L’acrilammide nel caffè: possibili strategie di mitigazione

L’acrilammide è una sostanza tossica, potenzialmente cancerogena, che si forma in molti alimenti, tra cui il caffè, durante la cottura ad alte temperature. Dato l’elevato consumo della bevanda di caffè e le crescenti restrizioni legali sulla presenza di acrilammide negli alimenti, è necessario trovare soluzioni efficaci e appropriate per ridurre la concentrazione di tale composto nel prodotto, senza influenzarne negativamente le proprietà organolettiche e nutrizionali.

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Indice

Che cos’è l’acrilammide?

L’acrilammide (nome IUPAC: 2-propenamide) è un solido cristallino bianco e inodore. È un monomero altamente solubile in acqua e in solventi polari come acetone, metanolo ed etanolo, mentre non è solubile in solventi non polari.

Tab.1 - Struttura chimica e proprietà chimico-fisiche dell’acrilammide

Negli anni ’90 l’Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro (IARC), ha stabilito la tossicità dell’acrilammide, classificandola come sostanza “potenzialmente cancerogena per l’uomo” (classe 2A). 

La classificazione si è basata sui risultati di ricerche eseguite in vivo, su animali da laboratorio, che hanno evidenziato come l’acrilammide venga metabolizzata dai mammiferi in glicidammide, un metabolita reattivo altamente genotossico, in grado di danneggiare il DNA e far insorgere il cancro in diversi organi (pelle, polmoni, cervello, utero, tiroide e ghiandola mammaria) [1]. 

Negli anni 2000, alcuni ricercatori dell’Università di Stoccolma scoprirono la presenza di acrilammide in alcuni prodotti alimentari sottoposti ad intenso trattamento termico: patate fritte (French fries, chips) e al forno, prodotti da forno (biscotti, cracker, pane, ecc.) e caffè [2]. 

Le materie prime come patate, cereali e caffè verde contengono zuccheri riducenti (glucosio e fruttosio) e aminoacidi (principalmente asparagina libera), che durante i processi di trasformazione ad alte temperature (superiori a 120°C), reagiscono tra loro portando alla formazione di acrilammide.

Il principale meccanismo di formazione di questo composto tossico è la reazione di Maillard, responsabile anche delle caratteristiche organolettiche (sapore, odore, colore) tipiche degli alimenti fritti, cotti al fono, alla griglia o tostati [3].

Nel 2015 i timori per i rischi sulla salute pubblica derivati dall’esposizione all’acrilammide, condussero l’Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare (EFSA) a pubblicare un proprio parere scientifico, in cui è stato confermato che l’acrilammide aumenta potenzialmente il rischio di sviluppare il cancro nei consumatori di tutte le fasce di età, essendo presente in prodotti alimentari di largo consumo [4]. 

Pertanto, dopo un accurato monitoraggio degli alimenti più a rischio, la Commissione Europea, con il Regolamento (UE) 2017/2158 del 20 novembre 2017 (entrato in vigore l’11 aprile 2018), ha definito misure di mitigazione e livelli di riferimento per la riduzione della presenza di acrilammide negli alimenti, tra cui prodotti fritti a base di patate, prodotti da forno e caffè [5].

Acrilammide e caffè: quali sono i valori massimi fissati?

Il caffè è una delle bevande più popolari al mondo, consumata per le sue peculiari caratteristiche sensoriali, l’effetto stimolante della caffeina e l’impatto benefico sulla salute umana, grazie alla presenza accertata di numerosi composti antiossidanti [6]. 

La qualità complessiva di una tazza di caffè, una bevanda apparentemente “semplice”, è il risultato di un attento controllo di una moltitudine di fattori, quali la selezione delle materie prime (specie e varietà del caffè verde), le condizioni di conservazione e le modalità di conduzione dei processi di torrefazione e di estrazione della bevanda (Fig. 1).

Fig. 1 - Schema del processo di lavorazione del caffè, dalla ciliegia alla bevanda

Il processo di tostatura è l'operazione unitaria più importante, responsabile delle principali caratteristiche chimiche, fisiche e organolettiche del caffè tostato e relativa bevanda, nonché dello sviluppo di composti antiossidanti; tuttavia, tale processo termico induce anche la formazione di composti tossici indesiderati tra cui l'acrilammide.

La bevanda di caffè può contribuire notevolmente all’apporto totale di acrilammide nella dieta, a seguito del suo elevato consumo giornaliero diffuso in tutto il mondo [6] [7]. A causa del potenziale tossicologico di tale sostanza, le industrie alimentari, le autorità e le istituzioni sono sempre più interessate ad applicare interventi volti a ridurre e/o prevenire la sua presenza negli alimenti [5] [8].

Gli operatori del settore alimentare sono tenuti ad applicare le misure previste dal Regolamento (UE) 2017/2158 rispettando i valori massimi fissati per il contenuto di acrilammide, riportati nell’Allegato IV dello stesso. Nello specifico, per il caffè e i suoi succedanei, i valori di riferimento sono: 400 μg/kg per il caffè tostato; 850 μg/kg per il caffè solubile; 500 μg/kg e 4000 μg/kg per i sostituti del caffè rispettivamente a base di cereali e cicoria [5].

Ridurre la formazione di acrilammide nel caffè: è possibile?

Tutte le fasi di lavorazione del caffè, dalla selezione della materia prima alla preparazione della bevanda, contribuiscono a determinare i livelli di acrilammide nel prodotto finito. Ciò nonostante, rispetto ad altri prodotti alimentari come patate fritte, pane, biscotti e cereali da prima colazione, sul caffè sono stati condotti pochi studi scientifici riguardanti l’applicazione di possibili misure per la sua riduzione.

Le possibili strategie, riportate in letteratura, per la mitigazione della presenza di acrilammide nelle principali fasi di lavorazione del caffè, sono riassunte in Tab. 2 [9].

Tuttavia, molte strategie suggerite dalle ricerche effettuate non risultano sempre di facile applicazione e spesso comportano modificazioni delle caratteristiche organolettiche desiderate nel prodotto finito e della sua qualità generale.

Tab. 2 - Principali strategie d’intervento, riportate nella letteratura scientifica, per la riduzione dell’acrilammide nel caffè attraverso le principali fasi del processo produttivo [adattato da 9]

Tra le strategie più valide per la riduzione del livello di acrilammide nel caffè c’è la selezione delle materie prime, in termini di specie e qualità. Le due principali specie di caffè verde di interesse per l’industria di trasformazione sono Coffea arabica L. (circa il 65% della produzione mondiale) e Coffea canephora (circa il 35% della produzione mondiale), convenzionalmente chiamate Arabica e Robusta. 

Per quanto riguarda la materia prima le varietà della specie Arabica sono da preferire rispetto alla Robusta poiché quest’ultima è caratterizzata da una concentrazione di asparagina più elevata, che induce una maggiore formazione di acrilammide in fase di tostatura. 

Il caffè Robusta possiede però maggiori sostanze biologicamente attive tra cui composti fenolici (acidi clorogenici, acido caffeico, ferulico e para-cumarico) che hanno una notevole attività antiossidante [10] [11].

Risulta poi fondamentale eliminare dal caffè verde chicchi difettosi (es. neri, immaturi, rotti), che contengono una concentrazione di asparagina libera significativamente più elevata rispetto a quelli sani e maturi [12].

Importanti parametri del processo di tostatura, come temperatura e tempo influenzano significativamente i livelli di acrilammide finali nel caffè. In particolare, i caffè tostati a temperature più elevate e tempi più lunghi (“dark” o “all’italiana”) sono caratterizzati da un contenuto di acrilammide più basso rispetto a quelli tostati a tempi e temperature più blandi (“light-medium”). Infatti, l’acrilammide si forma nelle fasi iniziali del processo di torrefazione e si riduce con il suo prolungamento [13]. 

Tuttavia, il grado di torrefazione (“light”, “medium” o “dark”) è normalmente determinato dalle preferenze dei consumatori nei diversi paesi. Generalmente, i consumatori del Nord Europa e degli Stati Uniti preferiscono un grado di tostatura più blando rispetto a quelli del Sud Europa che prediligono un grado di tostatura “medium-dark” o “dark” [6].

L’acrilammide è un composto altamente solubile in acqua, quindi durante la preparazione della bevanda di caffè viene estratta completamente o parzialmente a seconda dei metodi adottati. Le tecniche di estrazione si distinguono, secondo le tradizioni geografiche e locali, per grado di macinatura del caffè, rapporto caffè/acqua, pressione, temperatura e tempo di estrazione.

