化学与粮食、食品安全

L/O/G/O化学与粮食、食品安全化学与粮食、食品安全周志强周志强 中国农业大学理学院中国农业大学理学院E-mail：Tel/Fax:010-62733547L o g o（一）（一）化学与化肥化学与化肥（二）（二）化学与农药化学与农药（三）（三）化学与食品添加剂化学与食品添加剂（四）（四）化学与食品安全化学与食品安全内容概要内容概要L o g o|农作物需要的元素：农作物需要的元素：N、P、K、C、H、O、Ca、Mg、S、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Fe、Cl及稀土元素。及稀土元素。一、化学与化肥一、化学与化肥L o g o|1828年，德国化学家维勒（年，德国化学家维勒（Friedrich Whler）首次用氰）首次用氰酸钾与硫酸铵意外地合成了尿素，酸钾与硫酸铵意外地合成了尿素，50年后才作为化肥投年后才作为化肥投放市场。放市场。|1838年，英国人劳斯（年，英国人劳斯（L.B.Ross）用硫酸处理磷矿石制）用硫酸处理磷矿石制成磷肥，成为世界上第一种化学肥料。成磷肥，成为世界上第一种化学肥料。一、化学与化肥一、化学与化肥L o g o|18401840年，德国化学家李比希（年，德国化学家李比希（J.von Liebig）出版了）出版了化学化学在农业及生理学上的应用在农业及生理学上的应用一书，指出植物生长必须有可溶一书，指出植物生长必须有可溶解的氮磷钾等元素，这些元素不可替代。解的氮磷钾等元素，这些元素不可替代。一、化学与化肥一、化学与化肥L o g o|18501850年李比希发明了钾肥。当时碳酸钾是容易获得的钾年李比希发明了钾肥。当时碳酸钾是容易获得的钾盐，但易随水流失造成浪费。李比希把粉碎的碳酸钾与盐，但易随水流失造成浪费。李比希把粉碎的碳酸钾与碳酸钠混合后熔融，获得了很好的钾肥。碳酸钠混合后熔融，获得了很好的钾肥。|骨粉中的磷酸钙无法被植物吸收，李比希用硫酸处理后骨粉中的磷酸钙无法被植物吸收，李比希用硫酸处理后获得了可溶性的酸式磷酸钙。获得了可溶性的酸式磷酸钙。一、化学与化肥一、化学与化肥L o g o|天然肥料远远不能满足农作物对氮的需要。空气中含有天然肥料远远不能满足农作物对氮的需要。空气中含有78%的氮气却不能被植物吸收。的氮气却不能被植物吸收。|利用氮、氢为原料合成氨是非常困难的，从实验室研制到利用氮、氢为原料合成氨是非常困难的，从实验室研制到工业化投产，经历了工业化投产，经历了150年的时间。年的时间。|19世纪下半叶，物理化学的进展使人们认识到由氮、氢合世纪下半叶，物理化学的进展使人们认识到由氮、氢合成氨的反应是可逆的，增加压力将使反应推向生成氨的方成氨的反应是可逆的，增加压力将使反应推向生成氨的方向：提高温度会将反应移向相反的方向，然而温度过低又向：提高温度会将反应移向相反的方向，然而温度过低又使反应速度过小；催化剂对反应有重要影响。使反应速度过小；催化剂对反应有重要影响。一、化学与化肥一、化学与化肥L o g o|1909年，德国化学家哈伯（年，德国化学家哈伯（Haber,Fritz）成功地设计了合）成功地设计了合成氨工艺，这就是在成氨工艺，这就是在600的高温、的高温、200个大气压和锇为催个大气压和锇为催化剂的条件下，能得到产率约为化剂的条件下，能得到产率约为8的合成氨。循环工艺可的合成氨。循环工艺可大大提高产能。大大提高产能。一、化学与化肥一、化学与化肥|1918年诺贝尔化学奖授予哈伯。年诺贝尔化学奖授予哈伯。授奖引起了很大的非议授奖引起了很大的非议。L o g o|2010年，我国化肥产量超过年，我国化肥产量超过6400万吨，化肥万吨，化肥使用量为使用量为5460万吨。万吨。|主要品种：复合肥、生物肥、有机肥、控释主要品种：复合肥、生物肥、有机肥、控释肥、营养肥等。肥、营养肥等。|FAO统计，化肥在对农作物增产的总份额中统计，化肥在对农作物增产的总份额中约占约占40%-60%。一、化学与化肥一、化学与化肥L o g o二、化学与农药二、化学与农药|农药（农药（Pesticides）：防治农、林、牧业生产中有）：防治农、林、牧业生产中有害生物和调节植物生长的化学及生物制品。害生物和调节植物生长的化学及生物制品。|注册的农药化合物大约注册的农药化合物大约2800种，商业化种，商业化1300种，常种，常用大约用大约500种。