اکریل آمید (Acrylamide) ترکیب شیمیایی بی‌بو، سفیدرنگ و شفاف است که بر اثر حرارت دادن مواد نشاستهای مثل سیبزمینی و نان در دماهای بالا (بیشتر از ۱۲۰ درجه سانتیگراد) به وجود می‌آید. تحقیقات نشان داده‌است که بین افزایش زمان و دمای پخت و میزان تولید آکریل‌آمید رابطه مستقیم وجود دارد. این ماده شیمیایی میتواند در اثر پختن، سرخ‌کردن، گریل کردن، تست و برشته کردن در مواد غذایی ایجاد شود. آبپز و بخار پز کردن عموما آکریلامید ایجاد نمی‌کند.
این ترکیب شیمیایی از واکنش بین قند و یک آمینواسید (آسپارارژین) در مواد غذایی کربوهیدرات‌‌دار و غنی از پروتئین در حرارتهای بالا به وجود می‌آید. بنابراین حالا می‌دانیم که آکریل‌آمید به صورت عمدی به مواد غذایی اضافه نشده یا از محیط خارجی و بسته‌بندی نمی‌آید. بلکه در بعضی مواد غذایی وجود دارد.
با اینکه تصور میشود این ماده از ابتدا در مواد غذایی مثل سیبزمینی و بقیه ریشه‌های گیاهی، غلات، بیسکوییت، کیک، نان تست و قهوه وجود داشته اما برای اولین بار در سال ۲۰۰۲ شناسایی شد.(لازم است بدانید این ماده در قهوه خام وجود نداشته و در فرآیند برشته کردن دانه‌ها ایجاد میشود.)
همانطور که گفته شد واکنش بین قند و آمینو اسید در مواد پروتئینی هم باعث ایجاد این ماده مضر میشود بنابراین با حرارت دادن موادی مثل ماهی، انواع گوشت‌قرمز (فرآورده‌های گوشتی مثل سوسیس و کالباس) در دمای بالا به خود را در معرض خطر قرار می‌دهیم. البته مقدار آکریل‌آمیدی که در این گوشتها تشکیل میشود به مراتب خیلی کمتر از مقدار موجود در مواد نشاستهای مثل سیب زمینی است.
از مواد غذایی دیگر هم میتوان به ذرت، پاپ کورن، برنج، پاستا و اغلب غذاهای نیمه آماده اشاره کرد.
در کشور ما نگرانی بیشتر در زمینه نان است چرا که نان‌های سنتی ما به صورت مستقیم در حرارت بالای تنور پخته شده و سطح آنها معمولا کاملا برشته میشود. همچنین این ماده غذایی در سفره ما ایرانیان جایگاه ویژه‌ای دارد به طوریکه هر نفر حدودا ۱۶۴ کیلوگرم در سال گندم مصرف میکند.
مقدمه
اکریل آمید یک ملکول کوچک هیدروفیل است که برای تولید مواد پلی اکریل امید بکار میرود. پلی اکریل آمید در تصفیه آب آشامیدنی به عنوان یکی از انواع مواد پاک کننده به همراه مواد جامد برای تسهیل تصفیه آب و حذف مواد زاید آن بکار میرود. به علوه از پلی اکریل امید در تهیه چسب، کاغذ، پلستیکها و مواد آرایشی استفاده میشود. مواد پلی اکریل امید حاوی مقادیر خیلی کمی از اکریل آمید هستند. اکریل آمید در دود سیگار نیز وجود دارد و استعمال سیگار به طور قابل توجهی باعث مواجهه با اکریل آمید میشود.
