徐书亮[1]
(云南出入境检验检疫局,昆明,650228)
摘 要:放射性核素向食物链的转移途径类似于食品化学性危害的污染方式。一直以来,食品放射性危害被归为化学性危害,但其危害机理复杂,不能简单的归为化学危害或物理危害。
关键词:食品放射性污染 化学危害 物理危害
Chemical Hazards or Physical Effects?
——The analysis of food radioactive hazards
Xu shuliang
(Yunnan Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Kunming 650228)
Abstract:The radionuclide how to transfer into the food chain is similar to that of the chemical hazards. Since the people realized the food radiological hazards, it is always considered as the chemical hazards. However, the damage mechanism is very complex,it should not be simply classified as chemical hazards or physical efects.
Key words;Food radioactive pollution Chemical hazards Physical effects
一直以来,食品安全控制的危害分析分为三类:生物、化学、物理的危害。放射性核素向食物链的转移途径类似于环境污染物(化学危害)的进入方式,因此食品的放射性危害参照化学性危害来实行控制。但控制方法相同不等于分类归属相同,究其危害机理,将其单独列出,应更为合理。
1 食品的天然放射性核素
自然界天然存在的放射性核素大多属于铀、钍、锕三系(钾46、铷87等少数元素除外)。还有一些元素如碳14和氚是宇宙线作用于大气中稳定性元素的原子核而产生的。这些天然放射性核素广泛分布于空气、土壤和水中,构成了自然界的天然辐射源,它们与稳定性同位素一样参与外环境与生物体间的物质自然交换过程,所以在生物组织内均有放射性核素存在(即为食品的天然放射性本底)。由于的分布不均,不同地区食品中的放射性核素量不相同,同一地区不同食品天然放射性核素浓度亦有较大差异。
2 放射性核素对食品的污染
食品可以吸附或吸收外来的(人为的)放射性核素,使其放射性高于自然放射性本底,称为食品的放射性污染。食品的放射性污染来源于三个方面:
2.1 人类使用放射性物质的生活活动。家用电器:电视、电冰箱、空调、微波炉、吸尘器、电脑、射频感应及介质加热设备。家庭装饰:大理石、复合地板、墙壁纸、涂料等。根据矩阵法进行风险分析评价: 严重性指数为1,可能性指数为3,风险值为2,可以不予关注。
2.2 食品加工中的辐照 ( food irradiation)处理,即利用钻60(60CO),铯137(137CS)产生的γ射线或电子加速器产生的低于10MeV 电子束照射食品(包括食品原料、半成品),不会产生放射性危害。而生产加工工序的金属探测器、X—光机比“辐照处理”的辐射危害要小得多,根据矩阵法进行风险分析评价:风险值为2,可以不予关注。
2.3 医疗、科学实验的放射性废物排放以及意外事故中放射性核素的渗漏等环境污染物均可通过食物链各环节向食品转移(如图1)。根据矩阵法进行风险分析评价:风险值为4。风险级别较高,应列为危害控制的对象。
由于生活环境、生理特点各不相同,受到污染程度也有差异,主要转移的途径有:
表1环境放射性核素污染物进入食物链的转移途径
类别
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转移途径
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向植源性食物的转移途径
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通过沉降物、雨水和污水将放射性核素带到植物表面,并渗透入组织,直接污染。
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植物根系也可从土壤中吸收放射性核素即间接污染。
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放射性物质可从水直接进入水生植物组织内。
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向动源性食物转移途径
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禽畜
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主要通过牧草、饲料、饮水等途径进入禽畜体内,储留于组织器官中,还可通过生理代谢转移到蛋、奶等禽畜产品中。
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水生物
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附着于水生物体表逐步向内渗透,浮游生物表面积较大,可大量吸收。
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通过口腔、鳃等直接进入体内。
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从水中直接进入水生植物组织内,鱼及水生动物可通过食饵摄入,生物富集。
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图1环境放射性核素污染物进入食物链的转移途径
3 食品放射性核素的化学性危害
食品放射性危害来源有两种:一是食品从环境吸收的放射性核素污染物的危害。二是食品的感生放射性危害。如果γ射线和X射线的能量大于某一阔值时,能量和某些原子核作用而射出中子或其他粒子,因而使被照射物产生了放射性 (也称感生放射性)。放射性核素或食品感生放射性元素,通过口腔、消化道侵入人体,射线在人体内照。短期内受到大剂量辐射,会产生急性放射病;长期受小剂量辐射会产生慢性病。
食品的放射性危害效应有两种:
