Studies of acrylamide level in coffee and coffee substitutes: influence of raw material and manufacturing conditions

• Autorzy: Mojska H. , Gielecinska I.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Background. Many animal studies have shown that acrylamide is both neurotoxic and carcinogenic. The first reports of acrylamide actually having been found in foodstuffs were published in 2002 by the Swedish National Food Agency in conjunction with scientists from the University of Stockholm. It has since been demonstrated that acrylamide arises in foodstuffs by the Maillard reaction, ie. between free asparagine and reducing sugars at temperatures >120°C. Coffee in fact, forms one of the principal dietary sources of acrylamide, where it is normally drunk in large quantities throughout many countries worldwide that includes Poland. Thus, it constitutes a major dietary component in a wide range of population groups, mainly ranging from late adolescents to the elderly. Objectives. To determine the acrylamide level in commercial samples of roasted and instant coffee and in coffee substitutes by LC-MS/MS method. The influence of coffee species and colour intensity of coffee on acrylamide level was also detailed. Materials and methods. A total of 42 samples of coffee were analysed which included 28 that were ground roasted coffee, 11 instant coffees and 3 coffee substitutes (grain coffee). Analytical separation of acrylamide from coffee was performed by liquid chromatography followed by tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). To evaluate the colour intensity of ground roasted coffee and instant coffee we used method of arranging (sequence). Results. The highest mean acrylamide concentrations were found in coffee substitutes (818 pg/kg) followed by instant coffee (358 pg/kg) and then roasted coffee (179 pg/kg). One single cup of coffee (160 ml) delivered on average from 0.45 pg acrylamide in roasted coffee to3.21 pg in coffee substitutes. There were no significant differences in acrylamide level between the coffee species ie. Arabica vs Robusta or a mixture thereof. The various methods of coffee manufacture also showed no differences in acrylamide (ie. freeze-dried coffee vs agglomerated coffee). A significant negative correlation was observed between acrylamide levels and the intensity of colour in roasted coffee; this was not the case however for instant coffee. Conclusions. It was demonstrated that roasting process had the most significant effect on acrylamide levels in natural coffee, however there were no relationships found with coffee species. Due to the high acrylamide levels demonstrated in coffee substitutes, recommended amounts should be defined and manufacturers should be obliged to reduce such levels in these products.

PL

Wprowadzenie. W licznych badaniach na zwierzętach wykazano, że akryloamid ma działanie neurotoksyczne i kancerogenne. W kwietniu 2002 r. Szwedzka Narodowa Agencja ds. Żywności oraz naukowcy z Uniwersytetu w Sztokholmie po raz pierwszy opublikowali dane o zawartości akryloamidu w produktach spożywczych. Akryloamid powstaje w żywności w reakcji Maillarda pomiędzy wolną asparaginą i cukrami redukującymi pod wpływem temperatury > 120°C. Wysokie spożycie tego napoju w wielu krajach, tym także w Polsce, sprawia że produkt ten może być znaczącym źródłem akryloamidu w diecie, zwłaszcza u osób dorosłych, ale także starszej młodzieży. Cel badań. Oznaczenie zawartości akryloamidu w różnych rodzajach kawy metodą LC-MS/MS oraz ocena wpływu gatunku kawy, sposobu produkcji oraz barwy produktu finalnego na poziom badanego związku. Materiał i metody. Materiał do badań stanowiły 42 próbki kawy, w tym 28 próbek mielonej kawy palonej, 11 próbek kawy rozpuszczalnej i 3 próbki substytutów kawy (kawa zbożowa). Akryloamid oznaczono metodą chromatografii cieczowej sprzężonej z tandemową spektrometrią mas (LC-MS/MS). Do oceny barwy próbek kawy wykorzystano metodę kolejności (szeregowania). Wyniki. Wśród przebadanych próbek różnych rodzajów kawy, najwyższą średnią zawartość akryloamidu stwierdzono w kawie zbożowej (818 pg/kg), a następnie w kawie rozpuszczalnej (358 pg/kg) i kawie palonej (179 pg/kg). Jedna filiżanka (160 ml) naparu kawy dostarczała, w zależności od rodzaju kawy, przeciętnie od 0,45 pg (kawa palona) do 3,21 pg (kawa zbożowa) akryloamidu. Nie stwierdzono istotnych różnic w zawartości akryloamidu w zależności od gatunku ziarna {Arabica vs Robusta vs mieszanka Arabica i Robusta). Sposób produkcji kawy rozpuszczalnej (liofilizowana vs. aglomeryzowana) nie wpływał na zawartość akryloamidu w produkcie finalnym. Stwierdzono istotną (p < 0,05) ujemną korelację pomiędzy zawartością akryloamidu a intensywnością barwy kawy palonej. Związku takiego nie stwierdzono dla kawy rozpuszczalnej. Wnioski. Uzyskane wyniki potwierdzają, że proces wypalania kawy ma najistotniejszy wpływ na zawartość akryloamidu w kawie naturalnej. Nie potwierdzono natomiast związku pomiędzy poziomem akryloamidu a gatunkiem kawy. Z uwagi na wysoką zawartość akryloamidu w substytutach kawy (kawa zbożowa) zasadne wydaje się opracowanie wartości wskaźnikowych dla tej grupy produktów spożywczych oraz podjęcie przez producentów działań na rzecz obniżenia akryloamidu, szczególnie w tym rodzaju kawy.

