Acrylamid: Eigenschaften, Reaktionen, Herstellung, Verwendung und Toxikologie
Was ist Acrylamid?
Acrylamid, auch bekannt als Prop-2-enamid oder Acrylsäureamid, ist ein einfaches ungesättigtes Amid mit der Summenformel C3H5NO. Es ist ein weißer, geruchloser, kristalliner Feststoff, der sehr leicht in Wasser und polaren organischen Lösungsmitteln, jedoch unlöslich in unpolaren Lösungsmitteln ist.
In reiner fester Form gilt Acrylamid als gefährlich, da es feinen toxischen Staub bilden kann, der leicht eingeatmet wird. Aus diesem Grund wird es in der Regel in Form wässriger Lösungen gehandhabt und transportiert. Die Verbindung ist als sehr giftige Substanz eingestuft und gilt als wahrscheinlich krebserzeugend für den Menschen.
Acrylamid entsteht unbeabsichtigt in bestimmten Lebensmitteln. Es wird durch die Maillard-Reaktion zwischen reduzierenden Zuckern und der Aminosäure Asparagin gebildet, wenn stärkehaltige Lebensmittel bei hohen Temperaturen zubereitet werden, wie etwa beim Frittieren, Backen oder Rösten. Dies hat Bedenken hinsichtlich der Exposition gegenüber Acrylamid über die Nahrung bei Lebensmitteln wie frittierten Kartoffeln, Brot und Kaffee aufgeworfen.
Die kommerzielle Herstellung von Acrylamid begann Mitte des 20. Jahrhunderts. Seitdem hat es sich zum bedeutendsten Vertreter aus der Familie der Acryl- und Methacrylsäureamide entwickelt. Obwohl sein globales Produktionsvolumen im Vergleich zu Massenpetrochemikalien relativ gering ist, ist Acrylamid ein wertvolles industrielles Zwischenprodukt, das primär bei der Synthese von Polyacrylamiden verwendet wird.
1. Physikalische Eigenschaften von Acrylamid
Reines Acrylamid ist ein weißer, kristalliner Feststoff, der sehr gut in Wasser löslich ist und sich auch in Lösungsmitteln wie Methanol, Ethanol und Aceton löst, jedoch in Benzol und Heptan unlöslich ist.
Das Acrylamid-Monomer ist stabil und zeigt selbst unter Lichtausschluss bei längerer Lagerung an seinem Schmelzpunkt keine merkliche Polymerisation. Wird die Flüssigkeit jedoch über den Schmelzpunkt hinaus erhitzt, polymerisiert sie rasch unter erheblicher Wärmeentwicklung.
Neben dem festen Monomer wird Acrylamid im Handel weit verbreitet als 50%ige wässrige Lösung vertrieben, die mit geringen Konzentrationen an Kupfer(II)-Ionen – typischerweise 25–30 ppm bezogen auf das Monomer – sowie gelöstem Sauerstoff stabilisiert ist. Es werden auch verschiedene alternative Stabilisatoren verwendet, darunter Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Eisen(III)-Ionen und Nitrite.
Sauerstoff wirkt lediglich durch eine Verlängerung der Induktionsperiode vor der Polymerisation. Für salzhaltige Lösungen sind Stabilisatoren auf Basis von Eisenkomplexen des Cyanogs oder Thiocyanogs wirksam, um vorzeitige Reaktionen zu unterdrücken.
Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften von kristallinem Acrylamid, seine Löslichkeit in verschiedenen Lösungsmitteln und die Standardeigenschaften einer 50%igen wässrigen Lösung sind in den Tabellen 1, 2 und 3 zusammengefasst.
