人造柠檬酸引发炎症反应的潜在作用

柠檬酸天然存在于水果和蔬菜中。然而，广泛用作食品和饮料添加剂的不是天然存在的柠檬酸，而是人工制造的柠檬酸 (MCA)。自 1919 年以来，世界上大约 99% 的 MCA 生产是使用真菌黑曲霉进行的。黑曲霉是一种已知的过敏原。 FDA 将 MCA 归入 GRAS 类别，而没有进行任何研究来证实这一说法。 2016 年，生产了 230 万吨 MCA，主要在中国，约 70% 用作食品或饮料添加剂。没有进行科学研究来评估 MCA 在大量摄入和长期接触时的安全性。我们提供了四份病例报告，这些患者在摄入含有 MCA 的食物、饮料或维生素后，有显着和重复的炎症反应史，包括呼吸道症状、关节疼痛、肠易激症状、肌肉疼痛和神经衰弱。我们认为，摄入 MCA 可能会导致有害的炎症级联反应，根据他们的遗传易感性和易感性，在不同个体中表现不同，并且将 MCA 用作消费品中的添加剂需要进一步研究以证明其安全性。柠檬酸是一种弱有机单成分物质，分子式为 C 6H 8O 7，REACH 指定为 IUPAC 名称 2-羟基丙烷 1,2,3-三羧酸（图 1）。柠檬酸被列为很大比例的预制食品、饮料和药物的成分。普通消费者的印象是，预制食品、饮料和维生素的成分中列出的添加柠檬酸来自柠檬和酸橙等天然来源。然而，成分表具有误导性，因为添加的柠檬酸不是通过天然来源获得的。更准确的术语会将这种物质列为人造柠檬酸。人造柠檬酸 (MCA) 是一种无处不在的物质，也是世界上最常见的食品添加剂之一。世界上大约 99% 的 MCA 生产是通过微生物过程实现的，主要使用黑霉菌黑曲霉的突变菌株 [1]。自 1919 年以来，这种方法一直是生产 MCA 的行业标准，早在 FDA 参与评估食品添加剂之前。当 FDA 在 1958 年通过食品添加剂修正案时，国会将 1958 年之前使用的常见食品成分，包括 MCA 排除在食品添加剂的定义之外。尽管 FDA 研究了许多食品添加剂以确保它们在可接受的安全参数范围内，但由于在先前使用历史中缺乏证明的危害，某些添加剂被 FDA 授予 GRAS（通常认为是安全的）状态 [2, 3] .因此，MCA 被认为是 GRAS 并且没有经过任何 FDA 评估。 MCA 是当今最常用的添加剂之一，其应用范围从食品到非食品行业。据估计，70% 用于食品和饮料，20% 用于制药和化妆品行业，10% 用于清洁洗涤剂和柔软剂 [1]。在食品和饮料中，它被用作调味剂、防腐剂、酸化剂并提供 pH 值控制。加工食品行业、药品和化妆品的增长目前是全球柠檬酸市场快速增长的推动力。历史上，1784 年英国的威廉·舍勒 (William Scheele) 首次从意大利进口的柠檬汁中分离出柠檬酸[2]。随后，意大利控制了柠檬汁柠檬酸的工业化生产，并在接下来的 100 年中保持高价，1915-1916 年产量达到 17500 吨的高峰，此后因成本开始下降。 2 这导致世界各地试图寻找化学和微生物技术生产的替代品，包括通过糖发酵进行商业生产 [2]。柠檬酸最早于 1919 年在比利时使用 Cytromices 霉菌（现称为青霉菌）通过发酵工艺制造，但由于污染和发酵时间长，这种方法被放弃 [2]。 1917 年，美国食品化学家 James Currie 开始试验用霉菌制造柠檬酸的过程。 Currie 发现黑曲霉菌株通过使用低成本糖蜜作为原料的发酵过程提供高产量的柠檬酸 [4]。该系统非常具有成本效益并被迅速采用。辉瑞公司于 1919 年开始从黑曲霉生产柠檬酸，这种方法至今仍在世界各地使用，尤其是在中国。从柠檬和酸橙中提取的天然柠檬酸的分子式与 MCA 的分子式相同，C 6H 8O 7。