元素形態(tài)對(duì)食品安全影響的研究進(jìn)展

楊婷，張夏蘭，丁曉雯*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，400716) 2(重慶市巴南區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，重慶，401320)

食物中有害元素和某些微量元素會(huì)對(duì)人體健康造成損害。長期以來，人們更多關(guān)注的是元素的總量、接觸時(shí)間與毒性的關(guān)系。但近年的研究發(fā)現(xiàn)，元素的不同形態(tài)在很大程度上影響著它們的毒性強(qiáng)弱。元素形態(tài)分為物理形態(tài)和化學(xué)形態(tài)，物理形態(tài)指元素在樣品中的物理狀態(tài)，如膠態(tài)、溶解態(tài)、吸附態(tài)等；化學(xué)形態(tài)指元素以某種離子或分子的形式存在，包括元素的價(jià)態(tài)、聚合態(tài)、結(jié)合態(tài)、結(jié)構(gòu)等[1]。元素形態(tài)的不同使人體對(duì)元素的吸收、分布、排泄產(chǎn)生很大差異，生物效應(yīng)和致毒作用也不同。污染元素進(jìn)入食品多與生物成分結(jié)合，也可能經(jīng)生物體轉(zhuǎn)化形態(tài)。當(dāng)前，對(duì)食品中元素形態(tài)與毒性的關(guān)系研究甚少，其毒作用機(jī)理存在很多盲區(qū)。因此，研究元素形態(tài)對(duì)食品安全的影響，對(duì)相關(guān)食品標(biāo)準(zhǔn)的制定、污染元素控制、食品的安全性評(píng)價(jià)等有重要的指導(dǎo)意義。

1 食品中元素的存在形態(tài)

總結(jié)當(dāng)前的研究結(jié)果，可以將食品中污染元素的來源歸納為三個(gè)方面：一是環(huán)境本底,即來源于自然環(huán)境，有可能使飲用水、食用農(nóng)產(chǎn)品污染元素超標(biāo)；二是來源于工業(yè)“三廢”的排放和不合格農(nóng)藥等農(nóng)用化學(xué)品的濫用造成的環(huán)境污染，通過富集、生物放大作用，最終對(duì)食用農(nóng)產(chǎn)品造成污染；其三，食品或飼料的加工、貯藏、流通過程中，如食品添加劑的濫用、生產(chǎn)設(shè)備不合格等造成污染元素進(jìn)入食品。

本文主要介紹砷、汞、鉛、硒4種元素。

砷污染廣泛存在于自然環(huán)境中，我國約有兩千萬人暴露在水砷污染中，食品砷是除水砷外砷進(jìn)入人體的另一重要途徑，因水-土壤-食品帶來的健康問題不容忽視。砷在食品中主要以砷酸鹽、二甲基砷酸等無機(jī)或有機(jī)的形態(tài)存在，表1中不同種類食品中砷形態(tài)存在差異。

表1不同種類食品中砷的存在形態(tài)
Table1Arsenicspeciationinfoods

食品名稱主要砷形態(tài)參考文獻(xiàn)谷類亞砷酸鹽、砷酸鹽[2]大米亞砷酸鹽、砷酸鹽、二甲基砷酸[3]嬰幼兒谷類輔助食品無機(jī)砷、二甲基砷酸[4]魚和甲殼類砷甜菜堿[5]海藻類植物砷糖[5]飲料類砷酸鹽、亞砷酸鹽[2]豆類砷酸鹽、亞砷酸鹽[2]糖類砷酸鹽、亞砷酸鹽[2]蛋類砷酸鹽[2]水果類砷酸鹽[2]生乳及乳粉砷酸鹽、亞砷酸鹽[6]

汞具有高毒性、高揮發(fā)性且在大氣中穩(wěn)定長期存在，能隨大氣環(huán)流進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，引起全球關(guān)注，有研究報(bào)道，中國的汞排放占全球排放量的28%～40%[7]，汞污染嚴(yán)重。食品一旦被汞污染便很難去除。魚類是人體甲基汞暴露的主要來源，近年來有報(bào)道指出水稻對(duì)甲基汞有很強(qiáng)的富集作用，大型真菌對(duì)一些特定的有害金屬包括汞有很強(qiáng)的富集能力，真菌食用部分中的汞主要來源于上層土壤，真菌中汞的存在形態(tài)取決于種屬、土壤及生長環(huán)境。汞在食品中的存在形態(tài)不盡相同(表2)。

