食用植物油中常见真菌毒素及其脱除方法

纪俊敏，吕雅芳，张 岩，刘玉兰，汪学德

（河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001）

食用油作为消费必需品，与人类生活息息相关，它不仅供给人体能量（1 g油脂在体内完全氧化时，大约可产生39.8 KJ的热量，比糖和蛋白约高1倍），还提供人体必需脂肪酸；此外，它也是用于制备食物的基本成分之一，具有改善和提高食品的风味，促进脂溶性维生素（VA、VD、VE、VK）吸收的作用。按来源可分为植物油和动物油，与动物油相比，植物油含有更多的不饱和脂肪酸，有益于健康，并且某些食用油适用于高温烹饪和直接用于色拉调味料[1]，因而更受消费者青睐。尽管植物油具有良好的健康益处，但有许多报道表明植物油和油料种子存在真菌毒素感染的风险。

1 食用植物油中常见真菌毒素

目前已鉴定出400多种真菌毒素，在植物油中常见的是黄曲霉毒素（AFT）[2]、玉米赤霉烯酮（ZEN）[3]、呕吐毒素（DON）[4]、赭曲霉毒素A（OTA）[5]、T-2毒素（T-2）和伏马毒素（FUM）[3]，并且受到了政府立法的高度重视和严格的监管[4,6]。

表1 植物油中常见的真菌毒素Table 1 Primary mycotoxins in vegetable oils

1.1 黄曲霉毒素（AFT）

AFT主要是由真菌黄曲霉菌（A.flavus）、寄生曲霉菌（A.parasiticus）、溜曲霉菌（A.tamari）和集蜂曲霉菌（A.Nonius）等污染农作物时产生的一类毒性较高的次级代谢产物[7]，也是到目前为止发现的毒性最大的真菌毒素[8]。植物油中主要存在的AFT是黄曲霉毒素B1(AFB1)、B2(AFB2)、G1(AFG1)和 G2(AFG2)[9]。AFB1是植物油中含量最多的一种 AFT，也是毒性最强的AFT。大量研究报告了世界上多个地区的食用油中AFT的发生率很高。Elzupir 等[10]于2009年对苏丹喀土穆州的81个食用植物油样品（包括 14个市售芝麻油、21个市售花生油、19个市葵花籽油、27个当地工厂取样的混合油）的调查发现，98.8%的食用植物油样品受到 AFT污染，且总 AFT（AFB1+AFB2+AFG1+AFG2）的含量为 0.4～339.9 μg/kg，平均为 57.5 μg/kg。Daradimos等[11]在 50份希腊市售橄榄油样品中发现 AFB1的检出率为72%，含量在 2.8～46.3 ng/kg。Ferracan 等[12]测得意大利橄榄油中的AFT含量为未检出～2.4 μg/kg。Sahay等[13]分析了100个印度北部烹饪的芥末油，发现33 个油样品中含有 AFB155～87 μg/kg。Karunarathna等[14]报道了椰子油中 AFT 的检出率为 37.5%，含量为 2.25～72.70 μg/kg。徐文静等[15]对中国 8省 738份市售食用植物油中 AFT 污染状况进行调查，发现食用植物油样品中AFT总含量为0.06～221.00 μg/kg，平均含量为 19.30 μg/kg。

1.2 玉米赤霉烯酮（ZEN）

ZEN 又名F-2毒素，化学名为6-(10-羟基-6-氧代-反式-1-十一烯基)-β-乙酰丙酸内酯，主要是由镰刀菌属的菌株产生的一种酚二羟基苯甲酸内酯，广泛分布于奶制品、受污染的谷物及其农副产品中，尤其是玉米及其加工制品中。Kappenstein等[16]测得玉米胚芽油（n=38）、大豆胚芽油（n= 20）和小麦胚芽油（n=11）中ZEN检出率为100%、70%和91%，平均含量分别为169、4和12 μg/kg，最高值分别达921、41和46 μg/kg。ZEN污染主要在玉米胚芽油和小麦胚芽油中存在[17]。

1.3 呕吐毒素（DON）

DON 主体成分为脱氧雪腐镰刀菌烯醇，又称去氧瓜萎镰菌醇，化学名为3,7,15-三羟基-12,13-环氧单端孢霉-9-烯-8-酮，通常是由生长在谷物（如小麦、玉米、大麦和秣草）中的霉菌镰红菌素生成的。Giménez[18]报道了小麦胚芽油（n=25）中 DON平均浓度为 41 μg/kg，最高达163 μg/kg，检出率为40%。