但是，MCA 中可能存在来自黑曲霉的杂质或碎片是一个显着差异，可能会引发有害影响摄入时。我们进行了多次文献搜索，但未能找到任何评估长期或重复接触 MCA 的安全性的研究，MCA 在加工和预制食品、碳酸饮料、能量饮料、水果饮料、营养补充剂中无处不在，儿科和成人维生素、糖果、加工乳制品、普通零食、药品、化妆品、洗涤剂和清洁剂。在某些常见的能量饮料中，它是仅次于水的第二大成分。我们提供了四份病例报告的证据，表明摄入含有 MCA 的食物、饮料或补充剂可能会导致炎症增加，这在易感人群中会影响呼吸、胃肠、神经和肌肉骨骼系统。尽管 MCA 是一种非天然物质，并且是由黑曲霉生产的，但一直缺乏研究来确定其随着时间的推移重复暴露的安全性。据我们所知，这是第一份揭示与摄入 MCA 相关的潜在炎症反应的科学报告。我们有四份病例报告，这些患者表现出的症状包括：关节疼痛伴肿胀和僵硬、肌肉疼痛、呼吸困难、腹部绞痛和神经衰弱，通常在摄入含有 MCA 的食物、饮料或维生素后 2-12 小时内开始。根据症状的程度，它们会在摄入后 8-72 小时内消退。这些病例报告中的四个人在摄入天然形式的柠檬酸（如柠檬和酸橙）时均未出现此类症状。表 1 列出了 12 种常见食物和饮料，当这四个人食用这些食物和饮料时，这些食物和饮料会持续引起报告的症状。它还列出了在这些项目中发现的主要成分，在所有 12 个项目中发现的唯一成分是 MCA。第二个最常见的成分是糖，四个受试者中没有一个对糖敏感。除了最后一项之外，所有列出的食物和饮料都被前三个案例中描述的所有个人食用。由于制造商无需指定所列成分的确切数量，因此我们无法提供有关 MCA 摄入量的定量信息。但是，在美国，产品成分按数量递减的顺序列出。虽然我们无法测量受试者接触到的 MCA 的确切数量，但我们知道无糖汽水的剂量较高，其中 MCA 被列为仅次于水和橙汁的第三大成分，而在牧场风味的薯片中则较低。 MCA 被列为 25 种成分中的第 18 位。前三个病例中的受试者对较低和较高剂量的 MCA 都有反应。在第 4 种情况下，仅暴露于一种剂量一致的泡腾维生素。四个案例中的任何一个中的受试者最初都不知道他们正在接触 MCA，也不知道这可能有问题。后来在他们出现症状并检查了他们食用的食物和/或饮料后才发现。导致受试者反应的暴露通常仅限于每集一种食品或饮料。

案例 1 是一名 52 岁的白人女性，她有手术后甲状腺功能减退症的病史，使用 Synthroid 和 Cytomel 控制得很好，其他方面都很健康。她报告说，在摄入含有 MCA 的食物后 6-12 小时内，上肢和下肢出现严重的弥漫性关节和肌肉疼痛，并伴有相关的关节肿胀、腹胀和痉挛以及感觉虚弱。她的症状开始于她 30 多岁。由于不知道她症状的病因，她寻求风湿病学家、免疫学家和过敏症专家的咨询，但没有人找到解释。在五年的时间里，她因自身免疫性疾病、类风湿性关节炎、维生素缺乏症以及肾上腺和甲状腺失衡接受了广泛的检查，所有这些都是阴性的。由于她的症状使人衰弱，她试图从她的饮食中去除某些食物，如麸质、乳制品和酵母。然而，她的症状几乎没有改变。经过多年的反复试验，她注意到她的症状是在摄入某些预先准备好的食物后出现的，共同点是所列成分中存在柠檬酸。到 47 岁时，她开始避免所有含有 MCA 的食物，并注意到她的症状明显消失。随后，当她在食用预先准备好的食物或饮料后感到上述症状时，她会检查列出的成分，并总是发现在过去 12 小时内食用的食物中至少有一种含有 MCA。她的关节疼痛、腹部不适和虚弱的程度与给定时间摄入的 MCA 量直接相关。