Tabelle 1: Physikalische Eigenschaften von kristallinem Acrylamid
| Eigenschaft | Wert |
|---|---|
| CAS-Nummer | 79-06-1 |
| Summenformel | C3H5NO |
| Molmasse | 71,08 |
| Schmelzpunkt (°C) | 84,5 |
| Dampfdruck (Pa) | 25 °C: 0,9 40 °C: 4,4 50 °C: 9,3 |
| Siedepunkt (°C) | 0,27 kPa: 87 0,67 kPa: 103 1,4 kPa: 116,5 3,3 kPa: 136 |
| Polymerisationswärme (kJ/mol) | −82,8 |
| Dichte (g/mL bei 30 °C) | 1,122 |
| Gleichgewichtsfeuchtegehalt (Partikelgröße 355 µm, bei 22,8 °C, 50 % r. F.) | 1,7 g Wasser/kg trockenes Acrylamid |
| Kristallsystem | Monoklin oder triklin |
| Kristallhabitus | Dünntafelig bis laminar |
| Brechungsindizes | nx = 1,460 (ber.) ny = 1,550 ± 0,003 nz = 1,581 ± 0,003 |
| Optischer Achsenwinkel | 2E = 98°, 2V = 58° |
| Optischer Charakter | (−) |
Tabelle 2: Löslichkeit von Acrylamid in verschiedenen Lösungsmitteln
| Lösungsmittel | Löslichkeit (g/100 mL) |
|---|---|
| Acetonitril | 39,6 |
| Aceton | 63,1 |
| Benzol | 0,346 |
| Ethylenglycolmonobutylether | 31 |
| Chloroform | 2,66 |
| 1,2-Dichlorethan | 1,50 |
| Dimethylformamid | 119 |
| Dimethylsulfoxid | 124 |
| Dioxan | 30 |
| Ethanol | 86,2 |
| Ethylacetat | 12,6 |
| n-Heptan | 0,0068 |
| Methanol | 155 |
| Pyridin | 61,9 |
| Wasser | 215,5 |
| Tetrachlormethan | 0,038 |
Tabelle 3: Eigenschaften einer 50%igen wässrigen Acrylamidlösung
| Eigenschaft | Wert |
|---|---|
| pH-Wert | 5,0–6,5 |
| Brechungsindexbereich (25 °C, 48–52%) | 1,4085–1,4148 |
| Viskosität (mPa·s bei 25 °C) | 2,71 |
| Spezifisches Gewicht (25 °C) | 1,0412 |
| Dichte (25/4 °C) | 1,038 |
| Kristallisationspunkt (°C) | 8–13 |
| Teilphasendiagramm: eutektische Temperatur (°C) | −8,9 |
| Eutektische Zusammensetzung (Gew.-%) | 31,2 |
| Siedepunkt bei 101,3 kPa (°C) | 99–104 |
| Dampfdruck | 2,407 kPa bei 23 °C 27,93 kPa bei 70 °C |
| Spezifische Wärmekapazität (20–50 °C), J/(g·K) | 3,47 |
| Verdünnungswärme auf 20 Gew.-%, J/g Lösung | −4,6 |
| Polymerisationswärme (kJ/mol) | −85,4 |
| Schmelzwärme (Lösung), J/g | 247,7 |
| Schmelzbereich (°C) | −17,3 bis +19,7 |
| Entflammbarkeit | Nicht entflammbar |
2. Chemische Reaktionen von Acrylamid
Acrylamid ist ein bifunktionelles Monomer, das durch eine elektronenarme Vinylgruppe und eine Amidfunktionalität gekennzeichnet ist. Die Anwesenheit der Carboxamidgruppe aktiviert die Doppelbindung für nucleophile Additionen, während der Amidrest für seine Klasse typische Reaktionen eingeht. Infolgedessen nimmt Acrylamid an einer Vielzahl von Additions- und Substitutionsreaktionen teil. Es zeigt sowohl schwach saures als auch basisches Verhalten.
Ammoniak, Amine, Phosphine und Bisulfit reagieren leicht mit Acrylamid unter Bildung von Additionsprodukten. Unter alkalischen Bedingungen reagieren auch Mercaptane, Sulfide, Ketone, Nitroalkane und Alkohole. Beispiele für reaktive Alkohole sind polymere Alkohole wie Poly(vinylalkohol), Cellulose und Stärke, wobei die Reaktion häufig von einer partiellen Hydrolyse der Amidgruppe begleitet wird.
Primäre Amine bilden mit Acrylamid Mono- oder Bis-Addukte, während sekundäre Amine nur monosubstituierte Derivate liefern. Diese Produkte sind thermisch reversibel. Die Reaktion mit Ammoniak führt zu 3,3′,3′′-Nitrilotrispropionamid, das häufig als Verunreinigung in kristallinem Acrylamid nachgewiesen wird und dort die radikalische Polymerisation beeinflusst.
