Проблемы безопасности хлебобулочных изделий: акриламид

Одним из основных прав человека является доступность качественных и безопасных пищевых продуктов [1]. В России для защиты жизни и здоровья человека и будущих поколений установлены требования к показателям безопасности пищевых продуктов, которые были регламентированы СанПиН 2.3.21078.01, а затем ТР ТС 021-2011 «О безопасности пищевой продукции». К показателям безопасности хлебобулочных изделий относятся токсичные элементы и радионуклиды, а микробиологические показатели только для изделий с начинками.

В процессе выпечки хлебобулочных изделий образуется акриламид, 2-променамид (CH2=CH-CO-NH2) – опасное канцерогенное вещество, относящееся ко 2-му классу опас- ности, что доказано многочисленными исследованиями [2–4]. По данным ФАО/ВОЗ среднее употребление акриламида с пищевыми продуктами составляет 1 мкг на 1 кг массы тела в сутки, но при более высоких уровнях потребления более 4 мкг такая категория людей относится к зоне риска. В Канаде акриламид официально внесли в список токсичных веществ, который является неотъемлемой частью закона о защите окружающей среды. В США выпущено официальное руководство для пищевой промышленности по сокращению содержания акриламида в продуктах. В 2009 г. акриламид вошел в Федеральный регистр стран ЕС Food and Drug Administration как вещество, присутствие которого нежелательно в пищевых продуктах [5, 6].

По опубликованным данным [2], в хлебобулочных изделиях количество акриламида может достигать 3436 мкг/кг, а в корке ржаного хлеба - до 4640 мкг/кг [6]. В России акриламид не отнесен к показателям безопасности.

Образование акриламида в хлебобулочных изделиях и его влияние на здоровье человека

Образование акриламида в хлебобулочных изделиях связано с несколькими факторами: сырье, содержащее редуцирующие сахара и аминокислоту аспарагин; температурное воздействие выше 120 °С (при выпечке используют температуру выше 200 °С); уменьшение содержания воды в финальном этапе выпечки. Одним из основных механизмов образования акриламида считается реакция Майяра (рис. 1), но возможны и/или другие механизмы [2, 4].

Акриламид вместе с пищей за счет небольшой молекулярной массы и высокой растворимости в воде легко проникает в организм человека через желудочно-кишечный тракт. Регулярное высокое его потребление с пищей может оказать: канцерогенное и мутационное воздействие; негативное влияние на нервную систему вплоть до нейротоксического действия; развитие онкологических заболеваний - повышается риск возникновения рака груди, яичников, легких [2, 3, 7].

Влияние сырья и процесса производства на образование акриламида в хлебобулочных изделиях

Многочисленные исследования направлены на изучение факторов, снижающих образование акриламида в хлебобулочных изделиях. Установлено, что его количество в готовых изделиях зависит, как от вида и сорта используемой муки, так и степени поврежденности ее крахмальных гранул; количества соли и присутствия жиров в рецептуре [4-10, 15].

В хлебе из пшеничной муки содержание акриламида может составлять от 10 до 30 мкг/кг, а иногда меньше [4, 6, 9]. С понижением сорта муки (повышение выхода муки) количество акриламида в хлебобулочных изделиях возрастает (табл. 1).

Использование смеси ржаной и пшенич-

Рис. 1. Образование акриламида в ходе реакции Майяра

Таблица 1

Содержание акриламида в хлебе из пшеничной и ржаной муки в зависимости от условий выпечки [6]

