粮食真菌毒素在储藏环节中的影响因素及控制*

蒋文佳 王燕鸿

(1 广西壮族自治区粮油质量检验中心 530031)(2 防城港中储粮仓储有限公司 450602)

粮食真菌毒素是粮食真菌在生长繁殖过程中产生的一类有毒次生代谢产物,是粮食污染物中毒性极强的一类生物毒素。粮食污染真菌毒素主要发生在田间生长、收获、储存以及加工等环节[1]。粮食在储藏过程中,如出现发热、霉变等情况,粮食将发生真菌毒素二次污染,严重影响粮食质量安全。真菌毒素污染是粮食领域最突出的质量安全问题之一,也是世界共同关心和需要攻克的难题。据联合国粮农组织(FAO)报告,全球每年约有25%的农产品受到真菌毒素的污染,造成的经济损失每年达数千亿美元[2]。我国是世界上受真菌毒素污染最严重的国家之一,受气候、环境及农户个体种植、储藏方式的影响,我国不同地区的小麦、玉米、稻谷等粮食谷物广泛受真菌毒素的污染,以长江流域和华南等高温高湿地区最为严重。据不完全统计,我国每年因真菌毒素污染造成的粮食损失超过粮食总产量的6%[2],严重影响我国粮油作物产品质量和食品安全。真菌毒素污染问题已成为我国粮食安全和食品安全的重要隐患,科学有效地做好真菌毒素的污染防控,已经迫在眉睫。我国是粮食生产和消费大国,粮食储备是我国重要的粮食安全战略,对保障国家粮食安全、促进国家经济持续发展起着重要作用。做好粮食储备管理,加强粮食在储存环节的真菌毒素污染防控,减少粮食在储存过程中的有害污染,确保储粮质量安全,为社会提供安全绿色粮食,对保障国家粮食安全和人民身体健康意义重大。

1 粮食中主要真菌毒素及其危害

1.1 粮食中主要真菌毒素

粮食真菌因其发生的环节分为田间真菌和储藏真菌两个生态群。我国储粮上常见的储藏真菌是曲霉和青霉,危害最大的是曲霉,主要有黄曲霉、灰绿曲霉、白曲霉、杂色曲霉、镰刀菌、黑曲霉、青霉等[1]。一些粮食真菌在适宜条件下能产生具有强烈毒性的次级代谢产物即真菌毒素,目前已发现有300多种化学结构不同的真菌毒素,其中对粮食危害最大的真菌毒素主要有黄曲霉毒素、赭曲霉毒素、单端孢霉烯族毒素、玉米赤霉烯酮、伏马毒素等。黄曲霉毒素和镰刀菌毒素被联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)看作是自然发生的最危险的食物污染物[1]。全球已有100多个国家对粮食中主要真菌毒素的限量作出明确规定,我国也制定了食品安全国家标准[3],规定了粮食中黄曲霉毒素B1、玉米赤霉烯酮、脱氧雪腐镰刀菌烯醇及赭曲霉毒素的限量指标,每年对库存粮食的黄曲霉毒素B1(Aflatoxins B1,AFB1)、玉米赤霉烯酮(Zearalenone;ZEN)、脱氧雪腐镰刀菌烯醇(呕吐毒素和Deoxynivalenol,DON)、赭曲霉毒素(Ochratoxin、OTA)等真菌毒素进行监测,以确保储粮安全。

1.2 粮食真菌及其毒素的危害

粮食真菌的生长繁殖不仅危害粮食品质和储粮安全,其产生的真菌毒素还严重危及人类和动物的健康和生命。粮食进入储藏阶段,在条件适宜的环境下,粮食真菌会迅速繁殖。由于储藏真菌以腐生菌为主,粮食生霉会导致粮温和水分逐步升高,粮食出现发热、结块,变色、变味,严重的将造成霉变霉烂坏粮事故。同时,霉菌分泌的水解酶,分解粮食中的脂肪酸、蛋白质和碳水化合物等有机物质,使粮食脂肪酸值上升,酸度升高,品质劣变加快,导致粮食的储存品质、食用品质和加工工艺品质下降,甚至完全丧失使用价值。粮食中淀粉和糖的损失,又使粮食重量减轻,粮食损耗增加,极大损害粮食安全。

