欧盟决定2009/251/EC与富马酸二甲酯

陈 如 刘宇平 盛景焕 王建平

随着欧盟决定2009/251/EC的发布,一种原本并未受到人们广泛关注的化学物质立即成了业内的热点,这种化学物质就是富马酸二甲酯(Dimethylfumarate),简称DMF。DMF的化学文摘编号为CAS No.为624–49–7,EINECS No.为210–849–0。其学名为反丁烯二酸二甲酯,别名延胡索酸二甲酯,俗称霉克星、霉敌。分子式:C6H8O4。结构式为:

市场上,DMF的其他名称还有:Allomaleic acid dimethyl ester、Boletic acid dimethyl ester、Transbutanediotic acid dimethyl ester、Trans–1,2–ethylenedicarboxylic acid dimethyl ester、Fumaric acid dimethyl ester等。

自2008年下半年起,有消费者陆续反映,在欧盟市场销售的某些进口产品,如家具、皮革、服装和鞋类产品,在使用时会引起皮肤过敏反应,甚至出现急性呼吸道疾病,由此而引发的产品召回屡有发生,引起社会各界,包括政府主管部门、医学研究机构、立法机构、媒体和社会公众的广泛关注。

经深入的调查和研究,后已确认,这些遍及法国、波兰、芬兰、瑞典和英国等国的消费者健康损害的原因是在这些欧盟成员国市场出售的家具和鞋类产品。经临床试验表明,这种损害是由于这些家具或鞋类产品使用了富马酸二甲酯(DMF)作为抑制霉菌的生物杀灭剂以防止产品在潮湿的环境下运输和保存可能导致的损坏而造成的。

富马酸二甲酯作为防霉剂使用时,通常是以小袋包装的形式,置于家具内或皮革、服装和鞋类的包装盒内。消费者在使用这些产品时,富马酸二甲酯有可能通过接触而渗透到消费者的皮肤上引起接触性皮炎,症状包括发痒、刺激、红肿和灼烧感等,且特别不易治愈。因而,使用富马酸二甲酯作为防霉剂存在对消费者健康造成损害的风险。考虑到情况的紧急,根据欧盟的相关法规以及在紧急情况下突破常规立法程序而以紧急的方式来处理相关危机的规定,并考虑到欧盟在采取相关措施上应取得一致的要求,欧盟以最快的速度通过并推出了欧盟决定2009/251/EC,要求各成员国确保不将含有富马酸二甲酯生物杀灭剂的产品投放市场或不可从市场获得此类产品。而在此之前,作为欧盟成员国的比利时、西班牙和法国都已经先后颁布了禁止含有DMF的产品投放市场的法令。

需要特别引起人们注意的是,在已被召回的含富马酸二甲酯的产品中,也包括从中国出口到欧盟的产品。

事实上,相关行业在家具、皮革、服装和鞋类产品的包装中使用DMF作为的防霉剂时,对DMF的性质并无足够的了解。这在很大程度上是由于DMF已在食品等直接关乎人的生命与健康的产品中已有长期和良好的使用纪录,而DMF会引起皮肤过敏和呼吸道疾病的个案虽有发生,但并未引起人们的广泛关注。

1关于富马酸二甲酯(DMF)

1.1富马酸二甲酯的物理化学性质

DMF为白色片状或粉状结晶,略有酯香味,熔点 102 ～ 104 ℃,沸点 193 ℃,微溶于水,能溶于乙腈、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷和醇,常温下具有升华性,是一种新的气氛型防霉剂(表 1)。DMF对光和热稳定,在紫外线和阳光照射下 72 h基本无变化,110 ℃加热 2 h不分解。DMF对碱也有一定的稳定性,但其水溶液对热的酸、碱稳定性较差,对氧化剂、还原剂、蛋白质等有较好的稳定性,其水溶液pH值为 6.7 ～ 7.3,对金属无腐蚀性。

1.2富马酸二甲酯的毒理学性质

DMF的毒性极低,进入人体后,很快转化成人体新陈代谢的正常成分 — 富马酸,不会对人体产生毒副作用。田庆伟等通过对大鼠的试验认为DMF的人每日允许摄入量(ADI)应低于 0.25 mg/kg/d,即体重为 60 kg的成人每日摄入DMF应少于 15 mg。

1.2.1急性毒性

小鼠经口LD50为 1 229 mg/kg,大鼠LD50为 2 500 ± 39 mg/kg(95% 置信区间为 2 539 ～ 2 461 mg/kg),属低毒化合物,国外报道DMF的LD50为 2 240 mg/kg,大鼠为 2 628 mg/kg。

