果蔬及其制品真菌毒素的控制研究进展

彭青枝,杨冰洁,2,朱晓玲,杨书珍,2,*,周 密

(1.湖北省食品质量安全监督检验研究院,湖北武汉 430080;2.华中农业大学食品科技学院,湖北武汉 430070)

果蔬及其制品真菌毒素的控制研究进展

彭青枝1,杨冰洁1,2,朱晓玲1,杨书珍1,2,*,周 密1

(1.湖北省食品质量安全监督检验研究院,湖北武汉 430080;2.华中农业大学食品科技学院,湖北武汉 430070)

真菌毒素是真菌在生长过程中所产生的一些次级代谢产物,广泛存在于谷物和饲料中,对人畜健康危害极大。近年研究表明果蔬在采后与加工环节中也易污染真菌毒素,已经引起了公众的广泛关注。本文主要从物理方法、化学方法、生物方法等方面综述了果蔬及其产品中真菌毒素控制方法的研究进展,其中生物防治果蔬及其产品中真菌毒素的方法由于安全、高效及环境友好,具有潜在的应用前景。

真菌毒素,果蔬及制品,控制措施

果蔬富含丰富的维生素、微量元素和抗氧化物质等营养成分,是人类膳食结构中的重要组成部分。然而大多数果蔬由于含水量高,营养丰富,在贮藏和加工过程中极易遭受病原真菌的侵染而腐烂变质,同时这些真菌在果蔬的腐烂部位及其周围健康组织中也积累了大量真菌毒素。这些真菌毒素能够引起机体代谢紊乱、神经麻痹、器官功能衰竭、生育、致癌和免疫破坏等毒性效应;并且多数真菌毒素在果蔬采后贮藏和加工过程中性质稳定,常规的贮运和加工条件难以将其彻底清除,就会对人类和动物的健康造成潜在威胁[1-2]。

目前从新鲜果蔬及其产品中检测到的真菌毒素种类主要有黄曲霉毒素、单端孢霉烯族毒素、赭曲霉毒素、富马毒素、展青霉素、链格孢毒素等。其中葡萄及其产品中检测出真菌毒素种类最多,主要有单端孢霉烯族毒素、赭曲霉毒素、富马毒素、链格孢毒素等。其次是苹果、梨及其产品中检测出的真菌毒素主要有单端孢霉烯族毒素、展青霉素等。果蔬干制品如橄榄、开心果、杏仁、杏干、板栗及其加工品、葡萄干、无花果等中主要存在黄曲霉毒素。此外,人们在柑橘、蓝莓、草莓、猕猴桃、辣椒、甜椒和番茄等果蔬中也发现了真菌毒素的污染,因此,果蔬及其加工品中真菌毒素的污染具有广泛性。寻找高效、安全、操作方便的防控技术以降低果蔬及其制品中的真菌毒素污染,对于新鲜果蔬及其产品的安全生产、流通和人们的饮食健康,具有十分重要的意义。本文从物理途径、化学途径、生物途径等方面对近年来果蔬及其制品中真菌毒素的控制技术的研究进展做一综述,以期为新鲜果蔬及其制品的安全生产和流通提供参考。

1 物理方法

1.1 物理分选

在果蔬采后贮藏与加工前对果蔬原料进行有效的分选,剔除腐烂变质果蔬,是降低新鲜果蔬及其产品中真菌毒素污染的有效方法。Shakerardekani等[3]将三种不同品种的开心果按照外观品质分成7类,发现颜色暗灰的开心果比黄褐色开心果的黄曲霉毒素的含量低很多,如果分级时将这些黄褐色的开心果剔除,三种品种的开心果中黄曲霉毒素的含量可以减少94.6%,97.2%和98.8%。Reddy等[4]报道,当每250个苹果、264个杏、214个猕猴桃中有一个腐烂果实时,其果汁产品中棒曲霉毒素(patulin,PTA)含量将超过规定的限量标准50 ng/g,所以包装销售及加工前仔细剔除腐烂变质果实是减少污染的重要措施[5]。