由于一些真菌在生长繁殖过程中产生毒素,真菌毒素污染粮食后,可通过饮食进入人和家畜体内,对人体和家畜的健康产生各种不同的危害。研究证实,真菌毒素可以引起人类和动物的急性或慢性中毒,根据真菌毒素作用的靶器官,真菌毒素分为肝脏毒、肾脏毒、神经毒、光过敏性皮炎等,损害机体的肝脏、肾脏、神经组织、造血组织及皮肤组织等,黄曲霉毒素B1及部分镰刀菌毒素等真菌毒素已被证实具有致癌、致畸、致细胞突变的“三致”作用,严重危害人类生命健康[1]。

2 粮食真菌毒素在储存中的影响因素

影响粮食真菌生长繁殖及产毒的因素很多,这与它所处的环境密切相关。粮食在仓内储藏,与仓内环境形成一个密闭半密闭的储粮生态系统,粮食真菌的生命活动都受到系统中生态因子的影响,适宜的生态条件可以促进真菌生长、繁殖,增加产毒量,不适宜的生态条件会抑制真菌的生长产毒。影响粮食真菌生长繁殖的储粮生态因子主要有生物因子、环境因子及物理因子。

2.1 生物因子

2.1.1 粮食 粮食是粮食储藏生态系统生物群落的主体。我国储备的粮食主要有玉米、小麦、稻谷、大豆等谷物及豆类,这些粮食中含有微生物生长所需的丰富的碳水化合物、蛋白质、脂肪及无机盐等多种营养物质,是粮食真菌天然的培养基。当环境条件适宜,真菌就会在粮食籽粒上大量繁殖并产毒。粮食籽粒的物理特性和生理生化特性对微生物的生长繁殖有着极大影响,主要影响因素是粮食的水分、杂质、不完善粒等质量指标。其中,粮食的含水量对真菌的生长和产毒影响最大。粮食收获后,仍具有生命力,可进行呼吸等代谢活动。粮食谷物水分含量越高,粮粒呼吸越旺盛[4],产生大量的湿热,越利于真菌生长繁殖。另外,粮食中粉尘杂质多,易携带感染霉菌,不完善粒多,粮食籽粒破损,利于微生物生长侵染。

2.1.2 储粮昆虫 储粮昆虫是影响储粮安全的重要因素。在粮食储藏过程中,粮食感染储粮害虫,不仅给粮食造成损失,也会传播和促进储粮真菌的生长繁殖。害虫身体表面往往带有大量的霉菌孢子,通过在粮堆中的活动,将真菌传播到粮堆中,扩大真菌的感染,而害虫咬损粮粒造成伤口,更有利于微生物的侵染。粮堆内如发生严重虫害,储粮害虫大量繁殖,其生命活动产生的热量和水分将造成粮堆局部粮温和湿度升高,给微生物的生长繁殖创造有利条件,给粮食安全储存带来虫害和生霉双重威胁。

2.2 环境因子

环境因子是指储粮系统中的温度、湿度及气体组分等非生物因子。它们是影响微生物生长繁殖的三个重要环境因素,对微生物的生活生存至关重要。储粮微生物在适宜的温湿度环境中会加速其生长,超过其生长条件范围,生命活动将受到抑制,甚至引起死亡。

2.2.1 温度和湿度(水分活度aw) 储粮温度和湿度是影响真菌生长代谢及产毒最重要的环境因素。当环境温湿度适宜真菌生长时,其活性就会增强,真菌代谢速率和产毒量就会增加;当环境温湿度降低到一定程度,其活性和生物化学活性减弱,真菌代谢速率就会降低。储粮真菌大多是中温性微生物,其最适生长温度在25℃～35℃,最低生长温度在5℃～15℃,最适生长水分活度aw在0.95以上,最低生长aw在0.80以上。真菌产毒温度略低于最适生长温度,黄曲霉最适产毒温度为33℃,最适水分活度aw是0.93～0.98[1]。资料数据显示,黄曲霉毒素和镰孢霉毒素一般在湿度高的环境下产毒,小麦和玉米在成熟阶段如遇阴雨气候,容易感染赤霉菌而产生呕吐毒素和玉米赤霉烯酮。在温度25℃,相对湿度低于70%时,粮食微生物活性明显降低[5]。

