食品添加剂的食品毒理学评价与食品安全性

 

马立田 北京中大华远认证中心 100833

 

作者介绍: 马立田 北京中大华远认证中心   食品安全管理体系高级审核员    

1984年毕业于北京农业大学 生物化学专业

质量管理体系      国家注册高级审核员

食品安全管理体系 国家注册审核员培训教师

工作经历：从事食品工艺、标准、检验研究

中国食品发酵工业研究院          高级工程师

国家食品质量监督检验中心        高级工程师

国家儿童营养品质量监督检验中心 主任

1998年起从事质量管理体系认证，2002年起从事食品安全管理体系的认证的研究工作。

摘要:本文从食品毒理学的角度论述了食品添加剂的安全性,探讨了食品添加剂最大使用量与ADI、LD50之间的关系，为正确认识和使用食品添加剂提供了理论基础。

关键词：食品添加剂、食品毒理学、ADI、LD50 、最大使用量 

 

前言

食品添加剂对于改善食品色香味，对于食品原料乃至成品的保质保鲜，对于提高食品的营养价值，对于食品加工工艺的改善以及新产品的开发等诸多方面，都发挥着极为积极的作用。由于食品工业的快速发展，食品添加剂已经成为现代食品工业的重要组成部分，并且已经成为食品工业技术进步和科技创新的重要推动力。

对食品添加剂的毒理学的评价是正确认识和安全使用食品添加剂的基础。

一．食品添加剂的基本概念

   FAO／WHO在1962年所提出的食品添加剂的国际定义为：“国际食品标准计划中的食品添加剂，是指其本身通常不作为食品消费，也不作为通常食品的典型成分使用的物质，所以，不论有无营养价值，在食品的制造、加工、调制、处理、装填、包装、运输或保管的过程中，出于技术目的(包括调味、着色、赋香等)而有意识地添加到食品中的物质。这些物质本身或其副产物直接或间接地成为食品的一部分，或给食品的性质以影响，或者可以充分造成预结果。它们不包括污染物质或者是为了维持或改善食品营养价值的物质”。    

根据《中华人民共和国食品卫生法》（1995年）的规定：食品添加剂是指“为改善食品品质和色、香、味，以及为防腐和加工工艺的需要而加入食品中的化学合成或者天然物质”；同时规定，“为增强营养成分而加入食品中的天然或人工合成的属于天然营养素范围的食品添加剂”称为“营养强化剂”。因此，营养强化剂显然也属于食品添加剂范畴。

在食品加工和原料处理过程中，为使之能够顺利进行，还有可能应用某些辅助物质。这些物质本身与食品无关，如助滤、澄清、润滑、脱膜、脱色、脱皮、提取溶剂和发酵用营养剂等，它们一般应在食品成品中除去而不应成为最终食品的成分，或仅有残留。对于这类物质特称之为食品加工助剂。     

               

二． 食品添加剂分类

根据GB12493-1990《食品添加剂分类和代码》规定，按其主要功能作用的不同分为：酸度调节剂、抗结剂、消泡剂、抗氧化剂、漂白剂、膨松剂、胶姆糖基础剂、着色剂、护色剂、乳化剂、酶制剂、增味剂、面粉处理剂、被膜剂、水分保持剂、营养强化剂、防腐剂、稳定和凝固剂、甜味剂、增稠剂和其它共21类。

因食品用香料品种太多单独列出，见GB/T 14156-1993《食品用香料分类与编码》。

GB2760《食品添加剂使用卫生标准》,按照食品添加剂的功能分类分为酸度调节剂、抗结剂、消泡剂、抗氧化剂、漂白剂、膨松剂、胶姆糖基础剂、着色剂、护色剂、乳化剂、酶制剂、增味剂、面粉处理剂、被膜剂、水分保持剂、营养强化剂、防腐剂、稳定和凝固剂、甜味剂、增稠剂、其他、香料共22类，并以附录的形式发布了“食品用香料名单”、“胶姆糖中胶基物质及其配料名单”以及“食品工业用加工助剂推荐名单”。 

