ZWIĄZKI CHEMICZNE W ŻYWNOŚCI

Związek chemiczny – jednorodne połączenie co najmniej dwóch różnych pierwiastków chemicznych za pomocą dowolnego wiązania. Podstawową jednostką związku chemicznego jest cząsteczka. Cząsteczki powstają i rozpadają się w wyniku tworzenia i zrywania wiązań chemicznych między atomami. Procesy tworzenia i zrywania wiązań nazywa się reakcjami chemicznymi. Związki chemiczne zapisuje się w formie wzorów chemicznych, w których podaje się liczbę i rodzaj atomów tworzących je cząsteczek. Wzory sumaryczne uwzględniają tylko sumaryczną liczbę atomów występujących w jednej cząsteczce określonego związku chemicznego, zaś wzór strukturalny zawiera też informację o sposobie połączenia tych atomów wiązaniami chemicznymi. Związki posiadają zwykle szereg charakterystycznych dla siebie własności chemicznych i fizycznych. Są to m.in. masa molowa, temperatura topnienia, temperatura wrzenia, temperatura sublimacji, barwa, struktura krystaliczna, reaktywność chemiczna, przewodnictwo cieplne i wiele innych. Własności te nie są nigdy prostą średnią tworzących je pierwiastków, lecz są złożoną funkcją struktury związków chemicznych, czyli określonego, przestrzennego układu powiązań tworzących je atomów.

• Związki chemiczne w żywieniu

Składniki pożywienia dzielą się na budulcowe (białka, niektóre sole mineralne), energetyczne (cukry, tłuszcze) oraz regulujące (witaminy, woda i sole mineralne).

-TŁUSZCZE Tłuszcze(glicerydy)- są mieszaniną wielu estrów wyższych kwasów karboksylowych i gliceryny. Tłuszcze to ogólna nazwa wielu związków chemicznych, które prawie wszystkie nie rozpuszczają się w wodzie. Są trzecią podstawową grupą składników pokarmowych, które spełniają w organizmie funkcję energetyczną oraz stanowią najbogatsze źródło energii. Zawiera witaminy A, D, E, K. energii zawarta w tłuszczach może być wykorzystana w późniejszym okresie, a tkanka tłuszczowa jest odkładana tuż pod skórą, gdzie spełnia rolę materiału izolującego, zapobiegającego utracenie ciepła oraz nadaje skórze elastyczność. Tłuszcze zawierają 40% kalorii, a nadmiar spożywanych tłuszczów prowadzi do otyłości, która zwiększa prawdopodobieństwo występowania w takich ludzi choroby takie jak: cukrzyca, artretyzm, wysokie ciśnienie, itp.

Rodzaje tłuszczów:

1.Ttłuszcze nasycone: Organizm wytwarza z nich cholesterol, który jest niezbędny do syntezy hormonów, w tym estrogenu i testosteronu oraz soli kwasów żółciowych. Jeżeli jednak jego stężenie się zwiększa, osadza się on w świetle naczyń tętniczych i może doprowadzić do zablokowania przepływu krwi. Konsekwencją może być choroba wieńcowa, prowadząca często do zawału. Tłuszcze nasycone i cholesterol spożywane w nadmiernych ilościach stwarzają także ryzyko niektórych chorób powstających na tle wadliwego żywienia, głównie miażdżycy, ale także złośliwych chorób nowotworowych.

Produkty zawierające tłuszcze nasycone: -produkty mleczne pełnotłuste (mleko, kefir, jogurt), -śmietana, masło, -sery żółte, topione, -sery twarogowe tłuste i półtłuste, -żółtko jaja, -wieprzowina, baranina, wołowina, -wędliny wieprzowe, -wątroba, mięso królicze.

2. Tłuszcze wielonienasycone: Wśród nich na szczególną uwagę zasługują niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe NNKT które spełniają ważną rolę w zapobieganiu i leczeniu miażdżycy, obniżają poziom cholesterolu w surowicy krwi, zapobiegają powstawaniu zakrzepów naczyniowych, poprawiają pracę serca i przepływ krwi przez naczynia wieńcowe. Tłuszcze wielonienasycone obniżają poziom tzw. ‘złego’ cholesterolu (LDL), zmniejszając tym samym ryzyko miażdżycy i zawału serca. w Polsce spożywa się znacznie mniej tłuszczów wielonienasyconych niż zalecają normy żywieniowe, dlatego wskazane jest zwiększenie w codziennym jadłospisie udziału produktów zawierających ten typ tłuszczów. Produkty zawierające tłuszcze wielonienasycone: -olej słonecznikowy, -olej sojowy, -margaryny, -suche ziarno soji, -orzechy włoskie, -pestki dyni, -nasiona słonecznika, -ryby (łosoś, sardynki, szproty, makrele, śledzie, dorsz, szczupak, halibut, mintaj).

