Mechanisms of Acrylamide Formation in Foods, Acrylamide Content of Foods and Its Effect on Human Health

Yıl 2019, , 232 - 242, 02.09.2019

Nizam Mustafa Nizamlıoğlu , Sebahattin Nas

https://doi.org/10.24323/akademik-gida.613588

Cited By: 5

Öz

Acrylamide formed by the Maillard reaction is reported
to be a toxic compound. Under conditions where heat leads to the formation of
Maillard browning products, it can also lead to the formation of acrylamide in
foods. The introduction of acrylamide into the human body takes place through
digestion or absorption through the skin. Acrylamide formation in foods has
been reported in three ways, a) with a path where acrylic acid or acrolein is formed
as a result of the degradation reactions of lipids, carbohydrates or free amino
acids b) with the loss of carboxyl group or water from organic acids such as
malic, lactic and citric acids and c) with the direct formation from amino
acids. The common opinion is that acrylamide in foods is formed by the reaction
of simple (reducing) sugars with asparagine, an amino acid. The monomeric form
of acrylamide, which is carcinogenic, has been reported to occur in high
temperature treated foods (above 120°C). It is stated by the researchers that
the level of acrylamide in foods varies depending on the type and production of
the food. Foods that contain the most acrylamide include potato chips, french
fries, corn chips, biscuits, crackers and toasted crispy bakery products, bread
and other bakery products, breakfast cereals and coffee. In this study, the
mechanisms of acrylamide formation in foods, acrylamide content of different
foods and the adverse effects of acrylamide on human health were reviewed.

Anahtar Kelimeler

Acrylamide, Acrylamide formation, Health

Gıdalarda Akrilamid Oluşum Mekanizmaları, Gıdaların Akrilamid İçeriği ve Sağlık Üzerine Etkileri

Öz

Maillard reaksiyonu sonucu oluşan akrilamidin toksik nitelikte bir
bileşik olduğu bildirilmektedir. Isı Maillard esmerleşme ürünleri oluşumuna yol
açtığı koşullarda ayrıca gıdalarda akrilamid oluşumuna da neden olabilmektedir.
Akrilamidin insan vücuduna girişi sindirim yoluyla ve deriden emilimi ile
gerçekleşmektedir. Gıdalarda akrilamidin lipit, karbonhidrat veya serbest aminoasitlerin
degradasyonu sonucu oluşan akrolein veya akrilik asit yoluyla, malik, laktik ve
sitrik asit gibi organik asitlerden su veya karboksil grubu kaybedilmesiyle ve
aminoasitlerden doğrudan oluşum mekanizmasıyla ortaya çıkabileceği belirtilmektedir.
Yaygın olan görüş ise, gıdalarda akrilamidin bir aminoasit olan asparajin ile
basit şekerlerin (indirgen özellikli) reaksiyonu sonucu oluştuğu şeklindedir.
Akrilamidin kansorejonik olan monomerik formunun yüksek sıcaklık uygulanmış
(120°C üzerinde) gıdalarda oluştuğu belirtilmiştir. Araştırıcılarca gıdalardaki
akrilamid düzeyinin gıdanın çeşidi ve üretim şekline bağlı olarak farklılık
gösterdiği belirtilmektedir. Akrilamidin en fazla bulunduğu gıdalar; patates
cipsi, patates kızartması, mısır cipsi, bisküvi, kraker ve tost edilmiş gevrek
unlu mamuller, ekmek ve benzeri unlu mamuller, kahvaltılık tahıllar ve kahve
gibi ürünlerdir. Bu çalışmada, gıdalarda akrilamid oluşumunun mekanizmaları,
oluşumu, farklı gıdaların akrilamid içerikleri ve akrilamidin insan sağlığı
üzerindeki olumsuz etkileri derlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

