Projekt okładki i stron tytułowych: Bartosz Dobrowolski

Ilustracja na okładce: Bartosz Dobrowolski

Wydawca: Katarzyna Włodarczyk-Gil

Redaktor prowadzący: Adam Kowalski

Redaktor merytoryczny: Urszula Pawłowska

Produkcja: Mariola Grzywacka

Dział Reklamy: Agnieszka Borzęcka (agnieszka.borzecka@pwn.com.pl)

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN: Marcin Kapusta / konwersja.virtualo.pl

W książce użyto znaków towarowych i nazw będących znakami towarowymi; nazwa taka zaczyna się wielką literą. Wydawca oświadcza, że zrobiono to z myślą tylko o tej publikacji i z taką intencją, aby było to z korzyścią dla właściciela znaku, bez zamiaru naruszenia znaku towarowego.

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo

Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwa Naukowo-Techniczne

Warszawa 2013

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN

Warszawa 2017

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2017 r., (wyd. I)

Warszawa 2017

ISBN 978-83-01-19691-2

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321; faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Spis treści

Przedmowa

1. Witaminy – Teresa Seidler

1.1. Wprowadzenie

1.2. Witaminy rozpuszczalne w wodzie

1.2.1. Witamina C

1.2.2. Tiamina (witamina B₁)

1.2.3. Ryboflawina (witamina B₂)

1.2.4. Niacyna (witamina B₃)

1.2.5. Kwas pantotenowy

1.2.6. Biotyna

1.2.7. Kwas foliowy

1.2.8. Witamina B₁₂ (kobalamina)

1.2.9. Witamina B₆

1.3. Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach

1.3.1. Witamina A

1.3.2. Witamina D

1.3.3. Witamina E

1.3.4. Witamina K

Bibliografia

2. Rodniki, utleniacze i przeciwutleniacze – Izabela Sinkiewicz

2.1. Wprowadzenie

2.2. Powstawanie i stabilność rodników w żywności

2.2.1. Wprowadzenie

2.2.2. Anionorodnik ponadtlenkowy (O•-₂

2.2.3. Nadtlenek wodoru (H₂O₂)

2.2.4. Rodnik hydroksylowy (•OH)

2.2.5. Tlen singletowy (¹O₂)

2.2.6. Ozon (O₃)

2.2.7. Rodnik tlenku azotu(II) (NO•) i jego pochodne

2.2.8. Kwas chlorowy(I) (HClO)

2.2.9. Rodniki tworzące się podczas utleniania białek i lipidów

2.3. Utlenianie podstawowych składników żywności

2.3.1. Utlenianie lipidów

2.3.2. Utlenianie białek

2.3.3. Utlenianie sacharydów

2.4. Przeciwutleniacze występujące w żywności i ich działanie

2.5. Wpływ na jakość i trwałość żywności

Bibliografia

3. Nieodżywcze substancje prozdrowotne pochodzenia roślinnego – Barbara Kusznierewicz

3.1. Wprowadzenie

3.2. Związki fenolowe

3.2.1. Klasyfikacja i występowanie

3.2.2. Flawonoidy

3.2.3. Pozostałe związki fenolowe

3.2.4. Wpływ procesów technologicznych na związki fenolowe

3.2.5. Aktywność biologiczna związków fenolowych

3.3. Terpenoidy

3.3.1. Klasyfikacja i występowanie

3.3.2. Wpływ obróbki procesowej na zawartość terpenoidów

3.3.3. Biologiczna aktywność terpenoidów

3.4. Wtórne metabolity roślin zawierające siarkę

3.4.1. Wprowadzenie

3.4.2. System „glukozynolan–mirozynaza” w warzywach kapustowatych (Brassicaceae)

3.4.3. Wpływ obróbki kulinarnej na zawartość siarkowych wtórnych metabolitów roślin kapustowatych

3.4.4. Biologiczne znaczenie siarkowych wtórnych metabolitów roślin kapustowatych

3.4.5. System „alliina–alliinaza” w warzywach czosnkowatych (Alliaceae)

3.4.6. Wpływ obróbki kulinarnej na zawartość siarkowych wtórnych metabolitów roślin czosnkowatych

3.4.7. Biologiczna aktywność siarkowych wtórnych metabolitów roślin czosnkowatych

3.5. Wtórne metabolity roślin zawierające azot – betalainy

3.5.1. Klasyfikacja i występowanie betalain

3.5.2. Wpływ obróbki kulinarnej na zawartość betalain

3.5.3. Biologiczna aktywność betalain

3.6. Fosforany inozytolu – fityniany

3.6.1. Budowa i występowanie fitynianów

3.6.2. Wpływ procesów technologicznych na fityniany

3.6.3. Biologiczna aktywność fitynianów

3.7. Błonnik

3.7.1. Klasyfikacja, budowa i źródła błonnika

3.7.2. Wpływ procesów technologicznych na błonnik pokarmowy

3.7.3. Właściwości prozdrowotne błonnika

3.8. Podsumowanie

Bibliografia

4. Alergeny w żywności – Barbara Wróblewska

4.1. Przyczyny powstawania alergii

4.1.1. Alergia – globalny problem zdrowia publicznego

4.1.2. Czynniki genetyczne

4.1.3. Czynniki środowiskowe

4.2. Mechanizmy alergicznej reakcji pokarmowej

4.3. Nomenklatura alergenów

4.4. Alergeny pokarmowe

4.4.1. Wprowadzenie

4.4.2. Rodziny białek alergenów pochodzenia zwierzęcego

4.4.3. Główne alergeny pochodzenia zwierzęcego

4.4.4. Rodziny białek alergenów pochodzenia roślinnego

4.4.5. Główne alergeny pochodzenia roślinnego

4.5. Wpływ substancji dodawanych do żywności na organizm

4.6. Reakcje krzyżowe alergenów

4.7. Alergeny ukryte

4.8. Wpływ procesów technologicznych na alergenność produktów przetworzonych

4.8.1. Procesy technologiczne a immunoreaktywność

4.8.2. Procesy termiczne

4.8.3. Glikacja

4.8.4. Fermentacja mlekowa

4.8.5. Modyfikacje enzymatyczne

4.8.6. Sieciowanie z udziałem transglutaminazy

4.8.7. Zastosowanie promieniowania gamma

4.8.8. Presuryzacja

4.9. Metody oznaczania alergenów

4.10. Słowniczek podstawowych pojęć z zakresu immunologii i alergologii

Bibliografia

5. Mutagenne i rakotwórcze składniki żywności – Anna Lewandowska, Agnieszka Bartoszek

5.1. Wprowadzenie

5.2. Udział substancji mutagennych i rakotwórczych w procesie kancerogenezy

5.3. Aktywacja metaboliczna i tworzenie adduktów z DNA

5.4. Ocena mutagenności i rakotwórczości substancji

5.5. Związki mutagenne w żywności

5.5.1. Wprowadzenie

5.5.2. Mikotoksyny

5.5.3. Nitrozoaminy

5.5.4. Mutageny w żywności poddanej obróbce termicznej

5.5.5. Inne czynniki ryzyka

5.6. Sposób przetwarzania żywności jako ważne źródło zagrożeń zdrowotnych

5.6.1. Wprowadzenie

5.6.2. Wpływ rodzaju obróbki termicznej żywności na powstawanie substancji rakotwórczych

