食品领域的生物安全问题研究现状与展望

韩薇薇，张潇寒

1(天津科技大学，食品安全战略与管理研究中心，天津，300222)2(天津财经大学研究生院，天津，300222) 3(天津科技大学 经济与管理学院，天津，300222)

习近平总书记强调：“把生物安全纳入国家安全体系，系统规划国家生物安全风险防控和治理体系建设。”食品安全和生物技术发展的成果是国之重器，现代生物技术的发展在食品领域给人类带来食物多样性和粮食安全保障的同时，也如同打开了的“潘多拉魔盒”，引起世人警醒。食品技术领域的生物安全问题，如果不正视，其传播、扩散也会造成无序的甚至灾难性的后果。发现、归纳、总结食品安全领域出现的新技术、新发展、新问题，建立常规有度的保障体系，做好生物安全与食品安全防治体系的衔接，以有序应对无序，使食品安全成为国家生物安全保障集成体系中不可忽视的一环是迫切而且有意义。

1 食品安全与生物安全的关系

1.1 食品安全是国家生物安全防治体系的重要环节

生物安全由联合国粮食及农业组织(2007)定义为“一种战略和综合方法，包括分析和管理对人类、动植物生命和健康的相关风险以及对环境的相关风险的政策和管理框架(包括工具和活动)”。《生物多样性公约卡塔赫纳生物安全议定书》(2000)把生物安全问题描述成：为凭借现代生物技术获得的、可能对生物多样性的保护和可持续使用产生不利影响的任何改性活生物体的越境转移问题。在医学领域“生物安全”一词并不新鲜，它指的是防止微生物对处理它们的人造成危害，早在70年代临床医学实验室中工作人员获得性感染高发率的报告中已经引用该词[1]。我国学者于文轩(2007)认为广义的“生物安全”是指生态系统的正常状态、生物的正常生存和发展以及人类的生命和健康不受致病有害生物、外来入侵生物以及现代生物技术及其应用侵害的状态[2-3]。

生物安全预防和控制体系是一个战略性、全面性的框架系统，包括与人类与动植物生命和健康有关的风险以及与环境有关的风险分析和管理[4]，其中就包括食品安全、人畜共患病、动植物病虫害、引进和释放活性生物体及其产品。根据《食品安全法》第九十九条的规定：食品安全，指食品无毒、无害，符合应当有的营养要求，对人体健康不造成任何急性、亚急性或者慢性危害。从食品安全的角度来看，生物安全是一个关系到农业和食品工业可持续发展的整体概念。生物安全在一定程度上体现为食品安全和粮食安全，从农作物种植、家畜家禽养殖、肉类奶制品产生，到包装冷链运输，几乎涵盖了食品系统链全过程。

1.2 防范生命和健康风险为两者共同目标

生物安全与食品安全的关键目标都是预防、控制和管理与特定生物安全、食品安全相适应的生命和健康风险。对于生物安全，此目标的逻辑起点是认定现代生物技术具有“潜在的危险性”。在欧盟，只要科学评估尚未充分地确定风险程度，并且潜在的危险影响已经从现象、产品或者程序中得到确定，就可以援引预防原则[2]。针对食品安全风险防控，科技部科技创新战略研究专项项目(ZLY201615)团队提出以化学、毒理学、营养学、微生物学和分子生物学为基础，建立多学科融合的定量风险评估技术，构建基于不同食品种类、不同风险因子的模型和数据资源，推动食品安全风险评估的数据化、精准化[5]。“预防胜于治疗”的理念，同时适用于食品安全管理和生物安全管理。只有在源头上采用严格的生物安全隔离措施及食品安全源头防控治理手段，才能有效的提高双重防治能力和食品生物安全监管的科学化水平。LATOUR等[6]提出不论是人类可控区域，还是“野生”区域范围内的生物安全，体现出的共同预期目标都是创造和产生新的生物类型模式，两个区域应当共存。例如H5N1禽流感不仅仅针对家禽感染，该病毒也使野生鸵鸟数量不断减少，这种生物安全危险会产生双向的作用，如果以牺牲其他生命为代价来发展人类可控区域的生物物种，必定不会长远。两个区域共存的理念为强化“生物——食品系统加工”，提供了共同保护框架体系的理论目标。

