Zehn Jahre Acrylamid in Lebensmitteln - Erfolgreiche Bekämpfung einer widerspenstigen Prozesskontaminante

Reinhard Matissek und Marion Raters



Zehn Jahre sind nun vergangen, seit die Universität Stockholm am 24. April 2002 berichtete, dass verschiedene stark erhitzte Lebensmittel Acrylamid enthalten. Bei der Entdeckung spielte der Zufall eine entscheidende Rolle: Die schwedische Gruppe arbeitet daran, Hämoglobinaddukte als Biomarker für eine beruflich bedingte Acrylamidexposition zu etablieren. Als sie die Marker auch in der vermeintlich unbelasteten Kontrollgruppe nachwiesen, begannen sie gezielt Lebensmittel auf Acrylamid zu untersuchen. Sehr schnell wurde dabei klar, dass Acrylamid in Lebensmitteln nicht als normale Kontaminante auftauchte, sondern dass es sich hierbei um ein sogenanntes foodborne toxicant handelt – sprich eine gesundheitlich unerwünschte Substanz, die in einem komplexen Bildungsmechanismus beim Backen, Rösten und Frittieren, nicht aber beim Kochen, im Lebensmittel selbst entsteht.


Der Bildungsmechanismus
Die chemischen Bildungswege von Acrylamid in Lebensmitteln gelten inzwischen als weitgehend aufgeklärt. In mehreren unabhängigen Studien konnte gezeigt werden, dass bei der Erhitzung der Aminosäure Asparagin mit bestimmten α–Di¬carbonylverbindungen (reduzierende Zucker, insbesondere Glucose und Fructose), im Rahmen der sog. Maillard-Reaktion große Mengen Acrylamid gebildet werden können (vergleiche hierzu auch LCI-Focus 05/2003 "Die Maillard-Reaktion").



100 JAHRE MAILLARD-REAKTION (1912-2012)
Der französische Forscher L.C. Maillard berichtete 1912 – also vor genau 100 Jahren – im Rahmen seiner Doktorarbeit über eine Reaktion, die er beim Erhitzen eines Gemisches aus D-Glucose und Glycin beobachtet hatte und in deren Verlauf unter CO2-Abspaltung ein brauner Niederschlag erhalten worden war [MAILLARD, 1912]. In einer mehrstufigen Reaktion kommt es hierbei ausgehend von sog. reduzierenden Zuckern und Aminoverbindungen unter Einwirkung hoher Temperaturen (150-180°C) zur Bildung heterocyclischer Verbindungen, die für die Farbgebung, das Aroma und als Indikator einer Erhitzung von Lebensmitteln von großer Bedeutung sind. Diese Reaktion ist aber durchaus als janusköpfig zu bezeichnen, da neben sehr erwünschten Verbindungen auch gesundheitlich unerwünschte Stoffe (wie Acrylamid) entstehen. Da die Aminosäure Asparagin in freier Form – neben reduzierenden Zuckern – vor allem in Kartoffeln und Getreidearten vorkommt, liefert dies eine schlüssige Erklärung für die relativ selektive Belastung bestimmter Lebensmittelgruppen mit Acrylamid nach dem Erhitzen.


