ДИПЛОМНА РАБОТА. Заглавие на магистърската дисертация Безопасност и хигиена на храните в частни домакинства: Количествено определяне на токсините, свързани с производството
МАГИСТЪРСКА ТЕЗА Заглавие на магистърската дисертация Безопасност и хигиена на храните в частни домакинства: Количествено определяне на токсините, свързани с производството Автор Michael Steininger, Bakk.rer.nat Желана академична степен магистър (MSc) Виена, 2012 Номер на изследване според учебния лист: Област на обучение според учебния лист: Ръководител: A 066 838 магистърска програма по хранителни науки доц. Д-р Петра Ръжда
I Съдържание 1. Въведение и въпрос. 1 2. Преглед на литературата. 4 2.1 Акриламид 4 2.1.1 Въведение и механизъм на образуване. 4 2.1.2 Токсичност. 7 2.1.3 Излагане на хора . 11 2.1.4 Оценка на риска 15 2.2 Фуран . 17 2.2.1 Иницииране и механизъм на образуване 17 2.2.2 Токсичност 20 2.2.3 Излагане на хора. 23 2.2.4 Оценка на риска 27 2.3 Полициклични ароматни въглеводороди. 28 2.3.1 Въведение и механизъм на образуване . 28 2.3.2 Токсичност 30 2.3.3 Излагане на човека . 33 2.3.4 Оценка на риска 38 2.4 Трансмастни киселини . 40 2.4.1 Въведение и механизъм на образуване 40 2.4.2 Въздействие върху здравето 42 2.4.3 Излагане на хора. 45 2.4.4 Оценка на риска 47 3. Материал и методи 49 3.1 Набиране на субекти и тествани лица . 49 3.2 Използвани храни 51 3.3 Вземане на проби, включително използвано оборудване . 54 3.4 Използвани методи 56 3.4.1 Система за наблюдение 56 3.4.2 Въпросник. 57 3.5 Аналитични методи 58 3.5.1 LC/MS определяне на акриламид 58
II 3.5.2 GC/MS определяне на фуран . 60 3.5.3 Определяне на полициклични ароматни въглеводороди с помощта на HPLC 62 3.5.4 Определяне на метилови естери на мастни киселини, използвайки GC-FID 64 3.6 Статистическа процедура. 65 4. Резултати и дискусия 66 4.1 Нива на акриламид в пържени картофи 66 4.2 Нива на фуран в пържени картофи . 77 4.3 Полициклични ароматни въглеводороди в пържени картофи и пилета. 79 4.4 Нива на трансмастни киселини. 87 4.5 Резултати от допълнителни проучвания. 90 4.6 Дискусия. 95 5. Заключение. 107 6. Резюме. 110 7. Резюме. 114 8. Библиография. 117 9. CV. 134
III Списък на фигури Фиг. 1 Механизъм на образуване на акриламид. 5 Фиг. 2 Структурна формула на фуран и дибензофурани . 17 Фиг. 3 Тестове за нормално разпределение на измерените стойности на акриламида Колмогоров-Смирнов и Шапиро-Вилк . 68 Фиг. 4 QQ диаграма на акриламид -Измерени стойности (концентрации в µg/kg). 68 Фиг. 5 Boxplot на измерените стойности на акриламид (в µg/kg) сравнение между семейства и възрастни хора 69 Фиг. 6 Графика Boxplot за показване на видовете масло, използвано за приготвяне на пържени картофи във връзка с измерените концентрации на акриламид (в µg/kg ) в крайния продукт. 70 Фиг. 7 Кутия от варени и не сварени картофи (преди пържене) и съдържанието на акриламид (в µg/kg) в крайния продукт. 73 Фиг. 8 Boxplot Сортове картофи и концентрация на акриламид в крайния продукт, използван в проучването (в µg/kg). 75 Фиг. 9 Масла/мазнини, използвани за приготвяне на пиле в проценти (всички домакинства) 90 Фиг. 10 Масла/мазнини, използвани за пържени картофи в проценти (всички домакинства). 91 Фиг. 11 Проучване на типа печка в проценти (всички домакинства). 92 Фиг. 12 Съхранение на маслата и мазнините, използвани за печене на пилето. 93 Фиг. 13 Съхранение на маслата и мазнините, използвани за процеса на печене Използвани са картофи 94