1.3 两者的科学研究边界越来越模糊

生物安全是由一套不断变化的协议、技术和体制形成的体系，是由环境、动植物和人类行为之间交流和适应的产物，因此存在多个特征性影响和决定因素。根据HINCHLIFFE等[7-8]、王文兵[9]的研究表明生物安全的特点是无法在生产区(人类可控区域)和外部区域(“野生”区域)之间设置不可定义、不可穿透的边界[7]。这种无边界可以用“生产生态”来解释，学者针对H5N1病毒的流行分析食品工业中养殖家禽的价值链，发现了工业家禽、农舍家禽和活禽市场的多种联结方式，这些联结方式不仅由参与从鸟类繁殖阶段到家禽屠宰，再到禽肉销售的社会关系构成，而且由病原体与生产环境之间的直接关系构成[8]。这种“生产生态”对于解释食品养殖行业价值链和H5N1病毒在全球的流行起到了相当的借鉴意义[9]。同样，对我国于社会疾病流行趋势分析而言，动物防疫工作尚未健全，产地检疫质量不合格、屠宰检疫肉质问题均为导致动物疾病于社会上广泛流传的重要原因，上述三者中一旦有一方工作质量不合格都会造成严重的疫病问题，甚至引发全社会恐慌[9]。REARDON[10]提出应当秉承“自然——社会关系”分析结合起来的视角，将“生物安全制度”的发展作为一种战略，以保持控制和增加全球农业食品贸易中的主要参与者的市场份额，由单一国家转变为国家间相互依存以实现更广泛的生物安全[10]。此时，农业和粮食的集约化，以及由此产生的地方和跨国资本的集中，涉及国家、资本、劳动力、土壤沙漠及寄生虫等的相互作用，整个过程被定义为生态社会化过程[11]。

2 新技术发展带来的交互影响

新工艺、新技术、新产品与现代生物技术的发展密不可分，前沿新兴生物技术快速、颠覆性发展，为食品安全领带来了创新动力。但是，新发展也带来新风险：根据国家社会科学基金重大项目(18ZDA112)的研究成果，胡颖廉[12]提出，当前我国食品安全风险多期叠加状况，除了基于利益驱动的个体行为、化学污染大工业生产带来的系统性，新型风险未知和不可控的因素属于食品安全域面临的新问题。现代生物技术一定程度作用于谷物、奶类、肉类，例如建立生物及物理技术消除多种有害物质毒素的畜禽食品加工技术，为畜禽产品中目标化合物的有效控制提供全面的技术保障[13-14]。

不可忽视的是，食物和饲料一直是传染病的主要来源之一。特别是随着当今社会形态和科学技术环境的变化，人类发展对食品生物安全又增加了新需求。同时，粮食生产和贸易全球化，以及农艺、采收、加工和消费模式(如消费者对防腐剂的认识)和食品制备方式(如对快餐食品制备方法的升级)，使得食物和饲料污染引起的流行病的传播方式更广泛[15]。此外，食品病原体的流行病学也在发生变化，例如沙门氏菌、大肠杆菌、弯曲杆菌、小肠结肠炎耶尔森菌可导致食品安全方面的风险[16]。一些在人们印象中被认为是安全的传统食品，例如生鸡蛋，现在被证实与沙门氏菌的传播有关，而越来越复杂的深加工食品成分使得生物污染源的追踪变得越来越困难[17]。与生物有关的食品安全问题还体现在食源性疾病上。人畜共患传染病及食源性病毒感染问题，凡是通过进食造成的，会或多或少的带有致病菌[18]。所以在两者的关系链条中，在新技术的交互作用影响下，食品安全是生物安全整体防控体系中的重要一环；反过来食品加工技术、食品包装技术、消费者的消费偏好、消费模式等因素也制约生物安全，所以两者不能割裂，分而治之，应该采取“食品生物大安全” 的概念，“生物”应当包括人类和其他生物，“安全”则不限于的有关生物安全的事项。

生物污染新的呈现形式和生物技术应用的不确定性，给现代食品安全带来了新挑战，这些新问题新技术带来的成就可能是革命性的，带来的危害也可能是颠覆性的[2]。细菌、病毒、基因污染存在于与人类食品、动物、植物的共同体的交互系统中，一些国家发生的最新的食品领域的生物安全事件，如食品生物安全研究聚焦的新型食品评价(以美国最新的基因芯片分析技术为例)、合成生物学时代的食品生物安全、食品安全生产的控制方法与“后院”“村级”家禽的生物安全研究(非洲猪瘟、H5N1禽流感疫情中的养殖因素)、食品生物实验室安全影响因素研究等前沿问题，越来越引起学界重视和人们的警示。

