Akrilamid uluslararası kanser ajansı (IARC) tarafından 2A grubu kanserojeni olarak sınıflandırılmış, 120°C ve üzerindeki sıcaklıklarda düşük nemli, nişastalı, karbonhidratça zengin yiyecekler pişirildiğinde doğal olarak oluşan bir yan üründür. Bu kimyasal madde; gıdadaki şekerler ve amino asitler ısıtıldığında meydana gelen Maillard Reaksiyonu sırasında oluşur. Maillard reaksiyonu ve çıkardığı temel ürünlerden biri olan Akrilamid kahve dünyası için birçok nedenden dolayı konuşulmaya değerdir. Kahve endistürisi olarak önemine bu yazımızın 2. Kısmında detaylıca değinilecektir. Bu yazıda Maillard reaksiyonunun kimyası ve akrilamidin incelenmesi yer alacaktır.
Adını Louis Camille Maillard'dan alan Maillard reaksiyonu, enzimatik olmayan esmerleşme olarak da bilinir. Son derece karmaşık bir süreçtir ve ısı etkisiyle indirgen şekerler ile proteinler arasındaki reaksiyondur. Maillard reaksiyonu, indirgeyici bir şekerin bir amin ile reaksiyona girerek glikosilamin oluşturmasıyla başlar. Bu maddeler, bir amino deoksi fruktoz türevi üretmek için Amadori yeniden düzenlemesi adı verilen bir reaksiyona girer. Reaksiyon süreklidir ve daha sonra birkaç farklı şekilde reaksiyona giren çok reaktif ara maddeler oluşur. Sonunda bir furan türevi elde edilir ve bu türev diğer bileşenlerle reaksiyona girerek nitrojen içeren koyu renkli çözünmez bir malzemeye polimerize olur. Maillard reaksiyonu aynı zamanda rengin yanı sıra sayısız karmaşık tatlar da yaratır. Kükürt içeren amino asitler metiyonin ve sistein, Maillard reaksiyonu sırasında kazanılan aroma yoğun bileşenlerin oluşumunda birincil rol oynar. Bu tür kavrulmuş veya ızgara etlerin aroması ayrıca amino asitlerden, nükleotitlerden ve oksopropanol ve hidroksimetilfurfural gibi Maillard reaksiyonundan elde edilen şekerlerden türetilen heterosiklik bileşikler içerir. Aldehit-yağ-asit bileşenlerinin yanı sıra doymamış yağ asitleri de Maillard reaksiyonu sırasında kokulu heterosiklik tat bileşiklerinin oluşumuna katkıda bulunur. Aslında "Maillard reaksiyonu" terimi yanlış bir isimdir. Tek bir reaksiyon değil, yolu ve sonuçları kritik olarak pH ve sıcaklık gibi faktörlere bağlı olan bütün bir reaksiyonlar kompleksidir. Ancak buradaki amacımız için, şekerlerin karamelleşmesi için gerekenden çok daha düşük sıcaklıklarda ürünlerin kahverengileşmesini sağlayan mekanizmadır. Reaksiyon ayrıca esmerleşme reaksiyonu, enzimatik olmayan esmerleşme ve mela-noidin oluşumu olarak da bilinir. Reaksiyon ayrıca zaman/sıcaklık ile ilgilidir. Bu nedenle, düşük sıcaklıklarda yavaş pişirme, ürünün etrafındaki atmosferin çok kuru olmaması koşuluyla, yüksek sıcaklıkta hızlı pişirme ile aynı renk sonuçlarını verir. Reaksiyon süreklidir ve daha sonra birkaç farklı şekilde reaksiyona giren çok reaktif ara maddeler oluşur.
Kavurma (kahve, kakao, fasulye ve tahıl gevreği), fırınlama (kek ve ekmek) veya ızgara (et ve peynir) işlemlerinden geçen gıdaların renklenmesi genellikle bu tür Maillard reaksiyonlarından kaynaklanır. Artan sıcaklık Maillard reaksiyonlarının hızını hızlandırdığından tat gelişimi de ısıtma ile artar. Maillard reaksiyonlarının bir parçası olarak çok çeşitli uçucu ve aroma bileşikleri oluşur ve tatlı, kahve benzeri, tütün benzeri, karamel benzeri veya yanık koku ve tada sahip olarak tanımlanır. Maillard reaksiyonu renkte değişiklik yaratırken tatta da değişikliğe yol açlar ve katkı sağlar. Fakat bununla birlikte, amino asitler (esas olarak lizin) yok edildiğinden veya protein zincirleri arasında çapraz bağlar oluştuğundan ve sonuçta protein çözünürlüğünde ve sindirilebilirliğinde genel bir azalmaya yol açtığından, gıdanın besleyici değeri Maillard reaksiyonlarıyla azalır. Tat artar, renk cazibesi artar fakat besleyicilik azalır şeklinde bir ters orantı ortaya çıkar. Enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonunun en önemli türü olan Maillard reaksiyonlarının 100 yılı aşkın bir süredir araştırılmış olmasına rağmen, farklı reaksiyon adımları ve gerçek mekanizmalar ve şu anda tam bir reaksiyon şeması hakkında açıklığa kavuşturulması gereken çok şey bulunmaktadır. Kompleks yapılar olduğundan net bir reaksiyon şeması çizilememektedir. Fakat bir amino grubu ve bir indirgeyici şeker arasındaki ilk reaksiyondan sonra, ayrı ayrı pH, sıcaklık ve su aktivitesine bağlı olarak, reaktanların türü ve mevcudiyeti ile bir dizi karmaşık reaksiyonun takip ettiği açıktır. Bununla birlikte, maalesef ki bu reaksiyon adımlarının her biri ve reaksiyon ürünlerinin doğası, gıdalar gibi karmaşık sistemler ve hatta daha basit model sistemler için hala araştırılmakta ve tartışılmaktadır.
