Projekt MŠMT č.: 2B06168

Transkript

1 Projekt MŠMT č.: 2B06168 NPV II Akrylamid Strategie zajištění chemické bezpečnosti tepelně zpracovaných výrobků z brambor a cereálií Doba řešení projektu: Výzkumný ústav bramborářský Havlíčkův Brod, s.r.o. Fritagro Nížkov, s.r.o. Zemědělský výzkumný ústav Kroměříž, s.r.o.

2 Řešitelé projektu Řešitel-koordinátor: Prof. Ing. Jana Hajšlová, CSc. Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Řešitel: Ing. Petr Martinek, CSc. Zemědělský výzkumný ústav Kroměříž, s.r.o. Řešitel: Ing. Jaroslav Čepl, CSc. Výzkumný ústav bramborářský Havlíčkův Brod, s.r.o. Řešitel: Ing. Jan Homola/ Pavel Hrbek Fritagro Nížkov, s.r.o.

3 Definice účelu projektu přispět k identifikaci klíčových faktorů tvorby a nalezení strategie minimalizace obsahu akrylamidu a 3-MCPD v tepelně zpracovaných potravinách na bázi brambor a cereálií interdisciplinární spolupráce mezi specialisty v oblasti zemědělských a potravinářských věd a reprezentanty zpracovatelského, resp. potravinářského průmyslu optimalizace výběru suroviny úprava receptury výrobku modifikace jednotlivých výrobních a technologických parametrů zohlednění specifických podmínek produkce potravin v ČR (typické odrůdy, typické receptury)

4 Očekávané přínosy projektu Validace a následná implementace analytických postupů pro stanovení akrylamidu a 3-MCPD Vytipování plodin s nízkým obsahem prekurzorů Vyšetření "rizikových výrobků" z tržní sítě Získání poznatků o tvorbě akrylamidu a 3-MCPD - modelové a technologické experimenty

5 Dílčí cíle řešení projektu (1-5) V001 V002 V003 V004 V005 Vyvinout a validovat nové jednoduché analytické metody pro stanovení akrylamidu v různých typech potravinářských matric. Vyvinout a validovat jednoduchou metodu pro stanovení volného a vázaného 3-MCPD v různých typech potravinářských výrobků. Dokumentovat typické hladiny akrylamidu ve vybraných potravinářských výrobcích (stav před zavedením inovovaných výrobních technologií). Identifikovat a kvantifikovat různé formy 3-MCPD (včetně diesterů a monoesterů) během tepelného zpracování brambor a obilovin; charakterizace faktorů ovlivňujících vznik těchto kontaminantů. Sledovat dynamiku vzniku akrylamidu a 3-MCPD při kulinární přípravě vybraných tradičních pokrmů na bázi brambor a cereálií, posoudit vliv relevantních faktorů na terminální hladiny akrylamidu, 3-MCPD a příslušných vázaných forem.

6 Dílčí cíle řešení projektu (6-10) V006 V007 V008 V009 V010 Optimalizovat pěstitelské technologie a skladovací systémy pro výrobu suroviny určené pro další zpracování na smažené a pečené výrobky z brambor Navrhnout nové technologické postupy pro výrobu bramborových hranolků a lupínků s nízkým obsahem technologických kontaminantů akrylamidu, 3-MCPD a příslušných vázaných forem těchto kontaminantů, ověřit vliv technologie na jejich hladiny ve výrobcích Ve firmě Fritagro Nížkov, s.r.o. poloprovozně ověřit vybrané technologie výroby smažených výrobků z brambor včetně výběru vhodné suroviny. Identifikovat optimální pěstitelské technologie umožňující produkci cereálií vhodných pro výrobu pekárenských výrobků s nízkým obsahem akrylamidu Charakterizovat parametry nových odrůd pšenice a netradičních druhů obilnin s cílem výběru suroviny pro výrobu pečiva s nízkým obsahem akrylamidu a 3-MCPD (včetně vázaných forem)

7 Dílčí cíle řešení projektu (11-15) 15) V011 V012 V013 V014 V015 Zhodnotit obsahy technologických kontaminantů v pražených obilninách využívaných jako kávoviny a sladovaných obilninách pro výrobu tmavého piva, připravených z různých variant ječmene, pšenice a žita. Zhodnotit vliv základních mlýnských surovin (pšeničná a žitná mouka standardní technologické kvality) na hladiny kontaminantů v tradičním cereálním výrobku - různé typy žitno-pšeničného chleba Stanovit vliv základních technologických operací (fáze fermentace a pečení) na hladinu technologických kontaminantů (akrylamidu a 3-MCPD) v tradičním pšeničném pečivu kypřeném droždím. Charakterizovat vliv recepturních složek na výskyt kontaminantů v cereálních pochutinách kypřených chemicky s použitím uhličitanů (např. perníky) Komplexně shrnout výstupy projektu, formulovat doporučení pro výrobce a zpracovatele, konzumenty seznámit s inovovanými postupy a možnostmi snížení dietárního příjmu akrylamidu a 3-MCPD.

8 Akrylamid systematický název: prop-2-enamid vzhled: bezbarvé šupinaté krystaly relativní molekulová hmotnost: 71,08 bod tání: 84,5 C bod varu: 192,6 C (za atmosférického tlaku) rozpustnost ve vodě: 2155 g/l pravděpodobný lidský karcinogen (IARC 1994, třída 2A) reaktivita: snadno polymeruje ( při bodu tání, působením UV záření nebo zahřátím s různými polymerujícími katalyzátory)

9 Akrylamid potravinový karcinogen široké použití AA v průmyslu - barviva, těsnící hmoty, výroba poly-aa, kosmetika, úprava pitné a odpadní vody Nežádoucí kontaminant pitné vody (EU limit 0,1 µg/l) rok při stavbě železničního tunelu Hallandsås ve Švédsku byla použita těsnící hmota s obsahem AA průnik AA do vodního toku, úhyn ryb a nemoci skotu protesty veřejnosti zastavení stavebních prácí toxické efekty u exponovaných dělníků: NEUROLOGICKÉ SYMPTOMY analýza Hb-aduktů (reakční produkty AA s hemoglobinem marker expozice přímá korelace hladin Hb-aduktů s neurologickými symptomy exponovaných pracovníků Významné hladiny Hb-aduktů nalezeny také v krvi kontrolní neexponované skupiny osob!!! Zdroj expozice u kontrolní skupiny KOSMETIKA VODA POTRAVINY ENDOGENNÍ

