小麦中呕吐毒素的影响因素和污染特性分析
2021-11-05邵亮亮杜京霖盛林霞应美蓉赵美凤
邵亮亮,杜京霖,盛林霞,房 芳,宁 晖,应美蓉,赵美凤
(1.浙江省粮油产品质量检验中心,浙江 杭州 310012;2.浙江省粮食局直属粮油储备库,浙江 杭州 311100)
真菌毒素污染是威胁世界各国粮食质量安全的重要因素[1-3],其中呕吐毒素,也称脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON),是小麦中污染最为普遍的一种真菌毒素,其属单端孢霉烯族化合物,主要是禾谷镰刀菌、黄色镰刀菌等镰刀菌属的次级代谢产物[4]。DON有细胞毒性、免疫抑制和致畸作用,已被国际癌症研究机构列为第3类致癌物,人和动物在误食被该毒素污染的食物后会导致各类急性中毒症状[5-7]。因此,世界上多个国家和地区均对DON限量作规定[8-9]。GB 2761—2017《食品中真菌毒素限量》[10]规定小麦、麦片和小麦粉中DON的限量均为1 000 μg/kg,DON超标的小麦及其制品不能作为储备粮,同时禁止流入市场。
小麦DON污染是世界性难题,因此有许多针对DON污染特征的研究。Yoshida等[11]研究小麦不同生长时期感染赤霉病后,籽粒中DON的积累情况,Hernandez[12]和Anne[13]等研究小麦生长发育期间的环境因素对DON的影响,张娜娜等[14]研究小麦重要生育期和入仓阶段的DON积累情况,赵美凤等[15]研究小麦加工过程中DON的污染和分布规律,Delwiche[16]和Salgado[17]等研究DON污染的防控和降解措施。
小麦赤霉病粒含量通过感官检验得出,但DON含量必须通过前处理、仪器检测才能得出,因此以小麦籽粒宏观的赤霉病粒含量反映微观的DON含量存在争议。巩性涛等[18]认为小麦赤霉病与DON没有必然的对应关系,不能通过小麦赤霉病判断DON含量。谢茂昌等[19]认为小麦赤霉病粒含量与DON含量呈极显著相关,可通过小麦赤霉病粒含量判断DON含量。因此本实验研究不完善粒、赤霉病粒含量与DON含量的关系。此外,针对小麦赤霉病粒、破损粒、虫蚀粒等不同粒型以及不同粒径籽粒的DON污染特征,不同籽粒中DON含量的定量分析,及籽粒各部位和加工组成中DON分布的差异性[20-21]研究鲜见报道。本实验研究影响DON污染的相关因素,研究赤霉病粒与未染病粒、破损籽粒与完整籽粒、不同粒径和虫蚀类型的籽粒DON污染特性及籽粒胚部与胚乳、粒面与内部、籽粒不同结构中DON含量分布差异,分析小麦中DON的污染差异和分布规律,旨在为制定DON的防控措施和DON污染小麦的加工利用提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
小麦:浙江2018—2020年每年6月份新收获小麦,主要品种包括扬麦系列(扬麦3、10、13、14、16、17、18、19、20、23、24)共137 份,镇麦系列(镇麦9、12、168)共6 份,宁麦系列(宁麦13、18)共4 份,由浙江嘉兴、湖州、绍兴等地小麦生产农户提供。根据GB 2761—2017[10]的DON限量要求与所测含量,将小麦分为轻度污染(DON含量≤1 000 μg/kg)、中度污染(DON含量1 000~2 000 μg/kg)、重度污染(DON含量> 2 000 μg/kg)共3 个水平。
DON标准溶液(CAS:51481-10-8,质量浓度(199±10)mg/L) 上海安谱实验科技股份有限公司;甲醇、乙腈(均为色谱纯) 德国Merck公司;聚乙二醇(分析纯) 上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
1.2 仪器与设备
1260型高效液相色谱仪 美国Agilent公司;LM3100型锤式实验室粉碎磨 瑞典Perten公司;MOULIN CD1型实验室磨粉机 法国Chopin技术公司;PL202-L型分析天平 瑞士Mettler Toledo公司;DON免疫亲和柱 北京华安麦科生物技术有限公司;玻璃纤维滤纸 英国Whatman公司;ZORBAX Eclipse Plus C18柱 美国Agilent公司;WS-150D型摇床 德国Wiggens公司; XW-80A型涡旋振荡器 上海医科大学仪器厂;4204型电动分样器 美国Gamet公司。
