杨月欣 韩军花 中国预防医学科学院 营养与食品卫生研究所 面对转基因食品， 食用安全的问题是人们首先考虑的，例如插入基因的漂移，抗性、过敏和中毒等。众多专家对转基因食品的安全问题已经进行了许多研究，并在不少实际工作得到应用。 除了食用安全外， 无论如何， 转基因食品的营养价值、食物和营养素利用率、可食用性等应是食品评价的重要方面。但于今为止， 这仍是被忽视的一个问题。本文对近年来有限的关于转基因食品营养学评价方面的文献资料进行了综述，并结合作者自己的研究进行以下讨论。
1 转基因食品的种类
转基因食品又称基因修饰食品（Genetically Modified Food， GM食品），一般可分为以下三类：GM植物、动物和微生物食品。 一般认为GM食品主要涉及农业基因工程和食品基因工程， 前者强调提高农作物产量和改善农作物的抗虫、抗病、抗除草剂和抗旱的能力； 而后者则强调改善食品的营养学价值和食用风味， 如营养素含量、风味品质、延长食品储藏、保存时间，以及用食品工程菌生产食品添加剂和功能因子等。在GM食品中常用的手段有蛋白质工程、碳水化合物工程（基因调控技术）、油脂工程（基因调控技术）和微生物工程。蛋白质工程常常通过合成基因、同源基因或异源基因的导入和表达，把目的基因转移到农作物细胞中， 获得高产表达的特种产品，如用大豆中编码蛋白质的基因对水稻蛋白进行改造，从而获得“高蛋白”大米；瑞士理学科学院把表达β-胡萝卜素的“异源”基因植入水稻细胞，产生高胡萝卜素的“黄金水稻”；通过调控番茄的基因产生固型物增加的番茄新品种等。而碳水化合物和脂肪工程常常利用基因调控技术， 控制代谢途径中的关键酶， 从而改变代谢途径、方向或强度， 增加或减少新一代的代谢产物，如改变土豆和番茄中糖的含量、淀粉组成（直链和支链淀粉含量变化）、控制脂肪酸链的长短或饱和度等。
2 转基因食品的营养成分和化学性质
GM食品均是通过原型生物中转入外源基因并得到表达的外观相似的新物种。因此对原型食物和GM食物的营养成分和化学性质进行基本等同的分析应该为第一项研究任务。
2．1 营养物质
抗虫害、抗除草剂农作物是目前全球最多的转基因食品，这些转基因食品与原始品种在营养成分、抗营养因子和化学性质方面的一致性是保证其食用安全性和营养学等同的第一步。许多研究结果证明，抗虫害、抗除草剂基因修饰的食品中营养成分改变不大。 如Padgette等 [1]对一种含有抗除草剂基因的大豆（称为40-3-2大豆）进行了一系列的分析测试，包括蛋白质、脂肪、纤维、灰分、碳水化合物、氨基酸和脂肪酸等。结果表明，原始大豆和40-3-2大豆中蛋白质含量分别为41.5%和41.4%，灰分为5.36%和5.43%，水分6.12%和6.34%，脂肪20.11%和20.42%，纤维6.71%和6.63%，碳水化合物为33.%0和32.7%，均无明显差异。两者脂肪酸和18种氨基酸含量分析也没有明显差别。Raboy 等[2]对经转基因技术培育的一种低植酸玉米的营养成分进行了测定，发现除了植酸的含量外，这种玉米的其它营养素含量与原始玉米相比无差异。有研究则认为提高营养品质的GM食品， 除了特定营养素含量提高外， 其他变化也有利于营养品质的增强。如Edward等[3]对鸡的大豆饲料分析结果发现， 几种转基因大豆（分别命名为M700、M702和M703）中的蛋白质含量（52.5%-62.7%）均高于普通市售大豆（47.5%），其中M703大豆中Lys、Met、Cyl、Thr和Val的可消化性明显提高，而脂肪、磷脂的含量低于其他几种大豆。 Reyes 等[4]则对经转基因方法培育出的“超甜玉米”、“营养玉米”的营养成分进行了分析。 发现这两种转基因玉米中蛋白质含量升高，蛋白质质量有所改善，脂质含量也增加；淀粉含量（23-27%）低于普通玉米（31.3%）；一些化学特性也发生了一定的变化，如在二甲基亚砜中的溶解性下降，成胶化的温度范围值也比普通玉米低等。但另外有人的研究曾发现GM大米与原型物相比水分的不同常常是主要变化。 无论如何，从目前的文献资料来看，食物营养成分的的资料似乎变化极小。如何针对其特点，对营养素分析作更细致的研究比较，仍是营养学研究的一个重要任务。
2．2 抗营养因子和非期望效应
