Frontiers in Pharmacology

Introduktion

Frasen kemisk kontaminering är en tydlig indikation på förekomsten av kemikalier där de inte borde finnas eller finns i en mängd som är i en högre koncentration än den mängd som anses vara säker. De kemiska farorna är en av de främsta orsakerna till livsmedelsföroreningar som förknippas med utbrott av livsmedelsburna sjukdomar (Faille et al., in press). De kemiska föroreningarnas ursprung är olika från fältet till tallriken, nämligen jord, miljö, biprodukter från desinfektion, produkter för personlig vård, luft, vatten och förpackningsmaterial. Kemiska föroreningar hämmar nästan alla massproducerade produkter som används dagligen, t.ex. desinfektionsmedel, plast, tvättmedel, deodoranter, bekämpningsmedel och så vidare. Inte ens den mat som konsumeras och det vatten som dricks är säkert från invasionen av kemikalier i osäkra koncentrationer. Kontaminering av livsmedel, oavsett om den sker oavsiktligt eller avsiktligt, är en olycklig handling som medför många allvarliga konsekvenser för människors hälsa. Matföroreningar har registrerats i historien så tidigt som för 8 000 år sedan, men tillväxten inom jordbruksindustrin och globaliseringen har bidragit till att problemet har spridit sig över hela planeten (Robertson et al., 2014). US Centre for Disease Control and Prevention bekräftade mer än 11 000 livsmedelsburna infektioner under 2013 (Salter, 2014), där flera agens som virus, bakterier, toxiner, parasiter, metaller och andra kemikalier orsakar livsmedelsföroreningar (Callejón et al., 2015). Symptomen på livsmedelsburna sjukdomar på grund av kemisk kontaminering sträcker sig från mild gastroenterit till dödliga fall av lever-, njur- och neurologiska syndrom. Det är i detta sammanhang som livsmedelskontaminering ofta bryter ut i rubrikerna på grund av dess skadliga konsekvenser. Totalt 1527 utbrott av livsmedelsburna sjukdomar bevittnades i USA mellan 2009 och 2010, vilket resulterade i 29 444 sjukdomsfall och 23 dödsfall (CDC, 2013). Dessutom har livsmedelsföroreningar blivit allvarligare under de senaste åren på grund av industrins utveckling och de miljöföroreningar som följer därav (Song et al., 2017). Dessutom kan intag av förorenade livsmedel med bekämpningsmedel och tungmetaller orsaka gastrointestinala infektioner (Song et al., 2017). Till exempel beräknas 400 till 500 barn ha dött av akut blyförgiftning på grund av intag av mat som förorenats av blyhaltig jord och damm i Nigeria (Tirima et al., in press). Med sådana incidenter i åtanke och de övergripande skadliga hälsokonsekvenserna i förgrunden undersöks i denna översikt orsakerna och typerna av kemiska föroreningar i livsmedel tillsammans med individens exponering för sådana förorenade livsmedel på daglig basis och vidare utarbetas hälsoeffekterna av sådana livsmedelsföroreningar.

Rsakerna till livsmedelsföroreningar

Mat är en viktig bidragande faktor till människans hälsovälbefinnande och en viktig källa till oro, nöjen och stress (Wilcock et al, 2004), och en av orsakerna till stress och oro är de sjukdomar som orsakas till följd av förorenade livsmedel. Det finns flera orsaker till kontaminering av livsmedel (Ingelfinger, 2008). Livsmedelsberedningen genomgår en lång kedja av bearbetning, där varje steg är en potentiell källa till att kemiska föroreningar invaderar livsmedlet. Transport av livsmedel kan också lägga grunden för kontaminering av livsmedel, särskilt under dåliga sanitära förhållanden (Unnevehr, 2000). På samma sätt blandas vissa kemikalier avsiktligt under beredningsprocessen för att förbättra hållbarheten hos en livsmedelsprodukt. Kontamineringarna kan omfatta orena livsmedel när de tillagas i köket, men överföringen är huvudsakligen beroende av hur effektiv kökshygienen är (Gorman et al., 2002). Kemiska föroreningar kommer in i livsmedelskedjan på ett naturligt sätt liksom patogener som finns i miljön och visar höga bakterieantal på vissa viktiga råa livsmedel som t.ex. fjäderfäkött (Humphrey et al., 2007).

