真菌毒素快檢、脫除技術(shù)為果蔬“解毒”

文/本刊記者 盛玲

食品安全問題已成為當(dāng)今國民和政府關(guān)心的頭等大事，政府報告中多次提出要保障“舌尖上的安全”。果蔬及其加工制品是人們?nèi)粘Ｉ攀辰Y(jié)構(gòu)中的重要組成部分。我國作為世界上最大的果蔬生產(chǎn)和消費國，果汁和果蔬加工制品的產(chǎn)量也居世界前列。伴隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的逐步提高，民眾在關(guān)注果蔬品質(zhì)的同時，也對安全提出了更高要求。果蔬等生鮮農(nóng)產(chǎn)品一般是直接或經(jīng)過簡單的加工后被消費者食用，因此安全問題尤為重要。

真菌毒素殘留問題亟待解決

果蔬生產(chǎn)中的食品安全問題主要來自兩個方面：化學(xué)農(nóng)藥的殘留和真菌毒素的污染。在生活中，人們對果蔬產(chǎn)品中化學(xué)農(nóng)藥殘留的關(guān)注度遠遠高于真菌毒素殘留，甚至對真菌毒素到底是什么缺乏認知。簡言之，真菌毒素是真菌的次生代謝產(chǎn)物，它們可以在較低的濃度范圍內(nèi)給攝入者造成急性或慢性損傷。真菌毒素的污染主要由病原真菌侵染造成。果蔬產(chǎn)品中經(jīng)常污染的真菌毒素包括棒曲霉毒素（也叫展青霉素，PAT）、赭曲霉毒素（OTA）、脫氧雪腐鐮刀菌毒素（DON）等。

目前，包括我國在內(nèi)的世界上很多國家都對果蔬及其加工制品中這些毒素的含量規(guī)定了限量標準。以棒曲霉毒素為例，它對人體的危害包括侵害各種臟器、皮膚組織、神經(jīng)系統(tǒng)等，引起組織和器官病變，產(chǎn)生急性或慢性中毒癥狀。中國、美國、歐盟等多數(shù)國家規(guī)定果汁等制品中棒曲霉素的最大限量為50微克/千克，部分國家對嬰幼兒食品的規(guī)定更為嚴格，低至10微克/千克。此外，近年來包括交鏈孢毒素在內(nèi)的一些“新毒素”也不斷涌現(xiàn)。可見，果蔬產(chǎn)品中真菌毒素的污染不容忽視。我國出口果汁等產(chǎn)品因為真菌毒素污染問題引發(fā)的退貨時有發(fā)生，給企業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。

針對這些問題，亟需在理解真菌毒素污染規(guī)律的基礎(chǔ)上，研發(fā)真菌毒素的快速檢測技術(shù)和高效脫除技術(shù)，從監(jiān)管和控制兩方面下手，提升果蔬產(chǎn)品的品質(zhì)安全，為消費者的健康提供保障。為此，國家重點研發(fā)計劃“果蔬采后質(zhì)量與品質(zhì)控制關(guān)鍵技術(shù)研究及裝備開發(fā)”項目設(shè)立了“果蔬采后病害與品質(zhì)安全控制關(guān)鍵技術(shù)研究”課題，組織來自中國科學(xué)院植物研究所、中國海洋大學(xué)、江蘇大學(xué)、北京農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究中心、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)的優(yōu)勢團隊展開攻關(guān)，課題負責(zé)人為中科院植物研究所田世平研究員。

揭示污染規(guī)律，解決真菌毒素快檢和脫除難題

項目實施以來，研究團隊根據(jù)預(yù)期的研究目標和研究內(nèi)容開展聯(lián)合攻關(guān)，團隊中各單位成員發(fā)揮各自優(yōu)勢，互相協(xié)作，取得階段性成果，包括以棒曲霉毒素為研究對象深入揭示了真菌毒素的污染規(guī)律、研發(fā)了8種針對不同真菌毒素的快速檢測技術(shù)和產(chǎn)品以及11種真菌毒素的脫毒劑，申請國家發(fā)明專利11項。

