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玉米真菌毒素污染防控研究

更新时间:2009-03-28

真菌是一类微生物,俗称霉菌,粮食发霉就是由霉菌生长繁殖造成的。真菌存在于土壤当中,可分解有机物。目前已经过鉴定的真菌有几十万种,但其中仅有一小部分会对家畜和人类健康产生威胁,其他真菌包括白粉霉、酵母、蘑菇等则是无害或有益的。真菌是初等生命形式,它们主要有两种生活方式,一种是营寄生生活,从其他生物身上获取营养物质;另一种是营腐生生活,从死亡生物或腐烂的物质上获取营养物质。玉米是我国的主要粮食作物之一,年产量占谷物总产量的1/3左右。玉米是最容易滋生真菌的粮食作物之一。本文对目前我国玉米中几种主要真菌毒素的污染现状及防控措施进行了研究。

一、玉米中污染的真菌毒素及其限量标准

玉米里的真菌毒素是由感染玉米果穗的特定霉菌产生的。霉菌可能存在却不产生毒素,但如果没有霉菌存在,真菌毒素是不会产生的。玉米穗腐病是由霉菌引起的,引起穗腐病的许多霉菌都能够产生毒素。能产生毒素的穗腐病种类有镰孢菌穗腐病、赤霉穗腐病以及黑曲霉穗腐病。玉米中产生的真菌毒素主要有黄曲霉毒素 (Aflatoxins,AFs,包括黄曲霉毒 素 B1、 B2、 G1、 G2, 简 称 AFB1、 AFB2、AFG1、AFG2)、脱氧雪腐镰刀菌烯醇 (又称呕吐毒素,Deoxynivalenol,DON)、串珠镰刀菌素 (伏马菌素,Fumonisins,包括伏马菌素B1和B2,简称FB1和FB2)、玉米赤霉烯酮 (镰刀菌毒素,Zearalenone,ZEN)、赭曲霉毒素 (Ochratoxin,主要为赭曲霉毒素A,简称OTA)和镰孢毒素 (简称T-2毒素)等。这6种霉菌毒素都是由玉米穗腐病产生的。气候条件不同引起的穗腐病类型也不同,因此,不同年份发生的穗腐病类型也可能会不同。能够在玉米上生长的霉菌有几千种,然而真正产生真菌毒素的只有少数几种,而且还需要特定的条件才能产生,不能简单地只凭外观来判断玉米的食用安全性。一项研究显示,世界范围内大约有25%的粮食作物受到不同种类真菌不同程度的侵染[1]。由于储藏条件较差,我国的情况更严重些。大量研究表明,我国玉米不同程度地遭受到霉菌及其产生的毒素污染[2~6],尽管玉米在我国已经不再作为主食广泛食用,而是主要作为饲料和化工原料使用,但真菌毒素会积累在动物体内,通过人们食用动物肉类对人产生慢性累积性毒害,黄曲霉毒素B1甚至可以在奶牛体内降解为次生代谢产物M1,通过牛奶对人类产生危害。

室温时,量取10 ml的钛酸四丁酯,剧烈搅拌下,加入到35 ml无水乙醇中,再加入3 ml乙酰丙酮,得到溶液A;量取聚乙二醇1 ml,剧烈搅拌下,加入到35 ml无水乙醇中,得到溶液B;剧烈搅拌下,将溶液B逐滴加入溶液A中,得到涂覆溶胶C[5].

国家卫生和计划生育委员会、国家食品药品监督管理总局和国家质量监督检验检疫总局于2017年修订了玉米食品中真菌毒素限量指标,国家质量监督检验检疫总局也于2017年修订了饲料卫生标准,新增加了T-2和伏马菌素限量指标。因此,我国玉米食品及饲料安全,包括其中真菌毒素含量是否超标就有了新的判断依据。目前我国及欧盟、美国对玉米食品及饲料中真菌毒素的限量指标[7~10]比较如表1所示。

 

表1 玉米食品及饲料中真菌毒素限量指标 (μg/kg)

  

