基于分層理念的食品包裝材料遷移物暴露評估方法

郭海倩，吳曉紅，李 晨，王 芳，劉 曙*

(1. 上海出入境檢驗檢疫局工業(yè)品與原材料檢測技術中心，上海 200135；2. 杭州華測瑞歐科技有限公司，杭州 311121)

0 前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的日益提高，食品包裝材料的衛(wèi)生安全作為食品安全的重要方面，成為了大家普遍關注的熱點。食品包裝材料中化學物質(zhì)的遷移是污染食品的重要途徑之一，而評估食品包裝材料中化學物質(zhì)對人類健康的不利影響主要由2個因素決定：毒性和暴露[1]。因此食品包裝材料中遷移物的暴露評估是食品安全領域的研究重點之一。

國際生命科學研究所(International Life Sciences Institute, ILSI)于2007年發(fā)布了食品包裝材料的暴露評估指南[2]，對食品包裝材料暴露評估可以采用的方法進行了完整的梳理和總結(jié)。ILSI指出暴露評估的方法具體可以細分為使用固定值的簡單確定性評估，改進的確定性評估和概率評估。其中使用固定值的簡單確定性評估和改進的確定性評估統(tǒng)稱為確定性評估方法。隨著科技的進步，各國都在不斷完善適用于食品包裝材料的暴露評估方法，美國、歐盟、日本及加拿大等發(fā)達國家和地區(qū)已經(jīng)建立了多種食品包裝材料暴露評估方法[3]，我國由于暴露評估相關政策和法規(guī)還有待完善，因此現(xiàn)階段開展暴露評估以參考歐美等發(fā)達國家為主。朱蕾等介紹美國、歐美、日本和加拿大在開展食品包裝材料暴露評估時采用的方法原理、所需資料和計算過程等，對各種方法進行比較，為建立適合于我國國情的食品包裝材料暴露評估方法提供參考[4]。

由于國內(nèi)市場食品包裝材料種類繁多，質(zhì)量參差不齊，因此我們在開展暴露評估時具體選用何種方法可以獲得真實有效且準確的結(jié)果是本文關注的重點。美國環(huán)境保護署提出層次評估法，即當應用某一方法獲得的評估結(jié)果臨近或超過安全標準時，應采用更為保守的評估方法。該方法表明從確定性評估到概率評估共分4層。層次1和2為確定性評估，層次3和4為概率評估。隨著暴露評估層次的增加，暴露估計越來越接近實際暴露水平，但同時需要引入更多的數(shù)據(jù)。在食品接觸材料領域中，同樣可以采用分層法的分層思想開展暴露評估。本文重點介紹并對比食品包裝材料中遷移物的暴露評估方法，主要包括確定性評估方法和概率評估方法，分析確定性評估方法和概率評估方法的優(yōu)缺點，引入分層的思想選擇最合適的暴露評估方法，為完整暴露評估提供借鑒。

通常情況下，更復雜的方法并不適合評價某一特定遷移指標對人類健康的影響。暴露評估的分層方法是指從簡單確定性方法開始[5]，目前簡單的確定方法主要有歐盟方法和美國FDA方法。利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)，細化上述確定性方法，即改進的確定性方法，最后如果仍得不到準確的結(jié)果，則可進一步采用概率評估方法。概率評估需要建立模型，需要龐大的數(shù)據(jù)信息作為支撐，因此通常概率評估還有待進一步普及應用?？偟膩碚f，分層方法的優(yōu)點在于入口點可以在任何階段，每深入一層，則需要輸入更多的數(shù)據(jù)[6]。因此，如果在粗略的水平上可以得到對人類健康的影響，則可摒棄其后復雜的計算和建模等過程。

1 確定性評估方法

確定性評估方法包括使用固定值的簡單確定性方法及其改進方法。簡單確定性評估方法中最具代表性的是歐盟和美國的確定性評估方法，改進的確定性方法為矩陣法。

1.1 簡單確定性評估方法

暴露量的確定性評估通常采用使用固定值即點估計評估方法。具體為食品消耗量的固定值 (例如平均消耗量或高消耗量值) 乘以化學濃度的固定值 (通常為平均水平或根據(jù)食品接觸材料法規(guī)允許的水平上限)[7-8]。點估計評估方法是初期篩選數(shù)據(jù)的最佳方法，然而其局限性是很難或不可能顯示任何相關的不確定性。使用點估計評估方法，可應用于總的飲食量評估、食品模擬物或重復飲食評估[9]。其中簡單確定性評估方法最具代表性的是歐盟傳統(tǒng)確定性評估方法和美國FDA法，其原理均為點估計。

