碳化钙在食用农产品中的应用及其安全问题

梁菡峪，丁晓雯，肖 洪，张亚琼，张 迪

（西南大学食品科学学院，农业部农产品加工和贮藏保鲜质量安全风险评估重点实验室，重庆 400715）

碳化钙在食用农产品中的应用及其安全问题

梁菡峪，丁晓雯*，肖 洪，张亚琼，张 迪

（西南大学食品科学学院，农业部农产品加工和贮藏保鲜质量安全风险评估重点实验室，重庆 400715）

碳化钙，俗称电石，作为水果催熟剂和植物调节剂被广泛用于农业。虽然随着碳化钙安全性问题的出现，其作为水果催熟剂的应用已被很多国家禁止，但有很多地区仍在使用。另一方面，近年来有大量文献报道碳化钙作为植物调节剂对植物生长的影响作用。本文综述了碳化钙的理化性质、在食用农产品中的应用以及碳化钙在应用中可能造成的安全性问题，补充碳化钙在安全性评价方面的文献缺失，为其进一步应用发展提供理论基础。

碳化钙，农产品，应用，安全性

随着人们生活水平的不断提高，公众对食品安全问题的关注度越来越高。因此，对食品从农田到餐桌过程中所使用的化学物质的安全性研究变得尤为必要。碳化钙，曾作为水果催熟剂被广泛应用于食用农产品中，但随后即被很多国家禁止使用，例如印度1955年制定的《防止食品掺假条例》等。近几年，关于碳化钙禁止用于水果催熟的报道更是屡见不鲜，而与之形成鲜明对照的是，关于碳化钙在食用农产品中应用及其安全性评价的相关文献报道或法规却相对较少。另一方面，国外大量文献显示碳化钙可添加入土壤中，其作为植物调节剂对作物生长具有明显的促进作用，但我国目前还未将其用作植物调节剂。本文主要介绍碳化钙在食用农产品中的应用研究以及其可能造成的安全性问题。

1 概述

碳化钙，俗称电石，化学式为CaC2，纯品为白色立方体晶体，具有轻微刺激性气味[1]，常压下，熔点为447℃，沸点为2300℃。市面销售的碳化钙通常为碳化钙和氧化钙的混合物，呈灰色或灰黑色不规则块状物，并含有砷、磷等有害物质[2]。碳化钙在常温下不与干燥空气反应，遇水立即发生激烈反应，生成乙炔和氢氧化钙，并放出大量热，1kg纯碳化钙与水反应能产生366L乙炔（15℃，0.1MPa），其常用于工业制造乙炔和工业焊接[3]。与此同时，碳化钙还广泛应用于农业，是一种常见的催熟剂，被直接使用于催熟芒果、菠萝等水果，也可经过一些处理后（胶囊化，涂蜡或者涂漆等）施用于土壤中，从而促进植物生长[4]。

2 碳化钙在食用农产品中的应用

2.1 植物激素

2.1.1 土壤改良剂 当碳化钙作为土壤改良剂使用时，可通过与土壤中的水分反应缓慢释放乙炔和钙，一段时间后，释放出的乙炔可通过土壤内部微生物作用逐渐转换或由植物吸收后经生物还原为乙烯[5-7]，使土壤中乙烯的浓度增加[8]，控制和调节农作物生长发育的各阶段[6，9-10]。研究报道，将未加入碳化钙未灭菌的土壤设为空白组，以空白组的乙炔和乙烯的含量作为基准；分别研究添加碳化钙的未灭菌土壤和高压灭菌土壤中乙烯和乙炔的释放情况。结果发现，添加了碳化钙的灭菌土壤在24h内有大量乙炔释放，并在随后一段时间内（30d左右）逐渐减少，乙烯含量随着时间推移从无到有逐渐递增，并在实验后期达到最大量（519nmol/kg）；而在添加碳化钙的高压灭菌土壤中，乙炔的趋势与未灭菌土壤情况相同，但并无乙烯检出。由此证明，碳化钙在土壤中能够缓慢释放乙炔，随即经过生物转换形成乙烯，而此过程需要微生物参与[4-5，8]。

2.1.2 水果催熟 碳化钙释放的乙炔与水果自身产生的天然催化物质乙烯是类似物，用碳化钙直接处理果蔬可模拟乙烯的催熟过程，控制和调节作物生长发育各个阶段[6，9-10]，刺激作物某些器官生长和果实生殖发育[11]。Subbiyan等[12]进行田间实验，使用50m L的1.0%碳化钙溶解液（48h/2次）处理菠萝“Tainon 17”166d，与自来水处理的空白组对照，使用碳化钙溶液处理49d左右的菠萝“Tainon 17”提前开花，开花率为100%；空白组在123d左右开花，开花率为20.8%。结果表明，碳化钙能够有效促使该作物的生殖发育。