1.3 方法
1.3.1 DON提取与测定
小麦样品的制备参考文献[22],前处理方法参考GB 5009.111—2016《食品中脱氧雪腐镰刀菌烯醇及其乙酰化衍生物的测定》[23]第二法:免疫亲和层析净化高效液相色谱法。将小麦样品清杂后,通过实验室粉碎磨粉碎成全麦粉,过20 目晒网,准确称取25.00 g(若样品量较少,按比例适当缩减)固体粉末样品于250 mL具塞三角瓶中,加入5.0 g聚乙二醇、100 mL去离子水,于摇床250 r/min振荡20 min,快速定性滤纸过滤后再用玻璃纤维滤纸过滤,收集滤液,取2.0 mL滤液(DON含量较高时按比例适当稀释或缩减)通过免疫亲和柱净化,用去离子水淋洗免疫亲和柱2 次,每次10 mL,排干后用1.0 mL甲醇洗脱,洗脱液中加入0.5 mL去离子水,混合均匀后用0.22 μm微孔滤膜过滤,收集滤液通过高效液相色谱仪测定。
高效液相色谱条件:ZORBAX Eclipse Plus C18柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);流动相:A相水-B相乙腈(8∶2,V/V);柱温35 ℃;流速1.0 mL/min;进样量50 μL;检测波长218 nm。
1.3.2 不完善粒含量测定
按GB/T 5494—2019《粮油检验 粮食、油料的杂质、不完善粒检验》[24]要求,将小麦样品清杂后,缩分得到约50.0 g小样,挑出其中的虫蚀粒、病斑粒、破损粒、生芽粒和生霉粒,称量并计算不完善粒含量。
1.3.3 赤霉病粒含量测定
按GB/T 22504.1—2008《粮油检验 粮食感官检验辅助图谱 第1部分:小麦》[25],挑出1.3.2节中籽粒皱缩、呆白,粒面呈紫色,或有明显的粉红色霉状物,间有黑色子囊壳的病斑粒,称量并计算赤霉病粒含量。
1.3.4 小麦制粉
小麦清杂后,按GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》[26]测定水分含量,并调节水分至15%,润麦24 h,使胚乳各部分水分达到平衡,通过实验室磨粉机进行制粉,收集大麸、小麸、皮磨粉和心磨粉。
1.4 数据处理
使用Excel 2019软件和SPSS 24.0软件进行相关性分析。正态分布数据以±s表示,非正态分布数据以中位数(下四分位数,上四分位数)表示,数据差异分析通过t检验,单因素方差分析或非参数检验进行。实验数据通过Graph Pad Prism软件进行分析和绘图。
2 结果与分析
2.1 小麦赤霉病粒与DON污染特性分析
2.1.1 小麦不完善粒、赤霉病粒对DON污染的影响
检测1.1节中137 个浙江本地生产小麦样品中的不完善粒、赤霉病粒含量,并测定样品DON含量(表1),测定结果分布见图1。对小麦不完善粒、赤霉病粒含量和DON含量进行相关性分析。
表1 小麦样品不完善粒、赤霉病粒含量与DON含量Table 1 DON content and percentages of imperfect and gibberella damaged grains in wheat samples
图1 不完善粒(A)、赤霉病粒(B)含量与DON含量分布Fig. 1 Distribution of DON content in imperfect (A) and gibberella damaged (B) grains
137 个小麦样品不完善粒、赤霉病粒含量及DON含量均非正态分布,因此通过Spearman相关进行指标间的相关性分析,由表2可知,DON含量与不完善粒含量间存在显著的弱正相关(P<0.01、r<0.4),与赤霉病粒含量存在显著的强正相关(P<0.01、r>0.6)。
