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食品毒理学评价与食品安全性
食品毒理学评价与食品安全性
马立田胡军刘宏霞
北京中大华远认证中心100833
摘要:
本文从食品毒理学的角度对食品安全性进行了论述,探讨了食品安全性评价与ADI、LD50等指标之间的关系，为正确认识和使用食品添加剂及新资源食品的开发提供了理论基础。
关键词：
食品毒理学、ADI、LD50、最大使用量
前言
应用食品毒理学的方法对食品进行安全性评价,为我们正确认识和安全使用食品添加剂（包括营养强化剂）、开发食品新资源和新资源食品及保健食品的开发提供了可靠的技术保证，为我们正确评价和控制食品容器和包装材料、辐照食品、食品及食品工具与设备用洗涤消毒剂、农药残留及兽药残留的安全性提供了可靠的操作方法。
一．食品毒理学基本概念
1.食品毒理学（foodtoxicology）：
应用毒理学方法研究食品中外源化学物的性质，来源与形成，它们的不良作用与可能的有益作用及其机制，并确定这些物质的安全限量和评定食品的安全性的科学。
食品毒理学的作用就是从毒理学的角度，研究食品中可能含有的外源化学物质对食用者的毒作用机理，检验和评价食品（包括食品添加剂）的安全性或安全范围，从而达到确保人类的健康目的。
2.毒物：
在一定条件下，较小剂量就能够对生物体产生损害作用或使生物体出现异常反应的外源化学物称为毒物。
食物中的毒物来源有：
天然的或食品变质后产生的毒素等、环境污染物、农兽药残留、生物毒素、以及食品接触所造成的污染。
3.外源化学物（xenobiotics）：
是存在于外界环境中，而能被机体接触并进入体内的化学物；它不是人体的组成成分，也不是人体所需的营养物质。
近来，确切的概念应称为“外来生物活性物质”。
4.毒性：
是指外源化学物与机体接触或进入体内的易感部位后，能引起损害作用的相对能力，或简称为损伤生物体的能力。
也可简述为外源化学物在一定条件下损伤生物体的能力。
食品中的外源化学物也可能在一定条件下呈有益作用或不良作用。
毒理学的一个基本原则和首要目的就是要对毒性进行定量。
欧洲中世纪的科学家Paracelsus（1493～1541）曾说过：
“所有的物质都是毒物，没有一种不是毒物的。
正确的剂量才使得毒物与药物得以区分”（ThedosemakesthePoison）。
一般来说，毒物和非毒物之间没有严格的界限。
同一种化学物质，由于使用剂量、对象和方法的不同，则可能是毒物，也可能是非毒物。
例如，亚硝酸盐（nitrate）对正常人是毒性物质，但对氰化物中毒者则是有效的解毒剂。
另外，人体对硒（Se）的每日安全摄入量为50～200μg，如低于50μg则会导致心肌炎，克山病等疾病，并诱发免疫功能低下和老年性白内障的发生；如摄入量在200～1000μg之间则会导致中毒，如每日摄入量超过1mg则可导致死亡。
5．化学损害：
所谓化学损害是指通过改变生物体内的生物化学过程甚至导致器质性病变的损伤。
如有机磷酯化合物类农药主要通过抑制胆碱酯酶的活性，使生物体乙酰胆碱超常累积，因而导致生物体的极度兴奋而死亡。
6.毒性物质的分类：
（1）按其来源：
分天然、合成和半合成三类；
（2）按其用途及分布范围：
分工业、环境、食品有毒成分、农用、医用、军事、放射性、生物性和化妆品中分布的有害化学物；
（3）按其毒性强弱又可分为剧毒、高毒、中毒、低毒、微毒等。
7.毒物的毒效应
（1）急性毒性:
指机体一次给予受试化合物，低毒化合物可在24小时内多次给予，经吸入途径和急性接触，通常连续接触4小时，最多连续接触不得超过24小时。
在短期内发生的毒效应。
食品毒理学研究的途径主要是经口给予受试物，方式包括①灌胃②喂饲③吞咽胶囊等。
