Studies of acrylamide level in coffee and coffee substitutes: influence of raw material and manufacturing conditions

Background. Many animal studies have shown that acrylamide is both neurotoxic and carcinogenic. The first reports of acrylamide actually having been found in foodstuffs were published in 2002 by the Swedish National Food Agency in conjunction with scientists from the University of Stockholm. It has since been demonstrated that acrylamide arises in foodstuffs by the Maillard reaction, ie. between free asparagine and reducing sugars at temperatures >120°C. Coffee in fact, forms one of the principal dietary sources of acrylamide, where it is normally drunk in large quantities throughout many countries worldwide that includes Poland. Thus, it constitutes a major dietary component in a wide range of population groups, mainly ranging from late adolescents to the elderly. Objectives. To determine the acrylamide level in commercial samples of roasted and instant coffee and in coffee substitutes by LC-MS/MS method. The influence of coffee species and colour intensity of coffee on acrylamide level was also detailed. Materials and methods. A total of 42 samples of coffee were analysed which included 28 that were ground roasted coffee, 11 instant coffees and 3 coffee substitutes (grain coffee). Analytical separation of acrylamide from coffee was performed by liquid chromatography followed by tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). To evaluate the colour intensity of ground roasted coffee and instant coffee we used method of arranging (sequence). Results. The highest mean acrylamide concentrations were found in coffee substitutes (818 pg/kg) followed by instant coffee (358 pg/kg) and then roasted coffee (179 pg/kg). One single cup of coffee (160 ml) delivered on average from 0.45 pg acrylamide in roasted coffee to3.21 pg in coffee substitutes. There were no significant differences in acrylamide level between the coffee species ie. Arabica vs Robusta or a mixture thereof. The various methods of coffee manufacture also showed no differences in acrylamide (ie. freeze-dried coffee vs agglomerated coffee). A significant negative correlation was observed between acrylamide levels and the intensity of colour in roasted coffee; this was not the case however for instant coffee. Conclusions. It was demonstrated that roasting process had the most significant effect on acrylamide levels in natural coffee, however there were no relationships found with coffee species. Due to the high acrylamide levels demonstrated in coffee substitutes, recommended amounts should be defined and manufacturers should be obliged to reduce such levels in these products.Wprowadzenie. W licznych badaniach na zwierzętach wykazano, że akryloamid ma działanie neurotoksyczne i kancerogenne. W kwietniu 2002 r. Szwedzka Narodowa Agencja ds. Żywności oraz naukowcy z Uniwersytetu w Sztokholmie po raz pierwszy opublikowali dane o zawartości akryloamidu w produktach spożywczych. Akryloamid powstaje w żywności w reakcji Maillarda pomiędzy wolną asparaginą i cukrami redukującymi pod wpływem temperatury > 120°C. Wysokie spożycie tego napoju w wielu krajach, tym także w Polsce, sprawia że produkt ten może być znaczącym źródłem akryloamidu w diecie, zwłaszcza u osób dorosłych, ale także starszej młodzieży. Cel badań. Oznaczenie zawartości akryloamidu w różnych rodzajach kawy metodą LC-MS/MS oraz ocena wpływu gatunku kawy, sposobu produkcji oraz barwy produktu finalnego na poziom badanego związku. Materiał i metody. Materiał do badań stanowiły 42 próbki kawy, w tym 28 próbek mielonej kawy palonej, 11 próbek kawy rozpuszczalnej i 3 próbki substytutów kawy (kawa zbożowa). Akryloamid oznaczono metodą chromatografii cieczowej sprzężonej z tandemową spektrometrią mas (LC-MS/MS). Do oceny barwy próbek kawy wykorzystano metodę kolejności (szeregowania). Wyniki. Wśród przebadanych próbek różnych rodzajów kawy, najwyższą średnią zawartość akryloamidu stwierdzono w kawie zbożowej (818 pg/kg), a następnie w kawie rozpuszczalnej (358 pg/kg) i kawie palonej (179 pg/kg). Jedna filiżanka (160 ml) naparu kawy dostarczała, w zależności od rodzaju kawy, przeciętnie od 0,45 pg (kawa palona) do 3,21 pg (kawa zbożowa) akryloamidu. Nie stwierdzono istotnych różnic w zawartości akryloamidu w zależności od gatunku ziarna {Arabica vs Robusta vs mieszanka Arabica i Robusta). Sposób produkcji kawy rozpuszczalnej (liofilizowana vs. aglomeryzowana) nie wpływał na zawartość akryloamidu w produkcie finalnym. Stwierdzono istotną (p < 0,05) ujemną korelację pomiędzy zawartością akryloamidu a intensywnością barwy kawy palonej. Związku takiego nie stwierdzono dla kawy rozpuszczalnej. Wnioski. Uzyskane wyniki potwierdzają, że proces wypalania kawy ma najistotniejszy wpływ na zawartość akryloamidu w kawie naturalnej. Nie potwierdzono natomiast związku pomiędzy poziomem akryloamidu a gatunkiem kawy. Z uwagi na wysoką zawartość akryloamidu w substytutach kawy (kawa zbożowa) zasadne wydaje się opracowanie wartości wskaźnikowych dla tej grupy produktów spożywczych oraz podjęcie przez producentów działań na rzecz obniżenia akryloamidu, szczególnie w tym rodzaju kawy

