加工過程所產生之毒素(二) 呋喃Furan
Download
Report
Transcript 加工過程所產生之毒素(二) 呋喃Furan
加工過程所產生之毒素
(二)
呋喃 Furan
陳俊成
台灣大學農化研究所畢
食品健康品質提升讀書會成員
1
食品健康品質提升讀書會簡介
是一個未立案的小讀書會。
由文長安擔任召集人,由幾個熱心食品健康品
質提升食品碩士以上學歷社會人士組成。
每周周末在新北市永和區永安市場捷運站附近
討論食品健康品質提升議題,討論結果會彙成
power point供大家參考。
同時並提供最新簡報資料,供大家精進。
2
History
Furan一詞源自拉丁文“furfur” ,其意為“腦” 。
1930年代從焙炒咖啡中得知,呋喃是其香氣的一種成
分。
1970年代發現也存在於罐頭食品中,在食品中形成的
主要路徑為碳水化合物的熱分解作用thermal
decomposition。
3
4
Five routes for furan formation
1) Maillard reactions,
2) thermal degradation of carbohydrates,
3) thermal degradation of certain amino
acids,
4) thermal oxidation of ascorbic acid,
polyunsaturated fatty acids and carotenoids
5) free radical reactions during irradiation.
From:WHO/FAO: Technical report series 959, 2011
5
Potential route of furan formation
Sabrina Moro, et., al., Mol. Nutr. Food Res. 2012, 56, 1197–1211
6
From amino acids
絲氨酸及胱氨酸等氨基酸,能形成乙醛acetaldehyde及乙醇醛
glycolaldehyde,再經醛醇aldol縮合作用、環化作用及脫水作用
後,即可形成呋喃。
天門冬酸、丙氨酸及羥丁氨酸僅能形成乙醛,因此需要其他物質,
如還原糖、絲氨酸及胱氨酸,才能形成乙醇醛。
乙醛可能由絲氨酸經脫羧基化作用,及後續由中間產物乙醇氨
ethanolamine的脫氨基作用而形成。
乙醇醛可經由斯特雷克氨基酸反應 Strecker reaction反應在還原糖
存在或不存在的情況下形成。
7
From carbohydrates
糖類高溫分解反應順序:D-erythrose > D-ribose > D-sucrose
> D-glucose = D-fructose
四個碳的碳赤蘚糖D-erythrose,形成Furan的速率為果糖及葡萄
糖的8倍
50%的呋喃由葡萄糖進行降解作用,以C3–C4–C5–C6四個碳原
子形成呋喃;10%以形成2-deoxy-3-keto-aldotetrose的方式,
由C1–C2–C3–C4 碳原子形成呋喃;10%由形成2-deoxyaldotetrose的方式,由C2–C3–C4–C5 碳原子形成呋喃;
其餘30%的呋喃單獨由絲氨酸降解產生。
8
From PUFA’s
亞麻油酸及次亞麻油酸等不飽和脂肪酸,在118℃/30分鐘的加熱
下,可行成呋喃。
次亞麻油酸的生成速率比亞麻油酸快4倍;氯化鐵能催化其反應,
使速率提升數倍。
亞麻油酸及次亞麻油酸的三甘油脂,也能產生相對數量的呋喃。
但在氯化鐵的存在下,生成量反會比游離態低。顯示油脂的氧化
作用是形成呋喃的必要機制,呋喃可能由4-hydroxy-2-butenal經
環化作用及脫水作用而成,同樣的反應也在脂質化學中存在。例
如,呋喃原來源自5-pentylfuran , 5-pentylfuran 經常被當做
酸敗的化學指標物,與4-hydroxy-2-nonenal的形成有關,它是4hydroxy-2-butenal 的較高級同質物。一般而言,多元不飽和脂
肪酸的氧化性降解作用,可導致脂質由非酵素性及酵素性作用,
產生氫過氧化物。後續多元不飽和脂肪酸氫過氧化物的均裂作用
( homolytic cleavages ),由過渡金屬離子所催化,而形成具
有反應性的中間產物- 4-hydroxy-2-alkenals。
9
From ascorbic acid
抗壞血酸能很快的氧化成dehydroascorbic acid ,並在食品系統
中水解成2, 3-diketogulonic acid 。
2, 3-diketogulonic acid繼續轉成aldotetrose,最後再轉成呋
喃。
抗壞血酸鈉形成呋喃的量比游離酸少。
無論如何,在主要的非氧化性熱裂解的條件下,抗壞血酸無法進
行氧化作用,產生2, 3-diketogulonic acid。取而代之的是,抗
壞血酸能進行水解作用及β-脫去作用,再經脫羧基作用,形成3deoxypentosulose,最後依核糖的路徑形成呋喃。
但是,在乾熱的條件下,脫水抗壞血酸能進行環化,形成其半酮
縮醇態,因此能避免形成呋喃。
10
pH的影響
Imre Blank, Bioactive Compounds in Foods, 2008 Blackwell Publishing Ltd
11
Vitamin C & headspace volume
Agnieszka Owczarek-Fendor, et., al., Food Chemistry 121 (2010) 1163–1170
12
Vitamin C concentration
13
Impact of heating time
14
With and with out protein
15
Carbohydrates/sugar alcohol
Agnieszka Owczarek-Fendor, et., al., Food Chemistry 133 (2012) 816–821