3. Tłuszcze jednonienasycone: Jego korzystne działanie na profil lipidowy polega na zmniejszeniu stężenia ‘złego’ cholesterolu (LDL), bez wpływu na stężenie „dobrego” cholesterolu (HDL). Dodatkowymi zaletami kwasu oleinowego jest jego znaczna oporność na utlenianie oraz brak innych działań ujemnych. W zapobieganiu miażdżycy zaleca się zwiększenie spożycia oleju rzepakowego oraz oliwy z oliwek, np. do ilości około 10% dobowego zapotrzebowania energetycznego. Można je zarówno spożywać na surowo, jak i używać do smażenia potraw. Oleje te zawierają znaczne ilości substancji antyoksydacyjnych, szczególnie beta-karotenu o wpływie przeciwmiażdżycowym i przeciwnowotworowym. Produkty zawierające tłuszcze jednonienasycone: -kurczak, indyk, -cielęcina, -wędliny drobiowe, -olej rzepakowy uniwersalny, -kukurydza, -oliwa z oliwek, oliwki, -margaryny, -migdały, orzechy laskowe. Podział tłuszczy ze względu na pochodzenie:

• tłuszcze zwierzęce: np: smalec, łój, tran • roślinne: np: oleje: słonecznikowe, sojowe, arachidowe Podział ze względu na stan skupienia: • stałe (nasycone): np: masło, smalec, łój • ciekłe(nienasycone): np: oleje, tran

-BIAŁKA

Białka (polipeptydy) - Białka to związki organiczne o wielkich cząsteczkach, występujące we wszystkich organizmach żywych i pełniące zasadnicze funkcje biologiczne. Są one przede wszystkim podstawowym budulcem komórek, warunkują istnienie metabolizmu, czyli procesów przemiany materii i energii w organizmach żywych, albowiem metabolizm ten odbywa się dzięki obecności enzymów, a każdy enzym jest białkiem i wreszcie duże znaczenie mają w procesach odpornościowych jako tak zwane antygeny. Białka wchodzą w skład: krwi, mięśni, mleka, skóry, paznokci, piór, kopyt, rogów itp. Białka w organizmie ludzkim powstają z aminokwasów, które człowiek sam wytwarza oraz z aminokwasów pobranych z pożywienia. Ulegają ciągłym przemianom, zwanym przemianami materii. Głównymi pierwiastkami wchodzącymi w skład białek są C, O, H, N, S, także P oraz niekiedy jony Mn2+, Zn2+, Mg2+, Fe2+, Cu2+, Co2+ i inne.

Białka dzielimy ze względu na ich budowę, właściwości chemiczno-fizyczne oraz funkcje.

1. Ze względu na budowę i skład, dzielimy białka na proste i złożone. Białka proste zbudowane są wyłącznie z aminokwasów. Dzielimy je na następujące grupy: a.) protaminy - posiadają charakter silnie zasadowy, charakteryzują się dużą zawartością argininy oraz brakiem aminokwasów zawierających siarkę. Są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Najbardziej znanymi protaminami są: klupeina, salmina, cyprynina, ezocyna, gallina. b.) histony - podobnie jak protaminy posiadają silny charakter zasadowy, są dobrze rozpuszczalne w wodzie, a także w środowisku słabo kwaśnym. Są składnikami jąder komórkowych (w połączeniu z kwasem dezoksyrybonukleinowym), a także występują w erytrocytach. W ich skład wchodzi duża ilość takich aminokwasów jak lizyna i arginina. c.) albuminy - są to białka obojętne, spełniające szereg ważnych funkcji biologicznych: są enzymami, hormonami i innymi biologicznie czynnymi związkami. Są dobrze rozpuszczalne w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli, łatwo ulegają koagulacji. Znajdują się w tkance mięśniowej, osoczu krwi i mleku. d.) globuliny - w odróżnieniu od albumin są źle rozpuszczalne w wodzie, dobrze w rozcieńczonych roztworach soli; posiadają podobne właściwości do nich. Występują w dużych ilościach w płynach ustrojowych i tkance mięśniowej. e.) prolaminy - są to typowe białka roślinne, występują w nasionach. Charakterystyczną właściwością jest zdolność rozpuszczania się w 70% etanolu. f.) gluteliny - podobnie jak prolaminy - są to typowe białka roślinne; posiadają zdolność rozpuszczania się w rozcieńczonych kwasach i zasadach. g.) skleroliny - nie rozpuszczalne w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli. Są to typowe białka o budowie włóknistej, dzięki temu pełnią funkcje podporowe. Do tej grupy białek należy kreatyna. Do białek złożonych zaliczamy m.in.:

• nukleoproteiny – białka jąder komórkowych,
• witelinę – występującą w żółtku jaja kurzego,
• kazeinę – substancję białkową mleka.

Podział ze względu na pochodzenie:

-roślinne -zwierzęce -wirusowe -bakteryjne

Podział ze względu na ich funkcje biologiczne: -enzymy -transportowe (hemoglobina, albumina osocza, lipoproteiny) –strukturalne (kolagen, elastyna, keratyna, glikoproteiny) –odpornościowe i ochraniające (globulina, fibrynogen) –biorące udział w skurczu (miozyna) –białka błon komórkowych –hormony (insulina, glukagon, ACTH, ADH) -toksyny (jad węża)

Białko ścina się i żółknie pod wpływem stężonego HNO3. Jest to tzn. reakcja ksantoproteinowa. Białko ścina się pod wpływem: temperatury, kwasów, zasad, alkoholu, soli metali lekkich i ciężkich, roztworu cukru. Ścinanie może być nieodwracalne (denaturacja) oraz odwracalne(koagulacja).

