绿色化学与食品安全

绿色化学与食品安全绿色化学与食品安全 杨丽洪杨丽洪 10 地理地理 2 班班 101201227 摘要：绿色化学与食品安全: 绿色化学又叫环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。顾名思义，绿色化 学就是应用化学的技术和工艺去减少或消灭那些对人类健康、社区安全和生态环境有害的原料、催化剂、 溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。 关键词：绿色化学，食品，安全，添加剂，污染 1 前言前言 近二十年来，随着全球性环境污染的加剧、能源的匮乏和社会公众对环境保护 及人类可持续发展的日益关注，人们开始对造成环境与生态恶化的主要元凶 化学和化学工业的重要性提出质疑。人类的生存和发展是利用和消耗自然资 源的过程。这个过程的科学基础就是化学。化学工业是人类文明和社会发展的 基石。随着世界人口的剧增、人类消费的日益增加，我们越来越感受到来自自 然的巨大压力，最主要的是人口、能源和环境三大问题。化学化工的发展为人 类的生活的改善提供了源源不断的能源和物质基础，但同时又是造成能源和环 境问题的罪魁祸首之一。因此，化学和化工工业又倍受人们的质疑。绿色化学 的出现，为人类最终从化学的角度解决环境和能源问题带来了新希望。 2 2 绿色化学与食品安全发展概况与趋势绿色化学与食品安全发展概况与趋势 绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革现在的 整个化学和化工。 “绿色”是环境意识的革命， “绿色化学”则是化学学科的又 一次飞跃。为此，美国还在 1996 年设立了总统绿色化学挑战奖，奖励在利用化 学原理从根本上减少化学污染方面的科学成就。此外，日本、欧洲、拉美等国 家也相应地制定了环境无害制造技术、减少环境污染技术等方面的内容并建立 了大量的绿色化学研究机构。总之，绿色化学的研究已经成为一门重要的化学 学科分支，是我们人类通向绿色生活的必由之路。绿色化学的研究和应用主要 是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化而开展的。这也是对传 统的先污染后治理的化学工业的挑战和革命、是从源头上防止污染的新理念、 是解决环境与生态困境的必由出路。为了实现绿色化学工艺和工业，主要着眼 于以下几个方面： 1、采用无毒、无害的原料：化学研究和化工生产中经常采用有毒、有害的原料， 如剧毒的光气、氢氰酸、苯类、醛类等原料和中间体，它们严重地污染环境并 危害人类的健康。采用无毒、无害的原料是绿色化学的一项重要任务。 2、开发、应用“原子经济”反应路线：就是最大限度地利用原料分子中的每一 个原子，使之结合到目标分子中，不产生副产物或废物，从而实现废物的零排 放。 “原子经济”反应有利于节约资源和保护环境。3、采用新型、高效、对环 境友好、可回收的催化剂：通过选择催化剂，可以提高反应的选择性，并避免 副产物的生成，提高原子的利用率，减少有害物质对环境的排放。 4、采用无毒、无害的溶剂：致力于开发无溶剂存在下的反应，如固态反应；开 发和应用无毒、廉价、不危害环境的水介质体系；以超临界流体做介质的反应 将成为绿色合成工艺的重要途径。 5、产品的绿色化：采用新的工艺、新的原料、新的配方，合成新的对人类和环 境无毒、无害的绿色产品是绿色化学的最终使命和终极目标。如开发新型的制 冷剂，减少对臭氧层的破坏；开发新型的、可生物降解的高分子材料，解决 “白色污染”问题。 6、充分应用可再生资源：采用可再生资源做化学化工原料，是绿色化学的一项 重要任务和研究方向。据统计，现代 95%以上的有机化学品都来自石油和煤， 但石油和煤的储量有限，属不可再生能源。同时，石油和煤的开采和加工又严 重污染环境。