 Zsírsav-metil-észterek meghatározása GC-FID 64 alkalmazásával 3.6 Statisztikai eljárás. 65 4. Eredmények és megbeszélések 66 4.1 Akrilamidszint sült burgonyában 66 4.2 Furánszint sült burgonyában . 77 4.3 Policiklusos aromás szénhidrogének sült burgonyában és csirkékben. 79 4.4 Transzzsírsavszint. 87 4.5 További felmérések eredményei. 90 4.6 Megbeszélés. 95 5. Következtetés. 107 6. Összegzés. 110 7. Összegzés. 114 8. Irodalomjegyzék. 117 9. önéletrajz. 134
III Az ábrák felsorolása 1. ábra Az akrilamid képződésének mechanizmusa 5. ábra 2. ábra A furán és dibenzofuránok szerkezeti képlete . 17 3. ábra Az akrilamid mért értékek normális eloszlásának vizsgálata Kolmogorov-Smirnov és Shapiro-Wilk . 68 4. ábra Az akrilamid QQ diagramja -Mért értékek (koncentrációk µg/kg-ban). 68 5. ábra Az akrilamid mért értékeinek (µg/kg-ban) összehasonlítása a családok és az idősek körében 69 6. ábra Boxplot grafika a sült burgonya készítéshez használt olajfajták bemutatásához a mért akrilamid-koncentrációkkal összefüggésben (µg/kg-ban) ) a végtermékben. 70 7. ábra Főtt és nem főtt burgonya dobozos ábrázolása (sütés előtt) és a végtermék akrilamidtartalma (µg/kg-ban). 73 8. ábra Boxplot burgonyafajták és akrilamidkoncentráció a vizsgálatban használt végtermékben (µg/kg-ban). 75 9. ábra Csirkékészítéshez felhasznált olajok/zsírok százalékban (minden háztartásban) 90 10. ábra Sült burgonyához használt olajok/zsírok százalékban (minden háztartásban). 91 11. ábra A kályha típusának felmérése százalékban (minden háztartásban) 92 12. ábra A csirke pörköléséhez használt olajok és zsírok tárolása 93 13. ábra A pörköléshez felhasznált olajok és zsírok tárolása Burgonyát használtak 94
V Rövidítések listája AGES Osztrák Egészségügyi és Élelmiszer-biztonsági Ügynökség ALARA. Olyan alacsony, mint ésszerűen elérhető ApoB. Apolipoprotein B BaP. Benzo (a) pirén BfR Szövetségi Kockázatértékelési Intézet BMDL 10. referencia-dózis alsó konfidencia határ 10% - A 10% -os BMG referencia dózis alsó konfidencia határa. Szövetségi Egészségügyi Minisztérium (Ausztria) BVL. Szövetségi Fogyasztóvédelmi és Élelmiszerbiztonsági Hivatal CIAA. Az Európai Unió élelmiszer- és italiparának szövetsége CONTAM Panel. . Német Kutatási Alapítvány DNS. Dezoxiribonukleinsav DTU. Egészségügyi Szervezet FDA. Amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatal FFQ. Élelmiszer-gyakoriság kérdőív
GC-FID. Gázkromatográfia-lángionizációs detektor GC-MS. Gázkromatográfia-tömegspektrometria GPC . Gélpermeációs kromatográfia HDL. Nagy sűrűségű lipoprotein HPLC Nagy teljesítményű folyadékkromatográfia IARC . International Agency for Research on Cancer IPCS . Nemzetközi kémiai biztonsági program ISTD. Belső szabvány JECFA. FAO/WHO élelmiszer-adalékanyagok vegyes szakértői bizottsága (az FAO/WHO vegyes élelmiszer-adalékanyagok szakértői bizottsága) LB . Alacsonyabb LC/MS . Folyadékkromatográfia-tömegspektrometria LD 50. Átlagos halálos dózis (50%) LDL alacsony sűrűségű lipoprotein MAK.Maximális munkahelyi koncentráció MOE.Az expozíció határértéke MW NTP átlagérték . Nemzeti Toxikológiai Program PAH . Policiklusos aromás szénhidrogének PAK Policiklusos aromás szénhidrogének (= PAH) ppb/milliárd Q diagram. Kvantilis-kvantilis diagram RP oszlop. Fordított fázisú oszlop SCF . Élelmiszer SD tudományos bizottság. Standard deviáció SIM Selected ion monitoring SNFA Svéd Nemzeti Élelmiszerügyi Hivatal SPE . Szilárd fázisú extrakció TFA transz-zsírsavak TFS transz-zsírsavak TNFα.Tumor necrosis factor-α UB. Felső-VI
VII. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Ezen a ponton szeretnék köszönetet mondani mindenkinek, aki támogatott a disszertáció megvalósításában és elkészítésében. Külön köszönet illeti szüleimet az egész tanfolyam alatt nyújtott érzelmi és anyagi támogatásukért.
