與飲食有關之毒物學

1. 與飲食有關之毒物學 吳進益 生物醫藥科學研究所

2. 與飲食有關之毒物學 • 在食品及飲料中加入了各式各樣的添加物 。把此添加物之用途更詳細的分類後包括：色素、抗氧化劑、防腐劑、香料、防止變色劑、抗菌劑、硬化劑、乳化劑、酵素、糖精、營養補助劑等。 • 添加物是要加入飲用食物之中，一定要無毒的東西才可以。但是，任何一種物質長時間而持續飲用也會變為有毒。因此，添加物不會產生急性毒性，但是慢性效果為最大的事情。在本書中將選一些添加劑中特別重要者來加以檢討其毒性。

3. 一、 色素 • 色素之目的 • 從前之色素 • 現在之色素 • 色素之種類 • 天然物 • 合成色素

4. 1.1 色素之目的 • 在五種感官中，視覺所扮演之角色實在很大。例如：在無人的偏僻處，忽然有一人出現，我們會本能的對此人之人格加以觀察判斷，是否會對自己造成危險。心理學的調查結果，吾人對食物之良、惡的判斷，視覺也扮演了很重要之角色。 • 如果食物之顏色不好看，則人類會本能的認為此食物不好，食慾全無。事實上與此相反的例子亦有，顏色會引起人們之錯覺。 • 通常比較多人購買之食品其顏色大多鮮艷，引誘人之色及看了就感覺很好之顏色，使人之食慾上升，如果看了不能使購買者安心，則要使用色素。

5. 1.2 從前之色素 • 到19世紀末，美國總共有約有80種色素可以供使用。現在則變為更少，美國有食品醫藥品局 (FDA) 規定有可以使用之色素。在歐洲，從前沒有法規來限制。各式各樣之色素可以被使用。 • 18世紀英國常用之色素有：(1) 有毒之鉛丹來著色乳酪。(2) 把糖果著色成很漂亮、誘人，使用有毒之銅及鉛之化合物。(3) 用硫酸銅來著色漬物。(4) 用「黑鉛」來使茶之顏色變濃。

6. 1.3 現在之色素 • 食品用之色素對食品工業來說是非常重要的，許多食品皆使用色素來著色。自古以來不同國家也曾有種種規限，不准使用許可以外之化合物。 • 色素規限包括： • 會經過正常之新陳代謝作用。 • 不會變化而排出體外。 • 無毒性 • 不會致癌 • 不會被吸收 • 不會在組織內累積

7. FDA 安全性規範 • FDA則規定要得到使用許可必須經過下列之測試後，確認其安全性後才可以決定。 • 對狗作攝取90天後之檢查，沒有慢性毒性。 • 沒有急性毒性。 • 最少對2種動物做其慢性中毒實驗，經過 24~30個月，其間沒有產生中毒症狀。 • 對生殖器不會有影響 • 不會轉移給胎盤中之胎兒 • 不會進入母乳中 • 不會有催畸形性 • 不會引起遺傳因子之突變。 • 對不同年齡之動物測試做動物實驗，對各年齡之動物皆無害。

8. 1.4 色素之種類 色素可以大體分為天然色素及合成色素兩種。 • 1. 合成色素： (1) 天然色素之化學合成。 (2) 天然物中無此結構之合成色素。 • 2. 天然物及和天然物同樣結構之化學合成物，以往皆不必註明，使用此物之有無毒害性。俗稱勿須許可添加物。

9. 1.5 天然物 1. 從天然物萃取出來之色素 ： (1) 花青苷(anthocyanin) (2) 貝他南 (Betalains) (3) 葉綠素 2. 天然色素之合成： (1) 紅蘿蔔素 (2) 核糖黃素

10. (1) 花青苷(anthocyanin) • 在自然界中廣泛地存在，例如葡萄、草莓、藍莓、木莓(Rusberry)、蔓越莓granberry、蘋果、玫瑰及玉米之顏色等皆是。