1.2.2蓄积毒性

DMF的蓄积常数为 8.3,属低蓄积性物质。用含 500 mg/kg DMF的饲料对蛋鸡进行试验,蛋鸡经解剖后,发现其心、肝、肺、胃、肠、肌肉均无病理性改变,仅在粪便中检出少量DMF。

1.2.3致突变性

按1982年修订后的《沙门氏菌诱变性试验》的方法进行Ames试验,实验证明DMF对鼠伤寒沙门氏菌TA97、TA98、TA100和TA102等 4 个菌株均无致突变作用。小鼠精子畸变试验和小鼠骨髓微核试验均为阴性。

1.3富马酸二甲酯的合成工艺

1.3.1富马酸直接酯化

合成DMF的经典方法是富马酸和甲醇在催化剂(H2SO4、HCl)作用下直接酯化生成DMF。富马酸是顺丁烯二酸酐水解、异构化的产物,也可以用糠醛氧化制得。传统的催化剂是浓硫酸,但是浓硫酸对设备有腐蚀作用,并且产生较大的环境污染。

1.3.2由顺丁烯二酸酐(又称马来酸酐、顺酐)制取

顺酐在催化剂存在下,与甲醇酯化得到顺丁烯二甲酯,再异构化合成富马酸二甲酯。顺酐来源广泛,价格低廉。顺酐以浓盐酸作为催化剂和甲醇进行酯化反应可以得到DMF,加入磷酸作为助催化剂,可以减少反应液对设备的腐蚀,并提高得率。如果不使用浓盐酸,而以其它酸性物质作为催化剂,则酯化生成马来酸二甲酯,需要进一步在酯化后进行异构化,得到终产物DMF。异构化反应一般在Br2/CCl4中,并以红外线照射完成。

1.3.3富马酸酰氯化后酯化

富马酸用酰化剂如邻苯二甲酰氯、亚硫酰氯酰氯化后得到丁烯二酸二酰氯,后者再与甲醇醇解而得富马酸二甲酯,此法工艺路线复杂,反应条件难以掌握,生产成本高,不便于工业化生产。

1.4富马酸二甲酯的应用

Searle和Tisdale于1940年报道DMF的抗菌作用并申请了专利后,各国研究者开始陆续研究DMF的防腐功能。

1.4.1食品行业

1981年,富马酸及其酯类已成为美国食品和药品管理局(FDA)批准使用的食品添加剂。经实验证明,富马酸二甲酯比富马酸、富马酸单甲酯、富马酸苯甲酯的抑菌效果好。它对食品中常见的黄曲霉、黑曲霉、青霉、交链孢霉、串珠镰刀菌、白地霉等 8 种霉菌有显著的抑菌作用。DMF经 80 ℃加热处理 20 min后,不仅仍有抑菌效果,且具有升华作用,可利用其特性,同时对产品进行接触杀菌和熏蒸杀菌。在pH= 3 ～ 8 范围内它对真菌有特殊抑菌作用。抑菌范围比常用的防腐剂山梨酸及其酯类,苯甲酸及酯类要广(表 2)。

表 2 中,1 — 4 类防腐防霉剂几乎都属于酸性防腐剂,其pH值适用范围都比较小,且个别防腐防霉剂成本较高,有的杀菌范围有限。苯甲酸酯类有残留毒性,最近日本与美国已经禁用或限用。而DMF对许多霉菌有特殊的抑制效果,并且具有抗真菌能力,可应用于鱼、肉、蔬菜、水果等防霉、防腐、防虫和保鲜。

DMF的抗菌作用机理是其能顺利穿透微生物的细胞膜进入细胞中,抑制微生物细胞的分裂,并通过对三羧酸循环(TCAC)磷酸己糖途径(HMP)和酵解途径(EMP)的酶活性的抑制来抑制微生物的呼吸作用,从而使微生物的生长繁殖被有效控制。

此外,Hunhtanen的研究表明,用DMF替代亚硝酸盐添加到肉类罐头食品中,同样能起到较好的抑制肉毒杆菌的作用。亚硝酸盐一直以来广泛应用于肉类罐头食品中,可起到防腐和显色的作用。但常期食用亚硝酸盐可致癌。DMF能有效抑制肉毒杆菌及芽孢,避免肉类受肉毒杆菌毒素的污染。