5.6.3. Obecność substancji prekursorowych a powstawanie substancji mutagennych i kancerogennych

5.6.4. Wpływ marynat, przypraw i warzyw na powstawanie substancji mutagennych i kancerogennych w produktach mięsnych

5.7. Podsumowanie

Bibliografia

6. Toksyny surowców żywnościowych – Danuta Kołożyn-Krajewska

6.1. Źródła toksyn w surowcach żywnościowych

6.2. Toksyny pochodzenia roślinnego

6.2.1. Wprowadzenie

6.2.2. Fitotoksyny

6.2.3. Fikotoksyny

6.3. Toksyny ryb i bezkręgowców morskich

6.3.1. Toksyny ryb

6.3.2. Toksyny bezkręgowców morskich

6.4. Toksyny grzybów kapeluszowych

6.4.1. Wprowadzenie

6.4.2. Toksyny o działaniu cytotoksycznym

6.4.3. Toksyny o działaniu neurotoksycznym

6.4.4. Toksyny o działaniu drażniącym przewód pokarmowy

6.5. Mikotoksyny

6.5.1. Rodzaje mikotoksyn

6.5.2. Występowanie mikotoksyn w surowcach i produktach żywnościowych

6.5.3. Zagrożenia zdrowotne związane z mikotoksynami

6.6. Toksyny bakteryjne

6.6.1. Egzotoksyny i endotoksyny

6.6.2. Toksyny gronkowcowe

6.6.3. Toksyny botulinowe

6.7. Działania prewencyjne i usuwanie toksyn z surowców żywnościowych

Bibliografia

7. Dodatki do żywności – Kazimierz Dąbrowski, Antoni Rutkowski

7.1. Wprowadzenie

7.1.1. Cel stosowania dodatków

7.1.2. Regulacje prawne związane z dodatkami do żywności

7.1.3. Bezpieczeństwo stosowania dodatków do żywności

7.2. Substancje słodzące

7.2.1. Wprowadzenie

7.2.2. Słodziki

7.2.3. Poliole

7.3. Barwniki

7.3.1. Wprowadzenie

7.3.2. Barwniki naturalne

7.3.3. Barwniki syntetyczne

7.3.4. Barwniki nieorganiczne

7.4. Substancje konserwujące i przeciwutleniacze

7.4.1. Wprowadzenie

7.4.2. Substancje konserwujące

7.4.3. Przeciwutleniacze

7.5. Emulgatory i sole emulgujące (topniki)

7.6. Kwasy i regulatory kwasowości oraz sekwestranty

7.7. Stabilizatory

7.8. Substancje: żelujące, wiążące, zagęszczające

7.9. Skrobie modyfikowane

7.10. Wzmacniacze smaku

7.11. Nośniki

7.12. Substancje spulchniające i środki do przetwarzania mąki (polepszacze)

7.13. Substancje: utrzymujące wilgoć, wypełniające, przeciwzbrylające oraz glazurujące

7.14. Substancje pianotwórcze i przeciwpieniące

7.15. Gazy nośne i gazy do pakowania

7.16. Enzymy spożywcze

Bibliografia

8. Suplementy diety – Iwona Wawer

8.1. Wprowadzenie

8.2. Witaminy

8.2.1. Wprowadzenie

8.2.2. Witamina B₁ – tiamina

8.2.3. Witamina B₂ – ryboflawina

8.2.4. Witamina B₃ (lub РР) – niacyna

8.2.5. Witamina B₅ – kwas pantotenowy

8.2.6. Witamina B₆ – pirydoksyna

8.2.7. Witamina B₇ (witamina H) – biotyna

8.2.8. Witamina B₉ – kwas foliowy, folacyna, foliany

8.2.9. Witamina B₁₂

8.2.10. Witamina C

8.2.11. Witamina E i tokoferole

8.2.12. Witamina D

8.2.13. Witamina K

8.2.14. Witamina A i karotenoidy

8.3. Niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe

8.4. Koenzym Q10

8.5. Składniki mineralne w suplementach

8.5.1. Wapń

8.5.2. Magnez

8.5.3. Potas

8.5.4. Cynk

8.5.5. Żelazo

8.5.6. Jod

8.5.7. Selen

8.5.8. Chrom

8.5.9. Krzem

8.6. Suplementy ze składnikami roślinnymi

8.6.1. Flawonoidy

8.6.2. Ekstrakty z winogron

8.6.3. Resweratrol

8.6.4. Ekstrakt z żurawiny

8.6.5. Ekstrakt z zielonej herbaty

8.6.6. Ekstrakty z miłorzębu

8.6.7. Żeń-szeń

8.6.8. Maca

8.6.9. Kurkumina

8.6.10. Błonnik pokarmowy

8.7. Inne składniki: białka, mikroalgi, bakterie

8.7.1. Białka serwatki

8.7.2. Kolagen

8.7.3. Glukozamina i chondroityna

8.7.4. Chlorella i spirulina

8.7.5. Probiotyki i prebiotyki

8.8. Podsumowanie

Bibliografia

9. Analiza żywności – Beata Plutowska, Henryk Jeleń

9.1. Analityka w zapewnieniu bezpieczeństwa i jakości żywności

9.1.1. Główne cele analizy żywności

9.1.2. Znakowanie żywności

9.1.3. Urzędowa kontrola żywności

9.1.4. Kontrola procesu produkcji żywności

9.1.5. Opracowanie nowych produktów

9.1.6. Zafałszowania żywności

9.2. Pobieranie i przygotowanie próbek do analizy

9.2.1. Pobieranie próbek żywności

9.2.2. Metody przygotowania próbek

9.3. Instrumentalna analiza żywności

9.3.1. Techniki separacyjne

9.3.2. Techniki łączone (sprzężone)

9.3.3. Techniki oparte na analizie widma elektromagnetycznego

9.3.4. Techniki analityczne wykorzystywane w analizie pochodzenia i autentyczności żywności

9.4. Podsumowanie

Bibliografia

10. Zasady zapewnienia bezpieczeństwa żywności – Robert Tylingo

10.1. Bezpieczeństwo żywności

10.2. Zasady zapewnienia bezpieczeństwa – systemy, zagrożenia, minimalizacja zagrożeń

10.2.1. Wprowadzenie

10.2.2. Systemy dobrych praktyk produkcyjnych i higienicznych (GMP i GHP)

10.2.3. HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points)

Bibliografia

2
Rodniki, utleniacze i przeciwutleniacze
Izabela Sinkiewicz

2.2. Powstawanie i stabilność rodników w żywności

2.2.1. Wprowadzenie

Wolne rodniki są to atomy lub cząsteczki mogące istnieć samodzielnie, u których na orbitalu walencyjnym znajduje się przynajmniej jeden niesparowany elektron. Obecność takiego elektronu powoduje, że rodniki są przyciągane przez pole elektromagnetyczne, czyli wykazują właściwości paramagnetyczne. Wolne rodniki powstają podczas pieczenia, smażenia, wędzenia i przechowywania żywności. Mogą one być generowane w reakcjach redoks, wskutek działania światła, promieniowania jonizującego, kationów i enzymów.

Większość rodników powstaje podczas reakcji z innymi rodnikami, najczęściej w reakcjach łańcuchowych. Wykazują one dużą aktywność chemiczną i reagują w sposób niespecyficzny z innymi składnikami żywności, co powoduje modyfikacje i uszkadzanie tych składników. Działanie ich obejmuje dostarczanie lub pobieranie elektronów, przenoszenie atomów wodoru, łączenie się z innymi rodnikami lub ich przekształcanie. Najprostszym wolnym rodnikiem jest pojedynczy atom wodoru.

