综述：通过食物摄入的纳米颗粒对人类健康的风险评估——存在情况、暴露程度及其毒理学影响

《Science of The Total Environment》：Human health risk assessment of nanoparticles through food consumption — occurrence, exposure, and toxicological implications

纳米技术在农业食品系统中广泛应用，引发健康风险和监管挑战。主要纳米材料包括TiO?、Ag、ZnO及纳米塑料，通过有意添加、迁移或环境途径进入食品链。研究表明口服纳米材料可导致氧化应激、炎症、遗传毒性及肠道屏障损伤，风险评估需整合生物可及性测试、PBPK/PBTK模型及蒙特卡洛模拟。现有方法存在剂量指标不匹配、长期低剂量研究不足等问题，需建立统一的风险评估框架。

　　
纳米技术在农业与食品系统中的应用及潜在健康风险研究进展

（一）纳米材料在食品系统中的多维度应用
当前纳米技术已深度融入食品生产、加工和包装全链条。在肥料领域，铁、锌、铜等金属纳米颗粒通过增强作物营养吸收效率实现增产，其作用机制涉及土壤吸附与植物根系生物膜界面效应。值得关注的是，部分纳米肥料可能通过改变土壤微生物群落结构间接影响食品安全。杀虫剂领域则普遍采用银、铝、二氧化硅等纳米材料作为新型载体，其粒径优势可提升有效成分靶向性，但可能伴随表面活性剂残留问题。

食品包装领域的技术革新尤为显著。基于纳米金颗粒的抗菌包装膜可在保持食品新鲜度的同时抑制微生物增殖，其智能响应特性（如pH/温度敏感型包装）可精准控制气体渗透率。新兴的纳米传感器技术（如石墨烯气敏电极）在食品安全监测中展现巨大潜力，但需警惕纳米材料本身可能带来的迁移污染。

（二）健康风险特征与暴露途径分析
现有研究证实纳米颗粒暴露存在显著的剂量-效应非线性特征。动物实验表明，口服摄入1000mg/kg体重的TiO?纳米颗粒虽未引发急性毒性，但其表面羟基化作用产生的活性氧簇可导致肝细胞线粒体膜电位异常（Akagi et al., 2023）。更值得警惕的是，纳米级颗粒（<100nm）的穿透能力可引发多重器官系统损伤，包括血脑屏障通透性增加导致的神经毒性，以及肠道上皮细胞屏障完整性破坏引发的系统性炎症。

暴露途径呈现复杂网络特征：1） intentional暴露：通过食品添加剂（如TiO? E171）、营养强化剂（纳米钙、铁）等 intentional添加途径；2）迁移暴露：食品接触材料（如纳米涂层保鲜膜）在加工过程中释放的颗粒迁移；3）环境暴露：受工业排放影响的农田土壤中残留的纳米颗粒通过农作物富集进入食物链。

（三）风险评估方法论演进与现存挑战
现有风险评估框架已形成"暴露-效应"双路径并行的技术体系。外暴露评估主要采用Estimated Daily Intake（EDI）指标，通过食品成分数据库和纳米材料迁移模型计算人体摄入量。内暴露评估则依赖PBPK模型，结合体外溶解实验数据推算生物利用度。欧盟食品安全局（EFSA）2021年更新指南强调需建立纳米特异性风险评估矩阵，该矩阵需同时考虑颗粒形态（晶型、表面包覆）、分散状态（溶胶/凝胶）等17项关键表征参数。

方法论层面存在三大核心挑战：1）剂量计量单位混乱，当前研究同时采用质量浓度（mg/kg）、颗粒数浓度（n/cm3）和比表面积浓度（m2/g）三种体系，导致风险商数（HQ）等指标可比性不足；2）转化模型局限性，现有IVIVE模型在跨物种转化时误差率高达40%-60%；3）长期低剂量效应数据缺失，特别是针对儿童等敏感人群的生殖发育毒性研究仅占现有文献的7.2%。

（四）监管实践与标准建设现状
欧盟已率先实施E171（纳米二氧化钛）禁令，其决策依据源于三年持续跟踪研究发现的基因表达谱异常（p<0.01）和DNA链断裂事件。美国FDA则建立纳米材料分级管理制度，将监管重点从单一物质扩展到材料-矩阵相互作用体系。中国市场监管总局2023年发布《纳米材料标识和使用规范》，要求食品级纳米材料必须标注AFM表征数据及迁移率参数。

检测技术发展正在重塑监管范式：spICP-MS技术可将检测限提升至0.1ng/g，配合AF4-ICP-MS的粒径分离功能，实现纳米颗粒的精准溯源。欧盟新实施的EFSA 2025纳米材料分级认证制度，要求申报材料必须包含：1）完整的纳米形态生命周期图谱；2）基于材料表面能参数的迁移预测模型；3）多剂量组平行实验数据。

（五）未来研究方向与技术突破点
研究团队提出"四步进阶式"评估框架：1）建立纳米材料分类数据库（已收录189种食品相关纳米材料）；2）开发多尺度模拟平台（涵盖分子动力学-器官级建模）；3）构建动态暴露评估系统（整合供应链大数据）；4）设立纳米残留耐受阈值（NRT）。

技术突破方向包括：①开发基于机器学习的纳米毒性预测模型（当前准确率已达89.7%）；②建立标准化纳米表征协议（涵盖粒径分布、表面电荷、化学包覆等12项参数）；③研制智能响应型纳米载体（如pH敏感型脂质体包埋技术）。

该研究为纳米食品监管提供了重要技术路线图，特别建议：1）建立纳米材料生物利用度分级标准（建议按表面反应性指数分为Ⅰ-Ⅳ级）；2）制定动态暴露评估算法（推荐采用蒙特卡洛模拟结合贝叶斯网络）；3）设立纳米残留快速筛查技术（目标检测时间<2小时）。

（六）产业应用与风险平衡策略
在农业领域，纳米肥料需建立土壤-作物-人体暴露模型，特别关注纳米颗粒在作物根系微环境中的转化规律。食品包装行业应优先采用石墨烯/纤维素复合膜（迁移率降低83%），并开发包装材料自降解技术（半衰期<6个月）。

建议建立三级防控体系：初级防控（材料设计阶段）采用表面功能化技术（如SiO?包覆层使表面电荷稳定在±10mV）；中级防控（加工环节）引入超声波离散设备（功率密度<0.5W/cm2）；终级防控（消费端）推行纳米材料溯源二维码系统，实现从农田到餐桌的全程追踪。

该研究系统梳理了纳米材料在食品系统中的技术图谱与风险图谱，为制定纳米食品监管标准提供了科学依据。后续研究应重点关注纳米材料在肠道微生物组的富集机制，以及跨代际遗传毒性效应的长期追踪。