食品添加剂二氧化钛的应用与安全性研究

日前，美国消费者向加利福尼亚州法院针对玛氏公司提起诉讼，称其生产的彩虹糖中二氧化钛（E171）含量过高，起诉书显示，二氧化钛可导致人体DNA发生改变，还可对大脑等器官造成损伤，该事件迅速冲上热搜。

二氧化钛俗称钛白粉，是天然存在的氧化物，为一种白色固体或粉末状物质，主要有锐钛矿型、金红石型和板钛矿型三种晶体结构，其中锐钛矿型二氧化钛在食品行业中广泛使用。由于其性质稳定及增白效果较好，常被用作提高食品光泽度和白度的食品增白剂。

二氧化钛在食品领域的应用

二氧化钛在食品领域具有广泛的应用，食品添加剂和食品包装是其应用的两大重要方面。二氧化钛作为色素在食品行业的应用已有50余年的历史，用于食品的增白剂和增亮剂，特别是糖果、调味品和一些粉末状食品。

在我国，二氧化钛是合法的食品添加剂，GB2760-2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》规定二氧化钛允许在果酱、凉果类、话梅类、干制蔬菜（仅限脱水马铃薯）、油炸坚果与籽类、可可制品、巧克力及其制品等17类食品中作为着色剂使用，其他食品中则不得添加使用。

食品工业资料显示口香糖中二氧化钛含量最高（16000 mg/kg），其次是固体食品（12000 mg/kg）、加工坚果（7000 mg/kg）以及沙拉和三明治夹心（高达3000 mg/kg）。

在食品包装中，纳米二氧化钛（nano-TiO2）是一种常用的光催化抗菌剂，它可增强可溶性多糖生物复合材料的抗菌性，对紫外线有一定的抵抗能力，能避免食物在紫外线照射后加速氧化，防止食物营养成分丢失和食物腐烂变质等。

2014 年，国家卫生计生委通过第14 号公告批准二氧化钛为食品包装材料用添加剂新品种，产品名称为氟修饰氧化铝表面处理的二氧化钛，使用范围包括塑料、橡胶和粘合剂，最大使用量为25%。

二氧化钛的检测方法

GB5009.246-2016《食品安全国家标准食品中二氧化钛的测定》 对二氧化钛的测定方法做了规定。该标准中二氧化钛的测定方法有电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）和二安替比林甲烷比色法。

电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）是一种以等离子体为激发光源，根据特征谱线的强度确定样品中相应元素的含量的原子发射光谱分析方法，操作方便、快捷，在GB5009.246-2016中规定其为第一检测方法。该方法检出限低、灵敏度高，是一种广泛应用的方法。

二安替比林甲烷比色法是将样品消化后，在消化液中加入酸和显色剂，根据显色物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定量分析的方法。

比色法比较经典，但前处理过程除了使用酸体系消化，还要加入盐酸和显色剂等处理，操作复杂，操作重现性差，而且受基体干扰的影响，试验终点判断有偏差，易造成检测结果失真。有学者研究小麦粉及其制品中二氧化钛本底值，指出比色法无法消除干扰，容易引起对产品误判。

二氧化钛的安全性研究

国际癌症研究机构于2006年将二氧化钛（经吸入途径） 列为2B类致癌物，所以评价口服暴露纳米二氧化钛的毒性非常重要。人群暴露二氧化钛的途径主要有吸入、经口和皮肤暴露，其中食品领域中经口暴露为主要的暴露方式。E171是由微米颗粒和纳米颗粒（NPs）组成的混合物，含有高达43%的纳米二氧化钛（nano-TiO2）。

随着二氧化钛在食品行业的广泛应用，食品中的纳米颗粒对人体健康的影响引起了人们的极大关注。由于纳米颗粒可能对实验动物产生有害影响，人们对含有纳米颗粒的食品食用后不良影响的担忧有所上升。

将SD大鼠连续4周，隔日一次灌胃1000 mg/kg 的食品级二氧化钛，结果显示口服摄入食品级二氧化钛未造成大鼠小肠绒毛结构和肝、肾功能损伤。

研究E171 是否促进炎症性结肠癌发生和发展，对小鼠进行连续10周口服暴露E171（5mg/kg），结果显示 E171 可以加重炎症性结肠癌的发展，并且引起结肠上皮异常增生以及肿瘤标志物 COX2、Ki67和 β-catenin 表达增加和杯状细胞减少。

研究食品级纳米二氧化钛对小鼠内分泌系统的影响，采用0、64和320mg/kg 剂量连续灌胃14周，研究结果显示口服暴露纳米二氧化钛会引起炎症反应和蛋白磷酸化，表现为TNF-α和IL-6水平升高，肝脏JNK1和p38MAPK磷酸化水平升高，可引起体内 ROS 水平升高和小鼠胰岛素抵抗（IR）。

对Wistar 大鼠进行连续7d口服暴露E171（10 mg/kg）和饮用水口服暴露100d 两项实验，研究结果表明食品级二氧化钛暴露后明显降低派尔集合淋巴结中树突状细胞和调节性 T 细胞的含量，并且导致肠道和全身免疫反应失衡。

体外实验研究食品级二氧化钛对人类肠上皮细胞潜在毒性的机制，结果表明暴露于剂量为14.3 μg/cm（20.1 mg/ml）的食品级二氧化钛24 h 后，Caco-2细胞活力下降 27%。

进行食品级纳米二氧化钛对肠道屏障和吸收影响的研究，采用未分化的 Caco-2 细胞、分化的Caco-2 细胞和单层 Caco-2 细胞暴露200 μg/ml 的食品级纳米二氧化钛，结果显示经模拟液消化处理的纳米二氧化钛对未分化的 Caco-2 细胞生长有抑制作用，与未分化细胞相比，分化后的细胞对纳米二氧化钛的吸收能力明显降低。

还有一项进行食品级二氧化钛对人肺成纤维细胞（WI-38）的急性毒性研究，采用 50、200 μg/ml 食品级二氧化钛暴露24、48h，结果显示食品级二氧化钛暴露后，WI-38细胞以剂量和时间依赖的方式产生大量的ROS并导致线粒体膜受损和细胞周期的改变，并且炎症标志物 TNF 基因表达增加以及细胞应激相关基因 CYP1A 表达增加。

结语

纳米二氧化钛可以经口进入血液循环系统并且广泛参与多种生理代谢过程，其安全性得到了人们的广泛关注。目前大多数文献多集中在对工业级二氧化钛的毒性研究，对于食品级二氧化钛的风险性评价仍然比较缺乏，因此需要开展更多层面的相关研究。

不过，值得注意的是二氧化钛作为食品添加剂在糖果、巧克力和冰淇淋等食品中的广泛存在，使得儿童暴露食品级二氧化钛的风险性可能更大，由于儿童的生理原因，导致食品级二氧化钛进入机体可能产生与成人不同的生理过程，因此在今后的安全性评价中应充分考虑年龄因素。

参考资料：

[1] 李波平,陈文锐,刘青,奚星林,卢丽,陈少杰.食品中二氧化钛含量测定方法研究综述[J].食品工业,2022,43(05):234-236.

[2] 陈奇,闫峻,王玖,刘晓华,袭著革,郭长江.二氧化钛在食品领域的应用及安全性研究进展[J].环境与健康杂志,2019,36(10):938-940.DOI:10.16241/j.cnki.1001-5914.2019.10.023.

[3] 彩虹糖里的二氧化钛有多毒？https://mp.weixin.qq.com/s/yKiMz_NMXTvuMi0NfmPaQw

作者简介：

小泥沙，食品科技工作者，食品科学硕士，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品的开发与研究