玉米产业链真菌毒素污染防控管理体系构建

刘增然，张光一，张义，李敬，王南南

（1.河北经贸大学生物科学与工程学院，河北石家庄050061）

玉米产业链真菌毒素污染防控管理体系构建

刘增然，张光一，张义，李敬，王南南

（1.河北经贸大学生物科学与工程学院，河北石家庄050061）

真菌毒素是真菌的次生代谢产物，其污染玉米可导致重大健康危害和经济损失。多种策略可用于控制玉米产业链真菌毒素污染，建立玉米产业链的质量控制体系，实施产业链的持续管理最有效。因此，应根据HACCP原理确定玉米产业链的关键控制点；结合产业链的良好操作规范，构建预防为主的玉米产业链的真菌毒素污染防控管理体系。

真菌毒素；玉米产业链；污染防控；HACCP；GAP；农业规范；管理体系

玉米是我国第一大粮食作物[1]，被广泛食用和饲用。玉米在种植、收获、储存、加工过程中，易受真菌及毒素污染；如果发现不及时，将导致产量减少、营养损失、售价降低、产品召回甚至禁用，不但引起安全问题，还造成经济损失。关于真菌致毒影响因素、毒素测定的研究已取得很大进展，玉米污染的早期诊断也减少了人和动物摄入污染玉米的机会，但真菌毒素污染的威胁依然存在，确保玉米制品的真菌毒素水平合格、企业盈利比较难。

要根本解决真菌及毒素污染，使用防霉剂、借助脱毒技术都是辅助方法[2]；采取预防措施，控制真菌污染、防止真菌毒素进入玉米产业链才是最根本的方法。2003年，Codex Alimentarius Commission（CAC）[3]制定了作物供应链中预防、减少真菌污染的指导方针，强调实施良好农业规范（GAP）、良好生产规范（GMP）；2013年，FAO/WHO[4]发布了玉米及制品的伏马菌素污染控制措施和操作规范讨论稿；很多发达国家建立了农产品的真菌毒素防控体系。实施HACCP质量管理是经济有效的真菌毒素污染防控策略，也是防止真菌毒素进入食品、饲料产业链的第一道防线。东南亚的玉米花生、非洲的花生及制品、西非坚果的黄曲霉毒素控制、南美苹果汁和开心果的展青霉素控制[5]都在收获前实施了HACCP管理；Lopez-Garcia等[6]首次提出了食品真菌毒素污染综合管理计划。

国内真菌及毒素污染没有引起应有的重视，不良农艺规范、不合适的干燥、储存和运输条件，促进了真菌生长，提高了真菌毒素污染风险。虽然开展了粮油真菌毒素全产业链的控制研究，包括粮油产品储藏中真菌毒素形成机理及防控基础、抗真菌毒素的作物品系筛选、不产毒黄曲霉菌株构建[7]等；国家于2008年颁布了预防与降低谷物中真菌毒素污染的操作规范（GB/T22508-2008），但针对玉米产业链中真菌及毒素防控技术研究较少，全产业链质量管理体系构建研究缺乏，实施具有挑战性。因此，本研究对玉米全产业链的真菌毒素污染现状进行调研，提出了真菌毒素污染防控策略，并基于HACCP、结合GAP等建立了产业链的真菌毒素污染防控管理体系。

一、玉米产业链流程的建立

通过实地调研，考察分析玉米产业链结构，建立玉米产业链流程（见图1）。

图1　玉米产业链流程

二、玉米产业链各阶段真菌毒素污染的影响因素

要降低玉米制品真菌毒素水平，需依据玉米产业链流程分析各阶段影响真菌毒素污染的主要因素（见表1）。

表1　玉米产业链真菌毒素污染危害管理方案

（一）生长成熟阶段

玉米是真菌易感作物，通常收获前易受镰刀菌污染，真菌毒素污染的风险低[5]。

1.玉米品种。不同的玉米品种，其霉菌易感程度不同。玉米种植户一般选择适合本地种植的高产抗病品种，常用品种包括郑丹958、浚单20、邢抗2、农大108、蠡玉16、先玉335等。

