Szkodliwe substancje w żywności - ebook

PRZEDMOWA

W książce przedstawiono aktualny stan wiedzy o składnikach surowców i pro duktów żywnościowych oraz dodatkach i zanieczyszczeniach, które w określonych warunkach mogą być szkodliwe dla zdrowia człowieka. Opisano w niej zawartość, mechanizmy działania oraz czynniki wpływające na stężenie nie pożądanych substancji naturalnych, a także obcych, w surowcach i produktach żywnościowych oraz sposoby ich usuwania lub inaktywowania, warunki zapobiegające powstawaniu niekorzystnych dla zdrowia związków wskutek przechowywania i przetwarzania żywności, międzynarodowe regulacje prawne i systemy kontroli mające na celu zabezpieczenie zdrowotnej jakości żywności, a także ocenę realnego zagrożenia dla zdrowia konsumentów stosujących racjonalne zasady odżywiania się.

W pracy nad publikacją uczestniczyło wielu autorów o uznanym autorytecie naukowym z kilku polskich ośrodków. W wyniku ich dobrej współpracy z redaktorami udało się przygotować manuskrypt stosunkowo jednolity stylistycznie i wyrównany pod względem poziomu naukowego i szczegółowości opisu. Nieliczne odstępstwa od zasad sformułowanych przez redaktorów naukowych wynikają m.in. z różnorodności podjętej tematyki, a także z odmiennego podejścia autorów rozdziałów co do potrzeby uszczegółowienia treści.

Książka jest przeznaczona dla studentów różnych uczelni oraz pracowników gospodarki żywnościowej jako autorytatywne, aktualne źródło wiedzy o zagrożeniach wynikających z obecności szkodliwych substancji w żywności. Jej ważnym celem jest pokazanie czytelnikowi tych zagrożeń i sposobów ich minimalizowania.

Jesteśmy wdzięczni autorom i zespołowi PWN za dobre współdziałanie. Ufamy, że podręcznik spełni swoje zadanie, a jednocześnie zachęci czytelników do śledzenia w bieżącym piśmiennictwie postępów w zakresie nauk o żywności.

Agata Witczak i Zdzisław Edmund Sikorski
Szczecin–Gdańsk, kwiecień 2020+--------------------------------------+--------------------------------------+
| 1 | |
| | |
| | ZAGROŻENIA ZDROWOTNE POWODOWANE SZKO |
| | DLIWYMI SUBSTANCJAMI W ŻYWNOŚCI |
| | |
| | |
| | _Zdzisław E. Sikorski, Politechnika |
| | Gdańska_ |
+--------------------------------------+--------------------------------------+

1.1
Problematyka bezpieczeństwa żywności

Źródłem żywności spożywanej przez człowieka są rośliny, zwierzęta i drobnoustroje. Nie powstają one w naturze celowo jako pokarm dla ludzi. Ich skład nie jest zatem przystosowany specjalnie do zaspokajania potrzeb żywieniowych człowieka. W stanie naturalnym zawierają one zarówno cenne składniki pokarmowe, jak i substancje niekorzystne lub zgoła toksyczne dla ludzkiego organizmu, dlatego określenie „żywność naturalna”, często stosowane w reklamach, nie zawsze oznacza produkt bezpieczny dla człowieka. Podstawą wytwarzania bezpiecznej żywności jest wykorzystanie jedynie surowca wysokiej jakości, niezawierającego składników i zanieczyszczeń szkodliwych dla zdrowia.

Przechowywanie surowców i produktów żywnościowych oraz ich przetwarzanie i przygotowywanie potraw w niewłaściwych warunkach może niekiedy prowadzić do częściowej lub całkowitej utraty biologicznej wartości pokarmów albo tworzenia się niekorzystnych żywieniowo, a nawet toksycznych substancji. To może skutkować niedoborami cennych składników niezbędnych w żywieniu albo w pewnych przypadkach powodować długotrwałe schorzenia lub prowadzić do śmierci konsumentów. Pożądane efekty obróbki mogą natomiast być znacznie ważniejsze niż niekiedy niewielkie lub incydentalne, niekorzystne zmiany. Obejmują one usunięcie z surowców albo unieszkodliwienie zanieczyszczeń i substancji szkodliwych, zwiększenie strawności niektórych składników, wytworzenie atrakcyjnych cech sensorycznych oraz przedłużenie okresu przydatności produktów do spożycia.

Dobierając pokarmy, człowiek kieruje się w codziennym życiu doświadczeniem i nabytą wiedzą. Jednocześnie polega on na ogół na przeświadczeniu, że produkty żywnościowe prawidłowo wytworzone przemysłowo, a także potrawy przygotowywane w gastronomii i domowej kuchni, zapewniają, przy ich racjonalnym użyciu, bezpieczeństwo zdrowotne. Takie przeświadczenie jest uzasadnione tylko wtedy, gdy wszyscy zatrudnieni przy wytwarzaniu, dystrybucji i kontroli żywności są uczciwi.

Zadaniem nauki jest coraz lepsze poznawanie zagrożeń wynikających z obecności w żywności substancji szkodliwych dla zdrowia. Natomiast obowiązkiem przedsiębiorstw gospodarki żywnościowej jest prowadzenie procesów produkcyjnych w sposób zgodny z międzynarodowymi normami, minimalizujący ubytki cennych żywieniowo składników i eliminujący zagrożenia. Niezbędne jest także rzetelne informowanie nabywców o składzie i jakości produktów żywnościowych.

