我国常见海洋神经毒素的毒性脱除消减方法研究进展

丁 婕，欧 杰，李晓晖，卢 瑛，*

(1.上海海洋大学食品学院，农业部水产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室，上海201306;2.上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心，上海201306)

近几年，由于国家对海洋重视度的提高，海洋中的活性物质研究与开发便成为海洋资源利用的热门。而活性物质中的海洋神经毒素，因具有镇痛、抗癫痫及其他神经性疾病的治疗等原因，成为世界各国海洋活性物质研究中心的宠儿［1］。在我国，目前最常见的海洋神经毒素分别是麻痹性贝类毒素(Paralytic shellfish poisoning toxins，PSP)、河豚毒素(tetrodotoxin，TTX)、海葵毒素(Palytoxin，PLTX)和芋螺毒素(Conotoxin，CTX)，本文将对海洋生物毒素的脱除进行综述说明。

1 海洋神经毒素

1.1 麻痹性贝类毒素

麻痹性贝类毒素(PSP)是海洋中的有毒藻类产生的有机物［2－3］，这些藻类在水域中分布广泛，目前已经在巴西、美国和澳大利亚等国家发现这些藻类的存在。美国食品和药物管理局(FDA)规定麻痹性贝类毒素的食用安全限量为不超过800 mg STXdi HCl－eq./kg，我国规定上市贝类的麻痹性贝类毒素含量必须低于 800 mg STXdi HCl－ eq./kg［4－7］。当人体内的PSP浓度大于1.2×10－9mol/L时，PSP便与位于细胞膜上的钠通道结合，从而使神经与肌肉组织的细胞膜上钠通道减少。PSP可以导致神经中毒的一系列的症状:身体麻木、吞咽困难，严重者甚至死亡［8－11］。

1.2 河豚毒素

河豚毒素(TTX)最初是从河豚鱼中提取出来的，卵巢、肝脏、肌肉、皮肤等组织中均被发现［12］。随后在刺魨、鹦哥鱼、甲壳类、宏观藻类中均发现了TTX［13－15］。TTX 是世界上最致命的生物毒素之一［16］，毒性是氰化钠的1250倍，0.5 mg就可以致人于死命［17］。误食河豚鱼食者大约在20 min内就会出现神经系统症状麻痹症，呼吸系统衰弱、心脏不规律跳动和痉挛，继而导致死亡［18］。

1.3 海葵毒素

海葵毒素(PLTX)是一种高毒性的非聚合物分子，最初从沙群海葵属的纽扣珊瑚中提取出来［19］。后来在蛎甲藻科的鞭毛藻类和束毛藻属中的蓝细菌中也发现了海葵毒素的存在［20－21］。现在，已经在不同的海洋生物体中检测到了多种的PLTX类似物［22］。海葵毒素一般在热带海洋生物体中累积，然后通过食物链传递到消费者的身体内［23－24］，使消费者出现全身不适、肌痛、呼吸窘迫等一系列中毒症状，严重者甚至会死亡。目前关于海鲜中并没有官方的食用安全限量，但是欧洲食品安全局(EFSA)建议最大限量为 30 mg PLTXs/Kg［25］。

1.4 芋螺毒素

芋螺毒素(CTX)主要由芋螺毒液管和毒囊内壁的毒腺分泌。我国的芋螺主要分布在西沙群岛、海南岛及台湾海域等热带海洋浅水区［26］。CTX的毒性相对于其他几种海洋生物毒素较弱。小鼠腹腔注射1 mg即可使其死亡，而对金鱼腹腔注射，其致死量大约在15～60 mg·kg－1。根据其作用于机体的不同靶标，可将芋螺毒素分为三类，分别是作用于电压门控离子通道，作用于配体门控离子通道和作用于其他受体通道［27］。芋螺毒素在疾病治疗中有着广泛的应用，主要包括慢性疼痛、运动障碍、痉挛、癌症和中风［28］。

海洋神经毒素，不仅对人类的生命安全带来极大的威胁，还影响了海产品的出口贸易，对我国沿海城市的经济带来了损失。鉴于海洋生物体内神经毒素的脱除对于消费者安全食用具有重大的意义。本文主要对已经存在的海洋神经毒素的脱除方法进行综述。

2 海洋生物毒素的脱除技术研究现状

用Removal of marine neurotoxins(海洋神经毒素脱除)为关键字，在Web of science中检索得到图1和图2。从图1可知，近六年内关于海洋生物毒素脱除的论文较少，2014年达到高峰(24篇)，其后呈现下降趋势，近两年保持在10篇左右的发表量。从图2可知，发现近六年内的被引用的文献逐年增加，说明越来越多的研究者开始关注海洋神经毒素脱除方面的工作。

