真菌毒素物理降解的研究进展

2022-10-20李颖,张锐利

现代食品 2022年17期

1 真菌毒素

真菌毒素是真菌产生的有毒次级代谢产物，被真菌毒素污染的农产品不仅会威胁食品安全健康，还会破坏温带和热带农业系统中20%的农作物，造成每年约600亿美元的经济损失[1-2]。据调查发现，我国大部分地区的饲料及其原料中普遍存在真菌毒素污染[3]。真菌毒素潜伏于人们日常生活中，大多数真菌毒素通过不同的机制引起肠道损伤，如抑制蛋白质合成、抑制神经酰胺合成酶[4]，会导致肝脏、肾脏、中枢神经系统等靶器官受损伤[5]。为应对真菌毒素带来的危害和风险，许多国家已经建立了最大允许范围和指导水平[6]，我国在2017年颁布食品安全国家标准GB 2761—2017（表1）[7]，用来规范生产加工中真菌毒素限量，但被污染的作物产生毒素已是客观事实，通过可操作性强的物理手段降解真菌毒素成为研究热点。本文归纳了近几年国内外真菌毒素物理降解研究进展，讨论在食品加工过程中结合物理降解方法消除食品中真菌毒素的发展前景和未来挑战。

表1 真菌毒素限量标准表（GB 2761—2017）

2 真菌毒素的物理降解

真菌毒素污染范围广、污染途径多，对食品安全造成严重影响。真菌毒素化学性质（表2）不同降解效果也会有所差异，比较常见的物理降解有热处理、辐照处理、吸附剂吸附，通过对真菌毒素的结构进行破坏，从而使真菌毒素失活[8]。

表2 真菌毒素化学性质表

2.1 热处理

真菌毒素具有热稳定性，传统的暴晒、加热达不到降解真菌毒素的效果，需要通过较高温度的处理破坏真菌毒素结构[8]。经研究发现，过热蒸汽处理对黄曲霉毒素降解有明显作用，PUKKASORN等[9]以花生仁为实验对象，经同等浓度AFB1标准溶液污染，分别在350 ℃、400 ℃条件下处理40 s，花生仁中AFB1含量降低，相同处理时间下，400 ℃比350 ℃多降解16.16%，在高温环境下黄曲霉毒素结构更易被破坏。

同为热处理降解毒素，但不同热处理方法也会对实验结果造成影响。PLEADIN等[10]研究对象均为受OTA污染的香肠，比较了在190～220 ℃烘烤60 min、100 ℃烹饪30 min、170 ℃油炸30 min处理下OTA的降解率，结果表明焙烤处理效果最佳，OTA污染水平显著下降75.8%。

2.2 辐照处理

辐照技术是利用电离辐射对真菌毒素的化学结构进行破坏，从而达到毒素降解的作用，常用的电离辐射有60Coγ射线、电子束、紫外线等[11]。真菌毒素经辐照属于物理降解，不会在辐照期间对食品本身产生较大的温度影响，升温变化小可更大程度保留食品中的营养物质，并且射线穿透性强，可穿透食品来降解内部毒素，在一定范围剂量处理后近乎无残留物，对人体健康不会造成危害，是可以广泛应用于食品加工的高效、无污染的加工手段[12]。

2.2.1 γ射线辐照

γ射线是由放射性同位素60Co和137Cs获得，辐射分解是直接反应，是水分子分解成带正电的水自由基（H2O+）和负电的自由溶剂化电子（e-）。这些自由基的重组和交叉产生各种反应性物质，例如H+、OH-、H3O+和H2O2。这些自由基攻击任何成分细胞质和分解有机分子。羟基从糖和DNA链的4个碱基中消除氢原子，无法恢复这种损伤的细胞将会死亡[13]。NEILL等[14]研究表示，干燥玉米中DON毒素在50 kGy辐照剂量条件下辐照具有稳定性，但在水溶液中辐照5 kGy时出现降解。

同等辐射条件下溶液中产生活性离子的数目相同，当毒素浓度低时同活性离子结合率高，辐照效果好，当毒素浓度高时需要提高辐照强度使之产生更多的活性离子与之结合，从而达到相同的降解效果。杨静[15]将不同初始浓度的伏马毒素B1经γ射线辐照，通过实验结果证明了初始浓度和辐照剂量呈正比的关系，辐照剂量同为10 kGy时低浓度0.1 mg·L-1的FB1高于高浓度1.0 mg·L-1的FB1降解效果，降解率高出16.2%。

近年来链格孢毒素降解成为新兴研究热点，相较于黄曲霉毒素、伏马毒素、呕吐毒素降解研究报道较少。闫璐等[16]采用60Coγ射线辐照溶液中TeA，通过HPLC检测TeA的含量，从而分析不同处理条件对TeA降解效果及规律，辐照剂量为20 kGy时TeA降解74.41%，当50 kGy时TeA被完全降解，从而证明γ射线对降解TeA有作用，为降解食品中链格孢毒素提供数据支撑。

2.2.2 电子束辐照

电子束辐照（Electron Beam Irradiation，EBI）是一种电离能，电子束能量射线是由加速器产生的，加速器可以连续产生光束，在处理辐照材料时引起电离，释放轨道电子，形成自由基，与核内物质相互作用，发生交联反应，破坏生物细胞中的DNA结构，产生辐照降解作用[17]。

