乳及乳制品中高氯酸盐、氯酸盐的危害和原因分析

文 静，张志军，古再丽努尔·艾麦提，郭同军＊

1 新疆畜牧科学院饲料研究所，新疆乌鲁木齐 8300112 新疆饲料生物技术重点实验室，新疆乌鲁木齐 830011

0 引言

高氯酸盐（ClO4-）是一种具有极高水溶性和良好环境稳定性的阴离子，已广泛应用于航空航天工业和烟花中的氧化剂[1，2]。高氯酸盐是一种由一个氯原子和四个氧原子组成的阴离子。化学物质及其盐以固体形式存在于环境中或溶于水中[3]。它既可以是天然物质，也可以通过人工合成。高氯酸盐无色无味，它能在环境中保存多年，并能迅速溶解于水和有机溶剂中。高氯酸盐是一种具有干扰甲状腺正常内分泌功能的化学物质，孕妇在妊娠期间的甲状腺功能障碍可能会改变胎儿的大脑发育。由于高氯酸盐对碘钠共同转运体（Sodium/iodide Symporter,NIS）的激烈竞争，主要表现为影响甲状腺正常分泌从而导致婴幼儿和儿童智力缺陷和学习障碍[4]。

氯酸盐（ClO3-）是一种无机副产品，来自于饮用水的氯化作用，设备和水的消毒应用于食品加工和自然界中含氯化合物的分解[5～7]。虽然氯酸盐不再作为一种农药使用，但它仍作为一种消毒副产品使用[8]。氯酸盐可能影响人体血液系统，导致溶血、高铁血红蛋白血症和贫血，以及呼吸和生殖系统[9～11]。氯酸盐对人类和动物最不利的影响是血液氧化，可能导致谷胱甘肽（GSH）水平下降和形态异常[12]。最重要的是，甲状腺也是氯酸盐毒性的主要目标，它可以通过与高氯酸盐相同的方式发挥作用[6]。

2023年中国已经制定了《GB 5009.291-2023食品安全国家标准 食品中氯酸盐和高氯酸盐的测定》，为检测氯酸盐和高氯酸盐建立国家标准。饮食摄入是人们接触高氯酸盐和氯酸盐的主要途径，氯酸盐、高氯酸盐已成为乳及乳制品食品安全的风险控制点。对于特殊群体特别是对婴儿等人群，由于相对较低的体重，同时主要的食物来源就是乳及乳制品，婴儿可能通过饮食暴露于更高剂量的污染物是最高风险的群体[13]。

1 高氯酸盐的危害

1.1 高氯酸盐通过竞争碘影响甲状腺激素的分泌

高氯酸盐与碘竞争NIS，减少碘的供应量从而降低了T4的生成。研究表明，正常水平的碘可以改善NIS的抑制作用[14，15]。碘的主要来源是在富含碘的土壤中种植的蔬菜和来源于海鲜，通过食盐中添加碘也是在个人水平上尽量减少碘缺乏的一种措施[16]。

碘是产生甲状腺激素的必需元素，人们从饮食中得到它。如果没有足够的膳食碘，机体就不能分泌足够的甲状腺激素[17]。甲状腺激素，通常被分为T3和T4，在生理调节代谢中发挥重要作用。它们对调节胎儿和婴儿的大脑发育至关重要，妊娠期缺碘可导致婴儿和儿童的智力迟钝[17，18]。由于甲状腺激素缺乏是可以预防的，孕妇在怀孕早期进行碘水平检测，新生儿在前2 周内进行甲状腺激素筛查[18]。

血液中的碘通过碘化钠转运体（NIS）在甲状腺内运输，是一种质膜蛋白，其功能是介导碘进入细胞，这种碘的摄取是T4正常生产的关键步骤[19]。某些抑制碘吸收的化学物质，特别是高氯酸盐、硫氰酸盐和硝酸盐，它们与碘竞争NIS，导致碘吸收量和可用性减少，导致T4产出降低[20]。在这3 种化学物质中，高氯酸盐对NIS的亲和力最高，比碘高30 倍，这使得暴露于甚至是低水平的高氯酸盐对身体是潜在高风险[21]。