16
Carbohydrates/protein addition
17
Carbohydrates/ascorbic acid
18
Carbohydrates/soybean oil
19
20
吸收與排泄
在動物實驗中發現,呋喃可以很快的被小腸及肺部吸收。口腔投
予同位素標記的呋喃,經8小時以後,追蹤同位素標記發現,絕大
部分的呋喃位於肝臟,其它依序為腎臟、大腸、小腸、胃、血液
及肺臟。
由於呋喃的極性低,因此可以透過生物膜,到達各個器官組織。
攝入24小時以後,約有80%經由尿液、糞便及呼吸排出體外。
高劑量攝取下(50 mg/kg bw),可直接由胃進入循環系統中。
21
22
Animal tumor incidences
23
Mutagenicity and genotoxicity
In vitro
24
Mutagenicity and genotoxicity
In vivo
25
Mutagenicity and genotoxicity
continue
26
Health Risks
Furan is an animal carcinogen and classifi ed by IARC as a
possible carcinogen to humans.
NOAELs based on a 2 - year bioassay have been identifi
ed for cytotoxicity and hepatocarcinogenicity of 0.5 and 2
mg/kg bw, respectively.
Evidence indicates that the metabolite of furan, cis - 2 butene - 1,4 - dial, plays an important role in furan –
induced toxicity, including carcinogenesis, probably
attributable to a genotoxic mechanism.
From: Process-Induced Food Toxicants, 2009
27
IARC Classification
From:Agents Classified by the IARC Monographs, Volumes 1–109
28
Bioactivation of furan
CYP: cytochrome P-450 (CYP) enzymes
From: Nadiya Bakhiya· Klaus E. Appel:Arch Toxicol (2010) 84:563–578
29
30
UK Food Standards Agency 2012
Furan is highly volatile;
however once formed as a result of the heat treatment,
it cannot evaporate from processed food contained in an
airtight sealed pack until the container is opened.
the amount of furan lost will be dependent on the
conditions of storage.
31
32
綜合調查一
a:Morehouse et al. (2004) —US- FDA data
b:Zoller et al. (2007)— data from Swiss
Federal Office of Public Health
C:EFSA (2009a)—data summary from 14
EU Member States
33
From: Nadiya Bakhiya· Klaus E. Appel:Arch Toxicol (2010) 84:563–578
綜合調查二
From:Sabrina Moro1, et., al., Mol. Nutr. Food Res. 2012, 56, 1197–1211
34
Denmark-home made S&S Pork
Arvid Fromberg , SCIENTIFIC REPORT submitted to EFSA , National Food
Institute – Technical University of Denmark , 2009
35
Denmark-French fries
Fries:
Oven:
36
Denmark-home made crisps
37
Denmark-home made pancakes
38
Denmark-ready to eat foods
39
Denmark-coffee
40
Denmark-beverages
41
Denmark-breakfast cereals
42
Denmark-dry bread products
43
Denmark-infant food
44
Denmark-soup after heating
45
Denmark-home toasted bread
46
Denmark-toasted bread
47
Swiss
From: Janka VRANOVA and Zuzana CIESAROVA, Czech J. Food Sci., Vol.
27, 2009, No. 1: 1–10
48
UK ACRYLAMIDE & FURAN: SURVEY 4/2012
由左至右:potato crisps, roast coffee, instant coffee, coffee subs, baby food,
vegetable crisps, prefabricated potato snacks, popcorn, tortilla/corn chips, canned
prunes.