Dialkylhydrazine, Hydroxylamine und Nitramine bilden unter geeigneten Bedingungen ebenfalls charakteristische Addukte.
Die Addition von Natriumsulfit oder -bisulfit an Acrylamid liefert Natrium-β-sulfopropionamid – eine Reaktion von industrieller Relevanz aufgrund ihrer Effizienz und der geringen Toxizität des Produkts. Acrylamid reagiert auch mit Phosphinen, Phosphinoxiden, Sulfiden und Dithiocarbamaten, wenngleich die praktischen Anwendungen begrenzt sind.
Wasser hydrolysiert die Amidgruppe von Acrylamid zu Acrylsäure. Alkohole und Phenole liefern Etherderivate, während aktivierte Ketone Addukte bilden, die häufig zu Lactamen cyclisieren, welche anschließend zu substituierten Propionsäuren hydrolysiert werden können.
Chlor und Brom reagieren mit Acrylamid in wässriger Lösung zu α,β-Dihalogenpropionamiden. Salzsäure und Bromwasserstoffsäure addieren an die Doppelbindung unter Bildung von β-Halogenpropionamiden. Diese Produkte sind ebenfalls thermisch reversibel.
Diene gehen mit Acrylamid Diels-Alder-Reaktionen ein. Enamine und Imine wurden in Aza-Annelierungsreaktionen eingesetzt, um eine verbesserte Ausbeute zu erzielen.
Die katalytische Hydrierung mit Palladium, Nickelborid oder Rhodiumcarbonyl reduziert Acrylamid zu Propionamid. Die Oxidation mit Natriumhypochlorit in Gegenwart von Osmiumtetroxid liefert Glycole, während die Reaktion in dessen Abwesenheit am Stickstoffatom unter Bildung von N-Vinyl-N′-acryloylharnstoff verläuft.
Starke Basen in aprotischen Medien fördern eine Kopf-Schwanz-Dimerisierung zu 3-Acrylamidopropionamid. Die elektrolytische Reduktion von Acrylamid führt durch Schwanz-Schwanz-Kopplung zu Adipamid.
Die wichtigste Reaktion von Acrylamid ist die Vinyl-Additions-Polymerisation. Radikalkettenstarter, insbesondere Redoxsysteme wie Natriumpersulfat-Bisulfit, werden weit verbreitet eingesetzt. Wässrige Polymerisationen liefern sehr hochmolekulare Polyacrylamide, während die Copolymerisation mit Acrylen, Methacrylen oder Styrol ebenfalls gebräuchlich ist, wenn auch mit geringeren Molmassen.
In basischen oder aprotischen Lösungsmitteln kann Acrylamid über Wasserstofftransfer-Mechanismen polymerisieren und Poly(β-alanin) (Nylon-3) bilden, das zu β-Aminopropionsäure hydrolysiert.
Die Amidgruppe hydrolysiert in Basen schneller zu Acrylsäure als in Säuren. N-Alkylderivate hydrolysieren langsamer, wenngleich elektronenziehende Gruppen am Stickstoff den Prozess beschleunigen. Konzentrierte Schwefelsäure liefert Acrylamidsulfat, ein Zwischenprodukt älterer Herstellungsverfahren. Die weitere Behandlung mit Alkoholen führt zu Acrylestern.
Starke Basen in wasserfreien Lösungsmitteln können Kaliumsalze von Acrylamid bilden.
Acrylamid bildet Komplexe mit Übergangsmetallen, Nukleosiden und anorganischen Salzen. Die Dehydratisierung mit Mangandioxid oder Phosphorpentoxid liefert Acrylnitril.
Formaldehyd reagiert mit Acrylamid zu N-Methylolacrylamid, das unter sauren Bedingungen weiter zu N,N′-Methylenbisacrylamid kondensieren kann. N-Methylolacrylamid-Derivate wie Ether und Kondensationsprodukte mit Polyphenolen, Carbamaten oder Aminen werden als Vernetzer oder Vorstufen funktioneller Polymere verwendet.