尽管目前超过90%的家庭获得碘化食盐[16]，但大多数孕妇和哺乳期妇女没有摄入足够的碘；根据世界卫生组织（WHO）的建议[22，23]，根据尿液中碘的浓度定义了碘摄入量的合理数值，将尿液中碘浓度低于150 μg/L的水平确定为孕妇碘摄入不足[22]。研究结果显示，26.3%的孕妇尿碘浓度低于100 μg/L，15.7%的孕妇尿碘浓度低于50 μg/L[23]。

高氯酸盐暴露的风险尤其对于碘不足的女性重要，由于饮食缺乏或缺乏补充富含碘的维生素，以抵消NIS抑制引起的食物和饮用水中高氯酸盐的水平从而导致激素产量降低。无论是在母亲体内还是出生后，都会导致神经损伤[18]。美国环境保护署（EPA）的科学咨询委员会（SAB）提出，即使T4的短暂下降也可能对胎儿大脑发育产生不利影响[24]。

婴儿出生后，也需要碘用于合成自身的T4，母乳、乳制品和含碘的大豆配方奶粉是婴儿碘主要来源。同时，它们也都有可能含有高氯酸盐[25，26]。在婴儿配方奶粉中，人们发现牛基牛奶中的高氯酸盐明显高于大豆、无牛乳糖和特医配方奶粉[26]。在母乳中，高氯酸盐通过与碘竞争NIS（也存在于乳腺细胞中）进入乳管；因此，妇女可能无法提供足够的碘来满足婴儿的需求[25]。研究表明，使用碘盐的女性可能比使用补充剂的女性更有效地增加母乳中碘含量[27]。高氯酸主要通过竞争性结合碘，通过影响甲状腺激素分泌而影响健康，特别是婴幼儿是高危群体。

1.2 高氯酸盐进入人体的途径

根据环境保护署研究结果，饮用水和食物是饮食中高氯酸盐的主要来源，它们的相对贡献随生命阶段的不同而不同（即奶瓶喂养的婴儿比成年人喝更多的水）[28]。当前研究显示，室内灰尘作为通过摄入而产生的潜在高氯酸盐暴露源[29]。一项对包括美国在内的12 个国家的366 个室内灰尘样本进行的多国调查得出结论，灰尘对高氯酸盐总摄入量的贡献不到人类总摄入量的5%[30]。

高氯酸盐作为一种水溶性物质，很容易被胃肠道吸收，在血液中循环，到达大部分器官，主要在尿液中含有未代谢高氯酸盐[21]。在2001—2002年正在进行的国家健康和营养检查调查（NHANES）周期的一部分中，所有6岁及以上的美国人的尿液中都有高氯酸盐，儿童的水平略高于成年人[31]。随后对2003—2004年、2005—2006年和2007—2008年周期的NHANES分析，得出类似的结果[32]。婴儿在子宫内开始接触高氯酸盐，因为化学物质穿过胎盘[33]，出生后通过母乳、婴儿配方奶粉和婴儿食品继续接触到高氯酸盐[34，35]。

根据最近对总人口和育龄妇女的统计分析显示，高氯酸盐食物与水的平均贡献比约为80∶20[36]。人们通过食物获得高氯酸盐平均值为0.081 μg/kg体重·天，而那些可能受到饮用水污染影响的人口的食物贡献总数为0.101 μg/kg体重·天。

1.3 评估高氯酸盐的安全剂量

目前参考的高氯酸盐参考剂量（Reference Dose,RfD）是在2005年由美国国家科学院国家研究委员会通过评估高氯酸盐摄入对健康影响后确定的数值[37]。RfD代表了一种高氯酸盐暴露，在一生中可能不会造成不良影响。RfD测定为0.7 μg高氯酸盐/kg体重·天。它是基于健康成年男性的研究以及妇女每天被给予高氯酸盐7 μg/kg体重·天、20 μg/kg体重·天、100 μg/kg体重·天和500 μg/kg体重·天，持续14 天。参与者还被给予放射性标记碘，允许测量需要多少高氯酸盐来抑制甲状腺摄取碘；他们在剂量开始前、高氯酸盐治疗的第2天和第14天以及暴露结束后的15 天接受了一次碘。他们发现，在较低的剂量下，98%的碘被腺体吸收，2%的抑制作用与高氯酸盐剂量前没有显著差异[38]。因此，NRC委员会得出结论，7 μg/kg体重·天是观察效应水平。委员会随后采用的不确定系数为10来保护最敏感的人群（即甲状腺功能减退或碘缺乏症孕妇的胎儿）。

