ACRILAMIDA EN EL CONSUMO DE ALGARROBINA, CONFINES DE ESTANDARIZACIÓN EN UN PROCESO TECNIFICADO-PIURA Dr. ALFREDO LÁZARO LUDEÑA GUTIÉRREZ 2013 “XIV CONGRESO NACIONAL DE ESTUDIANTES DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL Y CARRERAS AFINES 2013” UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE MARIA ARGUEDAS ANDAHUAYLAS - APURÍMAC –PERÚ INTRODUCCION El descubrimiento en abril del 2002 de la presencia de acrilamida en alimentos, por la Swedish National Food Administration ha puesto en alerta a las autoridades alimentarias mundiales, norteamericanas y europeas (FAO, FDA) ya que la acrilamida es un potencial cancerígeno humano con poder genotóxico.. La formación de acrilamida se produce en alimentos ricos en carbohidratos (como patatas y cereales) cuando son tratados térmicamente a temperaturas superiores. Acrilamida en los alimentos Según Masson, et. al (2007), menciona que en la actualidad, se dispone de amplia información sobre la formación de la acrilamida en los alimentos. Parece ser que se produce de forma natural en algunos alimentos que son sometidos a cocción o procesamiento a altas temperaturas y los niveles parecen incrementarse con la duración del calentamiento. Los mayores niveles encontrados hasta ahora (del orden de μg/kg) están en alimentos amiláceos (patatas y cereales). Antecedentes Según, McHale, Winnik and Gary (2004) mencionan que la acrilamida ha sido identificada como un compuesto potencialmente cancerígeno en humanos. Esto es importante, no sólo porque es una sustancia química comúnmente usada en la industria, sino porque se han descubierto recientemente niveles significantes en muestras de alimentos, particularmente en aquéllos ricos en carbohidratos y procesados a altas temperaturas . IARC ha catalogado a la acrilamida como "probablemente carcinógeno para los humanos". 2A Estimaciones de ingesta de sustancias formadas durante el proceso térmico Ingesta de Acrilamida En el año 2005 JECFA estimo un ingesta de acrilamida entre 0,3 y 2,0 µg/kg pc/día para consumidores medios, considerando datos de 17 países de todas las regiones con excepción de América Latina y África. Para los grandes consumidores, cuyos hábitos difieren ampliamente de la media, la estimación de la ingesta varia de 0,6 a 3,5µg/kg pc/día, pudiendo llegar a 5,1 µg/kg pc/día. El límite permisible de acrilamida en aguas aptas para beber establecido por la Unión Europea es de 0,1 µg/L de agua; por lo tanto, las cantidades de acrilamida que pueden ser detectadas en los alimentos como consecuencia de los envases o en el agua potable son insignificantes en comparación con los que se generan durante la fritura o el horneado. Ingesta de Hidroximetilfurfural (HMF). El HMF se forma en alimentos a partir de las reacciones de caramelización y la reacción de Maillard. Según Subovsky et.al. (2002) menciona que el HMF, es un compuesto formado por la degradación de los productos azucarados en particular de la deshidratación de la fructosa. Su aparición en la miel esta directamente relacionada con alteraciones de color y el desarrollo de sabores y olores extraños. L o p e r m i t i d o p o r l a l e g i s l a c i ó n e s d e 4 0 m g / K g La Agencia Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) está realizando estudios sobre la concentración de estas dos sustancias (HMF y acrilamida) en los alimentos para mantenerlo en unos márgenes adecuados, aunque todavía no existe ningún tipo de normativa establecida acerca de los límites tolerables de acrilamida, ya que se está a la espera de los resultados de un método oficial de