Один з останніх звітів Європейської інформаційної ради з харчових продуктів Eufic (European food information council), опублікований у віснику Food Today, № 64, 2008 р., підсумовує результати досліджень у галузі безпеки харчових продуктів за останні роки (2002–2008). Звіт містить результати досліджень кількох провідних лабораторій світу, що присвячені визначенню вмісту в широковживаних харчових продуктах (у т.ч. зернового походження) небезпечної для здоров’я людини речовини – акриламіду.
Драматичність ситуації, що обговорюється в цій главі, полягає в тому, що протягом тисяч років свого існування людство традиційно використовує вогонь для приготування їжі. Високотемпературна підготовка продуктів харчування дозволяє надавати харчам необхідний смак, приємний запах і бажаний колір, та водночас висока температура сприяє формуванню в продуктах харчування небажаних для здоров’я людини хімічних сполук. Одною з таких сполук, широко представленою в повсякденних харчових продуктах, виявився акриламід.
Первинно акриламід не був відомий фахівцям інакше, як хімічний агент, що використовується в промисловому виробництві пластмас, синтетичних полімерних клеїв, паперу та деяких косметичних виробів.
Акриламід також широко використовується в хімічних лабораторіях як основний компонент полімерних гелів для електрофоретичного розподілу білків, ферментів, нуклеїнових кислот тощо.
На рис. 1 показано етикетку на упаковці з акриламідом виробництва німецької хімічної корпорації Serva, яка красномовно свідчить про те, що за речовина міститься в цій упаковці.
Рис. 1 Стандартне маркування небезпечних для здоров’я хімікатів
Дослідження впливу високих концентрацій акриламіду на живі об’єкти раптом несподівано виявили його нейротоксичні властивості. Інакше кажучи, акриламід у високих концентраціях здатен зв’язуватися з нервовою тканиною тварин та людини, провокуючи важкі патологічні наслідки нервової системи.
Більше того, високі концентрації акриламіду спричиняли у піддослідних тварин ракові пухлини та негативний вплив на репродуктивні функції.
У 2002 році вчені Університету Стокгольма (Швеція) були здивовані результатами своїх досліджень, у ході яких нейротоксин та канцероген акриламід було виявлено у широковживаних продуктах харчування, які виготовлені з використанням високотемпературного оброблення.
З тих пір, на початку з відомих причин не досить упевнено, інформація про знахідку шведських біохіміків почала помалу розповсюджуватися в популярних світових інформаційних виданнях.
У спеціальних дослідах було продемонстровано, що акриламід спонтанно утворюється в процесі кулінарного обробітку за температур вище 120 °С, особливо при смаженні харчових продуктів. Це стосується в першу чергу продуктів з картоплі, таких як фрі та картопляні чіпси, бісквіти та крекери, злакові суміші для швидких сніданків, смажена на олії картопля, хлібопродукти та кава, в яких виявлено високі концентрації акриламіду. В інших дослідах акриламід було знайдено також у сушених фруктах, смажених овочах, чорних оливках та деяких смажених горіхах.
Утворення акриламіду в продуктах харчування є результатом феномену органічної хімії, який отримав назву від імені першовідкривача – реакції Меларда (L.C. Maillard), або хімічної взаємодії між амідованими амінокислотами білків (переважно аспарагіном) та простими відновлюючими цукрами, такими як глюкоза, фруктоза та лактоза.
Прикро те, що акриламід утворюється в процесі всім добре відомого традиційного процесу приготування їжі шляхом нагрівання продукту в печі чи на сковорідці до високої температури, яка ініціює серію хімічних перетворень, що призводять до формування коричневого кольору (обвуглювання), різних складових смаку та запаху продукту, тобто тих звичайних харчосмакових характеристик, що застосовуються як критерії кулінарної готовності продукту.
Одною з найбільш наглядних ілюстрацій реакції Меларда є популярний серед гурманів спосіб засмажування білого хліба до коричневого кольору на тостерах. У результаті разом з приємним смаком та кольором хлібця за реакцією Меларда утворюється і значна кількість акриламіду (рис. 2, Lauren Jackson, 2008)
Рис. 2. Ріст концентрації акриламіду в хлібі, засмаженому на тостері: 1 – не смажений, 2 – слабокоричневий, 3 – середньокоричневий, 4 – темно-коричневий
Можна бачити на рис. 2, що з продовженням термічної експозиції на тостері концентрація акриламіду в білому хлібці підвищується втричі (!) з 210 мікрограм до 610 мікрограм на кілограм ваги хлібця.