Do RFT należą zarówno wolne rodniki, jak i nadtlenek wodoru (H₂O₂), tlen singletowy (¹O₂), ozon (O₃), chlorany(I) i nadtlenoazotan(III) (ONOO–). RFT powstają podczas niepełnej redukcji tlenu cząsteczkowego (O₂). W wyniku redukcji cząsteczki tlenu jednym elektronem powstaje anionorodnik ponadtlenkowy Przyłączenie dwóch elektronów generuje H₂O₂, a trzech elektronów – rodnik hydroksylowy (•OH).

2.2.2. Anionorodnik ponadtlenkowy

Anionorodnik \textrm{O}_{2}^{\cdot-} ma wypadkowy ładunek ujemny i silne właściwości redukujące. Jest on prekursorem wielu innych RFT, tj. rodnika wodoronadtlenkowego (\textrm{HO}_{2}^{\cdot}), H₂O₂, •OH. Rodnik ten wykazuje większą reaktywność wobec innych rodników niż w stosunku do pozostałych składników żywności. Anionorodnik ponadtlenkowy utlenia niektóre substancje, ale również redukuje wiele związków. Jest on słabszym utleniaczem niż \textrm{HO}_{2}^{\cdot}. W fizjologicznym zakresie pH anionorodnik ponadtlenkowy jest trwały i dyfunduje wewnątrz komórki, a w środowisku kwaśnym ulega protonowaniu i powstaje \textrm{HO}_{2}^{\cdot}:

W reakcji dysmutacji katalizowanej przez dysmutazę ponadtlenkową z dwóch cząsteczek \textrm{O}_{2}^{\cdot-} powstaje mniej toksyczny nadtlenek wodoru i tlen cząsteczkowy:

W przypadku braku równowagi tej reakcji mogą tworzyć się: ¹O₂, •OH i \textrm{HO}_{2}^{\cdot}, należące do najbardziej reaktywnych form tlenu.

Anionorodnik \textrm{O}_{2}^{\cdot-} powstaje przede wszystkim podczas naświetlania żywności przy udziale światłoczułych barwników, a także jako uboczny produkt utleniania komórkowego w mitochondriach i podczas utlenienia hemoglobiny do methemoglobiny (rys. 2.1).

Rysunek 2.1. Powstawanie i rozkład anionorodnika ponadtlenkowego

Innym źródłem \textrm{O}_{2}^{\cdot-} są reakcje enzymatyczne, w których jest to produkt uboczny utleniania. Wśród licznej grupy enzymów wytwarzających \textrm{O}_{2}^{\cdot-} istotne znaczenie ma oksydaza ksantynowa i oksydaza NADPH fagocytów. Wskutek aktywności oksydazy NADPH fagocyty produkują duże ilości \textrm{O}_{2}^{\cdot-} w obronie przed drobnoustrojami chorobotwórczymi. Anionorodnik \textrm{O}_{2}^{\cdot-} powstaje również podczas reakcji autooksydacji zredukowanych form wielu składników żywności, tj. flawin, pterydyny, związków tiolowych (cysteina, glutation), sacharydów redukujących i ksenobiotyków. Reakcje tego typu najczęściej zachodzą w świeżej żywności, szczególnie w mięsie.

2.2.3. Nadtlenek wodoru (H₂O₂)

H₂O₂ jest zaliczany do RFT. Stosuje się go w niektórych procesach technologicznych w przemyśle spożywczym, np. do modyfikacji skrobi. Ponadto dodatek kwasu askorbinowego do mięsa w obecności tlenu podczas reakcji katalizowanej kationami metali, np. Fe(II), może redukować tlen do H₂O₂. Kwas askorbinowy, oprócz typowego działania redukującego polegającego na łatwym oddawaniu elektronów i wychwytywaniu innych rodników, działa jako czynnik utleniający, tworząc H₂O₂. Nadtlenek wodoru jest związkiem stabilnym, lecz w obecności jonów metali przejściowych ulega dysproporcjonowaniu:

H₂O₂ jest mniej reaktywny niż \textrm{O}_{2}^{\cdot-}. W środowisku obojętnym utlenia on grupy tiolowe reszt aminokwasów w białkach. Wykazuje on silne właściwości utleniające i dobrze rozpuszcza się w wodzie; nie ma ładunku elektrycznego, dlatego łatwo przenika przez błony komórkowe do różnych przedziałów komórki.

2.2.4. Rodnik hydroksylowy (•OH)

H₂O₂ ma duży udział w tworzeniu bardzo reaktywnego •OH. Jednym ze sposobów powstawania tego rodnika jest reakcja Habera–Weissa:

Reakcja Fentona, uważana za główne źródło •OH, polega na rozkładzie H₂O₂ przy udziale jonów Fe(II):

W organizmach występowanie utlenionych składników i jonów Fe(III), silnie związanych z białkami, w strukturach komórkowych zapobiega powstawaniu RFT. Natomiast w przetworzonej żywności zanik tych struktur i proteoliza sprzyjają pojawianiu się RFT i reakcji Fentona. Inną reakcją tworzenia •OH, podobną do reakcji Fentona, jest utlenianie zredukowanych jonów metali przejściowych, najczęściej Cu(I) (Bartosz, 2013):

Woda, będąca głównym składnikiem żywności, stanowi źródło •OH i H• powstających w wyniku napromieniowania (rys. 2.2).

Rysunek 2.2. Radioliza wody

Kolejny sposób wytwarzania •OH polega na homolitycznym rozpadzie H₂O₂ skutkiem działania promieniowania UV (rys. 2.3).

Rysunek 2.3. Powstawanie rodnika •OH

Rodnik •OH jest jednym z najbardziej reaktywnych utleniaczy. Charakteryzuje się on wysokim potencjałem redoks, a w efekcie bardzo silnymi właściwościami utleniającymi. Utlenia on prawdopodobnie pierwszą cząsteczkę organiczną lub jon metalu, na który natrafi; może być inicjatorem peroksydacji lipidów. Reakcje z jego udziałem przebiegają bardzo szybko i są mało specyficzne.

2.2.5. Tlen singletowy (¹O₂)

Energia promieniowania świetlnego zmniejsza czas indukcji utleniania lipidów i przyczynia się w największym stopniu do powstawania wolnych rodników. Przy naświetlaniu żywności promieniowaniem UV następuje utlenianie fotosensybilizowane, podczas którego powstaje ¹O₂, znacznie bardziej reaktywny od tlenu w stanie podstawowym, co przyspiesza proces utleniania. Tworzenie ¹O₂ polega na wzbudzeniu tlenu w stanie tripletowym w obecności światła i odpowiedniego fotosensybilizatora, np. chlorofilu (rys. 2.4).

Rysunek 2.4. Powstawanie ¹O₂

Wzbudzona cząsteczka fotouczulacza bezpośrednio reaguje z tlenem w stanie podstawowym, a wydzielona energia wystarcza na takie sparowanie elektronów w cząsteczce tlenu, aby wypadkowy spin cząsteczki wynosił zero. Innym mechanizmem powstawania tej formy tlenu jest utlenianie chlorków do kwasu chlorowego(I) i redukcja H₂O₂ do ¹O₂ z udziałem peroksydazy:

Tlen singletowy może być również generowany podczas peroksydacji lipidów:

2.2.6. Ozon (O₃)

Ozon należy również do RFT, niebędących wolnymi rodnikami. W warstwach atmosfery podczas reakcji fotochemicznych powstałe wolne atomy tlenu reagują z innymi cząsteczkami tlenu i tworzy się ozon:

Ozon rozpuszczony w wodzie rozpada się szybciej niż w powietrzu. Czas połowicznego zaniku ozonu w wodzie wynosi ok. kilku godzin, natomiast w powietrzu ok. 12 godzin. W żywności ozon jest stosowany jako silny środek przeciwdrobnoustrojowy, np. do przedłużania okresu trwałości owoców i warzyw.