10 Akrylamid vznik v potravinách Glycerol Mastné kyseliny Akrolein Asparagová kyselina Karnosin β-alanine Serin Cystein Pyrohroznová kyselina Akrylová kyselina 3-aminopropionamid AKRYLAMID ASPARAGIN

11 Akrylamid vznik v potravinách Maillardova reakce dominantní cesta vzniku glukosa teplota (>120 C) čas (doba tepelné úpravy) ph aktivita vody (dostupnost vody)? inhibitory tvorby asparagin akrylamid Stadler R. H., Blank I., Varga N., Robert F., Hau J., Guy A. P., Robert M.-C., Riediker S.: Acrylamide from Maillard reaction products, Nature, 2002, 419,

12 F a k t o r y o v l i v ň u j í c í t v o r b u a k r y l a m i d u v p o t r a v i n á c h Zdroj: (Confederation of the Food and Drink Industries in the EU)

13 Akrylamid monitoring, legislativa Sledování akrylamidu v potravinách se v rámci EU řídí Doporučením komise o monitorování akrylamidu v potravinách 2007/331/EC ze dne 3.května /307/EC ze dne 2.června 2009 Doporučení Komise ze dne o zkoumání množství akrylamidu v potravinách, K(2010) zavedení tzv. směrných hodnot (určeny pro výzkum) Data: EFSA (European Food Safety Authority)

14 Chlorpropanoly a jejich estery Chlorpropanoly sekundární / endogenní kontaminanty procesní / technologické kontaminanty 1978 Velíšek J., Davídek J., Hajšlová J., Kubelka V., Janíček G., Mánková B.: Chlorohydrins in protein hydrolysates. Z. Lebensm. Unters. Forsch., 167, Estery chlorpropanolů s mastnými kyselinami 1980 Velíšek J., Davídek J., Kubelka V., Janíček G., Svobodová Z., Šimicová Z.: New chlorinecontaining organic compounds in protein hydrolysates. J. Agric. Food Chem., 28, Toxikologické hodnocení potenciální karcinogeny mutagenní, chemosterilační a nefrotoxické účinky TDI pro 3-chlorpropan-1,2-diol = 2 µg.kg -1 /den limit pro obsah 3-MCPD v kyselých bílkovinných hydrolyzátech a sójových omáčkách 0,02 mg/kg (Nařízení č. 1881/2006/ES)

15 Struktura (1) Chlorpropanoly skupina tříuhlíkatých alkoholů a diolů s 1 nebo 2 atomy chloru CH 2 CH 2 CH 2 OH Cl HO Cl 3-chlorpropan-1-ol CH 2 CH CH 2 OH OH Cl HO OH Cl 3-chlorpropan-1,2-diol (3-MCPD) CH 2 CH CH 2 OH Cl OH HO Cl OH 2-chlorpropan-1,3-diol (2-MCPD)

16 Struktura (2) CH 2 CH CH 2 Cl OH Cl Cl OH Cl 1,3-dichlorpropan-2-ol (1,3-DCP) CH 2 CH CH 2 Cl Cl OH Cl Cl OH 2,3-dichlorpropan-1-ol (2,3-DCP) chirální sloučeniny: HO OH Cl (2R)-(-)-3-MCPD HO OH Cl (2S)-(+)-3-MCPD Cl Cl OH (2R)-2,3-DCP Cl OH Cl (2S)-2,3-DCP Velíšek J., Doležal M., Crews C., Dvořák T.: Optical isomers of chloropropanediols: mechanisms of their formation and decomposition in protein hydrolysates. Czech J. Food Sci., 2002, 20,

17 Struktura (3) estery chlorpropanolů monoestery 3-MCPD s mastnými kyselinami O O R O Cl OH (2R)-1-acyl-3-chlorpropan-1,2-diol R O Cl OH (2S)-1-acyl-3-chlorpropan-1,2-diol HO Cl HO Cl O R O R O (2R)-2-acyl-3-chlorpropan-1,2-diol O (2S)-2-acyl-3-chlorpropan-1,2-diol diestery 3-MCPD s mastnými kyselinami O O R O Cl O R O (2R)-1,2-diacyl-3-chlorpropan-1,2-diol R O Cl O R O (2S)-1,2-diacyl-3-chlorpropan-1,2-diol 7 skupin esterů stovky individuálních sloučenin

18 Prekurzory chlorpropanolů prekurzory lipidy (triacylglyceroly, parciální acylglyceroly, fosfolipidy), glycerol, allyl alkohol (česnek) aditiva odvozená od acylglycerolů sůl (chlorid sodný, chloridové ionty, chlorovaná voda) faktory obsah lipidů (glycerolu) obsah soli obsah vody (aktivita vody) podmínky při zpracování (doba, teplota, ph) látky způsobující rozklad lipasy

19 Možnosti snížení obsahu esterů 3-MCPD v potravinách Snížení obsahu esterů 3-MCPD a příbuzných látek v potravinách může být dosaženo: zajištěním podmínek vedoucích k nižší tvorbě během technologických procesů při zpracování potravinářských surovin odstraněním esterů 3-MCPD z produktů Z pohledu následných zpracovatelů může být obsah esterů 3-MCPD v produktech snížen vhodným výběrem jednotlivých složek. Snad nejdůležitější z tohoto hlediska se zdá být výběr tuků/olejů nebo přísad na jejich bázi, a to zejména jejich původu (palmový, sójový, řepkový, atd.) a typu (panenský, rafinovaný) olej

20 Estery 3-MCPD v rostlinných olejích a tucích vázaný 3-MCPD [µg/kg] Panenský olivový Panenský z nepražených semen Panenský z klíčků Extra panenský olivový Panenský z pražených semen Rafinovaný ze semen Olivový Rafinovaný palmojádrový Rafinovaný kokosový Olivový z pokrutin Rafinovaný palmový panenské rostlinné oleje rafinované rostlinné oleje

