談談歐盟對氧化鋅的使用

　　歐洲食品安全局，2012

　　摘要：根據歐盟立法規定的飼料中總鋅的最高含量，氧化鋅對所有動物來說均是一種安全的鋅源，動物營養中使用氧化鋅對于消費者安全沒有損害。氧化鋅對皮膚和眼睛沒有刺激性，對皮膚也沒用致敏性。目前氧化鋅在應用中被認為具有較強的除塵性能，當使用者吸入氧化鋅超過臨界值，會對呼吸系統造成一定影響。氧化鋅被批準用作飼料添加劑對農業土壤不會產生直接影響，然而對于地下水、排水系統及地表徑流有可能產生一定影響。其中酸性沙壤土最易受到影響。為得出最終結論，尚需要進一步評估以鋅添加劑對家畜的影響以獲得更多的數據。水產飼料中添加鋅添加劑達到最高允許添加量預計對環境不會構成明顯的危害。氧化鋅對于滿足動物鋅需要十分有效。

　　關鍵詞：營養性添加劑，微量元素化合物，鋅，氧化鋅，安全，環境，功效

　　總結

　　應歐洲委員會要求，FEEDAP（動物飼料添加劑和產品）小組就氧化鋅作為飼料添加劑對各種動物的安全性及功效提出了科學意見。

　　FEEDAP小組推斷，根據歐盟立法規定的飼料中總鋅的最高含量，氧化鋅對所有動物來說均是一種安全的鋅源。

　　當動物營養中氧化鋅用量達到歐盟允許的最高添加量對于消費者安全沒有影響。

　　氧化鋅對皮膚和眼睛沒有刺激性，對皮膚也沒用致敏性。目前氧化鋅在應用中被認為具有較強的除塵性能，當使用者吸入氧化鋅超過臨界值，會對呼吸系統造成一定影響。

　　氧化鋅被批準用作飼料添加劑對農業土壤不會產生直接影響，然而對于地下水、排水系統及地表徑流有可能產生一定影響。其中酸性沙壤土最易受到影響。為得出最終結論，需要進一步評估以鋅添加劑對家畜的影響以獲得更多的數據。水產飼料中添加鋅添加劑達到允許的最高添加量預計對環境不會構成明顯的危害。

　　氧化鋅對于滿足動物鋅需要十分有效。

　　FEEDAP小組對氧化鋅的產品規格以及直接添加到配合飼料中給出了一些建議。

　　評估

　　1 前言

　　過渡金屬鋅是所有生物體所必需的元素。鋅是蛋白質的重要組成成分，占所有蛋白的約10%，參與形成蛋白的三級結構或酶的催化活性。同時鋅還是信號物質，起第二信使和突觸神經調節物質的作用。鋅的生物學功能繁多，如參與葡萄糖和脂類代謝、細胞增殖、胚胎形成以及同神經免疫有關的活動。動物營養科學委員會在之前的研究中已詳述了鋅對畜禽的作用、缺乏癥及中毒癥狀（EC, 2003a），附件B中也簡要更新了鋅的基本功能和毒性。在FEEDAP小組看來目前以上信息以足夠給大家提供參考。

　　需要評估的是氧化鋅在動物飼料中的使用。目前歐盟已批準氧化鋅作為營養性飼料添加劑使用，將來有可能會需要重新評估。

　　附件C為鋅及鋅化合物的風險評估，除FEEDAP小組外，還包括EFSA（歐洲食品安全局）小組的意見。

　　附件D列出了歐盟批準的鋅化合物其他用途（除飼料添加劑外）。

　　EFSA啟動了2項試驗并提交了技術報告，本文引用了其中的部分信息。其中一個試驗由比利時根特大學進行，研究的是某些微量元素和超微量元素（包括鋅）對動物營養的作用（Van Paemel et al., 2010）。另一個試驗主要預評估了鋅、銅使用對環境的影響（Monteiro et al., 2010）。