表2 不同種類食品中汞的主要存在形態(tài)Table 2 Mercury speciation in foods

鉛被稱為兒童神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的第一殺手，食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì)(joint FAO/WHO expert committee on food additives, JECFA)基于2010年的鉛安全性評(píng)估認(rèn)為，鉛的實(shí)際攝入量已經(jīng)達(dá)到可以損害兒童智商、引起成人收縮壓升高的劑量，暫定每周耐受攝入量(provisional tolerable weekly intake,PTWI)失去了意義，故取消了PTWI，要求各國降低食品中鉛的含量。我國食品中鉛含量偏高，如鮮奶和皮蛋的鉛含量平均值常有超過國家標(biāo)準(zhǔn)[11]。食品中的鉛多與生物成分結(jié)合，由此改變了生物有效性，產(chǎn)生不同的效應(yīng)。采用HPLC-ICP-MS的分析方法對(duì)鉛的形態(tài)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示大米、小麥、雞肉、豬肉、鱈魚、魷魚、蝦仁中的鉛都以無機(jī)鉛(Pb2+)為主要存在形態(tài)[10]。運(yùn)用組織化學(xué)和生物化學(xué)方法分析了污染區(qū)的水稻籽粒中的鉛形態(tài)，結(jié)果顯示，鉛在籽粒營養(yǎng)成分中的分布以蛋白質(zhì)中的比例最大，達(dá)到83%，其中谷蛋白和球蛋白比例最高[12]。

人體不能自身合成硒元素，只能從外界攝取，我國大部分地區(qū)土壤缺硒是缺硒大國，但也有高硒地區(qū)如湖北恩施，目前的研究集中在補(bǔ)硒方面，因補(bǔ)硒不當(dāng)造成的動(dòng)物硒中毒事件屢見不鮮，補(bǔ)硒劑量與硒源極為重要。微量元素硒的安全范圍很小，缺少和補(bǔ)硒過量、土壤高硒都會(huì)對(duì)人體健康造成危害。硒是體內(nèi)合成甲狀腺激素的必需元素，當(dāng)體內(nèi)缺少硒時(shí)會(huì)導(dǎo)致甲狀腺功能低下，免疫力下降，引發(fā)抑郁癥等病癥。大腦中硒水平降低與認(rèn)知衰退和阿爾茨海默病有關(guān)[13],機(jī)體缺硒還與克山病、大骨節(jié)病、糖尿病、腫瘤等的發(fā)生有關(guān)。動(dòng)物對(duì)硒的營養(yǎng)需要濃度是0.1～2 mg/L， 硒的濃度達(dá)到3～10 mg/L時(shí)將造成慢性硒中毒，超過10 mg/L時(shí)將造成急性中毒。高濃度的硒具有基因毒性并且可能致癌[14]，硒攝入過量將導(dǎo)致疲勞、脫發(fā)、神經(jīng)系統(tǒng)異常等癥狀?，F(xiàn)已證明食品中存在的硒化合物有20余種，毒性與其賦存形態(tài)有很大關(guān)系。

表3 不同種類食品中硒的存在形態(tài)Table 3 Selenium speciation in foods

2 食品中限量元素的形態(tài)與毒作用機(jī)理

2.1 食品中砷形態(tài)與毒作用機(jī)理

人體吸收的砷一般呈溶解態(tài)，故砷對(duì)人體的危害主要取決于存在形態(tài)和溶解度。砷元素形態(tài)的毒性從強(qiáng)到弱依次為無機(jī)砷>有機(jī)砷>元素砷(一般無毒)，三價(jià)砷>五價(jià)砷。從表4可見不同形態(tài)砷的半數(shù)致死量(median lethal, LD50)差異很大，說明砷的化學(xué)形態(tài)對(duì)其毒性有很大影響。

表4 不同化學(xué)形態(tài)砷的LD50值 [21]Table 4 LD50 of different chemical forms of arsenic

人暴露于高劑量的可溶性無機(jī)砷中會(huì)出現(xiàn)胃腸道疾病、心肺系統(tǒng)病變、中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂、心血管不良反應(yīng)，國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(intenational agency for research on cancer,IARC)將無機(jī)砷及其化合物劃分為Ⅰ級(jí)致癌物質(zhì)。無機(jī)砷中亞砷酸毒性最強(qiáng),中毒量(成人)為0.00～0.05 g，致死量為0.06～0.18 g[20]。與無機(jī)砷相比，有機(jī)砷毒性較低，進(jìn)入人體后易于排泄且不易結(jié)合蛋白質(zhì)。一甲基砷酸(monomethylated arsenical,MMA)和二甲基砷酸(dimethylated arsenical,DMA)在酶的作用下脫去甲基形成自由基，促進(jìn)脂質(zhì)氧化損傷膜細(xì)胞。砷糖(arsenosugars,AsS)是一類含五價(jià)砷的有機(jī)砷化合物，主要存在于海藻中，LMELA等[22]研究認(rèn)為砷糖進(jìn)入人體經(jīng)代謝可以轉(zhuǎn)化為二甲基砷酸，可能存在潛在的毒作用。三價(jià)砷化合物與五價(jià)砷化合物相比更易被吸收和蓄積，且與巰基有很強(qiáng)的親和性，影響細(xì)胞正常生長、增殖，故其毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于五價(jià)砷化合物。