11. (2) 貝他南 (Betalains) • 紅色蕪菁、恭菜、仙人掌之果實，商陸及 九重葛、雞冠花之色素，總稱貝他菌。其中紅色蕪菁色素稱為貝他南。 • Betalains 為水溶性，對光、熱及pH值皆不安定，用於糖果、冰淇淋、乳酸酪、沙拉添加醬等之色素，不可長時間保存，要立刻食用之食品之加色劑。

12. (3) 葉綠素 • 葉綠素為自然界存在最多之色素。對光及酸皆不安定，會立刻褪色，通常不被使用於食品之添加劑。在美國不准使用於食品添色劑。但准許於增加菜類之綠色而使用。

13. 1.6 合成色素 • 天然色素是指自然界中存在之色素，有使人比較容易接受之優點，但也有不安定、顏色度弱還有較不易取得之缺點，因此，最常被使用之食品色素為化學合成品。 • 合成品除了有大量製造、降低成本之好處外，還具有安定性高顏色度強等優點。

14. 人工色素 • FDA許可之人工色素為FD及C色素，此皆為水溶性，常使用於汽水類飲料，至於錠劑及固體之顏料 ( FD & Lakes ) 為FD及C色素加入鋁之水和物中所製成。此類之人工色素為離子化之化合物，容易通過腸壁，現在雖是無害，但是現在認為無害而使用之色素，後來經人發現有害而禁止使用者亦有多例。

15. 紅色色素 • 紅色第4號 ( Red No.4 ) 即為一例。高濃度時會引起膀胱癌，以及造成副腎障礙，所以在150 ppm之濃度以下使用於產生櫻桃之顏色。 • 有的具有間接致癌性，但是卻以沒有直接致癌性，故取得使用許可而使用。例如紅色第3號 ( Red No.3 ) 其構造與甲狀腺荷爾蒙契洛克辛類似。因此，可以阻止從契洛克辛到三碘契洛克辛之過程。結果造成腦下垂體之甲狀腺刺激荷爾蒙分泌過多，引起甲狀腺癌。但是致癌之原因為甲狀腺刺激荷爾蒙，與色素無直接關係，因此紅色第3號 ( Red No.3 ) 並不被禁止。

16. 黃色色素 • 人會對黃色第5號 ( yellow No.5 ) 敏感，產生過敏反應，一般之為害沒有，因此也不被禁止。 • 合成色素最近最常被人使用的就是高分子染料。此種染料分子量很大，不能通過腸壁而被吸收，而且又不能進入人體之循環系統，可說無害，食用後或飲用後就原封地被排泄出來。此外，高分子染料之安定性高者很多。 • 紅色染料有poly R-478及poly R-481，黃色染料有poly Y-607等。

17. 二、 人工糖精 • 汽水飲料一瓶或咖啡一杯分之砂糖量應該是沒有什麼，但是對於想要保持美好體型之人來說咖啡一杯分之砂糖是絕對禁止的。因此，產生了代替砂糖之糖精，用此加入汽水飲料，形成了社會大眾對低卡洛里飲料之無限需求。 • 飲料所需之人工糖精有各式各樣，美國最廣泛被使用者稱為阿思巴甜 ( Aspartame ) 及沙卡林 ( sacarine )。最近新的糖精 acesulfame K之化合物已被FDA (食品醫藥品管理局) 所認可。以前所常被使用之糖精賽克拉美 (cyclamate) 已被禁止使用。

18. 人工糖精的毒性

19. 2.1 阿思巴甜 • 構成阿思巴甜之Asparagine acid 及phenylanaline皆為胺基酸，要有甜味時兩者皆需L型，另外甲基酯亦非常重要。阿思巴甜比砂糖還要甜180倍。認為與砂糖之甜味無差別之人有許多，也有人認為阿思巴甜之味道比砂糖好。 • 阿思巴甜在體內會分解成Asparagine acid，phenylanaline及甲醇等3部分 ，測試各式各樣之毒性時與動物種類不同而有所不同。 • 對嚼齒類動物以口服用650 mg/kg時，血液中之Asparagine acid之濃度變得極高。視床下部之neuron會引起壞死。但對狗而言，並無此類反應。

