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.
| Strukturformel | |||||||||||||||||||
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| Allgemeines | |||||||||||||||||||
| Name | Acrylamid | ||||||||||||||||||
| Andere Namen |
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| Summenformel | C3H5NO | ||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung |
farb- und geruchlose Kristalle[1] | ||||||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||||||||
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| Eigenschaften | |||||||||||||||||||
| Molare Masse | 71,08 g·mol−1 | ||||||||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||||||||||||
| Dichte |
1,13 g·cm−3[1] | ||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | |||||||||||||||||||
| Siedepunkt | |||||||||||||||||||
| Dampfdruck | |||||||||||||||||||
| Löslichkeit | |||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||
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| Zulassungsverfahren unter REACH |
besonders besorgniserregend: krebserzeugend, erbgutverändernd (CMR)[4] | ||||||||||||||||||
| MAK |
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| Toxikologische Daten | |||||||||||||||||||
| Thermodynamische Eigenschaften | |||||||||||||||||||
| ΔHf0 |
−212,1 kJ/mol[6] | ||||||||||||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||||||||||||||
Darstellung und Gewinnung
Die gezielte chemische Synthese von Acrylamid erfolgt durch Hydrolyse von Acrylnitril mit Kupferkatalysatoren oder durch enzymatische Hydrolyse:
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.[7]
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 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 („no measurable impact“), das Darmkrebsrisiko nahm mit zunehmenden Acrylamidgehalten in der Nahrung sogar ab.[8] 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.[9]
Acrylamid in Lebensmitteln
Acrylamid wurde wiederholt seit Juni 2000 von schwedischen Wissenschaftlern in verschiedenen Lebensmitteln (insbesondere in stärkehaltigen und stark erhitzten Lebensmitteln wie Pommes frites) nachgewiesen.[10][11][12]
Einer Studie der Medizinischen Hochschule Hannover zufolge wurde nur bei Personen, die mehrmals pro Woche Pommes frites oder Kartoffelchips essen, ein erhöhter Acrylamidspiegel im Blut festgestellt. Dieser sei jedoch „gering und aus wissenschaftlicher Sicht nicht signifikant“. Dafür waren Raucher deutlich höher belastet. 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.“[9]
Entstehung in Lebensmitteln
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.[13]
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. In einem Test der Zeitschrift Ökotest lag von 28 getesteten Produkten eines über dem Signalwert für Acrylamid.[14]
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.[15]
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.[16]
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.[17]
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.[18] 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[19] 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.[20]
Gefährlichkeitsmerkmale
Acrylamid besitzt eine merkliche akute orale Toxizität. Beim gewerblichen Umgang mit der Substanz sind dementsprechende Vorsichtsmaßnahmen zu beachten. Für den Transport gelten ähnliche Vorschriften, dabei wird der Stoff durch die UN-Nummer 2074 identifiziert.
Obwohl die Internationale Agentur für Krebsforschung 1994 festhielt, dass keine hinreichenden Belege für menschliche Karzinogenität von Acrylamid vorhanden seien, wurde Acrylamid aufgrund der Laboruntersuchungen an Ratten und Mäusen als wahrscheinlich krebserzeugend eingestuft.[21]
Die WHO gibt als allgemeine Empfehlung zu Acrylamid folgende Erklärung ab: „Es gibt nicht genügend Anhaltspunkte über den Acrylamidgehalt in verschiedenen Lebensmitteln um eine allgemeine Empfehlung für die Vermeidung irgendeines Nahrungsmittels abgeben zu können.“[22]
Das Bundesinstitut für Risikobewertung hält fest,
„a) aufgrund dieser uneinheitlichen Ergebnisse der in die Bewertung eingeschlossenen Studien kann weder angenommen noch ausgeschlossen werden, dass es kausale Zusammenhänge zwischen der Acrylamidaufnahme und einer Krebsentstehung beim Menschen gibt.“
„b) Festzustellen ist in diesem Kontext, dass epidemiologisch bisher kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Krebserkrankungen und der Acrylamid-Exposition nachgewiesen werden konnte. Möglicherweise ist das Risiko einer Krebsentstehung – sofern beim Menschen vorhanden – bei der gegebenen Exposition praktisch kaum nachweisbar.“
Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) veröffentlichte im Juni 2015 ein wissenschaftliches Gutachten zu Acrylamid in Lebensmitteln. Demnach liefern Tierstudien Beweise für eine genotoxische und krebserregende Wirkung. Hinweise aus Humanstudien, dass die gegenwärtige Exposition Krebs verursacht, seien derzeit noch begrenzt und nicht schlüssig. Da Acrylamid sich in einer Vielzahl alltäglicher Lebensmittel findet, betrifft dieses Gesundheitsproblem alle Verbraucher, wobei Kinder (bezogen auf ihr Körpergewicht) die exponierteste Altersgruppe sind. Die Lebensmittel mit dem größten Beitrag zur Acrylamidexposition sind frittierte Kartoffelerzeugnisse, Kaffee, Kekse, Cracker, Knäcke- und Toastbrot.[23]
Eine 2003 im British Journal of Cancer veröffentlichte Studie kam zu dem Schluss, dass Acrylamid in der Nahrung das Krebsrisiko beim Menschen nicht signifikant erhöht und dass das Darmkrebsrisiko bei Menschen, die Acrylamid-haltige Lebensmittel zu sich nehmen sogar geringfügig geringer ist.[24]
Im Jahr 2015 wurde am Mario Negri Institute for Pharmacological Research in Mailand eine Meta-Studie zum Thema Acrylamid und Krebsgefahr veröffentlicht, die 32 Studien zum Thema auswertete. Das Ergebnis dieser Meta-Studie lautet: „Die systematische Überprüfung und Meta-Analyse epidemiologischer Studien zeigt, dass Acrylamid nicht mit dem Risiko der häufigsten Krebserkrankungen zusammenhängt.“[25]
Acrylamidrechner
Eine annähernde Berechnung der individuell aufgenommenen Dosis bei Eingabe der Essgewohnheiten ermöglicht das BfR-Acrylamidrechenprogramm des Bundesinstituts für Risikobewertung.[26]
Siehe auch
Einzelnachweise
- Eintrag zu Acrylamid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016. (JavaScript erforderlich)
- Eintrag zu Acrylamid. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 25. Mai 2014.
