物理方法對(duì)病原真菌及其產(chǎn)毒的防控作用研究進(jìn)展

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(北京農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究中心,農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室(北京),農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測(cè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100097)

物理方法對(duì)病原真菌及其產(chǎn)毒的防控作用研究進(jìn)展

姜楠,王瑤,姜冬梅,韋迪哲,王蒙*

(北京農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究中心,農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室(北京),農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測(cè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100097)

農(nóng)產(chǎn)品受病原真菌侵染發(fā)生腐爛變質(zhì),失去感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、商用品質(zhì),進(jìn)而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。雖然病原真菌生長(zhǎng)和病原真菌產(chǎn)毒是兩種不同的生理過程,但是有效的防控措施對(duì)兩種生理過程均會(huì)產(chǎn)生抑制作用。物理防控方法是一種操作簡(jiǎn)單、無化學(xué)污染、綠色的防控手段,某些技術(shù)處理農(nóng)產(chǎn)品后,不僅有效去除病原真菌,抑制其產(chǎn)毒,還可以增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品自身組織抗性,起到改善食品品質(zhì)、貯藏保鮮、延長(zhǎng)貨架期的作用。本文就應(yīng)用廣泛的熱處理、輻射處理、紫外處理等物理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述,并重點(diǎn)闡述了三種物理技術(shù)對(duì)病原真菌生長(zhǎng)及其產(chǎn)毒的防控作用,以期為該領(lǐng)域的研究者提供理論參考。

病原真菌,毒素,物理方法,防控作用

農(nóng)產(chǎn)品因病原真菌侵染導(dǎo)致腐爛變質(zhì)不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,而且會(huì)在其腐爛部位及其周圍健康組織中積累大量的真菌毒素,進(jìn)而對(duì)人類和動(dòng)物健康造成潛在的威脅,包括致癌、致畸、致突變等作用。目前在農(nóng)產(chǎn)品中都有不同程度的真菌毒素檢出,常見的毒素主要包括:曲霉屬(Aspergillusspp.)產(chǎn)生的赭曲霉毒素(ochratoxin)和黃曲霉毒素(aflatoxin),擴(kuò)展青霉(Penicilliumexpansum)產(chǎn)生的展青霉素(patulin);交鏈孢屬(Alternariaspp.)產(chǎn)生的交鏈孢毒素(Alternaria toxin)及鐮刀菌屬(Fusariumspp.)產(chǎn)生的單端孢霉烯族毒素(trichothecenes)、玉米赤霉烯酮毒素(zearalenone)等。

由于農(nóng)產(chǎn)品中真菌及真菌毒素的污染是不可避免的,那么良好的預(yù)防措施和操作規(guī)范可有效降低污染率和污染程度。但如果污染已經(jīng)發(fā)生,必須采取適當(dāng)?shù)姆椒▽⑵淙コ?。因?關(guān)于有效控制真菌污染及其產(chǎn)毒的研究越來越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。目前常用的防控方法大致分為化學(xué)方法、生物方法及物理方法等?；瘜W(xué)方法是添加化學(xué)試劑,如亞硫酸氫鈉、次氯酸鈉、雙氧水等成分來降低或控制真菌毒素的危害,但是化學(xué)降解法可能會(huì)給食品及原料帶來新的污染,目前在世界上很多國(guó)家和地區(qū)被禁止;生物方法主要原理是采用富集培養(yǎng)的土壤細(xì)菌、益生菌等菌株對(duì)真菌毒素進(jìn)行分解或通過拮抗作用來阻礙真菌生長(zhǎng)進(jìn)而抑制真菌毒素的增加,但是存在見效周期長(zhǎng)、操作復(fù)雜、很難在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模普及等缺點(diǎn);物理方法常見手段有紫外線或60Co-γ射線輻照法、熱處理法、吸附法、微波處理、放電等離子體作用等,雖然也存在一些問題,比如加熱過程會(huì)影響食品風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,但通過控制反應(yīng)條件可避免上述問題的發(fā)生。物理防控技術(shù)實(shí)用性強(qiáng),副作用小,尤其適合果蔬及其制品中病原真菌及毒素的防控。本文就應(yīng)用廣泛的針對(duì)病原真菌及其毒素的物理防控措施進(jìn)行綜述,主要包括熱處理、電離輻射、紫外照射等技術(shù),分別闡述了上述技術(shù)對(duì)病原真菌的抑制作用及對(duì)毒素的降解作用,通過對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的總結(jié)以期為該領(lǐng)域研究者提供參考。

