DOi:10.13590/j.cjfh.2018.01.019
面粉处理剂偶氮甲酰胺在面包中分解产物氨基脲的理论致癌风险评估
梁江,曹佩,王小丹,高芃,徐海滨

(国家食品安全风险评估中心,北京 100022)

收稿日期:2017-12-01

作者简介:梁江 女 副研究员 研究方向为食品中化学物质的风险评估 E-mail:liangjiang@cfsa.net.cn
通信作者:徐海滨 男 研究员 研究方向为食品中风险评估 E-mail:hbxu1231602@cfsa.net.cn

基金项目:国家食品安全风险评估中心高层次人才队伍建设523项目

摘要:目的 根据偶氮甲酰胺(ADA)在小麦粉中的限量标准,对来自面包的面粉处理剂ADA的分解产物氨基脲(SEM)开展理论致癌风险的评估研究。方法 根据小麦粉中ADA的最大使用量(45 mg/kg),结合焙烤过程中ADA分解率对面包中SEM含量进行理论估计,并基于我国面包食用人群的消费水平,获得暴露时间加权后的SEM终生每日平均暴露水平(LADD)。进一步依据实验动物致癌剂量线性外推模型,评估食用人群长期暴露于面包中ADA分解产生的SEM所增加的理论致癌风险。结果 基于面包的平均消费水平,面包来源的SEM终生暴露在理论上使食用人群增加的理论致癌风险在1.31×10-7~1.97×10-6的范围内;在面包高消费水平(P97.5)下,面包来源的SEM终生暴露在理论上使食用人群所增加的理论致癌风险在4.09×10-7~6.14×10-6的范围内。对于不同年龄段的面包食用人群,各年龄人群在经时间加权的SEM每日暴露水平下的理论致癌风险在10-9~10-6的范围内。结论 在目前面包消费水平下,按我国现行GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》所规定的小麦粉中ADA最大使用量,ADA在面包高温焙烤过程中分解产生的SEM对食用人群的理论致癌风险属于可接受水平,因此本研究认为我国现行标准可以充分保护食用人群健康。
关键词: 氨基脲; 偶氮甲酰胺; 面包; 暴露水平; 致癌风险; 理论评估
文章编号:1004-8456(2018)01-0088-05     中图分类号:R155      文献标志码:A    
Theoretical evaluation of excess cancer risk of semicarbazide from azoformamide treated bread flour at the maximum usage level
LIANG Jiang, CAO Pei, WANG Xiao-dan, GAO Peng, XU Hai-bin
(China National Center for Risk Assessment of Food Safety,Beijing 100022,China)
Abstract:Objective To investigate the contamination levels of aflatoxin B1 (AFB1) in fermented tea, including dark tea, black tea and oolong tea, and evaluate their health risk.Methods The sampling was determined by the simple random sampling method. A total of 260 tea samples(dark tea, black tea and oolong tea)were collected from supermarkets, wholesale markets, tea shop and online store in 9 prefecture-level cities of Guangdong Province. AFB1 concentrations were examined according to GB 5009.22-2016. By using the method of margin of exposure (MOE) and mathematical modeling, the AFB1 dietary exposure in tea was assessed.Results The detection rate of AFB1 in 260 fermented tea samples was 1.15% (3/260), and the detected content range was from 0.26 to 0.56 μg/kg. The three AFB1 positive samples of were Pu'er tea samples. There was no significant difference in the detection rate between three kinds of fermented tea (Fisher exact probability method, P>0.05). The average dietary exposure of AFB1 from tea of the total survey population and the tea consumption population were 0.000 352, and 0.000 981 ng/kg BW, respectively. The dietary exposure was 0.005 73, 0.016 0 ng/kg BW for the total survey population and the tea consumption population when using the maximum value of AFB1 in this study. On the basis of European Food Safety Authority (EFSA) criterion, the MOE values were both greater than 10 000, indicating that the health risk associated with AFB1 in tea in Guangdong was relatively low. The evaluated liver cancer risk was 0.000 010 9-0.000 674 caners per one hundred thousand persons.Conclusion The detection rate and the content of AFB1 in fermented tea in Guangdong Province were both low. And the health risk associated with AFB1 in tea was relatively low, either.