2.2.7. Rodnik tlenku azotu(II) (NO•) i jego pochodne

Wśród wolnych rodników wyróżnia się również rodnik tlenku azotu (NO•). Do funkcji fizjologicznych pełnionych przez ten rodnik należy m.in. regulacja skurczu mięśni gładkich, regulacja ciśnienia tętniczego, przekazywanie sygnałów układu nerwowego i działanie bakteriobójcze. Jeden ze sposobów powstawania NO• odbywa się przy udziale syntazy NO•. W żywności większe znaczenie ma nieenzymatyczne tworzenie NO• polegające na redukcji w środowisku kwaśnym (pH < 4) w obecności różnych reduktorów, naświetlonych karotenoidów i innych silnych czynników redukujących, np. askorbinianu (Bartosz i Kołakowska, 2011). W surowym peklowanym mięsie NO• reaguje z mioglobiną i powstaje jasnoczerwony kompleks (MbNO).

W wyniku reakcji NO• z \textrm{O}_{2}^{\cdot-} tworzy się ONOO– o silnych właściwościach utleniających:

Może on utleniać lipidy, grupy tiolowe białek i aminokwasy. Uczestniczy on w reakcjach nitrozylowania reszt tiolowych białek i nitrowania w szczególności reszt tyrozyny i tryptofanu oraz innych składników, np. χ-tokoferolu. Reakcja nitrowania przebiega w obecności ditlenku węgla. ONOO– ulega protonowaniu do kwasu nadtlenoazotowego(III), który rozpada się, tworząc kolejne rodniki:

2.2.8. Kwas chlorowy(I) (HClO)

Kwas chlorowy(I) ma silne właściwości utleniające. Utlenia on grupy –SH białek i jony żelaza w białkach hemowych. W wyniku utlenienia grup –SH powstają disulfidy lub kwasy sulfonowe. Kwas ten wykazuje również dużą reaktywność w stosunku do reszt polienowych kwasów tłuszczowych w fosfolipidach.

HClO jest wykorzystywany do niszczenia niepożądanych mikroorganizmów. Jego właściwości bakteriostatyczne i bakteriobójcze wynikają z działania na grupy –SH i innych modyfikacji białek.

2.2.9. Rodniki tworzące się podczas utleniania białek i lipidów

W reakcjach opisanych rodników i RFT z aminokwasami, białkami i lipidami powstają rodniki organiczne, tj. alkilowe (R•), alkoksylowe (RO•), nadtlenkowe (ROO•) i wodoronadtlenkowe. Rodnik R• tworzy się w trakcie procesów technologicznych w wyniku homolitycznego rozszczepienia wiązania w nienasyconym lipidzie (RH), spowodowanego energią cieplną lub fotochemiczną, albo przez oderwanie atomu wodoru od RH w obecności inicjatora podczas autooksydacji lipidów:

Rodniki RO• są produktami rozpadu nadtlenków i wodoronadtlenków w wolnorodnikowych reakcjach łańcuchowych utleniania lipidów, aminokwasów i białek. Powstają one w czasie autooksydacji lipidów w efekcie rozpadu nadtlenków lub wodoronadtlenków alkilowych:

Ponadto podczas autooksydacji lipidów jony metali przejściowych uczestniczą w rozpadzie wodoronadtlenków lipidowych. Pierwotne produkty utleniania są związkami labilnymi i spontanicznie się rozpadają, szczególnie w podwyższonej temperaturze, jednakże jony tych metali przyspieszają tę reakcję:

Jest to zjawisko reinicjacji polegające na ponownym powstawaniu wolnych rodników z nierodnikowych produktów autooksydacji.

2.3. Utlenianie podstawowych składników żywności

2.3.1. Utlenianie lipidów

RFT wchodzą w reakcje z wszystkimi głównymi składnikami żywności, ale w pierwszej kolejności przebiega utlenianie lipidów ze względu na niższą barierę energetyczną niż przy utlenianiu białek, sacharydów i aminokwasów. Niemniej jednak utlenianie różnych składników zachodzi współzależnie. Produkty peroksydacji lipidów modyfikują białka i aminokwasy oraz niszczą przeciwutleniacze.

Utleniane są nienasycone kwasy tłuszczowe lub reszty acylowe w acyloglicerolach, fosfolipidy, sterole i karotenoidy w temperaturze pokojowej, jak i zamrażalniczej. Reakcje utleniania lipidów w żywności mogą być zapoczątkowane energią światła UV i widzialnego, atakiem ¹O₂ albo według mechanizmu autooksydacji, w obecności inicjatora (In) w środowisku. Inicjatorem tworzenia R• może być \textrm{HO}_{2}^{\cdot}, •OH, RO• lub R•:

Inicjacja może odbywać się również przy udziale lipooksygenaz katalizujących stereo- i regiospecyficzne utlenianie polienowych kwasów tłuszczowych (ang. polyunsaturated fatty acids, PUFA) tlenem cząsteczkowym, prowadzące do powstania odpowiednich wodoronadtlenków. Lipooksygenazy zapoczątkowują utlenianie lipidów, karotenoidów, chlorofili, tokoferoli, związków tiolowych i białek dzięki zdolności tworzenia wysokoenergetycznych kompleksów z substratami (rodników). Na etapie propagacji (mnożenia rodników) R• reaguje z tlenem cząsteczkowym i powstaje ROO•:

który następnie, reagując z kolejną cząsteczką nienasyconego lipidu, odszczepia atom wodoru i tworzy się wodoronadtlenek oraz nowy rodnik lipidowy:

Sekwencja tych reakcji powtarza się wielokrotnie. Do powstawania nadtlenków lipidowych może przyczyniać się ¹O₂ w reakcji addycji cząsteczki tlenu do wiązania podwójnego. Mechanizm tej reakcji nie jest wolnorodnikowy. Bezpośrednio do wiązań podwójnych może się także przyłączać ozon, tworząc ozonki, które z kolei rozpadają się do wolnych rodników. Na trzecim etapie autooksydacji (terminacji), w wyniku reakcji między wolnymi rodnikami, powstają produkty, niebędące wolnymi rodnikami:

Są to dimery kwasów tłuszczowych i okso- lub hydroksykwasy tłuszczowe. Podczas peroksydacji lipidów generowane wolne rodniki oddziałują także z białkami, tworząc rodniki białkowe (P•). Uczestniczą one w etapie terminacji, co w efekcie przyczynia się do powstania kompleksów lipidowo-białkowych:

Pierwotne produkty utleniania są niestabilne i ulegają dalszym przemianom w reakcji β-eliminacji, prowadząc do rozpadu reszt polienowych kwasów tłuszczowych i powstania wtórnych produktów utleniania lipidów, tj. aldehydów, ketonów, laktonów, alkoholi, ketokwasów, hydroksykwasów, epoksydów, eterów, węglowodorów i innych związków lotnych. Im więcej wiązań podwójnych w reszcie kwasu tłuszczowego, tym łatwiej ulega ona utlenianiu. Autooksydacja kwasów monoenowych zachodzi jedynie w podwyższonej temperaturze, np. w czasie smażenia, natomiast kwasy polienowe utleniają się już w temperaturze pokojowej. Peroksydację lipidów przerywają efektywnie różne przeciwutleniacze.

