玉米赤霉烯酮的毒性及脱毒研究进展*

刘跃芹，吴延东，金贞花，赵雪松，王金枝，刘艳波，吴　杰

(玉米深加工国家工程研究中心，吉林　长春　130033)



玉米赤霉烯酮的毒性及脱毒研究进展*

刘跃芹，吴延东，金贞花，赵雪松，王金枝，刘艳波，吴杰

(玉米深加工国家工程研究中心，吉林长春130033)

玉米赤霉烯酮是由某些真菌产生的次级代谢产物，在受污染的玉米等谷物和饲料中广泛存在，对人和动物具有很强的危害性。本文总结了玉米赤霉烯酮的毒性和危害，主要包括生殖发育毒性、致癌性、免疫毒性以及肝肾毒性。同时总结了玉米赤霉烯酮的脱毒方法，主要包括物理法、化学法和生物法。分析了玉米赤霉烯酮在当前研究中存在的问题和发展趋势。

玉米赤霉烯酮；研究进展；毒性；脱毒

玉米赤霉烯酮(zearalenone，ZEN)又称F-2毒素，是主要由镰刀菌产生的2,4-二羟基苯甲酸内酯类化合物，其主要的产毒菌株是禾谷镰刀菌和大豆镰刀菌[1]。玉米赤霉烯酮近年来的污染率较高，污染范围广，在玉米、高粱、小麦等农作物和饲料中常被检出，对人畜的危害性很大。纯ZEN为白色晶体,化学分子式为C18H22O5，分子量318，熔点161～163 ℃，紫外线光谱最大吸收为236 nm、274 nm和316 nm,不溶于水，溶于碱性溶液、乙醚、苯及甲醇、乙醇等，自然界中存在多种ZEN衍生物,最常见的两种衍生物为α-ZEN和β-ZEN[2]。

ZEN污染谷物的种类非常广泛, 如玉米、燕麦、高粱、黑麦、小米等以及饲料,导致畜牧业的减产和人类的疾病，带来巨大的经济损失，因此，世界各国已经开始重视玉米赤霉烯酮的污染问题，对谷物、饲料、食品中玉米赤霉烯酮的含量作了严格规定。在2006年欧盟立法规定：不包含玉米的未加工谷物、谷粉和早餐食品的玉米赤霉烯酮最大限量分别为100、75和50 μg/kg, 还规定了以加工谷物为主要成分的婴幼儿食品中玉米赤霉烯酮最大限量为20 μg/kg。我国2011年食品安全国家标准规定谷物及其制品中玉米赤霉烯酮不超过60 μg/kg，我国 2006年饲料卫生标准规定玉米类饲料中玉米赤霉烯酮最大含量为500 μg/kg。由于ZEN污染的广泛性和危害性巨大，本文重点对玉米赤霉烯酮的毒性和脱毒方法进行综述。

1　ZEN的毒性

通过对小鼠的急性毒性实验发现，ZEN的急性毒性相对较低，其LD50值为2000～20000 mg/kg[3]。ZEN 的毒性主要分为生殖发育毒性、致癌性、免疫毒性、肝肾毒性以及内分泌系统毒性。

1.1生殖发育毒性

ZEN主要表现为生殖发育毒性，由于其分子结构与脊椎动物内源性雌激素相似，所以具有雌激素活性。ZEN的雌激素作用己经在家禽和猪试验中得到证实，猪最为敏感[4-5]。0.1～0.15 mg/kg 的 ZEN 即可引起出产母猪的生殖道炎症，导致流产[6]。Stopa[7]研究了玉米赤霉烯酮对母犬子宫的影响，发现暴露于非常低剂量的ZEN(75 μg/kg)时，就可导致母犬子宫内膜腺体增生。饲料中1 mg/kg的玉米赤霉烯酮就会使动物产生雌性化，更高的浓度(50～100 mg/kg)将会导致动物不孕或流产,胎儿畸形等。除此之外, ZEN还可以使雄性动物睾丸萎缩,精液质量下降[8-9]。

