07 Mar Formación de acrilamida durante el procesado y cocinado de alimentos
FORMACIÓN DE ACRILAMIDA DURANTE EL PROCESADO Y COCINADO DE ALIMENTOS.
Salvio Jiménez, Francisco J. Morales Navas, Gema Arribas-Lorenzo y Eva Martí López.
Instituto del Frio
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).
Madrid
ÍNDICE
Acrilamida: Usos actuales en la sociedad. 3
Exposición. ¡Error! Marcador no definido.
Descubrimiento de su formación natural en los alimentos. 6
Grupos de Alimentos con concentraciones importantes de acrilamida. 8
Química de Formación. 11
Estrategia de minimización en la Industria. 16
Efectos Biológicos. 19
Biomarcador 19
Neurotoxicidad. 20
Carcinogénesis. 20
Tasas de ingesta. 24
Biodisponibilidad. 28
Bibliografía. 30
Introducción
El tratamiento térmico es muy común durante el procesado y/o cocinado, así como durante la conservación de los alimentos. Los tratamientos térmicos de esterilización, fritura, tostado, horneado, etc. alcanzan temperaturas de hasta 220 ºC. Estos procesos llevan intrínsicos una serie de transformaciones en el alimento que conducen a la formación de nuevos compuestos que inciden, de manera general, en la aceptabilidad del producto por el consumidor. Sin embargo, en algunos casos, el empleo de altas temperaturas, en combinación con otros factores externos al alimento, puede dar lugar a la formación de algunos compuestos tóxicos que reduzcan el valor biológico, incidiendo en la seguridad de los mismos. Estas sustancias químicas se denominan contaminantes químicos de procesado. Los contaminantes químicos de procesado son compuestos que nos estaban presentes en el alimento fresco y que su génesis esta directamente relacionada con el proceso tecnológico y/o culinario aplicado. La mayoría de estos compuestos están relacionados con actividades mutagénicas, teratogénicas, carcinogénicas, etc., en organismos vivos y por ello debe de evaluarse y, si es necesario, ejercer las medidas de control necesarias por parte de las Agencias de Seguridad Alimentaria estatales correspondientes. Recientemente, se ha iniciado un proyecto de cooperación europea que evalúa algunos de estos aspectos en alimentos procesados térmicamente (1). Se conocen una serie de contaminantes químicos de procesado como son las aminas heterocíclicas, los hidrocarburos aromáticos policíclicos (ej. benzopireno), N-nitrosaminas, monocloropropanodioles (ej. 3-MCPD) y recientemente el furano y la acrilamida, o mas concretamente el monómero de acrilamida (CAS.n.79-06-01, CH2=CH-CONH2).
Acrilamida: Usos actuales en la sociedad
La acrilamida es una sustancia química que se emplea para realizar materiales de poliacrilamida. Es el monómero a partir del cual la poliacrilamida es sintetizada. Este polímero de gran peso molecular puede ser modificado para desarrollar propiedades aniónicas o catódicas para usos específicos. El principal uso de la poliacrilamida es en el tratamiento del agua potable y aguas de consumo, con la finalidad de eliminar partículas sólidas y otras impurezas. Se emplea también para el tratamiento de aguas residuales de las industrias. La poliacrilamida empleada en el tratamiento de aguas no debe contener más de un 0,05% del monómero residual. El polímero se une con las partículas del agua y forma fuertes agregados que rápidamente se eliminan dejando una solución clara. También se emplea en materiales de construcción y en la fabricación de pegamentos, papel, cosméticos, para aumentar la recuperación de aceite, como espesante, en agentes acondicionadores del suelo, aguas residuales y procesado de minerales. La acrilamida también se emplea en la elaboración de tintes y como copolímeros en las lentes de contacto. Se incorpora en el cemento para ralentizar el proceso de deshidratación y así aumentar la fuerza estructural (Acrylamide CAS No.79-06-1)4. La acrilamida y la poliacrilamida se emplean también para la producción de plásticos. Antes de descubrirse la presencia de altos niveles de acrilamida en alimentos cocinados a altas temperaturas, el agua de bebida y el humo del tabaco eran consideradas las principales fuentes de esta sustancia. (Svensson.2002)7.
Del 10 al 30% de la producción anual de poliacrilamida es destinada al proceso de recuperación de aceite. En la industria de la pasta de papel, la poliacrilamida se emplea para retener los pigmentos de las fibras del papel. La industria papelera consume aproximadamente el 20% del volumen anual de poliacrilamida. (4)
Utensilios domésticos, materiales de construcción y partes de los automóviles están revestidas con resinas de acrilamida. La acrilamida también se emplea en las formulaciones de cosméticos y en jabones como agente espesante y también en las fijaciones dentales, en productos para el cabello y lociones para el afeitado. En la industria textil la poliacrilamida se utiliza para hacer las prendas más resistentes a las arrugas. La acrilamida se usa en menor medida para espesar el látex, estabilizar emulsiones, agente ligante en los pegamentos y para los geles en las cromatografías y en las electroforesis. Cuando la poliacrilamida se añade a los herbicidas evita, que éstos se acumulen en el fondo de los lagos o en los reservorios, permitiendo que se hundan antes de que se dispersen. (4)
La FDA (Food and Drugs Administration) ha regulado el uso de acrilamida y poliacrilamida en los alimentos. El agua con más de 10mg/ l de poliacrilamida puede ser empleada para lavar o pelar frutas y vegetales, pero el monómero de acrilamida no debe exceder del 0,2%. Las resinas de acrilamida que se pueden añadir al agua como vapor, pueden contactar con los alimentos, por lo que el monómero no debe exceder del 0.05% en peso.
La poliacrilamida se puede emplear en las cápsulas de gelatina si el monómero no está presente en una cantidad superior al 0,2%. Los polímeros de acrilamida también pueden ser utilizados en los envoltorios o envases de los alimentos. En este caso la cantidad de monómero de acrilamida tampoco deba superar el 0,2% del peso del papel.