Die Reaktion von Acrylamid mit Glyoxylsäure liefert Acrylamido-N-glycolsäure und Diacrylamidoessigsäure. N-Acylacrylamide, einschließlich Diacrylamid und N-Acetylacrylamid, werden durch Reaktionen mit Acrylsäureanhydrid, Acryloylchlorid oder Keten hergestellt.
N-substituierte Acrylamide werden über verschiedene Wege erhalten, darunter die Reaktion von Acryloylchlorid mit primären oder sekundären Aminen, die Dehydrochlorierung von 2-Chlorpropionamid oder die direkte Aminierung von Acrylsäure und ihren Estern.
3. Industrielle Herstellung von Acrylamid
Acrylamid wurde erstmals 1954 von American Cyanamid im industriellen Maßstab hergestellt. Die heutigen Herstellungsverfahren basieren auf der Hydratisierung von Acrylnitril, die entweder durch Schwefelsäure-Hydratisierung oder durch katalytische Hydratisierung durchgeführt wird. Ein biokatalytisches Verfahren wurde ebenfalls für die kommerzielle Nutzung entwickelt.
3.1. Herstellung von Acrylamid durch Schwefelsäure-Hydratisierung von Acrylnitril
Beim traditionellen Schwefelsäureverfahren wird ein Mol Acrylnitril mit einem Mol Schwefelsäure und einem Mol Wasser bei 60 °C umgesetzt. Das Gemisch wird allmählich auf 80 °C erwärmt und 1 h gehalten, bevor es auf 40 °C abgekühlt wird.
Der Prozess wurde in emaillierten Reaktoren durchgeführt, und eine sorgfältige Kontrolle der Reagenzienverhältnisse war erforderlich, um Verunreinigungen wie Polymere und Acrylsäure zu minimieren.
Die Neutralisation mit Ammoniak lieferte Ammoniumsulfat, das durch Filtration abgetrennt wurde, während Acrylamid entweder als kristalliner Feststoff oder in wässriger Lösung gewonnen wurde. Bei Abkühlung auf unter 10 °C kristallisiert Acrylamid aus der Mutterlauge aus und wird durch Umkristallisation aus Benzol weiter gereinigt.
Die Rückgewinnung von Acrylamid war kostspielig und abfallintensiv. Es wurden zwei Hauptwege zur Rückgewinnung genutzt: die Kristallisation nach Neutralisation zu Ammoniumsulfat oder die Ionenausschlusschromatographie unter Verwendung von Sulfonsäure-Ionenaustauscherharzen.
Beide Methoden erzeugten verdünnte Schwefelsäure-Abfallströme. Die Entsorgung der Nebenprodukte, insbesondere von Ammoniumsulfat, stellte eine erhebliche Einschränkung dar. Aus diesen Gründen wird heute kein kommerzielles Acrylamid mehr nach dem Schwefelsäureverfahren hergestellt.
3.2. Herstellung von Acrylamid durch katalytische Hydratisierung von Acrylnitril
Beim katalytischen Hydratisierungsverfahren wird eine 50-gew.-%ige wässrige Acrylnitril-Lösung mit einem Heterogenkatalysator wie Raney-Kupfer bei 120 °C für 2,5 h behandelt. Der Umsatz liegt über 50 %, und die Selektivität zu Acrylamid ist nahe 100 %. Das Verfahren liefert aufgrund der großen verwendeten Wassermenge direkt eine wässrige Acrylamidlösung mit einer Konzentration von 30–50 Gew.-%.
Die katalytische Hydratisierung wurde Ende der 1960er-Jahre als Alternative zur sauren Hydratisierung entwickelt. Frühe Versuche umfassten den Einsatz von Sulfonsäure-Ionenaustauscherharzen, Mangandioxid und Kupferionen verschiedener Wertigkeitsstufen. Metallisches Kupfer allein war nicht wirksam, und Katalysatoren wie Urushibara- oder Ullmann-Kupfer, die für aromatische Nitrile aktiv sind, zeigten keine Aktivität bei aliphatischen Nitrilen.