CUKRY

Cukry,(węglowodany, cukrowce, sacharydy) skrobia i celuloza należą do grupy związków chemicznych zwanych węglowodanami. Ich cząsteczki zbudowane są z atomów węgla, wodoru i tlenu występujących w przybliżonym stosunku ilościowym: jeden atom węgla : dwa atomy wodoru : jeden atom tlenu. Można to schematycznie przedstawić jako ( CH2O)n. Nazwa węglowodany nawiązuje do ilościowego stosunku wodoru i tlenu - jest on taki sam, jak w wodzie i wynosi 2:1. Kiedyś nazywano te związki wodzianami węgla. Węglowodany, ze względu na budowę, możemy podzielić na:

• monosacharydy ( cukry proste) zbudowane z jednej jednostki cukrowej;
• disacharydy ( dwucukry) zbudowane z dwóch jednostek cukrowych
• polisacharydy ( wielocukry) zbudowane z wielu jednostek cukrowych. Monosacharydy są prostymi cukrami, których cząsteczki zawierają od 3 do 7 atomów węgla. Najprostszymi cukrami są triozy, w cząsteczkach których występują 3 atomy węgla. Przykładem takiego cukru występującego w organizmach żywych jest aldehyd glicerynowy, którego pochodna fosforanowa jest jednym z pierwszych metabolitów glukozy w procesie oddychania komórkowego. Najczęściej występującymi cukrami zbudowanymi z 5 atomów węgla, zwanych pentozami, są rybozy i dezoksyrybozy - składniki kwasów RNA i DNA oraz ich pochodnych. Heksozy, czyli cukry 6-węglowe, to głównie glukoza, fruktoza i galaktoza. Disacharydy zbudowane są z dwóch połączonych kowalencyjnie monosacharydów. Wiązanie pomiędzy jednostkami cukrowymi nosi nazwę wiązania glikozydowego. Powstaje ono pomiędzy atomem węgla 1 cząsteczki cukru a atomem węgla 4 drugiej cząsteczki. Disacharyd maltoza składa się z dwóch połączonych kowalencyjnie jednostek a-glukozy. Polisacharydy czyli wielocukry to przede wszystkim skrobia, glikogen i celuloza. Makrocząsteczki polisacharydów utworzone są z wielu jednostek monosacharydów, najczęściej glukozy. Liczba tych jednostek jest zmienna, najczęściej jest ich kilka tysięcy. Łańcuchy polisacharydowe mogą być utworzone przez różne izomery glukozy, których cząsteczki mogą być połączone w różny sposób, ponadto łańcuchy te mogą być rozgałęzione lub proste. Różnice w budowie łańcucha decydują o właściwościach wielocukru. Ze względu na cechy węglowodanów związane z żywieniem człowieka; węglowodany dzieli się na dwie podstawowe grupy: • Węglowodany przyswajalne przez organizm człowieka (Do cukrów przyswajalnych zalicza się wszystkie cukry proste) • Węglowodany nieprzyswajalne przez organizm człowieka (Cukry uznawane za nieprzyswajalne przez człowieka nie są obojętne dla żywienia i są często nieodzowne w procesach technologicznych np. pektyny w produkcji galaretki i błonnik w produkcji pieczywa razowego).

Cukier jako środek słodzący: Naturalne środki słodzące – do tej grupy zalicza się sacharozę uzyskiwaną z trzciny cukrowej lub buraków cukrowych. Glukozę i fruktozę otrzymywaną głównie z przerobu surowców owocowo – warzywnych lub na drodze inwersji sacharozy (syrop inwertowany). W technologii wykorzystuje się następujące naturalne substancje słodzące: • Cukier (KN) • Syropy skrobiowe (ziemniaczane) • Ekstrakty słodowe • Syropy inwertowane • Miody naturalne • Miody sztuczne

• Dodatki do żywności

Substancjami dodatkowymi do żywności “food additives” określa się substancje normalnie nie spożywane jako żywność, nie będące typowymi składnikami żywności, posiadające lub nie posiadające wartości odżywczej. Podział na związki pochodzenia naturalnego i otrzymywane syntetycznie nie jest ścisły; wiele związków może być produkowane różnymi metodami. Ważniejsza od metody produkcji jest czystość produktu końcowego; często tradycyjne metody (np. fermentacja) dają bardziej zanieczyszczony (gorszej jakości) produkt niż synteza chemiczna. Wbrew szeroko rozpowszechnionej opinii “naturalny” nie oznacza lepszy - często jest wręcz odwrotnie. Określenie “substancja identyczna z naturalną” nie oznacza substytutu produktu naturalnego, tylko związek o identycznym składzie jak występujący w przyrodzie, a otrzymany inną metodą niż z surowca naturalnego. Teraz wymienię kilka często spotykane konserwanty, barwniki, pigmenty, antyutleniacze, stabilizatory, zagęszczacze oraz substancje o innym znaczeniu dodawane do bądź tylko używane przy produkcji żywności: • E 162 - czerwień buraczana, betanina (występuje w burakach czerw.) - czerwony, naturalny; przetwory owocowe, namiastka mięsa produkowana z białka soi. • E 172 - wodorotlenek żelaza (pigment) - brunatny; rzadko stosowany: sztuczne osłonki kiełbas • E 220 - dwutlenek siarki - syntetyczny; soki owocowe i koncentraty, wino, suszone owoce • E 230 - 1,1’-difenyl, Bifenyl, Diphenyl - syntetyczny; owoce cytrusowe (zabezpieczenie skórek przed owadami) • E 290 - dwutlenek węgla ( tlenek węgla(IV) ) - syntetyczny, konserwant; napoje, wody mineralne • E 325 - mleczan sodu - syntetyczny; sery, pieczywo, pasztety • E 420 - sorbitol, syrop sorbitolowy - syntetyczny; lody, ciasta, wyroby cukiernicze trwałe, owoce kandyzowane • E 504 - węglan magnezu - syntetyczny, środek spulchniający; różne • E 900 - dimetylopolisiloksan - syntetyczny, zapobieganie przywieraniu wypieku do formy; ciasta i pieczywo • E 951 - Aspartam, Canderel, Nutrasweet - syntetyczny, substancja słodząca, nieodporny na działanie podwyższonej temperatury