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E
sición a la acrilamida
La acrilamida puede ser absorbida a través de la piel, membranas mucosas y pulmones, y por el tracto gastrointestinal. Se estima que aproximadamente 20.000 trabajadores estuvieron potencialmente expuestos a la acrilamida en 1976. La exposición humana a la acrilamida es principalmente ocupacional en el caso del contacto dérmico con el monómero sólido y por inhalación de polvo y vapores. La exposición a la forma acuosa se debe al mantenimiento y reparaciones del transporte.
La acrilamida polimerizada no es tóxica, pero el monómero sí, pudiendo causar neuropatías periféricas. La presencia del monómero residual en el polímero es una preocupación. Las mejoras en el proceso de polimerización han reducido el contenido del monómero en el agua no potable de un 5% a un 0,3%.
Los trabajadores de la industria del papel, construcción, fundición, perforación de petróleo, industria textil, cosmética, de procesado de alimentos, plásticos, minerales y agricultura están potencialmente expuestos a la acrilamida. Aunque los niveles a los que está expuesto este personal no se saben con certeza, sí se puede afirmar que son mayores a los de otros trabajadores debido a la naturaleza incontrolada de la exposición (OMS 1985). El Informe Nacional de la Salud Ocupacional en 1972-1974 estimó que 10.368 trabajadores estuvieron expuestos a la acrilamida, y en 1981-1983 se estima que 9.776 trabajadores estuvieron potencialmente expuestos. Aunque la exposición humana a la acrilamida es primordialmente ocupacional, la población general puede estar expuesta mediante el consumo de cierto tipo de alimentos que forman parte de su dieta, ya que la acrilamida se forma durante el procesado de alimentos a altas temperaturas y ricos en carbohidratos. Estudios realizados en laboratorio revelan la dependencia de la temperatura en la formación de esta sustancia.
Otra fuente importante de exposición en la población podría ser a través de agua de bebida contaminada con floculantes de poliacrilamida, utilizada en el tratamiento del agua. La contaminación medioambiental de acrilamida más importante resulta de su uso para el suelo. La acrilamida tarda aproximadamente de 10 a 12 días en biodegradarse en el agua. Puede no degradarse completamente en el tratamiento de las aguas residuales y en las instalaciones del tratamiento de aguas si los tiempos de residencia son relativamente cortos. (4)
Descubrimiento de su formación natural en los alimentos
La acrilamida también es un contaminante químico que se genera espontáneamente durante el cocinado o procesado térmico de los alimentos a partir de la reacción de Maillard. (Morales. 2005)1. Recientes publicaciones muestran que varios factores están implicados en la formación de acrilamida, como las altas temperaturas, tipos y cantidad de carbohidratos y aminoácidos; en particular el aminoácido asparragina, y otros factores, parte de ellos todavía desconocidos. Esta sustancia se ha encontrado sobre todo en alimentos fritos y horneados que son consumidos de forma continua y regular en nuestra dieta, como las patatas fritas, las patatas chips y el pan, así como en galletas y cereales de desayuno. No se ha encontrado presencia de acrilamida en alimentos hervidos. (www.who.int)2.
También se ha sugerido que la oxidación lipídica puede ser una vía menor de formación de acrilamida, con el ácido acrílico como posible precursor formado vía acroleína por la degradación oxidativa de los lípidos. (Blank.2005)5.
El problema es que se ha demostrado que la acrilamida es neurotóxica en humanos y animales de experimentación, y también induce a la formación de tumores en animales, por lo que ha sido clasificado como posible carcinógeno para humanos. Por tanto, ciertas dosis de acrilamida son perjudiciales para el sistema nerviosos tanto de animales como de humanos. En abril de 2002 la Agencia Sueca de Seguridad Alimentaria informó de la presencia de elevados niveles de acrilamida en cierto tipo de alimentos procesados a altas temperaturas y de alto consumo en la dieta occidental. Los niveles excedían ampliamente de las recomendaciones de 0,5 mg/ kg de la OMS para aguas de consumo y de los 10 mg/ kg de la legislación europea sobre migración química en envolturas plásticas. (1) y (2) Desde entonces, la acrilamida ha sido encontrada en un amplio rango de alimentos cocinados y procesados en otros países, incluidos los Países Bajos, Noruega, Suiza, Reino Unido y Estados Unidos. Anteriormente las preocupaciones sobre este tóxico estaban enfocadas en trabajadores que empleaban acrilamida en sus trabajos y en el humo de los cigarrillos (2), puesto que se sabe que el humo del tabaco es una fuente importante de exposición a la acrilamida. (Dybing.2003)6.