表2 不完善粒、赤霉病粒含量与DON含量相关性分析Table 2 Correlation analysis between DON content and percentages of imperfect and gibberella damaged grains
通过SPSS回归分析得到赤霉病粒含量(ω)对DON含量(C)的影响程度。一元线性回归方程为C=38 011.31ω+425.43,回归方程极显著(P<0.01,回归系数>0,且回归系数显著性P<0.01),因此赤霉病粒含量能显著正向影响DON含量,回归模型的决定系数R2为0.411,可知其对DON含量变化的影响比例达41.1%,因此赤霉病粒含量是影响DON含量的主要因素之一。此外,DON含量可能还受其他因素影响,如未染病小麦籽粒DON水平、小麦破碎程度、籽粒粒径、DON在籽粒不同部位和结构的分布等。
为进一步研究小麦赤霉病粒对DON污染的影响程度,本实验对9 份不同污染水平(轻、中、重)的小麦样品(包括扬麦14、20、23)进行赤霉病粒检验,将籽粒分别归入未染病粒和染病粒(赤霉病粒),分别测定其DON含量,并与原始混合籽粒DON含量进行比较,结果见表3。在轻度、中度和重度污染水平下,小麦赤霉病粒的DON含量远高于原始混合籽粒和未染病粒,分别达到小麦原始样对应水平约30~60 倍。重度污染组中赤霉病粒DON含量几乎达到GB 2761—2017[10]规定限量的100 倍。未感染籽粒DON含量仅占原始样60%~70%,其含量显著低于赤霉病粒。中度、重度污染组中未感染籽粒的DON含量显著低于混合籽粒。随着小麦整体污染程度的加剧,未感染粒中DON污染程度也逐渐增加。可见小麦不同籽粒中DON含量和分布差异极大,赤霉病粒中DON含量异常高,对小麦整体DON污染影响显著,未感染赤霉病的小麦籽粒也可能不同程度地受到DON污染。因此,生产中可通过分选操作去除感染赤霉病的小麦颗粒,能有效降低小麦DON含量。图2为13 个小麦样品经分选操作后DON含量变化,通过分选操作可使DON平均含量从2 015.7 μg/kg降低至1 313.9 μg/kg,平均降幅达到33.1%,小麦赤霉病粒分选前后两组小麦DON含量具有极显著差异(P<0.01,表4)。
图2 小麦分选前后DON含量差异Fig. 2 Difference in DON content in wheat before and after sorting
表3 赤霉病、未染病、混合粒中DON含量差异Table 3 Difference in DON content among gibberella damaged, uninfected and mixed grains μg/kg
表4 小麦分选前后DON含量差异Table 4 Difference in DON content in wheat before and after sorting
2.1.2 小麦赤霉病粒含量与DON含量的关系
小麦籽粒中赤霉病粒含量一般并不高,如表1中 137 个小麦样品赤霉病粒含量中位数为1.90%,GB 1351—1999《小麦》[27]曾规定赤霉病粒最大允许含量为4.0%。虽然小麦籽粒中赤霉病粒含量不高,但由表4可知,其影响小麦分选前DON总含量的三分之一左右(701.8 μg/kg), 其余DON含量由未染病粒引起。未染病粒中的DON在小麦灌浆后期受镰刀菌感染并累积而来,所以籽粒在外观上并无明显差异[28]。因此,小麦赤霉病粒和未染病粒均影响DON含量,DON含量与赤霉病粒含量按Y=[m×X×C1+m×(1-X)×C2]/m=(C1-C2)X+C2计算,式中:Y为样品中DON含量/(μg/kg),表示小麦样品整体DON污染水平;m为试样质量;X为样品赤霉病粒含量/%;C1为赤霉病粒DON含量/(μg/kg);C2为未染病粒DON含量/(μg/kg),表示小麦样品的未发病(正常)籽粒DON污染水平。
