面包中偶氮甲酰胺及其降解產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)分析

謝 潔 彭 濤 劉彩虹 王俊蘇 陳冬東 邵 雨 江海洋 王國(guó)民 范春林 陳 穎

(1.中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院 北京 100123；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院；3.重慶出入境檢驗(yàn)檢疫局/重慶市進(jìn)出口食品安全工程技術(shù)研究中心)

1 前言

偶氮甲酰胺（Azodicarbonamide, ADA）是一種無(wú)臭的黃色至橘紅色結(jié)晶性粉末，主要用作生產(chǎn)聚乙烯材料的發(fā)泡劑，以增加產(chǎn)品彈性；ADA也被用作面粉改良劑，因其對(duì)面粉有增白增筋和促進(jìn)成熟的作用，并能提高烘焙制品的品質(zhì)。在美國(guó)、加拿大、巴西等國(guó)，ADA作為食品添加劑大量使用；我國(guó)GB 2760-2011《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》也規(guī)定了小麥粉中ADA的最大添加量為45 mg/kg[1]。

ADA的毒性為“一般認(rèn)為安全”（Generally Recognized as Safe, GRAS）[2]。但有研究表明[3-8]，ADA在濕潤(rùn)、酸性條件下能夠迅速轉(zhuǎn)變成聯(lián)二脲（Biurea, BIU），再經(jīng)過(guò)蒸、烤等高溫處理后，BIU又能夠轉(zhuǎn)變成氨基脲（Semicarbazide,SEM）和尿唑（Urazole），而SEM是公認(rèn)的致癌物[9,10]。2003年，歐洲食品安全局（EFSA）發(fā)布了有關(guān)SEM的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告[11-13]，歐盟頒布了“2004/1/EU修訂2002/72/EC 關(guān)于暫停使用ADA為發(fā)泡劑的指令”，停止ADA作為發(fā)泡劑在歐盟市場(chǎng)使用。出于食品安全考慮，目前已有歐盟、澳大利亞、日本、新西蘭和南非等國(guó)家和地區(qū)禁止在面粉中添加ADA，新加坡更是對(duì)在面粉中添加ADA的行為處以15年監(jiān)禁和45萬(wàn)美元的嚴(yán)厲處罰[7]。但是國(guó)際上關(guān)于面粉中ADA的使用，眾說(shuō)紛紜，法規(guī)迥異，尤其是進(jìn)入2014年以來(lái)，繼美國(guó)賽百味被曝光面粉制品中含有ADA后，國(guó)內(nèi)又爆出古船等多款面粉含ADA，一場(chǎng)關(guān)于“面粉添加ADA致癌”的討論引起了社會(huì)廣泛關(guān)注。

本文闡釋了面包中ADA的降解途徑，對(duì)面包中的ADA及其降解產(chǎn)物進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，計(jì)算出ADA降解為SEM的轉(zhuǎn)化率，從保障食品安全和食品貿(mào)易的角度提出風(fēng)險(xiǎn)管理建議，供生產(chǎn)廠商和相關(guān)管理機(jī)構(gòu)參考。

2 面包中ADA的降解途徑

常溫下，ADA在干面粉中是穩(wěn)定的，但在特定條件（濕潤(rùn)、酸性和高溫）下可發(fā)生降解[3-8]。對(duì)于ADA降解條件的研究，結(jié)果稍有差異：Pereira等[3]認(rèn)為僅在濕潤(rùn)、酸性條件下，ADA即可發(fā)生完全降解，生成BIU和SEM；Becalski等[4]和Noonan等[5]在Pereira研究的基礎(chǔ)上，又研究了溫度對(duì)ADA降解的影響，結(jié)果表明當(dāng)濕潤(rùn)面粉經(jīng)高溫烘烤后，生成的SEM會(huì)大大增加；而葉婧等[6,7]提出，只有在濕潤(rùn)和加熱都滿足的條件下才能檢測(cè)到SEM。另外，張婕等[8]對(duì)ADA進(jìn)行了熱分解機(jī)理的研究，結(jié)果顯示，ADA的降解產(chǎn)物BIU可發(fā)生環(huán)化反應(yīng)生成尿唑。綜合以上研究成果得出，ADA在濕潤(rùn)、酸性和高溫條件下可發(fā)生降解，產(chǎn)生BIU、SEM和尿唑（見(jiàn)圖1）。

圖1 ADA降解圖示

3 面包中ADA及其降解產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

3.1 ADA及其降解產(chǎn)物的理化性質(zhì)

ADA具有良好的流暢性和細(xì)度，溶于熱水，不溶于冷水和大多數(shù)有機(jī)溶劑，微溶于二甲亞砜，性能較穩(wěn)定，常溫保存；BIU是白色或淺褐色粉末，不溶于醇、醚和水，在室溫下可穩(wěn)定保存；脲唑是白色片狀晶體，溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚，0℃-6℃陰涼干燥處密閉保存；SEM是一種白色結(jié)晶，易潮解，溶于水，不溶于無(wú)水乙醇和乙醚，高溫下易燃，需低溫、干燥、避光、通風(fēng)處保存。