采用可再生的生物质，如淀粉、纤维素、沼气、糖类等取代传统 的石油、煤等工业原料既可以保护资源又有利于环境，可谓一举双得。 7、从产品开发的途径上考虑：传统的化学工艺的开发是经过漫长的实验探索， 并不断地改进、优化和完善。在这种研究模式下，必将消耗大量的化学试剂、 溶剂和能源，并源源不断地产生副产物和废物。往往开发一条可行的化学工艺 需要经过漫长的时间和消耗大量的人力、物力。目前，计算机辅助分子设计和 材料设计是一门新兴学科分支，并在实践中取得了广泛的发展和应用。如在有 机合成和药物合成中，科学家首先建立了一个已知的有机合成反应尽可能全的 资料库,然后在确定目标产物后,第一步找出一切可产生目标产物的反应；第二步 又把这些反应的原料作为中间目标产物找出一切可产生它们的反应路线；接着 应用计算机智能技术优化出价廉、物美、不浪费资源、不污染环境的最佳反应 路线；最后，通过化学方法合成出所设计的目标分子。绿色化学在节约原料、 保护环境、保障人类健康与安全方面发挥了日益显著的作用，并受到社会的广 泛关注。世界各国的许多科研机构和政府部门都在致力于绿色化学的开发和推 广应用。相信随着科学的进步和人们绿色意识的提高，我们的赖以生存的地球 环境会变得更加美好。 3 国内发展现状国内发展现状 第一节 农药残留 一、概述 农药：指用于消灭、控制危害农作物的害虫、病菌、鼠类、杂草、及其 它有害动植物和调节植物生长的药物。 按用途分九种： 杀虫剂、杀螨剂、杀线虫剂、杀软体动物剂、杀鼠剂、杀菌剂、除草剂、 脱叶剂、植物生长调节剂。 二、农药污染食品的途径 农药污染食品的途径及影响因素 农田直接施用 作物从污染环境中吸收农药 食物 其他来源的污染 a.粮库内用农药 食物链、生物富集 b.几舍施用农药 c.食品运输过程中 d.事故性污染 三、食品中常见的农药残留及其毒性 1.有机磷农药 有机磷农药多为磷酸酯类或硫代磷酸酯： 对硫磷（1605） 、内吸磷（1059） 、马拉硫磷（4049） 、乐果、敌百虫、敌敌畏1。 2.氨基甲酸酯类 特点：对虫害选择性强，作用快，对人、畜毒性低，易分解，在体内不蓄积。 常用产品有西维因、杀灭威、速灭威、叶蝉散 中毒机理：抑制胆碱酯酶活力，在胃内酸性条件下易与食物中的亚硝酸盐类反 应生成亚硝基化合物而呈现诱变性和致突变性。 3 .拟除虫菊酯类 是一类高效、低毒、低残留、用量低的 农药，常用的有氯菊酯、溴菊酯、氯氰 菊酯、甲醚菊酯 中毒机理：中枢神经毒，改变神经细胞膜钠离子通道，使神经传导受阻，动物 出现流涎、共济失调、痉挛等症，主要引起神经系统症状。 4.有机氯农药： 代表性产品：666 粉、DDT 等，1983 年停止生产使用 毒性特点：中等毒性、难分解、半衰期 10 年以上，脂溶性强，蓄积于脂肪和含 脂高的组织器官 主要靶作用器官：肝脏 有致癌、致畸作用 透过胎盘乳汁，对胎儿婴儿有毒性 四、控制食品中农药残留的措施 1、严格遵守并执行有关农药的安全使用规定； 2、严禁使用高毒农药（甲胺磷、对硫磷等） ； 3、限制农药的使用剂量； 4、制订农药在蔬菜、水果中的最大残留限量标准； 5、加工时选用符合农残标准的原料，或采用一定加工措施去除农药3。 第二节 食品添加剂的安全性 一、食品添加剂概况 （一）定义 中华人民共和国食品安全法定义：食品添加剂是指为改善食品品质和色、 香、味以及为防腐和加工工艺的需要而加入食品中的化学合成或天然物质5。 食品强化剂是指为增强营养成分而加入食品中的天然或者人工合成的，属于天 然营养素范围的食品添加剂。 食品是维持人类生存的基本物质，随着生产水平和人民生活水平的不断提高， 人们对食品的要求也不断提高，食品添加剂便是随着食品工业发展而逐步形成 和发展起来的。食品添加剂可以起到提高食品质量和营养价值，改善食品感观 性质，防止食品腐败变质，延长食品保藏期，便于食品加工和提高原料利用率 等作用以及适应某些特殊需要。 