化學(xué)與糧食、食品安全.ppt

化學(xué)與糧食、食品安全,周志強(qiáng) 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院 E-mail： Tel/Fax:（一） 化學(xué)與化肥 （二） 化學(xué)與農(nóng)藥 （三） 化學(xué)與食品添加劑 （四） 化學(xué)與食品安全,內(nèi)容概要,,農(nóng)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。,一、化學(xué)與化肥,,1828年，德國化學(xué)家維勒（Friedrich Whler）首次用氰酸鉀與硫酸銨意外地合成了尿素，50年后才作為化肥投放市場。 1838年，英國人勞斯（L.B.Ross）用硫酸處理磷礦石制成磷肥，成為世界上第一種化學(xué)肥料。,,一、化學(xué)與化肥,1840年，德國化學(xué)家李比希（J.von Liebig）出版了化學(xué)在農(nóng)業(yè)及生理學(xué)上的應(yīng)用一書，指出植物生長必須有可溶解的氮磷鉀等元素，這些元素不可替代。,一、化學(xué)與化肥,,1850年李比希發(fā)明了鉀肥。當(dāng)時碳酸鉀是容易獲得的鉀鹽，但易隨水流失造成浪費(fèi)。李比希把粉碎的碳酸鉀與碳酸鈉混合后熔融，獲得了很好的鉀肥。 骨粉中的磷酸鈣無法被植物吸收，李比希用硫酸處理后獲得了可溶性的酸式磷酸鈣。,一、化學(xué)與化肥,,天然肥料遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足農(nóng)作物對氮的需要。空氣中含有78%的氮?dú)鈪s不能被植物吸收。 利用氮、氫為原料合成氨是非常困難的，從實(shí)驗(yàn)室研制到工業(yè)化投產(chǎn)，經(jīng)歷了150年的時間。 19世紀(jì)下半葉，物理化學(xué)的進(jìn)展使人們認(rèn)識到由氮、氫合成氨的反應(yīng)是可逆的，增加壓力將使反應(yīng)推向生成氨的方向：提高溫度會將反應(yīng)移向相反的方向，然而溫度過低又使反應(yīng)速度過??；催化劑對反應(yīng)有重要影響。,,一、化學(xué)與化肥,1909年，德國化學(xué)家哈伯（Haber, Fritz）成功地設(shè)計(jì)了合成氨工藝，這就是在600的高溫、200個大氣壓和鋨為催化劑的條件下，能得到產(chǎn)率約為8的合成氨。循環(huán)工藝可大大提高產(chǎn)能。,,一、化學(xué)與化肥,1918年諾貝爾化學(xué)獎授予哈伯。 授獎引起了很大的非議。,2010年，我國化肥產(chǎn)量超過6400萬噸，化肥使用量為5460萬噸。 主要品種：復(fù)合肥、生物肥、有機(jī)肥、控釋肥、營養(yǎng)肥等。 FAO統(tǒng)計(jì)，化肥在對農(nóng)作物增產(chǎn)的總份額中約占40%-60%。,,一、化學(xué)與化肥,二、化學(xué)與農(nóng)藥,農(nóng)藥（Pesticides）：防治農(nóng)、林、牧業(yè)生產(chǎn)中有害生物和調(diào)節(jié)植物生長的化學(xué)及生物制品。 注冊的農(nóng)藥化合物大約2800種，商業(yè)化1300種，常用大約500種。,,,農(nóng)藥分類： 殺蟲劑：有機(jī)磷、有機(jī)氯、氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯等。 殺菌劑：有機(jī)硫、唑類、取代苯、抗菌素類等。 除草劑：苯氧羧酸、磺酰脲、酰胺、二苯醚等。 殺鼠劑 植物生長調(diào)節(jié)劑,二、化學(xué)與農(nóng)藥,20世紀(jì)40年代以前，人類主要利用天然植物及無機(jī)化合物殺滅害蟲，效果很差。 上世紀(jì)40年代初，以DDT、六六六為代表的有機(jī)氯殺蟲劑的應(yīng)用，開創(chuàng)了化學(xué)農(nóng)藥使用的先河。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,1874年，德國人蔡德勒(Zeidler)首次合成了DDT。,,滴滴涕(DichloroDiphenylTrichloroethane) ，DDT。