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Acrylamid - Neuste Erkenntnisse aus dem Kantonalen Labor Zürich

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Die Bildung von Acrylamid bei der Erhitzung gewisser Lebensmittel wurde von der WHO und vom Wissenschaftlichen Lebensmittelausschuss der EU (SCF) als gravierendes Problem eingestuft, das mit hoher Priorität bearbeitet werden muss. Die Exposition der Konsumenten sollte gesenkt werden.

Die hier zusammengefassten Resultate zeigen, dass durch bessere Rohstoffe und bessere Zubereitungsmethoden eine substantielle Senkung der Acrylamidgehalte möglich ist.

Betroffene Lebensmittel
Verschiedene Laboratorien haben ein umfassendes Spektrum von Lebensmitteln auf Acrylamid analysiert (siehe z.B. Mitteilungen des Bundesamts für Gesundheit, BAG, www.bag.admin.ch). Dabei zeigte sich, dass Kartoffelprodukten (Chips, Pommes frites, Rösti, Bratkartoffeln) erste Priorität eingeräumt werden muss, weil sowohl die Gehalte als auch die Verzehrsmengen hoch sein können. In diesem Sinne hat sich die Arbeit im Kantonalen Labor Zürich weitgehend auf Kartoffeln und ihre Produkte konzentriert.

Bildung von Acrylamid
Die Bildung von Acrylamid setzt erst nach einer Austrocknung ein: im Dampfkochtopf bei 120 °C gekochte Kartoffeln enthielten nur sehr wenig Acrylamid. Offenbar hemmt Wasser die beteiligten Reaktionen. Das erklärt, weshalb Acrylamid nur in gerösteten, frittierten oder gebackenen Kartoffeln gefunden wird. Bei derartigen Zubereitungen wird in einem ersten Schritt die Oberfläche ausgetrocknet, worauf diese Hemmung entfällt und auch die Tempe-raturen 100 °C wesentlich überschreiten können. Sobald die Feuchtigkeit genügend tief gesunken ist, bildet sich in Kartoffeln bereits bei 120 °C viel Acrylamid.

Das Potential eines Lebensmittels zur Acrylamidbildung hängt zum einen Teil von der Kon-zentration der Ausgangssubstanzen ab, aus welchen das Acrylamid entsteht. Diese Ausgangssubstanzen sind nicht schlüssig identifiziert, sind aber in verschiedenen Produkten in stark unterschiedlichem Masse vorhanden. Beispielsweise bildet sich in isolierter Maisstärke praktisch kein Acrylamid, und in Weissmehl bildet sich immer noch 10-100 Mal weniger als in der Kartoffel (Vergleich mit identischer thermischer Belastung). Zum anderen Teil hängt die Acrylamidbildung von der katalytischen Aktivität des Materials ab, wie z.B. von Säure-Base-Effekten, welche die Geschwindigkeit der beteiligten Reaktionen sowie der Konkurrenzreaktionen beeinflussen.

Weiterreaktion
Acrylamid ist eine reaktive Substanz, die leicht mit anderen Komponenten eines Lebensmittels reagiert und somit verschwindet. Das erklärt wahrscheinlich, weshalb geröstete oder grillierte Fleischprodukte nur wenig Acrylamid enthalten: nicht wegen geringer Bildung, sondern wegen schneller Weiterreaktion (vermutlich mit Proteinen). So blieb von Hühnerfleisch zugesetztem deuteriertem Acrylamid nach 30 min bei 120 °C nur gerade 2 % übrig.
Acrylamid wurde in erhitzten stärkehaltigen Produkten gefunden. Stärke ist jedoch nicht Ausgangssubstanz für die Acrylamidbildung, sondern nur ein relativ inertes Medium, welches die Weiterreaktion verlangsamt. In Kartoffeln verschwindet bei 120 °C innert 30 min immer noch ca. 60-70 % Acrylamid, in isolierter Stärke (z.B. Maisstärke) jedoch kaum 20 %. Die gefundenen Gehalte hängen also ebenso stark von der Geschwindigkeit der Weiterreaktion wie von jener der Neubildung ab.

Zubereitung
In Zusammenarbeit mit der Hotelfachschule Belvoirpark in Zürich haben wir im Juni 2002 die Zubereitung von Rösti aus dem Blickwinkel der Acrylamidbildung untersucht, wobei alle Versuche mit Kartoffeln der Sorte „Agria“ Ernte 2001 durchgeführt wurden. Die 35 verschieden hergestellten Röstis zeigten, dass sich der Acrylamidgehalt um einen Faktor von ca. 5 senken lässt ohne an Qualität zu verlieren (Senkung von 1500-2000 ppb auf 300-500 ppb für die gegebenen Kartoffeln; extreme Werte für dunkle Rösti: 4000-5000 µg/kg).

Auch bei der Zubereitung von Pommes frites und Bratkartoffeln sind grosse Unterschiede in den Acrylamidgehalten festzustellen. In diesem Bereich sind Arbeiten zur Optimierung in Vorbereitung. Die Beschreibung der Methoden ist für Oktober 2002 geplant.