Erkenntnisse zur Toxizität
Acrylamid wirkt im Tierversuch krebserzeugend und erbgutverändernd (IARC-Gruppe 2A). Für die krebserzeugende Wirkung wird ein genotoxischer Mechanismus, der durch den Acrylamidmetaboliten Glycidamid verursacht wird, angenommen. In seiner aktuellen Studie aus Juni 2011 kommt das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) nach umfassender Auswertung einer Vielzahl an Human- und Tierstudien sowie 13 epidemiologischen Untersuchungen aus den Jahren 2009 und 2010 zu dem Schluss, dass ein Zusammenhang zwischen der Acrylamidaufnahme und einer Krebserkrankung beim Menschen weder angenommen noch ausgeschlossen werden kann. Zusätzlich dazu wurde vom BfR für das Jahr 2010 eine Expositionsabschätzungen für die gesamte deutsche Bevölkerung durchgeführt. Unter Anwendung des von der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) vorgeschlagenen Bewertungskonzeptes „Margin of Exposure“ (MOE-Ansatz) kommt das BfR hierbei zu dem Ergebnis, dass der Sicherheitsabstand zwischen der aufgenommenen Acrylamidmenge und einer im Tierversuch als gesundheitsschädlich festgelegten Menge bei Kindern und Verbrauchern, die häufig Lebensmittel mit hohen Acrylamidgehalten verzehren, gering ist und somit ein Gesundheitsrisiko darstellen könnte. Aus Sicht des BfR sollten deshalb weiterhin Anstrengungen unternommen werden, die Acrylamidgehalte in industriell hergestellten Lebensmitteln zu minimieren. Für Verbraucher und Gastronomiebetriebe gilt nach wie vor die Regel „Vergolden statt Verkohlen“.


Minimierungsstrategien
Seit der nun zehn Jahre zurückliegenden Entdeckung von Acrylamid in Lebensmitteln sind in Deutschland immense Bestrebungen sowohl vonseiten der Lebensmittelindustrie als auch der Behörden und Forschungseinrichtungen unternommen worden, relevante Erkenntnisse zu gewinnen, um die Gehalte auf breiter Linie zu senken. Weltweit liefen und laufen noch immer diverse Forschungsprojekte zu Acrylamid in verschiedenen Disziplinen mit unterschiedlichen Ansätzen.
Im LCI wurden im Zeitraum 2002–2005 für die einzelnen Fachsparten des BDSI sog. Koordinierungskreise gegründet. Im Rahmen dieser industriellen Arbeitsgruppen wurde durch zahlreiche Analysen nach einer im LCI entwickelten Analysenmethode mittels LC-MS/MS fachspartenbezogen wissenschaftlich-empirische Acrylamid-Forschung betrieben. Die erzielten Ergebnisse und die daraus gewonnenen Erkenntnisse führten schnell zu beachtlichen, allseits anerkannten Minimierungserfolgen.

Das in Deutschland praktizierte ‒ EU-weit bisher einzigartige ‒ dynamische Minimierungskonzept mit den sog. Signalwerten wurde 2002 zwischen dem BVL (Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit) und den Ländern, der Wirtschaft und dem BMELV (Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz) abgestimmt und soll eine stufenweise aber stetige Absenkung der Acrylamid-Gehalte bewirken (vergleiche hierzu auch LCI-Focus 12/2002 "Minimierungskonzept für Acrylamid in Lebensmitteln ‒ Signalwerte"). Die Signalwerte werden in regelmäßigen (inzwischen zweijährigen) Abständen durch Datenaktualisierung überprüft und entsprechend angepasst. Bisher hat es acht Signalwert-Berechnungen gegeben, die in Abbildung 1 grafisch zusammengefasst sind [http://www.bvl.bund.de].





Entsprechend dem Vorbild des deutschen Minimierungskonzeptes existiert seit Januar 2011 nunmehr ein einheitliches europäisches Niveau für die Überwachung der Acrylamid-Belastung in Lebensmitteln in Form von sog. Richtwerten. Diese Richtwerte („Indicatice values“) wurden nach Empfehlung der Europäischen Kommission für annähernd alle Lebensmittelgruppen eingeführt, für die bisher in Deutschland nationale Signalwerte galten und lösen diese ab.