1.2
Rodzaje i pochodzenie szkodliwych substancji

Niekorzystne dla zdrowia człowieka mogą być w żywności naturalne toksyny, tzn. związki wytwarzane przez żywe organizmy, często w odpowiedzi na zagrożenia wywoływane przez czynniki środowiska lub atak owadów albo drobnoustrojów. Mogą to być także szkodliwe substancje pochodzące z otoczenia lub wynikające z warunków przechowywania i przetwarzania żywności. Są to:

- niektóre białka i lipidy, np. alergeny, lektyny, inhibitory trypsyny, priony, izomery kwasów tłuszczowych o konfiguracji _trans_,
- toksyny występujące naturalnie, np. obecne w wielu roślinach cyjanogenne glikozydy, jak amygdalina i linamaryna, śmiertelnie niebezpieczna tetrodotoksyna w rybach rozdymkowatych albo toksyny trujących grzybów kapeluszowych,
- niektóre metabolity wytwarzane w surowcach pod wpływem bodźców pochodzących ze środowiska lub warunków panujących w czasie zbioru albo przechowywania, np. solanina w pozieleniałych warstwach bulw ziemniaków,
- substancje mineralne obecne w otoczeniu, z którego pochodzą surowce roślinne i zwierzęce, lub w paszach stosowanych w żywieniu zwierząt, np. metale ciężkie w glebie oraz zanieczyszczonych akwenach śródlądowych i morskich,
- środki ochrony roślin nieprawidłowo aplikowane, pozostałości nawozów mineralnych, przemysłowe zanieczyszczenia środowiska, np. metale ciężkie występujące w różnych związkach, dioksyny,
- substancje wykorzystywane w hodowli i chowie zwierząt, stosowane niezgodnie z obowiązującymi przepisami, np. antybiotyki, pozostałości leków weterynaryjnych i środków dezynfekujących,
- pozostałości środków stosowanych w procesach technologicznych, np. katalizatorów, rozpuszczalników organicznych; wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne z dymu wędzarniczego,
- dodatki do żywności niedopuszczone do użytku lub wykorzystywane niezgodnie z obowiązującymi przepisami, tzn. w nadmiernych stężeniach lub w produktach, w których nie powinny być stosowane, np. azotany, niektóre barwniki syntetyczne, antybiotyki,
- produkty biochemicznych i chemicznych reakcji zachodzących w czasie przechowywania i przetwarzania surowców, np. biogenne aminy, heterocykliczne aminy aromatyczne, N-nitrozoaminy, niektóre związki wytwarzane wskutek utlenienia lub izomeryzacji kwasów tłuszczowych,
- toksyny powstające wskutek działania drobnoustrojów i glonów, np. toksyna botulinowa, enterotoksyny gronkowcowe, mikotoksyny, toksyny mięczaków,
- szkodliwe substancje przechodzące do żywności z opakowań, np. metale ciężkie, monomery i dodatki organiczne stosowane przy wytwarzaniu syntetycznych materiałów opakowaniowych,
- pasożyty, przede wszystkim bytujące w organizmach zwierzęcych, np. włosień kręty _Trichina spiralis_, tasiemce.

Niebezpieczeństwo występowania w żywności substancji groźnych dla ludzkiego zdrowia wzrosło obecnie wskutek globalizacji i wynikającego z niej rozwoju międzynarodowej wymiany surowców i produktów żywnościowych. To zagrożenie, w dużej mierze spowodowane działalnością człowieka, można ograniczyć lub wyeliminować, postępując w gospodarce żywnościowej i w domu zgodnie z obowiązującymi zasadami. Obecny stan wiedzy, współczesna organizacja produkcji i dystrybucji żywności, dostępne metody badania środowiska i surowców oraz systemy nadzoru umożliwiają dostarczanie konsumentom artykułów niepowodujących zagrożeń zdrowotnych. Organa badania żywności i producenci, wykorzystując najnowsze metody i urządzenia analityczne, są w stanie wykryć i oznaczyć w surowcach i produktach żywnościowych substancje szkodliwe dla zdrowia nawet w stężeniach rzędu pg/g i określić ich specjację. Dzięki systemom „śledzenia” produktu na każdym etapie jego wytwarzania można stwierdzić, w którym momencie nastąpiło skażenie. Pozwala to znaleźć przyczynę zanieczyszczenia i możliwie szybko ją wykluczyć.

W dobie globalizacji bardzo duże znaczenie dla analizy ryzyka w całym obszarze gospodarki żywnościowej mają nowoczesne technologie cyfrowe umożliwiające zbieranie i przechowywanie informacji o przepływach surowców i produktów żywnościowych w skali globu. Dzięki nim można efektywniej identyfikować pochodzenie i określać jakość towarów, eliminować przypadki zafałszowań oraz przestępczego wykorzystywania certyfikatów jakości żywności.

Stosując znane od wieków, jak również wynikające z postępu wiedzy operacje i procesy jednostkowe, można całkowicie wyeliminować istniejące zagrożenia lub zmniejszyć stężenie szkodliwych środków do akceptowalnego, bezpiecznego poziomu. Oto kilka przykładów. Rozwój patogennej mikroflory, przyczyny zatruć i zakażeń pokarmowych można powstrzymać, przechowując surowce i produkty w temperaturze bliskiej 0°C lub w stanie zamrożonym. Bakterie wytwarzające toksynę botulinową można zniszczyć przez sterylizację cieplną w warunkach czasu i temperatury wyznaczonych dla danego produktu w danym opakowaniu. Bezpieczeństwo zdrowotne mięsa zapewnia się, poddając każde zwierzę badaniu weterynaryjnemu na linii ubojowej, usuwając sztuki chore lub zarażone _Trichinella spiralis_ oraz wycinając z tusz bydlęcych elementy zawierające priony. Nicienie eliminuje się z filetów dorsza, usuwając płaty brzuszne i poszczególne pasożyty wykrywane w trakcie prześwietlania każdego fileta. Inhibitory enzymów proteolitycznych inaktywuje się cieplnie, np. długo gotując nasiona fasoli lub przez fermentację, jak nasion soi przy wytwarzaniu sosu sojowego. Ziarna zbóż chroni się przed nagromadzaniem się mikotoksyn, przechowując je przy małej wilgotności powietrza. Zanieczyszczeniu wędzonych produktów rakotwórczymi węglowodorami przeciwdziała się, wytwarzając dym wędzarniczy w stosunkowo niskiej temperaturze i stosując nowoczesne wędzarnie umożliwiające regulację warunków wędzenia. Powstawaniu akryloamidu przy wytwarzaniu frytek zapobiega się, przechowując ziemniaki w warunkach niesprzyjających hydrolizie skrobi.