Existe poca información y un entendimiento pobre acerca de cómo se forma la acrilamida en los alimentos cocinados a altas temperaturas. Parece que se produce de forma natural durante el procesado de algunos alimentos que han sido sometidos a altas temperaturas, y parece ser que los niveles de acrilamida aumentan con la duración del tratamiento. Los niveles más altos de acrilamida se han encontrado en alimentos feculentos (patatas y cereales). (2) El tratamiento térmico es muy común durante el procesado y/o cocinado, así como durante la conservación de los alimentos. No se sabe exactamente a qué temperatura se forma la acrilamida, sin embargo no se ha encontrado esta sustancia en alimentos preparados a temperaturas inferiores a 120º Celsius, incluyendo los productos hervidos. La comida no debe cocinarse en exceso, pero si lo suficiente para destruir las bacterias patógenas. Los tratamientos térmicos de esterilización, fritura, tostado, horneado, etc. alcanzan temperaturas de hasta 220º C. Estos procesos llevan intrínsecos una serie de transformaciones en el alimento que conducen a la formación de nuevos compuestos que inciden, de manera general, en la aceptabilidad del producto por el consumidor. Sin embargo, en algunos casos, el empleo de altas temperaturas en combinación con otros factores externos al alimento, puede dar lugar a la formación de algunos compuestos tóxicos que reduzcan el valor biológico, incidiendo en la seguridad de los mismos. Estas sustancias químicas se denominan contaminantes químicos de procesado. Los contaminantes químicos de procesado son compuestos que no estaban presentes en el alimento fresco y que su génesis está directamente relacionada con el proceso tecnológico y/o culinario. La mayoría de estos compuestos están relacionados con actividades mutagénicas, teratogénicas, carcinogénicas, etc., en organismos vivos y, por ello, debe de avaluarse y si es necesario, ejercer las medidas de control necesarias por parte de las Agencias de Seguridad Alimentaria estatales correspondientes. Recientemente se ha iniciado un proyecto de cooperación europea que evalúa alguno de estos aspectos en alimentos procesados térmicamente. (1) y (2)
La FAO (Food and Agriculture Organization) y la Organización Mundial de la Salud han establecido una red internacional sobre la presencia de acrilamida en los alimentos. La ayuda de esta red es para permitir a todas las partes interesadas compartir información relevante así como datos sobre investigaciones que se están llevando a cabo. El establecimiento de esta red fue una de las recomendaciones que se aprobaron sobre los riesgos para la salud que conlleva la presencia de acrilamida en los alimentos en junio de 2002 por la FAO y la OMS. Se espera por tanto, que agencias gubernamentales, centros de investigación, industrias y otros, compartan información a través de esta vía. Esta red pretende ser una fuente global de investigaciones recientes sobre acrilamida en los alimentos. También fue diseñada para servir como foro de discusión de investigadores y otros profesionales implicados en este campo, e intenta responder cuestiones con la información disponible. (2)
Gr
s de Alimentos con concentraciones i
rtantes de acrilamida
Se han llevado a cabo estudios con distintas muestras de alimentos. En un estudio realizado en Holanda se tomaron 151 muestras de diferentes productos como patatas fritas tipo chips y otros cócteles de snacks, galletas de queso, tostadas, galletas holandesas, pan de centeno, pan, patatas fritas congeladas, cereales de desayuno, etc. Finalmente, también se tomaron muestras de alimentos que son sometidos a altas temperaturas durante su procesado como leche en polvo, cacahuetes tostados, tortitas, etc. La presencia de acrilamida en estos alimentos fue la razón para realizar investigaciones posteriores en los siguientes productos alimenticios como pan de jengibre, galletas especiadas, galletas infantiles y galletas de café. La cantidad de acrilamida encontrada en los alimentos oscila desde valores menores de 30 hasta valores de 3.100 mg/ Kg. Los alimentos con las tasas más altas de acrilamida fueron las patatas fritas de aperitivo, las patatas fritas bastante cocinadas, los cóctel de snacks y pan de jengibre.
Se calcula por tanto que la ingesta media de acrilamida en una muestra representativa de la población holandesa es de 0.48 mg/ Kg de peso corporal / día. Este estudio, por tanto, nos proporciona información sobre la cantidad de acrilamida que está presente en alimentos que son consumidos de forma regular en los Países Bajos. (3)
La Autoridad Noruega de Control de Alimentos analizó 30 productos, y encontraron que los niveles de acrilamida en el pan, patatas fritas y patatas fritas de aperitivo eran 20, 420 y 1300 mg/ Kg respectivamente. Para verificar esta investigación sueca, la Agencia Alimentaria del Reino Unido llevó a cabo un análisis de 20 muestras incluyendo patatas fritas de aperitivo, cereales y patatas fritas. Los niveles de acrilamida encontrados eran similares a los de los alimentos analizados en el estudio sueco. (3)
En la siguiente tabla se muestra la cantidad de acrilamida presente en varios productos:
| Alimentos | N | Media |
Desviación Estándar |
Mediana | Intervalo |
|
Patatas congeladas horneadas |
9 |
130 |
124 |
70 |
60-410 |
|
Patatas muy fritas |
33 |
351 |
297 |
300 |
60-1220 |
|
Puré de patata en polvo |
3 |
15 |
0 |
15 |
30-30 |
|
Pan de trigo |
3 |
15 |
0 |
15 |
30-30 |
|
Pan de leche |
3 |
15 |
0 |
15 |
30-30 |
|
Pan integral |
8 |
20 |
10 |
15 |
30-40 |
|
Croissant |
6 |
29 |
12 |
23 |
30-40 |
|
Pan de centeno y trigo integral |
2 |
33 |
25 |
33 |
30-50 |
|
Pan de centeno (claro) |
7 |
19 |
9 |
15 |
30-40 |
|
Pan de centeno |
5 |
44 |
13 |
50 |
30-60 |
|
Tostadas |
17 |
183 |
336 |
90 |
30-1430 |
|
Cerveza |
3 |
15 |
0 |
15 |
30-30 |
|
Galletas de mantequilla |
1 |
15 |
|
|
30 |
|
Galletas de café |
11 |
166 |
127 |
210 |
60-400 |
|
Galletas infantiles |
3 |
283 |
126 |
300 |
150-400 |
|
Pan de jengibre |
21 |
890 |
393 |
1070 |
260-1410 |
|
Cereales de desayuno |
2 |
15 |
0 |
90 |
30-30 |
|
Corn Flakes |
12 |
121 |
89 |
15 |
30-300 |
|
Macarrones crudos |
2 |
15 |
0 |
|
30-30 |
|
Muesli |
4 |
31 |
33 |
15 |
30-80 |
|
Productos adelgazantes |
1 |
15 |
|
|
30 |
|
Fórmulas infantiles |
2 |
15 |
0 |
15 |
30-30 |
|
Patatas fritas de aperitivo |
40 |
1249 |
656 |
1105 |
310-2800 |
|
Cacahuetes salados |
2 |
23 |
11 |
23 |
30-30 |
|
Cacahuetes tostados |
1 |
15 |
|
|
30 |
|
Pizza de tomate y queso |
1 |
15 |
|
|
30 |
Las patatas fritas son de los alimentos con mayor contenido en acrilamida debido a sus altos niveles de azúcares reductores y asparragina libre, aparte de las condiciones del procesado de fritura. Las investigaciones apuntan, a que muy probablemente la acrilamida se forma a partir de la reacción de Maillard, donde la asparragina sea el principal reactante en sistemas ricos en carbohidratos. En concreto, el contenido en asparragina representa el 40% del total de aminoácidos de la patata, lo que hace a esta matriz especialmente sensible. (1).