如果她吃了一顿含有 MCA 的食物并喝了一种 MCA 是主要成分之一的饮料，她的症状会比她食用一种 MCA 被列为次要成分的食物更严重，持续时间更长。成分。即使是预先准备的不含除 MCA 之外的所有添加剂的有机食品也会引发她的症状。案例 2 是一名 68 岁的非常健康的白人男性，患有过敏性哮喘，之前用泼尼松治疗过，由于长期接触泼尼松，成人发病艾迪生病。他报告说，在摄入含有成分中列出的柠檬酸的预制食物或饮料后 12 小时内，出现了三联征症状，包括呼吸困难、明显虚弱和僵硬并伴有假膝水肿。他的症状会在 36-48 小时内消失。 68 岁的他拥有非常积极的生活方式，包括要求苛刻的职业、重要的旅行和健康的锻炼计划。在 36 岁时，他患上了 ABPA（过敏性支气管肺曲霉病），这种病在他的右上肺叶中仅留下一小块纤维化区域。这通常没有任何影响，即使参加重型运动也是如此。他在 67 岁时成功接受了左膝全置换术。他与摄入含有 MCA 的食物或饮料有关的症状涉及他相对受损的系统，包括他的肺和康复的假膝，以及整体的虚弱感。他描述他的衰弱不是困倦，而是类似于慢性疲劳综合症患者报告的衰弱。他吃有机纯素饮食，不吃含有防腐剂的食物，以改善他的整体健康状况。他指出，无意中摄入含有任何量 MCA 的预先准备好的食物会导致他的症状复发，其严重程度与食用含有 MCA 的食物或饮料的量有关。在他最初发现 MCA 与他的症状相关的那一周里，他一直在喝两种非常常见的能量饮料。他回忆起他的假肢膝盖周围肿胀得更厉害，感觉很疲惫，没有精力充沛。他喝的能量饮料越多，他的感觉就越糟。检查标签后，他发现这两种能量饮料将 MCA 列为仅次于水的第二大成分。与案例 1 中的患者相似，他指出，摄入不含除 MCA 以外的所有添加剂的预制有机食品也会引发他的三联征。病例 3 是一名 75 岁的白人女性，有心房颤动、甲状腺功能减退症和不宁腿综合征 (RLS) 病史。她因心房颤动服用地高辛和 Xeralto，服用 Synthroid 时甲状腺功能正常。她的 RLS 在 Mirapex 上得到了很好的控制。在 73 岁时，她报告了严重的弥漫性上肢和下肢关节和肌肉疼痛以及相关肿胀的长期病史。与病例 1 中的患者相似，她接受了自身免疫性疾病、类风湿性关节炎、维生素缺乏症和血清金属水平的广泛检查，所有这些检查结果均为阴性。由于她的症状严重且缺乏有效的医疗干预，她开始了漫长的消除食物的过程。这包括继续健康的素食，但取消所有加工和预制食品。在用新鲜的有机食材准备食物时，她的症状改善到几乎可以忽略不计的程度。随着时间的推移，当她开始在饮食中加入很少预先准备好的食物时，她开始出现弥漫性严重关节和肌肉疼痛和肿胀的症状。她的饮食中预先准备的食物包括新鲜烹制的有机食品，添加了最少的添加剂。通过慢慢消除各种预先准备好的食物的过程，她能够将有问题的食物识别为成分中含有柠檬酸的食物。她的症状会在暴露后 6 小时内开始，并在暴露后 72 小时内消退。也与案例 1 类似，当她在食用预先准备好的食物或饮料后感到上述症状时，她会检查列出的成分，并总是发现在过去 6-12 小时内食用的食物中至少有一种含有 MCA。与病例 1 和病例 2 中的患者相似，她在摄入含有 MCA 的食物后症状的严重程度与摄入量直接相关。案例 4 是一名 43 岁的印度妇女，没有任何既往病史，除了在 39 岁时接受体外受精并成功足月怀孕。她没有服用任何药物，也没有过敏。她是一个非常注重健康的素食主义者，只吃生食，并在家里用新鲜的食材烹制所有食物。从 41 岁到 42 岁，她开始定期（不是每天）服用泡腾形式的维生素 C（抗坏血酸）片。在那两年期间，她出现了严重的虚弱和精神疲劳。她对这些症状的医学检查呈阴性。她的症状限制了她作为医生执行日常专业任务的能力。