Typer av livsmedelsföroreningar

Föroreningar i livsmedel inkluderar vanligtvis miljöföroreningar, föroreningar från livsmedelsbearbetning, icke-godkända förfalskningar och livsmedelstillsatser, och migranter från förpackningsmaterial (Mastovska, 2013). Miljöföroreningar är föroreningar som antingen introduceras av människan eller förekommer naturligt i vatten, luft eller jord. Kontaminanter vid livsmedelsförädling omfattar de oönskade föreningar som bildas i livsmedlet under bakning, rostning, konservering, uppvärmning, fermentering eller hydrolys (Schrenk, 2004). Den direkta kontakten mellan livsmedel och förpackningsmaterial kan leda till kemisk kontaminering på grund av att vissa skadliga ämnen migrerar in i livsmedel. Vidare kan användning av icke-godkända eller felaktiga tillsatser leda till kontaminering av livsmedel.

Naturligt förekommande föroreningar i livsmedel

Flera bakterier, virus och parasiter lever naturligt på ytorna av råa livsmedel. Kontaminering av råa livsmedel kan också ske på grund av avloppsvatten, jord, yttre ytor, levande djur, köttdjurens inre organ. Ytterligare en källa till kontaminerade livsmedel är livsmedel som kommer från sjuka djur, även om hälsoförbättringarna nästan har eliminerat denna källa till livsmedelsförorening (Marriott och Gravani, 2006). Livsmedelskontaminering från kemiska källor omfattar oavsiktlig blandning av kemikalier i livsmedel eller kemikalier i djurfoder eller antibiotikainjektioner som ges till fjäderfä (Martin och Beutin, 2011). Flera parasiter finns också i maten genom symbiotiska relationer mellan organismen och parasiten. Många av dessa orsakar livsmedelsburna infektioner och utbrott. En bred kategorisering av dessa parasiter presenteras i tabell 1A (Newell et al., 2010).

Tabell 1A. Parasiter i olika livsmedel (modifierad och används med tillstånd från Newell et al., 2010).

Enteriska infektioner på grund av parasiter kan överföras via den fekala-orala vägen genom att man konsumerar förorenade livsmedel eller genom att man tar upp fritt levande parasiter från miljön. Kontaminering av livsmedelsprodukter som kött, grönsaker och frukt kan ske genom att parasiten förs in i avloppsvatten, bevattningsvatten, avföring, jord, mänsklig hantering eller felaktig bearbetning av det infekterade köttet. Livsmedelsproducerande djur kan själva överföra parasiterna, eftersom de själva är infekterade (Pozio, 1998).

Kontaminering under faserna för produktion, bearbetning, lagring och beredning av livsmedel

Föroreningar kan förekomma i livsmedlen i deras råa stadier som ett resultat av miljökällor av föroreningar. Under transport av livsmedel är vanliga föroreningskällor fordonsavgaser från diesel och bensin eller korskontaminering i det fordon som används för livsmedelstransport. Långfärdsfartyg för transport är också ofta korskontaminerade med kemikalier som används för desinfektion eller andra källor (Nerín et al., 2007a). Höga barriärer som används för att skydda livsmedel genom att slå in dem under långväga transporter testas inte alltid för sina barriäregenskaper, vilket gör det till en orsak till kontaminering. I rengöringsfasen vid produktion och beredning av livsmedel kan kontaminanter invadera på grund av de rester som lämnas från desinfektions- och rengöringsmedel på ytan av livsmedelshanteringsutrustning (Nageli och Kupper, 2006; Villanueva et al., 2017). Värmebehandling i produktionsprocessen är en annan källa till kontaminanter. Användningen av hög tillagningstemperatur i hemmen och industrier är den allmänt använda metoden för livsmedelsprocessen. Användningen av hög temperatur för matlagning i kombination med externa faktorer leder potentiellt till att det bildas giftiga föreningar som påverkar livsmedelssäkerheten och -kvaliteten. Giftiga föreningar som nitrosaminer, kloropropanoler, akrylamid, furaner eller PAH:er bildas under livsmedelsförädlingsmetoder som uppvärmning, rostning, grillning, bakning, konservering, jäsning eller hydrolys (Nerín et al., 2016). Stekning är en ledande källa till generering av en rad giftiga föreningar i livsmedelsberedningsprocesserna (Roccato et al., 2015). Dessutom kan mikrovågsuppvärmning också ge upphov till föroreningar i livsmedel, eftersom det gemensamma draget för mikrovågstillagning är att livsmedlet tillagas i behållaren eller förpackningsfilmen (förpackningsmaterialet) i mikrovågsugnen (Nerín et al., 2003). De förpackningsmaterial som kan användas i mikrovågsugn inkluderar kartong, kompositer och plast och under tillagningen kan komponenter från dessa material överföras från förpackningen till livsmedlet, vilket leder till att livsmedelssäkerheten och -kvaliteten försämras (Ehlert et al., 2008).