1.3
Istotność zagrożeń

Stopień zagrożenia zdrowia człowieka szkodliwymi substancjami w żywności zależy od:

- ich toksyczności lub innych niekorzystnych efektów wywoływanych w organizmie ludzkim,
- oporności na działanie czynników występujących w warunkach przechowywania i obróbki surowców, np. ługowania, fermentacji, zamrożenia, ogrzewania, zmiany odczynu środowiska, działania środków enzymatycznych lub chemicznych,
- wielkości wchłoniętej dawki substancji,
- częstości spożywania danego produktu,
- osobniczej wrażliwości na dany związek chemiczny.

Bardzo duże znaczenie ma także wiedza konsumenta dotycząca jakości artykułów żywnościowych oraz wpływu warunków ich przechowywania w domu, jego gotowość do przestrzegania zaleceń żywieniowych i ostrzeżeń organów nadzoru nad jakością żywności, a także wyborów odnośnie do składu diety.

Zagrożenia obejmują pojedyncze przypadki zachorowań lub masowe zatrucia. Pojedyncze przypadki to na ogół dolegliwości żołądkowo-jelitowe, często występujące u osób odwiedzających kraje o stosunkowo niskim standardzie higieny. Gwałtowne objawy pojawiają się wskutek działania alergenów albo zatruć ryzykantów sięgających po potrawy, o których wiadomo, że mogą zawierać toksyny, np. niektóre grzyby kapeluszowe, ostrygi pozyskiwane z akwenów objętych czasowym zakazem eksploatacji i niewłaściwie przyrządzone potrawy z ryb najeżkokształtnych. Dziczyzna i wieprzowina zarażone _Trichinella spiralis_ lub silnie zapasożycone ryby spożywane na surowo powodują liczne objawy gastryczne i uszkodzenia narządów człowieka. Masowe zatrucia, obejmujące kilkadziesiąt lub kilkaset osób, zdarzają się, gdy na rynek trafiają wyroby wytworzone w warunkach niespełniających obowiązujących wymagań dobrej praktyki produkcyjnej, np. nieprawidłowo wysterylizowane konserwy. W takich przypadkach producent jest zgodnie z prawem zmuszony do wycofania ze sprzedaży całych partii towaru.

1.4
Zapewnianie bezpieczeństwa zdrowotnego żywności

Obowiązek zapewnienia bezpieczeństwa zdrowotnego spoczywa na wszystkich pracownikach gospodarki żywnościowej, organach nadzoru nad jakością żywności i na osobach pracujących w gastronomii oraz prowadzących gospodarstwo domowe. Bardzo istotną rolę odgrywają odpowiednie krajowe i międzynarodowe regulacje prawne, zobowiązujące producentów i przetwórców żywności oraz przedsiębiorstwa handlowe do przestrzegania zasad dotyczących wytwarzania i kontroli jakości surowców, a także warunków zapobiegających zanieczyszczeniu produktów i zagrożeniom biologicznym. Szczegółowe informacje o obowiązujących przepisach znajdzie Czytelnik w rozdziale 15 tej książki. Niezależnie od tego, w jakim stopniu przepisy te oparte są na aktualnym stanie wiedzy, kluczowe znaczenie ma ich bezwzględne stosowanie przez wszystkie osoby mające wpływ na jakość żywności, a także postępowanie zgodnie z etyką zawodową. Nawet najracjonalniejsze regulacje prawne nie zapewnią bezpieczeństwa zdrowotnego, jeśli nie będą przez wszystkich skrupulatnie przestrzegane. Bywa, że pojawiają się przestępcze grupy producentów i kontrolerów jakości, dopuszczające do spożycia artykuły szkodliwe dla zdrowia, a konsumenci z powodu braku wiedzy lub niedostatecznej informacji o danym surowcu i artykule żywnościowym dokonują niewłaściwych wyborów produktów albo przygotowują i przechowują potrawy w nieodpowiednich warunkach.

Podstawowe zasady, które należy stosować, aby zmniejszyć zagrożenia zdrowotne wywoływane szkodliwymi substancjami w żywności, to:

- przestrzeganie obowiązujących regulacji dotyczących stosowania środków chemicznych w rolnictwie, sadownictwie, ogrodnictwie i rybactwie,
- nabywanie żywności tylko ze źródeł podlegających urzędowej kontroli,
- przestrzeganie przepisów regulujących okresy i rejony eksploatacji łowisk,
- niezbieranie grzybów leśnych uznawanych za trujące lub niejadalne,
- niewykorzystywanie surowców i produktów wykazujących cechy zepsucia, przeterminowanych, zapasożyconych lub silnie zanieczyszczonych mikrobiologicznie,
- stosowanie w całej gospodarce żywnościowej procedur zgodnych z obowiązującymi regulacjami prawnymi dotyczącymi jakości surowców, parametrów procesów technologicznych, warunków higieny produkcyjnej, informowania o właściwościach produktów oraz systemów kontroli jakości wyrobów,
- szkolenie całego personelu zakładów przetwórczych w zakresie higieny produkcji i zasad etyki zawodowej,
- przestrzeganie w gospodarstwie domowym racjonalnych warunków przechowywania żywności oraz przygotowywania potraw.

1.5
Informowanie społeczeństwa o realnych zagrożeniach

Upowszechnianie wiedzy o żywności zmniejsza zagrożenia zdrowotne powodowane szkodliwymi substancjami pobieranymi przez konsumenta w pokarmie. Jednocześnie eliminuje ono obawy klientów przed kupowaniem niektórych całkowicie bezpiecznych produktów. Przykładem potrzeby doinformowania społeczeństwa jest nieznajomość zasad stosowania dodatków do żywności. Zgodnie z obowiązującymi regulacjami prawnymi substancje dodatkowe dopuszczone w Europie do stosowania w żywności, w określonych warunkach, są oznakowane literą E z odpowiednim numerem na liście dodatków zbadanych i zaaprobowanych przez międzynarodowy komitet naukowy ds. bezpieczeństwa żywności. To znaczy, że substancje tak oznakowane, stosowane w warunkach zgodnych z międzynarodowymi wymaganiami, są według aktualnego stanu wiedzy bezpieczne dla konsumentów. Symbolem E oznaczone są m.in. takie powszechnie dodawane do żywności związki, jak kwas octowy (E260), kwas mlekowy (E270), kwas cytrynowy (E330), lecytyna (E322) i witamina C (E300). Nie ma zatem uzasadnienia rozpowszechniony pogląd, że produkty zawierające liczne dodatki oznakowane symbolem E są niezdrowe dla konsumentów. Wśród tych dodatków można jednakże znaleźć substancje, wobec których powstały przez lata liczne zastrzeżenia, np. kwas benzoesowy czy aspartam.