تا قبل از سال 2002 ،تصور می شد که مواجهه با اکریل آمید عمدتاً از طریق مواجهه شغلی و نیز مصرف سیگار و تا حد کمتری از طریق مصرف آب و استفاده از وسایل آرایشی صورت میگیرد. اگرچه احتمالً اکریل آمید همیشه در غذاهای پخته وجود داشته است. ولی در سال 2002 ،در مطالعات انجام شده در سوئد برای اولین بار وجود مقادیر نسبتاً زیاد اکریل آمید در غذاهای غنی از کربوهیدرات مانند سیب زمینی و محصولات غلات که در درجه حرارتهای بسیار بالاتر از 120 درجه سانتی گراد پخته یا سرخ میشوند، مشاهده شد. این یافته از اهمیت زیادی برخوردار بود، بویژه این که غلظت اکریل امید در غذاها به طور قابل توجهی بیشتر از سایر مواد سرطانزای شناخته شده موجود در غذاها مانند هیدروکربنهای آروماتیک پلیسیکلیک و اتیل کربامات است.
بیشترین غلظت اکریل امید در چیپس سیب زمینی و سیب زمینی سرخ کرده مشاهده شده است ولی در غذاهای دیگر نیز وجود دارد. اکریل امید در بسیاری از غذاها اعم از غذاهای تهیه شده به طور صنعتی، در مراکز تهیه غذا و در منزل وجود دارد. اکریل امید هم در غذاهای اصلی مانند نان و سیب زمینی و هم در محصولات خاصی مانند چیپس، بیسکوئیت و قهوه می تواند وجود داشته باشد.
اکریل آمید:
مواد غذایی سرشار از کربوهیدرات نظیر فرآورده های غلت و سیب زمینی در مقایسه با مواد غذایی سرشار از پروتئین نظیر گوشت و ماهی حاوی اکریل امید بیشتری هستند. با توجه به اینکه تولید اکریل امید به طور عمده از مسیر قهوه ای شدن مایلارد و در دماهای بال رخ می دهد؛ بنابراین عواملی نظیر PH ،رطوبت، ترکیبات ماده غذایی و دما بر تشکیل آن موثر هستند. زمینه سازتشکیل آکریل آمید وجود قندهای احیاکننده واسید آمینه آسپاراژین است.
اکریل آمید و نقش آن در ایمنی و سلامت:
اکریل آمید ترکیبی غیراشباع هیدروفیل است نقطه جوش بالایی دارد و میتواند از طریق اتصال دوگانه اش در یک واکنش رادیکالی به اتصال دوگانه موجود در سایر ترکیبات غیراشباع متصل شود و ایجاد پلیمر کند. همچنین بهعنوان یک ترکیب الکتروفیل میتواند در واکنش افزایشی با نوکلئوفیل ها واکنش داده و بنابراین به ساختمان آنزیمی و پروتئینی حمله کند. اکریل امید میتواند به هموگلوبین متصل شود و فعالیت آن را مختل کند. اکریل امید در بدن به ترکیب فعالتری به نام گلیسید آمید تبدیل شده که یک ترکیب موتاژن و پیش برنده فرایند سرطان است. منشأ عمده آن چیپس سیب زمینی است. هرچند در غلات فرایند شده مانند بیسکویت، کراکر، انواع نان، کیک کلوچه همچنین قهوه و کاکائو نیز وجود دارد.
این ماده فرآورده جانبی انواع فرآیندهای پخت مانند تنوری کردن، سرخ کردن، کبابی کردن، برشته کردن و…با دماهای بالاتر از 120 درجه سانتیگراد درفرآورده های دارای کربوهیدرات بالا میباشد.
مکانیسم تشکیل اکریل آمید در غذا
مکانیسمهای مختلفی برای تشکیل اکریل امید در غذاهای حرارت دیده پیشنهاد شده است؛ اما مکانیسم اصلی برای تشکیل اکریل آمید در غذاها که تاکنون اثبات شده است، از طریق واکنش میلارد است. مطالعات نشان داده است که اضافه شدن قندهای کاهنده دارای گروه کربونیل به اسیدآمینه آسپاراژین مسئول شکل گیری اکریل آمید در غذاهای پخته شده است. به علاوه تشکیل ترکیبات حد واسط مثل ان-گلیکوزیل آسپاراژین، مقدار زیادی اکریل آمید تولید میکند. ثابت شده که واکنش میلارد اولیه منبع اصلی تشکیل اکریل آمید است.