三. 食品毒理学概念

食品毒理学（food toxicology）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。

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”（The dose makes the Poison）。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。毒性物质按其来源可分为天然、合成和半合成三类，按其用途及分布范围可分为工业、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，按其毒性强弱又可分为剧毒、高毒、中毒、低毒、微毒等。毒性物质主要通过化学损伤使生物体受其损害。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。

 

四．食品安全性毒理学评价 

是指从毒理学角度对食品进行安全性评价。其法律依据是《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。从这项规定中可见并非任何含有害物质的食品都不能生产或销售，而是当它们在性质和数量上有可能对人体健康产生损害时不得生产或销售。

我国食品添加剂标准化技术委员会于1980年年会首次提出制定毒性评价问题。卫生部(81)卫防字第11号文件将制定“食品安全性毒理学评价程序和方法”列入《1981～1985年全国食品卫生标准科研规划》。从此“程序”得到政府立项，投入经费、组织人才、集中设备优势，开展广泛而深入的研究，促使食品毒理学的成长与发展。一些食源性传染病得到了有效的控制，农产品和加工食品中的有害化学残留也开始纳入法制管理的轨道。我国于1982年制定了《中华人民共和国食品卫生法》（试行），经过13年的试行阶段1995年由全国人大常务委员会通过，成为具有法律效力的食品卫生法规。在工农业生产和市场经济加速发展、人民生活水平提高和对外开放条件下，食品安全状况面临着更高水平的挑战。国家相继制定和强化了以《食品卫生法》为主体的有关食品安全性的一系列法律法规，初步形成了以卫生管理部门、工商管理部门和技术监督部门为主体的管理体制。但是，我国在进入21世纪和面向全球经济一体化的时代，食品的安全性问题形势依然严峻，还要从认识、管理、法规、体制，以及研究、监测等方面作更多的工作，才能适应客观形势发展的需要。

食品毒理学原是毒理学和食品卫生学的一个组成部分，世界卫生组织（WHO）、世界粮农组织（FAO）和美国食品药物管理局（FDA）是现代食品毒理学的先驱。20世纪70年代，这些组织提出应以食品安全性评估为重点，将食品毒理学从食品营养和卫生学科中单独分离出来，并成立了有关食品卫生方面的机构。我国于七八十年代在全国各个省市建立了食品检验和食品卫生检测网。1994和1995年我国又分别正式颁布和实施了《食品安全性毒理学评价程序和方法》标准和《食品卫生法》。这些法规标准、及食品监督机构为我国食品质量和安全性提供了法律和行政上的保障。

五．毒性参数和安全限值

    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。

    1. 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(median tolerance limit，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。

    2. 观察到的有害作用的最低剂量(lowest observed adverse effect level，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。

    3. 未观察到的有害作用剂量(no observed adverse effect level，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。

    4. 未观察到的作用剂量(no observed effect 1evel，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。

    5. 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。

    6. 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(acceptable daily intake，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(tolerable intake，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(reference dose，RfD)和参考浓度(reference concentration，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(maximal allowable concenrtation，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。

7．不确定系数和安全系数 

安全系数(safety factor，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(pivotal study)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(critica1 effect)的NOAEL或LOAEL除以不确定系数即求得安全限值。。

 

六．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。

①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。

②骨髓细胞微核试验或哺乳动物骨髓细胞染色体畸变试验。

③TK 基因突变试验。

④ 小鼠精子畸形分析或睾丸染色体畸变分析。

⑤ 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。

⑥30 天喂养试验。

⑦ 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。

 

七． 食品添加剂的毒理学评价程序

见GB 15193.1-2003 《食品安全性毒理学评价程序》相关章节

6.4.1 食品添加剂

6.4.1.1 香料

鉴于食品中使用的香料品种很多，化学结构很不相同，而用量很少，在评价时可参考国际组织和国外的资料和规定，分别决定需要进行的试验。

 