Obowiązek rzetelnej i wyczerpującej informacji o składzie produktu żywnościowego oferowanego do sprzedaży spoczywa na producencie. Brak informacji o zawartości w danym produkcie składników powodujących u wrażliwych osób objawy chorobowe lub nawet niebezpieczeństwo utraty życia, np. białek glutenowych albo silnych alergenów, jest groźny dla konsumentów. Istotne informacje o produkcie umieszczone na opakowaniu w sposób trudny do znalezienia i odczytania w sklepie przez przeciętnego klienta niecałkowicie spełniają swe zadania. W trosce o zapewnienie pełnego poinformowania konsumenta o składzie i właściwościach żywności wprowadzanej na rynek Parlament Europejski i Rada wydali dyrektywę zawierającą szczegółowe przepisy dotyczące treści i formy informacji, które producent obowiązkowo musi zamieścić na opakowaniu produktu żywnościowego lub w załączonym opisie. Obecnie są już dostępne aplikacje na urządzenia mobilne umożliwiające kupującemu sprawdzenie, czy i jakie niepożądane składniki występują w artykule żywnościowym wystawionym na sprzedaż.

1.6
Podsumowanie

Surowce i produkty żywnościowe mogą zawierać bardzo liczne substancje działające na ludzki organizm szkodliwie lub toksycznie. Znając występowanie i właściwości tych substancji, można je usunąć albo w dużym stopniu inaktywować. Produkty oferowane w krajach, w których obowiązują międzynarodowe standardy przy ich wytwarzaniu i przechowywaniu, oraz gdzie istnieje niezawodny system kontroli przestrzegania tych standardów, nie stwarzają w zasadzie zagrożeń zdrowotnych dla konsumentów. Zagrożenia pojawiają się, gdy nie stosuje się ściśle obowiązujących w gospodarce żywnościowej zasad dobrej praktyki produkcyjnej lub ma miejsce przestępcza działalność nastawiona na uzyskanie nielegalnego zysku, a konsument, z braku wiedzy albo informacji, obchodzi się z żywnością w sposób potęgujący niebezpieczeństwo zachorowań.

Dużą rolę w zapobieganiu szkodliwemu działaniu niektórych składników i zanieczyszczeń produktów żywnościowych odgrywa znajomość chemii i mikrobiologii żywności. Książki wskazane w bibliografii stanowią wyczerpujące i aktualne źródło informacji o właściwościach składników żywności nie tylko dla pracowników gospodarki żywnościowej, lecz także dla ogółu społeczeństwa.

Bibliografia

_Chemia żywności_, red. Z.E. Sikorski i H. Staroszczyk, t. 1 i 2, WN PWN, Warszawa 2017.

_Fennema’s Food Chemistry_, red. S. Damodaran i K.L. Parkin, CRC Press, Boca Raton 2017.

_Lehrbuch der Lebensmittelchemie_, red. H.-D. Belitz, W. Grosch i P. Schieberle, Springer, Berlin 2016.+--------------------------------------+--------------------------------------+
| 2 | |
| | |
| | SZKODLIWE SUBSTANCJE W ŻYWNOŚCI. POC |
| | HODZENIE, DZIAŁANIE, ZAGROŻENIA ZDRO |
| | WOTNE |
| | |
| | |
| | _Agata Witczak, Artur Ciemniak,_ |
| | |
| | _Zachodniopomorski Uniwersytet |
| | Technologiczny w Szczecinie_ |
+--------------------------------------+--------------------------------------+

2.1
Wprowadzenie

Skażenie środowiska naturalnego, a w konsekwencji artykułów rolno-spożywczych, spowodowało, że w ocenie żywności brane są pod uwagę nie tylko walory sensoryczne, estetyczne czy higieniczne, lecz także obecność substancji obcych, które mogą zagrażać zdrowiu człowieka.

Według ustawodawstwa żywnościowego za zanieczyszczenie uznaje się każdą substancję, która nie jest celowo dodawana do żywności, a jest w niej obecna w następstwie szeroko rozumianego procesu produkcji, w tym zanieczyszczenia środowiskowego surowca. Do najbardziej szkodliwych związków zalicza się metale ciężkie, azotany(V) i azotany(III), pestycydy, dioksyny (PCDD), dibenzofurany (PCDF), wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), polichlorowane bifenyle (PCB) i ftalany. W ostatnich latach zwraca się uwagę na powszechne występowanie w wielu surowcach spożywczych, szczególnie pochodzenia zwierzęcego, substancji opóźniających palenie, tzw. retardantów (np. polibromowanych dibenzoeterów PBDE, kwasu perfluorooktanosulfonowego i jego soli PFOS, heksachlorobutadienu HCBD, heksabromocyklododekanu HBCDD). Związki te były powszechnie stosowane w komputerach oraz akcesoriach komputerowych, sprzętach gospodarstwa domowego, meblach tapicerowanych, dywanach, piankach poliuretanowych, tworzywach sztucznych, farbach czy lakierach. Wiele związków uniepalniających zostało włączonych do tzw. Trwałych Zanieczyszczeń Organicznych (TZO), do których w 2001 roku, na mocy Konwencji Sztokholmskiej, początkowo zaliczono 12 grup związków (obecnie jest ich 31). Wspólną cechą tych substancji jest m.in. powodowanie podobnych problemów zdrowotnych. Są one często zaliczane do grupy tzw. _endocrine disruptors_ (EDs), zaburzających równowagę hormonalną organizmów żywych. Ponadto wiele z nich wykazuje właściwości rakotwórcze i/lub mutagenne, dlatego długotrwałe narażenie na działanie tych związków negatywnie oddziałuje na organizm człowieka oraz może być przyczyną wzrostu ryzyka wystąpienia nowotworów.

