食品中丙烯酰胺的危害暴露評(píng)估及檢測(cè)方法

食品毒理學(xué)(綜述)題目：食品中丙烯酰胺的危害、暴露評(píng)估及檢測(cè)方法食品學(xué)院 營(yíng)養(yǎng)與五生學(xué) 專業(yè)班 級(jí) 食碩1005學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名 張錦二O——年二月食品中丙烯酰胺的危害、暴露評(píng)估及檢測(cè)方法摘要：丙烯酰胺(acrylamide,AA)是日常生活中常見(jiàn)的一種化合物，也是公共衛(wèi)生、食品安全研究的熱點(diǎn)毒性物質(zhì)，近幾年來(lái)對(duì)丙烯酰胺神經(jīng)毒性、遺傳毒性、生殖毒性等的研究方興未艾。本文著重介紹丙烯酰胺的理化特性、代謝途徑、遺傳生殖毒性、生殖毒性等方面的狀況，并簡(jiǎn)要介紹了其危害評(píng)估及檢測(cè)方法。關(guān)鍵詞：丙烯酰胺；遺傳毒性；生殖毒性；神經(jīng)毒性0引言丙烯酰胺(CH2=CH-CONH2,AA)是一種白色晶體物質(zhì)，分子量為70.08,密度為11229/L，熔點(diǎn)為85°C，沸點(diǎn)為125°C，室溫下穩(wěn)定，可溶于水、乙醇、乙醚、丙酮和三氯甲烷，不溶于苯、庚烷等非極性溶劑。在酸中穩(wěn)定性強(qiáng)，在堿中容易分解，對(duì)光線敏感?？缮锝到猓粫?huì)在環(huán)境中積累。丙烯酰胺是1950年以來(lái)廣泛用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品聚丙烯酰胺的前體物質(zhì)。聚丙烯酰胺主要用于水的凈化處理、紙漿的加工及管道的內(nèi)涂層等［1］。在歐盟，丙烯酰胺年產(chǎn)量約為8-10萬(wàn)噸。2002年4月瑞典國(guó)家食品管理局和瑞典斯德哥爾摩大學(xué)的科學(xué)家經(jīng)研究首次發(fā)現(xiàn)，在某些高溫油炸和燒烤的淀粉類食品，如炸薯?xiàng)l、炸土豆片、谷物、面包等中發(fā)現(xiàn)含量很高的丙烯酰胺，其含量比世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定的飲水中丙烯酰胺的含量(<1口g/d)高出500倍以上［2,3］。之后挪威、英國(guó)、瑞士和美國(guó)等國(guó)家也相繼報(bào)道了類似結(jié)果。丙烯酰胺的代謝丙烯酰胺可通過(guò)多種途徑被人體吸收，其中經(jīng)消化道吸收最快，在體內(nèi)各組織廣泛分布，包括母乳，并且能透過(guò)血胎屏障［4］。經(jīng)口給予大鼠0.1mg/kgbw的丙烯酰胺，其絕對(duì)生物利用率為23-48%。丙烯酰胺在人體和試驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)的主要代謝途徑是相似的。進(jìn)入人體內(nèi)的丙烯酰胺約90％被代謝，僅少量以原型經(jīng)尿液排出。另外一個(gè)主要途徑是與谷胱苷肽(GSH)結(jié)合，通過(guò)谷胱苷肽一S—轉(zhuǎn)移酶(GST)催化，產(chǎn)生的代謝物(N-乙酰-S-半胱氨酸)通過(guò)尿液大量排出⑸。丙烯酰胺進(jìn)入體內(nèi)后，在細(xì)胞色素P4502E1的作用下，生成活性環(huán)氧丙酰胺(glycidamide)［6］。該環(huán)氧丙酰胺比丙烯酰胺更容易與DNA上的鳥嘌呤結(jié)合形成加合物，導(dǎo)致遺傳物質(zhì)損傷和基因突變；因此，被認(rèn)為是丙烯酰胺的主要致癌活性代謝產(chǎn)物。研究報(bào)道，給予大小鼠丙烯酰胺后，在小鼠肝、肺、睪丸、白細(xì)胞、腎和大鼠肝、甲狀腺、睪丸、乳腺、骨髓、白細(xì)胞和腦等組織中均檢出了環(huán)氧丙酰胺鳥嘌呤加合物。目前，尚未見(jiàn)人體丙烯酰胺暴露后形成DNA加合物的報(bào)道。此外丙烯酰胺和環(huán)氧丙酰胺還可與血紅蛋白形成加合物，在給予動(dòng)物丙烯酰胺和攝入含有丙烯酰胺食品的人群體內(nèi)均檢出血紅蛋白加合物，因此可用該血紅蛋白加合物作為接觸性生物標(biāo)志物來(lái)推測(cè)人群丙烯酰胺的暴露水平。