碳化鈣在食用農產品中的應用及其安全問題

梁菡峪，丁曉雯，肖 洪，張亞瓊，張 迪

（西南大學食品科學學院，農業部農產品加工和貯藏保鮮質量安全風險評估重點實驗室，重慶 400715）

碳化鈣在食用農產品中的應用及其安全問題

梁菡峪，丁曉雯*，肖 洪，張亞瓊，張 迪

（西南大學食品科學學院，農業部農產品加工和貯藏保鮮質量安全風險評估重點實驗室，重慶 400715）

碳化鈣，俗稱電石，作為水果催熟劑和植物調節劑被廣泛用于農業。雖然隨著碳化鈣安全性問題的出現，其作為水果催熟劑的應用已被很多國家禁止，但有很多地區仍在使用。另一方面，近年來有大量文獻報道碳化鈣作為植物調節劑對植物生長的影響作用。本文綜述了碳化鈣的理化性質、在食用農產品中的應用以及碳化鈣在應用中可能造成的安全性問題，補充碳化鈣在安全性評價方面的文獻缺失，為其進一步應用發展提供理論基礎。

碳化鈣，農產品，應用，安全性

隨著人們生活水平的不斷提高，公眾對食品安全問題的關注度越來越高。因此，對食品從農田到餐桌過程中所使用的化學物質的安全性研究變得尤為必要。碳化鈣，曾作為水果催熟劑被廣泛應用于食用農產品中，但隨后即被很多國家禁止使用，例如印度1955年制定的《防止食品摻假條例》等。近幾年，關于碳化鈣禁止用于水果催熟的報道更是屢見不鮮，而與之形成鮮明對照的是，關于碳化鈣在食用農產品中應用及其安全性評價的相關文獻報道或法規卻相對較少。另一方面，國外大量文獻顯示碳化鈣可添加入土壤中，其作為植物調節劑對作物生長具有明顯的促進作用，但我國目前還未將其用作植物調節劑。本文主要介紹碳化鈣在食用農產品中的應用研究以及其可能造成的安全性問題。

1 概述

碳化鈣，俗稱電石，化學式為CaC2，純品為白色立方體晶體，具有輕微刺激性氣味[1]，常壓下，熔點為447℃，沸點為2300℃。市面銷售的碳化鈣通常為碳化鈣和氧化鈣的混合物，呈灰色或灰黑色不規則塊狀物，并含有砷、磷等有害物質[2]。碳化鈣在常溫下不與干燥空氣反應，遇水立即發生激烈反應，生成乙炔和氫氧化鈣，并放出大量熱，1kg純碳化鈣與水反應能產生366L乙炔（15℃，0.1MPa），其常用于工業制造乙炔和工業焊接[3]。與此同時，碳化鈣還廣泛應用于農業，是一種常見的催熟劑，被直接使用于催熟芒果、菠蘿等水果，也可經過一些處理后（膠囊化，涂蠟或者涂漆等）施用于土壤中，從而促進植物生長[4]。

2 碳化鈣在食用農產品中的應用

2.1 植物激素

2.1.1 土壤改良劑 當碳化鈣作為土壤改良劑使用時，可通過與土壤中的水分反應緩慢釋放乙炔和鈣，一段時間后，釋放出的乙炔可通過土壤內部微生物作用逐漸轉換或由植物吸收后經生物還原為乙烯[5-7]，使土壤中乙烯的濃度增加[8]，控制和調節農作物生長發育的各階段[6，9-10]。研究報道，將未加入碳化鈣未滅菌的土壤設為空白組，以空白組的乙炔和乙烯的含量作為基準；分別研究添加碳化鈣的未滅菌土壤和高壓滅菌土壤中乙烯和乙炔的釋放情況。結果發現，添加了碳化鈣的滅菌土壤在24h內有大量乙炔釋放，并在隨后一段時間內（30d左右）逐漸減少，乙烯含量隨著時間推移從無到有逐漸遞增，并在實驗后期達到最大量（519nmol/kg）；而在添加碳化鈣的高壓滅菌土壤中，乙炔的趨勢與未滅菌土壤情況相同，但并無乙烯檢出。由此證明，碳化鈣在土壤中能夠緩慢釋放乙炔，隨即經過生物轉換形成乙烯，而此過程需要微生物參與[4-5，8]。

2.1.2 水果催熟 碳化鈣釋放的乙炔與水果自身產生的天然催化物質乙烯是類似物，用碳化鈣直接處理果蔬可模擬乙烯的催熟過程，控制和調節作物生長發育各個階段[6，9-10]，刺激作物某些器官生長和果實生殖發育[11]。Subbiyan等[12]進行田間實驗，使用50m L的1.0%碳化鈣溶解液（48h/2次）處理菠蘿“Tainon 17”166d，與自來水處理的空白組對照，使用碳化鈣溶液處理49d左右的菠蘿“Tainon 17”提前開花，開花率為100%；空白組在123d左右開花，開花率為20.8%。結果表明，碳化鈣能夠有效促使該作物的生殖發育。