Współcześnie ryzyko związane z TZO wynika głównie z zanieczyszczenia surowców żywnościowych, zarówno pochodzenia roślinnego, jak i zwierzęcego, szczególnie ryb, przetworów rybnych, mięsa czy produktów mlecznych.

Obecność związków niebezpiecznych w żywności jest wynikiem ich niekontrolowanego uwalniania do środowiska, rozwoju przemysłu, chemizacji rolnictwa, warunków produkcji i przetwórstwa żywności, a także magazynowania surowców i środków spożywczych.

W surowcach spożywczych mogą się również znajdować różnego rodzaju naturalne substancje, które spożyte w nadmiarze lub bez poddania odpowiedniej obróbce technologicznej działają szkodliwie na organizm konsumenta. W niniejszym rozdziale zwrócono uwagę jedynie na niektóre z wymienionych szkodliwych substancji.

2.2
Substancje naturalne pochodzenia biologicznego

2.2.1. Wprowadzenie

Naturalne toksyny są związkami wytwarzanymi przez żywe organizmy. Nie są szkodliwe dla organizmów, które je wytwarzają, ale mogą być toksyczne dla ludzi lub zwierząt. Są obecne w wielu powszechnie spożywanych roślinach, zwykle jako tzw. metabolity wtórne wytwarzane przez rośliny (fitotoksyny), stanowiące często naturalny mechanizm obronny przed różnymi zagrożeniami, takimi jak drapieżniki, owady, mikroorganizmy, lub jako reakcja rośliny po porażeniu mikroorganizmami, np. pleśnią, albo jako odpowiedź na stres klimatyczny (suszę, wilgotność). Mają one różną strukturę i różnią się funkcją biologiczną oraz toksycznością; mogą chronić roślinę na rozmaite sposoby, np. przez nadawanie goryczy lub innej nieatrakcyjnej dla zwierząt cechy, co powoduje unikanie jej zgryzania. Do innych funkcji należy także ochrona przed niekorzystnymi czynnikami, takimi jak promieniowanie UV lub zbyt niska temperatura. Związki te pełnią też funkcje atraktantów, zwabiających zapylające je owady lub zwierzęta roznoszące nasiona. Często substancje te są specyficzne dla gatunku i nadają roślinie szczególne cechy, np. kolor i smak.

W uproszczeniu toksyny roślinne można podzielić na dwie grupy: związki zawierające azot (alkaloidy, glikozydy, białka, polipeptydy, aminy i aminokwasy niebiałkowe) i związki wolne od azotu (niektóre kwasy organiczne, alkohole, poliacetyleny, toksyny żywiczne, związki fenolowe i toksyny mineralne).

W zależności od gatunku, ilości spożywanej rośliny, rodzaju i poziomu toksyn oraz podatności osobnika naturalne toksyny mogą wywoływać różne objawy: od łagodnych reakcji żołądkowo-jelitowych, po ciężkie przypadki zatruć ostrych z uszkodzeniem narządów wewnętrznych i objawami ze strony ośrodkowego układu nerwowego. Ponadto poziom toksyn obecnych w roślinie może się znacznie różnić w zależności od gatunku, warunków wzrostu i czynników geograficznych.

Przyczyny zatruć powodowanych naturalnymi toksynami roślinnymi to:

- wykorzystanie roślin toksycznych nieprzeznaczonych do spożycia przez ludzi,
- omyłkowe lub celowe spożycie roślin lub grzybów zawierających niebezpieczne dla zdrowia lub życia ludzi silne toksyny,
- nieprawidłowe gotowanie lub przetwarzanie roślin jadalnych – do zatruć dochodzi, gdy zaniechano odpowiedniej obróbki, prowadzącej do usunięcia lub rozłożenia toksyny, np. glikozydów cyjanogennych,
- spożycie roślin jadalnych, które w szczególnych warunkach mogą zawierać toksyny nieusuwane przez przetwarzanie, takich jak zazieleniałe lub skiełkowane ziemniaki; zawarta w nich solanina jest stabilna termicznie i nie ulega rozkładowi w temperaturach stosowanych podczas gotowania.

2.2.2. Alkaloidy

2.2.2.1. Wprowadzenie

Alkaloidy to najbardziej rozpowszechniona grupa toksyn występujących w roślinach. Znajdują się głównie w roślinach dwuliściennych, rzadziej w jednoliściennych i iglastych. Wytwarzane są przez rośliny makowate (_Papaveraceae_), bobowate (_Fabaceae_), jaskrowate (_Ranunculaceae_); bardzo rozpowszechnione są w rodzinie psiankowatych. Substancje te są wytwarzane przez niektóre rośliny nagozalążkowe (np. _Taxus),_ paprotniki (np. _Lycopodium_), skrzypy (_Equisetum_) i grzyby (np. _Claviceps purpurea_). Wśród zwierząt alkaloidy występują rzadko, głównie u płazów (np. samandryna u _Salamandra maculosa_, bufoteina u _Bufo bufo,_ batrachotoksyna u _Phyllobates aurotenia_)_._

Obecność atomu azotu w cząsteczce alkaloidu powoduje, że większość tego typu substancji ma charakter zasadowy. Odczyn obojętny wykazują nieliczne, np. kolchicyna i kapsaicyna, które nie mają azotu w pierścieniu heterocyklicznym.

Najbardziej znane alkaloidy to:

- alkaloidy tropanowe – np. atropina w pokrzyku wilczej jagodzie, skopolamina w bieluniu dziędzierzawie lub lulku czarnym
- alkaloidy pirydynowe – np. nikotyna w tytoniu,
- alkaloidy chinolizydynowe – np. lupanina, lupinina, sparteina w łubinie,
- alkaloidy izochinolinowe – np. morfina, kodeina, papaweryna, narkotyna w maku,
- alkaloidy steroidowe – np. solanina w ziemniakach,
- alkaloidy purynowe – np. kofeina, teofilina w kawie i herbacie, teobromina w owocach kakaowca.

Alkaloidy nadają roślinom charakterystyczny piekący, ostry lub gorzki smak. Znajdują się bardzo często w roślinach stosowanych jako przyprawy, np. chawicyna i piperyna w pieprzu, kapsaicyna w papryce, damasceina w czarnuszce. Związki te mogą być rozmieszczone w całej roślinie lub tylko w określonych organach (np. chinina w korze chinowca). Najwięcej gromadzi się w tkankach o intensywnym metabolizmie. Każdy gatunek rośliny lub jej odmiana charakteryzuje się swoistym profilem alkaloidów.