RfD为0.7 μg/kg体重·天，是代表高氯酸盐安全剂量的唯一可用数值，EPA、FDA和行业在确定特定的高氯酸盐暴露是否安全时引用了它。过去10年收集的数据以及对一般激素的作用，特别是甲状腺激素的作用更好理解表明，RfD可能不像以前认为的那样具有保护作用。例如，在2005年，NRC确定甲状腺功能减退症（一种被公认为低T4和高TSH水平的临床疾病）是由高氯酸盐抑制碘摄取引起的第一个不良反应[37]。近十年后，EPA SAB得出结论，单独降低T4（不含高TSH）应作为碘摄取抑制的早期标志物，以更好地保护孕妇和胎儿的[24]。

研究数据显示，如果摄入量不超过RfD，婴儿和儿童的高氯酸盐摄入量是接近的。根据FDA自己的估计，婴儿和儿童的平均暴露量在0.25～0.39 μg/kg体重·天之间，约为RfD的一半[39]。这一估计数没有考虑到来自受污染的饮用水的贡献。如果计算出更具保护性的第90百分位暴露量，很可能一些儿童可能暴露于大于安全剂量的水平。Schier和同事对高氯酸盐污染的婴儿配方奶粉进行了假设剂量试验[26]。他们得出的结论是，10百分位、50百分位和90百分位的1 个月婴儿和90百分位的摄入牛奶配方奶粉的6 个月婴儿有超过RfD的风险。此外，研究表明，在超过50 %的情况下，如果用至少含有4 ppb高氯酸盐的水重组粉末配方，将超过RfD[26]。检测发现，有些地区母乳喂养的婴儿的高氯酸盐暴露量远高于RfD（最大检测值为1.8 μg/kg体重·天）[15]。

2 氯酸盐的危害

2.1 氯酸盐的产生

氯酸盐（ClO3-）和其他氯衍生残留物已成为乳制品、食品和饮料行业日益关注的安全问题。氯化合物（其结构中含氯的化合物）具有杀菌和消毒性能，因此通常用于农场、水处理和工业食品制造过程。氯作为一种消毒剂，在食品生产中起着至关重要的作用。然而氯化残留物作为其使用的副产品成为食品安全风险因子，已经引起了食品监管机构的关注[43]。

牛奶和其他乳制品营养丰富，提供了婴儿和儿童生长发育所需的许多关键营养物质，它们有利于维持成年人的健康。乳制品加工设备的卫生设施对整个乳制品供应链都非常重要，以防止食源性疾病的暴发[44]。在整个乳制品行业的清洁方案中使用了广泛的消毒剂，氯消毒剂在许多不同食品组的生产和加工操作中广泛使用[5]。产生的氯酸盐及其他氯衍生残留物成为鲜奶及乳制品食品安全风险控制因素。

氯酸盐几乎完全作为消毒副产品（DBP）进入供应链，或通过与产品接触氯化水或作为设备表面清洗过程中的残留物。对于乳制品而言，氯酸盐的切入点位于最初生产者（农场做法）和生产设备水平，这与氯化水的使用和/或卫生做法有关。在乳制品生产的各个方面的用水仍然是氯酸盐进入供应链的一个关键入口点，因此有必要了解水本身的卫生设施是如何影响进入乳制品供应链的交叉污染风险的。由于氯的杀菌和氧化特性，使用氯气（Cl2）、二氧化碳（CO2）或次氯酸盐（ClO-）的卫生用水在许多地方仍然是常采用的工艺。