ZEN不仅对家禽有影响，对人体同样也有很强的生殖毒害。ZEN可以诱导青春期提前启动，导致儿童发育早熟[10]。男性暴露于ZEN时，可引发睾丸癌、尿道下裂和精液质量降低等生殖疾病[11]。

1.2致癌性

ZEN具有致癌性,近年来研究发现，一些癌症患者与暴露于ZEN有关。王安宜等[12]研究发现玉米赤霉烯酮对TM3细胞的生长具有促进作用，同时导致其原癌基因的异常表达。Belhassen[13]采用超高效液相色谱质谱联用分析了患有乳腺癌患者尿液中的ZEN及其代谢产物，统计分析发现ZEN对乳腺癌的发病具有潜在关联性。ZEN的雌激素样作用，可能是诱发乳腺癌MCF-7细胞生长的诱因[14]，ZEN可以使女性患子宫内膜腺癌和子宫肥大的几率增大[15]。

1.3免疫毒性

ZEN能够降低动物的免疫能力，从而诱发其它疾病。Marin等[16]报道，ZEN及其衍生物对猪的中性粒细胞、IL-8等免疫参数产生影响，降低免疫反应能力。Berek[17]发现ZEN可以抑制人外围的单核血细胞的免疫反应。

1.4肝肾毒性

ZEN主要在肝脏中进行代谢,对肝脏及肝细胞具有强烈的毒害作用。Maayoufi等[18]将ZEN注射到大鼠腹膜内，分析其血清，发现生化指标和血液参数均发生显著变化,说明大鼠的肝脏功能受到ZEN的显著影响，1.5 mg/kg的ZEN就可以影响其肝细胞的功能。Zhiqiang-Jia[19]研究ZEN对孕鼠的肾脏功能的影响，发现ZEN诱发孕鼠肾功能障碍，产生氧化损伤，ZEN影响TLR4介导的炎症反应的信号通路是其肾脏毒性机制之一。

1.5细胞毒性

ZEN 具有细胞毒作用，Tatay[20]研究发现ZEN及其代谢物可以改变CHO-K1细胞的生存能力。Abid-Essefi等[21]研究了ZEN 对 Vero 和 Caco-2 细胞的毒性作用, 结果表明ZEN 抑制Vero 和 Caco-2 细胞中遗传物质和蛋白质的合成，细胞丙二醛的生产也受ZEN影响。

2　ZEN毒性的降解

ZEN的毒性的降解对减少危害和降低经济损失具有重要意义。ZEN的降解方法分为物理方法、化学方法和微生物降解方法。物理法包括高温失活、放射处理或提取被污染物和吸附剂等，化学法是通过酸碱溶液或其他化合物对霉菌毒素进行处理，生物法主要是利用微生物来降解毒素。

2.1物理方法

2.1.1热处理

热处理是用高温的方法破坏ZEN的结构，从而达到脱毒的效果，但热处理和压煮方式是对产生玉米赤霉烯酮的真菌起主要作用。有研究在120～140 ℃加压烹饪条件下，可除去被污染食物中73%～83%的ZEN[22]。热处理法缺点是耗费大，改变饲料和食品的营养价值。

2.1.2研磨法

ZEN在玉米粒等农作物中分布很不均匀，毒素多分布在表皮及胚芽部位，可采用机械脱皮、脱胚等方法将其去除从而达到去除大部分毒素的目的，Yazhi-Zheng[23]采用研磨法将日本小麦为原料的面粉中ZEN含量降至50%以下。此法适于在农户和中小型养殖场应用。

2.1.3辐照

ZEN的化学结构可以被紫外线、红外光射线等改变，可以达到脱毒的效果，辐射光可以有效穿过的效果较好，但是射线也会对其他物质的结构产生影响，改变食品和饲料的营养构成，带来经济损失[24]。