21 Rafinovaný palmový olej vysoké koncentrace esterů 3-MCPD µg/kg vznik v průběhu rafinace oleje, resp. deodorace PROCES RAFINACE: CRUDE OR DEGUMMED OILS Vznik esterů 3-MCPD NEUTRALISATION 90 C BLEACHING <120 C Free Fatty Acids LOW PHOSPHORUS OILS (seed oils after aciddegumming and tropical oils) BLEACHING <120 C DEODORISATION C DEODORISATION C Free Fatty Acids Chemical refining Vznik esterů 3-MCPD Physical refining

22 Snížení tvorby 3-MCPD a esterů 3-MCPD v průběhu zpracování potravin Redukce obsahu prekursorů v surovinách TAG hlavní složka lipidů v potravinách nejsou přímými prekursory esterů 3-MCPD DAG MAG přirozené v malých množstvích v méně kvalitních surovinách CH 2 OCOR 2 CH O CH 2 O C CH 2 OH vyšší obsah volných MK + MAG + DAG R 2 CH O CH 2 O C acyloxoniové ionty R způsobené buněčnými lipasami teplo a tlak také urychlují hydrolýzu

23 Mono- a diacylglyceroly tvorba MAG a DAG je zvlášť běžná v olivách, plodech palmy olejné nebo semenech světlice barvířské (saflorový olej) surové tuky a oleje DAG (%) panenský olivový 1 3 palmový z čerstvých plodů 1,7 3,8 komerční palmový 4,0 7,5 většina ostatních 0,8 5,8 Processing Fruits: Science and Technology, Second Edn. Boca Raton, Florida: CRC Press, 2005 MAG jsou přítomny v řádově nižších koncentracích než DAG (méně než 0,2 %) Mono- a diacylglyceroly Obsah závisí na: zralosti plodů odrůdě době a způsobu zacházení od sklizně po zpracování

24 Mono- a diacylglyceroly Redukce mono- a diacylglycerolů vysoká kvalita surovin snížení jejich tvorby chemickou nebo enzymovou hydrolýzou TAG v technologických procesech šlechtění nových odrůd olejnin s nižší aktivitou lipas enzymová esterifikace DAG na TAG Matthäus B. Potential ways of reduction of 3-MCPD esters in vegetable oils/data on mitigation. ILSI Workshop on 3-MCPD esters, Brussels, Belgium, February 5-6., Poprvé aplikováno u produkce bílkovinných hydrolyzátů reziduální lipidy konc. HCl DAG + MAG + glycerol redukce snížení obsahu 3-MCPD

25 Snížení tvorby 3-MCPD a esterů 3-MCPD v průběhu zpracování potravin Chloridy přirozený obsah v surovinách dostačuje k tvorbě esterů 3-MCPD v řádu desítek mg/kg Redukce obsahu chloridových iontů vymývání surového oleje před zpracováním kontrola chemikálií a materialů v procesu rafinace olejů: voda kyseliny alkálie pomocné prostředky bělící hlinky Yaylayan VA. Molecular mechanism of 3-MCPD ester formation: facts and hypothesis. ILSI Workshop on 3-MCPD esters, Brussels, Belgium, February 5-6, 2009

26 Vliv teploty zpracování na tvorbu esterů 3-MCPD velmi silný vliv na tvorbu esterů 3-MCPD při deodoraci olejů Vliv deodoračních podmínek na obsah esterů 3-MCPD v řepkovém oleji Teplota ( C) Čas (min) Koncentrace MAG DAG Estery 3-MCPD (g/100g) (g/100g) (mg kg -1 ) < <0, < ± < ± < ±0.03 Franke, K., Strijowski, U., Fleck, G., Pudel, F. (2009). Influence of chemical refining process and oil type on bound 3-chloro-1,2-propanediol contents in palm oil and rapeseed oil. LWT - Food Science and Technology, 42,

27 Vliv doby zpracování na tvorbu esterů 3-MCPD zdá se být méně kritická při deodoraci olejů Vliv deodoračních podmínek na obsah esterů 3-MCPD v řepkovém oleji Teplota ( C) Čas (min) Koncentrace MAG DAG Estery 3-MCPD (g/100g) (g/100g) (mg kg -1 ) < ± < ± < ±0.13 Franke, K., Strijowski, U., Fleck, G., Pudel, F. (2009). Influence of chemical refining process and oil type on bound 3-chloro-1,2-propanediol contents in palm oil and rapeseed oil. LWT - Food Science and Technology, 42,

28 Strategie redukce esterů 3-MCPD nebyla dosud plně objevena a ani nemusí být možná pro všechny potraviny je nutné vždy zvažovat, zda zásah do technologie nezvýší riziko jiných kontaminantů, jako furanu nebo akrylamidu 3-MCPD zvýšení ph v chlebu redukuje 3-MCPD ALE také zvyšuje tvorbu akrylamidu 3-MCPD Vliv ph chlebového těsta na tvorbu akrylamidu a 3-MCPD Sadd, P.A., Hamlet, C.G., Liang L. (2008) J.Agric.Food Chem., 56,

29 Výsledky projektu dle dílčích cílů:

30 V001 Metodika stanovení akrylamidu homogenizace vzorku odstranění tuku protřepáním s hexanem extrakce vodou (třepání) převedení AA do MeCN vrstvy (třepání) přečištění MeCN vrstvy disperzní SPE výměna rozpouštědla Přídavek I.S. 13 C 3 - AA Přídavek NaCl a MgSO 4 Přídavek Al 2 O 3 a MgSO 4 LC-MS Bartáčková V., Lacina O., Valenzová K., Riddellová K. a Hajšlová J.: Acrylamide Analysis in Various Matrices Employing HPLC- MS/MS and UHPLC-TOF MS. 6th ISC ModernAnalytical Chemistry, str , Prague, Czech Republic, September ISBN:

