黄曲霉毒素脱除方法研究进展.pdf

第 3 卷 第 5 期 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 Vol.3 No.5 2012 年 10 月 Journal of Food Safety and Quality Oct.,2012 基金项目:国家自然科学基金项目(31271963)*通讯作者:王世清,教授,博士,研究方向为食品安全保藏。E-mail: 黄曲霉毒素脱除方法研究进展 肖军霞,张 岩,黄国清,姜文利,王世清*(青岛农业大学食品科学与工程学院,青岛 266109)摘摘 要：要：黄曲霉毒素污染是影响花生、玉米、小麦等农作物安全性的重要原因之一。根据黄曲霉毒素的理化特性可用物理、化学或者生物方法进行脱除。本文对黄曲霉毒素的主要脱除方法进行了综述,以期为保障农作物及其制品的安全性提供参考。关键词：关键词：黄曲霉毒素;脱除;安全性 Research progress on the removal of aflatoxins XIAO Jun-Xia,ZHANG Yan,HUANG Guo-Qing,JIANG Wen-Li,WANG Shi-Qing*(College of Food Science and Engineering,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,China)ABSTRACT:Aflatoxins contamination is a major reason that threatens the safety of peanut,corn,wheat and their products.According to physicochemical properties,aflatoxins can be removed by physical,chemical,or biological methods.This paper reviewed the major methods of removing aflatoxins to provide a reference for ensuring the safety of crops and their products.KEY WORDS:aflatoxins;removal;safety 黄曲霉毒素(aflatoxin,AFT)是由黄曲霉(Asper-gillus flavus)和寄生曲霉(Aspergillus parasiticus)等真菌产生的一类带有香豆素和双呋喃环的毒性代谢产物。目前已经鉴定出的黄曲霉毒素有 20 多种,其中AFB1、AFB2、AFG1 和 AFG2(结构见图 1)为四种最常见的黄曲霉毒素,而 AFB1 是食物中最常见的。另外,AFB1 的代谢产物黄曲霉毒素 M1 主要存在于动物组织和体液中,如牛奶和尿液,M1 也是人们关注较多的一类黄曲霉毒素1。由于黄曲霉毒素具有极强的毒性,并且普遍存在于花生、玉米、小麦等大宗农产品中,因此如何脱除黄曲霉毒素已经成为了各国科研人员的研究热点。本文对目前比较重要的黄曲霉毒素的脱除方法进行了综述,以期为上述农产品的安全生产提供参考。图 1 四种黄曲霉毒素的结构式 Fig.1 Structure formula of four kinds of aflatoxins 1 黄曲霉毒素的理化性质 黄曲霉毒素易溶于乙腈、甲醇、氯仿、二甲基亚砜等有机溶剂,微溶于水,不溶于乙醚、石油醚和正己烷等2。黄曲霉毒素在酸性条件下比较稳定,在碱性条件下其内酯环被破坏而生成水溶性的香豆素盐。396 食品安全质量检测学报 第 3 卷 黄曲霉毒素对热稳定,在 100 下加热 20 h 也不被破坏,只有在 268 以上的高温下才裂解,一般的烹调过程对黄曲霉毒素的结构没有影响3。2 黄曲霉毒素的毒性及危害 黄曲霉毒素广泛存在于花生、玉米、小麦、大米等农产品中,这些农产品在高热高湿环境下较易累积黄曲霉毒素。