3 研究前沿

3.1 “后院家禽”中的禽流感问题

全球不同肉类产量中禽肉增长最快，预计到2021年白肉中的禽肉消费量占肉类总消费量之比合计将达到27%，成为产量最大的肉类产品[19]。世界动物卫生组织和联合国粮农组织认为“后院家禽”养殖是全世界最常见的家禽饲养系统，原因是该系统对当地气候适应性强，农民所需的资金和其他投入成本较少。家禽产业内的生物安全即家禽“生物安全”是指家禽在“受控”环境外没有任何通道，家禽工厂农场内的活动受到限制和消毒[20]。联合国粮农组织提出了禽类养殖的3种类型：综合生产(大规模养殖，“严格”的生物安全控制)、商业生产(中到大型养殖，由低到高的生物安全风险)和农舍或家庭生产(下文称“后院家禽”，较高的生物安全风险)。根据VAN等的研究成果表明，禽流感大流行的神秘之处在于人禽疾病和流感死亡主要集中在家庭家禽和活禽市场[20]。禽流感被认为是埃及的地方病，根据DIXON等的研究，自2007年以来，埃及家禽中禽流感爆发的89%来自后院的家禽。KANDEEL等证实了在后院鸟类和当地鸟类市场的鸟类中观察到AIV(H5和H9)的感染率更高[21]。SLINGENBERGH等发现在荷兰城市地区，以为娱乐目的饲养的鸡是2003年禽流感暴发的主要危险因素[22]。在美国马里兰州美国，在后院鸟类中检测到低血清流行率(4.2%)。泰国人感染H5N1病毒证实与后院饲养的鸡和自由放牧鸭直接接触有关联[23]。2013年，我国浙江省共发现46例人类感染H7N9病毒，所有活禽市场都被关闭，后院的家禽被屠宰，以控制当地的疫情；在中国北京，自家后院饲养鸭子的农民拥有抗禽流感抗体，但他们从未接种过疫苗，这表明存在可能的病毒传播途径[24-25]。

后院饲养家禽的“生物安全”在粮食安全和食品安全中发挥重要作用，后院家禽生物安全又面临各种复杂问题，因此，对于后院家禽的生物安全研究具有急迫性。在发达国家，由于高等教育和社会经济条件的影响，后院农民的生物安全意识处于中等水平；在发展中国家，由于缺乏对生物安全措施的认识和高昂的成本，没有实施生物安全措施[26]。在澳大利亚等发达国家，农民有意识借助系统程序识别和管理农场生产过程中出现的质量危害和风险，并为消费者提供有关动物源产品质量的更多确定性[27]。众所周知，疫苗接种是全世界家禽群预防疾病的重要工具，但在大多数国家，它们都是装在100试剂量的大瓶子里出售的，这对后院家禽进行小型养殖的农民来说，大剂量采买是不划算的[26]。此外，在偏远的村庄，疫苗、适当的稀释液、冷链以及合格的兽医是稀缺的，由于所有这些因素，传统的疫苗接种对于后院家禽来讲是有难度的。

3.2 纳米颗粒技术带来的食品生物污染问题

纳米材料分为自然产生、偶然合成和人工合成3种，不同化学成分的纳米颗粒在食品包装和食品工业的各个领域具有潜在的优势并且已被广泛应用。纳米食品是一个食品科学术语，用于定义在其种植、生产、加工或包装中使用纳米颗料的任何食品[28]。纳米食品中存在的纳米颗粒分为3种：(1)无机纳米颗粒，包括过渡金属、碱土金属和非金属的纳米颗粒；(2)表面功能材料；(3)有机纳米颗粒[29]。无机纳米材料中包括Ag、TiO2、ZnO和SiO2，已经在食品产业中广泛应用，Ag主要以纳米形式被用作食品工业中的抗菌剂和健康促进剂，具有抑制抗菌性问题的优势。含有氧化锌纳米颗粒的明胶薄膜具有较高的机械稳定性，同时对金黄色葡萄球菌、霍乱弧菌和大肠杆菌具有抑制活性[30-31]。

