Изследвания на експозиция на акриламид и акролеин посредством хранителни и човешки биомониторинг

1 Изследвания на експозиция на акриламид и акролеин посредством хранителен и човешки биомониторинг Дисертация D386, одобрена от Катедрата по химия на Техническия университет в Кайзерслаутерн за присъждане на академична степен доктор на природните науки, представена от дипломиран химик по храните Meike Rünz Надзор на работата: проф. Д-р. Elke Richling Дата на научния дебат:

3 Експерименталната част от тази работа е извършена от април 2013 г. до февруари 2017 г. в катедрата по химия, специализирана в областта на химията на храните и токсикологията в Техническия университет в Кайзерслаутерн в работната група на проф. Д-р. Изпълни се Елке Ричлинг. Председател на изпитната комисия: проф. Д-р Хелмут Сицман 1-ви докладчик: проф. Д-р Елке Ричлинг 2. Репортер: проф. Д-р Д-р Дитер Шренк

5 Съдържание I Съдържание Съдържание. I Списък на съкращенията. V резюме. X кратко резюме. XI 1 Въведение Състояние на знанието Общи принципи Оценка на риска Биомониторинг на околната среда и на човека Топлинно индуцирани хранителни замърсители Акриламид Физико-химични свойства Образование Индустриален синтез Екзогенно образуване Ендогенно образуване Нива в храната Фактори, влияещи върху нивата в храните Токсикокинетика Абсорбция и разпределение Метаболизъм Екскреция Токсикодинамика токсичност Острота токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Токсичност Противопоказание Оценка на експозицията Оценка на експозицията чрез мониторинг на околната среда Оценка на експозицията с помощта на човешки биомониторинг Характеристика на риска и управление на риска Acrolein Физико-химични свойства Образование Индустриален синтез Екзогенно образование Ендогенно образование Съдържание в храните Фактори, влияещи върху съдържанието в храната. 52

6 II. и свързаните с акролеин меркаптурни киселини в урината Човешко проучване I Анализ на развитието на теглото Анализ на дневниците на активността Анализ на храна Акриламид Акролеин протеин Аспарагин Изчисляване на дневния хранителен прием Прием на акриламид Прием на силно загряти храни Прием на протеини Прием на аспарагин Прием на мазнини Анализ на енергийния прием анализ на стаята въздух акролеин на урината на изследваните обеми урина креатинин акриламид асоциирани меркаптури киселинни акролеин-свързани меркаптурни киселини

7 Съдържание III 4.3 Проучвания за освобождаване на акролеин, проучване при хора II Изчисляване на количествата за дневен прием на силно загряти храни Определяне на недиетични екзогенни източници на експозиция на акролеин Анализ на урината на изследваните обеми Обеми на урина Креатин Акролин, свързани с меркаптури киселини Обобщение Материали Устройства Консумативи Химикали Методи Определяне на акриламид в хранителни проби Разработване на метод за измерване на проби Метод за валидиране Параметри HPLC и ESI pos-ms/ms Калибрационни линии Определяне на акриламид и свързани с акролеин меркаптурни киселини в урината Приготвяне на пробата Разработване на метод за измерване на метода Утвърждаване на параметри HPLC и ESI не-ms/ms Параметри на калибриране Оценка на хранителните и енергийните нива в храна с използване на Prodi 5.8 Експерт Определяне на креатинин в урината Подготовка на експеримента Изпълнение на експеримента Синтез на N-ацетил-S- (3-оксопропил) -цистеин Определяне на акролеи n-свързани меркаптурни киселини в калиев фосфатен буфер Подготовка на пробата Измерване на пробата Изчисления и статистика Изчисляване на AUC теста на Андерсън-Дарлинг Сдвоен и несдвоен t-тест Тест на Уилкоксън