Утворення акриламіду – процес до кінця достеменно не вивчений, оскільки реакція Меларда є одним з найскладніших хімічних процесів, що спостерігаються при кулінарній обробці продуктів. Разом з тим очевидно, що концентрація акриламіду в продукті залежить від типу продукту, температури та тривалості термічної експозиції. Загалом же, такі основні продукти харчування населення, як хліб, картопля, які зазвичай потребують тривалої термообробки, містять і відносно високі концентрації акриламіду.
Крім рівня температури та тривалості термообробки, була установлена залежність між концентрацією акриламіду та вмістом у продукті амінокислоти аспарагіну, що має хімічну структуру, подібну до структури акриламіду. Це дає підстави стверджувати, що саме аспарагін трансформується в акриламід у ході реакції Меларда.
Фахівці сходяться на тому, що харчові продукти, які містять підвищені концентрації акриламіду, такі як торти, пироги, хліб, фрі, проходять термообробку в печах, жаровнях, сковорідках.
Згідно зі спільними висновками експертів комітетів ФАО / МОЗ основні продукти харчування населення більшості країн світу мають таку частку в загальному споживанні акриламіду з харчовими продуктами: фрі (16–30%), чіпси (6–46%), кава (13–39%), кондитерські вироби та бісквіти (10–20%), хліб разом зі смаженим на тостерах (10–30%). Інші, не перераховані в цьому переліку, продукти харчування складають частку менше 10% від загального споживаного населенням цих країн акриламіду.
За вмістом акриламіду популярні продукти харчування розміщуються у такому порядку: найвищий його вміст знайдено у французьких картопляних фрі, смаженій картоплі, дещо нижчий вміст – у картопляних чіпсах, потім ідуть злакові сніданкові суміші, кава, солодке печиво, смажений на тостері хліб, торти та тістечка, крекери, м’який хліб, сніданки із зерна кукурудзи. Серед продуктів-рекордсменів за вмістом акриламіду виявилися такі популярні ласощі, як солодке арахісове печиво (рис. 3), в якому залежно від тривалості випікання вміст акриламіду змінювався від 99 мікрограм/кг (9 хв) до 301 мікрограм/кг (17 хв).
Рис. 3. Динаміка вмісту акриламіду в арахісовому печиві залежно від тривалості випічки (Lauren Jackson, 2008)
Щоденне споживання населенням акриламіду з їжею в країнах ЄС варіює між 0,3 та 1,4 мікрограм на кілограм маси тіла, а вклад у загальний обсяг споживання акриламіду з їжею в ЄС залежить від національних особливостей харчування.
Виглядає дивним, що наче матінка-природа навмисне створила дует аспарагін – прості вуглеводи, який присутній в усіх основних продуктах рослинного походження, щоб людина споживала здоровий харч сирим, як це роблять брати молодші зі звіриного царства.
Важливо наголосити, що жодних слідів акриламіду не було знайдено в продуктах харчування, які виготовляються шляхом технологій кип’ятіння чи оброблення харчової сировини паром. Це пояснюється тим, що максимальна температура за умов цих технологій оброблення продуктів не перевищує 100 °С та відсутня реакція прояву коричневого забарвлення продукту при термообробці.
Як свідчать наведені ілюстрації, характерною ознакою, що віддзеркалює вміст акриламіду у продукті, є ступінь побуріння продукту в процесі його термічної обробки. Чим більше, тим гірше. Логіка проста: полюбляєш їсти засмажене “на повну” – відповідно отримуєш і дозу канцерогену-нейротоксину також “на повну”.
Однак, крім умов термічного оброблення продукту, на вміст акриламіду в ньому впливає, як зазначалося вище, ще цілий ряд інших факторів, таких як умови вирощування рослинної сировини та вміст у ній аспарагіну і цукрів (рис. 4, Kit Granby, 2004).
Така ж висока кореляційна залежність (r = 0,96) спостерігалася за вмістом у смаженій картоплі акриламіду залежно від вмісту в ній цукрів (глюкоза + фруктоза).