V Списък на съкращенията AGES Австрийска агенция за здраве и безопасност на храните ALARA. Толкова ниско, колкото разумно постижимо ApoB. Аполипопротеин В BaP. Бензо (а) пирен BfR Федерален институт за оценка на риска BMDL 10. Долна точка за определяне на долната граница на доверие 10% - Долна граница на доверие на референтната доза от 10% BMG . Федерално министерство на здравеопазването (Австрия) BVL. Федерална служба за защита на потребителите и безопасност на храните CIAA.Конфедерация на хранително-вкусовата промишленост на Европейския съюз CONTAM Panel.Контаминанти в хранителната верига DA-CH Германско дружество за хранене, Австрийско дружество за хранене, Швейцарско дружество за изследвания на храненето, Швейцарска асоциация по хранене DFG . ДНК на Германската изследователска фондация. Дезоксирибонуклеинова киселина DTU . Danmarks Tekniske Universitet (Датският технически университет) EC.Европейска комисия EFSA Европейски орган за безопасност на храните (Европейски орган за безопасност на храните EPA . Американска агенция за опазване на околната среда ЕС. Европейски съюз ФАО/СЗО Организация на ООН за прехрана и земеделие Здравна организация FDA. Въпросник за честотата на храните
GC-FID. Газова хроматография-пламъчен йонизационен детектор GC-MS. Газова хроматография-масспектрометрия GPC . Гел проникваща хроматография HDL. Високо плътна липопротеинова HPLC Високопроизводителна течна хроматография IARC . Международна агенция за изследване на рака IPCS . Международна програма за химическа безопасност ISTD. Вътрешен стандарт JECFA. Съвместен експертен комитет по хранителни добавки на ФАО/СЗО (Съвместният експертен комитет по хранителните добавки на ФАО/СЗО) LB.Lon-Bound LC/MS . Течна хроматография-масспектрометрия LD 50. Средна летална доза (50%) LDL Липопротеин с ниска плътност MAK.Максимална концентрация на работното място MOE.Граница на експозиция MW средна стойност NTP . Национална токсикологична програма PAH . Полициклични ароматни въглеводороди PAK Полициклични ароматни въглеводороди (= PAH) ppb части на милиард Q диаграма. Квантилно-квантилна диаграма RP колона. Колона с обърната фаза SCF . Научен комитет по храните SD. Стандартно отклонение SIM Избрано йонно наблюдение SNFA Шведска национална администрация по храните SPE . Екстракция в твърда фаза TFA транс-мастни киселини TFS транс-мастни киселини TNFα.Туморен фактор на некроза-α UB. Горна граница VI
VII ПРИЗНАВАНИЯ На този етап бих искал да благодаря на всички, които ме подкрепиха при изпълнението и писането на тази магистърска теза. Специални благодарности отивам на родителите ми за тяхната емоционална и финансова подкрепа през целия курс.
3 картофа използвани масла и мазнини, тествани за наличие на трансмастни киселини. Целта тук е да се провери дали максималната стойност на 2g транс мастни киселини в общата мазнина, предвидена от австрийския регламент за транс мастните киселини, е надвишена в отделни случаи и дали аналитично определените измерени стойности могат да се приемат, че представляват риск за здравето за хората [BMG, 2009].
5 Фигура 1: Механизъм на образуване на акриламид [Mottram et al., 2002; Stadler et al., 2004; Granvogl and Schieberle, 2006]. Бяха изследвани и обсъдени други вторични реакционни пътища за образуване на акриламид в храната, напр. образуването на акриламид от акролеин, акрилова киселина и пшеничен глутен. Появява се образуването на акриламид от акролеин, при липса на аспарагин
6 играят роля особено в храни с високо съдържание на мазнини [Yasuhara et al., 2003]. Акриловата киселина, която се образува от акролеин, може да реагира с амоняк и по този начин води до образуването на акриламид. Този механизъм обаче не е свързан с образуването на акриламид в пържените картофи [Becalski et al., 2003; Yaylayan et al., 2005]. Използвайки сухо загрят и пречистен пшеничен глутен, е показано, че значително образуване на акриламид може да възникне чрез протеинова пиролиза [Claus et al., 2006]. В допълнение, акриламид може да бъде генериран чрез дезаминиране на 3-аминопропионамид (3-APA), междинен продукт на реакцията на Maillard [Granvogl and Schieberle, 2006].
