Handbook of Food Toxicology (Food Science and Technology)

Handbook of Food Toxicology......Page 1
Dedication......Page 2
Preface......Page 3
Contents......Page 6
1.1 INTRODUCTION......Page 8
Contents......Page 0
1.2 HISTORY OF TOXICOLOGY......Page 9
1.3 SCOPE/DIVERSITY OF TOXICOLOGY......Page 10
Occupational/Industrial Toxicology......Page 11
Teratogenesis......Page 12
1.5 CLASSIFICATION OF TOXICANTS......Page 13
1.6 FOOD TOXICOLOGY AND THE SCOPE OF THE BOOK......Page 14
REFERENCES......Page 15
2.1 INTRODUCTION......Page 17
2.2 TYPES AND CIRCUMSTANCES OF EXPOSURE......Page 18
2.2.1 Exposure Assessment......Page 19
2.3 ROUTES OF TOXICANT EXPOSURE AND ABSORPTION......Page 20
2.3.1 Percutaneous Exposure......Page 21
2.3.3 Oral Route......Page 22
2.4 MECHANISMS OF TOXICANT ABSORPTION......Page 23
Degree of Ionization......Page 24
Donnan Distribution Effect......Page 26
Active Transport......Page 27
2.5.1 Effect of Blood Flow......Page 28
2.5.4 Chemical Factors Affecting Absorption......Page 29
2.6.1 Molecular Targets......Page 30
2.6.2 Subcellular Targets......Page 31
2.6.3 Cellular Targets......Page 32
2.7 BIOCHEMICAL EFFECTS RESULTING IN TOXIC INJURY......Page 33
Interference of the Uptake of Essential Compounds in the Cells or Tissues......Page 34
2.7.5 Interference with Genetic Material and Function......Page 35
2.8.3 Tissue Localization......Page 36
2.8.4 Volume of Distribution......Page 37
2.9 METABOLISM/BIOTRANSFORMATION OF TOXICANTS......Page 38
2.10.3 Intracellular Binding Proteins......Page 40
2.11.1 Renal/Urinary Excretion......Page 41
2.11.2 Hepatic/Biliary Excretion......Page 42
REFERENCES......Page 43
3.2 NEUROTOXICITY......Page 46
3.2.2 Functional Toxicity......Page 47
3.2.3 Neurotoxicants......Page 48
3.4.1 Types of Liver Injury......Page 49
3.5 NEPHROTOXICITY......Page 50
3.6 HEMATOTOXICITY......Page 51
3.7.1 Interference with Bone Metabolism......Page 52
3.9 IMMUNOTOXICITY......Page 53
3.10 HYPERSENSITIVITY AND ALLERGY......Page 54
REFERENCES......Page 56
4.1.1 Characteristics......Page 58
4.1.2 The Carcinogenic Process......Page 60
4.1.3 Types of Chemical Carcinogens......Page 63
4.1.4 Factors Affecting Carcinogenesis......Page 64
Age......Page 65
Chemical Modifiers......Page 66
4.1.5 Therapy......Page 67
Base-Pair Addition or Deletion......Page 69
4.2.2 Mechanisms of Mutagenicity......Page 70
Alkylating Agents......Page 71
4.2.4 Deoxyribonucleic Acid Repair in Mutagenesis......Page 72
4.3 TERATOGENESIS......Page 73
Cytotoxic Teratogens......Page 74
Transport and Access to Developing Embryo......Page 75
REFERENCES......Page 76
5.1 INTRODUCTION......Page 79
5.2 SITES OF BIOTRANSFORMATIONS......Page 82
5.3 BIOTRANSFORMATION ENZYME SYSTEMS......Page 83
Cytochrome P-450–Dependent Monooxygenase System......Page 84
Microsomal Flavin Adenine Dinucleotide (FAD)-Containing Monooxygenase......Page 85
5.3.2 Phase II Enzymes......Page 86
Sulfotransferases......Page 87
Glutathione S-Transferases......Page 88
5.4 INDUCTION OF BIOTRANSFORMATION ENZYMES......Page 89
5.6 BIOTRANSFORMATION REACTIONS......Page 90
Epoxidation......Page 91
Aromatic Hydroxylation......Page 92
Alicyclic Hydroxylation......Page 94
N-, S-, and O-Dealkylation......Page 95
N-Oxidation......Page 96