目前,对感染真菌毒素的农产品进行分选的方法主要有人工分选和机械在线分选。由于机械分选较人工分选效率高,条件易控制,是近年来研究的热点。 Mello[5]利用紫外、远红外、近红外等光学性质将农产品的色泽进行分级,剔除色泽异常的产品,使农产品中真菌毒素的污染大大降低[6]。农产品含有过氧化物酶和真菌产生的曲酸可以发生氧化作用产生黄绿色荧光,利用这一原理对农产品进行在线分选,可以将产品的真菌毒素含量降低99.2%[7]。此外,在750 nm和1200 nm下进行双波长扫描能够识别真菌毒素含量高于100 ppb的产品,将产品中初始真菌毒素的含量减少了80%[8]。因此,通过机械筛选贮藏和加工前品质劣变的果实,是减少果蔬及其产品中真菌毒素污染的有效方法,具有潜在的应用前景。

1.2 温度管理

温度是影响果蔬在贮藏和加工过程中产生真菌毒素的重要因素。Pose等[9]研究了不同温度对生长在番茄酱琼脂培养基上的链格孢菌产生真菌毒素交链孢酚(Alternariol,AOH)的影响,发现温度对AOH的产生具有显著影响:21 ℃是链孢菌产生真菌毒素的最佳温度;15 ℃时仅有少量的真菌毒素产生;6 ℃时未检出真菌毒素AOH,因此,将温度控制在6 ℃以下就可以控制番茄上链格孢菌产生真菌毒素AOH。Passamani等[10]在研究生长条件对从葡萄上分离的碳黑曲霉和黑曲霉产生真菌毒素赭曲霉毒素(ochratoxin A,OTA)的影响时发现,OTA产生的最佳温度是15 ℃,低温可以有效的抑制真菌毒素OTA的产生。但是人们在研究中也发现真菌产生真菌毒素的最适条件与真菌菌体生长的最适条件并不一致,这可能由于真菌毒素是病原真菌在胁迫条件下产生的次生代谢产物以应对环境的改变有关。Clercq[11]等发现当苹果的贮藏温度从20 ℃降低到10 ℃或4 ℃时,果实中PAT的含量会增加,只有降低至1 ℃时,PAT的含量才会显著降低[11]。Welke等[12]也发现苹果在25 ℃下贮藏3 d,果实病斑直径和PAT的产量显著增加,而苹果在4 ℃下贮藏27 d,果实中仍未发现PAT的产生。因此,低温是控制真菌毒素污染的有效途径,筛选抑制真菌毒素产生的最适温度对于果蔬及其产品的采后安全生产具有重要意义。

热处理也是减少果蔬及其产品中真菌毒素污染的重要采后处理方式之一。红辣椒经过52 ℃热水处理15 min可以完全抑制红辣椒中曲霉菌的生长和真菌毒素的产生。无花果干在98 ℃和50 ℃条件下热处理均能有效的降低果实中真菌毒素AFB1和AFG1的污染[13]。但是多数真菌毒素对热稳定,热水、烘烤和高压灭菌均很难彻底的将真菌毒素降解。因此,在利用热处理控制真菌毒素方法的同时,要注意热处理对果蔬及其产品本身品质的影响。

1.3 辐照及紫外光照处理

辐射处理可以抑制果蔬病原真菌的生长和毒素产生。在离体培养条件下,4.0 KGy的γ-射线处理可以显著减少镰孢霉和曲霉生长,6.0 KGy的γ-射线处理对两种真菌产生的毒素黄曲霉毒素B1(aflatoxin B1,AFB1)和OTA的降解分别达到74.3%～76.7%和51.3 %～96.2%;γ-辐射可有效抑制黄曲霉菌和赭曲霉的增殖[14-15]。10 KGy的γ-射线处理接种寄生曲霉的葡萄干,AFB1含量降低了65%;同样剂量的γ-射线照射添加100 ng AFB1的葡萄干,AFB1下降29%[16],表明γ-射线能够抑制病原真菌产生真菌毒素,同时对真菌毒素具有直接的降解作用。Aziz等[17]报道经1.5～3.5 kGy的γ-射线处理的苹果贮藏28 d后,果实中病原真菌数量和真菌毒素的积累量显著低于对照;用5 kGy的γ-射线处理的苹果时,贮藏28 d后,没有毒素检出。