En Abril de 2002, la Agencia Sueca de Seguridad Alimentaria informó de los altos niveles de acrilamida detectados en diversos alimentos fritos de alto consumo en la dieta occidental (2). Los niveles excedían ampliamente las recomendaciones de 0.5µg/kg de la OMS (3) para agua de consumo y de los 10 µg/kg de la legislación europea sobre migración química en envolturas plásticas (4). Estos resultados fueron rápidamente confirmados por diversas agencias de seguridad alimentarias y organismos mundiales de control alimentario. La acrilamida ha sido definida por la IARC (International Agency for Research on Cancer) como un probable agente carcinogénico para humanos (5).
Hasta la fecha diversos mecanismos teóricos han sido propuestos para explicar la formación de acrilamida en los alimentos procesados térmicamente (6, 7, 8). En la figura 1 se presenta un esquema de la ruta de formación de acrilamida aceptada en la actualidad. Las investigaciones en este sentido apuntan a que muy probablemente la acrilamida se forme mayoritariamente a partir de la conocida reacción de Maillard, donde la asparragina sea el principal reactante en sistemas ricos en carbohidratos. En concreto, el contenido en asparragina representa el 40% del total de aminoácidos de la patata, lo que hace a esta matriz especialmente sensible (11).
Química de Formación&nb
La acrilamida en solución acuosa se encuentra en forma cristalina. El monómero sólido es de incoloro a blanco. La forma cristalina libre es soluble en agua, metanol, etanol, dimetil éter, y acetona, y es insoluble en benceno y heptano. Su punto de fusión es a una temperatura de 84-85º C y hierve a 125º C . El monómero cristalino de acrilamida está disponible en forma esferas con el 98% y 95% de pureza. La solución acuosa al 50% es la predilecta en caso de aplicaciones en las que se tolera el agua. El monómero polimeriza en el punto de fusión o por acción de la luz ultravioleta. La acrilamida sólida es estable a temperatura ambiente, pero puede polimerizar violentamente cuando se funde o en contacto con agentes oxidantes. Cuando se calienta para descomponerla, la acrilamida emite vapores ásperos y óxidos de nitrógeno. El monómero comercial de acrilamida contiene niveles residuales de acrilonitrilo. El monómero residual de acrilamida está presente en el polímero aproximadamente en un 0,01%. (4)
Figura 1.
Varios estudios han establecido que la principal vía de formación de la acrilamida está vinculada a la reacción de Maillard, y en particular al aminoácido asparragina. El primer paso crítico es la reacción amino-carbonilo de la asparragina y el componente carbonilo, preferiblemente el a-hidroxicarbonilo como azúcar reductor, formándose el correspondiente glicoconjugado, que a elevadas temperaturas se deshidrata, formándose la correspondiente base de Schiff como intermediario clave. Tanto el compuesto glicoconjugado como la base de Schiff son relativamente estables en condiciones de baja humedad. En un sistema acuoso, sin embargo, la base de Schiff puede hidrolizarse a los precursores o recomponerse al compuesto de Amadori, el cual no es un precursor eficiente en la formación de acrilamida. (5)
Curiosamente, la fructosa genera mayor cantidad de acrilamida que la glucosa en condiciones de baja humedad.
El mecanismo vía azomethine ylides explica de forma extensa la tendencia a la formación de acrilamida, y en particular el papel del reactivo carbonilo. Sin embargo, se necesita investigar más para comprender mejor el papel del agua y del estado físico de la matriz del alimento ( amorfa versus cristalina) en la formación de acrilamida. Por tanto, la cantidad y la disponibilidad del agua puede ser un factor clave para controlar los niveles de acrilamida en los alimentos. En general, la reacción de Maillard en condiciones de baja humedad debería ser revisada, en particular los mecanismos de reacción que puede que sean distintos a los que se conocen para sistemas acuosos. (5)
al de referencia con diversas soluciones de acrilamida para dar niveles entre 775 a 1575 µg/kg. Se obtuvo una recuperación media del 98.8 ± 3.4%. La repetibilidad media del estudio fue del 3.9%, siendo aceptables los resultados.
Se determinó el límite de detección en 23 µg/kg y el de cuantificación en 92 µg/kg. Estos rangos son suficientes para la evaluación del contenido de acrilamida en patatas fritas comerciales. Sin embargo, para otro tipo de muestras es posible reducir el límite de cuantificación un 40% mediante el empleo de técnicas de preconcentración de muestra que no fueron necesarias en el estudio actual ya que todas las muestras analizadas contenían niveles de acrilamida superiores al límite de cuantificación. En la literatura científica pueden encontrarse desarrollos analíticos para reducir los límites de detección a 0.1 µg/kg o incluso menores. Sin embargo, a efectos prácticos para un con control rápido no es necesario bajar a esos niveles siempre y cuando se mantengan los límites apropiados de calidad en los resultados (precisión y exactitud).