31 V001 Výsledky validace metody Matrice AA (µg kg -1 ) / RSD (%) n=6 Zpětná výtěžnost (%) 100 µg kg -1 / 1000 µg kg -1 n=4 HPLC-MS/MS UHPLC-TOF MS HPLC-MS/MS UHPLC-TOF MS Sušenky 14/4 24/4 105/104 94/94 Čokoláda <LOD/- <LOD/- 101/ /99 Dětská výživa 44/5 52/5 101/101 95/95 Snídaňové cereálie 131/5 133/4 100/100 97/97 Bramborové lupínky 759/3 717/2 108/109 91/98 Müsli 53/7 55/3 110/106 97/97 Perník 269/6 251/5 108/ /99 Koření paprika 571/7 538/7 -/96 -/93 Koření pepř 527/6 488/5 -/104 -/103 Křehký chléb 188/6 185/1 -/97 -/95 Odhady LOQ jsou pro obě techniky µg/kg dle typu matrice

32 V001 Výsledky testů způsobilosti (pořadatel FERA, UK) Vzorek Rok Assigned value (µg/kg) Reported value (µg/kg) z- score* PT 3015 crispbread 2006/ ,4 PT 3018 crispbread 2007/ ,6 PT 3025 biscuits ,2 PT 3028 biscuits 2010/ ,4 * z- score hodnocení úspěšnosti v proficiency testu, úspěšná laboratoř: z 2 x = hlášená hodnota koncentrace analytu v testovacím materiálu (reported value) X = vztažná hodnota (assigned value) považovaná za správnou σ P = cílová hodnota směrodatné odchylky

33 V002 Metody stanovení 3-MCPD a jeho esterů Volný 3-MCPD 5 g POTRAVINY 3-MCPD-d 5 Vázaný 3-MCPD 100 mg TUKU + 3-MCPD-d 5 dipalmitát Interesterifikace CH 3 OH/H 2 SO 4 Přečištění Hexan Hexan/Aceton Fenylboritá kyselina Přečištění Derivatizace 40 C, 16 h Hexan Abundance (1) 3-MCPD (2)3-MCPD-d 5 Ion ( to ): HRA3.D Ion ( to ): HRA3.D 2 1 GC/MS SIM mód Ionty o m/z 91, 147, 196, 150, Time-->

34 V003 Monitoring hladin akrylamidu ( ) Zhodnocení NPV II. akrylamid monitoringu ( ) celkem 526 vzorků z 18 potravinových kategorií Potravinové kategorie Bramborové lupínky, Dětská výživa, Hranolky hotové, Hranolky předsmažené, Chléb, Chléb křehký, Káva mletá, Káva rozpustná, Kávovina, Koření (paprika, pepř), Müsli, Perník, Předsmažené krokety, Snídaňové cereálie, Slané krekry, Sušenky, Sušenky dětské, Sušenky dia Zavedení legislativních limitů??

35 V003 Monitoring hladin akrylamidu ( ) koncentrace AA (µg/kg) Značný pokles, důraz na technologii výroby??? Bramborové lupínky Káva mletá Snídaňové cereálie Slané krekry Sušenky

36 V004 Výskyt chlorpropanolů a jejich esterů Významné komodity z tržní sítě ČR: Typ výrobku Volný 3-MCPD Vázaný 3-MCPD [µg/kg] [µg/kg] Müsli <3- < Snídaňové cereálie < Sušenky < Dětské sušenky < Crackery < Croissant Perníkové korpusy < Běžné pečivo Mouka < Instantní jíšky < Bramborové lupínky < Bramborové knedlíky <3-< Bramborové kaše < Sojové nápoje < Vyšší koncentrace esterů 3-MCPD především ve výrobcích, které obsahují rostlinný tuk či olej nebo jsou upravovány smažením a tuk do nich přechází ze smažící lázně.

37 V004 Vliv aktivity vody na tvorbu esterů 3-MCPD Modelové systémy snížení obsahu vody v reakčních směsích vedlo k nižší tvorbě 1,2-dipalmitátu 3-MCPD v důsledku nižší tvorby MAG a DAG tripalmitin k 1,2 3-MCPD-PP rychlostní konstanty pro modely: bez přídavku vody (k 1,2 (0 %) ) (5,41 ± 0,32).10-5 s -1 s 30 % (w/w) vody (k 1,2 (30 %) ) (1,18 ± 0,09).10-4 s -1 Doležal M, Velíšek J, Kněz V. Kinetics of formation and decomposition of 3-chloropropane-1,2-diol esters. Proceeding of EURO FOOD CHEM XIV, Food Quality and Issue of Molecule Based Science, Paris, France, : 2007

38 V004 Degradace esterů 3-MCPD (1) Modelové systémy concentration of 3-CPD-PP (% w/w) C 140 C 170 C 200 C 230 C Doležal M, Velíšek J, Kněz V. Kinetics of formation and decomposition of 3- chloropropane-1,2-diol esters. Proceeding of EURO FOOD CHEM XIV, Food Quality and Issue of Molecule Based Science, Paris, France, : time (h) Degradace 1,2-dipalmitátu 3-MCPD při C Množství 1,2-dipalmitátu 3-MCPD rychle klesalo se stoupající teplotou 0,5 h při 100 C 28% degradovalo 16 h při 200 C 100% degradovalo

39 V004 Degradace esterů 3-MCPD (2) Modelové systémy úbytek 1,2-dipalmitátu 3-MCPD podle kinetiky reakcí 1. řádu c = c 0.e k 2,3. τ c, c 0 koncentrace včase t a t=0 k 2,3 rychlostní konstanta rychlostní konstanty degradace 1,2-dipalmitátu 3-MCPD: T ( C) Rychl. konstanta k 2,3 (s -1 ) 100 (4,94 ± 0,88 ) (1,05 ± 0,13 ) (8,24 ± 0,16 ) (1,35 ± 0,22) (3,72 ± 0,09 ).10-3 k 2,3 = A 2,3 E.e R.T a(2,3) E a aktivační energie (44.97 kj.mol -1 ) A pre-exponenciální faktor (122.3 s -1 ) R plynová konstanta T teplota

40 V005 Dynamika tvorby akrylamidu (bramborové výrobky) A Mražené polotovary Fritované C Mražené polotovary Pečené v troubě B Mražené polotovary Smažené na pánvi acrylamide µg.kg -1 D Bramboráky v prášku Smažené na pánvi

