玉米赤霉烯酮污染狀況及毒性的研究進(jìn)展

馬傳國，王英丹

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

玉米赤霉烯酮污染狀況及毒性的研究進(jìn)展

馬傳國，王英丹

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

玉米赤霉烯酮是由多種鐮刀菌產(chǎn)生并且廣泛存在于玉米、小麥、黑麥、燕麥等谷物及其制品中的真菌毒素。玉米赤霉烯酮具有類雌激素作用，動(dòng)物或者人體攝入玉米赤霉烯酮會(huì)對(duì)機(jī)體造成多種毒害作用。文中就近幾年玉米赤霉烯酮國內(nèi)外污染現(xiàn)狀及其毒性研究進(jìn)展作了詳細(xì)的綜述。

玉米赤霉烯酮；污染狀況；毒性

0 引言

玉米赤霉烯酮（Zearalenone,ZEN）又稱為F-2毒素，主要是由禾谷鐮刀菌、尖孢鐮刀菌、木賊鐮刀菌、雪腐鐮刀菌等菌種產(chǎn)生的有毒代謝產(chǎn)物，主要存在于易受到真菌污染的玉米、小麥、高粱、大米等谷物中。ZEN的分子式為 C18H22O5，熔點(diǎn)為161～163℃，極性較弱，幾乎不溶于水、四氯化碳等溶劑，但溶于堿性水溶液，且其溶解度在正己烷、苯、乙腈、二氯甲烷、甲醇、乙醇和丙酮中依次增加[1]。ZEN在哺乳動(dòng)物中C8位上的酮基易被還原，生成α-玉米赤霉烯醇（α-zearalenol）和β-玉米赤霉烯醇（β-zearalenol），它們都有與雌激素相似的結(jié)構(gòu)，因此也具有雌激素活性，研究表明，α-玉米赤霉烯醇的雌激素活性是ZEN的3倍，而β-玉米赤霉烯醇的雌激素活性與ZEN相似。由于ZEN主要存在于霉變的糧食作物中，而且其在糧食的貯藏、加工以及烹調(diào)期間很穩(wěn)定，不易受到外界環(huán)境變化和高溫的影響[2]，所以使用含有或者接觸被霉菌污染的原料制作的食物、飼料和食用植物油以及家禽中都不可避免地含有ZEN[3-5]，而這些物質(zhì)中的ZEN可通過飲食遷移至人體，Warth等[6]研究顯示連續(xù)4 d食用被ZEN污染的食物，就可在其尿液中監(jiān)測(cè)到含有0.167 μg/kg b.w.的ZEN。研究表明，接觸或者攝入ZEN對(duì)人類以及動(dòng)物的生殖發(fā)育、細(xì)胞增殖和器官功能等方面有極大的危害。因此，作者對(duì)近幾年來國內(nèi)外ZEN污染狀況進(jìn)行總結(jié)，簡要總結(jié)近幾年ZEN的毒性研究進(jìn)展及其對(duì)動(dòng)物和人體的危害。

1 近期國內(nèi)外玉米赤霉烯酮的污染狀況

隨著全球氣候的加速轉(zhuǎn)變以及環(huán)境污染的加重，糧食作物等受到真菌污染的幾率越來越大，由于污染而失去食用價(jià)值和營養(yǎng)價(jià)值的農(nóng)作物比例越來越大，其中霉菌污染糧食作物已經(jīng)成為全球性的問題。

