真菌毒素物理降解的研究進(jìn)展

1 真菌毒素

真菌毒素是真菌產(chǎn)生的有毒次級(jí)代謝產(chǎn)物，被真菌毒素污染的農(nóng)產(chǎn)品不僅會(huì)威脅食品安全健康，還會(huì)破壞溫帶和熱帶農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中20%的農(nóng)作物，造成每年約600億美元的經(jīng)濟(jì)損失[1-2]。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)大部分地區(qū)的飼料及其原料中普遍存在真菌毒素污染[3]。真菌毒素潛伏于人們?nèi)粘Ｉ钪校蠖鄶?shù)真菌毒素通過(guò)不同的機(jī)制引起腸道損傷，如抑制蛋白質(zhì)合成、抑制神經(jīng)酰胺合成酶[4]，會(huì)導(dǎo)致肝臟、腎臟、中樞神經(jīng)系統(tǒng)等靶器官受損傷[5]。為應(yīng)對(duì)真菌毒素帶來(lái)的危害和風(fēng)險(xiǎn)，許多國(guó)家已經(jīng)建立了最大允許范圍和指導(dǎo)水平[6]，我國(guó)在2017年頒布食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2761—2017（表1）[7]，用來(lái)規(guī)范生產(chǎn)加工中真菌毒素限量，但被污染的作物產(chǎn)生毒素已是客觀事實(shí)，通過(guò)可操作性強(qiáng)的物理手段降解真菌毒素成為研究熱點(diǎn)。本文歸納了近幾年國(guó)內(nèi)外真菌毒素物理降解研究進(jìn)展，討論在食品加工過(guò)程中結(jié)合物理降解方法消除食品中真菌毒素的發(fā)展前景和未來(lái)挑戰(zhàn)。

表1 真菌毒素限量標(biāo)準(zhǔn)表（GB 2761—2017）

2 真菌毒素的物理降解

真菌毒素污染范圍廣、污染途徑多，對(duì)食品安全造成嚴(yán)重影響。真菌毒素化學(xué)性質(zhì)（表2）不同降解效果也會(huì)有所差異，比較常見(jiàn)的物理降解有熱處理、輻照處理、吸附劑吸附，通過(guò)對(duì)真菌毒素的結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，從而使真菌毒素失活[8]。

表2 真菌毒素化學(xué)性質(zhì)表

2.1 熱處理

真菌毒素具有熱穩(wěn)定性，傳統(tǒng)的暴曬、加熱達(dá)不到降解真菌毒素的效果，需要通過(guò)較高溫度的處理破壞真菌毒素結(jié)構(gòu)[8]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)熱蒸汽處理對(duì)黃曲霉毒素降解有明顯作用，PUKKASORN等[9]以花生仁為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，經(jīng)同等濃度AFB1標(biāo)準(zhǔn)溶液污染，分別在350 ℃、400 ℃條件下處理40 s，花生仁中AFB1含量降低，相同處理時(shí)間下，400 ℃比350 ℃多降解16.16%，在高溫環(huán)境下黃曲霉毒素結(jié)構(gòu)更易被破壞。

同為熱處理降解毒素，但不同熱處理方法也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響。PLEADIN等[10]研究對(duì)象均為受OTA污染的香腸，比較了在190～220 ℃烘烤60 min、100 ℃烹飪30 min、170 ℃油炸30 min處理下OTA的降解率，結(jié)果表明焙烤處理效果最佳，OTA污染水平顯著下降75.8%。

2.2 輻照處理

輻照技術(shù)是利用電離輻射對(duì)真菌毒素的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，從而達(dá)到毒素降解的作用，常用的電離輻射有60Coγ射線、電子束、紫外線等[11]。真菌毒素經(jīng)輻照屬于物理降解，不會(huì)在輻照期間對(duì)食品本身產(chǎn)生較大的溫度影響，升溫變化小可更大程度保留食品中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并且射線穿透性強(qiáng)，可穿透食品來(lái)降解內(nèi)部毒素，在一定范圍劑量處理后近乎無(wú)殘留物，對(duì)人體健康不會(huì)造成危害，是可以廣泛應(yīng)用于食品加工的高效、無(wú)污染的加工手段[12]。

2.2.1 γ射線輻照

γ射線是由放射性同位素60Co和137Cs獲得，輻射分解是直接反應(yīng)，是水分子分解成帶正電的水自由基（H2O+）和負(fù)電的自由溶劑化電子（e-）。這些自由基的重組和交叉產(chǎn)生各種反應(yīng)性物質(zhì)，例如H+、OH-、H3O+和H2O2。這些自由基攻擊任何成分細(xì)胞質(zhì)和分解有機(jī)分子。羥基從糖和DNA鏈的4個(gè)堿基中消除氫原子，無(wú)法恢復(fù)這種損傷的細(xì)胞將會(huì)死亡[13]。NEILL等[14]研究表示，干燥玉米中DON毒素在50 kGy輻照劑量條件下輻照具有穩(wěn)定性，但在水溶液中輻照5 kGy時(shí)出現(xiàn)降解。