Do różnorodnych produktów żywnościowych o charakterze emulsji olej/woda, tj. mleko, śmietana, majonezy, sosy, dressingi i pokarm dla niemowląt, z powodu współczesnych wymagań racjonalnego żywienia, dodaje się oleje zawierające triacyloglicerole (TAG) bogate w reszty PUFA, które bardzo łatwo się utleniają. Powierzchnia styku silnie rozdrobnionych kuleczek tłuszczu z fazą wodną zawierającą rozpuszczalne w wodzie prooksydanty jest wielka, co czyni lipidy w emulsjach lipidowych bardzo podatnymi na utlenianie. Szybkość tej reakcji zależy od właściwości warstwy granicznej zemulgowanych lipidów, ograniczającej kontakt kropelki tłuszczu z tlenem, wolnymi rodnikami i prooksydantami obecnymi w fazie wodnej. Do tych właściwości należą grubość, kohezyjność, porowatość i lepkość, w szczególności otoczki białkowej. Białka tej otoczki wchodzą w reakcje z rodnikami pochodzącymi z kuleczki tłuszczowej oraz z aldehydowymi produktami utleniania tłuszczów. Także białka występujące w fazie wodnej mogą hamować utlenianie emulsji tłuszczowych przez to, że działają jako chelatory metali i zmiatacze wolnych rodników w środowisku. Na skuteczność zmiataczy wolnych rodników istotnie wpływa ich reaktywność i lokalizacja w emulsji. Przeciwutleniacze niepolarne są na ogół skuteczniejsze niż polarne, gdyż jako związane na powierzchni kropelek lipidów reagują w miejscach największego zagrożenia. Cząsteczki surfaktantów rozpuszczają lub wiążą małocząsteczkowe składniki fazy wodnej, w tym wodoronadtlenki, jony metali przejściowych, prooksydanty i przeciwutleniacze, co także wpływa na szybkość utleniania lipidów.

2.3.2. Utlenianie białek

Białka żywności są utleniane w wyniku reakcji z: ¹O₂, \textrm{HO}_{2}^{\cdot}, •OH, H₂O₂ i wodoronadtlenkami. Im większa zawartość białka w produkcie, tym szybciej zachodzi ten proces. Utlenianie białek przejawia się najczęściej tworzeniem grup karbonylowych w łańcuchach bocznych reszt aminokwasowych, wewnątrz- lub międzycząsteczkowym sieciowaniem reszt cysteiny lub tyrozyny albo hydrolitycznym rozszczepieniem łańcucha polipeptydowego. Utlenianie wiązania peptydowego w łańcuchu białkowym zapoczątkowuje •OH przez oderwanie atomu wodoru przy węglu α i w efekcie utworzenie P•. Rodnik ten jest przekształcany do formy nadtlenkowej (POO•) w gwałtownej reakcji z tlenem, a następnie do wodoronadtlenku w wyniku przyłączenia wodoru pochodzącego od kolejnej cząsteczki białka (rys. 2.5).

Rysunek 2.5. Reakcje utlenienia w łańcuchu polipeptydowym

5
Mutagenne i rakotwórcze składniki żywności
Anna Lewandowska, Agnieszka Bartoszek

Chociaż ani testy mutagenności in vitro, ani badania rakotwórczości in vivo nie odzwierciedlają w pełni zagrożenia zdrowia konsumenta przez dany związek, to jednak spełniają one istotną funkcję, gdyż pozwalają zidentyfikować te substancje w żywności, które trzeba poddać dalszym badaniom toksykologicznym i które w wyższych stężeniach nie mogą być dopuszczone do spożycia.

5.5. Związki mutagenne w żywności

5.5.1. Wprowadzenie

Wyniki badań epidemiologicznych prowadzonych wśród różnych społeczności oraz badania nad procesami odpowiedzialnymi za kancerogenezę prowadzone w laboratoriach przez ostatnie 30 lat wskazują na kluczową rolę sposobu odżywiania się w rozwoju chorób nowotworowych. Większość mutagenów i związków rakotwórczych obecnych w żywności stanowią albo substancje naturalne, głównie pochodzenia roślinnego, albo substancje powstałe w wyniku przechowywania i przetwarzania żywności. Jako mutageny rozumie się te substancje, które dają wynik pozytywny w teście Amesa, a jako kancerogeny – związki wywołujące nowotwory u zwierząt doświadczalnych. W tabeli 5.1 zebrano dane dotyczące mutagenności i rakotwórczości najważniejszych przedstawicieli omawianych poniżej grup związków. Pominięto dużą grupę potencjalnych mutagenów i kancerogenów pochodzenia roślinnego, wśród których najliczniej są reprezentowane pochodne hydrazyny, flawonoidy, alkenylobenzeny, alkaloidy pyrolizydynowe. Nie znaleziono jednak do tej pory dowodów na to, aby żywność pochodzenia roślinnego przyczyniała się do zwiększenia ryzyka chorób nowotworowych u ludzi. Wręcz przeciwnie, badania epidemiologiczne dowodzą, że roślinne produkty spożywcze wykazują wiele różnych aktywności przeciwdziałających kancerogenezie. Poniżej omówiono przede wszystkim te substancje mutagenne i rakotwórcze, które powstają w procesie obróbki żywności, a więc ich obecność w środowisku człowieka może być znacznie ograniczona.

Tabela 5.1. Mutagenność i rakotwórczość wybranych substancji obecnych w żywności

Związek

Przykłady występowania

Mutagenność mierzona testem Amesa (liczba kolonii/µg)

Nowotwory u gryzoni (tkanka docelowa)

Aflatoksyna B1

Kukurydza

6000

Wątroba

N,N-Dimetylonitrozoamina

Peklowane mięso

0

Pęcherz moczowy

Benzo[a]piren

Wędzone ryby

970

Skóra, płuca

Trp-P-2

Glu-P-1

Mięso i ryby

pieczone na ruszcie

104200

49000

Wątroba, jelito cienkie, jelito grube

MeIQ

MeIQx

Wywary mięsne

i smażone mięso

661000

145000

Wątroba, żołądek,

płuca, jelito grube

PhIP

Smażone mięso

931

Jelito grube, pierś

Furan

Przetwory w słoikach

0

Wątroba

Trp-P-2 (3-amino-1-metylo-5H-pirydo[4,3-b]indol), Glu-P-1 (2-amino-6-metylopirydo[1,2-a:3’,2’-d]imidazol), MeIQ (2-amino-3,4-dimetyloimidazo[4,5-f]chinolina), MeIQx (2-amino-3,8-dimetyloimidazo[4,5-f]chinoksalina), PhIP (2-amino-1-metylo-6-fenyloimidazo[4,5-b]pirydyna)

5.5.2. Mikotoksyny

Mikotoksyny są silnie toksycznymi związkami wytwarzanymi przez pleśnie, przede wszystkim Aspergillus, Penicillium i Fusarium. Stanowią one najgroźniejsze zanieczyszczenie pojawiające się głównie w czasie przechowywania licznych produktów żywnościowych, wśród których najczęściej wymienia się kukurydzę, orzechy ziemne i produkty zbożowe. Szczególnie dużo mikotoksyn powstaje w klimacie podzwrotnikowym i zwrotnikowym, przy nieodpowiednich metodach zbioru i przechowywania plonów. Na rysunku 5.6 przedstawiono struktury chemiczne mikotoksyn stanowiących najczęstsze zanieczyszczenie żywności.