Desulfuration......Page 98
Amine Oxidation......Page 99
Reduction Reactions......Page 101
Nitro and Azo Reduction......Page 102
Hydrolysis......Page 103
5.6.2 Phase II Reactions......Page 106
Glucuronides......Page 108
Glucosides......Page 109
Sulfate (Ethereal) Conjugation......Page 110
Methylation (Alkylation)......Page 112
Phosphate Conjugation......Page 115
Glutathione Conjugation......Page 116
5.7 FACTORS AFFECTING XENOBIOTIC METABOLISM......Page 119
REFERENCES......Page 122
6.1 MEASUREMENT OF TOXICANTS......Page 123
6.1.1 Biological Techniques or Bioassays......Page 124
Chromatography......Page 126
Adsorption Chromatographic Techniques......Page 127
Gas Chromatography or Gas-Liquid Partition Chromatography......Page 128
Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy......Page 129
6.1.3 Binding Assays......Page 130
6.2 MEASUREMENT OF TOXICITY......Page 131
6.2.1 Toxicological Units......Page 133
6.2.2 Dose-Response Relationships......Page 135
6.2.3 Animal Toxicity Tests......Page 139
Subacute Toxicity Testing......Page 141
Subchronic Toxicity Testing......Page 142
In Vitro and Other Short-Term Tests......Page 143
6.3 RISK ASSESSMENT......Page 146
6.4.1 World Health Organization......Page 150
Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives......Page 151
International Program on Chemical Safety......Page 153
6.4.2 United States Food Safety System......Page 154
6.4.3 The European Union......Page 156
6.5.1 Hazard Analysis Critical Control Point (HACCP) Principles......Page 158
Principle 7......Page 159
6.6 TOTAL QUALITY MANAGEMENT AND LONGITUDINALLY INTEGRATED......Page 162
6.7 THE ROLE OF INDUSTRY AND ACADEMIA......Page 163
REFERENCES......Page 164
7.1 INTRODUCTION......Page 167
7.2 WATER......Page 169
Fructose Intolerance......Page 170
7.3.2 Diabetes Mellitus......Page 171
7.3.4 Raffinose-Family Oligosaccharides......Page 172
7.4.1 Amino Acid Toxicity......Page 173
7.4.3 Amino Acid Antagonism......Page 174
7.5 DIETARY FAT AND FATTY ACIDS......Page 175
7.5.2 Toxic Fatty Acids......Page 176
7.5.4 Increased Intake of Polyunsaturated Fatty Acid......Page 177
7.6.3 Calcium......Page 178
7.6.5 Magnesium......Page 179
7.6.6 Iron......Page 180
7.6.7 Copper......Page 181
7.6.9 Manganese......Page 183
7.6.10 Selenium......Page 184
7.6.11 Fluoride......Page 185
7.6.13 Iodine......Page 186
7.6.16 Silicon......Page 187
7.7 VITAMINS......Page 188
7.7.1 Vitamin A (Retinol)......Page 189
7.7.2 Vitamin D (Calciferol)......Page 191
7.7.3 Vitamin E (Tocopherol)......Page 193
7.7.5 Interactions of Vitamins A, D, E, and K......Page 196
7.7.7 Riboflavin (Vitamin B2)......Page 197
7.7.8 Niacin......Page 199
7.7.9 Pyridoxine (Vitamin B6)......Page 200
7.7.10 Folic Acid (Folacin)......Page 201
7.7.11 Pantothenic Acid......Page 202
7.7.12 Biotin......Page 203
7.7.15 Ascorbic Acid (Vitamin C)......Page 204
7.8 MISCELLANEOUS FACTORS......Page 206
REFERENCES......Page 213
8.1 INTRODUCTION......Page 222
8.2 GENERAL PRINCIPLES FOR USE......Page 223
8.3 SAFETY ASSESSMENT......Page 224
8.4 TYPES OF FOOD ADDITIVES......Page 225
8.5 FOOD COLORS......Page 228
8.5.1 History......Page 229
Colorants Subject to Certification......Page 231
8.5.3 Toxicological Characteristics of Colorants Subject to Certification......Page 233
