《Food Chemistry》：Solvothermal transformation of antibiotics and hidden toxic risks during food cooking
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•溶剂热处理会导致磺胺甲噁唑发生转化。•环境浓度下的产物具有更强的体外肾毒性。•油中的产物会引发氧化应激，并增强抗氧化途径的表达。•这些产物引发的氧化应激还会进一步导致脂质代谢紊乱。引言自1928年亚历山大·弗莱明发现青霉素以来，抗生素就被广泛用于治疗细菌感染（Browne等人，
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溶剂热处理会导致磺胺甲噁唑发生转化。
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环境浓度下的产物具有更强的体外肾毒性。
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油中的产物会引发氧化应激，并增强抗氧化途径的表达。
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这些产物引发的氧化应激还会进一步导致脂质代谢紊乱。
引言
自1928年亚历山大·弗莱明发现青霉素以来，抗生素就被广泛用于治疗细菌感染（Browne等人，2021）。然而，抗生素的过度且往往不当的使用，引发了对其对环境、生态以及人类健康危害的日益关注（Klein等人，2021；Shi等人，2020）。尽管在饮用水和食品中经常能检测到抗生素，但流行病学和毒理学研究表明，长期低剂量暴露可能导致抗生素耐药基因的产生，以及甲状腺功能异常如甲状腺肿和甲状腺功能减退、神经毒性，还有肝脏和肾脏损伤（Ma等人，2021；Paumelle等人，2021）。
在日常生活中，饮食摄入是接触抗生素的主要途径之一（Miao等人，2024）。在禽肉、牛肉、猪肉、鱼类、乳制品和鸡蛋中，已检测到多种抗生素残留，其浓度范围从0.1?μg/kg到47.1?mg/kg不等（Chen等人，2019；Mingle等人，2021；Yamaguchi等人，2015）。这些食物通常要经过溶剂热烹饪处理，也就是在溶剂（如水、油、酒精）存在下通过煮沸、蒸煮或油炸等方式对食物进行热处理，这种溶剂作为主要的反应介质。近期研究表明，溶剂热处理能够去除某些污染物，包括农药、抗生素耐药基因以及挥发性消毒副产物（Pan等人，2014；Wan等人，2022；Zhu等人，2025）。不过，溶剂热烹饪也可能使化学物质发生转化，形成复杂的转化产物。
这种化学转化是由于高温下加热介质的物理化学性质发生显著变化所致，比如扩散系数、粘度、介电常数以及离子积（pKw）都会改变，从而形成在动力学和热力学上都比常温更有利的反应环境。例如，水在高温下的自电离程度增强（25?°C时的解离常数为9.7?×?10?15，100?°C时上升为5.5?×?10?13），这使得水能够充当酸催化剂，促进诸如Nazarov环化反应的进行，其产率可高达96%（Zhao，2014）。同样，将水从25?°C加热到100?°C后，由于偶极-偶极相互作用减弱以及极性降低，其相对介电常数（εr）会从80.1降至55.7。这提升了有机化合物的溶解度，进而加速了[2σ?+?2σ?+?2π]环加成反应和环氧化物氨解反应等（Zuo & Qu，2014）。温度升高还会改变有机溶剂的化学反应性。例如，加热后的油类会通过单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸的自氧化作用产生活性氧物种（ROS）。在以油为介质的加热过程中，这些活性物种会改变生育酚、多环芳烃、氨基酸、固醇和类胡萝卜素等生物活性物质的性质（Wang等人，2020；Wiege等人，2020）。因此，有理由推测抗生素在烹饪过程中的溶剂热条件下也可能发生结构变化。其中一些溶剂热转化产物（STPs）的毒性可能与母体化合物相当，甚至更高。例如，苯基青霉素G本身毒性较低，但在动物源性食物经烹饪加热后会生成苯基青霉素酸。与母体化合物相比，这些STPs的体内毒性高出3.75倍，体外细胞毒性则高出2到55倍（Cui等人，2018）。同样，土霉素和头孢噻呋经热降解后会生成β-阿波土霉素和头孢噻呋醛，这两种物质的肝毒性和肾毒性都高于原来的抗生素（Nguyen等人，2015；Wen等人，2025；Zhang等人，2020）。然而，尽管磺胺类抗生素如磺胺甲噁唑在食品中频繁被检测到，且人类也广泛接触它们，但关于其溶剂热稳定性的研究却很少（Hanna等人，2018；Wang等人，2025；Yang等人，2023）。