Akrilamid, Akrilamid oluşumu, Sağlık

Kaynakça

• [1] Pinelo, M., Rubilar, M., Sinero, J., Nunez, M.J. (2004). Extraction of antioxidant phenolics from almond hulls (Prunus amygdalus) and pine sawdust (Pinus pinaster). Food Chemistry, 85(2), 267-273.
• [2] Özhan, N.B. (2008). Depolama Süresince Keçiboynuzu Pekmezinde Enzimatik Olmayan Esmerleşme Reaksiyonlarının Kinetiği. Yüksek Lisans Tezi. Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara.
• [3] Burdurlu, H.S., Karadeniz, F. (2002). Gıdalarda Maillard reaksiyonu. Gıda, 27(2), 77-83.
• [4] Özcan, N., Ölmez, H. (2009). Akrilamid Analizi İçin Standart Metodların Gelistirilmesi. Tubitak Proje No: 104O212, Ankara.
• [5] Michalak, J., Gujska, E., Kuncewicz, A. (2013). RP-HPLC-DAD studies on acrylamide in cereal-based baby foods. Journal of Food Composition and Analysis, 32(1), 68-73.
• [6] Friedman, M. (2005). Biological Effects of Maillard Browning Products That May Affect Acrylamide Safety in Food, Biological Effects of Maillard Products”, (eds: M. Friedman and D. Mottram). Chemistry and Safety of Acrylamide in Food. California: Springer, 135-156.
• [7] Mesías, M., Holgado, F., Márquez-Ruiz, G., Morales, F.J. (2017). Impact of the characteristics of fresh potatoes available in-retail on exposure to acrylamide: Case study for French fries. Food Control, 73, 1407-1414.
• [8] Eriksson, S. (2005). Acrylamide in food products: Identification, formation and analytical methodology. Ph.D Thesis. Institutionen för Miljökemi Stockholms Universitet, Stockholm, Sweden.
• [9] Aktaş, R.K. (2008). Peksimet Ekmeklerinde HPLC-MS Yöntemi ile Akrilamid Tayini. Yüksek Lisans Tezi. Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Anabilim Dalı, Ankara.
• [10] Sayaslan, A., Kaya, C., Yıldız, M., Oğuz, A. (2008). Kavrularak Üretilen Mısır, Buğday ve Nohut Çerezlerinin Akrilamid İçeriklerinin Belirlenmesi. T.C. Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonu, Tokat.
• [11] Karagöz, A. (2009). Akrilamid ve gıdalarda bulunuşu. TAF Prev Med Bull, 8(2), 187-192.
• [12] Hu, Q., Xu, X., Fu, Y., Li, Y. (2015). Rapid methods for detecting acrylamide in thermally processed foods: A review. Food Control, 56, 135-146.
• [13] Karakul, D. (2006). Patateslerde Ön Islatma işleminin Kızartılmış Üründe Akrilamid Oluşumuna Etkisi Üzerinde Araştırmalar. Yüksek Lisans Tezi. Hacettepe Üniversitesi, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara.
• [14] Taşan, M. (2008). Tahıl kaynaklı ürünlerde akrilamid varlığı. Türkiye 10. Gıda Kongresi, 21-23 Mayıs, Erzurum.
• [15] Alpözen, E., Güven, G. (2010). Gıdalarımızdaki kanserojen: Akrilamid. Analiz 35, 2(5),10-13.
• [16] Gölükcü, M., Tokgöz, H. (2005). Gıdalarda akrilamid oluşum mekanizması ve insan sağlığı üzerine etkileri. Batı Akdeniz Tarımsal Araştırma Enstitüsü Dergisi, Derim, 41-48.
• [17] Can, N.Ö. (2007). Akrilamidin Gıda Maddelerinde Oluşumuna Etki Eden Faktörlerin İncelenmesi ve Miktarlarının Tayini. Doktora Tezi. Anadolu Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Analitik Kimya Anabilim Dalı, Eskişehir.
• [18] Tuta, S. (2009). Dondurulmuş Patates Dilimlerine Uygulanan Mikrodalga ile Ön-Çözdürme İşleminin Parmak Patatesin Akrilamid İçeriği ve Kalite Özellikleri Üzerine Etkisinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Mersin Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Mersin.
• [19] Özkaynak, E. (2006). Çeşitli Pişirme Tekniklerinin Sigara Böreğindeki Akrilamid Oluşumu Üzerine Etkileri. Yüksek Lisans Tezi. Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, İzmir.
• [20] Küçük, Z. (2009). Farklı Tahıllardan Üretilen Malt Unlarının akrilamid Düzeylerinin Belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Çanakkale.
