食品領域的生物安全問題研究現狀與展望

韓薇薇，張瀟寒

1(天津科技大學，食品安全戰略與管理研究中心，天津，300222)2(天津財經大學研究生院，天津，300222) 3(天津科技大學 經濟與管理學院，天津，300222)

習近平總書記強調：“把生物安全納入國家安全體系，系統規劃國家生物安全風險防控和治理體系建設。”食品安全和生物技術發展的成果是國之重器，現代生物技術的發展在食品領域給人類帶來食物多樣性和糧食安全保障的同時，也如同打開了的“潘多拉魔盒”，引起世人警醒。食品技術領域的生物安全問題，如果不正視，其傳播、擴散也會造成無序的甚至災難性的后果。發現、歸納、總結食品安全領域出現的新技術、新發展、新問題，建立常規有度的保障體系，做好生物安全與食品安全防治體系的銜接，以有序應對無序，使食品安全成為國家生物安全保障集成體系中不可忽視的一環是迫切而且有意義。

1 食品安全與生物安全的關系

1.1 食品安全是國家生物安全防治體系的重要環節

生物安全由聯合國糧食及農業組織(2007)定義為“一種戰略和綜合方法，包括分析和管理對人類、動植物生命和健康的相關風險以及對環境的相關風險的政策和管理框架(包括工具和活動)”。《生物多樣性公約卡塔赫納生物安全議定書》(2000)把生物安全問題描述成：為憑借現代生物技術獲得的、可能對生物多樣性的保護和可持續使用產生不利影響的任何改性活生物體的越境轉移問題。在醫學領域“生物安全”一詞并不新鮮，它指的是防止微生物對處理它們的人造成危害，早在70年代臨床醫學實驗室中工作人員獲得性感染高發率的報告中已經引用該詞[1]。我國學者于文軒(2007)認為廣義的“生物安全”是指生態系統的正常狀態、生物的正常生存和發展以及人類的生命和健康不受致病有害生物、外來入侵生物以及現代生物技術及其應用侵害的狀態[2-3]。

生物安全預防和控制體系是一個戰略性、全面性的框架系統，包括與人類與動植物生命和健康有關的風險以及與環境有關的風險分析和管理[4]，其中就包括食品安全、人畜共患病、動植物病蟲害、引進和釋放活性生物體及其產品。根據《食品安全法》第九十九條的規定：食品安全，指食品無毒、無害，符合應當有的營養要求，對人體健康不造成任何急性、亞急性或者慢性危害。從食品安全的角度來看，生物安全是一個關系到農業和食品工業可持續發展的整體概念。生物安全在一定程度上體現為食品安全和糧食安全，從農作物種植、家畜家禽養殖、肉類奶制品產生，到包裝冷鏈運輸，幾乎涵蓋了食品系統鏈全過程。

1.2 防范生命和健康風險為兩者共同目標

生物安全與食品安全的關鍵目標都是預防、控制和管理與特定生物安全、食品安全相適應的生命和健康風險。對于生物安全，此目標的邏輯起點是認定現代生物技術具有“潛在的危險性”。在歐盟，只要科學評估尚未充分地確定風險程度，并且潛在的危險影響已經從現象、產品或者程序中得到確定，就可以援引預防原則[2]。針對食品安全風險防控，科技部科技創新戰略研究專項項目(ZLY201615)團隊提出以化學、毒理學、營養學、微生物學和分子生物學為基礎，建立多學科融合的定量風險評估技術，構建基于不同食品種類、不同風險因子的模型和數據資源，推動食品安全風險評估的數據化、精準化[5]。“預防勝于治療”的理念，同時適用于食品安全管理和生物安全管理。只有在源頭上采用嚴格的生物安全隔離措施及食品安全源頭防控治理手段，才能有效的提高雙重防治能力和食品生物安全監管的科學化水平。LATOUR等[6]提出不論是人類可控區域，還是“野生”區域范圍內的生物安全，體現出的共同預期目標都是創造和產生新的生物類型模式，兩個區域應當共存。例如H5N1禽流感不僅僅針對家禽感染，該病毒也使野生鴕鳥數量不斷減少，這種生物安全危險會產生雙向的作用，如果以犧牲其他生命為代價來發展人類可控區域的生物物種，必定不會長遠。兩個區域共存的理念為強化“生物——食品系統加工”，提供了共同保護框架體系的理論目標。