• Zagrożenia chemiczne w żywności

Substancjami toksycznymi dla organizmu człowieka, a obecnymi w żywności, mogą być: • składniki naturalne, które są produktami metabolizmu surowców roślinnych i zwierzęcych, • substancje wytworzone w żywności wskutek działania drobnoustrojów i innych składników, • substancje zaabsorbowane ze środowiska przez organizmy roślinne i zwierzęce, w tym pozostałości nawozów i środków ochrony roślin, • substancje stosowane w hodowli i lecznictwie zwierząt oraz w produkcji pasz, • substancje wprowadzone do produktów żywnościowych lub powstające w nich wskutek procesów technologicznych, w tym migrujące z urządzeń, sprzętu, naczyń i opakowań. Wśród zagrożeń chemicznych obecnych w żywności można wyróżnić takie, które powszechnie występują w środowisku (metale ciężkie, pozostałości pestycydów, dioksyny, polichlorowane bifenyle, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne) oraz te, których obecność w żywności jest możliwa do uniknięcia lub zminimalizowania do akceptowalnego poziomu w wyniku stosowania systemów zapewniających bezpieczeństwo żywności (środki lecznicze, środki ochrony roślin, techniczne środki pomocnicze i konserwujące, substancje powstające w wyniku niewłaściwego przechowywania żywności czy stosowanych technologii przetwórczych).

Toksyczne i antyodżywcze składniki naturalne

Występują w wielu roślinach wyższych. Do najważniejszych można zaliczyć glikozydy, saponiny, substancje wolotwórcze, inhibitory trypsyny oraz kwas szczawiowy. Glikozydy cyjanogenne występują w około 100 gatunkach roślin należących głównie do rodzin Rosaceae, Graminae, Leguminosae. W tym przypadku czynnikiem toksycznym jest cyjanowodór związany glikozydowo, który uwalnia się na drodze kwaśnej lub enzymatycznej hydrolizy. Najbardziej znanym glikozydem cyjanogennym jest amygdalina występująca w migdałach oraz nasionach moreli, śliwy, brzoskwini i wiśni. Do tej samej grupy związków należą: prulaurazyna, sambunigryna oraz wicjanina. Związki te mogą być również obecne w żywności przetworzonej, np. w różnego rodzaju nalewkach i napojach alkoholowych. Spożycie nasion wyłuskanych z pestek bogatych w glikozydy cyjanogenne może wywołać ciężkie zatrucia. Obraz kliniczny tych zatruć wynika z działania cyjanowodoru, który przede wszystkim atakuje układ enzymatyczny cytochromów. Występują zaburzenia w oddychaniu tkankowym polegające na tym, że pomimo obecności tlenu we krwi tkanki nie mogą go odbierać wskutek zablokowania enzymów. Na niedobór tlenu reaguje natychmiast układ nerwowy, co objawia się niepokojem, stanami lękowymi i bólami głowy. Kolejną grupę stanowią związki saponinowe. Obecność saponin stwierdzono w około 400 gatunkach roślin, w tym również jadalnych, takich jak: szpinak, buraki, szparagi, soja, ziemniaki oraz licznych roślinach paszowych. Saponiny, aczkolwiek trudno wchłaniają się z przewodu pokarmowego, to jednak częste ich pobieranie ułatwia przechodzenie do krwiobiegu, gdzie powodują uszkodzenia i hemolizę krwinek czerwonych. Również zanieczyszczenie mąki kąkolem może powodować zatrucia związane z obecnością saponin. Najbardziej znanymi związkami z tej grupy są solanina występująca w ziemniakach oraz tomatyna w pomidorach. Substancje wolotwórcze (goitrogenne), których najważniejszym przedstawicielem jest 5-winylooksazolidynotion-2 (WOT), który wyizolowano z korzeni, części zielonych i nasion roślin krzyżowych. W ustroju zwierząt czynnik ten uniemożliwia wbudowywanie jodu w pierścień tyrozyny lub tyroniny i wytwarzanie tyroksyny. Kolejnymi czynnikami niepożądanymi są inhibitory trypsyny występujące w wielu gatunkach roślin, zwłaszcza strączkowych. Obecność tych czynników stwierdzono w soi, fasoli, bobie, grochu, pszenicy, kukurydzy, ziemniakach, a także w białku jaja. Mechanizm działania tych czynników polega na tworzeniu kompleksu enzym inhibitor w wyniku reakcji wolnych grup aminowych trypsyny i grup karboksylowych inhibitora. Inhibitor hamuje głównie uwalnianie metioniny podczas hydrolizy białka w ustroju, w skutek czego obserwuje się niedobór tego aminokwasu zarówno u ludzi, jak i zwierząt. Na ogół inhibitory trypsyny i chymotrypsyny tracą swoje właściwości podczas gotowania, co ma miejsce np. w przypadku inhibitorów ziemniaka czy pszenicy. Kolejną grupą związków są alkaloidy. W szczególności na uwagę zasługują alkaloidy tropinowe występujące w wilczej jagodzie lub lulku czarnym, glikoalkaloidy występujące w ziemniakach czy alkaloidy pirolizydynowe występujące w licznych gatunkach chwastów, mogących zanieczyszczać zboża. Kwas szczawiowy występuje w postaci soli w wakuolach niektórych roślin, m.in. szczawiu, rabarbaru, szpinaku i buraków, ale również w herbacie i kakao. W dużych stężeniach kwas szczawiowy działa drażniąco na skórę i błony śluzowe, ale nawet w ilościach spotykanych w żywności może być szkodliwy. Z jonami wapnia tworzy trudno rozpuszczalny szczawian wapnia, który osadza się w postaci kamieni w nerkach. Może on być również powodem hipokalcemii. Ostre zatrucia objawiają się zaburzeniami żołądkowo-jelitowymi, układu nerwowego i moczowego. Zaburzona zostaje również praca serca oraz czynność nerek.