41 V005 Vznik 3-MCPD při kulinární přípravě tradičních pokrmů výrobky z brambor bramboráky - vliv způsobu přípravy (pečení v troubě, smažení na pánvi, ve fritéze), teplota a doba úpravy Způsob přípravy Tuk Vázaný 3-MCPD [%] [µg/kg] Pánev - prášková směs 1,1-14, prášková směs 1,3-13, mražený polotovar 1,0-17, Fritéza 0,8-4, Trouba 1,1-5, Bramboráky smažené na pánvi vázaný 3-MCPD [µg/kg] , doba smažení [min] Nárůst obsahu tuku s dobou smažení nárůst obsahu esterů 3-MCPD lineární korelace závislosti vázaného 3-MCPD na množství tuku (R 2 =0,991)

42 V005 Vznik 3-MCPD při kulinární přípravě tradičních pokrmů výrobky z brambor Druh výrobku Způsob Vázaný 3-MCPD Tuk [%] přípravy [µg/kg] Bram.vlnky trouba 3,1-8, Bram.hranolky trouba 5,4-7, fritéza - řepka 6,8-15, fritéza - palma 7,5-10, Při použití palmového oleje na smažení byla koncentrace esterů 3-MCPD až desetinásobně vyšší než při použití řepkového oleje.

43 V005 Vznik 3-MCPD při kulinární přípravě tradičních pokrmů výrobky z cereálií - vliv způsobu přípravy (smažení na pánvi, ve fritéze), teplota a doba úpravy Druh výrobku Způsob Vázaný 3-MCPD Tuk [%] přípravy [µg/kg] Palačinky pánev 0,7-4, Lívance pánev 1,0-5, Langoše - prášek fritéza 1,0-24, polotovar fritéza 14,1-33, Nárůst obsahu tuku v průběhu smažení nárůst esterů 3-MCPD

44 V006 Produkce bramborových hlíz Metodika technologických postupů pěstování brambor pro produkci potravinářských výrobků s nízkým obsahem akrylamidu Metodika skladování konzumních hlíz pro zpracování na smažené výrobky z brambor

45 V006 Produkce bramborových hlíz Schéma fází skladovacího období brambor Osoušení Cíl: odstranění volné vody na hlízách Suberizace Cíl: zahojení mechanických poškození Teplota: C, RV>95%, CO 2 <1% Zchlazování Cíl:dosažení požadované skladovací teploty Zpracovávané Konzumní Sadbové na smažené výrobky Teplota 4-6 C Teplota 2-4 C Teplota 7-10 C Období klidu Cíl: udržení kvality Teplota: požadovaná RV 93-98% Ohřívání Cíl: snížení poškození při manipulaci rekondicionace - odstranění vytvořených cukrů probuzení (naklíčení) Teplota:12 C 8-20 C dle způsobu biologické přípravy

46 V007 Výroba bramborových lupínků a hranolků Metodika smažení bramborových produktů ze syrové bramborové hlízy Metodika pro hodnocení barevných změn ve smažených bramborových výrobcích vzhledem k obsahu akrylamidu

47 V006/V007 Bramborové lupínky Obsahy akrylamidu v lupíncích z odrůd Lady Claire a Pirol v jednotlivých letech v závislosti na variantě hnojení Lady Claire akrylamid (ug/kg) PIROL varianta akrylamid (ug/kg) varianta

48 V006/V007 Bramborové hranolky Obsahy akrylamidu v hranolcích z odrůd Ramos a Karin v jednotlivých letech v závislosti na variantě hnojení a lokalitě Ramos a Karin akrylamid (ug/kg) 0 40 kg N/ha 120 kg N/ha 40 kg N/ha + 40 kg S/ha 120 kg N/ha 40 kg N/ha 120 kg N/ha 40 kg N/ha + 40 kg S/ha 120 kg N/ha 40 kg N/ha 120 kg N/ha 40 kg N/ha + 40 kg S/ha 120 kg N/ha 40 kg N/ha 120 kg N/ha 40 kg N/ha + 40 kg S/ha 120 kg N/ha Karin-Valečov Ramos-Valečov Karin-Velhartice Ramos-Velhartice varianta, lokalita

49 V007 3-MCPD v bramborových výrobcích bramborové hranolky PŘEDSMAŽENÉ DOSMAŽENÉ SMAŽÍCÍ OLEJ HRANOLKY HRANOLKY Rok Tuk Vázaný 3-MCPD Tuk Vázaný 3-MCPD Vázaný 3-MCPD [%] [μg/kg] [%] [μg/kg] [μg/kg] ,3 42 9, , , ,0 49 9, bramborové lupínky BRAMOROVÉ LUPÍNKY SMAŽÍCÍ OLEJ Rok Tuk Vázaný 3-MCPD Volný 3-MCPD Vázaný 3-MCPD [%] [μg/kg] [μg/kg] [μg/kg] , , ,6 616 < , < ,8 935 < 3 -

50 V008 Vakuové smažení (1) Atmosférický tlak Vakuum 10 kpa Domácí robot Kontrola: 50 g, 5 min,175 C - blanš. 3 min, 80 C - blanš.v ultrazvuk.lázni, 3min, 80 C Kontrola: 50 g, 175 C, 2 až 7 min Vakuová fritéza Kontrola: 100, 200 a 300 g, 175 C, 5 a 7 min Vakuová fritéza 100 a 150 g, 175 C, 2,3 a 4 min - domácí robot - WS krouhač 100 g, 175 C: 3,5 a 6 min, vak.fritéza, WS krouhač 3,4 a 5 min, dom. fritéza, WS krouhač 50 g, při 130 C, 140 C a 150 C 50 g, 105 C a 125 C, 2 až 8 min 100, 200 a 300 g, 130 C, 5 a 7 min 100 g, 130 C, 5,7 a 9 min - WS krouhač

51 V008 Vakuové smažení (2) 6x opakování Odrůda Saturna 100 g, 175 C, 3 min, dom. fritéza 100 g, 130 C, 5 min, vakuum Obsah akrylamidu Obsah tuku Obsah vody Obsah pyrazinů Senzorické hodnocení Vakuová fritéza 100 g, 130 C, 10 kpa, 5 minut Domácí fritéza 100 g, 175 C, atmos.tlak, 3 minuty