1.4 赭曲霉毒素A（OTA）

OTA主要是由赭曲霉、碳黑曲霉和疣孢青霉等在湿度较大环境下产生的次级代谢产物。其基本结构骨架为异香豆素和β-苯基丙氨酸组成，化学名为 7-羧-5-氯-8-羟-3,4-二氢-3-R-甲基异香豆素-7-L-β-苯丙氨酸[19]，存在于许多天然食品中，例如香料、咖啡、谷物、豆类、辣椒和葡萄中[20]。OTA在意大利南部（坎帕尼亚大区、西西里和普利亚大区地区）和摩洛哥的橄榄油（n=30）中检出率高达80%，最高达到了17.0 μg/kg[12]。

1.5 T-2毒素（T-2）

T-2 毒素主要由镰刀菌产生的一种次生代谢产物，它主要损害肝（致使肝脏生物膜形态和功能改变）、诱发皮炎，引起生物机体的急性或慢性中毒。Schollenberger等[21]对市售110个食用油样进行检测，发现16个葵花籽油中有3个检出 T-2毒素（检出率18.8%），含量都是2 μg/kg，17个玉米胚芽油中有 11个检出 T-2毒素（检出率64.7%），含量为 2～13 μg/kg，均值 6 μg/kg。

1.6 伏马毒素（FUM）

FUM 是由串珠镰刀菌产生的水溶性双酯化合物。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，伏马毒素B1（FB1）和伏马毒素B2（FB2）在2B类致癌物清单中。FUM 主要污染玉米及玉米制品。李杉等[22]对河南省18个市的食品调查发现，玉米油中FB1检出率为6.98%，含量为未检出～1.23 μg/kg（均值为 0.49 μg/kg），FB2检出率为 0，均值为0.62 μg/kg；FB3检出率为 0，均值为 0.62 μg/kg。

2 食用植物油中真菌毒素脱除（或消减）方法

已经有大量关于真菌毒素脱除的研究，但是很多脱毒技术都是基于在油料种子、饲料、水、土壤及空气中的污染脱除中的应用，食用油与水、土壤和空气不同，食用油的组成复杂，脱毒的过程中可能还会造成食用油品质的改变。以下主要是针对食用油中真菌毒素脱除采用的技术进行综述。

2.1 醇提

Schwartzbord等[23]研究了分别用含有 50%海地产乙醇（简称为CL）和50%色谱级乙醇（简称为 HL）提取花生油中 AFT（AFB1+AFB2+AFG1+AFG2），结果表明，使用1:3(g/mL)的油：CL可以将花生油中的AFT从185 μg/kg（高污染的花生油）降至11 μg/kg，脱除率达94%；使用1:5(g/mL)的油：CL可以将油中的AFT从19 μg/kg（低污染）降至1.4 μg/kg，脱除率达93%；使用1:2(g/mL)的油：HL可以将花生油中的 AFT从152 μg/kg（高污染）降至 14 μg/kg，脱除率达 91%；使用1:3(g/mL)的油：HL可以将花生油中的AFT从33 μg/kg（低污染）降至3.8 μg/kg，脱除率达88%。

Karnofsky和 Hansotte[24]使用浓度为 80%～90%的醇（乙醇或异丙醇）溶液提取棉籽油，发现这些溶剂可用于去除 AFT 和棉酚。该方法还可以应用于其他具有高油含量的油料种子（如油菜籽和花生）的油脂提取。但实际应用时存在溶剂难回收、成本高、污染大等问题。

2.2 离心、过滤

通过离心可以去除花生油中 65%～70% 的毒素[25]。Banu等[26]也证明过滤可以清除葵花籽油中的AFB1。此外，一些油提纯工艺也可以降低最终产品中的 AFT 浓度[27]。Jayaraman[28]、Abalaka[29]和 Schwartzbord[30]等报道了在制油过程中大多数AFT是保留在饼粕中的，只有一小部分（约占初始油料中总AFT的1%～35%）会转移到提取的油中。这就说明AFT更易附着在固体上，离心过滤脱毒的原理可能也是基于此。

2.3 碱性电解水处理

Fan等[31]探索了一种碱性电解水（Alkaline electrolysed water，简写为AEW）降解AFB1的方法，在20 ℃时采用10 mL pH 12.2的AEW作用于40 μg/kg的花生油和橄榄油，只需5 min就能将 AFB1完全降解，且不会导致氯的迁移。但是该方法的脱毒效果受 AEW 特性、油的类型和AEW的体积等多种因素影响，距离实际应用还需进一步优化。