此外,紫外射线也可以显著降低果蔬贮藏过程中真菌毒素的污染。Dong等[18]采用14.2～99.4 mJ/cm2的紫外线照射苹果汁,果汁中PTA的含量下降9.4%～43.4%,果汁品质未发生显著变化。采用253.7 nm的紫外线,照射添加PAT的果酒、苹果汁,毒素分别下降了87.5%和94.8%[19]。在苹果果酒和果汁体系中,单宁酸在0～1 g/L的范围内抑制PAT降解,果糖在0～10%则可加速毒素降解,浑浊果汁抑制PAT降解效果,表明果汁或果酒采用澄清和除酚的前处理后紫外线照射能有效降低PAT含量[20]。紫外照射对澄清和除酚处理后的苹果果酒和果汁中的PAT含量也有显著的降低作用[21]。因此,辐射和紫外射线处理可以有效的降低果蔬贮藏加工过程中真菌毒素的感染,有望应用于如酒类和果汁类液体食品。

1.4 物理吸附法

物理吸附法是利用具有吸附作用的物质如活性炭等吸附果蔬产品中的真菌毒素的一种方法。在红/白葡萄酒中添加活性炭,能有效降低酒中的赭曲霉毒素的含量。3.0～5.0 g/L的活性炭对苹果汁中赭曲霉毒素也表现出良好的吸附效果,且对果实品质无显著影响[22]。吸附材料大孔树脂LSA-900B对红枣汁中的PAT也表现出良好的吸附作用,使红枣汁中PAT由最初的100 ng/mL的降低到37 ng/mL,既满足了限量标准,又最大限度的保留了产品的营养成分[23]。Tangni等[24]发现从水果中抽提的不溶性的植物纤维对溶液中的赭曲霉毒素表现出良好的吸附作用,可应用于液体食品如酒类和果汁类食品的脱毒。此外,Quintela和Tamura发现几丁质可以少量吸附葡萄酒中的OTA(16%),改性的壳聚糖则能吸附67%的OTA,但对酒品质有一定影响[25-26]。因此,采用物理吸附的方法对果蔬产品中的真菌毒素具有一定的吸附作用,但同时对产品中的微量元素或营养成分也会产生一定的吸附作用,从而影响产品的风味和品质,在生产应用中具有一定的局限性。

2 化学方法

2.1 臭氧处理

臭氧可以通过强氧化作用改变真菌毒素的分子结构,导致其生物活性的改变,从而起到解毒的作用。Young[27]研究了水合臭氧对10种单端孢霉烯族毒素的降解作用,发现用0.25 mg/kg的臭氧水处理,样品中残留部分真菌毒素,但采用25 mg/kg的饱和臭氧水处理则无毒素残留。同时臭氧处理对真菌毒素的降解具有广泛性,PAT,环匹阿尼酸,赭曲霉素A,黑麦酮酸D,玉米烯酮等真菌毒素用2%的臭氧处理15 s均可被降解,同时无副产物产生。臭氧处理对果蔬中积累的真菌毒素具有显著的控制作用。接种扩展青霉的苹果于1 ℃下贮藏,经0.5 μL/L的臭氧处理两个月后,果实的真菌数量和PAT的积累显著降低[28]。臭氧处理对无花果干中AFB1的积累也表现出显著的降解作用,并且气态臭氧比臭氧水降解效果更好[29]。同时,臭氧对病原真菌也具有显著的抑制作用。研究发现60 μmol/mol的臭氧能有效抑制禾谷镰刀菌和桔青霉菌的生长和孢子萌发,引起菌丝形态改变,刺激活性氧产生与细胞代谢改变,导致氧化胁迫和凋亡[30]。因此,臭氧作为新的非热杀菌技术,具有杀菌力强,杀菌速度快,无残留,无二次污染等优点,在真菌毒素降解中具有巨大的应用价值。

2.2 化学杀菌剂

化学杀菌剂处理由于操作方便,成本低廉,一直是生产上控制采后果蔬病害的重要途径和方法,同时对真菌毒素也有一定的抑制作用。多菌灵、嘧菌酯(Azoxystrobin)、敌螨普(Dinocap)与硫磺的结合处理不仅能有效降低果蔬的微生物数量,同时还能有效降低葡萄酒中OTA含量[31-32]。Danicke[33]发现二氧化硫对菌丝生长和PAT积累表现强烈抑制作用,浓度为0.025%甲酸会使展青霉素含量降低70%,0.50%浓度的蔗糖可以明显减少培养基中PAT的积累。但是Podgorska[34]在研究不同防腐剂对真菌毒素的影响时发现,高浓度的SO2可以有效降低果蔬中青霉菌的生长和展青霉毒素的产生,但低浓度的甲酸、山梨酸、苯甲酸反而刺激了PAT的积累。Medina等[35]也发现多菌灵对炭黑曲霉无作用,且能刺激该菌产生OTA。Schmidt-Heydt等[36]研究了常用商用杀菌剂对几种常见病原真菌及其毒素合成的影响,结果表明咪唑类Rovral虽然可以抑制病原真菌的生长,但却强烈的刺激真菌毒素的合成。因此,在利用化学杀菌剂在进行控制果蔬采后真菌毒素的积累时,注意杀菌剂的使用浓度对真菌毒素合成的影响。