Rysunek 5.6. Struktury chemiczne mikotoksyn stanowiących najczęstsze zanieczyszczenie żywności

Spośród wielu klas związków należących do grup mikotoksyn tylko dla kilku udowodniono, iż mają właściwości rakotwórcze (tab. 5.2).

Najważniejsze genotoksyczne mikotoksyny to aflatoksyny i sterigmatocystyna, indukujące nowotwory wątroby, oraz ochratoksyna A, wywołująca nowotwory wątroby i nerek u zwierząt doświadczalnych (Didwania i Joshi, 2013). W przypadku deoksyniwalenolu, niwalenolu oraz patuliny stwierdzono ich zdolność uszkadzania DNA (Paterson i Lima, 2013). Innymi powszechnie występującymi mikotoksynami mającymi zdolność wywoływania nowotworów u zwierząt laboratoryjnych są fumonizyny, spośród których najczęstszym zanieczyszczeniem żywności, w szczególności ziarna kukurydzy i zbóż, jest fumonizyna B1. Fumonizyny nie są genotoksyczne; ich działanie polega na indukcji apoptozy w docelowej tkance i następującej po niej niewłaściwej regeneracji ubytków, indukcji stresu oksydacyjnego oraz cytotoksyczności (Stockmann-Juvala, 2008).

Tabela 5.2. Udokumentowane działanie genotoksyczne mutagenne i kancerogenne niektórych mikotoksyn oraz występowanie w żywności (Paterson i Lima, 2013)

Związek

Przykłady występowania

Mutagenność i kancerogenność

Aflatoksyny

Orzechy, owoce suszone, mleko, produkty zbożowe

Kancerogenność, tworzenie adduktów DNA, indukowanie uszkodzeń DNA, hamowanie naprawy DNA, mutagenność

Sterigmatocystyna

Mąka pszenna, przyprawy, przetwory owocowe

Kancerogenność, tworzenie adduktów DNA

Ochratoksyna A

Zboża i produkty zbożowe, kawa, mleko

Kancerogenność, jednoniciowe pęknięcia DNA, tworzenie adduktów DNA, mutagenność

Patulina

Owoce i soki owocowe, pieczywo, kiełbasy

Indukcja wiązań sieciujących DNA-DNA, tworzenie adduktów DNA, mutagenność

Deoksyniwalenol

Mąka pszenna, jęczmienna i kukurydziana, makaron

Uszkodzenia DNA, genotoksyczność

Niwalenol

Pszenica, fasola

Uszkodzenia DNA, mutagenność

Najbardziej rakotwórcza jest aflatoksyna B1 (patrz tab. 5.1), która jako jeden z pierwszych związków została uznana za kancerogen (hepatokancerogen) u ludzi (IARC, 1987). Szacuje się, że aflatoksyny przyczyniają się do rozwoju od 25 000 do 155 000 przypadków nowotworów wątroby na całym świecie każdego roku (Pitt i Miller, 2016). Natomiast ochratoksyna A jest głównym zanieczyszczeniem zbóż i produktów zbożowych w Europie i Ameryce Północnej (WHO, 2002).

5.5.3. Nitrozoaminy

Wiele związków należących do grupy nitrozoamin wykazuje silne właściwości rakotwórcze. Nitrozoaminy są obecne w wielu produktach żywnościowych, przede wszystkim w peklowanym mięsie i wędzonych rybach, ale także w piwie, sosie sojowym i innych. Duże ilości prekursorów nitrozoamin, w szczególności azotanów(V), zawierają niektóre warzywa, np. sałata i czerwone buraki.

Związki te powstają głównie w wyniku nitrozowania w środowisku kwaśnym (np. w żołądku) obecnych w żywności amin przy udziale azotanów(III) lub azotanów(V) redukowanych do azotanów(III) przez bakterie w jamie ustnej. Azotany(III) i azotany(V) są także wytwarzane endogennie z argininy przez makrofagi (Cassens, 1995). Struktury chemiczne głównych nitrozoamin spotykanych w żywności przedstawiono na rys. 5.7.

Rysunek 5.7. Struktury chemiczne nitrozoamin najczęściej spotykanych w żywności

Obecność azotanów(III) w żywności wpływa zarówno negatywnie, jak i pozytywnie na jej zdrowotność. W wielu krajach obserwuje się korelację między zapadalnością na raka żołądka (powodowanego, jak się wydaje, przez nitrozoaminy) a poziomem spożycia azotanów(III). Azotany(III) hamują jednak wzrost Clostridium botulinum, a co za tym idzie tworzenie się zagrażających życiu toksyn botulinowych. Ponadto azotany(III) w kwaśnym środowisku żołądka, czyli tam, gdzie przyczyniają się do powstawania rakotwórczych nitrozoamin, mają zdolność neutralizowania kancerogenów powstających w wyniku pirolizy białek.

Obecność azotanów(III) jest przede wszystkim konsekwencją warunków uprawy warzyw oraz procesów przetwórczych, zatem zmiany technologii mogą spowodować znaczące obniżenie ich zawartości w produktach żywnościowych, a dzięki temu zmniejszyć ryzyko występowania nowotworów wywoływanych przez nitrozoaminy. Tym niemniej azotany(III) prawdopodobnie pozostaną niezbędnym składnikiem konserwowanych produktów spożywczych, ponieważ jak dotychczas nie znaleziono alternatywnych substancji, które byłyby użyteczne jako środki zarówno peklujące, jak i hamujące rozwój bakterii.

5.5.4. Mutageny w żywności poddanej obróbce termicznej

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) zawierające układ skondensowanych pierścieni aromatycznych tworzą się w wyniku niepełnego spalania materii organicznej. Silnie rakotwórczymi przedstawicielami tej grupy są najszerzej badane kancerogeny: benzo[a]piren oraz benzo[a]antracen, których struktury chemiczne pokazano na rys. 5.8; w tab. 5.3 podano natomiast zawartość tych dwóch kancerogenów w popularnych produktach spożywczych.

Rysunek 5.8. Struktury chemiczne najważniejszych kancerogenów z grupy WWA spotykanych w żywności

W produktach żywnościowych WWA powstają przede wszystkim podczas smażenia oraz pieczenia, szczególnie nad otwartym ogniem, np. na ruszcie. Tworzą się one wskutek pirolizy tłuszczu, a nie samego ogrzewania. W wędzonym mięsie i w wędzonych rybach źródłem WWA jest dym użyty do wędzenia (Smith i in., 2001). Ponadto wiele rodzajów żywności zawiera mierzalne ilości tych związków pochodzących z zanieczyszczenia środowiska, np. ryby łowione w rejonach uprzemysłowionych.