.
|
Figura. 3. Distribución en caja de los niveles de acrilamida en patatas fritas comercializadas en la Comunidad de Madrid. |
La figura 3 muestra en un diagrama de cajas la distribución de los niveles de acrilamida en patatas fritas comercializadas en la Comunidad de Madrid. Los contenidos en acrilamida variaban entre un mínimo de 211 µg/kg y un máximo de 5492 µg/kg, con un valor medio de 1484 µg/kg y mediana de 1180 µg/kg. La precisión media de los ensayos fue del 7.3%. Los valores obtenidos eran comparables a los detectados en los primeros análisis después de la crisis de la acrilamida en diversos países. Por elo, en el último informe de la Comisión de expertos de la FAO/OMS (15) se presentan unos niveles medios de acrilamida en patata frita tipo chips de 752 µg/kg (n = 3555). La distribución en gráfico de cajas de los resultados nos muestra la presencia de tres outliners. Estas muestras que se separan de la normalidad presentan valores de acrilamida muy superiores a 2500 µg/kg y es necesario actuar para reducir sus niveles (tabla 1). En otros estudios también se han encontrado muestras puntuales con niveles cercanos a 3700 µg/kg. Se reevaluaron los niveles de acrilamida en estas muestras y se volvieron a confirmar los resultados. En este caso, la utilización de la mediana es vez de la media de los resultados es mas acertada ya que no se ve influenciada por la aportación de valores anormales a la distribución de datos.
.
La figura 4 stra con mayor detalle la distrii&oae;n de los niveles de acrilamida en las patatas fritas analizadas. Se den describir zonas corresponden a tres niveles de acrilamida. La zona A o aceptable estar&iae;a comprendida en los niveles inferiores a 1000 µg/kg. Esta zona representa el 28% del total de las stras analizadas y alas de ellas con niveles aceptables, como por ejemplo la stra id20 (219 &pmn; 35.1 µg/kg). La zona B o de vigilancia estar&iae;an comprendida entre los niveles de 1000 y 2500 µg/kg. Aiae; se enmarcan la mayor parte de las stras analizadas representando 62% del total. En esta zona se deber&iae;a reevar el proceso tecnol&oae;gico aplicado reiendo la temperaa y tiempo de fria, as&iae; como seleccionara variedad de patata mas adeda. Esios recientes nos strana relaci&oae;n estrecha entre los niveles de acrilamida y los niveles de aares retores en la patata fresca (16). Variedades con menor contenido en aares retores y asparragina, generar&iae;an menores niveles de acrilamida para las mismas condiciones de fria. En este to se recomienda reir la temperaa de fria a 175ºC como m&aae;ximo, reir la relaci&oae;n de la erficie con el voen de la patata cortada, lavar la patata antes de fre&iae;r o por ejemplo, retirar las patatas fritas presenten erficies madas o sobreprocesadas. Portimo, la zona C o de actuación inmediata, estaría comprendida en niveles superiores a 2500 µg/kg. En este tipo de producto es urgente una revisión del proceso así como de la materia prima empleada.
Estrategia de minimización en la Industria
Numerosos estudios e investigaciones se están llevando a cabo para intentar reducir la acrilamida de los alimentos (8). El 20-21 de octubre de 2003 la Comisión Europea sostuvo un meeting para discutir los progresos realizados para reducir la cantidad de acrilamida que se forma en los alimentos. Entre los participantes de este meeting se encontraban representantes de diferentes sectores de la industria alimentaria, de los consumidores, de los países miembros de la UE, de la Agencia Europea de Seguridad Alimentaria y los directores generales de la Comisión Europea de protección de la salud, los consumidores, la agricultura y la investigación y centro s de Investigación. Se discutió sobre todos aquellos logros encontrados para reducir los niveles de acrilamida de los alimentos. Estos estudios han sido aplicados a productos de la patata fritos y horneados, y a los productos horneados elaborados con cereales. Algunos de estos logros pueden ser aplicados de forma inmediata, como por ejemplo, procurar no cocinar los alimentos en exceso. De este modo la cantidad de acrilamida disminuiría significativamente. (8)
Otros métodos para reducir la acrilamida requieren más investigación. El rango de productos en los que podemos encontrar acrilamida es muy amplio y los hallazgos encontrados sólo pueden ser aplicados a un número determinado de productos. También existe la necesidad de investigar factores agrícolas, como el almacenamiento y la influencia que tienen el clima y los cambios de estación en la formación de acrilamida. (8)
Los conocimientos actuales tratan de concretar estudios sobre los modelos cinéticos ( formación temperatura/tiempo, el papel del agua, eliminación competidores cinéticos de la reacción con aminoácidos y azúcares), e identificación de las limitaciones que hay que tener en las condiciones actuales del procesado de los alimentos. Entonces, se podrían divisar las medidas necesarias para intentar reducir el contenido de acrilamida tanto en productos comerciales como en los alimentos elaborados en el propio hogar. (5)
Desde un principio, ha existido por parte de sector industrial implicado una respuesta positiva con el objeto de reducir a límites técnicamente aceptables los niveles de acrilamida en sus productos (1). Se han realizado muchos trabajos sobre las patatas fritas para entender cuales son los factores críticos que deberían ser controlados o qué se podría hacer para reducir la acrilamida en este producto. Los posibles vías de reducir el contenido de acrilamida en los productos de patata suponen una combinación de medidas como por ejemplo, controlar la temperatura durante el almacenamiento de la patata cruda, la variedad y modificando las condiciones del procesado ( tiempo y temperatura) (5). En la actualidad existen diversas estrategias para reducir los niveles de acrilamida en las patatas fritas. Debemos ser conscientes de que una eliminación total es prácticamente impensable, lo que sí es posible es reducirla a niveles tecnológicamente posibles de alcanzar. Las estrategias pueden ser resumidas en tres conceptos:
1. Eliminación reducción de los reactantes
2. Bloqueo de la reacción
3. Eliminación tras el procesado
En el primer concepto, diversas investigaciones han definido las variedades de patata más aptas para la fritura, debido a los bajos niveles de azúcares reductores y asparragina libre, así como el periodo óptimo de maduración (1). En cuanto a la variedad de patata, se recomienda un máximo de 1g/ kg de azúcares reductores para minimizar la formación de acrilamida . Es importante tener en cuenta que el contenido de azúcares reductores no sólo depende de la variedad de patata, sino también de factores climáticos y de las condiciones del almacenamiento y del cultivo. Si las patatas se almacenan a una temperatura inferior a 8º C aumentará la cantidad de azúcares reductores, por tanto, a temperaturas de 8º C o superiores se reducirá la formación de acrilamida. Esto se conseguirá con éxito si además durante el almacenamiento se consigue evitar la germinación (8). También se están obteniendo avances en la maduración de la patata con asparraginasa, con el objeto de reducir los niveles de asparragina libre. El lavado previo de la patata reduce de forma significativa el contenido en azúcares reductores, lo que redunda en una menor formación de acrilamida durante la fritura. El bloqueo de la reacción es más complejo desde el punto de vista legislativo, ya que propone la incorporación de diferentes aditivos. En este concepto se está trabajando, tanto con diversos agentes antioxidantes ( presentes o no en el aceite de fritura) o la incorporación de glicina como agente competidor de la asparragina. La estrategia de eliminación de la acrilamida una vez formada es más compleja, ya que representaría un sobre coste importante y una posible modificación de las propiedades organolépticas del producto final. (1)
Disminuyendo el pH de las patatas, por ejemplo añadiendo ácido cítrico se reduce la formación de acrilamida. Sin embargo este proceso puede agriar el flavor si no se hace correctamente y también se puede enranciar el aceite. Se recomienda que en la fritura las patatas adquieran un tono amarillo y no marrón, y que la temperatura no exceda de 175º C. En cuanto las patatas orneadas la temperatura en lo hornos convencionales no debe superar los 200º C (8).