Matförpackningar medför flera fördelar som fysiskt skydd och förbättrat livsmedelsskydd, men de kan ändå utgöra ett hot (Marsh och Bugusu, 2007). I förpackningsprocesser används flera tillsatser som stabilisatorer, antioxidanter, mjukgörare och glidmedel för att förbättra förpackningsmaterialets egenskaper. Trots detta kan varje direkt eller indirekt kontakt mellan livsmedlet och förpackningsmaterialet leda till att dessa ämnen överförs från förpackningen till livsmedlet. Ett sådant fenomen kallas migration. När metallburkar används i förpackningar är korrosion en källa till kontaminering av livsmedel på grund av migration av metalljoner till livsmedel (Buculei et al., 2012). För att undvika detta beläggs vanligtvis burkarnas insida med lacker som epoxihartser för att skydda mot korrosion, men även mindre biprodukter från tillverkningen av epoxihartser som t.ex. cyklo-di- BADGE, bisfenol A eller bisfenol A-diglycidyleter (BADGE) kan migrera till livsmedel. Sådana föreningar är kända som hormonstörande ämnen (Cabado et al., 2008). Det finns också en risk för att oavsiktligt tillsatta ämnen migrerar från förpackningsmaterialet till livsmedlet och ger upphov till skadliga effekter (Nerin et al., 2013). Livsmedelsförvaring är ett annat steg som kan leda till gifter i livsmedel. Några av de förorenande faktorerna är direkt solljus som påskyndar försämringen av livsmedel och förpackningar och adsorption av oönskade off-odors. Livsmedel med längre hållbarhet innehåller smak- och färgämnen som äventyrar livsmedlens näringsvärde. Dessutom är livsmedel med hög fetthalt utsatta för luktföroreningar (Nerín et al., 2007a). Livsmedelsföroreningar på grund av hela livsmedelsförädlings- till förpackningsstadiet sammanfattas i figur 1.

Figur 1. Kontaminering av livsmedel. (A) Kontaminering vid produktion och bearbetning av livsmedel. (B) Kontaminering på grund av miljöpåverkan.

Kontaminering på grund av miljöpåverkan

Biosensoranalysformatet hjälper till att fastställa de många miljöpåverkande ämnen som orsakar kontaminering av livsmedel (Baeumner, 2003). Flera metaller, främst de giftiga tungmetallerna kadmium, kvicksilver, bly och polyklorerade bifenyler (PCB), kommer in via den industriella miljön och kontaminerar livsmedel. Som exempel kan nämnas ett industriområde i Huludao i nordöstra Kina, som är allvarligt förorenat av tungmetaller som kvicksilver, bly, kadmium, zink och koppar på grund av tungmetallsmältningen i området (Zheng et al., 2007). Växter utgör basen i näringskedjan, och de kan lätt absorbera giftiga ämnen från marken, vilket kontaminerar inte bara frukt och grönsaker utan även fisk och skaldjur (Peralta-Videa et al., 2009). Markmiljön är en annan källa till livsmedelsförorening. Tungmetaller från industriområden kan sippra ner i marken och komma in i livsmedelskedjan för att infektera de råa livsmedelskällorna (Krishna och Govil, 2006). Bekämpningsmedel som används som växtskyddsmedel kommer också in i näringskedjan och människors exponering för dessa kemikalier visar på en lång rad hälsoproblem som immunförsvar, minskad intelligens, hormonstörningar, cancer och reproduktionsstörningar (Abhilash och Singh, 2009). Ungefär 3 miljarder kg bekämpningsmedel används varje år runt om i världen (Pimentel, 2005), vilket utgör ett allvarligt hot eftersom kemikalierna kontaminerar råvarukällorna till livsmedel. När det gäller bekämpningsmedel är dock gränsvärdet för bekämpningsmedelsrester (MRL) en viktig faktor som avgör vilken risk de utgör för människors hälsa. Halterna av bekämpningsmedelsrester i livsmedel regleras av lagstiftningen för att minimera konsumenternas exponering för dem (Nasreddine och Parent-Massin, 2002). I många underutvecklade länder finns dock ingen sådan lagstiftning eller den är dåligt genomförd. I likhet med bekämpningsmedel finns rester av veterinärmedicinska läkemedel i husdjuren som kan finnas kvar i köttet och hota individen genom exponering för dessa läkemedelsrester, överföring av antibiotikaresistens och risk för allergier (Reig och Toldrá, 2008).