Key words: Staphylococcus aureus; ready-to-eat salads; model; risk assessment; food safety; Shanghai
 偶氮甲酰胺(azodicarbonamide,ADA)是一种面粉处理剂,能与面粉蛋白质快速发生反应而改善面制品的弹性、韧性和均匀性。目前中国、美国、加拿大、韩国、巴西等国家和国际食品法典委员会(CAC)均允许ADA作为食品添加剂使用。我国现行GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》[1]规定ADA在小麦粉中的最大使用量为45 mg/kg。现有研究[2]表明,ADA本身的毒性较低,在干面粉中比较稳定,遇水可快速分解为毒性极低的联二脲,但是在高温干燥焙烤的加工条件下,联二脲可进一步分解产生微量的氨基脲(semiearbazide,SEM)。已有的动物试验结果[3]发现SEM具有一定的弱致癌性,国际癌症研究中心(IARC)将其列为3类致癌物[4]。目前我国居民日常消费的焙烤食品种类包括面包、饼干、糕点、蛋卷等4类产品[5]。根据不同焙烤食品加工的工艺需求,用于面包原料的小麦粉要求蛋白质含量适中、面筋的弹性和韧性高[6],因此在面包专用粉中加入ADA等强筋剂可增强面筋网络强度,提高面团弹韧性和持气性,起到改善面包烘培品质的作用[7]。而饼干、糕点、蛋卷等焙烤食品则要求小麦粉蛋白质含量低、面筋强度低[5],没有使用增筋剂的必要性。同时,多项调查[8-9]也表明ADA的使用与市售面包中SEM的检出存在关联性,因此面包粉中ADA的使用安全性受到关注。
        本研究以面包作为SEM的主要来源食品,依据我国GB 2760—2014中所规定的小麦粉中ADA最大使用量和当前我国面包食用人群的消费量水平,采用实验动物致癌剂量线性外推模型,对面包来源的ADA分解产物SEM开展理论致癌风险评估,其结果可为我国现行小麦粉中ADA的限量标准的适宜性评估提供科学依据。    
1材料与方法    
1.1SEM的理论含量计算
        基于保守评估的原则,设定面包粉中均添加ADA,其添加量均按照我国现行GB 2760—2014[1]所规定的最大使用量45 mg/kg。ADA在面制品中分解产生SEM的水平与加工过程中的温度、水分等因素相关。根据已有研究结果[10-11],本研究将面包加工过程中SEM产生率范围设定为室温条件下的基础产生率0.1%和高温焙烤条件下(200 ℃,30 min)的最高产生率1.5%之间,按照公式:面包中SEM的理论含量=小麦粉中ADA最大使用量×SEM产生率范围,计算面包中SEM的理论含量。     
1.2研究人群的确定
        本研究所用的食物消费量数据来自2010—2012年中国居民营养与健康状况监测数据[12]。该调查采用分层和整群随机抽样的方法,利用连续3 d 24 h回顾法、3 d家庭食物称重法及食物频率法问卷调查,获得了全国大城市、中小城市、普通农村和贫困农村共计51 383名调查对象的食物消费量数据[12]。其中,面包食用者,即面包每日消费量>0 g的调查对象,占全部被调查对象的7.49%,共计3 850人。考虑到面包不是我国居民主要消费的面制品种类,为避免低估面包食用人群的SEM实际摄入水平,因此本研究以全部调查人群中的面包食用人群作为评估研究对象,对其开展面包来源的SEM理论暴露风险评估研究。     
1.3研究人群从面包来源的SEM每日平均理论暴露水平
        以面包中SEM的理论含量范围作为浓度数据,将研究人群分为幼儿(12~35个月)、儿童(3~9岁)、青少年(10~17岁)、成人(18~59岁)、老年人(≥60岁)等5个暴露年龄阶段,分别基于各年龄阶段人群的一般面包消费水平及P97.5高消费水平,计算SEM每日平均理论暴露量(the average daily dose,ADD),公式为: 其中ADDi,即Expi,为i年龄段面包食用人群SEM的ADD,mg/kg BW;C为面包中SEM的理论含量,mg/kg;Fi为i年龄段食用人群每日面包消费量,g;Wi为i年龄段食用人群的平均体重,kg。    
1.4研究人群从面包来源的SEM终生每日理论暴露水平