　　2 氧化鋅

　　微量元素化合物活性物質通常被認為是該元素本身。

　　2.1 氧化鋅的特性

　　氧化鋅（CAS號：1314-13-2）化學式為ZnO，分子量81.34g/mol，鋅理論最高含量為80.35%。

　　氧化鋅為固體，呈白色至深綠色或淺褐色粉末狀，無臭，水中溶解度低（20℃時1.6mg/L）。密度為5610kg/m3，體積密度為1500-2400kg/m3。

　　飼料級氧化鋅一般通過鋅軸承材料生產，如鋅灰或其他鋅渣。將鋅材料填充到回轉爐（圓柱形容器，可延軸緩慢旋轉）中然后加熱，加工過程中污染物鉛和鎘都轉化成相應的氯鹽，隨后轉化成氣態除去（溫度高于960℃）。得到的氧化鋅然后粉碎、過篩并包裝。

　　申請人指明氧化鋅的純度應至少為88%，即鋅含量為70.7%。經分析，6批次的氧化鋅（每個公司3批次）純度為91.0%到94.3%之間，即鋅含量為73.1%到75.7%之間。氧化鋅中主要的雜質為鐵、鋁和鈣的氧化物，但具體含量尚未定量。

　　同時6批次氧化鋅中重金屬以及砷、二惡英、二惡英加類二惡英多氯聯苯總量均遠低于2002/32/EC指令規定的限值。控制方法比較得當。

　　同時每個公司提供一個批次顆粒大小數據。小于63μm（美式過篩系統）的顆粒占產品的50%-64%。除塵性能經Stauber-Heubach法測定分別為2.0和5.2g/m3。

　　2.2 穩定性和同質性

　　微量元素無機化合物不需要穩定性數據。申請者提出在干燥環境下、未開封時的保質期為2年。根據ICH Q7A第11.5章，不間斷檢測穩定性是可行的。

　　每批次礦物質補充料（母豬用）和預混料（無進一步說明）各采集10個子樣本分析同質性。礦物質補充料的鋅含量（平均值為3.5g Zn/kg）變異系數為12.3%，預混料的鋅含量（預計為40g Zn/kg）變異系數為8.6%。

　　2.3 飼料中的物理化學配伍禁忌

　　除飼料生產商在設計配方時廣泛接受的外，根據現有知識，配合飼料中鋅的使用不存在配伍禁忌。

　　2.4 使用條件

　　申請者指出，使用鋅化合物，即氧化鋅的目的是為動物飼料提供鋅源。但應用中也存在一些矛盾的地方：一份文件中指出，全價料中鋅含量最低為150mg/kg，最高為250mg/kg，另一份文件中列出的鋅最高含量（最低含量未列出）與目前立法規定相一致（歐委會法規EC 1334/2003規定了各種飼料中最高鋅含量，其中寵物飼料為250mg/kg，魚料為200mg/kg，代乳料為200mg/kg，其他動物飼料為150mg/kg）。

　　2.5 歐盟參考實驗室（EURL）對分析方法的評估

　　歐洲食品安全局驗證了EURL報告中提出的控制飼料鋅含量的方法（7種鋅化合物，包括氧化鋅）。EURL報告的執行概要見附件A。

　　3 安全性

　　3.1 對目標動物的安全性

　　目前鋅被認為對家畜具有較低或中等的經口毒性。NRC（2005）評估了幾種動物對鋅的最大耐受濃度，發現魚是250mg/kg，羊是300mg/kg，牛和禽類是500mg/kg，豬是1000mg/kg。通過種間外推，NRC推斷馬和嚙齒動物對鋅的最大耐受濃度為500mg/kg。由于數據較少，只能保守近似估測寵物對鋅的最大耐受濃度為500mg/kg。因此不同種類動物其鋅的安全系數（最大耐受濃度/飼料中允許添加最大含量）也不同：魚1.25，羊2，牛和禽類3.3，豬6.7。有的動物種類數據不完全，馬和嚙齒動物安全限度為3，寵物為2。對于魚類，FEEDAP小組指出，文獻中記載的不同品種魚類對鋅的耐受水平明顯不同，如羅非魚（Oreochromis niloticus）<100mg/kg，鯉魚（幾個品種）和虹鱒（Oncorhynchus mykiss）>2000mg/kg（Clearwater et al., 2002）。