برای تشکیل اکریل امید، ابتدا، آسپاراژین با گلوکز واکنـش میدهد و تشـکیل ان-گلیکوزیل میدهد و پس ان- گلیکوزیل کونژوگه با از دست دادن یک مولکول آب تشکیل یک باز شیفت میدهد. در یک حالت باز شیفت دکربوکسیله شده با از دست دادن یک مولکول آب به استرکر آلدهید تبدیل میشود و استرکر آلدهید به اکریل آمید تبــدیل میشود. در حالت دیگر باز شیفت دکربوکسیله شده با از دست دادن آب به آمینو پروپیونامید تبدیل میشود و سپس به اکریل امید تبــدیل میگردد. شکل گیری اکریل آمید در غذاهای در حال فرایند حرارتی به غلظت مواد تشکیل دهنده آن یعنی غلظت قندهای احیا و غلظت آسپاراژین و همچنین به شرایط فرایند بستگی دارد.
فاکتورهایی مثل PH و فعالیت آبی نیـز بر روی میـزان اکریل آمید در غذاهای گرما دیده تـأثیر میگذارند. در تشکیل اکریل آمید در غذاهای حرارت دیده وجود فروکتوز مؤثرتر از گلوکز است. چون تعداد گروه کربونیل فروکتوز بیشتراست اما به هرحال فعالیت شیمیایی قندها و وضعیت فیزیکی آنها نقش مهمی در تشکیل اکریل آمید دارند. فرآیندهای حرارتی سرخ کردن و پخت فرآیندهای باز هستند چون در آنها همزمان هم ماده و هم انرژی مبـادله میشود. در این فرآیندهای باز درنتیجه اواپراسیون رطوبت کاهش یافته و قندها کم کم نامحلول میشوند و محلول اشباع به دست می آید. پس قندها کرسیتالیزه یا متبلور میشوند. بعد از کرسیتالیزایون، ذوب شدن به وضعیت مایع وابسته است و وابستگی آن به حدی است که ازنظر شیمیایی نیز میتواند قند را فعال کند.
بطور کلی میزان اکریل آمید زمانی که دما افزایش می یابد نیز افزایش می یابد اما با افزایش دما اکریل آمید میتواند شکسته شود. در فرایندهای حرارتی مثل سرخ کردن سیب زمینی یا خلال آن اگر مدت حرارت دهی را کم کنیم. اکریل آمید کمتری تشکیل میشود. این مورد در مورد سایر موارد مثل دوره حرارتی در برشته کردن دانه های قــهوه نیــز روی میدهد. اکریل آمید در غذاهای آب پز شده یا جوشانده تشکیل نمیشود.
دما و زمان فاکتورهای مهم در افزایش میزان اکریل آمید در طی سرخ شدن سیب زمینی هستند. میزان درصد انتشار اکریل امید که در غذاهای پخته شده و سرخ شده و کباب شده گزارش شده در حد چند میکروگرم تا چند میلیگرم در هر کیلوگرم است. علاوه بر دما فاکتورهای وابسته به وضعیت حرارتی در فرآیندها در تشکیل اکریل آمید نقش دارند.
تحقیقات نشان داده حضور قندها از وجود آسپاراژین درافزایش آکریل آمید مؤثر است. تحقیقات نشان میدهد افزودن تری سدیم سیترات بیشترین کاهش را در تولید آکریل امید باعث میشود. در بدن انسان، اکریل آمید طی واکنش آنزیمی که سیتوکروم P4502E1 در آن دخیل است به اپوکسی گلیسید آمید اکسیده تبدیل میشود. خاصیت جهش زایی اکریل آمید در انسان و موش به دلیل توانایی گلیسید آمید در واکنش با DNA است. بعلاوه هر دو ماده اکریل آمید و گلیسید آمید می توانند با هموگلوبین خون و آنزیم ها با سرعت بالا واکنش دهند.
