LA SOSTANZA CHIMICA SI FORMA

NATURALMENTE NEI PRODOTTI ALIMENTARI AMIDACEI

DURANTE LA NORMALE COTTURA AD ALTE TEMPERATURE

THE CHEMICAL FORMS NATURALLY IN STARCHY FOOD PRODUCTS

DURING REGULAR COOKING AT HIGH TEMPERATURES

L’acrilammide è un composto organico che si forma negli alimenti amidacei trattati ad alte temperature e può causare effetti tossici; per questo motivo, è stata classificata come “probabile cancerogeno per l’uomo” (Iarc, 1994). L’acrilammide, o 2-propenammide, è un composto organico, con formula molecolare C3H5NO (Figura 1). Si presenta come un solido cristallino, di colore bianco e ha un peso molecolare pari a 71.08 kDa. Il suo punto di fusione è circa 84,5 ± 0,3 °C, ha una bassa pressione di vapore (0,007 mmHg a 25 °C) e un elevato punto di ebollizione, corrispondente a 136 °C a 3,3 KPa/25 mmHg. Inoltre, la sua solubilità in acqua è estremamente elevata (215,5 g/100 mL a 30 °C) (Keramat et al., 2011). A causa del suo basso peso molecolare e la sua elevata solubilità in acqua, l’acrilammide può facilmente contaminare le acque sotterranee e infiltrarsi attraverso le membrane biologiche negli organismi viventi. Livelli apprezzabili di acrilammide, possono essere riscontrati, oltre che nel fumo rilasciato dalle sigarette, anche come contaminante ambientale, dato che i polimeri dell’acrilammide trovano un’ampia gamma di applicazioni come flocculanti per il trattamento dei reflui e come coadiuvanti nell’industria tessile e cosmetica (Esposito et al., 2017).

Acrilammide negli alimenti

La presenza di acrilammide negli alimenti è stata segnalata per la prima volta dalla Swedish National Food Agency per l’alimentazione e dall’Università di Stoccolma

REALIZZAZIONE DI SILOS IN CALCESTRUZZO ARMATO PER LO STOCCAGGIO DI PRODOTTI FARINACEI

RIVESTIMENTI DI CELLE E SILOS CON RESINE EPOSSIDICHE CERTIFICATE PER IL CONTATTO CON ALIMENTI

RIVESTIMENTI DI PAVIMENTI CON RESINE MULTISTRATO E AUTOLIVELLANTI

TINTEGGIATURA SUPERFICI INTERNE ED ESTERNE DI OPIFICI INDUSTRIALI

RINFORZI E MIGLIORAMENTI SISMICI MEDIANTE L’USO DI INTONACI ARMATI, NASTRI IN FRP E STIRATURE ARMATE s.p. Andria-Trani km 1,500 Andria (BT) t 0883.251661 info@pi-sa.it www.pi-sa.it nell’aprile 2002, che hanno riferito che alcuni alimenti amidacei come patate e cereali, trattati ad alte temperature, presentavano livelli elevati di acrilammide (Keramat et al., 2011). I ricercatori, inizialmente, investigarono su un caso avvenuto nel 1997, quando in Svezia ci fu un’enorme perdita d’acqua durante la costruzione di un tunnel e, in queste circostanze, un gran numero di pesci morì e alcuni bovini, allevati nelle zone limitrofe al tunnel, furono trovati paralizzati. Fu scoperto che le mura del tunnel contenevano acrilammide monomerica e, la dispersione di questo composto nell’ambiente, fu considerata la causa dei problemi precedentemente descritti. Inoltre, attraverso il dosaggio di un addotto, ovvero un prodotto di reazione tra acrilammide ed emoglobina, nel sangue dei lavoratori del tunnel, si arrivò alla conclusione che essi avessero sviluppato sintomi simili a quelli segnalati per avvelenamento da acrilammide. Come conseguenza della contaminazione ambientale, furono analizzati molti degli alimenti prodotti nell’area interessata, ma nessuno risultò contaminato da acrilammide. Questa vicenda spinse i ricercatori a pensare che l’acrilammide potesse essere veicolata dagli alimenti e, infatti, Tareke et al. (2000), in seguito ai loro studi, segnalarono che topi alimentati con prodotti fritti, presentavano nel loro sangue l’addotto Hb-acrilammide. Solo nel 2002, la Swedish National Food Agency annunciò ufficialmente che alimenti cotti e trattati ad alte temperature contenevano livelli relativamente alti di acrilammide. Infatti, è stato dimostrato che l’acrilammide non è presente negli ingredienti crudi, come le patate o i cereali ma, si forma in alimenti

