亚洲和欧美地区霉菌毒素及其暴露风险分析

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(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,农业农村部奶及奶制品质量安全控制重点实验室,北京 100193;2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,农业农村部奶产品质量安全风险评估实验室(北京),北京 100193;3.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,农业农村部奶及奶制品质量监督检验测试中心(北京),北京 100193;4.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,动物营养学国家重点实验室,北京 100193)

霉菌毒素是一组化学结构多样的次生真菌代谢物,其种类繁多(现在已知的霉菌毒素已经有300～400种)且分布广泛,性质稳定,食物一旦被霉菌毒素污染便很难在后期的加工过程中去除[1-2]。因此,霉菌毒素在很大程度上影响了食物的产量和质量,从而造成严重的经济损失[3-4]。常见污染食物的霉菌毒素主要包括黄曲霉毒素(Aflatoxins,AFs)、赭曲霉毒素(Ochratoxins,OTs)、玉米赤霉烯酮(Zearalenone,ZEN)和脱氧雪腐镰刀烯醇(Deoxynivalenol,DON)。

亚洲许多地区大都以大米为主食,近年来随着日益西化的生活方式,小麦的消费量也在不断增加,但每年大米、小麦等粮谷类食物被霉菌毒素污染的现象屡见不鲜[5-6],粮谷类食物中霉菌毒素的暴露成为发展中国家粮食安全的主要威胁之一。欧美地区动物性食物消费量大,该饮食特点导致膳食中霉菌毒素的暴露主要来源于动物性食物,包括热狗、火腿、午餐肉、红肉及其加工制品等。研究表明食品中霉菌毒素的含量与当地的温度、湿度、贮藏方式、加工方法和过程等息息相关[7],例如日本气候温和,农产品中可能会出现一些霉菌毒素,但不适合黄曲霉毒素的产生,该国AFs主要来源于从其他国家进口的花生、开心果、荞麦、玉米、大麦和小麦等[8]。

全世界范围内,人们通过膳食摄入霉菌毒素已经成为一种潜在的健康风险,其也愈来愈受到人们的关注。霉菌毒素是由霉菌产生的一类有毒次级代谢产物,普遍存在于农产品中,如玉米、小麦、大米及其制品等。如果摄入量超过安全阈值,就会对人类和动物产生严重的毒性作用,从而影响人类和动物的健康。研究表明AFs、OTA、ZEN和DON是值得关注的主要的霉菌毒素[9-10]。目前,有关于人群暴露于霉菌毒素相关风险的研究还不够完善,本文以亚洲和欧美地区为代表,旨在比较两个地区霉菌毒素的暴露量,并对亚洲和欧美地区膳食中霉菌毒素进行风险排序。文中依次对亚洲以及欧美地区膳食中的AFs、OTA、ZEN以及DON的暴露量进行概述,并首次对亚洲和欧美地区霉菌毒素的暴露风险进行较为全面的阐述,为两地区进行膳食质量安全风险监测、风险评估提供参考。

1 黄曲霉毒素及其在亚、欧美洲地区的暴露风险评估

1.1 黄曲霉毒素

AFs主要由黄曲霉(Aspergillusflavus)和寄生曲霉(A.parasiticus)产生的具有毒性及“三致”作用的次级代谢产物。国际癌症研究机构(International Agency for Research on Cancer,IARC)的毒理学研究表明,AFs(AFB1、AFB2、AFG1、AFG2)在人体中具有致癌性,被列为一类致癌物[3]。Egal等[11]报道西非(贝宁和多哥)90%的儿童由于摄入了AFs,其生长受到了严重的抑制作用,并指出暴露于高水平的AFs可导致急性黄曲霉毒素中毒,出现黄疸、水肿、消化道出血等症状。