1.1.1 歐盟傳統(tǒng)確定性評估法

歐盟傳統(tǒng)確定性評估方法是最壞遷移評估[10]，模擬試驗是按照最壞情況進行即100 %遷移。歐盟對食品包裝材料評估的基本前提是：人均體重為60 kg，平均每天攝入質(zhì)量為1 kg、食品包裝材料和食品接觸面積為6 dm2的食品[11]。且食品包裝材料中的某物質(zhì)遷移到食品中的量全部由人體通過膳食攝入。該方法也是歐洲食品安全局(European food safety authority，EFSA)用來監(jiān)管目標遷移物風險的常用保守方法。

食品中目標遷移物的含量為目標物從食品包裝材料中遷移到與其接觸的食品或食品模擬物中的最大限量，即特定遷移量(specific migration limit，SML)。

目標遷移物遷移量=目標遷移物殘留量×食物重量×

食品和包裝材料的接觸面積

目標遷移物暴露量=目標遷移物遷移量×

每個成年人每天消耗食品的總量

對于脂肪類食品，具體可見2002/72/EC指令，有大約70多種物質(zhì)。這類物質(zhì)需要引入脂肪轉(zhuǎn)換因子(fat reduction factor, FRF)，從而使暴露評估結(jié)果更接近實際水平。

FRF=脂肪量(g)/食品總量(kg)/200

=[脂肪含量(%)×5]/100

通常脂肪含量高于20 %的食品，檢測的遷移量需要除以FRF(通常為1～5)進行校正。然而此種情況不適用于最終遷移量>60 mg/kg的情況，不適用于與嬰幼兒食品接觸用材料。

歐盟的傳統(tǒng)評估方法是完全基于假設的結(jié)果，這往往會極大地高估了實際暴露量。但該方法得到的結(jié)果能最大程度的保護消費者，同時操作簡單，無需進行大規(guī)模的調(diào)查，在缺乏調(diào)查和檢測數(shù)據(jù)的情況下，是暴露評估優(yōu)先選擇的方法。

該傳統(tǒng)評估方法適用于所有食品包裝材料遷移評估的初級計算。在開展食品包裝材料遷移物安全評估時，可以采用該方法進行初步的計算，例如用于包裝干奶酪的塑料托盤的痕量物質(zhì)滑石粉的評估，含量為0.01 %，假設滑石粉100 %遷移到食物中，單位面積塑料托盤的最大質(zhì)量4 g/m2。則滑石粉的遷移量為2.4 μg/kg，暴露量為2.4 μg/人/天。

1.1.2 美國FDA方法

美國食品藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration)通常結(jié)合食物的遷移水平，來預估食品包裝材料的暴露情況。美國對食品包裝材料中遷移物風險評估是根據(jù)遷移量計算估計每日攝入量(Estimated daily intake，EDI)[12]。根據(jù)EDI再進行毒理學評價，判斷其是否安全。這種方法適用于非重復使用的包裝材料。影響該方法的因素有食品包裝材料的消費因子(Consumption factor，CF)和食品分配因子(f)[13]。其中CF 指接觸某種特定食品包裝材料包裝的食品量與所有食品包裝材料包裝的食品重量的比例。f則是指食品包裝材料與各種類別的食品接觸的比例，例如水性食品、酸性食品、醇類食品和脂肪類食品等。具體可見FDA 資料準備指南[14]的附錄四。

美國 FDA 假設每人每天攝入食品包裝的固體和液體食品種類為3 kg，根據(jù)測定的目標物質(zhì)的遷移濃度(M)，和其CF值和f值，則可得到目標遷移物的EDI=3 kg食品/人/天×CF×(M10 %乙醇×f水性和酸性+M酒類×f酒類+M多酯×f多酯)。

美國FDA的方法因為引入了消費因子和食物分配因子將不同種類的包裝材料對暴露的貢獻率充分考慮在內(nèi)，從而大大提高了準確度[15]。但同時，因該方法引入了適當?shù)募僭O，一定程度上會高估暴露量。在數(shù)據(jù)較為充分的情況下，可以選擇該種方法。