,二、化學(xué)與農(nóng)藥,1939年，瑞士化學(xué)家米勒(Paul Hermann Muller)發(fā)現(xiàn)了DDT的殺蟲功效 ，并于1942年推出了兩種以DDT為有效成分的殺蟲劑 。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,一次世界大戰(zhàn)中，斑疹傷寒造成了數(shù)百萬人的死亡。 1944年，二次大戰(zhàn)將要結(jié)束時，盟軍中也出現(xiàn)了斑疹傷寒。,,1812年，斑疹傷寒使進(jìn)攻沙俄的拿破侖60萬大軍剩下3萬人。,二、化學(xué)與農(nóng)藥,為了應(yīng)對斑疹傷寒，人們開始使用剛剛上市不久的殺蟲劑DDT 。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,蚊蟲叮咬導(dǎo)致的瘧疾、登革熱、腦炎傳播，每年造成數(shù)百萬人的死亡。,,效果出乎所有人的預(yù)料。,二、化學(xué)與農(nóng)藥,DDT的出現(xiàn)使得農(nóng)作物的害蟲得到有效殺滅，農(nóng)作物產(chǎn)量大幅提升。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,DDT作用的發(fā)現(xiàn)者米勒因此榮獲了1948年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎 。 1965年，美國科學(xué)院的研究報(bào)告稱，20年中，DDT至少拯救了5億人的生命。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,當(dāng)時認(rèn)為DDT對人類是非常安全的，所以被大量無節(jié)制的濫用了。 使用了13.5億噸。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,1962年，卡爾遜(Rachel Carson )寂靜的春天。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,1973年，美國禁用DDT。 1983年，中國禁用DDT。 瘧疾卷土重來，每年死亡一百萬人，絕大多數(shù)是兒童，平均30秒死亡一名。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,2000年7月，英美著名科學(xué)家聯(lián)名在自然雜志的藥物學(xué)分刊上發(fā)文，呼吁在非洲南部重新使用DDT。 文中語：瘧疾造成的死亡，相當(dāng)于每天有7架坐滿兒童的波音747失事。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,2006年9月，WHO公開號召非洲重新使用DDT。 DDT的重新使用，使非洲的瘧疾得到了有效的控制。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,18451852年，愛爾蘭大饑荒。當(dāng)時愛爾蘭人主要的糧食來源是馬鈴薯，馬鈴薯晚疫病導(dǎo)致馬鈴薯幾近絕收。饑餓導(dǎo)致一百多萬愛爾蘭人死于饑荒，兩百多萬人流落他鄉(xiāng)。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,1880年，法國波爾多 地區(qū)葡萄霜霉病。霜霉病在法國波爾多地區(qū)大流行，導(dǎo)致法國葡萄種植業(yè)以及葡萄酒釀造業(yè)瀕臨崩潰。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,1942年，印度的孟加拉邦水稻胡麻斑病，導(dǎo)致孟加拉饑荒，餓死200萬人。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,1996年玉米彎孢菌葉斑病在中國遼寧流行，絕收25萬畝，損失 2.5 億公斤。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,蝗災(zāi)：1949年以前，我國歷史上發(fā)生過數(shù)百次蝗災(zāi)造成糧草皆光，遍地饑荒。