2015年3月5日出版的《自然》雜志以快報(bào)（letter）形式發(fā)表了一項(xiàng)研究，題目是《膳食乳化劑影響小鼠腸道菌促進(jìn)結(jié)腸炎和代謝綜合征》。在食品中，任何以前不知道的危害被發(fā)現(xiàn)都會(huì)引發(fā)巨大的關(guān)注。如果乳化劑真的對(duì)人體健康有這樣的危害，將對(duì)食品行業(yè)產(chǎn)生巨大影響。
很多食品中都有油脂和水同時(shí)存在。但是油和水不能融合，就無(wú)法形成穩(wěn)定均一的食物。乳化劑的分子中有一些“親水”的部分，同時(shí)有一些“疏水”的部分。親水的部分喜歡呆在水中，疏水的部分喜歡呆在油中，互相牽扯妥協(xié)的結(jié)果就是乳化劑分子喜歡呆在水和油的界面上，讓親水那部分去水里，疏水那部分在油中。如果把油分成一個(gè)個(gè)的小滴，表面上包裹上這么一層乳化劑，它們就能均勻分布在水中了——就形成了通常所說(shuō)的“水乳交融”的局面，豆?jié){、牛奶就是典型的例子，把油脂分散成小滴并且穩(wěn)定存在，就是“乳化”。
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在食品中，乳化是廣泛存在的現(xiàn)象，比如冰激凌、奶粉、咖啡伴侶、沙拉醬、蛋黃醬等等，都需要把油脂均勻分散開，否則看到一層明亮的油，能夠吃下去的人實(shí)在不會(huì)多。還有一些含油很高的固體食品，比如蛋糕和火腿腸，也需要油脂乳化，在成膠固化，表面上就看不出油，不會(huì)影響食欲了。還有一些油多水少的食物體系，乳化劑是把水分散成小液滴，均勻分布在油中，典型的就是黃油。
乳化劑在食品中的作用還不僅僅是乳化。它們也能夠與蛋白質(zhì)或者碳水化合物作用，改變它們之間的互相連接，從而改善食物的口感。烘培食物中，合理使用乳化劑，可以在其他原料不改變的情況下獲得更好的口感。而一些需要自己沖泡食用的粉末狀食物，比如奶粉或者蛋白粉，適當(dāng)加入合適的乳化劑可以改善分散性能，使得沖泡更加方便。
這項(xiàng)研究選用了兩種乳化劑，羧甲基纖維素鈉（CMC）和吐溫80（P80）。模型動(dòng)物是一種野生型的小鼠（C57Bl/6）和兩種基因改造的小鼠（Il10-/- andTlr5-/-）。這兩種基因改造小鼠的腸道菌群更容易被改變以及發(fā)生炎癥。在它們的飲水中，研究者分別加入1%的CMC和P80，考察它們對(duì)小鼠生理狀況的影響。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在對(duì)照小鼠中，腸道菌距離上皮細(xì)胞的最近距離平均為25微米，在 距離上皮細(xì)胞10 微米的距離之內(nèi)沒(méi)有細(xì)菌存在。而通過(guò)飲水?dāng)z入CMC或者P80的實(shí)驗(yàn)組老鼠中，這一最近距離平均減少了50%，還有的腸道菌與上皮細(xì)胞直接接觸。這一現(xiàn)象的理論推測(cè)是：腸道中有大量細(xì)菌，而腸道上皮細(xì)胞依靠多層粘液組織使菌群處在安全距離之外；而飲食中的乳化劑破壞了這層粘液結(jié)構(gòu)，使得腸道菌更靠近上皮細(xì)胞，從而造成與腸道發(fā)炎有關(guān)的疾病。
這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)，CMC和P80并沒(méi)有增加三種老鼠糞便中的腸道菌總數(shù)，但在野生型和Il10-/-鼠中，附著于結(jié)腸的細(xì)菌增加了兩倍。在三種老鼠中，附著于小腸的菌群和糞便中的菌群的組成都發(fā)生了明顯改變。菌群組成的改變會(huì)影響細(xì)菌對(duì)先天免疫信號(hào)的激活。研究中用糞便去激活促炎基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)攝入CMC和P80促進(jìn)了這種激活能力。此外，還觀察到CMC和P80也增加了野生型和Il10-/-型小鼠消化道的滲透性。這些現(xiàn)象表明，長(zhǎng)期接觸CMC和P80侵蝕了粘液的保護(hù)功能，增加了腸道菌在上皮細(xì)胞上的附著，增加了促炎微生物的數(shù)量。