急性毒性研究的目的，主要是探求化学物的致死剂量，以初步评估其对人类的可能毒害的危险性。
（2）蓄积毒性：
指低于一次中毒剂量的外源化学物，反复与机体接触一定时间后致使机体出现的中毒作用。
一种外源化学物在体内蓄积作用的过程，表现为物质蓄积和功能蓄积两个方面。
（3）亚慢性、慢性毒性
亚慢性毒性：
指机体在相当于1/20左右生命期间，少量反复接触某种有害化学和生物因素所引起的损害作用。
慢性毒性：
指外源化学物质长时间少量反复作用于机体后所引起的损害作用。
（4）“三致”作用：
指致突变、致畸、致癌作用。
二．我国食品安全性毒理学评价法律法规和标准
1．中华人民共和国食品卫生法
第九条第二项：
禁止生产经营含有毒、有害物质或者被有害物质污染，可能对人体健康有害的食品。
2．食品安全性毒理学评价程序和试验方法（共二十一个标准）
GB15193.1-2003GB15193.1-2003
食品安全性毒理学评价程序食品安全性毒理学评价程序
GB15193.2-2003GB15193.2-2003
食品毒理学实验室操作规范食品毒理学实验室操作规范
GB15193.3-2003GB15193.3-2003
急性毒性试验急性毒性试验
GB15193.4-2003GB15193.4-2003
鼠伤寒沙门氏菌/哺乳动物微粒体酶试验鼠伤寒沙门氏菌/哺乳动物微粒体酶试验
GB15193.5-2003GB15193.5-2003
骨髓细胞微核试验骨髓细胞微核试验
GB15193.6-2003GB15193.6-2003
哺乳动物骨髓细胞染色体畸变试验哺乳动物骨髓细胞染色体畸变试验
GB15193.7-2003GB15193.7-2003
小鼠精子畸形试验小鼠精子畸形试验
GB15193.8-2003GB15193.8-2003
小鼠睾丸染色体畸变试验小鼠睾丸染色体畸变试验
GB15193.9-2003GB15193.9-2003
显性致死试验显性致死试验
GB15193.10-2003GB15193.10-2003
非程序性DNA合成试验非程序性DNA合成试验
GB15193.11-2003GB15193.11-2003
果蝇伴性隐性致死试验果蝇伴性隐性致死试验
GB15193.12-2003GB15193.12-2003
体外哺乳类细胞（V79/HGPRT）基因突变试验体外哺乳类细胞（V79/HGPRT）基因突变试验
GB15193.13-2003GB15193.13-2003
30天和90天喂养试验30天和90天喂养试验
GB15193.14-2003GB15193.14-2003
致畸试验致畸试验
GB15193.15-2003GB15193.15-2003
繁殖试验繁殖试验
GB15193.16-2003GB15193.16-2003
代谢试验代谢试验
GB15193.17-2003GB15193.17-2003
慢性毒性和致癌试验慢性毒性和致癌试验
GB15193.18-2003GB15193.18-2003
日容许摄入量（ADI）的制定日容许摄入量（ADI）的制定
GB15193.19-2003GB15193.19-2003
致突变物、致畸物和致癌物的处理方法致突变物、致畸物和致癌物的处理方法
GB15193.20-2003GB15193.20-2003
TK基因突变试验TK基因突变试验
GB15193.21-2003GB15193.21-2003
受试物处理方法受试物处理方法
3．保健食品安全性毒理学评价规范（包括评价程序和评价方法两部分）
第一部分 评价程序
（1）主题内容与适用范围
（2）对受试物的要求
（3）对受试物处理的要求
（4）保健食品安全性毒理学评价试验的四个阶段和内容
（5）不同保健食品选择毒性试验的原则要求