1.2 亚洲、欧美地区的黄曲霉毒素暴露量及风险分析

AFs分布广泛,存在于多种食物中,美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration,FDA)认为AFs是食品中不可避免的污染物[12]。在肯尼亚由于AFs的爆发而导致的急性肝中毒造成了至少39%的死亡发生率,死亡人数高达125人,对疫情相关地区的食用玉米样本进行检测,发现其中一半样品中的AFB1含量超出了其在玉米中的限量(肯尼亚限量为20 μg/kg),3%～12%的样品中AFB1的含量大于1000 μg/kg,少数样品中竟高达8000 μg/kg[13]。尽管许多文献都报道了全世界范围内食品中AFs的发生,但关于人群暴露于AFs的数据并不多,相关信息仍然不足,难以准确地评估人群对AFs的暴露程度。

食品添加剂联合专家委员会(Joint Expert Committee for Food Additives and Contaminants,JEFCA)和欧盟食品科学委员会(The European Union Scientific Committee for Food,SCF)没有设定AFs的每日摄入耐受量(Daily Tolerable Intake,TDI),并指出即使日摄入量小于1 ng/kg·bw都可能存在肝癌的风险[14]。在亚洲国家,日本、黎巴嫩、中国的深圳、台湾、长江六省等,AFs平均估计值低于1 ng/(kg bw·d)[15-19],土耳其和巴基斯坦成人的暴露量均低于1 ng/(kg bw·d),但儿童却高于1 ng/(kg bw·d)[20-21]。韩国成人对于大米中AFB1的暴露量超过1 ng/(kg bw·d)[22],对于主食,应重新考虑最大残留水平,对其允许水平应比其他食品更严格地加以限制。越南膳食中米饭和玉米中AFB1暴露水平高达21.7～33.7 ng/(kg bw·d)[23],存在较大安全风险。

在欧洲国家,除巴西外,AFs的暴露量一般低于1 ng/(kg bw·d)[36](表1)。巴西联邦地区近些年来由于食物的商品化使得AFs的暴露水平大幅下降,而其他洲AFs的暴露主要来源于大米[24]。在法国的两次膳食调查中,AFs的暴露量均低于1 ng/(kg bw·d)[25-26],且第二次AFs的暴露量显著降低,说明法国膳食中AFs的暴露风险在逐渐降低。亚洲和欧美地区膳食中的AFs暴露量均存在超过TDI的现象,会对人类健康造成危害,存在安全风险,但欧美地区AFs的暴露风险小于亚洲。

表1 亚洲、欧美地区国家的AFs暴露量Table 1 Exposure content of AFs in Asian,European and American

注:ng/(kg bw·d):ng/(kg体重·天);N:样本量;a:暴露量(ng/(kg bw·d))=AFs的含量(ng/g)乘以每日摄入量(g/d)/体重计算而得;TDS:总膳食研究;表2～表4同。

2 赭曲霉毒素及其在亚、欧美洲地区的暴露风险评估

2.1 赭曲霉毒素A

OTA是由曲霉属和青霉属的某些真菌菌种(P.verrucosum、A.carbonarius、A.niger和A.ochraceus)产生的一种真菌毒素[33]。动物实验研究表明,OTA具有肾毒性、肝毒性、神经毒性、免疫毒性、致畸性和致癌性,在小鼠和大鼠中引起肾脏和肝脏肿瘤[34-35]。如果人类长期处在暴露于存在OTA的环境下,会引起尿路肿瘤和巴尔干地方性肾病发病率的明显升高,研究证明OTA在肾脏和肝脏中具有致癌性,IARC在1993年将OTA划分为2B类致癌物(可能对人类致癌)[36-37]。

2.2 亚洲、欧美地区的赭曲霉毒素暴露量及风险分析

OTA主要存在于谷物(小麦、玉米、大麦、燕麦、黑麦、大米和黍类等)、花生、蔬菜、豆类等多种农作物中,人类膳食中暴露OTA的主要来源是植物性食物,包括谷物及其衍生品、葡萄酒、葡萄汁、咖啡、啤酒、坚果等[24],其中咖啡中OTA的含量高达5 μg/kg[38]。