Alkaloidy mają wysoką i zróżnicowaną aktywność biologiczną, od stymulującego, poprzez narkotyczne, do toksycznego. Część z nich z powodzeniem wykorzystywana jest w lecznictwie. Mogą wykazywać działanie: znieczulające i przeciwbólowe (kokaina, morfina), pobudzające (kofeina), przeciwkaszlowe (kodeina), rozszerzające źrenice (atropina), obniżające ciśnienie (rezerpina), moczopędne (teobromina). Wiele alkaloidów ma silne działanie toksyczne. Przyjmowane w małych dawkach wykazują one działanie lecznicze, natomiast w większych są silnymi truciznami. Niektóre alkaloidy wpływają na układ nerwowy (gramina, cytyzyna), inne zaburzają rozwój płodu (anagiryna), jeszcze inne, np. alkaloidy pirolizydynowe, niszczą wątrobę.

2.2.2.2. Alkaloidy pirolizydynowe

Alkaloidy pirolizydynowe (z ang. _Pyrrolizidine alkaloids_, PAs) są wytwarzane przez rośliny około 6000 gatunków, przede wszystkim z rodzin: astrowatych (np. starzec i lepiężnik), szorstkolistnych (np. żywokost, heliotrop) i motylkowatych (rodzaj crotalaria). Wiele z nich to pospolite chwasty, np. starzec zwyczajny (_Senecio vulgaris_), które mogą zanieczyszczać uprawy. Inne są roślinami ozdobnymi (heliotrop). PAs występują we wszystkich częściach roślin, zwłaszcza w kwiatach, nasionach i owocach. Stężenia wahają się od ilości śladowych do kilkunastu procent (Kowalczyk i in. 2015). PAs są stabilne podczas przetwarzania, zostały wykryte w herbatach ziołowych, miodzie, ziołach i przyprawach, a także w produktach zbożowych czy naparach stosowanych w ziołolecznictwie, m.in. żywokoście lekarskim (_Symphytum officinale_ L.) i podbiale pospolitym (_Tussilago farfara_ L.).

Alkaloidy pirolizydynowe nie są zaliczane do silnych trucizn, jednak ze względu na powszechność występowania ryzyko zatrucia jest stosunkowo wysokie. Niektóre mają zdolność uszkadzania DNA, co potencjalnie może prowadzić do powstania nowotworu oraz wywoływać ostre zatrucia. Alkaloidy pirolizydynowe, np. senecionina, senecifilina, senkirkina, retrorsyna, występujące w roślinach z rodzaju _Senecio,_ powodują uszkodzenia wątroby. Przewlekłe narażenia na PAs prowadzi do marskości wątroby. Wpływają one też niekorzystnie na układ nerwowy i oddechowy (EFSA 2011).

Zwierzęta zwykle unikają spożywania roślin zawierających PAs, jednak przy braku wartościowej karmy spożywają także trujące chwasty. W rezultacie PAs mogą przenikać także do mleka, jaj lub mięsa zwierząt, jednak narażenie ludzi oceniane jest jako niskie.

2.2.2.3. Alkaloidy pirydynowe i piperydynowe

Do najważniejszych alkaloidów tej grupy należą: nikotyna, anabazyna, koniina, piperyna. Rośliny zawierające te związki były dobrze znane już w starożytności. Wyciąg ze szczwołu plamistego (_Conium maculatum_ L.), zawierający m.in. koniinę, posłużył do wykonania wyroku śmierci na Sokratesie. W starożytności szczwół plamisty znany był pod nazwą _cicuta_. Koniina łatwo przenika przez błony śluzowe, a nawet przez nieuszkodzoną skórę. Objawy zatrucia to pieczenie w ustach i gardle, poczucie zimna wraz z silnym pobudzeniem psychicznym i ruchowym. Następnie porażone zostają ośrodki ruchowe w rdzeniu kręgowym, co prowadzi do paraliżu i utraty czucia. Śmierć następuje w wyniku paraliżu oddechowego.

Nikotyna produkowana jest przez rośliny z rodzaju tytoń (_Nicotiana_). Jest to najbardziej znany alkaloid występujący u roślin z rodziny psiankowatych. Znajduje się w liściach tytoniu szlachetnego (do 2% s.m.) (_Nicotiana tabacum_) i tytoniu bakun (machorki) (do 9% s.m). Jest ona stosowana głównie jako używka. Ulega utlenieniu do kwasu nikotynowego (witamina PP). Bogatym źródłem witaminy PP są pokarmy roślinne, mięso wołowe i baranie, otręby ryżowe, drożdże, a także ryby i mleko.

Piperyna jest w owocach pieprzu (_Piper nigrum_) w stężeniu 7–9%. Jest ona pochodną kwasu piperynowego C₁₂H₁₀O₄ i piperydyny. Piperyna nie jest toksyczna, jednak w nadmiarze działa drażniąco na błony śluzowe. Odpowiada za piekący i ostry smak oraz za większość właściwości prozdrowotnych pieprzu, m.in. pobudzając zakończenia czuciowe w przewodzie pokarmowym, zwiększa ilość wydzielanego soku żołądkowego i ułatwia trawienie. Piperyna zwiększa wchłanianie selenu, witaminy B i β-karotenu oraz absorpcję koenzymu Q10 (Badmaev i in. 2000). Obecnie prowadzone są badania związane z wykorzystaniem piperyny w leczeniu niektórych nowotworów oraz z jej wpływem na prawidłowe funkcjonowanie układu nerwowego, m.in. na zdolności poznawcze. Skutki przedawkowania to przede wszystkim dolegliwości ze strony przewodu pokarmowego.