活性氯（易于与微生物进行化学反应的氯）通常以气态氯或次氯酸盐[ClO-]的形式参与消毒过程[44]。在这两种形式中，它都作为一种强氧化剂，经常以这样的速率参与副反应，在克服系统的氯需求之前，对系统的消毒很少。活性氯是一种强氧化物质，在溶液中与各种化合物发生反应。最常见的是这些物种被归类为还原剂，包括硫化氢（H2S）、锰（II）、铁（II）、亚硫酸盐（SO32-）、溴化物（Br-）、碘化物（I-）和亚硝酸盐（NO2-）[45]。当分析DBPs的形成时，上述化合物可以作为催化剂，导致氯DBPs在食物基质中的形成和持久存在。

氯气（Cl2）是美国消毒程序中使用最多的活性氯消毒用品（ACS）[44]。然而，在与有机物接触时，氯已被证明会产生DBPs，可能对人类健康构成威胁[46]。次氯酸盐（NaClO）消毒剂对多种微生物都有效，包括革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌、细菌孢子和病毒[47]。次氯酸盐的另一个好处是，在现场生产时易于运输和储存，而且在用于卫生目的时，它也可以作为残留的消毒剂。对于次氯酸盐溶液，氯酸盐是主要的降解副产品，在使用前可能会因储存条件（温度/紫外线暴露）和持续时间而加剧[48]。

对商业漂白剂溶液中的氧氯水平的分析发现，氯酸盐浓度135～310 μg/L和氯酸盐浓度1.67～13.35 mg/L是常用浓度[49]。在水处理中使用次氯酸盐溶液被归因于饮用水中严重的亚氯酸盐和亚氯酸盐污染。在使用液氯溶液（即次氯酸盐）测量氯酸盐污染的研究中，发现氯酸盐的含量明显较高（g/L）。相比之下，在使用气态氯处理时，没有残留的氯酸盐存在，这表明气态氯不利于处理水中的氯酸盐水平[50，51]。氯气在水处理过程中应用较少，但仍发挥着主要作用，美国63%的设施仍在使用氯气消毒处理[52]。

2.2 氯酸盐的安全剂量

氯酸根（ClO3-）是一种阴离子，不再允许作为农药使用。迄今为止，尚未设定氯酸根阴离子的具体最大残留水平（MRL），因此，10 μg/kg的值（一般农残默认MRL）仍然经常使用，尽管事实上氯酸盐不再被视为农药。此外，ClO3-水平高于 10 μg/kg在许多水果和蔬菜样品中都检测到了这种物质[53]。据报道，考虑到ClO3-是饮用水和食品加工水氯化以及食品加工设备消毒过程中的副产品。欧盟不允许在动物源性食品中使用氯物质作为微生物制剂，而欧盟各成员国的个别法规允许使用氯消毒水处理植物源性食品[43]。欧盟相关机构建议欧洲食品安全局开展氯酸盐安全剂量研究，如果世界卫生组织指导水平为700 μg/kg，氯酸盐盐饮食暴露会产生什么影响？饮用水中的氯酸盐将适用于所有食品。因此，欧洲食品安全局（EFSA）名为“食物链污染物小组”的报告指出，“根据食品行业当前的实践，对所有食品和饮用水应用 700 μg/kg的假设MRL仅是最小程度地减少污染物排放。”急性/慢性暴露和相关风险”[43]。

3 乳及乳制品中氯酸盐高氯酸盐的来源

3.1 乳及乳制品中氯酸盐的来源

生鲜乳和乳制品为微生物的繁殖提供了营养丰富的培养基，从而导致产品变质。微生物污染的浓度和类型取决于原料质量、产品生产的条件以及它们的温度和储存时间[54]。氯酸盐在乳及乳制品加工过程中可以进入食品链，可能有两种途径：（1）表面消毒和乳品加工设备的消毒。（2）在乳品加工/制备过程中使用氯化水。

