Chemia i Higiena Mleka, PIWR Warszawa 1948, s.204 [1]

I. Wprowadzenie

Zanieczyszczenia żywności, w tym higienę żywności do pewnego czasu wiązano wyłącznie z aspektem biologicznym obejmującym szkodliwe drobnoustroje – bakterie, drożdże, grzyby, a następnie wirusy i priony. Jednakże wraz z postępującą chemizacją gospodarki nastąpiła konieczność uwypuklenia problemu chemicznych aspektów higieny żywności. Spowodowało to wyróżnienie wielu źródeł chemicznych zanieczyszczeń żywności, w tym mleka i produktów mleczarskich, najbardziej powszechnie spożywanych wyrobów żywnościowych. Źródłem szkodliwych chemicznych zanieczyszczeń mleka i jego przetworów najwcześniej okazało się środowisko. Pozyskiwanie mleka wyjątkowego surowca uzależnione jest od cyklu obejmującego organizm krowy mlecznej, sposobu bytowania oraz systemu prowadzonej hodowli.

II. Środowisko i inne źródła chemicznych zanieczyszczeń mleka

Trzy podstawowe elementy środowiska o odpowiedniej czystości – powietrze, woda i gleba są niezbędne w prawidłowo prowadzonej gospodarce żywnościowej. Szczególnym działem tej gospodarki jest mleczarstwo – pozyskiwanie mleka i jego przetwórstwo. Codzienna racja pokarmowa praktycznie każdego mieszkańca ziemi uwzględnia mleko i bardzo szeroki już asortyment przetworów mlecznych. Wysoka jakość mleka uwarunkowana jest obecnością niezbędnych składników żywieniowych i nieobecnością chemicznych związków oraz biologicznych organizmów szkodliwych.

Insektycydy chloroorganiczne w mleku

Najwcześniejsze informacje o zawartości DDT w mleku i produktach mleczarskich zawierają publikacje z lat pięćdziesiątych. W tamtym okresie stosowano metody analityczne oparte na oznaczaniu chloru, które charakteryzowały się wysokim progiem oznaczania. Uznano wówczas, że insektycydy chloroorganiczne nie stanowią problemu w żywności. Zasadnicza zmiana poglądów wiąże się z wprowadzeniem metod chromatografii gazowej z detektorem wychwytu elektronów. Wtedy to zwrócono uwagę na ważny problem higieniczny związany z DDT w światowym mleczarstwie. Nastąpiło w połowie lat sześćdziesiątych, a w Polsce na przełomie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych i wiązało się z zastosowaniem nowych metod analitycznych oznaczania DDT. Pierwsze wyniki badań DDT w mleku krowim pochodziły z PZH w Warszawie, gdzie podjęto próbę doskonalenia metody oznaczania DDT i pochodnych w tłuszczu mleka. Następnie - jednocześnie w kilku ośrodkach naukowych podjęto badania finansowane przez spółdzielczość mleczarską, monitorujące zawartości DDT i HCH w tłuszczu mleka, praktycznie z obszaru całej Polski. Według dostępnych źródeł w tłuszczu mlekowym występowały znaczne pozostałości insektycydów chloroorganicznych – DDT, DDE, DDD oraz γ-HCH, które zróżnicowane były w zależności od regionu pozyskiwania mleka a także pory roku i sposobu żywienia krów. W latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku uzyskiwane wyniki pozostałości insektycydów chloroorganicznych w tłuszczu mleka pozyskiwanego w Polsce wykazywały znaczne przekraczanie poziomu 1 mg sumy DDT+DDE+DDD w 1 kg tłuszczu. Po wprowadzeniu zakazu stosowania preparatów na bazie DDT pozostałości tego związku w tłuszczu mlekowym uległy znacznemu zmniejszeniu [1-9].

Metale ciężkie (kadmu, ołowiu i rtęci) w mleku

Kadm należy do tych pierwiastków toksycznych, którego występowanie w mleku w ilości ok. 0,001 mg/kg uznawany jest za naturalny i w tym stężeniu niestanowiący zagrożenia dla zdrowia. W mleku towarowym w latach dziewięćdziesiątych średnia zawartość kadmu kształtowała się w granicach od ok. 0,005 do ok. 0,020 mg/kg. Mleko pochodzące z rejonów, które nie były szczególnie narażone na emisję rtęci, średnia zawartość w mleku wynosiła ok. 0,005 mg/kg. Uznaje się, iż najważniejszym źródłem kadmu w mleku jest pasza krów mlecznych. Badane produkty mleczarskie najczęściej wykazywały wyższą zawartość kadmu w porównaniu do mleka. Wiąże się to z następującą w procesach technologicznych koncentracją i wiązaniem się kadmu ze składnikami mleka. W skrajnych przypadkach możliwe jest również przenikanie kadmu z urządzeń, naczyń i użytkowanej wody. Wyniki badań prowadzonych w końcu lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku wykazywały, że w mleku krowim bezpośrednio po udoju znajdowano około 0,010 mg ołowiu w 1 kg. Natomiast zawartość ołowiu w mleku towarowym wahała się od ok. 0,020 do 0,060 mg/kg. Znaczącym źródłem ołowiu w mleku są pasze. Mleko pochodzące od krów, które wypasane były w pobliżu ciągów komunikacyjnych zawierało nawet 10-krotnie więcej ołowiu. Naturalna zawartość rtęci w mleku kształtuje się około lub poniżej 0,001 mg/kg. Według badań prowadzonych w ośrodku olsztyńskim, w końcu ubiegłego wieku zawartość rtęci w mleku kształtowała się w zakresie od 0,001 do 0,0012 mg/kg. Według aktualnie dostępnych publikacji mleko w Polsce w ostatnich latach wykazywało zawartość rtęci w granicach od 0,0 do 0,002 mg/kg. Należy podkreślić, że prowadzony monitoring żywności, w tym mleka i produktów mlecznych potwierdza bardzo niską obecność rtęci zarówno organicznej jak nieorganicznej w mleku [10-12].

