AKRYLAMID — POTENCJALNIE RAKOTWÓRCZA SUBSTANCJA WYSTĘPUJĄCA W ŻYWNOŚCI.pdf - techniki labolatoryjne - kizimizi78

Tom 54 2005

Numer 4 (269)

Strony 367–372

T omasz s zczerbina

Zakład Cytologii i Histologii

Instytut Zoologii

Uniwersytet Jagielloński

e-mail: t.szczerbina@uj.edu.pl

AKRYLAMID — POTENCJALNIE RAKOTWÓRCZA SUBSTANCJA WYSTĘPUJĄCA

W ŻYWNOŚCI

WSTĘP

Akrylamid, inaczej 2-propenamid (CH 2

= CH-CO-NH 2 ), jest produkowany na skalę

przemysłową na drodze hydrolizy aktylonitry-

lu i wykorzystywany do otrzymywania polia-

krylamidu. Jest to substancja krystaliczna bez

zapachu i smaku, o temperaturze topnienia

84,5 o C; łatwo rozpuszczalna w wodzie, ace-

tonie i etanolu; odznaczająca się dużą ruchli-

wością w glebie, gdzie ulega biodegradacji

(f riedman 2003). Poliakrylamid znalazł sze-

reg zastosowań, na przykład w oczyszczaniu

wody, w przemyśle papierniczym, kosmetycz-

nym i włókienniczym. W laboratoriach akry-

lamid służy do selektywnej modyfikacji grup

sulfhydrylowych (–SH) białek, natomiast po-

liakrylamid jest używany do elektroforetycz-

nego rozdzielania białek i DNA.

Stosunkowo nowe i zaskakujące donie-

sienia o obecności akrylamidu w pożywie-

niu oraz o prawdopodobnym, niekorzystnym

jego wpływie na komórki, tkanki i organy,

włącznie z możliwością wywołania transfor-

macji nowotworowej komórek, skłoniły sze-

reg laboratoriów na świecie do rozpoczęcia

badań nad toksycznością tej substancji (T are -

ke i współaut. 2000). Autorzy stwierdzili, że

u szczurów istnieje zależność pomiędzy dietą

zawierającą produkty smażone, a poziomem

adduktów powstałych w wyniku połączenia

akrylamidu z hemoglobiną. Sugerowali oni,

że źródłem akrylamidu występującego u lu-

dzi, mierzonego pośrednio w formie adduk-

tów z hemoglobiną, jest żywność zawierająca

duże ilości asparaginy i glukozy, przetwarza-

na w wysokiej temperaturze. Dwa lata póź-

niej zespół ten dowiódł ostatecznie (T areke

i współaut. 2002), że żywność bogata w wę-

glowodany, poddawana termicznej obróbce

w wysokiej temperaturze, zawiera dużą ilość

akrylamidu; w żywności bogatej w węglowo-

dany, na przykład w ziemniakach, stężenie

akrylamidu wynosi od 150 nawet do 4000

µg/kg.

POCHODZENIE AKRYLAMIDU W ŻYWNOŚCI

Gdy w 2000 r. rozpoczęto badania nad

akrylamidem uważano, że jednym z jego źró-

deł jest poliakrylamid dodawany do nawo-

zów sztucznych w celu obniżenia erozji gleb.

Badania wykazały jednak, że poliakrylamid

w warunkach podobnych do stosowanych

podczas smażenia frytek, w ogrzewanej za-

wiesinie wodno-olejowej, nie jest źródłem

znaczących ilości wolnego akrylamidu. Pro-

ces rozkładu (depolimeryzacji) poliakryla-

midu ułatwia także światło, natomiast nie

stwierdzono wpływu pH środowiska na ten

proces.