毒素名称国家或地区 (应用范围)中国(食品)中国(饲料)欧盟(食品)欧盟(饲料)美国(食品)AFB1 DON OTA ZEN FB1+FB2 T-2 20 1 000 5 60 2 5--50 5 000 100 500 60 000 500 1 750 5 350 4 000-20 8 000 250 2 000 60 000-1 750 5 4 000 350-

二、我国玉米中几种主要真菌毒素污染状况

)黄曲霉毒素 黄曲霉毒素是最受关注的霉菌毒素,因为它对人类和动物健康都构成严重威胁。黄曲霉素的毒性极强,比氰化钾高10倍、比砒霜高68倍,是目前已知霉菌毒素中毒性最强的。当摄入量较大时,可引起急性中毒,导致急性肝炎、出血性坏死、肝细胞脂肪变性和胆管增生。而微量持续摄入,可造成慢性中毒,生长障碍,引起纤维性病变。黄曲霉毒素是目前已知最强致癌物之一,具有致癌范围广、强度大、种类多的特点,能诱发人类、鱼类、禽类、家畜及灵长类等多种动物的实验肿瘤,其致癌能力比六六六高1万倍,可诱发肝癌、胃癌、肾癌、直肠癌、乳腺癌,卵巢及小肠等部位的肿瘤,还可引起胎儿畸形。由于黄曲霉毒素可在畜禽肌肉组织中积累,因此是一个不容忽视的公共健康问题。近些年已经在肉类和牛奶中检测到黄曲霉毒素,这是家畜禽等动物进食含黄曲霉毒素的饲料后产生的。

2013年对全国27个省区的抽样检测结果显示,125份饲料玉米样品OTA检出率为24.0%,平均值 7.12 μg/kg, 最大值为 56.3 μg/kg[22]。 由此可见,我国饲料玉米OTA检出率和平均值均较低,处于非常安全的水平。

轮枝样镰刀菌 (F.verticillioides)和层出镰刀菌 (F.proliferatum)可在较宽的温度范围内生长,但要求较高的水活度 (0.9以上)才能产生伏马毒素。玉米中的伏马毒素产生于收获前或储存早期,且在后续储存中不再继续产生,尤其是在良好的储藏条件下。伏马毒素对热处理很稳定且在加工过程中很难大量去除,除非加热温度超过150℃。另外,通过微生物发酵也很难将其降解。据报道,伏马毒素与多种疾病,如马的脑白质软化、猪的肺水肿病、胸腔积液以及老鼠的肝癌有关。流行病学监测显示在人类的食道癌流行区伏马毒素与食道癌高发有关。FB1被国际癌症研究所列为潜在致癌物(2B组),欧盟将其限量设为4 000 μg/kg(玉米原粮),美国食药监局 (FDA)的推荐限量为2 000 μg/kg(食用玉米及玉米产品),欧洲食品安全局(EFSA)设定的限量为60 000 μg/kg(饲料玉米)。2015年开展的一项调查显示,来自全国12个省的446份玉米样品中,FB1毒素阳性检出率为64.29%,阳性样品平均值为4 284.7 μg/kg,阳性样品中值为2 996.3 μg/kg[13]。2016年在陕西省10个地市采集的120份玉米及其制品中,真菌毒素FBs的检出率最高,3种伏马菌毒素 (FB1、FB2、FB3)的检出率均在70%以上,FB1的检出平均值为 102 μg/kg, 最大值为 1 930 μg/kg[21]

因我国南北方气候差异巨大,导致玉米霉菌污染及毒素产生情况也有较大差别。另外,饲料用玉米因保管粗放,真菌毒素污染情况比食用玉米要严重。一项研究显示,我国北方区域饲用玉米AFB1检出率为91.4%,平均值为10.5 μg/kg,最大值为200.1 μg/kg,超标率为2.8%[15]。南方区域饲用玉米 AFB1检出率为 93.3%,平均值为 62.4 μg/kg,最大值为573.6 μg/kg,超标率高达26.6%。对于这一现象,人们普遍归因于南方高温、潮湿的气候条件可能更适合霉菌繁殖及产毒。