　　3.1.1 對目標動物安全性的結論

　　FEEDAP小組總結得出：根據歐盟規定的飼料中總鋅的最高含量，氧化鋅對所有的動物均是一種安全的鋅源。

　　3.2 對消費者的安全性

　　歐盟食品科學委員會（SCF）規定了成年人和7-10歲兒童氧化鋅每日最高可耐受攝入量（UL）分別為25mg/d和13mg/d（EC, 2003b）。當人攝入達到最高可耐受攝入量時，銅吸收會受到抑制且脂肪組成會發生改變。由于試驗主體數量較小且試驗期相對較短，因此采用不確定因素分析且嚴格控制代謝試驗的條件。

　　3.2.1 代謝和殘留研究

　　SCF詳細論述了鋅的代謝途徑（EC, 2003b），之后FEEDAP小組進行了簡要的概述，包括鋅在體組織內的分布（EFSA, 2008a）：“在穩態調節范圍內，日糧鋅含量增加，體組織貯存的鋅僅略微增加，而日糧中金屬元素含量過量時則不是這樣了（NRC, 1980）。在一般情況下，當鋅用量達到動物需要水平時，肝臟、腎臟、肌肉中的鋅含量仍然較低，但當鋅攝入量超過允許水平時，肝臟和腎臟中的鋅含量增加，而肌肉中鋅含量基本上保持不變（Jenkins and Hidiroglou, 1991）。”據FEEDAP小組所知，目前沒有新的數據可用來修改上述表述。

　　3.2.2 毒理學研究

　　SCF詳細論述了鋅的毒理性質（EC, 2003b）。鋅的急性口服毒性會導致腸胃不適，產生惡心、嘔吐、腹部絞痛和腹瀉等臨床癥狀（不同種類動物每天2-8mg/kg體重）。遺傳毒性試驗觀測到了一些正向結果。按照歐盟食品科學委員會的觀點，體外和體內毒理學測試得到的結果有力的支持了他們的結論，即鋅沒有生物學相關的遺傳毒性，盡管提高鋅的劑量在染色體水平上可觀察到一些積極結果（WHO, 2001）。美國有毒物質和疾病登記處也支持上述結論（ATSDR, 2009）。

　　長期超量攝入鋅容易抑制銅的吸收，從而導致銅缺乏癥（Maret and Sandstead, 2006）。SCF（EC, 2003b）規定的最高可耐受攝入量（即25mg/d）也表現了這種抑制作用。

　　3.2.3 消費者接觸評估

　　SCF指出，根據營養調查結果，歐洲人的平均鋅攝入量為7.5-12mg/d（EC, 2003b）。奧地利、愛爾蘭等國家位于第97.5百分位，其人口鋅攝入量高于20mg/d，接近最高可耐受攝入量，但SCF認為這不構成任何問題。SCF的數據盡管是上世紀90年代收集的，但同如今的數據相比仍具有有效性（Flynn et al., 2009; Rubio et al., 2009; Turconi et al., 2009）。

　　2008年德國消費調查結果表明成年德國人每日鋅攝入量的中位數分別為11.6mg/d（男）和9.1mg/d（女）。相應的第95百分位分別為20.2和15.1mg/d。兒童（6-11歲）鋅攝入量數據來自一項歐洲研究（KIGGS Modul EsKiMo; Mensink et al., 2007），其中男孩每日鋅攝入量的中位數為7.4-8.7mg/d，女孩為7.1-8.3mg/d。前95%的樣本顯示男孩每日鋅攝入量為13.1mg/d，女孩為12.6mg/d；FEEDAP小組指出男孩每日鋅攝入量同SCF規定的兒童最高可耐受攝入量相當（EC, 2003b）。

　　所有消費調查中，動物組織和動物源性產品占消費者總鋅攝入量的40-50%。由于過去10年內動物飼料中一直有添加鋅化合物，可以合理假設上述調查中研究的動物源性食品中的鋅來自飼料中添加的鋅。由于飼料中添加的鋅化合物中一直有使用氧化鋅，繼續使用氧化鋅不會影響鋅對消費者的接觸影響。

