mini|Acrylamid Das Acrylamid gehört zur chemischen Gruppe der Amide. In reiner Form ist es ein weißes, geruchloses, kristallines Pulver, das in Wasser, Ethanol und Ether löslich ist.
Darstellung und Gewinnung Die gezielte chemische Synthese von Acrylamid erfolgt durch Hydrolyse von Acrylnitril mit Kupferkatalysatoren oder durch enzymatische Hydrolyse:
rahmenlos|zentriert|hochkant=2.4|Synthese von Acrylamid
Die Entstehung durch die Maillard-Reaktion bei starker Erhitzung stärkehaltiger Lebensmittel besitzt keine präparative Bedeutung.
Eigenschaften Die Polymerisationswärme beträgt −79,4 kJ·mol−1 bzw. −1117 kJ·kg−1.Brandrup, J.; Immergut, E.H.; Grulke, E.A.; Abe, A.; Bloch, D.R.: Polymer Handbook, 4th Edition, Wiley-VCH 2003, ISBN 978-0-471-47936-9, S. II/368.
Verwendung Acrylamid wird zur Herstellung von Polymeren und Farbstoffen verwendet. Unvernetzte (Co)Polymere von Acrylamid sind meist wasserlöslich und werden als Stabilisatoren oder Flockungsmittel in vielen Anwendungen, beispielsweise in der Abwasseraufbereitung oder der Papierherstellung verwendet. Quervernetzte Polyacrylamide sind nicht löslich und quellen in Wasser nur noch auf; sie werden als Trägermaterial bei der Gelelektrophorese (SDS-PAGE) sowie als Verdickungsmittel in Kosmetika genutzt. Quervernetzte Copolymere von Acrylamid und Acrylsäure werden als Superabsorber eingesetzt, z. B. in Windeln.
Biologische Bedeutung Details zum Einfluss von Acrylamid auf den menschlichen Stoffwechsel sind noch weitgehend unerforscht. Aus Tierversuchen sind zwei Wirkungsweisen bekannt: Acrylamid greift zum einen direkt die DNA an, zum anderen wird es von Leberenzymen in Glycidamid umgesetzt. Diesem reaktiven Stoff wird eine starke genotoxische Wirkung zugeschrieben. Acrylamid wie auch Glycidamid bilden Verbindungen mit Aminosäuren und Nukleinbasen und können so die Struktur und Funktion beispielsweise der DNA und des Hämoglobin verändern. Im Tierversuch wurde die Weitergabe der erbgutverändernden Wirkung auch an Tochtergenerationen beobachtet.
Die Einordnung als krebserregend basiert ausschließlich auf Untersuchungen mit hohen Acrylamiddosen an Ratten und Mäusen. Beim Menschen fehlen trotz langjähriger Suche klare epidemiologische Ergebnisse für ein erhöhtes Krebsrisiko. Im Gegenteil: Eine Studie von 2003 fand kein erhöhtes Krebsrisiko („“), das Darmkrebsrisiko nahm mit zunehmenden Acrylamidgehalten in der Nahrung sogar ab.L. A. Mucci, P. W. Dickman, G. Steineck, H.-O. Adami, K. Augustsson: Dietary acrylamide and cancer of the large bowel, kidney, and bladder: Absence of an association in a population-based study in Sweden. In: British Journal of Cancer. 88, 2003, S. 84, doi:10.1038/sj.bjc.6600726. Hierbei ist zudem zu beachten, dass nur in die Blutbahn gelangtes Acrylamid relevant ist; Studien legen nahe, dass die Aufnahme von Acrylamid mit der Nahrung kaum zu einem erhöhten Blutspiegel führt. Entsprechend wird Acrylamid als Karzinogen, Kategorie 1B (nachweislich karzinogen im Tierversuch, wahrscheinlich karzinogen beim Menschen) eingestuft.
Acrylamid in Lebensmitteln Acrylamid wurde wiederholt seit Juni 2000 zunächst von schwedischen Wissenschaftlern in verschiedenen Lebensmitteln (insbesondere in stärkehaltigen und stark erhitzten Lebensmitteln wie Pommes frites) nachgewiesen.E. Tareke, P. Rydberg, P. Karlsson, S. Eriksson, M. Törnqvist: Acrylamide: a cooking carcinogen? In: Chemical Research in Toxicology. Band 13, Nummer 6, Juni 2000, S. 517–522, PMID 10858325.E. Tareke, P. Rydberg, P. Karlsson, S. Eriksson, M. Törnqvist: Analysis of acrylamide, a carcinogen formed in heated foodstuffs. In: Journal of agricultural and food chemistry. Band 50, Nummer 17, August 2002, S. 4998–5006, PMID 12166997.Udo Pollmer: In: EU.L.E.n-Spiegel. 02/2006.