19 са най-склонни да развият фуран. Освен това, този проект изследва дали домашните продукти, приготвени със съставки, които първоначално са съдържали фуран, са образували допълнителен фуран по време на процеса на готвене. Въпреки това, не е имало увеличаване на съдържанието на фуран по време на готвене [DTU, 2009; EFSA, 2009]. По-нататъшните проучвания за образуването на фуран при нагряване на храната показват, че въпреки че се образува при нагряване, той не се натрупва в контейнери без капак. От друга страна, фуранът се натрупва за предпочитане в термично обработени консерви и консервирани храни, тъй като тези контейнери са затворени и са изложени на значителен термичен стрес [Hasnip et al., 2006].
22 възможни канцерогенни ефекти при хората. Мета-анализът дори предполага обратна връзка между консумацията на кафе и хепатоцелуларния карцином [Bravi et al., 2007]. В този случай трябва да се вземе предвид, че кафето съдържа голям брой химически съединения, за които се смята, че притежават антиоксидантни и антикарциногенни свойства [Cavin et al., 2002; Хигдън и Фрей, 2006]. Тези съединения могат да имат несъществено влияние върху развитието на рака [Bakhiya and Appel, 2010].
48 Приемането намалява в някои страни от ЕС поради новите производствени технологии [EFSA, 2004]. По принцип в хранителната индустрия се използват четири възможни технологии за намаляване на съдържанието на транс-мастни киселини, доколкото е възможно. Те включват модификация на процеса на хидрогениране (модификация на налягане, температура, каталитично), ензимна трансестерификация (води до промяна на точката на топене и поведението на кристализацията) и използването на масла, чиито свойства са подобрени (масла, богати на олеинова киселина; масла със средно съдържание олеинова киселина и масла с ниски концентрации на линоленова киселина) и използването на фракции, които са богати на твърди вещества от естествени масла, като кокосови, палмови и палмови ядки [Dhaka et al., 2011]. В съгласие с доклада на EFSA други автори показват, че нивата на транс-мастните киселини в някои продукти намаляват, но някои групи храни като печени изделия, сладкарски изделия, бързо хранене и пуканки с микровълнова фурна все още имат относително високи нива [EFSA, 2004; Кухнт и др., 2011; Ленер, 2007].
53 Нарежете само предоставената храна и я поставете в контейнер за салата, но изпитваните лица бяха помолени да не мариноват салатата с оцет или масло, тъй като това може да доведе до проблеми с анализа в лабораторния анализ. Сол, черен пипер и подправка на салатата с билки бяха разрешени. Тестваните лица са могли да използват свои собствени подправки за целия процес на готвене, като компенсация пакет с подправки и зехтин са били предадени след готвене [Hoelzl et al., 2011].
57 3.4.2 Въпросник По време на второто домашно посещение тестваните лица получиха въпросник, който трябва да попълнят, с цел оценка на поведението при боравене с храна, както и дефицит на знания и опасности в частните домакинства. Резултатите от наблюденията и въпросниците имат за цел да покажат несъответствия между информацията, предоставена от участниците в проучването, и действителното поведение [Hoelzl et al., 2011]. Въпросникът обаче е специално разработен за микробиологичната част на това наблюдение, поради което това Магистърската теза не навлиза в подробности за съответните резултати и интерпретацията на отговорите от участниците в изследването [Mayerhofer, 2012].
59 (230 g/L цинков ацетат, 3% оцетна киселина) мерителната колба отново се пълни с вода. След това екстрактът се филтрира през сгънат филтър в мензура. След това аналитът беше идентифициран и количествено определен с помощта на LC/MS (единична четворка) [AGES, 2008; Hoelzl et al., 2011].
61 Устройство фуран и d4-фуран, определени в режим SIM/SCAN. С помощта на външно генерирана калибрационна линия, съдържанието на фуран се определя чрез измерване на основната концентрация на пробата. Полученият резултат също е проверен чрез допълнително определяне на съдържанието на фуран в пробата с две примеси [FDA, 2004; AGES, 2008; Hoelzl et al., 2011].