三價(jià)無機(jī)砷(inorganic arsenicⅢ,iAsⅢ)在水中的溶解度大，易進(jìn)入血液分布體內(nèi)，且蓄積性強(qiáng)。無機(jī)砷進(jìn)入體內(nèi)后可代謝成有機(jī)砷，且有三價(jià)、五價(jià)之分，研究人員普遍認(rèn)為，iAsⅢ在體內(nèi)的主要代謝方式為發(fā)生氧化甲基化反應(yīng)，在甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下，iAsⅢ與S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl-L-methionine,SAM)反應(yīng)生成MMA和DMA，最終以DMAⅤ的形式排出體內(nèi)，大大降低了毒性，檢測(cè)人類尿液中的砷，發(fā)現(xiàn)其中MMA和DMA占總砷的70%以上[23]。但也有研究者認(rèn)為iAsⅢ與蛋白質(zhì)或還原型谷胱甘肽結(jié)合，在SAM和甲基轉(zhuǎn)移酶存在的條件下發(fā)生還原甲基化反應(yīng)，生成物排泄到膽汁中降低肝臟或器官中砷的濃度[24]。

無機(jī)砷在細(xì)胞內(nèi)代謝轉(zhuǎn)化為甲基砷的過程中會(huì)伴隨產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species,ROS)，ROS是一類含氧且反應(yīng)活性高能與多種可氧化物反應(yīng)的物質(zhì)，進(jìn)而損傷心臟,ROS會(huì)通過增加原癌基因或者破壞抑癌基因使細(xì)胞癌變。iAsⅢ易結(jié)合機(jī)體中的巰基(-SH)化合物如輔酶A、胱氨酶等而形成穩(wěn)定的螯合物,影響細(xì)胞正常代謝，抑制酶活，損傷機(jī)體[25]。砷與血紅蛋白的相互作用影響著砷在血液中的分布、代謝、毒性。iAsⅢ與大鼠紅細(xì)胞內(nèi)血紅蛋白反應(yīng)可能產(chǎn)生三元加合物如谷胱甘肽。三價(jià)砷對(duì)人和大鼠血紅蛋白親和力由強(qiáng)到弱依次為DMAⅢ、MMAⅢ和iAsⅢ,未觀察到五價(jià)砷與人、大鼠血紅蛋白有明顯作用[26]。核酸修復(fù)蛋白往往在空間上存在相鄰巰基與金屬離子如鋅離子結(jié)合，MMAⅢ具有巰基高親和性，會(huì)與金屬離子產(chǎn)生競爭，改變酶功能區(qū)域構(gòu)象，抑制酶活，阻礙核酸修復(fù)[27]。

2.2 食品中汞形態(tài)與毒作用機(jī)理

食品中的有機(jī)汞脂溶性強(qiáng)，在消化道內(nèi)的吸收率高，如甲基汞在人體胃腸道的吸收率達(dá)90%,無機(jī)汞的吸收率低，如無機(jī)汞離子在人體消化道的吸收率為1.4%～15.6%[28]。汞元素形態(tài)的毒性由強(qiáng)到弱依次為有機(jī)汞(尤其是烷基汞)>無機(jī)汞，水溶性無機(jī)汞>不溶性無機(jī)汞，二價(jià)汞>一價(jià)汞。化學(xué)形態(tài)是汞毒性的決定性因素[29]。從表5可知，不同形態(tài)汞的LD50迥然不同，證明它們的毒性差異大。

表5 不同化學(xué)形態(tài)汞的LD50值[30-31]Table 5 LD50 of different chemical forms of mercury

汞具有神經(jīng)毒性、腎臟毒性、免疫毒性、生殖毒性、胚胎毒性、發(fā)育毒性等毒作用。食品中甲基汞的毒作用最強(qiáng)，其在體內(nèi)主要作用于神經(jīng)系統(tǒng)，對(duì)大小腦造成的傷害尤為嚴(yán)重。YOKOO[32]通過使用韋氏記憶量表、韋氏成人智力量表等4種評(píng)估方法，對(duì)頭發(fā)甲基汞濃度為0.56～13.6 μg/g的成人進(jìn)行了神經(jīng)心理測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，隨著甲基汞濃度的增加，成人的記憶力、反應(yīng)力、學(xué)習(xí)力下降。無機(jī)汞主要對(duì)腎臟有顯著損害,目前研究最多的是氯化汞。氯化汞致腎臟損傷的機(jī)制主要包括抑制腎臟內(nèi)酶的活性，在腎臟中引起脂質(zhì)過氧化和氧化應(yīng)激產(chǎn)生自由基，引起金屬內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡等方面的作用。