　　3.2.4 對消費者安全性的結論

　　根據歐盟規定的飼料中總鋅的最高含量，在此條件下使用氧化鋅不會影響消費者安全。

　　3.3 對用戶/工人的安全性

　　面霜和藥膏中常常含有氧化鋅，用于治療輕微的皮膚刺激如特定類型的尿布疹，也可用于防曬。歐盟化妝品和非食用產品科學委員會（EC, 2003c）推斷：根據兔、小鼠和豚鼠試驗結果，氧化鋅對皮膚沒有刺激性；根據兔試驗結果，氧化鋅對眼睛沒有刺激性；根據豚鼠最大值實驗，氧化鋅對皮膚沒有致敏性。

　　應用中氧化鋅常被認為具有較高的除塵性能，有可能會造成用戶經吸入接觸。當吸入過多時會影響人類呼吸系統（Kim et al., 2006; Tal et al., 2006）。按照FEEDAP小組觀點，應采取審慎措施，以避免氧化鋅吸入接觸。

　　3.4 對環境的安全性

　　含鋅的飼料添加劑在使用過程中，難以避免會排放到環境中。家畜采食鋅后會隨糞便排出，如果糞便（糞便、泥漿或墊料）被用作肥料，鋅又會隨之進入到環境土壤中。這其中可能存在2個主要的潛在風險：

　　-鋅在表層土中蓄積，對土壤有機物造成潛在毒害危險；

　　-鋅從土壤中浸入地表水，對水柱和底泥中棲息的有機物造成潛在毒害危險。

　　水產養殖中，微量元素如鋅將直接排放到廣闊的水體中，或被魚類攝取后排放到環境中。EFSA技術指導（EFSA, 2008b）中指出，網箱養魚的部分問題在于底泥，而陸基養魚污水滲入地表水中被認為是主要的環境風險。

　　EFSA進行了一項研究，關于動物營養中應用鋅和銅對環境的影響（Monteiro et al., 2010），該研究結果是本意見的基礎。

　　為評估鋅作為飼料添加劑對陸生動物的潛在危害，研究者設計了一個模型，綜合了會導致土壤中金屬元素蓄積和浸出的各種物理化學和水文過程。由于環境最大允許氮排放量為170kg/公頃/年，環境中金屬的排放量和動物糞便還田量應根據不同動物飼料添加劑的最大允許金屬含量計算。按照FOCUS（關于殺蟲劑的一個組織）提出的場景方法計算地表水（溶解金屬含量）和底泥（總沉積金屬含量）中金屬濃度，要考慮金屬在環境中的形態。報告中對于各種參數和假設都給出了更具體的信息。

　　3.4.1 對環境安全性的結論

　　根據以上評估，允許氧化鋅作為飼料添加劑使用不會對農業土壤環境造成直接影響，然而對于地下水、排水系統及地表徑流有可能產生一定影響。其中酸性沙壤土最易受到影響。為得出最終結論，需要進一步評估以含鋅飼料添加劑對家畜的影響以獲得更多的數據。

　　水產飼料中添加鋅添加劑達到允許的最高添加量預計對環境不會造成明顯的危害。

　　4 氧化鋅的功效

　　科學文獻廣泛記載了氧化鋅對動物營養的作用。氧化鋅被認為是一種有效的鋅源，可以滿足動物對鋅的需要。Jongbloed等（2002）報道了與硫酸鋅相比，氧化鋅的相對生物學利用率分別為：豬 92%（82%-110%）、禽 67%（36%-105%）、反芻 98%（93%-101%）。Edwards和Baker（1999）發現與硫酸鋅相比，不同來源的飼料級氧化鋅在雛雞上的生物學利用率也不同，分別為22%-91%，作者認為某些飼料級氧化鋅在生產過程中經歷的高溫（1200℃，威爾茲法）可能會降低其生物學利用率。因此相比硫酸鋅，不同動物對于氧化鋅的生物學利用率也不同，更重要的是，不同來源的氧化鋅其生物學利用率也存在很大區別。