اثرات سوء اکریل آمید بر سلامتی
در مورد اثر آکریل آمید بر سلامت عمومی ابهامات زیادی وجود دارد. مواجهه شغلی با مقادیر بسیار زیاد آکریل آمید باعث تخریب عصبی افراد شده است. در مطالعات مشاهده شده است که آکریل آمید در دوزهای بالا می تواند در حیوانات ایجاد سرطان کند. به همین دلیل محققین پیشنهاد میکنند که ممکن است اکریل آمید در انسانها نیز سرطانزا باشد. به علاوه دوزهای خاصی از اکریل آمید برای سیستم عصبی حیوانات و انسانها سمی هستند .
مکانیسم سرطانزایی آکریل آمید در حیوانات آزمایشگاهی و انسان به خوبی مشخص نیست. در مطالعات حیوانی ارتباط مستقیم وابسته به دوز بین مواجهه با آکریل امید و سرطان در اندامهای مختلف موشها مشاهده شده است. در یک مطالعه بر روی افراد میانسال مشاهده شد که مصرف متوسط روزانه 8/49 میکروگرم اکریل آمید در مقایسه با مصرف متوسط روزانه 5/0 میکروگرم اکریل امید از طریق مواد غذایی، خطر ابتلا به سرطان سلولی کلیه را افزایش میدهد.
به دلیل این که ملکول آکریل آمید، کوچک و هیدروفیل است، می تواند در بدن به طور غیر فعال انتشار یابد. به همین دلیل به طور تئوری تمام بافتها می توانند در معرض سرطانزایی آکریل آمید قرار بگیرند.
در مطالعه دیگری در زنان و مردان بزرگسال مشاهده شد که مصرف روزانه 169 گرم چیپس، حاوی 157 میلیگرم آکریل آمید، به مدت 4 هفته، باعث افزایش معنی دار LDL اکسید شده، اینترلوکین 6 با حساسیت بالا، پروتئین واکنشی C با حساسیت بالا و گاماگلوتامیل ترانسفراز و افزایش معنی دار تولید گونه های فعال اکسیژن توسط مونوسیتها، لنفوسیتها و گرانولوسیتها شد. بنابراین مصرف مزمن محصولت حاوی اکریل آمید ممکن است بوجود آورنده حالت التهابی باشد که عامل خطری برای آترواسکلروز است.
بطورکلی انجام تحقیقات بیشتری در مورد خطرات آکریل آمید برای سلامتی انسان، موردنیاز است. برای ارزیابی بهتر خطرات ناشی از اکریل امید اطلاعات بیشتری در زمینه های زیر موردنیاز است: غذاهایی که اکریل امید در آنها ایجاد میشود، مقدار اکریل آمید در غذاها، مواجهه غذایی با اکریل آمید، زیست فراهمی آکریل آمید در غذاها، قدرت سرطانزایی اکریل آمید هنگامی که از طریق غذا مصرف شود، بیومارکرهای مواجهه با اکریل آمید و توانایی اکریل آمید در ایجاد جهش در سلول میکروارگانیسمها و اثرات آن در ایجاد مسمومیت عصبی.