L’ACRILAMMIDE SI FORMA IN ALIMENTI RICCHI IN CARBOIDRATI

ricchi in carboidrati, trattati a temperature elevate come quelle incontrate durante la frittura, la cottura alla griglia o al forno e durante la tostatura. Prodotti alimentari trattati termicamente e derivati da ingredienti vegetali quali patate e cereali, tendono a contenere le più alte quantità di acrilammide, la cui concentrazione, in alcuni casi, supera i 500 µg/kg. L’ampia ricerca condotta sulla formazione di acrilammide nei prodotti alimentari trattati ad alte temperature ha concluso che il principale meccanismo di formazione di questo composto organico coinvolge la reazione di Maillard e ha come precursori gli amminoacidi e gli zuccheri riducenti. L’asparagina è ritenuta il principale aminoacido coinvolto nella formazione di acrilammide in prodotti alimentari trattati ad alte temperature e in presenza di zuccheri riducenti (Mottram et al., 2002). L’acrilammide può essere introdotta nell’organismo tramite assunzione orale o inalazione e, una volta assorbita, viene convertita in glicidamide, un metabolita epossidico reattivo ritenuto responsabile degli effetti genotossici associati all’esposizione all’acrilammide. Dal momento in cui è stata segnalata una correlazione tra esposizione all’acrilammide e un possibile rischio per la salute, sono state fat- te numerose stime sui livelli di assunzione nella dieta di diverse popolazioni ed è stata riscontrata una grande variabilità in funzione delle abitudini alimentari dei diversi individui costituenti le popolazioni. Nel 2015, il gruppo di esperti scientifici sui contaminanti nella catena alimentare (gruppo Contam) dell’Autorità europea per la sicurezza alimentare (Efsa), ha emanato un parere sull’acrilammide. Sulla base degli studi effettuati su animali, l’Autorità conferma che l’acrilammide negli alimenti può aumentare il rischio di sviluppare un cancro per i consumatori in tutte le fasce d’età, anche se, i bambini risultano essere la fascia di popolazione più esposta, in base al peso corporeo, probabilmente a causa dell’elevato consumo in alimenti ricchi di acrilammide, come le patatine fritte (Efsa, 2015). Inoltre, gli esperti dell’Efsa hanno stimato l’intervallo di dosaggio entro il quale è probabile che l’acrilammide causi una lieve ma misurabile incidenza di tumori (“effetti neoplastici”) o di altri potenziali effetti avversi (neurologici, sullo sviluppo pre e postnatale e sul sistema riproduttivo maschile). Il limite inferiore di questo intervallo viene detto limite inferiore dell’intervallo di confidenza relativo alla dose di riferimento (BMDL10). Per i tumori gli esperti hanno scelto un BMDL10 di 0.17mg/kg pc/giorno. Per altri effetti, i mutamenti neurologici più pertinenti al caso sono stati osservati con un BMDL10 di 0.43 mg/kg pc/giorno. Confrontando il BMDL10 all’esposizione umana all’acrilammide, gli scienziati sono in grado di indicare un “livello di allarme per la salute” noto come “margine di esposizione”. Tenendo conto delle conclusioni a cui è arrivata l’Efsa in merito agli effetti cancerogeni dell’acrilammide, le imprese del settore alimentare dovrebbero stabilire opportune misure di attenuazione al fine di ridurre i livelli di acrilammide. Queste misure possono essere apportate applicando procedure basate sui principi dell’analisi dei pericoli e pun- ti critici di controllo (Haccp). Come indicatori per verificare l’efficacia delle misure di attenuazione, la Commissione europea ha evidenziato dei livelli di riferimento per l’acrilammide in vari prodotti alimentari. Quelli più recenti sono riportati in Tabella e sono stati stabiliti nel Regolamento dell’Unione europea (2017/2158). Il Regolamento si applica agli operatori del settore alimentare (Osa) che producono e immettono sul mercato i seguenti prodotti: pane e prodotti da forno, cereali per la colazione, alimenti per l’infanzia e prodotti alimentari processati a base di cereali per bambini piccoli. Gli Osa contemplati dal Regolamento, devono identificare, a seconda della tipologia di attività svolta, le fasi di trasformazione in cui è possibile che avvenga la produzione di acrilammide e devono determinare, nell’ambito dell’analisi dei rischi, adeguate misure di contenimento.