- Eintrag zu Acrylamide im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
- Eintrag in der SVHC-Liste der Europäischen Chemikalienagentur, abgerufen am 16. Juli 2014.
- Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte, abgerufen am 2. November 2015.
- David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances, S. 5-23.
- 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.
- 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.
- Pressemeldung der Medizinischen Hochschule Hannover: Acrylamid im Blut: Rolle des Ernährungsverhaltens unklar. 5. Oktober 2005, abgerufen am 6. Februar 2020.
- 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: Kartoffel: Acrylamid – Viel Rauch um nichts (Memento vom 24. November 2007 im Internet Archive) In: EU.L.E.n-Spiegel. 02/2006.
- 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.
- Ökotest 7/2008, S. 22–26.
- Wie Schwefel im Boden Acrylamid im Brot verringert. In: wissenschaft.de. 2. April 2007, abgerufen am 8. September 2019.
- M. Raters, R. Matissek: Das Minimierungskonzept von Acrylamid bei Kartoffelchips: Eine nachhaltige Erfolgsgeschichte. In: Lebensmittelchemie. Nr. 64, 2010, S. 40–41.
- M. Raters, R. Matissek: 10 Jahre Acrylamid – Rückblick und Status quo. In: Deutsche Lebensmittel Rundschau. Nr. 108, 2012, S. 184–189.
- EU verbietet starkes Frittieren von Pommes, Spiegel Online, 10. April 2018
- Volltext der Verordnung (EU) 2017/2158
- Quellen für Acrylamid in Kosmetika. (PDF; 8 kB). Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR), 2003.
- Acrylamide (PDF; 3,2 MB). In: Monographs on the Evaluation of Carcinogen Risk to Humans: Some Industrial Chemicals. No. 60, International Agency for Research on Cancer, Lyon.
- Frequently asked questions – acrylamide in food (Memento vom 20. Dezember 2013 im Internet Archive), Antwort zu Frage 4, Abs. 3.
- Acrylamid in Lebensmitteln ist ein Problem für die öffentliche Gesundheit. EFSA, 4. Juni 2015.
- 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. Band 88, Nummer 1, Januar 2003, S. 84–89, doi:10.1038/sj.bjc.6600726. PMID 12556964, PMC 2376776 (freier Volltext).
- C. Pelucchi, C. Bosetti, C. Galeone, C. La Vecchia: Dietary acrylamide and cancer risk: an updated meta-analysis. In: International Journal of Cancer. Band 136, Nummer 12, Juni 2015, S. 2912–2922, doi:10.1002/ijc.29339. PMID 25403648 (Review).
- Bundesinstitut für Risikobewertung: Expositionsabschätzung Acrylamid.
Literatur
- Anonymus: Acrylamid in Lebensmitteln – ernstes Problem oder überschätzte Gefahr? In: Umweltmedizin in Forschung und Praxis. 5/7/2002, S. 288, ISSN 1430-8681
- Thomas Schettgen, Hans Drexler, Jürgen Angerer: Acrylamid in der deutschen Allgemeinbevölkerung – eine Abschätzung der täglichen Aufnahme. In: Umweltmedizin in Forschung und Praxis. 6/7/2002, S. 331–336, ISSN 1430-8681
- S. Madle, L. Broschinski, O. Mosbach-Schulz, G. Schöning, A. Schulte: Zur aktuellen Risikobewertung von Acrylamid in Lebensmitteln. In: Bundesgesundheitsblatt Gesundheitsforschung Gesundheitsschutz. 46/2003, S. 405–415.
- Chip companies settle acrylamide lawsuit in California
- Omas Plätzchen sind die besten! Warnungen vor hohen Backtemperaturen sind überflüssig
Weblinks
- Signalwerte und aktuelle Untersuchungsergebnisse
- Krebserregendes Glycidamid in Chips und Pommes – NZZ Online, 18. August 2008
- CIAA Acrylamide Toolbox. (PDF; 265 kB) Europäischen Verband der Lebensmittelindustrie (CIAA), Dezember 2007, abgerufen am 27. August 2011 (englisch): „The CIAA “Toolbox” reflects the results of several years of industry cooperation to understand acrylamide formation and potential intervention steps.“
- Scientific Opinion on acrylamide in food. In: EFSA Journal. 13, 2015, S. 4104, doi:10.2903/j.efsa.2015.4104.
- Acrylamid – Informationen des Bundesamts für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen