從腸道菌群角度重新認(rèn)識(shí)食品添加劑

任怡霖 劉慎夤 張展

食品添加劑是廣泛應(yīng)用于食品中，為了改善其品質(zhì)和色、香、味，或者為了防腐、保鮮等需要而加入食品中的物質(zhì)，被譽(yù)為現(xiàn)代食品加工制造業(yè)的靈魂。按照來源可分為天然食品添加劑和人工合成食品添加劑。根據(jù)我國(guó)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2760—2014）（簡(jiǎn)稱《食品安全標(biāo)準(zhǔn)》），食品添加劑可分為22類，如乳化劑、甜味劑、著色劑、抗結(jié)塊劑等。隨著消費(fèi)者對(duì)于食品營(yíng)養(yǎng)及質(zhì)量的追求，加工食品的地位逐漸攀升，食品添加劑的需求量也在不斷增加。全球食品添加劑市場(chǎng)的總產(chǎn)值從1988年的150億美元增加到2000年的160億美元；我國(guó)的食品添加劑產(chǎn)量也迅猛增加，2021年1—7月的產(chǎn)量為632.6萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)10.44%。

食品添加劑的安全問題

在現(xiàn)實(shí)生活中，人們往往將食品添加劑和非法添加物混為一談。2006年的“蘇丹紅”紅心鴨蛋事件以及2008年的“三聚氰胺”毒奶粉事件使得人們對(duì)食品添加劑產(chǎn)生誤解，其實(shí)“蘇丹紅”和“三聚氰胺”都是非法化學(xué)添加物，而非食品添加劑。這些事件誤導(dǎo)了公眾對(duì)食品添加劑的認(rèn)知，甚至很多人認(rèn)為“天然的食品添加劑比人工合成添加劑更為健康”。其實(shí)，《食品安全標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定了食品添加劑的允許使用品種、使用范圍以及最大使用量或殘留量，按照其規(guī)定劑量標(biāo)準(zhǔn)合理使用食品添加劑并不會(huì)造成食品安全隱患。而即使是天然食品添加劑，如果超量使用，同樣也可能對(duì)人體健康造成一定的威脅[1]。

盡管美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局認(rèn)為食品添加劑是相對(duì)安全的，但是許多食品添加劑對(duì)人體具有潛在的健康威脅。例如，無熱量人工甜味劑是世界上使用最廣泛的食品添加劑之一，被廣泛添加于甜食、酸奶和飲料之中。然而，流行病學(xué)調(diào)查和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，長(zhǎng)期攝入阿巴斯甜、糖精、三氯蔗糖等無熱量的人造甜味劑可影響機(jī)體的激素水平，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和健康志愿者葡萄糖耐量受損（空腹血糖調(diào)節(jié)受損）；還能改變子代大腦中獎(jiǎng)賞基因的表達(dá)，加劇后代青少年時(shí)期的肥胖、糖耐量受損[2]。此外，多種食品添加劑復(fù)配使用后可能具有協(xié)同效應(yīng)或者拮抗作用，也給食品安全帶來諸多不確定性。

食品添加劑影響腸道菌群的結(jié)構(gòu)和功能

人體腸道寄居著約100萬(wàn)億種微生物，其中大部分是細(xì)菌，但也有病毒、真菌和原生動(dòng)物。它們編碼300多萬(wàn)個(gè)基因，大約是人類基因數(shù)量的100倍，能產(chǎn)生數(shù)千種代謝產(chǎn)物，參與機(jī)體代謝、免疫等多個(gè)生物學(xué)過程 [4]。通常情況下，不同種類的腸道菌群及其與宿主之間始終處于動(dòng)態(tài)平衡，但輻射、膳食、藥物、壓力、環(huán)境化學(xué)物等因素可以擾亂腸道菌群的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而危害機(jī)體健康。

乳化劑是一類表面活性劑，是食品工業(yè)中用量最多的食品添加劑之一。它可顯著降低油水兩相界面張力，使互不相溶的油（疏水性物質(zhì)）和水（親水性物質(zhì)）形成穩(wěn)定的乳濁液，除此之外，還具有消泡、增稠、潤(rùn)滑等作用。常用的膳食乳化劑根據(jù)來源主要分為兩類：一類是天然產(chǎn)物，如卵磷脂等；另一類是人工合成的產(chǎn)物，如羧甲基纖維素、山梨醇酐單硬脂酸酯、硬脂酸甘油酯和聚山梨酯80等。

