食品接触材料中纳米颗粒的风险评估研究进展

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　　摘  要：文章综述了近年来食品接触材料中纳米颗粒的风险评估研究进展，研究纳米颗粒的物理化学特性对胃肠道吸收的影响。评估纳米颗粒毒性的一个挑战是它们的物理化学性质可能在不同的环境中发生变化。在给定条件下充分表征纳米颗粒的物理化学形式是必要的，并对未来研究趋势进行展望。
　　关键词：纳米颗粒;迁移;风险评估
　　中图分类号：TB383        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）09-0036-03
　　Abstract： In this paper， the research progress of risk assessment of nanoparticles in food contact materials in recent years was reviewed， and the effects of physicochemical properties of nanoparticles on gastrointestinal absorption were studied. One of the challenges in assessing the toxicity of nanoparticles is that their physicochemical properties may change in different environments. Thus， it is necessary to fully characterize the physicochemical forms of nanoparticles under given conditions， and the trend of future research is prospected.
　　Keywords： nanoparticles; migration; risk assessment
　　纳米材料是指物质结构在三维空间中至少有一维处于纳米尺度（0.1～100nm之间），或由纳米结构单元构成的且具有特殊性质的材料[1]。
　　当材料粒子尺寸进入纳米量级（0.1～100nm之间）时，会呈现出量子尺寸效应、小尺寸效应、表面界面效应和宏观量子隧道效应，因而纳米材料展现出许多特有的化学、催化、光学、电磁等性能，在催化材料、光学材料、医用材料、磁介质等新材料方面有着广阔的应用前景，同时也推动着基础研究的发展[2]。
　　食品接触材料是用于食品生产，加工，储存，准备和盛装期间与食品接触的材料和物品。将纳米材料引入食品包装行业可以改善包装材料的柔韧性，阻隔性，机械强度，耐热性和抗菌性。纳米技术的新材料在食品接触材料领域得到广泛应用。
　　由于潜在的人类暴露，评估从食品接触材料迁移到食物的纳米颗粒重要性引起了科学界和立法界的兴趣[3]。迁移定义为通过亚微观传质过程将物质或是组分从食品接触材料传递到食品。迁移被认为是食品接触材料风险评估的主要关键因素[4]。迁移纳米颗粒的潜在健康风险与它们的小尺寸有关，与普通的食品接触材料相比含有纳米颗粒的食品接触材料表现出不同的物理化学性质，并且由于通过天然生物屏障的能力增加和更快的通过而具有更高的生物利用度[5]。根据EFSA的科学观点（EFSA 2009），必须阐明纳米科学和纳米技术在食品和食品接触材料中产生的潜在风险，并且赞同新食品接觸材料的应用取决于迁移评估结果。本文旨在总结近年来食品接触材料中纳米颗粒的风险评估研究进展，并对未来研究趋势进行展望。
　　1 食品接触材料中纳米颗粒的风险评估
　　可能最复杂的问题是最终释放的纳米颗粒是否会对人类健康构成威胁。已知纳米颗粒的毒性取决于纳米颗粒的各种物理化学性质。已经确定的纳米颗粒毒理学的三个原则涉及纳米颗粒的独特特性[6]。在纳米模型中，“运输原理”用于解释特定材料的固有毒性特别有效，通常非常精确地调节体细胞中离子和分子的摄取。然而，如果纳米颗粒不溶解但是长时间保持稳定或是在细胞中积聚，纳米颗粒可能以另一种方式变得“活跃”。“表面原理”通过大量表面原子和表面效应来解释纳米颗粒的小尺寸可能引起化学反应性的增强。“材料原理”用来解释纳米颗粒的毒性取决于纳米材料本身，包括材料特性、化学成分、表面特性和潜在杂质。
　　如果纳米颗粒从食品接触材料中迁移出并且长久存在食物中，消费者可能通过胃肠道暴露。胃肠道壁吸收纳米颗粒的机制是很复杂的，对于胃肠道中纳米颗粒的运动轨迹知之甚少[7，8]。需要更详细地研究纳米颗粒的物理化学特性对胃肠道吸收的影响。啮齿动物的数据显示纳米颗粒可以进入体内通过肠道吸收[9，10]，但吸收被限制在相对少量的小于1%的剂量（以质量单位表示）。胃肠道吸收可能受到纳米颗粒上不同涂层的影响[7，10]。食物中的蛋白质可能显著影响胃肠道对纳米颗粒吸收和纳米颗粒跨越细胞屏障的可能性。为了研究胃肠道中纳米颗粒的转化，建议测试胃肠液中纳米颗粒的稳定性，例如通过体外消化试验[11]。尚未研究不同体外消化模型对纳米颗粒溶解和降解造成多大程度的偏差。最近纳米颗粒的体外消化方案显示，食物成分不会导致纳米颗粒摄入的误导性和不确定性[12]。如果纳米颗粒被胃肠道吸收后，纳米颗粒会进入血液并进一步进入人体器官中[10，13]。在大多数情况下，肝脏和脾脏似乎是纳米颗粒积聚的主要器官[10，14]。发现大鼠中含金的纳米颗粒分布与纳米颗粒尺寸有关。最小的纳米颗粒在不同器官中都有分布，包括血液，肺，肝，脾，肾，胸腺，脑和睾丸[14]。较大的纳米颗粒主要存在于肝脏和脾脏中。在体内纳米颗粒与蛋白质相互作用可以随时改变并增强纳米颗粒的膜交叉和细胞穿透能力[15，16，17]，从而影响纳米颗粒的生物学效应。 　　目前非納米材料的风险评估范例也同样适用于纳米颗粒。但是，风险评估应包括有关纳米颗粒特定性质的考虑，例如其化学成分，物理化学性质和与人体组织的相互作用[7，11]。评估纳米颗粒毒性的一个挑战是它们的物理化学性质可能在不同的环境中发生变化。在给定条件下（例如，在食品中和在给定的测试条件下）充分表征纳米颗粒的物理化学形式十分必要的。确定纳米颗粒特性是否受到不同环境的影响[11]。为了支持评估食品接触材料中纳米颗粒的潜在风险，EFSA制定了关于纳米科学和纳米技术在食品和饲料链中应用的风险评估的指导文件（EFSA 2011），旨在供申请人和风险评估人员使用。作为本文件的一部分，针对六种不同情况概述了纳米颗粒的毒性测试方法，这取决于纳米颗粒的持久性/降解性（情况1-4）和非纳米形式的毒性数据的可得性（情况5-6）。这六个情况是：（1）食品接触材料中纳米颗粒的持续存在;（2）纳米颗粒从食品接触材料的迁移;（3）在摄入前，纳米颗粒转化为非纳米模型;（4）消化过程中纳米颗粒的降解;（5）非纳米形式的危害信息的可得性;（6）非纳米形式的无危害信息。如果纳米颗粒迁移到食物中并持续存在于食物和肠胃道消化液中，对特定的纳米特性进行危害识别和表征的毒性测试，应与EFSA指南（EFSA 2011）给出的非纳米型数据（如果有这些数据）进行比较。