6.4.1.1.1凡属世界卫生组织(WHO) 已建议批准使用或已制定日容许量者，以及香料生产者协会(FEMA) 、欧洲理事会(COE)和国际香料工业组织(IOFI)四个国际组织中的两个或两个以上允许使用的，参照国外资料或规定进行评价。

6.4.1.1.2 凡属资料不全或只有一个国际组织批准的先进行急性毒性试验和本程序所规定的致突变试验中的一项，经初步评价后，再决定是否需进行进一步试验。

6.4.1.1.3 凡属尚无资料可查、国际组织未允许使用的，先进行第一、二阶段毒性试验，经初步评价后，决定是否需进行进一步试验。

6.4.1.1.4 凡属用动、植物可食部分提取的单一高纯度天然香料，如其化学结构及有关资料并未提示具有不安全性的，一般不要求进行毒性试验

6.4.1.2 其他食品添加剂

6.4.1.2.1 凡属毒理学资料比较完整，世界卫生组织已公布日容许量或不需规定日容许量者，要求进行急性毒性试验和两项致突变试验，首选Ames试验和骨髓细胞微核试验。但生产工艺、成品的纯度和杂质来源不同者，进行第一、二阶段毒性试验后，根据试验结果考虑是否进行下一阶段试验。

6.4.1.2.2 凡属有一个国际组织或国家批准使用，但世界卫生组织未公布日容许量，或资料不完整者，在进行第一、二阶段毒性试验后作初步评价，以决定是否需进行进一步的毒性试验。

6.4.1.2.3 对于由动、植物或微生物制取的单一组分，高纯度的添加剂，凡属新品种需先进行第一、二、三阶段毒性试验，凡属国外有一个国际组织或国家已批准使用的，则进行第一、二阶段毒性试验，经初步评价后，决定是否需进行进一步试验。

6.4.1.3 进口食品添加剂

要求进口单位提供毒理学资料及出口国批准使用的资料，由国务院卫生行政主管部门指定的单位审查后决定是否需要进行毒性试验。

 

6.4.2 食品新资源和新资源食品

食品新资源及其食品，原则上应进行第一、二、三个阶段毒性试验，以及必要的人群流行病学调查。必要时应进行第四阶段试验。若根据有关文献资料及成分分析，未发现有毒或毒性甚微不至构成对健康损害的物质，以及较大数量人群有长期食用历史而未发现有害作用的动、植物及微生物等(包括作为调料的动、植物及微生物的粗提制品)可以先进行第一、二阶段毒性试验，经初步评价后，决定是否需要进行进一步的毒性试验。

 

八．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（Acceptable Daily Intake）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。

 

几种常见的食品添加剂的ADI值

表1

  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

 

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.
我国卫生部1994年在《食品安全性毒理学评价标准》中将用于食品中化学物质依据LD50分成六大类,如表2

表2

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

 
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

 

从表4通过可以看出, 十二烷基二甲基溴化胺（新洁尔灭）、乳酸链球菌素属于实际无毒类,苯甲酸、山梨酸、稳定态二氧化氯属于低毒类, 2，4-二氯苯氧乙酸属于中毒类。
 

综上所述，我国已建立起了较为完善的食品添加剂的管理制度，按照法规标准的要求，在批准的范围和限量条件下使用食品添加剂，就能够保证食品安全。

 

 

 

参考文献(法规标准)：

中华人民共和国食品卫生法

食品添加剂卫生管理办法

卫生部食品添加剂申报与受理规定

食品添加剂生产企业卫生规范

食品营养强化剂卫生管理办法

GB2760-1996 食品添加剂使用卫生标准

GB9685-2003 食品容器、包装材料用助剂使用卫生标准

GB 12493-1990 食品添加剂分类和代码

GB/T 14156-1993 食品用香料分类与编码

GB 14880-1994 食品营养强化剂使用卫生标准

GB/T 15193.1-2003  食品安全性毒理学评价程序

GB/T 15193.18-2003   日容许摄入量（ADI）