徐書亮[1]
(云南出入境檢驗檢疫局,昆明,650228)
摘 要:放射性核素向食物鏈的轉移途徑類似于食品化學性危害的污染方式。一直以來,食品放射性危害被歸為化學性危害,但其危害機理復雜,不能簡單的歸為化學危害或物理危害。
關鍵詞:食品放射性污染 化學危害 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
一直以來,食品安全控制的危害分析分為三類:生物、化學、物理的危害。放射性核素向食物鏈的轉移途徑類似于環(huán)境污染物(化學危害)的進入方式,因此食品的放射性危害參照化學性危害來實行控制。但控制方法相同不等于分類歸屬相同,究其危害機理,將其單獨列出,應更為合理。
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屬于鈾、釷、錒三系(鉀46、銣87等少數元素除外)。還有一些元素如碳14和氚是宇宙線作用于大氣中穩(wěn)定性元素的原子核而產生的。這些天然放射性核素廣泛分布于空氣、土壤和水中,構成了自然界的天然輻射源,它們與穩(wěn)定性同位素一樣參與外環(huán)境與生物體間的物質自然交換過程,所以在生物組織內均有放射性核素存在(即為食品的天然放射性本底)。由于的分布不均,不同地區(qū)食品中的放射性核素量不相同,同一地區(qū)不同食品天然放射性核素濃度亦有較大差異。
2 放射性核素對食品的污染
食品可以吸附或吸收外來的(人為的)放射性核素,使其放射性高于自然放射性本底,稱為食品的放射性污染。食品的放射性污染來源于三個方面:
2.1 人類使用放射性物質的生活活動。家用電器:電視、電冰箱、空調、微波爐、吸塵器、電腦、射頻感應及介質加熱設備。家庭裝飾:大理石、復合地板、墻壁紙、涂料等。根據矩陣法進行風險分析評價: 嚴重性指數為1,可能性指數為3,風險值為2,可以不予關注。
2.2 食品加工中的輻照 ( food irradiation)處理,即利用鉆60(60CO),銫137(137CS)產生的γ射線或電子加速器產生的低于10MeV 電子束照射食品(包括食品原料、半成品),不會產生放射性危害。而生產加工工序的金屬探測器、X—光機比“輻照處理”的輻射危害要小得多,根據矩陣法進行風險分析評價:風險值為2,可以不予關注。
2.3 醫(yī)療、科學實驗的放射性廢物排放以及意外事故中放射性核素的滲漏等環(huán)境污染物均可通過食物鏈各環(huán)節(jié)向食品轉移(如圖1)。根據矩陣法進行風險分析評價:風險值為4。風險級別較高,應列為危害控制的對象。
由于生活環(huán)境、生理特點各不相同,受到污染程度也有差異,主要轉移的途徑有:
表1環(huán)境放射性核素污染物進入食物鏈的轉移途徑
類別
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轉移途徑
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向植源性食物的轉移途徑
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通過沉降物、雨水和污水將放射性核素帶到植物表面,并滲透入組織,直接污染。
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植物根系也可從土壤中吸收放射性核素即間接污染。
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放射性物質可從水直接進入水生植物組織內。
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向動源性食物轉移途徑
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禽畜
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主要通過牧草、飼料、飲水等途徑進入禽畜體內,儲留于組織器官中,還可通過生理代謝轉移到蛋、奶等禽畜產品中。