但是，纳米颗粒的粒径、表面化学、形状、内部结构和中间稳定性决定了其对微生物群落的威胁可能大于其他材料。纳米颗粒通过间接(如废物、废水、污泥)或直接(如地下水处理的排放)进入到自然环境，然后通过饮用水、海洋产品、植物、肉类等进入人体[32]。纳米包装是以无机材料尤其是Ag-np为主要成分的涂层或复合产品，用于在当前的食品包装上，但是，这些纳米结构银的毒性效应以及易于传播能力加大了毒性转移到袋装食品上的可能，大量的纳米包装的使用增加了生物安全的风险[33]。土壤细菌是食物链的一部分，它们也是纳米颗粒的附着的目标，长期沉积转移会对环境和食品安全产生不利影响；同时，纳米颗粒可以在土壤中聚集，在营养链上转移，最终形成淡水和砂质壤土沉积物中的生物蓄积，然后迁移到生物群落中，从而影响以动植物为基础的食物链[34]。

3.3 与合成生物技术相关的食品加工和生产问题

合成生物学是以改变现有的生物系统或创造新的生物系统为目标的一门新兴的交叉学科[35]。合成生物学的跨学科领域将工程学原理应用到生物系统中，在提高农业生产力、食品质量和生物制药方面已经具备应用条件和发展潜力。在食品加工和农业生产领域体现在植物生长和各种食品合成的生物学应用上，各国科学家均提出合成生物技术可以提高农作业的养分利用率和同时减少肥料需求。德国学者发现合成生物技技术可以使农作物的营养价值提高到生产力极限，满足农业需要的营养价值的提高以确保足够的粮食供应和解决营养不良问题[36]。除此之外，植物合成生物学的作用还体现在细菌、酵母和家禽养殖系统，这些方法已经应用在基础学科研究、生物制药产业以及新型现代化农业[37]。

但是，目前许多相关的生物合成技术尚未成熟，并且在最终实现代化农业应用和食品工业之前需要一个监管框架，而且存在一定的风险。例如，花生这种高蛋白的植物性食物来源会引起严重的过敏反应[37]。生物合成方法是否进一步有助于降低植物性食品的过敏性，还需要更多实验验证[38]。未来需要仔细评估监管框架的适用性[39]，根据研究结果，可以预测植物合成生物学对农业和营养的博弈改变效应，这种技术在生物医学领域、生物制药行业、食品产业中合成生物学战略的是否可以广泛的实施，还需受到《卡塔赫纳议定书》的风险评估要求的约束。但随着这些机会的到来，现在迫切需要科学家、决策者和更广泛的利益相关者群体相互参与，共同评估和决定如何开展合成生物学研究，以保护生物多样性和食品安全性，同时为生物和食品技术的发展提供保障。

3.4 食品实验室的微生物安全问题

在食品检验综合分析中的微生物检验是必要的，微生物也是导致食品安全问题的主要因素之一。实验室生物安全问题也成为食品科技相关研究者广泛思考的问题。食品微生物检验中生物安全的主要因素，包括食品微生物实验布局的合理性；检验人员生物安全教育及自我防护意识达标问题；食品微生物标准菌株通过培养、传代等环节会产生不同的污染源；食品微生物检验过程当中的气溶胶污染；食品实验废气污染等[40]。为了确保食品安全及生物技术的开放与应用，为了确保实验室人员、社区和环境的健康，食品实验室有必要对微生物(存在潜在致病性)进行负责任和安全的处理。

早在1998年，食品实验室中的食品发酵微生物安全问题，在乳酸杆菌和肠球菌中存在抗生素耐药基因的潜在风险已经引起了学者们的特别关注，这种耐药性涉及多种抗生素，如青霉素、多粘菌素B和红霉素。联合国世界卫生组织于出版了《实验室生物安全手册》并确立了安全处理致病微生物的基本概念和做法，该手册经过修改、完善，确立了生物体的致病性、寄主范围和传播方式及当地有效预防疾病爆发的措施，并推荐了4个生物安全级别1到4，建议分级别来处理潜在风险。LINDGREN提出，除了传统用途之外，食品微生物发酵实验必须逐个进行评估，除了可能通过脱氨作用产生生物胺外，还要确定实验结果与过敏性或毒性无关[40]。NAMBISAN说明了协调毒性测试和产生相互可接受的临床前数据，这些数据可用于有关监管(包括商业化)的决定，这些原则为进行测试、记录和分析数据建立了框架和最低标准[41]。