Хлеб Акриламид, мкг/кг СВ Выпечка 240 °С 30 минут Выпечка 200 °С 35 минут Вид муки Выход муки, % корка мякиш корка мякиш Пшеничный 70 21,19 12,58 11,18 9,68 100 17,77 9,17 14,14 7,06 Ржаной 70 93,65 67,5 68,36 50,73 100 88,07 65,16 68,26 58,13 ной муки приводит к увеличению акриламида в хлебе в 3–5 раз, а только ржаной муки – еще больше [5, 6, 11]. В результате его количество может достигнуть в хлебе из ржаной муки 100 % выхода от 100 мкг/кг [6] до 4600 мкг/кг [5]. Разброс экспериментальных данных разных исследователей может быть связан со степенью поврежденности крахмальных гранул в процессе помола муки, с увеличением количества которых содержание акриламида в готовых изделиях возрастает [8, 12]. При использовании натуральных ржаных заквасок образуется меньше акриламида по сравнению с использованием сухих заквасок с лактобактериями и/или дрожжей [8], возможно, это связано с преобладанием L (+) молочной кислоты над D (-) в конце брожения [13]. На образование акриламида также оказывает влияние продолжительность брожения теста. Поэтому количество соли в рецептуре не должно превышать 2 %, так как большее ее количество угнетающе действует на дрожжи [10]. Установлено, что более длительный процесс брожения снижает содержание аспарагина до 40–60 % с одновременным увеличением редуцирующих сахаров, но при этом образование акриламида замедляется. Поэтому становится предпочтительным использование опарного способа производства [8, 10, 14]. Добавление конкурирующих с аспарагином аминокислот, например, глицина и цистеина, позволяет уменьшить образование акриламида и обеспечить формирование характерных потребительских свойств готовой продукции [10, 14]. Количество аспарагина можно снизить при добавлении в тесто фермента L-аспарагиназы, в результате действия которого образование акриламида в корке и мякише хлебобулочных изделий уменьшается на 97 и 73 %, соответственно. Но этот эффект происходит в случае использования высоких концентраций фермента (300 ед.), что удорожает продукцию. Поэтому этот метод не получил широкого распространения в хлебопекарной отрасли [2, 7, 15].

Более высокое содержание акриламида в мелкоштучных изделиях часто связывают с их меньшей массой и большей долей корки, в которой акриламид преобладает [9]. Но большее влияние оказывает рецептура, в частности высокое количество жиров [16].

Основное количество акриламида образуется в корке – более 90 %, в результате воздействия высоких температур выпечки и обезвоживания корки. Поэтому основным направлением снижения акриламида в хлебобулочных изделиях является поиск альтернативных методов выпечки. Так, введение пара в последние 5 минут выпечки, а также использование современного оборудования – конвекционных и инфракрасных печей может снизить образование акриламида в хлебобулочных изделиях на 40–60 % [6,9,10]. Понижение температуры выпечки на 40 °С с одновременным увеличением ее продолжительности на 5 минут приводит к уменьшению образования акриламида как в мякише, так и в корке [6, 17]. По данным [6], представленным в табл. 1, в пшеничном хлебе количество акриламида снижается в корке до 48 %, а в мякише – до 23 %; в ржаном хлебе – до 27 и 25 %, соответственно, в корке и мякише. Дальнейшая термическая обработка готового хлеба, например, приготовление тостов в течение 4 минут повышает количество акриламида в 7–10 раз в зависимости от исходного его количества в хлебе [17].

Влияние нетрадиционного растительного сырья на образование акриламида в хлебобулочных изделиях

Нетрадиционное растительное сырье, используемое в хлебобулочных изделиях, содержит антиоксиданты, в частности полифенолы, которые могут затормозить образование акриламида [2, 18]. Однако корреляции между количеством вносимой добавки и образующимся акриламидом установлено не было [18–20]. Увеличение количества нетрадиционного растительного сырья может приводить к снижению акриламида, но при достижении минимального значения его количество может возрастать. Так, минимальное количество акриламида в жареных хлебных палочках образуется при добавлении 1 и 0,1 % порошка листьев бамбука и экстракта зеленого чая, соответственно. Причем порошок листьев бамбука в количестве от 0,002 до 1 % оказывал уменьшающий эффект, а от 1 до 4,9 % – увеличивающий. Такая же тенденция наблюдалась и при использовании экстракта зеленого чая, но увеличение акриламида начинало происходить при добавлении его в количестве более 0,1 % [19]. В пшеничных хрустящих хлебцах экстракт зеленого чая начинал снижать образование акриламида при концентрации более 0,02 % [20].