1.3 兩者的科學研究邊界越來越模糊

生物安全是由一套不斷變化的協議、技術和體制形成的體系，是由環境、動植物和人類行為之間交流和適應的產物，因此存在多個特征性影響和決定因素。根據HINCHLIFFE等[7-8]、王文兵[9]的研究表明生物安全的特點是無法在生產區(人類可控區域)和外部區域(“野生”區域)之間設置不可定義、不可穿透的邊界[7]。這種無邊界可以用“生產生態”來解釋，學者針對H5N1病毒的流行分析食品工業中養殖家禽的價值鏈，發現了工業家禽、農舍家禽和活禽市場的多種聯結方式，這些聯結方式不僅由參與從鳥類繁殖階段到家禽屠宰，再到禽肉銷售的社會關系構成，而且由病原體與生產環境之間的直接關系構成[8]。這種“生產生態”對于解釋食品養殖行業價值鏈和H5N1病毒在全球的流行起到了相當的借鑒意義[9]。同樣，對我國于社會疾病流行趨勢分析而言，動物防疫工作尚未健全，產地檢疫質量不合格、屠宰檢疫肉質問題均為導致動物疾病于社會上廣泛流傳的重要原因，上述三者中一旦有一方工作質量不合格都會造成嚴重的疫病問題，甚至引發全社會恐慌[9]。REARDON[10]提出應當秉承“自然——社會關系”分析結合起來的視角，將“生物安全制度”的發展作為一種戰略，以保持控制和增加全球農業食品貿易中的主要參與者的市場份額，由單一國家轉變為國家間相互依存以實現更廣泛的生物安全[10]。此時，農業和糧食的集約化，以及由此產生的地方和跨國資本的集中，涉及國家、資本、勞動力、土壤沙漠及寄生蟲等的相互作用，整個過程被定義為生態社會化過程[11]。

2 新技術發展帶來的交互影響

新工藝、新技術、新產品與現代生物技術的發展密不可分，前沿新興生物技術快速、顛覆性發展，為食品安全領帶來了創新動力。但是，新發展也帶來新風險：根據國家社會科學基金重大項目(18ZDA112)的研究成果，胡穎廉[12]提出，當前我國食品安全風險多期疊加狀況，除了基于利益驅動的個體行為、化學污染大工業生產帶來的系統性，新型風險未知和不可控的因素屬于食品安全域面臨的新問題。現代生物技術一定程度作用于谷物、奶類、肉類，例如建立生物及物理技術消除多種有害物質毒素的畜禽食品加工技術，為畜禽產品中目標化合物的有效控制提供全面的技術保障[13-14]。

不可忽視的是，食物和飼料一直是傳染病的主要來源之一。特別是隨著當今社會形態和科學技術環境的變化，人類發展對食品生物安全又增加了新需求。同時，糧食生產和貿易全球化，以及農藝、采收、加工和消費模式(如消費者對防腐劑的認識)和食品制備方式(如對快餐食品制備方法的升級)，使得食物和飼料污染引起的流行病的傳播方式更廣泛[15]。此外，食品病原體的流行病學也在發生變化，例如沙門氏菌、大腸桿菌、彎曲桿菌、小腸結腸炎耶爾森菌可導致食品安全方面的風險[16]。一些在人們印象中被認為是安全的傳統食品，例如生雞蛋，現在被證實與沙門氏菌的傳播有關，而越來越復雜的深加工食品成分使得生物污染源的追蹤變得越來越困難[17]。與生物有關的食品安全問題還體現在食源性疾病上。人畜共患傳染病及食源性病毒感染問題，凡是通過進食造成的，會或多或少的帶有致病菌[18]。所以在兩者的關系鏈條中，在新技術的交互作用影響下，食品安全是生物安全整體防控體系中的重要一環；反過來食品加工技術、食品包裝技術、消費者的消費偏好、消費模式等因素也制約生物安全，所以兩者不能割裂，分而治之，應該采取“食品生物大安全” 的概念，“生物”應當包括人類和其他生物，“安全”則不限于的有關生物安全的事項。

生物污染新的呈現形式和生物技術應用的不確定性，給現代食品安全帶來了新挑戰，這些新問題新技術帶來的成就可能是革命性的，帶來的危害也可能是顛覆性的[2]。細菌、病毒、基因污染存在于與人類食品、動物、植物的共同體的交互系統中，一些國家發生的最新的食品領域的生物安全事件，如食品生物安全研究聚焦的新型食品評價(以美國最新的基因芯片分析技術為例)、合成生物學時代的食品生物安全、食品安全生產的控制方法與“后院”“村級”家禽的生物安全研究(非洲豬瘟、H5N1禽流感疫情中的養殖因素)、食品生物實驗室安全影響因素研究等前沿問題，越來越引起學界重視和人們的警示。