3 burgonyában használt olajokat és zsírokat vizsgáltak transz-zsírsavak előfordulására. A cél itt annak ellenőrzése, hogy az osztrák transz-zsírsav-szabályozás által előírt 2g transz-zsírsavak maximális értéke az összes zsírban meghaladja-e az egyedi eseteket, és feltételezhető-e, hogy az analitikai úton meghatározott mért értékek egészségügyi kockázatot jelentenek az emberekre [BMG, 2009].
5 1. ábra: Az akrilamid képződésének mechanizmusa [Mottram et al., 2002; Stadler és mtsai, 2004; Granvogl és Schieberle, 2006]. Vizsgálták és megvitatták az akrilamid élelmiszer-képződésének egyéb másodlagos reakcióútjait, pl. akrilamid képződése akroleinból, akrilsavból és búzasikérből. Megjelenik az akrilamid képződése akroleinból aszparagin hiányában
6 különösen a magas zsírtartalmú ételekben játszik szerepet [Yasuhara et al., 2003]. Az akroleinből képződött akrilsav reakcióba léphet ammóniával és ezáltal akrilamid képződéséhez vezet. Ez a mechanizmus azonban nem kapcsolódik az akrilamid képződéséhez a sült burgonyában [Becalski et al., 2003; Yaylayan és mtsai., 2005]. Szárazra melegített és tisztított búzaglutén felhasználásával kimutatták, hogy az akrilamid jelentős képződése fehérjepirolízissel történhet [Claus et al., 2006]. Ezenkívül akrilamid előállítható a 3-amino-propionamid (3-APA) dezaminálásával, amely a Maillard-reakció közbenső terméke [Granvogl és Schieberle, 2006].
19 esetben fordul elő leginkább furán. Ez a projekt azt is megvizsgálta, hogy az eredetileg furánt tartalmazó összetevőkből készített házi termékek képeznek-e további furánt a főzési folyamat során. Itt azonban a főzés során nem nőtt a furántartalom [DTU, 2009; EFSA, 2009]. Az élelmiszerek melegítésénél a furán képződésének további vizsgálatai azt mutatják, hogy bár melegítéskor képződik, nem halmozódik fel fedél nélküli edényekben. Másrészt a furán elsősorban a hőkezelt ételkonzervekben és a konzervdobozokban halmozódik fel, mivel ezek a tartályok zárva vannak, és jelentős hőterhelésnek vannak kitéve [Hasnip et al., 2006].
22 lehetséges rákkeltő hatás embereknél. A metaanalízis még inverz összefüggésre is rámutat a kávéfogyasztás és a májsejtes karcinóma között [Bravi et al., 2007]. Ebben az esetben figyelembe kell venni, hogy a kávé nagyszámú kémiai vegyületet tartalmaz, amelyekről úgy gondolják, hogy antioxidáns és rákellenes tulajdonságokkal rendelkeznek [Cavin et al., 2002; Higdon és Frei, 2006]. Ezek a vegyületek nem elhanyagolható mértékben befolyásolhatják a rák kialakulását [Bakhiya és Appel, 2010].
