Acrylamid

Beschreibung

Acrylamid wurde erstmals vor gut 50 Jahren synthetisiert. Es liegt bei Zimmertemperatur als weißlich durchscheinendes Kristallpulver vor und ist gut wasserlöslich. Durch Vernetzung zahlreicher Acrylamid-Moleküle ("Monomere") entsteht das ungiftige Polymer Polyacrylamid. Manche Polyacrylamid-Produkte können noch Spuren des Acrylamid-Monomers enthalten. Größere Bekanntheit erhielt Acrylamid in 2002 durch  eine schwedische Studie zum Acrylgehalt von Lebensmitteln.

Vorkommen/Verwendung

In der Bundesrepublik werden jährlich etwa 20.000 Tonnen Acrylamid produziert, die fast ausschließlich zur Herstellung von Polyacrylamid dienen. Die folgende Aufstellung gibt einen Überblick über wichtige Polyacrylamid-Anwendungsgebiete und die damit verbundenen maximalen Belastungen mit dem Acrylamid-Monomer.

• In der Trinkwasser- und Abwasseraufbereitung wird Polyacrylamid als Flockungsmittel verwendet. Unter ungünstigsten Umständen werden über das Trinkwasser maximal 0,25 Mikrogramm Acrylamid pro Tag aufgenommen. Trinkwasser stellt also keine Acrylamidquelle dar.
• Polyacrylamid kommt ferner als Verpackungsmaterial und als Bindemittel für Papier und Pappe zum Einsatz. Das fertige Produkt enthält maximal 15 Mikrogramm Acrylamid pro Kilogramm.
• Kosmetische Mittel können bis zu 2 Prozent Polyacrylamid enthalten. Sie galten bis vor kurzem als wichtige Belastungsquelle für den Menschen, sofern die Mittel auf der Haut verblieben. Eine neue EG-Richtlinie begrenzt neuerdings den Restgehalt an Acrylamid in Körperpflegemitteln.
• Die Verwendung von Polyacrylamid als Dispersionsmittel in Farben und Pigmenten hat praktisch keine Acrylamid-Zufuhr zur Folge.
• Messbare Arbeitsplatz-Belastungen mit Acrylamid können hauptsächlich im Bereich der Kunststoffherstellung auftreten. Auch bei der Verwendung von Dichtmassen und Dichtmörteln auf Polyacrylamid-Basis, die zur Gesteinsverfestigung und als Wassersperren dienen, ist mit erhöhten Belastungen zu rechnen.
• Im Labor wird Polyacrylamid bei einer Reihe moderner Untersuchungsverfahren eingesetzt, zum Beispiel in der Immunologie und Proteinchemie sowie auf dem Gebiet der Nukleinsäureanalytik (genetischer Fingerabdruck).

Der Rauch einer Zigarette enthält ca. 1 bis 2 Mikrogramm Acrylamid und trägt damit wesentlich zur Belastung bei.

Acrylamid in Lebensmitteln

Arbeitsmedizinische Untersuchungen an Beschäftigten mit Acrylamid-Kontakt führten im Frühjahr 2002 zu der Entdeckung, dass bestimmte Lebensmittel mit Acrylamid belastet sind. Ausgangspunkt war die bekannte Tatsache, dass sich Acrylamid an den roten Blutfarbstoff (Hämoglobin) bindet. Die hierbei entstehende Verbindung, ein so genanntes Hämoglobin-Addukt, kann seit 1993 zur Überwachung beruflich exponierter Personen eingesetzt werden. Dieselbe Verbindung fand sich allerdings auch bei Personen ohne bekannten Acrylamid-Kontakt. Als Ursache hierfür vermutete man den Verzehr bestimmter Lebensmittel. Eine schwedische Untersuchung vom April 2002 zum Acrylamidgehalt in Lebensmitteln hat dann bestätigt, dass nennenswerte Acrylamid-Mengen in stärkehaltigen gebratenen, gebackenen oder fritierten Lebensmitteln vorkommen. Deutlich bis hoch belastet waren Kartoffelchips und Pommes frites, Kekse, Kräcker, Knäckebrot und Frühstückscerealien. Fleisch, Fisch und Gemüse in gebratener Form waren wenig belastet. In gekochten und rohen Lebensmitteln wurde kein Acrylamid gefunden.