食品不仅含有大量的营养物质，也含有广泛的非营养性化学物质， 有些物质当超过一定量时则是有害的，因此对GM食品中非营养因子的含量进行分析也是必要的。Padgette [1]的研究结果发现，抗除草剂的40-3-2大豆中抗营养因子的含量与其原始大豆接近，如抗胰蛋白酶因子含量在原始大豆和40-3-2大豆中分别为22.6mgTI/g和23.7mgTI/g，每毫克大豆中植物凝血素含量分别为1.2HU和1.0 HU。其他的包括总的和游离的异黄酮、水苏糖、棉子糖等的含量也没有明显的差别。Novar等[5]总结了近年来有关的研究，认为用食品本身的多样性考虑，转基因食品中天然有毒物质和抗营养因子的含量范围与其相应的原始品种可以认为基本一致。尽管如此，因为食品本身的多样性，抗营养因子和非期望效应如潜在发生的诸如新成分的产生或原特性的丧失等也是评价和检测GM食品研究中必须考虑的问题。特别是一些有害成分的变化， 如在豆科植物中的凝血素类和有毒氨基酸类；在马铃薯、芋头和小麦中可以抑制胰蛋白酶和淀粉酶的活性的酶抑制剂；存在植物性食物中的酚类和生物碱类，叶类蔬菜中的亚硝酸盐类以及动物食品毒素等。
2．3 加工烹调的稳定性
加工对食品成分的影响也是一个重要的问题。 有研究比较了不同的加工过程对40-3-2大豆和原始大豆中各种营养素含量和抗 营养因子的影响[1]。结果证明，大豆经提纯、漂白和脱臭或脱脂制成的大豆油的脂肪酸含量、分离大豆蛋白和大豆浓缩蛋白的各种营养素的含量在两种大豆中都很接近。经烘烤加工后，两种大豆中的水苏糖、棉子糖、抗胰蛋白酶因子的含量基本一致，植物凝血素的含量均下降到检测不出来的水平。这些都说明抗除草剂的40-3-2大豆在各种加工过程中各种营养成分和抗营养因子含量的变化与原始大豆相似，抗除草剂基因的植入并没有影响大豆在加工过程中的营养素含量的变化。尽管如此， 按照个例进行评价， 高压、高温等物理条件和酶解、发酵等化学变化是否对其他GM食品有所影响， 仍不可忽视。
食物自动氧化性的强弱也是食品品质的一个重要方面。如脂肪的自动氧化可使蛋白质发生沉淀；作用于氨基酸则可产生一些氨类物质，降低营养学价值或产生毒性；另外还可抑制多种酶类如琥珀酸脱氢酶、唾液淀粉酶、马铃薯淀粉酶的活性等。对转基因食品的营养学评价也应包括对食品自动氧化性的评价。
3 GM食品 表型性状物质
对作物而言， 实质等同性常指作物形态、生长、产量和抗病能力等。 而对于食品主要是风味、色泽和质构等。如改变风味的转基因土豆、超甜玉米和增加固型物的番茄等。 色泽是影响食物选择和感官质量的重要指标，食品中天然色素就其来源可分为植物色素、动物色素和微生物色素；按其化学结构可分为吡咯色素、多烯色素、酚类色素和醌酮色素。色泽的改变除了外界物理因素的促进外，食品自身含有某些反应酶类（如多酚氧化酶）也会加快酶促褐变的发生。这些多是蛋白质、氨类的反应。 因此， 基因插入后对代谢过程酶的调节可能对食品的表型产生影响。
食物的香味或风味是食品的又一个重要性质。蔬菜中的香味物质多是含硫化合物，水果则以有机酸酯和萜类为主，肉类产生的香味主要来自氨基酸，而乳类的则是由短链脂肪酸引起。食物的酸味来源于可解离的H离子，鲜味来自氨基酸、酰胺、肽、有机酸等。这些化学物质的表达极易受物质间的相互作用的影响和酶类反应的影响，从而使味感增强或变淡、有的甚至变味。因此，食品经转基因改造后香味的改变也应是营养学评价的一个方面。目前这方面的研究很少，仅Perlak 等[6]在实验中证明了抗甲虫土豆与原始品种相比口味和质量特点等都没有发生变化。
4 GM食品营养素的生物利用率
食物中营养素的生物利用率（bioavailability）是指营养素被人体消化和吸收利用的部分，常用来评价营养素实际营养价值。通过转基因手段提高食物中一些特定营养素的含量是目前提高食品品质的一个方面, 另外减低抗营养物质对营养素的限制也是基因转入的目标之一。 因此在对GM食品进行营养评价时，对特定营养素生物利用率的评价不能忽视。 众所周知，食物中植酸含量高可限制微量元素的吸收利用，利用基因工程降低其植酸含量可提高一些微量元素的生物利用率，这在实践中已经得到了证实。如Mendoza等[7]对低植酸的转基因玉米喂养动物，发现铁吸收率比普通玉米增加了50%。 在Spencer[8]等的研究中，用低植酸玉米喂养猪35天，发现低植酸GM玉米和普通玉米中磷的吸收率分别为62%和9%，低植酸GM玉米中可利用的磷至少比普通玉米提高5倍，提示通过转基因方法抑制玉米中植酸的表达可促进磷的吸收和利用率[9]。
今后的研究中，传统评价方法如蛋白质利用率（protein efficiency ratio ）, 生物价值（ biological value ）, 氨基酸评分( amino acid score ) 可能也是GM食品营养学评价的方法； 一些研究方法如消化吸收实验、对胃消化酶和胃酸的影响、稳定同位素追踪技术等也将被用来评价转基因食品的营养学价值。但目前还没有此方面的研究报道。