análisis. La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA, 2011) menciona que detección de furano depende sobre todo de las características del alimento y de los procesos a los que se someten. El furano, compuesto orgánico, se forma durante el tratamiento térmico por una combustión incompleta, o de Rxs químicas complejas, ha demostrado tener efectos cancerígenos. Los niveles más altos de furano se han detectado en el café, con valores que van de los 45 microgramos por kilo del molido a los 3,660 microgramos por kilo en el tostado. Exposición de Furanos La media de exposición que se desprende de todas las investigaciones realizadas hasta ahora indican que esta oscila entre los 0,03 y 0,59 microgramos por kilo de peso corporal por día para los adultos y entre 0,02 y 0,13 microgramos por kilo de peso corporal por día para los niños. Benzopirenos Según Servitox (2006), los benzopirenos son hidrocarburos policíclicos aromáticos (HAPs), potencialmente cancerígenos. Se pueden originar en la naturaleza, pero también se producen en los procesos de elaboración de carnes asadas, frituras, alimentos ahumados y otros en que la temperatura empleada sea superior a los 300ºC, por combustión normalmente incompleta. ALIMENTOS Máximo µg/kg .Aceites y grasas de consumo humano directo 2.0 .Alimentos para bebes que se elaboran mediante el procesado de cereales, como para derivados lácteos y productos dietéticos para niños. 1.0 .Productos cárnicos y pescados ahumados, así como en sus derivados, en moluscos bivalvos y crustáceos 5.0 .Carne de pescado que no sea ahumado 2.0 Límites máximo de benzopireno De Benito (2001), menciona que no solo el tabaco es fuente de benzopirenos también se produce durante la combustión, está especialmente presente en alimentos que se cocinan directamente con brasas, como la pizza o las carnes a la brasa. También es muy abundante en los ahumados, algunos embutidos y los arenques u otros pescados. Según la Norma Técnica Peruana (NTP) 209.600. (2002) Determinación Valores Humedad (%) 30 Sólidos solubles (Brix) 80 Cenizas (%) 6 Proteína Bruta(%) 8 Sólidos insolubles (%) 0.8 pH 5.5 Densidad (g/cm 3 ) 1.4 Azúcares Totales (%) 60 Azúcares reductores (%) 11 Análisis físico-químico de la algarrobina Fuente: INDECOPI, NTP (2002) III. OBJETIVOS: 3.1 Objetivo General: Acrilamida en el consumo de la algarrobina, con fines de estandarización de un proceso tecnificado-Piura 3.2 Objetivo específico: - Determinar el consumo diario aproximado de acrilamida en la algarrobina. IV. HIPOTESIS: El consumo actual de la algarrobina en la ciudad de Piura, contiene acrilamida y esta cantidad no sobre pasa los valores de ingesta diaria, debido a que el consumo per cápita de algarrobina es bajo y poco frecuente. MATERIALES Y METODOS PROCEDIMIENTO I. DETERMINAR EL CONTENIDO DE ACRILAMIDA EN LA ALGARROBINA II. DETERMINAR EL CONSUMO PERCAPITA DE ALGARROBINA III.CUANTIFICAR LA EXPOSICION DE ACRILAMIDA AL CONSUMIR ALGARROBINA. Equipos , Materiales e Insumos - Refractómetro, escala hasta 90º brix -Cocina Semi industrial a gas . - Termómetro - Balanza mecánica - Balanza analítica - Cromatógrafo HPLC-MS (Cromatografía líquida de alta resolución - Espectrometría de masas ). - Otros materiales plásticos, madera y de vidrio como indumentaria para BPM. Materia Prima Algarroba, fruto del árbol Prosopis pallida (El algarrobo), obtenida del campus de la Universidad Nacional de Piura Análisis de la pulpa de algarroba Componentes: Cantidades Humedad (%) 12.76(b.h) 14.62(b.s) Cenizas (%) 3.45(b.h) 3.95(b.s) Sólidos solubles (°Brix) 59 PH 5.29 Acidez Titulable (%acido sulfúrico) 1.43 