2.2.2.4. Alkaloidy chinolizydynowe

Alkaloidy chinolizydynowe występują głównie w roślinach strączkowych (_Fabaceae_). W łubinach _(Lupinus latifolius_) zidentyfikowano ponad 150 tych związków, stąd są one zwane często „alkaloidami łubinowymi”, a ze względu na smak „gorzkimi alkaloidami” (Machowina i Święcicki 2010). Głównymi alkaloidami chinolizydynowymi w nasionach łubinu są: lupanina, sparteina, angustifolina. Jednym z najbardziej toksycznych alkaloidów występujących w łubinie jest anagiryna, silna trucizna, wykazująca również efekt mutagenny i teratogenny. Spożywana przez zwierzęta anagiryna przenika do mleka, a następnie do organizmu człowieka.

2.2.2.5. Alkaloidy tropanowe

Alkaloidy tropanowe występują przede wszystkim w roślinach psiankowatych (_Solanaceae_), szeroko rozpowszechnionych na całym świecie i intensywnie wykorzystywanych jako źródło pokarmu, przyprawy, lekarstwa, używki, a także trucizny. Niektóre gatunki roślin psiankowatych uprawiane są na dużą skalę, z przeznaczeniem na pokarm lub surowce lecznicze. Dostarczają jadalnych owoców, środków odurzających, surowców leczniczych. Alkaloidy tropanowe dzieli się na dwie główne grupy: alkaloidy roślin psiankowatych (np. atropina, skopolamina, hioscyjamina) i pochodne ekoginy (kokaina).

Hioscyjamina występuje w pokrzyku wilczej jagodzie (_Atropa belladonna_), lulku czarnym (_Hyoscyamus niger_) i bieluniu dziędzierzawie (_Datura stramonium_). W postaci mieszaniny izomeru lewoskrętnego i prawoskrętnego (atropina) jest stosowana w okulistyce do rozszerzania źrenicy oka. Atropina stymuluje ośrodkowy układ nerwowy, nieznacznie podwyższa ciśnienie krwi i przyspiesza bicie serca. Porażając układ przywspółczulny, zmniejsza napięcie mięśni gładkich, hamuje wydzielanie śluzu, potu, soku żołądkowego, rozszerza źrenicę oka i oskrzeliki. Działanie przeciwwymiotne jest wykorzystywane w leczeniu choroby lokomocyjnej.

Nasiona lulka czarnego, zawierające głównie hioscyjaminę i skopolaminę, mogą zanieczyszczać kaszę jaglaną lub są mylone z nasionami maku. Korzeń lulka jest natomiast mylony z korzeniem pietruszki lub pasternaku. Hioscyjaminę i skopolaminę zawiera również inna powszechnie spotykana roślina – bieluń dziędzierzawa (_Datura stramonium),_ w której najwięcej alkaloidów zawierają liście. W owocach oprócz alkaloidów znajdują się aglutyniny uszkadzające czerwone krwinki. Bieluń dziędzierzawa jest także rośliną leczniczą wykorzystywaną w leczeniu astmy. Zgodnie z rozporządzeniem Komisji (UE) 2016/239 z dnia 19 lutego 2016 r. zawartość atropiny i skopolaminy w produktach zbożowych oraz żywności przeznaczonej dla niemowląt i małych dzieci nie może przekroczyć 1 μg/kg.

Kokaina hamuje przewodzenie bodźców w czuciowych włóknach nerwowych, pobudza ośrodkowy i współczulny układ nerwowy. Jest ona dobrze wchłaniana przez błony śluzowe; ulega rozkładowi w przewodzie pokarmowym. W lecznictwie kokaina stosowana jest rzadko, jako środek miejscowo znieczulający.

Rośliny zawierające alkaloidy tropanowe są niesmaczne dla zwierząt. Ze względu na wytwarzanie atrakcyjnych dużych kwiatów są często wykorzystywane jako rośliny ozdobne. Bieluń jest też rośliną miododajną. Objawy kliniczne u zwierząt i ludzi obejmują intensywne pragnienie, niepokój, rozszerzenie źrenic, przyspieszenie akcji serca, duszność, suchość błon śluzowych, nieprawidłowe zachowanie, a w ostrych zatruciach śmierć.

2.2.2.6. Alkaloidy chinolinowe

Chinina jest najbardziej znanym alkaloidem chinolinowym. Występuje w korze drzewa chinowego (_Chinae cortex_) i jest najstarszym lekiem wykorzystywanym w leczeniu malarii. Działa przeciwbólowo i przeciwgorączkowo. Gorzki smak powoduje ponadto zwiększenie wydzielania soku żołądkowego i śliny, co jest wykorzystywane w leczeniu zaburzeń trawienia. Ze względu na charakterystyczny smak chinina jest także składnikiem niektórych napojów (np. toników), ale przyjmowana w nadmiarze staje się toksyczna. Objawy niepożądane to: odczyny uczuleniowe (np. zmiany skórne), zmniejszenie krzepliwości krwi, uszkodzenie mięśnia sercowego i naczyń krwionośnych. Już niewielkie ilości chlorowodorku chininy mogą spowodować oczopląs i zaburzenia równowagi, z tego względu toniki nie mogą być podawane pilotom. Chinina nie może być też stosowana jako lek u kobiet w ciąży ze względu na ryzyko poronienia.

2.2.2.7. Alkaloidy izochinolinowe

Jest to najliczniejsza grupa alkaloidów, w której wyróżnia się ok. 2.5 tys. związków o bardzo zróżnicowanej strukturze. Do najlepiej poznanych alkaloidów izochinolinowych należą: morfina, kodeina, papaweryna, rozpowszechnione w roślinach z rodzin _Papaveraceae_. Alkaloidy pozyskiwane z maku znane są także jako opioidy. Około 20% masy opium stanowią alkaloidy, wśród których w największym stężeniu występuje morfina (10–15%), narkotyna (2–8%), kodeina (0,5–4%) oraz papaweryna (0,5–1%) (Kołodziejczyk 2004).

Morfina charakteryzuje się silnym działaniem przeciwbólowym, działając bezpośrednio na ośrodki bólu zlokalizowane w korze mózgowej, wpływa na czynności motoryczne, spowalnia perystaltykę jelit, działa spazmolitycznie na mięśnie gładkie oraz de­presyjnie na ośrodek oddechowy i kaszlowy w rdzeniu przedłużonym (Matławska 2008).