Azotany w mleku

Potwierdzonym źródłem azotanów (III i V) obok innej żywności jest mleko i jego przetwory. Związki te wykrywane w mleku krowim pochodzą głównie z pasz i wody pitnej i ma to bezpośredni związek ze stosowaniem syntetycznych nawozów azotowych w rolnictwie. Wykazano również, że na zawartość azotanów (V) w mleku surowym w znacznym stopniu wpływa sposób przechowywania mleka po udoju. Niższą zawartość azotanów stwierdzano w próbkach mleka pobieranego bezpośrednio z konwi u producenta po udoju, natomiast wyższą w próbkach mleka pobranego ze zbiorników lub kontenerów, w których mleko było chłodzone. Badania wykonywane przez różnych autorów w Kraju w ostatnim dziesięcioleciu wykazywały obecność azotanów (III) i azotanów (V) w mleku surowym jak i w mleku spożywczym, przy czym zawartość tych związków była zróżnicowana w zależności od rejonu pozyskiwania mleka. Naturalne, czyli wytwarzane w drodze metabolizmu przez organizmy roślinne jak i zwierzęce substancje szkodliwe są coraz bardziej rozpoznane, szczególnie pod kątem ich działania na organizmy ludzi i zwierząt. Przy czym okazuje się, że rośliny są zdecydowanie liczniej wyposażone w te związki, które prawdopodobnie w określonych warunkach pełnią tam różne funkcje. Udokumentowano już, że w roślinach substancje te pełnią funkcje obronne przed chorobami, szkodnikami, niesprzyjającymi warunkami lub są po prostu produktami ubocznymi przemian biochemicznych. Ponieważ dla większości gatunków zwierząt hodowanych w gospodarstwie rolniczym podstawą wyżywienia są rośliny lub ich produkty, problem ich jakości żywieniowej i zdrowotnej staje się bardzo istotnym. Szczególne znaczenie mają tu rośliny będące składową runi łąk i pastwisk – źródła pasz objętościowych zwierząt gospodarskich, co może być źródłem azotanów w mleku [13-20].

Aflatoksyny M1 i M2 w mleku

Dostępne dane dotyczące efektu działania aflatoksyn w organizmie przeżuwaczy nie są do końca jednoznaczne. Badania wykazały, że najbardziej toksyczna aflatoksyna B1 ulega częściowej degradacji w przewodzie żołądkowo-jelitowym do tzw. aflatoksikolu, natomiast w wątrobie przekształcana jest do hydroksylowego metabolitu – aflatoksyny M1. Stąd aflatoksyny M1 i M2 są hydroksylowymi pochodnymi aflatoksyn B1 i B2, wydzielane są z mlekiem krów przy karmieniu ich paszą zawierającą aflatoksyny B1 i B2. W latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku, zaobserwowano zwiększoną zawartość aflatoksyny M1 w mleku, co wiązało się ze stosowaniem mączki z orzeszków arachaidowych w paszy. W konsekwencji wiele krajów wprowadziło zakaz używania takiej mączki, jako składnika pasz treściwych, co spowodowało istotne zmniejszenie zawartości aflatoksyny M1 w mleku. Badania monitorujące zawartość aflatoksyn w mleku prowadzone są systematycznie w Polsce oraz wielu krajach Europy i Świata [21-26].

Chemiczne substancje w mleku z preparatów sanitujących i tworzyw sztucznych

Szerokie stosowanie chemicznych preparatów myjących oraz odkażających zawierających tzw. środki powierzchniowo czynne (detergenty) może skutkować wystąpieniem ich pozostałości w mleku i produktach, które nie są obojętne dla zdrowia ludzi. Zapobieganie tym zagrożeniom wiąże się z odpowiednim doborem stosownych chemikaliów i ścisłym przestrzeganiem zasad dobrej praktyki mycia i odkażania wszystkich elementów mających kontakt z mlekiem i produktami mleczarskimi. Przeciwdziałanie pozostałości detergentów warunkuje zastosowanie uzasadnionego stężenia. Najczęściej działanie myjące i czyszczące detergenty spełniają już w stężeniach od 0,2 do 1% w wodzie. Zawartość detergentów w wodzie regulowana jest przepisami np. najwyższa dopuszczalna zawartość detergentów anionowych może wynosić 0,2, kationowych 0,1 i niejonowych 0,2 mg/dm3. Stwierdzono, że stężenie kilku mg chloru w 1 litrze może modyfikować funkcje komórek ludzkich pod względem przepuszczalności błon. Z chwilą powszechnej chemizacji gospodarki i potencjalnie szkodliwego jej wpływu na zdrowie ludzi oraz przebieg procesów technologicznych i środowisko uwagę zwrócono w przemyśle mleczarskim na stosowane substancje sanitujące. W piśmiennictwie znajduje się szereg wyników badań potwierdzających negatywny wpływ pozostałości np. chlorinolu (zasadowy preparat do mycia i dezynfekcji dojarek mechanicznych i sprzętu dojarskiego, jest niepieniącym się preparatem zasadowym, który należy stosować po każdym użyciu sprzętu dojarskiego oraz do okresowego mycia i dezynfekcji) na działanie enzymatycznego preparatu Fromase. Chlorinol powodował wydłużenie czasu krzepnięcia mleka oraz wpływał na obniżenie uwalniania glikopeptydów i peptydów ogółem. Z kolei badania Mlefosu (kwaśny środek do okresowego mycia sprzętu dojarskiego) wykazały, że jego pozostałości w mleku skracały czas krzepnięcia mleka oraz wpływały na podwyższenie uwalnianych azotowych związków niebiałkowych. Inne badania dotyczące pozostałości w mleku 10 różnych preparatów sanitujacych oraz 4 komponentów wykazały wpływ tych preparatów na proces podpuszczkowego krzepnięcia mleka już przy stężeniu od 0,001 do 0,01%, co może być przyczyną komplikacji w procesie technologicznym produkcji napojów fermentowanych czy serów podpuszczkowych, a także może być źródłem zagrożenia zdrowia człowieka [27-34].