与其他三个病例不同，她的症状会在饮用泡腾维生素 C 后两小时内出现，并在 8-12 小时内消退。由于她没有服用任何其他药物或补充剂，她能够确定她的症状仅限于服用泡腾维生素 C 的那几天，并决定停止服用补充剂。停药后不久，她的虚弱和精神疲劳症状就消失了。几周后，她选择尝试不同品牌的维生素 C 药片。与泡腾形式相比，两种制剂之间的唯一区别是丸剂形式中不存在MCA。服用不含 MCA 的新型维生素 C 药丸后，她没有出现任何精神疲劳或虚弱的症状。她无法提供有关食物中 MCA 的任何信息，因为她食用的是生食，并且没有食用可能含有添加剂的预先准备好的食物。

1729 年，意大利牧师和生物学家皮埃尔·安东尼奥·米凯利 (Pier Antonio Micheli) 首次描述并命名了曲霉。他在显微镜下研究了这种真菌，注意到它具有曲霉（洒水器）的形状，并据此命名了该属。 5 黑曲霉是一种无性腐生真菌，非常耐热，可以在冰冻条件和非常炎热的天气中茁壮成长 [5]。它在称为分生孢子的无性结构上产生孢子。曲霉属包括数百种真菌 [6]，其中 16 种已知对人类有害，会引起过敏、感染和疾病。已知影响人类的三种最常见物种是烟曲霉、黄曲霉和黑曲霉 [7]。由于曲霉病在美国不是可报告的感染，因此很难确定确切的病例数。较温和的过敏性曲霉病被认为比侵袭性感染更常见 [7]。此外，曲霉病的潜伏期尚不清楚，似乎因曲霉的负荷和个体的免疫反应而异[7]。黑曲霉是自然界中含量最丰富的曲霉属物种之一，因为它可以在多种物质上生长，即使在可用营养素很少的环境中[7]，虽然黑曲霉不像其他曲霉属物种那样致命，但它可以引起疾病和过敏反应。黑曲霉被认为对免疫系统较弱的人或对真菌敏感的人非常有害。大多数人可以处理吸入适量的黑曲霉孢子。那些患有白血病、艾滋病、免疫抑制（移植患者）、严重的真菌过敏和其他免疫缺陷的人可能会因摄入孢子而生病[7]。对真菌非常过敏的人的过敏反应可能很严重。吸入时，黑曲霉会引起过敏反应，例如哮喘和过敏性肺泡炎。它已成为世界某些地区（例如伊朗）哮喘的重要原因 [8]。它也是耳真菌病 [9]、皮肤感染 [10]、肺炎 [11] 和侵袭性肺曲霉病 [12] 的原因。黑曲霉引发炎症反应的能力不仅限于活孢子。 A. niger 在 68 °C 下被杀死 4 小时以确保孢子被破坏已被证明会引发免疫反应，并产生可测量的促炎细胞因子 IL-6 [13]。因此，被杀死的黑曲霉残余片段仍可引发炎症反应。黑曲霉含有多种毒素，有些是无害的，有些则对某些人有害。它所含的主要毒素是赭曲霉毒素 A (OTA) 和malformin C。OTA 是一种已知的致癌真菌毒素，对动物具有肾毒性和免疫毒性潜力 [14]。如果个人摄入被 OTA 污染的食物，例如葡萄酒、啤酒、咖啡、葡萄干、猪肉、家禽、乳制品、香料和可可，他们就有接触 OTA 的风险[14]。 OTA 的毒性被认为是非常严重的，它是食品中监测的 20 种霉菌毒素之一 [15, 16]。暴露于 OTA 的动物会产生 DNA 加合物，这是 DNA 的共价修饰。这被认为会干扰 DNA 修复系统和细胞周期控制，并可能作为致癌作用的起始点 [14]。尽管它对发病机制有贡献，但黑曲霉在食品工业中被广泛用于生产柠檬酸和葡萄糖酸，以及许多酶，如α-淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶、纤维素酶、乳糖酶、转化酶、果胶酶和酸性蛋白酶 [5] ]。在过去的几十年里，黑曲霉进行了重大的遗传修饰，以增加 MCA 的产生并减少不需要的副产物的产生，从而导致这种霉菌的基因修饰突变变体。两种主要类型......