丙烯酰胺的生殖毒性Hasegawa［7］采用0.5?5mg/L的AA溶液(與日常食物中的AA含量大致相當(dāng))喂養(yǎng)線蟲(Caenorhabditiselegans),未發(fā)現(xiàn)其對(duì)線蟲的生長(zhǎng)發(fā)育及生殖功能有顯著性影響。以500mg/L的AA溶液喂養(yǎng)線蟲，可延遲其生長(zhǎng)，體重減輕，生殖器縮??；以0.5mg/L的AA溶液喂養(yǎng)可明顯縮短線蟲的壽命，但以5mg/L的AA溶液喂養(yǎng)線蟲時(shí)并不引起壽命縮短，以500mg/L的AA溶液喂養(yǎng)線蟲時(shí)又可明顯縮短壽命。1978年，Shiraishi等對(duì)雄性小鼠進(jìn)行AA經(jīng)口染毒(0.05%)或腹腔注射(0、50、100、150mg/kg)染毒，結(jié)果顯示，經(jīng)口染毒3周或腹腔注射染毒12d后，小鼠睪丸重量與對(duì)照組相比明顯降低，精原細(xì)胞和初級(jí)精母細(xì)胞中非整倍體和多倍體增加，染色體碎片生成，染色質(zhì)交換或出現(xiàn)單倍體，并且這些改變均有劑量和時(shí)間依賴性。在另一項(xiàng)關(guān)于AA對(duì)雄性大鼠生殖毒性效應(yīng)的研究中，連續(xù)5d分別給予雄性大鼠0、5、15、30、45和60mg(kg/d)的AA溶液，結(jié)果顯示，60mg/(kg/d)組大鼠體重下降，睪丸和附睪重量顯著下降，附睪尾部的精子數(shù)量顯著減少，并呈劑量依賴關(guān)系：生精小管有組織病理?yè)p傷．表現(xiàn)為小管內(nèi)皮細(xì)胞的增厚和層數(shù)的增加以及多核大細(xì)胞的形成，表明AA對(duì)大鼠有生殖毒性［8］。丙烯酰胺的遺傳毒性丙烯酰胺在體內(nèi)和體外試驗(yàn)均表現(xiàn)有致突變作用，可引起哺乳動(dòng)物體細(xì)胞和生殖細(xì)胞的基因突變和染色體異常，如微核形成、姐妹染色單體交換、多倍體、非整倍體和其他有絲分裂異常等，顯性致死試驗(yàn)陽(yáng)性。并證明丙烯酰胺的代謝產(chǎn)物環(huán)氧丙酰胺是其主要致突變活性物質(zhì)。Ghanayem等的研究結(jié)果表明，在細(xì)胞色素P4502E1的參與下，AA可氧化代謝為環(huán)氧丙烯酰胺(glycidamide,GA)。在AA引起的精子細(xì)胞突變中。細(xì)胞色素P4502EI起著關(guān)鍵作用。由于細(xì)胞色素P4502E1在人群中的多態(tài)性，導(dǎo)致AA的氧化代謝能力發(fā)生差異，因此，不同個(gè)體對(duì)AA毒性的敏感性也不同。Jiang等⑼采用彗星實(shí)驗(yàn)和微核試驗(yàn)檢測(cè)了AA在人肝細(xì)胞瘤G2(HepG2)細(xì)胞中的可能遺傳毒性，結(jié)果顯示，AA可引起DNA單鏈斷裂，并且提高了HepG2細(xì)胞的微核率，具有一定的劑量-效應(yīng)關(guān)系，提示AA對(duì)HepG2細(xì)胞具有遺傳毒性，可能是由于細(xì)胞內(nèi)氧自由基(ROS)引起DNA氧化損傷，導(dǎo)致GSH含量減少所致。瑞典食品管理局的報(bào)道指出，AA誘導(dǎo)小鼠基因突變的最低劑量為25?50mg/kg，此最低劑量的10?20倍可誘導(dǎo)小鼠的染色體發(fā)生異常［⑹。丙烯酰胺的神經(jīng)毒性大量的動(dòng)物試驗(yàn)研究表明丙烯酰胺主要引起神經(jīng)毒性。神經(jīng)毒性作用主要為周圍神經(jīng)退行性變化和腦中涉及學(xué)習(xí)、記憶和其他認(rèn)知功能部位的退行性變；生殖毒性作用表現(xiàn)為雄性大鼠精子數(shù)目和活力下降及形態(tài)改變和生育能力下降。大鼠90天喂養(yǎng)試驗(yàn)，以神經(jīng)系統(tǒng)形態(tài)改變?yōu)榻K點(diǎn)，最大未觀察到有害作用的劑量(NOAEL)為0.2mg/kgbw/天。有研究認(rèn)為，丙烯酰胺的中樞神經(jīng)毒性可能與腦紋狀體多巴胺能系統(tǒng)的功能紊亂有關(guān)。