Ponieważ u wielu roślin akrylamid mógł-

by kumulować się w tkankach, zbadano jego

występowanie u roślin. Jednak w przypadku

fasoli, kukurydzy i ziemniaków, uprawianych

na glebach z dodatkiem poliakrylamidu, stę-

368

T omasz s zczerbina

żenie akrylamidu było niskie. Akrylamidu

nie znaleziono także w pieczarkach i pomi-

dorach (F riedman 2003). Stwierdzono jed-

nak, że rośliny przyswajają akrylamid; musi

zatem występować jakiś nieznany dotychczas

mechanizm jego rozkładu, powodujący jego

niski poziom w tkankach. Natomiast bakte-

rie mają zdolność syntetyzowania enzymów,

które katalizują zarówno reakcje syntezy,

jak i biodegradacji akrylamidu. Na przykład,

u Rhodococcus rhodochorus zachodzi enzy-

matyczna synteza akrylamidu z akrylonitrylu

przy udziale amidazy, syntetazy glutaminowej

oraz hydratazy nitrylu (F riedman 2003, s Te -

vens i współaut. 2003) . Ten ostatni enzym,

hydrataza nitrylu, jest używany do produkcji

akrylamidu na skalę przemysłową. Patogen-

ne bakterie Klebsiella pneumonice i Heli-

cobacter pylori (wywołuje wrzody żołądka)

syntetyzują amidazę i są potencjalnie zdolne

do degradacji akrylamidu. Przy pomocy tych

bakterii być może uda się zredukować ilość

wchłanianego wraz z żywnością akrylamidu

poprzez obniżenie stopnia jego przyswajania

w przewodzie pokarmowym (F riedman 2003,

v an v lieT i współaut. 2003).

Chociaż w roślinach zawartość akrylamidu

jest niska, ich przygotowywanie do spożycia

sprzyja jego zwiększeniu. Ostatnie publikacje

potwierdzają, że na zawartość powstającego

w pożywieniu akrylamidu wpływa sposób

przygotowania potraw. Czynnikami wpływa-

jącymi wydatnie na powstawanie akrylamidu

są: temperatura, zawartość i rodzaj amino-

kwasów oraz węglowodanów w żywności,

a także prawdopodobnie kilka jeszcze niezna-

nych obecnie czynników (k onings i współ-

aut. 2003, b ecalski i współaut. 2003). Wyka-

zano ponadto, że decydujący wpływ na ilość

powstającego akrylamidu ma powierzchnia

poddawanego termicznej obróbce produktu,

jak i czas ekspozycji. Znaczne ilości akrylami-

du powstają w temperaturze 120 o C. W pew-

nych warunkach, w temperaturze 160–180 o C,

zawartość akrylamidu wzrasta nawet do 20

mg/kg (T auberT i współaut. 2004). Podczas

produkcji pieczywa pszennego temperatura

powyżej 200 o C i wydłużony czas pieczenia

powodują gwałtowny wzrost zawartości akry-

lamidu (s urdyk i współaut. 2004). Dodanie,

wraz z drożdżami, asparaginy powodowało

dalszy wzrost zawartości akrylamidu w chle-

bie z około 80 µg/kg do 600–6000 µg/kg.

W prostych eksperymentach, w których

odtwarzano warunki sporządzania potraw

stosowane na co dzień w kuchni, stwierdzo-

no, że zawartość w nich akrylamidu jest bar-

dzo różna i zależy od sposobu ich przygoto-

wywania. Jego zawartość okazała się skorelo-

wana ze stopniem przyrumienienia potrawy,

np. gdy biały lub razowy chleb były opieka-

ne na ciemny kolor. Grilowanie ziemniaków

zwiększa zawartość akrylamidu w większym

stopniu niż ich smażenie czy pieczenie (a hn

i c asTle 2002). Potrawy z ziemniaków przy-

gotowywane w wysokiej temperaturze za-

wierały duże ilości akrylamidu, natomiast

ziemniaki gotowane — tylko minimalną jego

ilość (s vensson i współaut. 2003). b ecalski

i współaut. (2003) wykazali, że rodzaj oleju

stosowanego podczas smażenia ziemniaków

ma wpływ na ilość powstającego akrylamidu.