FD&C Red No. 3......Page 234
FD&C Red No. 40......Page 237
FD&C Green No. 3......Page 238
FD&C Blue No. 1......Page 240
FD&C Yellow No. 5......Page 241
8.5.4 Toxicological Characteristics of Colorants Exempt from Certification......Page 242
Cochineal Extract (Carmine, Carminic Acid)......Page 243
8.5.5 Food Uses and Consumption Patterns......Page 244
8.5.6 Food Colorants and Hyperkinesis......Page 247
8.6.1 Cyclamates......Page 249
8.6.2 Saccharin......Page 251
8.6.3 Aspartame......Page 253
8.7.1 Free Radical Chemical Characteristics......Page 255
8.7.2 Butylated Hydroxyanisole......Page 256
8.7.3 Butylated Hydroxytoluene......Page 258
8.7.5 Tertiary Butyl Hydroquinone......Page 260
8.8.1 Phosphoric Acid and Phosphates......Page 261
8.8.4 Acetic Acid and Its Salts......Page 265
8.8.7 Fumaric Acid and Its Salts......Page 266
8.8.10 Adipic Acid......Page 267
8.8.11 Citric Acid and Its Salts......Page 268
8.9 FLAVORING AGENTS......Page 270
8.9.7 Monosodium Glutamate (MSG)......Page 272
8.10.1 Benzoic Acid and Its Salts......Page 273
8.10.3 Sorbates......Page 274
8.10.6 Dimethyl and Diethyl Pyrocarbonates......Page 275
REFERENCES......Page 276
9.2 POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS......Page 288
9.2.2 Occurrence......Page 289
9.2.3 Metabolism......Page 291
9.2.4 Toxicity......Page 292
9.3.3 Occurrence......Page 293
Mutagenicity......Page 294
Carcinogenicity......Page 296
9.4 PREMELANOIDINS FROM MAILLARD REACTION......Page 298
9.5 LYSINOALANINE......Page 301
9.6 OXIDIZED SULFUR-CONTAINING AMINO ACIDS......Page 302
9.7 RANCID FATS AND OILS......Page 303
9.8 THERMAL DECOMPOSITION OF FATS AND LIPIDS......Page 305
9.9 FOOD IRRADIATION......Page 306
9.9.2 Effects on Food Components......Page 307
Lipids......Page 308
9.9.3 Effect on Microorganisms......Page 309
9.9.5 Applications......Page 310
9.9.6 Toxicological Considerations......Page 312
9.10.2 N-Nitrosamines......Page 314
REFERENCES......Page 319
10.1 INTRODUCTION......Page 324
10.2 PROTEINASE (PROTEASE) INHIBITORS......Page 325
10.2.2 Kunitz Inhibitors......Page 326
10.3 AMYLASE INHIBITORS......Page 333
10.4 LIPASE INHIBITORS......Page 334
10.5 LECTINS (PHYTOHEMAGGLUTININS)......Page 335
10.6 PHYTATE......Page 337
10.7 TANNINS (POLYPHENOLS)......Page 340
10.8 CYANOGENIC GLYCOSIDES......Page 341
10.9 GLUCOSINOLATES......Page 345
10.10 FAVIC AGENTS (FAVISM)......Page 347
10.11 LATHYROGENS (LATHYRISM)......Page 348
10.12 TOXIC AMINO ACIDS......Page 350
10.13.2 Cyclopropene Fatty Acids......Page 351
10.14 SAPONINS......Page 352
10.15 POTATO GLYCOALKALOIDS......Page 354
10.16 OXALATES......Page 356
10.17.1 Gossypol......Page 357
10.17.2 Alkylated Catechols and Related Phenols......Page 358
10.17.3 Cycasin and Related Azoxyglycosides......Page 359
10.17.4 Safrole......Page 360
10.18 VASOACTIVE (PRESSOR) AMINES......Page 362
10.19 PSYCHOACTIVE SUBSTANCES......Page 364
10.20 METHYLXANTHINES......Page 365
10.21 PYRROLIZIDINE ALKALOIDS......Page 369
10.22 PHYTOESTROGENS......Page 371
10.23 ALLERGENS......Page 373
10.24 ANTIVITAMINS......Page 375
10.25.4 Menthol......Page 377
10.26 REMOVAL OF TOXICANTS AND ANTINUTRIENTS......Page 378
10.27 SUMMARY......Page 380
REFERENCES......Page 381
11.1 INTRODUCTION......Page 390
