Studium podmínek vzniku a eliminace akrylamidu vznikajícího při tepelném zpracování potravin.
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Akrylamid (AA), pravděpodobný lidský karcinogen, vzniká jako nežádoucí kontaminant reakcí redukujících sacharidů s asparaginem v potravinách rostlinného původu při jejich tepelném opracování nad 120 °C. AA je nejčastěji stanovován metodami GC/MS a LC/MS MS po předchozí izolaci z matrixu v široké škále potravin. Zatížení spotřebitelů AA z potravin je podle našich zjištění vyšší u mladých lidí (1,8 – 3,8 g/kg bw/den), což odpovídá odhadům JECFA FAO/WHO z roku 2006. V zájmu ochrany zdraví vedla hodnocení zdravotních rizik k doporučení snížit tvorbu AA již v procesu zpracování potravin uplatněním dostupných opatření vyplývajících z poznání mechanizmu jeho tvorby. Hlavním cílem disertační práce bylo rozšíření znalostní databáze o možnosti eliminace AA ve vybraných druzích tepelně zpracovaných potravin. Studium bylo zaměřeno na cereální potraviny, které se významně podílí na expozici AA, zvláště pak na chléb a sladké sušenky. Veškerý obsah AA v chlebu se nachází v kůrce, která představuje 5 15 % celého chleba. Chleby připravené v domácí pekárně z chlebových směsí obsahují v kůrce přibližně 30 – 75 µg/kg, kdežto chleby z obchodní sítě 2 až 10x více, v závislosti od složení a podmínek přípravy a pečení chlebů. Pro udržení kvality chlebů z domácí pekárny po celou dobu trvanlivosti směsi byla navržena optimalizace chlebových směsí zvýšením obsahu droždí, což při dostatečně vysoké aktivitě kvasnic pozitivně působí také na redukci AA. Monitoring obsahu AA v sortimentu pečivářských výrobků ukázal vyšší obsah AA v diabetických sušenkách, které obsahují namísto sacharózy fruktózu. U tří z nich dokonce překračoval směrnou hodnotu (500 µg/kg) pro komoditu „sušenky“ o více než 1,5násobek. Pro minimální zásah do technologie jejich výroby byla navržena eliminace AA aplikací enzymu asparagináza, kdy koncentrace enzymu a vhodný způsob jeho použití v průmyslových podmínkách byl předem testován na modelových systémech. Optimalizací podmínek aplikace enzymu bylo dosaženo snížení obsahu AA v diabetických sušenkách o více jak 40 % aniž by došlo k ovlivnění organoleptických vlastností finálních výrobků. Součástí práce bylo i studium vlivu antioxidantů na vznik AA, kdy byl obsah AA v perníkách účinně snižován použitím fenyklu, anýzu, hřebíčku, vanilky či bílého pepře (o 9 – 21 %). Naopak koriandr a skořice jeho obsah výrazně zvyšovali (o 18 – 54 %). Jelikož mezi DPPH• radikál zhášející aktivitou extraktů koření a obsahem AA nebyla pozorována korelace, konečný obsah AA byl patrně ovlivněn chemickým složením koření a reaktivností jednotlivých složek v matrici. V práci zkoumané metody se jeví jako vhodné způsoby eliminace AA ve vybraných potravinách, ale jejich konkrétní použití je nutné optimalizovat s ohledem na složení potravin, jejich zpracování a použitou technologii. Odhad dopadu aplikace navržených způsobů eliminace AA na celkovou expozici ukázal, že zatížení organismu AA u studentů středních škol z České a Slovenské republiky lze snížit v průměru o 10 %. Tento pokles je krokem vpřed pro snížení možného rizika vzniku rakovinného onemocnění konzumací potravin s vysokým obsahem AA. Zároveň je významnou informací pro výrobce potravinářských produktů v uplatňování dostupných a ověřených metod eliminace AA, které by hodnoty zatížení lidského organizmu AA z potravin pomohly ještě více snížit.