天线印刷在相对介电常数为3.55和厚度为1.524 mm的RO4003TM的介质板上,并通过3.5 mm×12 mm的50 Ω的微带线进行馈电。一个3.5 mm×1.5 mm的矩形凹槽被刻蚀在地板上,在天线贴片上添加一个U型缝隙,一个C型缝隙以及在馈电线两边各添加一个U型旁支结构,从而实现天线的三陷波特性,同时为了获得好的阻抗匹配特性,对接地板的形状和尺寸进行了优化设计。根据缝经验公式(1),c为光速,l为槽的长度,εr为基板的相对介电常数。根据这所计算的结果只能作为估计值,为了得到更好的结果,需要通过HFSS进行参数优化与设计。

)呕吐毒素 呕吐毒素 (脱氧雪腐镰刀菌烯醇,DON)是一种B型单端孢霉烯,主要是由禾谷镰刀菌、尖孢镰刀菌、串珠镰刀菌、拟枝孢镰刀菌、粉红镰刀菌、雪腐镰刀菌等镰刀菌产生。由于它可以引起猪的呕吐,故又名呕吐毒素 (Vomitoxin,VT)。呕吐毒素对人和动物均有很强的毒性,能引起人和动物呕吐、腹泻、皮肤刺激、拒食、神经紊乱、流产、死胎等。DON的污染广泛存在于全球各国,中国、日本、美国、前苏联、南非等均有发现。DON主要污染小麦、大麦、燕麦、玉米等谷类作物,也污染粮食制品,如面包、饼干、麦制点心等。DON对于粮谷类的污染状况与产毒菌株、温度、湿度、通风、日照等因素有关。镰刀菌属霉菌属于田间霉菌,野外菌株,通常作物在生长期间就被污染,其最适生长温度为5~25℃。由于镰刀菌属霉菌的上述特点,呕吐毒素的分布及对饲料原料的污染具有3个特点:(1)镰刀类霉菌主要在田间污染谷物类原料作物和油籽类原料作物。呕吐毒素大多在刚收获后的谷物中污染较为严重。(2)呕吐毒素对我国谷物类原料的污染非常普遍。(3)呕吐毒素的污染程度因地区和年份的不同而有较大差别。

不同地区、同一季节收获的玉米,因温度、湿度等的差异,所带菌属会有较大差别,同一地区、不同季节、不同年份的玉米所带菌属也不一样。北方地区的玉米 (如河南、山西等地的部分玉米)以镰刀菌为主要菌属,而东北玉米以圆弧青霉为主要菌属,镰刀菌次之。因此,华北地区的部分玉米呕吐毒素的污染较重一些,而东北玉米会相对轻一些。就年份而言,与收获时的降雨量有关。如2015年我国大部分地区玉米收获期间降雨量偏少,部分地区饲用玉米样品DON的阳性检出率为86.30%,2014年全国玉米收获期降雨量普遍偏多,导致玉米全年平均DON检出率达92.02%。DON是玉米中污染最为严重的毒素类型[16]

呕吐毒素对我国谷物类原料的污染相当普遍。有调查显示,我国饲料和原料霉菌毒素污染超标的比例为60%~70%,其中呕吐毒素超标比例接近70%[6]。在被检的玉米、麸皮和DDGS样品中呕吐毒素的检出率均高达90%以上,分别为92.9%、92.3%和100%。对我国8省区采集的31份玉米、21份全价饲料、27份植物蛋白饲料检测呕吐毒素含量,被检的玉米样本中呕吐毒素检出率达100%,平均含量达820 μg/kg;被检全价饲料中呕吐毒素的检出率达100%,平均含量为1 020 μg/kg;蛋白质饲料中呕吐毒素检出率达87%,平均含量为240 μg/kg[17]。2013-2014年山东省玉米主产县收储的520批次玉米样品,DON检出率为26.35%,平均含量为 240.44 μg/kg[11]。2017年在我国9个省区采集玉米60份、玉米副产物65份,DON检出率分别为98.0%和98.4%,超标率分别为70.6%和81.3%,平均值分别为1 696.5 μg/kg和 3 046.5 μg/kg[18]