III. Procesowe zanieczyszczenia mleka i produktów mleczarskich

LAL – Lizynoalaniana

Już w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku stwierdzono, że w środowisku zasadowym, podczas ogrzewania białka, w zależności od temperatury, pH i czasu procesu, zachodzić mogą najróżniejsze reakcje. Prowadziły one między innymi, do tworzenia nowych nietypowych dla tych substancji reszt aminokwasowych oraz wiązań sieciujących i w konsekwencji nowych związków. Warunki takie występowały w technologii żywności, np. podczas obróbki termicznej surowców pochodzenia zwierzęcego – mleka i mięsa. Natomiast środowisko zasadowe stosuje się w procesach technologicznych otrzymywania koncentratów, preparatów i teksturatów białkowych. Według informacji dostępnych w piśmiennictwie uważa się, że w wyniku obróbki termicznej nie przekraczającej nawet 65 0C w środowisku zasadowym, w czasie kilku godzin, może nastąpić w białkach zmniejszenie zawartości reszt niektórych aminokwasów, w tym między innymi lizyny, cysteiny, seryny, argininy. Równocześnie mogą pojawiać w tych białkach się nowe wiązania sieciujące. Przy czym w ich kwasowych hydrolizatach stwierdzano obecność nowych, nietypowych dla białek aminokwasów – np. lizynoalaniny (LAL), inaczej N-(DL-2-amino-2-karboksyloetylo – L-lizyna), a także lantioniny i kwasu diaminopropionowego. Zauważono też, że zjawisko sieciowania białek w środowisku zasadowym polega na β-eliminacji w reszcie aminokwasowej cysteiny czy seryny oraz na nukleofilowym przyłączeniu ε-aminowej grupy lizyny do podwójnego wiązania dehydroalaniny co wywołuje powstanie reszt lizynoalaniny oraz usieciowienia białka. Według innego autora lizynoalanina powstaje w konsekwencji reakcji grupy ε-aminowej z dehydroalaniną i wiązania krzyżowego (ang. cross link). Dehydroalanina tworzy się poprzez desulfurację cystyny, a także dehydratacji seryny w wyniku reakcji β-eliminacji. Stąd w praktyce, w czasie ogrzewania białka, w tym np. kazeiny w środowisku alkalicznym w wyniku jej rozpuszczania w wodorotlenku sodu i następnie suszeniu metodą rozpyłową lub stosowania ekstruzji tworzą się połączenia lizyny z alaniną w formie lizynoalaniny (LAL). Stwierdzono np., że w kazeinianach wytwarzanych metodą ekstruzji otrzymywano od 1,5 do 3-krotnie więcej lizynoalaniny w porównaniu do kazeinianów otrzymywanych z kazeiny kwasowej. Wykazano, że podstawowymi parametrami decydującymi o powstawaniu lizynoalaniny, w środowisku, w którym znajduje się białko różnego rodzaju, jest temperatura i odczyn (pH) oraz czas. Parametry te, w różnej kompozycji występują praktycznie we wszystkich rodzajach procesów technologicznych stosowanych w mleczarstwie, z tym, że wyższa temperatura i środowisko alkaliczne sprzyjały procesowi tworzenia się lizynoalaniny. Warunki do tworzenia się lizynoalaniny występują już w procesie produkcji mleka spożywczego, na etapie pasteryzacji, a także produkcji mleka UHT. Powstawaniu lizynoalaniny sprzyjały warunki produkcji pełnego i odtłuszczonego mleka w proszku, a także mleka zagęszczonego. Np. stwierdzono, że w czasie suszenia kazeiny w temp. 900 C w układzie zamkniętym wytwarzało się więcej lizynoalaniny aniżeli w układzie otwartym. Ponadto zawartość lizynoalaniny w kazeinie suszonej okazała się funkcją czasu ogrzewania. Okazało się również, że zawartość lizynoalaniny tworzącej się podczas ogrzewania kazeinianu sodu wzrastała odwrotnie proporcjonalnie do zawartości wody w produkcie. Obecność lizynoalaniny stwierdzano w pasteryzowanym mleku spożywczym oraz w mleku UHT, a także w mleku przygotowanym specjalnie dla niemowląt. Uzyskane wyniki potwierdziły zależność między wysokością temperatury, a zawartością lizynoalaniny. Zaskakująco dużo lizynoalaniny występowało w mleku przygotowanym specjalnie dla niemowląt, co wiązało się prawdopodobnie z tzw. jego humanizacją poprzez zmianę składu białkowego [34-40].

Furan

Według informacji z dostępnej literatury naukowej furan, to pięcioczłonowy układ heteroaromatyczny z tlenem jako heteroatomem (nie należy mylić z furanami występującymi jako polichlorowane dibenzofurany, które omawia są łącznie z dioksynami). Furan jest związkiem organicznym o udokumentowanym charakterze mutagennym i kancerogennym – promującym nowotwory wątroby, pęcherzyka żółciowego i jelit. W badaniach z lat 30. XX w. po raz pierwszy stwierdzono występowanie furanu w żywności poddawanej termicznej obróbce technologicznej lub kulinarnej, co łączono z produktami powstającymi w reakcjach Maillarda Zaniepokojenie nadzoru higienicznego spowodowało wykrycie znacznych ilości furanu w modyfikowanym mleku w proszku, odżywkach dla niemowląt, przekąskach, płatkach śniadaniowych, kawie i wielu innych produktach spożywczych. Spowodowało to szerokie monitorowanie zawartości furanu w żywności, szczególnie poddawanej obróbce termicznej w zamkniętych opakowaniach. Dostępne wyniki badań jednoznacznie potwierdzają, że furan – związek organiczny powstający podczas obróbki cieplnej żywności nie jest obojętny dla zdrowia konsumentów. Badania dotyczące zawartości furanu w potrawach przygotowywanych w warunkach domowych nie budzą większego niepokoju oprócz kawy, która jest szczególnym źródłem furanu dla osób dorosłych. Słuszność zainteresowania furanem przez higienistów i toksykologów żywności potwierdziły wyniki badań laboratoryjnych przeprowadzanych na zwierzętach, wykazujące jego działanie kancerogenne. Spowodowało to zwiększenie aktywności organów europejskich nadzorujących jakość zdrowotną żywności. Publikowane raporty Europejskiego Urzędu ds. Bezpieczeństwa Żywności EFSA (ang. European Food Safety Authority) wykazały, że w latach 2004-2010 największe narażenie na furan dotyczyło w przypadku osób dorosłych – spożywanie kawy, natomiast w odniesieniu do młodszej generacji – gotowe przetwory w słoikach i innych opakowaniach przeznaczone do żywienia niemowląt i małych dzieci. Specjaliści higieniści zwracają uwagę na złe nawyki żywieniowe i zwyczaje kulinarne, których unikanie może istotnie zmniejszyć przyjmowanie furanu zawartego w żywności. Według polskich autorów, konieczne są dalsze, obejmujące szerszy zakres badania zawartości furanu w przetworach dla niemowląt [41-46].