　　5 上市后監控

　　FEEDAP小組認為，除了目前已建立的飼料衛生法規和GMP良好生產規范外，沒有必要進行特定要求的上市后監控。

　　結論和建議

　　結論

　　FEEDAP小組總結道：根據歐盟立法規定的飼料中總鋅的最高含量，氧化鋅對所有動物來說均是一種安全的鋅源。

　　當動物營養中氧化鋅用量達到歐盟允許的最高添加量對于消費者安全沒有影響。

　　氧化鋅對皮膚和眼睛沒有刺激性，對皮膚也沒用致敏性。目前氧化鋅在應用中被認為具有較強的除塵性能，當使用者吸入氧化鋅超過臨界值，會對呼吸系統造成一定影響。

　　氧化鋅被批準用作飼料添加劑對農業土壤不會產生直接影響，然而對于地下水、排水系統及地表徑流有可能產生一定影響。其中酸性沙壤土最易受到影響。為得出最終結論，需要進一步評估以鋅為基礎的飼料添加劑對家畜的影響以獲得更多的數據。水產飼料中添加鋅制劑達到允許的最高添加量預計對環境不會構成明顯的風險。氧化鋅對于滿足動物鋅需要十分有效。

　　氧化鋅對于滿足動物鋅需要十分有效。

　　建議

　　氧化鋅中的最低鋅含量應明確規定為72％（即氧化鋅純度至少為90％）。

　　申請人表1中提出的“僅能用在預混料中”是沒有必要的。

　　總論

　　在了解動物的鋅需要量以及不同來源的鋅生物學利用率變化后，可以在相當程度上降低日糧中鋅的最大含量，而不會對動物健康、福利以及動物生產力造成負面影響。降低日糧鋅的最大含量可以降低鋅對環境造成的負擔。同時植酸酶的使用使得日糧鋅含量進一步降低成為可能。如果其他相關領域如生態領域要采取相關行動，重新評估動物對鋅的需要量/限量將成為應對的基礎。

　　FEEDAP小組指出，地下水、排水系統和徑流中一旦鋅濃度過高，將再難以恢復，因此小組建議對于糞便處理，在訂立政策前需先評估土壤敏感性。

　　附件A

　　飼料添加劑中鋅含量的檢測方法：EURL評估報告的執行概要

　　根據EC1831/2003規定中的Annex Ⅰ系統分類法，二水醋酸鋅、無水氯化鋅、氧化鋅、七水硫酸鋅、一水硫酸鋅、氨基酸螯合鋅水合物、甘氨酸螯合鋅水合物等物質屬于“營養性添加劑”/“微量元素化合物”分類/功能組3（b），目前這些化合物的應用授權可在4（1）和10（2）條款下找到。

　　申請者指出，二水醋酸鋅為白色固體，總鋅含量最低為29.6%；無水氯化鋅為白色或略帶顏色固體，總鋅含量最低為46%；氧化鋅為白色至深綠色或淺褐色固體，總鋅含量最低為72%；七水硫酸鋅為白色固體，總鋅含量最低為22%；氨基酸螯合鋅水合物為淺褐色至深咖啡色固體，總鋅含量最低為10%；甘氨酸螯合鋅水合物為白色至奶油色固體，總鋅含量最低為24%。上述飼料添加劑應用授權可在所有分類及動物類別中找到。

　　飼料添加劑中無機鋅化合物（即二水醋酸鋅、無水氯化鋅、氧化鋅、七水硫酸鋅、一水硫酸鋅）的鑒定和定量，EURL建議采用歐洲藥典中的官方控制方法（1482, 0110, 0252, 0111和2159），即絡合滴定法，用0.1mol/L的EDTA鈉進行滴定，以二甲酚橙作為指示劑。

　　氨基酸螯合鋅（即氨基酸螯合鋅水合物和甘氨酸螯合鋅水合物）中的氨基含量定量測定，經EURL要求，申請者提出采用共同體方法，即HPLC加柱后衍生法，茚三酮為衍生劑，并在750nm下測定光度值。EURL認為在官方控制方法的框架下，共同體方法適合鑒定氨基化合物。