免疫細(xì)胞侵潤(rùn)是活性結(jié)腸炎的標(biāo)志，通常伴隨著兩種現(xiàn)象：一是結(jié)腸形態(tài)的變化，二是白細(xì)胞髓過(guò)氧化物酶和促炎癥標(biāo)志物的增加。把這兩種現(xiàn)象的出現(xiàn)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，CMC和P80促進(jìn)了結(jié)腸炎在Il10-/-和Tlr5-/-這兩種基因缺陷小鼠中的發(fā)生，并加深了其嚴(yán)重程度。雖然它們?cè)谝吧托∈笾袥](méi)有誘發(fā)結(jié)腸炎，但是導(dǎo)致了慢性腸道炎的細(xì)微病理變化，包括上皮損傷和結(jié)腸變短。這表明，CMC和P80會(huì)在易感宿主身上引發(fā)結(jié)腸炎，在野生宿主中也會(huì)誘發(fā)低度炎癥。
代謝綜合征經(jīng)常伴隨著低度炎癥，低度炎癥也也可能是代謝綜合征的誘因。那么，CMC和P80導(dǎo)致的菌群失調(diào)和低度炎癥，是否會(huì)在野生型鼠小鼠中促發(fā)代謝失調(diào)呢？研究者對(duì)此也進(jìn)行了檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)CMC和PS80都導(dǎo)致了小鼠的體重增加。雖然增加的量并不大，但在統(tǒng)計(jì)意義上是顯著的。這一增加伴隨著食物攝取量的增加，也就是說(shuō)攝取CMC和P80的小鼠吃得更多。此外，CMC和P80也破壞了對(duì)血糖的控制。
研究中是把CMC和P80分散于水中，而人類攝取這些物質(zhì)是通過(guò)液體和固體食物。為了考察它們的影響是否與食物形態(tài)有關(guān)，研究者還考察了通過(guò)鼠糧來(lái)攝入CMC和P80的影響，結(jié)果與通過(guò)飲水輸入的影響一致。此外，研究者還探究了導(dǎo)致低度炎癥和代謝綜合征的最低劑量，發(fā)現(xiàn)：0.1%的CMC會(huì)導(dǎo)致體重和血糖的增加，0.5%會(huì)導(dǎo)致明顯的低度炎癥和增加肥胖；而0.1%的P80就會(huì)導(dǎo)致低度炎癥和增加肥胖，0.5%會(huì)導(dǎo)致輕微的血糖代謝異常。
研究者也考察了另一種常見的食品添加劑——亞硫酸鈉的影響，發(fā)現(xiàn)它沒(méi)有導(dǎo)致代謝綜合征。
CMC和P80導(dǎo)致的低度炎癥和代謝綜合征在無(wú)菌老鼠中沒(méi)有發(fā)生，說(shuō)明CMC和PS80是通過(guò)影響菌群的組成或者菌群代謝來(lái)發(fā)生作用的。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，CMC和PS80降低了小鼠糞便中短鏈脂肪酸的含量。而一些短鏈脂肪酸，比如丁酸，被認(rèn)為對(duì)于減緩發(fā)炎有著重要作用。此外，CMC和PS80也改變了膽汁酸的水平，而膽汁酸的水平也會(huì)影響菌群組成。
在無(wú)菌老鼠中，CMC和PS80沒(méi)有改變膽汁酸，沒(méi)有減少粘液厚度，也沒(méi)有改變上皮突起進(jìn)入粘液的深度，這意味著CMC和PS80的影響并非完全通過(guò)改變粘液結(jié)構(gòu)。這些現(xiàn)象說(shuō)明，CMC和PS80導(dǎo)致小鼠腸道上皮細(xì)胞上的粘液改變，至少有一部分是來(lái)自于對(duì)腸道菌組成的改變——當(dāng)然，也不能排除它們直接作用于宿主的可能。研究者還從喂食了CMC和PS80小鼠中移植了菌群到無(wú)菌小鼠體內(nèi)，結(jié)果無(wú)菌小鼠也出現(xiàn)了前面所描述的現(xiàn)象。這說(shuō)明，CMC和PS80導(dǎo)致的菌群變化，至少對(duì)于它們導(dǎo)致的發(fā)炎和代謝變化起到了推動(dòng)作用。
從科學(xué)角度，這是一項(xiàng)非常有意義的研究。腸道菌對(duì)健康的影響，還依然是一個(gè)充滿未知的領(lǐng)域。尤其是膳食因素如何影響腸道菌群，腸道菌群的改變又如何影響人體健康，人類還知之甚少。食品添加劑是現(xiàn)代食品中備受關(guān)注的方面，其安全性的評(píng)估是管理的核心。目前的評(píng)估通常是基于動(dòng)物試驗(yàn)，目標(biāo)是找出“不產(chǎn)生可見的不良影響”的最大劑量，然后除以一個(gè)安全系數(shù)作為安全標(biāo)準(zhǔn)。如何判斷“可見的不良影響”，會(huì)受到檢測(cè)目標(biāo)和檢測(cè)技術(shù)的限制。這項(xiàng)研究提供了一些以前沒(méi)有檢測(cè)的指標(biāo)，即對(duì)腸道菌群的影響，以及腸道菌的改變導(dǎo)致的其他影響——比如這項(xiàng)研究中的結(jié)腸炎和代謝綜合征。如果對(duì)這些指標(biāo)“不產(chǎn)生不良影響”的最大劑量比現(xiàn)在確定的劑量要低，那么就意味著這些添加劑的安全劑量需要作出相應(yīng)調(diào)整。也就是說(shuō)，這項(xiàng)研究的結(jié)果，有可能增加目前的食品成分安全評(píng)估的項(xiàng)目。