Materia seca (%) 87.24 El rendimiento de algarrobina en relación a la materia es: Rendimiento (ml en algarrobina/ kg de algarroba) = 17.14 % Resultados y Discusión Del cuadro anterior :Azúcares como maltosa, sacarosa, glucosa y fructosa y en taninos La fibra son beneficiosos para la flora intestinal aumentando fibras solubles (pectina y lignina) que ayudan a la cantidad de lactobacilos. Contiene taninos incluidos dentro del grupo de los polifenoles, con propiedades antioxidantes, antirreumáticas y antiinflamatorias y beneficiosas para el corazón y riñones. Contiene además cinc, manganeso, hierro, cobre, sodio, magnesio, fósforo, calcio y potasio en cantidades importantes. Esto quiere decir que de 1 kilogramo de algarroba se puede obtener aproximadamente 171.4 ml de algarrobina, este dato es muy importante para obtener costos y ganancias proyectados. O también para obtener una botella de algarrobina (760 ml) se necesita 4.3 kg de materia prima de algarroba Rendimiento: Algarrobina/materia prima El rendimiento de algarrobina en relación a la materia es: Rendimiento (ml en algarrobina/ kg de algarroba) = 17.14 % MUESTRA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH 5.13 5.13 5.13 5.13 5.0 5.1 5.1 5.14 5.14 5.15 5.16 5.17 5.18 5.2 η 1.459 1.461 1.465 1.469 1.474 1.478 1.479 1.48 1.481 1.482 1.482 - - ºBrix 59.5 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 Acrilamida ug/kg - - - . 35 42 74 78 138 146 233 248 250 280 HMF ug/kg - - - - - 190 253 290 301 351 398 401 431 503 I. Análisis de Acrilamida, índice de refracción, HMF, ºBrix y PH a diferentes concentraciones Azucares.-Por calentamiento de monosacáridos en disoluciones débilmente acidas, se producen, tras un lento proceso de enolización, deshidrataciones catalizadas por protones, que conducen, a través de algunos compuestos intermedios muy reactivos, a la formación de derivados del furano. sacarosa en una solución tamponada produce una fuerte fragmentación y, por tanto, una mayor formación de compuestos aromáticos, entre los que se encuentran ciclopentenolona, ciclohexenolona, dihidrofuranona y pirona La caramelización o pirólisis de los azúcares monosacáridos se da cuando se calientan por encima de su temperatura de fusión, dando lugar a la aparición de reacciones de enolización, deshidratación y fragmentación, que provocan la formación de derivados furánicos que, por polimerización, forman pigmentos macromoleculares oscuros. Si se trata de disacáridos debe existir una hidrólisis previa. Estos procesos constituyen una forma de pardeamiento no enzimático, en el cual no intervienen proteínas, aminoácidos ni otroscompuestos con grupo amino Los azúcares aparentemente siguen aumentando con la lectura del refractómetro por aumento de sólidos solubles, posiblemente las cenizas, taninos solubles, ciclitoles, son parte de los sólidos solubles ya que muy probable la disminución de azúcares sea reemplazado por las cenizas de reacción media acida y otros sólidos solubles. Esto también se puede comprobar con el amargor y el color negruzco de una algarrobina de alta concentración de sólidos solubles (mayor de 70ºBrix) que una algarrobina menor concentración (menor de 70 ºBrix). Acrilamida.