汞主要通過破壞機(jī)體膜系統(tǒng)而產(chǎn)生危害。汞有強(qiáng)烈的親巰基性,甲基汞可以和體內(nèi)大量含有巰基的膜蛋白結(jié)合，改變蛋白功能，降低細(xì)胞膜的流動(dòng)性而增加其通透性，致使乳酸脫氫酶從膜內(nèi)到膜外，降低呼吸酶活性，使線粒體功能受損。MAQBOOL等[33]將甲基汞溶解到自來水中，分別以2.5、5.0、10.0 mg/(kg·d)的劑量喂飼小鼠4周，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，血漿中胰島素和c-肽顯著增加，發(fā)生胰島素抵抗，機(jī)體代償性分泌過多胰島素，甲基汞誘導(dǎo)了葡萄糖耐受不良，胰島素抵抗，高血糖。甲基汞通過作用于胰島的葡萄糖脫氫酶(Glucose dehydrogenase,GDH)、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2(glucose transporter,GLUT2)、葡萄糖激酶(Glucokinase,GCK)基因，阻斷了糖原異生/糖原分解途徑和胰島的胰島素分泌功能。目前的研究揭示了胰島素信號(hào)通路、氧化平衡和葡萄糖代謝編碼基因組成易受甲基汞毒性的影響，并且隨后的氧化應(yīng)激和氧化交替基因表達(dá)將造成一些器官功能異常。ZHANG等[34]在分子、酶、組織的水平上對(duì)無機(jī)汞的生殖毒性進(jìn)行了研究。他們將成年斑馬魚分別暴露于0.0、15.0、30.0 μg Hg/L(以氯化汞的形式添加)30 d，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，斑馬魚性腺產(chǎn)生病變，且從基因表達(dá)水平上改變了抗氧化酶活性、谷胱甘肽和丙二醛的含量。作用機(jī)理可能是水溶性無機(jī)汞暴露會(huì)引起斑馬魚性腺的組織損傷和氧化應(yīng)激，通過擾亂下丘腦-垂體-性腺軸(hypothalamic-pituitary-gonadal axis, HPG-axis)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，改變性激素水平，這可能會(huì)隨之減少魚的繁殖。無機(jī)汞暴露對(duì)斑馬魚抗氧化防御系統(tǒng)、性激素、HPG-axis基因的作用表現(xiàn)出性別差異，對(duì)雄性的影響更強(qiáng)。

2.3 食品中鉛形態(tài)與毒作用機(jī)理

鉛化合物在體內(nèi)的吸收率由其溶解度決定，難溶性鉛進(jìn)入體內(nèi)后可被胃酸等體液轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹苄糟U，增加吸收率。鉛被吸收后進(jìn)入血液循環(huán)，分布于軟體組織，后轉(zhuǎn)移到骨骼、牙齒、毛發(fā)中以磷酸鉛形態(tài)沉積[11]。鉛會(huì)對(duì)鈣磷代謝產(chǎn)生影響，進(jìn)而干擾骨化過程[35]。但鉛的形態(tài)研究薄弱。食品中鉛的化學(xué)形態(tài)通常有碳酸鹽態(tài)、氧化物態(tài)、有機(jī)態(tài)幾種，毒性由強(qiáng)到弱依次為有機(jī)鉛(尤其是烷基鉛)>無機(jī)鉛,可溶性鉛>難溶性鉛，顆粒小的鉛>顆粒大的鉛，如四乙基鉛的毒性比無機(jī)鉛的大100倍。表6表明不同化學(xué)形態(tài)鉛的毒性相差極大。

表6 不同化學(xué)形態(tài)鉛的LD50值[28]Table 6 LD50 of different chemical forms of plumbum