ASSUNÇÃO等[18]探究了电子束对巴西坚果样品的影响以及对黄曲霉毒素的降解效果，样品经孢子悬浮液侵染后培养15 d，此时样品污染水平保持一致，电子束辐照剂量为5 kGy和10 kGy时黄曲霉毒素B1分别降低了53.32%和65.66%，感官评价表明，经辐照后巴西坚果样品的口感和香气未被破坏，研究证实辐照剂量小于10 kGy时，辐照过后的食品不会产生新的有害物质，对人体不会造成额外危害。

LIU等[19]采用EBI处理不同初始浓度的AFB1，对水介质中AFB1降解进行了研究，实验证明在选定的浓度范围内，AFB1的降解遵循伪一级反应动力学（R2＞0.95），对水溶液中AFB1降解产物做细胞毒性实验，EBI处理样品的致突变性和细胞毒性与未处理样品相比显著降低。

2.2.3 紫外线辐照

紫外辐射是一种非照明用的辐射源，利用相应的波长紫外线破坏细胞中的DNA分子结构，使DNA分子中相邻的嘧啶形成嘧啶二聚体，抑制DNA复制与转录从而阻止细胞的再生或死亡[20]。

李祖梁等[21]研究了链格孢毒素（AOH、AME和TEN）经UV-C辐照后的降解效果，在紫外灯功率为36 W、辐照距离25 cm、处理时间2 h后，通过HPLC检测毒素含量，AOH、AME和TEN分别降解了63.92%、16.10%、89.99%，该实验为后续链格孢毒素降解研究提供方法参考。

MAO等[22]采用UPLC-TQEF-MS/MS对经过紫外线辐照后花生油中AFB1的降解产物进行分析，并提出AFB1在紫外线照射下可能的降解途径，通过人体胚胎肝细胞活力试验测定，紫外线照射后降解产物的细胞毒性远低于初始AFB1，可归因于毒理学位点的破坏，该研究为紫外线降解AFB1的危害评估提供理论基础。

DIAO等[23]探究了紫外照射下苹果汁的品质变化和对棒曲霉素降解效果，结果显示，紫外线照射使苹果汁中的棒曲霉素在3.8 mW·cm-2的紫外线强度下暴露5 min后，使样品中棒曲霉毒素含量从99.42 μg·L-1显著降低至16.98 μg·L-1，低于国家限量标准，此外紫外线照射对苹果汁品质无显著影响，研究证明了紫外线照射降解苹果汁中棒曲霉素的有效方法。

2.3 吸附

物理吸附是利用分子间引力通过吸附剂对吸附质进行吸附，吸附剂与毒素稳定结合形成稳定的化合物，从而达到降解真菌毒素的目的，吸附效果与吸附剂总电荷数、电荷分布、颗粒大小及表面积相关[24]。吸附剂种类较多，主要分为活性炭、硅铝酸盐类、有机聚合物，吸附剂吸附毒素的效果由毒素性质所决定。例如，水合铝硅酸钠钙对黄曲霉毒素吸附效果明显，但不能吸附伏马菌素[25]。

活性炭具有不规则的排列结构及较大的比表面积，在去除苹果汁中棒曲霉毒素方面效果佳。YUE等[26]研究了海藻酸钙活性炭对苹果汁中棒曲霉素的吸附作用，通过HPLC测定棒曲霉素的含量，发现随着吸附剂剂量和温度的增加，棒曲霉素去除率也在增加，脱除苹果汁中69.46%的棒曲霉素需要1%的吸附剂。LEGGOTT等[27]研究了3种活性炭在不同的糖度水平和温度条件下吸附苹果汁中展青霉素的能力，蒸汽活性炭的性能相似性表明纯度和表面酸度不影响对青霉素的吸附，而化学活性炭受糖度影响，糖度水平越高则需要更高的活性炭剂量。

研究发现吸附剂在吸附毒素时受pH影响，适宜的pH会提高吸附率，PIROUZ等[28]使用磁性氧化石墨烯纳米复合材料来吸附被镰刀菌污染的棕榈仁饼，减少霉菌毒素的最佳条件为pH=6.2，在40.6 ℃下培养5.2 h。这时的T-2和DON分别减少37.17%和69.57%，在同等实验条件下T-2降低的较DON少，因为它具有中等的疏水性，T-2是一种不可电离的分子，吸附效果不强。

蒙脱石（Montmorillonite，MMT）是水铝硅酸盐构成的层状矿物，中间为铝氧八面体，上下为硅氧四面体所组成的三层片状结构的黏土矿物，在晶体构造层间含水及一些交换阳离子，有较高的离子交换容量，通过增大阳离子交换容量对MMT进行改性以达到对真菌毒素更高的吸附水平[29]。ZHANG等[30]研究了纳米蒙脱石（NMMT-STAB）对极性AFB1、弱极性ZEN和非极性DON的吸附能力，NMMT-STAB对AFB1、ZEN和DON的平衡吸附能力分别达到9.23 mg·g-1、9.33 mg·g-1和 2.13 mg·g-1，分别比原料NMMT增加1.36、4.81和1.92倍，表明制备的NMMTSTAB具有不规则的层状结构，具有丰富的孔隙和优异的表面性能，能有效达到吸附真菌毒素的目的。