系統(tǒng)揭示了棒曲霉素生物合成和調(diào)控的分子機制。棒曲霉素是引起果蔬產(chǎn)品采后污染的重要真菌毒素。在科技部前期項目支持下，完成了生產(chǎn)上棒曲霉素主要產(chǎn)生菌擴展青霉（Penicillium expansum）的全基因組測序，從基因組中鑒定到15個基因組成的棒曲霉素合成基因簇，解析了棒曲霉素生物合成的分子基礎(chǔ)。在本項目中，研究團隊繼續(xù)開展深入的研究，通過分子遺傳學(xué)、細胞生物學(xué)、生物化學(xué)等方法明確了棒曲霉素合成過程中的關(guān)鍵酶及其編碼基因和亞細胞定位，找到了調(diào)控棒曲霉素產(chǎn)生的重要調(diào)控因子，為真菌毒素檢測和脫除技術(shù)的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

創(chuàng)制真菌毒素現(xiàn)場快速檢測技術(shù)和產(chǎn)品，填補“新毒素”快檢技術(shù)的空白。真菌毒素快檢技術(shù)對檢測果蔬產(chǎn)品品質(zhì)安全具有重要意義。因為果蔬制品成分復(fù)雜，因此樣品的前處理技術(shù)十分關(guān)鍵。傳統(tǒng)前處理方法，需經(jīng)淋洗、洗脫等過程提取，耗時、耗有機溶劑且回收率低，需要1小時。研究團隊提出了“一步凈化” 的思路，通過對多種吸附填料的篩選，自主開發(fā)了快速、高通量真菌毒素多功能凈化柱，樣品前處理僅需5分鐘?？蓪崿F(xiàn)果蔬常見18種真菌毒素同時測定，定量限0.1-10 ppb（part per billion），遠遠低于歐盟及我國真菌毒素限量標準。針對生產(chǎn)上缺乏“新毒素”交鏈孢毒素的快檢產(chǎn)品問題，研究團隊采用比較成熟的免疫層析技術(shù)，研發(fā)了交鏈孢毒素的免疫膠體金試紙條，實現(xiàn)了對該類毒素的快速現(xiàn)場檢測。

挖掘降解真菌毒素微生物資源，獲得真菌毒素降解關(guān)鍵蛋白和高效脫毒劑。在真菌毒素脫除技術(shù)方面，研究團隊從物理、化學(xué)、生物技術(shù)等多方面開展研發(fā)。其中，生物降解真菌毒素具有高活性、高特異性的優(yōu)點，是本領(lǐng)域重點研發(fā)方向之一。通過對不同來源微生物的大量篩選，分離到6株可分別高效降解棒曲霉毒素、赭曲霉毒素和桔青霉素等真菌毒素的微生物。要實現(xiàn)這些微生物的商業(yè)化應(yīng)用，必須明確它們降解毒素的機制。以季也蒙假絲酵母為例，通過液相色譜和質(zhì)譜分析，明確了它可以將棒曲霉素降解為無細胞毒性的產(chǎn)物E-ascladiol，這為該技術(shù)的應(yīng)用掃清了障礙。團隊更進一步使用定量蛋白質(zhì)組學(xué)和分子生物學(xué)等技術(shù)，從這種酵母中找到一種可以直接降解棒曲霉素的酶，目前研究團隊正在研發(fā)基于該酶的脫毒酶制劑。同時，從已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)的各種酶中展開篩選，也獲得能有效降解棒曲霉素的酶，并制備了基于該酶的真菌毒素脫毒劑。

做實事收實效，在探索的道路上繼續(xù)前進

〉 季也蒙假絲酵母降解棒曲霉素的機制

食品品質(zhì)安全問題與廣大消費者的身體健康甚至生命安全密切相關(guān)，越早獲得新成果，越快應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中去，越能為品質(zhì)安全提供有效的保障，越有利于百姓的健康。團隊的研究成果不僅對相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了良好的促進作用，也產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

