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所谓民以食为天,中国人对家的热爱,可能有一半都倾注在了厨房里。灶台,是一村烟火,一家温暖,一段记忆,亦是中国人最深处的情节。即使到了现在,不少人的家中依然保存着小年祭拜“灶王爷”的美好传统。

经历了千万年的演变,灶具的形态不断演变,内含也在不断地丰富。从爷爷奶奶辈的土砌柴烧灶,到70年代的铸铁灶,再升级至现在依然常见的台式灶,以及更具科技感的烤箱、电磁炉、空气炸锅等等,灶具发展史彰显出的是人类的智慧和技术的进步。

然而,千家万户都有的燃气灶,竟可能成为“健康刺客”?!

近日,PNAS nexus上最新刊登的研究给了人们“当头一棒”!在采用丙烷气烹饪的过程中,燃气灶会排放出大量的大气纳米团簇气溶胶(NCA),导致室内大气的NCA排放系数高达1016NCA/kg-燃料,该数值甚至超过了汽油和柴油发动机汽车。

也就是说,使用燃气灶在室内做一次饭,能使做饭的人以及其家人、儿童等的呼吸道均暴露于高浓度的纳米颗粒中,日积月累自然会诱发一系列的呼吸道乃至全身疾病。

万万没想到,燃气灶能够排放如此之多的NCA,而且该“毒量”不亚于直接站在路边吸汽车尾气!

https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgae044

首先,来解释一下“NCA是什么”。NCA是指直径为1-3nm的纳米级分子团块,是气相前体转变为新大颗粒的形成和生长过程中的关键交界面。不同于漂浮在空气中的灰尘颗粒,这些纳米颗粒真的太小了,因此一直被人们忽视。

然而,NCA的体积虽小,但损害可不小。吸入NCA后,不仅会在呼吸系统中大量沉积(上呼吸道中NCA沉积率明显高于其他100nm以下的超细颗粒),还可能在细胞间移动并进入血液,从而转移到肝脏和大脑等重要器官。

与此同时,NCA有着较高的表面积与体积比。因此,这些超细颗粒的生物活性倾向往往更高,且它们更易对真核细胞和内皮细胞产生不利的细胞毒性、凋亡和促炎作用;即NCA具有更强的生物活性和毒性。

鉴于“室内NCA暴露已成为重大的公共卫生问题”,研究者搭建了普渡大学零能耗设计指导工程师(zEDGE)小房子作为实验室,并使用新型高分辨率的纳米粒径谱仪(PSMPS)实时测量室内NCA的数量-粒度分布。

值得一提的是,使用常规的室内空气污染标志物,比如PM2.5质量浓度和氮氧化物(NO+ NO2)混合比,无法准确预测燃烧产生的NCA室内浓度。因此,采用高分辨率在线纳米粒子直接测量室内NCA,是十分必要的。

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丙烷气燃烧后的NCA行程和转化

研究者使用燃气灶进行烧水和烤奶酪,并记录下烹饪过程中NCA的动态变化。结果显示:在使用丙烷气烹饪的过程中,室内产生了非常高浓度的大气NCA(NNCA),该数值高达105-107/cm3,远远超过城市和农村室外地点所报告的浓度水平。

在气体燃烧的活跃期(比如:打开燃气灶烧饭期间),室内环境中的NCA数量浓度飙升,表明NCA的产生速度远远超过NCA的损失速度,给居住者带去了很大的呼吸负担。

具体来说,在沸水实验中,背景气溶胶浓度相对较低,所以整个燃烧过程中能一直监测到较高浓度的NCA。而高温烹饪黄油的过程释则放出了大量的介于10-1000nm之间的较大的大气气溶胶粒子,虽然NCA的浓度会有所下降,但大大增加了室内大气的NCA凝聚清除潜力。

NCA动力学

监测数据显示,在丙烷气燃烧的20分钟内,室内NCA数量浓度从102升高至105-106/cm3,不久之后甚至又增长至107/cm3左右。

此外,烹饪之后,还能在室内捕捉到1.18-1.5nm的新成核NCA。研究者表示,这些检测到的NCA很可能是火焰产生的初期烟尘微粒,由富勒烯、石墨烯和部分成熟的纳米有机碳颗粒(NOC)组成。

为了让读者对这个数值有更直观的概念,小编来举几个例子:仅20分钟的烹饪后,室内NCA数量浓度比中国珠江三角洲城市空气高出10倍左右,室内气溶胶Fuchs表面积超过了北京城市空气中的观测值。此外,丙烷气燃烧后的NCA排放因子,与较高负荷下的柴油发动机或交通高峰期靠近马路边的排放因子水平类似。

不夸张地说,在厨房里做顿丰盛的晚餐,相当于晚高峰站在路边吸了20分钟汽车尾气!