49
UK ACRYLAMIDE & FURAN: SURVEY 5/2013
50
UK ACRYLAMIDE & FURAN: SURVEY 5/2013
接前頁
51
Belgian
From:G. Scholl, et., al., Food additives and contaminants, vol.29, no.2, 2012,
p.172-179.
52
EFSA 2010
53
Coffee: Arabica vs. Robusta
Arabica>Robusta
54
咖啡品系與焙炒程度
55
咖啡豆與調煮咖啡
Imre Blank, Bioactive Compounds in Foods, 2008 Blackwell Publishing Ltd
56
WHO/FAO主導全球性調查
由澳大利亞、巴西、加拿大、歐盟、日本、韓國、瑞
士及美國等21個國家進行調查。
在總數為5662個樣品中,歐洲佔59.8%,北美洲佔
16.7%,亞洲佔22.8%,拉丁美洲佔1.0%,大洋洲佔
0.7%。
From:WHO/FAO: Technical report series 959, 2011
57
調查結果
Furan含量最高的食品為焙炒咖啡粉(814-4590微克/
公斤);
其次為即溶咖啡(90-783微克/公斤);
第三為現煮咖啡(34-113微克/公斤);
瓶裝嬰兒食品(19-96微克/公斤);
醬油(16-52微克/公斤);
魚罐頭(6-76微克/公斤)
烤豆子(27-581微克/公斤)
其他含量較低的食品包括:蔬菜、肉類、牛乳及穀類。
58
59
挪威 6個月齡嬰兒
Norwegian Scientific Committee for Food Safety:Risk assessment of furan exposure in
the Norwegian population, 2009
60
挪威 12個月齡嬰兒
61
挪威 4歲
62
挪威 9歲
63
挪威 13歲
64
挪威 18-70歲
65
挪威 四大類食物之貢獻比重
66
挪威 6個月齡嬰兒之MOE
67
挪威 12個月齡嬰兒之MOE
68
挪威 兩歲兒童之MOE
69
挪威 4歲兒童之MOE
70
挪威 9歲兒童之MOE
71
挪威 13歲青少年之MOE
72
挪威 18-70歲成年人之MOE
73
Denmark-adults of 34μg/day
74
Denmark-children 1.1μg/day
75
成人食品之曝露量推估
76
77
減量/移除策略
78
Preventive strategies
Changes in process parameters
Formulation changes
Post-processing strategies
From:Monica Anese and Michele Suman, Food Research International
51 (2013) 257–264
79
Changes in process parameters
儘量降低加工溫度及縮短加熱時間。
改採其他加熱方式
介質加熱 dielectric heating
射頻加熱 radiofrequency heating
高靜水壓殺菌 high hydrostatic pressure sterilization
超高壓均質 ultra-high pressure homogenization
80
Formulation changes
Ingredient removal or substitution
部分去除還原糖及多元醇,
降低磷酸鹽的使用,磷酸鹽會促進呋喃的行成。
不要在加熱前添加β-胡蘿蔔素。
Ingredient addition
若要求得到有效,且完全正面的結果,則目前尚無良方。
81
Post-processing strategies
許多呋喃的前驅物都是對健康有益的物質,如多元不飽和脂肪酸、
維生素C、類胡蘿蔔素等。這些物質可以在熱處理後,再以無菌的
方式添加。但此法對業者而言,是不切實際的方法。
82
Removal strategies
Cooking in open vessel
食用前加熱及攪拌,是減量最有效的方法。
Physical removal
真空處理
Ionizing radiation
不切實際,歐盟禁用,美國允許。
Fermentation
Saccharomyces cerevisiae可降低麥芽中呋喃的含量。
83
嬰兒食品密閉/開放加熱比較
Dirk W. Lachenmeier, et., al., Food Additives and Contaminants, Vol. 26, No. 6, June
2009, 776–785
84
氮氣吹拂/BHT/Na-Sulfite
Imre Blank, Bioactive Compounds in Foods, 2008 Blackwell Publishing Ltd
85
Nitrite
86
87
由丹麥及挪威這兩個北歐國家的調查報告可以看出,
這些國家對於國民食品安全的重視程度,值得我國學
習。
應加強推廣國民呋喃曝露減量
呋喃的主要食物來源為咖啡及烘焙食品,但都是目前
國內最夯的食品產業,能不加以關心嗎?
目前減量及移除方法都不切實際,有待專家學者再深
入研究。
88
89