Change trends in acrylamide level in potato products in Poland in 2004-2016

Celem pracy była analiza i ocena trendów zmian zawartości akryloamidu w czipsach i frytkach gotowych do spożycia, przebadanych w ramach ogólnopolskich badań monitoringowych w latach 2004 - 2016. Ocenę istotności różnic między zawartościami akryloamidu w poszczególnych kategoriach produktów ziemniaczanych przeprowadzono z zastosowaniem nieparametrycznego testu średnich rang KruskalaWallisa, przyjmując istotność różnic na poziomie p < 0,05. Największą przeciętną statycznie istotną (p < 0,05) zawartość akryloamidu stwierdzono w czipsach ziemniaczanych (398 μg/kg), a w następnej kolejności we frytkach pobranych z barów i restauracji (292 μg/kg) oraz we frytkach przygotowanych w laboratorium z handlowych półproduktów mrożonych (200 μg/kg). We wszystkich trzech przebadanych kategoriach produktów ziemniaczanych stwierdzono tendencję malejącą zawartości akryloamidu, przy czym istotną (p < 0,001) różnicę pomiędzy początkowym i końcowym okresem badań stwierdzono w przypadku czipsów i frytek smażonych z półproduktów. Nie obserwowano istotnego trendu zmniejszania/zwiększania zawartości akryloamidu w produktach ziemniaczanych na przestrzeni 13 badanych lat. Istotny (p < 0,0001) trend zmniejszania zawartości akryloamidu był stwierdzony wyłącznie w latach 2007 - 2012 i tylko w grupie frytek smażonych z handlowych półproduktów mrożonych. W celu zmniejszenia zawartości akryloamidu w żywności powinny być podejmowane skuteczniejsze działania, zarówno ze strony producentów produktów ziemniaczanych, jak i legislatorów. Biorąc pod uwagę niekorzystne działanie akryloamidu na zdrowie człowieka, obniżenie jego poziomu w żywności powinno być priorytetem w zarządzaniu ryzykiem.The objective of the research study was to analyse and evaluate the trends as regards changes in acrylamide level in ready-to-eat potato crisps and French fries tested under the national monitoring studies in the years 2004 to 2016. The significance of differences between the contents of acrylamide in the individual food categories was evaluated using a Kruskal-Wallis H test by ranks with the significance of differences assumed to be p < 0.05. The highest statistically significant (p < 0.05) median of the content of acrylamide was found in the potato crisps (398 μg/kg) followed by the French fries from bars and restaurants (292 μg/kg) as well as in the French fries (200 μg/kg) prepared from the frozen semi-finished products in a laboratory. In the three categories of potato products analyzed, it was found that the acrylamide content level tended to decrease whereas a significant (p < 0.001) difference between the initial and the final testing period was reported in the potato crisps and French fries prepared from the semi-finished products. No significant tendency was reported as regards the decreasing/increasing content of acrylamide in potato products over a period of 13 years of analyses. A significant (p < 0.0001) trend was found only in the group of French fries prepared from the frozen semi-finished products: the content of the acrylamide tended to decrease in those products exclusively in a period between 2007 and 2012. In order to decrease the content of acrylamide in food, more effective actions should be taken by both the producers of potato products and the legislators. Considering the adverse effect of acrylamide on human health, the lowering of the acrylamide level should be regarded as priority in food risk management

Optimisation and validation of the analytical procedure for the determination of acrylamide in coffee by LC-MS/MS with SPE clean up