图1 年份－文章发表数Fig.1 Year－Article publications

图2 年份－文章引用数Fig.2 Year－Article citation

2.1 物理方法

2.1.1 温度处理法 Antonio等［29］对染PSP的贻贝、蛤蜊、牡蛎等进行温度处理，发现三者所含PSP均从(405±5)mg STXdi HCl－eq./kg减少至350 mg STXdi HCl－eq./kg。而冻融处理后，牡蛎中PSP的含量降低，但蛤蜊中该毒素的含量没有任何变化。毛丹卉［30］在贝类PSP脱除方法的研究中提到，温度处理水产品，使其毒素脱除的原理主要是在高温的环境中，组织中的毒素可以渗透到体外。不同的组织渗透的速率各不相同。组织松软的肌肉组织相对于组织僵硬的内脏组织更易于将毒素排出到体外。因为蛤蜊毒素主要存在于内脏中，使用煮、蒸、炸等烹饪方式进行实验，发现均不能将毒素脱除到人类安全食用的水平。

王广和［31］用5μg/mL的河豚毒素标准品分别放入 50、100、120、150、180、200 ℃下加热 2 min，发现120℃以下的温度处理后，河豚毒素的毒力没有发生改变。当温度达到120℃以上后，其结构发生了破坏。在后来的实验中，将58.25μg/g的野生河豚鱼用121℃加热30 min，投喂小鼠，发现小鼠没有中毒现象。

2.1.2 暂养脱除法 暂养脱除法是指将在污染水域喂养的水产品放到受监控的区域内喂养一段时间，使得其体内的毒素达到可以食用的标准(CAC/RCP 52－2003:水产与水产加工品操作规范)。Bricelj等［32］发现快中速排毒贝类每天排除率约为15%，慢速排毒贝类的内脏在前15 d平均每天排出3.7%，后6 d只有1.2%。研究人员发现，相对于暂养脱除，投喂饵料藻和使用某些生物脱除剂消除的效果更好。由此可见，暂养脱除法对贝类毒素的消除作用并不显著。

2.1.3 辐射与辐照处理 位正鹏［33］分别对PSP进行电离辐射和辐照脱除处理。研究发现用钴－60对麻痹性贝类毒素照射后，其毒力的改变可以忽略不计。而电子束辐射对PSP照射后，毒力有较为显著的改变。其中，用电子束在3.2、5.8、8.8 k Gy的剂量下处理，PSP毒力分别降低了15.15%、15.13%、27.22%。根据辐照后的产物推测，PSP毒力的散失可能是因为其骨架外部的R1～R4基团失去了－H2O和C=O。

2.1.4 活性炭吸附 活性炭被人类广泛用作吸附剂，尤其是用活性炭吸附装修后房间内的甲醛等有毒有害的气体。其净化毒素的原理主要依靠高空隙和比表面积大等造成高轻度吸附力。中国海洋大学团队使用八种材质不同的活性炭对含有PSP的扇贝和贻贝进行毒素脱除。PSP吸附效果受活性炭材质的影响。其中，木质的活性炭吸附效果最佳，72 h后吸附率为65%。除了玉米穗的吸附效率为48.5%，其余七种活性炭的吸附率均高于50%［34］。在相同的条件下，贻贝与扇贝的脱毒效果有较大的差异，贻贝和扇贝分别用木质活性炭处理72 h，发现贻贝的吸附率高达65%，而扇贝的吸附率为25%，这表明活性炭吸附PSP的效率可能与物种的差异有关。

2.2 化学方法

2.2.1 UV+催化剂系统脱除法 Ali Fakhri［35］使用UV+光催化剂+H2O2系统对TTX进行脱除。实验发现催化剂在光催化下具有对TTX的持续脱除能力和H2O2的良好协同作用。降解最佳工艺条件如下:pH 5.0，0.15 mmol/L 的 H2O2加入量，10 mg/mL 的初始TTX浓度，0.08 g的催化剂用量和60 min的反应时间。在这些条件下，TTX的去除效率超过90%。TTX的脱除率与催化剂的加入量有关，原因在于随着反应中涉及的催化剂颗粒的增加，其可以在光下产生更多的活化剂，导致TTX脱除加速。但当添加量超过0.08 g时，催化脱除率呈现下降趋势。这是因为过量的催化剂会增加悬浮体系的浊度。这种现象会对紫外线产生明显的反射和散射效应，从而削弱其穿透能力。这样，紫外光下催化剂的利用率下降，这导致了 TTX 脱除效率的降低［36－37］。

2.2.2 弱碱脱除 TTX性质稳定，不溶于水，易溶于酸性溶液，在碱性环境比较容易被分解，降解为几种喹啉化合物。毛羽扬［38］分别使用 4%的 Na2CO3、NaOH、半胱氨酸对河豚鱼样进行去毒实验。在20℃的水溶液中浸泡1 h后，对样品中的河豚毒素进行提取，取0.5 mL注射小鼠，发现实验组小鼠30 min内未死亡，出现轻微的症状。张松山［39］利用麻痹性贝类毒素在碱性环境可以脱除的特性，使用食用性苏打对贝类进行腌制，结果发现麻痹性贝类毒素脱除效果随着食用性苏打的添加而增加。