• [21] Lasekan, O., Kassim, A. (2011). Investigation of the roasting conditions with minimal acrylamide generation in tropical almond (Terminalia catappa) nuts by response surface methodology. Food Chemistry, 125(2), 713-718.
• [22] Tornqvist, M. (2005). Acrylamide in Food: The Discovery and its Implications (eds: M. Friedman and D. Mottram). Chemistry and Safety of Acrylamide in Food, California: Springer.
• [23] Motarjemi, Y., Stadler, R.H., Studer, A., Damiano, V. (2009). Application of The HACCP Approach For The Management of Processing Contaminants, (ed: R.H. Stadler and D.R. Lineback), Process-Induced Food Toxıcants, Occurrence, Formation, Mitigation, and Health Risks, New Jersey: 565-620.
• [24] Petersen, B.J., Tran, N. (2005). Exposure to Acrylamide, (eds: M. Friedman and D. Mottram). Chemistry and Safety of Acrylamide in Food, California: Springer.
• [25] Boyacı, C.P., Cengiz, M.F. (2012). Gıdalarda akrilamid risk değerlendirme çalışmaları. Gıda, 37(5), 287-294.
• [26] Tamer, C.E., Karaman, B. (2006). Gıdalarda akrilamid oluşumu ve insan sağlığı üzerine etkileri. Gıda, 31(4), 195-199.
• [27] Mills, C., Mottram, D.S., Wedzicha, B.L. (2009). Acrylamide. Process-Induced Food Toxicants, Occurrence, Formation, Mitigation, and Health Risks, John Wiley & Sons, Inc. p:23-50, Canada.
• [28] Sansano, M., Castelló, M.L., Heredia, A., Andrés, A. (2017). Acrylamide formation and quality properties of chitosan based batter formulations. Food Hydrocolloids, 66, 1-7.
• [29] Palazoğlu, K., Gökmen, V. (2009). Mikrodalga Çözdürme Önişlemi ile Kızartma Sırasında Parmak Patateslerde Oluşan Akrilamid Miktarının Azaltılması, TÜBİTAK Proje No: 1080003 Mersin.
• [30] Gökmen, V., Acar, J., Akbudak, B., Turan, Z.M. (2006). Kontrollü Atmosferde Depolama Ve Işınlama Uygulamalarının Patateslerde Akrilamid Oluşum Riski Üzerine Etkileri, TÜBİTAK Proje No: TOVAG 3248, Ankara.
• [31] Cheng, J., Chen, X., Zhao, S., Zhang, Y. (2015). Antioxidant-capacity-based models for the prediction of acrylamide reduction by flavonoids. Food Chemistry, 168, 90-99.
• [32] Naous, G.E.Z., Merhi, A., Abboud, M.I., Mroueh, M., Taleb, R.I. (2018). Carcinogenic and neurotoxic risks of acrylamide consumed through caffeinated beverages among the Lebanese population. Chemosphere, 208, 352-357.
• [33] Tareke, E.; Rydberg, P.; Karisson, P.; Eriksson, S.; Tömqvist, M. (2002). Analysis of acrylamide, a carcinogen formed in heated foodstuff. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 50(17), 4998-5006.
• [34] Mesias, M., Delgado-Andrade, C., Holgado, F., Morales, F.J. (2018). Acrylamide content in French fries prepared in households: A pilot study in Spanish homes. Food Chemistry, 260, 44-52.
• [35] Pérez-Nevado, F., Cabrera-Bañegil, M., Repilado, E., Martillanes, S., Martín-Vertedor, D. (2018). Effect of different baking treatments on the acrylamide formation and phenolic compounds in Californian-style black olives. Food Control, 94, 22-29.
• [36] Doğan, İ.S., Meral, R. (2006). Gıdalarda akrilamid ve önemi. Türkiye 9. Gıda Kongresi, 24-26 Mayıs, Bolu.
• [37] Hsu, H.T., Chen, M.J., Tseng, T.P., Cheng, L.H., Huang, L.J., Yeh, T.S. (2016). Kinetics for the distribution of acrylamide in french fries, fried oil and vapour during frying of potatoes. Food Chemistry, 211, 669-678.
• [38] Burdurlu, H.S., Karadeniz, F. (2006). Gıdalarda akrilamid oluşumu ve önemi. Türkiye 9. Gıda Kongresi, 24-26 Mayıs, Bolu.
• [39] Cengiz, M. F., Gündüz, C.P.B. (2013). Acrylamide exposure among Turkish toddlers from selected cereal-based baby food samples. Food and Chemical Toxicology, 60, 514-519.
