化学与粮食、食品安全,周志强 中国农业大学理学院E-mail：zqzhoucau.edu.cnTel/Fax: 010-62733547,（一） 化学与化肥（二） 化学与农药（三） 化学与食品添加剂（四） 化学与食品安全,内容概要,zqzhoucau.edu.cn,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。,一、化学与化肥,zqzhoucau.edu.cn,1828年，德国化学家维勒（Friedrich Whler）首次用氰酸钾与硫酸铵意外地合成了尿素，50年后才作为化肥投放市场。1838年，英国人劳斯（L.B.Ross）用硫酸处理磷矿石制成磷肥，成为世界上第一种化学肥料。,zqzhoucau.edu.cn,一、化学与化肥,1840年，德国化学家李比希（J.von Liebig）出版了化学在农业及生理学上的应用一书，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。,一、化学与化肥,zqzhoucau.edu.cn,1850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获得了可溶性的酸式磷酸钙。,一、化学与化肥,zqzhoucau.edu.cn,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。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150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，然而温度过低又使反应速度过小；催化剂对反应有重要影响。,zqzhoucau.edu.cn,一、化学与化肥,1909年，德国化学家哈伯（Haber, Fritz）成功地设计了合成氨工艺，这就是在600的高温、200个大气压和锇为催化剂的条件下，能得到产率约为8的合成氨。循环工艺可大大提高产能。,zqzhoucau.edu.cn,一、化学与化肥,1918年诺贝尔化学奖授予哈伯。 授奖引起了很大的非议。,2010年，我国化肥产量超过6400万吨，化肥使用量为5460万吨。 主要品种：复合肥、生物肥、有机肥、控释肥、营养肥等。FAO统计，化肥在对农作物增产的总份额中约占40%-60%。,zqzhoucau.edu.cn,一、化学与化肥,二、化学与农药,农药（Pesticides）：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。注册的农药化合物大约2800种，商业化1300种，常用大约500种。,zqzhoucau.edu.cn,zqzhoucau.edu.cn,农药分类： 杀虫剂：有机磷、有机氯、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯等。 杀菌剂：有机硫、唑类、取代苯、抗菌素类等。 除草剂：苯氧羧酸、磺酰脲、酰胺、二苯醚等。 杀鼠剂 植物生长调节剂,二、化学与农药,20世纪40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。上世纪40年代初，以DDT、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。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,1874年，德国人蔡德勒(Zeidler)首次合成了DDT。,zqzhoucau.edu.cn,滴滴涕(DichloroDiphenylTrichloroethane) ，DDT。,二、化学与农药,1939年，瑞士化学家米勒(Paul Hermann Muller)发现了DDT的杀虫功效 ，并于1942年推出了两种以DDT为有效成分的杀虫剂 。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,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。,zqzhoucau.edu.cn,1812年，斑疹伤寒使进攻沙俄的拿破仑60万大军剩下3万人。,二、化学与农药,为了应对斑疹伤寒，人们开始使用刚刚上市不久的杀虫剂DDT 。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,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。,zqzhoucau.edu.cn,效果出乎所有人的预料。,二、化学与农药,DDT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。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,DDT作用的发现者米勒因此荣获了1948年的诺贝尔生理学或医学奖 。1965年，美国科学院的研究报告称，20年中，DDT至少拯救了5亿人的生命。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,当时认为DDT对人类是非常安全的，所以被大量无节制的滥用了。使用了13.5亿吨。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,1962年，卡尔逊(Rachel Carson )寂静的春天。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,1973年，美国禁用DDT。1983年，中国禁用DDT。疟疾卷土重来，每年死亡一百万人，绝大多数是儿童，平均30秒死亡一名。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,2000年7月，英美著名科学家联名在自然杂志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7架坐满儿童的波音747失事。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,2006年9月，WHO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。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,18451852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。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,1880年，法国波尔多 地区葡萄霜霉病。霜霉病在法国波尔多地区大流行，导致法国葡萄种植业以及葡萄酒酿造业濒临崩溃。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,1942年，印度的孟加拉邦水稻胡麻斑病，导致孟加拉饥荒，饿死200万人。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,1996年玉米弯孢菌叶斑病在中国辽宁流行，绝收25万亩，损失 2.5 亿公斤。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,蝗灾：1949年以前，我国历史上发生过数百次蝗灾造成粮草皆光，遍地饥荒。1985年，天津、河北的蝗灾；1995年-1998年，黄淮海的蝗灾；1995年，哈萨克斯坦的蝗灾；2011年，山东、湖南的蝗灾。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,相关研究表明： 如果停止使用农药，水果减产70%、蔬菜减产50%、谷物减产30%、马铃薯减产40%、甜菜减产60% 。,zqzhoucau.edu.cn,二、化学与农药,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、增稠剂和稳定剂、营养强化剂、抗氧化剂、膨松剂、酸味剂、 增白剂。我国直接使用的食品添加剂1500多种；美国有2300种以上；日本约1100种；欧盟有1500种。,zqzhoucau.edu.cn,三、化学与食品添加剂,防腐剂：常用的有苯甲酸钠、山梨酸钾、亚硝酸钠等 。,zqzhoucau.edu.cn,三、化学与食品添加剂,0-4C保鲜膜包装的熟肉，第1天细菌约2000个每克，第5天约10万个每克，而且后期增速惊人。,甜味剂：糖精钠、甜蜜素等。目的是增加甜味感。,zqzhoucau.edu.cn,三、化学与食品添加剂,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，使其增强食欲 。,zqzhoucau.edu.cn,三、化学与食品添加剂,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。,zqzhoucau.edu.cn,三、化学与食品添加剂,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。,zqzhoucau.edu.cn,三、化学与食品添加剂,抗氧化剂：常用的有2，6一二叔丁基甲酚、亚硫酸钠、维C、异维C、天然VE、虾青素等，可以延长食品的、保质期。,zqzhoucau.edu.cn,三、化学与食品添加剂,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。,zqzhoucau.edu.cn,三、化学与食品添加剂,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效果。,zqzhoucau.edu.cn,三、化学与食品添加剂,增白剂：面粉增白剂过氧化苯甲酰。1986年，开始使用，今年5月1日禁用。,zqzhoucau.edu.cn,三、化学与食品添加剂,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。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用造成的。,四、化学与食品安全,zqzhoucau.edu.cn,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；过去认为安全的量，证明不安全了。,zqzhoucau.edu.cn,四、化学与食品安全,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。,zqzhoucau.edu.cn,四、化学与食品安全,大气污染：PM10会引起呼吸系统、心脏及血液系统、生殖系统和内分泌系统等广泛的损伤。浓度增加50g/ m3 , 死亡率增加4 %-5 %。 PM2.5 的危害远大于PM10,zqzhoucau.edu.cn,四、化学与食品安全,“有害”与“无害”的争论,zqzhoucau.edu.cn,四、化学与食品安全,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。,zqzhoucau.edu.cn,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。,面对挑战：,zqzhoucau.edu.cn,政府发挥主导作用,提高全民的诚信和道德水平,强化媒体监督,四、化学与食品安全,给大家的建议：杂食,zqzhoucau.edu.cn,四、化学与食品安全,谢 谢！,zqzhoucau.edu.cn,