北京市中小学生5种食品添加剂的内暴露水平分析

徐鑫，牛宇敏，邵兵; XU Xin; NIU Yumin; SHAO Bing

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北京市中小学生5种食品添加剂的内暴露水平分析 PDF

- ORCID：
徐鑫 ^1,2
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牛宇敏 ²
- ORCID：
邵兵 ^1,2
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1. 首都医科大学公共卫生学院，北京 100069； 2. 北京市疾病预防控制中心，食物中毒诊断溯源技术北京市重点实验室，北京 100013

中图分类号： R155

最近更新：2024-08-09

DOI：10.13590/j.cjfh.2024.05.006

摘要

目的

了解北京市中小学生尿液中5种食品添加剂的内暴露水平。

方法

2016年9月，在北京2个区的中小学收集900份学生尿液样本，采用液相色谱-串联质谱法测定5种食品添加剂（苯甲酸、安赛蜜、甜蜜素、糖精和4-己基间苯二酚）含量，按照年龄组计算每日估计摄入量（EDI），并评估其存在的健康风险。

结果

全部尿液样本中均检测到甜蜜素和糖精，96.3%的样本中检测到安赛蜜。甜蜜素的中位浓度（4 788.5 ng/mL）明显高于其他4种食品添加剂（苯甲酸235.9 ng/mL，安赛蜜92.6 ng/mL，糖精84.1 ng/mL，4-己基间苯二酚7.6 ng/mL）。7~12岁学生尿液中苯甲酸浓度极显著高于13~17岁年龄组的学生（P<0.001）；13~17岁年龄组学生尿液中安赛蜜、糖精和4-己基间苯二酚浓度极显著高于7~12岁学生（P<0.001）；13~17岁年龄组女生尿液中糖精浓度极显著高于同年龄组男生（P<0.001）。5种食品添加剂的中位EDI分别为：苯甲酸3.48 μg/kg·BW/d、安赛蜜1.36 μg/kg·BW/d、甜蜜素69.01 μg/kg·BW/d、糖精1.22 μg/kg·BW/d、4-己基间苯二酚0.11 μg/kg·BW/d。

结论

本研究中北京市中小学生广泛暴露于5种食品添加剂，部分高暴露儿童甜蜜素EDI高于每日允许摄入量（ADI），存在一定的健康风险，其他4种添加剂暴露水平远低于ADI，总体处于安全水平。

关键词

食品添加剂; 中小学生; 暴露评估; 监测

食品添加剂在食品生产中使用广泛，不仅可以丰富食品的色、香、味，改善食品品质，还能延长食品的保存期。然而，食品添加剂的超范围、超限量使用也会造成食品安全问题。甜味剂作为糖的替代品，广泛应用到多种食品中。中国是全球甜味剂最大的生产和消费国，占全球消费总量的32%，尤其是甜蜜素消费量领先全球，其次是糖精和安赛蜜^［

1］。近年来曝光的“问题馒头”“糖精枣”等就是由于甜味剂的超范围使用造成的。食品防腐剂可以避免食品变质及腐败，延长食品贮藏期，我国允许使用的食品防腐剂有32种，目前使用较多的是苯甲酸及其盐。但是苯甲酸及其钠盐在调味品、糕点、蔬菜制品、蜂制品、水果制品中出现不同程度的超限量或超范围使用^{［参考文献 2

百度学术}2］。4-己基间苯二酚是一种新型的抗氧化剂、保鲜剂，主要用于虾、蟹的水产品的加工运输中，目的是防止水产品在运输中发生氧化褐变或色泽变黑。然而其在虾类产品中的残留量超标已成为近年来的一个食品安全问题。

这些添加剂超标食品进入人体内，以原型的形式通过尿液排出体外，最高的浓度范围为40~200 mg/L，在环境中持续存在多年，对环境和人体健康造成严重影响^［

3-6］。研究证明，长期摄入糖精、安赛蜜会导致肠道菌群的组分和功能改变，诱导产生葡萄糖耐受不良^{［参考文献 7

百度学术}7］。短期及长期累积摄入含甜味剂的饮料会增加2型糖尿病、缺血性中风、痴呆和阿尔茨海默病的患病风险^{［参考文献 8-9}8-9］。苯甲酸及其盐类与儿童多动或多动综合征有关^{［参考文献 10-11}10-11］。儿童的器官和系统处于不同的生长发育时期，对化学物的代谢排泄能力较弱，对食品添加剂暴露带来的健康风险反应更敏感，长期过量暴露还会影响成年期的身体健康，早期全面监测化学物的暴露情况更为重要。