• [40] Köksel, H. (2009). Malt Üretiminde Akrilamid Oluşumunun Sınırlandırılması, TÜBİTAK Proje No: TOVAG 108 O 185, Ankara.
• [41] Anonim. (2002). Health İmplications of Acrylamide in Food. Food Safety Consultations, Report of a Joint FAO/WHO Consultation WHO Headquarter, Geneva, Switzerland.
• [42] Blank, I., Robert, F., Goldmann, T., Pollien, P., Varga, N., Devaud, S., Saucy, F., Huynh-Ba T., Stadler, R.H. (2005). Mechanısms of Acrylamıde Formatıon, Maillard induced transformation of asparajine, (eds: M. Friedman and D. Mottram), Chemistry and Safety of Acrylamide in Food, California: Springer, pp. 171-190.
• [43] Gökmen, V., Şenyuva, H.Z. (2008). Acrylamide in Heated Foods, (eds: J. Gilbert and H.Z. Şenyuva), Bioactive Compounds in Foods, Oxford: Blackwell Publishing, 254-29.
• [44] Liu, Y., Wang, P., Chen, F., Yuan, Y., Zhu, Y., Yan, H., Hu, X. (2015). Role of plant polyphenols in acrylamide formation and elimination. Food Chemistry, 186, 46-53.
• [45] Daniali, G., Jinap, S., Sanny, M., Tan, C.P. (2018). Effect of amino acids and frequency of reuse frying oils at different temperature on acrylamide formation in palm olein and soy bean oils via modeling system. Food Chemistry, 245, 1-6.
• [46] Amrein, T.M. (2005). Systematic Studies on Process Optimization to Minimize Acrylamide Content in Food. Ph.D. Thesis, Swiss Federal Institute of Technology, Zurich.
• [47] Gökmen, V. (2010). Gıdalarda Akrilamid. II”, Gıda Güvenliği Kongresi, İstanbul, 9-10 Aralık, İstanbul.
• [48] Amrein, T.M., Bachmann, S., Noti, A., Biedennann, M., Barbosa, M.F., Biedermann-Brem, S., Grob, K., Keiser, A., Realini, P., Escher, F., Amado, R. (2003). Potential of acrylanıide formation, sugars, and free asparajine in potatoes: a comparison of cultivars and farnıing systems. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 51(18), 5556-5560.
• [49] Mottram, D.S., Wedzicha, B.L., Dodson, A.T. (2002). Acrylamide is formed in the Maillard reaction, Nature, 3.419, 448-449.
• [50] Zyzak, D.V., Sanders, R.A., Stojanovıc, M., Tallmadge, D.H., Eberhart, B.L., Ewald, D.K., Gruber, D.C., Morsch, T.R., Strothers, M.A., Rızzı, G.P., Villagran, M.D. (2003). Acrylamide formation mechanism in heated foods. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 51(16), 4782-4787.
• [51] Stadler, R.H., Robert, F., Riediker, S., Varga, N., Davıdek, T., Devaud, S., Goldmann, T., Hau, J., Blank, I. (2004). In-depth mechanistic study on the formation of acrylamide and other vinylogous compounds by the Maillard reaction. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 52(17), 5550-5558.
• [52] Mottram, D.S., Low, M.Y., Elmore, J.S. (2006). The Maillard reaction and its role in the formation of acrylamide and other potentially hazardous compounds in foods, (K. Skog and J. Alexander). Acrylamide and Other Hazardous Compounds in Heat-Treated Foods, Boca Raton: CRC, 3-19.
• [53] Yaylayan, V., Wnorowski, A., Locas, C. (2003). Why asparagine needs carbohydrates to generate acrylamide. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 51(6), 1753-1757.
• [54] Wedzicha, B.L., Mottram, D.S., Elmore, J.S., Koutsidis, G., Dodson, A.T. (2005). Kinetic Models as a Route to Control Acrylamide Formation in Food, (M. Friedman and D. Mottram), Chemistry and Safety of Acrylamide in Food, California: Springer, 235-254.
• [55] Capuano, E., Oliviero, T., Açar, Ö., Gökmen, V., Fogliano, V. (2010). Lipid oxidation promotes acrylamide formation in fat-rich model systems. Food Research International, 43(4), 1021-1026.
