黄曲霉毒素脱除方法研究进展

王思强,王北朝,丁 璐,崔 谱,王长明

(1.黄山学院 生命与环境科学学院,安徽 黄山 245041;2.黄山绿康保健有限公司,安徽 黄山 245061)

黄曲霉毒素是一组化学结构类似的二呋喃香豆素衍生物,主要有B1、B2、G1、G2、M1、M2六类。其中,黄曲霉毒素B1具有强致毒性、强致癌性和高诱导性,其毒性是氰化钾的10倍,是砒霜的68倍,被世界卫生组织规定为ⅠA类致癌物[1]。

2012年,蒙牛乳业(眉山)有限公司生产的一批次产品被检出黄曲霉毒素M1超标140%,该批次产品立即被销毁。2015年,国家食品药品监督总局对来自93家企业的200批次花生油进行抽样检查,其中抽检的两批次样品中发现黄曲霉毒素B1超标。2017年,十大名茶之一普洱茶致癌事件再次被报道,普洱茶作为全发酵茶,在长时间的发酵过程中可能会受到黄曲霉毒素的浸染。黄曲霉毒素的污染成为全球食品和饲料行业的严重威胁因素,急需有效的脱除方法。本文综述黄曲霉毒素脱除方法的研究进展,分析各类处理方法的优缺点,以期为选择、优化黄曲霉毒素的脱除方法提供理论依据。

1 物理脱除法

1.1 萃取法

萃取法主要用于油料作物种子中黄曲霉毒素的去除,萃取溶剂有乙醇、水溶性丙酮、乙腈-水、己烷-甲醇-水等溶液。虽然采用萃取法去除黄曲霉毒素不会生成副产物,也不会破坏蛋白质的空间结构,但是萃取法的成本太高,对样品和溶剂的比例具有很精确的要求,且萃取后废液的处理十分困难,这在一定程度上限制了萃取法的应用。

1.2 加热法

Farag等[2]将花生在微波功率是1.6 kW和3.2 kW的情况下分别加热16 min和5 min,研究微波加热对花生中黄曲霉毒素降解的影响。结果表明,黄曲霉毒素的降解率均高达95%左右。Raters等[3]研究发现,多糖、蛋白质等可以提升黄曲霉毒素B1的降解效果。样品湿度较高有助于加热法去除黄曲霉毒素,这是由于水在高温下形成水蒸气,而水蒸气可加速毒素内酯环的破坏。但是高温加热会使食品中蛋白质空间结构发生改变,导致营养成分被破坏。研究证明,高温加热至200 ℃左右会使赖氨酸减少30%、蛋氨酸减少21%[4],因此加热法不适宜大规模使用。

1.3 吸附法

凹凸棒、活性白土、活性炭、沸石和改性蒙脱石等吸附剂可有效去除菜籽油中的黄曲霉毒素。伴随着黄曲霉毒素含量的增长,改性蒙脱石对黄曲霉毒素的吸附量显著上升,最大吸附量可达140.76 μg·kg-1,脱毒率高达89.02%[5]。从蒙脱石中提取的铝酸盐钠钙(HSCAS)可提高其选择吸附能力。研究表明,黏土类吸附剂能缓解黄曲霉毒素对肉鸭的毒害作用,而HSCAS能降低肉鸡组织中的毒素残留[6]。叶盛群等[7]研究指出,在体外试验中活性炭对黄曲霉毒素的吸附脱毒效果很好,但是在体内试验中吸附效果很不理想,主要是因为活性炭吸附选择性差。添加吸附剂是一种低成本的脱毒方法,有着较好的应用前景,但吸附剂稳定性较差,有待学者进一步研究。

1.4 辐射法

辐照技术是一种非加热处理技术,利用电离辐射和物质相互作用的方式对食物进行优化并去除其中的有害物质[8]。王瑞琦[9]研究电子束加速辐照技术,结果指出,在水中黄曲霉毒素B1的去除能力与辐射量有关,同时受初始污染度和水分含量的影响。Rogovschi等[10]以电子束辐照降解椰子琼脂中的黄曲霉毒素B1,结果显示,在32.96 μg·kg-1的初始污染水平下,5 kGy辐照可使黄曲霉毒素B1降解率达75.49%。在辐照量相同的情况下,电子束相对于传统的X-射线和60 Cor-射线辐照效率更高、脱毒时间更短。辐射法的优点是不产生高温,可保护食物中的营养成分,无化学残留，无放射性和毒性,操作简单,可用于规模化生产。

2 化学脱除法

2.1 碱处理法

在碱性环境下,黄曲霉毒素的部分化学结构会被粉碎,毒性消失。梁俊平[11]使用低浓度的氨气熏蒸花生,将温度控制在40 ℃,熏蒸2天后,黄曲霉毒素B1的去除率高达83.5%。Rustom等研究发现，pH值是花生饮料中黄曲霉毒素降解的重要影响因素之一,碱性环境会加快黄曲霉毒素内酯环的解环。但是碱处理法有两个明显的缺点,即脱毒率低和氨的残留。

2.2 氧化处理法

黄曲霉毒素的分子结构中含有呋喃环和内酯环,这是其产生毒性的主要原因。臭氧具有极强的氧化性,可有效破坏呋喃环的双键[12]。林叶等[13]研究物料粒径、臭氧质量浓度和处理时间对臭氧去除黄曲霉毒素B1效率的影响,得到的花生粕中黄曲霉毒素B1的含量均满足食品安全国家标准GB 13078—2001的限制要求(50 μg·kg-1)。