)伏马毒素 串珠镰刀菌分布极广,经常污染粮食作物,产生多种具有致癌性和急慢性毒性的代谢产物,其中伏马毒素 (Fumonisins,简称FBs)较为常见且毒性较强,在玉米中最为常见。伏马毒素是一个家族,包括多种霉菌毒素,按照结构特点,伏马毒素可划分为A、B、C和P系列,其中以B系列类似物最多。伏马毒素B1(FB1)占伏马毒素总量的比例高达70%以上,其次为FB2。马和驴对这种毒素最敏感。

调查问卷列举了ESP课程可能出现的诸多问题,选择较多的问题有四种:93.6%的学生认为“课时不足会影响ESP课程的效果”;85.7%的学生认为“课堂外缺乏使用英语的环境会削弱ESP教学效果”;69.5%的学生担心“ESP师资问题”;59.4%的学生担心教师的教学方法,认为“ESP教学将变成专业术语的学习课程”。

2013年一项调查结果显示,来自我国12个省的776份玉米样品中,ZEN检出率达97%,阳性样品平均含量为122.8 μg/kg,阳性样品中值为76.9 μg/kg[20]。2013-2014年间山东省玉米主产县收储的520批次玉米样品,ZEN检出率为14.62%,平均含量为74.90 μg/kg[11]。2014年调查结果显示,来自我国11个省份的568份玉米样品中,ZEN检出率为81.5%,阳性样品平均值为160.3 μg/kg, 阳性样品中值为 33.9 μg/kg[13]。 2015 年调查结果显示,来自我国12个省份的467份饲用玉米样品中,ZEN检出率为84.4%,阳性样品平均值为 261.3 μg/kg,阳性样品中值为 37.7 μg/kg[14]。2017年的调查结果显示,来自我国9个省份的60份玉米、65份玉米副产物中,ZEN检出率分别为100%和96.9%,超标率分别为31.6%和43.1%,平均值分别为 535.9 μg/kg 和 1 395.6 μg/kg[19]

我国玉米中ZEN的污染率一直处于较高水平(80%~95%),且玉米中ZEN检出率常常达到100%。按照国家质量监督检验检疫总局制定的饲料玉米限量指标500 μg/kg计,在玉米及饲料样本中还经常出现少量超标样本。

猪是对呕吐毒素最敏感的动物,家禽次之,反刍动物由于瘤胃微生物的作用,耐受力最强。在饲料中DON的含量为1~3 mg/kg时,会降低采食量和增重速度,幼猪最易受影响。牛和家禽对呕吐毒素的耐受力远高于猪。DON常常与另外一种霉菌毒素——玉米赤霉烯酮(ZEN)同时出现,因为这两种毒素是同一种霉菌产生的。

2013-2014年间对山东省玉米主产县收储的共520批次玉米样品开展的真菌毒素污染状况调查结果显示,AFB1、AFB2、AFG1在玉米中检出率分别为18.08%、7.88%和0.77%,平均含量分别为7.62、0.60和0.05 μg/kg,对山东省玉米中真菌毒素的污染应引起足够重视[11~12]。2015年的一项调查显示[13],采集自我国10个地区的296份玉米样品中,黄曲霉毒素B1检出率为97.97%,阳性样品平均含量为 4.81 μg/kg,阳性样品中值为 4.92 μg/kg。2015年的另一项研究结果显示,在来自12个省份的467份饲用玉米样品中,黄曲霉毒素B1检出率为77.01%,阳性样品平均含量为4.1 μg/kg,阳性样品中值为0.8 μg/kg[14]。上述两项研究结果显示,黄曲霉毒素B1阳性样品平均含量显著低于食用玉米黄曲霉毒素AFB1限量国家标准(20 μg/kg),表明我国玉米黄曲霉毒素污染水平较低,质量安全能够得到保障。个别玉米样品AFB1含量最高值达110.2 μg/kg,显示有极少量样品严重超标,这与收储、保管措施密切相关,应引起相关部门的重视。

多项研究结果显示,我国不同地区、不同年份玉米中伏马毒素检出率、平均含量等指标差异非常大。检出率范围在0~100%之间波动,平均含量为240~17 000 μg/kg,但多数研究结果显示伏马毒素检出率在50%以上,平均含量高于2 000 μg/kg。虽然我国目前尚未制定伏马毒素在食品及饲料中的限量标准,但参照EFSA饲料玉米的限量指标,我国玉米中伏马毒素含量是安全的。