Im Jahr 1971 patentierte Dow Chemical ein kupferkatalysiertes Verfahren, das zum industriellen Standard wurde. Bei dieser Methode wird wässriges Acrylnitril bei etwa 85 °C über ein Festbett aus einem Kupferkatalysator geleitet, was Acrylamid in Wasser mit hohem Umsatz und nahezu vollständiger Selektivität liefert.
Das Verfahren ist hochgradig effizient und erzeugt nur minimale Abfallmengen. Verunreinigungen stehen hauptsächlich mit im Rohstoff enthaltenen Nitrilen oder einer partiellen Hydrolyse von Acrylamid zu Acrylsäure und Ammoniak in Zusammenhang.
Mitsui Toatsu Chemical führte 1971 ein ähnliches Verfahren auf Basis von Raney-Kupfer-Katalysatoren ein, und BASF entwickelte 1974 eine eigene Variante eines Kupferkatalysators. Zahlreiche Patente haben seitdem Modifikationen sowohl heterogener als auch homogener Katalysatorsysteme beschrieben.
Heutige Produzenten weltweit, darunter Dow, American Cyanamid, Allied Colloids, Stockhausen und andere, nutzen Technologien, die weitgehend auf dem kupferkatalysierten Verfahren basieren. Nalco Chemical hat Suspension- (Slurry-) und Festbettvarianten des Raney-Kupfer-Systems entwickelt, hauptsächlich für die eigene Monomerproduktion.
3.3. Herstellung von Acrylamid durch biokatalytische Hydratisierung von Acrylnitril
Im Jahr 1985 kommerzialisierte Nitto Chemical Industry Co. (Tokio) ein enzymatisches Verfahren unter Verwendung von Nitrilhydratase, einem Nitril-umwandelnden Enzym, das von Bakterien wie Corynebacterium, Bacillus, Micrococcus, Nocardia, Pseudomonas und Rhodococcus produziert wird.
Die Reaktion verläuft bei 0–15 °C und pH 7–9 unter Umgebungsdruck, wobei ein nahezu vollständiger Umsatz von Acrylnitril bei minimalen Nebenprodukten erzielt wird. Diese Entwicklung markierte eine der frühesten Anwendungen der Biokatalyse in der großtechnischen petrochemischen Produktion.
Neuere biotechnologische Verfahren nutzen Rhodococcus rhodochrous-Stämme, immobilisierte Zellen und verbesserte Aufkonzentrierungsmethoden für verdünnte Produktlösungen. Die Produktionskapazität nach diesen Methoden ist erheblich gestiegen, wobei Anlagen von 6 000 auf 20 000 t/Jahr erweitert wurden.
3.4. Alternative Verfahren
Acrylamid und seine Derivate können auch nach anderen Methoden synthetisiert werden, wenngleich sie von begrenzter kommerzieller Bedeutung sind. Zu den klassischen Verfahren gehören die Reaktion von Acryloylchlorid oder Acrylsäureanhydrid mit Ammoniak und die Aminierung von Methylacrylat mit anschließender thermischer Zersetzung von Zwischenprodukten wie 3,3′,3′′-Nitrilotrispropionamid.
Michael-Additionen von Aminen oder Alkoholen an Methylacrylat mit anschließender Ammonolyse liefern substituierte Propionamide, die zu Acrylamid gespalten werden können.
N-substituierte Acrylamide werden durch Reaktionen wie die Ritter-Reaktion, die durch Übergangsmetallcarbonyle katalysierte Acetylen-Kohlenmonoxid-Amin-Kopplung oder die direkte Aminierung hergestellt. Beispiele hierfür sind Diacetonacrylamid, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, N-Isopropylacrylamid und N–tert-Butylacrylamid.
4. Verwendung von Acrylamid
Die Hauptanwendung von Acrylamid liegt in der Herstellung von Polyacrylamiden, auf die mehr als 90 % des gesamten Acrylamidverbrauchs entfallen. In den Vereinigten Staaten werden etwa 94 % des Acrylamids in Polyacrylamide umgewandelt, die hauptsächlich zur Wasseraufbereitung verwendet werden (ca. 56 % der Gesamtmenge).
Polyacrylamide werden als Entwässerungshilfsmittel bei der kommunalen Abwasserreinigung und bei industriellen Abwässern, wie z. B. aus Zellstoff- und Papierfabriken, eingesetzt. Sie dienen auch als Flockungsmittel zur Reinigung von industriellem Speisewasser.