Tabela 5.3. Zawartość benzo[a]pirenu i benzo[a]antracenu w popularnych produktach spożywczych i dymie papierosowym (na podstawie Smith i in., 2001)

Produkt spożywczy

Zawartość [ng/g]

benzo[a]pirenu

benzo[a]antracenu

Świeże warzywa

2,8–24,5

0,3–43,6

Oleje roślinne

0,4–1,4

0,8–1,1

Herbata

3,9

2,9–4,6

Ryby wędzone

0,83

1,9

Szynka wędzona

3,2

2,8

Kiełbasa

12,5–18,8

17,5–26,2

Karkówka z grilla

8,0

4,5

Dym papierosowy

20,0–25,0

20,0–35,0

Według szacunków Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) narażenie na WWA jest w 90% wynikiem konsumpcji żywności, a tylko ok. 0,9% tych związków dostaje się do organizmu wskutek wdychania oraz 0,1–0,3% z wodą pitną (WHO 1984). Komisja do spraw Ochrony Zdrowia i Konsumenta Unii Europejskiej opracowała dokument dotyczący zagrożenia ludzkiego zdrowia przez WWA obecne w żywności, podsumowujący rekomendacje mające zmniejszyć narażenie konsumentów na te kancerogeny (http://europa.eu.int/comm/food/fs/sc/scf/index_en.html).

Heterocykliczne aminy aromatyczne powstają w wyniku obróbki termicznej żywności o dużej zawartości białka. Jednak tworzenie niektórych HAA może następować również w sposób endogenny w organizmie człowieka, na co wskazuje obecność związku IQ-[4,5-b] w moczu zarówno konsumentów mięsa, jak i wegetarian (Scott i in., 2007). Związki HAA są niezwykle silnymi mutagenami (tab. 5.1). Jedynie harman i norharman, niezawierające egzocyklicznej grupy aminowej, nie są mutagenne, jednak prowadzą do zwiększenia genotoksyczności mutagennych HAA (Totsuka i in., 2004). Wyniki badań przeprowadzonych z użyciem zwierząt wykazały, iż HAA indukują powstawanie nowotworów w wielu organach podczas przedłużonego okresu karmienia mięsem po obróbce termicznej (Zheng i Lee, 2009).

W zależności od temperatury obróbki żywności powstają dwie główne grupy HAA. Pierwsza grupa, określana jako „pirolityczne HAA”, stanowiąca produkty pirolizy aminokwasów (głównie tryptofanu) i białek, powstaje w temp. powyżej 300°C, przede wszystkim na powierzchni mięsa i ryb pieczonych nad otwartym ogniem. Należą do niej głównie pochodne pirydynoindolowe i pirydynoimidazolowe (rys. 5.9). Piroliza prowadzi do powstania wielu reaktywnych cząsteczek, które ulegają kondensacji, tworząc nowe heterocykliczne struktury w wyniku dalszych reakcji wolnorodnikowych.

Rysunek 5.9. Przykładowe HAA powstające w trakcie obróbki termicznej mięsa

Natomiast w niższej temperaturze (150–200°C) powstają tzw. termiczne HAA, typu „IQ” czy też aminoimidazoazarenów, w wyniku reakcji obecnych w mięsie aminokwasów, kreatyny lub kreatyniny oraz sacharydów (Turesky, 2007). Substancje prekursorowe ulegają dehydratacji i cyklizacji, co prowadzi do powstania pochodnych pirolu i pirydyny. W wyniku reakcji Maillarda tworzy się kationorodnik pirydynowy i dialkilopirazynowy. Następnie ulegają one dalszym przemianom Streckera z udziałem aldehydów i kreatyny oraz kreatyniny prowadzącym do powstania pochodnych odpowiednio imidazochinoliny i imidazochinoksaliny (rys. 5.9). Stężenia najbardziej mutagennych HAA w różnych produktach spożywczych poddanych obróbce termicznej zawarto w tab. 5.4.

Mimo że HAA tworzą się tylko w niewielkich ilościach (ng/g), nie należy ich lekceważyć, są to bowiem związki wysoce mutagenne oraz znacznie bardziej kancerogenne niż aflatoksyna B1, nitrozoamina i benzo[a]piren (Püssa, 2013). Wyniki badań epidemiologicznych sugerują, że związki z grupy HAA spożywane z mięsem u ludzi mają wpływ na zwiększenie ryzyka wystąpienia nowotworów żołądka, jelita grubego, płuc, trzustki, piersi, odbytu i prostaty (Sanz Alaejos i in., 2008). Niepokojące jest, że obecne w żywności HAA są natychmiast wydzielane do mleka karmiących matek i mogą przez to powodować powstawanie adduktów DNA w wątrobie noworodków.

Tabela 5.4. Zawartość heterocyklicznych amin aromatycznych w różnych rodzajach mięsa poddanego obróbce termicznej (Puangsombat i in., 2012)

Rodzaj produktu

Rodzaj obróbki

Średnie stężenie w ng/g mięsa po przyrządzeniu

PhIP

MeIQx

Ryba

smażenie

9,11

2,05

Kurczak

smażenie

6,06

0,46

Wołowina

smażenie

5,27

3,33

Wieprzowina

smażenie

9,20

2,39

Wieprzowina

pieczenie

2,20

0,23

Akryloamid (AA) powstaje wskutek termicznej obróbki żywności o wysokiej zawartości skrobi, takiej jak frytki, popularne chipsy, pieczywo czy kawa. Znaleziono go również w suszonych owocach, prażonych warzywach i orzechach oraz czarnych oliwkach. Wprawdzie zawartość AA w popularnych produktach spożywczych w Polsce jest niższa niż wartości wskaźnikowe podane w zaleceniu Komisji Europejskiej (tabela 5.5), to jednak należy zwrócić uwagę na duże spożycie produktów zawierających znaczne ilości AA, tzn. ciastek wśród dzieci, frytek wśród młodzieży i kawy w grupie osób dorosłych. Produkty fast food i przekąski są także czynnikiem zwiększającym narażenie na AA w grupie młodzieży i dzieci.

AA powstaje w wyniku reakcji między asparaginą a redukującymi sacharydami, m.in. glukozą i fruktozą. Jest więc generowany równocześnie i z tych samych substratów co substancje nadające żywności zapach i powodujące brązowienie. Termiczna degradacja triacylogliceroli do akroleiny i przekształcenie tej ostatniej również prowadzi do utworzenia AA.

Tabela 5.5. Poziom akryloamidu w wybranych produktach spożywczych i maksymalne spożycie produktów zawierających akryloamid w Polsce (Mojska i in., 2010)

Produkt spożywczy

Zawartość akryloamidu (µg/kg)

Dzieci 1–6 lat

Dzieci i młodzież 7–18 lat

Dorośli 19–96 lat

Wartość wskaźnikowa (µg/kg)*

(g (dm³)/osoba/dzień)

Chleb

35–110

260

900

1600

150

Płatki kukurydziane

70–1186

150

100

400

400

Chipsy ziemniaczane

113–3647

200

250

200

1000

Frytki

63–799

180

720

540

600

Wyroby cukiernicze

48–672

272

585

1200

500

Słone paluszki

71–879

150

125

300

500

Kawa

227–699

–

600

1450

450

* Wartości wskaźnikowe dla akryloamidu podane w zaleceniu Komisji Europejskiej z dnia 10.01.2011 r. na podstawie danych EFSA zebranych w latach 2007–2008.

Rakotwórczość AA wynika z genotoksyczności jego metabolitu glicydamidu (rys. 5.10), który – jak wykazano zarówno in vitro, jak i in vivo (Gamboa da Costa i in., 2003) – ma zdolność tworzenia kilku różnych adduktów z DNA. Związek ten jest także przykładem klastogenu powodującego zmiany strukturalne w chromosomach (Wang i in., 2010). Uszkodzenia DNA, objawiające się zwiększonym występowaniem mikrojąder w plemnikach, zaobserwowano wśród gryzoni spożywających AA (Sumner i in., 1999). AA i jego główny metabolit tworzy również addukty z hemoglobiną, które są sugerowane jako przyczyniające się do oddziaływania neurotoksycznego oprócz kancerogennego tej substancji (Klauing, 2008).