1 熱處理

熱處理在病原真菌及毒素上的研究和應(yīng)用最早始于防治病蟲害。Fawcett[1]首次報(bào)道了用熱處理防治柑橘炭疽病引起的腐爛。根據(jù)其傳熱介質(zhì)的不同,熱處理可以分為熱蒸汽處理、熱空氣處理和熱水處理,它是國(guó)內(nèi)外廣泛研究的一種物理保鮮技術(shù),對(duì)農(nóng)產(chǎn)品表面的真菌和幼蟲有很好的殺滅和抑制作用,具有無化學(xué)藥劑殘留的優(yōu)點(diǎn),是一種無毒、無農(nóng)藥殘留的物理處理方法,因而在農(nóng)產(chǎn)品,尤其是果蔬貯藏中具有較好的應(yīng)用前景。

1.1熱處理對(duì)病原真菌的抑制作用

熱處理可鈍化病原真菌的胞外酶,使病原真菌的蛋白變性、脂質(zhì)降解、激素破壞、營(yíng)養(yǎng)消耗,進(jìn)而導(dǎo)致病原真菌代謝失調(diào)從而達(dá)到對(duì)其致死或半致死作用,熱處理的抑制作用一般是上述多種機(jī)制共同作用的結(jié)果[2]。目前關(guān)于熱處理對(duì)病原真菌的影響的研究主要集中于病原真菌生物學(xué)特性領(lǐng)域,包括熱處理對(duì)菌絲體生長(zhǎng)、孢子萌發(fā)、致病性等方面。熱處理通過減慢孢子芽管的伸長(zhǎng)或直接殺死萌發(fā)的孢子而降低其致病性,已有證據(jù)顯示孢子的萌發(fā)與真菌的致病力密切相關(guān)[3-4]。熱處理能顯著抑制擴(kuò)展青霉、互隔交鏈孢、黃曲霉、尖刀鐮孢菌等的孢子萌發(fā)[5-7]。

病原真菌的熱敏感性因種屬的不同而存在差異,如擴(kuò)展青霉比互隔交鏈孢更耐熱,而互隔交鏈孢菌的耐熱性大于灰葡萄孢菌[8],因此殺死或抑制各種真菌孢子萌發(fā)、芽管伸長(zhǎng)和菌絲體生長(zhǎng)的溫度也存在顯著差異[9-10]。同時(shí),真菌熱敏感性也依賴于其生理狀態(tài),如細(xì)極交鏈孢未萌發(fā)的孢子比萌發(fā)的孢子更耐熱[11]。42 ℃的熱水處理能顯著抑制互隔交鏈孢的孢子萌發(fā),但對(duì)休眠的孢子活力沒有影響[12]。Gabler[13]等研究了10%～30%乙醇結(jié)合熱處理(25～50 ℃,30 s)對(duì)孢子生活力的影響。結(jié)果表明:在40 ℃,互隔交鏈孢和炭黑曲霉的孢子半數(shù)致死所需乙醇濃度分別為14%和20%,炭黑曲霉要比互隔交鏈孢更耐熱;20%乙醇結(jié)合50 ℃處理可完全抑制互隔交鏈孢和炭黑曲霉的孢子萌發(fā)。