2013年开展的一项调查结果显示[19],来自全国12个省的776份玉米样品中,T-2毒素阳性样品检出率为65.9%,阳性样品平均值为24.4 μg/kg,最大值为 124.1 μg/kg,阳性样品中值为21.7 μg/kg。2015年开展的一项调查显示,来自全国12个省的446份玉米样品中,T-2毒素阳性检出率达79.37%,阳性样品平均值为31.4 μg/kg,阳性样品中值为 33.3 μg/kg[9]

虽然以往的观点认为伏马毒素主要产生于玉米收获前,但最新研究显示,伏马毒素在玉米收获后仍会产生,尤其是在高温高湿的储藏条件下。因不同种植区域气候条件差异较大,玉米中伏马毒素含量也有较大差异。由于我国南方地区温度和湿度均相对较高,从北方到南方,我国玉米中FB1含量呈逐渐上升趋势。

)赭曲霉毒素 赭曲霉毒素 (Ochratoxin)是由赭曲霉、纯绿青霉以及疣孢青霉等产生的霉菌毒素。赭曲霉毒素分为A和B两种类型,其中以OTA毒性最大。OTA具有较强的肾毒性、肝毒性、免疫毒性等,家畜家禽急性中毒表现为肾病、肠炎、脂肪肝、淋巴结坏死、免疫抑制以及其他病理症状,但同时也会对其他组织和器官造成损伤,造成健康问题的最低浓度是0.2 mg/kg。这种毒素有致癌作用,可在动物的肉里积累。对于家禽来说,赭曲霉毒素A的毒性是黄曲霉毒素毒性的3倍,其对人类的健康也有较大威胁。赭曲霉菌的最适生长温度范围为15~25℃,最佳湿度介于l8%~22%。我国南方常年处于高温高湿的环境下,非常适合赭曲霉菌的产毒要求。当湿度小于15%时,赭曲霉不会产生OTA。而我国北方大部分地区较干燥,不适合赭曲霉菌的生长和产毒。在所有真菌毒素中OTA的危害仅次于黄曲霉毒素,OTA在食品中的限量 (5 μg/kg)比黄曲霉毒素 B1(20 μg/kg)更加严格,而在饲料中的限量(100 μg/kg)则比黄曲霉毒素B1(50 μg/kg)高很多。OTA为仓储真菌毒素,因此,玉米仓储期间要保证库房低温干燥,避免赭曲霉滋生繁殖产生毒素。

土壤样品的布点参照《农田土壤环境质量监测技术规范》(NY/T 395—2012)中“农田土壤背景值调查”。土壤样品制备参照《农田土壤环境质量监测技术规范》(NY/T 395—2012)中的“样品制备”。重金属检测方法参照《土壤质量总汞、总砷、总铅的测定原子荧光法第2部分:土壤中总砷的测定》(GB/T 22105.2—2008)和《土壤质量总汞、总砷、总铅的测定原子荧光法第1部分:土壤中总汞的测定》《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法》(GB/T 17141—1997)。判定标准参照《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)。

)T-2毒素 T-2毒素是一种主要由镰刀菌属三线镰刀菌、拟枝孢镰刀菌、梨孢镰刀菌、粉红镰刀菌、禾谷镰刀菌和雪腐镰刀菌等的特定菌株所产生的霉菌毒素。T-2毒素是单端孢霉烯族毒素中毒性最强的一种,T-2毒素虽然不象DON那么常见,但毒性更强,会造成厌食、呕吐以及肠道损伤,有时甚至造成死亡。联合国粮食与农业组织将T-2毒素列为最危险的天然污染源之一。T-2毒素具有致畸性和弱致癌性,主要损伤动物机体的造血器官、免疫器官、消化系统、神经系统及生殖系统,抑制骨髓和脾的再生造血功能、降低免疫功能、引起消化道出血坏死等。我国目前尚未制定T-2毒素在粮食及饲料中的限量标准。