鉛毒性主要表現(xiàn)在對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用上。高劑量的鉛可能導(dǎo)致腦部疾病，如頭痛、失憶、出現(xiàn)幻覺，低劑量的鉛會(huì)造成認(rèn)知障礙和降低行為能力[36]。有機(jī)鉛對(duì)成熟動(dòng)物的毒性更大，多表現(xiàn)為急性腦癥候群，而無機(jī)鉛主要危害到胚胎、幼獸的發(fā)育、成長[28]。在沒有天然有機(jī)配位體的體系中，鉛主要以碳酸根絡(luò)合態(tài)、羥基絡(luò)合態(tài)和游離態(tài)等形態(tài)存在，占總量80%的優(yōu)勢(shì)形態(tài)是碳酸鉛,李杭等[37]將魚投放到6個(gè)總鉛濃度不同的水箱中充氣養(yǎng)殖10 d，得到魚體的鉛吸收量與游離鉛含量和羥基絡(luò)合鉛含量呈正相關(guān)，與碳酸根絡(luò)合鉛含量呈負(fù)相關(guān)，表明游離態(tài)鉛和羥基絡(luò)合態(tài)鉛是直接生物有效態(tài)，而碳酸根絡(luò)合鉛是生物無效態(tài)，不能被魚體所吸收。

2.4 食品中硒形態(tài)與毒作用機(jī)理

食品中一半以上的硒可以被人體吸收，小腸是主要吸收部位。不同硒形態(tài)轉(zhuǎn)運(yùn)方式存在差異，硒酸鹽的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制需要借助鈉泵和氫離子交換；亞硒酸鹽是簡單擴(kuò)散；有機(jī)硒通過氨基酸吸收機(jī)制[38]。硒被小腸吸收后，進(jìn)入紅細(xì)胞內(nèi)被還原，到血漿中與血漿蛋白結(jié)合成硒蛋白隨血液至各個(gè)組織、器官。硒主要通過硒代謝途徑和蛋氨酸代謝途徑代謝后經(jīng)尿液排泄。

一般而言，無機(jī)硒化合物的毒性大于有機(jī)硒,硒代半胱氨酸與亞硒酸鈉的毒性相當(dāng)。我國缺硒地區(qū)達(dá)72%，通過食品補(bǔ)硒的研究日益增多。補(bǔ)充劑通常包括亞硒酸鹽或者硒酸鹽(為無機(jī)硒)、硒代甲硫氨酸、甲基硒代半胱氨酸和富硒酵母等[39]，富硒酵母是在酵母的培養(yǎng)過程中加入無機(jī)硒，將無機(jī)硒轉(zhuǎn)化為毒性更小的有機(jī)硒，消除硒的毒副作用。富硒酵母的小鼠經(jīng)口LD50為26.38 g/kg，該成分屬于實(shí)際無毒物質(zhì)，蓄積系數(shù)達(dá)到4.263，表明有中等蓄積毒性[40]。對(duì)硒代蛋氨酸進(jìn)行遺傳毒性研究，劑量大于0.06 mg/kg時(shí)，小鼠骨髓細(xì)胞微核試驗(yàn)和小鼠精子畸變?cè)囼?yàn)的結(jié)果為陽性，劑量小于0.03 mg/kg時(shí)上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果為陰性，低濃度的硒代蛋氨酸可作為硒補(bǔ)充劑，而高濃度的硒對(duì)生物體有一定損傷作用[41]。其他有機(jī)硒如硒代半胱氨酸、甲基硒酸和硒氰酸是否可以作為膳食補(bǔ)充劑商業(yè)化使用還存在爭議[35]。由于不同硒形態(tài)的毒性具有差異，因此，應(yīng)用對(duì)不同形態(tài)硒化合物的毒性評(píng)價(jià)來確定補(bǔ)硒食品及硒添加劑的來源，楊明等人[42]測(cè)定分析了富硒毛竹筍中硒總量及硒形態(tài)分布，富硒毛竹筍中硒主要以有機(jī)硒形態(tài)存在，且有機(jī)硒中蛋白結(jié)合態(tài)硒占比最大為84.93%，提示富硒毛竹筍安全且利用效率高。CHANTIRATIKUL等[43]分別以硒濃度為0、5 mg/kg亞硒酸鈉、10 mg/kg亞硒酸鈉、5 mg/kg富硒羽衣甘藍(lán)芽(以亞硒酸鈉水培)、10 mg/kg富硒羽衣甘藍(lán)芽的飼料飼喂蛋雞，結(jié)果表明攝入來自富硒羽衣甘藍(lán)芽5、10 mg/kg的飼料硒不影響蛋雞飼料的攝取量和產(chǎn)蛋，對(duì)蛋雞是無害的，富硒羽衣甘藍(lán)芽中硒的毒性小于亞硒酸鈉中硒的毒性，富硒羽衣甘藍(lán)芽可作為可接受的硒來源。目前對(duì)硒的研究多集中于硒的有益作用，對(duì)不同形態(tài)硒的毒作用及機(jī)理等研究報(bào)道較少。