48 A felhasználás az új gyártási technológiák miatt csökken az EU egyes országaiban [EFSA, 2004]. Elvileg az élelmiszeriparban négy lehetséges technológiát alkalmaznak a transz-zsírsavtartalom lehető legnagyobb mértékű csökkentésére. Ide tartozik a hidrogénezési folyamat módosítása (a nyomás, a hőmérséklet, a katalizátor átalakítása), az enzimatikus átészterezés (az olvadáspont és a kristályosodási viselkedés módosulásához vezet), valamint olyan olajok használata, amelyek tulajdonságai javultak (olajsavban gazdag olajok; közepes tartalmú olajok) olajsav és alacsony linolénsav-koncentrációjú olajok) és természetes olajok szilárd anyagában gazdag frakciók, például kókusz-, pálma- és pálmamagolajok használata [Dhaka et al., 2011]. Az EFSA jelentésével egyetértésben más szerzők azt mutatják, hogy egyes termékek transz-zsírsavszintje csökken, de egyes élelmiszercsoportok, például pékáruk, cukrászda, gyorsétterem és mikrohullámú pattogatott kukorica szintje még mindig viszonylag magas [EFSA, 2004; Kuhnt és mtsai, 2011; Lehner, 2007].
53 Csak a darabolt ételt vágja fel és tegye salátatartóba, de a tesztalanyokat arra kérték, hogy ne pácolják ecettel vagy olajjal a salátát, mivel ez elemzési problémákhoz vezethet a laboratóriumi elemzés során. Megengedett volt a só, a bors és a saláta gyógynövényekkel történő ízesítése. A teszt személyek a teljes főzési folyamat során saját fűszereiket használhatták, kompenzációként egy fűszercsomagot és egy olívaolajat adtak át főzés után [Hoelzl et al., 2011].
3.4.2 Kérdőív A második otthoni látogatás során a tesztalanyok kitöltött kérdőívet kaptak, amelynek célja az élelmiszerek kezelésében tanúsított viselkedés, valamint a háztartások tudáshiányának és veszélyeinek értékelése volt. A megfigyelések és a kérdőívek eredményei célja, hogy megmutassák az esetleges eltéréseket a vizsgálatban résztvevők által szolgáltatott információk és a tényleges viselkedés között [Hoelzl et al., 2011] A diplomamunka nem részletezi a megfelelő eredményeket és a válaszok értelmezését a vizsgálatban résztvevők részéről [Mayerhofer, 2012].
59-et (230 g/l cink-acetát, 3% ecetsav) a mérőlombikot ismét vízzel töltöttünk. Az extraktumot ezután egy hajtogatott szűrőn át főzőpohárba szűrjük. Az analitot ezután azonosítottuk és mennyiségileg meghatároztuk LC/MS (single quad) alkalmazásával [AGES, 2008; Hoelzl és mtsai, 2011].
61 Az eszköz furán és a d4-furán SIM/SCAN módban van meghatározva. Külsőleg létrehozott kalibrációs vonal segítségével meghatároztuk a furántartalmat az alap minta koncentrációjának mérésével. A kapott eredményt megerősítettük a minta furántartalmának két adalékkal történő további meghatározásával is [FDA, 2004; AGES, 2008; Hoelzl és mtsai, 2011].
Hozzáadunk 63 etanolos kálium-hidroxid-oldatot, 100 ul benz (a) antracén oldatot és 20 ml vizet. Az oldatot visszafolyató hűtő alatt forraljuk. Forró extrakció után a keverék alsó részét és a benne lévő mintát elválasztótölcsérbe helyeztük, és ciklohexánnal kiráztuk. Az alsó fázis eldobása után az extraktumot 6-szor vízzel mossuk, és a szerves fázist egy hajtogatott szűrőn át egy gömblombikba szűrjük. Ciklohexán és dekán hozzáadása után az elegyet rotációs bepárlón bepároljuk, és a kapott maradékot petroléterrel lombikba vihetjük és pótolhatjuk (= mintakivonat). SPE elválasztó oszlopokkal végzett tisztítás után az eluátumot bepároljuk, majd 2 ml acetonitrilt adunk hozzá, ismét bepároljuk és lemérjük. A kapott kivonatot ezután fecskendőszűrőn (= mintaoldat) átszűrjük. A policiklusos aromás szénhidrogének kimutatását HPLC-vel végeztük, 20 µL injekciós oldatok és a standard oldatok elválasztásával egy RP oszlopon és fluoreszcencia vagy UV detektorral történő detektálásával [AGES, 2010; Hoelzl és mtsai, 2011].