        考虑到终生实际暴露情景下存在暴露时间的间断性和暴露水平的变化,本研究根据暴露的不同年龄段,计算暴露时间加权后的SEM终生每日平均暴露水平(lifetime average daily dose, LADD)[13],计算公式为:  其中,LADD为面包食用人群SEM的终生每日平均暴露水平,mg/kg BW;EDi为特定年龄段的暴露时间,AT为人群终生暴露的平均时间。根据《中国卫生和计划生育统计年鉴》[14]我国人口总的期望寿命为74.83岁,预期寿命为75岁,因此本研究将AT设为75年。     
1.5研究人群的SEM终生暴露的理论风险推算
        根据已有研究尚不能确定SEM诱发肿瘤的作用机制,本研究采用了较为保守的线性外推模型,即设定SEM的暴露剂量与肿瘤发生率呈线性关系。基于致癌物的线性外推模型,面包食用人群SEM的终生暴露所增加的理论致癌风险(RISK)为LADD与单位剂量致癌风险(unit cancer risk,UCR)之积[15],公式为:  其中,UCR也称为致癌性斜率因子(slope factor,SF),是单位剂量(μg/kg BW)终生暴露所增加的致癌风险的上限保守估计值[15]
        美国加州大学Berkeley实验室的致癌力数据库
(Carcinogenic Potency Database,CPDB)根据已有SEM致癌试验结果,采用最大似然法推算出盐酸氨基脲引起雌、雄性小鼠发生肺部肿瘤的半数致瘤剂量(TD50)分别为每日223和833 mg/kg BW,引起雌性小鼠发生血管瘤的TD50为每日395 mg/kg BW[16]。本研究将盐酸氨基脲引起雌性小鼠发生肺部肿瘤的TD50,即每日223 mg/kg BW作为更敏感的肿瘤效应指标,根据分子量比,将盐酸氨基脲TD50换算为SEM的TD50,即雌性小鼠在每日150 mg/kg BW的剂量下终生接触SEM可引起50%的实验动物发生肺部肿瘤。根据氨基脲的TD50推算出UCR(μg/kg BW)=0.5/TD50=0.5/150 000≈3.33×10-6。    
2结果
        根据面粉中ADA的最大使用量45 mg/kg,面包在高温焙烤过程中的SEM产生率范围设定为0.1%~1.5%,本研究所得出的面包中ADA来源的SEM含量为0.05~2.25 mg/kg。在此基础上,根据不同年龄段面包食用人群的消费水平和暴露时间,分别获得食用人群SEM的ADD和时间加权后的LADD,并进一步根据SEM的UCR计算不同面包消费水平的食用人群的暴露风险。     
2.1面包来源的SEM对面包一般食用水平人群的每日理论暴露风险
        由表1可见,对于各年龄段面包一般食用水平人群,在面粉中添加最大使用量ADA的情形下,以18~59岁成年人群的LADD最高,为1.84×10-2~2.76×10-1 μg/kg BW,在暴露时间内所增加的RISK为6.14×10-8~9.21×10-7,相当于在一百万人中增加0.06~0.9个癌症患者;其次为60岁以上年龄段,所增加的RISK为2.32×10-8~3.48×10-7,略高于3~9岁和10~17岁年龄段人群,12~35月年龄段的暴露风险最低。按终生暴露时间75年计,在面包粉中添加最大使用量ADA的情形下,面包一般食用水平人群从面包来源的SEM的LADD为3.94×10-2~5.91×10-1 μg/kg BW。根据SEM的UCR,食用人群在终生暴露情形下,面包来源的SEM所增加的RISK为1.31×10-7~1.97×10-6,相当于在一百万人中增加0.1~2.0个癌症患者。     
2.2面包来源的SEM对面包高食用水平人群的每日理论暴露风险
        由表2结果所示,若基于P97.5面包高食用水平,对于不同年龄段面包高食用水平人群,18~59岁的成年食用者的LADD为5.45×10-2~8.18×10-1 μg/kg BW,在暴露时间内理论上所增加的RISK为1.82×10-7~2.73×10-6,相当于在一百万人中 增加0.2~2.7个癌症患者。其次,3~9岁和60岁以上年龄段高食用水平人群的LADD较为接近,略高于10~17岁和24~35月年龄段。按终生暴露时间75年计,在面包粉中添加最大使用量ADA的情形下,P97.5面包高食用水平人群从面包来源的SEM的LADD为1.23×10-1~1.84×10μg/kg BW,所增加的RISK为4.09×10-7~6.14×10-6,相当于在一百万人中增加0.4~6.0个癌症患者。