Mikotoksyny Są grupą związków, które stanowią produkty przemiany materii licznych gatunków pleśni, szczególnie z rodzaju Aspergillus, Penicillium i Fusarium. Grzyby te mogą się rozwijać jako saprofi ty na żywności i paszach w trakcie przechowywania lub jako patogeny na roślinach uprawnych. Mikotoksynami mogą być skażone nie tylko produkty pochodzenia roślinnego, ale także mleko i mięso oraz ich przetwory. Spośród mikotoksyn szczególnie silne działanie toksyczne wykazują aflatoksyny i fumonizyna. Aflatoksyna B1 znajduje się w wykazie substancji rakotwórczych. Chociaż ostre zatrucia mikotoksynami występują rzadko, istnieje duże ryzyko przewlekłego zatruwania organizmu ich małymi dawkami. Toksyczne działanie mikotoksyn może prowadzić do obniżenia odporności na infekcje, uszkodzenia wątroby, nowotworów, obrzęku płuc, martwicy mózgowia oraz zaburzenia płodności. Ponadto wykazują one działanie neurotoksyczne i embriotoksyczne. Ze względu na to, że żywność może być zakażana przez różne rodzaje grzybów, które mogą wytwarzać więcej niż jedną toksynę, efekty ich toksycznego działania mogą się potęgować. Maksymalny poziom zanieczyszczeń żywności mikotoksynami reguluje poziom zanieczyszczeń żywności mikotoksynami reguluje Rozporządzenie Komisji (WE) nr 1881 z dnia 19.12.2006 z późniejszymi zmianami (1126/2007 z 28.09.2007 r. oraz 105/2010 z 05.02.2010 r.).

Metale ciężkie Niektóre z pierwiastków śladowych w odpowiednio małych stężeniach jako tzw. mikroelementy są niezbędne dla prawidłowego rozwoju organizmu człowieka. Pozytywnego działania nie stwierdzono w przypadku takich pierwiastków jak rtęć, ołów i kadm. Przy wyższych stężeniach, niebezpieczne mogą być także związki arsenu, chromu, kobaltu, miedzi, niklu, molibdenu i cynku. Głównymi źródłami zanieczyszczeń środowiska są procesy spalania paliw, transport, składowanie i spalanie odpadów i inne gałęzie przemysłu. Metale ciężkie mogą przedostawać się do gleby również ze środków ochrony roślin i nawozów. Chociaż w ostatnim dwudziestoleciu obserwuje się w Polsce tendencję spadkową dotyczącą emisji metali ciężkich, skażenie gleby tymi pierwiastkami jest procesem trudno odwracalnym. Metale ciężkie do żywności przenikają głównie z powietrza atmosferycznego, gleby i wody. Źródłem skażenia żywności metalami ciężkimi mogą być także procesy technologiczne. Wspólną cechą metali ciężkich jest zdolność do kumulacji w organizmie ludzkim, długi okres biologicznego półtrwania i związana z tym toksyczność chroniczna. Zatrucia ostre metalami ciężkimi zdarzają się stosunkowo rzadko, a pobieranie metali ciężkich prowadzi do zaburzeń przewlekłych. Głównymi miejscami kumulacji metali ciężkich są kości, mózg, gruczoł krokowy, wątroba, nerki i mięśnie. Szacuje się, że około 80 do 90% całkowitego pobrania metali ciężkich do organizmu następuje z żywnością. Poziom pobrania metali ciężkich przez organizm człowieka z racji pokarmowych zależy nie tylko od zawartości tych zanieczyszczeń w surowcach i środkach spożywczych. O przyswajaniu metali ciężkich decydują również czynniki związane ze sposobem żywienia. Składnikami, które redukują toksyczność metali ciężkich są białka, błonnik pokarmowy, witaminy: C, D, E, tiamina oraz niektóre składniki mineralne. Najwięcej metali ciężkich w całodziennej diecie dostarcza żywność pochodzenia roślinnego. Warzywa ze względu na stały kontakt z glebą potrafią w znacznym stopniu kumulować metale ciężkie. Znaczącym źródłem kadmu i ołowiu w diecie człowieka mogą być ziemniaki ze względu na ich duże spożycie. Do podstawowych negatywnych oddziaływań metali ciężkich należą zmiany w syntezie białek, zaburzenia wytwarzania ATP, uszkodzenia błon i organelli komórkowych, uszkodzenia w układzie pokarmowym, oddechowym, nerwowym, krążenia, krwiotwórczym, wydalniczym, w przypadku niektórych podejrzewane jest działanie rakotwórcze. Według zaleceń Europejskiego Komitetu Ekspertów FAO/WHO ds. Żywności istotnym elementem jest wielkość pobrania metali ciężkich z pożywieniem w określonym przedziale czasowym, co doprowadziło do ustalenia norm tygodniowego pobrania metali z żywnością przez człowieka (PWTI - Provisional Tolerance Weekly Intake). Wynoszą one odpowiednio: dla ołowiu 0,025 mg/kg m.c., dla kadmu 0,007 mg/kg m.c., a dla rtęci 0,005 mg/kg m.c. Zasadniczym aktem UE ustalającym maksymalne dopuszczalne poziomy dla niektórych zanieczyszczeń w środkach spożywczych jest Rozporządzenie Komisji (WE) nr 1881/2006 z dnia 19.12.2006 z późniejszą zmianą nr 629/2008 z 02.07.2008 r. Zgodnie z tymi aktami prawnymi maksymalne zawartości ołowiu w środkach spożywczych wynoszą od 0,02 w przypadku mleka i preparatów dla niemowląt do 3,0 mg/kg w przypadku suplementów diety. Natomiast dla kadmu od 0,05 dla mięsa, ryb i niektórych warzyw do 3,0 mg/kg dla suplementów diety na bazie wodorostów morskich. W przypadku rtęci, rozporządzenie podaje głównie maksymalne poziomy zanieczyszczeń dla produktów rybołówstwa i niektórych gatunków ryb (0,5 - 1,0 mg/kg). Rozporządzenie limituje również dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń cyną nieorganiczną, której zawartość w żywności pakowanej w puszki nie może przekraczać od 50 do 200 mg/kg.