1.4.2皮革制品

DMF在皮革行业中的应用也较为广泛。由于皮革及其制品中含有大量的胶原蛋白质,是霉菌生长的极好营养源。为了防止皮革及其制品上霉菌的生长,生产过程中常添加防霉剂。常用的新型复配型防霉剂就使用DMF。DMF也用于与硫酸钠、明矾等复合而成的生皮腌制剂,用这种腌制剂腌制带毛生皮,生皮光滑有弹性,能防腐蚀防盐虫、耐储存。

1.4.3其他行业

由于防霉效果很好,DMF也被用于饲料、建材、木制品、纺织产品和塑料制品的防霉。

2关于富马酸二甲酯的致敏性问题

2.1富马酸二甲酯引起的过敏性事件案例

DMF虽有良好的防霉效果,但也具有致敏性。DMF可经消化道、呼吸道和皮肤进入人体,引起皮肤过敏、刺激眼睛、粘膜以及上呼吸道,尤其是对眼睛和皮肤刺激很大,大量摄入可能会引起咽痛、呕吐、腹痛等。我国食品卫生法已禁止DMF在食品中的使用。

2004年6月,在辽宁省某市发生了一起造成 29 名小学生食物中毒的事件。经当地卫生防疫部门流行病学调查证实,中毒学生均食用了一种名为“流浪者”的小食品。中国医科大学附属第一医院临床药理教研室阚周密等对同批大包装剩余样品进行检测,在样品中检测出了DMF的存在。

2006年,中国生产的沙发因引起首例过敏性湿疹,使干燥剂安全性问题引起广泛关注。Rantanen等研究表明,引起过敏的原因与抗菌剂DMF有关。即使浓度降至 1 mg/kg,DMF仍可造成严重的过敏反应。之后,陆续出现多个过敏事件也均与DMF有关,致敏产品涉及到其它日用消费品如鞋类等。根据临床试验发现,DMF可透过纺织品渗透入人体皮肤,诱发接触性皮炎,包括搔痒、疼痛、红肿、灼痛等症状,此外还有一些报道称DMF可引起急性呼吸困难。

2008年7月21日英国《泰晤士报》报道,中国产沙发革中防霉剂释放的化学物质DMF致使 1 500 多人产生严重的皮肤过敏反应,两名患者因此死亡。2008年9月17日,法国也指出来自中国的多款真皮扶手椅和沙发由于使用DMF,导致消费者产生皮肤过敏症状。2008年11月中国生产的ETAM女鞋出口法国,多位消费者穿着后脚部发生过敏性皮炎。据调查可能与产品含DMF有关。1 万余双ETAM鞋在法国全部 下架。

在2008年及2009年欧盟非食品快速预警系统(EU rapid alert system for dangerous of non-food consumer products,RAPEX)统计报告中,经常出现一些中国生产的沙发及鞋类因检出DMF而被召回的案例,使我国产品出口受阻,造成严重的经济损失。

当然,因使用DMF作为防霉剂而引起的致敏性事件并非中国独有,在其他一些国家出口欧盟的产品中也有报道。

2.2与富马酸二甲酯相关的法令

多起致敏事件的发生,敦促欧盟各国纷纷出台法令限制DMF在日用消费品中的使用。

2008年12月4日,法国签署了“关于暂停含有富马酸二甲酯的座椅及鞋类制品上市的法令”。该法令称 1 年内禁止进口或在市上销售含有DMF的座椅及鞋。若所有该类产品已知含有DMF或在包装上标注含有DMF的一律召回。2009年1月,比利时也出台了类似的法令。

早在1998年,欧盟委员会就颁布指令98/8/EC。该指令指出欧盟成员国生产的产品中不得含有DMF作为生物杀灭剂。但该指令并未对进口欧盟的产品提出相关要求。在(EC)No.1451/2007中列出欧盟授权可以使用的生物杀菌剂,但DMF也不在其列。

由于进入欧盟的日常消费品如皮革、服装和鞋类产品因含有DMF而引起多起致敏事件,欧盟以最快的速度通过并推出了欧盟决定2009/251/EC。该决定规定,在2009年5月1日之前,欧盟各成员国均应保证禁止含富马酸二甲酯的产品投放市场或在市场上销售(无论是有偿的还是无偿的);限量要求为产品中DMF的含量应 < 0. 1mg/kg(该限值远远低于能引起人体过敏反应的 1 mg/kg);在2009年5月1日前,各成员国应确保已经投放市场或在市场上销售的含富马酸二甲酯的产品须从市场或消费者手中召回,并保证使消费者充分了解这类产品的危害性;各成员国必须采取必要的措施来实施本决定公布这些措施,同时报告欧盟委员会;该决定有效期至2010年3月15日。