Die folgende Aufstellung gibt einen Überblick über die gefundenen Werte (nach: WHO, Juni 2002)

Produkt	Acrylamid (Mikrogramm pro Kilogramm)
	Median	Bereich
Kartoffelchips	1343	170 - 2287
Pommes Frites	330	< 50 - 3500
Backwaren	< 50	< 50 - 450
Kekse, Cracker, Toast	142	< 30 - 3200
Frühstückscerealien	150	< 30 - 1346
Mais-Chips	167	34 - 416
Brot	30	< 30 - 162

In Deutschland untersucht das Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) Lebensmittel auf ihren Acrylamidgehalt und veröffentlicht die Ergebnisse im Internet.

Zwischen Produkten verschiedener Hersteller und auch zwischen einzelnen Produktchargen bestehen große Unterschiede. Bei Kartoffelchips, Knäckebrot, Spekulatius und löslicher Kaffee ist ein positiver Trend zu beobachten: sie enthalten weniger Acrylamid als in den Vorjahren. Bei anderen Lebensmitteln, z.B. bei Lebkuchen, Kaffeeersatz, Kartoffelpuffern und Pommes frites stoßen die Minimierungsbemühungen aber offenbar an Grenzen.

Wie gelangt Acrylamid in diese Lebensmittel?

Acrylamid bildet sich, wenn stärkehaltige Lebensmittel ohne Wasserzusatz in Gegenwart von Eiweiß auf Temperaturen über 120^o C erhitzt werden. Das Temperaturoptimum für die Acrylamid-Bildung liegt bei 180^o C. Bei trockener Erhitzung reagieren die aus der Stärke stammenden Zucker in einer so genannte Maillard-Reaktion mit Aminosäuren, insbesondere mit Asparagin. Die Maillard-Reaktion ist übrigens auch für die Bildung von Bräunungs- und Geschmacksstoffen verantwortlich.

Die in der Übersicht genannten Lebensmittel werden zum Teil seit vielen Jahrhunderten zubereitet und verzehrt. Daher handelt es sich bei der Acrylamid-Belastung um ein lange bestehendes Problem, das erst mit Mitteln der modernen Analytik aufgedeckt wurde. Die nun vorliegenden Kenntnisse über den Entstehungsweg des Acrylamids versetzen Lebensmittelhersteller und Verbraucher gleichermaßen in die Lage, diesen Vorgang weitgehend zu verhindern. Einzelheiten dazu sind im Abschnitt Vorbeugung/Sanierung aufgeführt.

Gesundheitsrisiken

Acrylamid ist gut wasserlöslich, wird gut resorbiert und im Körper schnell und gleichmäßig verteilt. Eine endogene Bildung im Körper selbst findet nicht statt.

Im Stoffwechsel entsteht aus Acrylamid die Verbindung Glycidamid. Diese gilt als die eigentliche krebserzeugende Verbindung (siehe auch BfR 2009). Acrylamid und insbesondere Glycidamid reagieren mit körpereigenen Proteinen und körpereigener DNA. Daneben sorgt der Körper dafür, daß Acrylamid und Glycidamid in einer so genannten Phase-II-Reaktion mit Glutathion konjugiert und als Merkaptursäuren ausgeschieden werden. Dies erfolgt im Verlauf weniger Stunden vorwiegend über den Urin. Acrylamid findet sich auch in der Muttermilch und geht auf den Föten über.

Für Acrylamid sind eine nervenschädigende Wirkung, eine Beeinträchtigung der Fruchtbarkeit und eine krebserzeugende Wirkung bekannt.

Neurotoxizität (Nervenschädigung)

In hoher Dosis übt Acrylamid hauptsächlich auf das ZNS eine neurotoxische (nervenschädigende) Wirkung aus, während bei geringerer Dosis insbesondere das periphere Nervensystem betroffen ist.

Im Tierversuch liegt die "Dosis ohne schädliche Auswirkungen" (NOAEL, no observed adverse effect level) in Bezug auf die Neurotoxizität bei 0,5 Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht und Tag.

