青霉素是一类能破坏细菌细胞壁并在细菌繁殖期有杀菌作用的一类抗生素。对于革兰氏阳性菌以及部分革兰氏阴性球菌(脑膜炎球菌、淋球菌等)具有较强的杀菌作用。青霉素由于其高效、低毒性而被广泛的应用在临床医学和畜牧业上。近年来青霉素在畜牧养殖业上的滥用,导致其在动物性食品中的残留问题愈加严重。青霉素残留所导致的问题如食物过敏、耐药性的产生以及对肠道菌群的影响不断被报道。除此之外,临床上使用青霉素还可以导致如神经毒性、肝功能异常以及耳毒性等不良反应。青霉素的残留给公共卫生安全带来了诸多潜在的隐患。由于青霉素结构的特殊性,其在酸性、碱性、金属离子以及β-内酰胺酶存在的情况下易于分解。温度的改变也会影响青霉素的稳定性,使之生成多种分解产物。人们通常在日常烹饪过程中使用加热的方式如煎、炒、炖等方式来增加食物嫩熟程度和口感,并且消除肉类等动物性食品中残留的微生物。在此过程中,残留在食品中的青霉素会出现不同程度的分解,生成相应的分解产物。诸多学者报道了青霉素在不同加热温度、不同烹饪方法以及不同介质等条件下的分解情况以及分解产物,但是残留在动物性食品中的青霉素经过加热烹饪后的食品安全性评价却鲜有人报道。本研究以青霉素为对象,经过高温烹饪处理,评价其残留在动物性食品中的安全风险。通过急性毒性实验,确定青霉素加热时间与毒性的关系,即加热10 min所生成的热处理青霉素混合物(BPHCT)毒性最强;随后应用超高效液相色谱串联质谱法(UPLC-MS/MS)确定了BPHCT的主要分解产物;进而合成了BPHCT中主要且稳定的分解产物-青霉噻唑酸(BPNLA),并通过超高效液相色谱法(UPLC)、质谱法(MS)、核磁共振波谱法(1H-NMR)和淀粉-碘实验等方法对合成的BPNLA的结构和纯度进行表征分析,结果表明合成的BPNLA结构正确且纯度≥97%。因此,本实验以BPHCT和BPNLA为目标物,分析评价青霉素加热后的混合物及其主要分解产物的体内外毒性。体内毒性研究结果显示:BPHCT和BPNLA具有急性毒性,腹腔注射BPHCT和BPNLA的LD50值分别为933.04 mg/kg和8.48 g/kg;长时间暴露于BPHCT会使得小鼠体重、与肝、肾功能相关血清指标以及相关脏器系数出现变化;在BPHCT高剂量组里可观察到小鼠肝脏出现坏死、淋巴细胞浸润以及嗜酸性反应,肺脏组织出现炎性细胞浸润,睾丸组织内生精小管结构松散,间质增宽,精原细胞脱落死亡,精子减少,甚至部分小鼠出现神经症状;BPHCT具有生殖细胞致突变性和遗传毒性。体外毒性研究结果显示:BPHCT和BPNLA具有细胞毒性,可以影响细胞活性,抑制细胞增殖能力,呈时间和剂量依赖性;二者可诱导细胞凋亡并导致凋亡相关基因Caspase 3、8以及9表达上调,同时下调Bcl-2基因与Bax基因比值;在暴露BPHCT的小鼠组织脏器中如肺脏、脾脏和肠道中检测到了凋亡细胞;BPNLA可以改变细胞周期,使得G1期细胞阻滞,S期细胞减少。综上所述,青霉素加热后与其原型相比在体内水平毒性增加3.75倍,在体外水平毒性增加2-55倍,且具有诱导细胞凋亡和改变细胞周期的能力。BPHCT和BPNLA体内体外毒性研究表明,BPNLA体内外毒性与BPHCT的体内外毒性表现一致,为BPHCT的毒性成分之一。长期食用含有BPHCT的动物性食品可能会导致潜在的肝毒性、肺毒性以及潜在的生殖细胞致突变性和遗传毒性。本实验将抗生素在动物性食品中的残留和高温烹饪处理两个评价因素引入到食品安全评价中,作者认为高温烹饪会导致热稳定低的一类抗生素出现分解,而这些加热后所生成的分解产物的毒性则应倍加重视。通过本研究,拟向消费者和相关食品安全机关传递青霉素残留的毒理学信息,使之对青霉素的残留所带来的危害更加明确。对于食品中残留抗生素热加工的安全性以及由此可能对人类引起致癌、致畸、致突变以及不孕不育等威胁人类健康的后果必须给予关注。因此,我们呼吁,兽用抗生素必须在政府相关部门的严格监督下使用,严格执行休药期制度,建立更高灵敏度的检测方法来确保动物性食品安全。