Słowa kluczowe

EN

acrylamide; acrylamide level; coffee; coffee substitute; raw material; manufacturing condition; colour intensity; roasting process

• Wydawca: -
• Czasopismo: Roczniki Państwowego Zakładu Higieny
• Rocznik: 2013
• Tom: 64
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.173-181,fig.,ref.

Twórcy

autor

Mojska H.

• Department of Food and Food Supplements, National Food and Nutrition Institute, Powsinska Street 61/63, 02-903 Warsaw, Poland

autor

Gielecinska I.

• Department of Food and Food Supplements, National Food and Nutrition Institute, Powsinska Street 61/63, 02-903 Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Alves R.C., Soares C., Casal S., Fernandes J.O., Beatriz M., Oliveira P.P.: Acrylamide in espresso coffee: Influence of species, roast degree and brew length. Food Chemistry, 2010, 119, 929-934.
• 2. Andrzejewski D., Roach J.A.G., Gay M.L., Musser S.M.: Analysis of coffee for the presence of acrylamide by LC- -MS/MS. J. Agric. Food Chem. 2004, 52 (7), 1996-2002.
• 3. Bagdonaite K., Derler K., Murkovic M.: Determination of acrylamide during roasting of coffee. J. Agric. Food Chem. 2008, 56, 6081-6086.
• 4. Beland F.A., Mellick P.W., Olson G.R., Mendoza M.C.B., Marques M.M., Doerge D.R.: Carcinogenicity of acrylamide in B6C3F1 mice and F344/N rats from a 2-year drinking water exposure. Food Chem. Toxicol. 2013, 51, 149-159.
• 5. Bergmark E.: Hemoglobin adducts of acrylamide and acrylonitrile in laboratory workers, smokers and nonsmokers. Chem. Res. Toxicol. 1997, 10, 78-84.
• 6. Boon P.E., de Mul A., van der Voet H., van Donkersgoed G., Brette M., van Klaveren J.D.: Calculations of dietary exposure to acrylamide. Mutation Research, 2005, 580, 143-155.
• 7. Brunner K., Dudler V., Reinhard H., Rhyn P., Rupp H., Sager F., Streule M., Zimmermann H., Zoller O.: Assessment of acrylamide intake by duplikate diet study. http://www.bfr.bund.de/cm/343/assessment_of_acrylamide_ intake_by_duplicate_diet_study.pdf
• 8. Chusteczki P, Świderski F.: Zastosowanie metod analizy sensorycznej w ocenie jakości produktów spożywczych. W: Teoria i ćwiczenia z towaroznawstwa produktów spożywczych. Red. Świderski F. Wydawnictwo SGGW-AR, Warszawa 1987.
• 9. Commission Recommendation of 10.1.2011 on investigations into the levels of acrylamide in food. http://ec.europa.eu/food/food/chemicalsafety/contaminants/recommendation_10012011 _acrylamide_food_pl.pdf.
• 10. Commission Recommendation of 3 May 2007 on the monitoring of acrylamide levels in food (2007/331/EC). Off J Eur Union L 123/33, 12.5.2007.
• 11. Commission Regulation (EC) No 333/2007 of 28 March 2007 laying down the methods of sampling and analysis for the official control of the levels of lead, cadmium, mercury, inorganic tin, 3-MCPD and benzo(a)pyrene in foodstuffs. Off J Eur Union L 88/29, 29.3.2007.
• 12. Dybing E. Sanner T.: Forum. Risk Assessment of Acrylamide in Foods. Toxicological Sciences, 2003, 75, 7-15.
• 13. EFSA: Scientific Report. Results acrylamide levels in food from monitoring years 2007 – 2009 and exposure assessment. EFSA Journal 2011, 9(4):2133. www.efsa.europa.eu/en/efsajournal/pub/2133.htm
• 14. Friedman M.A., Duak L.H., Stedham M.A.: A lifetime oncogenicity study in rats with acrylamide. Fundam. Appl. Toxicol. 1995, 27, 95-105.
• 15. Gielecińska I., Mojska H.: Optimisation and validation of the analytical procedure for the determination of acrylamide in coffee by LC-MS/MS using SPE clean-up. Rocz Panstw Zakl Hig 2013, 64(2), 85-90.
• 16. Gökmen V., Şenyuva H.Z.: Study of colour and acrylamide formation in coffee, wheat flour and potato chips during heating. Food Chemistry, 2006, 99, 238-243.
