Prozesskontaminanten: Bildung und Minderung

Prozesskontaminanten sind unerwünschte Verbindungen, die nicht in den Rohzutaten vorhanden sind, sondern sich während der Lebensmittelverarbeitung bilden, insbesondere unter Hitzeeinwirkung. Dieses Thema untersucht, wie solche Kontaminanten entstehen, wobei Acrylamid und die Maillard-Reaktion als zentrales Beispiel dienen, sowie die Prinzipien, nach denen ihre Bildung reduziert werden kann.

Definition

Prozesskontaminanten sind schädliche Verbindungen, die in Rohmaterialien nicht vorhanden sind und während der Lebensmittelverarbeitung, insbesondere der Wärmebehandlung, als Nebenprodukte von Reaktionen zwischen den eigenen Bestandteilen des Lebensmittels entstehen.

Scope

Der Eintrag behandelt das Konzept der prozessinduzierten Kontaminanten, die Chemie der hitzegesteuerten Bildung (insbesondere die Maillard-Reaktion zwischen reduzierenden Zuckern und der Aminosäure Asparagin), die beteiligten Hauptvorläufer und Verarbeitungsbedingungen sowie allgemeine Minderungsprinzipien. Es handelt sich um eine Referenz zur Lebensmittelsicherheit und gibt keine Ernährungsberatung oder Risikobewertungen für Einzelpersonen.

Core questions

• Was unterscheidet einen Prozesskontaminanten von einem Umwelt- oder zugesetzten Kontaminanten?
• Wie erzeugt Erhitzen Verbindungen wie Acrylamid durch die Maillard-Reaktion?
• Welche Vorläufer und Verarbeitungsbedingungen treiben die Kontaminantenbildung an?
• Welche allgemeinen Strategien reduzieren die Kontaminantenbildung, ohne das Lebensmittel zu verderben?

Key concepts

• Prozessinduzierter Kontaminant
• Maillard-Reaktion
• Acrylamid
• Reduzierende Zucker und Asparagin als Vorläufer
• Zeit-Temperatur-Abhängigkeit
• Minderung (Vorläuferreduktion, Prozesskontrolle)

Mechanisms

Prozesskontaminanten bilden sich, wenn die eigenen Bestandteile eines Lebensmittels unter Verarbeitungsbedingungen reagieren. Acrylamid ist der Archetyp: Beim Kochen bei hohen Temperaturen, wie Braten, Backen und Rösten, reagiert die Aminosäure Asparagin mit reduzierenden Zuckern (Glukose und Fruktose) über die Maillard-Reaktion, dieselbe Bräunungschemie, die erwünschte Farbe und Geschmack erzeugt. Die Bildung steigt steil über etwa 120 Grad Celsius an und nimmt mit der Zeit und geringerer Feuchtigkeit zu, sodass die Bedingungen, die ein Lebensmittel bräunen, auch den Kontaminanten erzeugen. Da die Bildung von den Vorläuferkonzentrationen und dem Zeit-Temperatur-Regime abhängt, wirkt die Minderung, indem die Vorläufer gesenkt werden (zum Beispiel durch Reduzierung von freiem Asparagin oder reduzierenden Zuckern) oder indem die angewandte Hitze moderiert wird, während eine akzeptable Produktqualität erhalten bleibt.

Clinical relevance

Das Verständnis der Kontaminantenbildung ist die Grundlage für Kontrollen der Lebensmittelsicherheit und Verarbeitungsentscheidungen, die darauf abzielen, die ernährungsbedingte Exposition so niedrig wie vernünftigerweise erreichbar zu halten. Dieser Eintrag beschreibt die Wissenschaft der Bildung und Minderung und ist keine Grundlage für individuelle Ernährungs-, Diagnose- oder Behandlungsentscheidungen, noch stellt er eine persönliche Risikobewertung dar.

Evidence & guidelines

Das Feld basiert auf analytischer Chemie und kontrollierten Bildungsstudien; die Identifizierung von Acrylamid in erhitzten Lebensmitteln im Jahr 2002 und der Nachweis, dass es sich über die Maillard-Reaktion aus Asparagin bildet, katalysierten umfangreiche Forschung und die Entwicklung von Minderungsansätzen in der Industrie. Nachfolgende behördliche und industrielle Leitlinien übersetzten dieses mechanistische Verständnis in Prozesskontrollen, die darauf abzielen, die Bildung zu minimieren.

History

Die Anerkennung von Prozesskontaminanten als eigenständiges Problem der Lebensmittelsicherheit beschleunigte sich im Jahr 2002, als schwedische Forscher berichteten, dass sich Acrylamid in kohlenhydratreichen Lebensmitteln bildet, die bei hohen Temperaturen gekocht werden, und Gruppen im Vereinigten Königreich und anderswo zeigten, dass die Maillard-Reaktion zwischen Asparagin und reduzierenden Zuckern der Weg war. Diese Erkenntnisse führten zu weltweiten Überwachungs- und Minderungsbemühungen und lenkten die Aufmerksamkeit auf andere hitzeinduzierte Kontaminanten.

Debates

Abwägung der Kontaminantenreduktion gegen die Lebensmittelqualität

Da die Maillard-Reaktion, die Acrylamid bildet, auch erwünschte Bräunung, Farbe und Geschmack erzeugt, müssen Minderungsstrategien die Kontaminantenreduktion gegen sensorische Qualität und andere Sicherheitsaspekte abwägen, und das optimale Gleichgewicht wird diskutiert.

Key figures

• Eden Tareke
• Margareta Tornqvist
• Donald Mottram
• Bronislaw Wedzicha

Seminal works

• tareke-2002
• mottram-2002

Frequently asked questions

Warum bildet sich Acrylamid, wenn stärkehaltige Lebensmittel gebraten oder gebacken werden?

Kochen bei hohen Temperaturen treibt die Maillard-Reaktion zwischen der Aminosäure Asparagin und reduzierenden Zuckern an, die natürlicherweise im Lebensmittel vorhanden sind, und erzeugt Acrylamid als Nebenprodukt; dieselbe Chemie erzeugt auch die Bräunung und den Geschmack von gekochten Lebensmitteln.

Können Prozesskontaminanten vollständig eliminiert werden?

Sie können in der Regel nicht eliminiert werden, ohne die Verarbeitung zu entfernen, die sie erzeugt, aber die Bildung kann durch Senkung der Vorläuferkonzentrationen und Kontrolle von Kochzeit und -temperatur reduziert werden, während das Lebensmittel akzeptabel bleibt.