JECFA设定了OTA的TDI值为14.3 ng/kg·bw[14]。在亚洲国家,除了巴基斯坦外,OTA暴露的平均估计值均低于14.3 ng/(kg bw·d)的TDI[39](表2),其中长江三角洲地区儿童对于粮油中OTA的暴露量达到了13.9 ng/(kg bw·d)[40],约为成人的3倍,应当引起重视。作为重要的大米出口国之一,巴基斯坦在2012年出口了370万吨大米[41],而研究显示巴基斯坦水稻及其制品中OTA的暴露量达到24.2～24.7 ng/(kg bw·d)[39],已经超过TDI,会对人类健康造成危害,存在安全风险。

在欧美地区国家,OTA暴露最多的人群是婴儿和儿童,但在所有情况下,估计值均低于TDI,不存在安全风险。亚洲和欧美地区膳食中OTA暴露的高危人群都是婴幼儿和儿童,总体上,欧美地区人群OTA的暴露量小于亚洲人群。

表2 亚洲、欧美地区国家膳食中OTA的暴露量Table 2 Exposure to OTA in Asian,European and American

3 玉米赤霉烯酮及其在亚、欧美洲地区的暴露风险评估

3.1 玉米赤霉烯酮

ZEN(F-2毒素)是由多种镰刀真菌通过聚酮化合物途径合成的非甾族雌激素霉菌毒素[52],其在温带以及气候温暖的国家最常见,是全球谷类作物的常见污染物常见的真菌。ZEN(F-2毒素)的产生菌包括Fusariumgraminearum、F.culmorum、F.cerealis、F.equiseti,F.crookwellense和F.semitectum等[53]。ZEN及其代谢物能够竞争性地与雌激素受体结合,从而产生生殖毒性[54]。研究表明ZEN能够刺激人类乳腺中雌激素受体细胞的生长,诱导较高的增殖效应(PE=2.6)和相对增殖效价(RPP=7),促进乳腺癌细胞的增殖,增加乳腺癌的发病率[55];这些结果和其他流行病理学研究的结果共同表明ZEN增加了人类乳腺癌发病率的风险[56]。

3.2 亚洲、欧美地区的玉米赤霉烯酮暴露量及风险分析

ZEN在温带及气候温暖的国家中最常见,是全球谷类作物的常见污染物之一[53]。膳食中ZEN暴露的主要来源是谷物制品,特别是玉米及其制品。ZEN的稳定性较强,不会受到烹饪的影响,只有在碱性条件下高压加热才能减少其在食品中含量的1/3[3]。

JECFA设定了ZEN的TDI为500 ng/kg·bw[3]。在亚洲国家,许多研究报道了ZEN的毒性作用,但有关于膳食摄入与ZEN暴露的数据却有限,难以准确地评估亚洲人群对ZEN的暴露程度。在调研的膳食暴露数据中,亚洲国家膳食中ZEN的暴露量均低于JECFA设定的500 ng/(kg bw·d)(表3),但中国长江三角洲儿童对于粮油产品中ZEN的暴露量却高于250 ng/(kg bw·d)的TDI(EFSA)[40],数据表明亚洲国家膳食中暴露ZEN的高危人群是儿童及婴幼儿。

表3 亚洲、欧美地区国家膳食中ZEN的暴露量Table 3 Exposure to ZEN in Asian,European and American

注:NA:未获得相关信息。

在欧美地区国家,一些研究中报道了欧美地区主要国家有关于膳食摄入与ZEN暴露的独立研究(表3)。与先前两种霉菌毒素的暴露情况一致,婴儿和儿童是暴露最多的人群,在法国的两次膳食调查中,第一次和第二次儿童的ZEN暴露量分别为66和46.2 ng/(kg bw·d)[25-26],第二次暴露量明显下降,说明儿童膳食中ZEN的暴露风险在下降。亚洲和欧美地区膳食中ZEN的暴露均不会对人类健康构成危害,但亚洲国家的潜在风险要大于欧美地区国家。

