Idrossi-Metil-Furfurale (HMF): Cos’è, Dove si Trova e Tossicità

Cos’è

Cos’è l’idrossi-metil-furfurale?

L'idrossi-metil-furfurale (C5H4O2) – in inglese: 5-hydroxymetylfurfural, abbreviato HMF – è un composto organico formato dalla disidratazione dei glucidi.

Redazione

L'HMF è una molecola aldeidica costituita da un anello furanico, contenente gruppi funzionali aldeidici e alcolici. A temperatura ambiente ha l'aspetto di un solido bianco a bassa fusione – nonostante i campioni commerciali abbiano spesso un colore giallognolo – idrosolubile e altamente solubile nei solventi organici.

Come si forma l’idrossi-metil-furfurale?

L'idrossi-metil-furfurale si ottiene mediante:

• Esposizione ad alte temperature dei glucidi (carboidrati, zuccheri, idrati di carbonio), tipiche della caramellizzazione, e soprattutto in seguito alla degradazione degli esosi (a 6 atomi di carbonio) nella reazione di Maillard
• Associazione degli stessi a composti acquosi fortemente acidi come le soluzioni di acido solforico
• Essiccazione – anche con metodi diversi dal calore, come l'aria forzata deumidificata.

Nota: una reazione chimica simile si osserva con gli zuccheri a 5 atomi di carbonio (pentosi), che reagiscono con l'acido formando furfurale.

Oltre alla cottura, sono trattamenti termici responsabili dell'aumento di HMF anche il processo di sterilizzazione per la lunga conservazione e quello di disidratazione per la concentrazione. Dettaglio non trascurabile, costituisce un indicatore di fermentazione batterica molto importante.

Oggi l'idrossi-metil-furfurale è classificato come "agente per il miglioramento degli alimenti" e viene utilizzato principalmente nell'industria alimentare sotto forma di additivo o come biomarcatore e agente aromatizzante. Viene anche sintetizzato industrialmente, su modesta scala, come materia prima neutra per la produzione di carburanti – previa conversione in 2,5-dimetilfurano (DMF) – e altri prodotti chimici utili nell'industria di sintesi – previa conversione in acido 2,5-furandicarbossilico come per la produzione di poliesteri.

L'eccesso di HMF è comunque indesiderato e da considerare potenzialmente nocivo per la salute.

Con il progresso tecnologico, la presenza di alte concentrazioni di HMF è divenuta talmente obsoleta da risultare un indicatore di mal funzionamento o altro errore in uno o più punti del processo. In definitiva la sua concentrazione, assieme a quella del furanone, rappresenta un parametro essenziale nella valutazione della salubrità alimentare e della qualità sensoriale / alterazione chimica dei cibi cotti (sapore e aroma).

Dove si Trova

L'idrossi-metil-furfurale è praticamente assente negli alimenti freschi. Risulta invece di norma reperibile all'interno di cibi zuccherini sottoposti a trattamento termico – la reazione continua anche durante eventuale conservazione – di forte acidificazione ed essiccati.

Dove si trova l’idrossi-metil-furfurale?

L'idrossi-metil-furfurale è presente soprattutto nei seguenti prodotti di largo utilizzo:

• Sciroppi, a base di glucosio ma soprattutto di mais ad alto contenuto di fruttosio (HFCS), nel quale i livelli possono raggiungere i 20 mg / kg e aumentare durante lo stoccaggio o il riscaldamento.
• Miele pastorizzato, in seguito alla degradazione termica del glucosio e del fruttosio, anche provenienti dall'idrolisi del saccarosio. Di solito il miele fresco contiene meno di 15 mg / kg, a seconda del valore pH, della temperatura e dell'età

Nota: questo è un problema per gli apicoltori americani, perché usano l'HFC come fonte di zucchero quando il nettare per nutrire le api risulta insufficiente, esacerbando la tossicità dell'HMF nei confronti degli insetti. L'aggiunta di basi come, ad esempio, il carbonato di sodio o potassio, è in grado di rallentare la formazione di HMF.