种。L o g |农药分类：农药分类：杀虫剂：杀虫剂：有机磷、有机氯、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯等。有机磷、有机氯、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯等。杀菌剂：杀菌剂：有机硫、唑类、取代苯、抗菌素类等。有机硫、唑类、取代苯、抗菌素类等。除草剂：除草剂：苯氧羧酸、磺酰脲、酰胺、二苯醚等。苯氧羧酸、磺酰脲、酰胺、二苯醚等。杀鼠剂杀鼠剂 植物生长调节剂植物生长调节剂二、化学与农药二、化学与农药L o g o|20世纪世纪40年代以前，人类主要利用天然植物及无年代以前，人类主要利用天然植物及无机化合物杀灭害虫，效果很差。机化合物杀灭害虫，效果很差。|上世纪上世纪40年代初，以年代初，以DDT、六六六为代表的有机、六六六为代表的有机氯杀虫剂的应用，开创了化学农药使用的先河。氯杀虫剂的应用，开创了化学农药使用的先河。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|1874年，德国人蔡德勒年，德国人蔡德勒(Zeidler)首次合成了首次合成了DDT。|滴滴涕滴滴涕(DichloroDiphenylTrichloroethane)，DDT。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|19391939年，瑞士化学家米勒年，瑞士化学家米勒(Paul Hermann Muller)发现发现了了DDTDDT的杀虫功效的杀虫功效 ，并于，并于19421942年推出了两种以年推出了两种以DDTDDT为为有效成分的杀虫剂有效成分的杀虫剂 。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|一次世界大战中，斑疹伤寒造成了数百万人的死亡。一次世界大战中，斑疹伤寒造成了数百万人的死亡。|1944年，二次大战将要结束时，盟军中也出现了斑疹伤寒。年，二次大战将要结束时，盟军中也出现了斑疹伤寒。|1812年，斑疹伤寒使进攻沙俄的拿破仑年，斑疹伤寒使进攻沙俄的拿破仑60万大军剩下万大军剩下3万人。万人。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|为了应对斑疹伤寒，人们开始使用刚刚上市不久为了应对斑疹伤寒，人们开始使用刚刚上市不久的杀虫剂的杀虫剂DDT。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|蚊虫叮咬导致的疟疾、登革热、脑炎传播，每年蚊虫叮咬导致的疟疾、登革热、脑炎传播，每年造成数百万人的死亡。造成数百万人的死亡。|效果出乎所有人的预料。效果出乎所有人的预料。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|DDT的出现使得农作物的害虫得到有效杀灭，农的出现使得农作物的害虫得到有效杀灭，农作物产量大幅提升。作物产量大幅提升。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|DDT作用的发现者米勒因此荣获了作用的发现者米勒因此荣获了1948年的诺贝尔年的诺贝尔生理学或医学奖生理学或医学奖。|1965年，美国科学院的研究报告称，年，美国科学院的研究报告称，20年中，年中，DDT至少拯救了至少拯救了5亿人的生命。亿人的生命。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|当时认为当时认为DDT对人类是非常安全的，所以被大量对人类是非常安全的，所以被大量无节制的滥用了。无节制的滥用了。|使用了使用了13.5亿吨。亿吨。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|1962年，卡尔逊年，卡尔逊(Rachel Carson)寂静的春天寂静的春天。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|1973年，美国禁用年，美国禁用DDT。|1983年，中国禁用年，中国禁用DDT。|疟疾卷土重来，每年死亡一百万人，绝大多数是儿疟疾卷土重来，每年死亡一百万人，绝大多数是儿童，平均童，平均30秒死亡一名。秒死亡一名。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|2000年年7月，英美著名科学家联名在月，英美著名科学家联名在自然自然杂志杂志的药物学分刊上发文，呼吁在非洲南部重新使用的药物学分刊上发文，呼吁在非洲南部重新使用DDT。|文中语：疟疾造成的死亡，相当于每天有文中语：疟疾造成的死亡，相当于每天有7架坐满架坐满儿童的波音儿童的波音747失事。失事。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|2006年年9月，月，WHO公开号召非洲重新使用公开号召非洲重新使用DDT。|DDT的重新使用，使非洲的疟疾得到了有效的控制。的重新使用，使非洲的疟疾得到了有效的控制。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|18451852年，爱尔兰大饥荒。当时爱尔兰人主年，爱尔兰大饥荒。当时爱尔兰人主要的粮食来源是马铃薯，马铃薯晚疫病导致马铃要的粮食来源是马铃薯，马铃薯晚疫病导致马铃薯几近绝收。饥饿导致一百多万爱尔兰人死于饥薯几近绝收。饥饿导致一百多万爱尔兰人死于饥荒，两百多万人流落他乡。荒，两百多万人流落他乡。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|1880年，法国波尔多年，法国波尔多 地区葡萄霜霉病。霜霉病地区葡萄霜霉病。霜霉病在法国波尔多地区大流行，导致法国葡萄种植在法国波尔多地区大流行，导致法国葡萄种植业以及葡萄酒酿造业濒临崩溃。业以及葡萄酒酿造业濒临崩溃。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|1942年，印度的孟加拉邦水稻胡麻斑病，导致年，印度的孟加拉邦水稻胡麻斑病，导致孟加拉饥荒，饿死孟加拉饥荒，饿死200万人。万人。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|1996年玉米弯孢菌叶斑病在中国辽宁流行，绝收年玉米弯孢菌叶斑病在中国辽宁流行，绝收25万亩，损失万亩，损失 2.5 亿公斤。亿公斤。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|蝗蝗灾灾：1949年年以以前前，我我国国历历史史上上发发生生过过数数百百次次蝗蝗灾灾造造成成粮粮草草皆皆光光，遍遍地地饥饥荒荒。1985年年，天天津津、河河北北的的蝗蝗灾灾；1995年年-1998年年，黄黄淮淮海海的的蝗蝗灾灾；1995年年，哈哈萨克斯坦的蝗灾；萨克斯坦的蝗灾；2011年，山东、湖南的蝗灾。年，山东、湖南的蝗灾。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|相关研究表明：相关研究表明：如如果果停停止止使使用用农农药药，水水果果减减产产70%、蔬蔬菜菜减减产产50%、谷谷物物减减产产30%、马马铃铃薯薯减减产产40%、甜甜菜菜减产减产60%。二、化学与农药二、化学与农药L o g o|没有食品添加剂，就没有现代食品工业。没有食品添加剂，就没有现代食品工业。|种类：防腐剂、甜味剂、香料、着色剂、增稠剂种类：防腐剂、甜味剂、香料、着色剂、增稠剂和稳定剂、营养强化剂、抗氧化剂、膨松剂、酸和稳定剂、营养强化剂、抗氧化剂、膨松剂、酸味剂、味剂、增白剂。增白剂。|我国直接使用的食品添加剂我国直接使用的食品添加剂1500多种；美国有多种；美国有2300种以上；日本约种以上；日本约1100种；欧盟有种；欧盟有1500种。种。三、化学与食品添加剂三、化学与食品添加剂L o g o|防腐剂：常用的有苯甲酸钠、山梨酸钾、亚硝酸钠等防腐剂：常用的有苯甲酸钠、山梨酸钾、亚硝酸钠等。三、化学与食品添加剂三、化学与食品添加剂|0-4C保鲜膜包装的熟肉，第保鲜膜包装的熟肉，第1天细菌约天细菌约2000个每克，第个每克，第5天约天约10万个每克，而且后期增速惊人。万个每克，而且后期增速惊人。L o g o|甜味剂：糖精钠、甜蜜素等。目的是增加甜味感。甜味剂：糖精钠、甜蜜素等。目的是增加甜味感。