（6）保健食品安全性毒理学评价试验的目的和结果判定
（7）保健食品毒理学安全性评价时应考虑的问题
第二部分 评价方法
（1）急性毒性试验
（2）鼠伤寒沙门氏菌/哺乳动物微粒体酶试验
（3）骨髓细胞微核试验
（4）哺乳动物骨髓细胞染色体畸变试验
（5）小鼠精子畸变试验
（6）小鼠睾丸染色体畸变试验
（7）显性致死试验
（8）非程序性DNA合成试验
（9）果蝇伴性隐性致死试验
（10）体外哺乳类细胞（V79/HGPRT）基因突变试验
（11）TK基因突变试验
（12）30天和90天喂养试验
（13）致畸试验
（14）繁殖试验
（15）代谢试验
（16）慢性毒性和致癌试验
（17）日容许摄入量（ADI）
（18）致突变物，致畸物和致癌物的处理方法
三．毒性参数和安全限值
１．毒性参数的分类
可以利用两种方法来描述或比较外源化学物的毒性，一种是比较相同剂量外源化学物引起的毒作用强度，另一种是比较引起相同的毒作用的外源化学物剂量，后一种方法更易于定量，这就规定了下列毒性参数和安全限值的各种概念。
在实验动物体内试验得到的毒性参数可分为两类。
一类为毒性上限参数，是在急性毒性试验中以死亡为终点的各项毒性参数。
另一类为毒性下限参数，即有害作用阈剂量及最大未观察到有害作用剂量，可以从急性、亚急性、亚慢性和慢性毒性试验中得到。
毒性参数的测定是毒理学试验剂量-效应关系和剂量-反应关系研究的重要内容。
２.致死剂量或浓度
指在急性毒性试验中外源化学物引起受试实验动物死亡的剂量或浓度，通常按照引起动物不同死亡率所需的剂量来表示。
（1）绝对致死量或浓度（LDl00或LCl00）：
指引起一组受试实验动物全部死亡的最低剂量或浓度。
由于一个群体中，不同个体之间对外源化学物的耐受性存在差异，个别个体耐受性过高，并因此造成100％死亡的剂量显著增加。
所以表示一种外源化学物的毒性高低或对不同外源化学物的毒性进行比较时，一般不用绝对致死量（LDl00），而采用半数致死量（LD50）。
LD50较少受个体耐受程度差异的影响，较为准确。
（2）半数致死剂量或浓度（LD50或LC50）:
指引起一组受试实验动物半数死亡的剂量或浓度。
它是一个经过统计学处理计算得到的数值，常用以表示急性毒性的大小。
LD50数值越小，表示外源化学物的毒性越强，反之LD50数值越大，则毒性越低。
与LD50概念相似的毒性参数，还有半数致死浓度（LC50），即能使一组实验动物在经呼吸道接触外源化学物一定时间（一般固定为2或4小时）后，死亡50％所需的浓度（mg/m3）。
环境毒理学中，还有半数耐受限量（mediantolerancelimit，MTL）用于表示一种环境污染物对某种水生生物的急性毒性，即一群水生生物（例如鱼类）中50％个体在一定时间（48h）内可以耐受（不死亡）的某种环境污染物在水中的浓度（mg/L），一般用MTL48表示。
（3）最小致死剂量或浓度（MLD，LD0l或MLC，LC0l）:
指一组受试实验动物中，仅引起个别动物死亡的最小剂量或浓度。
（4）最大耐受剂量或浓度（MTD，LD0或MTC，LC0）:
指一组受试实验动物中，不引起动物死亡的最大剂量或浓度。
3.观察到的有害作用的最低剂量（lowestobservedadverseeffectlevel，LOAEL）
在规定的暴露条件下，通过实验和观察，一种物质引起机体（人或实验动物）形态、功能、生长、发育或寿命可检测到的有害改变的最低剂量或浓度，此种有害改变与同一物种、品系的正常（对照）机体是可以区别的。
LOAEL是通过实验和观察得到的，应具有统计学意义和生物学意义。
4.未观察到的有害作用剂量（noobservedadverseeffectlevel，NOAEL）