5 GM食品和营养素的生物功效
营养素的生物功效（bioefficacy）是指消化和吸收的营养素对人体应有的生物学作用。实际上， 当某种营养素的含量通过GM手段而提高，这种营养素是否与原作物中天然营养素的功效一样仍不清楚。没有人会忘记美国80年代发生的色氨酸事件，这种用微生物基因工程生产的色氨酸虽然经HPLC的分析认定这个产品的纯度实际高于 99.6%， 但当 1989年这个产品作为营养素补充剂放入市场后，它造成了几千人得病，1500人永久性伤残和37人死亡。这无疑与它本身质量和含有微量的毒性成分有关。尽管毒性成分含量低于总量的 0.01%。但它足以威胁人们的健康。 因此警告人们，虽然转基因食品与其相对应的天然食品在化学成分上是相似的， 但还不足以说明它对人类消费是有价值和安全的，用整体动物进行喂养实验或进行利用率研究还是必须的。Hammond 等[9]对抗除草剂的Bt-大豆和普通大豆进行了喂养实验的比较。这些动物包括大鼠、鸡、鱼、奶牛。结果发现，饲养一个月后，实验大鼠的体重、总体重增加值、食物消耗量无差别，动物脏器的相对或绝对重量相比无明显差异，尸检均未发现有明显的病理改变；各组鸡在饲养42天后，体重、食物摄入量、食物利用率（增重/食物消耗量）等无差别，胸肌和脂肪垫重量的绝对值或与体重的比值在两组之间均无明显差异；在鱼的喂养实验中，鱼的喂养量为40g/kg体重，并根据观察每周进行调整，喂养10周后，各组鱼的健康状态良好，体重与食物消耗量之比无差别，各组鱼的体成分没有明显的差别（包括水分、蛋白质、脂肪、灰分等）。在乳牛的喂养实验中，发现乳牛每天的产奶量与大豆来源无关，奶中的成分包括脂肪、蛋白质、乳糖等的含量也无差别，氮平衡不受膳食影响，牛瘤胃（反刍动物）中挥发性脂肪酸的摩尔比例不受饲料的影响。这些都证明了Bt-转基因大豆和普通大豆对动物的生长发育的影响无差异。Spencer 等[10]用猪所做的研究中则证明， 低植酸玉米喂养的猪在体重增长、食物利用率等方面都优于原型玉米， 且低植酸玉米组猪肉中肥肉量较低而瘦肉量增加上升（P〈0.01）。Momma 等[11]比较含大豆蛋白基因的大米和原型大米对大鼠生长发育的影响。 大鼠每天经口给予10g/kg的大米，实验期4周。在喂养期间，两组大鼠生长较好，在食物摄入量、体重、体重增长值等方面没有差别，血液总量和成分及内脏重量方面两组间接近。两组大鼠的尸检结果均未发现肝脏和肾脏的组织学异常或病理改变，因此作者认为这种转基因玉米在营养价值和生物学评价方面都与对照玉米相同。
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虽然GM食品与原型食品实质等同性（substantial equivalence）的基本原则已被许多国家、国际团体作为评价GM食品安全性的方法所接受，但GM食品的评价仍然有许多未知的问题需要科学界的研究和关注。目前GM作物的基因修饰多在农业产量和抗虫害方面， 对其营养学的评价可能因此而被忽视。无论如何， 提高食品的营养价值， 是人们希望GM食品除了增加产量以外的主要目标。 而随着转基因技术的提高， 具有高表达的特定营养素、功能成分的新GM食品的开发将会面世，其食品营养学评价问题将与安全问题一样引起大家的关注。有报道瑞士科学家经10年研究的转基因大米“golden rice"已经问世， 即是专门为预防维生素A缺乏所设计。其他产品正通过基因技术改变营养素组成，提高产品营养品质， 如富含赖氨酸大米、高蛋白质的土豆等。可以预测， 有营养学效应的转基因食品对发达国家和发展中国家提供营养干预有着极其重要的公共卫生意义。许多特定的营养改变对国家食物发展计划和人群营养状况密切相关， 特别是这些转基因的作物是人类主要的粮食产品时， 它可能带来的正面和负面影响对消费者将是极大的。许多专家已注意到，对于消费转基因食品所能产生的短期、长期的效应其实所知甚少。 因此， 它的挑战必将是营养学界应该认真思索和积极考虑对策的重要课题。
参考文献
[1] Padgette SR, Taylor NB, Nida DL et al. The composition of glyphosate tolerant soybean seeds is equivalent to that of conventional soybeans. J Nutr 1996,126(3):702-716.