Więcej powstaje go podczas smażenia ziem-

niaków z dodatkiem oliwy z oliwek (5600

ng/g) niż z dodatkiem oleju kukurydzianego

(3500 ng/g). Natomiast dodanie rozmarynu

lekarskiego ( Rosmarinus officinalis ) do ziem-

niaków smażonych na oleju kukurydzianym

lub na oliwie z oliwek redukuje poziom akry-

lamidu o 25% (b ecalski i współaut. 2003).

Poważnym źródłem akrylamidu okazała

się też kawa. Analiza jego zawartości w wielu

gatunkach kawy, w tym także kawy bezkofe-

inowej, pochodzących od kilku różnych pro-

ducentów, wykazała, że waha się ona w gra-

nicach 45–374 ng/g ziarna. Natomiast zawar-

tość akrylamidu w 300 ml parzonej kawy

jest niewielka i wynosi tylko 0,74–3,98 µg.

Badano także jak zmienia się zawartość akry-

lamidu w kawie przechowywanej w otwar-

tym opakowaniu; stwierdzono, że po około

6 miesiącach w temperaturze pokojowej ma-

leje ona w granicach 40–65% (a ndrzejewski

i współaut. 2004).

Ciekawe wyniki przyniosły badania wiel-

kości dawek pochłanianego akrylamidu wraz

z pożywieniem. k onings i współaut. (2003)

oszacowali, że w Holandii dzieci są narażo-

ne na dwukrotnie większe dawki akrylamidu

(1,04 µg/kg masy ciała na dzień) niż dorośli,

co potwierdzają także wcześniejsze oszaco-

wania F ao i w ho (F ao /W ho 2002). Okazało

się ponadto, że najpoważniejszym źródłem

akrylamidu dla tych grup wiekowych są chip-

sy ziemniaczane, dostarczając aż 40% (w gru-

pie 1–6 lat), 46% (w grupie 7–18 lat) i 31%

(w całej populacji 1–97 lat) przyswajanego

akrylamidu.

Podobnie duże ilości akrylamidu wchła-

nianego wraz z pożywieniem stwierdzono

u młodych ludzi (16–30 lat) w Szwecji, dla

których najbardziej znaczącym jego źró-

dłem są frytki, chipsy, smażone ziemniaki

(36% dziennego spożycia akrylamidu) i ka-

Akrylamid w żywności

369

Tabela 1. Zawartość akrylamidu w przetwo-

rzonej żywności (wg F riedmana 2003, zmie-

niona).

wa (39%). Szczególnie dzieci są narażone

na przyjmowanie akrylamidu poprzez spo-

życie chipsów i frytek (s vensson i współaut.

2003). Badania k oningsa i współaut. (2003)

oraz s venssona i współaut. (2003) wykazały,

że Holendrzy i Szwedzi narażeni są na po-

dobne dawki akrylamidu (odpowiednio 0,48

i 0,5 µg/kg masy ciała na dzień), co prawdo-

podobnie jest rezultatem podobnych nawy-

ków żywieniowych.

W Tabeli 1 przedstawiono zawartość

akrylamidu w różnych produktach żywno-

ściowych, w zależności od sposobów ich

przetwarzania, głównie w zależności od sto-

sowanej temperatury. Różnice w ilości po-

wstającego akrylamidu są szczególnie widocz-

ne w przypadku ziemniaków. Dwa sposoby

ich przygotowywania, pieczenie i gotowanie,

znacznie różnią się poziomami powstającego

akrylamidu.