8 IV Съдържание U-тест на Mann-Whitney Информация за изследванията върху хора I правно одобрение Набиране на участници Медицински предварителен преглед Проверка на храните (съдържание на акриламид) Допълнителна информация Човешко проучване II Правно разрешение Набиране на предмети Медицински предварителен преглед Библиография Приложение CV. i списък с публикации. iii Благодарности. v обяснение. vii

9 Списък на съкращенията V Списък на съкращенията 8-OHdG AA AA-Hb AAMA AAMA-SO AC Ade AGE AKR ALARA ALDH AO AUC BfR BHA BHT BMDL BMI BSO BVL CA CAD CE CEMA CEP CHO cll c max CO 2 c preose CRP CUR c промивка 8-хидроксидекси Акриламид Адуламин на акриламид-хемоглобин N-ацетил-S- (2-карбамоилетил) -L-цистеин N-ацетил-S- (2-карбамоилетил) -L-цистеин-S-оксид акролеин аденин напреднали гликационни крайни продукти алдо-кето-редуктаза Толкова ниско, колкото разумно постижимо, толкова ниско, колкото разумно постижимо Алдехид дехидрогеназа Аминооксидаза Област под кривата под кривата Федерален институт за оценка на риска Бутилхидроксианизол Бутилхидрокситолуен Долна граница на доверие на референтната доза Долна граница на доверие Долна граница на доверие Body-Mass-Index Buthioninsulfoximimos дисоциация газ сблъсък енергия сблъсък енергия N-ацетил-S- (2-карбоксиетил) -L-цистеин клетка интрит потенциален вход на клетки потенциални яйчници на китайски джудже хамстер китайски хамстер яйчник хронична лимфоцитна левкемия максимална концентрация въглероден диоксид начална концентрация C-реактивен протеин завеса газова завеса концентрация на газ след фаза на измиване

17 Въведение 2 недостатъчни данни за процентното отделяне на експозиционни биомаркери. В зависимост от предполагаемия процент на екскреция на акролеин като HPMA за 24 часа, беше определена средна дневна експозиция на акролеин от 2,1-24 µg/kg телесно тегло (SKLM, 2012). Експозицията, оценена чрез човешки биомониторинг, отразява не само приема на хранителен акролеин, но и експозицията от ендогенна формация и от други екзогенни източници на акролеин. Необходимо е да се изясни до каква степен храните допринасят за отделянето на биомаркери на експозиция на акролеин в сравнение с други екзогенни източници на акролеин и/или ендогенна формация.

32 17 Състояние на знанието Фигура 13: Метаболизъм на акриламид, AA: акриламид, AAMA: N-ацетил-S- (2-карбамоилетил) -L-цистеин, AAMA-SO: N-ацетил-S- (2-карбамоилетил) -L- цистеин-S-оксид, Аде: аденин, DHPA: 2,3-дихидроксипропанамид, DHPS: 2,3-дихидроксипропанова киселина, ДНК: дезоксирибонуклеинова киселина, EH: епоксидна хидролаза, GA: глицидамид, GAMA: N-ацетил-S- (2-карбамоил -2-хидроксиетил) -L-цистеин, GSH: глутатион, GST: глутатион-S-трансфераза, Gua: гуанин, Hb: хемоглобин, изо-гама: N-ацетил-S- (1-карбамоил-2-хидроксиетил) - L-цистеин [модифициран от (EFSA, 2015a), допълнен от (Sumner et al., 2003; Doerge et al., 2005a; Tareke et al., 2006)]