1.1 國內(nèi)ZEN的污染現(xiàn)狀

近年來，全國各地區(qū)谷物及其加工制品檢測(cè)的ZEN含量均有超標(biāo)現(xiàn)象。裴婭曉等[7]對(duì)市場(chǎng)銷售的8個(gè)玉米油樣品的ZEN含量進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)ZEN的檢出率為75%，平均含量為422 μg/kg，超過歐盟植物油ZEN 400 μg/kg的限量，而且根據(jù)我國2012年中國居民能量營養(yǎng)素?cái)z入狀況調(diào)查[8]表明，我國居民每人每日脂肪攝入量為79.9 g，按照目前玉米油中ZEN的平均含量422 μg/kg計(jì)算，每人每日攝入ZEN的含量為33.72 μg，以從事輕體力勞動(dòng)者的標(biāo)準(zhǔn)人體質(zhì)量60 kg計(jì)算，人體每千克體質(zhì)量每日攝入ZEN的含量為0.56 μg/kg,遠(yuǎn)高于歐洲食品安全局2011年規(guī)定的每人每日可耐受ZEN的最大用量0.25 μg/kg，因此植物油中的ZEN污染極為嚴(yán)重。程傳民等[9]對(duì)2013年我國27個(gè)?。ㄊ校┏槿〉挠衩住⒂衩赘碑a(chǎn)物、小麥、小麥副產(chǎn)物、餅粕樣品共2 423個(gè)樣品進(jìn)行ZEN檢測(cè)，結(jié)果表明，這些飼料原料的超標(biāo)率分別為2.89%、40.4%、0.5%、1.2%和0%,其中玉米副產(chǎn)物ZEN超標(biāo)嚴(yán)重且平均含量達(dá)到 678.8 μg/kg。Liu等[10]對(duì) 2012—2014年華中地區(qū)農(nóng)場(chǎng)中的177個(gè)飼料樣品進(jìn)行ZEN含量檢測(cè)，樣品中ZEN的檢出率在82.9%～ 100.0%之間，超標(biāo)率為17.5%。戎曉平等[11]采用免疫親和柱凈化、高效液相色譜法檢測(cè)2014年和2015年179份包括玉米、麩皮、青貯飼料、配合飼料等飼料原料的ZEN含量，其方法檢出限為1 μg/kg，ZEN的回收率為83.29%～87.55%，測(cè)得樣品ZEN檢出率在90%以上，玉米樣品的ZEN含量和超標(biāo)率最高，最高含量為3 387.00 μg/kg，超標(biāo)率為23.21%。甄陽光等[9,12-13]對(duì)我國不同地理區(qū)域共上千個(gè)谷物原料以及飼料樣品進(jìn)行ZEN檢測(cè)，結(jié)果顯示我國多數(shù)地區(qū)均受到ZEN的污染，且不同地理環(huán)境條件地區(qū)的ZEN含量差別明顯，全國7個(gè)地理區(qū)域中，華北地區(qū)和華中地區(qū)的玉米受到ZEN污染的程度最深，東北地區(qū)小麥?zhǔn)艿絑EN污染的程度最深，這可能是由于華北和華中這兩個(gè)地區(qū)的溫度和濕度在玉米種植和收獲時(shí)期適宜某些產(chǎn)毒鐮刀菌生長和產(chǎn)毒，而東北地區(qū)的溫度和濕度在小麥種植和收獲時(shí)期適宜某些產(chǎn)毒鐮刀菌生長和產(chǎn)毒；而其他地區(qū)因?yàn)槠錅囟绕呋蚱?，或者濕度條件不適宜產(chǎn)毒鐮刀菌生長和產(chǎn)毒，所以這些地區(qū)的ZEN含量相對(duì)較低，超標(biāo)率也相對(duì)較小[13]。

1.2 國外ZEN的污染現(xiàn)狀

國外谷類作物和谷類制品也不同程度地受到ZEN的污染，對(duì)近6年國外多個(gè)國家ZEN污染及檢測(cè)狀況匯總，見表1—表3。從表中可以看出，大多數(shù)地區(qū)的谷物樣品中都不可避免地含有ZEN，同一種谷物在不同的地區(qū)的檢出率和污染狀況不同，同一地區(qū)不同谷物樣品的污染程度不同，同一地區(qū)同種樣品在不同年份的污染狀況也不相同。分析其原因可能是因?yàn)椴煌貐^(qū)的溫度和濕度，以及氣候變化條件不同，導(dǎo)致霉菌的生長和產(chǎn)毒狀況不同，研究表明，低溫和中溫交替時(shí)利于ZEN的產(chǎn)生，最適產(chǎn)毒溫度為27℃[14]。