Pestycydy (pestis – szkodnik, zaraza, cedeo – zabijanie) To bardzo duża grupa związków chemicznych stosowanych do niszczenia pasożytów roślin. W zależności od kierunku zastosowania pestycydy dzieli się na środki do zwalczania szkodników zwierzęcych (zoocydy), bakterii (bakteriocydy), chwastów (herbicydy) i grzybów (fungicydy). Pestycydy mogą być przyczyną zatruć ostrych (awaryjnych, zawodowych i środowiskowych), a także omyłkowych i świadomych oraz zatruć przewlekłych, powstałych w wyniku kumulacji małych dawek pestycydów w organizmie. Największe zagrożenie zatruciami i działanie szkodliwe istnieje ze strony insektycydów, szczególnie fosforoorganicznych (triesty kwasów fosforowych), karbamidowych (estry kwasu karbaminowego), chloroorganicznych (węglowodory chlorowane np. DDT), związków rtęci (pochodne alkilortęciowe, arylortęciowe i alloksyalkilortęciowe) oraz piretroidów syntetycznych (pochodne kwasu chryzantemowego). Związki te są inhibitorami niektórych enzymów, uszkadzają wątrobę i nerki, niekorzystnie działają na układ nerwowy i oddechowy. Najwyższe dopuszczalne poziomy pozostałości pestycydów w żywności i paszy pochodzenia roślinnego i zwierzęcego oraz na ich powierzchni reguluje Rozporządzenie Komisji (WE) nr 396/2005 z 23.02.2005 r., a ostatnia zmiana zawarta jest w Rozporządzeniu Komisji (UE) nr 459/2010 z 27.05.2010 r. Problem pozostałości środków ochrony roślin jest na tyle ważnym, iż w 2009 roku wydano Rozporządzenie nr 901/2009 z 28.09.2009 r. dotyczące wieloletniego skoordynowanego wspólnotowego programu kontroli na lata 2010-2012, mającego na celu zapewnienie zgodności z najwyższymi dopuszczalnymi poziomami pozostałości pestycydów w żywności pochodzenia roślinnego i zwierzęcego oraz na jej powierzchni, oraz ocenę narażenia na nie konsumenta.

Pozostałości weterynaryjnych środków leczniczych Są konsekwencją stosowania środków pomocniczych w produkcji żywności pochodzenia zwierzęcego, co stwarza możliwość zanieczyszczenia tej żywności pozostałościami tych preparatów. Szczególnie niebezpieczne mogą być zanieczyszczenia żywności pozostałościami antybiotyków i preparatów hormonalnych. Obecność w żywności pozostałości antybiotyków wynika najczęściej z nieprzestrzegania okresów karencji lub stosowania środków niedozwolonych. Pozostałości weterynaryjnych środków leczniczych o charakterze antybiotyków mogą stanowić ryzyko wywoływania reakcji alergicznych, występowania chorób grzybiczych oraz powstawania i narastania oporności drobnoustrojów na antybiotyki. Natomiast spożywanie żywności zawierającej pozostałości substancji hormonalnych może prowadzić do zaburzeń gospodarki hormonalnej organizmu człowieka.