-una tendencia ascendente del contenido de acrilamida, a partir de los 66ºBrix, con 35 ug/kg hasta llegar a los 84 º Brix con 280 ug/kg de acrilamida en la algarrobina esto a una temperatura constante de 110 ºC. Posiblemente el contacto de la algarrobina con el contenido del depósito (parte directa al fuego directo) incide mucho, acelerando el desdoblamiento de los azúcares, a mayor exposición mayor presencia de acrilamida °Brix &Acrilamida °Brix &HMF °Brix & Índice de refracción a 20°C El índice de refracción de acuerdo a como se concentra la muestra aumenta el índice de refracción, debido a que cada vez se oscurece la muestra y no permite pasar la luz, dando a la vez correspondencia con la aparición de acrilamida en la muestra. También se puede observar que a partir de los 64ºBrix recién aparece la acrilamida, esto también esta en función al tiempo de exposición de la temperatura. Del gráfico se muestra que al llegar a mayor concentración, mas probabilidad de que ocurra la pirolisis de azúcares. Variación de ºBrix vs Tiempo (min) de concentración en la obtención de la algarrobina Del gráfico 2, observamos que a partir de los 60º brix la salida del agua por evaporación es mas rápida aumentando la concentración de sólidos solubles, y con mayor probabilidad de que los azucares estén en contacto directo con las paredes del depósito, quemándose parte de los azucares, dando un sabor amargo característico y oscuro a la algarrobina. velocidad de concentración de sólidos a temperatura de 110ºC gráfico 5 y del anexo 4 a y b se observa que la velocidad de concentración por efecto de la temperatura, se evapora cantidad de vapor de agua de acuerdo a la agitación que realice el operador, donde a mayor tiempo de concentración de sólidos, mayor velocidad, llegando a detenerse la concentración o disminuir la temperatura con el fin de evitar mayores efectos en los azucares. Se obtuvo el número de encuestados para la población total del distrito de Piura de 279 927 personas (según proyecciones al 2010 del INEI-Perú), de 400 personas, representando el 0,14% de la población total de la ciudad de Piura, en la encuesta se distinguió entre edades pero no clase social. II. DETERMINACION DEL CONSUMO PERCAPITA DE ALGARROBINA EN PIURA ¿Dónde Adquiere Usted La Algarrobina? Recojo de información: Encuestas LUGAR CANTIDAD % SUPERMERCADO 56 14% MERCADO POPULAR 160 40% EN EL TRABAJO 52 13% BODEGA CERCANA A MI CASA 40 10% PROVEEDOR DIRECTO 52 13% OTRO / VENTA AMBULANTORIA 40 10% 400 100% ¿Cuánto de algarrobina consume e indique cada qué tiempo? CANTIDAD TIEMP O NUMERO DE PERSONAS % A) MENOS DE UNA BOTELLA AL AÑO 140 35% B) 1 BOTELLA AL AÑO 180 45% C)MAS DE UNA BOTELLA AL AÑO 80 20% TOTAL 400 100% Conoce alguna marca de algarrobina? Marca Cantidad % TACALEÑA 30 7.5 BAUVI 60 15 LA ESPAÑOLITA 40 10 El AYABAQUINO 50 12.5 LA PIURANA 30 7.5 OTRAS 70 17.5 No se acuerdan 120 30 Total 400 100 ¿Cuáles son los medios donde se informa de este producto? Medio Cantidad % A) TELEVISIÓN 10 2.5 B) PERIODICO 30 7.5 C) REVISTA 10 2.5 D) INTERNET 70 17.5 E)NINGUNO 240 60 F) OTROS- POR FAMILIA/ TRABAJO 40 10 400 100 ¿Cuáles son sus preferencias por el producto? A) ESPESA 160 40% B) LIQUIDA 30 7.5% C) DE COLOR MARRON OSCURO 160 40.% D) DE COLOR NEGRO 50 12.5% E) OTRO 0 0% 400 100% Encuestado Consumo promedio persona 1 0.01 2 0.02 3 0.08 4 0.08 5 0.10 6 0.10 7 0.12 8 0.15 9 0.15 10 0.17 11 0.18 12 0.19 13 0.21 14 0.22 15 0.24 16 0.24 17 0.25 18 0.26 19 0.33 20 0.34 Promedio: Lt/año 0.17 Consumo Percapita de algarrobina en la ciudad de Piura Consumo promedio de algarrobina en la ciudad de Piura es de 0.17 lt/año/persona (238 g/año/persona), promedio obtenido de 400 personas seleccionadas al azar, con un promedio de peso corporal de 72.6 kg, El consumo percapita de algarrobina en Piura es 170 ml/año*1.4/360 = 0.66 gr/día aproximadamente 0.7 gr de algarrobina diario consume el poblador Piurano. 196 . 0 0007 . 