Vorweg gilt die Regel, dass der Acrylamidgehalt mit einem grösseren Anteil an ausgetrocknetem Material (Dicke und Anteil der Kruste) und mit stärkerer Bräunung schnell ansteigt.

Kartoffeln
Rohe Kartoffeln enthalten kein Acrylamid; Acrylamid bildet sich erst bei der Erhitzung, stark abhängig von den Bedingungen. Zum Vergleich verschiedener Kartoffeln wurde eine standardisierte Methode zur Messung des Potentials der Acrylamidbildung entwickelt: In einem Ofen werden kleine Stücke 40 min lang auf 120 °C erhitzt, wovon die ersten ca. 10 min für die Austrocknung nötig sind. Eine zweite Probe wird zusätzlich während 20 min auf 160 °C erhitzt.

Die bisherigen Resultate sind stark von der momentanen Saison geprägt: Sie stammen alle vom Juni bis August 2002, also von alten Kartoffeln der Spätsorten Ernte 2001, gelagert unter weitgehend unbekannten Bedingungen, sowie von neuen Kartoffeln, also Frühsorten, die oft sehr früh (unreif?) geerntet worden sind. Für manche Abklärungen fehlten die geeigneten Proben.

Hohe Variabilität
Messungen an Kartoffeln vom gleichen Acker ergaben erstaunlich grosse Unterschiede. Für 5 Knollen der Sorte „Charlotte“ Ernte 2002 schwankte die Acrylamidbildung bei 120 °C zwischen 400 und 1900 µg/kg, wobei vier Gehalte zwischen 400 und 800 µg/kg lagen. Der höchste Wert stammte von einer Kartoffel, die leicht grün war (frühe Ernte, Lagerung bei Licht). Nachuntersuchungen bestätigten, dass grüne Kartoffeln ein Mehrfaches an Acrylamid bilden. Das Potential der Acrylamidbildung hängt offenbar stark vom Zustand der Knolle ab.

Sorten
Die Vermutung liegt nahe, dass die Potentiale zur Acrylamidbildung sortenabhängig sind. Die Resultate für 12 Sorten ergaben tatsächlich riesige Unterschiede (80-6000 µg/kg bei 120 °C). Allerdings waren die Unterschiede zwischen Knollen derselben Sorte fast ebenso gross: Der höchste Wert stammte von einer Knolle der Ernte 2001. Eine neue Kartoffel der gleichen Sorte ergab nur gerade 160 µg/kg Acrylamid, d.h. ca. 40 Mal weniger.

Vergleiche lassen vermuten, dass die Acrylamidbildung mit der Konzentration von Fructose und Glucose in der Knolle korreliert. Zudem erhöhte die Zugabe von Fructose das Potential der Acrylamidbildung. Fructose und Glucose sind also entweder Ausgangssubstanzen oder unterstützen die Acrylamidbildung aus anderen Inhaltsstoffen.

Tatsächlich waren die Acrylamidgehalte für jene Sorten tief, die wenig Fructose/Glucose enthielten. Damit zeigte sich, dass die für die Herstellung von Chips bevorzugten Kartoffeln schon immer zu jenen gehörten, die relativ wenig Acrylamid bilden (Fructose/Glucose lassen Lebensmittel bei der Erhitzung dunkel werden) – oder vielmehr die Gehalte in Chips aus anderen Kartoffeln wären noch wesentlich höher gewesen. Dasselbe bestätigte sich für die Unterschiede zwischen Knollen der gleichen Sorte: Hohe Zuckergehalte gingen mit hohem Potential für die Bildung von Acrylamid einher. Falls sich dieser Zusammenhang bestätigt, kann das Potential der Acrylamidbildung auf Grund vorhandener Daten zum Zuckergehalt abgeschätzt werden. Es wäre dann beispielsweise auch zu erwarten, dass schlechtes Wetter vor der Ernte das Potential erhöht.

Vergleiche zur Sortenabhängigkeit müssen unter Bedingungen fortgesetzt werden, die andere Einflüsse gering halten. Die vorliegenden Resultate lassen erhoffen, dass eine günstige Sortenwahl die Acrylamidgehalte in den kritischen Produkten um einen Faktor 2-5 reduzieren kann.

Lagerung
Vorläufige Resultate (die geeigneten Proben für eine abschliessende Aussage fehlten) weisen darauf hin, dass die Lagerung der Kartoffeln die Acrylamidbildung stark beeinflusst.

„Charlotte“ ist eine Frühsorte, die eine etwas breitere Analytik zuliess. Anfangs Juli frisch ausgegrabene Knollen ergaben nach standardisierter Erhitzung 150 µg/kg Acrylamid. Nach 25 Tagen Lagerung im Keller bzw. im Labor stiegen die Werte bereits auf 290 und 300 µg/kg. Nach 17 Tagen im Kühlraum bei 4 °C bildeten sich jedoch 3000 µg/kg Acrylamid. Auch der Gehalt an Fructose stieg von 50 auf 1500 mg/kg – eine bekannte Erscheinung nach Lagerung bei tiefen Temperaturen.

