Otwarty dostęp

Caramel colors in terms of scientific research, with particular consideration of their toxicity

Marta Buczkowska
Marta Buczkowska
, 
Kamila Paciorek
Kamila Paciorek
, 
Anna Kapcińska
Anna Kapcińska
 oraz 
Michał Górski
Michał Górski
   | 23 kwi 2021
Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej's Cover Image
O artykule
Poprzedni artykuł
Następny artykuł
Zacytuj
Article Category: Review
Data publikacji: 23 kwi 2021
Zakres stron: 246 - 264
Otrzymano: 10 maj 2020
Przyjęty: 03 wrz 2020
DOI: https://doi.org/10.5604/01.3001.0014.8497
Słowa kluczowe
© 2021 Marta Buczkowska et al., published by Sciendo
This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Ryc. 1

Wzory chemiczne HMF (5-hydroksymetylofurfural), SMF (5-sulfooksymetylofurfural) i CMF (5-chlorometylofurfural) [opracowanie własne z użyciem Chem Draw Professional 16.0, wg 31]
Wzory chemiczne HMF (5-hydroksymetylofurfural), SMF (5-sulfooksymetylofurfural) i CMF (5-chlorometylofurfural) [opracowanie własne z użyciem Chem Draw Professional 16.0, wg 31]

Ryc. 2

Wzory chemiczne izomerów metyloimidazolu [opracowanie własne z użyciem Chem Draw Professional 16.0, wg 15]
Wzory chemiczne izomerów metyloimidazolu [opracowanie własne z użyciem Chem Draw Professional 16.0, wg 15]

Ryc. 3

Wzory chemiczne 2-acetylo-4-tetrahydroksy-butyloimidazol i jego tautomer – 2-acetylo-5-tetrahydroksy-butyloimidazol [opracowanie własne z użyciem Chem Draw Professional 16.0, wg 32]
Wzory chemiczne 2-acetylo-4-tetrahydroksy-butyloimidazol i jego tautomer – 2-acetylo-5-tetrahydroksy-butyloimidazol [opracowanie własne z użyciem Chem Draw Professional 16.0, wg 32]

Podstawowe badania toksyczności karmeli [wg 8, 26, 34, 60]