52 Obsah akrylamidu [ µg/kg] V008 Vakuové smažení (3) Vakuové smažení (3) obsah akrylamidu Opakování 7602 Domácí fritéza 100 g, 175 C, atmos.tlak, 3 minuty ( µg/kg) RSD = 30 % Pokles o 98 % Vakuová fritéza 100 g, 130 C, 10 kpa, 5 min (208 µg/kg) RSD = 61 % Obsah akrylamidu [µg/kg] Opakování

53 V008 Vakuové smažení (4) - závěr ideální podmínky smažení při vakuu (130 C, 5 minut, 100 g ) nižší obsah akrylamidu o 98 % při vakuovém smažení docílen obsah vody i pod 2 % obsah tuku kolem 30 % obsah pyrazinů vyšší při smažení za atmosférického tlaku 41 % hodnotitelů preferuje vakuově smažené bramborové lupínky

54 V008 Smažení hranolek za různých podmínek Bramborové hranolky odrůdy Marena Blanšírovaní (t = 80 C, 8 min) <LOQ <LOQ Obsah akrylamidu [µg/kg] 0 vakuum, 130 C, 5 minut vakuum, 130 C, 7 minut Atmos. tlak, 170 C, 2 minuty Atmos. tlak, 170 C, 3 minuty Atmos. tlak, 175 C, 5 minut Atmos. tlak, 190 C, 5 minut

55 V008 Smažení hranolek za různých podmínek Bramborové hranolky odrůdy Marena Blanšírovaní (t = 80 C, 8 min) Atmos. tlak, 170 C, 2 minuty Atmos. tlak, 170 C, 3 minuty Atmos. tlak, 175 C, 5 minut Atmos. tlak, 190 C, 5 minut Vakuum, 130 C, 5 minut Vakuum, 130 C, 7 minut

56 V008 Vliv blanšírování a doby smažení na obsah akrylamidu 800 Bramborové hranolky odrůdy Marena C, 3 minuty 170 C. 2 minuty VV9346_bl. 70 C, 6 min VV9347_bl. 70 C, 8 min VV9348_bl. 70 C, 10 min VV9349_bl. 75 C, 6 min VV9350_bl. 75 C, 8 min VV9351_bl. 75 C, 10 min VV9352_bl. 80 C, 6 min VV9353_bl. 80 C, 8 min VV9354_bl. 80 C, 10 min Obsah akrylamidu [µg/kg]

57 V008 Vliv smažícího média na obsah esterů 3-MCPD bramborové hranolky smažené na řepkovém vs. palmovém oleji vázaný 3-MCPD [μg/kg] min 5 min doba smažení řepkový olej řepkový olej palmový olej palmový olej bramborové lupínky smažené na řepkovém vs. palmovém oleji 1400 vázaný 3-MCPD [µg/kg] vzorek 243 vzorek 245 vzorek 244 řepkový olej řepkový olej + UZ palmový olej palmový olej + UZ *UZ blanšírování v ultrazvukové lázni

58 V009 Pšenice odrůda Ebi Materiál: ozimá pšenice Ebi (kvalita E),sklizeň v letech hodnocen vliv dávky, termínu a formy dusíkaté výživy a variant fungicidní ochrany proti listovým chorobám na obsah prekursorů akrylamidu (redukující cukry, asparagin) a další základní kvalitativní parametry odrůd provedeny pekařské experimenty zpracována dokumentace ilustrující závislosti mezi dávkou a termínem dusíkaté výživy na tvorbu prekursorů akrylamidu a charakterizovány interakční vztahy k faktoru napadení listovými chorobami

59 V009 Pšenice odrůda Ebi Vliv dávky dusíku na obsah asparaginu volný asparagin (g/kg) 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 kg N 60 kg N 120 kg N 180 kg N intenzita F K Vliv dávky dusíku na obsah akrylamidu 60 akrylamid (µg/kg) F K 0 0 kg N 60 kg N 120 kg N 180 kg N intenzita

60 V010 Soubor netradičních obilovin Materiál: soubor vybraných genotypů zahrnujících netradiční materiály s velmi různorodými parametry kvality zrna v letech pěstovány jako ozimy při pěstební technologii odpovídající nízké intenzitě hnojení (L) kontrolní odrůdy ozimé pšenice zařazené do rozdílných běžně používaných skupin kvality zrna (Akteur - E, Eurofit - A, Simila - B, Rapsodia - C), haynaldotikum C. P. Denti de Cani (extrémní tvrdost zrna) tritordeum HTC 1331DH - žluté zrno ozimé tritikale Pawo - zlepšená pekařská kvalita zrna pšenici s mnohořadým klasem KM pšenice s rozdílnou geneticky determinovanou barvou obilek (Heroldo bílé zrno, RU modrý aleuron, Abysinskaja arraseita - purpurový perikarp)

61 V010 Sledované parametry stanovení vybraných charakteristik jakosti zrna stanovení asparaginu prekursoru akrylamidu (HPLC/FLD) pekařský test za standardních podmínek stanovení obsahu akrylamidu (HPLC-MS/MS) a 3-MCPD (GC-MS) v pečivu

62 V010 Asparagin agin v netradičních obilovinách Akteur Eurofit Simila Rapsodia KM Heroldo RU 440 Abysinskaja arasajta Denti di cani D.C.C.V HTC1331DH Pawo genotyp asparagin [µg/kg]

63 V010 Akrylamid v pečivu z netradičních obilovin Akteur Eurofit Simila Rapsodia KM Heroldo RU 440 Abysinskaja arasajta Denti di cani D.C.C.V HTC1331DH Pawo genotyp akrylamid [µg/kg]

64 V010 Korelace asparagin vs. akrylamid

65 V010 Závěry pro netradiční obiloviny prokázán vliv genotypu (odrůdy) na obsah volného asparaginu v mouce a akrylamidu v pečivu Dobrá korelace mezi obsahem asparaginu v surovině a akrylamidem ve výrobku Kontrolní odrůdy (Akteur, Eurofit, Simila, Rapsodia) srovnatelné výsledky Nejvyšší potenciál pro tvorbu akrylamidu odrůda Abysintskaja arraseita otázkou je využití všech testovaných odrůd v pekárenském průmyslu

66 V011 Přímé pražení obilovin Experimenty Pražení obilovin pšenice (R, E), žito (D), ječmen (B, P1, P2) Zjišťování vlivu doby a teploty pražení