HMF – hydroksymetylofurfural

Procesy termiczne stosowane w technologii żywności należą do podstawowych decydujących o jej trwałości oraz o obecności związków chemicznych kształtujących cechy smakowo-zapachowe. Z czasem okazało się iż procesy termiczne mogą być również źródłem obcych szkodliwych związków chemicznych, które w określonych warunkach powstają w wyniku interakcji między składnikami przetwarzanych surowców. Związki te zaliczono do grupy chemicznych zanieczyszczeń procesowych żywności. Spośród wielu takich związków, do których należy między innymi akrylamid, furan, heterocykliczne aminy aromatyczne, nitrozoaminy, czy LAL wyróżnia się również HMF – hydroksymetylofurfural. HMF rozpoznano jako już bardzo szeroko rozpowszechniony związek zanieczyszczający żywność, powstały w wyniku procesu ogrzewania. Przyjęto, że obecność HMF-u w przetworzonych produktach poddawanych ogrzewaniu można traktować jako wskaźnik jakości wielu wyrobów pochodzenia roślinnego, np. pieczywa, kawy, produktów owocowo-warzywnych, czy pochodzenia zwierzęcego – mięsa, ryb, a także mleka UHT i innych produktów mleczarskich. Przeprowadzone specjalistyczne badania toksykologiczne, w tym kancerogenności, cytotoksyczności czy genotoksyczności hydroksymetylofurfuralu wykazały możliwość zagrożenia jakości zdrowotnej żywności, szczególnie kiedy związek ten występował w dużym stężeniu. Ponadto stwierdzono, że niektóre związki powstające w wyniku reakcji Maillarda w żywności, w tym również HFM mogą wiązać się u konsumentów z powikłaniami cukrzycowymi, a także miażdżycą czy chorobą Alzheimera. Nieenzymatyczne brązowienie, a dokładniej nieenzymatyczne brunatnienie produktów spożywczych wiąże się z występowaniem reakcji pomiędzy podstawowymi składnikami surowców zachodzącymi w wyniku procesów termicznych. Najczęściej reakcje te zachodzą pomiędzy węglowodanami – cukrami redukującymi (grupą karbonylową lub hemiacetalową) a aminokwasami (grupą aminową aminokwasów lub peptydów). Brązowienie żywności wiązało się przede wszystkim ze stosowaniem zabiegów cieplnych, w tym podgrzewania, gotowania, przypiekania, pieczenia, smażenia, grillowania, prażenia, czy suszenia. Tym samym związki chemiczne powstające wskutek zachodzących reakcji skutkujących brunatnieniem żywności były powszechnie spożywane od wielu pokoleń. W kolejnych latach przeprowadzono wielokierunkowe badania zachodzących reakcji w surowcach i żywności w wyniku termicznego przetwarzania żywności, a także podczas długotrwałego jej przechowywania. Badania te pozwoliły na ustalenie, że brązowienie, brunatnienie czy ciemnienie produktów spożywczych zależy od wielu czynników, w tym od dostępności tlenu i światła, wysokości temperatury i czasu jej oddziaływania, pH, aktywności wody, zawartości jonów metali, rodzaju produktu i obecności określonych składników, np. cukrów redukujących. Szczegółowe badania wykazały, że brunatnienie żywności może przebiegać wg różnych mechanizmów, w tym na drodze nieenzymatycznej jak i enzymatycznej. W kompleksie reakcji Maillarda powstają związki, których obecność jest bardzo korzystna jak i związki potencjalnie szkodliwe dla człowieka. Odziaływanie pozytywne dotyczy wielu związków odpowiedzialnych za smak i zapach, barwę żywności, a także za jej właściwości antyoksydacyjne. Specjalistyczne badania potwierdziły występowanie w termicznie przetwarzanej żywności związków o działaniu szkodliwym, a także toksycznym, w tym kancerogennym czy mutagennym. Wymienia się tu między innymi akrylamid, furan, a także hydroksymetylofurfural i wiele innych. Należy podkreślić, że brązowienie (brunatnienie) żywności w wyniku obecności nadających zabarwienie melanoidów, czyli brunatnych pigmentów, nadal jest dokładnie rozpoznawane. HMF, w nomenklaturze chemicznej 5-hydroksymetylofurfural, jest cyklicznym aldehydem, należącym obok furfuralu, do grupy związków pochodnych furanu. Powstaje w czasie procesu dehydratacji (odwodnienia i karmelizacji) monosacharydów (heksoz) w środowisku kwaśnym. Proces ten jest bardzo złożony i dotyczy obróbki termicznej żywności, którego wynikiem są związki nadające smak, zapach i barwę w kompleksie tzw. reakcji Maillarda. Już w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku opracowano przypuszczalny schemat tych reakcji w formie trzy etapowego modelu – wczesnego, zaawansowanego i końcowego. W etapie wczesnym cukier redukujący reaguje ze związkiem zawierającym wolną grupę aminową pochodzącą od aminokwasów, peptydów lub białek. Prowadzi to do powstania skondensowanych N-podstawnych glikozyloamin – aldozoaminy lub ketozoaminy, które po skomlikowanych przekształceniach prowadzą do powstania takich związków jak furozyna w produktach zbożowych czy laktozolizyna w wyniku termicznej obróbki mleka bogatego w laktozę. Natomiast w etapie zaawansowanym reakcji, które są zależne od pH środowiska, w środowisku kwaśnym w reakcji 1,2-enolizacji tworzą się głównie furfurale - gdy w próbce występują pentozy, lub hydroksyfurfurale (HMF) - gdy w próbce występują heksozy. Związek ten wytwarza się w produktach spożywczych, w których znajdują się zakwaszone wodne roztwory monosacharydów, przede wszystkim cukrów redukujących, glukozy i fruktozy. Stwierdzono, że w środowisku kwaśnym, HMF wytwarzać się może również w niskiej temperaturze. Zasadnicze tworzenie się HMF jest wynikiem zachodzących reakcji w czasie procesów termicznego przetwarzania żywności, takich jak pieczenie, tostowanie, smażenie, pasteryzacja, sterylizacja itp., a także w czasie przechowywania i składowania żywności, np. mleka w proszku, mleka UHT czy jaj w proszku. Podkreśla się, że dotąd brak pełnej oceny skutków toksykologicznych, wynikających z ekspozycji organizmu ludzkiego na HMF, a szczegółowy mechanizm genotoksyczności tego związku pozostaje ciągle nieznany, a wyniki badań in vitro są niepełne i kontrowersyjne, co uniemożliwia ustalenie wartości akceptowanego dziennego pobrania HMF. Dotąd badania przeprowadzone na szczurach, doprowadziły jedynie do ustalenia dawki LD50 na poziomie 3,1 g/kg masy ciała przy podaniu doustnym. HMF wykazuje aktywność mutagenną i powoduje uszkodzenia struktury DNA. Pochodne HMF w postaci 5-sulfooksymetylofurfuralu (SOMF), 5-chlorometylofurfuralu i kwasu 5-hydroksymetylo-2-furanokarboksylowego (5-HMFK) wykazują działanie cytotoksyczne, genotoksyczne, neurotoksyczne, mutagenne i karcenogenne, co może prowadzić do zmian nowotworowych w tkankach wątroby, skóry i dolnych odcinkach okrężnicy. Są również doniesienia o potencjalnej, bezpośredniej cytotoksyczności i kancerogenności HMF, albo w wyniku przekształcenia HMF w sulfooksymetylofurfural SMF pod wpływem działania sulfotransferazy w obecności 3’-fosfoadenozyno-5’-fosfosiarczanu (VI) (PAPS). Wiele wyników badań wskazuje, że HMF w dużym stężeniu może działać negatywnie na organizm człowieka, dlatego zmierza się do ustalenia jego maksymalnej, dopuszczalnej zawartości w żywności. Dotąd Unia Europejska podjęła odpowiednie działania ustalając limity zawartości tego związku w miodzie. Równolegle przystąpiono do opracowywania różnorodnych metod oznaczania HMF w żywności [47-52].