Background. Numerous studies have demonstrated acrylamide to be both neurotoxic and carcinogenic. At present it is widely recognised that acrylamide is mainly formed through the Maillard reaction from free asparagine and reducing sugars. The major sources of dietary acrylamide are potato products, processed cereals and coffee. Objective. To optimise and validate an analytical method for determining acrylamide in coffee by liquid chromatography and tandem mass spectrometry analysis (LC/MS/MS) using SPE clean-up. Material and methods. Analytical separation of acrylamide from roasted coffee was performed by liquid chromatography using a Hypercarb column followed by LC/MS/MS analysis, with 2,3,3–d3 acrylamide as an internal standard. The method was based on two purification steps: the first with hexane and Carrez solutions in order to remove of fat and to precipitate proteins, respectively; and the second with a solid-phase extraction (SPE) column which proved to be efficient in the elimination of the main chromatographic interferences. Results. Limit of quantification (LOQ) for measuring acrylamide in coffee was 50 μg/kg. The described method demonstrates satisfactory precision (RSD = 2.5%), repeatability (RSD = 9.2%) and accuracy (mean recovery – 97.4%). Conclusions. Our results confirm that LC-MS/MS with SPE clean-up is selective and suitable for determination of acrylamide in coffee. Indeed, this method meets the criteria of EU Commission Recommendations (No. 2007/331/EC and No. 2010/307/EU), on the monitoring of acrylamide levels in food.Wprowadzenie. W licznych badaniach wykazano, że akryloamid jest związkiem neurotoksycznym i kancerogennym. Obecnie wiadomo, że akryloamid w żywności powstaje w wyniku reakcji Maillarda pomiędzy wolną asparaginą a cukrami redukującymi. Głównym źródłem akryloamidu w diecie człowieka są produkty ziemniaczane, przetwory zbożowe oraz kawa. Cel. Optymalizacja warunków procedury analitycznej i walidacja metody oznaczania zawartości akryloamidu w różnych rodzajach kawy techniką wysokosprawnej chromatografii cieczowej sprzężonej z tandemową spektrometrią mas (LC-MS/ MS) z wykorzystaniem ekstrakcji do fazy stałej (SPE). Materiał i metody. Akryloamid w kawie palonej oznaczono na kolumnie Hypercarb metodą chromatografii cieczowej sprzężonej z tandemową spektrometrią mas (LC-MS/MS). Jako wzorzec wewnętrzny zastosowano 2,3,3-d3 akryloamid. W metodzie tej zastosowano 2 stopniowy proces oczyszczania próbki: w pierwszej kolejności usunięto tłuszcz heksanem oraz strącono białka poprzez dodanie roztworów Carreza, a następnie wykorzystując ekstrakcję do fazy stałej (SPE) próbkę oczyszczono z pozostałych zanieczyszczeń, które mogłyby mieć wpływ na wynik w czasie analizy chromatograficznej. Wyniki. Granica oznaczalności metody LC-MS/MS oznaczania akryloamidu w kawie wynosi 50 μg/kg. Opracowana metoda charakteryzuje się dobrą precyzją (RSD = 2,5%), powtarzalnością (RSD = 9,2%) oraz dokładnością (średni odzysk = 97,4%). Wnioski. Wyniki walidacji potwierdzają selektywność i przydatność opracowanej metody do oznaczania akryloamidu w kawie. Opracowana metoda LC-MS/MS spełnia wymagania zaleceń Komisji Unii Europejskiej (2007/331/EC i 2010/307/ EU) w sprawie monitorowania poziomów akryloamidu w żywności

Determination of acrylamide content in potato products using GC-MS/MS and LC-MS/MS methods

Celem pracy było sprawdzenie przydatności technik GCQ-MS/MS i LC-MS/MS do oznaczania akryloamidu w żywności oraz oznaczenie zawartości akryloamidu w produktach ziemniaczanych, pobranych na terenie całego kraju w latach 2007- 2008. W wyniku przeprowadzonej walidacji stwierdzono, że obydwie stosowane metody charakteryzowały się niską granicą oznaczalności oraz dobrą precyzją i dokładnością. Najwyższą przeciętną zawartość akryloamidu stwierdzono w chipsach ziemniaczanych - 770 µg/kg (113 ÷ 1890 µg/kg), najniższą natomiast frytki smażone pobrane z zakładów gastronomicznych - 401 µg/kg (134 ÷ 679 µg/kg). W roku 2008 oznaczone zawartości akryloamidu w chipsach i frytkach gotowych do spożycia były wyższe w porównaniu z rokiem 2007, jednak różnica ta nie była istotna statystycznie. W przypadku frytek smażonych w laboratorium z mrożonych półproduktów stwierdzono istotne (p < 0,05) obniżenie zawartości akryloamidu w 2008r. w porównaniu z rokiem 2007.The aim of our study was to check a useful of GCQ-MS/MS and LC-MS/MS methods to determination of acrylamide in foodstuffs and determined acrylamide content in potato products randomly collected in Poland in 2007-2008. As a result of validation of these methods we found the both using methods were characterized by low quantification limit and well precision. The highest acrylamide level was in potato crisps - 770 µg/kg (113 ÷ 1890 µg/kg), but the lowest - was in French fries collected from bars and restaurants - 401 µg/kg (134 ÷ 679 µg/kg). Acrylamide content analyzed in 2008 in potato crisp and French fries ready to eat was higher than in 2007. The difference was not statistically significant. In French fries fried in laboratory from pre-cooked French fries in 2008 acrylamide level was lower that in these products analyzed in 2007