2.3 天然产物

越来越多的研究发现植物精油及主要挥发性组分对真菌毒素具有降解作用,加之应用方便,近年来引起了广泛重视。Kedia[37]等报道小茴香精油对黄曲霉菌 LHP(C)-D6的生长和黄曲霉毒素的产生表现强烈的抑制作用。滑慧娟[38]从肉桂醛、合成肉桂醛、柠檬醛、山苍籽油、丁香酚、薄荷油、茴香油、桉叶油、樟脑油等挥发油中筛选出肉桂醛、柠檬醛和丁香酚对赭曲霉的生长及真菌毒素OTA的积累抑制效果最好,在达到一定浓度后可以完全抑制真菌的生长和真菌毒素OTA的合成。植物精油对果实贮藏过程中真菌毒素的积累也表现出显著的控制效果。南亚蒿的种子精油可以有效的减少葡萄果实中的AFS和OTA的产生和积累,同时对果实品质没有不良影响[39];肉桂、大蒜、薄荷、迭迭香等精油可以显著降低核桃贮藏过程中AFB1和AFG1产生[40]。精油中的挥发性成分异硫氰酸酯、紫苏醛能分别有效减少了核桃、杏仁、开心果等果实中黄曲霉毒素和番茄果实中OTA的积累[41-42]。除精油和挥发性成分外,蓝桉提取物、瑞香叶提取物、荛花提取物、水杨酸等天然产物均对果蔬在贮藏过程中真菌毒素的积累具有显著的抑制作用[43-44]。但是人们在研究利用天然产物抑制果蔬采后病害时发现,低浓度的天然产物虽然对病原真菌具有一定的抑制作用,却刺激了病原真菌产生真菌毒素。随着人们对食品安全的日益关注,天然产物尤其是香精油作为果蔬采后杀菌剂和真菌毒素的控制剂具有广泛的研究价值,因此,在运用天然产物作用杀菌剂控制采后病害时,要注意筛选好控制病原真菌和真菌毒素积累的最适浓度,以免刺激真菌毒素的产生。

3 生物方法

与化学方法相比,生物控制的方法具有作用条件温和、对原料的品质影响小、安全性高等优点,被认为是最有前景的真菌毒素控制方法。

利用微生物发酵的方法控制果蔬及其产品中真菌毒素的产生和累积一直是人们研究的热点。Giuseppe[45]研究意大利红酒Moscato在发酵过程中赭曲霉毒素的变化时发现,发酵作用能使部分样品中AFB1降低至安全水平。Castoria和Spadaro研究发现粘红酵母LS11,美极梅奇酵母MACH1、GS9,核果梅奇酵母AL27都能有效控制金冠、皇家嘎啦等品种的苹果采后腐烂和苹果中PAT的累积,其中AL27酵母的作用效果与商用化学药剂效果相似,进一步体外培养实验表明酵母菌对PAT具有直接的降解作用[46-47]。此外,研究发现中型假丝酵母235,耐热克鲁维酵母75对葡萄果实的炭黑曲霉和OTA的积累表现出显著的抑制作用[48]。除酵母菌外,乳酸菌也可抑制病原真菌的生长和毒素积累,Magnusson[49]等从超过1200株的乳酸菌中分离出37株乳酸菌能显著抑制A.fumigatus、A.nidulans、P.commune、F.proliferatum、F.graminearum等的产毒真菌的生长;Hawar[50]等报道植物乳杆菌可以显著抑制扩展青霉的生长及其产生PAT,并且对PAT具有直接的降解作用;经植物乳杆菌处理4 h后,培养基中PAT含量减少了初始的80%,表现出显著的降解特性。在乳酸菌L. plantarum 能将贮藏过程中橄榄果实的霉菌数量减少86.3%,黄曲霉毒素B1降低至5.9 ng/g;当黄曲霉毒素B1的初始浓度为2.12 ng/g时,乳酸菌培养4 d可以将黄曲霉毒素B1完全降解[51]。Farzaneh[52]发现枯草芽孢杆菌B. subtilis uTBSP1能去除开心果中85.6%的黄曲霉毒素B1。随着研究的增多,越来越多具有抑制真菌毒素作用的微生物被报道和发现。