碳化钙成本低廉[13]，催熟水果的操作过程也相对简单，通常只需将少量的碳化钙用纸盒包装置于水果旁[2]，因此其常被用作芒果、香蕉等水果的催熟剂[14]，其释放的乙炔可作用于相关基因的转录和翻译，合成新的酶系从而控制淀粉至单糖的水解转换、叶绿素的降解过程，类胡萝卜素等色素的合成，进而改变果皮颜色，促进果酸分解，达到催熟效果[15]。经碳化钙催熟的水果具有过度柔软、口味欠佳、货架期短等特点[2]。研究证明，经碳化钙处理后的芒果相对于未经碳化钙处理的空白组具有较快的成熟速率，果皮色泽更好[13]；利用碳化钙处理香蕉导致其呼吸频率加强、果实淀粉量和叶绿素减少、还原糖和黄色色泽增加，最终促进果实统一成熟[16]。催熟所需时间因环境温度差异而定，通常在24～48h之间[2]，明显快于香蕉自然成熟所需时间（15～20d）[17]。

2.2 硝化抑制剂

氮是构成蛋白质的主要成分，对植物茎叶的生长和果实的发育有重要作用，是与产量联系最密切的营养元素。土壤中施用的氮肥经过硝化作用，会由NH4-N转化为NO3-N，随后经过硝酸盐浸出或者由反硝化作用转化为N2O或N2[18]。这些转化会造成氮的大部分流失[11]，缩短了氮肥在土壤中的停留时间，使得氮利用率偏低，植物可吸收氮量减少，影响植株的生长发育。同时，未被利用氮肥的浸出将污染水源，甚至造成水体富营养化；N2O、NO等气体进入大气会对臭氧层造成破坏。因此，减少氮肥的流失，提高氮利用率不仅能提高经济效益，更有改善环境的意义[19]。

有研究指出碳化钙能通过抑制亚硝化单胞菌活动延长NH4-N在土壤中的停留时间[20-21]，随后相关研究认为碳化钙能够有效地抑制土壤中NH4+氧化为NO3+[22-24]，原因为其持续释放的乙炔能够抑制硝化过程中氨氧化酶的活性，从而抑制硝化和反硝化作用[7，10，25-27]，使NH4+氧化减少，将氮较长时间地维持在NH4-N形式[28]，提高氮肥的吸收量[18]和利用率[7，29]。即碳化钙可作为硝化抑制剂，有效地减少氮的流失，提高氮肥利用率[4，6，29-30]，从而导致氮肥的使用具有更高的农艺、生理效率[18]。另一方面，碳化钙释放的乙烯能够促进根系生长，使其接触的土壤面积增大而吸收更多的营养，也是造成氮高吸收率的原因[26]。此外，碳化钙还能在一定程度的上提供植物Ca2+[29]，抑制甲烷菌释放CH4[31]。

Kashif等[5]研究表明，在未加入氮肥的条件下，土壤中NH4+和NO3-的含量大致相同，随后加入氮肥（30mg/kg土壤），由于碳化钙对NH4+至NO3+氧化过程的抑制，添加了碳化钙的土壤中NH4+的含量较没有施用碳化钙的对照组提高近一倍，同时NO3-的含量降低至四分之一；当加入两倍量的氮肥时，NH4+的含量提高四倍，NO3-的含量降低至七分之一。Yaseen等[11]实验显示，将碳化钙和氮肥混合利用有助于提高小麦氮利用率，麦粒和麦秆中的氮摄取量由于施用了碳化钙后根系的生长和可利用的氮量增加而增大。数据显示，单独施用60kg/ha氮肥的处理组氮利用率比空白组提高34.2%，而加入60、90kg/ha碳化钙混合60kg/ha氮肥的处理组，其麦粒中的氮利用率较空白组分别提高98.3%和115.0%。在其他作物如水稻，玉米等进行实验也得到类似的结论[4，18，23，32]。

2.3 对作物生长的影响

碳化钙释放的乙炔，经过微生物作用逐渐累积转化成乙烯，使乙烯在根系的生理活性浓度提高，促进根系的生长，从而使作物吸收更多的养分促进生长发育[26]。同时，碳化钙作为硝化抑制剂，使根系的氮保持更长时间的可利用性，提高氮利用率[18]。