2.1.4吸附

吸附法是采用对ZEN具有吸附作用的吸附剂进行脱毒，目前常用的吸附剂有活性炭、硅铝酸盐类矿物质吸附剂、高分子聚合物吸附剂等。活性炭对ZEN有一定的吸附作用，但是添加活性炭后饲料变黑，影响饲料的销售。硅铝酸盐类矿物质脱毒剂包括蒙脱石、沸石、硅藻土、膨润土及高岭土等，此类脱毒剂具有较大的比表面积，层间具有电负性，层外具有正电性，对玉米赤霉烯酮具有一定的选择性吸附作用[25]。骆翼等[26]用季铵盐对天然蒙脱石进行了有机化处理,发现蒙脱石经过有机化处理后,层间结晶水明显减少,晶片层间距随着季铵盐浓度增大而增大,吸附ZEN能力也随之加强。酵母细胞内壁的葡甘露聚糖对ZEN有吸附作用，葡甘露聚糖是一种高分子多糖，与ZEN通过氢键和离子键的疏水作用结合,对消化道中的营养成分破坏较少，而且其作用条件与大多数畜禽消化道的pH值接近，在饲料中的有效添加量低[27-28]。

2.2化学法

化学法是通过ZEN发生化学反应而脱毒的方法，目前研究的主要与ZEN反应的化学物质有臭氧、双氧水和碳酸钠等。McKenzie等[29]用臭氧对ZEN进行降解,效果较好，并且降解后的物质的毒性显著降低。许万祥等[30]研究了碳酸钠浸泡法对ZEN的降解，发现大麦、玉米和小麦在0.1 M碳酸钠溶液中浸泡24 h或72 h，可使其毒素浓度下降42%～100%。化学法对ZEN的去除有较好的效果，但化学法作用ZEN后,生成新产物的潜在毒性需要进一步研究。

2.3生物技术

利用生物技术可对ZEN进行有效降解,某些微生物可改变ZEN的化学结构,达到降解ZEN的目的。He-Xingxing等[31]用FS10黑曲霉培养滤液中的酶对ZEN进行转化，达到减毒的目的，研究发现收集的滤液中150～30 kDa部分具有显著的减毒作用，ZEN减少达到89.92%。雷元培[32]发现枯草芽孢杆菌ANSB01G可以降解ZEN活性物质。

3　存在的问题及展望

现阶段对ZEN的毒性和脱毒技术的研究比较深入，ZEN虽然急性毒性不强，但长期暴露于ZEN对人畜均有巨大危害。由于ZEN的污染范围较广，带来巨大经济损失，所以ZEN的脱毒技术的研究还需更加深入，目前的方法还有待完善。当前ZEN脱毒技术还存一些不足，首先，物理脱毒法中高温和辐射等条件会对饲料和食品中其他营养物质产生影响，改变配方构成，影响销售和使用，并且脱毒效果较差，而利用吸附剂吸附的方法，根据吸附原理，吸附剂的特异性较差，饲料和食品中成分复杂，往往其他极性物质使吸附剂饱和，而使吸附ZEN的效果较差，此外大量的吸附剂也使成本增高，所以高效而特异性强的吸附剂是今后研究的重点。其次，化学方法使脱毒的同时会产生其他杂质，化学反应是否完全和杂质的安全性有待进一步研究。第三，生物方法对ZEN的脱毒具有专一的特点，但生物脱毒还处于实验室阶段，离产业化应用还有大段距离。高效脱毒剂的研发仍是ZEN脱毒技术的研究重点。

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Research Progress on Toxicity and Detoxification of Zearalenone*

LIU Yue-qin, WU Yan-dong, JIN Zhen-hua, ZHAO Xue-song, WANG Jin-zhi, LIU Yan-bo, WU Jie

(National Engineering Research Center of Corn Deep Processing, Jilin Changchun 130033, China)

Zearalenone(ZEN) is the secondary metabolites of some fungi, which is widely found in polluted grain and feed, and shows danger to human and animals. The toxic effect of ZEN, including reproductive toxicity, carcinogenicity, immunotoxicity, and liver and kidney toxicity, was summarized. Detoxification methods of ZEN, involved physical method, chemical method and biological method were studied. In addition, defects in current research were put forward and the trend of development in future was discussed.

zearalenone; research progress; toxicity; detoxification

农业科技成果转化资金项目(2012GB2B100101)。

刘跃芹(1986-)，女，硕士，工程师，研究方向：玉米深加工与食品安全。

TQ920.9

A

1001-9677(2016)013-0006-03