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水生物
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附著于水生物體表逐步向內滲透,浮游生物表面積較大,可大量吸收。
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通過口腔、鰓等直接進入體內。
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從水中直接進入水生植物組織內,魚及水生動物可通過食餌攝入,生物富集。
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圖1環(huán)境放射性核素污染物進入食物鏈的轉移途徑
3 食品放射性核素的化學性危害
食品放射性危害來源有兩種:一是食品從環(huán)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射線和X射線的能量大于某一闊值時,能量和某些原子核作用而射出中子或其他粒子,因而使被照射物產生了放射性 (也稱感生放射性)。放射性核素或食品感生放射性元素,通過口腔、消化道侵入人體,射線在人體內照。短期內受到大劑量輻射,會產生急性放射病;長期受小劑量輻射會產生慢性病。
食品的放射性危害效應有兩種:
3.1 低頻輻射線——非電離輻射(non-ionizing radiation)[1]:波長較長、能量小(頻率低),僅能使物質分子產生轉動或振動而產生熱,造成機體熱傷害。
3.2 高頻輻射線——電離輻射(ionizing radiation)[2]: 頻率較高、能量大,如X—射線、γ—射線,α、β射線等可使物質的原子受到激發(fā)或電離。
電離輻射會引起食品主要組份:水、蛋白質、糖類、脂類及維生素等發(fā)生一系列的化學變化,生成的化學產物可能會引起化學危害。
水分子對輻射很敏感,當它接受了射線的能量后,首先被激活,水分子激發(fā)和電離而形成的某些中間產物,如水化電子( e-水化)、羥基自由基(OH·)和氫原子自由基( H·)等都是高度活性的,可以和食品中的其他成分發(fā)生反應。例如:羥基自由基可以加到芳香族化合物和烯烴化合物上;也可以從醇類、糖類、羧酸類、酯類、醛類、酮類、氨基酸類脂肪族化合物的—CH鍵上抽除氫原子。輻照也會促使蛋白質的一級結構發(fā)生變化,除了—SH氧化外,還會發(fā)生脫氨基、脫羧作用和氧化作用。輻照會引起多糖鏈的斷裂,降解產物有羰基化合物、酸類、過氧化氫,降解作用還會產生氣體。不飽和脂肪酸容易氧化,出現脫羧、氫化、脫氨等作用。食品包裝材料某些高分子材料對輻照作用很敏感,會引起電離作用而發(fā)生各種化學變化,如發(fā)生降解、交聯、不飽和鍵的活化、析出氣體、促使氧化反應等。
4 食品放射性危害定性
放射性核素向食品轉移途徑與食品的化學性危害(環(huán)境污染物)途徑相類似,電離輻射產生的化學性危害也被視為放射性污染對食品的主要危害,傳統(tǒng)的食品危害分析也將放射性危害歸為化學性危害,并按照化學性污染的管理方法來控制。但實際放射性污染危害機理復雜,不能簡單的歸為化學危害或物理危害,理由如下:
4.1 輻射( radiation) 是一種能量傳輸的過程。輻射的靶理論認為:輻射的作用是“光子”或“電子射線”與基質的直擊碰撞,引發(fā)電離或引起組織的熱效應,而產生物理效應:
4.1.1“光子”與物質的作用
α射線、γ射線都是高能電磁輻射線,它們又常被稱為“光子”,當與被照射物原子中的電子相遇,光子有時會把全部能量( hν)交給電子(光子被吸收),使電子脫離原子成為光電子( e-):
hν M M+ + e-
(hν代表光子;M和M+代表物質的原子和離子;e-代表光電子)
如果射線的光子與被照射物的電子發(fā)生彈性碰撞,當光子的能量略大于電子在原子中的結合能時,光子把部分能量傳遞給電子,自身的運動方向發(fā)生偏轉,獲得能量的電子(也稱次電子、康普頓電子)從原子中逸出,即康普頓散射(Compton scattering)。