亞硒酸鹽與谷胱甘肽反應(yīng)生成的硒化氫與氧繼續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生ROS，過量會(huì)抑制蛋白酶活性并導(dǎo)致生物膜脂質(zhì)過氧化。幾乎所有的硒化合物都能使靶細(xì)胞產(chǎn)生一定程度的氧化應(yīng)激。氧化應(yīng)激被認(rèn)為是硒誘導(dǎo)細(xì)胞毒性的主要機(jī)理，其與硒誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡有關(guān)。此外，硒的毒作用機(jī)制還體現(xiàn)在硒對(duì)酶活性的影響，硒與二硫化物和蛋白質(zhì)的硫醇基反應(yīng)生成硒代三硫化物(selenotrisulfides,RSSeSR),抑制相關(guān)酶的活力。硒的基因毒性已被多個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明[44]。在細(xì)胞培養(yǎng)基上亞硒酸鈉可以誘導(dǎo)DNA鏈的斷裂。通過給狗喂食6 μg/(kg·d)的硒代蛋氨酸7個(gè)月檢測(cè)其前列腺細(xì)胞，證實(shí)了硒代蛋氨酸對(duì)DNA的破壞作用。有機(jī)甲基硒化合物被檢測(cè)到具有誘導(dǎo)DNA鏈斷裂的潛力，與SSe相比，有獨(dú)有的細(xì)胞反應(yīng)。在細(xì)胞培養(yǎng)基上，5～10 μmol/L的SSe可以產(chǎn)生單邊帶，致使細(xì)胞壞死，產(chǎn)生急性細(xì)胞溶菌作用。相比之下，甲基硒化合物如甲基硒代半胱氨酸，10～50 μmol/L誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，表現(xiàn)為染色質(zhì)凝結(jié)和DNA碎片，沒有DNA鏈斷裂的證據(jù)。此外，硒化合物與硫醇的反應(yīng)能夠干預(yù)DNA修復(fù)蛋白的完整性和功能性，增加了誘導(dǎo)DNA損傷的不良后果。

3 食品中限量元素污染的防控

預(yù)防限量元素進(jìn)入食品，消除污染源。堅(jiān)決杜絕工業(yè)“三廢”、城市生活垃圾的亂排亂放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)守可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。從農(nóng)產(chǎn)品的種植、養(yǎng)殖角度出發(fā)，除了空氣、灌溉水、種植土壤中元素含量需要達(dá)到國家限量標(biāo)準(zhǔn)外，更要嚴(yán)禁濫用農(nóng)藥、化肥，對(duì)重金屬有強(qiáng)富集能力的植物如多數(shù)食用菌、小麥等應(yīng)尤其重視種植環(huán)境重金屬污染。植物性農(nóng)產(chǎn)品可通過添加土壤改良劑如煤灰、菌渣，改良栽培方式等措施控制限量元素的累積。動(dòng)物在養(yǎng)殖過程中，可以通過在其飼料中添加如電氣石、蒙脫石等吸附劑控制限量元素的污染。從加工、儲(chǔ)運(yùn)角度，食品企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控原材料驗(yàn)收、加工、貯藏運(yùn)輸?shù)冗^程，引進(jìn)良好操作規(guī)范(good manufacturing practices,GMP)、衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)操作程序(sanitation standard operation procedure,SSOP)、危害分析和關(guān)鍵控制點(diǎn)(hazard analysis and critical control point,HACCP)等質(zhì)控體系，按要求監(jiān)控工廠選址、技術(shù)裝備和管道、食品添加劑和生產(chǎn)加工中化學(xué)物質(zhì)的使用、容器包裝材料等，嚴(yán)格控制有害元素可能對(duì)食品產(chǎn)品的污染，保證食品安全。

按照GB 2762—2017食品中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有害元素含量進(jìn)行控制。相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)包括進(jìn)口食品、第三方平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交易食品、餐飲等在內(nèi)的食品的衛(wèi)生質(zhì)量檢測(cè)和監(jiān)督工作。隨著研究的深入，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)定有害元素限量時(shí)所規(guī)定的總量是否合理？目前，在GB 2762—2017食品中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)中，只有汞和砷涉及到了形態(tài)限量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)未規(guī)定形態(tài)限量的元素是否需要考慮不同形態(tài)的限量標(biāo)準(zhǔn)等值得提上議程探討，如歐盟食品安全局認(rèn)為水產(chǎn)品中主要含有的是對(duì)人體危害較小的有機(jī)砷，規(guī)定總砷限量不科學(xué)，其標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)中未規(guī)定砷的限量。嚴(yán)格管理，防止誤食、投毒或人為污染食品。