Erfolgreiche Minimierung von Acrylamid bei Kartoffelchips
Kartoffelchips zählten noch vor 10 Jahren ‒ insbesondere aufgrund der für die Bildung optimalen Rohstoffzusammensetzung sowie des Herstellungsprozesses ‒ zu den eher stark betroffenen Lebensmitteln. Seit dem ersten Bekanntwerden der Acrylamidproblematik hat die deutsche Kartoffelchips-Industrie im Sinne des vorbeugenden gesundheitlichen Verbraucherschutzes gehandelt und entsprechende weitreichende Maßnahmen zur Reduzierung frühzeitig und äußerst erfolgreich eingeleitet und umgesetzt.

Das LCI veröffentlicht – regelmäßig aktualisiert – die wöchentlichen Acrylamidwerte der in Deutschland produzierten Kartoffelchips in Form einer sog. Wochenmittelwerte-Grafik (Abbildung 2), mit der die Wirksamkeit der seit April 2002 durchgeführten Minimierungsmaßnahmen belegt werden kann [http://www.lci-koeln.de]. Die Grafik zeigt die Wochenmittelwerte beginnend im April 2002 bis Ende November 2011 und basiert auf weit über 20.000 vom LCI für die Kartoffelchips herstellenden Mitgliedsfirmen des BDSI systematisch durchgeführten Acrylamid-Analysen. Deutlich erkennbar sind die ab Mai/Juni 2002 durchgeführten technologischen Maßnahmen in einer stark absinkenden Kurve in den ersten Monaten. Überlagert wird dieser Effekt (in Form einer Art Sinuskurve) von den saisonalen, lager- und erntebedingten Gegebenheiten. Die aktuellen Wochenmittelwerte der deutschen Hersteller liegen derzeit mit weniger als 300–500 µg Acrylamid/kg deutlich unter dem europäischen Richtwert von 1.000 µg/kg. Damit weisen Kartoffelchips in Deutschland dank innovativer Technologien und optimierter Rohstoffverarbeitung sicherlich die weltweit niedrigsten Acrylamidgehalte auf.






Fazit
Die größtmögliche Überraschung auslösende Entdeckung von Acrylamid vor 10 Jahren – im April 2002 – hat die Wissenschaft, die Industrie und die zuständigen Behörden urgewaltig aufgeschreckt, den Terminus „Kontaminante“ revolutioniert und nicht zuletzt eine gänzlich neue Stoffklasse in das öffentliche Interesse gerückt. Es erscheint aus heutiger Sicht daher durchaus berechtigt, für diesen „Big Bang“ der Lebensmittelchemie, als Allegorie den Urknall zu bemühen. Thermische Reaktionsprodukte – in gesundheitlich unerwünschter Form – auch als Foodborne Toxicants bzw. Process Contaminants oder Prozesskontaminanten bezeichnet, haben ihren Ursprung sehr häufig in der sog. Maillard-Reaktion, eben jener Reaktion, die der Forscher L.C. Maillard vor 100 Jahren im Rahmen seiner Dissertation entdeckte.


Eine Laudatio von Dr. Gunter Fricke (Vorsitzender der Lebensmittelchemischen Gesellschaft (LChG) der GDCh)
Das Lebensmittelchemische Institut (LCI) – die etablierte und exzellente Forschungseinrichtung des Bundesverbandes der Deutschen Süßwarenindustrie (BDSI) – hat unter der fachkundigen Leitung von Prof. Dr. Reinhard Matissek bei der Minimierung von Acrylamid in Lebensmitteln sowohl wissenschaftlich als auch analytisch einen außerordentlichen Betrag geleistet. Auch im LCI gratulieren wir in diesem Jahr zwei Jubilaren. Frau Dr. Marion Raters feiert ihren 40. und Herr Prof. Dr. Reinhard Matissek seinen 60. Geburtstag. Beide leisten schon seit vielen Jahren einen eindrucksvollen Beitrag zur Lebensmittelsicherheit und zur Förderung der Qualität in der Süßwarenbranche: 10 Jahre davon im Bereich Acrylamid-Minimierung, einem 100 Jahre alten Maillard-Reaktionsprodukt.

SÜSSWAREN (2012) Heft 2

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