欧盟2009/251/EC决定表示,该决定具有临时应急的性质,以对已经发生的危机进行干预,欧盟最终还将推出一个永久性的解决方案。关于对所谓含富马酸二甲酯的产品的定义,该决定规定:凡是声明使用DMF的,如使用一个或多个小袋包装DMF的产品或产品的部件,或产品或产品的部件中DMF的含量 > 0.1 mg/kg的,都属于含富马酸二甲酯的产品。

3富马酸二甲酯含量的测试方法

虽然国际上已有欧盟的决定2009/251/EC出台,以杜绝含有DMF的产品上市,但至今仍未有相应的测试方法标准面世。我国广东省出入境检验检疫局起草了一个有关DMF测试方法的标准草案,该草案规定了皮革、纺织品中DMF的GC – MS检测方法。该方法用乙酸乙酯对样品中的DMF进行超声提取,提取液经中性氧化铝小柱过滤后,以GC –MS测定,外标法定量。该方法检测限可达 0.1 mg/kg。

目前测定DMF的主要方法有薄层层析法、气相色谱法和液相色谱法等(表 3)。由于疑似添加富马酸二甲酯的食品、皮革和干燥剂中往往含有各种色素、调味添加剂、油脂等,基质较为复杂,若采用薄层层析法或紫外分光光度仪分析干扰比较严重。而气相色谱法则方便快捷,是较多采用的DMF分析检测方法。

笔者所在实验室经多因素分析和实验比较,选择溶剂提取,GC – MS检测的方法对DMF进行定性定量分析,方法方便快捷,检测限可达 0.1 mg/kg,符合2009/251/EC的限量要求(图 1、图 2)。

4富马酸二甲酯在医疗行业中的应用前景

1994年,一种名叫Fumaderm®的富马酸酯类药物在德国获得注册,其主要有效成份为DMF。这种药物可口服用于治疗慢性炎症性皮肤病 ─ 银屑病(俗称牛皮癣)。而且发现DMF对环状肉芽肿、表皮结节病和脂性渐进性坏死等皮肤炎症有一定的疗效。另外该药物可以治疗导致青年人和中年人神经功能残障的多发性硬化症,研究还表明低剂量的富马酸酯类药物治疗可减缓该疾病的恶化。

另一种正在临床试验的药物DG12®,其有效成份也为DMF。通过与安慰剂的比较实验发现,服用DG12的银屑病病人,临床症状改善达 68%,而服用安慰剂的病人仅改善10%。目前,有动物实验表明,DMF可减缓结肠癌的增殖和转移。给带有人黑素瘤的SCID小鼠口服DMF,可减缓肿瘤的生长及癌细胞的扩散。该模型证明DMF对黑素瘤细胞具有抗增殖及致使肿瘤细胞凋亡的作用。

5结语

显然,在家具、皮革制品、服装和鞋类产品的包装中使用DMF作为防霉剂并非人们在明知其对人体有害的情况下的一种恶意或不负责任的行为。由于之前DMF已在食品等行业获得长期和成功的应用,人们忽视了其可能引起人体过敏反应的问题,加之并无明确的法规规定不得用于日用消费品,由使用DMF而在欧盟众多成员国内所引起的群体性过敏性事件和大规模召回事件是人们不愿意看到的也是始料未及的。

事实上,DMF从上世纪40年代被发现具有抗菌防腐的功效以来,一直被食品界广泛使用。由于其高效的抗菌作用,在皮革行业也得以推广。但经长期使用,发现其具有一定的刺激性而不再应用于食品行业。近几年,诸多出口欧洲的沙发与鞋类导致消费者严重过敏的事件,经实验确认均为DMF所致。因此,欧盟明令禁止含此种化合物的产品在市场销售,既表明了欧盟在对待消费者的健康与安全方面的积极的和负责任的态度,也显示出人类在科学技术发展过程中面对不断出现的新事物、新问题所采取的积极的科学的态度。当然,在消费品领域限制使用DMF并不意味着DMF“生命”的终结,在医药行业,其对多种疑难病症的良好药效正显示出其旺盛的“生命力”,如何合理使用DMF并使其造福于人类,给人们留出了很大的想象空间。

回头看业内,由于DMF在消费品领域已被禁用,寻找合适的防腐抗菌剂替代品已成当务之急。天然防腐物质已开始受到关注,如香辛料、蓖麻油、桧醇等对食物均有防腐保鲜的效果,但能否用于皮革等产品仍有待于研究和探讨。

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