三、化学与食品添加剂三、化学与食品添加剂L o g o|着色剂：一般常用的合成色素有胭脂红、苋菜红、着色剂：一般常用的合成色素有胭脂红、苋菜红、柠檬黄、靛蓝等。它可改变食品的外观，使其增强柠檬黄、靛蓝等。它可改变食品的外观，使其增强食欲食欲。三、化学与食品添加剂三、化学与食品添加剂L o g o|稳定剂和增稠剂：改善或稳定冷饮的性状，保持润稳定剂和增稠剂：改善或稳定冷饮的性状，保持润滑、细腻、柔软、疏松。滑、细腻、柔软、疏松。三、化学与食品添加剂三、化学与食品添加剂L o g o|营养强化剂：各种维生素、氨基酸、无机盐等，满营养强化剂：各种维生素、氨基酸、无机盐等，满足不同消费者的需求。足不同消费者的需求。三、化学与食品添加剂三、化学与食品添加剂L o g o|抗氧化剂：常用的有抗氧化剂：常用的有2，6一二叔丁基甲酚、亚硫酸钠、维一二叔丁基甲酚、亚硫酸钠、维C、异维、异维C、天然、天然VE、虾青素等，可以延长食品的、保质期。、虾青素等，可以延长食品的、保质期。三、化学与食品添加剂三、化学与食品添加剂L o g o|膨松剂：常用的有碳酸氢钠、碳酸氢铵、复合膨松膨松剂：常用的有碳酸氢钠、碳酸氢铵、复合膨松剂等。可产生二氧化碳，起到膨松作用。剂等。可产生二氧化碳，起到膨松作用。三、化学与食品添加剂三、化学与食品添加剂L o g o|酸味剂：常用柠檬酸、酒石酸、苹果酸、乳酸等。酸味剂：常用柠檬酸、酒石酸、苹果酸、乳酸等。部分饮料、糖果等常采用酸味剂来调节和改善香味部分饮料、糖果等常采用酸味剂来调节和改善香味效果。效果。三、化学与食品添加剂三、化学与食品添加剂L o g o|增白剂：面粉增白剂增白剂：面粉增白剂过氧化苯甲酰。过氧化苯甲酰。1986年，开年，开始使用，今年始使用，今年5月月1日禁用。日禁用。三、化学与食品添加剂三、化学与食品添加剂L o g o|农业生产、食品工业和疾病控制中不得不使用化肥、农业生产、食品工业和疾病控制中不得不使用化肥、农药、兽药、食品添加剂等化学品。农药、兽药、食品添加剂等化学品。|化学品的使用必然对人类健康构成潜在威胁。化学品的使用必然对人类健康构成潜在威胁。|相关法规和条例对相关特定化学品的施用对象、施用相关法规和条例对相关特定化学品的施用对象、施用量、施用安全间隔期、施用方式都进行了严格的规定。量、施用安全间隔期、施用方式都进行了严格的规定。|目前，化学品导致的安全事件大多是因为未按规定使目前，化学品导致的安全事件大多是因为未按规定使用造成的。用造成的。四、化学与食品安全四、化学与食品安全L o g o|技术发展使得检出量越来越低，检出并不一定有害。技术发展使得检出量越来越低，检出并不一定有害。|另一方面，过去认为安全的化合物，发现不安全了；另一方面，过去认为安全的化合物，发现不安全了；过去认为安全的量，证明不安全了。过去认为安全的量，证明不安全了。四、化学与食品安全四、化学与食品安全L o g ov最大的挑战是农药、兽药、添加剂、抗生素、表最大的挑战是农药、兽药、添加剂、抗生素、表面活性剂的滥用；动物疫病、过期和变质食品。面活性剂的滥用；动物疫病、过期和变质食品。四、化学与食品安全四、化学与食品安全L o g ov大气污染：大气污染：PM10会引起呼吸系统、心脏及血液系统、生殖系统和内分会引起呼吸系统、心脏及血液系统、生殖系统和内分泌系统等广泛的损伤。浓度增加泌系统等广泛的损伤。浓度增加50g/m3,死亡率增加死亡率增加4%-5%。PM2.5 的危害远大于的危害远大于PM四、化学与食品安全四、化学与食品安全L o g ov“有害有害”与与“无害无害”的争论的争论 四、化学与食品安全四、化学与食品安全L o g o|食品安全检测的基础是化学，没有化学，就无法检测食品中是否含有各种化学品及其含量。四、化学与食品安全四、化学与食品安全|目前主流的检测技术，包括气相色谱、液相色谱、原子吸收、质谱、核磁、色谱-质谱联用等方法，均为有关化学课程中的主要内容。|未经相关毒性、毒理实验评估过的化学品，或虽有毒性、毒理数据，但被超量使用的化学品，其对人类健康影响的研究基础是医学。L o g o|面对挑战：面对挑战：政府发挥主导作用政府发挥主导作用提高全民的诚信和道德水平提高全民的诚信和道德水平强化媒体监督强化媒体监督四、化学与食品安全四、化学与食品安全L o g ov给大家的建议：杂食给大家的建议：杂食四、化学与食品安全四、化学与食品安全L o g o 谢谢 谢！谢！