Kemiska föroreningar i dricksvatten

Frågan om livsmedelskonsumtion har utvecklats från en kort handelskedja mellan producent och konsument till en komplex kedja med olika parter (Pongratz et al., 2011). I likhet med livsmedel löper även dricksvatten en risk för föroreningar med allvarliga konsekvenser för hälsan, inte bara för människor utan även för det marina livet och andra organismer som konsumerar det orena vattnet. Källorna till dessa föroreningar är många, bland annat industriella och kommunala utsläpp, naturliga geologiska formationer, avrinning i städer och på landsbygden, dricksvattenbehandlingsprocesser och material för vattendistribution (Calderon, 2000). Mänsklig verksamhet som hydraulisk spräckning och horisontell borrning har ökat energiproduktionen, men också ökat förekomsten av dricksvattenföroreningar. Dricksvatten från grundvatten kan också vara förorenat med tungmetaller (t.ex. nickel, kvicksilver, koppar och krom), vilket kan leda till ökade fall av hälsodefekter av cancerframkallande och icke cancerframkallande karaktär (Wongsasuluk et al., 2013), inklusive fekal förorening (Kostyla et al., 2015). En sådan källa till förorening av dricksvattnet är särskilt utbredd i låg- och medelinkomstländer (Bain et al., 2014). Biprodukter från läkemedel är också giftiga och en annan identifierad källa till vattenförorening med kemikalier (Shen och Andrews, 2011).

Drinkvattenföroreningar omfattar flera kemikalier som arsenik, aluminium, bly, fluorid, biprodukter från desinfektion, radon och bekämpningsmedel (tabell 1B). Deras hälsoeffekter sträcker sig från många cancer, kardiovaskulära sjukdomar, negativa reproduktionsresultat och neurologiska sjukdomar. Currie et al. (2013) har också identifierat att mödrars konsumtion av kemiskt förorenat vatten, särskilt de som är mindre välutbildade, visar betydande effekter på spädbarnens dräktighet och barnets födelsevikt.

Tabell 1B. Vanliga kemiska föroreningar i dricksvatten som rapporterats i den senaste litteraturen.

Hälsokonsekvenser av livsmedelsföroreningar

Födaktburna sjukdomar orsakar omkring 48 miljoner sjukdomar per år i USA. (Gould et al., 2013) Kemiskt förorenade livsmedel har allvarliga konsekvenser för individers hälsa. De skadliga effekterna sträcker sig från mindre magproblem till stora dödsfall för hälsan. Kemiska föroreningar är starkt kopplade till allvarliga konsekvenser, brist på personlig kontroll och långtidseffekter (Kher et al., 2011). Livsmedelskonsumtion är den mest sannolika källan till människans exponering för metaller. Metaller som kadmium och bly kan lätt komma in i livsmedelskedjan. Tungmetaller kan allvarligt utarma specifika näringsämnen i kroppen som kan försämra det immunologiska försvaret, försämra de psykosociala faciliteterna och orsaka intrauterin tillväxthämning. Tungmetallkonsumtion är också förknippad med undernäring och ökar antalet gastrointestinala sjukdomar (Khan et al., 2008). Föroreningar i livsmedel är också en av de främsta orsakerna till cancer (Abnet, 2007) Exponering för polyklorerade bifenyler (PCB) på grund av livsmedelsföroreningar kan påverka barns neurologiska utveckling och immunförsvaret negativt (Schantz et al., 2004). Bekämpningsmedel i livsmedel som föroreningar uppvisar också allvarliga hälsoeffekter. För höga halter av dessa kemikalier i maten orsakar nerv- och njurskador, medfödda funktionshinder, reproduktionsproblem och kan visa sig vara cancerframkallande (Bassil et al., 2007). Ackumulering av bekämpningsmedel i kroppens vävnader kan också leda till metabolisk nedbrytning (Androutsopoulos et al., 2013). Det finns också risk för neurologiska utvecklingsstörningar som uppmärksamhetsstörningar, autism, cerebral pares och mental retardation som orsakas av industrikemikalier som arsenik, PCB och bly i både mat och vatten. Exponering för sådana kemikalier under fosterutvecklingen kan orsaka hjärnskador och sådana livslånga funktionshinder vid mycket lägre doser än de som kan påverka hjärnans funktion i vuxen ålder (Grandjean och Landrigan, 2006).

