2015年3月5日出版的《自然》杂志以快报（letter）形式发表了一项研究，题目是《膳食乳化剂影响小鼠肠道菌促进结肠炎和代谢综合征》。在食品中，任何以前不知道的危害被发现都会引发巨大的关注。如果乳化剂真的对人体健康有这样的危害，将对食品行业产生巨大影响。
很多食品中都有油脂和水同时存在。但是油和水不能融合，就无法形成稳定均一的食物。乳化剂的分子中有一些“亲水”的部分，同时有一些“疏水”的部分。亲水的部分喜欢呆在水中，疏水的部分喜欢呆在油中，互相牵扯妥协的结果就是乳化剂分子喜欢呆在水和油的界面上，让亲水那部分去水里，疏水那部分在油中。如果把油分成一个个的小滴，表面上包裹上这么一层乳化剂，它们就能均匀分布在水中了——就形成了通常所说的“水乳交融”的局面，豆浆、牛奶就是典型的例子，把油脂分散成小滴并且稳定存在，就是“乳化”。
【乳化剂让油滴能均匀分散 图片来源 dkcorporation.tradeindia.com】
在食品中，乳化是广泛存在的现象，比如冰激凌、奶粉、咖啡伴侣、沙拉酱、蛋黄酱等等，都需要把油脂均匀分散开，否则看到一层明亮的油，能够吃下去的人实在不会多。还有一些含油很高的固体食品，比如蛋糕和火腿肠，也需要油脂乳化，在成胶固化，表面上就看不出油，不会影响食欲了。还有一些油多水少的食物体系，乳化剂是把水分散成小液滴，均匀分布在油中，典型的就是黄油。
乳化剂在食品中的作用还不仅仅是乳化。它们也能够与蛋白质或者碳水化合物作用，改变它们之间的互相连接，从而改善食物的口感。烘培食物中，合理使用乳化剂，可以在其他原料不改变的情况下获得更好的口感。而一些需要自己冲泡食用的粉末状食物，比如奶粉或者蛋白粉，适当加入合适的乳化剂可以改善分散性能，使得冲泡更加方便。
这项研究选用了两种乳化剂，羧甲基纤维素钠（CMC）和吐温80（P80）。模型动物是一种野生型的小鼠（C57Bl/6）和两种基因改造的小鼠（Il10-/- andTlr5-/-）。这两种基因改造小鼠的肠道菌群更容易被改变以及发生炎症。在它们的饮水中，研究者分别加入1%的CMC和P80，考察它们对小鼠生理状况的影响。
结果发现，在对照小鼠中，肠道菌距离上皮细胞的最近距离平均为25微米，在 距离上皮细胞10 微米的距离之内没有细菌存在。而通过饮水摄入CMC或者P80的实验组老鼠中，这一最近距离平均减少了50%，还有的肠道菌与上皮细胞直接接触。这一现象的理论推测是：肠道中有大量细菌，而肠道上皮细胞依靠多层粘液组织使菌群处在安全距离之外；而饮食中的乳化剂破坏了这层粘液结构，使得肠道菌更靠近上皮细胞，从而造成与肠道发炎有关的疾病。
这项研究还发现，CMC和P80并没有增加三种老鼠粪便中的肠道菌总数，但在野生型和Il10-/-鼠中，附着于结肠的细菌增加了两倍。在三种老鼠中，附着于小肠的菌群和粪便中的菌群的组成都发生了明显改变。菌群组成的改变会影响细菌对先天免疫信号的激活。研究中用粪便去激活促炎基因表达，发现摄入CMC和P80促进了这种激活能力。此外，还观察到CMC和P80也增加了野生型和Il10-/-型小鼠消化道的渗透性。这些现象表明，长期接触CMC和P80侵蚀了粘液的保护功能，增加了肠道菌在上皮细胞上的附着，增加了促炎微生物的数量。
免疫细胞侵润是活性结肠炎的标志，通常伴随着两种现象：一是结肠形态的变化，二是白细胞髓过氧化物酶和促炎症标志物的增加。把这两种现象的出现作为判断标准，CMC和P80促进了结肠炎在Il10-/-和Tlr5-/-这两种基因缺陷小鼠中的发生，并加深了其严重程度。虽然它们在野生型小鼠中没有诱发结肠炎，但是导致了慢性肠道炎的细微病理变化，包括上皮损伤和结肠变短。这表明，CMC和P80会在易感宿主身上引发结肠炎，在野生宿主中也会诱发低度炎症。
代谢综合征经常伴随着低度炎症，低度炎症也也可能是代谢综合征的诱因。那么，CMC和P80导致的菌群失调和低度炎症，是否会在野生型鼠小鼠中促发代谢失调呢？研究者对此也进行了检验，发现CMC和PS80都导致了小鼠的体重增加。虽然增加的量并不大，但在统计意义上是显着的。这一增加伴随着食物摄取量的增加，也就是说摄取CMC和P80的小鼠吃得更多。此外，CMC和P80也破坏了对血糖的控制。
研究中是把CMC和P80分散于水中，而人类摄取这些物质是通过液体和固体食物。为了考察它们的影响是否与食物形态有关，研究者还考察了通过鼠粮来摄入CMC和P80的影响，结果与通过饮水输入的影响一致。此外，研究者还探究了导致低度炎症和代谢综合征的最低剂量，发现：0.1%的CMC会导致体重和血糖的增加，0.5%会导致明显的低度炎症和增加肥胖；而0.1%的P80就会导致低度炎症和增加肥胖，0.5%会导致轻微的血糖代谢异常。