Дискуссии на эту тему продолжаются, но основной причиной этого явления считают очень сложный состав полифенолов, входящих в добавки из растительного сырья. Они имеют различное строение и функциональные группы, которые могут реагировать с предшественниками акриламида, промежуточными звеньями реакции или самим акриламидом, приводя к уменьшению его содержания или способствуя его образованию. Некоторые из них могут связывать карбонильные группы, препятствуя образованию акриламида, а другие будут препятствовать реакции полимеризации акриламида при выпечке [4, 18]. Содержание акриламида, как конечный результат и положительных и отрицательных реакций, зависит от преобладающей реакции, в которую вступают антиоксиданты, и которая может измениться при изменении концентрации антиоксиданта. Влияние антиоксидантной активности (АОА) растительных компонентов на снижение образования акриламида в хлебобулочных изделиях остается спорным. Например, добавление в имбирные пряники 2 % корицы с АОА 971,94 μmol Trolox/g привело к увеличению образования акриламида на 29 %, а гвоздики с более низкой АОА 47,44 μmol Trolox/g – снизило на 17,3 %. В то же время добавление кориандра с АОА 15,81 повысило содержание акриламида в пряниках на 18,5 % [4]. Было проведено исследование флавонолов и его производных на образование акриламида в модельной системе (картофель, аспарагин и редуцирующие сахара), подвергнутой нагреванию. Флавонолы добавляли в количестве 1–10000 μмоль/л, но эффект снижения образования акриламида на 59,9–78,2 % установлен только при концен- трациях до 100 μмоль/л [21]. Но в эксперименте на лабораторных животных (крысах) доказано, что при одновременном потреблении с пищевыми продуктами кверцитина и акриламида токсичное действие последнего снижается [3].

Взаимосвязь антиоксидантов с окислительными процессами и образованием акриламида подтверждают исследования количества акриламида в жирах при нагревании. Чем больше ненасыщенных жирных кислот в жирах и активнее окисление при их нагревании, тем больше образуется акриламида. Так, в соевом масле при нагревании образуется практически в 2 раза больше акриламида, чем в пальмовом олеине, 2447 нг/г и 1442 нг/г, соответственно, а в топленом масле всего лишь 211 нг/г [16]. Нагревание модельной системы из сахара и жиров в зависимости от вида последнего приводило к разному уровню образования акриламида. В системе с подсолнечным маслом с преобладанием линолевой кислоты образование акриламида было выше на 30 %, чем в системе с пальмовым маслом, содержащем из антиоксидантов преимущественно токотриенолы [7].

Потребление акриламида с хлебобулочными изделиями

По данным шведских ученых, представленных на официальном сайте [22], содержание акриламида в хлебобулочных изделиях колеблется от 10 до 59 мкг/кг в зависимости от вида изделий (рис. 2), и в несколько раз ниже по сравнению с мучными кондитерскими изделиями (печенье, крекеры, бисквиты). Исследования по содержанию акриламида в

Рис. 2. Содержание акриламида в хлебобулочных изделиях различной рецептуры по данным [23]

хлебобулочных изделиях в России отсутствуют.

Наиболее высокое содержание акриламида из представленных данных у хлебобулочных изделий с использованием многозерновых смесей (хлеб 7 злаков, 9 злаков, цельнозерновой). Картофельные или кукурузные хлопья в рецептуре изделий повышают количество акриламида в 1,5-2 раза по сравнению с традиционным хлебом. Опубликованы исследования количества акриламида в сладких булочках [23]. При добавлении сахара в булочки в количестве 12 % содержание акриламида составляет в мякише 143 мкг/кг, а в корке - 729 мкг/кг. При хранении хлебобулочных изделий в течение 10 суток изменений в содержании акриламида не установлено, но при хранении хрустящих ржаных хлебцев в течение 20 месяцев [4].