Rodzaj karmelu Materiał i metody badań Wyniki
Toksyczność podprzewlekła
El 50a Szczury Wistar (samice);Droga doustna (pasza);Czas: 12 tygodni (narażenie: 8 tyg.; rekonwalescencja: 4 tyg.);Dawki: 0, 15 i 30 g/kg mc. Odnotowano: przebarwienie krezkowych węzłów chłonnych, bieaunki, wzrost masy stolca – wszystkie zmiany zmniejszyły się lub ustąpiły w okresie rekonwalescencji
Szczury Crl: CD (SD) (obie płci);Czas: 28 dni;Droga narażenia: doustna (z wodą);Dawki: 0, 0, 5, 1 i 2 ml/kg mc/dzień. Odnotowano: spadek wartości APTT, wzrost liczby limfocytów i znaczący spadek liczby neutrofili; zmiany histopatologiczne m.in. w nerkach.Wniosek: odnotowane zmiany nie były związane z ekspozycją na karmele; nietoksyczna dawka E150a to co najmniej 2,66 g /kg mc/dzień
E150b Szczury Fischer F 344 (obie płci);Droga: doustna (z wodą);Czas narażenia: 90 dni;Dawki: 0, 4, 8, 12, 16 g/kg mc/dzień. Odnotowano: zmniejszenie obiętości i obniżenie pH moczu, wzrost ciężaru właściwego moczu, wzrost bezwzględnej i względnej masy nerek i jelita ślepego; zmniejszenie masy ciała oraz spożycia pokarmów i płynów; zmiany pigmentacyjne w przewodzie pokarmowym i krezkowych węzłach chłonnych (zależne od dawki)Wniosek: zmniejszenie przyrostu masy ciała i wzrost masy nerek były skutkiem zmniejszonego spożycia pokarmu i płynów, prawdopodobnie wynikającego z obniżonych walorów smakowych wody ze względu na obecność karmelu. Pigmentacja krezkowych węzłów chłonnych i powiększenie kątnicy nie miały znaczenia toksykologicznego; NOAEL=16g/kg mc/dzień
E150c Szczury Sprague Dawley (obie płci);Droga: doustna (pasza);Czas narażenia: 13 tygodni;Dawki: 0, 4, 8, 16 g/kg mc/dzień. Odnotowano zmniejszenie przvrostu masy ciała, zmnieijzoną masę grasicy i śledziony; wzrost względnej masy wątroby i nerek; zmniejszenie stężenia hemoglobiny (od 6 tygodnia); limfopenia (obserwowana we wszystkich dawkach).Brak zmian histopatologicznych powiązanych ze spożyciem karmeliWniosek: obserwowane zmiany nie zostały uznane za przejaw działania toksycznego karmeli.
Toksyczność przewlekła
E150c Szczury Wistar (obie płci);Droga: doustna (pasza);Czas narażenia:2 lata;Dawki: 0, 0.5, 1.5, 3 g/kg mc/dzień. Odnotowano: znaczący Spadek masy ciała i spożycia pokarmu. nasilający się ze wzrostem dawki (nieistotne statystyczne), istotne różnice w względnej masie mózgu, tarczycy i nerek w porównaniu z grupą kontrolną; limfopenia przy dawkach: 1,5 i 3 g/kg mc/dzień (u obu płci).Wniosek: obserwowane zmiany byłys nieistotne z toksykologicznego punktu widzenia. W opinii JECFA odnotowano, że limfopenia była wynikiem obecności THI.
E150c Szczury Fischer F-344 (obie płci);Droga: doustna (z wodą);Czas narażenia: 90 dni;Dawki E150c: 0, 10, 15, 20 g/kg mc/dzieńZawartość THI: 15 mg / kg karmelu w postaci stałej (próbka A; dla wszystkich dawek E150c) i 295 mg / kg karmelu w postaci stałej (próbka B; wyłącznie dla dawki E150c=20 g/kg mc/dzień)Zawartość pirydoksyny w diecie: >10 mg/kg Odnotowano zmniejszenie przyrostu masy ciała (we wszystkich dawkach), zmniejszone spożycie pokarmu i wody; zmniejszenie obiętości i zwiększenie ciężaru właściwego moczu; leukopenia,w tym limfopenia zależna od dawki (istotna statystycznie w przypadku próbki BTHI) - powrót parametrów do normy po zakończeniu badań; nagromadzenie karmelu E150c w przewodzie pokarmowym i krezkowych węzłach chłonnych (bez uszkodzenia tkanki); zmniejszenie bezwzględnej masy grasicy-konsekwencja zmniejszenia masy ciała.Wniosek: Wpływ na przyrost masy ciała był częściowo spowodowany zmniejszonym poborem wody spowodowanym gorszymi walorami smakowymi wody pitnej, a nie toksycznym wpływem karmelu; NOAEL=20 g/kg mc/dzień