1.2熱處理對(duì)毒素的降解作用

加熱處理是最早使用的真菌毒素降解方法。由于大多數(shù)真菌毒素具有熱穩(wěn)定性,這在很大程度上增加了脫毒的困難,但是熱處理并非完全無效,不同的真菌毒素對(duì)高溫處理的敏感性各不相同[14]。在150 ℃和180 ℃條件下,添加1%的焦亞硫酸鈉對(duì)玉米粉中的脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)有明顯的解毒作用,但幾乎不能去除黃曲霉毒素B1(aflatoxin B1,AFB1)[15]。熱處理溫度達(dá)237～306 ℃才能部分破壞黃曲霉毒素[16-17],因此通過沸水和高壓滅菌等熱處理方法無法完全將其破壞。含有交鏈孢酚(alternariol,AOH)、交鏈孢酚單甲醚(alternariol monamethyl ether,AME)和細(xì)交鏈格孢酮酸(tenuazonic acid,TeA)的葵花籽粉經(jīng)100 ℃處理90 min 含量無明顯變化,但在121 ℃下處理60 min 可有效降低AOH和AME含量,而TeA含量?jī)H降低50%[18]。高溫下烘焙是降低食品中黃曲霉毒素的最有效方法。分別在90、120和150 ℃烘烤開心果30、60和120 min,結(jié)果發(fā)現(xiàn)開心果中的黃曲霉毒素隨著烘烤時(shí)間和溫度的不同而降低了17%～63%[19]。對(duì)開心果加工之前挑揀出被污染的部分,有助于降低最終干燥的開心果產(chǎn)品中黃曲霉毒素的含量[20-21]。Suárez-Quiroz[22]等研究也表明,在200 ℃烘焙咖啡4.4～5.3 min,初始含量為16.6 μg/kg的赭曲霉毒素A(ochratoxin,OTA)被完全去除,而初始含量為53.2 μg/kg時(shí),OTA降低了58.7%～82.9%。

原料中真菌毒素的最初含量、熱處理溫度和處理時(shí)間決定了毒素能被減少的程度。在169 ℃下15 min、205 ℃下2.5 min和243 ℃下1 min三個(gè)熱處理?xiàng)l件下,小麥中初始含量為1.20 mg/kg的DON分別降低 28%、21%和20%;而初始含量為0.26 mg/kg的DON分別降低 66%、43%和38%[23]。展青霉素(patulin,PAT)在不同熱處理?xiàng)l件下的降解效率也不一樣。在70 ℃和80 ℃熱處理20 min后,蘋果汁中的PAT分別減少了9.4%和14.1%;增加溫度到90 ℃和100 ℃,PAT降解率分別為18.8%和26.0%[24]。

原料中水分含量和離子強(qiáng)度也會(huì)影響熱處理對(duì)真菌毒素的去除作用。Boudra[25]等研究了熱處理對(duì)不同含水量小麥中OTA的降解效果,結(jié)果表明:在100 ℃下熱處理40～160 min,干燥小麥中OTA的污染量無顯著變化,而在此溫度下熱處理120 min后,含有50%水分的小麥中OTA減少了51%。有研究報(bào)道增加離子強(qiáng)度有利于AFB1的降解。在150 ℃烘烤花生30 min,未加鹽的花生所含AFB1下降了38%,而添加20 g/kg和50 g/kg鹽的咸花生AFB1含量分別下降了42%和56%[26]。

熱處理還可以和目前國(guó)際上公認(rèn)較安全的拮抗菌劑及碳酸氫鈉、氯化鈣、氣調(diào)貯藏、輻射處理、紫外線等結(jié)合應(yīng)用,不但可以協(xié)同增效,還可降低化學(xué)藥物用量,減少熱傷害和能源消耗,在保證綠色環(huán)保的同時(shí)增強(qiáng)抑制病原真菌生長(zhǎng)及產(chǎn)毒的效果。隨著對(duì)熱處理技術(shù)研究的深入和不斷的完善,熱處理技術(shù)會(huì)在真菌及毒素防控上發(fā)揮更大的作用。

2 電離輻射

電離輻射是食品經(jīng)過一定劑量的電離射線的輻照,以達(dá)到貯藏保鮮目的的一種物理方法,是一種有效的非熱殺菌技術(shù)。該技術(shù)主要利用鈷60(60Co)、銫137(137Cs)等產(chǎn)生的伽瑪(γ)射線、5 MeV 以下的X射線和電子加速器生成的10 MeV以下電子束[27]。目前以60Co作為輻射源的γ射線照射應(yīng)用最廣,其原因在于60Co制備相對(duì)容易,釋放出的γ射線能力大,穿透力強(qiáng),半衰期較適中[28]。電離輻照技術(shù)不僅具有穿透食品包裝消除病原真菌、殺滅害蟲的廣譜性和高效性,還具有防止農(nóng)產(chǎn)品發(fā)芽、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)及延長(zhǎng)貨架期等作用,因而被廣泛應(yīng)用于真菌毒素的脫毒中。