2.轮作。玉米易感镰刀菌，收获后土壤环境中残留的孢子较多，轮作可以减少污染机会。调研发现玉米大蒜轮作感染较重，玉米小麦轮作感染较轻，玉米大豆轮作感染的几率小。

3.整地。秸秆残渣滞留在土壤表层是真菌污染的主要因素，残渣恰当处理利于污染减少[8]；玉米收获后少耕或不耕，则下季作物的污染机会提高[9]，深耕是减少镰刀菌污染的有效措施[10]。

4.胁迫。各种胁迫弱化玉米抗性，促进真菌孢子侵染定殖。玉米生长关键期，多雨少雨都能导致真菌污染和玉米粒损害，降雨量的不可控给玉米种植带来大的不确定性[11]。干热胁迫使真菌寄生能力增强[12]、玉米粒表面爆裂，利于真菌侵入[13]；2011年华北地区玉米成熟期及收获期持续降雨，造成部分玉米收获前发生霉变。

（二）收获阶段

湿含量是收获阶段的关键问题。玉米收获时的湿含量合适，受到的机械伤害就小；湿含量高，玉米干燥至脱粒湿含量或安全储存湿含量耗时就长，难保证不受真菌污染。一般情况下，我国不同地区玉米收获的湿含量分别是：东北28%~30%，内蒙27%~28%，河北16%~18%，山东14%~16%。调研表明，在玉米的田间成熟阶段，多雨天气可使收获玉米的湿含量高达35%。

玉米的完熟期是最佳收获期，此时籽粒乳线消失，黑层出现、变硬，呈现玉米固有的颜色和色泽。研究发现收获时间影响真菌毒素产生，延期收获使毒素污染增加。一般情况下，玉米生育期延长10天左右收获为宜。研究发现滞后3周收获，污染黄曲霉毒素的水平可提高4倍；滞后4周收获，污染黄曲霉毒素的水平可提高7倍多[14]。玉米在田间长时间滞留，还易发生虫咬鸟啄等物理伤害；既造成经济损失，又促进储存时真菌毒素污染。

（三）晾晒阶段

通常东北地区玉米穗收获后，堆积储存1~6个月；华北地区采取自然晾晒降水、干后脱粒，对风吹雨淋、虫咬鸟啄未实施管理。调研发现收获的玉米不及时晾晒、干燥，就易发生黄曲霉毒素污染；2013年黑龙江部分地区玉米穗储存1~6个月后，黄曲霉毒素B1水平提高，甚至超出国家标准（≤20μg/kg）；2011年冬季华北地区阴雨雾霾天气不断，玉米霉变超标。

（四）脱粒干燥阶段

脱粒不太可能引起真菌及毒素污染，如果脱粒时产生的破损粒多，后续阶段就易受真菌污染。研究发现脱粒后的玉米籽粒不能在48小时干至安全湿含量（≤16%），真菌毒素污染水平会迅速升高；多雨天气也促进新脱粒玉米的黄曲霉毒素污染。一般情况下华北地区采取收获、晾干后直接脱粒；东北地区采取春节前脱粒，以减少破碎粒。

（五）储存阶段

储存阶段的真菌毒素污染取决于玉米质量、环境条件、储存时间和储存条件的协同作用，影响因素包括：玉米湿含量、机械伤害、微生物初始污染量、微生物菌群的相互影响、真菌丰度，环境温湿度、籽粒间气体组成，仓库卫生条件、鼠害及虫害[15]等。玉米湿含量和环境条件是决定真菌定殖和毒素产生的主要因素，环境温湿度、害虫、通风、储存设施卫生等因素未实施有效监管，亦会引起真菌污染问题[15]。

1.玉米湿含量。储存玉米的湿含量增加到15%~ 19%，其污染的曲霉和青霉开始生长发育[16]；湿含量达到20%，其他真菌开始与曲霉竞争生长；湿含量进一步增加，污染微生物的呼吸活度大大提高，产生的热和水向周围释放，使周围玉米局部发热、湿含量增加[16][17]，促进真菌进一步生长；如果不及时处理，霉变就会迅速蔓延。对于农户储存，即使玉米湿含量<14%，温度波动致使少量水分迁移至储粮袋；如果储粮袋湿含量达到16%，环境温度达到约30℃，黄曲霉开始生长[17]。

