粮食中真菌毒素的控制策略

LiangyouO · 发表于 2017-9-26 23:52:43

粮食中真菌毒素的控制策略

真菌毒素是真菌的次级代谢产物，对动物和人类具有剧毒作用，主要污染玉米、小麦、大麦等谷物。据统计，全球每年约有25%的农作物被真菌毒素污染，约2%的农作物因污染严重而失去营养和经济价值，造成数千亿美元的经济损失。霉菌及其毒素的污染不仅极大地影响农作物产量，而且降低了农产品、饲料以及畜产品的品质，甚至严重威胁人类的健康和生命安全。
近年来，我国粮食及其制品的真菌毒素污染事件不断发生，在局部地区污染较严重，发生霉变的粮食数量巨大。因此，合理处理被真菌毒素污染的粮食，并通过加强对粮食质量安全的监管，合理利用有效的粮食资源，对于保障国家粮食安全，保护消费者的健康安全以及维护粮食生产者、经营者的利益具有重要的意义。
1 粮食中真菌毒素的污染现状
粮食中常见的真菌毒素主要有玉米赤霉烯酮(zearalenone，ZEN)、脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol，DON)、赭曲霉毒素A(ochratoxin A，OTA)、黄曲霉毒素(ochratoxin A，Afla)、伏马毒素(Fumonisin，FUM)等。真菌毒素对粮食的污染是一个全球普遍存在的问题，包括我国在内的世界各国都不同程度的遭受真菌毒素的污染。
2011年奥地利百奥明公司对收集的1360份农产品和动物产品进行了4774次检测，涵盖了最重要的真菌毒素，如Afla、ZEN、DON、FUM和OTA。样本来源于美洲、亚洲、大洋洲与欧洲以及中东和非洲等不同地区，检测样品包括全价料和谷物如玉米、小麦、大麦、稻谷以及谷物加工副产品如豆粕、玉米蛋白粉等，检测结果表明，Afla，ZON，DON，FUM和OTA在不同检测地区中都有存在，在检测样品中，89%的分析样品中至少有一种霉菌毒素存在，超过35%的样品中存在多种真菌毒素，其中DON的检出率高达48%，由此可见，真菌毒素对粮食和饲料的污染广泛存在，而且是由多种真菌毒素引起的协同效应。
我国粮食生产和消费均居世界第一，由于我国的粮食生产主要集中于高温或高湿区域，受真菌毒素的污染比较严重。2010年，马皎洁等从安徽、云南、福建等12个省采集了650份谷物及其制品，检测结果表明，ZEN对玉米制品和小麦粉样品的污染较严重，玉米样品中ZEN的检出率为69.30%，平均超标4.32倍；DON的检出率为84.65%，部分样品中DON严重超标。结果表明，在我国谷物及其制品中存在多种真菌毒素复合侵染的现象。程波财等报道，从安徽和河南两省的沿淮河流域采集的2010年收获粮食样品中DON的检出率为72.3%，ZEN的检出率为73.4%，ZEN的平均含量是国家限量标准的三倍。调查表明，ZEN和DON对玉米和小麦的污染比较严重，安徽省的小麦中DON污染含量明显高于河南省以及其他省份。
2010年我国黄淮海地区小麦收获季节感染严重的赤霉病，导致ZEN和DON两种真菌毒素大面积超标，卫生部在门户网站上进行了预警和通告，并且国家粮食局对毒素超标小麦及时进行了封存，共计封存毒素超标小麦174.5万t，只能在监督下用作燃料乙醇的原料，大大降低了实用价值。
鉴于真菌毒素污染的普遍性和严重性，控制真菌毒素的污染已成为粮食安全中迫切需要解决的问题，也是确保粮食产品及肉类产品安全的必要措施。
2 粮食中真菌毒素的控制策略
真菌毒素对粮食的污染通常是一个具有连续效应的过程，霉菌在田间开始侵染，随后在收获、干燥和储藏过程中逐步增加，因此，粮食中真菌毒素的控制包括产前防控和产后削减的联合控制，即粮食在田间和储藏过程中真菌毒素的控制:建立真菌毒素污染的监测预警机制、高效清除及安全处置。真菌毒素可以通过抑制产真菌毒素真菌生长以及抑制毒素生物合成来控制，产前防控包括抗逆育种、田间管理、生物与化学农药的使用等，产后削减包括改进干燥和储存条件、使用生物或化学试剂等。