产地、等级、品种、收获时间完全相同的小麦样品或同一仓储藏均匀扦样并充分混合而获得的小麦样品,其赤霉病粒、未染病粒中DON污染水平确定,因此式中C1、C2均为常数,此时DON含量与赤霉病粒含量应具有线性相关性。本实验对DON含量与赤霉病粒含量的线性相关性进行验证,选择1 个DON阳性样品(扬麦23中DON含量为3 050.22 μg/kg、赤霉病粒含量为1.0%)分离出其中的赤霉病粒,将剩余的未染病粒分为6 份,按比例加入混匀的赤霉病粒,配制成赤霉病含量分别为0.0%、1.0%、2.0%、4.0%、6.0%、10.0%的样品,测定该系列样品的DON含量,结果见表5。
表5 赤霉病粒含量对应样品中DON含量Table 5 DON contents in wheat samples with different percentages of gibberella damaged grains
通过拟合DON含量与赤霉病粒含量的关系,得到回归方程为Y=703.7X+2 332.1,R=0.999 9,可见两者具有很强的相关性,这与韩建平等[29]的发现一致。回归方程中C2=2 332.1,即小麦未染病粒中DON含量为2 332.1 μg/kg;C1=703.7,即赤霉病粒含量浮动1%时,DON含量的变化幅度达到703.7 μg/kg。当X=1.0时,可知小麦样品DON含量Y=3 035.8 μg/kg;当X=100时,可知赤霉病籽粒DON含量为72 702.1 μg/kg,理论结果与实测值相符。因此,理论上相同产地、等级、品种、收获时间或籽粒分布均匀的小麦样品可通过赤霉病粒含量预测DON污染水平。
实际工作中,不同小麦之间赤霉病粒含量与DON污染水平不呈特定的线性关系,如图3所示。16 个小麦样品(包括扬麦、镇麦、宁麦系列不同品种)的DON含量与赤霉病粒含量未呈良好线性关系,其原因为不同小麦受产地、等级、品种、收获时间等因素影响,不同籽粒DON污染程度并不同,所以C1、C2不同造成回归方程的差异,因此不同产地、等级、品种、收获时间的小麦不能仅通过赤霉病粒含量预测DON污染程度。
图3 小麦DON含量与赤霉病粒含量关系Fig. 3 Relationship between DON content and percentage of gibberella-damaged grains in wheat samples
此外,通过本节公式也能分析省外或进口DON含量较低的白小麦(如澳麦),小麦赤霉病粒含量X很低,未染病粒DON含量C2也很低,通过样品中DON含量的计算公式也可得出整体DON污染水平较低的结论,理论值与实测值相符。
2.2 小麦破损粒与DON污染特性分析
小麦在收获、烘干、运输清理、入库、储藏等过程都可能发生籽粒压扁、破碎的情况,因此小麦不完善粒中破损粒占相当大比例。本实验研究小麦完整粒与破损粒中DON的差异,从而进一步揭示DON的污染规律。由上述研究可知,小麦不完善粒中的赤霉病粒对DON影响极大,即使是几颗赤霉病粒也会对样品DON产生极大影响,为在DON与破损粒关系的研究中消除这一影响因素,实验采用未染病小麦(扬麦20)的正常籽粒,在不同的DON污染水平下,测定样品中完整粒与破损粒中DON含量,结果见表6。
表6 混合、破损粒与完整粒中DON含量Table 6 DON contents in lightly, moderately and heavily polluted samples of mixed, broken and intact grains μg/kg
随着小麦DON污染程度的加深,小麦完整、破损籽粒的DON污染程度也逐渐升高,在同一污染水平的完整、破损籽粒DON含量有显著差异,完整籽粒DON含量仅占总样本DON含量的50%~70%,而破损籽粒中DON含量显著偏高。本实验中中度污染的小麦样品DON含量超过GB 2761—2017[10]中DON限量值,其完整籽粒DON含量并未超标,而轻度污染小麦样品的破损籽粒DON含量接近GB 2761—2017[10]中DON限量值的3 倍。小麦的破损程度越大,DON污染越严重,其原因可能为小麦破损籽粒由于胚或胚乳遭到破坏而失去表皮保护,暴露在外的干物质和营养成分为真菌等微生物提供了良好的生长、繁殖条件,并产生真菌毒素,从而积聚了DON含量,而完整粒由于外果皮和种皮的保护,真菌活性较低,且不容易入侵内部。生产中也可基于这一发现而对小麦分级,去除大部分破损粒,从而降低小麦DON含量。