2.温度。夏季是玉米储存管理的最困难时期，随着仓温、粮温升高，籽粒的呼吸强度逐渐增强，粮堆中的污染霉菌也逐渐活跃，产生的水和热越来越多。研究表明潮热天气下玉米易发生黄曲霉毒素污染，湿含量15%的玉米在15℃能储存1年，在30℃最能多储存3个月[18]。

3.物理伤害。当环境温湿度适宜，玉米易滋生虫害、发生霉菌侵染，有物理伤害的玉米更易发生霉菌侵染和毒素污染。鼠和昆虫作为真菌孢子的携带者，通过啃咬使玉米胚裸露、通过代谢使玉米湿含量增加、温度升高，加速玉米的霉菌侵染生长及致毒[5][19]。

（六）运输阶段

玉米运输一般是常温进行，没有降温和通风设施；长途运输易产生局部过热、发生霉变。

（七）加工阶段

加工企业购进的玉米来源不一、购买时期不同，黄曲霉毒素含量不同；玉米湿含量较高、不及时干燥，黄曲霉毒素污染的风险就高。

三、玉米产业链真菌毒素污染的防控策略

通过清除污染源、终止污染过程、降低玉米湿含量、控制环境因素、脱除毒素等策略可防控真菌毒素污染。

（一）清除污染源

田间污染真菌的主要来源包括感染的种子、玉米秸秆残留物、不清洁农资、草屑和土壤[20][21]。玉米收获后应及时深耕灭茬、清除病株残体并集中烧毁或高温堆肥处理[22]；轮作是防止真菌孢子扩散的主要方法，玉米可与其他作物轮作；玉米开花期容易被空气中悬浮的孢子污染，适时种植避免抽丝期处于利于孢子传播的天气[21][23]。研究表明玉米剔除破损粒和霉变粒，其真菌毒素污染水平可降低40%~80%[22]，可见分选也是控制储存玉米真菌毒素污染的实用方法。

（二）终止污染过程

借助生物技术构建抗虫害、抗真菌感染、解毒脱毒的玉米新品种，用不产毒真菌竞争取代产毒真菌等策略得到广泛研究[24][25][26]，如过表达抗真菌蛋白或代谢物，控制玉米穗的真菌感染或提高籽粒的防御能力；异源表达降解真菌毒素的酶，降低真菌毒素污染水平[27]。虽然构建玉米抗性品种、解毒菌和不产毒真菌都可终止污染过程，减少真菌污染和毒素积累，但基因工程方法存在基因转移等安全性问题和公众接受问题，通过杂交或自然筛选获得抗性玉米品种和不产毒竞争真菌目前是可取的方法。

（三）降低玉米湿含量

湿含量是影响玉米安全储存最显著的变量，受收获时间、干燥方法和储存条件的影响。玉米湿含量不同，其污染真菌的生长速度不同；25%湿含量的玉米收获后放置7天，伏马菌素污染水平增加77%[23]；高湿含量玉米收获后储存3天，黄曲霉毒素污染增加10倍[22]。因此，湿玉米需要有效及时干至安全湿含量（≤14%）[5]。

玉米的干燥储存研究表明：湿含量降至16%，可以储存至少1周；湿含量<16%，可储存1个月；湿含量<14%、20℃~25℃温度下，大部分田间真菌死亡，可储存数月；湿含量<13%，任何温度下真菌都不能生长；湿含量<12%，可储存3年。

（四）减少环境胁迫

田间生长阶段，各种环境胁迫弱化玉米抗性，便于真菌孢子侵染[10]。干旱、高温、虫害胁迫是主要的真菌感染决定因子[17]。干旱使玉米籽粒表面产生裂纹，增加真菌感染机会；干旱胁迫后高湿条件促进串珠镰刀菌繁殖产毒、黄曲霉毒素污染[28]。因此，应实施均衡灌溉，保证抽丝期到蜡熟后期的水量适宜，避免开花期、成熟期土壤过湿。研究证明真菌易感染玉米受损部位，破碎玉米粒的伏马菌素污染水平比完整玉米粒高10倍[19]，玉米的物理伤害是影响黄曲霉毒素污染的关键因素。因此，玉米在收获前防止虫害鸟啄、收获及脱粒避免机械伤害、储藏控制虫害鼠害，可以有效减少玉米的真菌侵染。