Es wird geschätzt, dass die durchschnittliche lebensmittelbedingte Acrylamid-Belastung des Verbrauchers bei etwa 0,6 Mikrogramm pro Kilogramm Körpergewicht und Tag liegt (Kommission Human-BiomonitoringMessung eines Fremdstoffes (z. B. einer Chemikalie) und seiner Abbauprodukte im Körper des Menschen, z. B. im Blut, Urin, Haar oder im Fettgewebe 2008). Damit wird der NOAEL-Wert für die Neurotoxizität als empfindlichstem Parameter um den Faktor 1.000 unterschritten. Allerdings kann sich dieser "Sicherheitsabstand" bei Kindern und Jugendlichen, die große Mengen bestimmter Kartoffelprodukte zu sich nehmen, auf den Faktor 10 verringern.

Nach Einschätzung des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) spielt der Acrylamidgehalt in Lebensmitteln in Bezug auf die Neurotoxizität keine nennenswerte Rolle.

Fruchtbarkeit

In Tierversuchen beeinträchtigte Acrylamid auch die Fruchtbarkeit. Die NOAEL-Dosis liegt hier bei 2 Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht und Tag. Auch hier ist durch den Acrylamidgehalt in Lebensmitteln keine Beeinträchtigung der menschlichen Reproduktionsfähigkeit zu erwarten.

Erbgutverändernde und krebserzeugende Wirkungen

Acrylamid gilt - nach seiner Umwandlung in sein Stoffwechselprodukt Glycidamid - als genotoxisch (erbgutschädigend) und mutagen (erbgutverändernd). In Tierversuchen rief Acrylamid vererbbare Schäden an Chromosomen der Körper- und Keimzellen hervor. In verschiedenen Organen der Versuchstiere löste Acrylamid die Bildung bösartiger Tumore aus.

Acrylamid ist daher in die Kategorie 2 der krebserzeugenden Stoffe eingestuft worden. Zu dieser Kategorie gehören Stoffe, von denen angenommen wird, dass sie einen nennenswerten Beitrag zum Krebsrisiko beim Menschen leisten.

Für Acrylamid und sein Stoffwechselprodukt Glycidamid werden unter Fachleuten mehrere Mechanismen der Krebserzeugung diskutiert, die sich darin unterscheiden, ob ein Schwellenwert für die krebserzeugende Wirkung des Acrylamids angenommen werden kann oder nicht.

Welches zusätzliche Krebsrisiko von Acrylamid ausgeht, wird daher von verschiedenen Stellen sehr unterschiedlich eingeschätzt: Berechnungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO), der amerikanischen Umweltbehörde EPAEnvironmental Protection Agency (derzeit läuft eine Neubewertung !), sowie skandinavischer und schweizer Fachleute unterscheiden sich um mehr als einen Faktor 100. Ursache hierfür sind Unsicherheiten in den Berechnungsmodellen und letztlich im vermuteten Mechanismus der Kanzerogenese.

Die nachfolgenden Schätzungen zum acrylamidbedingten Lebenszeit-Krebsrisiko beruhen auf der Annahme, dass lebenslang täglich 1 Mikrogramm Acrylamid pro Kilogramm Körpergewicht verzehrt wird. Das entspricht in etwa der gegenwärtigen durchschnittlichen Belastung der Bevölkerung.

Institution/Autor	Zusätzl. Krebsfälle pro 1 Million Einwohner
US EPA	4.500
WHO	700
Granath und Mit. 1999	10.000
Sanner und Mit. 2001	5.000
Schlatter 2002	50 – 100

Analytik

Die Bestimmung des Acrylamidgehalts in Lebensmitteln erfolgt in hierfür spezialisierten Laboratorien. Derzeit ist der Nachweis ab einem Gehalt von 10 - 30 Mikrogramm pro Kilogramm möglich. Ab einem Wert von 50 Mikrogramm pro Kilogramm kann der Acrylamidgehalt sicher quantifiziert werden.

Biomonitoring

Acrylamid und insbesondere sein Stoffwechselprodukt Glycidamid binden sich an den roten Blutfarbstoff Hämoglobin. Der Anteil der dabei gebildeten so genannten Addukte (N-2-Carbamoylethylvalin bzw. N-2-hydroxy-2-Carbamoylethylvalin) an der gesamten Hämoglobinmenge gilt als Maß für die Acrylamid-Belastung. Mit dieser relativ neuen Analysemethode können sowohl lebensmittelbedingte Belastungen als auch die Zufuhr über Zigarettenrauch erfasst werden.