حد مجاز برای اکریل آمید در مواد غذایی
بر اساس رهنمودهای سازمان جهانی بهداشت، 0/5 میکروگرم اکریل آمید در یک لیتر آب آشامیدنی به عنوان غلظت قابل تحمل برای سلامتی در نظر گرفته شده است. قانون اتحادیه اروپا در این مورد 0/1 میکروگرم اکریل امید در یک لیتر آب آشامیدنی است. بر اساس یکی از منابع، متوسط دریافت اکریل آمید از طریق مواد غذایی در جامعه در محدوده 0/3 تا 0/8 میکروگرم اکریل آمید به ازای کیلوگرم وزن بدن در روز تخمین زده شده است. کمیته تخصصی مشترک سازمان جهانی بهداشت و سازمان غذا و کشاورزی، متوسط دریافت اکریل آمید از طریق مواد غذایی را در سطح ملی در محدوده 0/3 تا 2 میکروگرم به ازای کیلوگرم وزن بدن در روز در جمعیت عمومی تخمین زده است. اکریل امید از جمله مواد شیمیایی است که تصور میشود نمیتوان برای اثرات آنها آستانه ای تعیین کرد، به این معنا که غلظتهای بسیار کم آنها نیز میتواند خطر کمی ایجاد کند ولی احتمالً با افزایش مواجهه با اینگونه مواد سرطانزا خطر نیز افزایش پیدا میکند. غلظت اکریل امید برخی از غذاها بسیار بیشتر از حد توصیه شده برای آب آشامیدنی یا سطح مورد انتظار برای ورود از بسته بندی مواد غذایی به داخل غذا است. برای ورود اکریل امید از بسته بندیهای پلاستیکی مواد غذایی به داخل غذا حد مجازی در نظر گرفته شده است، به طوریکه این مقدار نباید مساوی یا بیشتر از 0/01 میلیگرم به ازای کیلوگرم وزن ماده غذایی یا 10 قسمت در بیلیون باشد.
طرز ایجاد اکریل آمید در محصولات غذایی
اکریل آمید طی پخت یا فرآیند در درجه حرارتهای بالاتر از 120 درجه سانتیگراد مثل هنگام پختن محصولات نانوایی، کباب کردن یا سرخ کردن، در برخی غذاها مخصوصا مواد غذایی گیاهی غنی از کربوهیدرات و کم پروتئین ایجاد میشود. و به نظر میرسد با افزایش زمان و دمای پخت، مقدار آن در غذا افزایش پیدا کند. معمولا آبپز و بخارپز کردن باعث ایجاد اکریل آمید نمیشود. تا به حال بیشترین مقدار این ماده در غذاهای نشاستهای محصولات سیب زمینی و غلات مشاهده شده است. استفاده از پلی اکریل آمید در تصفیه شکر نیز میتواند باعث باقی ماندن مقدار کمی اکریل آمید در محصول نهایی شود. اکریل آمید در لبنیات و گوشتها ایجاد نمیشود و یا در مقادیر بسیار کمتری تشکیل میشود. معمولا کاغذ یا مقوای بسته بندی مواد غذایی منبع اکریل آمید موجود در غذاها نیست.
برای یافتن علت تشکیل اکریل امید در غذاها و همچنین شرایطی که باعث افزایش یا کاهش آن در غذاها میشوند نیاز به انجام تحقیقات بیشتری است
در یک بررسی، با استفاده از مخلوطی از پیش سازهای احتمالی اکریل آمید، مدلی تهیه شد تا آنچه در هنگام فراهم کردن غذاها رخ میدهد برای مثال هنگام پختن سیب زمینی شبیه سازی شود. گلوکز و مخلوطی از اسیدهای آمینه آزاد که به طور طبیعی در سیب زمینی ها وجود دارند، در آزمایشات اولیه مورد استفاده قرار گرفتند. با توجه به اینکه با انجام بررسی ها مشاهده شد هنگامی که در شرایط یکسان تنها آسپاراژین با گلوکز واکنش دهد، مقدار مشابهی اکریل امید تشکیل میشود، احتمالا آسپاراژین مهمترین پیش ساز اکریل امید است. همینطور اکریل امید در مدل هایی که در آن گلوکز موجود نبود یا دما در حد 120 یا 140 درجه سانتیگراد بود به جای 175 درجه سانتیگراد مشاهده نشد. درنهایت مشاهده شد که فروکتوز و سوکروز نیز در این واکنش میتوانند اثر داشته باشند.