Як можна бачити з наведеного матеріалу, відкриття нейротоксичного та канцерогенного агента акриламіду в традиційних харчових продуктах спонукало у світі в галузі біобезпеки цілу систему наукових досліджень цього неочікуваного феномена, розробки засобів та методів мінімізації вмісту акриламіду в продуктах харчування та його негативного впливу на здоров’я людини.
Рис. 4. Вміст акриламіду (по вертикалі в мікрограмах/кг) у житніх сухариках залежно від вмісту в борошні аспарагіну (по горизонталі в г/500 г борошна). Термічна експозиція 8 хв при 250 °С
Так, Конфедерація ЄС з питань індустріального виробництва харчів та напоїв (СІАА ) публікує спеціальний інформаційний вісник (2006 р.) під назвою “The CIAA Acrylamide “Toolbox”, який періодично поповнюється новими даними і фактично є керівництвом, “живим документом” практичної дії: що і в який спосіб необхідно робити, щоб мінімізувати небезпеку, яка криється в традиційних харчових продуктах щоденного споживання. Саме мінімізувати, оскільки “Toolbox” констатує, що повністю вивільнити продукти харчування від акриламіду практично неможливо.
“Toolbox” ставить за мету довести до виробників харчової сировини, великих індустріальних харчових компаній, ресторанів, кав’ярень та домогосподарок найновіші результати наукових і технологічних досліджень в харчових галузях, які становлять ризик для здоров’я людини у зв’язку з утворенням та міграцією в харчових продуктах такого небезпечного фактора, як акриламід. Вісник також систематично подає каталог продуктів харчування та їх характеристику за вмістом акриламіду залежно від харчових технологій і способів виробництва сировини, рекомендує практичні засоби, мета яких – мінімізувати як вміст акриламіду в харчових продуктах, так і його вплив на здоров’я споживачів.
Наприклад, “Toolbox” подає найновіші дані, які свідчать про те, що не лише прості відновлюючі вуглеводи, як вважалося раніше, а також ряд інших реактивних карбоніл-метаболітів (наприклад 3-амінопропіонамід) відіграють важливу роль у декарбоксилуванні аспарагіну, сприяючи важливому проміжному етапу в утворенні акриламіду. Крім того, нещодавно було також продемонстровано альтернативний термолітичний шлях утворення акриламіду в клейковині пшениці. Описані також додаткові метаболічні шляхи утворення акриламіду в продуктах через акролеїн та акрилову кислоту, які не потребують присутності аспарагіну.
Важливим висновком останніх досліджень є те, що власне комбінація температури та тривалості термічної обробки і становлять критичний фактор утворення акриламіду в харчових продуктах, а не сам технологічний процес приготування їжі як такий.
“Toolbox” розглядає щонайменше 13 основних критичних параметрів утворення та міграції акриламіду в харчових продуктах. В аграрній сфері виробництва харчової сировини вміст цукрів та вміст аспарагіну в харчовій сировині є критичними факторами формування в продуктах акриламіду при їх кулінарному обробленні.
Для картоплі особливо важливо дотримуватися мінімальної концентрації відновлюючих цукрів у сировині (не вище 0,3% на вагу свіжої картоплі). Цього можна досягти шляхом селекції низькоцукристих та низькоаспарагінових сортів картоплі, замочуванням порізаної картоплі у воді або розчинах гліцину та глутаміну перед приготуванням, зниженням дози азотних добрив при вирощуванні картоплі, зберіганням картоплі при температурі не нижче 6 °С, використанням ростових інгібіторів при зберіганні тощо.
У зернових продуктах, на відміну від картоплі, вирішальну роль у формуванні акриламіду відіграють не стільки вільні цукри, скільки вміст аспарагіну. Тому одним із шляхів зниження вмісту в зерні аспарагіну є створення шляхом селекції сортів пшениці з низьким вмістом аспарагіну. Аспарагін міститься, в основному, у висівках, тому нижчий вміст аспарагіну має борошно вищих сортів у порівнянні з борошном нижчих сортів. Зниженню вмісту аспарагіну в зерні сприяє також підвищений і високий вміст сірки в ґрунті.
Зниженню вмісту акриламіду в хлібі сприяє використання при замісі солей кальцію та додавання гліцину. Гліцин також є критичним компонентом, який може до 50% знизити вміст акриламіду у пшеничних пластівцях. Загалом же пшеничні пластівці містять більше акриламіду, ніж пластівці кукурудзяні, вівсяні та рисові.