1985年，天津、河北的蝗災(zāi)；1995年-1998年，黃淮海的蝗災(zāi)；1995年，哈薩克斯坦的蝗災(zāi)；2011年，山東、湖南的蝗災(zāi)。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,相關(guān)研究表明： 如果停止使用農(nóng)藥，水果減產(chǎn)70%、蔬菜減產(chǎn)50%、谷物減產(chǎn)30%、馬鈴薯減產(chǎn)40%、甜菜減產(chǎn)60% 。,,二、化學(xué)與農(nóng)藥,沒有食品添加劑，就沒有現(xiàn)代食品工業(yè)。 種類：防腐劑、甜味劑、香料、著色劑、增稠劑和穩(wěn)定劑、營養(yǎng)強(qiáng)化劑、抗氧化劑、膨松劑、酸味劑、 增白劑。 我國直接使用的食品添加劑1500多種；美國有2300種以上；日本約1100種；歐盟有1500種。,,三、化學(xué)與食品添加劑,防腐劑：常用的有苯甲酸鈉、山梨酸鉀、亞硝酸鈉等 。,,三、化學(xué)與食品添加劑,0-4C保鮮膜包裝的熟肉，第1天細(xì)菌約2000個每克，第5天約10萬個每克，而且后期增速驚人。,甜味劑：糖精鈉、甜蜜素等。目的是增加甜味感。,,三、化學(xué)與食品添加劑,著色劑：一般常用的合成色素有胭脂紅、莧菜紅、檸檬黃、靛藍(lán)等。它可改變食品的外觀，使其增強(qiáng)食欲 。,,三、化學(xué)與食品添加劑,穩(wěn)定劑和增稠劑：改善或穩(wěn)定冷飲的性狀，保持潤滑、細(xì)膩、柔軟、疏松。,,三、化學(xué)與食品添加劑,營養(yǎng)強(qiáng)化劑：各種維生素、氨基酸、無機(jī)鹽等，滿足不同消費(fèi)者的需求。,,三、化學(xué)與食品添加劑,抗氧化劑：常用的有2，6一二叔丁基甲酚、亞硫酸鈉、維C、異維C、天然VE、蝦青素等，可以延長食品的、保質(zhì)期。,,三、化學(xué)與食品添加劑,膨松劑：常用的有碳酸氫鈉、碳酸氫銨、復(fù)合膨松劑等?？僧a(chǎn)生二氧化碳，起到膨松作用。,,三、化學(xué)與食品添加劑,酸味劑：常用檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、乳酸等。部分飲料、糖果等常采用酸味劑來調(diào)節(jié)和改善香味效果。,,三、化學(xué)與食品添加劑,增白劑：面粉增白劑過氧化苯甲酰。1986年，開始使用，今年5月1日禁用。,,三、化學(xué)與食品添加劑,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、食品工業(yè)和疾病控制中不得不使用化肥、農(nóng)藥、獸藥、食品添加劑等化學(xué)品。 化學(xué)品的使用必然對人類健康構(gòu)成潛在威脅。 相關(guān)法規(guī)和條例對相關(guān)特定化學(xué)品的施用對象、施用量、施用安全間隔期、施用方式都進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。 目前，化學(xué)品導(dǎo)致的安全事件大多是因?yàn)槲窗匆?guī)定使用造成的。,四、化學(xué)與食品安全,,技術(shù)發(fā)展使得檢出量越來越低，檢出并不一定有害。,另一方面，過去認(rèn)為安全的化合物，發(fā)現(xiàn)不安全了；過去認(rèn)為安全的量，證明不安全了。,,四、化學(xué)與食品安全,最大的挑戰(zhàn)是農(nóng)藥、獸藥、添加劑、抗生素、表面活性劑的濫用；動物疫病、過期和變質(zhì)食品。,,四、化學(xué)與食品安全,大氣污染：PM10會引起呼吸系統(tǒng)、心臟及血液系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)等廣泛的損傷。濃度增加50g/ m3 , 死亡率增加4 %-5 %。 PM2.5 的危害遠(yuǎn)大于PM10,,四、化學(xué)與食品安全,“有害”與“無害”的爭論,,四、化學(xué)與食品安全,食品安全檢測的基礎(chǔ)是化學(xué)，沒有化學(xué)，就無法檢測食品中是否含有各種化學(xué)品及其含量。,,四、化學(xué)與食品安全,目前主流的檢測技術(shù)，包括氣相色譜