“光子”輻射危害,包括實物粒子流(α射線、β射線)沖擊和電磁波輻射(X射線、γ射線)。
4.1.2電子射線的作用
當輻射源射出的電子射線(高速電子流)通過被照射物時,把自己的能量傳遞給被照射物質原子中的電子并使之受到激發(fā)。若受到激發(fā)的電子已達到連續(xù)能級區(qū)域,它們就會跑出原子,使原子發(fā)生電離。為了防止被照射物質誘發(fā)產生放射性,食品輻照采用的電子加速器的能量水平一般不超過10 MeV。
另外,輻照危害會使某些蛋白質中二硫鍵、氫鍵、鹽鍵和醚鍵等斷裂,從而使蛋白質的二級、三級結構遭到破壞,導致人體組織蛋白質變性。其本質都是能量的傷害,是物理危害。放射性也是“物質”的物理屬性。因為從物理學上講,物質存在的空間形式有兩種:一種是實體性物質(氣、液、固態(tài)物體乃至社會組織),另一種是能量性的“場”物質(電場、磁場、引力場、電磁場等)。實體性物質占有排他性空間,而能量性“場”物質可以共享空間但具有方向性等空間屬性。簡單點說就是實物粒子和場統(tǒng)稱物質或者說有能量(質量)的統(tǒng)稱物質。愛因斯坦相對論的質能方程式E=mc2,說明質量(實物質)與能量可以轉換,能量的危害與實物質的物理危害可歸為同一種。放射性以及密度、硬度、導電性、延展性等都歸為物質的物理屬性。
4.2、輻射的電磁波干擾人體正常磁場而造成的危害,也是物理危害。微生物學、生物化學等都將放射性效應歸類為物理效應。
4.3、輻射危害引起的電離是復雜的物理和化學過程,但化學過程不是化學變化。因為化學變化過程中,既有舊鍵的斷裂還要有新鍵的生成,但電離僅是舊鍵的斷裂,電離出來的離子,形成水合離子,在這一過程中,沒有新化學鍵的形成。物理意義上的電離是指不帶電的粒子在高壓電弧或者高能射線等的作用下,變成了帶電的粒子的過程,所以電離不是化學變化,也不屬于物理變化。電離危害的實質是造成組織的電解質紊亂,應屬物理危害。
4.4、食品輻射危害的來源——核反應,不是化學反應。化學反應是相互接觸的分子間發(fā)生原子或電子的轉換或轉移。化學變化實質是舊鍵的斷裂和新鍵的生成。化學反應是原子分離、重組,圍繞核外電子的得失而生成新物質的反應,不涉及原子核的變化。而核反應是原子核間質點的轉移,致使一種原子轉化為它種原子,原子發(fā)生了質變。雖然是核物理的研究范疇,但也不屬于通常意義上的物理變化。
4.5、輻照效應還可能引起微生物的生理代謝紊亂,或組織內脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的損傷,造成基因突變,普通微生物變成病源微生物,不產毒細菌變成產毒素細菌,溫和噬菌體變成烈性噬菌體,引起生物性危害(參見圖2)。
圖2食品放射性效應的危害關系圖(①為直接危害,②、③為間接危害)
綜上所述,食品的放射性效應是先有物理危害(能危害)后有其他危害。其他危害(包括那些非物理或化學的危害)由物理危害衍生的間接危害。輻射危害引起的電離危害以及輻射危害的來源——核反應,不能簡單的歸為化學反應或物理反應。因此將其單獨列為一種危害——輻射危害/放射性危害,更為合理。
2011年1月出臺的美國《FDA食品安全現代化法案》“危害分析和風險防控”一節(jié),也已將“放射性危害”單獨列出,與生物、化學、物理危害并稱食品安全的四大危害。
參考文獻
[1]The Senate and House of Representatives of the USA .Food safety modernization act,2011
[2]趙莉.食品中的化學污染因素及其解決方法.科技信息 2010
[3]江蘇檢驗檢疫局,出口食品生產企業(yè)安全衛(wèi)生質量管理學習讀本.南京:南京大學出版社,2010
[4]楊繼遠,袁仲. 食品污染的危害及其防治措施.農產品加工(學刊), 2008, (07)
[5]楊毓敏. 肉品的污染及有效控制措施.北京農業(yè),2008, (03)
[6]史小衛(wèi)等,HACCP認證與百家著名食品企業(yè)案例分析.北京:中國農業(yè)科學技術出版社,2006
[1]顧紹平等譯,食品加工的衛(wèi)生控制程序.濟南:濟南出版社,2001