（五）脱除真菌毒素

一旦发生真菌毒素污染，要进行脱毒处理。一些微生物代谢酶或代谢物可抑制污染真菌产毒或促进真菌毒素降解脱除。Heinl等[27]发现了催化伏马菌素脱酯、脱氨的2个酶，为开发酶的真菌毒素脱除奠定基础；哈茨木霉的几丁质酶大大减少单端孢霉烯族毒素生成[29]，白腐菌的漆酶[30]、假蜜环菌的酶[31]等都可以降解和脱除黄曲霉毒素。

玉米产业链真菌毒素污染防控策略总结见图2。

图2　玉米真菌毒素污染防控策略

四、良好操作规范建立

要实施质量管理，首先要基于食品卫生原理设计GAPs，使HACCP管理体系的关键控制点减少（见表1）。

（一）收获前

鉴于玉米在田间生长阶段感染的真菌，在收获后和储存阶段会继续生长，因此需要实施GAP，控制促进真菌污染的关键因素和环境条件，以减少田间真菌感染和致毒。GAP包括使用抗性品种、轮作、适时播种、平衡施肥、合理灌溉、虫害管理、作物残留与杂草治理等。

（二）收获时

玉米在低湿含量、完熟期适时收获，控制湿含量≤22%[4]。如果玉米湿含量高，可通过在蜡熟末期站秆扒皮晾晒，进行田间降水。但是，已经感染伏马菌的玉米推迟收获，其真菌毒素污染水平将增加[17]，应综合考虑。脱粒前应确保玉米穗的湿含量处于合适范围，以减少籽粒破损；脱粒机等设施还应保持清洁卫生。

（三）收获后

储存是真菌感染和毒素积累的关键阶段，储存前干燥是确保玉米安全的最重要一步。要实施良好储存规范（GSP），构建限制真菌生长的条件，减少真菌毒素污染。

粮库GSP包括：入库玉米湿含量符合要求（≤14%），分选去除破损粒、发霉粒和轻质粒；储粮仓结实、适合，形状和粮食深度不能限制空气流通；控制储存环境，确保低温、干燥、通风结合[17]；保持储存场所及干燥、运输、隔离等基本设施或材料卫生[21]；防止鼠鸟进入、采取昆虫控制、杀虫剂防护。实行分级收购，鼓励农民或收购商将不同污染水平的籽粒分开储存，以降低玉米的真菌毒素污染水平，使霉变粒≤2%。

农户储存的GSP包括：保证储存环境干燥、阴凉、通风；用布袋、非聚丙烯袋储粮；储粮袋堆积平均高度不超过1米；实行跟踪式管护，有条件时最好摊开晾晒；尽可能缩短储存期，尤其在天气不利时尽快交送粮库。储存玉米穗（1~6个月）也需要实施GSP，包括：穗储离地、堆砌平均高度不要超过1米、虫鼠防控、防雨雪、经常通风等。

五、真菌毒素污染防控体系管理构建

要确保玉米及制品的真菌毒素水平满足标准要求，需要实施玉米产业链真菌毒素污染防控体系，实施关键控制点（CCPs）监控，加强预防管理。

基于HACCP原理，建立真菌毒素防控管理体系。

（一）关键控制点监控指标确定

关键控制点的监控是制定真菌毒素污染防控管理体系的关键[2]。利用决策树法，确定玉米产业链真菌毒素污染的关键控制点（见表1）。通过建立产业链中物理参数（玉米湿含量、环境温湿度、PH、干重损失、感官指标等）与常见污染真菌产孢、致毒的相关性，将毒素监测变为物理参数监测，使监控变得容易、方便。已经证明玉米的湿含量降至约14%，真菌就不能生长；所以选择玉米湿含量作为监控指标进行监测，安全限值为≤14%。

（二）管理体系构建

1.种子购买。选用当地适合的玉米种子，减少真菌毒素污染机会。

2.整地。土壤污染真菌孢子、秸秆残渣草屑遍地可导致真菌污染，需进行整地处理，以利于均衡灌溉、减少秸秆残渣草屑等真菌孢子携带者。

3.种植。玉米播种时间不同，其在开花期及以后20天的天气就不同；适时种植，避免干热天气。

4.生长成熟。在田间生长成熟阶段，气候和环境不可控、一些防控措施难以实现，不可能完全控制真菌感染；而且，农民种植玉米面临巨大经济压力，田间管理、种植规范和农药使用均以提高产量为标准，而不是控制真菌毒素污染。