Nasiona maku nie zawierają alkaloidów. Do celów spożywczych można wykorzystywać wyłącznie odmiany tzw. maku niskomorfinowego, tj. takie, w których, zgodnie z ustawą z dnia 29 lipca 2005 r. o przeciwdziałaniu narkomanii (z ostatnimi zmianami Dz.U. z 2019 r. poz. 852, 1655), zawartość morfiny wynosi poniżej 0,06%.

Kodeina w porównaniu z morfiną wykazuje słabe działanie przeciwbólowe i uspokajające; wykorzystywana jest w leczeniu bólu, stanach gorączkowych oraz łagodzeniu objawów suchego kaszlu. Papaweryna zaś stosowana jest przy nadmiernej kurczliwości mięśni gładkich przewodu pokarmowego (kolce jelitowej, kolce żółciowej, skurczach dróg żółciowych) oraz dróg moczowych (kolce nerkowej).

2.2.2.8. Alkaloidy purynowe

Do tej grupy alkaloidów zalicza się kofeinę, teofilinę i teobrominę. Najbardziej znana jest kofeina, występująca w roślinach ponad 60 gatunków. Najczęściej wykorzystywane i najlepiej poznane są kawa (_Coffea arabica_, _Coffea canephora_), herbata (_Camelia sinensis_), kakao (_Theobroma cacao)_ i nasiona koli (_Cola vera_). Coraz częściej spożywa się także herbatę z ostrokrzewu paragwajskiego (_Ilex paraguariensis_), znaną jako Yerba Mate, oraz guaranę – nasiona pnącza paulinia guarana (_Paullinia cupana_). Guarana, chociaż zawiera więcej kofeiny (ok. 6%) niż kawa czy herbata, działa, podobnie jak Yerba Mate, łagodniej. Kofeina i pozostałe alkaloidy uwalniają się z niej wolniej, nie ma także niekorzystnych problemów żołądkowych, jak w przypadku kawy.

Kofeina bardzo łatwo (w ponad 90%) wchłania się z przewodu pokarmowego. Nie kumuluje się w organizmie i po 48 godzinach jest wydalana w około 50%. Najsilniejszy wpływ wywiera na ośrodkowy układ nerwowy i korę mózgową. Działa stymulująco na organizm, znosząc zmęczenie fizyczne i psychiczne, zwiększa wydzielanie soku żołądkowego, przyspieszając przemianę materii oraz ma działanie przeciwutleniające. Ponadto zwiększa aktywność centralnego układu nerwowego – ułatwia koncentrację, przyspiesza procesy myślowe.

Podobna pod względem struktury chemicznej do kofeiny teofilina wchodzi m.in. w skład leków stosowanych w leczeniu astmy. Działa rozszerzająco na oskrzela oraz zmniejsza obrzęk ich błony śluzowej. Spożywana w nadmiarze teofilina wywołuje skutki uboczne: silne pobudzenie psychiczne i ruchowe, podwyższenie ciśnienia tętniczego krwi, kołatanie serca, bezsenność, niepokój, utrudnioną koncentrację, wymioty, zaburzenia jelitowe i zwiększa ryzyko powstania niedokrwiennej choroby serca. Duże jednorazowe dawki kofeiny mogą powodować wzrost stężenia glukozy we krwi oraz zwiększenie insulinooporności. Długotrwałe spożywanie mniejszych dawek kofeiny zmniejsza ryzyko wystąpienia cukrzycy typu 2 (Dworzański i in. 2009), natomiast duże dawki kofeiny mogą działać teratogennie (Burdan i in. 2000). Zaobserwowano także, że kofeina przyspiesza wydalanie wapnia i magnezu z organizmu, co ma niekorzystny wpływ na układ kostny.

2.2.2.9. Alkaloidy fenyloalkiloaminy

Kapsaicyna jest alkaloidem występującym w owocach papryki _Capsicum_ (pieprzowcu). Jest to bezwonny, rozpuszczalny w tłuszczach związek, powszechnie wykorzystywany w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i kosmetycznym. Cechą charakterystyczną kapsaicyny jest szczególnie ostry, dobrze rozpoznawalny smak – efekt działania kapsaicyny na receptory bólu znajdujące się w jamie ustnej.

TABELA 2.1. Porównanie zawartości kapsaicyny w różnych odmianach papryki

+--------------------------------------+--------------------------------------+
| PAPRYKA (PRODUKT) | SHU |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Czysta kapsaicyna | 16 000 000 |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Spray pieprzowy „policyjny” | 5 300 000 |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Spray pieprzowy | 2 000 000 |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Trinidad Moruga Scorpion | 2 009 231 |
| (najostrzejsza papryka świata roku | |
| 2019) | |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Habanero | 300 000–577 000 |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Pieprz Cayenne | 8500–125 000 |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Piri-piri | 300 000 |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Jalapeno | 1500–10 000 |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Tabasco | 50 000 |
+--------------------------------------+--------------------------------------+
| Odmiany słodkiej papryki | 0 |
+--------------------------------------+--------------------------------------+

Źródło: https://chasingchilli.com.au/scoville-scale/

Poszczególne odmiany papryki bardzo różnią się zawartością kapsaicyny, a więc intensywnością smaku. W celu jednoznacznego określenia ostrości papryki w 1912 r. Wilbur Scoville wprowadził specjalną skalę ostrości (SHU, Scoville Heat Unit) (tabela 2.1).

W małych dawkach kapsaicyna jest wykorzystywana w łagodzeniu bólu związanego z neuropatią cukrzycową i przewlekłym bólem mięśniowo-szkieletowym, pomaga także w przypadku nietrzymania moczu u pacjentów z nadczynnością pęcherza, zmniejsza nudności i wymioty pooperacyjne. Może być stosowana w leczeniu świądu związanego z niewydolnością nerek i do ochrony żołądka przed niesteroidowym przeciwzapalnym zapaleniem błony śluzowej żołądka. W wysokich dawkach jest to substancja silnie drażniąca i toksyczna. Ekspozycja na zbyt dużą dawkę kapsaicyny może doprowadzić do śmierci w wyniku paraliżu oddechowego. Dawkę śmiertelną LD₅₀ kapsaicyny szacuje się na 56–512 mg/kg masy ciała przy podaniu dootrzewnowym.