3.5 微生物酵母菌以转基因技术发展带来的问题

与合成生物作用类似，酵母菌等微生物负责生产不同类型的功能性食品，是生产营养性食品的关键参与者[42]。许多亚洲国家使用富含丝状真菌和酵母菌的传统发酵剂生产大米发酵酒精饮料[43]。2017年，RODRIGUEZ等在酿酒酵母中发现了被设计用于从葡萄糖中生产6种黄酮类化合物(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，包括一个代表子囊菌门和担子菌门的异质微生物群，在食品工业中具有生物技术潜力[45]。最新的研究表示，在功能食品中，酵母菌通过产生酶、代谢物或它们与其他微生物群协同作用增强生物活性成分，从而改善功能特性。微生物发酵菌生产的功能性食品与传统性食相比，除了其营养特性之外，还具有营养制剂的功能对健康调节有一定益处，是食品工业发展的重点领域。无论是微生物发酵技术的发展或是合成生物学有可能推动一场新的生物技术革命，

另外，关于转基因技术在农业及食品领域应用的安全性问题，一直争议不断。众所周知的转基因食品问题表现为基因修饰的营养学、毒理学变化和过敏效应；新基因的编码过程造成现有基因产物水平的改变；新基因或者已有基因产物水平的改变对作物新陈代谢的间接影响；基因改变可能导致突变。但是有的学者也提出：与一些传统食品生产方法带来的不良健康影响相比，食品生产中使用的基因工程技术，还没有发现类似的严重健康影响[46]。在农业生产中，转基因抗虫和抗除草剂已在许多国家得到批准，在技术进步的国家，利用的筛选方法有助于初步检测转基因农作业的状态，其目标是控制、标记转基因和构建可行农作物区域[47]。但是，在一些特殊的情况下，如澳大利亚的转基因豌豆，其结构和免疫原性发生了改变，转基因或传统作物育种所产生的食物具有相同的代谢复杂性。总之，转基因技术在农业和食品工业的中的应用还是复杂的，人类探索其发挥良性作用的时间也是漫长的。

4 结论及展望

生物科学新技术的最新应用，大大扩展了传统基础食品科学的方法和工具。生物安全问题覆盖了食品安全和粮食安全，除了农业领域是生物安全的重要领域之外，家畜家禽养殖、肉类奶制品加工、仓储、运输等食品系统链全过程都有生物技术参与。在食品领域人为生物技术滥用、误用等未知的颠覆性威胁，如果控制不力会演化成巨大的风险因素。关于食品和生物领域的结合，有以下研究展望：(1)以后院家禽的禽流感防治为启示，重视人类活动领域和“野生”领域的生物食品安全共同目标；(2)以纳米颗粒技术和转基因食品发展为契机，发现新型生物风险在食品领域的新况状；(3)不可控因素与食品领域新产品、新工艺、食源性疾病；(4)完善食品实验室操作规程，杜绝食品实验室的生物安全风险。

生物安全问题、食品安全问题是全球性的，不受国界的限制[48]。防范食品领域的生物安全，需要全世界的共同认知。不遵守安全规则是导致各种事故的根本原因，面对此次的重大疫情，无论是管理者还是学术界已经清醒的认识到构筑国家生物安全治理体系的重要性。于食品安全领域而言，生物技术的发展不能使食品系统的任何环节处于更脆弱的状态，增加安全相关事件的风险的能力，因此必须要提出相应的食品生物安全治理框架。这需要关注先进生命科学和食品科学的新问题和未来治理，探索在食品生物安全领域开展国际合作的机会，聚集生物多样性对环境和农业的影响，在科学研究中注意即将出台的《生物安全法》与食品安全法律体系的交叠与融合，培育食品生物安全领域科学研究团队等先进的思想和意识。除此之外，还应该倡议世界各地的专家和决策者的合作，帮助建立促进食品生物学研究方向的责任行为的规范和标准。倡议国际和多学科对话，建立监督先进生命科学和食品科学的新问题相结合的治理体系将是有价值的。