35 Състояние на знанието 20 Представлява освобождаването на CO 2. Все още не съществуват точни изследвания, които биха доказали този път на разграждане. Конюгиране на акриламид и глицидамид с глутатион и разграждане до меркаптурни киселини В допълнение към епоксидната хидролиза, детоксикацията на акриламид и глицидамид също се осъществява чрез реакцията с глутатион и последващия метаболизъм до съответните меркаптурни киселини (вж. Фигура 14). Фигура 14: Образуване на AAMA и AAMA-SO от акриламид и на GAMA и изо-гама от глицидамид, AA: акриламид, AAMA: N-ацетил-S- (2-карбамоилетил) -L-цистеин, AAMA-SO: N- Ацетил-S- (2-карбамоилетил) -цистеин-S-оксид, DiP: дипептидаза, GA: глицидамид, GAMA: N-ацетил-S- (2-карбамоил-2-хидроксиетил) -L-цистеин, GGT: -глутамил транспептидаза, Glu: глутаминова киселина, Gly: глицин, GSH: глутатион, GST: глутатион-S-трансфераза, изо-гама: N-ацетил-S- (1-карбамоил-2-хидроксиетил) -l-цистеин, NAT: N-ацетилтрансфераза [изменено от (Duda-Chodak et al., 2016)]

62 47 Състояние на знанието Фигура 19: Постулирани пътища на образуване на акролеин от глюкоза [модифициран от (Stevens and Maier, 2008)] Образуване от аминокиселини и други амино съединения Образуване от метионин Термично индуцирано образуване на акролеин също е описано в контекста на разграждането на Strecker на аминокиселината метионин ( вижте фигура 20). В хода на реакцията на Maillard, метионинът и дикарбонилното съединение могат да бъдат превърнати в Schiff основа, която чрез хидролиза се превръща в метионал на Strecker алдехид. Метионал може да реагира допълнително на метанетиол и акролеин чрез разцепване на ретро-Майкъл (Stevens and Maier, 2008). Фигура 20: Постулиран път на образуване на акролеин от метионин, R1 и R2: алкилова или алкенилова група [модифициран от (Stevens and Maier, 2008)]

70 55 Състояние на знанието Фигура 24: Метаболизъм на акролеин. AC: акролеин, AC-GSH: AKR: алдо-кето-редуктаза, ALDH: алдехиддехидрогеназа, CEMA: N-ацетил-S- (2-карбоксиетил) -L-цистеин, ДНК: дезоксирибонуклеинова киселина, EH: епоксидна хидролаза, FMO: флавин- зависима монооксигеназа, глицидалдехид-МА: N-ацетил-S- (2-карбокси-2-хидроксиетил) -L-цистеин, GSH: глутатион, GST: глутатион-S-трансфераза, HPMA: N-ацетил-S- (3- хидроксипропил) -L-цистеин, OPMA: N-ацетил-S- (3-оксопропил) -L-цистеин, OPMA-SO: N-ацетил-S- (3-оксопропил) -L-цистеин-S-оксид, α -oh-pdg: α-хидрокси-1n 2-пропано-2-дезоксигуанозин, -OH-PdG, -хидрокси-1N 2-пропано-2`-деоксигуанозин, Δ: открит in vivo [модифициран от (Parent et al. 1998; Стивънс и Майер, 2008)]

72 57 Глава за състоянието на знанието). Механизмът на образуване на глицидалдехид-меркаптурова киселина от глицидалдехид е показан на фигура 25, аналогично на механизма на базата на акролеин. Фигура 25: Образуване на HPMA и CEMA от акролеин и на глицидалдехид-МА от глицидалдехид, AC: акролеин, AKR: алдо-кето-редуктаза, ALDH: алдехид дехидрогеназа, CEMA: N-ацетил-S- (2-карбоксиетил) -L- цистеин, DiP: дипептидаза, FMO: флавин-зависима монооксигеназа, глицидалдехид-МА: N-ацетил-S- (2-карбокси-2-хидроксиетил) -L-цистеин, GGT: -глутамил транспептидаза, Glu: глутаминова киселина, Gly: глицин GSH: глутатион, GST: глутатион-S-трансфераза, HPMA: N-ацетил-S- (3-хидроксипропил) -L-цистеин, NAT: N-ацетилтрансфераза, OPMA: N-ацетил-S- (3-оксопропил) - L-цистеин, OPMA-SO: N-ацетил-S- (3-оксопропил) -L-цистеин-S-оксид [модифициран от (Horvath et al., 1992; Stevens and Maier, 2008)]