国际癌症研究机构于 1993 年将黄曲霉毒素划定为 I 类致癌物,其中 AFB1 被公认为致癌力最强的物质。黄曲霉毒素在体内主要分布在肝脏中,人体长期摄入含有黄曲霉毒素的食物容易患肝癌,并对其它多种组织器官也能造成严重损害4。此外,黄曲霉毒素还具有致畸、致突变等作用5。AFB1 的毒性是氰化钾的 10 倍、砒霜的 68 倍、三聚氰胺的416 倍;黄曲霉毒素的致癌力是二甲基亚硝胺的 70倍、六氯联苯(BHC)的 10000 倍1,6。3 黄曲霉毒素的限量标准 黄曲霉毒素危害性大、分布广泛、难去除,因此为了预防黄曲霉毒素中毒事件的发生,很多国家和地区都对农产品和食品中的黄曲霉毒素的含量作出了限量要求。如欧盟规定 AFB1 的最高限量为 2 g/kg,花生、坚果、果脯和谷物中(AFB1+AFB2+AFG1+AFG2)的总量为 4 g/kg1。我国 GB2761-2011食品中真菌毒素限量规定了食品中 AFB1 的限量标准：玉米及玉米制品、花生及其制品不得超过 20 g/kg;稻谷、糙米、大米、植物油脂(花生油、玉米油除外)不得超过 10 g/kg;其它粮食、豆类、发酵食品和婴儿配方食品不得超过 5 g/kg。4 黄曲霉毒素的去除技术 霉菌生长对环境要求不高,农产品在种植、贮运及加工等环节中均可能被污染而积累黄曲霉毒素。农产品一旦被黄曲霉毒素污染,就必须经过脱毒才能用于食品或饲料生产。常用的黄曲霉毒素去除方法可分为物理法、化学法和生物法7。4.1 物理方法 去除黄曲霉毒素的物理方法主要有水洗法、挑除法、吸附法、加热去毒法、辐射法等。对于易溶于水的霉菌毒素往往可采用温热盐水浸泡法,这是一种经济安全的好方法,但黄曲霉毒素不溶于水并且对热稳定,因此水洗法对黄曲霉毒素的脱除效果并不理想8。另外,黄曲霉毒素在玉米和花生等农作物中分布很不均匀,所以用水洗和挑除法很难去除大部分黄曲霉毒素9。张国辉等在饲料中加入水合铝硅酸钠钙、沸石、膨润土、活性碳等可以吸附大部分黄曲霉毒素,甚至接近不含黄曲霉毒素饲料的水平10。叶盛群等考察了两种不同来源霉菌毒素吸附剂对黄曲霉毒素的吸附效果,发现两种霉菌毒素吸附剂在体外对 AFB1 均有较好的吸附效果;在体内均能有效降低牛乳中黄曲霉毒素 M1 的含量,并能提高奶牛产奶量,且对乳品质无明显影响11。黄达明等研究指出,加热可以降低花生中黄曲霉毒素的水平,并且脱除效果随着加热温度和加热时间的增加而提高;黄曲霉毒素含量的降低速率与样品初始的黄曲霉毒素水平有关12。Gomaa 等研究发现在高温高压下处理黄曲霉毒素的效果明显好于常温常压13。由于AFB1广泛存在于污染的食品和饲料中,世界卫生组织已将控制食品中 AFB1 污染作为全球公共卫生管理的重要目标。电离辐射技术是一种能有效降解食品中 AFB1 的新型技术。用大剂量高压汞灯紫外线照射发霉的饲料能去除 97%99%的黄曲霉毒素,-射线的常用照射剂量为 35 kGy/h7,8。花生油中 2 mg/kg 的 AFB1 在 800 w/cm230 min 紫外照射剂量下可以完全降解,除了使花生油过氧化值显著增加(在国标范围内)外,花生油酸价、碘价、羰基值、维生素 E 及反式脂肪酸等微量成分并无明显变化,说明所选照射剂量对花生油成分的结构没有损伤,且未使油脂发生酸败等变质反应14。采用60Co射线辐照源进行辐照能有效降解甲醇-水溶液(v/v,60:40)中的 AFB1,AFB1 的降解率与辐射剂量呈正相关,0.1 mg/L 的 AFB1 溶液在 4 kGy 时降解率达到 82.4%,6 kGy 时降解率则高达 96.3%。研究还表明,AFB1 初始浓度越低越容易降解,0.1 mg/L 的AFB1溶液在 3 kGy 时的降解率与 10 mg/L 的 AFB1在 6 kGy 时的降解率均为 58.8%15。等离子体法是近几年来兴起的一种黄曲霉毒素脱毒方法。董晓娜等对等离子体在 AFB1 脱毒中的应用进行了研究。结果发现,在作用功率 200 W、作用时间 80 s 和极距 3 cm 条件下,AFB1 降解率可达第 5 期 肖军霞,等:黄曲霉毒素脱除方法研究进展 397 51.67%16。