3.2 ADA及其降解產(chǎn)物的毒理學(xué)特性

從毒理學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，ADA為GRAS，小鼠口服LD50>10g/kg，ADI為0-45mg/kg（FAO/WHO，1985），此范圍內(nèi)被認(rèn)為無(wú)毒[1]。

BIU和脲唑毒理學(xué)信息目前未見(jiàn)報(bào)道。

SEM的LD50為225 mg/kg，其急性毒性表現(xiàn)為吸入染毒，皮膚接觸、入眼都有危險(xiǎn)性，造成過(guò)敏、充血等[14]；其慢性毒性表現(xiàn)為反復(fù)長(zhǎng)期暴露在含有少量SEM的空氣中，會(huì)造成暴露部位的過(guò)敏反應(yīng)[14]；許多研究也表明SEM具有潛在的弱毒性及致癌性：①SEM表現(xiàn)出一定程度的神經(jīng)毒性[15-17]，通過(guò)拮抗N-甲基-D-天氡氨酸受體（NMDAR）而對(duì)NMDA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路產(chǎn)生影響，還可抑制GABA合成酶-谷氨酸脫羧酶（GAD），而NMDAR活動(dòng)異常將會(huì)干擾神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)，導(dǎo)致一些認(rèn)知功能的缺失，如癲癇、老年癡呆等[18]；②SEM在離體試驗(yàn)和部分活體試驗(yàn)中表現(xiàn)為弱遺傳毒性效應(yīng)[19,20]，O’Brien[19]和Nestmann等[20]證明SEM對(duì)于不同類(lèi)型的離體細(xì)胞均具有遺傳毒性；③研究顯示，在無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)中，SEM與RNA的胞嘧啶殘留物、DNA的脫氧胞嘧啶殘留物及胞嘧啶和脫氧胞嘧啶核苷連接，能引起細(xì)胞染色體的損傷[21]；④SEM對(duì)大鼠多個(gè)組織器官均能產(chǎn)生多效性影響，其中對(duì)雌性生殖系統(tǒng)的影響尤為顯著[22]。

因此，面包中ADA及其降解產(chǎn)物中造成風(fēng)險(xiǎn)的主要物質(zhì)是SEM。

4 面包中ADA及其降解產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

4.1 面包中ADA的降解規(guī)律

4.1.1 影響降解的主要因素

文獻(xiàn)報(bào)道在濕潤(rùn)、酸性和高溫下，ADA會(huì)發(fā)生降解。本研究發(fā)現(xiàn)，影響面包中ADA降解的主要因素是濕度和溫度。

4.1.1.1 濕度

實(shí)驗(yàn)考察了用水和面后2、5、10、20、30、40和50 min時(shí)ADA的含量變化，得到了3個(gè)添加濃度水平（10、20和45 mg/kg）的ADA在一定濕度下的降解動(dòng)力曲線（見(jiàn)圖2）。

圖2 用水和面后ADA的降解動(dòng)力曲線

圖3 不同溫度對(duì)ADA含量的影響

結(jié)果顯示，面粉中的ADA在濕潤(rùn)條件下會(huì)隨著時(shí)間逐漸降解，且伴隨著微量SEM的生成（見(jiàn)表1）。

4.1.1.2 溫度

實(shí)驗(yàn)用不同烘烤溫度（25、35、50、70、100、150、200、250 ℃）處理濕度為75%的面粉20 min，考察3個(gè)添加濃度水平（10、20和45 mg/kg）的ADA含量變化（見(jiàn)圖3）。

結(jié)果顯示，隨著溫度的升高，ADA逐漸降解，在100 ℃及以上時(shí)全部降解，且有大量SEM生成（見(jiàn)表1）。

4.1.2 ADA-SEM轉(zhuǎn)化率

通過(guò)在面粉中添加ADA，并在面包制作（和面15 min后，濕度為75%、溫度為35 ℃發(fā)酵2.5 h，再170 ℃下烘烤20 min）過(guò)程中檢測(cè)ADA和SEM含量，以此計(jì)算ADA-SEM的轉(zhuǎn)化率，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 面包制作過(guò)程中ADA和SEM的含量變化

結(jié)果顯示，250 g面粉中添加3種濃度（10、20和45 mg/kg）的ADA制作面包，經(jīng)加工后，整體面包樣品中ADA已基本降解，但測(cè)得SEM的平均含量分別為88.4、305.4和734.2 μg/kg，ADASEM的轉(zhuǎn)化率分別為0.88%、1.50%和1.60%，且ADA添加量越大，轉(zhuǎn)化率越高。當(dāng)按照ADA最大使用量（45mg/kg）添加時(shí)，降解產(chǎn)物SEM的含量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了歐盟1.0 μg/kg的最低檢測(cè)靈敏度要求[22]。