Добавят се 63 етанолов разтвор на калиев хидроксид, 100 µL разтвор на бенз (а) антрацен и 20 ml вода. Разтворът се нагрява до кипене под обратен хладник. След гореща екстракция долната част на сместа със съдържащата се проба се прехвърля в делителна фуния и се разклаща с циклохексан. След изхвърляне на долната фаза екстрактът се промива 6 пъти с вода и органичната фаза се филтрира през сгънат филтър в кръгла дънна колба. След добавяне на циклохексан и декан, сместа се концентрира върху ротационен изпарител и полученият остатък може да се прехвърли в колба с петролев етер и да се допълни (= екстракт от пробата). След почистване с използване на SPE сепарационни колони, елуатът се концентрира, след това се добавят 2 ml ацетонитрил, концентрира се отново и се претегля. Полученият екстракт след това се филтрира през филтър за спринцовка (= разтвор на пробата). Детекцията на полицикличните ароматни въглеводороди се извършва чрез HPLC, като 20 µL инжекционни разтвори и стандартните разтвори се разделят на RP колона и се откриват с флуоресцентен или UV детектор [AGES, 2010; Hoelzl et al., 2011].
Ако ядете 500g пържени картофи, това би довело до значително висок прием на акриламид. Ако пържени картофи или пържени картофи се ядат често или ако храни, богати на акриламид, се консумират в големи количества, съществува сериозен риск за здравето на тези хора, като се има предвид отчетената стойност на MOE 50 (за силно изложени групи от хора) [EFSA, 2011; ФАО/СЗО, 2011]. При извършване на това наблюдателно проучване естествено не беше възможно да се запишат съответните температури на пържене, което несъмнено представлява ограничение на информативната стойност на резултатите, тъй като развитието на температурата играе съществена роля за образуването на акриламид в храната [Stadler and Scholz, 2004; Stadler et al., 2002; Zyzak et al., 2003]. Това наблюдателно проучване обаче трябва да послужи за изследване на влиянието на индивидуалните практики на готвене, като например изгаряне на картофите за дълго време или варене/не варене на картофите преди процеса на пържене, върху концентрацията на акриламид в крайния продукт. Времената за печене на картофите, сварени преди процеса на печене, разбира се бяха средно по-кратки от тези преди процеса на печене-
106 въпросника могат да бъдат използвани, за да се оцени дали има някакви знания за опасностите от токсините, свързани с производството [Mayerhofer, 2012]. Перспективи Тъй като в това проучване е приготвено само едно хранене, едва ли е възможно да се направят изводи за действителната експозиция с храна от измерените стойности, определени за акриламид, фуран, полициклични ароматни въглеводороди и транс-мастни киселини. Използването на въпросник за честотата на хранене (FFQ) би било подходящо за предоставяне на по-точна информация за експозицията на човека чрез погълната храна или за определяне дали някои участници в проучването са особено изложени на риск от високи концентрации на тези съединения всеки ден Поглъщане на храна. Друга възможност за регистриране на количеството на тези токсини, погълнати от хората, би бил човешкият биомониторинг, инструмент, който се счита за идеален за подходящо управление на риска или съответна оценка на риска от химични вещества [Angerer et al., 2007].
109 В резултат на това тук няма сравнителни стойности, за да може да се направят значими изводи по отношение на рисковите продукти. Нито пробите от пържен картоф, нито пробите от масло и мазнини показват смущаващи резултати от трансмазнините. Всички проби дават концентрации на трансмастни киселини от 2 g TFS в общата мазнина. Следователно всички проби са под максималната стойност на максимум 2% транс-мастни киселини в общата мазнина, предвидена в австрийския регламент за транс-мастните киселини [BMG, 2009]. В обобщение може да се твърди, че приготвянето на пържени картофи в частни домакинства може да доведе до високи концентрации на акриламид в някои случаи. Ако се вземе предвид средната стойност и медианата (98,5 µg/kg) на концентрацията на акриламид, трябва да се установи, че средно няма алармиращи стойности и следователно не се изискват задължителни мерки за минимизиране. Този факт се дължи, наред с други неща, на факта, че в нито едно от изследваните частни домакинства не са наблюдавани силно овъглени проби от пържен картоф. Съдържанието на фуран и транс-мастни киселини в пържените картофи не представлява риск за здравето, последното също не е в мазнините и маслата
113 става по-важно. Някои животински и растителни мазнини/масла съдържат много високи концентрации на ПАУ (бензо (а) пирен, хризен, бенз (а) антрацен, бензо (б) флуорантен) и поради това са класифицирани като опасни за здравето. Освен това не може да се даде информация за особено проблематични масла и мазнини, тъй като както животинските мазнини (масло), така и растителните масла като рапица и зехтин понякога имат високи концентрации (> 10 µg/kg за групата на PAH4) на PAH.