中国、日本、美国规定的食品添加剂，则均包括食品营养强化剂 。 按中华人民共和国食品安全法定义，我国将食品强化剂纳入食品添加剂进 行管理，因为针对不同种类的食品，营养强化剂也不能随便添加。 （如：雀巢奶 粉，碘含量超标）5。 （二）食品添加剂的发展 食品是维持人类生存的基本物质，随着生产水平和人民生活水平的不断提高， 人们对食品的要求也不断提高，食品添加剂便是随着食品工业发展而逐步形成 和发展起来的。食品添加剂可以起到提高食品质量和营养价值，改善食品感观 性质，防止食品腐败变质，延长食品保藏期，便于食品加工和提高原料利用率 等作用以及适应某些特殊需要。 美国 25000 种以上的不同添加剂应用于 20000 种以上的食品之中。日本使用的 食品添加剂约 1100 种。欧洲联盟使用 10001500 种食品添加剂。许可使用的品 种已达 1513 种，其中包括食品香料 1027 种 3。 （三 ）食品添加剂的分类 按来源分为：天然和化学合成两大类。 天然食品添加剂是指以动植物或微生物的代谢产物为原料加工提纯而获得的天 然物质（可略讲一下天然食品添加剂在食品安全使用上的误解） ； 化学合成的食品添加剂是采用化学手段、通过化学反应合成的食品添加剂。 （有 很多，可简单举例，如：食用合成色素，胭脂红，日落黄等等） 按照使用目的和用途可分为： 1.为提高和增补食品营养价值的，如营养强化剂。 2.为保持食品新鲜度的，如防腐剂、抗氧剂、保鲜剂。 3.为改进食品感官质量的，如着色剂、漂白剂、发色剂、增味剂、增稠剂、乳 化剂、膨松剂、抗结块剂和品质改良剂。 4.为方便加工操作的，如消泡剂、凝固剂、润湿剂、助滤剂、吸附剂、脱模剂。 5.食用酶制剂。包括胃蛋白酶和葡萄糖氧化酶等。 6.其他。包括：香料（因品种太多另外一类） ，液体石蜡等4。 （四）食品添加剂的卫生管理及使用原则 按照 GB2760-2007食品添加剂使用卫生标准和食品添加剂卫生管理办法 的要求 ，食品添加剂及其使用符合下列一般要求： 1、食品添加剂本身原则上经过规定的食品安全发生毒理学评价程序证明在 使用限量范围内对人无害，也不应含有其他有毒杂质；对食品的营养成分不应 有破坏作用； 2、食品添加剂进入人体后，最好能参加人体正常的物质代谢，或能被正常解毒 过程解毒后全部排出体外，或因不能被消化道吸收而全部排出体外； 3、食品添加剂在达到一定加工目的后，最好能在以后的加工、烹调过程被破坏 或排除，使之不能摄入人体，则更安全； 4、食品添加剂应有的质量标准，有害杂质不能超过允许限量； 5、不得使用食品添加剂来掩盖食品的缺陷或作为伪造的手段。 还需要注意的问题：1）有的食品添加剂自身毒性虽低，但由于抗营养因子作用， 以及食品成分或不同添加剂之间的相互作用、相互影响，就有可能生成意想不 到的有毒物质。 2）食品添加剂具有叠加毒性，即两种以上的化学物质组合后会有新的毒性，本 来无致癌性化学物质的转化成化学致癌物质67。 二、防腐剂和抗氧化剂 （一）防腐剂 防腐剂是用以保持食品原有品质和营养价值为目的的食品添加剂，它能抑制微 生物活动、防止食品腐败变质从而延长保质期。 我国到目前为止只批准了 32 种允许使用的食物防腐剂，其中最常用的有苯甲酸、 山梨酸等。 各种食品防腐剂使用标准 防腐剂名称 最大使用量（g/kg） 适用范围 苯甲酸及其钠盐 0.21.0 酱油、醋、果汁、果酱、果酒、汽水 2.0 浓缩果汁 2.5 鱼籽酱 1.0 其它食品 山梨酸及其钾盐 1.0 酱油、醋、果酱、人造奶油、琼脂软糖 0.5 低盐酱菜、蜜饯类、山楂糕、果味露、罐头 0.6 果汁、果子露、葡萄酒、果酒 0.2 汽酒、汽水 2.0 浓缩果汁 对羟基苯甲酸酯类 0.10.25 酱油、醋 0.1 清凉饮料 0.2 果汁、果酱 0.012 果蔬、麦皮 丙酸钠、丙酸钙 二者混合使用量 2.5 面包、醋、酱油、糕点、豆制素食品 1.