4.2 市售面包中SEM的污染情況

分別從超市、面包店和網(wǎng)店購(gòu)買(mǎi)了25個(gè)面包樣品進(jìn)行了SEM污染情況的調(diào)查，并與國(guó)外類(lèi)似研究結(jié)果進(jìn)行比較（見(jiàn)表2）。

表2 市售面包中SEM污染水平調(diào)查結(jié)果比較

結(jié)果顯示，25個(gè)樣品中有23個(gè)檢出SEM，陽(yáng)性率為92.0%，SEM含量在17.6-353.0 μg/kg之間，平均值為122.7 μg/kg，與Becalski等[4]的調(diào)查結(jié)果接近。可見(jiàn)，ADA作為面粉改性劑曾在中國(guó)、加拿大、美國(guó)等普遍使用，導(dǎo)致市售面包中SEM污染。

5 暴露評(píng)估

ADA的ADI值為0-45 mg/kg，60 kg的成人日允許攝入量為0-270 mg。成人若每日食用500 g面包，按照我國(guó)GB2760-2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，小麥粉中ADA最大使用量為45 mg/kg，則日攝入ADA最多為22.5mg，在日允許攝入范圍之內(nèi)，攝入ADA本身并不帶來(lái)危害。但是，ADA暴露于易感人群的途徑是在面粉加工過(guò)程，ADA的粉末可以引起肺和皮膚的急性過(guò)敏反應(yīng)，吸入ADA粉末能導(dǎo)致哮喘病和氣急[23]。因此，建議接觸大量ADA的工作人員，在工作期間應(yīng)佩戴過(guò)濾口罩、穿防護(hù)服，且不得取食和飲水。

SEM對(duì)公眾的主要暴露途徑是食用受其污染的食品。依照實(shí)驗(yàn)結(jié)果，面粉中添加低、中、高（10、20和45 mg/kg）3個(gè)劑量組的ADA制作面包，整體面包樣品中測(cè)得SEM的平均含量分別為88.4、305.4和734.2μg/kg。按此計(jì)算，體重為60 kg的成人若每日食用500g面包，則SEM的暴露量分別為0.74、2.55和6.12 μg/kg-bw/day，其中，中、高添加劑量組均已超過(guò)EFSA規(guī)定的2 μg/kgbw/day的“合理的最壞情況”（reasonable worst case）[11,12]?？梢?jiàn)按照45 mg/kg的最大允許添加量添加ADA，產(chǎn)生SEM的量已可能?chē)?yán)重危害公眾健康。

6 面包中ADA的風(fēng)險(xiǎn)管理建議

本研究結(jié)果及諸多文獻(xiàn)報(bào)道均已證實(shí)面粉中添加ADA會(huì)降解產(chǎn)生危害物質(zhì)SEM，并且，按照最大允許添加量（45 mg/kg）添加ADA，產(chǎn)生SEM的量已超過(guò)EFSA的相關(guān)規(guī)定。從食品安全和確保消費(fèi)者身體健康的角度，應(yīng)禁止繼續(xù)使用ADA作為面粉添加劑。

同時(shí)，以本研究發(fā)現(xiàn)ADA降解為SEM的最低轉(zhuǎn)化率0.88%計(jì)算，若要符合歐盟規(guī)定的SEM最低檢測(cè)靈敏度要求（1.0μg/kg），則ADA的使用量應(yīng)控制在113.64μg/kg以?xún)?nèi)；若要符合日本“肯定列表制度”的最低檢測(cè)靈敏度要求（0.5μg/kg），則ADA的使用量應(yīng)控制在56.82μg/kg以?xún)?nèi)。但是，按這種濃度水平添加，ADA已起不到添加劑作用。因此，從降低貿(mào)易糾紛的角度，也應(yīng)該禁止ADA作為面粉添加劑。

7 結(jié)語(yǔ)

ADA作為面粉添加劑存在廣泛爭(zhēng)議，一些國(guó)家（包括我國(guó)）仍然允許其使用，但考慮到在面粉加工過(guò)程產(chǎn)生降解產(chǎn)物（主要是SEM）的危害性，本研究在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，闡釋了面包中ADA的降解途徑和轉(zhuǎn)化規(guī)律，對(duì)面包中的ADA及其降解產(chǎn)物進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并從保障食品安全和食品貿(mào)易的角度提出在面粉中禁用ADA的風(fēng)險(xiǎn)管理建議，供生產(chǎn)廠商和相關(guān)管理機(jī)構(gòu)參考。同時(shí)，建議相關(guān)科研部門(mén)加大科學(xué)研究，盡快研究出高效、綠色、環(huán)保、安全的替代產(chǎn)品。

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