Rodzaj produktu Zawartość [µg/kg]

Chleb, obwarzanki 70–430

Herbatniki, krakersy 30–3200

Kawa mielona 15–90

Migdaly pieczone 260

Mięso,drób 30–64

Pierniki 90–1660

Piwo 30–70

Ryby, smażone 30–39

Soja, pieczona 25

Suchary 800–1200

Orzechy, masło orzechowe 64–457

Ziemniaki, gotowane 48

Ziemniaki, chipsy 170–3700

Ziemniaki, frytki

MECHANIZM POWSTAWANIA AKRYLAMIDU W ŻYWNOŚCI

Mechanizm powstawania akrylamidu

w żywności nie został jeszcze dokładnie po-

znany. Wyniki opublikowanych do tej pory

badań wskazują, że czynnikiem koniecznym

do jego powstania jest podwyższona tempe-

ratura, co najmniej, do około 100 o C. Znane

są obecnie dwie hipotezy wyjaśniające po-

wstawanie akrylamidu w żywności. Pierwsza

z nich (Ryc. 1a) zakłada, że w procesie ter-

micznej degradacji glicerolu powstaje naj-

pierw akroleina, która ulega utlenianiu do

kwasu akrylowego, a ten w reakcji z amo-

niakiem daje akrylamid. Amoniak w tej reak-

cji pochodzi najprawdopodobniej z pirolizy

aminokwasów obecnych w żywności. Hipo-

teza druga zakłada, że akrylamid powstaje

w wyniku reakcji glukozy z aminokwasami

w podwyższonej temperaturze, na przykład

(Ryc. 1b) z asparaginą (b ecalski i współaut.

2003).

Wiadomo obecnie, że reakcje Maillarda,

nadające produktom żywnościowym spo-

rządzanym w wysokiej temperaturze smak

i kolor, sprzężone są z powstawaniem akry-

lamidu. Są to reakcje kondensacji aldehydów,

ketonów i węglowodanów, z aminokwasami,

peptydami i białkami. Badania z zastosowa-

niem spektrometrii masowej wykazały, że

trzy atomy węgla w cząsteczce akrylamidu

i atom azotu pochodzą z asparaginy lub też

z innych aminokwasów w kombinacji z cu-

krami i wczesnymi produktami reakcji Mail-

larda, np. z N -glukozyloasparaginą. W pierw-

szym etapie, z asparaginy i glukozy tworzy

Ryc. 1. Możliwe szlaki po-

wstawania akrylamidu (b e -

calski i współaut. 2003,

zmieniona).

200–12000

370

T omasz s zczerbina

Ryc. 2. Prawdopodobny mechanizm po-

wstawania akrylamidu z glukozy i aspa-

raginy (T aeymans i współaut. 2004).

się N -glukozyloasparagina (Ryc. 2, równanie

reakcji A), która pozostaje w stanie równo-

wagi chemicznej z zasadą Schiffa. Przy udzia-

le wody, zasada Schiffa tworzy aminokwa-

sy, zwane produktami Amadoriego, które są

wczesnymi produktami reakcji Maillarda (Ryc.

2, równanie reakcji D). Jednocześnie zasada

Schiffa może ulegać wewnętrznej cyklizacji,

której produktem jest pochodna oksazolidiny

(Ryc. 2, reakcja B), która, ulegając dekarbok-

sylacji, tworzy zdekarboksylowane produkty

Amadoriego. Ulegają one reakcji β-eliminacji,

której produktem są akrylaamid i aminocu-

kry (Ryc. 2, reakcja C) (s Tadler i współaut.

2002, T aeymans i współaut. 2004).

WPłYW AKRYLAMIDU NA ORGANIZMY

Akrylamid został zakwalifikowany przez

International Agency for Research on Cancer

(IARC) jako substancja o potencjalnym dzia-

łaniu rakotwórczym. W systemie klasyfikacji

Unii Europejskiej akrylamid występuje w ka-

tegorii drugiej, jako kancerogen i mutagen,

oraz w trzeciej, jako substancja toksyczna dla

reprodukcji. Doświadczenia, w których po-

dawano szczurom f 344 wraz z wodą akry-

lamid dowiodły, że jest on substancją rako-

twórczą. Wykazano bowiem wzrost liczby

zachorowań u szczurów na nowotwory tar-

czycy, jąder i nadnerczy po podaniu stosun-

kowo niewielkiej dawki akrylamidu, wyno-

szącej 0,5 mg/kg masy ciała na dzień (r uden

2004, e uropean c ommission 2002). Z kolei,

badania epidemiologiczne przeprowadzone

w Szwecji przez m ucci i współaut. (2003,

2004) u ludzi dorosłych, wykazały brak za-

leżności pomiędzy rodzajem diety, a zachoro-

walnością na nowotwory. W badaniach tych

analizowano 591 przypadków zachorowań na

nowotwór jelita grubego, 263 na nowotwór

pęcherza moczowego i 133 na raka nerek.