Dioksyny i polichlorowane bifenyle Powszechnie stosowana nazwa „dioksyny” obejmuje polichlorowane dibenzoparadioksyny (PCDDs) oraz polichlorowane dibenzofurany (PCDF). Ze względu na to, że atomy chloru mogą zajmować w nich różne pozycje, znanych jest 75 pochodnych PCDD oraz 135 pochodnych PCDF. Poszczególne kongenery zaliczane do dioksyn wywierają różne działanie na organizmy żywe, przy czym uważa się, że najsilniejsze niekorzystne działanie na organizm człowieka wywiera 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo- p-dioksyna (TCDD). Dioksyny powstają głównie w procesach spalania (w szerokim zakresie temperatur: 400-1400oC) odpadów pochodzenia przemysłowego, węgla kamiennego, drewna impregnowanego, benzyn etylizowanych oraz odpadów komunalnych. Tworzą się również w procesach produkcji papieru i celulozy, asfaltu, przerobu złomu metali kolorowych (np. aluminium), w procesie termicznego usuwania powłok lakierniczych. Źródłem emisji dioksyn są również pożary lasów i erupcje wulkanów. Dioksyny dostające się do środowiska naturalnego mogą być przenoszone wraz z pyłami na duże odległości. Związki należące do dioksyn charakteryzują się znaczną opornością na degradację termiczną, chemiczną i biologiczną. Dioksyny charakteryzują się słabą rozpuszczalnością w wodzie, natomiast dobrze rozpuszczają się w tłuszczach. Ponadto odznaczają się wysoką biodostępnością i kumulują się we wszystkich ogniwach łańcucha żywnościowego. Dioksyny mogą wywierać działanie kancerogenne i embriotoksyczne. Mogą być przyczyną wad rozwojowych, uszkodzeń DNA oraz systemu odpornościowego. Do organizmu człowieka dioksyny są wchłaniane głównie z przewodu pokarmowego. Źródłem dioksyn są produkty zawierające tłuszcz zwierzęcy: mięso i jego przetwory, drób, ryby, mleko i jego przetwory oraz jaja. Ponieważ dioksyny występują w żywności w postaci mieszanin związków o różnym działaniu, ich toksyczność wyraża się poprzez tzw. równoważniki dawki toksycznej (TEQ), uwzględniające udział poszczególnych kongenerów oraz stopień ich toksyczności. Tolerowane dzienne pobranie (TDI) dioksyn wynosi 1 pg TEQ/kg masy ciała/dobę. Inną grupą związków, przedostającą się do pasz i żywności w wyniku skażenia środowiska naturalnego, są polichlorowane bifenyle (PCB), które obejmują około 200 kongenerów. Część związków z tej grupy, tworząca struktury chemiczne podobne do dioksan, przejawia silne właściwości toksyczne. PCB charakteryzują się dużą odpornością na degradację, a z uwagi na dużą biodostępność kumulują się we wszystkich ogniwach łańcucha żywnościowego, a ich zawartość waha się w szerokich granicach i jest ściśle związana ze skażeniem środowiska naturalnego. Potencjalnie niebezpieczne dla człowieka mogą być również polibromowane bifenyle oraz polichlorowane trifenyle. Maksymalne dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń dioksynami i polichlorowanymi bifenylami w środkach spożywczych reguluje Rozporządzenie Komisji (WE) nr 1881/2006 z dnia 19.12.2006, z późniejszymi zmianami (565/2008 z 18.06.2008 r. oraz 459/2010 z 27.05.2010 r.)

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) Ich głównymi przedstawicielami są: benzo[a]piren, benzo[a]antracen, naftalen, chryzen oraz około 200 innych związków. WWA są jednymi z najbardziej rakotwórczych substancji spotykanych w żywności. WWA są emitowane przez przemysł stosujący wysokie temperatury przetwarzania surowców (ropy, gazu). Dodatkowymi źródłami WWA są motoryzacja oraz pożary lasów. Do żywności przenikają z powietrza, gleby i wody, a także z dymu wędzarniczego. Żywność może zostać wzbogacona w WWA wskutek procesów technologicznych, takich jak: pieczenie, prażenie w temperaturach do 400°C, suszenie bezprzeponowe oraz wędzenie. Szczególnie dużo benzo[a]pirenu mogą zawierać produkty żywnościowe pochodzenia zwierzęcego wędzone w warunkach domowych. WWA wykazują dużą zdolność do kumulacji w organizmie człowieka i narażanie go nawet na najmniejsze dawki tych związków może stać się przyczyną zachorowań na raka. Najwyższe dopuszczalne poziomy benzo[a]pirenu w środkach spożywczych reguluje Rozporządzenie Komisji (WE) nr 1881/006 z dnia 19.12.2006. Jego maksymalna zawartość może wynosić od 1,0 μg/kg dla żywności na bazie zbóż i preparatów dla dzieci do 10 μg/kg w przypadku małż.