在规定的暴露条件下，通过实验和观察，一种物质不引起机体（人或实验动物）形态、功能、生长、发育或寿命可检测到的有害改变的最高剂量或浓度。
机体（人或实验动物）在形态、功能、生长、发育或寿命改变可能检测到，但被判断为非损害作用。
5.未观察到的作用剂量（noobservedeffect1evel，NOEL）
在规定的暴露条件下，通过实验和观察，与同一物种、品系的正常（对照）机体比较，一种物质不引起机体（人或实验动物）形态、功能、生长、发育或寿命可检测到的改变的最高剂量或浓度。
在具体的实验研究中，比NOAEL高一档的实验剂量就是LOAEL。
应用不同物种品系的实验动物、接触时间、染毒方法和指标观察有害效应，可得出不同的LOAEL和NOAEL。
急性、亚急性、亚慢性和慢性毒性试验都可分别得到各自的LOAEL或NOAEL。
因此，在讨论LOAEL或NOAEL时应说明具体条件，并注意该LOAEL有害作用的严重程度。
LOAEL或NOAEL是评价外源化学物毒性作用与制订安全限值的重要依据，具有重要的理论和实践意义。
6.阈值
为一种物质使机体（人或实验动物）刚开始发生效应的剂量或浓度，即稍低于阈值时效应不发生，而达到或稍高于阈值时效应将发生。
一种化学物对每种效应都可有一个阈值，因此一种化学物可有多个阈值。
对某种效应，对不同的个体可有不同的阈值。
同一个体对某种效应的阈值也可随时间而改变。
就目前科学发展程度，对于某些化学物和某些毒效应还不能证实存在阈剂量（如遗传毒性致癌物和性细胞致突变物）。
阈剂量应该在实验测定的NOEL和LOEL之间。
在利用NOEL或LOEL时应说明测定的是什么效应，什么群体和什么染毒途径。
当所关心的效应被认为是有害效应时，就称为NOAEL或LOAEL。
阈剂量并不是实验中所能确定的，在进行危险性评价时通常用NOAEL或NOEL作为阈值的近似值。
7.安全限值
动物试验外推到人通常有三种基本的方法：
利用不确定系数（安全系数）；利用药物动力学外推（广泛用于药品安全性评价并考虑到受体敏感性的差别）；利用数学模型。
毒理学家对于“最好”的模型及模型的生物学意义尚无统一的意见。
安全限值是指为保护人群健康，对生活和生产环境和各种介质（空气、水、食物、土壤等）中与人群身体健康有关的各种因素（物理、化学和生物）所规定的浓度和接触时间的限制性量值，在低于此种浓度和接触时间内，根据现有的知识，不会观察到任何直接和/或间接的有害作用。
也就是说，在低于此种浓度和接触时间内，对个体或群体健康的危险度是可忽略的。
安全限值可以是每日容许摄入量（ADI）、可耐受摄入量（TI）、参考剂量（RfD）、参考浓度（RfC）和最高容许浓度（MAC）等。
（1）每日容许摄入量（acceptabledailyintake，ADI）是以体重表达的每日容许摄入量，以此量终生摄入无可测量的健康危险性（标准人为60kg）。
（2）可耐受摄入量（tolerableintake，TI）是由IPCS（国际化学品安全规划署）提出的，是指没有可估计的有害健康的危险性对一种物质终生摄入的容许量。
取决于摄入途径，TI可以用不同的单位来表达，如吸入可表示为空气中浓度（如μg/m3或mg／m3）。
（3）参考剂量和参考浓度是美国环境保护局（EPA）对非致癌物质进行危险性评价提出的概念。
参考剂量（referencedose，RfD）和参考浓度（referenceconcentration，RfC），是指一种日平均剂量和估计值。
人群（包括敏感亚群）终身暴露于该水平时，预期在一生中发生非致癌（或非致突变）性有害效应的危险度很低，在实际上是不可检出的。
（4）最高容许浓度（maximalallowableconcenrtation，MAC）:
系指某一外源化学物可以在环境中存在而不致对人体造成任何损害作用的浓度。
