Vorming van acrylamide in graanproducten
Acrylamide wordt meer en meer erkend als belangrijk voedselveiligheidsprobleem. Het wordt gevormd uit een reactieproces waarbij het aminozuur asparagine reageert met reducerende suikers bij temperaturen van meer dan 120°C. In feite is dit een ongewenste nevenreactie van de Maillard reactie, de reactie tussen aminozuren en reducerende suikers, die voedingsmiddelen aantrekkelijk bruin doet kleuren bij het bakken en ze een lekkere smaak en geur bezorgt. Graanproducten bevatten van nature reducerende suikers en zijn rijk aan asparagine. Bijgevolg zijn deze producten dan ook gevoelig voor acrylamidevorming tijdens het bakproces. In het bijzonder wordt acrylamide aangetroffen in de korsten van brood en de buitenlaag van koekjes.
Hoe dikker, hoe minder acrylamide
Onderzoekers Acar en Gökmen (2009) onderzochten acrylamidevorming in ‘korstmodellen’ voor brood en koekjes van verschillende diktes. In de dunne broodkorstmodellen steeg de hoeveelheid gevormde acrylamide zeer snel, terwijl in de dikke modellen acrylamidevorming eerst en vooral werd uitgesteld om daarna slechts langzaam toe te nemen. In de koekjesmodellen werd acrylamide enkel in de buitenste 1mm laag gevormd.
Voor de verklaring moet gekeken worden naar de combinatie temperatuur-vochtgehalte. Acrylamide blijkt enkel gevormd te worden in het bakproces wanneer het vochtgehalte voldoende is afgenomen (tot onder 10%) omdat pas dan de temperatuur voldoende hoog kan oplopen om de reactie tussen asparagine en reducerende suikers te starten. In Figuur 1 wordt dit geïllustreerd voor twee broodkorstmodellen. In het dunne model (1 mm) loopt de temperatuur zeer snel op omdat het vocht er zeer snel uit verdampt. In het dikkere model (10 mm) neemt de temperatuur veel trager toe en bereikt maar net 100°C omdat verdamping van het vocht er veel meer tijd vergt. Met andere woorden de snelheid van acrylamidevorming wordt bepaald door de snelheid van uitdrogen, die op zijn beurt bepaald wordt door de dimensies van het brood. Analoog is de afwezigheid van acrylamide in het centrum van dikkere koekjes te wijten aan de combinatie van een plaatselijke onvoldoende hoge temperatuur en te hoog vochtgehalte om de acrylamidevormingsreactie te starten.
Figuur 1: Temperatuursverloop bij het bakken van broodkorstmodellen van twee verschillende diktes (1 mm en 10 mm) Bron: Acar en Gökmen (2009)
Maatregelen om acrylamide te reduceren
De onderzoekers testten met hun korstmodellen ook twee strategieën uit om acrylamide te reduceren:
- Het toevoegen van calciumchloride aan het deeg. Waarbij verondersteld wordt dat de Ca2+ ionen interageren met asparagine en zo de verdere reactiestappen naar acrylamide inhiberen.
- Het toevoegen van antioxidanten (druivenpit extract) aan het deeg. Volgens een aantal studies zou dit acrylamidevorming reduceren, maar de manier van werking is nog onduidelijk.
Het toevoegen van antioxidanten had geen invloed op acrylamidevorming, calciumchloride daarentegen wel. Figuur 2 illustreert duidelijk dat het acrylamide reducerend effect sterker is in dunne koekjes.
Figuur 2: Reductie van acrylamidevorming in koekjes van 1 en 10 mm door calciumchloride Bron: Acar en Gökmen (2009)
Acar en Gökmen (2009) achten hun model uiterst geschikt om in de toekomst ook andere maatregelen uit te testen. Zoals bijvoorbeeld:
- Het toevoegen van voedingszuren (verlaging pH), waarbij asparagine geprotoneerd zou worden en zo de verdere reactiestappen naar acrylamide verhinderd zouden worden.
- Het toevoegen van aminozuren zoals glutamine, glycine, lysine en cysteïne. Deze zouden in competitie treden met asparagine en ook covalent kunnen binden aan het gevormde acrylamide (Michael type additie).
- Het toevoegen van het enzym asparaginase dat asparagine omzet naar asparaginezuur, een ander aminozuur.
Gezien de verwevenheid van acrylamidevorming en de Maillard reactie, staat de voedingsindustrie voor de moeilijke uitdaging om maatregelen te treffen om acrylamide te reduceren zonder dat product kwaliteit, smakelijkheid en aantrekkelijkheid in het gedrang komt. Onderzoekers dokterden talrijke technieken uit in het labo om de vorming van acrylamide te verminderen, zonder ze echter te toetsen aan de industriële praktijk. En dat is echt wel nodig. Zo mag het hierboven vermelde calciumchloride dan wel effectief zijn, in de praktijk laat zijn bittere nasmaak een toepassing in de praktijk vaak niet toe.
Tegen die achtergrond werd in 2007 een Flanders’ FOOD project geïnitieerd door Belgapom en de Universiteit Gent om praktisch toepasbare maatregelen te evalueren die acrylamidevorming in verse en diepvries frieten kunnen matigen. Bij de selectie van maatregelen werd ondermeer rekening gehouden met effecten op smaak, textuur en uitzicht, neveneffecten bij processing (corrosie, neerslagvorming, pH wijzigingen, olie kwaliteit), prijs,…
Nuttige Links
- CIAA, Confederation of the Food and Drink Industries of the EU (Technical Acrylamide Expert Group)
- Belgapom (Actieterrein Kwaliteit en voedselveiligheid)
- UGent, Vakgroep Voedselveiligheid en voedselkwaliteit
Bronnen
- Acar Ö.C., Gökmen V. (2009) Investigation of acrylamide formation on bakery products using a crust-like model. Mol. Nutr. Food Res. 53, 1521-1525. Pdf van dit artikel kan aangevraagd worden via: vgokmen@hacettepe.edu.tr
- Mestdagh F. (2007) Formation of acrylamide in potato products and its dietary exposure. Doctoraatsthesis, Faculteit Bio-ingenieurswetenschapen, UGent, Gent.