Azotany(III) i azotany(V) Obecne są w żywności, szczególnie pochodzenia roślinnego, głównie ze względu na stosowanie nawozów mineralnych. Obecne są w wodach powierzchniowych zanieczyszczonych ściekami komunalnymi i przemysłowymi, odchodami zwierzęcymi oraz opadami atmosferycznymi. Zawartość azotanów(V) w warzywach jest zmienna i zależy od intensywności nawożenia, właściwości gleby, warunków klimatycznych, gatunku rośliny, czasu wegetacji oraz stopnia dojrzałości w czasie zbioru. Do warzyw w znacznym stopniu magazynujących azotany(V) należą: burak, seler, szpinak, rzodkiewka, sałata, marchew i kapusta. Azotany(III) (azotyny) w świeżych warzywach występują w małych ilościach, jednak podczas przechowywania ich zawartość może wzrosnąć wskutek mikrobiologicznej redukcji azotanów(V). Azotany(V) i azotany(III) występują również w surowcach pochodzenia zwierzęcego, do których dostają się z paszą i wodą pitną. Ponadto są one celowo stosowane w przetwórstwie mięsnym i serowarstwie. Nadają przetworom mięsnym pożądane właściwości sensoryczne, działają przeciw utleniająco, zmniejszają odporność cieplną przetrwalników bakteryjnych oraz hamują rozwój patogennych drobnoustrojów. W przemyśle mleczarskim są stosowane przy wyrobie serów dojrzewających w celu niedopuszczenia do niepożądanej fermentacji masłowej i wtórnego wzdęcia serów. Najwyższe dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń środków spożywczych azotanami wynoszą: od 200 mg NO3/kg dla produktów zbożowych i żywności dla dzieci do 4500 mg NO3/kg w przypadku sałaty szklarniowej (Rozporządzenie Komisji (WE) nr 1881/2006). Azotany(V) należą do związków mało toksycznych i nie stanowią bezpośredniego zagrożenia dla zdrowia ludzkiego. Natomiast zasadniczym toksycznym działaniem azotanów(III) jest wywoływanie methemoglobinemii. Brak jest danych świadczących o bezpośrednim rakotwórczym działaniu azotanów(V) i azotanów(III), mogą one jednak być źródłem ułatwiającym tworzenie się toksycznych, rakotwórczych N-nitrozoamin, których obecność stwierdzono w peklowanym mięsie, wędzonych rybach oraz sosie sojowym.

Heterocykliczne aminy aromatyczne (aminoazaareny) To ogólna nazwa grupy kancerogennych związków organicznych, które powstają w żywności wysokobiałkowej podczas jej obróbki termicznej. Stężenie heterocyklicznych amin aromatycznych zależy od wielu parametrów m.in. od wysokości temperatury oraz sposobu i czasu oddziaływania termicznego. Heterocykliczne aminy aromatyczne należące do klasy imidazochinolin i imidazochinoksalin powstają w wyniku reakcji Maillarda z cukrów redukujących, aminokwasów i kreatyny. W oparciu o przeprowadzone dotychczas badania epidemiologiczne stwierdzono, iż dieta bogata w aminoazaareny sprzyja powstawaniu w ustroju przede wszystkim nowotworów okrężnicy, płuc, pęcherza moczowego, nerek i jelita grubego.

Aminy biogenne Są związkami azotowymi obecnymi zarówno w surowcach, jak i produktach żywnościowych. Powstają one także w trakcie procesów fermentacji. Są również ważnym czynnikiem biorącym udział w tworzeniu aromatu niektórych produktów spożywczych. Powstają na drodze dekarboksylacji aminokwasów lub aminacji i transaminacji ketonów i aldehydów. Do najważniejszych amin biogennych mogących powodować zatrucia pokarmowe zalicza się histaminę, tyraninę, tryptaninę, sperminę i inne. Toksyczność amin biogennych jest niewielka, ale pewne skutki dla zdrowia może mieć spożycie ich w dużych ilościach. Najbardziej toksyczną aminą biogenną jest histamina, a w przypadku zatrucia objawy występują już po kilku godzinach. W największym stężeniu aminy biogenne występują w rybach, serach dojrzewających oraz innych produktach otrzymywanych na drodze fermentacji.

3-monochloropropan-1,2-diol (3-MCPD) Powstaje podczas przetwarzania żywności, szczególnie podczas wytwarzania aromatycznego kładnika żywności, hydrolizowanego białka roślinnego, który jest produkowany metodą hydrolizy kwasowej. Obecny może być na przykład w sosie sojowym. Jego maksymalna zawartość może wynosić 20 μg/kg.

Akryloamid Przypuszczalnie powstaje w reakcji konkurencyjnej dla reakcji Maillarda pomiędzy wolnymi aminokwasami, głównie asparaginą, a cukrami redukującymi w temperaturze powyżej 120oC, a więc podczas smażenia, pieczenia i prażenia produktów wysokowęglowodanowych (frytki, chipsy). Akryloamid może wykazywać działanie genotoksyczne i neurotoksyczne. Według zaleceń FAO/WHO z 2005 r. dzienna bezpieczna dawka akryoamidu wynosi 1 μg/kg m.c. W 2007 roku zostało wydane zalecenie Komisji (WE) w sprawie monitorowania poziomów akryloamidu w żywności (2007/331/WE).

Perfluorowane organiczne związki węgla (PFC) To grupa kilkuset związków organicznych należących do różnych klas, głównie pochodnych kwasów karboksylowych, a także różnego rodzaju oligomerów i polimerów, w tym powierzchniowo czynnych. Mogą one powstawać z różnych substancji zawierających atomy fluoru np. z teflonu. Substancje zaliczane do PFC charakteryzują się dużą stabilnością termiczną, chemiczną i biologiczną, są dobrze rozpuszczalne w wodzie. PFC odznaczają się zdolnością do bioakumulacji w tkankach zwierzęcych i w ustroju człowieka. Wykazują one umiarkowaną toksyczność ostrą, a podejrzewane są o indukowanie karcenogenezy oraz wywoływanie efektów neurotoksycznych i zaburzeń rozwojowych. Niestety obecny stan wiedzy nie pozwala na oszacowanie rzeczywistego zagrożenia oraz ustalenie dopuszczalnych limitów dla tej grupy związków.