美國FDA方法可應用于食品包裝材料中非有意添加物的安全自評估，根據(jù)雜質(zhì)的預估含量即100 %遷移時該雜質(zhì)的濃度乘上對應的食品分配因子和消費因子，最后再乘以3 kg，即可得到該雜質(zhì)的EDI。通過EDI進行下一步的毒理安全評價。若根據(jù)雜質(zhì)100 %遷移得出的結(jié)果超出一般關注水平，則可使用實際的遷移試驗的數(shù)據(jù)進行進一步修正。

1.2 改進確定性評估方法——矩陣法

Ree和Tennant等[16]發(fā)現(xiàn)如果最壞遷移的情況不會對人體健康造成危害，則不需要改進暴露評估方法。雖然嚴格的說，這種觀念不適用于遷移物，但同樣的理念是適用的。例如，假設對于一個特定遷移物，遷移量用SML表示，所有可以使用這種包裝材料的食品均包含在內(nèi)。這可以被認為是一種有用的篩選方法，因為如果暴露量沒有引起關注，那么就不需要進一步細化。此種方法適用于數(shù)據(jù)有限，或者在不存在數(shù)據(jù)的情況下突然出現(xiàn)“意外”問題。因此上述暴露量精確程度不高。通常確定性估計是保守的，他們使用過度的消費量和最壞遷移情況，會使暴露估計值偏高。因此，當上述確定性暴露評估結(jié)果引起關注時，可以使用矩陣法(Matrix)進行改進。

矩陣法暴露評估基于2個假設：(1)所有消費食品均是有包裝的；(2)食品包裝有效接觸率為100 %[12]。矩陣法引入關注水平(Level of interest, LOI)和可耐受暴露量(Tolerable exposure level, TEL)。通過LOI可以確定需要評估的物質(zhì)，根據(jù)包裝材料的包裝情況，建立基于食品和包裝材料的一一對應的分類體系[17]。特定人群的膳食攝入量(kg/人/天)，與食品接觸材料和單位質(zhì)量食品的接觸面積(dm2)，進行數(shù)學概率模型模擬得到接觸面積(dm2/人/天)，最后將物質(zhì)遷移量與相應的接觸面積相乘得到暴露量。

在某些情況下，矩陣法得出的結(jié)果可能仍會超出安全閾值，則需要進一步的改進[18]。

(1)用一系列可替代的化學濃度和食品消耗量重復評估。

(2)引入(保守)因子，說明食品在其組成 (如脂肪含量)或包裝 (如面積-體積比或市場份額)之間的差異。

(3)查找或生成額外的數(shù)據(jù)，例如主要食品組或包裝類型的測試濃度、市場份額信息等[19]。

如果以上評估可以顯示暴露量低于相關的關注水平，則不需要進行進一步的評估。如果問題仍然存在，對確定性方法的改進沒有顯著的效果，則應考慮更加精確的概率評估。

該方法適用于要求精確度較高的食品包裝材料目標遷移物的暴露評估。如純牛奶包裝內(nèi)層的塑料薄膜中遷移物的評估，通過數(shù)學模型，使用特定人群的膳食攝入量和單位質(zhì)量食品的接觸面積模擬得到實際接觸面積，將目標物質(zhì)的實際遷移量與相應的接觸面積相乘，即可得到該物質(zhì)的暴露量。

2 概率評估

2.1 概率評估方法模型建立介紹

使用概率方法進行的暴露評估在概念和方法上與確定性方法相似，主要區(qū)別是概率評估用于將風險的可變性和不確定性結(jié)合起來的方法[20]。每個不確定變量都可以由分布函數(shù)來表示，而不是單個值。應該指出的是，概率建模并不要求所有的輸入?yún)?shù)都是分布的。事實上，在許多情況下，概率建?？梢圆⑶沂怯米兞亢凸潭ㄖ递斎?yún)?shù)的組合來運行的。上文所描述確定性方法通常使用點估計(固定值)進行食品消費和遷移物濃度計算，從而得到暴露的點估計。然而，實際上消費、遷移和暴露不是固定的數(shù)值， 而是可變和不確定的，例如消費從一個人到下一個，而濃度數(shù)據(jù)同時也受測量不確定度的影響[21]。