67 V011 Přímé pražení obilovin Vliv teploty pražení na obsah akrylamidu v ječmeni Vliv doby pražení na obsah akrylamidu v ječmeni Bartáčková, V., Jirsa, O., Bucher, P., Klem, K., Váňová, M., Martinek, P., Hajšlová, J.: Akumulace akrylamidu v praženém zrnu různých druhů obilovin /The acrylamide acumulation in roasted grain of different cereal species/. IV. vedecká konferencia s medzinárodnou účasťou "Bezpečnosť a kvalita surovín a potravín, január 2009, Nitra, Acta Fytotechnica et Zootechnica, Mimoriadne číslo 2009, 2009, S30-S36 ISSN X

68 V011 Přímé pražení obilovin Vliv teploty pražení na obsah akrylamidu v žitu a pšenici Vliv doby pražení na obsah akrylamidu v žitu a pšenici Bartáčková, V., Jirsa, O., Bucher, P., Klem, K., Váňová, M., Martinek, P., Hajšlová, J.: Akumulace akrylamidu v praženém zrnu různých druhů obilovin /The acrylamide acumulation in roasted grain of different cereal species/. IV. vedecká konferencia s medzinárodnou účasťou "Bezpečnosť a kvalita surovín a potravín, január 2009, Nitra, Acta Fytotechnica et Zootechnica, Mimoriadne číslo 2009, 2009, S30-S36 ISSN X

69 V011 Přímé pražení obilovin Změna fyzikálních a chemických procesních parametrů teplota velmi silný vliv na tvorbu esterů 3-MCPD při pražení cereálií Obsah vázaného 3-MCPD v závislosti na teplotě pražení (15min) Doležal M., Ilko V., Zelinková Z., Velíšek J.: 3-MCPD and its esters in malts and roasted cereals. Proceedings of EURO FOOD CHEM XV, Food for the Future the Contribution of Chemistry to Improvement of Food Quality, Copenhagen, Denmark, , pp 56-59

70 V011 Přímé pražení obilovin Změna fyzikálních a chemických procesních parametrů doba zpracování velmi silný vliv na tvorbu esterů 3-MCPD při pražení cereálií Obsah vázaného 3-MCPD v závislosti na době pražení (150 C) Doležal M., Ilko V., Zelinková Z., Velíšek J.: 3-MCPD and its esters in malts and roasted cereals. Proceedings of EURO FOOD CHEM XV, Food for the Future the Contribution of Chemistry to Improvement of Food Quality, Copenhagen, Denmark, , pp 56-59

71 V011 Pražení sladů Slad Zelený slad (pro výrobu karamelového sladu o 100 j. EBC) Plzeňský slad (suchý) pro výrobu černého sladu Zelený slad (pro výrobu karamelového sladu o 200 j. EBC) Teplota pražení ( C) Doba pražení (min) Akrylamid (µg/kg) Bartáčková, V., Černá, M., Valenzová, K., Čajka, T., Riddellová, K., Kocourek, V., Hajšlová, J.: Procesní kontaminanty při výrobě piva Akrylamid a furan. In "Additives and contaminants in food 2009". Sborník mezinárodní konference Cudzorodé látky v požívatinách 2009, , Hotel FIS Štrbské Pleso, Slovensko, S60-S64 ISBN

72 V011 Pražení sladů dynamika tvorby akrylamidu

73 V011 Pražení sladů dynamika tvorby akrylamidu

74 V011 Pražení sladů dynamika tvorby akrylamidu

75 V012 Tradiční žitno-pšeničné chleby sledování vlivu technologických faktorů na obsah akrylamidu v tradičním českém chlebu: podíl žitné a pšeničné mouky kyselost kvasu a těsta přídavek starého chleba přídavek pražených sladů teploty dosažené během pečení zapařování pečného prostoru na začátku zapékání doba vystavení těsta vysokým teplotám

76 V012 Příklady experimentů Experiment 1 3 soubory vzorků odebrané ze 2 pekáren po dobu dvou týdnů desetidenní monitoring 1. pšenično-žitný světlý konzumní chléb 2. pšenično-žitný tmavý konzumní chléb 3. pšenično-žitný chléb s přídavkem starého chleba (SCH) Experiment 2 12 vzorků z různých pekáren v ČR různá technologie přípravy kvasu Experiment 3 Modelové pečení % žitné mouky v receptuře analýza akrylamidu jen v chlebové kůrce (max. teplota ve střídě C, v kůrce 160 C )

77 V012 Desetidenní monitoring Standardnost výrobků z jedné průmyslové výrobní linky obsah akrylamidu ug/kg v sušině světlý chléb obsah akrylamidu ug/kg v sušině tmavý chléb DEN ODBĚRU DEN ODBĚRU obsah akrylamidu ug/kg v sušině chléb s přídavkem starého chleba DEN ODBĚRU Vzorek AA (μg/kg sušiny) RSD (%) AA (μg/kg chleba) světlý chléb 61 72,1 1 5 tmavý chléb 35 55, chléb s přídavkem SCH ,8

78 V012 Různé pekárny, podíl žitné mouky obsah ak rylamidu ug/kg v sušině 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0, ČÍSLO SOUBORU VZORKŮ vzorky 1 a 2 (65 a 44 µg/kg sušiny) - kvas z žitné mouky - nižší hladiny AA vliv podílu žitné mouky? ostatní vzorky technologie Isern Haeger přídavek starého chleba do receptury µg/kg sušiny (RSD 29 %) 8 30 µg/kg chleba Obsah akrylamidu v sušině (µg/kg chleba) Závislost obsahu akrylamidu v sušině chleba na podílu žitné mouky Podíl žitné mouky (%)

79 V012 Pražený slad k barvení chleba cíl: zjistit hladiny akrylamidu ve sladech a určit množství akrylamidu vnesené jejich prostřednictvím do finálního produktu v hnědém sladu 14-krát vyšší množství než v černém sladu příspěvek k množství akrylamidu v konečném produktu 2,81 µg na jeden kus chleba