Individuell exponering för föroreningar i livsmedel

Matkonsumtion är en viktig väg för exponering för föroreningar från olika källor. En individs exponering för dessa föroreningar är hög, vilket förklarar det höga antalet sjukhusfall och sjukdomar, inte bara i USA utan även runt om i världen. Föroreningar i livsmedel finns i nästan alla livsmedel, inklusive frukt, bakverk, grönsaker, fjäderfä, kött och mejeriprodukter (Kantiani et al., 2010). Det är inte ovanligt att ett enda livsmedel innehåller rester av fem eller mer än fem persistenta kemiska gifter (Schafer, 2002). I en studie undersöktes kostexponeringen av 37 föroreningar i USA och det visade sig att 20 av de undersökta föroreningarna hade tillgängliga cancerriktvärden. Dessa riktmärkeskoncentrationer indikerade att den dagliga exponeringen av föroreningarna hade en sannolikhet för att visa negativa bieffekter (Dougherty et al., 2000). I en annan studie uppskattades exponeringen av många föroreningar i kosten på barn; resultaten visade att cancerriktvärdena för föroreningarna överskreds hos alla barn för dieldrin, arsenik, DDE och dioxiner (Vogt et al., 2012).

De förebyggande åtgärderna för att kontrollera kontaminering av livsmedel

Det finns lagstiftning för att reglera nivåerna av flera kemikalier i livsmedel. Ohälsosamma tillsatser och förfalskningsämnen får enligt lag inte användas. Det krävs dock effektiva övervaknings- och responssystem för att förhindra att kemiska faror kommer in i livsmedelsförsörjningen och skadar allmänheten. FDA föreskriver miniminivåer av kemikalier som är tillåtna i livsmedel, t.ex. bör koncentrationen av bekämpningsmedel inte vara högre än den fastställda gränsen (Bajwa och Sandhu, 2011). Fel kan dock fortfarande uppstå när man följer de fastställda koncentrationerna och riktlinjerna. Särskilt i utvecklingsländer och underutvecklade länder är det fortfarande svårt att tillämpa lagstiftningen när det gäller att kontrollera koncentrationen av skadliga föroreningar i livsmedel. Vissa länder är starkt beroende av jordbruk, vilket leder till att höga halter av bekämpningsmedel sipprar ut i grundvattnet och förorenar både livsmedel och vatten. Icke-reglerade kemikalier är särskilt oroväckande (Villanueva et al., 2013) och mer forskning måste fokusera på föroreningar som inte upptäcks av människor. Även enskilda konsumenters oro är viktig eftersom de kan spela en grundläggande roll för att hantera sin hälsa (Liang och Scammon, 2016). Dessutom gör populariteten och den utbredda användningen av internet också att konsumenterna kan söka information på nätet och minska hälsoriskerna i samband med incidenter med livsmedelsföroreningar. Nyhetsmedier och journalister har en viktig roll när det gäller att rapportera om utbrotten, hotet och dess orsak, inklusive expertkommentarer om de kemiska livsmedelsföroreningarna. Dessutom måste allmänheten behålla en sund grad av skepticism när det gäller de kontaminerade livsmedelsprodukter som rapporteras på nyheterna och undvika att konsumera de anklagade livsmedelsprodukterna tills vetenskapliga bevis motiverar omedelbara åtgärder. Viktigast av allt är att livsmedelsindustrin måste acceptera behovet av att vara mer ärlig och uppriktig när det gäller att producera säkra kommersiella livsmedelsprodukter samt att skydda allmänheten från livsmedelsföroreningar.

Slutsats

Den kemiska föroreningen av livsmedel har framstått som ett allvarligt problem med potentiella hälsorisker i dess kölvatten. Majoriteten av livsmedelsföroreningarna sker genom naturligt förekommande toxiner och miljöföroreningar eller under bearbetning, förpackning, beredning, lagring och transport av livsmedel. I takt med att tekniken utvecklas blir det lättare att upptäcka sådana föroreningar. Det finns dock flera föroreningar som fortfarande är okända och forskningen fortsätter i detta avseende. Även om regeringen har vidtagit adekvata åtgärder för att minimera individens exponering för livsmedelsföroreningar finns det fortfarande åtgärder som måste vidtas för att minska de hälsorisker och sjukdomar som följer med den kemiska livsmedelsföroreningen.

Författarbidrag

IR designade, utformade och skrev manuskriptet. WK hjälpte till med skrivandet. WP och JL granskade kritiskt, redigerade och färdigställde manuskriptet för inlämning.

Finansiering

Detta arbete stöddes av National Research Foundation of Korea (2013M3A9A504705 och 2017M3A9A5048999).

Intressekonfliktförklaring

Författarna förklarar att forskningen utfördes i avsaknad av kommersiella eller finansiella relationer som skulle kunna tolkas som en potentiell intressekonflikt.

Recensenten AJ förklarade en delad anknytning, utan samarbete, med en av författarna, IR, till den handläggande redaktören.

.