E150d Szczury Fischer F-344 (obie płci);Droga: doustna (z wodą);Czas narażenia: 13 tygodniDawki: 0, 15, 20, 25, 30 g/kg mc/dzień. Odnotowano: zmniejszenie przyrostu masy ciała oraz przyjmowania pokarmu i wody (nasilające się ze wzrostem dawki): zmniejszenie objętości i zwiększenie ciężaru właściwego moczu; niższe poziomy azotu mocznikowego, fosfatazy alkalicznej oraz białka całkowitego we krwi (niezależnie od dawki); zmiana masy narządów m.in. grasicy, śledziony, mózgu, wątroby, nerek (bez zmian histopatologicznych); nagromadzenie pigmentu w krezkowych węzłach chłonnych, wraz z pogrubieniem błony śluzowej jelita ślepego i mięśni brzusznych kątnicyWnioski: większość zmian była wynikiem zmniejszonego przyjmowania pokarmu (prawdopodobnie na skutek nieodpowiedniego smaku roztworów karmelu); zmiany morfologiczne w obrębie jelita były niespecyficznymi konsekwencjami podania dużych ilości karmelu; NOAEL=30 g/kg mc/dzień
Toksyczność przewlekła ze szczególnym uwzględnieniem działania rakotwórczego
E150c Szczury Fischer F-344 (obie płci);Droga: doustna (z wodą);Czas narażenia:2 lata;Dawki E150c: 0, 0, 5 i 2 g/kg mc/dzień;Zawartość THI :< 25 mg/kg; Zaobserwowano częstsze występowanie nowotworów przysadki mózgowei u samców przyjmujących najwyższą dawkę karmelu.Wniosek: Występowanie nowotworów w grupie badanej nie było znacząco wyższe niż w grupie kontrolnej (występowania nowotworów przysadki zostało przypisane częstszemu występowania tego typu guza u szczurów F344); NOAEL=2 g/kg mc/dzień
Myszy B6C3F1 (obie płci);Droga: doustna (z wodą);Czas: 2 lata (narażenie: 96 tyg.; rekonwalescencja: 8 tyg.);Dawki E150c:0, 2, 1 i 8, 4 g/kg mc/dzień;Zawartość THI: <25 mg/kg;Zawartość pirydoksyny w diecie: nieokreślona U samców zaobserwowano statystycznie istotne zwiększenie całkowitej liczby leukocytów, ale uznano, że mieszczą się w prawidłowym zakresie dla myszy B6C3F1; większa śmiertelność samców, przyjmujących najwyższą dawkę karmelu obserwowana od 100 tygodnia do końca badania;Wnioski: Brak istotnych różnic w częstósci występowania nowotworów w porównaniu z grupą kontrolną
Toksyczność rozrodcza i rozwojowa
E150c Ciężarne samice: myszy CD-1, szczury Wistar i króliki holenderskie;Droga: doustna ((z użyciem zgłębnika);Czas narażenia: wybrany okres trwania ciąży (6–15 dzień ciąży – myszy i szczury;6–18 dzień ciąży – króliki);Dawki: 0, 16, 74, 345, 1600 mg/kg mc/dzień Wnioski: Liczba nieprawidłowości tkanek miękkich lub szkieletowych w grupach testowych nie różniła się od tych występujących spontanicznie w grupie kontrolnej; nie odnotowano zmian masy płodu
E150d Szczury Wistar (obie płci);Droga: doustna (z wodą);Czas narażenia: 100 dni (F0) +100 dni (F1)Dawki: 0 i 10% roztwory. Wnioski: Brak wdływu E150d na konsumpję, wzrost i zmiany histopatologiczne oraz na liczbę żywych miotów i liczbę osobników w miocie
Szczury Wistar (obie płci);Droga: doustna (z paszą);Czas narażenia: 12 tygodni (pokolenie F0)Dawki E150d (o pojedynczej i podwójnej sile barwienia): 2–15% w diecie.Zawartość 4(5)-Mel: 200–850 mg/kg E150d Odnotowano: niewielki wzrost śmiertelności przy urodzeniu.Wnioski: brak niekorzystnego wpływu E150d na płodność samic, wielkość miotu, średną masę ciała i wzrost młodych oraz liczbę miejsc implantacji lub proporcje płci młodych; brak zaburzeń rozwojowych