4.2 化学方法 由于黄曲霉毒素对碱不稳定,因此可用碱炼法降低黄曲霉毒素的含量。NaOH 溶液能迅速水解黄曲霉毒素,反应生成邻位香豆素钠盐,这种钠盐能溶于水,可用水洗去除。用 1%NaOH 水溶液处理含有黄曲霉毒素的花生饼 1 d,可使毒素由 84.9 g/kg 降至27.6 g/kg。1 份被污染饲料,用 2 份 1%NaOH 溶液浸泡,煮沸 12 h 后即可用于饲喂7。盖云霞研究发现弱碱高温处理能有效去除原料中的黄曲霉毒素,花生粕经过 121、pH10 处理 60 min 后,黄曲霉毒素的降解率高达 84.5%17。氨能够同AFB1发生脱羟基作用,因此可用氨处理法脱除黄曲霉毒素。将霉菌污染的饲料加氨后用塑料薄膜密封,导致 AFB1 的内酯环发生裂解,从而达到脱毒目的。梁俊平研究采用氨气熏蒸法降解花生及其制品中的黄曲霉毒素,当采用 7%氨气熏蒸含水量25%的花生,在 40 下处理 48 h 时,AFB1 的降解率为 83.5%18。臭氧熏蒸法是基于物理和化学氧化双重作用的脱毒方法。罗建伟等将污染了 AFB1 的谷物放入熏蒸柜中,循环通入臭氧,熏蒸 9 h,结果显示 AFB1 去除率可达 90%以上;同一粮种,低水分粮食的去毒效果比高水分粮好;AFB1 在臭氧处理的最初 12 h 时去除速度最快,毒素含量可下降 80%以上。臭氧处理法是一种具有实际应用前景的粮食黄曲霉毒素脱毒方法19。4.3 生物方法 很多微生物能够产生降解黄曲霉毒素的酶,因此可用相应的微生物及其酶制剂来脱除黄曲霉毒素。目前已分离鉴定出了大量具有黄曲霉毒素降解作用的微生物或酶。利用生物学方法降解黄曲毒毒素是目前研究的热点之一。橙色黄杆菌(Flavobacterium aurantiacum)的粗提液在 pH7 下能够降解 22%45%的 AFB1,用蛋白激酶K和DNase-I处理粗提取液后再进行AFB1降解试验,结果表明该降解作用是通过酶来实现的20。Hormisch 发现从土壤中分离的分支杆菌(Mycobacte-rium fluoranthenivorans)DSM44556T 能有效地降解黄曲霉毒素,36 h 后能去除 20%30%的 AFB1;72 h 后则检测不到 AFB121。Teniola 等利用该菌的无细胞提取物与 AFB1 在 30 下反应 4 h 后,AFB1 降解率达到 90%以上,8 h 后完全检测不到 AFB122。Motomura 等从糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)中提取并纯化了 1 种胞外酶通过 TLC 检测发现这种胞外酶几乎能完全降解 AFB1。荧光检测表明 AFB1 经此酶作用后,其荧光强度明显降低,说明该酶可破坏AFB1 的苯环23。Liu 等从假密环菌(Armillariella ta-bescens)中分离纯化得到一种黄曲霉毒素脱毒酶,在pH6.8、35 保持最佳酶活,可使样品中的 AFB1 减少 80%24。Alberts 等人从红串红球菌(Rhodococcus crythropolis)的液体培养物中分离出 1 种胞外提取物,AFB1 经这种胞外提取物作用 72 h 后,AFB1 残留率达 33.2%25。曾凡正等从一种具有 AFB1 降解活性菌株的发酵液中提取粗酶,并将这种酶反应引入到花生油的精炼工艺中。以添加 AFB1 含量为 100 g/kg 的花生毛油为试验对象,添加一定量的粗酶液、0.025%NaOH和600 mg/kg磷脂酶A1后,40 下反应时间4 h,AFB1 去除率高达 81%,去毒后花生油的脱胶效果也达到精炼要求26。李俊霞等人以香豆素为惟一碳源和能源进行 AFB1 降解菌株的初筛,最终筛选出的 NMO-3 菌株降解 AFB1 的能力达 85.7%,经形态、生理生化反应以及 16S rDNA 序列比对等方面分析,最终确定此菌为嗜麦窄食单胞菌(Stenotropho-monas sp.),活菌制剂在 2.561010 cfu/mL 剂量以下不会引起急性中毒反应27。