2.1電離輻射對(duì)病原真菌的抑制作用

電離輻射對(duì)病原真菌抑制作用的強(qiáng)弱受很多因素影響,不同真菌的抗輻射能力差異較大。通常,越復(fù)雜的生物體抗輻照的能力越強(qiáng),真菌的抗輻照能力要強(qiáng)于昆蟲和寄生蟲,而病毒的抗輻照能力要比真菌強(qiáng)。病原真菌來源不同抗輻照能力也存在顯著差異。2.5 kGy的γ射線能有效抑制互隔交鏈孢菌絲體的生長(zhǎng),而γ射線劑量達(dá)到3.0 kGy,才能抑制黃曲霉菌絲體的生長(zhǎng)[29]。Geweely[30]研究了γ射線對(duì)極細(xì)交鏈孢、擴(kuò)展青霉等梨果實(shí)致病菌的影響,結(jié)果表明完全滅活擴(kuò)展青霉的輻照劑量為1.0 kGy,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于滅活極細(xì)交鏈孢的輻照劑量(3.0 kGy)。

輻照處理對(duì)病原真菌的抑制作用因劑量不同而效果不同。一般輻照劑量為0.1～1.0 kGy,即可抑制微生物的生長(zhǎng)和繁殖;輻照劑量在5～10 kGy 時(shí),可殺滅一些非芽孢致病菌(如沙門氏菌、大腸桿菌和葡萄球菌等);而高輻照劑量10～50 kGy主要用于某些特定產(chǎn)品的無菌要求[28]。一般而言,輻照處理對(duì)病原真菌的抑制作用隨劑量的增加而增強(qiáng)。輻照劑量4～6 kGy可以完全抑制食品中病原真菌的生長(zhǎng),而種子中病原真菌的輻照致死劑量為6 kGy[31]。

電離輻射對(duì)病原物的菌落生長(zhǎng)、孢子萌發(fā)、芽管生長(zhǎng)和產(chǎn)孢能力都有影響,經(jīng)輻照處理的互隔交鏈孢、黃曲霉等致病菌表現(xiàn)出菌落生長(zhǎng)緩慢、芽管的長(zhǎng)度和直徑變小,甚至在某些情況下會(huì)形成多芽管[29]。Ribeiro[32]等研究了2 kGy的γ射線對(duì)黃曲霉和赭曲霉的影響,結(jié)果表明經(jīng)輻照后菌絲顏色會(huì)發(fā)生改變,同時(shí)分生孢子梗的大小、形態(tài)等也會(huì)發(fā)生改變。一般孢子比菌絲體更耐輻照,這是由于真菌的孢子所含的DNA量較少。在研究γ射線對(duì)黃曲霉孢子輻照效應(yīng)中,發(fā)現(xiàn)輻照不僅能殺滅霉菌孢子,也能抑制霉菌毒素的產(chǎn)生[33]。但也有一些學(xué)者認(rèn)為,經(jīng)輻照后的病原真菌產(chǎn)毒能力增強(qiáng)[34],這可能是由于不適宜的輻照處理導(dǎo)致病原真菌發(fā)生突變,并產(chǎn)生新的抗性菌株,進(jìn)而使其產(chǎn)毒能力發(fā)生改變。

2.2電離輻射對(duì)毒素的降解作用

電離輻射降解技術(shù)與其他物理降解法、化學(xué)降解法及微生物降解法相比,有其自身的優(yōu)勢(shì),傳統(tǒng)的降解法不能完全解決真菌毒素的污染問題,有些要改變產(chǎn)品的物理屬性,成本高且局限性較大。而輻照能夠直接破壞毒素,降低毒素毒性;還能最大程度的地保留食品原有品質(zhì)。真菌毒素輻照降解過程受多種因素的影響,如吸收劑量、初始毒素濃度、真菌數(shù)量、水分含量和基質(zhì)成分等。