3.1 低频辐射线——非电离辐射(non-ionizing radiation)[1]:波长较长、能量小(频率低),仅能使物质分子产生转动或振动而产生热,造成机体热伤害。
3.2 高频辐射线——电离辐射(ionizing radiation)[2]: 频率较高、能量大,如X—射线、γ—射线,α、β射线等可使物质的原子受到激发或电离。
电离辐射会引起食品主要组份:水、蛋白质、糖类、脂类及维生素等发生一系列的化学变化,生成的化学产物可能会引起化学危害。
水分子对辐射很敏感,当它接受了射线的能量后,首先被激活,水分子激发和电离而形成的某些中间产物,如水化电子( e-水化)、羟基自由基(OH·)和氢原子自由基( H·)等都是高度活性的,可以和食品中的其他成分发生反应。例如:羟基自由基可以加到芳香族化合物和烯烃化合物上;也可以从醇类、糖类、羧酸类、酯类、醛类、酮类、氨基酸类脂肪族化合物的—CH键上抽除氢原子。辐照也会促使蛋白质的一级结构发生变化,除了—SH氧化外,还会发生脱氨基、脱羧作用和氧化作用。辐照会引起多糖链的断裂,降解产物有羰基化合物、酸类、过氧化氢,降解作用还会产生气体。不饱和脂肪酸容易氧化,出现脱羧、氢化、脱氨等作用。食品包装材料某些高分子材料对辐照作用很敏感,会引起电离作用而发生各种化学变化,如发生降解、交联、不饱和键的活化、析出气体、促使氧化反应等。
4 食品放射性危害定性
放射性核素向食品转移途径与食品的化学性危害(环境污染物)途径相类似,电离辐射产生的化学性危害也被视为放射性污染对食品的主要危害,传统的食品危害分析也将放射性危害归为化学性危害,并按照化学性污染的管理方法来控制。但实际放射性污染危害机理复杂,不能简单的归为化学危害或物理危害,理由如下:
4.1 辐射( radiation) 是一种能量传输的过程。辐射的靶理论认为:辐射的作用是“光子”或“电子射线”与基质的直击碰撞,引发电离或引起组织的热效应,而产生物理效应:
4.1.1“光子”与物质的作用
α射线、γ射线都是高能电磁辐射线,它们又常被称为“光子”,当与被照射物原子中的电子相遇,光子有时会把全部能量( hν)交给电子(光子被吸收),使电子脱离原子成为光电子( e-):
hν M M+ + e-
(hν代表光子;M和M+代表物质的原子和离子;e-代表光电子)
如果射线的光子与被照射物的电子发生弹性碰撞,当光子的能量略大于电子在原子中的结合能时,光子把部分能量传递给电子,自身的运动方向发生偏转,获得能量的电子(也称次电子、康普顿电子)从原子中逸出,即康普顿散射(Compton scattering)。
“光子”辐射危害,包括实物粒子流(α射线、β射线)冲击和电磁波辐射(X射线、γ射线)。
4.1.2电子射线的作用
当辐射源射出的电子射线(高速电子流)通过被照射物时,把自己的能量传递给被照射物质原子中的电子并使之受到激发。若受到激发的电子已达到连续能级区域,它们就会跑出原子,使原子发生电离。为了防止被照射物质诱发产生放射性,食品辐照采用的电子加速器的能量水平一般不超过10 MeV。
另外,辐照危害会使某些蛋白质中二硫键、氢键、盐键和醚键等断裂,从而使蛋白质的二级、三级结构遭到破坏,导致人体组织蛋白质变性。其本质都是能量的伤害,是物理危害。放射性也是“物质”的物理属性。因为从物理学上讲,物质存在的空间形式有两种:一种是实体性物质(气、液、固态物体乃至社会组织),另一种是能量性的“场”物质(电场、磁场、引力场、电磁场等)。实体性物质占有排他性空间,而能量性“场”物质可以共享空间但具有方向性等空间属性。简单点说就是实物粒子和场统称物质或者说有能量(质量)的统称物质。爱因斯坦相对论的质能方程式E=mc2,说明质量(实物质)与能量可以转换,能量的危害与实物质的物理危害可归为同一种。放射性以及密度、硬度、导电性、延展性等都归为物质的物理属性。
4.2、辐射的电磁波干扰人体正常磁场而造成的危害,也是物理危害。微生物学、生物化学等都将放射性效应归类为物理效应。
4.3、辐射危害引起的电离是复杂的物理和化学过程,但化学过程不是化学变化。因为化学变化过程中,既有旧键的断裂还要有新键的生成,但电离仅是旧键的断裂,电离出来的离子,形成水合离子,在这一过程中,没有新化学键的形成。物理意义上的电离是指不带电的粒子在高压电弧或者高能射线等的作用下,变成了带电的粒子的过程,所以电离不是化学变化,也不属于物理变化。电离危害的实质是造成组织的电解质紊乱,应属物理危害。
4.4、食品辐射危害的来源——核反应,不是化学反应。化学反应是相互接触的分子间发生原子或电子的转换或转移。化学变化实质是旧键的断裂和新键的生成。化学反应是原子分离、重组,围绕核外电子的得失而生成新物质的反应,不涉及原子核的变化。而核反应是原子核间质点的转移,致使一种原子转化为它种原子,原子发生了质变。虽然是核物理的研究范畴,但也不属于通常意义上的物理变化。
4.5、辐照效应还可能引起微生物的生理代谢紊乱,或组织内脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的损伤,造成基因突变,普通微生物变成病源微生物,不产毒细菌变成产毒素细菌,温和噬菌体变成烈性噬菌体,引起生物性危害(参见图2)。
图2食品放射性效应的危害关系图(①为直接危害,②、③为间接危害)
综上所述,食品的放射性效应是先有物理危害(能危害)后有其他危害。其他危害(包括那些非物理或化学的危害)由物理危害衍生的间接危害。辐射危害引起的电离危害以及辐射危害的来源——核反应,不能简单的归为化学反应或物理反应。因此将其单独列为一种危害——辐射危害/放射性危害,更为合理。
2011年1月出台的美国《FDA食品安全现代化法案》“危害分析和风险防控”一节,也已将“放射性危害”单独列出,与生物、化学、物理危害并称食品安全的四大危害。
参考文献
[1]The Senate and House of Representatives of the USA .Food safety modernization act,2011
[2]赵莉.食品中的化学污染因素及其解决方法.科技信息 2010
[3]江苏检验检疫局,出口食品生产企业安全卫生质量管理学习读本.南京:南京大学出版社,2010
[4]杨继远,袁仲. 食品污染的危害及其防治措施.农产品加工(学刊), 2008, (07)
[5]杨毓敏. 肉品的污染及有效控制措施.北京农业,2008, (03)
[6]史小卫等,HACCP认证与百家著名食品企业案例分析.北京:中国农业科学技术出版社,2006
[1]顾绍平等译,食品加工的卫生控制程序.济南:济南出版社,2001