0 280 dia Kg Kg ug COAA ExpConsumo de Acrilamida en la algarrobina en Piura (COAA)= cantidad de acrilamida en la algarrobina (CAA) (ug/Kg) * kg consumo de algarrobina (CA)/kg persona x día. ug / día Expo COAA=0.196 ugacrilamida/día Exposición=0.003 ug/kg persona.dia. dia persona Kg KgCA Kg ug CAA COAA / / III. CUANTIFICACION DE LA EXPOSICION DE ACRILAMIDA EN LA ALGARROBINA Este valor de 0.003 ug acrilamida/día-kg persona, esta muy por debajo de lo propuesto por la FAO en el año 2002 (0.3 - 0.8 ug/kg-persona-día), y por lo propuesto por el JECFA, el año 2005 (0.3 - 2 ug/kg-persona-día, para consumidores medios y para consumidores extremos 0.6 - 5.1 ug/kg- persona-día). consumo de HMF en la algarrobina (CHMFA) CHMFA=503 ug/kg*0.0007 kg/día= 0.3521 ug/ persona-día. Exposición CHMFA= 0.005 ug/kg persona-dia. Este valor 0.005 ug/persona-día, esta muy por debajo de lo mencionado por la agencia europea de seguridad alimentaria (EFSA), que indica que los niveles de HMF deben estar entre 70 -140 ug/kg-persona-día. Algarrobina Perú Alfredo Lázaro Ludeña Gutiérrez MSc. Ing. en Industrias Alimentarias Docente de la UNP Acrilamida (lc-ms) + IS Muestra AA Origen CSIC µg/kg sd M1= Talaceña GR46-02 303 12.7 M2= Baumi GR46-03 250 7.7 M3= Ayabaquino GR46-04 83 10.2 M4= Agromonómicas Nacionales GR46-05 0 (25) 0 Chifles GR46-01 < LOQ Cuantificación de acrilamida en algarrobina Comerciales en Piura Determinación de Consumo de acrilamida diaria en la ciudad de Piura, según productos comerciales COAAP=(83+303+250+25)/4 ug/kg * 0.000661kg= 0.10923 ug/dia CAAP= 0.10923 ug/72.6 kg-dia =0.002 ug/Kg-dia Por lo tanto el valor que se consume actualmente de acrilamida presente en la algarrobina es de 0.002 ug de acrilamida/kg .dia Siendo mucho menor la presencia de acrilamida respecto a lo que la FAO en Roma entre los días 8- 17 de febrero del año 2005, determinó que los márgenes de ingesta al consumidor medio es de 1 µg/kg pc/día de acrilamida (asumiendo un peso corporal de 72.6 kg,) y 4 µg/kg pc/día de acrilamida para representar a consumidores extremos (FAO/WHO, 2005) Muestras: Algarrobina Procedenci a: Perú Contacto: Alfredo Lázaro Ludeña Gutiérrez MSc. Ing. en Industrias Alimentarias Docente de la UNP Análisis: HMF + LC-DAD Resultados Muestra HMF Origen CSIC µg/kg sd M1=Talaceña GR46-02 593 29.6 M2=Especial Supermercado Baumi GR46-03 431 27.8 M3= Ayabaquino GR46-04 0 10.2 M4= Agronómicas Nacionales GR46-05 < LOQ 0 Análisis de la algarrobina de muestras comerciales HMF Consumo de HMF de muestras comerciales: Consumo de HMF= 256ug/kg*0.000661kg alg/dia=0.17 ugde HMF/dia Exposición= 0.17 ug HMF/72.6kg-dia= 0.0023ug/Kg-dÍa Si comparamos con el consumo máximo de HMF de la miel de abeja(40 mg/lt) con los HMF de consumo en la algarrobina, es menor en la muestras de algarrobina (0.0000023mg/kg), considerando un peso medio de 72.6 kg por persona. Ingestión máxima recomendada de acrilamida en la algarrobina Considerando un IDA de 0.005 mg, para la acrilamida (tomando el valor máximo, mencionado por JECFA), y un valor de consumo diario de 30 ml de algarrobina (42 g), considerando solo consumidores medios altos, descartando el consumo percápita de algarrobina de 0.7 gr/Persona-día, podemos estimar cuantas porciones de 42 g diarios de algarrobina se puede consumir como máximo, Cuadro Nº 14 Ingestión diaria máxima recomendada para adultos, cuando se consume algarrobina con acrilamida Masculino Ingesta diaria Máxima Recomendada Muestra gr 42 42 42 42 mg/kg 0.303 0.25 0.083 0.02 mg 0.012726 0.0105 0.003486 0.00084 Edad Peso IDA Cantidad maxima a consumir diariamente (Años) (Kg) (mg) 18-20 61.5 0.3075 24.16 29.29 88.21 366.07 20-22 62.7 0.3135 24.63 29.86 