這篇論文的標(biāo)題《膳食乳化劑影響小鼠腸道菌促進(jìn)結(jié)腸炎和代謝綜合征》，多少有一些“標(biāo)題黨”。研究的內(nèi)容，并不足以對(duì)于“膳食乳化劑”這個(gè)大類作出判斷。研究中使用了CMC、P80和亞硫酸鈉，其中P80是典型的乳化劑，CMC具有乳化性能，但主要功能是增稠。CMC和P80顯示了對(duì)腸道菌的影響，而亞硫酸鈉沒(méi)有，但這不足推廣到“膳食乳化劑”影響腸道菌。
乳化劑的共同特征是“乳化”，除此之外CMC和P80的理化性能相差巨大。P80是小分子表面活性劑，而CMC是高分子聚合物。在食品工業(yè)中，具有營(yíng)養(yǎng)功能的卵磷脂和蛋白質(zhì)也是常見的乳化劑，它們與CMC和P80的理化性質(zhì)也相差巨大。如果要作出“膳食乳化劑影響小鼠腸道菌”的結(jié)論，那么還需要證明CMC和P80能夠代表各種乳化劑——這需要證明它們對(duì)腸道菌的影響是通過(guò)其“乳化”性能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而在這項(xiàng)研究中，只能說(shuō)明CMC和P80都能影響腸道菌，但沒(méi)有證據(jù)顯示其作用機(jī)制跟乳化有關(guān)。也就是說(shuō)，這種影響有可能只是這兩種物質(zhì)的特性，而跟“乳化”無(wú)關(guān)——如果這種可能成立，那么依據(jù)它們的影響把結(jié)論推廣到“乳化劑”，就不合理。
此外，物質(zhì)對(duì)健康的影響取決于攝入的總量，而非在食物中的含量。研究中依據(jù)FDA對(duì)于CMC和P80使用限量，采取了飲用水中1%的含量來(lái)進(jìn)行研究。在飲食中，水的攝入總量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于可能含有乳化劑的食物，這使得試驗(yàn)中小鼠攝入的CMC或者P80總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人們可能從飲食中攝取的量。比如，按照水中1%的P80來(lái)算，如果一個(gè)人每天喝1.5升水，那么攝入的P80量將是15克。而JECFA制定的P80的攝入限量是每天每公斤體重25毫克，對(duì)于一個(gè)60公斤的成人相當(dāng)于1.5克。這個(gè)量，相當(dāng)于研究中得到的“最小有害劑量”。當(dāng)然，從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)為人制定安全標(biāo)準(zhǔn)，還需要考慮到物種和個(gè)體的差異，從而需要使用安全系數(shù)來(lái)解決不確定性。這種不確定性有可能是人更敏感，或者更不敏感。
在這些食品添加劑的安全評(píng)估中，是否該把這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)納入考慮，或者如何納入考慮，有待于監(jiān)管部門的決策。對(duì)于公眾，可以關(guān)注，可以探討，但目前也沒(méi)有必要驚恐。畢竟，從食品中攝入的乳化劑劑量，還是要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于研究中所使用的劑量。（編輯 游識(shí)猷）
參考文獻(xiàn)
Chassaing, Benoit, et al. “Dietary emulsifiers impact the mouse gut microbiota promoting colitis and metabolic syndrome.” Nature 519.7541 （2015）： 92-96.