80 V012 3-MCPD a jeho estery v chlebech pšenično-žitný chléb Tuk [%] Volný 3-MCPD Vázaný 3-MCPD [µg/kg] [µg/kg] 1 pekárna - 10 dnů kůrka 0,2-0,3 9,4-22, střída 0,2-2,1 <9-16, pekárna - 10 dnů kůrka 0,3-1,1 <9-23, střída 0,5-1,1 <9-33, různých pekáren kůrka 0,2-0,7 9,6-36, střída 0,2-1,6 <9-12, % 25% 35% 45% 45% 55% 65% 75% 85% podíl žitné volný 3-MCPD mouky vázaný 3-MCPD hm.koncentrace [µg/kg] < LOQ vzorky chlebů Množství volného a vázaného 3-MCPD ve vzorcích chleba (seřazeny dle rostoucího obsahu žitné mouky)

81 V012 Závěry 10-ti denní monitoring vysoká variabilita nálezů hladina akrylamidu v hnědém sladu 14x vyšší než v černém sladu z technologického pohledu největší vliv na tvorbu akrylamidu v chlebu teplota studium vlivu žitné mouky neprokázalo ovlivnění hladin akrylamidu ani 3-MCPD v chlebu

82 V013 Běžné pšeničné pečivo sledování vlivu technologických faktorů na obsah akrylamidu a 3-MCPD v běžném pšeničném pečivu: přídavek 2-4 % droždí v receptuře přídavek 0,5-2,5 % vitálního lepku v receptuře testování komerčních výrobků

83 V013 Akrylamid v běžném pečivu Obsah akrylamidu v sušině (µg/kg pečiva) Závislost obsahu akrylamidu v sušině pečiva na přídavku droždí 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Přídavek droždí (%) pečivo akrylamid (µg/kg) Rohlík 14 Banketka 20 Croissant 38 Závislost obsahu akrylamidu v sušině pečiva na přídavku vitálního lepku Obsah akrylamidu v sušině (µg/kg pečiva) ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 1,0 Přídavek vitálního lepku (%)

84 V013 3-MCPD a jeho estery 160 běžné pšeničné pečivo 140 volný 3-MCPD vázaný 3-MCPD hm. koncentrace [µg/kg] < LOQ < LOQ vzorky běžného pečiva rostoucí obsah droždí rostoucí obsah lepku

85 V013 Závěry studium vlivu přídavku droždí neprokázalo ovlivnění hladin akrylamidu a 3-MCPD v pečivu studium vlivu přídavku vitálního lepku neprokázalo ovlivnění hladin akrylamidu a 3-MCPD v pečivu komerční pečivo srovnatelné hladiny akrylamidu jako modelově upečené, 3-MCPD také srovnatelné hladiny obecně v tomto typu výrobku hladiny obou kontaminantů spíše nízké

86 V014 Chemicky kypřené pečivo sledování vlivu technologických faktorů na obsah akrylamidu a 3-MCPD v chemicky kypřených výrobcích - pernících: testování průmyslových perníkových korpusů různá receptura testování modelově upečených perníků různé podmínky a receptury

87 V014 Průmyslově vyrobené perníky 1600 Akrylamid µg/kg sušiny µg/kg 0 A B C D E F Pekárna

88 V014 Modelově pečené perníky Akrylamid µg/kg sušiny µg/kg 200 0

89 V014 3-MCPD a jeho estery perníkové korpusy Charakteristika receptury Tuk [%] Volný 3-MCPD Vázaný 3-MCPD [µg/kg] [µg/kg Kypřidlo (NaHCO 3 /NH 4 HCO 3 ) 0,4 < 3 13 Bez přídavku NaHCO 3 0,4 < 3 26 Inverze cukru HCl 1,1 < 3 9 Bez invertního cukru 0,3 < 3 7

90 V014 Závěry Korpusy průmyslových perníků vykazovaly vyšší hladiny akrylamidu Rozdíl mezi vzorky stejnými recepturně způsoben řadou faktorů Např. u modelových vzorků záleží kam až směs zneutralizována po kyselé hydrolýze (ph směsi, přesné doba průběhu reakcí apod.) Vzorek 16 neutralizace 12h Vzorky 17 a 18 neutralizace cca 1h Modelově upečené perníky vykazují vliv přídavku medu vytvoření více akrylamidu Modelově upečené perníky s použitím sirupu po kyselé inverzi měly nejnižší obsahy akrylamidu Projevil se vliv testování přídavku ječné mouky receptura s NaHCO 3 - nižší množství esterů 3-MCPD (patří k látkám, které jsou schopny rozkládat 3-MCPD)

91 V015 Celkové závěry Cíl projektu byl realizován v těchto rozhodujících etapách: Vývoj, validace a následná implementace sofistikovaných instrumentálních analytických technik pro citlivé stanovení procesních kontaminantů akrylamidu a 3-MCPD a jeho esterů v potravinách. Vyšetření série vzorků z tržní sítě ČR v letech na obsah procesních kontaminantů pomocí vyvinutých metod. Testování vhodnosti různých odrůd suroviny (brambory, cereálie) z hlediska potenciálu tvorby procesních kontaminantů se zvláštním zaměřením na obsah prekursorů akrylamidu. Testování různých technologických postupů a jejich modifikace vedoucí ke snížení hladin akrylamidu a 3-MCPD v potravinách na bázi brambor a cereálií. Formulování doporučení pro průmysl pro volbu suroviny a technologických podmínek jejich zpracování minimalizujících tvorbu procesních kontaminantů. Doporučení spotřebitelům pro volbu surovin a jejich kulinárních úprav vedoucích k minimálnímu obsahu procesních kontaminantů.

92 V015 Celkové závěry identifikovány a charakterizovány dominantní faktory v procesu produkce surovin a jejich zpracování možné využití získaných poznatků k predikci rizika tvorby technologických kontaminantů při zavádění nových výrobků či technologií zpracována obecná doporučení pro producenty brambor a cereálií pro zpracovatelský průmysl s akcentem na nízký obsah prekursorů technologických kontaminantů zpracována doporučení pro zpracovatele brambor a cereálií jak minimalizovat tvorbu technologických kontaminantů a tak přispět ke snížení dietárního příjmu procesních kontaminantů konzumenty českých potravin zpracován soubor doporučení pro konzumenty, jakým způsobem lze při přípravě různých pokrmů minimalizovat vznik škodlivých sloučenin