3 生物脱除法

生物降解法主要是利用微生物对食品中的黄曲霉毒素进行吸附和降解[14],该方法可避免使用有毒的化学试剂,处理条件温和,不仅不会造成营养成分的大量流失,还可能增加食品的营养价值。

3.1 微生物吸附法

与物理吸附法不同,微生物吸附不受吸附剂的孔径大小和接触面积等影响。微生物吸附法的机理是微生物通过疏水相互作用以共价键结合黄曲霉毒素,然后随人体新陈代谢排出体外。自然界中很多微生物都具有吸附能力,如益生菌细胞壁上的肽聚糖与黄曲霉毒素可以特异性结合,从而抑制其被肠道吸收。Gratz等[15]研究发现，益生菌LGG(Lactobacillus rhamnosus GG)可降低黄曲霉毒素在Caco细胞中的新陈代谢和运输效率。Hernandez-Mendoza[16]等筛选出的干酪乳杆菌(Lactobacillus casei L30)对黄曲霉毒素有较高的吸附率,研究发现它们的复合物有优良的稳定性。Shetty等[17]研究证明酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)对黄曲霉毒素的吸附率最高可达53%,且酵母细胞壁上的甘露糖可以与毒素形成特异互补结构,在吸附毒素的过程中具有很重要的作用。Somaieh[18]等以受污染的开心果为原料,研究鼠李糖乳杆菌菌株GG和酿酒酵母对黄曲霉毒素B1的吸附作用。当黄曲霉毒素B1的初始浓度为10 μg·kg-1时,鼠李糖乳杆菌菌株GG和酿酒酵母对毒素的吸附能力分别是35%和40%;初始浓度为20 μg·kg-1时,鼠李糖乳杆菌菌株GG和酿酒酵母对毒素的吸附能力分别是60%和70%。结果表明,黄曲霉毒素B1的初始浓度越高,鼠李糖乳杆菌菌株GG和酿酒酵母对其吸附能力越强。Sabran等[19]研究乳酸菌对黄曲霉毒素的吸附能力,结果表明，乳酸菌吸附黄曲霉毒素后形成一种复合物,这种复合物会随着人体代谢排出体外。微生物吸附法具有局限性,主要适用于液体样品,毒素和菌体的复合物稳定性较差,脱毒时间长,脱毒不彻底。

3.2 微生物降解法

微生物降解法被认为是最优的脱毒方法,具有效率高、环保、安全、无毒害等优点。微生物脱毒有两大作用机理,一是微生物通过自身代谢产生的某些胞内酶或是胞外酶将黄曲霉毒素的毒素基团降解成无毒无害的物质,然后被生物利用或是排出体外;二是生物酶可将黄曲霉毒素降解成其他组分。

3.2.1 细菌对黄曲霉毒素的生物降解

Lillehoj等[20]最早发现了橙色黄杆菌对液体中黄曲霉毒素有优良的降解作用。Smiley等[21]进一步探究发现，橙色黄杆菌蛋白质的粗提取物对黄曲霉毒素的降解率可达74.5%,而使用加热失活后的蛋白质对毒素的降解率仅为5.5%,经过脱氧核糖核酸酶Ⅰ处理后的蛋白质对毒素的降解率高达85.5%,但由蛋白酶K处理后,毒素降解率只能达到34.5%。Cserhti等[22]选择了32株能够降解黄曲霉毒素的红球菌菌株,利用酶联免疫吸附法(ELISA)和发酵培养两种方法进行检测,其中,16株菌株的毒素降解率为100%,4株菌株的毒素降解率为98%。

3.2.2 真菌对黄曲霉毒素的生物降解

国外对生物降解法的研究开始较早,已发现多种可用于降解黄曲霉毒素的真菌。早在20世纪70年代,Detroy等[23]就提出了树状指孢霉可以破坏黄曲霉毒素B1的环戊烷结构。后来,Cole等[24]研究发现,少根根霉(Rhizopusarrhizus)可将黄曲霉毒素异构,从而降低毒性。Zjalic等[25]探究提出,白腐菌可能成为生物降解黄曲霉毒素的一种优良资源。Hackbarte 等[26]研究发现,在最佳条件下,里氏木霉(Trichoderma reesei QM9414)和米根霉(Rhizopusoryzae CCT7560)几乎可以完全降解黄曲霉毒素B1。Shcherbakova等[27]研究发现,在最佳条件下,茎点霉PG41(Phomaglomerata PG41)产生的高分子量的胞外霉对黄曲霉毒素的降解率可达78%。

陈仪本等[28]研究指出,黑曲霉(Aspergillus niger)胞内提取物可以降解花生油中的黄曲霉毒素,在适宜的温度、pH值、水分和处理时间等条件下,对黄曲霉毒素有高效的降解作用。张晓雪等[29]研究发现,新型黑曲霉FS-UV1可以降解黄曲霉毒素,在中性模拟肠道实验中,对黄曲霉毒素B1的降解率高达87.3%。但这种方法的缺点是胞内提取物产量极低,操作过程复杂,且容易破坏活性。

4 结论

近年来,很多学者对物理、化学和生物脱毒技术进行了较为全面的研究,取得了一定的成果,但是现在的研究方向偏重于提高对黄曲霉毒素的降解效率,缺少对降解产物毒性和降解机理的深层次研究。目前,生物降解法是最优的脱毒方法之一,其反应条件温和,不会对人和动物产生危害。随着分子生物学、基因工程和酶工程等学科的快速发展,以生物酶降解毒素将成为今后的研究热点。另外,随着转基因技术的兴起,抗黄曲霉毒素的玉米、大米、花生等相继出现,从采摘、处理、储存、运输各环节进行严格管理,可以很好地控制黄曲霉毒素的产生。

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