碳化钙通过释放植物生长激素和作为硝化抑制剂的双重活动能够对作物从发芽到成熟整个过程产生影响，包括产量及产量相关参数[6，9-10]，以提高作物产量。例如：抑制作物高度、增加分蘖数[24]、增加根重、开花数和果实重量等，已有相关研究显示碳化钙对不同作物都有相似的生长促进作用[4-5，33]。

Yaseen等[18，32]研究了胶囊化碳化钙对水稻生产和产量的潜在影响。结果显示，当其与适量氮肥混合使用时，水稻分蘖数、稻草和水稻产量相比单独使用氮肥都有明显增长，且碳化钙和氮肥用量均为60kg/ha时，在插秧两个星期后能观测到最大分蘖数和产量。相同的研究人员还研究了碳化钙对小麦的生长，产量的影响，得到类似结论[11]。Siddiq等[25]进行盆栽实验研究碳化钙作为乙烯前体对番茄生长和产量的影响，胶囊化碳化钙被放入土壤深6cm处，单独或混合前者施用氮肥、磷肥和钾肥，得到一个空白组（无碳化钙和肥料）和两个处理组（施用肥料；同时施用肥料和碳化钙）。结果显示，同时施用肥料和碳化钙的番茄在花朵数量、果实数量和重量、地上和地下部分干重、根重、果实和嫩枝条中氮的浓度和吸收率相对其他两组都有明显的增加。Abbasi等[34]实验记录了碳化钙对‘Sante’马铃薯采前采后性能的影响，使用碳化钙分别在播种时和播种两周后在其根系范围施用两次，记录相关数据，包括萌芽所需天数、萌发率、株高、每株叶数、叶面积、产量、失重量、干皱程度等。结果显示，加入碳化钙能够使马铃薯根茎发芽所需时间和株高减少，施用量在60kg/ha时，马铃薯产量和根茎重量、大小均有明显增加，施用90kg/ha碳化钙能够增加马铃薯的发芽率、每株叶数、叶面积、光合作用速率和每株茎数。另有研究表明碳化钙可增加马铃薯抗病性和块茎形成、保持性[35]。

3 安全性评价

3.1 直接危害

碳化钙的粉尘对皮肤、眼睛及呼吸道有刺激作用，碳化钙粉尘在空气中的允许极限浓度为10mg/m3[36]。碳化钙直接接触皮肤可引起皮肤瘙痒、炎症、“鸟眼”样溃疡，造成皮肤溃疡，创面长期不愈；刺激眼睛会造成眼部灼伤，甚至永久性眼伤。吸入碳化钙粉末会刺激口鼻喉造成咳嗽、哮喘；刺激肺部引起呼吸短促，甚至导致肺水肿的出现[1]。曾有文献显示碳化钙具有致癌作用[37]，但K juus等[38]针对碳化钙的致癌作用做出研究，调查对象为挪威西部某处碳化钙工厂790位人员（调查时间范围为30年），对观察人群的死因及一些癌症进行了SMR和SIR统计分析，结果表明碳化钙并无致癌性，相同结果也经动物实验证实[1]。

3.2 间接危害

碳化钙进入呼吸道能够吸收水分，分解为乙炔和氢氧化钙。乙炔与氧混合后可用作止痛剂，具有弱麻醉作用。食入可能造成低血压、低氧，从而导致意识失常和乳酸中毒；造成心血管疾病（心室或心房节律失调）、心肌缺血、心搏停止；乙炔引起的持续低氧还会对神经系统造成影响[14]。另一分解物——氢氧化钙，为强碱性物质，能够刺激呼吸道粘膜，引起化学性支气管炎。文献显示，某患者因吸入碳化钙粉末达3h后，出现头晕、头痛、胸闷、周身无力、咳嗽、咽部出血、恶心等症状，出现心电图异常——IIo I型房室传导阻滞。该异常被认为是由于：乙炔使迷走神经兴奋性增高，致窦房结发出的冲动缓慢或不均；乙炔或炎症造成的缺氧引起房室束上段、房室交界区及右束支的传导能力改变所致，而碳化钙是否对心肌存在直接毒性作用尚待进一步研究[39]。

