纳米金属氧化物与食品添加剂的复合生物效应及其机理研究

Nowadays, with the fast development of nanotechnology, metal oxide nanoparticles are receiving increasing attention for a large variety of applications.   Food and Drug Administration (FDA) have listed Zinc oxide (ZnO) as a generally recognized as safe (GRAS) material which can be used as food additive. Titanium dioxide (TiO2) has been used commercially since 1900 which are widely used in food additives as a white pigment for products such as cheese and white chocolate. So far, Food additive safety evaluation standard was established on the basis of the toxic effects of single additive. But the kinds of foods people eat every day, a combined use of additives often exist in a variety of food. To evaluation the joint toxicity effects of food additives has great significance to ensure the safe use of food additives. We chose the typical metallic nano-oxide (TiO2 NPs and ZnO NPs) as the research object to study the combined effect of nanometer metal oxide with vitamin or hyperchromic agent in the complex system. Our results are essential for the biomedical applications and food safety assessment of complex system and would stimulate more toxicology evaluations of complex system.

随着纳米技术的飞速发展，金属纳米氧化物已经在食品添加剂领域得到了广泛的应用，并 引起了科学界的关注。目前，食品添加剂安全评估标准往往是基于单独添加剂的毒性效应建立起来的，而人们每天摄入的食物种类繁多，一种食品中往往存在多种食品添加剂联合使用的情况。因此，正确评价食品添加剂的联合毒性作用，对食品添加剂的安全使用具有重要意义。食品和药品管理局（FDA）已经将氧化锌（ZnO）列为食品添加剂中普遍公认的安全材料。自从1990年以来，二氧化钛（TiO2）作为白色颜料广泛应用于食品添加剂领域。本项目选择纳米TiO2，纳米ZnO作为研究对象，研究纳米金属氧化物与维生素及增色剂等食品添加剂的复合效应。 为金属纳米材料毒性和食品安全方面的研究提供研究方法和重要理论数据基础。

近些年来，纳米材料以食品添加剂、食品包装和食品抗菌剂的形式广泛存在于食品行业。食品添加剂各种类的安全评估标准往往具有单一性，而现在人类的饮食结构是多元化的。因此在单一食品添加剂的毒性评估的基础上，对多种添加剂的综合毒性进行研究非常必要。.氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）在各类食品中作为营养强化剂而广泛存在，与之一同出现的还有酪蛋白磷酸肽（CPP）和维生素C（VC）。CPP常被用作营养强化剂，许多食品中都添加VC以提高人体免疫力。本研究使用人胃黏膜上皮细胞（GES-1）作为胃肠道系统的模型，采用检测细胞活力、细胞内氧化还原水平的变化、细胞凋亡和死亡、定量分析细胞内锌离子含量和观察细胞形态等方法探究复杂体系的联合毒性；同时使用小肠模型探究锌离子的吸收。.研究结果表明，在两体系中：VＣ无论是细胞水平还是动物水平都对ZnO-NPs的毒性有明显的增强效应；而CPP对ZnO-NPs的毒性有保护作用。在三体系中：先加入ZnO NPs & CPP，后段时间再加入VC的这组细胞活力比仅经ZnO NPs & CPP孵育的细胞活力要弱一点。相反，先加入ZnO NPs & VC，再加入CPP的这组是毒性最大的。对于凋亡机制的研究发现毒性大的体系孵育的细胞，胞内氧化还原水平变化也大。因此，当ZnO NPs和VC共同孵育GES-1细胞的时间越长，CPP对细胞保护的作用就越弱，细胞毒性就越大。此复合毒性主要是由于VC的酸性起了主导作用，促进了ZnO NPs溶解出更多的锌离子，CPP结合Zn2+保护细胞的能力因VC的存在而受限制。.另外，我们运用外翻肠囊法模拟小肠吸收模型，研究复杂体系中锌离子在小肠上的吸收情况。结果表明，添加剂的不同加入顺序会影响锌离子在小肠上的吸收。在VC的存在下，CPP不能够降低游离的Zn2+含量，VC对ZnO NPs的影响强于CPP。.由此可见，ZnO NPs、CPP和VC这三种添加剂在复合体系中的不同添加顺序是会大大影响ZnO NPs的毒性。在考虑食品安全风险时，加入添加剂前，除了安全浓度外，添加剂的添加顺序也应该考虑在内。此外，更多的食品添加剂复合毒性需要关注并补充进纳米食品安全研究领域里。