Bei einer ab Herbst 2003 durchgeführten Studie der Medizinischen Hochschule Hannover wurde bei über 80 % der 395 Teilnehmer Acrylamid im Blut nachgewiesen. Bei Personen, die mehrmals pro Woche Pommes frites oder Kartoffelchips essen, wurde ein – gegenüber den anderen Studienteilnehmern – leicht und „aus wissenschaftlicher Sicht nicht signifikant“ erhöhter Acrylamidspiegel im Blut festgestellt. Raucher waren mit durchschnittlich 1,5 μg pro Liter Blut gut dreimal höher belastet als Nichtraucher (0,4 μg pro Liter Blut). Aus den Ergebnissen wurde gefolgert, dass nicht nur die Ernährung, sondern „möglicherweise auch körpereigene Abbauprozesse von Proteinen dazu beitragen, dass Acrylamid in unseren Blutkreislauf gelangt“.
Entstehung in Lebensmitteln mini|Maillard-Reaktion von Asparagin zu Acrylamid Es entsteht in der Maillard-Reaktion bei Überhitzung von Stärke, insbesondere beim Backen, Braten, Rösten, Grillen und Frittieren. Dementsprechend nimmt der Mensch Acrylamid in mehr oder weniger geringen Dosen mit seiner Nahrung auf, seitdem er dazu übergegangen ist, seine Nahrung zu erhitzen. Der wichtigste Ausgangsstoff für Acrylamid in Lebensmitteln ist die Aminosäure Asparagin, die vor allem in Kartoffeln und in Getreide vorkommt. Gefördert wird die Acrylamidbildung durch Zucker wie Fructose und Glucose.D. S. Mottram, B. L. Wedzicha, A. T. Dodson: Food chemistry: Acrylamide is formed in the Maillard reaction. In: Nature. 419, 2002, S. 448–449. PMID 12368844. Weitere Entstehungsmöglichkeiten sind die Oxidation von Acrolein und die Fragmentierung von Proteinen und Peptiden.
mini|Bei der Herstellung von Pommes frites kann durch zu hohe Temperaturen Acrylamid entstehen Besonders viel Acrylamid entsteht, wenn kartoffel- und getreidehaltige Lebensmittel trocken über 180 °C erhitzt werden. Eine nachweisbare Acrylamidbildung beginnt bereits bei 120 °C und steigt bei den gelegentlich bei Brat- und Backvorgängen erreichten Temperaturen von 170–180 °C sprunghaft an. Die äußeren trockenen Schichten oder auch Brotkrusten enthalten auch deutlich höhere Mengen Acrylamid als die nicht gebräunten inneren Bereiche. Ähnliches gilt für geröstete Lebensmittel wie Kaffee, Knäckebrot und Zwieback. In Kartoffeln kann bei Lagerung unter 4 °C der Fructosegehalt stark ansteigen, was beim späteren Braten und Frittieren zu höherer Acrylamidbildung führt.
Eine gänzlich acrylamidfreie Ernährung ohne Verzicht auf trocken erhitzte Lebensmittel ist derzeit technisch nicht möglich. Ein Grenzwert wurde, wegen fehlender Erkenntnisse zur gesundheitlichen Wirkung bei Menschen, für Lebensmittel nicht festgesetzt. Es werden jedoch jährlich Signalwerte durch das Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit ermittelt, auf deren Grundlage die zuständigen Behörden der Bundesländer mit Herstellern besonders hoch belasteter Produkte in einen Dialog zur Minimierung der Werte treten. Beispielsweise bei Kartoffelchips beträgt dieser Signalwert 1.000 Mikrogramm pro Kilogramm.
Es ist möglich, die Acrylamidbildung durch eine Änderung von Rezepturen und Herstellungsverfahren zu reduzieren. In vielen Fällen kann bereits eine Absenkung der Höchsttemperatur beim Backen um 10–20 °C oder der Austausch von oder Verzicht auf einzelne Zutaten die Bildung von Acrylamid verringern. So hat das Bayerische Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit einen hohen Anteil an Mandeln und vor allem das Backtriebmittel Ammoniumhydrogencarbonat (früher: Ammoniumbicarbonat, auch: Hirschhornsalz) als Hauptquelle bei Lebkuchen ausgemacht. Nach Weglassen der Mandeln und Verwendung von Natron (Natriumhydrogencarbonat, früher: Natriumbicarbonat) in der Kombination mit Dinatriumdihydrogendiphosphat und Dicalciumphosphat als Triebmittel fiel der Acrylamidgehalt auf ein Zehntel des vorherigen Werts. Allerdings können sich diese Maßnahmen (zum Teil in erheblichem Maße) nachteilig auf die Qualität, insbesondere Aroma und Konsistenz, der Lebensmittel auswirken.