В России на долю хлебобулочных изделий из пшеничной муки приходится 46,5 %, из смеси ржаной и пшеничной муки - 28,3 %, из ржаной - 4,8 %, сдобных - 4,5 %, но может меняться в зависимости от региона. В Москве потребление хлебобулочных изделий меньше, чем по России на 8 %, а в Челябинской области, наоборот, больше - на 6 %. В Санкт-Петербурге потребление хлебобулочных изделий еще меньше, даже по сравнению с Москвой на 20 % [24, 25]. Поэтому количество поступающего акриламида с хлебобулочными изделиями в организм человека зависит от его места проживания. С учетом анализа потребительских предпочтений [24] было рассчитано усредненное количество акриламида, поступающее в организм человека за счет употребления различных хлебобулочных изделий (табл. 2). Из-за отсутствия данных по предпочтениям потребления сдобных изделий в различных регионах, в расчете было использовано среднее значение по России.

Наибольшее потребление акриламида в год на человека за счет хлебобулочных изде- лий в Челябинске связано с большими объемами их потребления в целом, а в Санкт-Петербурге - с предпочтениями изделий с использованием ржаной муки и зерновыми добавками.

С учетом, что потребление акриламида с пищей в количестве 1 мкг/кг массы тела в сутки не наносит вред человеку и считается допустимым, было проведено сравнение с теоретически рассчитанными [2]. При условном предположении, что средняя масса тела человека составляет 70 кг, то в сутки за счет хлебобулочных изделий потребление акриламида, мкг/кг, составляет: в целом по России -0,08-0,13; в Москве - 0,07-0,11; Санкт-Петербурге - 0,08-0,12; Челябинске - 0,090,15. Даже максимальное количество акриламида из вышеприведенных данных не превышает 15 % от нормального потребления с пищей. Отсюда следует вывод, что хлебобулочные изделия не являются основными поставщиками акриламида в организм человека. Но использование факторов, уменьшающих образование акриламида в процессе производства хлебобулочных изделий, будет способствовать снижению поступления его количества в целом в организм человека.

Заключение

Образование акриламида в хлебобулочных изделиях зависит от вида и качества основного сырья, технологии производства (брожения теста, условий выпечки). Хлебобулочные изделия из ржаной муки 100 % выхода и сдобные булочные изделия характеризуются наиболее высоким содержанием акриламида с преобладанием в корке. Снизить образование акриламида могут меньшая степень поврежденности крахмальных гранул, замена аспарагина глицином или цистеином, количество соли в рецептуре.

Регулирование режимов выпечки (увлажнение пекарной камеры в последние 5 минут

Таблица 2

Предполагаемое потребление акриламида, мг/кг, жителем России в год за счет хлебобулочных изделий

Место проживания Хлебобулочные изделия с использованием ржаной муки пшеничные зерновые сдоба всего Россия 1,25-1,75 0,29-0,88 0,13-0,19 0,48 2,15-3,30 Москва 0,82-1,12 0,33-1,00 0,11-0,17 0,45 1,71-2,74 Санкт-Петербург 1,40-1,95 0,15-0,47 0,18-0,28 0,36 2,09-3,06 Челябинск 1,19-1,67 0,46-1,38 0,15-0,23 0,60 2,40-3,88 выпечки; снижение температуры выпечки) и использование конвекционных и инфракрасных печей может приводить к снижению акриламида в хлебобулочных изделиях на 40–60 %.

Использование нетрадиционного растительного сырья в производстве хлебобулочных изделий может приводить как к увеличению, так и снижению образования акрила- мида, что связано с количественным и качественным составом антиоксидантов.

Потребление акриламида жителями России за счет хлебобулочных изделий зависит от потребительских предпочтений и варьирует от региона проживания, но его вклад не превышает 15 % от нормального потребления с пищей, установленного ФАО/ВОЗ.