然而，長(zhǎng)期攝入羧甲基纖維素、卡拉膠等乳化劑不僅會(huì)顯著降低腸道菌群的多樣性及腸道益生菌（例如阿克曼氏菌）的豐度，還會(huì)顯著降低短鏈脂肪酸和游離氨基酸等代謝產(chǎn)物的濃度，進(jìn)而導(dǎo)致代謝綜合征、腸道炎癥，甚至腸道腫瘤的發(fā)生[5]。另有研究者發(fā)現(xiàn)，羧甲基纖維素和聚山梨酯80等乳化劑的攝入不僅會(huì)對(duì)腸道菌群、代謝組和腸道屏障造成損傷，增加慢性炎癥疾病風(fēng)險(xiǎn)，還可能導(dǎo)致焦慮行為的增加，以及社交行為的減少。

甜味劑，顧名思義，就是給食品增加甜味的一種物質(zhì)。功能性高倍甜味劑安全性高，用量少，甜度高，使用成本一般遠(yuǎn)低于蔗糖。我國(guó)允許使用的甜味劑分為兩大類：一類為化學(xué)合成品，如糖精、甜蜜素、安賽蜜；另一類為天然產(chǎn)物，如甜葉菊苷、甘草、麥芽糖醇等。

三氯蔗糖，俗稱蔗糖素，是一種高倍甜味劑。長(zhǎng)期攝入會(huì)改變?nèi)梭w腸道菌群的組成，如增加梭狀芽孢桿菌的豐度，同時(shí)大大抑制了雙歧桿菌、乳桿菌和類桿菌等有益菌的豐度。研究者將三氯蔗糖處理后的小鼠糞便培養(yǎng)物移植到無菌小鼠體內(nèi)后，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物會(huì)出現(xiàn)葡萄糖耐量受損，說明三氯蔗糖可影響腸道菌群的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而導(dǎo)致代謝綜合征[6]。另有研究者發(fā)現(xiàn)，孕期大鼠攝入低劑量阿巴斯甜和甜葉菊等甜味劑后，會(huì)顯著擾亂其體內(nèi)糖脂代謝和腸道菌群，并影響子代大鼠的進(jìn)食偏好，從而重塑其子代腸道菌群結(jié)構(gòu)。

抗結(jié)塊劑是用于防止顆粒或粉狀食品聚集結(jié)塊，保持其松散或自由流動(dòng)的物質(zhì)。常見的抗結(jié)劑包括亞鐵氰化鉀、硅酸鈣、硅鋁酸鈉、磷酸三鈣、二氧化硅、硬脂酸鎂等。研究發(fā)現(xiàn)，二氧化鈦、二氧化硅等抗結(jié)塊劑的攝入也會(huì)影響腸道菌群的穩(wěn)態(tài)，如改變厚壁菌門/擬桿菌門細(xì)菌的比例，降低乳酸桿菌的豐度，增加變形桿菌的豐度，進(jìn)而破壞腸道屏障與黏膜免疫功能。

此外，自然、柔和、令人賞心悅目的顏色可以激起人們的食欲， 增加消費(fèi)者的購(gòu)買欲望，因此常在食品中加入著色劑。按來源，可將著色劑分為人工合成著色劑和天然著色劑；按結(jié)構(gòu)，人工合成著色劑又可分為偶氮類、氧蒽類和二苯甲烷類等。檸檬黃是一種偶氮類著色劑，安全性相對(duì)較高。但研究發(fā)現(xiàn)，檸檬黃也可使腸道中玫瑰單胞菌、芽孢桿菌等益生菌的豐度顯著降低，并減少短鏈脂肪酸的含量，誘發(fā)氧化應(yīng)激，增加促炎因子的表達(dá)，進(jìn)而誘發(fā)腸道炎癥反應(yīng)。