20. 2.2 沙卡林 • 沙卡林為100年前 Ira Remsen (1846 – 1927年) 所發現，沙卡林可從原料甲苯以有機合成之方法合成。 • 最初使用於防腐劑及食物保存用，最後才暸解其甜度為砂糖之200 ~ 700倍，成為砂糖之代用品。 • 砂糖10克若以沙卡林來取代時則只需米粒大小 ( 0.03克 ) 就足夠了。

21. 沙卡林的影響 • 沙卡林通常不會起代謝作用而排出體外，如果大量攝取的話也不會起代謝作用而排出體外，但會在膀胱組織中沈澱下來。 • 沙卡林幾乎不起代謝作用，毒性低，若能用作砂糖之取代品當然很好，大量攝取沙卡林之動物顯示，能得到癌症之機率很低。所以每日之使用量來看，除了致癌以外，其他之毒性可以說是沒有。

22. 2.3 阿思速露芬K • 阿思速露芬K之結構為6 – methyl – 1,2,3 – oxathiazine–4(3H)–one–2,2–dioxide • 阿思速露芬K為美國於1988年所允許以錠劑形來使用之砂糖代用品。亦可混入口香糖中及乾燥飲料，例如：咖啡粉及紅茶中混合使用。以及果凍及布丁等中皆可使用。

23. 2.4 被禁止使用之齊克露 • 1937年伊里諾州大學之學生在實驗中無意中發現此具有甜味之化合物，齊克露之甜味為砂糖之30倍。 • 1949年以後開始使用，最初只供給糖尿病病人使用。後來與沙卡林混合使用 (齊克露90%，沙卡林10%) 最易感到甜味，而且後續之苦味亦會消失。因此就以這兩種混合物，廣泛地被視為砂糖代用品而使用。 • 1969年以後，日本及美國相繼禁止使用糖之代用品 –齊克露。

24. 齊克露的毒性 • 齊克露之經口服之毒性對老鼠為17.0 g/kg對實驗白鼠為15.25 g/kg，若改以靜脈注射則毒性變大，對老鼠為4~5 g/kg，可使老鼠死亡。 • 對狗經口服大量後，亦有會引起嘔吐之報告。對人而言每日服用5 ~ 12克，連續數週後，其大便會變軟便 (mushy) 外，無其他毒性。 • 還有一種重要的毒性就是長期經口服用的話會不會致癌呢？但是致癌性之報告則是各式各樣，1985年全美科學院之「對賽克拉美致癌性之評量小組」(Committee for the Evaluation of Cyclamate for Carcinogenicity) 經徹底的調查後之報告發表，結論說齊克露之代謝物環已胺(cyclohexylamine) 亦不會有致癌性，但是齊克露之禁令依然沒有解除。 • 新的人工甜味料也漸漸發展出來，將來一定會有新的人工甜味料被發展出來，最近一種叫亞力甜 (alitame)，此物為雙胜之醯胺 (dipeptide amide)，聽說比砂糖甜2000倍。

25. 三、肉之防腐劑 • 肉經過一段時間後就開始改變顏色，經過更長之時間後就開始腐敗，不可食用。腐敗現象就是由於有害細菌之繁殖，把肉中之蛋白質之性質產生改變而引起。此為腐敗之廣義現象，初期階段之觀察發現「肉有一點變壞」。 • 肉之成分除了蛋白質外又包含了一些脂肪，只是含脂肪量多少之問題。肉放置一段時間後開始腐壞，與其說是蛋白質之變性，不如說是脂肪改變了性質。在此討論防止肉中脂肪氧化之防止劑，以及防止肉中有害細菌繁殖之防腐劑。

26. 3.1 肉之腐壞 • 首先討論脂肪之氧化防止劑，肉中之脂肪，大概可分為兩種類： (1) 脂肪組織之細胞中之脂質，其顏色為白 色及黃白色之脂肪。此種脂肪中三酸甘 油酯(triglyceride) 較多。 (2) 肌肉中之脂質較多膜結合脂質，除了甘 油酯外磷脂質和 riboprotein 之含量較高。 • 脂肪中又包括飽和肪肪酸及不飽和脂肪酸，後者與空氣中之氧氣結合後產生自由基 (free radical)，最後產生脂肪之氧化物及二分子結合體，肉開始產生臭味。