Historical Aspects......Page 393
Structural Diversity and Chemical Characteristics......Page 394
Physical and Chemical Properties......Page 396
Analytical Methods......Page 397
Biosynthesis......Page 398
Biotransformation......Page 400
Occurrence in Foods......Page 405
Acute Toxicity in Animals......Page 407
Mutagenicity......Page 409
Carcinogenicity......Page 410
Teratogenicity......Page 411
Control and Detoxification......Page 412
11.2.2 Sterigmatocystins......Page 414
11.2.3 Ochratoxins......Page 416
Physical and Chemical Properties......Page 417
Toxicological Characteristics......Page 418
11.2.5 Aspergillic Acid......Page 420
11.2.11 Gliotoxin......Page 421
Occurrence in Foods......Page 422
Metabolism......Page 423
11.3.3 Penicillic Acid......Page 424
11.3.6 Luteoskyrin and Islanditoxin......Page 427
11.3.10 Rubratoxins......Page 428
11.4.1 Zearalenone......Page 429
11.4.3 Trichothecenes......Page 431
Toxicological Characteristics......Page 437
Regulation......Page 439
11.5 MYCOTOXINS OF ALTERNARIA SPECIES......Page 441
11.6 MYCOTOXINS OF CLAVICEPS SPECIES......Page 442
11.7.2 Slaframine......Page 445
11.7.4 Emodin......Page 446
11.9 REGULATORY ASPECTS......Page 447
REFERENCES......Page 448
12.1 INTRODUCTION......Page 460
12.1.2 Food-Borne Toxicoinfections......Page 461
12.1.3 Food-Borne Intoxications......Page 462
12.2 BACTERIAL PATHOGENICITY......Page 474
12.2.1 General Secretory Pathway......Page 476
Type V Secretion (Autotransporters)......Page 477
Type II Secretion System (Two-Step Secretion)......Page 478
Type IV Secretion Systems (Conjugal Transfer Systems)......Page 479
Type III Secretion Systems (Contact-Dependent Secretion)......Page 480
12.3 SALMONELLA SPECIES SALMONELLOSIS)......Page 481
12.3.1 Organism......Page 482
12.3.2 Pathogenesis......Page 484
Enteric Fever......Page 490
Gastroenteritis......Page 492
12.3.4 Sources......Page 493
12.3.5 Outbreaks......Page 495
12.3.6 Prevention and Control......Page 496
12.4.1 Organism......Page 499
12.4.2 Pathogenesis......Page 501
12.4.3 Symptoms, Diagnosis, and Treatment......Page 503
12.4.4 Sources......Page 504
12.5 SHIGELLA SPECIES (SHIGELLOSIS)......Page 505
12.5.1 Organism......Page 506
Entry into Epithelial Cells......Page 507
Cell-to-Cell Spread......Page 509
Toxins......Page 510
Miscellaneous Virulence Factors......Page 512
12.5.3 Symptoms, Diagnosis, and Treatment......Page 513
12.5.6 Control......Page 514
12.6.1 Organism......Page 516
Entry and Spread into Mammalian Cells......Page 518
Phospholipases......Page 521
Intra- and Intercellular Spreading......Page 522
12.6.3 Symptoms, Diagnosis, and Treatment......Page 525
12.6.4 Source and Modes of Transmission......Page 526
12.6.5 Outbreaks......Page 527
12.7.1 Organism......Page 530
Groups E, F, G, H, and K–U......Page 532
12.7.2 Pathogenesis......Page 533
Invasion and Multiplication in Tissue (Strep Throat,......Page 534
Toxin-Mediated Diseases (Scarlet Fever, Toxic Shock Syndrome)......Page 536
12.7.3 Symptoms, Diagnosis, and Treatment......Page 537
12.7.5 Outbreaks......Page 538
12.8.1 Organism......Page 539
12.8.2 Pathogenesis......Page 540
12.8.3 Symptoms, Diagnosis, and Treatment......Page 546
12.8.5 Outbreaks......Page 547
12.9.2 Pathogenesis......Page 548