概率分析包括對于各參數(shù)變化性與不確定性參數(shù)分布的描述。因此它通過發(fā)生的概率對模型的每一個參數(shù)可能引發(fā)的各種結(jié)果進行考慮[22]。然而概率建模并不容易，因此它需要使用復雜的數(shù)學模型和更詳細的數(shù)據(jù)。概率建模的基本原則是，用分布表示暴露評估的輸入，這些輸入是可變的和/或不確定的。然后多次重復暴露計算，每次從每個分布中隨機抽取一個數(shù)字。每次計算的重復或迭代都會生成一個曝光估計，然后將這些估計組合起來生成一個暴露分布。此輸出分布表示暴露量估計的可變性和不確定性。如果要提供穩(wěn)定的輸出分布所需的迭代次數(shù)通常很大(例如1 000～10 000或更多)，但是可以用計算機快速完成。用于暴露評估的輸入通常是可變的和不確定的，這可以通過附加的分布來表示[23]。例如，濃度的變化遵循對數(shù)正態(tài)分布，這可以由它的均值和標準差來定義。然而，如果被測濃度的數(shù)量很小，那么均值和標準差將是不確定的。這種不確定性可以用2個進一步的分布來表示，一個是平均值，另一個是標準偏差。蒙特卡羅(Monte Carlo)法是概率法中最常用的分析方法[24]。

2.2 從概率模型中獲得的輸出類型

如果使用二維蒙特卡羅法，概率暴露評估的主要輸出將是人群暴露的分布，以及置信區(qū)間。從這些分布中，可以得到相關的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

(1)有或沒有置信度界限的特定百分位數(shù)的暴露量估計模型。

(2)有或沒有置信范圍的超過人群比例的特定暴露估計模型。

(3)隨機選擇的個體超過特定暴露水平的概率模型。

概率評估還可以生成可能對風險評估者有幫助的輔助輸出，以下為霍姆斯等[25]提出的3種二次輸出的示例。

(1)評估不同種類的食物的比例對整體曝光的貢獻率，在不確定因素需要單獨處理的情況下，我們可以同時進行置信區(qū)間的計算。這可以幫助識別出可以以減少風險為目標的食品，例如通過改變食品的包裝或告知消費者更少地食用該食品。

(2)通過使用相關系數(shù)、靈敏度分析或不同輸入變量與輸出之間的散點圖來確定哪些輸入對暴露變化影響最大。這可能有助于風險管理人員識別可操作的變量，以減少風險暴露，例如通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝以減少遷移中的可變性。

(3)通過使用表示不確定性的輸入與輸出之間的相關系數(shù)或散點圖來確定哪些輸入對不確定性貢獻最大。這可以幫助風險評估者減少不確定性，因為它使他們能夠?qū)?shù)據(jù)收集集中在對不確定性貢獻最大的輸入上。

概率評估法適用于需要精準暴露值的評估，此外該方法也適用于大范圍的評估，如全國或者某省市的膳食暴露評估。李喜艷等[26]以江蘇省居民鉛膳食暴露評估為例，采用我國膳食調(diào)查、污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)以及相應的人口學資料構(gòu)建化學污染物慢性膳食暴露評估全概率模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)化學污染物慢性膳食暴露評估全概率模型評估結(jié)果較半概率模型保守，但數(shù)據(jù)使用量較大，評估方法復雜。

3 確定性評估方法和概率評估方法比較

目前，可用于食品包裝材料遷移物暴露評估的方法有簡單確定性評估，改進的確定性評估方法(矩陣法)和概率評估，3種方法的優(yōu)缺點如表1所示。

表1 食品包裝材料遷移物的暴露評估方法的比較

在選擇合適的暴露評估方法時，需要充分考慮確定性評估方法及其改進方法和概率評估方法的優(yōu)缺點，在保證評估結(jié)果可靠的前提下，選擇最優(yōu)的暴露評估方法。為了避免多余的數(shù)據(jù)收集和復雜的操作步驟，采用分層的思想開展暴露評估顯得十分重要?；诜謱臃ㄟM行暴露評估的原則，優(yōu)先使用固定值的簡單確定性方法來進行暴露評估，當評估結(jié)果顯示該遷移物質(zhì)對人類健康影響較小，無需關注，則評估結(jié)束，無需進行更進一步的評估。如果確定性方法得到結(jié)果對健康有影響，則可以通過進一步改進的確定性方法，篩選優(yōu)化輸入的數(shù)據(jù)和假設，得出更精確的暴露量。概率評估法進行暴露評估則是最后選擇的方法。

4 結(jié)語

目前，我國尚未建立完善的食品包裝材料遷移評估體系，進行食品包裝材料暴露評估主要參考歐美的方法進行，因此我國需要結(jié)合自身的實際情況，結(jié)合分層思想，建立食品包裝材料遷移物評估數(shù)據(jù)庫及方法指南文件等，進一步規(guī)范食品安全中食品包裝材料的影響。