研究者也考察了另一种常见的食品添加剂——亚硫酸钠的影响，发现它没有导致代谢综合征。
CMC和P80导致的低度炎症和代谢综合征在无菌老鼠中没有发生，说明CMC和PS80是通过影响菌群的组成或者菌群代谢来发生作用的。检测发现，CMC和PS80降低了小鼠粪便中短链脂肪酸的含量。而一些短链脂肪酸，比如丁酸，被认为对于减缓发炎有着重要作用。此外，CMC和PS80也改变了胆汁酸的水平，而胆汁酸的水平也会影响菌群组成。
在无菌老鼠中，CMC和PS80没有改变胆汁酸，没有减少粘液厚度，也没有改变上皮突起进入粘液的深度，这意味着CMC和PS80的影响并非完全通过改变粘液结构。这些现象说明，CMC和PS80导致小鼠肠道上皮细胞上的粘液改变，至少有一部分是来自于对肠道菌组成的改变——当然，也不能排除它们直接作用于宿主的可能。研究者还从喂食了CMC和PS80小鼠中移植了菌群到无菌小鼠体内，结果无菌小鼠也出现了前面所描述的现象。这说明，CMC和PS80导致的菌群变化，至少对于它们导致的发炎和代谢变化起到了推动作用。
从科学角度，这是一项非常有意义的研究。肠道菌对健康的影响，还依然是一个充满未知的领域。尤其是膳食因素如何影响肠道菌群，肠道菌群的改变又如何影响人体健康，人类还知之甚少。食品添加剂是现代食品中备受关注的方面，其安全性的评估是管理的核心。目前的评估通常是基于动物试验，目标是找出“不产生可见的不良影响”的最大剂量，然后除以一个安全系数作为安全标准。如何判断“可见的不良影响”，会受到检测目标和检测技术的限制。这项研究提供了一些以前没有检测的指标，即对肠道菌群的影响，以及肠道菌的改变导致的其他影响——比如这项研究中的结肠炎和代谢综合征。如果对这些指标“不产生不良影响”的最大剂量比现在确定的剂量要低，那么就意味着这些添加剂的安全剂量需要作出相应调整。也就是说，这项研究的结果，有可能增加目前的食品成分安全评估的项目。
这篇论文的标题《膳食乳化剂影响小鼠肠道菌促进结肠炎和代谢综合征》，多少有一些“标题党”。研究的内容，并不足以对于“膳食乳化剂”这个大类作出判断。研究中使用了CMC、P80和亚硫酸钠，其中P80是典型的乳化剂，CMC具有乳化性能，但主要功能是增稠。CMC和P80显示了对肠道菌的影响，而亚硫酸钠没有，但这不足推广到“膳食乳化剂”影响肠道菌。
乳化剂的共同特征是“乳化”，除此之外CMC和P80的理化性能相差巨大。P80是小分子表面活性剂，而CMC是高分子聚合物。在食品工业中，具有营养功能的卵磷脂和蛋白质也是常见的乳化剂，它们与CMC和P80的理化性质也相差巨大。如果要作出“膳食乳化剂影响小鼠肠道菌”的结论，那么还需要证明CMC和P80能够代表各种乳化剂——这需要证明它们对肠道菌的影响是通过其“乳化”性能来实现的。而在这项研究中，只能说明CMC和P80都能影响肠道菌，但没有证据显示其作用机制跟乳化有关。也就是说，这种影响有可能只是这两种物质的特性，而跟“乳化”无关——如果这种可能成立，那么依据它们的影响把结论推广到“乳化剂”，就不合理。
此外，物质对健康的影响取决于摄入的总量，而非在食物中的含量。研究中依据FDA对于CMC和P80使用限量，采取了饮用水中1%的含量来进行研究。在饮食中，水的摄入总量要远远多于可能含有乳化剂的食物，这使得试验中小鼠摄入的CMC或者P80总量远远大于人们可能从饮食中摄取的量。比如，按照水中1%的P80来算，如果一个人每天喝1.5升水，那么摄入的P80量将是15克。而JECFA制定的P80的摄入限量是每天每公斤体重25毫克，对于一个60公斤的成人相当于1.5克。这个量，相当于研究中得到的“最小有害剂量”。当然，从动物实验结果来为人制定安全标准，还需要考虑到物种和个体的差异，从而需要使用安全系数来解决不确定性。这种不确定性有可能是人更敏感，或者更不敏感。
在这些食品添加剂的安全评估中，是否该把这项研究的发现纳入考虑，或者如何纳入考虑，有待于监管部门的决策。对于公众，可以关注，可以探讨，但目前也没有必要惊恐。毕竟，从食品中摄入的乳化剂剂量，还是要远远小于研究中所使用的剂量。（编辑 游识猷）
参考文献
Chassaing, Benoit, et al. “Dietary emulsifiers impact the mouse gut microbiota promoting colitis and metabolic syndrome.” Nature 519.7541 （2015）： 92-96.
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