Para los alimentos elaborados a base de cereales hay que evitar hornearlos en exceso, es decir que no estén demasiado marrones, y en el caso de los productos de panadería evitar el uso de compuestos distintos al bicarbonato amónico para aumentar su volumen, siempre que sea posible y aceptable. (Acrylamide Workshop. 2003)8.
En los últimos dos o tres años se ha realizado un gran avance en el campo de investigación de la acrilamida. Se han desarrollado métodos analíticos para medir la cantidad de acrilamida en diferentes tipos de alimentos. Los principales precursores y mecanismos de formación de la acrilamida han sido identificados, lo cual ha contribuido al entendimiento de por qué encontramos esta sustancia en los alimentos y el impacto de las condiciones del procesado. Su aparición y la reactividad química de los precursores, en combinación con los parámetros óptimos del procesado, son factores importantes para minimizar la formación de acrilamida. De hecho, en algunas áreas la formación de acrilamida puede reducirse. El último logró será conseguir una reducción considerable y a su vez mantener los atributos que hacen al alimento deseable y apetecible como el flavor y el color, que pueden generarse con reacciones similares a la de Maillard. (5)
Efectos Biológicos Biomarcador
Se sabe que la exposición a la acrilamida produce daños en el sistema nervioso en humanos y animales cuando se transforma en su metabolito genotóxico que es la gliciramida . La acrilamida tanto en los humanos como en roedores se convierte en su metabolito glirciramida, la cual puede formar fuertes enlaces con el ADN y las proteínas, formándose las llamadas aducciones. La determinación del complejo que se forma entre la glirciramida y la hemoglobina, se emplea para medir la dosis de exposición al metabolito activo. La determinación de la aducción entre la acrilamida y la hemoglobina es una medida de la dosis interna de acrilamida. La relación entre las dos aducciones, describe la efectividad de la transformación al metabolito genotóxico activo. En Suecia se han llevado a cabo numerosas medidas de las aducciones acrilamida hemoglobina. También la aducción gliciramida se ha identificado en humanos. Estas investigaciones mostraron niveles significativos de aducciones de acrilamida en individuos control ( no fumadores ), los cuales en teoría no estaban expuestos a esta sustancia ( el humo del tabaco contiene acrilamida). Este descubrimiento tuvo lugar en un trabajo realizado en el Departamento de Química Medioambiental de la Universidad de Estocolmo, cuya finalidad era revelar las posibles fuentes de exposición a la acrilamida. Hoy en día se ha descubierto, que aquellos alimentos ricos en carbohidratos que son sometidos a altas temperaturas durante su procesado, pueden contener cantidades considerables de acrilamida. (6)
La acrilamida es metabolizada a su epóxido por la P450 citocromo monooxigenasa CYP2e1. La principal ruta metabólica es la conjugación de la acrilamida y la gliciramida a glutation por medio de las reacciones tipo Michael. La acrilamida es considerada también una toxina reproductiva, con propiedades mutagénicas y carcinogénicas en mamíferos de experimentación in vitro y en sistemas in vivo. La acrilamida y su metabolito forman enlaces covalentes con proteínas y ADN in vitro, pero sólo los enlaces de gliciramida se han encontrado in vivo. Enlaces específicos formados con hemoglobina se han empleado como biomarcadores, y un estudio de alimentación con ratas, realizado recientemente, ha demostrado en alimentos fritos de origen animal un enlace de acrilamida como los de la hemoglobina. (5)
Neurotoxicidad
La acrilamida produce daños en el sistema nervioso tanto en humanos como en animales , y se ha demostrado que afecta al aparato reproductor en animales de experimentación en dosis que son más elevadas a las que producen cáncer (6). Se ha comprobado que administrando repetidas dosis de acrilamida a estos animales, el resultado son daños en los nervios periféricos, como efecto más sensible, mientras que con dosis más elevadas se produce atrofia muscular y testicular, y los parámetros de eritrocitos disminuyen.(3) Los estudios realizados en animales que fueron expuestos durante un largo periodo de tiempo a la acrilamida demostraron que roedores, perros , gatos y monos desarrollaron daños en el sistema nervioso central y periférico administrándoles dosis aproximadamente similares.(6)
La neuropatía periférica también se ha visto en humanos, que por su ocupación han estado expuestos a la acrilamida. En un estudio sobre toxicidad crónica y cáncer llevado a cabo en ratas se observó que la neuropatía periférica se desarrollo con un LOAEL de 2 y un NOAEL de 0.5 mg/ Kg de peso corporal / día. El NOAEL para reducir la fertilidad era 5 mg/Kg de peso corporal/ día y en el caso de muerte del embrión 2 mg/kg de peso corporal/ día (6). El LOAEL y el NOAEL se emplea para avaluar riesgos (2).