人或动物误食碳化钙时，其将会在消化系统内与水作用产生乙炔，进而生成自由基，对不同器官造成有害影响，Patoare等[15]对小鼠进行碳化钙经口灌胃实验，一个月后对小鼠进行组织病理学检验结果为：喂食碳化钙的小鼠出现肾集合小管内壁增厚并伴随有细胞结构变化、肺重量增加且合并病灶区的颜色由红棕色变为红色。碳化钙还含砷、磷等杂质[37]，与水作用相应生成磷化氢、硫化氢等有毒气体，误食碳化钙也会导致砷、磷中毒，出现呕吐、腹泻、胸腹部灼伤感等症状[2]。

3.3 碳化钙在实际应用中的安全问题

由于碳化钙释放的乙炔能够模拟乙烯的催熟过程[6，9-10]，所以常被用于水果催熟[14]，而由此方法催熟水果，无论是从长远来看还是短期来看都不可取，碳化钙中存在的有害物质砷和磷，溶于水产生的乙炔，都会对消费者造成伤害[40-42]。食用碳化钙催熟的水果短期内会使人体产生头痛、头昏眼花、情绪暴躁、嗜睡、神志混乱等，其所含的碱性物质会刺激和破坏胃部粘膜组织，扰乱肠功能[2]；长期摄入将导致失意、脑肿瘤等[41]。文献报道，一个没有慢性疾病历史的五岁女孩，在食用了碳化钙催熟的大枣后，出现昏迷和精神错乱等症状，一些案例也显示碳化钙催熟的水果只是果品颜色发生了变化，而其本身并未成熟[17]，且碳化钙处理生水果时，其使用量会增加，这将会使水果变得无味并给人体健康带来危害[14]。利用碳化钙催熟水果现在很多国家早已被禁止使用，印度1955年制定的《防止食品掺假条例》中已禁止采用碳化气体对水果进行人工催熟[43]，2008年8月，印度马哈拉施特拉邦的食品和药物管理局首次销毁了大量由碳化钙催熟的香蕉，同时表示其为致命化学药品[17]。但是即便如此，仍有不少国家及地区利用碳化钙催熟果蔬，文献显示，目前巴西、印度、澳大利亚、台湾、美国、马来西亚、菲律宾、南非、摩洛哥等地使用碳化钙催熟芒果、香蕉、柑桔、土豆等果蔬的现象依然存在[2]，值得注意的是我国国内并无禁止碳化钙催熟果蔬的相关文献和法律法规。

4 展望

应用植物生长调节剂和氮肥增效剂是现代农业生产的重要的组成部分，提高氮利用率和增产是当今农业的主攻方向，而碳化钙作为乙炔、乙烯的供体来源，可抑制硝化和反硝化过程，提高土壤中氮肥的利用率；可作为植物生长激素能够影响作物从发芽到成熟的整个生长过程，从而促进食用农产品的生长。因此，碳化钙可直接用于催熟水果，也可经涂蜡、包裹等处理作为土壤调节剂使用，但碳化钙的利用应该遵循合理科学的原则，保证其使用的安全性。虽然目前一些研究证实食用碳化钙催熟的水果会对人体健康造成危害，但其作为土壤改良剂方面，不论是碳化钙本身、涂蜡、包裹等处理方式或食用前的处理方法对食用农产品的安全性影响，并没有相关文献报道。我们警示，应用碳化钙提高经济效益的前提则是要处理好其相关安全性问题。

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Application of calcium carbide in agricultural products and safety evaluation

LIANG Han-yu，DING Xiao-wen*，XIAO Hong，ZHANG Ya-qiong，ZHANG Di
（Agricultural Processing and Storage and Preservation of Quality and Safety Risk Assessment Key Laboratory，Ministry of Agriculture，Southwest University，Chongqing 400715，China）

Calcium carbide，has been widely used in ag riculture as a fruit ripening agent and p lant g row th regulator.Although，w ith the advent of the calcium carbide security issues，calcium carbide has been in many countries banned as a fruit ripening agent，butmany regions still use it.On the other hand，in recent years a large number of stud ies reported that calcium carbide could be used as a p lant grow th regulator effecting the grow th of p lant.This paper reviewed the physical and chem ical p roperties of calcium carbide，the app lication of ed ib le agricultural p roduc ts and security issues of calcium carbide，itwas aim to comp lement the deletion of calcium carbide in the safety evaluation，p rovided a theoreticalbasis for its further development.

calcium carbide；ag riculturalp roducts；app lication；safety

TS207.7

A

1002-0306（2012）22-0385-05

2012－05－28 *通讯联系人

梁菡峪（1989-），女，硕士研究生，研究方向：食品安全与质量控制。