При виробництві бісквітів досягти зниження вмісту в них акриламіду можливо за рахунок заміни (хоча й небажаної з технологічної та дієтологічної точок зору) розпушувача амонію бікарбонату (NH4HCO3) на бікарбонат натрію (NaHCO3), оскільки бікарбонат амонію сприяє формуванню акриламіду, опосередковано каталізуючи деградацію цукрів та утворення реактивних карбонілпохідних складових. Зниження вмісту акриламіду в бісквітах можна досягти також заміною в сиропах фруктози на глюкозу, додаванням лимонної кислоти.
Розроблено щонайменше три американських патенти, які подають технологію виготовлення картопляних чіпсів з низьким вмістом акриламіду за рахунок додавання на етапах технологічного процесу дво- та тривалентних катіонів (наприклад, у формі хлористого кальцію).
Важливим технологічним фактором зниження концентрації акриламіду в хлібопродуктах є процес ферментації. Адже відомо, що дріжджі в процесі ферментації активно асимілюють аспарагін, аспарагінову кислоту та цукри, знижуючи тим самим концентрацію компонентів, критично важливих для формування акриламіду в продуктах. У дослідах британських вчених одна година ферментації тіста приводила до зниження вмісту акриламіду в хлібі на 50%.
Використання при випічці хліба замість традиційної печі технологій нагрівання в хвильовому інфрачервоному діапазоні дозволяє на 50% знизити вміст акриламіду в хлібі та хлібопродуктах.
Останнім часом проведені досить цікаві досліди, які продемонстрували перспективність використання ферменту аспарагінази з метою зниження вмісту аспарагіну, а відтак і акриламіду, в картопляному тісті, борошні, зернових пластівцях (див. вкл. рис. 2.19, Kit Granby, 2004).
У серії продуктів на основі рису з використанням навіть низьких концентрацій аспарагінази (10–50 мг/кг) протягом 5–15 хв ферментації було досягнуто більш ніж 90% зниження вмісту аспарагіну. На жаль, виробництво ферменту аспарагінази поки що не комерціалізовано, а використання ферменту ще офіційно не схвалено і не легалізовано навіть у США та ЄС.
“Toolbox” від CIAA містить ще багато інших цінних практичних рекомендацій щодо мінімізації вмісту небезпечного для здоров’я людини акриламіду в продуктах харчування, а відтак і покращення їх харчової цінності та зниження ризиків виникнення раку і патології нервової системи.
Як видно з викладеного матеріалу, в ЄС та усьому цивілізованому світі вчені, технологи, дієтологи та медики вже кілька років б’ють на сполох з приводу піднятої в цій статті проблеми вмісту надзвичайно небезпечної речовини в широковживаних населенням продуктах харчування. Наукомісткі високотехнологічні галузі в індустріально розвинутих країнах залучені до вирішення цієї важливої проблеми.
І стає боляче від того, що у нас на всесвітньому українському смітнику харчових продуктів з цього приводу повний штиль. Нам, як кажуть, по-барабану. Їли всяку всячину і їстимемо. Або мовою північного сусіда: “все полезно, что в рот полезло”. І акриламід з іншими канцерогенами, і консерванти з барвниками, і важкі метали радіоактивними елементами, і мінеральні масла, і грибні токсини, і ГМО, і пестициди, і ракетне паливо – все з’їмо, не помітивши. Адже вміст усієї цієї нечистоти в харчових продуктах, що споживає населення України, практично ніхто не контролює. До цього нікому немає справи, а за зловживання нікого не карають. Не дивно, що ми перші в Європі за хворобами та смертністю населення, дивуємося, що так помолодшав рак і що випадки цього смертельного захворювання все частішають.
Для простих українських гречкосіїв висновком з цієї глави має бути таке: будь-яка технологія термічної обробки їжі за умов температури вище 120 °С сприяє утворенню небезпечного для здоров’я акриламіду. І чим довше цей процес триває, тим більше його утворюється. Лишень подякуємо Богу за те, що дав нам сало без хліба, борщ, вареники та галушки, які на фоні викладеного матеріалу виглядають вельми пристойними продуктами здорового харчування.