真菌毒素的降解效果受輻照劑量和毒素初始質(zhì)量濃度的雙重影響。彭春紅[35]等研究了2.5～25 kGy 輻照處理對(duì)不同初始濃度(50、100、200 ng/mL)OTA的降解效果,結(jié)果表明:輻照劑量低于7.5 kGy 時(shí),初始質(zhì)量濃度越低,其降解率越高,這可能是由于當(dāng)輻照劑量較低時(shí),產(chǎn)生的自由基較少,低質(zhì)量濃度的OTA與自由基碰撞的幾率高,當(dāng)質(zhì)量濃度增大,活性自由基不足以作用于所有的OTA分子,降解率下降。高劑量輻照時(shí),產(chǎn)生足夠量的自由基,初始質(zhì)量濃度的OTA對(duì)降解率的影響不明顯。Wang[36]等研究發(fā)現(xiàn),初始濃度越低,AFB1降解率越高;0.1 mg/L 的AFB1溶液在3 kGy時(shí)降解率58.8%,而10 mg/L的AFB1要達(dá)到相同的降解率,其輻照劑量需達(dá)到6 kGy。

干燥的真菌毒素比溶液中的更耐輻照。Frank[37]對(duì)干燥AFB1和溶解在磷酸鹽溶液中的AFB1進(jìn)行了輻照降解研究,發(fā)現(xiàn)干燥的AFB1耐輻照,溶液中的AFB1對(duì)輻照較敏感,1～2.5 kGy 的輻照劑量可將毒素降解近90%。這表明了水分含量可以顯著影響γ射線降解黃曲霉毒素的能力。水分子在輻照過程中分解會(huì)形成高活性的自由基,這些自由基可以與AFB1末端的呋喃環(huán)反應(yīng)生成低毒結(jié)構(gòu),以降低其毒性[38]。同樣,輻照對(duì)赭曲霉毒素和單端孢霉烯族毒素的降解效果與黃曲霉毒素類似。Kumar[39]等分別輻照處理OTA干粉、溶于水溶液中和溶于甲醇中的OTA,結(jié)果表明,水溶液中的OTA 在1、2.5和5 kGy的輻照劑量下分別降解了30%、79%和93%;在10 kGy的劑量下,甲醇溶液中OTA僅有24%被降解,而干粉狀態(tài)下的OTA 幾乎未被降解。O’Neill[40]等研究了DON和3-乙?；鵇ON在水溶液、基質(zhì)和干燥狀態(tài)三種條件下γ射線輻照的降解效果,結(jié)果表明,在水溶液條件下,DON和3-乙?；鵇ON對(duì)γ射線都很敏感。DON在1 kGy時(shí)已經(jīng)開始降解,而3-乙?；鵇ON在5 kGy時(shí)開始降解。當(dāng)輻照劑量達(dá)到50 kGy時(shí),二者都被完全降解,而干粉狀態(tài)下的DON和3-乙酰基DON幾乎未被降解。由此可見,輻照對(duì)水溶液中的毒素有較好的降解效果,而對(duì)溶解在干粉狀態(tài)下的毒素降解效果較差,進(jìn)一步證明了水可能參與了真菌毒素的輻照降解,其機(jī)理可能是由于水經(jīng)輻解后產(chǎn)生的活性自由基介導(dǎo)了降解過程。

不同毒素可耐受的輻照劑量不同。Mutluer and Erko?[41]研究了γ輻照對(duì)AFB1、AFB2、AFG1和AFG2的降解效應(yīng),發(fā)現(xiàn)AFB1對(duì)輻照最為敏感,AFB2對(duì)輻照的抗性最強(qiáng);Jalili[42]等研究結(jié)果也表明AFB2和AFG2對(duì)輻照的抗性要強(qiáng)于AFB1和AFG1。這可能是由于AFB1和AFG1呋喃環(huán)中具有C8、9不飽和雙鍵,是自由基功能的位點(diǎn),而AFB2和AFG2呋喃環(huán)中不存在C8、9雙鍵,因而不易被自由基攻擊而分解[43]。赭曲霉毒素A的抗輻照能力要強(qiáng)于黃曲霉毒素。Aziz[44]研究表明:20 kGy 輻照劑量能完全降解黃曲霉毒素,僅72%～76%的赭曲霉毒素被降解。展青霉素的抗輻照能力最弱;1 kGy的輻照劑量就可完全降解水溶液中的展青霉素[45]。