同等輻射條件下溶液中產(chǎn)生活性離子的數(shù)目相同，當(dāng)毒素濃度低時(shí)同活性離子結(jié)合率高，輻照效果好，當(dāng)毒素濃度高時(shí)需要提高輻照強(qiáng)度使之產(chǎn)生更多的活性離子與之結(jié)合，從而達(dá)到相同的降解效果。楊靜[15]將不同初始濃度的伏馬毒素B1經(jīng)γ射線輻照，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了初始濃度和輻照劑量呈正比的關(guān)系，輻照劑量同為10 kGy時(shí)低濃度0.1 mg·L-1的FB1高于高濃度1.0 mg·L-1的FB1降解效果，降解率高出16.2%。

近年來(lái)鏈格孢毒素降解成為新興研究熱點(diǎn)，相較于黃曲霉毒素、伏馬毒素、嘔吐毒素降解研究報(bào)道較少。閆璐等[16]采用60Coγ射線輻照溶液中TeA，通過(guò)HPLC檢測(cè)TeA的含量，從而分析不同處理?xiàng)l件對(duì)TeA降解效果及規(guī)律，輻照劑量為20 kGy時(shí)TeA降解74.41%，當(dāng)50 kGy時(shí)TeA被完全降解，從而證明γ射線對(duì)降解TeA有作用，為降解食品中鏈格孢毒素提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2.2 電子束輻照

電子束輻照（Electron Beam Irradiation，EBI）是一種電離能，電子束能量射線是由加速器產(chǎn)生的，加速器可以連續(xù)產(chǎn)生光束，在處理輻照材料時(shí)引起電離，釋放軌道電子，形成自由基，與核內(nèi)物質(zhì)相互作用，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，破壞生物細(xì)胞中的DNA結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生輻照降解作用[17]。

ASSUN??O等[18]探究了電子束對(duì)巴西堅(jiān)果樣品的影響以及對(duì)黃曲霉毒素的降解效果，樣品經(jīng)孢子懸浮液侵染后培養(yǎng)15 d，此時(shí)樣品污染水平保持一致，電子束輻照劑量為5 kGy和10 kGy時(shí)黃曲霉毒素B1分別降低了53.32%和65.66%，感官評(píng)價(jià)表明，經(jīng)輻照后巴西堅(jiān)果樣品的口感和香氣未被破壞，研究證實(shí)輻照劑量小于10 kGy時(shí)，輻照過(guò)后的食品不會(huì)產(chǎn)生新的有害物質(zhì)，對(duì)人體不會(huì)造成額外危害。

LIU等[19]采用EBI處理不同初始濃度的AFB1，對(duì)水介質(zhì)中AFB1降解進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)證明在選定的濃度范圍內(nèi)，AFB1的降解遵循偽一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（R2＞0.95），對(duì)水溶液中AFB1降解產(chǎn)物做細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)，EBI處理樣品的致突變性和細(xì)胞毒性與未處理樣品相比顯著降低。

2.2.3 紫外線輻照

紫外輻射是一種非照明用的輻射源，利用相應(yīng)的波長(zhǎng)紫外線破壞細(xì)胞中的DNA分子結(jié)構(gòu)，使DNA分子中相鄰的嘧啶形成嘧啶二聚體，抑制DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄從而阻止細(xì)胞的再生或死亡[20]。

李祖梁等[21]研究了鏈格孢毒素（AOH、AME和TEN）經(jīng)UV-C輻照后的降解效果，在紫外燈功率為36 W、輻照距離25 cm、處理時(shí)間2 h后，通過(guò)HPLC檢測(cè)毒素含量，AOH、AME和TEN分別降解了63.92%、16.10%、89.99%，該實(shí)驗(yàn)為后續(xù)鏈格孢毒素降解研究提供方法參考。

MAO等[22]采用UPLC-TQEF-MS/MS對(duì)經(jīng)過(guò)紫外線輻照后花生油中AFB1的降解產(chǎn)物進(jìn)行分析，并提出AFB1在紫外線照射下可能的降解途徑，通過(guò)人體胚胎肝細(xì)胞活力試驗(yàn)測(cè)定，紫外線照射后降解產(chǎn)物的細(xì)胞毒性遠(yuǎn)低于初始AFB1，可歸因于毒理學(xué)位點(diǎn)的破壞，該研究為紫外線降解AFB1的危害評(píng)估提供理論基礎(chǔ)。