Acrylamide (AA) is a probable human carcinogen and undesirable contaminant which is produced by the reaction of reducing sugars with asparagine in plant foods during their thermal treatment above 120 °C. AA is most often determined by GC-MS and LC-MS/MS in isolates from the matrix in a wide range of foods. According to our observations, AA intake from food is higher among young people (from 1.8 to 3.8 µg/kg bw/day), which is consistent with the estimations of JECFA FAO/WHO from the year 2006. Considering the health risk, it is recommended to reduce AA formation in food during its processing, in particular exploiting the available experience. The aim of this thesis was to extend the knowledge of the possibility of AA elimination in selected types of thermally processed foods. The study was focused on cereal foods that contribute significantly to AA exposure, especially bread and sweet biscuits. The whole AA content in the bread is in the crust, which represents 5-15% of the bread. Crust of home-made bread contains approximately 30-75 µg/kg, however the marketed bread contains 2 to 10 times more of AA. This is due to the composition of bread mix, preparation conditions and baking. For maintaining the quality of home-made bread during the dry mixture shelf-life, optimization of bread mixtures was designed by increasing of yeast content, which proved positive effect on the reduction of AA content at sufficiently high activity of the yeast. Monitoring of AA content in assortment of sweet bakery products showed higher levels of AA in diabetic biscuits containing fructose instead of sucrose. Three of them even exceeded the reference value (500 µg/kg) more than 1.5 times for commodity "cookies". Elimination of AA by applications of the enzyme asparaginase has been designed for minimal interference in technology of their production. The concentration of the enzyme and the appropriate method of its use in industrial environment have been tested previously in model systems. In optimized conditions of the enzyme application, AA content in diabetic biscuits was reduced by more than 40% without affecting the organoleptic properties of the final product. Effect of the antioxidants on AA formation was also part of the study. AA content in gingerbread was reduced efficiently by the use of fennel, anise, cloves, vanilla and white pepper (by about 9-21%). Conversely, coriander and cinnamon significantly increased its content (by 18-54%). Since correlations between the DPPH• radical quenching activity of the spice extracts and AA content was not observed, the final content of AA was probably influenced by the chemical composition of spices and reactivity of the individual components in the matrix. Investigated methods appear to be suitable ways of elimination AA in some foods; however their specific use must be optimized with regard to the composition of the food, processing and the technology used. Estimated impact of application of the above-mentioned methods to the overall elimination of AA exposure showed that its intake in high school students from the Czech and Slovak Republic can be reduced on average by 10%. This decrease is a success to reduce the possible risk of cancer disease by eating foods with a high AA content. It is also important piece of information for food producers for further development of relevant methods for AA elimination which would help to reduce the AA intake from foods even more.
Acrylamide (AA) is a probable human carcinogen and undesirable contaminant which is produced by the reaction of reducing sugars with asparagine in plant foods during their thermal treatment above 120 °C. AA is most often determined by GC-MS and LC-MS/MS in isolates from the matrix in a wide range of foods. According to our observations, AA intake from food is higher among young people (from 1.8 to 3.8 µg/kg bw/day), which is consistent with the estimations of JECFA FAO/WHO from the year 2006. Considering the health risk, it is recommended to reduce AA formation in food during its processing, in particular exploiting the available experience. The aim of this thesis was to extend the knowledge of the possibility of AA elimination in selected types of thermally processed foods. The study was focused on cereal foods that contribute significantly to AA exposure, especially bread and sweet biscuits. The whole AA content in the bread is in the crust, which represents 5-15% of the bread. Crust of home-made bread contains approximately 30-75 µg/kg, however the marketed bread contains 2 to 10 times more of AA. This is due to the composition of bread mix, preparation conditions and baking. For maintaining the quality of home-made bread during the dry mixture shelf-life, optimization of bread mixtures was designed by increasing of yeast content, which proved positive effect on the reduction of AA content at sufficiently high activity of the yeast. Monitoring of AA content in assortment of sweet bakery products showed higher levels of AA in diabetic biscuits containing fructose instead of sucrose. Three of them even exceeded the reference value (500 µg/kg) more than 1.5 times for commodity "cookies". Elimination of AA by applications of the enzyme asparaginase has been designed for minimal interference in technology of their production. The concentration of the enzyme and the appropriate method of its use in industrial environment have been tested previously in model systems. In optimized conditions of the enzyme application, AA content in diabetic biscuits was reduced by more than 40% without affecting the organoleptic properties of the final product. Effect of the antioxidants on AA formation was also part of the study. AA content in gingerbread was reduced efficiently by the use of fennel, anise, cloves, vanilla and white pepper (by about 9-21%). Conversely, coriander and cinnamon significantly increased its content (by 18-54%). Since correlations between the DPPH• radical quenching activity of the spice extracts and AA content was not observed, the final content of AA was probably influenced by the chemical composition of spices and reactivity of the individual components in the matrix. Investigated methods appear to be suitable ways of elimination AA in some foods; however their specific use must be optimized with regard to the composition of the food, processing and the technology used. Estimated impact of application of the above-mentioned methods to the overall elimination of AA exposure showed that its intake in high school students from the Czech and Slovak Republic can be reduced on average by 10%. This decrease is a success to reduce the possible risk of cancer disease by eating foods with a high AA content. It is also important piece of information for food producers for further development of relevant methods for AA elimination which would help to reduce the AA intake from foods even more.
Description
Citation
MARKOVÁ, L. Studium podmínek vzniku a eliminace akrylamidu vznikajícího při tepelném zpracování potravin. [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2013.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Potravinářská chemie
Comittee
doc. Ing. Jiřina Omelková, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (člen)
doc. RNDr. Alena Španová, CSc. (člen)
doc. Ing. Bohuslav Rittich, CSc. (člen)
prof. Ing. Alžběta Jarošová, Ph.D., oponent (člen)
doc. Ing. František Buňka, Ph.D., oponent (člen)
Date of acceptance
2013-10-30
Defence
Předsedkyně komise představila doktorandku. Ing. Lucie Marková má 3 publikace v impaktovaných časopisech a řadu dalších publikací. Přihlásila také řadu příspěvků na domácích a zahraničních konferencích. Poté následovala cca 20 minutová powerpointová prezentace, v níž Ing. Marková pohovořila o výsledcích své práce. V druhé části obahjoby byly peřčteny posudky dizeratční práce, která byla označena jako vellmi kvalitní.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení