Wpływ obróbki termicznej żywności na powstawanie związków kancerogennych: wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) i heterocykliczne aminy aromatyczne (HCA)

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne to szeroka grupa ponad stu lipofilnych związków chemicznych o udowodnionym działaniu genotoksycznym, mutagennym i rakotwórczym. W ich strukturze znajdują się co najmniej dwa skondensowane pierścienie benzenowe połączone wspólnymi atomami węgla w różnych układach przestrzennych. WWA powstają podczas niepełnego spalania materii organicznej w temperaturach rzędu 250–900°C. Prototypowym i najlepiej przebadanym przedstawicielem tej grupy jest benzo(a)piren [BaP], sklasyfikowany przez Międzynarodową Agencję Badań nad Rakiem (IARC) w Grupie 1 jako substancja jednoznacznie rakotwórcza dla człowieka.

WWA przedostają się do łańcucha pokarmowego dwiema głównymi drogami: poprzez zanieczyszczenie środowiska (osiadanie pyłów przemysłowych i spalin na uprawach warzyw, owoców czy zbóż) oraz w trakcie technologicznego przetwarzania żywności (wędzenie dymem drzewnym, bezpośrednie suszenie spalinami, prażenie kawy i kakao, a także grillowanie). Ze względu na wysokie ryzyko onkologiczne Komisja Europejska wprowadziła rygorystyczne normy zawartości WWA w produktach spożywczych (m.in. Rozporządzenie Komisji UE nr 835/2011 oraz aktualne normy UE 2023/915). Limity określają maksymalne stężenia benzo(a)pirenu oraz sumy czterech wskaźnikowych związków (tzw. PAH4: benzo[a]piren, chryzen, benzo[a]antracen, benzo[b]fluoranten) m.in. w olejach, mięsie wędzonym i żywności dla niemowląt.

Stężenie WWA w gotowych potrawach zależy w przeważającej mierze od wybranej metody obróbki cieplnej. Największe stężenia kancerogenów odnotowuje się podczas tradycyjnego grillowania na węglu drzewnym na otwartym ruszcie. Zjawisko to wynika z wytapiania się tłuszczu z mięsa, który kapiąc na rozżarzone węgle (o temperaturze 500–800°C), ulega gwałtownej pirolizie. Powstający dym, nasycony lotnymi cząsteczkami WWA, unosi się i osiada bezpośrednio na powierzchni potrawy. Zastosowanie tacek aluminiowych, grilla elektrycznego bądź patelni znacząco eliminuje ten proces, redukując poziom benzo(a)pirenu nawet o 90%. Badania wykazują, że silnie zwęglona skórka drobiowa z grilla może zawierać ponad 130 μg/kg BaP, podczas gdy mięso przygotowane na tacce zawiera śladowe ilości poniżej 0,5 μg/kg. Dodatkowo wcześniejsze marynowanie mięsa w mieszankach z dodatkiem czosnku, cebuli, rozmarynu i piwa ogranicza tworzenie WWA o ponad 50%.

Heterocykliczne aminy aromatyczne to rodzina silnie mutagennych związków organicznych powstających w trakcie obróbki termicznej produktów bogatych w białko, przede wszystkim mięsa i ryb. W odróżnieniu od WWA, HCA nie pochodzą z dymu czy pirolizy kapiącego tłuszczu, lecz tworzą się bezpośrednio w powierzchniowej warstwie mięsa. Powstają w wyniku zaawansowanych reakcji Maillarda zachodzących pomiędzy wolnymi aminokwasami, heksozami oraz kreatyną lub kreatyniną obecną w tkance mięśniowej pod wpływem wysokiej temperatury (powyżej 150–200°C). Do najistotniejszych przedstawicieli HCA należą PhIP (2-amino-1-metylo-6-fenyloimidazo[4,5-b]pirydyna), 8-MeIQx oraz IQ, wykazujące wielokrotnie wyższy potencjał mutagenny w testach Amesa niż benzo(a)piren.

Do tej pory zidentyfikowano ponad 25 różnych rodzajów heterocyklicznych amin aromatycznych w żywności poddanej obróbce cieplnej. Głównym źródłem HCA w diecie człowieka jest smażona, pieczona i grillowana wołowina, wieprzowina, drób oraz ryby. Znaczące ilości tych związków wykrywa się również w mocno wysmażonym bekonie, wywarach mięsnych, kostkach rosołowych, ekstraktach z mięsa wołowego oraz sosach pieczeniowych przygotowywanych na bazie przypieczonych soków z patelni. W produktach roślinnych (poza poddanymi intensywnemu prażeniu produktami sojowymi) HCA zasadniczo nie występują ze względu na brak kreatyny i kreatyniny niezbędnych do ich syntezy.

Kluczowymi parametrami determinującymi stężenie HCA w potrawach są temperatura obróbki, czas jej trwania oraz zawartość wody i prekursorów w surowcu. Poniżej 150°C synteza HCA zachodzi w minimalnym stopniu, natomiast jej intensywność rośnie wykładniczo w zakresie 200–300°C. Smażenie fileta drobiowego na patelni w 190°C generuje około 30 ng/g PhIP, podczas gdy podniesienie temperatury do 250°C oraz bezpośrednie grillowanie nad rusztem może zwiększyć to stężenie nawet dziesięciokrotnie (do ponad 300 ng/g). Równie istotny jest rodzaj mięsa: wieprzowina i wołowina ze względu na profil aminokwasowy i zawartość kreatyny wykazują wyższą skłonność do generowania MeIQx niż mięso białe. Z kolei metody gotowania w wodzie, gotowania na parze oraz duszenia pod przykryciem – gdzie temperatura nie przekracza 100°C – praktycznie całkowicie zapobiegają tworzeniu HCA.

Zarówno WWA, jak i HCA są prokancerogenami, które wymagają bioaktywacji metabolicznej w organizmie przez enzymy cytochromu P450 (głównie CYP1A1, CYP1A2) oraz enzymy fazy II (NAT2, SULT). W procesie tym powstają reaktywne epoksydy i estry N-hydroksylowe tworzące kowalencyjne addukty z DNA, co prowadzi do mutacji w genach supresorowych (np. TP53) i protoonkogenach, zwiększając ryzyko nowotworów jelita grubego, żołądka, trzustki i sutka. Aby skutecznie chronić zdrowie, warto wdrożyć sprawdzone zasady kulinarne: unikać przypalania i zwęglania potraw, odcinać sczerniałe fragmenty mięsa, grillować na tackach lub grillach pionowych, stosować marynaty na bazie octu, wina, soku z cytryny i ziół bogatych w polifenole (rozmaryn, oregano, czosnek) oraz łączyć mięso z dużą porcją świeżych warzyw bogatych w błonnik i sulforafan, które przyspieszają detoksykację i eliminację kancerogenów.