Los estudios neurotóxicos en humanos han sido bien documentados, pero es difícil saber cuál es la dosis responsable puesto que la exposición a la acrilamida está pobremente cuantificada (6).
Carcinogénesis
De forma general, el cáncer se ha definido como una enfermedad genética producida por la acumulación de múltiples nutaciones (9). En los Países Bajos anualmente a 65.000 personas se les diagnostica cáncer. El riesgo de desarrollar algún tipo de cáncer antes de los 75 años es de un 30% en los hombres y un 23% en las mujeres. Alrededor del 75% de los hombres y el 65% de las mujeres son mayores de 60 años. Cada año unas 140.000 personas mueren, 39.000 de cáncer y unas 49.000 por enfermedad cardiovascular. Esto hace que el cáncer sea la segunda causa de muerte en los Países Bajos, tanto en hombres como en mujeres. (3)
Los modelos teóricos para predecir si se puede desarrollar el cáncer en humanos como resultado de la ingestión de acrilamida no son lo suficientemente fiables para realizar conclusiones firmes. Las investigaciones en ratas demuestran que la acrilamida tiene efectos similares que otros carcinógenos formados también por el cocinado (3). La exposición prolongada a la acrilamida ha producido el desarrollo de tumores en animales de experimentación ( ratas y ratones), ya que administrándoles acrilamida a través del agua de bebida, esta sustancia aumenta la incidencia de feocromocitomas en las glándulas adrenales de los machos, y en el caso de las hembras adenomas en la pituitaria, adenomas y adenocarcinomas mamarios, papilomas en la cavidad oral y adenocarcinomas uterinos. En ambos sexos se producen adenomas foliculares en la glándula tiroides (4) y un aumento significativo de los tumores en el sistema nerviosos central, tanto en el cerebro y como en la médula espinal. En estudios con ratones, a los que se les pintaba la piel con pintura, se encontró que la acrilamida daba lugar a tumores de piel y adenomas pulmonares (6). La Agencia Internacional de Investigación contra el Cáncer bajo supervisión de la OMS ha clasificado a la acrilamida como posible carcinógeno para los humanos, basándose en las evidencias de los estudios en animales. (3)
En humanos, los estudios realizados en trabajadores expuestos a la acrilamida por medio del aire y por contacto con la piel, no se han encontrado evidencias de desarrollo de cáncer, puesto que suelen ser difíciles de obtener. Deberíamos preguntarnos, por tanto, si es correcto afirmar que una sustancia es peligrosa para los humanos, cuando los únicos estudios realizados han sido practicados en ratas u otros animales, ya que existen ejemplos de sustancias que producen cáncer en animales, pero no en humanos. Sin embargo, un gran número de sustancias que producen cáncer en animales también lo producen en humanos. Por lo tanto, es práctico asumir que un carcinógeno en animales es potencialmente carcinogénico para humanos si no se demuestra lo contrario. (2)
La acrilamida pertenece al grupo de químicos de los que no se han identificado umbrales fiables, pero para estos carcinógenos se ha demostrado que el riesgo aumenta con la exposición a dicha sustancia. Qué supone un nivel tolerable no es una cuestión sólo científica, sino que son necesarias otras consideraciones para definir un nivel de aceptación. Riesgos bajos como menos de uno entre un millón se consideran aceptables por algunos consumidores, sin embargo para otros estas cifras son inaceptables. (3)
Los niveles encontrados de acrilamida en algunos alimentos son muy superiores a los niveles recomendados para el agua de bebida o a los niveles que se alcanzan en los alimentos por el contacto con el envoltorio o por el uso de cosméticos. Sin embargo las evidencias están incompletas. Se necesita obtener más información para un mayor entendimiento de cómo tiene lugar la formación de acrilamida en los alimentos, su impacto en nuestra salud y las medidas necesarias para reducir los niveles en los alimentos. Ahora mismo no se puede saber que tipos de cáncer provocados por la alimentación pueden atribuirse a la presencia de acrilamida en los alimentos. (2)
Dos estudios crónicos realizados en animales de experimentación en los que la acrilamida era administrada mediante el agua de bebida, aumentó la incidencia de tumores, incluyendo tumores de mama, útero, adrenales, tiroides y testículos. Por tanto la acrilamida es una sustancia que está clasificada dentro de la categoría 2 A , es decir, como “ probable carcinógeno en humanos” por la Agencia Internacional de Investigación contra el Cáncer (6). En general las organizaciones evaluadoras opinan que la acrilamida es una sustancia genotóxica y carcinogénica. Causa mutaciones genéticas, daños en el ADN tanto in vitro como in vivo. Sin embargo hay que tener en cuenta, que aunque evaluaciones recientes por cuerpos internacionales están de acuerdo en que la acrilamida es una sustancia probablemente carcinógena para los humanos, estos cuerpos concluyen en que los modelos teóricos para calcular y cuantificar el riesgo en humanos no son lo suficientemente fiables. Una de las cuestiones más importantes de porqué los modelos teóricos no pueden ser utilizados, es el limitado conocimiento sobre la biodisponibilidad de la acrilamida en los alimentos, ya que el riesgo de cáncer fue estimado en animales de laboratorio tras administrarles acrilamida mediante agua de bebida. (3) La ausencia de resultados positivos en estudios epidemiológicos no pueden ser utilizados como prueba de que los agentes genotóxicos no son capaces de producir cáncer en humanos (6)
En las investigaciones llevadas a cabo en Noruega las estimaciones cuantitativas del riesgo de contraer cáncer nos hacen suponer que no existe una dosis exacta de acrilamida que tenga un efecto cancerígeno, basándonos en los estudios practicados en ratas, a las que se les suministró acrilamida en el agua de bebida. En los cálculos del riesgo de cáncer, el Comité Científico utilizó un método de extrapolación linear empleando los marcadores tumorales T25, que ya se habían utilizado en otras valoraciones de riesgo de compuestos químicos y cosméticos en la Unión Europea. Tras los correspondientes ajustes, se estima que el riesgo de contraer cáncer ingiriendo una cantidad de acrilamida de 0,36mg/kg de peso corporal /día y durante 70 años es de 5 x 10 –3 en los hombres, lo cual se correspondería a 5 casos de cáncer por 10.000 individuos. Para el 2,5% de los hombres con grandes ingestas de este tóxico, se calculó que el riesgo era de 1,7 x 10-3. En el caso de las mujeres las cifras son algo menores, con una estimación de 0,4 x 10 –3 (4 casos cada 10.000 habitantes) con una ingesta de 0,33 mg/Kg de peso corporal. (6)
Evaluando el riesgo de contraer cáncer por la presencia de acrilamida en los alimentos, puede ser útil tener en cuenta, que la OMS ha establecido que los carcinógenos genotóxicos del agua de bebida no deben estar presentes en cantidades quengan un riesgo de contraer cáncerrior a 1 x 10 –5 (1 caso cada 100.000), que es un nivel de riesgo aceptable.