2.3 小麦籽粒粒径与DON污染特性分析
小麦不同穗位和粒位的颖花分化、发育顺序、开花时间等方面存在很大差异,强势粒开花早、胚乳充实度好,而弱势粒开花晚、胚乳充实度差[30]。因此,小麦收获时的籽粒粒径不同。一般小麦籽粒粒径在1.5~4.5 mm之间,因此通过1.5、4.5 mm的粒径筛选掉大样杂质,而孔径在1.5~4.5 mm之间的筛网能进一步分离粒径不同的籽粒。通过比较粒径不同的小麦籽粒中DON含量,可反映小麦强势、弱势粒受DON污染程度的差异,并为籽粒的分级分选提供参考。本实验选取9 个已知DON含量的小麦样品(扬麦23),通过3.0 mm筛进行筛选,可分别得到筛下的小颗粒样品和筛上的大颗粒样品,并分析其中DON含量的差异,结果见表7。
表7 不同类型籽粒的DON含量Table 7 DON contents in lightly, moderately and heavily polluted grains with different sizes μg/kg
从表7可知,粒径不同的籽粒DON污染存在差异,同一污染水平内,小颗粒样品DON含量普遍高于样品整体,结果约为混合籽粒的1.4~1.6 倍。大颗粒样品中DON含量均小于混合籽粒,其含量占试样整体的80%~94%。中度、重度污染水平的小颗粒DON含量显著高于混合颗粒和大颗粒小麦,随着小麦DON污染程度的加深,不同颗粒中的DON污染程度均逐渐升高。其原因有3 方面:1)大部分小颗粒在小麦生长阶段属弱势粒,其穗位、粒位在背阴、潮湿的环境更容易感染赤霉病等病害;2)由于小麦籽粒受果皮、种皮保护,真菌产生DON等次级代谢产物常分布在外表皮上,小麦灌浆后,大颗粒小麦胚乳充实度好,内部胚乳质量占比大,而小颗粒胚乳充实度差,胚乳质量占比小,质量相等时,籽粒越大,总样本DON含量越低;3)小麦不完善粒中的赤霉病粒由于皱缩,其体积、粒径也会缩小,更可能通过3.0 mm筛孔,使得小颗粒样品中DON含量进一步升高。可见,生产中通过分级作业,将粒径较小的颗粒去除吗,也能一定程度上降低小麦中的DON含量。
2.4 小麦籽粒不同部位DON的污染特性分析
小麦籽粒主要由胚、胚乳组成。胚是小麦籽粒最重要的结构之一,在小麦储藏过程中仍保持生命活性,适宜条件能萌发,生长出新的植株,呼吸作用加速小麦胚部微生物的多种生命活动。为研究小麦不同部位DON污染的差异性,本实验选取9 个未染病的小麦样品(包括扬麦20、23、24)为分离出胚部与胚乳,分别测定DON含量,并与小麦籽粒整体进行比较,结果见表8。
表8 小麦籽粒部位的DON含量Table 8 DON contents in different parts of lightly, moderately and heavily polluted wheat grains μg/kg
从表8可知,籽粒不同部位DON污染程度并不同,同一污染水平的小麦胚部和胚乳DON含量具有显著差异,胚部的DON含量比籽粒整体要高,而胚乳比整体低,随着小麦DON污染程度的加深,小麦各部位中的DON污染程度也逐渐升高。小麦胚部DON污染更为严重的原因可能跟胚芽的生命活动有关,如孙宝胜[20]发现DON含量存在随小麦生芽粒含量升高而增大的趋势。由于胚是生命体,营养成分丰富,在胚萌动、生芽等过程,种皮会隆起和破裂,相比籽粒其他种皮和果皮紧密覆盖的部分,胚部营养丰富,生命活动旺盛,真菌等微生物生长繁殖较快,更易积累DON等次级代谢产物,因此DON含量比胚乳部位更高。不同污染水平下,污染更严重的小麦籽粒,表面可能有更多产毒真菌群和更持久、旺盛的微生物活动,因此胚部受到更严重污染。小麦籽粒因微生物活动、外力作用而严重损害胚部,胚部掉落后,暴露的胚乳加剧真菌的感染。由此可见,应考虑安全因素,如果小麦整体DON含量较高,胚芽中的DON含量不应忽视,制成胚芽粉或将其作为面粉生产原料会增加产品DON超标风险。
2.5 小麦虫蚀粒中DON的污染特性分析