消費(fèi)者應(yīng)該購買符合質(zhì)量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的食品，利用飲食調(diào)整來減少攝入限量元素、降低對(duì)身體的危害。均衡飲食，避免大量攝入同一食品，以防止限量元素在體內(nèi)的富集。重金屬進(jìn)入人體后主要損害肝臟、腎臟等實(shí)質(zhì)性器官，應(yīng)適量食用護(hù)肝腎的胡蘿卜、紫菜等食物。纖維含量高的食物如豆類、粗糧等可以有效吸附體內(nèi)重金屬，可適量增加食用。多選擇草食性的水產(chǎn)品以減少攝入通過食物鏈富集的限量元素。

應(yīng)用元素形態(tài)對(duì)毒性的影響來達(dá)到防控限量元素污染的目的。一方面，元素形態(tài)對(duì)毒性的影響被廣泛運(yùn)用到食品安全性評(píng)價(jià)中，可以將元素毒性各異的形態(tài)區(qū)分開來，避免了現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中只測(cè)定總量造成的與安全性不符合的結(jié)果。王繼霞等[45]分析測(cè)定了貝殼類海產(chǎn)品中的As(Ⅴ)、MMA、DMA、砷甜菜堿4種砷形態(tài)化合物，結(jié)果顯示，花甲、蠑螺、蟶子等9種貝殼類海產(chǎn)品中砷主要以有機(jī)砷的形態(tài)存在，As(Ⅴ)含量較低，各種有機(jī)砷的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為進(jìn)一步完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)。另一方面，通過改變?cè)氐男螒B(tài)或某些形態(tài)的含量來降低毒性。As(Ⅲ)比As(Ⅴ)的毒性、流動(dòng)性都更強(qiáng)且更難去除，而As(Ⅲ)可以通過常規(guī)氧化劑氧化、微生物氧化、光催化氧化、空氣直接氧化等方式氧化為毒性更低的As(Ⅴ)。空氣直接氧化速率極為緩慢，難以實(shí)際應(yīng)用，微生物氧化和光催化氧化一般應(yīng)用于水體修復(fù)。QIN等[46]進(jìn)行水培和盆栽實(shí)驗(yàn)，旨在檢驗(yàn)芬頓試劑(H2O2和Fe2+組成的強(qiáng)氧化性混合液)對(duì)種植在砷污染土壤里的水稻植株的影響。結(jié)果顯示芬頓試劑可顯著降低砷對(duì)植物的毒性、減少植物對(duì)砷的攝取和砷在水稻籽粒中的積累量。這歸因于羥基自由基將As(Ⅲ)氧化為As(Ⅴ)并且通過和有沉淀作用的Fe3+反應(yīng)生成幾乎不溶的化合物來固定砷酸鹽。飲食背景不同會(huì)使總砷的生物可給性產(chǎn)生差異，亞洲飲食背景下總砷的生物可給性達(dá)到81.2%，西方飲食背景下總砷生物可給性為63.4%[47]。不同形態(tài)砷具有對(duì)應(yīng)的生物有效性，因此飲食習(xí)慣、烹飪方式引起砷生物可給性差異的原因之一可能是砷的形態(tài)變化?？梢酝ㄟ^調(diào)整飲食習(xí)慣和烹飪方式改變生物有效性和形態(tài)，以達(dá)到降低危害的目的。烹飪方式會(huì)改變食物中某些砷形態(tài)的含量。JITARU等[48]收集了法國市場(chǎng)上37個(gè)商業(yè)水稻樣本，使用4種不同的烹飪方法，比較了總砷、無機(jī)砷和DMA的含量。結(jié)果顯示，漂洗有助于去除高達(dá)16%的無機(jī)砷和20%的總砷(取決于米的類型)，但對(duì)某些類型的水稻是無效的；在水未被污染的前提下沸騰可以有效地降低總砷和無機(jī)砷含量，這證實(shí)水溶性的砷形態(tài)可以通過棄掉沸水去除，但沒有DMA顯著浸出。