表1面包一般食用水平人群SEM理论致癌风险
Table 1Theoretical cancer risk evaluation of SEM for bread eaters with general consumption level    
表2面包高食用水平人群SEM理论致癌风险
Table 2Theoretical cancer risk evaluation of SEM for bread eaters with high consumption levels    
3讨论
        有研究[17-18]表明SEM在一定剂量下可引起细胞DNA损伤和大鼠骨髓嗜多染红细胞微核率明显增加,具有一定的遗传毒性,但是已有的体内外遗传毒性研究对于SEM是否具有遗传毒性也尚无一致的结论。有限的毒理学资料[3,19]表明,SEM可诱发小鼠出现肺部及血管的良性和恶性肿瘤,但是对大鼠未发现致癌作用。欧洲食品安全局(EFSA)在对SEM的评估中更倾向认为SEM主要在体外试验中具有弱的遗传毒性[3]。本研究计算SEM的UCR时采用线性外推法,即利用线性模型以动物致癌试验研究的剂量-反应关系数据求得的分离点(POD)数据,再对人群低剂量暴露的致癌风险进行外推估计。该方法适用于无阈作用剂量和致癌机制不明确的物质的致癌风险评估。美国环境保护署(USEPA)认为线性外推法的斜率因子,是单位剂量所增加风险的上限值,实际风险应在0和线性外推风险估计值之间[15]。多数研究者[20]认为低剂量线性范围外推可能将风险扩大2个数量级,尤其是对非遗传毒性致癌物风险评估时的保守作用更加明显。线性外推法由于其具有较高的保守性和较好的健康保护作用,被USEPA、美国食品药品管理局(USFDA)[20]与欧洲化学品管理局[21]等国际评估机构广泛用于化学品的风险评估及管理。本研究采用CPDB所提供的SEM引起雌性小鼠发生肺部肿瘤的TD50(223 mg/kg BW)作为SEM的线性外推的POD值。而CPDB对TD50的推导是基于已有研究资料中最敏感实验动物的最敏感器官的经口喂养试验结果,并将TD50作为潜在致癌性的量化指标。
        肿瘤的发生通常认为是致癌物长期乃至终生累积暴露的结果,在终生暴露情景中会有暴露时间的间断性和暴露水平的变化。基于致癌物低剂量线性外推,对于非终生某一阶段的暴露,其累积发生风险与人群在不同年龄阶段的暴露水平及暴露持续时间相关。USEPA在《致癌物评估指南》[15]中指出,经暴露时间加权后的LADD可作为衡量致癌物暴露水平的指标,因此在本研究中,考虑到不同年龄段人群的暴露持续时间及暴露水平对暴露风险的可能影响而采用暴露时间加权后的LADD的致癌风险进行评估。本研究结果表明,在设定所有面包用小麦面粉都含有最大使用量ADA的情形下,按照面包一般消费水平计算,食用人群对面包来源的SEM所增加的RISK在10-7~10-6范围内,各年龄段人群所增加的RISK均在10-9~10-7范围内。即使基于面包的高食用水平,人群终生暴露所增加的RISK亦在10-7~10-6的范围内;而各年龄段人群面包来源的SEM所增加的RISK也在10-8~10-6范围内。
        关于致癌风险的可接受水平在国际学术界尚未得到统一认识, USEPA针对长期或终生接触来源于饮水中的致癌物,提出致癌物可接受风险范围在10-6~10-4之间,即百万分之一到万分之一的概率范围。如为饮水中的遗传毒性致癌物,世界卫生组织(WHO)认为终生接触可接受的风险上限为10-5[22]。面包消费量及消费频率明显要低于饮用水。在我国人群面包的平均消费水平下,面包来源的SEM终生暴露及各年龄段暴露所增加的理论致癌风险均在USEPA和WHO上对致癌物的可接受风险范围内。考虑到本研究在理论评估模型及理论暴露情景假设方面均存在高度的保守性,可推断面包来源的SEM对人群的实际暴露风险更低,因此,基于我国现行GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》中小麦粉中ADA的最大使用量(45 mg/kg),在我国人群目前的面包消费水平下,面包制品中ADA所分解产生的SEM对研究人群的理论致癌风险属于可接受水平,我国现行标准可以充分保护人群健康。
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