碳化鈣成本低廉[13]，催熟水果的操作過程也相對簡單，通常只需將少量的碳化鈣用紙盒包裝置于水果旁[2]，因此其常被用作芒果、香蕉等水果的催熟劑[14]，其釋放的乙炔可作用于相關基因的轉錄和翻譯，合成新的酶系從而控制淀粉至單糖的水解轉換、葉綠素的降解過程，類胡蘿卜素等色素的合成，進而改變果皮顏色，促進果酸分解，達到催熟效果[15]。經碳化鈣催熟的水果具有過度柔軟、口味欠佳、貨架期短等特點[2]。研究證明，經碳化鈣處理后的芒果相對于未經碳化鈣處理的空白組具有較快的成熟速率，果皮色澤更好[13]；利用碳化鈣處理香蕉導致其呼吸頻率加強、果實淀粉量和葉綠素減少、還原糖和黃色色澤增加，最終促進果實統一成熟[16]。催熟所需時間因環境溫度差異而定，通常在24～48h之間[2]，明顯快于香蕉自然成熟所需時間（15～20d）[17]。

2.2 硝化抑制劑

氮是構成蛋白質的主要成分，對植物莖葉的生長和果實的發育有重要作用，是與產量聯系最密切的營養元素。土壤中施用的氮肥經過硝化作用，會由NH4-N轉化為NO3-N，隨后經過硝酸鹽浸出或者由反硝化作用轉化為N2O或N2[18]。這些轉化會造成氮的大部分流失[11]，縮短了氮肥在土壤中的停留時間，使得氮利用率偏低，植物可吸收氮量減少，影響植株的生長發育。同時，未被利用氮肥的浸出將污染水源，甚至造成水體富營養化；N2O、NO等氣體進入大氣會對臭氧層造成破壞。因此，減少氮肥的流失，提高氮利用率不僅能提高經濟效益，更有改善環境的意義[19]。

有研究指出碳化鈣能通過抑制亞硝化單胞菌活動延長NH4-N在土壤中的停留時間[20-21]，隨后相關研究認為碳化鈣能夠有效地抑制土壤中NH4+氧化為NO3+[22-24]，原因為其持續釋放的乙炔能夠抑制硝化過程中氨氧化酶的活性，從而抑制硝化和反硝化作用[7，10，25-27]，使NH4+氧化減少，將氮較長時間地維持在NH4-N形式[28]，提高氮肥的吸收量[18]和利用率[7，29]。即碳化鈣可作為硝化抑制劑，有效地減少氮的流失，提高氮肥利用率[4，6，29-30]，從而導致氮肥的使用具有更高的農藝、生理效率[18]。另一方面，碳化鈣釋放的乙烯能夠促進根系生長，使其接觸的土壤面積增大而吸收更多的營養，也是造成氮高吸收率的原因[26]。此外，碳化鈣還能在一定程度的上提供植物Ca2+[29]，抑制甲烷菌釋放CH4[31]。

Kashif等[5]研究表明，在未加入氮肥的條件下，土壤中NH4+和NO3-的含量大致相同，隨后加入氮肥（30mg/kg土壤），由于碳化鈣對NH4+至NO3+氧化過程的抑制，添加了碳化鈣的土壤中NH4+的含量較沒有施用碳化鈣的對照組提高近一倍，同時NO3-的含量降低至四分之一；當加入兩倍量的氮肥時，NH4+的含量提高四倍，NO3-的含量降低至七分之一。Yaseen等[11]實驗顯示，將碳化鈣和氮肥混合利用有助于提高小麥氮利用率，麥粒和麥稈中的氮攝取量由于施用了碳化鈣后根系的生長和可利用的氮量增加而增大。數據顯示，單獨施用60kg/ha氮肥的處理組氮利用率比空白組提高34.2%，而加入60、90kg/ha碳化鈣混合60kg/ha氮肥的處理組，其麥粒中的氮利用率較空白組分別提高98.3%和115.0%。在其他作物如水稻，玉米等進行實驗也得到類似的結論[4，18，23，32]。

2.3 對作物生長的影響

碳化鈣釋放的乙炔，經過微生物作用逐漸累積轉化成乙烯，使乙烯在根系的生理活性濃度提高，促進根系的生長，從而使作物吸收更多的養分促進生長發育[26]。同時，碳化鈣作為硝化抑制劑，使根系的氮保持更長時間的可利用性，提高氮利用率[18]。