Study on the acrylamide content in processed cereal products

Akryloamid jest związkiem szkodliwym dla zdrowia, dlatego też zgodnie z zaleceniem Komisji UE nr 2007/331/WE istnieje potrzeba monitorowania jego zawartości w produktach spożywczych wysoko węglowodanowych. Celem badań było określenie zawartości akryloamidu w wybranych grupach produktów zbożowych. Oznaczenie wykonywano metodą chromatografii gazowej sprzężonej z tandemową spektrometrią mas, która charakteryzowała się dobrym współczynnikiem zmienności metody (RSD < 5,9 %) i granicą oznaczalności w przetworach zbożowych (z wyłączeniem pieczywa) na poziomie 37 μg/kg produktu. Największą zawartością akryloamidu wśród przebadanych przetworów zbożowych charakteryzowały się krakersy – 859 μg/kg, najmniejszą natomiast płatki owsiane – 23 μg/kg produktu.Acrylamide is a compound detrimental to health, therefore, pursuant to the EU Commission Recommendation No. 2007/331/EC, it is necessary to monitor its content in food products with high levels of carbohydrates. The objective of the paper was to determine the content level of acrylamide in some selected groups of cereal products. The determination was performed using a method of gas chromatography coupled with a tandem mass spectrometry (GC-MS/MS). The method applied was characterized by a good coefficient of variation (RSD < 5.9%) and by a limit of determining this compound in processed cereal products (except for bread products) represented by the detection limit of 37 μg/kg. Among all the processed cereal products tested, crackers were the products with the highest amount of acrylamide: 859 μg/kg, whereas oat flakes has the lowest level of acrylamide: 23 μg/kg

The estimation of the influence of various methods of thermal processing on acrylamide level in potato chips

Celem pracy było zbadanie wpływu różnych rodzajów obróbki termicznej, jej temperatury oraz intensywności barwy produktu na poziom akryloamidu we frytkach gotowych do spożycia przygotowanych z mrożonych wstępnie smażonych produktów, pochodzących od różnych producentów. Zawartość akryloamidu we frytkach gotowych do spożycia wahała się w zakresie od 292 do 1534 μg/kg. Najniższą zawartością tej substancji charakteryzowały się frytki przygotowane w kuchence mikrofalowej, najwyższą natomiast te same frytki smażone we frytkownicy. Nie stwierdzono istotnych związków pomiędzy zawartością akryloamidu we frytkach gotowych do spożycia a intensywnością barwy produktu i temperaturą obróbki produktu surowego.The aim of our study was to examine influence of thermal processing conditions on acrylamide concentration in potato chips ready to eat which were preparing from different varieties of pre-cooked potato chips. Relation between colour of potato chips and acrylamide content was also examined. Acrylamide concentration in potato chips ready to eat ranged from 292 to 1534 μg/kg. We found the lowest acrylamide content in potato chips preparing in microwave oven and the highest in the same potato chips fried in deep fryer. We didn’t find significant correlation between the acrylamide level in potato chips ready to eat and the colour intensity of products and temperature of thermal processing

Study of the influence of raw material and processing conditions on acrylamide level in fried potato chips

The aim of our study was to examine relation between the asparagine level in raw material and acrylamide concentration in chips made from different varieties of potato. Relation between colour of potato chips and acrylamide content was also examined. Acrylamide concentration in fried potato chips ranged from 376 to 2348 μg/kg. We found the lowest acrylamide content in potato chips made from the Plant Breeding and Acclimatization Institute Irga and the highest in Irga bought in the Warsaw market. We didn’t find significant correlation between the asparagine content in raw material and the acrylamide level in potato chips (r = -0.13). The colour intensity of fried chips positively correlated with acrylamide concentration independently from the potato varieties and sequence of frying (r = 0.8045; p < 0.005)

Assessment of acrylamide level in food stuffs in Poland

The aim of the study was to assess acrylamide content in 159 samples of nine groups of food products randomly collected in Poland in 2004-2007. The analysis was performed by gas chromatography tandem mass spectrometry (GC-MS/MS) using Finnigan GCQ instrument. Deuterium-labelled (d3 labelled) acrylamide was used as internal standard. The highest level of acrylamide was observed in potato crisps and crackers: (904 and 859ug/kg, respectively). The lowest level was found in oat flakes (23ug/kg) and in biscuits (98ug/kg)