目前，有关通过常规育种和转基因育种培育出抗真菌品种的研究报道很多，美国研究者通过常规选育的技术培育出抗黄曲霉菌的玉米新品系:MP715、MP717。中国的小麦种质在世界范围内正被用于抗病育种，中国和加拿大通过育种技术已培育出抗禾谷镰孢菌的品系。通过转基因育种增强作物抗真菌能力的研究也较多，Manoharan等研究报道，将编码乙酰转移酶的基因Tri101转入大麦中，可将DON转化为低毒性的乙酰化形式。Alexander等将Tri101基因导入小麦和大麦中，结果显示，导入该基因的转基因植物的病害程度降低了，从而证明通过导入一个毒素修饰基因，能够降低小粒谷类作物赤霉病和DON的积累。Duvick等报道，Fumonisin B1的降解基因已在玉米上转基因成功。
通过良好的田间管理来抑制真菌毒素的产生被认为是最有效的真菌毒素防控策略。真菌一般容易在植物体受伤位置繁殖生长，所以防止植物体的机械损伤或害虫损伤能很大程度上减少真菌毒素的污染。同时，良好田间操作(GAP)也可减少真菌毒素的污染，研究报道通过适当的葡萄园卫生管理可以削减葡萄酒中OTA含量达80%。
杀真菌剂与杀虫剂是传统的防控真菌毒素污染的方法，应用的种类很多，但这些化学试剂受限于本身的毒性残留和产生耐药性的问题，目前，研究者开展了生物技术防控真菌毒素的策略。在田间试验，出芽短梗霉(Aureobasidium pullulans)菌株能够有效防碳黑曲霉(Aspergillus carbonarius)，减轻该菌引起的葡萄腐烂和降低葡萄酒中OTA含量。枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis NK－330和NK－C－3)制剂(专利号为4931398，Kimura，Norio)，1988年被批准用来防治黄曲霉和寄生曲霉的生长及毒素产生。玉米抽穗时，在空气中施用非产毒黄曲霉，利用非产毒黄曲霉菌株可竞争抑制产毒菌株，如美国施用的黄曲霉NRRL 21882(Aspergillus flavus NRRL21882，2007－5－16)。Dorner报道了能够降低玉米中黄曲霉毒素污染的生物杀虫剂，即在田间播撒不能产生毒素的黄曲霉，使其与田间产毒素的黄曲霉进行生存竞争，与对照组相比，其2007年的黄曲霉毒素消除的比例为85%，2008年为88%。
粮食中真菌毒素的产后防控策略主要是采用不同的处理方法将真菌毒素高效、安全的清除，主要方法包括物理化学方法、生物防霉、降解技术及加工过程中真菌毒素的削减等。对于真菌毒素的清除，目前国内外较为普遍的方法主要有物理去除及吸附、化学处理等。对已经污染真菌毒素谷物的物理、化学处理方法主要有:冲洗和漂洗、热处理、离子辐射、无机吸附、化学试剂的处理及臭氧氧化等。在中性和室温条件下，强氧化剂臭氧能够在很短时间内抑制丝状真菌繁殖和降解多种真菌毒素，保证食物与饲料的营养与品质，且无残留，但臭氧的应用受限于真菌的种类，生长阶段，应用浓度等因素。通过清洗可以将污染小麦和大麦的DON降低，但DON没有真正被降解。Samr等报道受DON自然污染的面粉制成面饼后，在传统的家用煎锅的温度下，经油炸，其中DON含量减少超过20%，但未研究产物的毒性。Huwig等报道，可通过活性炭吸附部分清除DON，但吸附剂在吸附DON的同时还大量吸附了粮食中的微量物质，容易引起营养物质的流失，而且会引起二次污染。综上所述，许多物理化学脱毒方法都被尝试，但是，脱毒效率并没有预期的高，且改变了食品的品质，造成营养物质的流失。值得注意的是，欧盟不允许在食品生产过程中应用化学方法消除真菌毒素。此外，一些方法处理的副产物毒性更强，且无法大规模应用。寻求安全高效的低成本方法有待进一步探索。因此，微生物或酶制剂的降解为成功控制真菌毒素的污染提供了新的思路。