3 研究前沿

3.1 “后院家禽”中的禽流感問題

全球不同肉類產量中禽肉增長最快，預計到2021年白肉中的禽肉消費量占肉類總消費量之比合計將達到27%，成為產量最大的肉類產品[19]。世界動物衛生組織和聯合國糧農組織認為“后院家禽”養殖是全世界最常見的家禽飼養系統，原因是該系統對當地氣候適應性強，農民所需的資金和其他投入成本較少。家禽產業內的生物安全即家禽“生物安全”是指家禽在“受控”環境外沒有任何通道，家禽工廠農場內的活動受到限制和消毒[20]。聯合國糧農組織提出了禽類養殖的3種類型：綜合生產(大規模養殖，“嚴格”的生物安全控制)、商業生產(中到大型養殖，由低到高的生物安全風險)和農舍或家庭生產(下文稱“后院家禽”，較高的生物安全風險)。根據VAN等的研究成果表明，禽流感大流行的神秘之處在于人禽疾病和流感死亡主要集中在家庭家禽和活禽市場[20]。禽流感被認為是埃及的地方病，根據DIXON等的研究，自2007年以來，埃及家禽中禽流感爆發的89%來自后院的家禽。KANDEEL等證實了在后院鳥類和當地鳥類市場的鳥類中觀察到AIV(H5和H9)的感染率更高[21]。SLINGENBERGH等發現在荷蘭城市地區，以為娛樂目的飼養的雞是2003年禽流感暴發的主要危險因素[22]。在美國馬里蘭州美國，在后院鳥類中檢測到低血清流行率(4.2%)。泰國人感染H5N1病毒證實與后院飼養的雞和自由放牧鴨直接接觸有關聯[23]。2013年，我國浙江省共發現46例人類感染H7N9病毒，所有活禽市場都被關閉，后院的家禽被屠宰，以控制當地的疫情；在中國北京，自家后院飼養鴨子的農民擁有抗禽流感抗體，但他們從未接種過疫苗，這表明存在可能的病毒傳播途徑[24-25]。

后院飼養家禽的“生物安全”在糧食安全和食品安全中發揮重要作用，后院家禽生物安全又面臨各種復雜問題，因此，對于后院家禽的生物安全研究具有急迫性。在發達國家，由于高等教育和社會經濟條件的影響，后院農民的生物安全意識處于中等水平；在發展中國家，由于缺乏對生物安全措施的認識和高昂的成本，沒有實施生物安全措施[26]。在澳大利亞等發達國家，農民有意識借助系統程序識別和管理農場生產過程中出現的質量危害和風險，并為消費者提供有關動物源產品質量的更多確定性[27]。眾所周知，疫苗接種是全世界家禽群預防疾病的重要工具，但在大多數國家，它們都是裝在100試劑量的大瓶子里出售的，這對后院家禽進行小型養殖的農民來說，大劑量采買是不劃算的[26]。此外，在偏遠的村莊，疫苗、適當的稀釋液、冷鏈以及合格的獸醫是稀缺的，由于所有這些因素，傳統的疫苗接種對于后院家禽來講是有難度的。

3.2 納米顆粒技術帶來的食品生物污染問題

納米材料分為自然產生、偶然合成和人工合成3種，不同化學成分的納米顆粒在食品包裝和食品工業的各個領域具有潛在的優勢并且已被廣泛應用。納米食品是一個食品科學術語，用于定義在其種植、生產、加工或包裝中使用納米顆料的任何食品[28]。納米食品中存在的納米顆粒分為3種：(1)無機納米顆粒，包括過渡金屬、堿土金屬和非金屬的納米顆粒；(2)表面功能材料；(3)有機納米顆粒[29]。無機納米材料中包括Ag、TiO2、ZnO和SiO2，已經在食品產業中廣泛應用，Ag主要以納米形式被用作食品工業中的抗菌劑和健康促進劑，具有抑制抗菌性問題的優勢。含有氧化鋅納米顆粒的明膠薄膜具有較高的機械穩定性，同時對金黃色葡萄球菌、霍亂弧菌和大腸桿菌具有抑制活性[30-31]。

但是，納米顆粒的粒徑、表面化學、形狀、內部結構和中間穩定性決定了其對微生物群落的威脅可能大于其他材料。納米顆粒通過間接(如廢物、廢水、污泥)或直接(如地下水處理的排放)進入到自然環境，然后通過飲用水、海洋產品、植物、肉類等進入人體[32]。納米包裝是以無機材料尤其是Ag-np為主要成分的涂層或復合產品，用于在當前的食品包裝上，但是，這些納米結構銀的毒性效應以及易于傳播能力加大了毒性轉移到袋裝食品上的可能，大量的納米包裝的使用增加了生物安全的風險[33]。土壤細菌是食物鏈的一部分，它們也是納米顆粒的附著的目標，長期沉積轉移會對環境和食品安全產生不利影響；同時，納米顆粒可以在土壤中聚集，在營養鏈上轉移，最終形成淡水和砂質壤土沉積物中的生物蓄積，然后遷移到生物群落中，從而影響以動植物為基礎的食物鏈[34]。

3.3 與合成生物技術相關的食品加工和生產問題

合成生物學是以改變現有的生物系統或創造新的生物系統為目標的一門新興的交叉學科[35]。合成生物學的跨學科領域將工程學原理應用到生物系統中，在提高農業生產力、食品質量和生物制藥方面已經具備應用條件和發展潛力。在食品加工和農業生產領域體現在植物生長和各種食品合成的生物學應用上，各國科學家均提出合成生物技術可以提高農作業的養分利用率和同時減少肥料需求。德國學者發現合成生物技技術可以使農作物的營養價值提高到生產力極限，滿足農業需要的營養價值的提高以確保足夠的糧食供應和解決營養不良問題[36]。除此之外，植物合成生物學的作用還體現在細菌、酵母和家禽養殖系統，這些方法已經應用在基礎學科研究、生物制藥產業以及新型現代化農業[37]。

但是，目前許多相關的生物合成技術尚未成熟，并且在最終實現代化農業應用和食品工業之前需要一個監管框架，而且存在一定的風險。例如，花生這種高蛋白的植物性食物來源會引起嚴重的過敏反應[37]。生物合成方法是否進一步有助于降低植物性食品的過敏性，還需要更多實驗驗證[38]。未來需要仔細評估監管框架的適用性[39]，根據研究結果，可以預測植物合成生物學對農業和營養的博弈改變效應，這種技術在生物醫學領域、生物制藥行業、食品產業中合成生物學戰略的是否可以廣泛的實施，還需受到《卡塔赫納議定書》的風險評估要求的約束。但隨著這些機會的到來，現在迫切需要科學家、決策者和更廣泛的利益相關者群體相互參與，共同評估和決定如何開展合成生物學研究，以保護生物多樣性和食品安全性，同時為生物和食品技術的發展提供保障。

3.4 食品實驗室的微生物安全問題

在食品檢驗綜合分析中的微生物檢驗是必要的，微生物也是導致食品安全問題的主要因素之一。實驗室生物安全問題也成為食品科技相關研究者廣泛思考的問題。食品微生物檢驗中生物安全的主要因素，包括食品微生物實驗布局的合理性；檢驗人員生物安全教育及自我防護意識達標問題；食品微生物標準菌株通過培養、傳代等環節會產生不同的污染源；食品微生物檢驗過程當中的氣溶膠污染；食品實驗廢氣污染等[40]。為了確保食品安全及生物技術的開放與應用，為了確保實驗室人員、社區和環境的健康，食品實驗室有必要對微生物(存在潛在致病性)進行負責任和安全的處理。

早在1998年，食品實驗室中的食品發酵微生物安全問題，在乳酸桿菌和腸球菌中存在抗生素耐藥基因的潛在風險已經引起了學者們的特別關注，這種耐藥性涉及多種抗生素，如青霉素、多粘菌素B和紅霉素。聯合國世界衛生組織于出版了《實驗室生物安全手冊》并確立了安全處理致病微生物的基本概念和做法，該手冊經過修改、完善，確立了生物體的致病性、寄主范圍和傳播方式及當地有效預防疾病爆發的措施，并推薦了4個生物安全級別1到4，建議分級別來處理潛在風險。LINDGREN提出，除了傳統用途之外，食品微生物發酵實驗必須逐個進行評估，除了可能通過脫氨作用產生生物胺外，還要確定實驗結果與過敏性或毒性無關[40]。NAMBISAN說明了協調毒性測試和產生相互可接受的臨床前數據，這些數據可用于有關監管(包括商業化)的決定，這些原則為進行測試、記錄和分析數據建立了框架和最低標準[41]。

3.5 微生物酵母菌以轉基因技術發展帶來的問題

與合成生物作用類似，酵母菌等微生物負責生產不同類型的功能性食品，是生產營養性食品的關鍵參與者[42]。許多亞洲國家使用富含絲狀真菌和酵母菌的傳統發酵劑生產大米發酵酒精飲料[43]。2017年，RODRIGUEZ等在釀酒酵母中發現了被設計用于從葡萄糖中生產6種黃酮類化合物(槲皮素、甘草苷、柚皮苷、瑞香酚、山奈酚和非西汀)[44]。酵母菌是真核微生物，包括一個代表子囊菌門和擔子菌門的異質微生物群，在食品工業中具有生物技術潛力[45]。最新的研究表示，在功能食品中，酵母菌通過產生酶、代謝物或它們與其他微生物群協同作用增強生物活性成分，從而改善功能特性。微生物發酵菌生產的功能性食品與傳統性食相比，除了其營養特性之外，還具有營養制劑的功能對健康調節有一定益處，是食品工業發展的重點領域。無論是微生物發酵技術的發展或是合成生物學有可能推動一場新的生物技術革命，

另外，關于轉基因技術在農業及食品領域應用的安全性問題，一直爭議不斷。眾所周知的轉基因食品問題表現為基因修飾的營養學、毒理學變化和過敏效應；新基因的編碼過程造成現有基因產物水平的改變；新基因或者已有基因產物水平的改變對作物新陳代謝的間接影響；基因改變可能導致突變。但是有的學者也提出：與一些傳統食品生產方法帶來的不良健康影響相比，食品生產中使用的基因工程技術，還沒有發現類似的嚴重健康影響[46]。在農業生產中，轉基因抗蟲和抗除草劑已在許多國家得到批準，在技術進步的國家，利用的篩選方法有助于初步檢測轉基因農作業的狀態，其目標是控制、標記轉基因和構建可行農作物區域[47]。但是，在一些特殊的情況下，如澳大利亞的轉基因豌豆，其結構和免疫原性發生了改變，轉基因或傳統作物育種所產生的食物具有相同的代謝復雜性。總之，轉基因技術在農業和食品工業的中的應用還是復雜的，人類探索其發揮良性作用的時間也是漫長的。

4 結論及展望

生物科學新技術的最新應用，大大擴展了傳統基礎食品科學的方法和工具。生物安全問題覆蓋了食品安全和糧食安全，除了農業領域是生物安全的重要領域之外，家畜家禽養殖、肉類奶制品加工、倉儲、運輸等食品系統鏈全過程都有生物技術參與。在食品領域人為生物技術濫用、誤用等未知的顛覆性威脅，如果控制不力會演化成巨大的風險因素。關于食品和生物領域的結合，有以下研究展望：(1)以后院家禽的禽流感防治為啟示，重視人類活動領域和“野生”領域的生物食品安全共同目標；(2)以納米顆粒技術和轉基因食品發展為契機，發現新型生物風險在食品領域的新況狀；(3)不可控因素與食品領域新產品、新工藝、食源性疾病；(4)完善食品實驗室操作規程，杜絕食品實驗室的生物安全風險。

生物安全問題、食品安全問題是全球性的，不受國界的限制[48]。防范食品領域的生物安全，需要全世界的共同認知。不遵守安全規則是導致各種事故的根本原因，面對此次的重大疫情，無論是管理者還是學術界已經清醒的認識到構筑國家生物安全治理體系的重要性。于食品安全領域而言，生物技術的發展不能使食品系統的任何環節處于更脆弱的狀態，增加安全相關事件的風險的能力，因此必須要提出相應的食品生物安全治理框架。這需要關注先進生命科學和食品科學的新問題和未來治理，探索在食品生物安全領域開展國際合作的機會，聚集生物多樣性對環境和農業的影響，在科學研究中注意即將出臺的《生物安全法》與食品安全法律體系的交疊與融合，培育食品生物安全領域科學研究團隊等先進的思想和意識。除此之外，還應該倡議世界各地的專家和決策者的合作，幫助建立促進食品生物學研究方向的責任行為的規范和標準。倡議國際和多學科對話，建立監督先進生命科學和食品科學的新問題相結合的治理體系將是有價值的。