Referenzwerte (Kommission Human-BiomonitoringMessung eines Fremdstoffes (z. B. einer Chemikalie) und seiner Abbauprodukte im Körper des Menschen, z. B. im Blut, Urin, Haar oder im Fettgewebe 2008):

Nichtrauchende Kinder:                   1,8 Mikrogramm des Addukts AAVal pro Liter Blut 

Nichtrauchende Erwachsene:         1,2 Mikrogramm des Addukts AAVal pro Liter Blut    

Raucher weisen durchschnittlich etwa 4 - 5-fach höhere Konzentrationen des Addukts im Blut auf.

Grenzwerte/Richtwerte/Vorsorgewerte

Trinkwasser:

Der in der Trinkwasserverordnung festgeschriebene Grenzwert für Acrylamid liegt bei 0,1 Mikrogramm pro Liter.

Kometikprodukte:

Entsprechend den Vorgaben der 26. Richtlinie 2002/34/EG, die auch in nationales Recht umzusetzen ist, darf der Restgehalt an Acrylamid in Körperpflegemitteln, die auf der Haut verbleiben, zukünftig 0,1 Milligramm pro Kilogramm nicht überschreiten. In sonstigen kosmetischen Mitteln sind maximal 0,5 Milligramm pro Kilogramm zugelassen.

Lebensmittel:

Der Acrylamid-Gehalt in Lebensmitteln ist derzeit nicht gesetzlich geregelt. Vom ehemaligen Bundesinstitut für gesundheitlichen Verbraucherschutz und Veterinärmedizin BgVV wurde ein Aktionswert von 1000 Mikrogramm pro Kilogramm Lebensmittel empfohlen. Dieser Aktionswert wird durch produktgruppenspezifische Signalwerte des  ergänzt, die neuerdings europaweit abgestimmt werden ("indicative values"). Die aktuell gültigen Signalwerte finden sich hier. 

Aus Lebensmittelverpackungen dürfen nicht mehr als 10 Mikrogramm Acrylamid pro Kilogramm Lebensmittel übergehen.

Bewertung

Möglicherweise beeinflusst der Acrylamidgehalt einiger Lebensmittel das Krebsgeschehen in der Bevölkerung, eine genaue Risikoabschätzung ist zur Zeit jedoch nicht möglich.

Das Bundesinstitut für Risikobewertung hält an seiner Einschätzung fest, nach der Acrylamid ein ernstzunehmendes Risiko für den Menschen darstellt.

Der jetzige Erkenntnisstand begründet ein Minimierungsgebot (ALARA = "as low as reasonably achievable" = "soweit wie vernünftigerweise machbar") und gesetzlichen Regelungsbedarf.

Persönliche Acrylamidaufnahme

Das Bundesinstitut für Risikobewertung hat eine Anleitung und ein Tabellenkalkulationsprogramm ins Internet gestellt, mit deren Hilfe die persönliche Acrylamidaufnahme über Lebensmittel abgeschätzt werden kann.

Vorbeugung/Sanierung

• Lebensmittel auf Getreide- und Kartoffelbasis (Pommes frites, Chips, Pfannkuchen, Reibekuchen usw.) sollten bei nicht zu hohen Temperaturen zubereitet werden. Verkaufsverpackungen von Pommes frites werden zukünftig Empfehlungen enthalten, daß die Zubereitung in der Friteuse bei 170^o, im Umluftbackofen bei 180-190^o und bei Ober-/Unterhitze maximal bei 200^o erfolgen solle.
• Dunkelbraune Produkte sollten gemieden, aber auch ideal goldgelb gefärbte sollten nur in Maßen verzehrt werden!
• Pommes frites sollten nicht zu klein geschnitten sein und höchstens in der 10- bis 15fachen Menge Öl frittiert werden, also ca. 100 g Pommes in 1 -1,5 Liter Öl.
• Kleingebäck ist für die Acrylamidbildung anfälliger als Backwaren mit großem Volumen.
• Das Bestreichen von Backwaren mit Eigelb kann den Acrylamidgehalt senken.
• Die Verwendung von Hirschhornsalz als Treibmittel in Backwaren sollte nach Möglichkeit eingeschränkt werden.
• Ausgewogene und abwechslungsreiche Ernährung mit hohem Obst- und Gemüseanteil!
• Gekochte Lebensmittel sollten gebratenen, frittierten oder gegrillten Speisen vorgezogen werden.