Neben diesen Maßnahmen zur Reduzierung der Acrylamidbildung (optimierte Rohstoffauswahl und -behandlung sowie Veränderung vorhandener Verfahrensschritte) ist auch die Entwicklung neuartiger Prozesstechniken denkbar, beispielsweise der Einsatz der Vakuumfrittiertechnik bei der Kartoffelchipsproduktion.
Minimierung von Acrylamid bei Kartoffelchips und anderen Lebensmitteln Die deutsche Kartoffelchips-Industrie hat seit dem ersten Bekanntwerden der Acrylamidproblematik im Sinne des vorbeugenden gesundheitlichen Verbraucherschutzes gehandelt und ein Monitoring der Acrylamid-Gehalte begonnen. Zu diesem Zweck wurden im verbandseigenen Institut LCI für die Mitgliedsfirmen des Bundesverbandes der deutschen Süßwarenindustrie (BDSI) systematische Analysen durchgeführt.
Das LCI veröffentlicht die wöchentlichen Acrylamidmittelwerte der in Deutschland produzierenden Kartoffelchipshersteller in Form einer sog. Wochenmittelwerte-Grafik, an der die Wirksamkeit der seit April 2002 durchgeführten Minimierungsmaßnahmen erkannt werden kann. In dieser Grafik sind die Wochenmittelwerte beginnend im April 2002 bis Ende März 2017 und basierend auf fast 33.000 vom LCI für die Kartoffelchips herstellenden Mitgliedsfirmen des BDSI systematisch durchgeführten Acrylamid-Analysen eingetragen. Auch in anderen Lebensmittelgruppen, wie z. B. den Feinen Backwaren konnten insbesondere durch Rezepturumstellungen sowie den gezielten Einsatz des Enzyms Asparaginase Acrylamidminimierungen erreicht werden.
Lebensmittelhersteller sowie Restaurants und Imbissbetriebe müssen seit dem 11. April 2018 die in der Verordnung (EU) 2017/2158 festgelegten Verfahren zur Eindämmung von Acrylamid in bestimmten Lebensmitteln anwenden.EU verbietet starkes Frittieren von Pommes, Spiegel Online, 10. April 2018. Diese Verfahren beziehen sich auf die Auswahl der Rohstoffe und deren Lagerung, die Zubereitung der Lebensmittel und durch den Hersteller einzurichtende Kontrollverfahren. Zudem wird eine entsprechende Kennzeichnung für diese Lebensmittel, welche durch den Endverbraucher zubereitet werden, vorgesehen sowie ein sehr detailliertes Verfahren der Probennahme und -aufbereitung. Für kleine Betriebe, welche zugleich Einzelhandel betreiben (z. B. Bäckereien, Imbissbetriebe) gelten vereinfachte Auflagen. Die Verordnung enthält keinerlei Sanktionierungsvorschrift.Volltext der Es liegt also im Ermessen der einzelnen EU-Staaten, die Einhaltung der Vorschriften mit Strafvorschriften zu bewehren.
Acrylamid in Kosmetika Acrylamid kann als Verunreinigung von Polyacrylamid in Kosmetika auftreten, aber auch als Verunreinigung von z. B. Polyquaternium-7, das in Haarpflegeprodukten und Haarwaschmitteln verwendet wird.Quellen für Acrylamid in Kosmetika. (PDF; 8 kB). Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR), 2003.
Absorption und Metabolisierung im Körper Acrylamid wird bei der Verdauung im Magen-Darm-Trakt absorbiert und verteilt sich in die meisten Gewebe. Katalysiert durch Cytochrom P450 2E1 kann das Epoxid Glycidamid entstehen. Acrylamid und Glycidamid können Addukte mit der DNA sowie Hämoglobin und anderen Proteinen formen. Die Addukte mit Hämoglobin werden als Biomarker verwendet. Beide Stoffe können auch Mercaptursäuren bilden; diese werden mit dem Urin ausgeschieden. Glycidamid kann in der Leber zu Glyciramid verstoffwechselt werden; dieses wird mit dem Urin ausgeschieden.
Entstehung im Körper Das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) berichtet in einer eigenen Studie von deutlichen Hinweise darauf, dass Acrylamid auch im Körper selbst entsteht – und zwar in größerem Maße als bislang angenommen. In der Studie wurde die im Körper vorhandene Menge an Acrylamid bei Mischköstlern, Veganern und Rohköstlern verglichen. Dazu wurden sowohl der Urin als auch Blutproben auf Reaktionsprodukte von Acrylamid untersucht. Da die Rohköstler für wenigstens vier Monate keine erhitzten Nahrungsmittel zu sich genommen hatten, war eine sehr geringe Menge im Körper zu erwarten. Es stellte sich jedoch heraus, dass die Menge der Reaktionsprodukte von Acrylamid bei ihnen 25 Prozent (Urin) und 48 Prozent (Blut) im Vergleich zu den bei Mischköstlern festgestellten Mengen betrugen. Dies wird durch die Bildung von Acrylamid im Körper selbst erklärt.