Auf die Zellstoff- und Papierindustrie entfallen etwa 24 % des Polyacrylamidbedarfs, und die Mineralverarbeitung verbraucht rund 10 %. Weitere 6 % werden für die Synthese von N-Methylacrylamid und anderen Spezialmonomeren verwendet. Die verbleibenden 4 % entfallen auf sonstige Anwendungen.
Copolymere von Acrylamid werden bei der Herstellung von Kunststoffen, Klebstoffen, Lebensmittelverpackungsmaterialien und Kontaktlinsen verwendet.
Im Bauwesen werden Acrylamid-Copolymere in Verpressmassen für Talsperrenfundamente, Tunnel und Abwasserkanäle eingesetzt, da sie undurchlässige Barrieren bilden können.
In der Laborforschung wird Acrylamid zur Herstellung von Polyacrylamidgelem für die Elektrophorese verwendet – eine essenzielle Technik in der Molekularbiologie und Gentechnik zur Trennung von Nukleinsäuren und Proteinen.
Weitere Verwendungen von Acrylamid umfassen Bodenverbesserungsmittel für die Landwirtschaft, Knitterfrei-Ausrüstungen für Textilien, Additive in der Erdölverarbeitung und Zwischenprodukte bei der Herstellung von Farbstoffen und organischen Chemikalien.
5. Toxikologie und Arbeitsschutz
Wirkungsbeurteilung
Acrylamid ruft beim Menschen und bei Versuchstieren sowohl lokale als auch systemische Wirkungen hervor. Hautkontakt führt zu Reizungen. Wiederholte oder längere Exposition führt zu neurologischen Störungen, insbesondere peripherer Neuropathie, die sich nach einer Latenzzeit aufgrund der Anreicherung von proteingebundenem Acrylamid im Nervengewebe und Hämoglobin entwickelt.
Eine Zweijahresstudie an Ratten, die Acrylamid über das Trinkwasser ausgesetzt waren, ermittelte für die periphere Neuropathie eine niedrigste Dosis mit beobachteter Wirkung (LOEL) von 0,5 mg/kg Körpergewicht pro Tag. Acrylamid wird nach oraler, dermaler und inhalativer Exposition aufgenommen.
Bei Ratten ist der Hauptstoffwechselweg die Konjugation von Acrylamid mit Glutathion, gefolgt von der renalen Ausscheidung des Konjugats. Ein sekundärer Stoffwechselweg verläuft über Cytochrom P450 2E1, das Acrylamid in das Epoxid Glycidamid umwandelt.
Sowohl Acrylamid als auch Glycidamid binden an Proteine und bilden Hämoglobin-Addukte. Glycidamid interagiert zudem mit der DNA und gilt als der genotoxische und krebserzeugende Metabolit. Die Speziesunterschiede sind erheblich: Mäuse bilden mehr Glycidamid als Ratten, während der Mensch scheinbar weniger als Ratten bildet.
Diese Stoffwechselunterschiede erklären die höhere Tumorinzidenz bei Mäusen im Vergleich zu Ratten und legen nahe, dass der Mensch weniger empfindlich ist als Nagetiere.
Chronische Exposition erhöhte bei Ratten die Inzidenz von Schilddrüsenadenomen, Hodenmesotheliomen, Phäochromozytomen der Nebenniere, Brustdrüsenfibroadenomen, Hyperplasien der Mundhöhle und Astrozytomen. Die niedrigste wirksame Dosis für die Tumorentstehung lag in diesen Studien bei 1–2 mg/kg Körpergewicht pro Tag. Bei Mäusen induzierte die topikale Anwendung von Acrylamid Hauttumoren.
Epidemiologische Daten beim Menschen haben keinen eindeutigen Zusammenhang mit Krebs gezeigt, obwohl die bei Tieren beobachtete relativ schwache krebserzeugende Wirkung und die Einschränkungen humanepidemiologischer Studien den Nachweis geringer Risikoanstiege verhindern können. Acrylamid ist als genotoxisch eingestuft.