碳化鈣通過釋放植物生長激素和作為硝化抑制劑的雙重活動能夠對作物從發芽到成熟整個過程產生影響，包括產量及產量相關參數[6，9-10]，以提高作物產量。例如：抑制作物高度、增加分蘗數[24]、增加根重、開花數和果實重量等，已有相關研究顯示碳化鈣對不同作物都有相似的生長促進作用[4-5，33]。

Yaseen等[18，32]研究了膠囊化碳化鈣對水稻生產和產量的潛在影響。結果顯示，當其與適量氮肥混合使用時，水稻分蘗數、稻草和水稻產量相比單獨使用氮肥都有明顯增長，且碳化鈣和氮肥用量均為60kg/ha時，在插秧兩個星期后能觀測到最大分蘗數和產量。相同的研究人員還研究了碳化鈣對小麥的生長，產量的影響，得到類似結論[11]。Siddiq等[25]進行盆栽實驗研究碳化鈣作為乙烯前體對番茄生長和產量的影響，膠囊化碳化鈣被放入土壤深6cm處，單獨或混合前者施用氮肥、磷肥和鉀肥，得到一個空白組（無碳化鈣和肥料）和兩個處理組（施用肥料；同時施用肥料和碳化鈣）。結果顯示，同時施用肥料和碳化鈣的番茄在花朵數量、果實數量和重量、地上和地下部分干重、根重、果實和嫩枝條中氮的濃度和吸收率相對其他兩組都有明顯的增加。Abbasi等[34]實驗記錄了碳化鈣對‘Sante’馬鈴薯采前采后性能的影響，使用碳化鈣分別在播種時和播種兩周后在其根系范圍施用兩次，記錄相關數據，包括萌芽所需天數、萌發率、株高、每株葉數、葉面積、產量、失重量、干皺程度等。結果顯示，加入碳化鈣能夠使馬鈴薯根莖發芽所需時間和株高減少，施用量在60kg/ha時，馬鈴薯產量和根莖重量、大小均有明顯增加，施用90kg/ha碳化鈣能夠增加馬鈴薯的發芽率、每株葉數、葉面積、光合作用速率和每株莖數。另有研究表明碳化鈣可增加馬鈴薯抗病性和塊莖形成、保持性[35]。

3 安全性評價

3.1 直接危害

碳化鈣的粉塵對皮膚、眼睛及呼吸道有刺激作用，碳化鈣粉塵在空氣中的允許極限濃度為10mg/m3[36]。碳化鈣直接接觸皮膚可引起皮膚瘙癢、炎癥、“鳥眼”樣潰瘍，造成皮膚潰瘍，創面長期不愈；刺激眼睛會造成眼部灼傷，甚至永久性眼傷。吸入碳化鈣粉末會刺激口鼻喉造成咳嗽、哮喘；刺激肺部引起呼吸短促，甚至導致肺水腫的出現[1]。曾有文獻顯示碳化鈣具有致癌作用[37]，但K juus等[38]針對碳化鈣的致癌作用做出研究，調查對象為挪威西部某處碳化鈣工廠790位人員（調查時間范圍為30年），對觀察人群的死因及一些癌癥進行了SMR和SIR統計分析，結果表明碳化鈣并無致癌性，相同結果也經動物實驗證實[1]。

3.2 間接危害

碳化鈣進入呼吸道能夠吸收水分，分解為乙炔和氫氧化鈣。乙炔與氧混合后可用作止痛劑，具有弱麻醉作用。食入可能造成低血壓、低氧，從而導致意識失常和乳酸中毒；造成心血管疾病（心室或心房節律失調）、心肌缺血、心搏停止；乙炔引起的持續低氧還會對神經系統造成影響[14]。另一分解物——氫氧化鈣，為強堿性物質，能夠刺激呼吸道粘膜，引起化學性支氣管炎。文獻顯示，某患者因吸入碳化鈣粉末達3h后，出現頭暈、頭痛、胸悶、周身無力、咳嗽、咽部出血、惡心等癥狀，出現心電圖異常——IIo I型房室傳導阻滯。該異常被認為是由于：乙炔使迷走神經興奮性增高，致竇房結發出的沖動緩慢或不均；乙炔或炎癥造成的缺氧引起房室束上段、房室交界區及右束支的傳導能力改變所致，而碳化鈣是否對心肌存在直接毒性作用尚待進一步研究[39]。