目前人群的食品添加剂暴露水平主要是根据膳食暴露水平推算，难以准确评价人群食品添加剂的真实暴露水平^［

12-14］。尿液是一种非侵入性且方便获得的样本，相关研究显示通过尿液中食品添加剂含量能较为准确地反映人体的内暴露水平^{［参考文献 15

百度学术}15］。本研究通过检测北京市中小学生尿液中5种食品添加剂的浓度，评估其暴露水平及健康风险。

1 材料和方法

1.1 主要仪器与试剂

ACQUITY^TM UPLC超高效液相色谱仪（美国Waters公司）；Sciex QTRAP^®-6500三重四极杆质谱仪（美国SCIEX公司）。

标准品甜蜜素（纯度≥99%）、安赛蜜（纯度≥98%）、糖精（纯度≥98%）、苯甲酸（纯度≥99%）（中国百灵威科技有限公司）；4-己基间苯二酚（纯度≥98%，日本东京化成（TCI）公司）；苯甲酸-D5、甜蜜素-D4同位素内标（中国坛墨质检-标准物质中心，Tmstandard）；糖精-¹³C₆同位素内标（加拿大TRC公司）；乙腈、甲酸（质谱级，美国Sigma Aldrich Fluka）。

1.2 研究人群和样本收集

2016年9月，基于方便采样的原则，从北京市某两个区中小学收集了1 197份中小学生尿液样本。所有参与者年龄范围为6.8~19.3岁，没有任何明确的疾病。尿液样本均为晨尿，收集在棕色玻璃瓶中，将尿液分样储存在-80 ℃冰箱冷冻保存直至分析。排除人口学特征信息不全及尿液样本不足200 μL的样品后，最终有900名研究对象入选并进一步评估5种食品添加剂在尿液中的暴露情况。本研究获得北京市疾病预防控制中心伦理委员批准。

1.3 样品前处理

采用稀释上机的方法^［

16］。取100 μL解冻的尿液于2 mL离心管中，加入10 ng内标标准品（苯甲酸-D5、安赛蜜-D4、糖精-¹³C₆），用900 μL含有0.1%甲酸的水/乙腈（8∶1）稀释，将混合物涡旋1分钟，4 ℃下10 000 r/min离心10 min。将上清液转移到2 mL进样小瓶中，用于仪器分析。

1.4 仪器条件

1.4.1 色谱条件

色谱柱：ACQUITY UPLC BEH C18色谱柱（100 mm×2.1 mm，1.7 μm）；流动相A：0.1%甲酸水溶液，流动相B：乙腈；柱温：40 ℃；进样体积：2 μL。梯度洗脱程序见表1。

表1 液相色谱流动相洗脱梯度

Table 1 Elution gradient of mobile phase

时间/min	流速/（mL/min）	A/%	B/%
Initial	0.1	90.0	10.0
1.00	0.1	80.0	20.0
5.00	0.4	70.0	30.0
7.00	0.4	1.0	99.0
8.00	0.4	1.0	99.0
8.10	0.4	90.0	10.0
10.00	0.4	90.0	10.0

1.4.2 质谱条件

离子源：电喷雾离子源负离子模式（ESI^-）；离子源温度：500 ℃；喷雾电压：-4 500 V；辅助气1：379 225 Pa；气帘气：241 325 Pa；碰撞气：N₂；碰撞气压力：Medium。其他参数包括保留时间、定量与定性离子对、碰撞能量及去簇电压见表2。

表2 目标化合物的质谱参数

Table 2 Mass spectrometric parameters for the target compounds

化合物	保留时间/min	定量离子			定性离子
化合物	保留时间/min	离子对/（m/z）	DP/eV	CE/eV	离子对/（m/z）	DP/eV	CE/eV
苯甲酸	4.30	121>77	-27	-17	121>77	-27	-17
安赛蜜	2.02	162>82	-37	-19	162>78	-37	-45
甜蜜素	2.13	178>80	-77	-39	178>80	-77	-39
糖精	2.10	182>106	-70	-24	182>42	-70	-60
4-己基间苯二酚	6.94	193>151	-60	-23	193>122	-60	-26
苯甲酸-D5	4.26	126>82	-27	-15	—	—	—
甜蜜素-D4	2.13	182>80	-80	-35	—	—	—
糖精-¹³C₆	2.10	188>106	-70	-28	—	—	—