Szczury Fischer F-344 (obie płci);Droga: doustna (z wodą);Czas narażenia: od 21 dnia przed skojarzeniem do laktacjiDawki: 8–28 g/kg mc/dzień Odnotowano: zmniejszenie przyrostu masy ciała w pokoleniu F0 i F1 (zależne od dawki): łysienie i gorszą kondycę młodych w ostatnich 7 dniach karmienia (częstsze przy najwyższej dawce) - uznano, że było to wynikiem braku pielęgnacji zwierząt w tym okresie; zwiększenie bezwzględnej i względnej masy wątroby, nerek i jelita ślepego (zależne od dawki); zmiany błony śluzowej dolnej części jelita i krezkowych węzłów chłonnych.Wnioski: nie stwierdzono zmian we wskaźnikach płodności i ciąż, a także istotnych zmian hematologicznych
Genotoksyczność i cytotoksyczność
Sacharoza poddana karmelizacji (180°C, 90 min) Test Ames Salmonella Typhimurium TA-98 Wynik negatywny
* Test Ames Salmonella Typhimurium TA-100* Analiza konwersji genów (Saccharomyes cerevisiae);* Test aberracji chromosomowych (linia komórkowa CHO – komórki jajnika chomika chińskieqo) Wynik pozytywny (preinkubacia z frakcją S9 zmniejszała mutagenne działanie karmelizowanej sacharozy)W teście aberracji chromosomowych (z wykorzystaniem skarmelizowanej sacharozy poddanej frakcjonowaniu na związki lotne i nielotne) stwierdzono, że nielotne składniki skarmelizowanej sacharozy wykazywały najwyższą aktywność klastogenną.
E150a Test Ames [Salmonella Typhimurium);Dawka: 0–20 mg/płytkę Wynik negatywny
Test Ames (Salmonella Typhimurium);Dawka: 0–10mg/płytkę Wynik negatywny
Test aberracji chromosomowych (linia komórkowa CHO)Dawka: 0–10mg/ml Wynik pozytywny (znaczny wzrost uszkodzenia chromosomów jedynie przy najwyższei dawce bez aktywacja frakcją S9: brak zmian przy niższych dawkach)
Mutacje komórkowe (in vitro) (linia komórkowa L5178Y – komórki chłoniaka myszy);Dawka: 0–9 mg/ml Wynik pozytywny (wzrost częstotliwości mutacji bez aktywacji wraz ze wzrostem dawki; aktywacja metaboliczna eliminowała mutacje)
Test mikrojąder (in vivo) (erytrocyty myszy CD-I)Dawka: 0–5000 mg/kg mc Wynik negatywny
E150b Test Ames (Salmonella Typhimurium); Wynik negatywny
Test aberracji chromosomowych (linia komórkowa CHO);Dawka: 0–5 mg/ml Wynik negatywny
El50c Test Ames (Salmonella Typhimurium);Dawka: 0–20 mg/płytkę Wynik negatywny
Test Ames (Salmonella Typhimurium);Dawka: 0–50 mg/płytkę Wynik negatywny
Analiza konwersji genów (Saccharomyes cerevisiae);Dawka: 0–20 mg/płytkę Wynik negatywny
Test aberracji chromosomowych (linia komórkowa CHO);Dawka: 0–5 mg/ml Wynik negatywny
Test aberracji chromosomowych (linia komórkowa CHO);Dawka: 0–5 mg/ml Wynik pozytywny (znaczący wzrost uszkodzeń chromosomowych bez aktywacji metabolicznej frakcją S9; zniesiony w obecności frakcji S9)
Test mikrojąder (in vivo) (erytrocyty myszy CD-1)Dawka: 1,05 i 3,5 mg/kg mc Wynik negatywny
E150d Test Ames (Salmonella Typhimurium);Dawka: 0–10 mg/płytkę Wynik negatywny
Test Ames (Salmonella Typhimurinm);Dawka: 0–50 mg/płytkę Wynik negatywny
Analiza konwersji genów (Saccharomyes cerevisiae);Dawka: 0–20 mg/płytkę Wynik negatywny
Test aberracji chromosomowych (linia komórkowa CHO);Dawka: 0–5 mg/ml Wynik negatywny (bez aktywacji metabolicznej frakcją S9)
Test u Drosophila melanogaster Dawka: 0, 0,03, 0, 125 i 0.25 mg/ml Wynik negatywny
Test fragmentacji DNA,Test kometowy (linia komórkowe HL-60 – komórki białaczki ludzkiej)Dawka: 0, 0,03, 0, 125 i 0.25 mg/ml. Wynik negatywny
Test modulacji epigenetycznej - status metylacji regionów: LINE-1, Alu-M4, Sat-α (linia komórkowe HL-60).Dawka: 0, 12 i 4 mg/ml Wynik pozytywny (hipometylacja przy dawce 4 mg/ml – może mieć znaczenie w kancerogenezie, w zależności od regionu, którego dotyczy – autorzy podkreślają potrzebę przeprowadzenia dalszych badań)