人们在进一步研究微生物抑制真菌毒素的作用机理时发现,一些微生物去毒过程中没检测到降解产物的出现,因此推测去毒过程可能与菌体细胞壁的吸附作用有关。Yue[53]报道用10株失活的酵母菌处理苹果汁中的PAT,发现8株菌吸附24 h可减少50%以上的PAT,1株菌的去除率达到72%,果汁的品质不受影响;固定化失活酵母对苹果汁中PAT的去除率高达70.4%[54]。除酵母外,灭活的脂环酸芽孢杆菌也有吸附毒素作用,12株灭活菌株处理果汁24 h,可以吸附81.6%～88.8%的PAT,果汁品质无明显变化[55]。

由于微生物去除真菌毒素的效果非常明显,条件温和,不易造成二次污染,目前对微生物去除真菌毒素的研究很多,但投入应用的成熟技术相对较少,并且降解真菌毒素的机制尚不清楚,因此,明确微生物降解真菌毒素的机制,筛选经济、可行的微生物去除真菌毒素的技术具有重要意义。

4 结论与展望

真菌毒素作为一类无法完全避免的剧毒性天然污染物,由于其存在的广泛性、毒害性,控制真菌毒素污染是食品产业加工的难题。随着研究逐步深入,越来越多的果蔬产品被发现遭受多种真菌毒素污染,由此引发的食品安全风险正日益受到广泛关注。因此探索果蔬中真菌毒素控制方法,降低真菌毒素的污染水平,显得尤为重要和迫切。当前,控制果蔬采后真菌毒素,确保产品食用安全性,尚需要加强以下几方面的探索:深入分析产毒真菌污染环节及产毒条件,评估果蔬采后腐败和真菌污染的机理,将有利于探究新方法控制真菌毒素污染;传统化学方法控制真菌毒素污染效果有限,且化学方法由于其化学残留、环境污染等诸多问题,引起人们的高度警惕;需要加强新物理化学技术如紫外辐射、臭氧处理等的研究和应用;利用天然产物和生物方法控制真菌毒素的实验效果已经得到多数研究者肯定,但如何确保控制效果还需要继续深入研究。可以预见,采用无污染的天然产物和生物方法结合适当的臭氧处理及其他物理技术去除真菌毒素,可以克服化学杀菌剂带来的安全隐患问题,因此开发高效、安全、环保的生物制剂等控制真菌毒素措施将具有更广阔的应用前景。

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Research progress in Mycotoxins control in fruits and vegetables and their products

PENG Qing-zhi1,YANG Bing-jie1,2,ZHU Xiao-ling1,YANG Shu-zhen1,2,*,ZHOU Mi1

(1.Hubei Provincial Institute for Food Supervision and Test,Wuhan 430080,China;2.College of Food Science and Technology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China)

Mycotoxin-producing fungi are some of secondary metabolites that consist in cereals and animal feeds and pose a serious threat to human and animal health. Recent investigations demonstrated that fruits and vegetables could easily be contaminated by mycotoxins during storage and processing,which attracted much public attentions on the risks of the consumptions of fruits and vegetables and their products. The types of common mytocoxins,the corresponding pathogenic fungi,and contamination occurrence in fruits and vegetables were assessed,and the control strategies against mycotoxin contaminations were reviewed in this paper from the aspects of physical methods,chemical methods and biological methods. The biological control strategies,which is high-effective,safe,and eco-friendly,exhibited great potential for application in contamination remove on fruits and vegetables.

mycotoxins;fruits and vegetables;control strategies

2016-08-04

彭青枝(1967-)，女，博士在读，研究员，研究方向：食品质量安全，E-mail:1415720863@qq.com。

*通讯作者:杨书珍(1971-)，女，博士，副教授，研究方向：果蔬采后病害控制，E-mail:yszhen@mail.hzau.edu.cn。

国家自然科学基金(31271969,31471633)；中央高校基本科研业务费专项基金项目(2013PY101)资助。

TS225.3

A

1002-0306(2017)05-0380-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.05.064