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

ABSTRACT

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 >120ºC. 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 μg/kg) followed by instant coffee (358 μg/kg) and then roasted coffee (179 μg/kg). One single cup of coffee (160 ml) delivered on average from 0.45 μg acrylamide in roasted coffee to 3.21 μg 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.

STRESZCZENIE

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 μg/kg), a następnie w kawie rozpuszczalnej (358 μg/kg) i kawie palonej (179 μg/kg). Jedna filiżanka (160 ml) naparu kawy dostarczała, w zależności od rodzaju kawy, przeciętnie od 0,45 μg (kawa palona) do 3,21 μg (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.