DIAO等[23]探究了紫外照射下蘋果汁的品質(zhì)變化和對(duì)棒曲霉素降解效果，結(jié)果顯示，紫外線照射使蘋果汁中的棒曲霉素在3.8 mW·cm-2的紫外線強(qiáng)度下暴露5 min后，使樣品中棒曲霉毒素含量從99.42 μg·L-1顯著降低至16.98 μg·L-1，低于國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)，此外紫外線照射對(duì)蘋果汁品質(zhì)無(wú)顯著影響，研究證明了紫外線照射降解蘋果汁中棒曲霉素的有效方法。

2.3 吸附

物理吸附是利用分子間引力通過(guò)吸附劑對(duì)吸附質(zhì)進(jìn)行吸附，吸附劑與毒素穩(wěn)定結(jié)合形成穩(wěn)定的化合物，從而達(dá)到降解真菌毒素的目的，吸附效果與吸附劑總電荷數(shù)、電荷分布、顆粒大小及表面積相關(guān)[24]。吸附劑種類較多，主要分為活性炭、硅鋁酸鹽類、有機(jī)聚合物，吸附劑吸附毒素的效果由毒素性質(zhì)所決定。例如，水合鋁硅酸鈉鈣對(duì)黃曲霉毒素吸附效果明顯，但不能吸附伏馬菌素[25]。

活性炭具有不規(guī)則的排列結(jié)構(gòu)及較大的比表面積，在去除蘋果汁中棒曲霉毒素方面效果佳。YUE等[26]研究了海藻酸鈣活性炭對(duì)蘋果汁中棒曲霉素的吸附作用，通過(guò)HPLC測(cè)定棒曲霉素的含量，發(fā)現(xiàn)隨著吸附劑劑量和溫度的增加，棒曲霉素去除率也在增加，脫除蘋果汁中69.46%的棒曲霉素需要1%的吸附劑。LEGGOTT等[27]研究了3種活性炭在不同的糖度水平和溫度條件下吸附蘋果汁中展青霉素的能力，蒸汽活性炭的性能相似性表明純度和表面酸度不影響對(duì)青霉素的吸附，而化學(xué)活性炭受糖度影響，糖度水平越高則需要更高的活性炭劑量。

研究發(fā)現(xiàn)吸附劑在吸附毒素時(shí)受pH影響，適宜的pH會(huì)提高吸附率，PIROUZ等[28]使用磁性氧化石墨烯納米復(fù)合材料來(lái)吸附被鐮刀菌污染的棕櫚仁餅，減少霉菌毒素的最佳條件為pH=6.2，在40.6 ℃下培養(yǎng)5.2 h。這時(shí)的T-2和DON分別減少37.17%和69.57%，在同等實(shí)驗(yàn)條件下T-2降低的較DON少，因?yàn)樗哂兄械鹊氖杷裕琓-2是一種不可電離的分子，吸附效果不強(qiáng)。

蒙脫石（Montmorillonite，MMT）是水鋁硅酸鹽構(gòu)成的層狀礦物，中間為鋁氧八面體，上下為硅氧四面體所組成的三層片狀結(jié)構(gòu)的黏土礦物，在晶體構(gòu)造層間含水及一些交換陽(yáng)離子，有較高的離子交換容量，通過(guò)增大陽(yáng)離子交換容量對(duì)MMT進(jìn)行改性以達(dá)到對(duì)真菌毒素更高的吸附水平[29]。ZHANG等[30]研究了納米蒙脫石（NMMT-STAB）對(duì)極性AFB1、弱極性ZEN和非極性DON的吸附能力，NMMT-STAB對(duì)AFB1、ZEN和DON的平衡吸附能力分別達(dá)到9.23 mg·g-1、9.33 mg·g-1和 2.13 mg·g-1，分別比原料NMMT增加1.36、4.81和1.92倍，表明制備的NMMTSTAB具有不規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)，具有豐富的孔隙和優(yōu)異的表面性能，能有效達(dá)到吸附真菌毒素的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，真菌毒素物理降解技術(shù)更加趨向于工廠化運(yùn)行，主要解決真菌毒素殘留量超標(biāo)問(wèn)題。真菌毒素物理降解技術(shù)具有簡(jiǎn)單、易操作、無(wú)化學(xué)試劑殘留、不產(chǎn)生中間反應(yīng)物等特點(diǎn)。在產(chǎn)品生產(chǎn)加工方面，物理降解技術(shù)可以使被毒素污染的原料再利用，有利于降低真菌毒素污染所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。