教学过程最优化理论是苏联教育家巴班斯基在运用系统论的原则和方法对教学理论进行综合性研究和探索基础上提出的指导教学过程的理论。巴班斯基(2001)认为,教学最优化指“在师生花费最少必需时间的情况下,取得最大可能的教育和发展效果”,是“有科学根据地选择教学过程的最佳方案”。[6]

)玉赤霉烯酮 玉米赤霉烯酮 (ZEN)又称F-2毒素,是由田间霉菌镰刀菌产生的一种类雌激素的真菌毒素,具有雌激素的功效,可导致不孕、假妊娠和子宫脱垂。在玉米抽穗扬花期,镰刀菌在潮湿冷凉环境下易侵染玉米穗,而在高温低湿环境下镰刀菌则易产生ZEN。ZEN毒素也是由一系列结构相似的化合物组成,所有ZEN毒素都具有耐热性,在高达150℃时仍能保持稳定。据欧洲食品安全局 (EFSA)的资料显示,玉米中ZEN检出率为33%[19],平均含量为15 μg/kg,这个数据显著高于人类消费的其他粮食品种。ZEN通常不会受到烹饪处理的影响,然而,在碱性或挤压膨化条件下,超过40%的ZEN会产生降解。ZEN广泛存在于霉变的玉米、高粱、小麦等谷类作物和肉、奶类食品中,具有很强的生殖毒性和致畸作用。动物ZEN中毒会导致免疫功能受到抑制,生产性能降低,给畜牧业造成很大的经济损失。

2.由香日德出发西行,经下柴开、巴隆、宗加房子、诺木洪、哈燕、大格勒、尕牙台和格尔木,而后分别前往当金山口和阿尔金山口;

三、预防玉米真菌毒素污染的措施

气候条件是影响霉菌感染的重要因素,应采取必要的措施来控制感染的发生。例如,加强对害虫的控制可以防止害虫破坏籽粒,预防因此造成的霉菌感染。对玉米进行筛选,清除破碎或损坏的子实,并且保证玉米含水量低于14%,这样可降低霉菌滋生风险。水分含量为18%的玉米在21℃气温下可储存30 d,而水分含量为13%的玉米在相同的温度下可储存26个月[23]。新玉米进仓之前先清仓,确保存储环境清洁,也可避免霉菌经陈玉米传染给新玉米。

在田间未被霉菌污染的玉米在粮仓里也可能会受到感染,而在田间感染的霉菌在适宜的条件下也会在粮仓中继续生长。霉菌的生长需要水分,因此对玉米进行干燥处理是控制霉菌生长繁殖的最好方法。即使看起来清洁、干燥的玉米在某些条件下也会受到感染[23]。例如,在春季,由于温度和湿度的变化大,霉菌很容易生长,尤其是在粮仓里出现水汽凝结的情况下。因此,春季应经常检查粮仓,确保通风散热,避免温度升高、霉菌滋生。

玉米等饲料原料需要常温储存,相对湿度应控制在70%以下,水分含量不宜超过12%[24]。有研究显示,没有绝对安全的样品 (所有受检样品均检测出霉菌毒素),且多种霉菌毒素共存现象很普遍,高达96.48%的饲料及原料受到2种及以上霉菌毒素污染[25]。因此,原料采购时应加强对玉米真菌毒素检测监控以保证质量安全。储藏初期应关注AFB1的污染情况,后期关注ZEN的污染范围及DON污染的加剧。鉴于南方地区以上3种毒素的检出率均较高,应针对当前玉米及其原料霉菌毒素污染状况采取相应预防措施,酌情添加霉菌毒素处理剂以降低其对畜禽的危害[15]

若要从根源上减少真菌毒素对玉米的污染,就要从育种上多下工夫,选育抗真菌侵染的玉米品种。做到了这一点,就阻断了真菌毒素污染玉米的途径。另外,筛选培育不产毒真菌品种,通过扩繁与产毒真菌形成比较竞争优势,从而抑制产毒真菌在粮食作物上的滋生,也是目前科研上的研究热点之一,并且已经取得了良好的应用效果,如不产毒的黄曲霉菌已经开始在玉米生产上逐步应用。

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孙向东,张瑞英,兰静,赵琳,单宏
《农产品质量与安全》2018年第02期文献

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