Guan 等也发现嗜麦芽窄食 单 胞 菌(Stenotrophomonas maltophilia)能 降 解82.5%AFB1,且降解率受温度和pH的影响,Zn2+和蛋白激酶能抑制毒素降解反应,推测该菌降解毒素的成分为酶28。王宁等从灰叶猴粪便中分离得到一株对AFB1 有降解作用的橙红色粘球菌(Myxococcus fulvus),并对菌株培养基组成和发酵产酶条件进行优化,在最佳发酵条件下,对AFB1 的降解率达到78.2%29。从花生土壤和花生粕中分离得到的巨大芽袍杆菌(Baci-llus megaterium)也能降解 AFB1,其最佳脱除率可达69.34%30。王会娟筛选到高产漆酶的菌株平菇 P1,将平菇 P1 发酵液与 AFB1 振荡混匀后,30 下静置孵育 72 h,AFB1 可以被降解 76.13%;延长孵育时间,AFB1 降解率可达到 91.80%31。398 食品安全质量检测学报 第 3 卷 除了上述菌株外,益生菌在黄曲霉毒素脱除中的应用也吸引了部分学者的关注。刘畅研究发现益生菌活菌能有效吸附培养基中的 AFB1,经热处理的灭活菌体对 AFB1 的吸附能力显著提高32。污染了AFB1 的花生粕经乳酸菌 30 厌氧培养 72 h,AFB1的降解率达 99.4%;经酵母菌 30 培养 72 h,AFB1的降解率达 83.4%。乳酸菌的处理效果显著优于酵母菌的处理效果33。5 小 结 传统的水洗法、挑除法、吸附法和加热去毒法等物理方法都存在一些问题,如黄曲霉毒素去除不完全,并导致农产品中的营养损失,甚至影响其感官品质;传统的化学方法有些需要先进的设备,并且去除方法的反应机制是可逆的,黄曲霉毒素会恢复毒性,这些都限制了其在实际生产中的应用。辐照法和生物脱毒法是具有发展前景的方法,这些方法处理条件简单,适合工业化生产,而且不会破坏产品品质,目前已受到广泛关注。参考文献 1 范素芳,李培武,王秀嫔,等.高效液相色谱和高效液相色 谱-离子阱质谱测定花生、玉米和大米中黄曲霉毒素方法比较J.食品科学,2011,32(12):254258.2 张东升,赵晓联,赵春城,等黄曲霉毒素 M1 的危害、污染现状及检测方法进展J中国卫生检验杂志,2004,14(3):266268.3 关舒,胡新旭,马秋刚,等黄曲霉毒素的传统去毒方法和生物降解研究进展J饲料工业,2008,29(24):5759.4 Groopman JD,Busby WF Jr,Wogan GN.Nuclear distribution of aflatoxin B1 and its interaction with histones in rat liver in vivo J.Cancer Res,1980,40(12):43434351.5 Ramos AJ,Hernndez E.Prevention of aflatoxicosis in farm animals by means of hydrated sodium calcium aluminosilicate addition to feedstuffs:a review J.Anim Feed Sci Technol,1997,65(14):197206.6 李园园 花生黄曲霉毒素 B1量子点荧光免疫检测技术研究D.中国农业科学院油料作物研究所,2012.7 李建辉.花生中黄曲霉毒素的影响因子及脱毒技术研究D.中国农业科学院,2009.8 胡兰.饲料黄曲霉毒素的研究进展J.饲料工业,2001,22(3):2022.9 Anderson RA.Detoxification of aflatoxin-contaminated corn J.South Coop Ser Bull,1983,279:8790.10 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