3 紫外照射

紫外線是一種非電離輻射的殺菌消毒方法。根據(jù)紫外線自身波長(zhǎng)的不同,可將紫外線分為短波紫外線(UV-C,波長(zhǎng)200～280 nm)、中波紫外線(UV-B,波長(zhǎng)280～320 nm)、長(zhǎng)波紫外線(UV-A,波長(zhǎng)320～400 nm)和真空紫外線(波長(zhǎng)100～200 nm)。短波紫外線(尤其是波長(zhǎng)為254 nm)能穿透微生物的細(xì)胞膜,引起同一DNA鏈中相鄰的胸腺嘧啶和胞嘧啶之間發(fā)生交聯(lián),導(dǎo)致DNA復(fù)制和翻譯受阻,使細(xì)胞遺傳物質(zhì)活性喪失,進(jìn)而導(dǎo)致微生物失去繁殖能力或者死亡[46-47]。240～260 nm的短波紫外線被認(rèn)為是安全的,目前尚沒有短波紫外線照射食品會(huì)形成已知的有毒物質(zhì)或顯著的無毒副產(chǎn)物的報(bào)道[48]。2002年,美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)批準(zhǔn)了短波紫外線可以作為一種殺菌消毒技術(shù)用于食品的表面處理。因此,短波紫外線目前被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、食品、水處理及一些工業(yè)領(lǐng)域的消毒殺菌。

3.1紫外照射對(duì)病原真菌的抑制作用

波長(zhǎng)為250～260 nm的短波紫外線(UV-C)能殺滅大多數(shù)微生物,包括食源性微生物、真菌、病毒等,這主要是由于低劑量(0.25～8.0 kJ/m2)的UV-C能破壞微生物的DNA結(jié)構(gòu),在 DNA 分子中產(chǎn)生嘧啶二聚體,引發(fā)突變,使細(xì)胞遺傳物質(zhì)的活性喪失,導(dǎo)致微生物失去繁殖能力或死亡[49]。1 kJ/cm2的UV-C照射可顯著抑制互格交鏈孢的生長(zhǎng),而5 kJ/cm2劑量則可完全滅活交鏈孢[50]。最新研究結(jié)果表明:UV-A和UV-B都可顯著抑制炭黑曲霉和寄生曲霉菌落(直徑、物質(zhì)干重和菌落密度)的生長(zhǎng),且UV-B的抑菌能力要強(qiáng)于UV-A,進(jìn)而推測(cè)UV-A可能導(dǎo)致真菌發(fā)生突變,而UV-B會(huì)導(dǎo)致真菌的生長(zhǎng)和代謝停滯。在UV-B 照射下的菌落顏色也會(huì)發(fā)生改變。同時(shí)紫外線的影響程度在不同菌種間有所差異,其中炭黑曲霉對(duì)紫外線的抗性要強(qiáng)于寄生曲霉[51]。

通常情況下,隨著紫外線照射時(shí)間的延長(zhǎng),真菌孢子的萌發(fā)和菌絲的生長(zhǎng)都被顯著抑制。240 nm的短波紫外線和365 nm的長(zhǎng)波紫外線照射30 min后,黃曲霉的菌絲生長(zhǎng)分別減緩84.7%和81.5%;照射時(shí)間延長(zhǎng)到60 min,菌絲生長(zhǎng)的抑制率分別增加4.4%和15.9%[52]。不同真菌抗紫外線的能力不同,含黑色素的孢子更耐紫外照射,黑色素產(chǎn)生能力較強(qiáng)的炭黑曲霉抗紫外線照射能力要強(qiáng)于青霉菌和黃曲霉[53],這可能是由于色素可淬滅由光敏物質(zhì)產(chǎn)生的單線態(tài)氧。此外,有研究表明:馬鈴薯培養(yǎng)基表面的真菌孢子比溶液中的孢子更易被紫外線滅活。對(duì)于炭黑曲霉而言,4.6 kJ/m2的254 nm短波紫外線照射30～60 s,可使培養(yǎng)基表面的病原真菌孢子降低2個(gè)數(shù)量級(jí);而在吐溫-80的溶液中降低同樣數(shù)量級(jí)的孢子需要120～180 s。4.6 kJ/m2的短波紫外線照射60 s后,固體培養(yǎng)基中黃曲霉孢子降低了3個(gè)數(shù)量級(jí),而溶液中的孢子僅降低1個(gè)數(shù)量級(jí)[54]。

