由非酶引起的變質引起食品變質的化學反應大部分是由于酶的作用，但也有一部分不與酶直接有關，如油脂的酸敗。
（1）氧化作用：當食品中含有較多的諸如不飽和脂肪酸、維生素等不飽和化合物，而在貯藏、加工及運輸等過程中又經常與空氣接觸時，氧化作用將成為食品變質的重要因素。這會導致食品的色澤、風味變差，營養價值下降及生理活性
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食品冷藏鏈技術與裝置喪失，甚至會生成有害物質。
油脂與空氣直接接觸，發生氧化反應，生成醛、酮、酸、內酯、醚等化學物質，并且油脂本身粘度增加，相對密度增加，出現令人不愉快的“哈喇”味，這稱為油脂的酸敗。除油脂酸敗以外，維生素C很容易被氧化成脫氫維生素，若脫氫維生素C繼續分解，生成二酮古樂糖酸，則失去維生素C的生理作用。番茄色素由八個異戊二烯結合而成，由于其中有較多的共軛雙鍵，故易被空氣中氧所氧化（胡蘿卜色素也有此性質）。無論是細菌、霉菌、酵母等微生物引起的食品變質，或者由酶引起的變質，以及非酶引起的變質，在低溫環境下，均會被延緩、減弱，但低溫并不能完全抑制微生物的作用，即使在凍結點以下的低溫時，食品進行長期貯藏，其質量仍然有所下降。
另外，氧氣的存在也有利于需氧性細菌、產膜酵母菌、霉菌及食品害蟲等有害生物的生長，同時也能引起罐頭食品中金屬容器的氧化腐蝕，從而間接地引起食品變質。
（2）非酶褐變：主要有美拉德反應（Maillard reaction）引起的褐變、焦糖化反應引起的褐變以及抗壞血酸氧化引起的褐變等，這些褐變常常由于加熱及長期的貯藏而發生。
由葡萄糖、果糖等還原性糖與氨基酸引起的褐變反應稱為美拉德反應，也稱為羧氨反應。美拉德反應所引起的褐變與氨基化合物和糖的結構有密切關系，含氮化合物中的胺、氨基酸中的鹽基性氨基酸反應活性較強；糖類中凡具有還原性的單糖、雙糖（麥芽糖、乳糖）都能參加美拉德反應，反應活性戊糖（木糖）最強，己糖次之，雙糖最低。褐變的速度隨溫度升高而加快，溫度每上升10℃，反應速率增加3~5倍。食品的含水率高則反應速率加快，如果食品完全脫水干燥，
則反應趨于停止，但干制品吸濕受潮時會促進褐變反應。美拉德反應在酸性和堿性介質中都能進行，但在堿性介質中更易發生，一般是隨介質的pH值升高而反應加快。因此，高酸性介質不利于美拉德反應進行。光線，氧及鐵、銅等金屬離子都能促進美拉德反應。