Rodzaje i charakterystyka karmeli [wg 8, 15, 22, 47, 60, 61]

Karmel klasy I Karmel klasy II Karmel klasy III Karmel klasy IV
Nazwa Karmel zwykły; kaustyczny, prosty Karmel siarczynowy Karmel amoniakalny, karmel piekarniczy, cukier piwny Karmel amoniakalno-siarczynowy, karmel napojów bezalkoholowych
Symbol E150a E150b E150c E150d
Typ CP-1CP-2 CCS-1 AC-1AC-2AC-3 SAC-1SAC-2SAC-3SAC-4
Reagenty użyte do produkcji tylko kwasy i zasady kwasy i zasady; związki siarczynowe kwasy i zasady; związki amonowe kwasy i zasady; związki amonowe i siarczynowe
Zastosowanie zboża, batony, ciastka ryżowe, grzanki i farsze, Whiskey i inne alkohole wysokoprocentowe, pieczywo, lody, jogurty alkohole destylowane np. koniak, niektóre octy, fermentowane napoje mleczne piwo, pieczywo, wyroby cukiernicze, polewy, herbatniki, płatki zbożowe, sosy (ostrygowy, sojowy), marynaty napoje bezalkoholowe (np. typu cola), piwa typu porter, wypieki, przekąski, wyroby cukiernicze, płatki zbożowe, brązowy sos do mięs
ADI (EFSA) 300 mg/kg mc/dzień (łącznie dla wszystkich klas) 300 mg/kg mc/dzień (łącznie dla wszystkich klas) 100 mg/kg mc/dzień 300 mg/kg mc/dzień (łącznie dla wszystkich klas)
ADI (JECFA) brak 160 mg/kg mc/dzień 200 mg/kg mc/dzień (łącznie z klasą IV 200 mg/kg mc/dzień (łącznie z klasą III)
Dopuszczalne poziomy wg Rozporządzenia Komisji UE nr 231/2012
4-MeI nieokreślony nieokreślony 200 mg/kg1 250 mg/kg1
THI nieokreślony nieokreślony 10 mg/kg1 nieokreślony
Azot amoniakalny nieokreślony nieokreślony <0,3%1 <0,6%1
Dwutlenek siarki nieokreślony <0,2%1 nieokreślony <0,2%1
Dopuszczalne poziomy wg JECFA 2011
4-MeI nieokreślona nieokreślona 200 mg/kg1 250 mg/kg1
THI nieokreślona nieokreślona 25 mg/kg1 nieokreślona
Azot amoniakalny nieokreślony nieokreślony <0,4% <2,8%
Dwutlenek siarki nieokreślony <0,2% nieokreślony <0,5%
Pozostałości wybranych związków (odnotowane w badaniach)
5–HMF 700–27300 mg/kg 3300–33700 mg/kg 10–3900 mg/kg 4900–21400 mg/kg
4–MeI brak danych; nie powinien być obecny brak danych; nie powinien być obecny 0,025–463 mg/kg 0–1276 mg/kg
THI brak danych; nie powinien być obecny brak danych; nie powinien być obecny 1,0–74,3 mg/kg nie potwierdzono obecności
eISSN:
1732-2693
Język:
Angielski
Częstotliwość wydawania:
Volume Open
Dziedziny czasopisma:
Life Sciences, Molecular Biology, Microbiology and Virology, Medicine, Basic Medical Science, Immunology
Kanał RSS czasopisma