3.2紫外照射對(duì)毒素的降解作用

目前紫外照射對(duì)黃曲霉毒素、赭曲霉毒素、單端孢霉烯族毒素、展青霉素都有顯著的降解效果,且對(duì)其研究比較廣泛而深入。除毒素自身原因以外,外界因素對(duì)毒素降解效果的影響也比較顯著,如紫外線的波長(zhǎng)、照射時(shí)間、照射強(qiáng)度、基質(zhì)性質(zhì)、環(huán)境溫度等。

黃曲霉毒素對(duì)紫外光特別敏感,早在1962年,就有學(xué)者發(fā)現(xiàn)黃曲霉毒素在紫外光照射下會(huì)逐漸消失。黃曲霉毒素的降解效果受照射時(shí)間、波長(zhǎng)、pH等多種因素的影響。通過比較254、365和420 nm三種不同波長(zhǎng)的紫外燈對(duì)油脂中黃曲霉毒素B1的去除效果,結(jié)果表明,在AFB1的最大吸收波長(zhǎng)365 nm的紫外燈照射下,毒素的去除效果最佳,降解率為96.4%[55]。Mazaheri[56]利用87.5 μW/cm2的紫外照射AFB1初始濃度為100 μg/kg的開心果,經(jīng)3 h和13 h后,毒素含量分別降低了21.8%和57.8%。紫外光對(duì)AFB1的降解效果存在介質(zhì)間的差異。通過研究紫外光對(duì)不同介質(zhì)中AFB1的降解速率時(shí)發(fā)現(xiàn),花生油中降解速率最快,在30 min內(nèi)已徹底降解,而水溶液需要100 min方可完全降解,在乙腈體系中降解最慢?；ㄉ椭谐煞謴?fù)雜,易氧化產(chǎn)生大量自由電子,自由基越多反應(yīng)越劇烈,因此降解速率最快;水中只有氫離子和氫氧根兩種自由電子,因此反應(yīng)速率和劇烈程度大幅下降;而乙腈為一種較為穩(wěn)定的分析溶劑,不產(chǎn)生自由電子,因此在其中反應(yīng)最為緩慢[57-58]。

紫外線波長(zhǎng)會(huì)影響OTA的降解效果。UV-A 照射14 d時(shí),炭黑曲霉產(chǎn)OTA的能力降低了89.1%,而UV-B 照射同樣時(shí)間后,其產(chǎn)毒能力僅降低了55.7%[51]。因此,UV-A比UV-B更有利于抑制炭黑曲霉菌產(chǎn)毒,這可能與OTA在UV-A(330 nm)下有紫外吸收有關(guān)。Cheong[59]等研究也發(fā)現(xiàn)UV-A(366 nm)和短波藍(lán)光(445 nm)照射能顯著抑制炭黑曲霉和赫曲霉菌產(chǎn)OTA。紫外線對(duì)赭曲霉毒素的降解與環(huán)境溫度、pH有關(guān)。溫度越高,相同條件下OTA的降解速率越快。如255 nm的短波紫外線在15 ℃下照射12 min后,可使83%的OTA降解;而在45 ℃下照射6.5 min后,就可獲得相同的降解效果[60]。

紫外光輻照對(duì)單端孢霉烯族毒素、展青霉素的去除也有一定效果。Murata[61]等用中等強(qiáng)度(0.1 mW/cm2)和高強(qiáng)度(24 mW/cm2)的254 nm紫外光對(duì)樣品進(jìn)行照射,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在中等強(qiáng)度的紫外光照射下,DON的濃度隨著時(shí)間的推移逐漸降低,60 min后便檢測(cè)不到DON;在高強(qiáng)度的紫外光條件下,DON含量降低的效果更好。Zhu[62]等發(fā)現(xiàn)在222、254和282 nm的紫外照射下,降解90%的PAT的所需劑量不同,分別為19.6、84.3和55.0 mJ/cm2,222 nm的短波紫外線照射下,PAT獲得最大的降解效率。