氯基消毒剂（HClO和ClO2）是食品加工和处理中最常用的消毒剂，已被美国食品和药物管理局（FDA）批准用于食品生产中的无冲洗消毒剂。这些消毒剂被用于冲洗、喷洒在设备表面，或在CIP操作中的设备间循环[55]，包括在农场和处理器级别的乳制品设备的最后清洗。其中包括广谱杀菌剂，它作用于微生物膜，通过抑制参与葡萄糖代谢的酶来阻碍细胞功能，具有基因毒性，并可以氧化细胞蛋白质[56]。由于不当使用洗涤剂和在农场或乳制品加工者水平上不正确地执行清洁方案，可能导致洗涤剂和消毒剂残留物的污染。最近，不需要次氯酸钠的奶牛场设备清洁方案，降低了氯残留引入系统的风险[57]。消毒剂在乳制品过程中可能的进入途径包括将其应用于乳头和皮肤消毒、生鲜乳储罐的清洗和挤奶设备的CIP处理[55]。

在食品加工过程中使用氯化水是导致食品中出现氯酸盐残留的主要原因。在食品加工中氯化水被保留、回收和重复使用的尤为常见，使用活性氯处理以保持水的微生物质量在可接受水平。漂洗水的进一步氯化作用会导致氯酸盐残留物的浓度，从而导致食物链内的残留污染[6]。就水工业而言，氯酸盐是由于使用次氯酸盐消毒而产生[48]。水的消毒是减少清洗周期中交叉污染的必要活动，此外，不充分的消毒可能导致这种消毒水成为主要的污染源[48]。目前关于乳制品过程中氯酸盐污染的信息有限，但已经对其他植物来源的食品群进行了大量的研究[58]。

3.2 乳及乳制品中高氯酸盐的来源

3.2.1 奶畜饮水及环境灰尘

饮用水和食物是饮食中高氯酸盐的主要来源[28]，有研究报道通过摄入室内灰尘而成为高氯酸的潜在暴露源[29]。一项对包括美国在内的12 个国家的366 个室内灰尘样本进行的多国调查得出结论，灰尘对高氯酸盐总摄入量的贡献不到人类总摄入量的5%[30]。

高氯酸盐作为一种水溶性物质，很容易被胃肠道吸收，在血液中循环，到达大部分器官，主要通过尿液中排出体外[21]。奶畜接触可能从子宫内开始，因为高氯酸盐可以穿过胎盘[33]，出生后通过母乳继续摄入高氯酸盐[34，39]。

3.2.2 工业污染

检测到水中高含量的高氯酸盐的地方通常是在军事或航天相关机构设施或附近，这些设施生产或加工火箭推进剂[40]。与军事设施造成的高但相对局部的污染不同，高氯酸盐浓度较低但广泛的来源是水体污染[41]。

智利的盐石矿石含有各种高剂量的天然高氯酸盐[40]。环境保护署研究发现，商业肥料中的高氯酸盐含量为0.7～2.0 mg/g，并指出，来自智利的硝酸钠肥料是肥料中唯一确认的高氯酸盐来源。它主要用于柑橘类水果、一些蔬菜作物、烟草和棉花；因此，它的使用可能高度局限于作物地区。化肥使用后，种植的饲草饲料有可能是乳及乳制品含有高氯酸盐的又一可能途径[42]。

高氯酸盐也存在于大气中，预计当土壤受到扰动（如灌溉）时，它已到达地下水储层[40]。雨水也含有这种化学物质，并被认为是其他地区土壤污染的主要传播媒介。虽然高氯酸盐广泛存在，但与前两种相比，它对环境地下水或土壤污染的贡献非常小[40]。

4 结论

本文综述了目前有关高氯酸盐和氯酸盐的危害及其对食品，特别是乳制品工业的重要性的文献。随着严格法规的建立，高氯酸盐和氯酸盐在现代食品生产中日益受到关注，这可能会使整个乳制品生产链的改造升级。

婴幼儿奶粉作为婴幼儿的基本口粮，乳制品的安全直接关系到下一代的健康。通过本文可以清楚认识到婴幼儿是高氯酸盐氯酸盐高风险群体。乳制品特别是婴幼儿配方奶粉中高氯酸盐和氯酸盐残留可能主要是由于原料（生乳）带入造成，生产过程中设备清洗剂中含有高氯酸盐和氯酸盐时，有通过清洗剂残留带入的风险。同时周围工业污染，自来水消毒以及大气灰尘都可能使高氯酸盐氯酸盐进入生鲜乳及乳制品。