2.4 光催化降解

太阳光[32]、电子束（EB）[33]、等离子体[34-35]、微波[36]、γ-射线[37]、红外辐射、脉冲光[38]以及紫外线（UV）[39-41]都会破坏真菌毒素的化学结构，其脱毒原理是真菌毒素分子吸收一定波长的光，一部分光能因激发荧光而消失，另一部分光能使毒素分子内部发生化学变化，荧光性消失，毒性也随之消失（图1）。

图1 电子束降解机理[33]Fig.1 Electron beam degradation mechanism[33]

王辰龙等[36]分别以微波辐照和60Co辐照对花生油中的 AFB1降解，发现降解率随辐照剂量的增加而增大；在相同辐照剂量下，降解率随油中 AFB1初始含量的增加而缓慢降低。Magzoub等[42]用固定在玻璃载体上的TiO2和500 W高压灯（920 W/m2的紫外线和2 000 W/m2的可见光）作为光催化剂，对苏丹花生油中AFT进行光催化降解研究。结果表明，光催化优于UV-Vis照射（光解）作用，AFB1和AFB2在4 min的照射时间内在UV-Vis光下被有效解毒。固定化的 TiO2光催化剂对 AFB1和 AFB2的解毒率分别为 99.4%～99.5%和99.25%～99.40%。此外，TiO2光催化剂还可重复使用10次以上。但是新的研究发现强射线会对油脂的品质（如酸价、过氧化值升高，生物活性物质分解或失活）产生一定的影响，而且照射脱毒过程中，毒素大多只是被分解了，并未完全除去，某些条件下可能发生逆反应，重新生成毒素[39]。

2.5 碱处理

AFT在有机或无机碱的作用下，内酯环被破坏，水解生成无毒、水溶性的邻位香豆素钠盐，部分钠盐随皂脚一起从油脂中分离，其余的盐可水洗后去除（机理见图 2）[43]。Parker等[44]对含AFB1分别为 120 μg/kg和 812 μg/kg的花生毛油进行碱炼水洗后，发现油中 AFB1分别降至 10 μg/kg和14 μg/kg，即碱炼可以去除约98%以上的AFB1。不同的碱对 AFT消减顺序为 KOH＞NaOH＞K2CO3＞Na2CO3＞KHCO3＞NH4OH＞NaHCO3＞NH4HCO3[44-45]。

图2 碱处理脱除黄曲霉毒素的机理Fig.2 Mechanism of aflatoxin removal by alkali treatment

碱处理法消减率高，是常用的油脂脱毒方法，但是，在酸性条件下，内酯环可以再次关闭并重新生成有毒的AFB1[46]。

2.6 吸附剂螯合

吸附作用是发生在吸附剂和吸附质的界面上，主要在吸附剂的孔隙中进行，因此吸附剂的多孔结构、孔径、孔容分布和比表面积决定了吸附剂对吸附质的选择性吸附能力。常用的脱毒吸附剂有活性炭、硅藻土、白土、凹凸棒石、蒙脱石等。

刘玉兰等[47]对WY1活性炭、WY2活性炭、NORIT活性炭及普通活性炭在玉米毛油脱色过程中对 ZEN的脱除进行了研究并优化了吸附过程。发现添加油重2%的WY1活性炭对 ZEN的脱除率达到48.25%，ZEN含量从8 026.67 μg/kg降至4 153.77 μg/kg，具有一定的脱除效果，但仍高于欧盟400 μg/kg的限量。因此，该方法要想达到标准还需对处理后的油进一步精炼。而且活性炭用作霉菌毒素吸附剂时，活性炭可能对油脂中其他营养物质也具有吸附作用。有研究发现[48]活性炭孔径大于吸附质分子直径的 1.7～3倍时，活性炭对吸附质最有利于吸附。吸附剂的分子孔内表面积要远大于分子外表面积，这样才能提供大量结构位点捕捉霉菌毒素。