根據(jù)EC 1126—2007，歐盟規(guī)定的某些食品中ZEN最大限量如表4所示。以表4中ZEN的數(shù)據(jù)為限量指標(biāo)，則除了面粉樣品的ZEN平均含量均未超標(biāo)以外，谷物樣品中包括伊朗的大麥和玉米、羅馬尼亞的小麥以及越南部分地區(qū)的玉米樣品在內(nèi)的多個(gè)樣品ZEN的平均含量均超標(biāo)，且葡萄牙玉米制作的面包的ZEN平均含量超標(biāo)近8倍。

表2 部分國家和地區(qū)小麥粉樣品ZEN的污染狀況Table 2 The ZEN pollution status of wheat flour in some countries and regions abroad

表3 國外部分國家和地區(qū)不同谷物制品ZEN的污染狀況Table 3 The ZEN pollution status of different grain productions in some countries and regions abroad

表4 歐盟規(guī)定的某些食物中ZEN最大限量Table 4 The maximum limit of ZEN in some food regulated by the EU

2 玉米赤霉烯酮的毒性

ZEN及其衍生物在結(jié)構(gòu)上與內(nèi)源性雌激素相似，所以它們可以與雌激素受體進(jìn)行特異性結(jié)合，從而誘發(fā)一系列的生殖毒性和致畸作用，此外ZEN在體內(nèi)還具有氧化毒性，引起脂質(zhì)過氧化，抑制DNA和某些mRNA的合成,從而對(duì)肝臟和腎臟造成損傷。

2.1 ZEN對(duì)動(dòng)物的影響

糧食作物及其加工后的副產(chǎn)物經(jīng)常用于生產(chǎn)動(dòng)物飼料，早在20世紀(jì)90年代，就有研究表明每日攝入飼料中ZEN的含量達(dá)到1 mg/kg時(shí)，就會(huì)對(duì)母豬的子宮和卵巢產(chǎn)生不良影響。近年來，由于食用被ZEN污染的飼料導(dǎo)致動(dòng)物產(chǎn)生病狀的事件屢見不鮮。有研究表明，動(dòng)物的胃腸道能快速吸收大量ZEN，其中母豬胃腸道吸收ZEN占總含量的80%～85%[30]，之后ZEN被分散到肝臟、腎臟、脂肪組織和雌激素受體組織（比如子宮、睪丸和卵泡）中[31]，并主要通過以下兩種途徑轉(zhuǎn)化，一種是ZEN在3α-和3β-羥基化類固醇脫氫酶催化作用下生成α-ZOL和β-ZOL；另一種是二磷酸尿苷葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶和磺基轉(zhuǎn)移酶與ZEN結(jié)合，轉(zhuǎn)化為葡萄糖醛酸和硫酸鹽的代謝物。最后成對(duì)的非結(jié)合形式的ZEN及其還原代謝物主要經(jīng)由尿液排出，且主要代謝產(chǎn)物會(huì)隨著物種和生長階段的變化而變化[32-34]，例如，豬的 ZEN的代謝產(chǎn)物主要是α-ZOL或者它的母體化合物與葡糖苷酸的結(jié)合物，而ZEN在鼠中的主要代謝產(chǎn)物主要是游離化合物或者它與葡糖苷酸的結(jié)合物[35]。