一方面，研究成果的應(yīng)用有利于政府相關(guān)部門加強對食品安全問題的監(jiān)管，而良好的監(jiān)管可保障相關(guān)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。例如，團隊研發(fā)的真菌毒素前處理技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)在國內(nèi)多個安全風(fēng)險評估機構(gòu)推廣應(yīng)用，用于該技術(shù)后每個工作人員每天處理的樣品數(shù)量從20個提高到60-70個，顯著提高了安全評價的效率。

另一方面，研究成果在果蔬流通和加工企業(yè)應(yīng)用后可提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。不管是快檢技術(shù)還是脫除技術(shù)，都將為企業(yè)的產(chǎn)品安全提供保障，減少因為真菌毒素含量超標給企業(yè)產(chǎn)品和聲譽帶來的損失。例如，減少出口企業(yè)因為真菌毒素超標造成的退貨。這些企業(yè)的發(fā)展將讓生產(chǎn)、流通和整個加工產(chǎn)業(yè)鏈受益。

食品安全事件的減少也將有利于社會的穩(wěn)定和諧，社會效益顯著。歸根結(jié)底，相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的最終目的是保障消費者的健康，讓百姓受益。科學(xué)研究總是伴隨著困難和挑戰(zhàn)，越是有價值、創(chuàng)新性強的研究，面臨的挑戰(zhàn)越大。在項目研究的過程中研究團隊面臨著很多預(yù)想不到的科學(xué)難題，但憑借強烈的社會責(zé)任感和緊迫感，團隊一直嚴格要求自己推動著項目研究不斷前進。為了篩選到更有效的真菌毒素降解微生物，團隊從自己現(xiàn)有的菌種庫、不同地區(qū)土壤和果實中開展了大范圍的篩選。篩選過程中，需要用到大量的真菌毒素，而商業(yè)化的真菌毒素純品價格非常高，每毫克幾百上千元。為節(jié)約科研經(jīng)費，通過對相關(guān)文獻中方法的優(yōu)化自己制備真菌毒素來進行初篩，然后再用商業(yè)化的純品做進一步的研究。最終獲得了幾株降解效率非常高的微生物菌株。目前，團隊仍然在繼續(xù)進行篩選，期待獲得更高效、更適合于產(chǎn)業(yè)化的微生物資源。

〉 真菌毒素多功能凈化柱

問及研究團隊下一步的科研工作，課題成員李博強表示，“科研無止境”，世界上沒有能一次解決所有問題的靈丹妙藥?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展總是在“出現(xiàn)問題”和“解決問題”之間不斷循環(huán)。在未來的研究中，團隊研究方向仍然將以促進國民經(jīng)濟發(fā)展和滿足人民生活需求為導(dǎo)向。

“首先，我們將進一步完善我們現(xiàn)有的技術(shù)成果，并通過與科技推廣部門和企業(yè)等的合作，實現(xiàn)科技成果的轉(zhuǎn)化和推廣，服務(wù)于社會，比如我們研發(fā)的真菌毒素快速檢測技術(shù)和脫除技術(shù)。同時，我們將斷續(xù)針對生產(chǎn)上仍未能有效解決或新出現(xiàn)的問題，展開攻關(guān)，通過對現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)化或研發(fā)新的技術(shù)方法來解決這些問題。此外，我們還將對可能出現(xiàn)的問題進行前瞻性的布局，開展基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)，引領(lǐng)這個領(lǐng)域的發(fā)展，做好基礎(chǔ)理論和技術(shù)的儲備，期望當(dāng)新問題出現(xiàn)時能快速解決，甚至把可能出現(xiàn)的問題消滅在萌芽中?！表椖亢驼n題負責(zé)人田世平說。