12.9.4 Sources......Page 551
12.10 PLESIOMONAS SHIGELLOIDES......Page 552
12.11 BOVINE SPONGIFORM ENCEPHALOPATHY (“MAD COW DISEASE”)......Page 554
12.11.1 Origin......Page 555
12.11.2 Outbreaks......Page 557
12.11.4 Diagnosis......Page 558
12.11.5 Causative Agent......Page 560
12.11.6 Subacute Presenile Dementia and Variant Subacute Presenile Dementia......Page 561
12.11.7 Prevention......Page 563
12.12.3......Page 566
REFERENCES......Page 567
13.1 INTRODUCTION......Page 585
13.3 PATHOGENESIS......Page 589
13.4 TOXIGENICITY......Page 590
13.6 STAPHYLOCOCCUS AUREUS ENTEROTOXINS......Page 593
13.6.1 Organism......Page 594
13.6.2 Enterotoxins......Page 596
Genetic Control......Page 597
Biochemical Properties......Page 598
13.6.4 Detection......Page 601
13.6.5 Foods Associated with Staphylococcal Poisoning......Page 602
13.6.6 Outbreaks of Staphylococcal Food Poisoning......Page 603
13.6.7 Prevention......Page 605
13.7 BACILLUS CEREUS POISONING......Page 606
Emetic Toxin......Page 607
Diarrheal Enterotoxin......Page 608
13.7.3 Symptoms and Diagnosis......Page 610
13.7.6 Outbreaks of Intoxication......Page 613
13.7.7 Prevention......Page 614
13.8.1 Organism......Page 615
13.8.2 Toxin......Page 616
13.8.4 Detection......Page 620
13.8.5 Foods Associated with Poisoning Outbreaks......Page 621
13.8.7 Prevention......Page 622
Food-Borne Botulism......Page 623
13.9.2 Organism......Page 624
Classification......Page 625
Stability......Page 626
Oral Toxicity......Page 627
Intestinal Absorption......Page 628
Mode of Action......Page 629
13.9.4 Symptoms and Diagnosis......Page 630
Fish and Fish Products......Page 632
Factors Affecting Toxin Formation in Foods......Page 634
13.9.6 Outbreaks......Page 635
Temperature......Page 637
Destruction of Spores......Page 638
13.10 VIBRIO TOXINS......Page 639
Organism......Page 640
Mode of Action......Page 641
Detection......Page 643
13.10.2 Nonagglutinable Vibrio Toxin......Page 644
Organism......Page 645
Foods Incriminated in the Poisoning......Page 646
13.10.4 Vibrio vulnificus......Page 647
13.10.5 Other Vibrios......Page 648
13.11 ESCHERICHIA COLI INTOXICATIONS......Page 649
13.11.2 Serological Characteristics......Page 650
13.11.3 Enterotoxigenic......Page 651
Heat-Labile Toxin......Page 652
Heat-Stable Toxin......Page 653
13.11.4 Enteropathogenic......Page 654
13.11.6 Enteroaggregative......Page 655
13.11.7 Diffusely Adhering......Page 657
Locus of Enterocyte Effacement......Page 658
Symptoms......Page 659
Outbreaks......Page 660
13.12 BONGKREK TOXINS......Page 663
13.13 CONCLUSIONS......Page 665
REFERENCES......Page 670
14.1 INTRODUCTION......Page 688
14.2.1 Dinoflagellates......Page 689
14.2.3 Poisonous Echinoderms (Sea Cucumbers, Sea Urchins)......Page 690
14.2.4 Poisonous Mollusks......Page 692
14.2.5 Poisonous Arthropods (Crabs and Lobsters)......Page 694
14.2.7 Poisonous Marine Mammals......Page 695
Cyclostomotoxic Fish......Page 696
Clupeotoxic Fish......Page 697
Scombrotoxic Fish (Histamine Poisoning)......Page 698
Ichthyohemotoxic Fish......Page 700
Ichthyohepatotoxic Fish......Page 701
Miscellaneous Toxic Fish......Page 702
Transvectors of Paralytic Shellfish Poisons......Page 703
Peridinium Species......Page 704
Occurrence......Page 705