2.2.2 气体成分 除了温湿度,储粮系统中的气体成分也是影响霉菌生长的重要因素。实践证明,在粮食气调储藏中,低氧环境不仅可以有效杀灭和防治储粮害虫,适宜的气体条件还能抑制粮食霉菌生长、存活和产毒[1]。闫春杰[6]的研究资料表明,在一定温湿度条件下,粮食水分在国家标准范围内,粮堆二氧化碳浓度在40%以上或氮气保持在99.5%时,对霉菌生长有较明显的抑制作用;粮堆氧气浓度在2%以下的缺氧环境下,对大多数好氧霉菌具有一定的抑制作用,当氧气浓度降到0.2%～0.5%以下时,好氧菌的生长受到明显抑制并至死亡,对霉菌的产毒起到很好的控制作用。

2.3 物理因子

仓房围护结构的好坏决定仓房的储粮性能。仓房的储粮性能主要包括仓房的防潮性、隔热性、通风性、气密性等。仓房的储粮性能不好,粮食易受外界湿热、虫害等不利因素影响,仓内粮堆稳定性差,储粮技术应用效果不理想,易出现虫害、发热等情况,为粮食真菌的生长繁殖创造有利条件。

3 对策与措施

3.1 严格控制入库质量

粮食原始质量良好,是控制真菌生长繁殖的基础。粮食入库时,对粮食的常规质量、储存品质、食品安全等质量安全项目应进行全面检测,长期储藏的粮食、油料质量应符合国家质量标准规定,对粮食的水分、破碎粒、生霉粒、杂质等质量指标应进行严格把控,重点将粮食水分控制在安全储藏范围内,杂质含量较高时应进行清理,对湿粮、霉粮以及严重虫粮,要禁止入仓,确保入库粮食质量良好,为安全储粮奠定良好的基础。中储粮[14]针对我国各地区主要粮食品种,研究制定了粮食安全储存水分及配套储藏技术操作规程,对玉米安全水分控制在13.5%～14.5%,小麦控制在13.0%～13.5%,粳稻控制在13.5%～15.0%,籼稻谷控制在13.0%～14.5%,目前国家也在制定各地区主要粮食品种安全储存水分,对合理科学把控粮食入库水分将起到较好的指导作用。

3.2 开展真菌毒素监测

加强粮食从入库、储藏到出库全过程质量监查检测,及时发现问题,采取有效措施消除储粮安全隐患,是控制霉菌发展的有效手段。通过对粮食微生物活性和粮食真菌毒素含量的检测,对储粮真菌毒素进行早期监测预警,并检验储粮技术应用效果,以指导仓储采取进一步储粮措施加以控制,对出库粮食的真菌毒素含量进行严格检测,防止超标粮食使用不当造成食用风险。当前,国际上对粮食真菌毒素的检测方法主要有酶联免疫吸附法和色谱分析法。随着真菌毒素检测技术的发展,真菌毒素快检技术逐步成熟,胶体金免疫标记层析技术已广泛应用在粮食收购和加工企业,可帮助企业快速了解粮食污染情况,具有监测效率高、易操作、成本低的特点,有效提高粮食企业对粮食真菌的管控能力。

3.3 改善储粮生态环境

3.3.1 控温控湿抑霉 根据粮食真菌生长产毒特性,在储粮实践中,可采取自然通风降温、谷物冷却、空调控温、内环流通风等控温控湿储粮技术,调节控制粮食水分及仓内、粮堆温湿度,使谷物的含水量控制在安全储存水分以下,仓温常年保持在25℃以下,粮堆平均粮温保持在20℃左右,仓湿保持在70%以下,达到降低粮食呼吸强度、抑制霉菌生长产毒的目的。黄淑霞[15]等研究了主要粮食品种储藏期间霉菌活动特性,表明安全储存水分的粮食在温度25℃、相对湿度(RH)75%环境下储藏,稻谷的微生物基本无活动迹象,小麦和玉米显示较弱的微生物活动。周铖[16]等研究南方沿海地区高大平房仓空调控温储粮,许一琦[17]等研究空调控温储粮技术应用,均表明,将仓温保持在25℃以下,粮堆平均粮温保持在20℃左右,能有效延缓粮食品质劣变,抑制储粮害虫繁殖。