Strategie di mitigazione dell’acrilammide nei prodotti da forno

La riduzione degli zuccheri e l’asparagina libera, che sono i principali precursori dell’acrilammide negli alimenti, è volta alla riduzione della formazione di acrilammide nel prodotto finito. Nel corso degli anni, sono stati messi in pratica molti tentativi per mitigare la formazione dei prodotti tossici della Reazione di Maillard negli alimenti trasformati, in particolare la selezione delle materie prime più adatte, le modifiche nella formulazione delle ricette e l’ottimizzazione delle tecnologie di processo (Kumar et al., 2014). Numerose strategie per mitigare la formazione di acrilammide sono state studiate e incluse nel “Acrylamide Toolbox” (linee guida per la riduzione di acrilammide) pubblicato da Food Drink Europe nel 2019 e, tra queste, figura l’utilizzo di varietà di cereali a basso contenuto di asparagina. I cereali sono uno dei principali alimenti consumati in tutto il mondo e, inoltre, sono alla base della produzione di molti prodotti da forno come pane, pizza, biscotti e crackers. I cereali integrali, in particolare, sono ricchi in fibra, la quale può rallentare il rilascio di glucosio nel sangue, associato al mantenimento ottimale dell’equilibrio glucosio-insulina. È stato dimostrato che, un maggiore apporto di cereali inte- grali nella dieta, è associato a una riduzione del rischio di incidenza di malattie cardiovascolari, del diabete di tipo 2 e dell’obesità. Però, la fibra alimentare è concentrata negli strati più esterni della cariosside, ovvero nella crusca, la quale risulta essere la principale risorsa per la produzione dei precursori dell’acrilammide in alimenti trasformati a base di cereali integrali. Infatti, è stato visto che, nelle stesse condizioni di cottura, il pane ottenuto con farina di frumento integrale presenta una maggiore concentrazione di acrilammide, rispetto al pane ottenuto con farina raffinata, quindi priva di crusca. È stato dimostrato che, l’asparagina si accumula nei grani di frumento soprattutto in risposta a diversi stimoli stressori come malattie, mancanza di acqua e nutrienti, in particolare quando l’azoto è abbondante, ma non tanto da garantire adeguati livelli proteici, a causa della carenza degli altri minerali. In effetti, si suggerisce di ridurre al minimo indispensabile l’utilizzo di fertilizzanti azotati, durante il ciclo produttivo dei grani di frumento ma, si raccomanda l’utilizzo di fertilizzanti a base di zolfo, per evitarne carenze, e l’uso di fungicidi per prevenire eventuali malattie (FoodDrinkEurope, 2019). In particolare, un eccesso in azoto influenza l’espressione del gene che regola la produzione di asparagina in molte specie di grani di frumento e, inoltre, l’applicazione massiva di fertilizzanti azotati compromette sia la sicurezza alimentare sia numerosi aspetti ambientali. Nel complesso, le strategie di gestione delle colture sono cruciali per mantenere più bassi i livelli di asparagina, anche se, l’accumulo di questo aminoaci-

TRA LE STRATEGIE ANCHE L’USO DI CEREALI CON POCA ASPARAGINA

do, è influenzato, non solo da fattori gestionali come, condizioni di crescita, epoca del raccolto e condizioni di stoccaggio post raccolta, ma anche dalla varietà e dal genotipo. Quindi una buona strategia di mitigazione dell’asparagina nei grani di frumento potrebbe essere l’integrazione tra corrette tecniche gestionali e selezione del genotipo.

Poiché l’asparagina incide notevolmente sull’entità della formazione di acrilammide nei prodotti da forno, la sua minimizzazione nell’impasto crudo, presenta un potenziale logico e un positivo approccio risolutivo. Difatti, un ulteriore metodo per ridurre il contenuto di acrilammide nei prodotti da forno qual è il pane, è l’utilizzo dell’enzima asparaginasi che idrolizza l’asparagina in acido aspartico e ammoniaca riducendo così con successo i livelli di acrilammide nel prodotto finale (Regolamento Ue 2158/2017). L’approccio enzimatico per modificare le vie di reazione di formazione dell’acrilammide è stato proposto per la prima volta da Amrein et al. (2014). Questo approccio è considerato efficace perché l’asparagina non è considerata un fattore importante per il sapore e il colore complessivo dei cibi cotti, quindi la sua idrolisi non comporta una modifica delle proprietà sensoriali del prodotto.