روشهای کاهش و کنترل آکریل آمید
- انتخاب واریته مناسب ماده اولیه (سیبزمینی): واریته های مختلف با یکدیگر در مقدار کربوهیدرات و قند متفاوت هستند
- کنترل شرایط انبار از لحاظ دما و زمان انبارمانی
- غوطهوری ماده اولیه به مدت 29 دقیقه در سرکه و آبلیمو
- انتخاب زمان دمای مناسب جهت آنزیم بری
- تحقیقات نشان داده افزودن رز ماری در درجه اول سپس آویشن باعث کاهش چشم گیر تولید آکریل آمید میشود.
غلظت اکریل آمید در غذاها
غلظت اکریل امید در انواعی از غذاها در فاصله سالهای 2002 تا 2008 در کانادا تعیین شده است. بر این اساس در ژانویه سال 2008 مقدار اکریل امید در نوعی چیپس نمکی، نوعی محصول از برنج و نوعی محصول از گندم در کانادا به ترتیب 1090 ،51 و 109 قسمت در بیلیون گزارش شده است. در کمیته تخصصی مشترک سازمان جهانی بهداشت و سازمان غذا و کشاورزی، غلظت اکریل امید برخی از مواد غذایی در فاصله سال های 2002 تا 2004 ارائه شده است، بهطوری که غلظت اکریل آمید در نان ها، کیک و بیسکوئیت ها و غلات صبحانه به ترتیب 446 ،350 و 96 میکروگرم در کیلوگرم ماده غذایی و در سیب زمینی سرخ کرده و چیپس سیب زمینی به ترتیب 334 و 752 میکروگرم در کیلوگرم ماده غذایی گزارش شده است. درحالی که این غلظت در مورد غلات آبپز و سیب زمینی آبپز به ترتیب 15 و 16 میکروگرم به ازای کیلوگرم ماده غذایی گزارش شده است. بر اساس گزارش این کمیته تخصصی، در بیشتر کشورهای بررسی شده، مهمترین مواد غذایی که در مواجهه کل با اکریل امید نقش دارند و سهم هرکدام از این مواد غذایی در این مواجهه عبارت اند از سیب زمینی سرخ کرده، چیپس سیبزمینی، قهوه، کیک و بیسکوئیت شیرین مواجهه کل به اکریل آمید نقش دارند.
نتیجهگیری و پیشنهادها
تعیین مسیر اصلی تشکیل اکریل آمید در غذاها، انجام تحقیق در مورد اثر برخی پارامترها در کاهش غلظت اکریل امید در محصولات تهیه شده از سیب زمینی چیپس، سیب زمینی سرخ کرده و … را ممکن ساخت.
تعیین تمام مکانیسم های تشکیل اکریل امید، گام مهمی در تعیین راههای کاهش یا پیشگیری از تولید اکریل امید در طول پخت است
اگرچه دقیقاً مشخص نیست که اکریل آمید در چه دمایی در غذاها ایجاد میشود تابه حال اکریل امید در غذاهایی که کمتر از 120 درجه سانتیگراد حرارت میبینند مانند غذاهای آبپز مشاهده نشده است.
نتایج اولیه نشان می دهند که از طرق زیر میتوان به کاهش تشکیل اکریل امید دست یافت:
1-کاهش غلظت مواد واکنش دهنده موردنیاز برای تشکیل اکریل امید، مخصوصاً کاهش قندها
2-افزایش غلظت مواد واکنش دهنده (مانند سایر اسیدهای آمینه که با آسپاراژین در واکنش میلارد رقابت میکنند)
3-تغییر شرایط فرآیند مواد غذایی مانند pH کمتر، دمای کمتر و کاهش مدت مواجهه با حرارت
4-یافتن و زدودن اکریل امیدهایی که تشکیل شده اند با استفاده از ترکیبات شیمیایی دیگر