2.2.3 臭氧、氯气脱除法 1979年，Blogos－lawski等［40－41］将污染后的蛤蜊放于臭氧处理后的海水中喂养。发现蛤蜊的触角、内脏等都表现处理快速排毒的现象。被欧盟委员会唯一授权脱除PSP毒性的方法［41］主要是利用PSP毒素的水溶性，含有PSP的贝类经过消毒氯水浸泡后可以降低其毒性。Newcombe［42］发现，氯水在 pH 6～9 的范围内可以高效地清除毒素。

2.3 生物法

2.3.1 微生物脱除法 贾晋斌［43］利用酒曲对TTX进行脱除。通过小鼠生物法对TTX进行检测，发现当加入的TTX的初始浓度为10μg/mL时，在各种条件最优化的前提下，培养2 d，注射小鼠，小鼠的死亡的时间为1.5 min;培养6 d，小鼠的死亡时间为20 min。由此可见，酒曲可以降解TTX。而在日本的石川县，有一种米糠腌制的河豚卵巢作为酱菜，发现盐渍一段时间后，河豚鱼的卵巢毒性可以忽略不计［44］。

Sugawara［45］是第一位发现微生物可以脱除贝类毒素的学者。其从水产品的体内分离得到了鲍曼不动杆菌和绿脓杆菌，实验发现两者均具有分解GTX1/4、C1/2 毒素的能力。Donovan 等［46］用含有PSP毒素的蓝贻贝以及有毒藻的提取物进行培养，其从蓝贻贝的内脏中分离纯化得到了72种微生物，其中19株具有分解PSP的能力。C30、CSC、C100等7株微生物可以脱除90%的毒素。

乳酸菌属于人体内的益生菌，可以帮助排除身体内的毒素并可以抑制肠道内腐败菌的滋生提高人体的免疫力。研究人员发现，益生菌可以帮助海产品脱除PST。Mari Vasama［47］分别用活性和非活性的鼠李糖乳杆菌(ATCC－53103)脱除PST，实验结果发现，非活性鼠李糖乳杆菌的脱除效果比活性菌更好。参考以前发表的一系列霉菌毒素和其底物结合的方式［48－50］，推断鼠李糖乳杆菌脱除麻痹性贝类毒素可能是结合作用而不是新成代谢作用。PST三维结构图显示其呱基上含有两个正电荷，而鼠李糖乳杆菌表面带有两个负电荷，当鼠李糖乳杆菌放入PST溶液中37℃孵育1 h，由于静电作用，PST与鼠李糖乳杆菌静电结合，从而达到脱除PST的效果。

2.3.2 酶促脱除法 1981年在线纹布目蛤中发现了可以转换PSP的酶，这是第一次发现酶降解PSP毒素的实例。随后研究者在其他的蛤中也发现了具有相同功能的转换酶［51－52］。Yuko Cho 等［53］在日本蛤蜊和中国蛤蜊中提纯到了一种转化酶，鉴定发现是氨甲酰水解酶Ⅰ，它不但可以使N－磺酰胺甲酰发生水解，还可以水解氨基钾酸酯类毒素亚基。

3 各法的优缺点总结

已报道的海洋神经毒素脱除方法优缺点见表1。温度处理、活性炭吸附，暂养等方法等虽然操作简单，但是脱除毒素的效果不佳。温度的改变只能使贝类部分柔软的组织中的毒素渗透到体外，而坚硬组织含有的毒素依旧存在体内。吸附和暂养法均无法改变毒素的毒力，只是借助于外界，使体内的毒素减少。而辐照处理和弱碱降解可以通过改变毒素分子式的结构而导致其活力丧失，脱除效果较佳，但是使用的催化剂和弱碱会使生物的营养价值和风味丧失较多。微生物脱除法的机制还不太确定，可能是新陈代谢的作用，将毒素转化成另外一种物质，也有可能是结合作用。目前的生物方法操作比较复杂，需要进一步的优化，使其能够简单快捷，适合于工厂操作。

表1 海洋神经毒素脱除方法的优缺点及适应的比较Table 1 Advantages，disadvantages and adaptations of marine neurotoxin removal methods

4 展望

受海洋生物毒素污染的海产品对人类的健康、经济和生活带来了威胁。到目前为止，并没有有效的脱除技术，导致了大量的海产品无法被有效的利用。含有丰富的EPA和DHA的河豚鱼肝脏，因为无法脱除河豚毒素而被丢弃。如何利用微生物的分解与发酵作用，找到一株价格低廉、脱除效果好并且对其品质无影响的菌株，还需要进一步的研究。随着对益生菌的研究，发现益生菌不仅可以消减小麦、牛奶中的过敏原，还可以脱除坚果中的黄曲霉毒素。在今后的研究中，希望可以筛选出能够高效脱除海洋生物毒素的益生菌，对原料和成品进行脱毒处理。