目前，国内外有关真菌毒素生物降解的研究正成为热点。以DON为例，Fuchs等从牛瘤胃的富集培养物中分离到一株厌氧优杆菌属细菌(Eubacterium BBSH797)，该菌可以在24～48h转化DON，从而部分地减轻饲料中毒素的毒性；Shima等从土壤中分离到一株属于土壤杆菌—根瘤菌属的细菌，该菌能够把DON转化为3－酮基－DON，从而减少DON在免疫抑制方面的毒性；Ping等发现，鸡肠道中微生物在96h内可转化98%以上的DON标品，转化产物鉴定为DOM－1，DON的环氧环被打开，产物毒性远远低于DON。Bakutis等报道利用Rhodotorula rubra和Geotrichum fermentans菌对DON进行酶降解处理，得到2株菌对DON的降解率分别为47.7%和62.7%。He等分离到一株能够氧化DON毒素的塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)NJA－1，14天内对DON的平均降解率为94.4%；徐剑宏等利用富集培养的方法，从土壤和麦穗样品中分离获得一株徳沃斯氏菌Devosiasp，将该菌添加到小麦饲料中，饲料中的DON毒素降解率达到75.47%；Ikunaga等从土壤中分离到一株诺卡氏菌(Nocardioides sp.WSN05－2)，在MM培养基中10天后可以完全降解DON(1000μg/mL)。由此可见，生物降解不仅可以高效将毒素转化为无毒产物、环保安全，而且生物酶催化方法专一性强、转化效率高。
另外，真菌毒素在食物链条中的传递变化与削减技术也是目前研究的热点，在粮食加工过程中，真菌毒素在粮食颗粒中或其他农产品果实中分布不均匀，如干果或坚果的外壳、粮食的种皮、以及粮食颗粒中水分含量高，胚芽等部分真菌毒素含量高，可采用脱壳食用、剥皮制粉等方法去除真菌毒素。
3 真菌毒素污染粮食的处理措施和规范
贮藏粮食中真菌毒素的防控方法包括，收获后快速干燥;在收获、运输及脱粒过程中使谷物免受损害，并且放于干燥、低温的地方;置于贮藏仓中，防止凝结，保持温度恒定不变，密封;避免害虫进入并繁殖等。
国外很多国家采用了不同的方法处理霉变的粮食，欧洲对于污染后的粮食处理措施包括:分拣技术，分类并进一步加工处理，去除污染的谷物；作为提取油的原料；选择合适的作为动物和鸟的饲料；根据调控法规EC 882/2004重新返回生产国或生产地；再出口到已经设立真菌毒素法规的第三方目的国；污染严重的直接销毁。美国、加拿大等北美国家的处理方法为，先收获，采样、检测后分级存放；特殊情况下，美国FDA允许将真菌毒素超标的粮食与真菌毒素含量合格的饲料混合，使混合后饲料内的真菌毒素含量在限量标准范围内，生产商必须得到美国FDA允许后，方可进行混合生产。而在非洲，目前还缺乏有效的监管体系。
我国对于霉变粮食的处理方法主要为封存、作为燃料，或用作饲料。2005年，检验检疫部门拦截了约3000t霉变的进口粮食，并作了分类处理，对霉变粮食采取单独清理、集中堆放、统一处理的监管措施，严禁发霉粮食用于加工；受损较轻的粮食，经检测符合国家饲料卫生标准的，则降级用于饲料加工。真菌毒素污染的粮食一般用来发酵乙醇，尽管真菌毒素无法在发酵过程中被降解，但是其在蒸馏的酒精中没有残留，而主要富集于酒糟中，这成为酒糟作为饲料的主要障碍。其次，真菌毒素污染的粮食的乙醇产率会下降，研究报道受伏马毒素污染低的玉米的乙醇产率8.8%，而受伏马毒素污染高的玉米的乙醇产率为7.2%。2011年，国家质检总局通报了从澳大利亚输华大麦中检出赭曲霉毒素A超准的处理措施，在监控中如发现赭曲霉毒素超过5μg/kg，但低于100μg/kg的，可改作饲用；超过100μg/kg的，应作退运或销毁处理。
4 粮食及制品中真菌毒素控制展望
我国的粮食总产量增长缓慢，而对粮食的需求量则不断增加，真菌毒素污染的防控是缓解粮食资源短缺的有效途径之一。由于我国极端气候频繁出现导致的粮食霉变和真菌毒素污染超标呈现连年升高的态势，国家为保障消费安全封存了真菌毒素超标的粮油产品，目前急需研究行之有效的处理技术和策略。首先应完善粮食中真菌毒素的限量标准和法规，确保食品安全、保护消费者健康；另外，树立防控、削减真菌毒素的全民意识；最后，对于已经污染的粮食，应通过开展粮食储藏中的真菌毒素污染削减处理技术的研究，利用微生物的高效降解将毒素转化为无毒产物，最终为粮食中真菌毒素的削减提供安全、绿色和环保的技术支撑。
【来源：国粮局网站曹慧英伍松陵沈晗孙长坡】

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