腸道菌群介導(dǎo)食品添加劑的代謝

腸道菌群作為一個(gè)復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，時(shí)刻影響著宿主的健康狀況。越來越多的證據(jù)顯示，腸道菌群也會(huì)參與機(jī)體對(duì)食品添加劑的代謝，進(jìn)而影響食品添加劑對(duì)機(jī)體的作用。其中，腸道菌群—三甲胺—氧化三甲胺代謝途徑與心血管疾病的相關(guān)性研究是最典型的例子。

磷脂酰膽堿是一種天然乳化劑，可在脂肪酶的作用下形成多種代謝產(chǎn)物。當(dāng)攝入的這類食品添加劑到達(dá)盲腸和大腸后，腸道中的部分菌群產(chǎn)生的膽堿三甲胺裂解酶可將膽堿代謝為三甲胺；而后三甲胺經(jīng)腸壁進(jìn)入血液循環(huán)到達(dá)肝臟，被肝臟中的黃素單加氧酶迅速氧化為氧化三甲胺，進(jìn)而可以增加巨噬細(xì)胞中膽固醇的積累、動(dòng)脈壁中泡沫細(xì)胞（吞噬了脂質(zhì)的單核細(xì)胞或組織細(xì)胞）的積累和動(dòng)脈粥樣硬化，從而增加心臟病、中風(fēng)和死亡的風(fēng)險(xiǎn)[7]。

此外，奶茶、雪糕和飲料中常添加偶氮著色劑，如誘惑紅和日落黃等。研究發(fā)現(xiàn)，某些腸道微生物，例如卵形擬桿菌和糞腸球菌等可產(chǎn)生偶氮還原酶，將這些偶氮著色劑代謝為1-氨基-2-萘酚-6-磺酸鈉鹽，而該代謝物近期被證明可誘導(dǎo)結(jié)腸炎的發(fā)生。

合理開發(fā)使用食品添加劑、保證食品安全，已成為全民關(guān)注的熱點(diǎn)問題。許多食品添加劑可擾亂腸道菌群的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而影響機(jī)體健康；而腸道菌群也可介導(dǎo)食品添加劑的代謝進(jìn)而影響其健康效應(yīng)。因此，在食品添加劑的危害識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程中，需要聚焦腸健康，探討腸道菌群在其中的關(guān)鍵作用，其參與的生理病理過程將逐漸成為新型食品添加劑開發(fā)及其安全性研究的重要陣地。

[本文相關(guān)研究得到江蘇省自然科學(xué)基金（BK2020 1354）和江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科（公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)）建設(shè)工程三期項(xiàng)目（PAPD，2014）的資助。]

[1]Il A， Yjp B， Min J， et al. Associations of urinary concentrations of phthalate metabolites， bisphenol A， and parabens with obesity and diabetes mellitus in a Korean adult population： Korean National Environmental Health Survey （KoNEHS） 2015-2017. Environment International， 2021， 146： 106227.

[2]Nettleton J E， Cho N A， Klancic T， et al. Maternal low-dose aspartame and stevia consumption with an obesogenic diet alters metabolism， gut microbiota and mesolimbic reward system in rat dams and their offspring. Gut， 2020， 69 （10）： 1807-1817.

[3]Chassaing B， Koren O， Goodrich J K. Dietary emulsifiers impact the mouse gut microbiota promoting colitis and metabolic syndrome. Nature， 2015， 519 （7541）： 92-96.

[4]Fan Y， Pedersen O. Gut microbiota in human metabolic health and disease. Nature Reviews Microbiology， 2021， 19 （1）： 55-71.

[5]Chassaing B， Compher C， Bonhomme B， et al. Randomized controlled-feeding study of dietary emulsifier carboxymethylcellulose reveals detrimental impacts on the gut microbiota and metabolome. Gastroenterology， 2022， 162（3）： 743-756.

[6]Suez J， Korem T， Zeevi D， et al. Artificial sweeteners induce glucose intolerance by altering the gut microbiota. Nature， 2014， 514 （7521）： 181-186.

[7]Tang W H， Wang Z， Levison B S， et al. Intestinal microbial metabolism of phosphatidylcholine and cardiovascular risk. New England Journal of Medicine， 2013， 368 （17）： 1575-1584.

[8]He Z， Chen L， Catalan-Dibene J， et al. Food colorants metabolized by commensal bacteria promote colitis in mice with dysregulated expression of interleukin-23. Cell Metabolism， 2021， 33 （7）： 1358-1371.

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