已知丙烯酰胺的神經(jīng)毒性是通過(guò)減少突觸的神經(jīng)遞質(zhì)的釋放來(lái)介導(dǎo)的，Lopachir等［11］的實(shí)驗(yàn)觀察到丙烯酰胺中毒的大鼠紋狀體小泡神經(jīng)遞質(zhì)攝取和釋放都有障礙，提出小泡轉(zhuǎn)運(yùn)功能的抑制可能導(dǎo)致突觸神經(jīng)遞質(zhì)儲(chǔ)存障礙，并影響神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。早期的電生理研究也顯示。丙烯酰胺抑制了中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)突觸的神經(jīng)傳遞。近期研究發(fā)現(xiàn)．丙烯酰胺能引起大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)一些神經(jīng)元發(fā)生核皺縮、退變。且低劑量組退變的神經(jīng)元有趨向于凋亡的趨勢(shì)，可能處于凋亡的早期［12］，其具體機(jī)制還有待于進(jìn)一步的研究。丙烯酰胺的暴露評(píng)估丙烯酰胺主要在高碳水化合物、低蛋白質(zhì)的植物性食物加熱(120C以上)烹調(diào)過(guò)程中形成。140-180°C為生成的最佳溫度，而在食品加工前檢測(cè)不到丙烯酰胺；在加工溫度較低，如用水煮時(shí)，丙烯酰胺的水平相當(dāng)?shù)?。水含量也是影響其形成的重要因素，特別是烘烤、油炸食品最后階段水分減少、表面溫度升高后，其丙烯酰胺形成量更高；但咖啡除外，在焙烤后期反而下降。丙烯酰胺的主要前體物為游離天門冬氨酸（土豆和谷類中的代表性氨基酸）與還原糖，二者發(fā)生Maillard反應(yīng)生成丙烯酰胺。食品中形成的丙烯酰胺比較穩(wěn)定；但咖啡除外，隨著儲(chǔ)存時(shí)間延長(zhǎng)，丙烯酰胺含量會(huì)降低。因此不同食品加工方式和條件不同，其形成丙烯酰胺的量有很大不同，即使不同批次生產(chǎn)出的相同食品，其丙烯酰胺含量也有很大差異。在JECFA64次會(huì)議上，從24個(gè)國(guó)家獲得的2002—2004年間食品中丙烯酰胺的檢測(cè)數(shù)據(jù)共6,752個(gè)，其中67.6％的數(shù)據(jù)來(lái)源于歐洲，21.9％來(lái)源于南美，8.9％的數(shù)據(jù)來(lái)源于亞洲，1.6％的數(shù)據(jù)來(lái)源于太平洋。檢測(cè)的數(shù)據(jù)包含早餐谷物、土豆制品、咖啡及其類似制品、奶類、糖和蜂蜜制品、蔬菜和飲料等主要消費(fèi)食品，其中含量較高的三類食品是：高溫加工的土豆制品（包括薯片、薯?xiàng)l等），平均含量為0.477mg/kg，最高含量為5.312mg/kg；咖啡及其類似制品，平均含量為0.509mg/kg，最高含量為7.3mg/kg；早餐谷物類食品，平均含量為0.313mg/kg，最高含量為7.834mg/kg；其它種類食品的丙烯酰胺含量基本在0.1mg/kg以下，結(jié)果見(jiàn)表1。表1 不同食品中丙烯酰胺的含量（24個(gè)國(guó)家的數(shù)據(jù)）食品種類樣品數(shù)均值(?pg/kg)最大值(?Pg/kg)谷類3,304(12,346)3437,834水產(chǎn)52(107)25233肉類138(325)19313乳類62(147)5.836堅(jiān)果類81(203)841,925豆類44(93)51320根莖類2,068(10,077)4775,312煮土豆33(66)1669烤土豆22(99)1691,270炸土豆片874(3,555)7524,080炸土豆條1,097(6,309)3345,312凍土豆片42(48)110750糖、蜜（巧克力為主）58(133)24112蔬菜84(193)17202煮、罐頭45(146)4.225烤、炒39(47)59202咖啡、茶469(1,455)5097,300咖啡（煮）93(101)13116咖啡（烤，磨，未煮）205(709)2881,291咖啡提取物20(119)1,1004,948咖啡，去咖啡26(34)6685,399因可可制品23(23)220909綠茶(烤)29(101)306660酒精飲料(啤酒，紅酒，杜松子酒)66(99)6.646根據(jù)對(duì)世界上17個(gè)國(guó)家丙烯酰胺攝入量的評(píng)估結(jié)果顯示，一般人群平均攝入量為0.3-2.0口g/kgbw/天，90-97.5百分位數(shù)的高消費(fèi)人群其攝入量為0.6-3.5口g/kgbw/天,99百分位數(shù)的高消費(fèi)人群其攝入量為5.1口g/kgbw/天。