Rysunek 5.10. Aktywacja metaboliczna AA i jedna z możliwych struktur adduktu utworzonego przez powstały metabolit z guanozyną

Odkrycie, że produkty spożywcze bogate w polisacharydy, a zatem bardzo ważne z żywieniowego punktu widzenia i w konsekwencji spożywane w dużych ilościach, zawierają znaczące ilości (rzędu nawet mg/kg) prawdopodobnego ludzkiego kancerogenu było alarmujące, toteż natychmiast przystąpiono do oceny stopnia zagrożenia chorobami nowotworowymi związanego ze spożyciem tego typu żywności. Oszacowano, że 1 na 100 osób jest zagrożona rozwojem nowotworów przy dziennym spożyciu AA w ilości 1 µg/kg masy ciała. Zagrożenie jest tym większe, że AA jest wolno usuwany z organizmu, jedynie w 10% zostaje wydalony z moczem, natomiast 90% AA ulega metabolizmowi (Sorgel i in., 2002).

Dotychczasowe wyniki badań nie dowodzą w sposób jednoznaczny potencjalnego wzrostu ryzyka zachorowalności na nowotwory u ludzi narażonych na AA. Wyniki badań epidemiologicznych wskazały jedynie, że rozwój nowotworu nerek może być wiązany ze spożywaniem tej substancji (Pelucchi i in., 2011; Lipworth i in., 2012). Badania przeprowadzone w Danii sugerowały ponadto na istnienie korelacji między spożywaniem produktów zawierających AA i umieralnością na nowotwory piersi (Olsen i in., 2012). Z uwagi na przenikanie AA przez łożysko może stanowić on zagrożenie dla płodu (Schettgen i in., 2003). Dowiedziono na przykład zależności między występowaniem adduktów AA i glicydamidu w hemoglobinie krwi pępowinowej a obniżeniem masy ciała i objętości głowy u dzieci (Pedersen i in., 2012).

Furan, lotny i lipofilowy cykliczny eter jest obecny w wielu produktach żywnościowych poddawanych obróbce cieplnej, zwłaszcza w produktach pakowanych i sterylizowanych w puszkach i słoikach. Proponowanych jest pięć dróg powstawania tego związku w wyniku degradacji termicznej typowych składników żywności, takich jak sacharydy, aminokwasy, polienowe kwasy tłuszczowe (PUFA), kwas askorbinowy i karotenoidy (Vranova i Ciesarova, 2009). Znaczne jego zawartości oznaczono w żywności dla niemowląt, zupach, kawie i tostowym pieczywie (Yaylayan, 2005). W tabeli 5.6 zebrano dane dotyczące zawartości furanu w popularnych grupach produktów spożywczych.

Tabela 5.6. Zawartość furanu w wybranych produktach spożywczych (Bakhija i Appel, 2010)

Produkt spożywczy

Zawartość furanu (µg/kg)

średnia

maksymalna

Produkty zbożowe

14

168

Produkty mięsne

17

39

Zupy zawierające mięso

88

125

Warzywa (pakowane w puszkach i słoikach)

12

74

Kawa mielona

1113

5938

Żywność dla dzieci

25

215

Na podstawie wyników wskazujących na rozwój nowotworów wątroby u gryzoni po spożyciu furanu został on zaliczony do prawdopodobnych ludzkich kancerogenów. Rakotwórczość furanu wynika z cytotoksycznego i genotoksycznego działania jego metabolitu – cis-2-butan-1,4-dialu (BDA) (Lu i Peterson, 2010). Metabolit powstający podczas reakcji utlenienia furanu katalizowanej przez cytochrom P450 reaguje z deoksyrybonukleozydami in vitro, tworząc addukty DNA (rys. 5.11) (Byrns i in., 2006). Ostatnie doniesienia wskazują, że BDA reaguje bezpośrednio z lizyną z utworzeniem adduktów pirolin-2-onu zarówno in vitro, jak i in vivo. Ponadto BDA może łączyć N-acetylocysteinę i glutation (GSH) z lizyną w białkach z utworzeniem pierścienia pirolowego (Phillips i in., 2014). Te białkowe addukty są odpowiedzialne za toksyczność furanu.

Rysunek 5.11. Aktywacja metaboliczna furanu prowadząca do utworzenia adduktów DNA i białek

Według obowiązujących zaleceń Światowej Organizacji Zdrowia za maksymalną tolerowaną dawkę furanu pochodzącego z żywności przyjęto 2 mg/kg masy ciała na dobę. Nie należy tego ignorować, gdyż do organizmu człowieka furan może dostawać się nie tylko drogą pokarmową, lecz także drogą oddechową podczas obróbki cieplnej żywności. Szczególnie istotna jest ciągła ocena narażenia niemowląt i małych dzieci ze względu na ich niską masę ciała.

Ocena zagrożenia nowotworowego na podstawię kowalencyjnej modyfikacji DNA konsumenta spożywającego żywność zawierającą substancje genotoksyczne była do niedawna raczej czysto teoretyczna ze względu na trudności z detekcją zmienionych zasad azotowych. Jednakże szybki rozwój technik analitycznych pozwalający oznaczyć addukty tworzące się po spożyciu różnego typu wyrobów żywnościowych, przede wszystkim termicznie przetwarzanego mięsa, pozwala na jednoczesne wykrywanie wielu adduktów DNA, co zaowocowało nawet określeniem adduktomiki, czyli możliwości całościowego oznaczenia omawianych wcześniej zmian w strukturze materiału genetycznego wskutek narażenia środowiskowego. W przyszłości pozwoli to na zrozumienie roli aduktów DNA w powstawaniu mutacji i kancerogenezie oraz dalsze projektowanie korzystniejszej zdrowotnie żywności (Hemeryck i in., 2017).

5.5.5. Inne czynniki ryzyka

Badania epidemiologiczne sugerują, że duże spożycie tłuszczów może się przyczyniać do rozwoju niektórych rodzajów nowotworów u ludzi. Podobne działanie jest obecnie przypisywane również diecie wysokokalorycznej oraz bogatej w produkty białkowe. Badania na zwierzętach wskazują, iż wszystkie te czynniki działają przede wszystkim na etapie promocji transformacji nowotworowej, a winą jest obarczana indukcja stresu oksydacyjnego w organizmie. Reaktywne formy tlenu (RFT) powstają w organizmie w wyniku normalnych przemian metabolicznych. Dieta bogata w składniki pokarmowe powoduje zwiększenie intensywności tych przemian, a co za tym idzie zwiększenie stężenia rodników tlenowych i innych RFT. Wszystkie one mają zdolność uszkadzania wielu ważnych składników makrocząsteczek komórkowych i są odpowiedzialne za procesy starzenia oraz pojawianie się schorzeń typowych dla podeszłego wieku, w tym nowotworów. Potwierdzeniem tej hipotezy są liczne doniesienia wskazujące, że obecność w diecie składników o charakterze przeciwutleniaczy ma istotny wpływ na zahamowanie powstawania nowotworów (WCRF/AICR, 2007; Zi i Simoneau, 2013).