27. 3.2加入肉類之抗氧化劑 • 在美國常使用於肉類之抗氧化劑，此化合物具有OH基，此OH之H可以與脂肪酸自由基L‧反應而恢復脂肪酸。因此而防肉的脂肪酸之氧化。 目前用來作為食品保存劑之化學合成抗氧化劑，如 BHT及BHA，這類物質被認為會傷害肝臟及致癌之可能性。

28. 3.3 抗氧化劑之毒性 • BHT之LD50為 2000 μg/g (老鼠，經口) 因此可以說是無毒。對老鼠及實驗白鼠之慢性毒性試驗中，以含BHA 0.06%之食品，連續餵食22個月，亦無壞的影響發生。BHT之LD50為1700 μg/g (實驗白鼠，經口服)，毒性低，亦無慢性中毒。 • 以普通美國人吃肉量來考慮，美國人1人1日BHT之攝取量該不會超過0.5 mg/kg。但是全美國一年間 (1970) 所消耗用於肉類抗氧化劑用之BHT為270000 kg，長時間使用到底有無毒性，令人擔心，最近此方面之研究引起人們的注意。

29. 3.4 防腐劑：硝酸鹽及亞硝酸鹽 • 19世紀末，為保持魚及肉品之長期新鮮而廣泛使用硝酸鹽 (nitrate) 來作防腐劑。最近才明暸，硝酸鹽之所以有效，是因為其會與附著在肉上之細菌作用， 而產生亞硝酸鹽 (nitrite)，此亦有防腐作用之效果。

30. 3.5 防腐劑之用途 • 亞硝酸鹽除了可以保存肉類以外對魚類及沙拉類之保存亦可。美國之餐館，到沙拉bar一看，青青綠綠、水汪汪的，食慾大振，此種新鮮之理由一直都是加入了亞硝酸鹽之故，若不加則顏色不好，又容易腐敗，在美國最近已經有人反對加此防腐劑，認為不加最好，但是實行起來很困難。

31. 醃製臘肉、臘腸和臘鴨過程

32. 3.6 亞硝酸鹽之毒作用 • 亞硝酸鹽之所以有毒之理由，是與血紅素 (hemoglobin，Hb)作用，會把血紅素中之鐵 (Fe2+) 氧化成 (Fe3+)，而成 metahemoglobin (MetHb) 。 • 另外會把肌血紅素myoglobin (Mb) 變成metamyoglobin (MetMb) 。 • 不論是Hb還是Mb，不論含有氧氣與否，其鐵離子皆為2價 (Fe2+)，此被NO2-氧化後生成Fe3+後，與氧氣之結合能力喪失。 • 如果服用之還原劑甲基藍(methylene blue)後亞硝酸鹽之毒作用會消失。

33. 亞硝酸鹽之毒性 • 人若中毒之後會感覺頭痛、耳鳴、血壓降低、皮膚紅腫、氣喘引起嘔吐。我女兒吃了火腿 (ham) 後就引發頭痛有 1 ~2日左右，醫生的指示說不可以吃火腿及培根 (bacon)，其實是對NO2-敏感之故。 • 治療法為吸入氧氣，以及用1%之methylene blue 1 ~ 2 mg/kg做靜脈注射，口服則5 mg/kg之比例來服用，嚴重時可以輸血急救。食用肉類時而造成NO2-中毒者，大多為輕度。若中毒較嚴重者，通常有其他原因。 • 亞硝酸醯亦常用於藥物來使用，例如：亞硝酸阿米露及nitroglycerine (心臟病用藥) 等。

34. 3.7亞硝酸鹽之致癌性 • 長期攝取亞硝酸鹽會引起癌症是已經被人所知的。致癌性非由NO2- 本身所引起，而是與吾人體內各式各樣的第二胺起作用而產生亞硝基胺 (nitrosoamine) 所致。 • 防止亞硝基胺生成之方法為，NO2-要與三氧二氮 (N2O3) 一起使用即可。

35. 四、 腐敗魚之食物中毒 • 食用魚類後產生中毒之例子較多，其原因有許多，在此討論食用腐壞之魚所產生之中毒，首先討論各種魚類所引起中毒。