注： CE：碰撞能量；DP：去簇电压

1.5 计算5种食品添加剂的估计摄入量

根据尿液中5种食品添加剂的浓度，使用式（1）计算5种添加剂的估计每日摄入量（Estimated daily intake，EDI，μg/kg·BW/d）：

EDI=（C×V）/（BW×Fue）式（1）

式中：C：尿液中食品添加剂浓度（ng/mL）；V：中小学生平均日尿量（mL/d），设为660 mL/d^［

17］；BW：中小学生的体质量（kg）；Fue：尿排泄系数，参考文献，Fue均设置为1^{［参考文献 18-19}18-19］。

1.6 质量控制

苯甲酸、甜蜜素和糖精采用同位素稀释法定量；安赛蜜和4-己基间苯二酚采用基质加标标准曲线定量。苯甲酸的检出限和定量限为0.004和0.012 ng/mL，安赛蜜的检出限和定量限为0.001和0.003 ng/mL，甜蜜素的检出限和定量限为0.035和0.117 ng/mL，糖精的检出限和定量限为0.192和0.640 ng/mL。4-己基间苯二酚的检出限和定量限为0.004和0.012 ng/mL。采用空白尿液进行加标回收实验，5种目标化合物加标回收率为84.5%~113.7%，相对标准偏差小于8%（n=5）。

1.7 统计学分析

采用描述性分析表征尿液中5种食品添加剂浓度（ng/mL）分布。由于尿液中5种食品添加剂浓度呈现偏态分布，采用Kruskal-Wallis检验评估不同年龄组间差异。浓度值低于LOQ的样品赋值为LOQ/ $\sqrt[]{2}$ 。所有的统计分析均使用SPSS 26.0进行，P<0.05被认为具有统计学意义，双侧检验。

2 结果与讨论

2.1 参与者的一般特征

本研究参与者的人口统计学特征如表3所示。在900名调查对象中，男生395人（43.9%），女生505人（56.1%）。年龄范围在6.8~19.3岁，中位年龄为13.2岁。所有研究对象的中位体重指数为19.2 kg/m²，男生和女生中，分别有12.5%和13.5%的研究对象属于超重和肥胖。

表3 研究对象的人口学特征

Table 3 Demographic characteristics of the participants

特征	整体	男生（n=395）	女生（n=505）	P
年龄/岁	13.2（5.7）	13.0（6.1）	13.4（5.2）	0.23
身高/m	1.6（0.2）	1.6（0.2）	1.6（0.2）	0.06
体质量/kg	46.4（24.3）	46.0（26.3）	48.0（23.0）	0.37
BMI/(kg/m²)	19.2（5.6）	19.1（5.9）	19.3（5.1）	0.87
BMI分层
正常	666（74.0%）	283（31.4%）	383（42.6%）
超重	121（13.4%）	53（5.9%）	68（7.5%）
肥胖	113（12.6%）	59（6.6%）	54（6.0%）

注：年龄、身高、体质量、BMI为计量资料且不服从正态分布，以中位数（四分位数间距）表示；BMI分层以样本量（构成比）表示；BMI：体质量指数

2.2 尿液中食品添加剂的检出情况

表4报告了900位研究对象尿液样本中5种食品添加剂的检出率及浓度。全部尿液样本中均检测到了甜蜜素和糖精，96.3%的样品中检测到安赛蜜，苯甲酸和4-己基间苯二酚的检出率分别为85.7%和63.2%。安赛蜜、甜蜜素和糖精是常用的人工合成甜味剂，在面包、饼干、饮料、糕点、蜜饯、果冻、坚果类食品中应用广泛。甜蜜素的中位浓度（4 788.5 ng/mL）明显高于其他4种食品添加剂（苯甲酸235.9 ng/mL，安赛蜜92.6 ng/mL，糖精84.1 ng/mL，4-己基间苯二酚7.6 ng/mL），甜蜜素的最高浓度可达436 583.9 ng/mL。《食品添加剂使用标准》规定甜蜜素在食品中最大使用量可达8.0 g/kg，明显高于其他4种食品添加剂。ZHANG等^［

