Mechanism of formation of thermally generated potential toxicants in food-related model systems

The detailed mechanism of formation of selected Maillard-induced toxicants generated in model systems containing 13C- and 15N-labeled precursors, were investigated using isotope labeling and Py-GC/MS based techniques. Investigation of different sources of acrylamide (AA) formation in model systems have indicated the presence of two pathways of acrylamide generation; the main pathway specifically involves asparagine to directly produce acrylamide after a sugar-assisted decarboxylation step that passes through a 5-oxazolidinone intermediate and the second, non-specific pathway involves the initial formation of acrylic acid from different sources and its subsequent interaction with ammonia and/or amines to produce acrylamide or its N-alkylated derivatives. Furthermore, to identify the relative importance of AA precursors, the decarboxylated Amadori product (AP ARP) and the corresponding Schiff base were synthesized and their relative abilities to generate AA under dry and wet heating conditions were studied. Under both conditions, the Schiff base had the highest intrinsic ability to be converted into AA. To gain further insight into the decarboxylation step, the amino acid/sugar reactions were also analyzed by FTIR to monitor the formation of the 5-oxazolidinone intermediate known to exhibit a peak in the range of 1770-1810 cm-1. Spectroscopic studies clearly indicated the formation of an intense peak in the indicated range. Similar to acrylamide, mechanism of furan formation was also studied using 13C-labeled sugars and amino acids. These studies have indicated that furan can be formed through aldol condensation of acetaldehyde and glycolaldehyde and these precursors can be formed from certain amino acids, monosaccharides and ascorbic acid. Moreover, using specifically 13C-labeled sucrose at C-1 of the fructose moiety, hydroxymethylfurfural (HMF) formation was studied at different temperatures. Under dry pyrolytic conditions and at temperatures above 250oC, 90% oLe mécanisme détaillé de formation de certaines composantes toxiques générées par des précurseurs contenant des isotopes 13C et 15N, fut étudié en utilisant des techniques basées sur les principes d'incorporation d'isotopes lourds avec la pyrolyse couplée à la CG/SM (Py-CG/SM). L'investigation de différentes sources d'acrylamide a indiqué la présence de deux routes de formation; la route principale implique spécifiquement l'asparagine qui produit l'acrylamide directement suite à une décarboxylation par l'entremise des sucres passant par un intermédiaire 5-oxazolidinone, tandis qu'une seconde route non-spécifique implique une formation initiale d'acide acrylique de différentes sources suivie d'une interaction avec une molécule d'ammoniac et/ou d'amines afin de produire l'acrylamide ou ses dérivés. De plus, afin d'identifier l'importance relative des précurseurs de l'acrylamide, le produit Amadori décarboxylé (AP ARP) ainsi que la base Schiff correspondante furent synthétisés et leur habilité relative à générer l'acrylamide après un traitement thermique en milieu sec et aqueux fut étudié. Dans les deux cas, la base Schiff a démontré une habilité de conversion en acrylamide plus importante. Afin d'obtenir un aperçu approfondi de l'étape de décarboxylation, les réactions entre les sucres et les acides aminés furent aussi analysées par l'IR-TF surveillant ainsi la formation de l'oxazolidinone, une composante intermédiaire reconnue par la présence d'un pic entre 1770-1810 cm-1. Les études spectroscopiques démontrent clairement la formation d'un pic intense dans cet écart. Similaire à l'acrylamide, les mécanismes de formation du furane furent aussi étudiés par l'entremise des sucres et acides aminés contenant des isotopes lourds. Ces études ont indiqué que le furane peut être formé par une condensation aldol de l'acétaldéhyde et le glycoaldéhyde et ses précurseurs, par certains acides aminés, des monosacc