我国在制订MAC时遵循“在保证健康的前提下，做到经济合理，技术可行”的原则，因此与上述几种以保护健康为基础的安全限值有区别。
MAC的概念对生活环境和生产环境都适用，但人类在生活与生产活动中的具体接触情况存在较大差异，同一外源化学物在生活环境中与生产环境中的MAC也不相同。
8．不确定系数和安全系数
安全系数（safetyfactor，SF）:
是根据所得的最大无有害作用剂量（NOAEL）提出安全限值时，为解决由动物实验资料外推至人的不确定因素及人群毒性资料本身所包含的不确定因素而设置的转换系数。
安全系数一般采用100，据认为安全系数100是为物种间差异（10）和个体间差异（10）两个安全系数的乘积。
不确定系数（UF）：
为求得可耐受摄入量（TI）说明关键研究（pivotalstudy）的适宜性（可信性），物种间外推，在人个体间变异，全部资料的适宜性（充分性）和毒性的性质的各个因子的乘积。
将临界效应（critica1effect）的NOAEL或LOAEL除以不确定系数即求得安全限值。
四．食品安全性毒理学评价试验的四个阶段和内容
第一阶段：
急性毒性试验：
它是一次性投较大剂量后观察动物的变化，观察期大约为１周，从而判定动物的致死量（ＬＤ）和半致死量（ＬＤ５０）。
半致死量是指实验动物死亡一半的投药量。
如果投药量大于5000mg/kg，无死亡，可认为该品毒性较低，无需做致死量精确测定。
第二阶段：
遗传毒性试验，30天喂养试验，传统致畸试验
遗传毒性试验的组合应该考虑原核细胞与真核细胞、体内试验与体外试验相结合的原则。
从Ames试验或V79/HGPRT基因突变试验、骨髓细胞微核试验或哺乳动物骨髓细胞染色体畸变试验、TK基因突变试验或小鼠精子畸形分析（或睾丸染色体畸变分析试验）中分别各选一项。
基因突变试验：
鼠伤寒沙门氏菌/哺乳动物微粒体酶试验（Ames试验）为首选，其次考虑选用V79/HGPRT基因突变试验，必要时可另选其它试验。
骨髓细胞微核试验或哺乳动物骨髓细胞染色体畸变试验。
TK基因突变试验。
小鼠精子畸形分析或睾丸染色体畸变分析。
其它备选遗传毒性试验：
显性致死试验、果蝇伴性隐性致死试验，非程序性DNA合成试验。
30天喂养试验。
传统致畸试验。
第三阶段：
亚慢性毒性实验：
实验期在３个月左右，检验该品的毒性对机体的重要器官或生理功能的影响包括繁殖和致畸实验
第四阶段：
慢性毒性实验：
考查少量该品长期对机体的影响，确定最大无作用量（ＭＮＬ），一般以寿命较短敏感的动物的一生为一个试验阶段，如用大白鼠试验２年小白鼠试验1.5年。
五．食品添加剂的使用限量与相关参数
国际上常用ADI、LD50作为主要毒性安全性指标为，其中，ADI值（AcceptableDailyIntake）也就是每天每千克体重允许摄入的毫克数，联合国FAO/WHO所属的食品添加剂专家联合委员会（JECFA）每年依据各国所用食品添加剂的毒性报告提出，由联合国食品添加剂法规委员会（CCFA）每年年会讨论，并对某种食品添加剂的ADI做出评价、修改或撤销各国对此都已接受。
大家知道，ADI值是根据对小动物（大鼠、小鼠等）近乎一生的长期毒性试验中所求得的最大无作用量（MNL）,取其1/100-1/500作为ADI值。
各国依据ADI值制定出允许在食品中的最大添加量，就食品安全性方面来看，应该说是有保证的。
1）几种常见的食品添加剂的ADI值见表1
表1
品名
ADImg/kg
最大使用量g/kg
用途
六偏磷酸钠
0-70
5.0
方便面
三聚磷酸钠
0-70
5.0
方便面
磷酸二氢钙
0-70
4.0
面包,馒头,饼干
磷酸氢钙
0-70
1.0
发酵制品,婴儿食品
过氧化苯甲酰
0-40
0.06
面粉熟化,增白