1953, 2011,2014,2017 yılında birbirini besleyen çalışmalar sonucunda;
Maillard reaksiyonunu aşağıdaki gibi üç aşamaya ayrıldı:
İlk aşama: ürün herhangi bir renksiz ve ultraviyole (UV) emilimi olmadan kalır. Bu aşamada iki reaksiyon meydana gelir: şeker-amin yoğunlaşması ve Amadori yeniden düzenlemesi (reaksiyon B).
Ara aşama: UV absorpsiyonu ile ürünün rengi sarıya dönebilir. Bu aşama, şeker bozunmasını ve parçalanmayı ve ayrıca amino asitlerin bozunmasını içerecektir.
Son aşama: ürün oldukça renkli hale gelir ve aldollerin yoğunlaşması, aldehit-aminin yoğunlaşması ve heterosiklik nitrojen bileşiklerinin oluşumu gibi reaksiyonlar meydana gelir.
Melanoidinler, enzimatik olmayan esmerleşmenin son ürünleridir ve enzimatik esmerleşmenin son ürünleri olan melaninlerden ayırt edilmelidir. Gıdalarda enzimatik ve enzimatik olmayan reaksiyonlarla oluşan koyu kahverengi ürünlerin ayırt edilmesi oldukça karmaşıktır ve nispeten inatçı oldukları için kimyasal analizleri zordur. Yani aslında buradan özetle her kahverengileşen maddeyi Maillard reaksiyonuna tabiidir şeklinde yorumlayamayız. Maillard reaksiyonunu yeterince açıkladığımıza göre, akrilamidin Maillard reaksiyonunun yan ürünü olduğunu tekrar belirterek akrilamid konusuna yeniden dönelim ve kısaca özetleyelim. İnsanlar akrilamide birçok açıdan maruz kalmaktadır. Akrilamid, epoksidasyon yoluyla reaktif glisidamide metabolize edilir. Glisidamidin kendisini DNA'ya bağlayarak akrilamidin genotoksisitesinde rol oynadığına inanılmaktadır. Akrilamid ve metaboliti glisidamit, hemoglobin de dahil olmak üzere bir dizi biyomolekülle kolayca reaksiyona girer. Akrilamid ile insanlarda artan kanser riski arasında bir ilişki olduğunu iddia eden birçok çalışma yapılmıştır. Günlük gıda tüketiminde akrilamid alımı bulgularından sonra Akrilamid alımı ile kanser arasındaki ilişkiyi araştıran birçok epidemiyolojik çalışma ortaya çıkmıştır. Akrilamid alımının yolları ağızdan beslenme, soluma ve cilt temasıdır. Oral yoldan alındıktan sonra iyi emilir ve direk olarak dokulara dağılır. Akrilamid, DNA reaktifi olan glisidamide dönüştürüldükten sonra kanserojen olabilir.
Dose = Concentration / Body weight × Intake
Maksimum akrilamid konsantrasyonu yukarıdaki eşitlik ile kişi bazlı olarak belirlenebilir.
Gıdalarda pişirme yöntemleri akrilamidin ortaya çıkmasının direk olarak sorumlusudur. Bu nokta biz kahvecilerin esas alanı olacaktır ve kahve / akrilamid ilişkisi ikinci yazımızda anlatılacaktır.
Daha önceki çalışmalar, akrilamidin dokulardaki toksikolojik etkilerini göstermiştir. Bir çalışmada sıçanlara 0, 5, 15, 30, 45 ve 60 mg/gün dozlarında akrilamid verilmiştir. 5 gün üst üste oral sonda ile kg/gün ve morfolojik değişiklikler gösterilmiştir. 5 günün sonunda Germ hücrelerinde bozulma gözlenmiştir. Akrilamid, polimer formu kimyasal olarak kullanılan ve doğal yöntemde Maillard reaksiyonun yan ürünü olarak ortaya çıkan toksik etkisi kanıtlanmış bir maddedir. Gıdalarda akrilamid oluşumu ve farklı popülasyon gruplarında alımı, son on yılda dünya çapında kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Akrilamid alımı ve kanser arasındaki ilişkiyi tanımlamak için "Avrupa Kanser ve Beslenmeye Yönelik Prospektif Araştırma", "İsveç Mamografi Kohort" ve "Hollanda Kohort Çalışması" gibi birkaç kapsamlı vaka kohort çalışması yapılmıştır.
Genel kanıtlar sınırlı olsa da, epidemiyolojik çalışmalar akrilamid alımı ile böbrek hücresi, endometriyal ve yumurtalık kanserleri dışında kanser riski arasında doğrudan bir ilişki bulamamıştır. Akrilamidin toksik etkisinin olduğu kesin olmakla birlikte maruziyetine dikkat edilerek gıda seçimlerinin yapılması oldukça önem arz etmektedir.
Duygu Kurtuluş
Co-Founder / Chemist / Nanotechnology Engineer / Hazardous Chemical Consultant / Chemical Evaluation Specialist