4 結(jié)論

綜上所述,物理防控技術(shù)在病原真菌及其產(chǎn)毒方面作用效果顯著,但也存在各自的局限性。熱處理技術(shù)作為一種無毒、無殘留的物理方法可以有效去除真菌污染,但是它更局限用于果蔬的處理,對(duì)于糧食、谷物等農(nóng)產(chǎn)品應(yīng)用較少。此外,由于果蔬的熱敏感性不同,熱處理溫度過高或處理時(shí)間過長(zhǎng)都會(huì)造成果實(shí)損傷,這些損傷可能立刻出現(xiàn)或貯藏一段時(shí)期才顯現(xiàn)的傷害,主要包括表皮出現(xiàn)褐變、凹陷、黑色斑點(diǎn)等、果肉變黑、失水、不能后熟、腐爛加重等。因此,今后應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)不同基質(zhì)篩選影響熱處理效果的關(guān)鍵因素,探索熱處理的機(jī)制,開發(fā)便于使用的熱處理設(shè)備,進(jìn)而提高其商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。電離輻射技術(shù)具有方便快捷、安全性高、不存在化學(xué)殘留和環(huán)境污染等特點(diǎn),但目前由于消費(fèi)者對(duì)輻照食品認(rèn)可和接受程度有限,加之國(guó)內(nèi)外對(duì)輻照降解真菌毒素機(jī)理、降解產(chǎn)物及其毒性的研究較少,進(jìn)而限制輻照技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。低劑量的紫外線照射可以直接殺死致病菌,更重要的是它可誘導(dǎo)機(jī)體自身抗病性提高,減少化學(xué)保鮮劑的應(yīng)用,是一條綠色環(huán)保的貯藏保鮮途徑。然而,紫外照射只能穿透食品表面組織,對(duì)侵染到內(nèi)部的病菌起不到殺滅作用,而且劑量過高會(huì)導(dǎo)致食品表面組織受到傷害。因此,應(yīng)明確不同食品紫外處理的最佳劑量和限制,深入探討紫外處理減輕病害的機(jī)制,明確其對(duì)病原真菌和毒素的降解機(jī)制及降解產(chǎn)物的安全性。

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Progressonpreventionandcontrolofphysicalmethodsonpathogenicfungianditstoxins

JIANGNan,WANGYao,JIANGDong-mei,WEIDi-zhe,WANGMeng*

(Beijing Research Center for Agricultural Standards and Testing(BRCAST),Risk Assessment Laboratory for Agro-products(Beijing),Ministry of Agriculture,Beijing Municipal Key Laboratory of Agriculture Environment Monitoring,Beijing 100097,China)

Agro-products were decayed easily after infected by pathogenic fungi which can lead to decline of sensory,nutrition and commercial quality. Although fungi growth and mycotoxin-producing are two different processes,the effective prevention and control measures can inhibit both physiological processes. The physical method is easy-to-use and it’s also a green control measure without any chemical pollution. Some physical techniques can not only remove the pathogenic fungi and inhibit the production of their toxins effectively,but also can enhance the resistance to the fungus,improve quality,and extend the storage and shelf life of agro-products. In this paper,the present situation of widely applicable physical techniques included heat,radiation and UV treatment were reviewed,and the control effect of the three physical technologies for fungus and mycotoxin were also summarized,so as to provide theoretical reference for other researchers in this field.

pathogenic fungi;toxins;physical methods;control function

2017-06-02

姜楠(1988-),女,碩士,助理研究員,研究方向:農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與標(biāo)準(zhǔn),E-mail:jiangnan_fx@163.com。

*

王蒙(1980-),女,博士,副研究員,研究方向:農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與標(biāo)準(zhǔn),E-mail:ameng-001@163.com。

2017年北京市農(nóng)林科學(xué)院青年基金(QNJJ201710);公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303075);國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估重大專項(xiàng)(GJFP2017013)。

TS201.3

A

1002-0306(2017)22-0346-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.22.067