Auch für die Sorten Agata, Sirtema und Amandine wurden nach wenigen Tagen Lagerung bei 4 °C drastische Erhöhungen der Acrylamidbildung festgestellt.

Daraus ergeben sich folgende Vermutungen:

Frische Kartoffeln haben ein geringeres Potential zur Acrylamidbildung als gelagerte.

Lagerung bei tiefen Temperaturen erhöht das Potential innerhalb weniger Tage auf ein Mehrfaches. Kartoffeln sollten nicht im Kühlschrank aufbewahrt werden.

Kühlung wurde bisher verbreitet zur Keimhemmung bei längerer Lagerung eingesetzt. Die neuen Erkenntnisse stellen diese Methode in Frage. Tatsächlich verzichtet die Chipsindustrie schon lange auf eine Kühlung unter 8 °C, um den Gehalt an Glucose und Fructose tief zu halten. Allerdings sind dann andere Techniken der Keimhemmung nötig.

Kartoffeln im Dunkeln aufbewahren. Bereits leicht grüne Kartoffeln bilden wesentlich mehr Acrylamid.

Düngung
Ammonium könnte an der Bildung von Acrylamid beteiligt sein. Tatsächlich erhöht die experimentelle Zugabe von Ammonium die Bildung von Acrylamid in Kartoffeln oder in Gebäck. Ammonium ist ein Bestandteil der gängigen Stickstoffdünger, und Messungen haben bestätigt, dass stärker gedüngte Kartoffeln mehr Ammonium enthalten.

Die Düngung war tatsächlich mit der Acrylamidbildung korreliert (Proben von der Eidg. Forschungsanstalt Reckenholz). Allerdings wird der Einfluss von Ammoniumdünger oft von anderen Effekten überlagert. Deswegen darf nicht behauptet werden, dass bio-Kartoffeln generell weniger Acrylamid bildeten als solche aus konventionellem Anbau: Wenn eine ungünstige Sorte gewählt wird, die Ernte unter ungünstigen Bedingungen erfolgte oder die Knollen ungünstig gelagert wurden, kann das Potential der Acrylamidbildung um ein Mehrfaches höher sein. So erzeugte eine nicht gedüngte Probe der einen Sorte bei 120 °C 7 Mal mehr Acrylamid als eine stark gedüngte Probe einer anderen Sorte (gleicher Standort, gleiches Erntedatum).

Was ist zu tun?
Die Belastung der Bevölkerung mit Acrylamid kann namhaft gesenkt werden. Die vorliegenden Resultate zeigen, dass dazu folgende Anstrengungen nötig sind:

Die Rohstoffe müssen auf ein minimales Potential für die Acrylamidbildung optimiert werden. Bei Kartoffeln ist eine erhebliche Verbesserung möglich. So gab es im August auf dem Zürcher Markt Kartoffeln der Ernte 2002, die nach einer standardisierten Erhitzung auf 120 °C nur 70 µg/kg Acrylamid bildeten, aber auch solche mit 3000 µg/kg – 40 Mal mehr!

Kartoffeln müssen unter Bedingungen gelagert werden, welche die Bildung von Acrylamid möglichst gering halten. Die vorliegenden Daten deuten darauf hin, dass die heute verbreitete Kühlung unter 8 °C das Potential um ein Mehrfaches erhöht. Verbesserte Lagerbedingungen könnten die Belastung der Bevölkerung mit Acrylamid um einen namhaften Faktor senken und sollten deswegen noch vor der Einlagerung der Ernte 2002 überprüft werden.

Es ist die Aufgabe der industriellen Lebensmittelhersteller, das Potential der Verbesserungsmöglichkeiten für ihre Produkte auszuschöpfen. Beispielsweise sollen Temperaturen und Dauer für die Erhitzung überprüft werden. Möglicherweise sind im Prozess zusätzliche Schritte nötig. Die Hersteller vorgefertigter Pommes frites und Rösti müssen dafür sorgen, dass beim Frittieren oder Rösten durch den Konsumenten nur ein Minimum an Acrylamid entsteht. Bei belastetem Gebäck müssen kritische Zutaten überprüft werden. Die schweizerischen Verbände sind längst aktiv geworden, und manche Firmen arbeiten intensiv an Lösungen.

In der Küche, ob professionell oder privat, kann die Acrylamidbildung bei Beachtung gewisser Regeln massiv vermindert werden. Gutes Kochen und Backen unter Berücksichtigung geringer Acrylamidbildung muss aber zuerst detaillierter untersucht werden. Derartige Arbeiten sind an verschiedenen Orten im Gange, z.T. in Zusammenarbeit mit Fachleuten der Gastronomie.

Die Acrylamidbelastung kann mit mässigem Aufwand namhaft gesenkt werden. Für Rösti, Bratkartoffeln und Pommes frites dürfte die Kombination verbesserter Rohstoffe und Zubereitung eine mittlere Reduktion um einen Faktor 5-10 ermöglichen. Eben haben wir knusprige Rösti aus neuen Kartoffeln hergestellt, die gerade noch 20 µg/kg Acrylamid enthielt.

16. September 2002

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