为了评估烹饪过程中磺胺甲噁唑转化可能带来的健康风险，首先需要了解该物质的毒理学特性。动物实验研究积累的证据表明，磺胺甲噁唑本身具有潜在的肾毒性，而接触磺胺甲噁唑及其代谢物（如N4-乙酰磺胺甲噁唑和4-硝基磺胺甲噁唑）会通过增加活性氧的产生来引发氧化应激，进而导致多种生物体的细胞损伤、炎症反应和细胞凋亡（Park等人，2020；Zhang等人，2025）。针对水生生物的研究还表明，磺胺甲噁唑会抑制相关酶的活性，从而扰乱脂质代谢，导致果蝇和鱼类等物种出现脂质过度积累和脂肪沉积的情况（Lei等人，2023；Yu等人，2020）。但目前的大多数毒理学评估几乎都只关注母体化合物。至于在常规烹饪过程中是否会形成磺胺甲噁唑的STPs，以及这些产物是会减轻还是加剧与磺胺甲噁唑相关的肾毒性，目前仍不清楚。鉴于消费者不仅可能接触到磺胺甲噁唑残留，还可能接触到食品加工过程中产生的STPs，因此有必要评估这些STPs对肾脏功能的影响，并阐明其致毒机制。
本研究的目的在于：（i）确定在不同烹饪介质条件下形成的磺胺甲噁唑STPs；（ii）结合超高性能液相色谱-四极杆飞行时间串联质谱技术以及密度泛函理论计算，阐明这些产物的形成机制；（iii）评估它们对人类肾脏功能的生物学影响。具体而言，我们研究了在环境相关浓度下，由磺胺甲噁唑衍生的STPs是否会影响NRF2信号通路，并扰乱人类胚胎肾细胞中的脂质代谢。通过将化学和生物学层面的转化分析与机制性毒理学评估相结合，本研究为此前未被重视的、与膳食摄入抗生素残留及其烹饪过程中产生的转化产物相关的健康风险提供了新的见解。
章节要点
化学品与实验设置
本研究中使用的商业试剂和分析标准详见文本S1。实验系统中用作溶剂热介质的是食用烹饪油和去离子水，这一选择基于我们之前的研究（Zhu等人，2025）。初始的磺胺甲噁唑浓度设定为0.05、0.25和1.0?mg/L，这一数值是根据以往研究以及初步实验中报告的食品中的残留水平（0.01–3?mg/L）确定的（Mingle等人，2021；Stavroulaki等人，2022；Wang等人，2022）。
磺胺甲噁唑在热水中的溶剂热转化
磺胺甲噁唑在水中的保留时间为10.45?分钟，m/z值为254.0590（见图S1和表S1）。时间进程分析显示，对照组中的磺胺甲噁唑浓度没有明显变化，这说明在常温条件下（25?°C），磺胺甲噁唑具有很高的稳定性（见图1A）。在100?°C的沸腾条件下，磺胺甲噁唑仅发生了有限的转化。即使在较高的初始浓度下（250?μg/L时的稳定性为2.6%，1000?μg/L时为3.8%），以及长时间加热的情况下，它的稳定性依然保持不变。
结论
在本研究中，我们发现了在常见食品烹饪条件下，磺胺甲噁唑的STPs所带来的一种此前未被认识到的严重肾毒性风险。加热后的油类是一种反应性极高的介质，其中长链脂肪酸衍生的有机自由基会通过氧化、聚合以及脂肪酸取代等多种途径，几乎完全转化磺胺甲噁唑（转化率为99.7%），从而带来严重的毒理后果。细胞毒性试验表明，这些由油类产生的STPs会损害……
CRediT作者贡献说明
朱佳轩：撰写——初稿、方法学、研究实施、正式分析、数据整理。魏瑞：方法学、正式分析。裴书昭：撰写——审阅与编辑、验证、方法学。张锦娜：撰写——审阅与编辑、验证、正式分析。任楠奇：验证、监督、资源提供。游世杰：撰写——审阅与编辑、验证、监督、资源提供、资金获取、数据整理、概念构建。
未引用参考文献
Gaussian 16，Gaussian公司，2016年
美国环境保护局，2005年
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
本项目得到了中国国家自然科学基金的支持（项目编号：52325003，U25A20365）。
朱佳轩|魏瑞|裴书昭|张锦娜|任楠奇|游世杰