小麦在储藏过程中可能受到不同蛀蚀性害虫侵害,主要害虫有麦蛾、玉米象、谷蠹等[31]。本实验发现,小麦籽粒在受到害虫蛀蚀初期1 个月内的籽粒损害如图4所示。表9为相同的小麦样品(扬麦14)在同一时期内被麦蛾(幼虫)、玉米象分别蛀蚀后DON含量变化。被麦蛾幼虫蛀蚀的小麦颗粒,胚几乎全被蛀蚀或掉落,蛀蚀后DON含量显著降低,而被玉米象蛀蚀的小麦颗粒,胚乳受损而胚部普遍完好,蛀蚀后DON含量变化不明显。
图4 2 种虫蚀粒类型Fig. 4 Two types of injured grains
表9 小麦蛀虫蚀粒的DON含量Table 9 DON contents in different types of injured grains
不同小麦蛀虫蚀粒中DON污染有不同的变化趋势,但目前鲜见小麦不同虫蚀粒中DON污染特性的相关研究,张玉荣等[32]研究玉米象侵害后小麦的品质变化,发现水分含量略微升高,小麦感染玉米象前45 d小麦千粒质量与无虫小麦相比略有下降,其可能导致小麦受玉米象侵蚀初期DON变化不明显。由于玉米象主要蛀蚀胚乳,其中DON污染水平比小麦整体DON污染水平低,虽然DON随一部分胚乳损失而减少,但千粒质量的略微降低使DON变化趋势并不明显;而受到麦蛾幼虫侵害的小麦籽粒,由于首先侵害胚部,其中DON污染水平显著高于胚乳,胚部蛀蚀而缺失后,造成整体DON污染水平显著降低。此外,小麦也可能受其他种类的害虫蛀蚀,而虫蛀后期随着虫蛀程度进一步加深,虫口密度增加,千粒质量呈进一步下降趋势,胚和胚乳大量损失,麸皮相对含量增加,真菌在水分含量升高、胚乳暴露时活动加剧,这些因素可能导致DON含量增加。
2.6 小麦籽粒粒面与内部DON含量分析
小麦籽粒外部有表皮、下表皮、种皮等结构包裹和覆盖,真菌污染时,先附着在外表皮,因此外表皮是保护胚乳的第一道防线。外表皮中DON含量的高低可反映小麦籽粒整体的污染程度。由于外表面直接与外界接触,因此可通过水提法提取粒面DON,而表皮内侧、下表皮、胚乳等内部组织中DON由于跟水隔绝,并不能被有效提取。本实验选取不同污染水平的小麦样品(扬 麦13),去除破损粒和虫蚀粒后得到样品A、B、C,测定DON含量,并通过颗粒直接水提法测定DON含量,小麦籽粒粒面与内部DON的污染数据如表10所示。
表10 小麦籽粒粒面与内部DON含量Table 10 DON contents in the surface and interior of wheat grains μg/kg
小麦籽粒粒面DON含量占籽粒整体DON含量的35.2%~52.1%,且随着小麦整体DON污染程度加深,粒面DON含量占比升高。说明随着真菌污染程度的加深,DON在表面的积累速度超过了向内污染的速度。虽然籽粒内部DON污染无法通过物理手段有效降低,但通过水洗就可快速将粒面DON去除,达到DON防控和降低DON含量的目的。样品A、B的DON含量均已超过GB 2761—2017[10]规定限量要求,但水洗后,剩余部分DON含量均在限量范围之内,二者DON降幅可达35.2%~46.0%。
2.7 小麦胚乳结构中DON污染特性分析
小麦籽粒表皮不宜直接食用,主要可食用部分是呈粉质的胚乳,所以小麦传统的使用方式是加工成面粉。小麦制粉时外层的表皮、胚进入麸皮,靠近表皮部分的胚乳形成皮磨粉,靠近中心的胚乳则成为心磨粉,因此通过小麦制粉后测定各组成的DON含量可反映小麦胚乳各结构中DON的污染特征。本实验选取不同污染水平的小麦样品(包括扬麦13、14、20、23、24),分别测定磨粉制得大麸、小麸、皮磨粉、心磨粉中DON含量,结果见表11。
表11 小麦制粉后各组分DON含量Table 11 DON contents in milling fractions from lightly, moderately and heavily polluted wheat grains μg/kg