3.3.2 低氧杀虫抑霉 粮食真菌大多是好氧型微生物,降低储粮环境中的氧气浓度,可有效降低粮食微生物活性,抑制霉菌的生长和产毒。目前储粮企业主要通过生物降氧或气调技术控制粮堆的氧浓度,以实现杀虫抑霉。生物降氧是在密闭储藏条件下,利用新收获粮食和微生物自身呼吸,降低氧气浓度。气调储粮是通过人为控制储粮环境的气体成分,破坏微生物生存、繁殖和产毒的环境条件,抑制霉菌代谢[1]。近年来,我国大力推行绿色储粮,用人工气调技术代替有毒药剂熏蒸,采用富氮低氧的储粮技术,将高浓度的氮气充入密闭粮堆内,改变粮堆正常大气的气体组分,将氧气浓度控制在0.2%～0.5%,或氮气浓度在99%以上,实现无毒杀虫抑菌,取得很好效果。闫春杰[6]、高素芬[18]的研究表明,将粮食水分控制在安全储存水分以内,粮温控制在25℃以下,氮气浓度在99%以上,或二氧化碳在30%以上,或氧浓度在0.5%以下,能有效抑制霉菌生长。

3.4 完善仓房储粮性能

储粮仓房是储粮生态系统的重要组成部分。良好的粮堆围护结构是确保储粮安全的前提。粮仓应能满足储粮防潮、防水、气密、隔热、通风、防止储粮有害生物危害等要求,减少不利环境条件特别是高温、高湿对储粮的影响[7]。目前我国储粮仓房主要有房式仓、浅圆仓、立筒仓、地下仓等仓型,仓墙主体多为钢筋混凝土结构,高大平房仓还设置安装有风道、仓窗及风机,具有较好的防潮、气密、通风性能。随着储粮技术的发展,氮气气调技术逐步推广应用,对仓房气密性提出了更高要求,一般要达到空仓气密性500 Pa半衰期不小于120 s[8]。黄祖亮[9]等研究了氮气气调储粮效果与仓房气密性的关系,表明粮仓五面密闭技术能解决仓房气密性不达标的问题。高温高湿地区对仓房隔热性能也有更高要求,我国华南、华东等粮库在仓墙内部或外部喷涂安装隔热材料,减少仓内外的热传递,有效延缓并减少气温对仓温和粮温的影响,提高了储粮的安全性。刘胜强[10]等分析了粮仓常用隔热材料应用情况,目前常用于仓房内外墙隔热的材料有聚乙烯板、聚氨酯板、发泡水泥板等,屋面板材主要有菱镁板、玻镁板等。吕旭[11]、马涛[12]和高彬彬[13]等的研究,表明硬泡聚氨酯、反光隔热材料及辐射制冷技术也在应用中取得良好隔热效果。

4 小结

粮食真菌毒素的危害涉及到粮食生产、收储的全过程。要保证粮食品质良好、食用安全,在加强田间粮食生产防护的同时,重视储藏环节管理,建立农产品真菌毒素综合防控的长效机制,对粮食的储藏生态系统采取有效的、系统的控制措施,是防止粮食二次污染,确保储粮质量安全的有效途径。

储粮系统中各生态因子对真菌毒素的影响是协调性的,要做好储粮真菌防控,必须构建储存环节全过程全方位的粮食真菌毒素控制管理体系,全面改善储粮生态系统。从改善储粮仓房条件,严格粮食入库质量,开展粮食真菌毒素监测,到综合科学运用低温、气调、物理和生物等各项绿色储粮技术,对储粮生态因子实施综合协调管控,抑制粮食真菌生长繁殖,减少有害生物危害,达到储粮质量安全的目的。