5］测定了天津市54名成年人尿液中安赛蜜、甜蜜素和糖精，安赛蜜（4 070 ng/mL）和糖精（918 ng/mL）的中位浓度高于本研究，甜蜜素（628 ng/mL）与本研究比水平较低。SHI等^{［参考文献 16

百度学术}16］测定了济南市15名成年人尿液中安赛蜜和糖精，中位浓度分别为10.7和32.7 ng/mL，均低于本研究。WEI等^{［参考文献 20

百度学术}20］对我国华南华中地区130名5岁以下儿童晨尿中苯甲酸浓度进行监测，其中位浓度为83.3 ng/mL，显著低于本研究。这可能是由于文献中的研究样本量较少，无法准确反映人群在特定调查期间的暴露水平，且成年人和不同年龄段中小学生的膳食习惯不同。苯甲酸及其钠盐是我国用量最大的食品防腐剂，主要用于酱油、醋、酱菜、碳酸饮料等食品，其在食品中的使用量是0.2~2.0 g/kg，部分食品中存在苯甲酸超标现象。因此，有必要对人体苯甲酸含量进行生物监测。

表4 北京市中小学生尿液中5种添加剂浓度（n=900）

Table 4 Concentrations of five food additives in urine samples of primary and secondary school students in Beijing City （n=900）

化合物	检出率/%	Min	P25	Median	P75	Max
尿液样本浓度/(ng/mL)
苯甲酸	85.7	<0.004	35.66	235.92	935.11	55 501.59
安赛蜜	96.3	<0.001	6.40	92.56	745.43	27 807.90
甜蜜素	100.0	0.83	941.14	4 788.53	15 612.45	436 583.9
糖精	100.0	4.53	31.61	84.09	339.24	225 342.35
4-己基间苯二酚	63.2	<0.004	0.03	7.55	33.26	255.59
肌酐校正后浓度/（μg/g）
苯甲酸	85.7	<0.001	19.80	160.91	670.61	41 496.52
安赛蜜	96.3	<0.001	5.23	60.06	474.88	18 896.37
甜蜜素	100.0	0.12	650.69	3 358.28	10 276.45	378 781.80
糖精	100.0	0.37	21.87	53.40	221.02	137 903.34
4-己基间苯二酚	63.2	<0.001	0.03	4.64	18.34	375.10

2.3 年龄与食品添加剂相关性

年龄可能会潜在地影响尿液中食品添加剂浓度（图1）。7~12岁学生尿液中苯甲酸浓度极显著高于13~17岁学生（P<0.001），此前通过膳食暴露评估苯甲酸摄入量的研究发现，年龄越小，苯甲酸的暴露水平越高^［

21-22］，与本研究的结果一致。13~17岁学生尿液中安赛蜜浓度极显著高于7~12岁学生（P<0.001）；13~17岁女生尿液中糖精浓度显著高于7~12岁学生（P<0.01）和13~17岁的男生（P<0.001）；对于4-己基间苯二酚，13~17岁女生尿液中4-己基间苯二酚浓度极显著高于7~12岁学生（P<0.001）。食品添加剂浓度随年龄增长而升高可能是因为膳食习惯的不同，与儿童相比，青少年摄入更多含有食品添加剂的加工坚果、果脯、饮料和烘焙食品^{［参考文献 21

百度学术}21］。与男生相比，女生体质量较低，且加工水果制品、加工坚果与籽类、果冻食用量较多^{［参考文献 22

百度学术}22］，因此，糖精呈现女生浓度水平高于男生的现象。

图1 不同年龄组学生尿液中5种食品添加剂的浓度比较

Figure 1 Comparison of urinary concentrations of five food additives in students of different ages

注：小提琴图表示数据的分布，中间的黑色粗条表示四分位数范围。组间比较：Kruskal-Wallis test显著性（***P˂0.001，**P˂0.01，*P˂0.05）。A：苯甲酸；B：安赛蜜；C：甜蜜素；D：糖精；E：4-己基间苯二酚。年龄分组及样本量：˂7岁（n=16）、7~12岁（n=411）、13~17岁男（n=185）、13~17岁女（n=274）、≥18岁（n=14）