89.93 373.21 22-34 63.7 0.3185 25.03 30.33 91.37 379.17 34-36 68.4 0.342 26.87 32.57 98.11 407.14 36-38 65.8 0.329 25.85 31.33 94.38 391.67 38-40 67.9 0.3395 26.68 32.33 97.39 404.17 40-42 68.7 0.3435 26.99 32.71 98.54 408.93 42-44 71.1 0.3555 27.93 33.86 101.98 423.21 44-46 71.3 0.3565 28.01 33.95 102.27 424.40 46-48 72.5 0.3625 28.48 34.52 103.99 431.55 48-50 78.8 0.394 30.96 37.52 113.02 469.05 50-52 78.8 0.394 30.96 37.52 113.02 469.05 52-54 79.3 0.3965 31.16 37.76 113.74 472.02 54-56 81.3 0.4065 31.94 38.71 116.61 483.93 56-58 81.4 0.407 31.98 38.76 116.75 484.52 58-60 78.6 0.393 30.88 37.43 112.74 467.86 60-62 77.9 0.3895 30.61 37.10 111.73 463.69 62-64 78.5 0.3925 30.84 37.38 112.59 467.26 64-66 76.9 0.3845 30.21 36.62 110.30 457.74 66-68 66.8 0.334 26.25 31.81 95.81 397.62 En el mismo cuadro, se aprecia que un joven de menos de 63.7 kg de peso corporal, no debe ingerir mas de 25 porciones de algarrobina de 42 g de algarrobina de 0.303 mg/kg (ppm) de contenido de acrilamida diariamente; mientras que un adulto de 71.3 kg puede consumir 28. Porciones de algarrobina diarias sin riesgos asociados al consumo de acrilamida. Del mismo cuadro podemos deducir que a menor contenido de acrilamida en la algarrobina, mayor será las porciones diarias de algarrobina a consumir. Del mismo cuadro Nº 14, valores iguales a 0.02 ppm de acrilamida en muestras de alimentos, se indican como 0 en contenido de acrilamida. CONCLUSIONES -Se obtuvo como máximo 280 ug/kg de acrilamida en algarrobina de muestra experimental, menor que la muestra comercial. - A mayor tiempo de exposición, a temperatura constante, en la evaporación de agua y concentración de sólidos solubles, en la obtención de algarrobina, mayor contenido de acrilamida. - Se cumplió la hipótesis planteada, de que el contenido de acrilamida en la algarrobina de consumo en Piura, no sobre pasa los valores de ingesta diaria admisible, debido a que el consumo per cápita de algarrobina es bajo y poco frecuente. - El bajo consumo percapita (0.7 gr/día) y la poca frecuencia de consumo de algarrobina, contribuye a no sobre pasar los valores de ingesta expresado en acrilamida. Los diferentes contenidos de acrilamida en las marcas comerciales de algarrobina, indican diferentes técnicas de proceso. _ La suma de acrilamida e HMF en la algarrobina (0.008 ug/kg persona.dia), no superan los limites de ingesta de acrilamida; por lo que da confianza respecto a estos componentes, su consumo actual. •Existen muestras comerciales que indicaron 0 ug/kg de acrilamida, puede deberse al contenido real de acrilamida (técnica optima de proceso) o por que dicho componente desapareció, convirtiéndose en otros componentes aun no estudiado. RECOMENDACIONES Se deberían realizar estudios de investigación sobre el contenido de acrilamida en papas fritas, en la ciudad de Piura. Realizar estudios de acrilamida para muestras que están almacenadas por mucho tiempo. INDECOPI, debería realizar estudios sobre los diversos alimentos procesados que se consumen en el Perú, sobre el contenido de acrilamida. Se debería realizar estudios sobre el contenido de la asparragina en la algarroba y ver sus efectos de este aminoácido por tratamiento térmico. Se debería realizar mayor información a la comunidad Piurana, sobre las sustancias toxicológicas en el consumo alimentario, y sobre cantidades inocuas, contribuyendo a la prevención de enfermedades crónicas no transmisibles. FAO: Food and Drug Administration, FDA:Organización para las NNUU para la alimentacion y la agricultura JECFA=The Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives