食品添加劑2，3-丁二酮的毒性研究進展

吳蘭 劉暢 王琛

摘? 要：食品工業飛速發展，人們對食品要求日益提高，其中很大程度上取決于食物香味。2，3-丁二酮（2，3-butanedione，BUT）是具有揮發性、黃油類顏色和氣味的香精。這些特性使BUT常常被添加到食品中。盡管BUT已經被美國食品藥品監督管理局列為一般認為是安全的，但研究表明，長期暴露于高濃度的BUT蒸氣會導致肺功能受損，肺部存在限制性或阻塞性的呼吸道狹窄。越來越多的研究發現存在短期和長期暴露于BUT中導致的臨床發病癥狀。為了進一步的深入研究BUT作為一種常見的食品添加劑的安全性，文章分別從細胞水平和動物水平討論了BUT的毒理性質。

關鍵詞：2，3-丁二酮;食品添加劑;毒性

中圖分類號：TS202.3 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）22-0062-02

Abstract： With the rapid development of food industry， people's demand for food is increasing day by day， which largely depends on the flavor of food. 2，3-butanedione（But） is a volatile， butter-colored and odorous essence. These properties make BUT often added to food. Although BUT has been listed as safe by the US Food and Drug Administration， studies have shown that long-term exposure to high concentrations of BUT vapor can lead to impaired lung function and restrictive or obstructive airway stenos is in the lungs. More and more studies have found that there are clinical symptoms caused by short-term and long-term exposure to BUT. In order to further study the safety of BUT as a common food additive， the toxicological properties of BUT were discussed at the cellular level and the animal level respectively.

Keywords： 2，3-butanedione; food additive; toxicity

引言

隨著社會經濟快速發展，人們對食物的要求越來越高，在營養性的基礎上，提出了色香味俱全的新要求。作為食用香精家族的一員，2，3-丁二酮（BUT）被廣泛用于餅干、糖果、奶油中[1]。BUT具有黃油獨特的風味，較高的蒸氣壓，適合低劑量添加，是人造調味劑的重要組成部分[2]。BUT被FDA列為一般認為是安全的（GRAS）[3]。目前尚未有報道提出BUT作為食品添加劑而影響人體的健康。但是在人工調味劑生產環境中，會發生吸入高濃度的BUT蒸氣的情況。同時，存在部分生產商為了提高經濟利潤，使用BUT作為原料的替代物生產食品，這對人類健康構成了極大的威脅。

職業性暴露在高濃度BUT中，極易引起工作人員的肺功能疾病甚至是嚴重的呼吸系統疾病。研究表明，高濃度BUT會引起人體的閉塞性細支氣管炎[4]。這會對從事生產BUT的工作人員的身體健康帶來嚴重危害。研究人員通過在體內外不同細胞和動物上進行研究，證明了BUT對細胞及動物都存在一定程度的損害。本綜述旨在整合BUT相關的毒性知識，并重點討論BUT在細胞模型和動物模型中的致病機制。

1 體外細胞毒性研究

BUT作為一種a-二酮，具有其特殊結構。據實驗表明，其可能會影響蛋白質結構與功能[5]。然而，BUT的具體的作用機制尚不確定。接下來，我們總結了各類關于BUT在細胞水平上引起的損傷機制。

Fedan在2006年的研究中將上皮細胞暴露于10mM BUT中，實驗通過檢測上皮細胞間的跨膜電阻值，發現BUT可以使得上皮細胞間跨膜電阻值下降，從而證明BUT可增加上皮層的通透性[6]。同時有實驗表明，上皮細胞暴露于氣液界面BUT 濃度為60ppm或更高的濃度下達六個小時，導致上皮細胞間跨膜阻力完全喪失[7]。在另一項研究中，發現BUT形成了鳥苷加合物，作者認為這有助于DNA解構，并最終導致細胞死亡[8]。因此，體外研究表明了屏障功能喪失，DNA解構，蛋白修飾。這些觀察結果與體內研究暴露于較高濃度BUT后，上皮細胞發生損傷的結果一致。

2 體內毒性研究

研究發現[9]，暴露于BUT的大鼠體重急劇降低。在恢復期間，暴露于BUT環境中的動物體重繼續下降。有研究表明[10]，上皮損傷最密切的原因是BUT。該研究中，大鼠暴露于高濃度BUT蒸氣中6小時，出現劑量依賴性鼻壞死性化和膿性鼻炎。觀察肺部發現，暴露于最高濃度BUT的動物中有兩只觀察到上皮損傷。掃描電鏡表征該上皮損傷，顯示氣道上皮細胞變平，伴隨著纖毛損失和上皮層間隙的形成。另一項研究中[11]，顯示了BUT暴露值與大鼠氣道病變發展之間的明確聯系。表明氣管內滴注 BUT對大鼠造成氣道上皮嚴重損傷，肺功能改變，氣道中性粒細胞增多。氣道分泌細胞顯著降低。最終發展成為閉塞性細支氣管炎（BO）。同時用小鼠做實驗對象，小鼠會發生與大鼠相同程度的鼻和氣道上皮損傷，但它們并未發展成BO樣病變。

3 BUT毒性研究的新進展

據最新研究進展，并沒有對暴露于BUT工作環境中的工人有具體且有效的治療和防護方案。Whiteson等人在其2014年的研究中提到囊性纖維化患者微生物菌落產物代謝物會產生BUT[12]，當一些患者的攝入的BUT含量過高

時，能夠發生不可逆轉的肺組織損害。研究表明抗生素治療可能影響了產生BUT的微生物的活性。但這些僅針對于人體內源性產生的BUT治療有效，并沒能夠有指出外界因素BUT環境中的有效治療方案。同時，即便FDA將BUT列為GARS，這并不意味著在作為食品添加劑中的香精，廣泛應用在食物當中，對人體是無害的。

4 結束語

很早就有關于BUT對人呼吸道以及肺部損傷的報道[13]，近幾年也有很多的研究關于長期暴露于高濃度BUT環境中的工作人員的上皮細胞以及肺部的損傷。但很少有文獻中提到如何解決此類問題，目前尚不清楚在大鼠和小鼠之間對BUT應激反應中是否存在相同的分子機制。大多數的研究僅僅是限制于BUT蒸氣對人體傷害的相關研究，并沒有出現針對食品中的BUT人體器官的損傷進行研究，尤其BUT對人體最大解毒器官肝臟的研究幾乎沒有，我們應該給予重視。即使FDA已指定BUT為GRAS，但這只能說明BUT的使用量在添加到食品中時所需要的量是相對安全的。因此，在解決由BUT帶來的職業性肺部疾病以及閉塞性細支氣管炎的同時，也應該對人在飲食中攝入的BUT更多的關注。

參考文獻：

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