按體重計(jì)，兒童丙烯酰胺的攝入量為成人的2-3倍。其中丙烯酰胺主要來(lái)源的食品為炸土豆條16-30%，炸土豆片6-46%，咖啡13-39%，餅干10-20%，面包10-30%，其余均小于10%°JECFA根據(jù)各國(guó)的攝入量，認(rèn)為人類的平均攝入量大致為1口g/kgbw/天，而高消費(fèi)者大致為4口g/kgbw/天，包括兒童[13]。由于食品中以油炸薯類食品、咖啡食品和烘烤谷類食品中的丙烯酰胺含量較高，而這些食品在我國(guó)人群中的攝入水平應(yīng)該不高于其他國(guó)家，因此，我國(guó)人群丙烯酰胺的攝入水平應(yīng)不高于JECFA評(píng)估的一般人群的攝入水平。丙烯酰胺的檢測(cè)FDA提供的方法為，將研磨好的1g待測(cè)樣品中加入0.1%的蟻酸10ml和1mg/L的內(nèi)標(biāo)液(13C3標(biāo)記的丙烯酰胺溶于0.1%蟻酸中)，渦旋混合20min,9000r/min離心，取5ml上清液再轉(zhuǎn)到大離心管中，9000r/min離心30min。上清液2ml預(yù)先用5ml甲醇和水分別預(yù)處理固相萃取(SPE)柱。吸附完全后先用1ml水沖洗，再用2ml含10：90甲醇：水(V：V)0.1%蟻酸的提取液體從SPE小柱中提取丙烯酰胺，甩500UL1000r/min離心后的提取液體進(jìn)行上樣。也有的方法直接將試祥在80°C熱水中抽提2h，另一份平行實(shí)驗(yàn)中以丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)品做內(nèi)標(biāo)物部分提取液上樣[14]。劉海濱.聚丙烯酰胺的性質(zhì)和途徑[J].國(guó)外油田工程，2001，17(9)：53-54.RosenJ，HeilenasKE.Analysisacwlamideincookedfoodsbyliquidchromatographytandemmassspectrometry[J].Analyst,2002,127：880-882.TarekeE，RydbergP，KarlssonS，eta1.Acrylamide：acookingcareinogent[J].ChemResToxicol，2000,13:517-522.InternationalAgencyforResearchonCancer.IARCmonogrgaphsontheevaluationofcarcinogenicriskstohumans:someindustrialchemicals[J].IARC,1994,60(73):389-433.KirmanCR,GargasML，DeskinR，eta1．Aphysiologicallybasedpharmacokineticmodelforacrylamideanditsmetabolite,glycidamide，intherat[J].JToxicolEnvironHealthA，2003，66(3):253-274.GhanayemBI,McDanielLP,ChurchwellMI,eta1.RoleofCYP2E1intheepoxidationofacrylamidetoglycidamideandformationofDNAandhemoglobinadducts[J].ToxicolSci,2005,88(2):311-318.HasegawaK,MiwaS，TsutsumiuchiK，eta1.ExtremelylowdoseofacrylamidedecreaseslifespaninCaenorhabbitiselegans[J].ToxicolLett,2004,152:183-189.YangHJ,LeeSH，JinY,eta1.Genotoxicityandtoxicologicaleffectsofacrylamideonreproductivesysteminmalerats[J].JVetSci,2005,6:103-109.JiangL,CaoJ,AnY,eta1.GenotoxicityofacrylamideinhumanhepatomaG2(HepG2)cell