　　EFSA（EFSA 2008）对食品接触材料中非纳米模型进行指导和EFSA（2016）最近的新要求申请人提供给定的物质的具体迁移量/预期人类暴露水平的毒理学数据集。然而，由于对纳米颗粒的毒性了解有限，EFSA目前认为这种范例不适用食品接触材料的风险评估。必须逐个评估纳米颗粒[11，18]。迁移发生时，纳米颗粒的毒理学测试应根据EFSA指导进行，从评估潜在的遗传毒性开始[11，18]。
　　纳米材料风险评估的主要限制在纳米颗粒的检测和表征上缺乏（高质量）人类暴露数据。能够检测低浓度和1-100nm全尺寸范围内的纳米颗粒的适当分析方法对于提供纳米颗粒迁移的证据至关重要。纳米颗粒的溶出速率和物理化学性质在不同的基质中有所不同，因此测量这些参数的标准测试方法对于纳米材料的风险评估是至关重要的[19]。大多数现有数据来自空气传播测量和吸入的纳米颗粒，而食品和消费品的纳米颗粒暴露评估很少[8，10，11]。此外迫切需要对纳米颗粒进行长期暴露研究，因为人类长期暴露后最有可能发生潜在的健康影响[10]。纳米颗粒迁移到食物中，应该考虑的另一个问题是食物基质本身可能与迁移的纳米颗粒的相互作用而发生变化。纳米颗粒有可能与有机分子的官能团相互作用，如羧基，羟基，氨基或羰基，这可能导致食物中蛋白质、脂类和多糖的变化。
　　2 结束语
　　 评估食品接触材料中迁移纳米颗粒的风险是最复杂的问题。目前还缺乏食品中迁移的纳米颗粒和胃肠道中迁移的纳米颗粒风险评估的相关数据。需要进一步研究纳米颗粒与食品的相互作用，并在不同的食品基质中表征纳米颗粒。需要考虑食品基质的变化对迁移纳米颗粒的影响。有待更详细地研究纳米颗粒的物理化学特性对胃肠道吸收的影响。建议使用体外消化模型预测胃肠道中纳米颗粒的迁移。
　　参考文献：
　　[1]中国国窖标准化管理委员会.GB/T 19619-2004 纳米材料术语[S].北京：中国标准出版社，2004：3.
　　[2]朱世东，周根树，蔡锐，等.纳米材料国内外研究进展I-纳米材料的结构、特异效应与性能[J].热处理技术与设备，2010，31（3）：1.
　　[3]Arvanitoyannis IS， Bosnea L. Migration of substances from food packaging materials to foods[J]. Critical Review in Food Science Nutrition. 2004（44）：63-76.
　　[4]Meulenaer BD. Migration from packaging materials. In： Costa R， Kristbergsson K， editors. Predictive modeling and riskassessment. Vol. 4. Boston， MA： Springer US; 2009： 139-151.
　　[5]Noonan GO， Whelton AJ， Carlander D， Duncan TV. Measurement methods to evaluate engineered nanomaterial release from food contact materials. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2014（13）：679-692.
　　[6]Krug HF， Wick P. Nanotoxicology： an interdisciplinarychallenge. Angewandte Chemie-International  Edition[J]. 2011（50）：1260-1278.
　　[7]EFSA. Scientific opinion of the scientific committee ona request from the European commission on the potentialrisks arising from nanoscience and nanotechnologies onfood and feed safety[J]. EFSA Journal. 2009（958）：1-39.
　　[8]Binderup M-L， Bredsdorff L， Beltoft VM， Mortensen A， Loeschner K， Larsen EH， Eriksen FD. Systemicabsorption of nanomaterials by oral exposure （Report tothe Danish Environmental Protection Agency，Environmental Project No. 1505）[R]. Copenhagen： The Danish Environmental Protection Agency. 2013.
　　[9]Chen Z，Meng H，Xing G，Chen C，Zhao Y，Jia G， Wang T，Yuan H， Ye C，Zhao F， et al. Acute toxicological effects of copper nanoparticles in vivo[J]. Toxicology Letters. 2006（163）：109-120.
　　[10]SCENIHR. Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks. Risk assessment of products of nanotechnologies. Brussels： European Commission. 2009.
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