國內(nèi)外對(duì)于ZEN誘發(fā)動(dòng)物細(xì)胞毒性、組織結(jié)構(gòu)損傷、器官發(fā)育毒性以及免疫毒性等做了許多研究。Dai等[36-39]分別對(duì)不同生長期的母豬，包括斷奶豬仔、生長發(fā)育中的豬、性不成熟的豬、性成熟母豬的不同組織對(duì)ZEN的反應(yīng)進(jìn)行研究，結(jié)果表明，對(duì)于斷奶豬仔，ZEN會(huì)影響其卵巢中生長素和增殖細(xì)胞核抗原基因的表達(dá)，從而造成后期的生殖功能失常[36]；對(duì)于生長發(fā)育時(shí)期的豬，ZEN會(huì)降低其色氨酸的表觀回腸消化率[37]；對(duì)于性不成熟小母豬，ZEN會(huì)刺激其子宮組織細(xì)胞增殖，導(dǎo)致雌激素含量過高[38]；對(duì)于性成熟的母豬，ZEN會(huì)引起其多種生殖功能喪失[39]。Ren等[40]測(cè)定ZEN和嘔吐毒素（DON）對(duì)小鼠大腦的影響，研究發(fā)現(xiàn)添加ZEN會(huì)使凋亡細(xì)胞百分比增加，且ZEN和DON對(duì)凋亡細(xì)胞有協(xié)同影響；Abdel-Wahhab等[41]發(fā)現(xiàn)攝入ZEN對(duì)小鼠的肝功能參數(shù)、油脂過氧化程度以及DNA損傷會(huì)增加，而且肝中的谷胱甘肽過氧化物酶的mRNA基因也會(huì)發(fā)生組織學(xué)改變，其中肝臟的氧化損傷被認(rèn)為是ZEN和它的衍生物使丙二醛升高，抗氧化物水平降低的結(jié)果；梁梓森等[42-44]研究表明ZEN對(duì)小鼠的免疫器官、肝臟、生殖系統(tǒng)等也存在毒性作用。Stopa等[45-46]分別研究ZEN及其衍生物會(huì)造成母狗的子宮黏膜細(xì)胞凋亡和增殖值增加，而且對(duì)馬的外周血單核細(xì)胞也會(huì)產(chǎn)生不良影響。

2.2 ZEN對(duì)人的影響

ZEN主要通過被污染的肉、牛奶、植物油、糧食制品等進(jìn)入人體，對(duì)人體的生殖系統(tǒng)功能、免疫系統(tǒng)等產(chǎn)生不良影響。Bouaziz等[47]研究人體肝癌細(xì)胞中ZEN誘導(dǎo)肝細(xì)胞的凋亡路徑發(fā)現(xiàn)，ZEN會(huì)觸發(fā)從屬于人體抑癌基因p53的凋亡路徑，活性氧可能是在ZEN存在的情況下凋亡細(xì)胞壞死的原因，ZEN誘導(dǎo)引起DNA損傷，從而引起活性氧產(chǎn)促進(jìn)線粒體的透化作用，導(dǎo)致線粒體跨膜電位降低，基質(zhì)滲透性膨脹，進(jìn)而引起CytC膜間蛋白的釋放，引發(fā)凋亡過程。Vlata等[48]研究ZEN對(duì)人體外周血單核細(xì)胞的體外細(xì)胞病理效應(yīng)，并用流式細(xì)胞術(shù)檢查細(xì)胞凋亡、細(xì)胞壞死和細(xì)胞活力，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)ZEN濃度達(dá)到30 μg/mL時(shí)，外周血單核細(xì)胞出現(xiàn)明顯的壞死效果。并且研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)存在ZEN時(shí)，外周血單核細(xì)胞內(nèi)Ca2+的流入會(huì)造成細(xì)胞毒性，并且觸發(fā)凋亡或者細(xì)胞壞死。Bouaziz等[47-49]研究ZEN對(duì)精子功能的影響，發(fā)現(xiàn)ZEN通過影響黃體酮、雌二醇和鈣等多個(gè)信號(hào)通路對(duì)精子的能動(dòng)性和功能產(chǎn)生不良作用，繼而影響人體的生殖器官發(fā)育和生殖功能。