人或動物誤食碳化鈣時，其將會在消化系統內與水作用產生乙炔，進而生成自由基，對不同器官造成有害影響，Patoare等[15]對小鼠進行碳化鈣經口灌胃實驗，一個月后對小鼠進行組織病理學檢驗結果為：喂食碳化鈣的小鼠出現腎集合小管內壁增厚并伴隨有細胞結構變化、肺重量增加且合并病灶區的顏色由紅棕色變為紅色。碳化鈣還含砷、磷等雜質[37]，與水作用相應生成磷化氫、硫化氫等有毒氣體，誤食碳化鈣也會導致砷、磷中毒，出現嘔吐、腹瀉、胸腹部灼傷感等癥狀[2]。

3.3 碳化鈣在實際應用中的安全問題

由于碳化鈣釋放的乙炔能夠模擬乙烯的催熟過程[6，9-10]，所以常被用于水果催熟[14]，而由此方法催熟水果，無論是從長遠來看還是短期來看都不可取，碳化鈣中存在的有害物質砷和磷，溶于水產生的乙炔，都會對消費者造成傷害[40-42]。食用碳化鈣催熟的水果短期內會使人體產生頭痛、頭昏眼花、情緒暴躁、嗜睡、神志混亂等，其所含的堿性物質會刺激和破壞胃部粘膜組織，擾亂腸功能[2]；長期攝入將導致失意、腦腫瘤等[41]。文獻報道，一個沒有慢性疾病歷史的五歲女孩，在食用了碳化鈣催熟的大棗后，出現昏迷和精神錯亂等癥狀，一些案例也顯示碳化鈣催熟的水果只是果品顏色發生了變化，而其本身并未成熟[17]，且碳化鈣處理生水果時，其使用量會增加，這將會使水果變得無味并給人體健康帶來危害[14]。利用碳化鈣催熟水果現在很多國家早已被禁止使用，印度1955年制定的《防止食品摻假條例》中已禁止采用碳化氣體對水果進行人工催熟[43]，2008年8月，印度馬哈拉施特拉邦的食品和藥物管理局首次銷毀了大量由碳化鈣催熟的香蕉，同時表示其為致命化學藥品[17]。但是即便如此，仍有不少國家及地區利用碳化鈣催熟果蔬，文獻顯示，目前巴西、印度、澳大利亞、臺灣、美國、馬來西亞、菲律賓、南非、摩洛哥等地使用碳化鈣催熟芒果、香蕉、柑桔、土豆等果蔬的現象依然存在[2]，值得注意的是我國國內并無禁止碳化鈣催熟果蔬的相關文獻和法律法規。

4 展望

應用植物生長調節劑和氮肥增效劑是現代農業生產的重要的組成部分，提高氮利用率和增產是當今農業的主攻方向，而碳化鈣作為乙炔、乙烯的供體來源，可抑制硝化和反硝化過程，提高土壤中氮肥的利用率；可作為植物生長激素能夠影響作物從發芽到成熟的整個生長過程，從而促進食用農產品的生長。因此，碳化鈣可直接用于催熟水果，也可經涂蠟、包裹等處理作為土壤調節劑使用，但碳化鈣的利用應該遵循合理科學的原則，保證其使用的安全性。雖然目前一些研究證實食用碳化鈣催熟的水果會對人體健康造成危害，但其作為土壤改良劑方面，不論是碳化鈣本身、涂蠟、包裹等處理方式或食用前的處理方法對食用農產品的安全性影響，并沒有相關文獻報道。我們警示，應用碳化鈣提高經濟效益的前提則是要處理好其相關安全性問題。

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Application of calcium carbide in agricultural products and safety evaluation

LIANG Han-yu，DING Xiao-wen*，XIAO Hong，ZHANG Ya-qiong，ZHANG Di
（Agricultural Processing and Storage and Preservation of Quality and Safety Risk Assessment Key Laboratory，Ministry of Agriculture，Southwest University，Chongqing 400715，China）

Calcium carbide，has been widely used in ag riculture as a fruit ripening agent and p lant g row th regulator.Although，w ith the advent of the calcium carbide security issues，calcium carbide has been in many countries banned as a fruit ripening agent，butmany regions still use it.On the other hand，in recent years a large number of stud ies reported that calcium carbide could be used as a p lant grow th regulator effecting the grow th of p lant.This paper reviewed the physical and chem ical p roperties of calcium carbide，the app lication of ed ib le agricultural p roduc ts and security issues of calcium carbide，itwas aim to comp lement the deletion of calcium carbide in the safety evaluation，p rovided a theoreticalbasis for its further development.

calcium carbide；ag riculturalp roducts；app lication；safety

TS207.7

A

1002-0306（2012）22-0385-05

2012－05－28 *通訊聯系人

梁菡峪（1989-），女，碩士研究生，研究方向：食品安全與質量控制。