Stopień spożycia akrylamidu badano pytając

badanych o preferencje żywieniowe, ilość

i jakość spożywanego pokarmu. W badanej

grupie stosunkowo niskie było spożycie fry-

tek i chipsów, a wysokie smażonych ziem-

niaków, co sugeruje, że głównym źródłem

akrylamidu były smażone ziemniaki i chleb.

Co ciekawe, zauważono, że wyższe spożycie

produktów zawierających akrylamid nawet

zmniejsza prawdopodobieństwo zachorowa-

nia na nowotwór jelita grubego.

s orgel wraz ze współpracownikami

(2002) badał szybkość metabolizmu akryla-

midu. Stwierdzili oni, że najniższe stężenie

akrylamidu w moczu kobiet i mężczyzn wy-

nosi 1 ng/ml, ponadto wykazano że w mleku

matki jest 5 ng/ml, w łożysku 2 ng/ml. Bada-

nia grupy 9 wolontariuszy, zdrowych męż-

czyzn w wieku 18–52 lat, wykazały, że okres

półtrwania akrylamidu w organizmie wynosi

od 2 do 7 godzin. Z badań tych wynika, że

90% akrylamidu jest prawdopodobnie meta-

bolizowane i tylko niewielka jego część wy-

dalana jest wraz z moczem. Oznacza to, że

akrylamid jest wolno usuwany z organizmu.

Jeśli dziecko spożywa dziennie 500 ml mleka

matki, to wraz z nim przyjmuje około 10 µg

akrylamidu, ale tylko 2 µg, jeśli matka uni-

ka spożywania produktów żywnościowych

z dużą zawartością akrylamidu. Oszacowane

Akrylamid w żywności

371

przez s orgela i współaut. (2002) ryzyko za-

chorowania na chorobę nowotworową wy-

nosi więc 1 przypadek na 100, przy dawce

1 µg/kg masy ciała akrylamidu dziennie. Z ko-

lei, płody narażone są na dawki akrylamidu

porównywalne z tymi, jakie przyjmuje mat-

ka. Wiadomo, że płody i noworodki nie mają

jeszcze wykształconej bariery krew–mózg, co

dodatkowo naraża mózg na toksyczny wpływ

akrylamidu. Matki spożywające dużo żywno-

ści zawierającej substraty akrylamidu dodat-

kowo narażają swe dzieci na jego działanie

neurotoksyczne (s orgel i współaut. 2002).

s cheTTgen i współpracownicy (2003) ba-

dali akumulację we krwi akrylamidu powsta-

jącego podczas palenia nikotyny i stwierdzili,

że średnia zawartość akrylamidu, mierzone-

go w sposób pośredni, jako N -2-karbamyole-

tylowalina, u 25 osób niepalących wynosiła

21 pmol/g globiny (średnio 0,6 µg/ l krwi),

natomiast u 45 osób palących, aż 85 pmol/

g globiny (średnio 2,3 µg/ l krwi). Autorzy

ocenili, że niepalący dorośli w ciągu dnia

przyjmują drogą pokarmową około 60 µg

akrylamidu.

Wysoką zawartość adduktów akrylami-

du, jak przypuszczano, znaleziono we krwi

matek palących podczas ciąży i we krwi pę-

powinowej ich nowonarodzonych dzieci.