Il metodo “espresso”, caratterizzato da un breve tempo di estrazione e un elevato rapporto caffè/acqua, permette il passaggio di una minore concentrazione di soluti e quindi anche di acrilammide rispetto agli altri metodi di estrazione [10] [11].

Conclusioni

È ormai accertato che la selezione di caffè verde di alta qualità, elevati gradi di torrefazione e metodi di estrazione adeguati contribuiscono a ridurre i livelli di acrilammide nella bevanda di caffè. Tuttavia, ulteriori studi sono necessari per trovare misure di mitigazione appropriate ed efficaci adottando un approccio olistico rischi/benefici.

[1] IARC (1994). IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risk to Humans. Some Industrial Chemicals, 60, pp. 389-434.

[2] Tareke Eden, Rydberg Per, Karlsson Patrik, Eriksson Sune, Törnqvist Margareta (2002). Analysis of acrylamide a carcinogen formed in heated foodstuffs. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 50, pp. 4998-5006.

[3] Stadler Richard H. & Studer Alfred (2016). Acrylamide Formation Mechanisms. Acrylamide in Food, Gökmen Vural, Academic Press, pp. 1-17.

[4] EFSA (2015). Scientific Opinion on acrylamide in food. EFSA Journal, 13(6), 4104, pp. 1-321.

[5] Commissione Europea (2017). Regolamento (UE) 2017/2158 della commissione del 20 novembre 2017 che istituisce misure di attenuazione e livelli di riferimento per la riduzione della presenza di acrilammide negli alimenti.

[6] Anese Monica (2016). Acrylamide in Coffee and Coffee Substitutes. Acrylamide in Food, Gökmen Vural, Academic Press, pp. 181-195.

[7] Guenther Helmut, Anklam Elke, Wenzl Thomas, & Stadler Richard H. (2007). Acrylamide in Coffee: Review of Progress in Analysis, Formation and Level Reduction. Food Additives and Contaminants, 24, pp. 60-70.

[8] Food Drink Europe (2019). Acrylamide Toolbox 2019. https://www.fooddrinkeurope.eu/publication/FoodDrinkEurope-Annual-Report-2019/

[9] Schouten Maria Alessia, Tappi Silvia & Romani Santina (2020). Acrylamide in coffee: formation and possible mitigation strategies - A review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, in stampa.

[10] Lantz Ingo, Ternité Ruediger, Wilkens Jochen, Hoenicke Katrin, Guenther Helmut, & Van Der Stegen Gerrit H.D. (2006). Studies on Acrylamide Levels in Roasting, Storage and Brewing of Coffee. Molecular Nutrition and Food Research, 50, pp. 1039-46.

[11] Alves Rita C., Soares Cristina, Casal Susana, Fernandes J.O., & Oliveira Beatriz P.P. (2010). Acrylamide in Espresso Coffee: Influence of Species, Roast Degree and Brew Length. Food Chemistry, 119(3), pp. 929-34.

[12] Mazzafera Paulo (1999). Chemical Composition of Defective Coffee Beans. Food Chemistry, 64(4), pp. 547-54.

[13] Lachenmeier Dirk W., Schwarz Steffen, Teipel Jan, Hegmanns Maren, Kuballa Thomas, Walch Stephan G., & Breitling-Utzmann Carmen M. (2019). Potential Antagonistic Effects of Acrylamide Mitigation during Coffee Roasting on Furfuryl Alcohol, Furan and 5-Hydroxymethylfurfural. Toxics, 7(1), pp. 1-13.

Maria Alessia Schouten

Maria Alessia Schouten

Dottoranda in Scienze e Tecnologie Agrarie, Ambientali e Alimentari presso l’Università di Bologna (supervisor: Prof. Santina Romani). L’obiettivo del suo progetto di ricerca è quello di individuare e caratterizzare soluzioni tradizionali o innovative promettenti per la mitigazione dell'acrilammide in alimenti come patate fritte, prodotti da forno e caffè tostato.

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Santina Romani

Santina Romani

Professore Associato di Tecnologie Alimentari all’Università di Bologna, sede di Cesena. Svolge le sue ricerche nell'ambito delle tematiche inerenti la trasformazione, qualità e stabilità degli alimenti, con particolare interesse al miglioramento della shelf-life in funzione del controllo dei principali fenomeni alterativi e dell'influenza di processo. Autrice di circa 200 articoli scientifici del settore.

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