• [56] Salazar, R., Arámbula-Villa, G., Vázquez-Landaverde, P.A., Hidalgo, F.J., Zamora, R. (2012). Mitigating effect of amaranth (Amarantus hypochondriacus) protein on acrylamide formation in foods. Food Chemistry, 135(4), 2293-2298.
• [57] Friedman, M., Levin, C.E. (2008). Review of methods for the reduction of dietary content and toxicity of acrylamid. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 56(15), 6113-6140.
• [58] Yıldız, O., Şahin, H., Kara, M., Aliyazıcıoğlu, R., Tarhan, Ö., Kolaylı, S. (2010). Maillard reaksiyonları ve reaksiyon ürünlerinin gıdalardaki önemi. Akademik Gıda, 8(6), 44-51.
• [59] Süvari, M. (2015). Farklı kavurma sıcaklıklarının bazı kuruyemişlerde akrilamid oluşumuna etkisi. Yüksek Lisans Tezi. Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Tekirdağ.
• [60] Zhang, Y., Fang,H., Zhang, Y. (2008). Study on formation of acrylamide in asparagine–sugar microwave heating systems using UPLC-MS/MS analytical method. Food Chemistry, 108(2), 542–550.
• [61] Amrein, T. M., Andres, L., Schönbachler, B., Conde-Petit, B., Escher, F., Amado, R. (2005). Acrylamide in almond products. European Food Research and Technology, 221, 14-18.
• [62] Shibamoto, T. (2009). Acrolein, (ed: R.H. Stadler and D.R. Lineback), Process-Induced Food Toxicants, Occurrence, Formation, Mitigation, and Health Risks, New Jersey: 51-74.
• [63] Şenyuva H.Z., Gökmen V. (2007). Acrylamide formation is prevented by divalent cations during the Maillard reaction, Food Chemistry, 103(1), 196-203.
• [64] Ölmez, H., Tuncay, F., Özcan, N., Demirel, S. (2008). A survey of acrylamide levels in foods from the Turkish market. Journal of Food Composition and Analysis, 21(7), 564-568.
• [65] Güven, G. (2010). Kumru ve Boyozda Akrilamid Düzeylerinin Belirlenmesi. Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, İzmir.
• [66] Alpözen, E., Üren, A. (2013). Determination of acrylamide levels of “İzmir gevregi” and effects of cooking parameters on acrylamide formation. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61(30), 7212-7218.
• [67] Gökmen, V., Açar, Ö.Ç., Arribas-Lorenzo, G., Morales, F.J. (2008). Investigating the correlation between acrylamide content and browning ratio of model cookies. Journal of Food Engineering, 87(3), 380-385.
• [68] Şenyuva, H.Z., Gökmen, V. (2005). 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 Additives and Contaminants, 22(3), 214-220.
• [69] Sakin-Yilmazer, M., Kemerli, T., Isleroglu, H., Ozdestan, O., Guven, G., Uren, A., Kaymak-Ertekin, F. (2013). Baking kinetics of muffins in convection and steam assisted hybrid ovens (baking kinetics of muffin). Journal of Food Engineering, 119(3), 483-489.
• [70] Arusoğlu, G. (2015). Akrilamid oluşumu ve insan sağlığına etkileri. Akademik Gıda, 13(1), 61-71.
• [71] Thomas, M.A., Luca, A., Barbara, S., Beatrice, C.P., Felix, E., Renato, A. (2005). Acrylamide in almond products, European Food Research and Technology, 221(1-2), 14-18.
• [72] Lukac, H., Amrein, T.M., Perren, R., Conde-Petit, B., Amado, R., Escher, F. (2007). Influence of roasting conditions on the acrylamide content and the color of roasted almonds, Journal of Food Science, 72(1), 33-38.
• [73] Lasekan, O., Kassim, A. (2010). Analysis of volatile flavour compounds and acrylamide in roasted Malaysian tropical almond (Terminalia catappa) nuts using supercritical fluid extraction, Food and Chemical Toxicology, 48(8), 2212-2216.
• [74] Amrein, T.M., Lukac, H., Andres, L., Perren, R., Escher, F., Amadò, R. (2005b). Acrylamide in roasted almonds and hazelnuts, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53(20), 7819-25.
• [75] Yates, L. (2012). Roasted or raw? “Nuts Conference”, Australian Almond Conference.