2.4 中小学生的内暴露水平分析

从风险预防的原则考虑，选取联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会与欧盟食品安全局对同一食品添加剂所制定的较低的每日允许摄入量（Acceptable daily intake，ADI）为本次评估的ADI值，即苯甲酸、安赛蜜、甜蜜素和糖精的ADI值分别为5、9、7、5 mg/kg·BW/d^［

23-26］。基于第1.5节给出的公式，我们计算了北京市中小学生的EDI，北京市中小学生5种食品添加剂的EDI值见表5。甜蜜素的EDI值为0.022~14 407.27 μg/kg·BW/d，中位EDI值为69.01 μg/kg·bw/d，其中，有1名9岁的男孩和1名7岁的女孩EDI值分别为8.27和14.41 mg/kg·BW/d，超过了ADI值，存在健康风险。甜蜜素超范围、超限量添加到食品中的现象频发，主要是发生在水果蜜饯、果冻和饮料类食品^{［参考文献 27-29}27-29］。人群资料显示，大剂量使用甜蜜素可能会导致腹泻。SASAKI等^{［参考文献 30

百度学术}30］研究显示，甜蜜素会导致胃肠道一些器官DNA损伤。准确评估人群甜蜜素的内暴露水平，可以提示甜蜜素摄入带来的健康风险，给敏感人群提供选择食品的依据。

表5 北京市中小学生5种食品添加剂浓度估计每日摄入量（μg/kg·BW/d）

Table 5 Estimated daily intake of five food additives in primary and secondary school students in Beijing City (μg/kg·BW/d)

化合物	Min	P10	P25	P50	P75	P90	P95	Max
苯甲酸	<0.001	<0.001	0.48	3.48	14.2	53.54	92.95	990.03
安赛蜜	<0.001	0.014	0.10	1.36	10.62	41.86	73.00	382.36
甜蜜素	0.022	2.09	13.14	69.01	224.57	543.06	831.90	14 407.27
糖精	0.037	0.241	0.48	1.22	4.91	21.61	79.90	2 723.92
4-己基间苯二酚	<0.001	<0.001	0.001	0.11	0.43	0.89	1.00	4.67

苯甲酸、安赛蜜、糖精的中位EDI值由1.22（糖精）~3.48 μg/kg·BW/d（苯甲酸），远低于ADI值；4-己基间苯二酚的ADI值未作限制性规定，其中位EDI值为0.11 μg/kg·BW/d，处于较低的水平。中小学生4种食品添加剂内暴露风险较小。尽管如此，研究发现，即使在低于ADI水平的摄入量，安赛蜜也可能会导致女孩的中枢性早熟，青春期前的女孩应该更谨慎地食用含有安赛蜜的饮料或食品^［

31］。WHO发布的综述^{［参考文献 32

百度学术}32］汇集了关于使用甜味剂对健康影响的新证据：即使在规定的可接受的每日摄入量范围内，添加剂的长期慢性摄入也会影响脂代谢、炎症、糖尿病等慢性代谢性疾病。苯甲酸在体内可以与甘氨酸进行结合，这导致人类甘氨酸的饮食缺乏，由此产生的甘氨酸缺乏会对大脑神经化学和胶原蛋白、核酸、卟啉和其他重要代谢物的合成产生负面影响，因此不应低估使用苯甲酸盐作为防腐剂的风险^{［参考文献 33-35}33-35］。本研究存在的局限性在于以往的药代动力学研究显示，安赛蜜和糖精的Fue存在明显差异，范围在70%~100%，其他3种添加剂Fue没有明确规定，5种食品添加剂的Fue值均设置为1，可能会低估EDI，进而降低食品添加剂带来的健康风险。

3 结论

北京市大兴和密云区中小学生广泛暴露于5种食品添加剂。7~12岁学生尿液中苯甲酸浓度较高，提示年龄越小，苯甲酸的暴露量越高；13~17岁年龄组学生尿液中安赛蜜、糖精和4-己基间苯二酚浓度高于7~12岁学生，这与膳食习惯不同有关。北京市大兴和密云区中小学生通过尿液内暴露水平评估5种食品添加剂的健康风险较低，其中个别高暴露学生甜蜜素估计摄入量高于ADI，存在一定的健康风险，根据研究结果，有必要对尿液中甜蜜素浓度进行监测。

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