表4 亚洲、欧美地区国家家膳食中DON的暴露量Table 4 Exposure to DON in Asian,European and American

表5 亚洲和欧美地区膳食中霉菌毒素风险排序Table 5 Risk ranking of mycotoxins in diet of Asian,European and American

4 脱氧雪腐镰刀菌烯醇及其在亚、欧美洲地区的暴露风险评估

4.1 脱氧雪腐镰刀菌烯醇

DON主要由禾谷镰刀菌(Fusariumgraminearum)、尖孢镰刀菌(Fusariumoxysporum)、串珠镰刀菌(Fusariummoniliforme)和茄病镰刀菌(Fusariumsolani)等镰刀菌产生。通过膳食摄入DON后,DON会与人体或动物的脑干后区呕吐中枢的5-羟色胺受体及多巴胺受体相互作用产生催吐作用,因此又被称为呕吐毒素[68]。研究表明动物如果摄入被DON污染的食物或饲料后会出现一系列的不良反应,如奶牛产奶量减少,猪发生呕吐、一些动物的生殖性能和免疫功能受到抑制等[69],人类的临床症状包括口腔和胃肠道的坏死性改变以及呕吐、腹泻、厌食症及血液学和免疫学疾病[70]。Pestka等[71]实验结果表明DON能够干扰人类和动物免疫学参数以及内质网中的蛋白质合成,并影响食物的营养吸收以及饲料的转化。

4.2 亚洲、欧美地区的脱氧雪腐镰刀菌烯醇暴露量及风险分析

DON是单端孢霉烯NIV、3-乙酰脱氧雪腐镰刀菌烯醇3-Ac-DON、15-乙酰脱氧雪腐镰刀菌烯醇15-AC-DON和HT-2毒素中研究最多的,也是世界上最常见的谷类污染物之一。DON主要污染粮谷类食品,如小麦、大麦、燕麦和玉米等,污染状况与产毒菌株、温度、湿度、通风和日照等因素有关[72],气候温暖的环境条件适宜真菌的生长及DON的产生。

JECFA(2001)和SCF(2002)均指出DON的TDI为1000 ng/kg bw[14]。数据调研显示,印度人群对于谷物中DON最大暴露量达到了14200 ng/kg bw/d[73](表4),已经远高于1000 ng/(kg bw·d)的TDI;在黎巴嫩的TDS中,DON的暴露量(1560 ng/(kg bw·d))[16]也高于TDI,均会对人类健康构成危胁,存在较大安全风险。

作为欧美地区许多国家最重要主食之一的小麦,是霉菌产生DON的主要基质。在欧美地区国家,婴儿和儿童是DON暴露人口最多的群体,挪威和法国的婴儿及儿童的DON最高暴露量估计数分别为834、451 ng/(kg bw·d)[25,59],塞尔维亚的小麦中DON暴露量估算值达到了1500～1700 ng/(kg bw·d)[67],远超过了TDI,存在安全风险。欧美地区和亚洲膳食中的DON的暴露量均存在超过TDI的现象,因此都会对人类健康构成威胁,存在安全风险。

5 结语

本文主要对亚洲和欧美地区主要国家膳食中霉菌毒素的暴露量进行了论述,数据调研表明亚洲膳食中霉菌毒素暴露的风险大于欧美地区。亚洲国家膳食中暴露的AFs、DON和OTA存在安全风险,而欧美地区则是AFs、DON。值得注意的是,与之前调研一样,除了AFs 外,DON的暴露量需要重点关注[2]。此外,亚洲和欧美地区膳食中霉菌毒素暴露的高危人群均为婴幼儿和儿童,相关部门和负责人应引起重视,关注高危人群的膳食摄入,实时跟踪记录并收集相关数据,定期计算膳食中霉菌毒素的暴露量。关于膳食与霉菌毒素暴露的相关数据需要进一步完善,为下一步的风险评估提供基础。同时,迫切需要开发更快速、精确、灵敏、经济的方法来评估人类在该地区接触到霉菌毒素的程度。