[2] Raboy V. Biochemistry and genetics of phytic acid synthesis. In: Moore DJ, Boss WF, Loews FA, eds. Inositol metabolism of plants. New York: Wiley-Liss, 1990:55-75.
[3] Edward HM, Douglas MW, Parsons CM et al. Protein and energy evaluation of soybean meals processed from genetically modified high-protein soybeans. Poult Sci 2000,79(4):525-527.
[4] Reyes FG, Iguti AM, Sgarbieri VC. Comparative study of maize cultivars 30 days after pollination (30DAP):carbohydrate and protein. Arch Latinoam Nutr 1989, 39(1):27-35.
[5] Novar WK, Haslbager AG. Substantial equivalence of antinutrients and inherent plant toxins in genetically modified novel foods. Food Chem Toxicol 2000, 38(6):473-483.
[6] Perlak Fj, Stone TB, Muskopf YM et al. Genetically improved potatoes: protection from damage by Colorado potato beetles. Plant Mol Biol 1993:22(2):313-321.
[7] Mendoza C, Viteri FE, Lonnerdal B et al. Absorption of iron from unmodified maize and genetically altered, low-phytate maize fortified with ferrous sulfate or sodium iron EDTA. Am J Clin Nutr 2001, 73(1):80-85.
[8] Spencer JD, Allee GL, Sanber TE. Phosphorous bioavailability and digestibility of normal and genetically modified low-phytate corn for pigs. J Anim Sci 2000, 78(3):675-681.
[9] Hammond BG, Vicini JL, hartnell GF et al. The feeding value of soybeans fed to rats, Chickens, catfish and dairy cattle is not altered by genetic incorporation of gly-phosate tolerance. J Nutr 1996, 126(3):717-727.
[10] Spencer JD, Allee GL, Sanber TE. Growing-finishing performance and carcass characteristics of pigs fed normal and genetically modified low-phytate corn. J Anim Sci 2000, 78(6):1529-1536.
[11] Momma K, Hashimoto W, Yoon HJ et al. Safety assessment of rice genetically modified with soybean glycinin by feeding studies on rats. Biosci Biotechnol Biochem 2000, 64(9):1881-1886.