In Bakterientests induziert Glycidamid, nicht jedoch Acrylamid, Mutationen. In Säugetierzellsystemen erzeugt Acrylamid Chromosomenaberrationen, Mikronuklei, Schwesterchromatidaustausche, Polyploidie und verwandte zytogenetische Abweichungen. In-vivo-Tests, einschließlich Chromosomenaberrations- und Mikronukleustests am Knochenmark, verliefen ebenfalls positiv.
Die Evidenz aus Langzeitstudien an Tieren, kombiniert mit Daten zur Genotoxizität und der metabolischen Aktivierung zu Glycidamid beim Menschen, weist darauf hin, dass Acrylamid ein krebserzeugendes Potenzial besitzt. Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC), die Europäische Union und mehrere nationale Behörden stufen Acrylamid als wahrscheinlich krebserzeugend für den Menschen ein (Gruppe 2B).
Reproduktionsstudien an Ratten ermittelten eine Dosis ohne beobachtete schädliche Wirkung (NOAEL) von 5 mg/kg Körpergewicht pro Tag für eine verringerte Fertilität und 2 mg/kg Körpergewicht pro Tag für frühen Embryonaltod.
Exposition
Lebensmittel sind eine Hauptquelle der Acrylamidexposition in der Allgemeinbevölkerung. Im Jahr 2002 wurden hohe Gehalte in frittierten und gebackenen kohlenhydratreichen Lebensmitteln gemeldet, darunter Pommes frites, Kartoffelchips, Brot und Knäckebrot.
In gekochten Lebensmitteln wurde kein Acrylamid nachgewiesen.
Der Wissenschaftliche Ausschuss „Lebensmittel“ der Europäischen Kommission schätzte die durchschnittliche Aufnahme beim Menschen auf etwa 1 µg/kg Körpergewicht pro Tag, wobei einige Lebensmittelproben bis zu 3 000 µg/kg enthielten. Nachfolgende Studien bestätigten diese Ergebnisse in mehreren europäischen Ländern.
Die Bildung von Acrylamid wird Hochtemperaturreaktionen in kohlenhydratreichen Materialien zugeschrieben, obwohl der Einfluss von Lebensmittelverarbeitungs- und Zubereitungsmethoden auf seine Bildung noch nicht vollständig geklärt ist.
Eine berufliche Exposition tritt bei der Herstellung von Acrylamid und Polyacrylamid, bei Verpressarbeiten im Bauwesen sowie in Laboratorien bei der Herstellung von Polyacrylamidgelem auf. Geringe Konzentrationen wurden in Trinkwasser gemessen, das mit Polyacrylamid-Flockungsmitteln behandelt wurde, sowie in kosmetischen Mitteln, die Polyacrylamide enthalten.
Risikocharakterisierung
Neurotoxizität, Reproduktionstoxizität und Karzinogenität von Acrylamid sind die primären gesundheitlichen Bedenken. Der NOEL für Neurotoxizität beträgt 0,5 mg/kg Körpergewicht pro Tag, für Reproduktionseffekte 2 mg/kg Körpergewicht pro Tag. Bei einer geschätzten täglichen Aufnahme über die Nahrung von 1 µg/kg beträgt der Sicherheitsabstand (Margin of Safety, MOS) für Neurotoxizität etwa 500.
Aufgrund der Genotoxizität von Acrylamid kann kein Schwellenwert für krebserzeugende Wirkungen definiert werden. Eine lineare Extrapolation aus Tierstudien schätzt, dass eine lebenslange Exposition gegenüber 1 µg/kg Körpergewicht pro Tag über 70 Jahre einem Krebsrisiko von etwa 1 zu 1 000 entspricht.
Arbeitsplatzgrenzwerte umfassen einen TLV-TWA-Wert von 0,03 mg/m³ mit dem Hinweis „Haut“ (Skin Notation) und ohne Kurzzeitgrenzwert (STEL). Acrylamid wird von der ACGIH als Krebserzeuger im Tierversuch (A3) geführt. Die deutsche Technische Richtkonzentration (TRK) beträgt 0,06 mg/m³. Die IARC stuft Acrylamid in Gruppe 2B als wahrscheinlich krebserzeugend für den Menschen ein.
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