Per Ridurre

Patate fritte a bastoncino pronte per il consumo

Patatine (chips) a base di patate fresche e a base di pasta di patate

Cracker a base di patate

Altri prodotti a base di pasta di patate

Nell’esperimento di Kumar et al. (2014) l’enzima L-asparaginasi è stato mescolato all’impasto in modo tale che questo idrolizzasse la L-asparagina presente nell’impasto rendendola non più disponibile per la Reazione di Maillard. I risultati di analisi del pane cotto hanno dimostrato che quando il pane è stato preparato con l’aggiunta di enzima si assiste a una riduzione dell’acrilammide nel prodotto, infatti la riduzione aumenta all’aumentare della concentrazione dell’enzima. Inoltre, è da tener in conto che una lunga fermentazione dell’impasto con il lievito può ridurre gli zuccheri riducenti che sono gli altri precursori dell’acrilammide. Ma alcuni ingredienti, come il bicarbonato di ammonio (sale acido dell’ammoniaca e sale acido di carbonio), durante la cottura di prodotti a base di cereali possono aumentare la formazione di acrilammide (dolci e biscotteria). Questo succede a causa della maggiore reattività alla formazione di composti carbonilici. L’impiego di sodio idrogeno carbonato meglio conosciuto come bicarbonato di sodio, come agente di cottura alternativo, riduce invece il contenuto di acrilammide di oltre il 60%. Analogamente, l’uso di saccarosio piuttosto che del miele o dello sciroppo di zucchero invertito (glucosio + frut-

• Amrein, T.M., Schönbächler, B., Escher, F., and Amadò, R. (2004), Acrylamide in gingerbread: critical factors for formation and possible ways for reduction, “Journal of agricultural and food chemistry”, 52 (13), pp. 4282-4288.

• Commission Regulation (EU) 2017/2158, Establishing mitigation measures and benchmark levels for the reduction of the presence as acrylamide in food, “Official Journal of the European Union”, 60, pp. 24-44.

• Esposito, F., Nardone, A., Fasano, E., Triassi, M., Cirillo, T. (2017), Determinazione dei livelli di acrilammide nelle patatine e altri snack e valutazione del rischio di

Pane morbido a) Pane a base di frumento b) Pane morbido diverso dal pane a base di frumento

Cereali per la prima a) del caffè contenenti esclusivamente cereali b) succedanei del caffè costituiti da una miscela di cereali e cicoria c) succedanei del caffè contenenti esclusivamente cicoria la prima infanzia, alimenti trasformati a base di cereali destinati lattanti e ai bambini nella prima infanzia, esclusi biscotti e fette biscottate e fette biscottate destinate ai lattanti e ai bambini nella prima infanzia (3) tosio) contribuisce a ridurre la formazione di acrilammide nei biscotti, nel pane e nei dolci. In conclusione, l’ottimizzazione delle tempistiche del processo di cottura, in base alla specificità del prodotto, si

(1) Cereali non integrali e/o non a base di crusca. Il cereale presente nella quantità maggiore determina la categoria.

(2) Il livello di riferimento da applicare ai succedanei del caffè costituiti da una miscela di cereali e cicoria prende in considerazione la proporzione relativa di questi ingredienti nel prodotto finale.

(3) Secondo la definizione del regolamento (Ue) n. 609/2013.

Bibliografia

esposizione attraverso un approccio del margine di esposizione, “Tossicologia alimentare e chimica”, 108, pp. 249-256.

• European Food Safety Agency (Efsa) (2015), Outcome of the public consultation on the draft Scientific Opinion of the Efsa Panel on Contaminants in the Food Chain (CONTAM) on acrylamide in food, “Efsa Supporting Publications”, 12 (6), 817E.

• Keramat, J., LeBail, A., Prost, C. Jafari, M. (2011), Acrylamide in baking products: A review, “Article” (4), pp. 530-543.

• Kumar N.M., Shimray C.A., Indrani D., Manonmani H.K. (2014), Reduction of acrylamide formation in sweet bread with L-asparaginase treatment, “Food and aggiunge agli approcci metodologici più percorribili sopracitati per ridurre il fenomeno, abbassandone i livelli.

Clelia Covino

bioprocess technology”, 7 (3), pp. 741748.

• Mottram, D.S., Wedzicha, B.L. & Dodson, A.T. (2002), Acrylamide is formed in the Maillard reaction, “Nature”, 419, pp. 448-449.

• Tareke, E., Rydberg, P., Karlsson, P., Eriksson, S., Törnqvist, M. (2000), Acrylamide: a cooking carcinogen?, “Chemical research in toxicology”, 13 (6), pp. 517-522.

• Who (2005), Summary report of the sixty-fourth meeting of the Joint FAO/ WHO expert committee on food additive (JECFA), Rome, Italy: The ILSI Press International Life Sciences Institute. Washington, DC, pp. 1e47.