元素形態(tài)不同其從機(jī)體的排出量和排出速度具有差異。重金屬會(huì)與高親和性的配位體形成穩(wěn)定的絡(luò)合物或螯合物，不進(jìn)入體循環(huán)，降低重金屬的吸收率，促使排泄。飲食中的某些成分可以在消化過程中起作用，改變汞的生物可給性。PIEDRA等[49]評(píng)估了在體外模擬胃腸道消化后28種成分對(duì)無機(jī)汞和甲基汞在水溶液中溶解性的效果。結(jié)果表明，果膠、單寧酸、木質(zhì)素和纖維素衍生物對(duì)降低汞的生物可給性有顯著效果，可將汞的吸收量減少75%以上。硒對(duì)汞的毒性有拮抗作用，一方面硒與汞的絡(luò)合能力強(qiáng)于硫與汞的絡(luò)合能力，可使體內(nèi)含巰基酶活力恢復(fù)，另一方面硒可使汞引起的氧化還原失衡得以恢復(fù)。研究發(fā)現(xiàn)，暴露于氯化汞的大鼠血尿素氮(blood urea nitrogen, BUN)為34.7 mg/dL、尿酸1.75 mg/dL、肌酐0.39 mg/dL，而亞硒酸鈉+氯化汞組大鼠的BUN28.96 mg/dL、尿酸1.21 mg/dL、肌酐0.32 mg/dL，表明亞硒酸鈉可以顯著降低氯化汞誘導(dǎo)的大鼠腎臟毒性[50]。茶多酚、五味子乙素、還原型谷胱甘肽、N-乙酰半胱氨酸等抗氧化劑可阻礙甲基汞導(dǎo)致的脂質(zhì)過氧化[51]。

鉛中毒可以使用螯合劑與鉛形成螯合物，加速其排出，減少體內(nèi)鉛蓄積，降低毒性，但不能修復(fù)已經(jīng)造成的損傷。如臨床上常用促排靈(Diethylenetriamine pentaacetic acid,DTPA)、二巰丙醇和二巰丙磺鈉等螯合劑治療鉛中毒。近年的研究熱點(diǎn)為抗氧化劑對(duì)鉛中毒的治療，抗氧化劑既可以加速鉛的排出，又能夠通過降低鉛誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激高水平，改善鉛中毒造成的損傷。原花青素、黃酮類化合物、苦蕎麥多糖等抗氧化劑都可降低鉛對(duì)機(jī)體的危害。硒和鋅可拮抗鉛中毒,帶負(fù)電荷的硒離子可結(jié)合鉛離子形成金屬-硒-蛋白質(zhì)復(fù)合物并使之排出體外，從而降低血鉛水平，減少鉛的蓄積,鋅在腸道內(nèi)可誘導(dǎo)合成金屬硫蛋白，金屬硫蛋白是一類富含半胱氨酸的金屬結(jié)合蛋白，具備重金屬解毒的作用，它的巰基能結(jié)合鉛形成鉛蛋白復(fù)合物的包涵體(由膜包裹的不溶性蛋白質(zhì)顆粒)，以無毒形式存于骨內(nèi)或排出，降低鉛的毒性,并且硒、鋅都能夠通過抗脂質(zhì)過氧化拮抗鉛毒性[52]。

幾乎所有硒化合物都能使靶細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激，而燈盞花素具有較強(qiáng)的清除由硒化合物產(chǎn)生的ROS的能力，有研究表明，燈盞花素能有效拮抗最高攝入量硒(2000年美國科學(xué)院確定地硒的最高攝入量為400 μg/d)導(dǎo)致的毒性[53]。亞硒酸鈉可誘導(dǎo)白內(nèi)障的產(chǎn)生，姜黃素能夠通過防止亞硒酸鈉氧化巰基而推遲體外培養(yǎng)兔晶狀體渾濁的時(shí)間，但不能抑制白內(nèi)障的發(fā)生[54]。目前，對(duì)于硒中毒沒有特效治療方法，預(yù)防硒中毒的關(guān)鍵是補(bǔ)硒時(shí)注意硒形態(tài)、劑量和方式的選擇，應(yīng)用有機(jī)硒毒性小于無機(jī)硒的原理來開發(fā)安全的富硒食品、硒補(bǔ)充劑及添加劑，一般通過生物富硒將無機(jī)硒轉(zhuǎn)化為毒性更低的有機(jī)硒，生物富硒的常用方法有微生物轉(zhuǎn)化法如酵母菌富硒、乳酸菌富硒和食用菌富硒等，植物轉(zhuǎn)化法如大蒜富硒、大米富硒和茶葉富硒，植物種子發(fā)芽轉(zhuǎn)化法如花生芽富硒、麥芽富硒和豆芽富硒等。

4 結(jié)語

目前對(duì)有害元素和某些微量元素的生物毒理學(xué)研究試驗(yàn)多以無機(jī)鹽的形式注射、投喂實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，模擬食品中有毒有害元素存在狀態(tài)的研究甚少，研究的元素形態(tài)與實(shí)際在食品中的存在形態(tài)有差異，影響研究結(jié)果的可行性，元素形態(tài)對(duì)食品安全的影響尚缺乏系統(tǒng)研究，這些在今后的相關(guān)研究中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)。