Ha 500 g sült burgonyát fogyaszt, ez jelentősen növeli az akrilamid bevitelt. Ha sült burgonyát vagy hasábburgonyát fogyasztanak gyakran, vagy ha más, akrilamidban gazdag ételeket fogyasztanak nagy mennyiségben, akkor ezek az emberek komoly egészségügyi kockázatot jelentenek, figyelembe véve a jelentett MOE-értéket 50 (erősen kitett embercsoportok esetében) [EFSA, 2011; FAO/WHO, 2011]. Ennek a megfigyelési vizsgálatnak az elvégzése során a megfelelő sütési hőmérsékleteket természetesen nem lehetett rögzíteni, ami kétségtelenül az eredmények tájékoztató értékének korlátozását jelenti, mivel a hőmérséklet alakulása alapvető szerepet játszik az akrilamid ételben való képződésében [Stadler és Scholz, 2004; Stadler és mtsai, 2002; Zyzak és mtsai., 2003]. Ennek a megfigyelési tanulmánynak azonban arra kell szolgálnia, hogy megvizsgálja az egyes főzési gyakorlatok - például a burgonya hosszú időn át történő szaggatása vagy a burgonya főzése/nem főzése a pörkölés előtt - hatását a végtermék akrilamid-koncentrációjára. A pörkölés előtt főtt burgonya sütési ideje természetesen átlagosan rövidebb volt, mint a pörkölés előtt-
106 kérdőív segítségével értékelhető, hogy vannak-e ismeretek a termeléssel kapcsolatos toxinok veszélyeiről [Mayerhofer, 2012]. Kitekintés Mivel ebben a tanulmányban csak egy ételt készítettek, aligha lehet következtetéseket levonni az étellel való tényleges expozícióról az akrilamidra, furánra, policiklusos aromás szénhidrogénekre és transz-zsírsavakra mért értékekből. Az Élelmiszer-gyakorisági Kérdőív (FFQ) használata alkalmas lenne arra, hogy pontosabb információkat nyújtson az elfogyasztott élelmiszerek által történő emberi expozícióról, vagy annak megállapítására, hogy egyes vizsgálat résztvevőit különösen veszélyezteti-e ezen vegyületek magas koncentrációja a napi bevitel során. Étkezés. Az emberek által elfogyasztott toxinok mennyiségének nyilvántartásának másik lehetősége az emberi biomonitoring lenne, egy olyan eszköz, amelyet ideálisnak tekintenek a megfelelő kockázatkezeléshez vagy a vegyi anyagok megfelelő kockázatértékeléséhez [Angerer et al., 2007].
109 Ennek eredményeként itt nincsenek összehasonlító értékek ahhoz, hogy érdemi következtetéseket lehessen levonni a kockázati termékekről. Sem a sült burgonya, sem az olaj- és zsírminták nem mutattak zavaró transz-zsíros eredményeket. Valamennyi minta 2 g TFS transz-zsírsavkoncentrációt eredményezett az összes zsírban. Ezért az összes minta az osztrák transz-zsírsav-rendeletben [BMG, 2009] meghatározott maximális 2% transz-zsírsav-összzsírsav-érték alatt volt. Összefoglalva megállapítható, hogy a sült burgonya előállítása a háztartásokban bizonyos esetekben nagy koncentrációban képes akrilamidot előállítani. Ha figyelembe vesszük az akrilamid-koncentráció átlagértékét és mediánját (98,5 µg/kg), meg kell állapítani, hogy átlagosan nincsenek riasztó értékek, ezért nincs szükség kötelező minimalizálási intézkedésekre. Ez a tény többek között annak köszönhető, hogy egyik vizsgált magánháztartásban sem figyeltek meg erősen elszenesedett sült burgonyamintákat. A sült burgonya furán- és transz-zsírsavtartalma nem jelent egészségügyi kockázatot, ez utóbbi a zsírokban és olajokban sem
A 113 fontosabbá válik. Néhány állati és növényi zsír/olaj nagyon nagy koncentrációban tartalmaz PAH-kat (benzo (a) pirén, krizén, benz (a) antracén, benzo (b) fluorantén), ezért egészségre veszélyesnek minősülnek. Ezenkívül nem lehet információt adni a különösen problémás olajokról és zsírokról, mivel az állati zsírok (vaj) és a növényi olajok, például a repce- és az olívaolaj olykor magas PAH4-koncentrációval (> 10 µg/kg a PAH4 csoport esetében).