硅铝酸盐类吸附剂（AS）是指含有 Al2O3和SiO2的矿物质，常见的硅铝酸盐矿物有蒙脱土、硅藻土、沸石、高岭土等，硅铝酸盐-AFB1复合物的模型如图 3所示，即 AFB1可能在硅铝酸盐层间通道内或硅铝酸盐颗粒的边缘上结合。李娟娟等[49]研究了 A、B、C三种不同吸附剂（A主要成分为酵母细胞壁提取物；B主要成分为水合铝硅酸盐；C为A和B的复合物）对AFB1吸附能力的比较，研究发现，在不同条件下，吸附剂B的吸附能力明显优于另外两种吸附剂，且吸附剂B在10 min之内对AFB1的吸附率达到97.69%。水合铝硅酸钠钙在欧盟国家是一种通用的霉菌毒素吸附剂。但天然铝硅酸盐吸附力弱、吸附效率低、脱毒的同时对营养物质也有一定吸附能力，直接用于粮油制品效果不佳。对天然铝硅酸盐进行改性后，可改善它对真菌毒素的选择性吸附能力。

图3 硅铝酸盐-AFB1复合物的模型Fig.3 Model of alumininosilicate-AFB1

蒙脱土是一种硅和铝以1:1或2:1排列的层状结晶的硅酸盐土矿物，蒙脱土可分为钙基、钠基、钠-钙基等多种类型。Magnoli等[50]研究证实，AFT的吸附与蒙脱石结构及其表面静电吸附作用有关，而与其孔径大小无关。马文文等[51]采用有机季铵盐对钠基蒙脱土迚行改性后用于花生油中AFB1的脱除，脱毒率可达84.69%。

沸石是一种含水的碱或碱土金属硅铝酸盐矿物。叶盛群[52]研究发现，沸石作为菜籽油吸附脱色剂，在添加量为油重3%时，对AFB1的脱毒率达到了 75.95%，同时脱色率达到了 90.17%，但耗油率较高为20.69%。Markovic等[53]采用表面活性剂氯化十六烷吡啶来改性沸石，改性后对于ZEN的吸附从7%增加到90%左右。

Basappa等[54]向花生毛油中添加2%白土，发现黄曲霉毒素脱除率达 80%以上。Mahoney等[1]将Fuller粘土与压滤机结合使用，可去除85%的AFT[54]。Parker和 Melnick[44]也表明使用粘土的脱色阶段，花生油和玉米油的 AFT残留浓度低于1 μg/kg。朱振海等[55]研究发现凹凸棒石粘土对菜籽油中的 AFB1具有非常好的脱除效果，凹凸棒石粘土的添加量为 1.6%时，可将菜籽油中 AFB1含量从50～200 μg/kg降低至5 μg/kg以下，添加量为3.2%时，对于含有500 μg/kg AFB1的菜籽油，也能将其降至5 μg/kg以下。

Kuk等[56]用4种脱色剂（蒙脱土、硅酸镁、矾土、硅石）对棉籽油进行模拟处理，发现蒙脱土与硅酸镁对 AFB1的脱除效果较矾土和硅石更好，可能的原因是 AFB1中吡咯环会与前两种脱色剂中镁原子结合。

叶盛群等[52]考察了活性白土、凹凸棒、沸石、活性炭和改性蒙脱石5种吸附脱色剂对菜籽油中AFB1含量及品质的影响，结果表明，在相同条件下，改性蒙脱石对AFB1的脱毒率最高（89.02%），活性白土最低（57.47%）。

Bai等[57]采用两亲分子二十二烷基二甲基溴化铵（DDAB）改性氧化石墨烯，研究了其在玉米油中对ZEN的吸附能力。在90 ℃时对ZEN的最大吸附量为23.75 mg/g，与其它碳质吸附剂相比其效果是最好的。吸附的原理主要是作为电子受体的 ZEN分子的官能团与改性后吸附剂的表面基团在体系中通过 π-π键结合和氢键作用形成电子给体。

油脂的黏度较大，吸附后小颗粒吸附剂的固液分离过程困难，因此吸附过程中容易造成中性油的大量损失，梁兰兰等[58]分析了磁性纳米微粒选择性吸附法的可行性，认为可将磁性纳米微粒选择性吸附法用于花生油中AFT的脱毒。利用磁性在外加磁场的作用下可以实现快速分离。本团队合成并制备了磁性氧化石墨烯（MGO）和磁性石墨烯（MrGO），成功地用于食用油中 AFB1去除，而且MGO和MrGO在重复使用7次后，吸附活性没有显著降低[59]。

2.7 水蒸气蒸馏脱臭降毒

AFT在 237～306 ℃分解，AFT热降解受pH值和离子强度的影响，尤其取决于其中水分的含量[60]。Kamimura等[61]评估了在 240 ℃，2～5 mmHg的压力下对经过人为污染的植物油中通入水蒸气，进行脱臭，发现毒素浓度随着时间的延长而降低。脱臭120 min后的脱除率为：AFB1∶86%、AFB2∶80%、AFG1∶72%、AFG2∶70%、ZEN∶7%。