苯甲酸和苯甲酸钠 苯甲酸又名安息香酸（C6H5COOH） ，因其在水中的溶解度较低，多使用其盐 （C6H5COONa） ，近来月饼中查出使用苯甲酸被禁止3。 防腐原理：抑制微生物细胞呼吸酶系统的活性，特别是对乙酰辅酶 A 缩合反应 有很强的抑制作用。 苯甲酸没有慢毒性，以含苯甲酸 0，0.5%和 1%的食品饲料喂养雄性大鼠和雌 性大鼠连续 8 周，通过对其子代（二、三和四代）的观察和形态解剖测定其慢 毒性，结果表明小鼠子代的生长、繁殖和形态上没有异常的改变。其他一些试 验也表明苯甲酸无蓄积性、致癌、致突变和抗原作用。 苯甲酸的 ADI 值为 0-5mg/kg ， LD 50 为 2530mg/kg（大鼠，经口） ， GRAS（FDA，184.1021，2000） ，苯甲酸在动物体内会很快降解，75-80%的苯甲酸可 在 6h 内排出，10-14h 内完全排出体外。苯甲酸在动物体内的降解途径如图 1 所 示 。苯甲酸的大部（ 90%）主要与甘氨酸结合形成马尿酸，其余的则与葡 萄糖醛酸结合形成 1-苯甲酰葡萄醛酸2。 2.山梨酸及山梨酸钾 山梨酸及其钾盐对霉菌、酵母和需氧菌均有抑制作用，但对厌氧芽孢杆菌和乳 酸杆菌几乎无效。山梨酸钾防腐效果随 pH 值升高而降低，但适宜的 pH 值范围 比苯甲酸广，以在 pH5-6 以下使用为宜。 安全性高：与其他天然的脂肪酸一样，山梨酸在人体内参与新陈代谢过程，并 被人体消化和吸收，产生二氧化碳和水。 ADI：0-25mg/kg 体重（山梨酸钾及其盐的总量，以山梨酸计） 。 防腐原理：分子能与微生物酶系统中的硫基结合，从而破坏酶的活动，达到抑 菌防腐的目的。 与山梨酸及钾盐的防霉能力明显高于苯甲酸及盐类，山梨酸钾的防霉效果是苯 甲酸钠的 510 倍。山梨酸的用量一般在 0210 克千克之间。 从安全性方面来讲，山梨酸是一种国际公认安全（GRAS）的防腐剂，安全性很 高。联合国粮农组织、世界卫生组织、美国 FDA 都对其安全性给予了肯定。山 梨酸的毒副作用比苯甲酸、维生素 C 和食盐还要低，毒性仅有苯甲酸的 14、 食盐的一半，但价格比苯甲酸贵1。 3.丙酸及其盐 丙酸（CH3CH2COOH）及其盐类也是酸型防腐剂。其抑菌作用较弱，但对霉菌和需 氧芽孢杆菌或革兰氏阴性菌有效，特别是对抑制引起食品发粘的菌类如枯草杆 菌有效。抗菌作用比山梨酸弱，比乙酸强。对酵母不起作用。其最小抑菌浓度 在 pH5.0 时为 0.01%，pH6.5 时为 0.5%。 丙酸是人体代谢正常中间产物，安全性较高。在面包及糕点、果冻、蜜饯、果 酱、糖果、饮料、酱油中都可使用3。 ADI 值不需要规定。 本品为防霉防腐杀菌剂，能耐高温而不分解，广泛用于食品、烟草、医药行业。 也可用于丁基橡胶，防止老化和延长使用寿命， 4.对羟基苯甲酸酯类 对羟基苯甲酸酯类是苯甲酸的衍生物。受 pH 值影响小，它们对细菌、霉菌和 酵母有广泛的抑制作用。其中对霉菌和酵母的作用较强，对细菌特别是对革兰 氏阴性杆菌及乳酸菌作用较弱。 抑菌机理：抑制微生物细胞呼吸酶与电子传递系统的活性，破坏微生物的细胞 膜结构4。 第三节 食品包装材料对食品安全的影响 一、我国允许使用的食品容器、包装材料 主要有以下 7 种： （1）塑料制品； （2）橡胶制品天然橡胶、合成橡胶； (3)陶瓷器、搪瓷容器； （4）铝制品、不锈钢食具容器、铁质食具容器； （5）玻璃食具容器； （6）食品包装用纸等系列化产品； （7）复合包装袋复合薄膜、复合薄膜袋等系列化产品。 二、各种食品包装容器、材料主要存在的安全、卫生问题 2.1 塑料制品包装材料存在的安全、卫生问题 塑料包装表面污染问题。 塑料制品中未聚合的游离单体及其塑料制品的降解产物向食品迁移的问题。 油墨、印染及加工助剂问题。 回收问题。 2.2 橡胶制品包装材料存在的安全、卫生问题 在其中加入多种助剂，如促进剂、防老剂、填充剂等，给涉及食品带来安