比较小麦和制粉加工后各组分DON的含量可知,胚乳不同结构中DON污染具有明显差异,大麸中DON含量均比小麦高,小麸中DON含量与小麦差异不明显,而皮磨粉和心磨粉中DON含量均比小麦低,心磨粉与皮磨粉相比DON含量更低。皮磨粉DON含量为小麦的47.3%~83.8%,平均为64.9%;心磨粉DON含量为小麦的43.3%~69.7%,平均为58.1%。大麸中DON含量为全麦粉的1.1~1.6 倍,平均为1.3 倍,小麸中DON含量与小麦基本持平。小麦粉各组成中DON含量差异也反映小麦胚乳中DON的污染规律,越靠近外层,DON污染越严重,越靠近籽粒中心,DON污染越轻。从表11可知,DON中度污染的小麦样品磨粉后得到的小麦粉DON含量可降至限量值1 000 μg/kg附近,因此实际生产中可通过制粉加工处理DON轻度污染的小麦,以降低DON含量[33]。
2.8 多种因素共同影响小麦DON污染特性的探讨
小麦的DON污染是动态过程,其影响机制十分复杂,外界气候、环境、虫害、病害发生情况,小麦的品种、产地、籽粒生长发育情况及储藏方式等因素均能对DON污染结果产生影响。限于篇幅,本实验仅对浙江生产的常见小麦品种在籽粒感染不同病虫害、破损粒型、籽粒粒径、部位、结构、内外层次等因素作用下DON污染特性进行分析,关于不同产地、品种小麦的污染差异、储藏条件的DON污染特性另作研究。针对特定产地和品种的小麦DON影响因素和污染规律可为小麦产区和小麦品种的推广选育提供一定参考。我国不同小麦生产区、不同的小麦品种DON污染特性可能也存在差异,因此实验对浙江本地常见小麦品种(扬麦)DON污染特性的研究结论可能并不适用于其他小麦产区或小麦品种,本实验研究成果的适用范围有待进一步研究。
本实验关于小麦不同粒型、粒径、部位、结构和内外层次等因素影响的DON污染特性研究是基于控制相关变量,如研究破损粒中DON污染特性需控制赤霉病粒的影响,研究籽粒不同部位DON污染差异以正常颗粒的完整籽粒为对照组进行研究。但实际生产受多种因素共同影响,最终结果可能会产生偏差。如正常情况下,胚乳DON含量比胚部低,但由于胚乳体积更大,更易发生赤霉病感染或破损,从而也可能造成DON含量高于胚部。因此实际检测需综合各因素对小麦DON污染结果的影响。
此外,关于小麦污染特性的研究结论是通过比较相同DON污染水平(轻度、中度、重度)的样品而得出,但实际检测的未知样品DON含量未知,则不能使用前述研究结论直接判断。如相同污染水平的小麦大颗籽粒DON含量显著低于小颗籽粒,但不同污染水平的高污染水平大颗籽粒DON含量仍有可能高于低污染水平的小颗籽粒。对于相同麦田、品种、收割时间的整仓小麦可适用于本研究结论进行判断。对于未知样品,通过DON整体污染水平的初筛,确定污染水平,并判断不同籽粒、不同部位的污染大致范围,以决定是否需要通过降低赤霉病粒、破损粒、小颗籽粒进行DON减控作业或留胚加工等。
3 结 论
本实验研究浙江生产小麦的DON污染影响因素、污染特性,结果表明影响小麦DON含量的因素有多种,其中赤霉病粒对DON具有显著影响;籽粒破损、颗粒粒径、虫蛀类型对DON污染程度也有影响,籽粒的不同部位和组成中,DON污染具有明显差异。DON含量与不完善粒含量呈显著的弱正相关,与赤霉病粒含量呈显著的强正相关,但不同小麦DON含量与不完善粒、赤霉病粒含量并不具有特定的线性关系;小麦赤霉病粒DON含量显著高于未染病粒。相同污染水平的破损粒DON含量显著高于完整粒,小颗粒DON含量显著高于大颗粒,胚部DON含量显著高于胚乳部分。小麦籽粒越靠近外层,污染越严重,越靠近胚乳中心,污染越轻。与小麦相比,制粉后麸皮中DON含量升高,而可食用的小麦粉中DON含量降低。
本实验将小麦划分为轻度、中度、重度污染水平进行分类研究,并系统地从不同粒型(完善粒与不完善粒,包括赤霉病粒、破损粒、虫蚀粒),不同粒径(大颗粒、小颗粒),不同部位(胚部、胚乳),不同结构(内、外部),内外层次(大麸、小麸、皮磨粉、心磨粉)对DON污染特点进行详细研究,特别是对赤霉病粒、虫蚀粒等不完善粒及不同粒径DON污染情况进行全新的研究和探讨,并通过统计分析,作出更全面、科学的结论。
小麦不同粒型、籽粒各部位DON的污染差异可以为毒素污染的防控和加工提供参考,生产中通过分级、分选操作,筛除赤霉病粒、破损粒、部分小颗粒能有效降低DON污染水平。通过水洗操作能大幅降低籽粒粒面的DON污染程度。制粉加工可获得污染程度较轻的小麦粉,而胚、麸皮等部位DON污染水平较高,应充分评估污染风险后加以合理利用。