与其他NCA研究比较

那么,做饭期间产生的室内大气NCA,究竟会对人体产生怎样的健康危害呢?哪类人属于高危人群而尤其需要注意呢?

研究发现,燃烧丙烷气进行烹饪时,室内空气中会形成大量的NCA,使得头部呼吸道和气管支气管中NCA的累积呼吸道沉积剂量显著增加。具体来说,头部气道接触到的NCA剂量最大,其次是气管支气管区域,接下来“遭殃”的是肺部。

仅短短20分钟的烹饪,成人呼吸系统中的NCA沉积剂量从百亿到万亿不等,其中大部分来自<1.5nm的NCA。但在测量了特定年龄的体重归一化NCA剂量率后发现,儿童接触到的NCA剂量率远高于成年人——头部气道比成人高出约2.3倍,气管支气管区域高出2.2倍,而肺部高出3.0倍!

研究者强调,这一数据和结果应受到重视。先前研究发现,室内燃气燃烧与儿童哮喘之间有着千丝万缕的联系;无独有偶,一项在欧洲成年人中开展的调查显示,燃气烹饪可能会增加呼吸道疾病的发生风险。

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丙烷气燃烧产生NCA的呼吸道暴露情况

综上所述,研究者发现,采用丙烷气烹饪食物能排放出高达106-107数量级的纳米团簇气溶胶。这意味着,短短20分钟的烹饪就会在成年人的呼吸道内沉积100亿至1万亿个NCA,比站在繁忙街道上吸入的汽车尾气排放物还高出10-100倍,但对于小朋友来说这一剂量会更高。而这些纳米颗粒在“神不知鬼不觉”中潜入人们的呼吸系统并沉积后,进一步扩散到其他器官,导致哮喘以及其他呼吸道疾病的发生。

无独有偶。

先前,来自斯坦福大学的研究团队在《Environmental Science & Technology》上发表的论文还提示:燃气灶以及烤箱在燃烧过程中会释放出致癌物苯,使得室内的苯浓度超过健康限值!不仅会增加室内空气污染,还可能会威胁人体健康。(详情 可见:)

虽然但是,饭还是要吃的!因此,小编建议大家在使用燃气灶做饭的时候,首先要注意关好卧室以及厨房的门,物理上阻隔空间,尤其是有小朋友的家庭。同时,打开厨房中的窗户,保持良好的通风,并将抽油烟机开到最大功率,或能在更短的时间内降低NCA、苯以及其他有害物的浓度。

当然,如果你很在意燃气灶带来的健康损害的话,也可以更多地使用电磁炉以及电烤箱,尽可能地减少燃气灶的使用。比如,可以将一些长时间的煮炖丢给电磁炉,而集火快炒交给燃气灶,一步一步地调整吧!

参考资料:

[1]Satya S Patra, Jinglin Jiang, Xiaosu Ding, Chunxu Huang, Emily K Reidy, Vinay Kumar, Paige Price, Connor Keech, Gerhard Steiner, Philip Stevens, Nusrat Jung, Brandon E Boor, Dynamics of nanocluster aerosol in the indoor atmosphere during gas cooking, PNAS Nexus, Volume 3, Issue 2, February 2024, pgae044, https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgae044

[2]Kashtan YS, Nicholson M, Finnegan C, Ouyang Z, Lebel ED, Michanowicz DR, Shonkoff SBC, Jackson RB. Gas and Propane Combustion from Stoves Emits Benzene and Increases Indoor Air Pollution. Environ Sci Technol. 2023 Jul 4;57(26):9653-9663. doi: 10.1021/acs.est.2c09289. Epub 2023 Jun 15. PMID: 37319002; PMCID: PMC10324305.

撰文 | Swagpp

编辑 | Swagpp

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