上述阶段不能作为产业链的关键控制点，只能通过实施良好农业规范控制真菌毒素污染。

5.收获。尽管收获不太可能发生真菌毒素污染，但合适的收获时间和收获条件，有助于减少后续步骤的真菌毒素污染。收获时玉米湿含量≤22%，尽可能减少籽粒的机械损失。

6.晾晒。产业链CCP，关键限值除了最终湿含量，可控制达到终湿含量所需的晾晒时间；脱粒前检出生霉穗、未熟穗，掰掉瞎尖子，保证玉米的整体质量。

7.脱粒。玉米穗的湿含量控制在≤20%时脱粒，破损率低。

8.干燥。产业链CCP，玉米粒在48小时内干燥至湿含量≤16%。农户一般靠日晒干燥，难以保证。

9.储存。产业链CCP，防止真菌毒素积累主要依靠湿含量控制，粮库储存玉米湿含量要保持在≤14%。如果玉米储存湿度、温度、害虫密度、通风、环境设施、卫生状况等因素没有有效监管，就会导致玉米的真菌毒素污染问题。储存中对湿含量、温度和虫鼠害实施监控，及时发现问题纠正错误。

10.加工。我国目前玉米生产和流通没有实施质量管理体系，加工阶段需要作为产业链CCP，收购的玉米要监测真菌毒素水平，并保持湿含量≤14%下储存，使终产品的真菌和毒素污染水平达标。

结语

食品的真菌毒素污染是不可避免的世界性难题[32]。真菌毒素污染具有不均一性和协同性，一旦真菌毒素进入玉米产业链，则不能完全被破坏。要确保真菌毒素水平达标，需要在遵守国家法规和标准的基础上，结合良好农业规范、良好储存规范、良好加工规范，基于HACCP原理，建立安全防控管理体系，以控制产业链中真菌毒素污染。本研究基于玉米产业链的流程图，应用GAPs和HACCP原理，分析产业链中真菌毒素污染主要影响因素，总结了防控策略，确定产业链的关键控制点和监控指标，构建玉米产业链真菌毒素污染防控管理体系。

目前，我国食品产业链质量安全管理体系建设尚处于初级阶段。即使实施良好农业、储存、加工规范和HACCP质量管理体系，也不能完全防止污染，获得没有真菌毒素污染的食品产业链不可能实现。消费者的食用习惯和操作规范无法控制，生产者只能通过标签给出简单的食用储存说明。因此，防控玉米产业链真菌毒素污染任重道远；国家需要通过规制，实现产业链之利益相关者的协同尽责和治理；权威部门和媒体做好防霉宣传和食品安全知识普及，使消费者了解如何防止食品染霉，染霉食品如何处理，达到闭合的全产业链的真菌毒素污染防控，使终产品的真菌毒素污染降至最低。

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责任编辑、校对：秦学诗

Construction of Management System of Mycotoxin Prevention and Control in Maize Industry Chain

Liu Zengran,Zhang Guangyi,Zhang Yi,Li Jing,Wang Nannan
（School of Bioscience and engineering,Hebei University of Economics and Business,Shijiazhuang 050061,China）

Mycotoxins,secondary fungal metabolites,can contaminate maize and pose a serious economic and health threat worldwide.Among many strategies to minimize the mycotoxin contamination in maize industry chain,constructing the mycotoxin prevention and control system along the food chain and implementing sustainable management is the most feasible one.This paper identifies the affecting factors and summarizes the prevention and control strategies,including the definition of the critical points in maize industry chain on the basis of HACCP principle and the construction of mycotoxin prevention and control system with good manufacture procedure.

mycotoxin,maize industry chain,contamination prevention and control,HACCP,GAP,agricultural standard,management system

TS201.3

A

1673－1573（2016）01－0056-06

2015-03-10

河北省科技计划项目（15225503D）；河北省社会科学基金项目（HB13GL036）；河北经贸大学科研基金项目（2014KYZ05）

刘增然（1964-）女，河北无极人，河北经贸大学生物科学与工程学院教授，博士，研究方向为食品安全管理；张光一（1964-）男，河北石家庄，河北经贸大学生物科学与工程学院副教授，研究方向为食品工程原理。