• Latte pastorizzato, sterilizzato e UHT, in seguito alla degradazione termica del glucosio e del galattosio derivanti dal lattosio
• Mosto di uve concentrato e rettificato liberato sia in seguito alla fermentazione, sia in seguito alla degradazione termica degli zuccheri durante la pastorizzazione del mosto (limite < 25mg / kg di zuccheri TOT)
• Vini dolci e invecchiati, presente già dal mosto, ma in aumento per l'invecchiamento
• Birra e soprattutto scura, liberato in seguito alla fermentazione; ne sono stati trovati fino a 13,3 mg / kg
• Aceti vari
• Succhi e concentrati di frutta pastorizzati, nei quali l'HMF viene liberato in seguito alla degradazione termica degli zuccheri durante la pastorizzazione
• Carni conservate, nelle quali l'idrossi-metil-furfurale viene liberato dalla degradazione per reazione di Maillard del glucosio liberato dal glicogeno muscolare
• Conserve vegetali, nelle quali l'HMF viene liberato in seguito alla degradazione termica del fruttosio
• Caffè tostato e frutta disidratata, o secca non oleosa (prugne secche, albicocche secche ecc). Il caffè è il cibo che ha la rilevanza maggiore in termini di livelli di idrossi-metil-furfurale assunti quotidianamente. Diversi tipi di caffè tostato ne contengono tra 300 e 2900 mg / kg. Le prugne secche ne contengono fino a 2200 mg / kg
• Prodotti da forno; durante la tostatura del pane o dei biscotti e simili, la quantità aumenta da 14,8 (rilevabili dopo 5 minuti) a 2024,8 mg / kg (rilevabili dopo 60 minuti). In media ne contengono tra 4,1 - 151 mg / kg.

A seconda della tecnologia di produzione e dello stoccaggio, i livelli di HMF negli alimenti variano considerevolmente. Per valutare il contributo di un alimento all'assunzione totale di idrossi-metil-furfurale, è necessario considerare il suo modello di consumo medio. Il caffè è l'alimento che ha maggior rilevanza in termini di HMF totale consumato.

L'HMF è un componente naturale negli alimenti riscaldati ma di solito è presente a basse concentrazioni. L'assunzione giornaliera di HMF può essere alla base di variazioni elevate dovute a modelli di consumo individuali. È stato stimato che l'assunzione varia tra 4 mg e 30 mg per persona al giorno, mentre un'assunzione fino a 350 mg può derivare, ad esempio, da bevande a base di prugne secche.

A cosa serve rilevare l’idrossi-metil-furfurale?

L'HMF è considerato un indicatore di freschezza del miele, poiché i suoi valori aumentano sia in seguito a eventuale contaminazione batterica, sia dopo un trattamento termico mal fatto o non pertinente (frode alimentare), ma soprattutto durante la conservazione post-pastorizzazione.

L'idrossi-metil-furfurale è anche un buon indicatore del tempo-temperatura di conservazione del vino, specialmente in quelli dolci perchè edulcorati o addizionati con concentrato / sciroppo di uva, o a base di mosto cotto, come Porto, Madera ecc.

Uso Medico

L'idrossi-metil-furfurale ha anche applicazioni biomediche.

Uso medico dell’idrossi-metil-furfurale

Un importante metabolita dell'idrossi-metil-furfurale formatosi nell'organismo umano è l'acido 5-idrossimetil-2-furoico (HMFA), che viene escreto nelle urine.

L'HMF è capace di legarsi all'emoglobina falciforme intracellulare (HbS). Studi preliminari in vivo sui topi falciformi transgenici hanno mostrato che la somministrazione di 5HMF per via orale inibisce la formazione di cellule falciformi nel sangue. Con il codice di sviluppo Aes-103, l'HMF è stato preso in considerazione per il trattamento dell'anemia falciforme.

Tossicità

Tossicità, misurazione, DL50 e limiti consentiti di idrossi-metil-furfurale

L'HMF è un composto abbastanza controverso. Inizialmente fu oggetto di importanti studi in quanto considerato potenzialmente cancerogeno per l'uomo. Tuttavia, finora la sua geno-tossicità in vivo (animali) risulta negativa e non esiste alcuna rilevanza in merito a ipotetici effetti cancerogeni e genotossici per l'uomo.

Il potenziale residuo tossico è stato valutato come "piuttosto basso" e livelli di assunzione nell'intervallo di 80-100 mg di idrossi-metil-furfurale per kg al giorno non hanno prodotto effetti avversi. I margini di sicurezza sono considerati generalmente sufficienti. Tuttavia, un consumo particolarmente elevato di caramello (anche tramite bevande tipo cola o dolciumi) e di caffè potrebbe, a lungo termine, rappresentare un pericolo concreto per la salute umana.

Secondo la legislazione alimentare vigente, le concentrazioni di idrossi-metil-furfurale possono essere valutate attraverso analisi con cromatografia liquida ad alta pressione (HPLC) o in alternativa analisi spettrofotometrica del colore rosso di una soluzione contenente HMF + p-toluidina + acido barbiturico.

La dose letale (DL50) di idrossi-metil-furfurale per il ratto è stata stimata a 2500 mg / kg di peso corporeo.

In Italia, la dose massima legalmente consentita nel miele e nei composti con caramello – ad esempio in bevande alla cola – è di 40 mg / Kg (40 ppm); solo per i mieli di origine tropicale è permessa una dose di circa 80 mg / Kg.