Chemical Characteristics......Page 706
Mode of Action......Page 709
Analytical Methods......Page 710
Variation in Toxicity......Page 712
Control......Page 713
14.3.2 Diarrhetic Shellfish Poisoning......Page 714
14.3.3 Amnesic Shellfish Poisons......Page 718
14.3.4 Neurotoxic Shellfish Poisoning......Page 719
14.3.5 Ciguatera Fish Toxins (Ciguatoxin)......Page 722
Transvectors......Page 723
Chemical Characteristics......Page 726
Mode of Action......Page 727
Symptoms......Page 729
Tetrodotoxic Fish......Page 730
Mode of Action......Page 732
Toxicity......Page 734
14.3.7 Palytoxin......Page 735
14.3.9 Miscellaneous Phycotoxins......Page 737
REFERENCES......Page 743
15.1 INTRODUCTION......Page 755
15.2 SYMPTOMS OF MUSHROOM POISONING......Page 759
15.4 TYPES OF POISONING......Page 760
Chemical Characteristics......Page 761
Analysis......Page 763
Mechanism of Action......Page 764
Mechanism of Action......Page 765
15.5.3 Gyromitrin......Page 767
Chemical Characteristics......Page 768
Symptoms of Poisoning......Page 769
Chemical Characteristics......Page 770
15.7.1 Psilocybin and Psilocin......Page 771
15.7.2 Bufotenine and Related Compounds......Page 772
15.8.1 Mushrooms with Disulfiramlike Activity (Coprinus Syndrome)......Page 773
15.9 MUSHROOMS CAUSING GASTROINTESTINAL DISTURBANCES......Page 774
15.10 MUSHROOMS WITH OBSCURE TOXICITY PATTERN......Page 775
REFERENCES......Page 778
16.1 INTRODUCTION......Page 782
Soil......Page 783
Agricultural Chemicals and Fertilizers......Page 784
Lead......Page 785
Cadmium......Page 788
Mercury......Page 789
Arsenic......Page 790
Selenium......Page 791
Aluminum......Page 792
Nitrates......Page 793
16.3 RADIONUCLIDES......Page 794
16.3.2 Sources of Exposure......Page 795
16.3.3 Physiological Effects......Page 798
Ceramics......Page 799
Plastics......Page 800
16.4.2 Source of Contamination......Page 801
16.4.3 Migration and Assessment of Dietary Exposure......Page 802
Vinyl Chloride......Page 803
Antistastic Agents......Page 804
16.4.5 Regulatory Aspects......Page 805
REFERENCES......Page 806
17.2 PESTICIDES......Page 812
17.2.1 History and Development of Pesticides......Page 813
Chlorinated Hydrocarbon Insecticides......Page 815
Thiocyanate Insecticides......Page 818
Synergists......Page 819
17.2.4 Mechanisms of Toxicity......Page 820
Liver......Page 827
Kidney......Page 828
Pesticide Interactions......Page 830
Estrogenicity......Page 831
Carcinogenicity......Page 832
Mutagenicity......Page 835
17.2.5 Residues in Food......Page 837
17.2.6 Acceptable Daily Intakes......Page 841
17.2.7 Residue Monitoring Program......Page 842
17.3.1 Polychlorinated Biphenyls......Page 844
17.3.3 Polychlorinated Dibenzo- p-Dioxins and Polychlorinated Dibenzofurans......Page 847
17.3.5 Monocyclic and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons......Page 848
17.3.6 Potential Human Health Hazards......Page 851
REFERENCES......Page 853
18.1 INTRODUCTION......Page 864
18.2.6 Somatotropins......Page 866
18.4 SOURCES OF DRUG RESIDUES......Page 867
18.6 ADVERSE EFFECTS OF DRUG RESIDUES......Page 870
18.6.1 Hypersensitivity and Allergic......Page 871
18.6.2 Development of Resistance by......Page 872
18.7 ANALYTICAL METHODS......Page 875
REFERENCES......Page 876