2.8 膜技术

Li等[62]尝试使用膜技术通过膜吸附器（通过在聚偏二氟乙烯微滤膜表面依次涂覆聚多巴胺（PDA）和聚乙烯亚胺（PEI）来制备膜吸附器）和生物催化膜（在制成膜吸附器的基础上，将漆酶加载到膜上以制备生物催化膜）这两种方案去除AFB1。结果表明膜吸附器具有更高的AFB1去除效率（71%）和渗透通量（60 L/(m2·h)）。

氢键结合静电吸引是膜吸附器的主要吸附机理。对于生物催化膜来说，固定化漆酶在膜中的催化反应需要足够的动态空间和底物停留时间，因此要求滤膜孔径适中（1 μm）。漆酶负载量的增加可以提高 AFB1的降解效率，但漆酶负载量的增加必然导致膜上有效吸附位点的减少，AFB1酶促降解的增强可能被膜上 AFB1吸附量的下降所抵消；且过多的漆酶负荷可能会增加反应的空间位阻，也会对 AFB1的去除产生负面影响。基于此，Li等[62]提出生物催化膜和膜吸附器结合用于去除液体中 AFB1的潜在应用。首先利用生物催化膜去除原料中的AFB1，在催化降解过程中，固定在膜上的漆酶会分离并释放到被吸附液体中。一方面，释放出的漆酶可以进一步降解AFB1；另一方面，漆酶释放后的膜可作为膜吸附剂，通过吸附、解吸和碱降解进一步去除AFB1。

2.9 生物法

2.9.1 微生物吸附

某些菌体可以吸附真菌毒素，形成菌体-真菌毒素复合体，如Nagendra[63]发现双歧杆菌和乳酸菌可以有效地吸附AFB1，它们能分别与AFB1反应形成稳定复合物。

2.9.2 微生物（酶制剂或生物发酵液）降解

微生物分泌的酶类型很多，对各种真菌毒素的降解方式主要有去环氧化、糖基化、去乙酰化和脱酸等。曾凡正等[64]从筛选的一种能够固态发酵降解花生粕中 AFB1的菌种进行发酵培养，然后提取其胞内和胞外粗酶，将提取的胞内粗酶和胞外粗酶分别结合花生油脱胶工艺，发现该菌种的胞外酶比胞内酶具备更强的去除AFB1的能力。宋艳萍等[65]用吸附法将真菌粗酶分别固定在甘蔗渣、活性炭、壳聚糖三种介质上，研究其对花生油中 AFB1的去毒效果。结果表明：活性炭固定的真菌粗酶酶活力保持时间长，且有较好的去毒效果。陈本仪等[66]发现黑曲霉菌丝的提取物（BDA）对花生油AFT的降解很显著，而不会影响油脂风味、酸价和过氧化值。微生物降解霉菌毒素的机理实质上就是在解毒酶作用下发生酶促降解，图4为呕吐毒素、玉米赤霉烯酮和赭曲霉毒素分别在脱环氧基酶、酯酶和黑曲酶作用下的降解产物。

图4 微生物降解脱毒机理Fig.4 Detoxification mechanism of microbial degradation

3 结语

综上所述，在植物油中常见的真菌毒素有黄曲霉毒素（AFT）、玉米赤霉烯酮（ZEN）、呕吐毒素（DON）、赭曲霉毒素 A（OTA）、T-2毒素（T-2）和伏马毒素（FUM），其中AFT毒性最强、分布最广。在食用植物油的脱毒方法中，离心、过滤最简便，但是脱毒效果不太好；光催化降解的解毒率可达99%以上，但是可能发生逆反应重新生成毒素；生物法由于成本高，且酶具有专一性、酶易失活、反应条件较苛刻，在工业中的应用具有一定的局限性；碱处理和吸附法是目前最常用的脱毒方法，碱处理可能重新产生毒素；吸附法操作简单，尤其是对于香型油脂（如浓香花生油、芝麻香油、浓香菜籽油等）不能进行碱炼，因此吸附法降解 AFT是目前对各种风味植物油AFT处理工艺中最好的方法；除此之外，植物油中的脱毒方法还有醇提、碱性电离水、脱臭降毒和膜技术。目前所用的各种脱毒方法都不太完善，希望本文可以对未来的研究提供一些参考。