從腸道菌群角度重新認識食品添加劑

任怡霖 劉慎夤 張展

食品添加劑是廣泛應用于食品中，為了改善其品質和色、香、味，或者為了防腐、保鮮等需要而加入食品中的物質，被譽為現代食品加工制造業的靈魂。按照來源可分為天然食品添加劑和人工合成食品添加劑。根據我國《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》（GB 2760—2014）（簡稱《食品安全標準》），食品添加劑可分為22類，如乳化劑、甜味劑、著色劑、抗結塊劑等。隨著消費者對于食品營養及質量的追求，加工食品的地位逐漸攀升，食品添加劑的需求量也在不斷增加。全球食品添加劑市場的總產值從1988年的150億美元增加到2000年的160億美元；我國的食品添加劑產量也迅猛增加，2021年1—7月的產量為632.6萬噸，同比增長10.44%。

食品添加劑的安全問題

在現實生活中，人們往往將食品添加劑和非法添加物混為一談。2006年的“蘇丹紅”紅心鴨蛋事件以及2008年的“三聚氰胺”毒奶粉事件使得人們對食品添加劑產生誤解，其實“蘇丹紅”和“三聚氰胺”都是非法化學添加物，而非食品添加劑。這些事件誤導了公眾對食品添加劑的認知，甚至很多人認為“天然的食品添加劑比人工合成添加劑更為健康”。其實，《食品安全標準》中明確規定了食品添加劑的允許使用品種、使用范圍以及最大使用量或殘留量，按照其規定劑量標準合理使用食品添加劑并不會造成食品安全隱患。而即使是天然食品添加劑，如果超量使用，同樣也可能對人體健康造成一定的威脅[1]。

盡管美國食品藥品監督管理局認為食品添加劑是相對安全的，但是許多食品添加劑對人體具有潛在的健康威脅。例如，無熱量人工甜味劑是世界上使用最廣泛的食品添加劑之一，被廣泛添加于甜食、酸奶和飲料之中。然而，流行病學調查和動物實驗結果表明，長期攝入阿巴斯甜、糖精、三氯蔗糖等無熱量的人造甜味劑可影響機體的激素水平，導致實驗動物和健康志愿者葡萄糖耐量受損（空腹血糖調節受損）；還能改變子代大腦中獎賞基因的表達，加劇后代青少年時期的肥胖、糖耐量受損[2]。此外，多種食品添加劑復配使用后可能具有協同效應或者拮抗作用，也給食品安全帶來諸多不確定性。

食品添加劑影響腸道菌群的結構和功能

人體腸道寄居著約100萬億種微生物，其中大部分是細菌，但也有病毒、真菌和原生動物。它們編碼300多萬個基因，大約是人類基因數量的100倍，能產生數千種代謝產物，參與機體代謝、免疫等多個生物學過程 [4]。通常情況下，不同種類的腸道菌群及其與宿主之間始終處于動態平衡，但輻射、膳食、藥物、壓力、環境化學物等因素可以擾亂腸道菌群的結構和功能，進而危害機體健康。

乳化劑是一類表面活性劑，是食品工業中用量最多的食品添加劑之一。它可顯著降低油水兩相界面張力，使互不相溶的油（疏水性物質）和水（親水性物質）形成穩定的乳濁液，除此之外，還具有消泡、增稠、潤滑等作用。常用的膳食乳化劑根據來源主要分為兩類：一類是天然產物，如卵磷脂等；另一類是人工合成的產物，如羧甲基纖維素、山梨醇酐單硬脂酸酯、硬脂酸甘油酯和聚山梨酯80等。

然而，長期攝入羧甲基纖維素、卡拉膠等乳化劑不僅會顯著降低腸道菌群的多樣性及腸道益生菌（例如阿克曼氏菌）的豐度，還會顯著降低短鏈脂肪酸和游離氨基酸等代謝產物的濃度，進而導致代謝綜合征、腸道炎癥，甚至腸道腫瘤的發生[5]。另有研究者發現，羧甲基纖維素和聚山梨酯80等乳化劑的攝入不僅會對腸道菌群、代謝組和腸道屏障造成損傷，增加慢性炎癥疾病風險，還可能導致焦慮行為的增加，以及社交行為的減少。

甜味劑，顧名思義，就是給食品增加甜味的一種物質。功能性高倍甜味劑安全性高，用量少，甜度高，使用成本一般遠低于蔗糖。我國允許使用的甜味劑分為兩大類：一類為化學合成品，如糖精、甜蜜素、安賽蜜；另一類為天然產物，如甜葉菊苷、甘草、麥芽糖醇等。

三氯蔗糖，俗稱蔗糖素，是一種高倍甜味劑。長期攝入會改變人體腸道菌群的組成，如增加梭狀芽孢桿菌的豐度，同時大大抑制了雙歧桿菌、乳桿菌和類桿菌等有益菌的豐度。研究者將三氯蔗糖處理后的小鼠糞便培養物移植到無菌小鼠體內后，發現實驗動物會出現葡萄糖耐量受損，說明三氯蔗糖可影響腸道菌群的結構和功能，進而導致代謝綜合征[6]。另有研究者發現，孕期大鼠攝入低劑量阿巴斯甜和甜葉菊等甜味劑后，會顯著擾亂其體內糖脂代謝和腸道菌群，并影響子代大鼠的進食偏好，從而重塑其子代腸道菌群結構。

