Op 2 december 2008 verdedigde Kristel De Vleeschouwer (Labo Levensmiddelentechnologie, K.U.Leuven) haar doctoraatswerk ‘Kinetics of changes in acrylamide concentrations in model systems during thermal processing’. In dit onderzoek werd het effect van verschillende proces- en productparameters op de kinetica van acrylamide(-gerelateerde reacties) bestudeerd.
Acrylamide is een, voor de mens, potentieel kankerverwekkende stof die in aanzienlijke hoeveelheden gevormd wordt in veel geconsumeerde hittebehandelde voedingsmiddelen, zoals aardappel- en graangebaseerde producten. De acrylamideconcentratie is het resultaat van gelijktijdig optredende vormings- en eliminatiereacties. De vorming van acrylamide is toegeschreven aan de Maillardreactie, die verantwoordelijk is voor (on)gewenste kleur- en aromastoffen in verhitte voedingsmiddelen. Deze reactie wordt in sterke mate beïnvloed door verschillende proces- en productparameters, zoals temperatuur, tijd, pH, aw … , en daarom wordt verondersteld dat deze parameters ook de acrylamidevorming zullen beïnvloeden en bijgevolg cruciaal kunnen zijn voor de controle ervan. Inzicht in de kinetica van acrylamide-gerelateerde reacties is dan ook van fundamenteel belang voor de controle van acrylamidevorming.
 |
| Chemische structuur van acrylamide |
 |
| Mechanisme voor de vorming van acrylamide via de Maillardreactie tussen asparagine en een koolhydraat |
De studie werd uitgevoerd in asparagine-suiker modelsystemen met drie niveaus van complexiteit, beginnend bij systemen met hoog vochtgehalte, overgaand naar systemen met laag vochtgehalte en eindigend met validatie in aardappelgebaseerde systemen. In systemen met hoog vochtgehalte werd ‘single response modelling’ op basis van een empirisch kinetisch model toegepast om deze kinetica te beschrijven. Bij overgang naar systemen met laag vochtgehalte, werd de noodzaak van ‘multiresponse modelling’ aangetoond door het toenemende belang van andere reacties naast acrylamidevorming en -eliminatie.
De pH van het systeem bleek bepalend te zijn voor de vorming van acrylamide. De snelheidsconstante voor zowel acrylamidevorming als -eliminatie neemt significant af met een afnemende initiële pH van 8 tot 4. De vormingssnelheidsconstante bleek weliswaar meer pH- en temperatuurgevoelig te zijn dan deze van de eliminatiereactie. Via validatie in aardappelgebaseerde systemen kon de consistentie van het kinetisch model gestaafd worden. Daarnaast werd ook aangetoond dat de aardappelmatrix de eliminatie van acrylamide in sterke mate bevordert.
De initiële precursorconcentratie en -verhouding hadden geen significant effect op de kinetische parameters van acrylamidevorming. De snelheidsconstante voor de eliminatie daarentegen nam toe met een toenemende precursorconcentratie. Daarnaast werd ook aangetoond dat karamelisatiereacties verwaarloosbaar zijn in equimolaire systemen en systemen met een overmaat aan asparagine, wat niet het geval is voor deze met een overmaat aan suiker.
De wateractiviteit bleek geen significant effect te hebben op de kinetische parameters van zowel acrylamidevorming als -eliminatie.
Tenslotte werd het effect van type precursor op de kinetica van acrylamide(-gerelateerde) reacties onderzocht. Eerst werden verschillende suikertypes bestudeerd met betrekking tot hun vermogen om acrylamide te vormen in aanwezigheid van asparagine. Onder condities van hoog vochtgehalte was de acrylamide-opbrengst per mol initiële asparagine het hoogst voor glucose, gevolgd door fructose en tenslotte sucrose. Een omgekeerde volgorde werd waargenomen in systemen met laag vochtgehalte. Vervolgens werden aminozuren, verschillend van asparagine, die zelf niet in staat zijn acrylamide te vormen in aanwezigheid van een koolhydraat, toegevoegd aan een asparagine-glucose systeem in een equimolair niveau. Toevoeging van glutamine resulteerde in een significante toename van de acrylamideconcentratie, terwijl door toevoeging van cysteïne of lysine de acrylamideconcentratie significant gereduceerd werd.