Pentozydyna, wynik glikacji – procesu nieenzymatycznych przemian w organizmie i poza nim

Reakcje przemian metabolicznych w organizmie człowieka bez udziału enzymów dotyczą specyficznego procesu określonego glikacją. Jest to wieloetapowy, nieenzymatyczny proces, polegający na reakcji cukrów redukujących np. glukozy czy fruktozy z grupami aminowymi białek. Jest bezpośrednią reakcją chemiczną między redukującym monosacharydem a pierwszorzędową wolną grupą aminową terminalnego – końcowego aminokwasu. Proces ten w żywych organizmach zachodzi wprawdzie spontanicznie, lecz raczej powoli w ciągu całego życia i w konsekwencji prowadzi do starzenia się organizmu. Wynika to również z faktu, że tylko niewielka część glukozy występuje w postaci dostępnej, czyli zawierającej wolną grupę aldehydową, która może reagować z grupami aminowymi białek. Termin glikacja, od 1992 roku zgodnie z zaleceniem Polskiego Słownictwa Biochemicznego stosuje się na określenie wszystkich reakcji polegających na przyłączaniu cukru do białka, niezależnie od tego, czy tworzone jest wiązanie glikozydowe, czy też nie. Produktem glikacji może być zarówno glikozyd, którym jest glikoproteina, jak również produkt reakcji nieenzymatycznej, niebędący glikozydem, taki jak np. glikohemoglobina. Glikacja jest procesem naturalnym i praktycznie nie jest możliwa do zblokowania, przy czym jej zwykły zakres nie wyrządza szkód w organizmie człowieka. W wyniku glikacji modyfikowane są głównie białka o długim okresie półtrwania (czas, w którym rozpada się połowa zawartości), jest to kolagen, krystalina soczewki czy albumina osoczowa. Organizm, bez zakłóceń chorobowych wykazuje zdolność metabolizowania znacznej ilości produktów zaawansowanej glikacji białek – AGE i ich wydalania. W warunkach homeostazy organizmu produkty AGE podlegają rozkładowi proteolitycznemu w lizosomach komórek następnie produkty degradacji wydzielane są do układu krążenia i wydalane z moczem, przy czym pewna ilość może być usuwana z krążenia przez wątrobę. Okazało się jednak, że w pewnych warunkach w organizmie dochodzić może do znacznej intensyfikacji procesu glikacji. Wymienia się tu nasilenie działania czynników oksydacyjnych, np. w przebiegu cukrzycy, stanu zapalnego, infekcji czy obniżenia poziomu czynników antyoksydacyjnych, w tym witamin A i E. Ponadto w przypadku mniejszej wydajności nerek w oczyszczaniu organizmu z prekursorów AGE. W organizmie glikacja przebiega w dwóch etapach, w pierwszym następuje wytwarzanie jej przejściowych połączeń – zasady Schiffa i produktów Amadoriego, natomiast w drugim etapie w wyniku reakcji nieodwracalnej wytwarzane są trwałe tzw. zaawansowane końcowe produkty glikacji AGE (advanced glycation endproducts), spośród których lepiej poznane to m.in. furoilo-furanylo-imidazol (FFI), karboksymetylolizyna (CML), piralina, a także pentozydyna. Produkty AGE mogą występować w postaci dużych, połączonych wiązaniami krzyżowymi agregatów. Aktualnie ustalono, że produkty AGE powodują destrukcję wielu struktur komórkowych zarówno bezpośrednio, jak i pośrednio przez indukowanie stresu oksydacyjnego i zjawiska gliko- oraz lipooksydacji. Reakcja glikacji nie jest reakcją katalizowaną, a szybkość jej przebiegu zależy głównie od dwóch czynników, stężenia substancji reagujących ze sobą i czasu trwania kontaktu reagujących cząsteczek. W organizmie człowieka glikacja początkuje zmiany struktury i funkcji glikacjowanych cząsteczek. Stwarza to konieczność poszukiwania sposobu zapobiegania glikacji czyli łączenia się białek z cukrami. W różnych tkankach odpowiadając za zaburzenia ich funkcji, mogą także występować, jako glikacjowane AGE-peptydy i AGE-aminokwasy, które jednak łatwo są wydalane z moczem. Ustalono, że najprostszym sposobem świadomego ograniczania glikacji białek jest takie ustalanie dziennej racji pokarmowej by zawierała możliwie najmniej produktów AGE. Korzystnym jest spożywanie warzyw, owoców, zielonej herbaty, które zawierają flawonoid – rutynę. Coraz częściej zwraca się uwagę na konieczność ograniczania spożywania cukrów, w tym szczególnie sacharozy, która staje się substratem w reakcji nieenzymatycznej glikacji. Głównym źródłem AGE występujących w organizmie człowieka obok pewnej ilości wprowadzanej z racją pokarmową jest glikacja wewnętrzna, która nasila się w zaawansowanym wieku [53-58].