硬酯酰乳酸钙（CSL）
0-20
2.0
面包糕点
硬酯酰乳酸钠（SSL）
0-20
2.0
面包糕点
苯甲酸
0-5
0.2-1
食品防腐
山梨酸
0-25
0.2-2
食品防腐
乳酸亚铁
0-0.8
0.2-0.5
豆奶粉,豆粉
丁基羟基茴香醚（BHA）
0-0.5
0.1-0.2
食用油脂,油炸食品,饼干,方便面,速煮米
二丁羟基甲苯（BHT）
0-0.3
0.2
早餐谷类食品
注：
食品添加剂在食品中的最大使用量一般是依据JECFA推荐的"丹麦预算法（DBM）"来推算的,这种方法目前已被世界各国公认和采用,即:
食品添加剂的最大使用量=40×ADI
2）半数致死量（LD50）
LD50是判断食品添加剂安全性的第二种常用指标,也是任何食品添加剂都必须进行的毒理学评价中的第一个阶段急性毒性试验指标，它一般表明了食品添加剂急性毒性的大小。
我国《食品安全性毒理学评价程序和方法》（GB15193.3-2003）颁布的急性毒性（LD50）剂量分级标准表中将用于食品中化学物质依据LD50分成六大类,如表2
表2
毒性级别
大鼠口服LD50 mg/kg
相当于人的致死剂量 mg/kg
相当于人的致死剂量g/人
极毒
<1
稍尝
0.05
剧毒
1—50
500—4000
0.5
中等毒
51—500
4000—30000
5
低毒
501—5000
30000—250000
50
实际无毒
5001—15000
250000—500000
500
无毒
>15000
>500000
2500
一般来讲,对动物毒性很低的物质,对人体的毒性也很低，LD50越大表明其毒性越小,在食品使用时其安全性越高,表3是几种常见的食品添加剂的LD50。
表3
品名
LD50mg/kg
GB2760规定最大使用量g/kg
主要用途
过氧化苯甲酰
7710
0.06
面粉处理剂
苯甲酸
2530
0.2-0.8
食品防腐剂
丁基羟基茴香醚（BHA）
2000-5000
0.2
抗氧化剂
二丁羟基甲苯（BHT）
890
0.2
抗氧化剂
亚硝酸钠
220
0.15残留0.05
肉制品着色剂
亚硝酸钾
200
0.15残留0.05
肉制品着色剂
通过表3可以看出,过氧化苯甲酰属于实际无毒类,苯甲酸属于低毒类,而肉制品常用的亚硝酸钠和亚硝酸钾以及早餐谷类所添加的营养强化剂氧化锌,都属于中毒类。
表4给出了几种食品防腐剂的相关安全参数
表4食品防腐剂的最大使用量和安全参数
食品添加剂（代码）
使用范围
最大使用量g/kg
ADI
mg/kg（bw）
LD50大鼠口服mg/kg（bw）
备注
苯甲酸（17.001）
碳酸饮料
0.2
0―5.0
（苯甲酸及其盐的的总量，以苯甲酸计）（FAO/WHO,1994）
2530
低毒
以苯甲酸计，塑料桶装浓缩果蔬汁不得超过2g/kg,苯甲酸和苯甲酸钠同时使用时，以苯甲酸计，不得超过最大使用量
低盐酱菜、酱类、蜜饯
0.5
葡萄酒、果酒、软糖
0.8
苯甲酸钠（17.002）
酱油、食醋、果酱（不包括罐头）、果汁（味）型饮料
1.0
食品工业用塑料桶装浓缩果蔬汁
2.0
山梨酸钾（17.004）
葡萄酒、果酒
0.6
0-0.2mg/kg（bw）（FAO/WHO,1994）
2400-3000mg/kg（bw）
低毒
酱油、食醋、果酱、氢化植物油、软糖、鱼干制品、即食豆制食品、糕点、馅、面包、蛋糕、月饼、即食海蜇、乳酸菌饮料
1.0
食品工业用塑料桶装浓缩果蔬汁
2.0
十二烷基二甲基溴化胺（新洁尔灭）（17.026）
果、蔬保鲜
0.07
15.0ml/L（96h）；无蓄毒性
实际无毒
稳定态二氧化氯（17.0
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