• 17. Granby K., Fagt S.: Analysis of acrylamide in coffee and dietary exposure to acrylamide from coffee. Analytica Chimica Acta, 2004, 520, 177-182.
• 18. He F.S., Hang S.L., Wang H.L., Li G., Hang Z.M., Li F.L., Dong X.M., Hu F.: Neurological and electroneuromyographic assessment of the adverse effects of acrylamide on occupationally expose workers. Scand. J.Work Environ. Heath, 1989, 15, 125-129.
• 19. Health implications of acrylamide in food. Report of a Joint FAO/WHO Consultation WHO Headquarters, Geneva, Switzerland, 25-27 June 2002.
• 20. International Agency for Research on Cancer (IARC): Acrylamide, IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans. Some industrials chemicals, vol. 60. International Agency for Research on Cancer: Lyon, France, 1994, 389 – 433.
• 21. JECFA. Joint FAO/WHO Expert Committee on food additives: evaluation of certain food additives and contaminants. 72nd report of the joint FAO/WHO expert committee on food additive. WHO Technical Report Series. 2011, 959.
• 22. Johnson K., Gorzinski S., Bodnar K., Campbell R., Wolf C., Friedman M., Mast R.: Chronic toxicity and oncogenicity study on acrylamide incorporated in the drinking water of Fisher 344 rats. Toxicol. Appl. Pharmacol. 1986, 85, 154-168.
• 23. Konings E.J.M., Baars A.J., van Klaveren J.D., Spanjer M.C., Rensen P.M., Hiemstra M., van Kooij J.A., Peters P.W.J.: Acrylamide exposure from foods of the Dutch population and an assessment of the consequent risk. Food Chem. Toxicol. 2003, 41, 1569-1579.
• 24. Lantz I., Ternite R., Wolkens J., Hoenicke K., Guenther H., van der Stegen G.H.D.: Studies on acrylamide levels in roasting, storage and brewing of coffee. Mol. Nutr. Food Res. 2006, 50, 1039-1046.
• 25. Milala J., Grzelak K., Król B., Juśkiewicz J., Zduńczyk Z.: Composition and properties of chicory extracts rich in fructans and polyphenols. Pol. J. Food Nutr. Sci. 2009, 59 (1), 35-43.
• 26. Mojska H., Gielecińska I., Stoś K.: Determination of acrylamide level in commercial baby foods and an assessment of infant dietary exposure. Food Chem. Toxicol. 2012, 50, 2722-2728.
• 27. Mojska H., Gielecińska I., Szponar L., Ołtarzewski M.: Estimation of the dietary acrylamide exposure of the Polish population. Food Chem. Toxicol. 2010, 48, 2090- 2096.
• 28. Şenyuva H.Z., Gökmen V.: Study of acrylamide in coffee using an improved liquid chromatography mass spectrometry method: Investigation of colour changes and acrylamide formation in coffee during roasting. Food Addit. Contam. 2005, 22 (3), 214-220.
• 29. Soares C., Cunha S., Fernandes J.: Determination of acrylamide in coffee and coffee products by GC-MS using an improved SPE clean-up. Food Addit. Contam. 2006, 23 (12), 1276-1282.
• 30. Svensson K., Abramsson L., Becker W., Glynn A., Hellenäs K.-E., Lind Y., Rosén J.: Dietary intake of acrylamide in Sweden. Food Chem. Toxicol. 2003, 41,1581- 1586.
• 31. Taeymans D., Wood J., Ashby P., Blank I., Studer A., Stadler R.H., Gondé P., van Eijck P., Lalljie S., Lingnert H., Lindblom M., Matissek R., Müller D., Tallmadge D., O’Brien J., Thompson S., Silvani D., Whitmore T.: A review of acrylamide: An industry perspective on research, analysis, formation, and control. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2004, 44, 323-347.
• 32. The CIAA: Food Drink Europe. Acrylamide Toolbox 2011. http://ec.europa.eu/food/food/ chemicalsafety/contaminants/ciaa_acrylamide_toolbox09.pdf
• 33. Worobiej E., Relidzyńska K.: Cereal coffees – characteristic and antioxidant properties. Bromat. Chem. Toksykol. 2011, 44 (3), 625-629 (in Polish).