AA-akrylamid

Problem chemicznego związku o nazwie akrylamid (AA), (akryloamid, 2-propenoamid), wg. Międzynarodowej Unii Chemii czystej i Stosowanej IUPAC (ang. International Union of Pure and Applied Chemistry) o wzorze sumarycznym - C3H5NO, jako chemicznej substancji szkodliwej występującej w środowisku pracy, a później również w żywności pojawił się pod koniec ubiegłego wieku. Syntetyczny AA był i nadal jest wykorzystywany przemysłowo w produkcji poliakryloamidów – polimerów praktycznie wykorzystywanych w różnych dziedzinach gospodarki, między innymi w przemyśle chemicznym, włókienniczym, celulozowo-papierniczym, jest też używany w produkcji farb i lakierów, kosmetyków, środków czystości, klejów i zapraw murarskich, jako koagulant w procesie uzdatniania wody pitnej, oczyszczania ścieków. Jest także stosowany w laboratoriach naukowych jako żelowe podłoże poliakrylamidowe do elektroforetycznego rozdziału składników mieszanin. Pod koniec roku 2002 Eksperci Światowej Organizacji Zdrowia (ang. World Health Organization WHO) oraz Organizacji ds. Żywności i Rolnictwa (ang. Food and Agriculture Organisation FAO) w ramach kodeksu żywnościowego zalecili badania potencjalnego ryzyka wiążącego się z obecnością AA w produktach spożywczych. Ogromny udział w rozpoznaniu mechanizmu tworzenia się AA w żywności i jego szkodliwości dla ludzi mają uczeni szwedzcy wraz ze szwedzką organizacją nadzorującą żywność. Szwedzka Narodowa Agencja ds. Żywności po raz pierwszy w roku 2002 opublikowała dane o wysokiej zawartości AA w żywności, przede wszystkim w produktach ziemniaczanych i zbożowych poddawanych obróbce termicznej. Spowodowało to w światowych ośrodkach naukowych, gwałtowny wzrost podejmowanych badań dotyczących mechanizmów tworzenia się AA w żywności oraz jego szkodliwego wpływu na organizm człowieka. W badaniach narażenia dzieci i młodzieży na AA występujący w produktach typu fast food i przekąskach potwierdzono, że artykuły te są istotnym źródłem AA w racji pokarmowej dzieci i młodzieży, podkreślając, iż nadmiernie duże spożycie tych produktów może nieść ze sobą ryzyko odległych skutków zdrowotnych [59-64].

Podsumowanie

Postęp w zakresie badań naukowych, doświadczenia praktyczne dotyczące czynników zmieniających jakość żywności spowodowały poznanie zagrożenia jakości zdrowotnej żywności ze strony stosowanych procesów technologicznych w produkcji i przetwórstwie żywności. Wiedza ta zmusza do szczególnego monitorowania procesów technologicznych z udziałem temperatury, czasu i zmian odczynu środowiska. Mleko należy do tych szczególnych surowców, które muszą być poddawane obróbce termicznej zarówno do jego utrwalenia jak i do wytwarzania szerokiej gamy wyrobów mleczarskich. Termiczne procesy technologiczne stosowane w przetwórstwie żywności prowadzą do uzyskania określonych cech sensorycznych i jakości konsumpcyjnej. Okazało się przy tym, że równolegle mogą powstawać chemiczne związki o potencjalnie szkodliwym działaniu, obniżające jakość zdrowotną żywności. Przeprowadzone badania wykazały, że mleko i wyroby mleczarskie mogą również zawierać chemiczne związki zaliczane do procesowych zanieczyszczeń żywności, co wymaga prowadzenie ciągłych badań, celem wykluczenia możliwości powstawania chemicznych związków obniżających bezpieczeństwo zdrowotne żywności [65].

Piśmiennictwo

1. Różański L. (1992). Przemiany pestycydów w organizmach żywych i środowisku. PWRiL. Warszawa.

2. Żak A. (2016). Środki ochrony roślin a zmiany w środowisku naturalnym i ich wpływ na zdrowie człowieka. Zag. Ekonom. Rolnej, 1 (346): 155-166.

3. Kowalczyk S. (2009): Bezpieczeństwo żywności w erze globalizacji. Oficyna Wydawnicza. Szkoła Główna Handlowa, Warszawa.

4. Mann H.D., Carter R.H., Ely R.E. (1950). The DDT content of milk produkts. J.Milk Technol., 13: 340-347.

5. Gertig H., Laskowski K., Nowaczyk W., Graszczyńska H., Kulesza C. (1969). Planimetryczne oznaczanie pozostałości pp-DDT, pp-DDE i pp-DDD w tłuszczu mleka. Chem. Anal. 14: 853-860.

6. Laskowski K., Bierska J.(1972).Zawartość pozostałości pestycydów DDD, DDT i DDE w niektórych produktach mlecznych rynku warszawskiego. Roczn. Inst. Przem. Mlecz., 14, 43: 17-23.

7. Smoczyński S., Budsławski J. (1973). Chlorowane węglowodory w produktach mleczarskich z województwa olsztyńskiego. Zesz. Nauk. ART. Olszt., 2:113-119.

8. Ochyński J., Latkowski W. (1971). Oznaczanie pp΄-DDT, pp΄-DDD i pp΄-DDE w maśle z województwa lubelskiego. Bromat. Chem. Toksykol., 4: 215-220.

9. Niewiadowska A., Żmudzki J, Semeniuk S. (1995). Pozostałości chlorowanych węglowodorów aromatycznych w mleku. Roczn. PZH, 46, 2: 113-117.

10. Krzywy I., Krzywy E., Peregut-Pogorzelski J., Łuksza K., Brodkiewicz A. (2011). kadm – czy jest się czego obawiać ? Roczniki Pomorskiej Akademii Medycznej w Szczecinie. 57 (3): 49-63.

11. Markiewicz K. (1988). Metale ciężkie w surowcach pochodzenia zwierzęcego. Materiały z konferencji naukowej Toruń 14-15 marca 1988, 37-47.

12. Pogorzelski K., Markiewicz K., Żegarska Z. (1987). Ołów i kadm w mleku towarowym z wybranych rejonów województwa elbląskiego. Acta Acad. Agricult. Techn. Olst. Technologia Alimentorum, (21): 25-33.

13. Przybyłowski P., Kisza J., Sajko W., Nowicka B., Krukowski M., Borawski K. (1983). Przemiany azotanów w surowym mleku zbiorczym. Roczn. Inst. Przem. Mlecz., (1): (69): 29-39.

14. Przybyłowski P., Kisza J., Janicka B., Sajko W. (1989). Występowanie azotanów i azotynów w mleku surowym w zależności od systemu jego skupu. Roczn. PZH, 40 (1): 6-15.

15. Nowak C. (2003). Badanie zawartości azotanów i azotynów w mleku i produktach mleczarskich. Praca magisterska. UWM w Olsztynie, WNoŻ.

16. Borawska M., Markiewicz R., Omeljaniuk N., Witkowska A. (1996). Zawartość azotanów i azotynów w mleku i przetworach mlecznych na terenie Białegostoku. Bromat. Chem. Toksykol. 29, (2): 139-142.

17. Kozak A., Wiśniewska-Dmytrow H., Żmudzki J. (1998). Azotany i azotyny w mleku surowym i serach w Polsce. Bromat. Chem. Toksykol. 31, (2): 119-123.

XXXIX Konferencja Naukowo-Techniczna pt. „Problemy gospodarki energią i środowiskiem w mleczarstwie” Brok, 1-3 września 2020 rok

35

18. Żbikowska A, Żbikowski Z., Baranowska M. (2000). Zawartość azotanów i azotynów w mleku surowym z różnych regionów Polski. Roczn. PZH, 51, (1): 29-35.

19. Szydłowska E., Zaręba S., Szydłowski W. (2003). Zawartość azotanów (III)

i azotanów (V) w mleku i jego przetworach. Bromat. Chem. Toksykol. 36, (1): 19-22.

20. Żbikowska A, Żbikowski Z., Baranowska M. (2002). Zawartość azotanów i azotynów w pełnym mleku w proszku z różnych regionów Polski. Roczn. PZH, 53, (4): 341-350.

21. Piotrowska M. (2012). Wykorzystanie mikroorganizmów do usuwania mikotoksyn z żywności i pasz. Post. Mikrobiol., 51 (2): 109-119.

22. Stanisławczyk R., Rudy M., Zachara A. (2011). Występowanie aflatoksyny B1 w wybranych produktach spożywczych w latach 2004-2009. Postępy w ochronie roślin. 54 (4):1870-1875.

23. Kiermeier F., Mücke W. (1972). Űber den Nachweis von Aflatoxin M1 in Milk. Z. Lebensm. Unters. Forsch., (150): 137-142.

24. Ghali R., Hmaissia-Khlifa K., Ghorbel H., Maaroufi K., Hedili A. (2008). Incidence of aflatoxins, ochratoxin A and zearalenone in tunisian foods. Food Control (19): 921-924.

25. Domagała J. (1978) Pozostałosci aflatoksyny B1 w krajowym mleku w proszku i odżywkach dla dzieci. Żywność. Technologia. Jakość. 1 (4):65-70.

26. Kiermeier F., Mashaley R. (1977). Einfluss der molkereitechnischen Behandlubg der Rohmilch auf des Aflatoxins – M1 der deraus hergestelten Produkte. Z. Lebensm. Unters. Forsch., (164): 183-187.

27. Szuliński S., Chyba A., Maziarka S. (1996). Przewlekłe toksyczne działanie substancji powierzchniowo czynnych o różnej budowie chemicznej. Roczn. PZH, 47 (2): 159-165.

28. Pludro G., Malinowski J. (1966). Toksyczność ostra i podostra syntetycznych środków powierzchniowo czynnych produkcji krajowej: Sterinolu i Sulfapolu. Roczn. PZH, 17 (6): 543-547.

29. Dunsmore D.G. (1983). The incidence and miplication of residues detergents and sanitizers in dairy products. Res. Rev. 86: 1-63.

30. Smoczyńska K., Skibniewska K.A, Smoczyński S. 1990. Badanie wpływu wybranych środków sanitujących na działanie preparatu Fromase w mleku. Prz. Mlecz., (5): 13-14.

31. Smoczyńska K. 1989. Wpływ środków sanitujących na działanie podpuszczki w mleku. XXV Zjazd Polskiego Towarzystwa Biotechnologicznego. Toruń, s. 255.

32. Skibniewska K.A., Smoczyński S. (1989). Wpływ pozostałości niektórych środków na ocenę świeżości mleka. Przegl. Mlecz., (5): 4-7.

33. Skibniewska K.A., Smoczyńska K, Smoczyński S. 1993. Influence of washing and disinfecting agents on milk coagulation. Acta Acad. Agricult. Tech. Olst. Technol. Aliment., (25): 89-95.

34. Nikonorow M. (1972). Higieniczna ocena tworzyw sztucznych w zakresie środków spożywczych, leków i przedmiotów użytku. PZWL Warszawa.

35. Struthers B.J., Hopkins D.T., Prescher E.E., Dahlgren R.R. (1978). Effects of protein-bound lizynoalanine N- DL-2(- amino-2carboxyethyl) -L-Lysine of fetal andneonatal rats. J. Nutr., 108: 954-960.

36. Gilani G.S., Xiao Ch.W., Cockell K.A. (2012). Impact of antinutritional factors in food proteins on the digestibility of protein and the bioavailability of amino acids and protein quality. British Journal of Nutrition. (108): 315-332.

37. Finley J.W., Snow J.T., Johsten P.H., Fridman M. (1978). Inhibition of lysinoalanine formation in food proteins. J. Food Sci., 43, 619-624.

38. Erbersdobler H.F., Holstein A.B. (1980). Untersuchung Ứber Vorkommen und Bildung von Lysinoalanin in Milchprodukten. Milchwissenschaft, 35: 734-737.

39. Fritsch R.J., Klostermeyer H. (1981). Bestandsaufnahme zum vorkommen von Lysinoalanin in milcheiweiβhaltigen Lebensmitteln. Zeitschrift Lebensmittel Untersuchung und Forschung, 172: 440-445.

40. Amarowicz R., Smoczyński S. (1985). Występowanie lizynoalaniny w przetworach mleczarskich. Przegląd mleczarski, (11): 22-24.

41. Minorczyk M., Starski A., Jędra M., Karłowski K. (2010). Zależność zawartości furanu od składu przetworów dla niemowląt i małych dzieci. Bromat. Chem. Toksykol. – 43 (4): 469 – 477.

42. Maga J.A. 1979. Furan in foods. Crit. Rev. Food Sci., and Nutr., (11): 355-400.

43. Limacher A., Kerler J., Davidek T., Schmalzried F., Blank I. (2008). Formation of furan and methylfuran by Maillardtype reactions in model systems and food. J. Agr. Food Chem. (56). 3639-3647.

44. Minorczyk M., Starski A., Jędra M., Gawarska H., Sawilska-Rautenstrauch D. (2011). Badania nad zawartością furanu w przetworach dla niemowląt metodą chromatografii gazowej ze spektrometrią mas. Roczn. PZH, 62 (3): 283-288.

45. Crews C, Castle L. (2007). A review of the occurrence, formation and analysis of furan in heat-processed foods. Trends in Food Science & Technology. (18): 365-372.

46. Santonicola S., Mercogliano R. (2016). Occurrence and production of furan in commercial foods. Ital. J. Food Sci., (28): 155-177.

47. Lee H.S., Nagy S. (1990). Relative reactivites of sugars in the formation of 5-hydroxymethylofurfural in sugar-catalist model systems. Journal of Food Procesing and Preservation. 14 (3): 171-178.

48. Michalska A., Zieliński H. (2007). Produkty reakcji maillarda w żywności. ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 2 (51): 5 – 16.

49. Cendrowski A., Ścibosz I., Mitek M., Oyrzanowska D. (2016). Hydroksymetylofurfural w żywności. Przemysł Spożywczy. 70, (10): 47-49.

50. Pijanowski E., Konalecka H., Molska I. (1970). Porównawcza wartość wskaźnika hydroksymetylofurfuralowego w proszku mlecznym. Roczn. Techn. Chem. Żywn., XIX,19.

51. Cais-Sokolińska D., Danków R., Pikul J. (2002). Wpływ warunków temperaturowych przechowywania na zmiany fizyko-chemiczne i sensoryczne mleka UHT. Chłodnictwo, 37 (10): 40-43.

52. Trziszka T., Smolińska T., Kopeć W. (1986). Zmiany przechowalnicze w aglomerowanych proszkach jajowych. Przem. Spoż., (2): 43-46.

53. Pietkiewicz J., Seweryn E., Bartyś A., Gamian A. (2008). Receptory końcowych produktów zaawansowanej glikacji – znaczenie fizjologiczne i kliniczne. Postępy Hig Med. Dośw. online, (62): 511-523.

54. Kuzan A., Chwiałkowska A., Kobielarz M., Pezowicz C., Gumian A. (2012).Glikacja białek macierzy zewnętrznej i jej znaczenie miażdżycy. Postępy Hig. Med. Dośw. (66): 804-809.

55. Wierusz-Wysocka B., Araszkiewicz A. Schlaffke J. (2013). Końcowe produkty glikacji – nowy biomarker cukrzycy i jej powikłań. Via Medica, 96-103.

56. Semba RD, Nicklett EJ, Ferrucci L. (2010). Does accumulation of advanced glycation end products contribute to the aging phenotype. J Gerontol a Biol Sci Med Sci., (65A): 963-975.

57. Nagai R, Mori T, Yamamoto Y, Kaji Y, Yonei Y. (2010). Significance of advanced glycation end products in aging– related disease. Anti-aging Med. (7): 112-119.

58. Singh R., Barden A., Mori T., Beilin L. (2001). Advanced glycation end-products: a review. Diabetologia, (44): 129-146.

59. Pingot D., Pyrzanowski K., Michałowicz J., Bukowska B. (2013). Toksyczność akrylamidu i jego metabolitu – glicydamidu. Medycyna Pracy, 64 (2): 259-271.

60. Gielecinska I., Mojska H., Szponar L. (2007). Wstępna ocena narażenia dzieci i młodzieży na akryloamid pochodzący z żywności. Roczn. PZH, 58 (1): 221-227

61. Mojska H. (2012). Akryloamid w żywności – ocena ryzyka dla zdrowia człowieka. Bromat. Chem. Toksykol. 45 (3): 1071-1074.

62. Mojska H., Gelecińska I. (2012). Ocena narażenia dzieci i młodzieży na akryloamid obecny w produktach fast food i przekąskach. Pobl. Hig. Epidemmiol. 93 (9):613-617.

63. Śmiechowska M. (2010). Zagrożenie żywności i środowiska dioksynami i akrylamidem w świadomości ekologicznej społeczeństwa województwa pomorskiego. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering. 55 (4): 150-157.

64. Sapota A., Skrzypińska-Gawrysiak M. (2014). Akrylamid. Dokumentacja proponowanych dopuszczalnych wielkości narażenia zawodowego. Podstawy i Metody Ochrony Środowiska Pracy, 80 (2): 5-71.

65. Witczak A., Sikorski Z.E. red. (2017). Toxins and Other Harmful Compounds in Foods. CRS Press Taylor & Francis Group.