　　對于所有飼料添加劑、預混料、飼料原料中的總鋅測定，申請者提交了CEN方法（EN 15510），即電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-AES）。經檢測發現如下特性：重復性的標準偏差（RSDr）范圍為1.7-8.8%；重復性的相對標準偏差（RSDR）范圍為5.0-19%；定量限（LOQ）為3mg/kg。此外，申請者還提出在壓力溶出后ICP-AES法的基礎上，可選擇CEN環形比對驗證方法（CEN/TS 15621），測定飼料添加劑、預混料、飼料原料中的總鋅。豬飼料、羊飼料、磷礦石、礦物質預混料、礦物質混合物的總鋅含量范圍為26.6-3618mg/kg，經檢測發現如下特性：RSDr范圍為1.5-5.4%；RSDR范圍為2.7-22%；定量限LOQ=1mg/kg飼料原料。最后申請者建議共同體方法為檢測飼料原料總鋅含量的方法，其方法性能特征有限。而英國食品標準局也用上述共同體方法進行了對比試驗，并測得飼料原料的RSDr和RSDR范圍為1.0-9.5%。

　　在這些可接受的方法性能特征的基礎上，EURL建議采用ICP-AES CEN官方控制方法（EN 15510和CEN/TS 15621）測定飼料添加劑和預混料的總鋅含量。至于飼料原料的總鋅含量測定，EURL建議AAS聯合上述ICP-AES CEN方法，在其基礎上采用共同體官方控制方法。

　　申請者提出在ICP-AES基礎上，采用環形比對驗證方法EN ISO 11885定量測定水中總鋅含量。經檢測發現如下特性：RSDr范圍為1.5-2.4%；RSDR范圍為4.9-5.9%；定量限LOQ=1μg/L。在這些可接受的方法性能特征的基礎上，EURL建議采用ICP-AES CEN官方控制方法（EN ISO 11885）定量測定水中總鋅含量。

　　按照國家參考實驗室規定的條款10（歐委會法規EC No 378/2005）進一步測試或驗證方法有效性是沒有必要的。

　　附件B

　　鋅的生物學功能和毒性更新

　　鋅是一種微量元素，是所有已知的生物體所必需的，是多數脊椎動物體內除鐵外含量最豐富的微量元素。一系列基礎生物學過程都需要鋅的參與，包括蛋白質、核酸、碳水化合物和脂質的代謝，同時鋅也參與一些復雜的生命活動，如免疫應答、神經傳遞和細胞信號轉導等（Coleman, 1992; Beyersmann, 2002; Murakami and Hirano, 2008）。據估測，人體內含鋅蛋白質約有3000種（Passerini et al., 2007）。細胞內基本上所有的鋅均與蛋白、肽和氨基酸結合，但體內同時存在細微波動的不穩定細胞質Zn2+池，參與細胞信號轉導途徑（Murakami and Hirano, 2008; Haase and Rink, 2009; Hogstrand et al., 2009）。Zn2+轉換胞內信號的機制之一為抑制酪氨酸蛋白磷酸酶；這被認為是胰島素樣效應背后的分子機制（Haase and Maret, 2003; Miranda and Dey, 2004; Wong et al., 2006）。鋅的攝取，以及組織間和細胞內鋅的區隔主要是通過普遍存在的2大鋅轉運蛋白家族進行，即ZnT（SLC30A）家族和ZIP（SLC39A）家族，多數哺乳動物體內存在24種同源蛋白（Feeney et al., 2005）。不同轉運蛋白的分布及活性決定了鋅在細胞和動物體內的分布。但通過某些氨基酸轉運體，細胞鋅流可能同樣會出現在各種鈣離子通道中。

　　日糧鋅對脊椎動物毒性較低（Clearwater et al., 2002; van Paemel et al., 2010）。對鋅毒性最敏感的反應是銅和鐵的吸收，銅鐵吸收受到抑制會帶來一系列連鎖反應（Eid and Ghonim, 1994; Balesaria et al., 2010）。同時對脂質代謝和免疫系統也會產生影響，因為鋅是這些生命活動的天然調節物。水生生物對水中的鋅也很敏感，鋅的急性毒性濃度高于某些金屬，如銀、鎘和銅，但低于鎂和鎳（McDonald and Wood, 1993）。鋅對水生生物較高的毒性危險使得其被美國環境保護署（USEPA）列為“優勢污染物”（2002）。