抗結塊劑是用于防止顆?；蚍蹱钍称肪奂Y塊，保持其松散或自由流動的物質。常見的抗結劑包括亞鐵氰化鉀、硅酸鈣、硅鋁酸鈉、磷酸三鈣、二氧化硅、硬脂酸鎂等。研究發現，二氧化鈦、二氧化硅等抗結塊劑的攝入也會影響腸道菌群的穩態，如改變厚壁菌門/擬桿菌門細菌的比例，降低乳酸桿菌的豐度，增加變形桿菌的豐度，進而破壞腸道屏障與黏膜免疫功能。

此外，自然、柔和、令人賞心悅目的顏色可以激起人們的食欲， 增加消費者的購買欲望，因此常在食品中加入著色劑。按來源，可將著色劑分為人工合成著色劑和天然著色劑；按結構，人工合成著色劑又可分為偶氮類、氧蒽類和二苯甲烷類等。檸檬黃是一種偶氮類著色劑，安全性相對較高。但研究發現，檸檬黃也可使腸道中玫瑰單胞菌、芽孢桿菌等益生菌的豐度顯著降低，并減少短鏈脂肪酸的含量，誘發氧化應激，增加促炎因子的表達，進而誘發腸道炎癥反應。

腸道菌群介導食品添加劑的代謝

腸道菌群作為一個復雜的微生態系統，時刻影響著宿主的健康狀況。越來越多的證據顯示，腸道菌群也會參與機體對食品添加劑的代謝，進而影響食品添加劑對機體的作用。其中，腸道菌群—三甲胺—氧化三甲胺代謝途徑與心血管疾病的相關性研究是最典型的例子。

磷脂酰膽堿是一種天然乳化劑，可在脂肪酶的作用下形成多種代謝產物。當攝入的這類食品添加劑到達盲腸和大腸后，腸道中的部分菌群產生的膽堿三甲胺裂解酶可將膽堿代謝為三甲胺；而后三甲胺經腸壁進入血液循環到達肝臟，被肝臟中的黃素單加氧酶迅速氧化為氧化三甲胺，進而可以增加巨噬細胞中膽固醇的積累、動脈壁中泡沫細胞（吞噬了脂質的單核細胞或組織細胞）的積累和動脈粥樣硬化，從而增加心臟病、中風和死亡的風險[7]。

此外，奶茶、雪糕和飲料中常添加偶氮著色劑，如誘惑紅和日落黃等。研究發現，某些腸道微生物，例如卵形擬桿菌和糞腸球菌等可產生偶氮還原酶，將這些偶氮著色劑代謝為1-氨基-2-萘酚-6-磺酸鈉鹽，而該代謝物近期被證明可誘導結腸炎的發生。

合理開發使用食品添加劑、保證食品安全，已成為全民關注的熱點問題。許多食品添加劑可擾亂腸道菌群的結構和功能，進而影響機體健康；而腸道菌群也可介導食品添加劑的代謝進而影響其健康效應。因此，在食品添加劑的危害識別、風險評估過程中，需要聚焦腸健康，探討腸道菌群在其中的關鍵作用，其參與的生理病理過程將逐漸成為新型食品添加劑開發及其安全性研究的重要陣地。

[本文相關研究得到江蘇省自然科學基金（BK2020 1354）和江蘇高校優勢學科（公共衛生與預防醫學）建設工程三期項目（PAPD，2014）的資助。]

[1]Il A， Yjp B， Min J， et al. Associations of urinary concentrations of phthalate metabolites， bisphenol A， and parabens with obesity and diabetes mellitus in a Korean adult population： Korean National Environmental Health Survey （KoNEHS） 2015-2017. Environment International， 2021， 146： 106227.

[2]Nettleton J E， Cho N A， Klancic T， et al. Maternal low-dose aspartame and stevia consumption with an obesogenic diet alters metabolism， gut microbiota and mesolimbic reward system in rat dams and their offspring. Gut， 2020， 69 （10）： 1807-1817.

[3]Chassaing B， Koren O， Goodrich J K. Dietary emulsifiers impact the mouse gut microbiota promoting colitis and metabolic syndrome. Nature， 2015， 519 （7541）： 92-96.

[4]Fan Y， Pedersen O. Gut microbiota in human metabolic health and disease. Nature Reviews Microbiology， 2021， 19 （1）： 55-71.

[5]Chassaing B， Compher C， Bonhomme B， et al. Randomized controlled-feeding study of dietary emulsifier carboxymethylcellulose reveals detrimental impacts on the gut microbiota and metabolome. Gastroenterology， 2022， 162（3）： 743-756.

[6]Suez J， Korem T， Zeevi D， et al. Artificial sweeteners induce glucose intolerance by altering the gut microbiota. Nature， 2014， 514 （7521）： 181-186.

[7]Tang W H， Wang Z， Levison B S， et al. Intestinal microbial metabolism of phosphatidylcholine and cardiovascular risk. New England Journal of Medicine， 2013， 368 （17）： 1575-1584.

[8]He Z， Chen L， Catalan-Dibene J， et al. Food colorants metabolized by commensal bacteria promote colitis in mice with dysregulated expression of interleukin-23. Cell Metabolism， 2021， 33 （7）： 1358-1371.

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