Basándonos en la ingesta media de acrilamida de los hombres ( que son el grupo de población con más riesgo), teóricamente la acrilamida de los alimentos supondría un aumento de 30 nuevos casos de cáncer al año, si toda la población consumiera una ingesta media de 0,36mg/kg de peso corporal/ día. También hay que resaltar que esta valoración no es del todo fiable, puesto que existen dudas tanto en las estimaciones de las ingestas de acrilamida, como de los métodos de valoración empleados en los animales de experimentación. Esto significa que las cifras reales puede que sean menores. Sin embargo, estas cifras nos dan una idea del posible riesgo de contraer cáncer por la exposición a la acrilamida. Se cree que aproximadamente el 30% de los casos de cáncer están relacionados con el consumo de alimentos, y que la ingesta de acrilamida representaría el 1% de todos los casos de cáncer asociados al consumo de alimentos. (6)
Actualmente, parece ser que la Unión Europea no ha aceptado todavía un método para evaluar cuantitativamente el riesgo, aunque las guías técnicas de evaluación de riesgos de sustancias químicas están bajo revisión. Desde que el marcador T25 ha sido utilizado en la UE para establecer límites de concentración de sustancias cancerígenas en preparaciones, se propuso también emplear el T25 para cuantificar riesgos mediante extrapolación linear. Este método ya ha sido utilizado muchas veces para determinar otros compuestos químicos y para ingredientes de los cosméticos.
El método empleado por el Enviromental Protection Agency (US EPA 1996)) propuso el parámetro LED10, que es el 95% del límite mínimo de seguridad que se les administra a los animales y que produce un aumento del 10% en la incidencia de tumores. Hay que tener en cuenta que ninguna de estos modelos cuantitativos tiene una fiabilidad del 100%, ya que probablemente el riesgo esté sobrestimado, y por otro lado estos modelos no tienen en cuenta que pueda haber un mayor potencial de carcinógenos en el organismo humano comparado con los animales de experimentación. (6)
El Comité Científico Europeo tiene serias dudas en cuanto a extrapolar los datos de los resultados obtenidos en animales de experimentación en compuestos genotóxicos y cancerígenos, para estimar el riesgo en humanos, ya que la exposición de los humanos es menor a la que se somete a estos animales. (9)
Tasas de ingesta
Según la OMS el riesgo de contraer cáncer mediante la ingesta de acrilamida se sitúa en 1 entre 100.000 personas expuestas, con una ingesta diaria de 1 mg / kg de peso corporal al día durante un largo periodo de tiempo. Recientemente el Comité Científico de la Autoridad Noruega de Control de Alimentos, considerando todos los datos disponibles, estima un riesgo de contraer cáncer de 1.3 entre 1000, con una ingesta de 1mg/ kg de peso corporal / día. Esto es equivalente a un riesgo de 1 entre 10.000 personas expuestas, con una ingesta de 0,08 mg/ kg de peso corporal/ día durante un largo periodo de tiempo.(3)
Se ha calculado que la exposición a la acrilamida en una muestra representativa de la población holandesa es de 0,48 mg/ Kg de peso corporal al día. Se calculó que la ingesta media era de 1,04 mg/ Kg de peso corporal al día en niños con edades comprendidas entre 1 y 6 años. La ingesta del grupo de 7 a 18 años se encuentra entre la de los niños y la del resto de la población. Existe un pequeño porcentaje de la población con una ingesta unas cuatro veces superior a la media. (3)
Consultando la FAO y la OMS, los datos que han sido encontrados de Suecia, Suiza, Reino Unido, Noruega y Estados Unidos estiman que la cantidad media de acrilamida que podría permitirse en los países desarrollados es 0,3-0,8 mg/ kg de peso corporal al día, y que se sabía con antelación que los niños tenían una exposición dos o tres veces superior a los adultos. Por tanto, los resultados hallados en este estudio de la población holandesa se corresponden a los estimados por la OMS y la FAO.
Las valoraciones de este estudio están basadas en estudios analíticos de diferentes categorías de alimentos. Recientemente, se publicaron los resultados de una valoración de la ingesta de acrilamida en un estudio de la dieta de la población suiza, realizado por duplicado. La ingesta media diaria era de 0,28 mg/ Kg de peso corporal. Esto significa que las valoraciones en el estudio de Holanda pudieron ser sobreestimadas.
La ingesta de acrilamida mediante alimentos como las patatas fritas y otros productos semejantes se atribuye más a los procesos caseros de cocinado, ya que las cantidades de acrilamida en las patatas congeladas prefritas son relativamente bajas ( 6