W przypadku kobiet w ciąży o masie ciała

wynoszącej około 60 kg, pomijając przyrost

masy ciała w czasie ciąży, średnia dzienna

dawka pochodzącego z żywności i palenia

tytoniu akrylamidu wynosi około 50 µg/

kg masy ciała. Poziom adduktów akrylami-

du u matek niepalących wykazuje korelację

z poziomem akrylamidu we krwi pępowino-

wej, co wskazuje, że znacząca ilość spożywa-

nego akrylamidu przechodzi przez łożysko.

Uwzględniając długość życia erytrocytów

u ludzi dorosłych, wynoszącą około 120 dni,

a u płodu 60–80 dni, oraz masy ciała matki

i płodu, dzieci są narażone na działanie akry-

lamidu w porównywalnym stopniu jak matki

(s cheTTgen i współaut. 2003).

Akrylamid może także wpływać na płod-

ność. U samców szczurów zaobserwowano

zmniejszoną płodność po podawaniu przez 5

dni akrylamidu w ilości 15 mg/kg masy ciała

na dzień. Obniżenie płodności związane było

ze zmniejszoną produkcją i ruchliwością

plemników. Jednocześnie nie stwierdzono

wpływu akrylamidu na płodność w drugim

pokoleniu u samic i samców szczurów, które

otrzymywały przez 10–11 tygodni akrylamid

w ilości 5 mg/kg masy ciała na dzień. Podob-

ne wyniki otrzymano w przypadku myszy

poddanych działaniu akrylamidu przez 27 ty-

godni, w ilości 9 mg/kg masy ciała na dzień

(e uropean c ommission 2002).

Akrylamid może działać na komórki po-

wodując ich transformację nowotworową,

co stwierdzono w badaniach in vitro na ko-

mórkach embrionalnych zarodków chomi-

ka syryjskiego. Traktowanie tych komórek

akrylamidem w stężeniu 0,5 mM i wyższym

przez 7 dni indukuje zmiany w morfolo-

gii komórek. Dodanie N-acetylo-L-cysteiny

(NAC), która jest źródłem grupy sulfhydry-

lowej, powoduje spowolnienie tych zmian

morfologicznych, natomiast dodanie DL-bu-

tionon- [S,R]-sulfoksyminy (BSO), która jest

selektywnym inhibitorem syntetazy β-glu-

tamylcysteiny, zwiększa procent komórek,

w których doszło do zmian morfologicz-

nych, w porównaniu z hodowlami traktowa-

nymi wyłącznie akrylamidem. Wyniki te su-

gerują, że to akrylamid, a nie jego metaboli-

ty, np. glicydamid, zaangażowany jest w wy-

woływanie zmian morfologicznych komórek

(p ark i współaut. 2002).

PODSUMOWANIE

Wyniki badań epidemiologicznych nie po-

twierdzają hipotezy, że akrylamid jest substan-

cją rakotwórczą działającą wielokierunkowo

lub działającą specyficznie, wybiórczo na dany

organ, co sugerowały wyniki badań przepro-

wadzonych na zwierzętach. Wartość badań

epidemiologicznych jest jednak ograniczona,

gdyż nadal niewystarczająca jest znajomość

wzrostu zachorowań na niektóre typy nowo-

tworów, które obserwowano u szczurów po

ekspozycji na akrylamid. Ponadto, jest bardzo

prawdopodobne, że wielkość badanej popula-

cji nie była wystarczająco duża, aby uzyskane

wyniki były w pełni wiarygodne lub badane

osobniki nie były wystawione na dawkę tok-

syczną (e rdrich i F riedman 2003).

Skoro akrylamid działa toksycznie na ko-

mórki, tkanki i organizmy, czy można zapo-

biec nadmiernemu jego spożyciu? Jak plano-

wać dalsze badania nad toksycznym działa-

niem akrylamidu? Powyższe pytania zapewne

doczekają się odpowiedzi w niedalekiej przy-

szłości w wyniku intensywnie prowadzonych

obecnie badań nad tymi zagadnieniami.

AKRYLAMID — POTENCJALNIE RAKOTWÓRCZA SUBSTANCJA WYSTĘPUJĄCA W ŻYWNOŚCI.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: