Нежелательные соединения в пищевых продуктах возникают преимущественно в результате химических реакций, протекающих во время технологической обработки, хранения или термической обработки. Эти реакции могут быть окислительными, термическими, ферментативными или фотохимическими. Основными химическими процессами, приводящими к формированию токсичных или вредных веществ, являются:
Окисление липидов В ходе автоксидативного процесса ненасыщенные жирные кислоты взаимодействуют с кислородом воздуха с образованием пероксидов, альдегидов, кетонов, эпоксидов и малонового диальдегида. Эти соединения обладают сильной химической реакционной способностью, что приводит к дальнейшему разрушению витаминов, белков и ароматических компонентов. Липидная пероксидация ускоряется при высоких температурах, воздействии света и присутствии переходных металлов (Fe²⁺, Cu²⁺).
Майяровская реакция Реакция восстановления сахаров с аминогруппами белков (основным образом с лизином) при термической обработке продуктов ведет к образованию меланоидинов — сложных полимерных соединений, придающих продукту коричневый цвет. Одновременно формируются нежелательные соединения, такие как акриламид, глиоксаль и метилглиоксаль. Акриламид является канцерогеном, а глиоксаль и метилглиоксаль — реакционноспособными альдегидами, способными к образованию аддуктов с белками и ДНК.
Окислительное разрушение витаминов Витамины группы А, С и Е легко подвергаются окислению при контакте с кислородом и светом. Витамин С, например, может превращаться в дегидроаскорбиновую кислоту, которая далее распадается на оксалацетат и оксалаты. Эти процессы не только снижают питательную ценность продуктов, но и формируют потенциально токсичные соединения.
Высокие температуры при жарке, запекании или обработке в микроволновой печи активируют термическое разложение углеводов, белков и жиров:
Образование акриламида Основной путь — термическая деградация аспарагина в присутствии редуцирующих сахаров при температурах выше 120 °C. Акриламид аккумулируется в крахмалистых продуктах, таких как картофель, хлебобулочные изделия и крупы.
Поликонденсация липидных продуктов распада В процессе глубокой жарки происходит разложение триглицеридов с образованием транс-изомеров жирных кислот и полимеров, увеличивающих риск воспалительных и атерогенных процессов при потреблении.
Нитрозамины и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) В колбасных изделиях и копченостях нитратные и нитритные добавки могут реагировать с аминовыми компонентами при нагревании, формируя нитрозамины, обладающие выраженным канцерогенным эффектом. ПАУ образуются при сжигании жиров и белков на открытом огне, особенно при копчении и гриле.
Ферменты растений и микроорганизмов способствуют образованию вторичных метаболитов, которые в больших количествах оказывают токсическое воздействие:
Полифенолоксидазная реакция Фенольные соединения фруктов и овощей окисляются с образованием хинонов и меланинов, что снижает органолептические свойства продукта и может повышать его аллергенность.
Ферментация и образование аминов В белковых продуктах при бактериальной ферментации образуются биогенные амины (тирамин, гистамин, кадравин). Их накопление в сырах, колбасах и консервированных продуктах приводит к пищевым интоксикациям и гипертензивным реакциям.
Температура и время обработки Чем выше температура и длительнее воздействие, тем интенсивнее протекают реакции Майяра, окисления липидов и образование акриламида.
Состав продукта Высокое содержание редуцирующих сахаров, аминокислот и ненасыщенных жиров повышает вероятность образования токсичных соединений.
Наличие катализаторов Переходные металлы, ферменты, кислоты и щелочи ускоряют как окислительные, так и термические реакции.
Условия хранения Длительное хранение при высокой влажности, доступе кислорода или света способствует накоплению перекисей липидов, деградации витаминов и ферментативной активности микроорганизмов.
Для контроля образования нежелательных соединений применяются аналитические методы, включая:
Химическое понимание этих процессов позволяет корректировать технологические параметры: оптимизировать температуру, время обработки, состав добавок и условия хранения для минимизации накопления токсичных соединений.