2.3 體內(nèi)抑制ZEN毒性的相關(guān)研究

由于ZEN能對(duì)肝臟等組織器官造成氧化損傷，所以減少ZEN對(duì)機(jī)體造成的氧化損傷能夠減緩和削弱ZEN對(duì)機(jī)體的毒性作用。目前已經(jīng)報(bào)道幾種抗氧化成分能夠緩解ZEN對(duì)肝臟等器官引起的氧化損傷。韓建鑫等[50]將具有抗氧化損傷、清除體內(nèi)損傷自由基、提高抗氧化酶活性的功能的原花青素與ZEN同時(shí)飼喂小鼠，谷草轉(zhuǎn)氨酶與谷丙轉(zhuǎn)氨酶、丙二醛、超氧化物歧化酶、尿酸與尿素氮的含量等評(píng)價(jià)機(jī)體氧化損傷，抗氧化能力、腎臟功能的指標(biāo)表明原花青素能夠降低谷草轉(zhuǎn)氨酶與谷丙轉(zhuǎn)氨酶、丙二醇和尿酸與尿素氮的含量，增加超氧化物歧化酶的含量，緩解ZEN對(duì)小鼠肝臟、腎臟的損傷。Gray等[49-51]研究表明番茄紅素能防護(hù)雄性老鼠免受ZEN誘導(dǎo)的嚴(yán)重的氧化、內(nèi)分泌、炎癥和生殖損害。與番茄紅素相似，維生素E由于具有抗氧化作用，可阻止由ZEN誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激造成的DNA斷裂、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期停滯[52]。Abdelwahhab等[41，53]研究姜黃色素納米顆粒對(duì)ZEN引發(fā)的小鼠肝毒素具有明顯的改善作用，原因可能是由于姜黃色素納米顆粒比以其他形式存在的姜黃色素更易溶解且更穩(wěn)定，而且姜黃色素納米顆粒與ZEN有相似的類雌激素活性，可與ZEN發(fā)生競(jìng)爭抑制。Rui等[54]用含有改良納米埃洛石和ZEN的飼料喂養(yǎng)懷孕后的母豬，發(fā)現(xiàn)在母豬懷孕35～70 d之間改良的納米埃洛石可以減少ZEN對(duì)母豬平均日增質(zhì)量和平均日采食量的影響以及對(duì)豬仔生長和肌肉纖維發(fā)育的不良影響。

3 討論

ZEN廣泛地存在于世界各地，溫度和濕度等環(huán)境條件的變化，影響霉菌的生長和產(chǎn)毒程度，造成各地區(qū)不同年份ZEN含量的差異，對(duì)比世界多數(shù)地區(qū)糧食作物及其加工制品的ZEN含量可知，我國受ZEN污染的狀況不容樂觀，我國糧食作物種植和收購加工的規(guī)模化程度不高，農(nóng)民和企業(yè)在作物或者生產(chǎn)物料貯藏保存期間的霉菌防范意識(shí)不高，不僅樣品的ZEN檢出率高于國外多個(gè)國家地區(qū)，而且ZEN的平均含量也遠(yuǎn)超相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限量，因此，我國需要大力研究和宣傳糧食作物及其副產(chǎn)物在生產(chǎn)和貯藏過程中的防霉措施，從源頭上降低其ZEN含量。

ZEN可以通過糧食作物、飼料、肉制品、植物油、牛奶等形式進(jìn)入動(dòng)物和人體，對(duì)動(dòng)物和人體的生殖機(jī)能、免疫體系、肝臟組織等造成損傷，影響機(jī)體內(nèi)的細(xì)胞凋亡和增殖、油脂過氧化程度、DNA斷裂等多個(gè)反應(yīng)過程，因此，有必要建立完善的生產(chǎn)、貯藏和加工防護(hù)措施來減少食品原料以及食品中ZEN的產(chǎn)生，并且對(duì)已經(jīng)污染的飼料、食品原料以及各種類型食品中ZEN的脫除和消解做進(jìn)一步的探究。

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RESEARCH PROGRESS ON POLLUTION STATUS AND TOXICITY OF ZEARALENONE

MA Chuanguo，WANG Yingdan
(School of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China)

Zearalenone is a mycotoxin produced by various kinds of Fusarium and widely exists in grains such as corn，wheat，rye，oat and their products.Zearalenone has an estrogenic-like effect and causes a variety of toxic effects for animals or human.The paper summarized the progress on pollution status and toxicity of zearalenone in recent years at home and aboard.

zearalenone；pollution status；toxicity

TS201.3

A

1673-2383(2017)01-0122-07

http://www.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20170222.1117.044.html

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2017-2-22 11:17:25

2016-08-21

馬傳國（1966—),男，河南商城人，教授，碩導(dǎo)，研究方向?yàn)橛椭瘜W(xué)與工藝學(xué)。