玉米油中主要真菌毒素去除方法研究进展

李慧玲，管 骁，孟祥昕，钱胜峰，常晓娇

（上海理工大学健康科学与工程学院1，上海 200093）

（国家粮食和物资储备局科学研究院2，北京 100037）

（江苏丰尚油脂工程技术有限公司3，扬州 225009）

玉米油，又称玉米胚芽油，是玉米胚芽经过系列精炼工艺制备的优质植物油脂。玉米油中的不饱和脂肪酸质量分数高达86%，其中亚油酸占比50%以上，除此之外，玉米油中还含有丰富的植物甾醇、维生素E等营养活性成分［1］。研究表明，长期食用玉米油可以在一定程度上减少胆固醇的吸收及合成，从而减缓动脉粥样硬化的产生［2］。随着玉米油消费量的不断增加，我国玉米油年产量已达到150 万t［3］。人们生活水平提高的同时，食品的质量安全愈发受到重视，真菌毒素污染玉米油引发的食品安全风险已成为关注的焦点之一。因此，如何高效去除玉米油中真菌毒素，确保质量安全水平，不断提升玉米油产业高质量发展，对于保障人民消费健康具有重要的社会和经济价值。

1 玉米油中真菌毒素的种类及污染现状

真菌毒素是由曲霉属、青霉属和镰刀菌属等丝状真菌产生的剧毒次级代谢产物［4］。目前已鉴定的真菌毒素有400 余种［5］，它们不仅可导致细胞毒性、免疫毒性、遗传毒性、生殖障碍、肝毒性、肾毒性等危害，还具有较强的致癌、致畸、致突变作用［6，7，8］。玉米是全球种植范围最广泛的粮食作物，在种植、收获、运输、储藏及加工环节，极易受气候、病虫害、不当的储藏条件等因素影响而受到真菌毒素污染［9，10］。污染玉米的真菌毒素主要包括黄曲霉毒素B1（AFB1）、玉米赤霉烯酮（ZEN）、脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）、T － 2 毒素、伏马毒素B1（FB1）、伏马毒素B2（FB2）、赭曲霉毒素A（OTA）等［11，12］。根据玉米油的生产工艺及不同真菌毒素的理化特性，玉米中的真菌毒素在经过压榨、浸提等环节后，ZEN和AFB1等脂溶性毒素不断积累，并富集于玉米毛油中，而DON和FB1等水溶性毒素随加工过程被部分去除，少量残留于玉米油中。因此，污染玉米油的真菌毒素种类和含量取决于真菌毒素的理化特性和原料的污染程度。目前，从玉米油中检测到的真菌毒素主要为ZEN［13］、DON［14］、FB1［15］、FB2［15］、AFB1［16］、OTA［16］、赭曲霉毒素B（OTB）［16］、黄曲霉毒素G1（AFG1）［16］、T － 2 毒素［13，17］、HT－2 毒素［13］、蛇形霉素（DAS）［13］、15 －乙酰基脱氧雪腐镰刀菌烯醇（15 －A－DON）［13］、α －玉米赤霉烯醇（α － ZOL）［18］、玉米赤霉酮（ZAN）［18］14 种，其中以脂溶性的ZEN和AFB1污染程度最高，部分真菌毒素的分子结构见图1。

图1 玉米中主要真菌毒素的分子结构

近年来，由于极端天气的频繁出现，我国玉米及其副产物中真菌毒素的污染形势非常严峻。张勇等［20］对2021 年我国广东、广西等16 个省份的1025个饲料及饲料原料样品中真菌毒素进行检测，分析表明，玉米副产物中AFB1、ZEN、DON 检出率分别为97.87%、97.34%、95.74%，ZEN和DON的最高值则高达4 282.68、6 386.61 μg／kg。柴彦军等［21］对我国11 省份玉米样品检测发现ZEN超标率为40%，最高值达到2 351.0 μg／kg。孟繁磊等［22］对2019、2020年吉林省280 份玉米样品进行真菌毒素检测，结果发现，FB1检出率高达97.9%，污染均值达到1 269.1 μg／kg。原料中真菌毒素污染的严峻形势导致植物油中真菌毒素的安全风险加剧。对部分地区市售植物油真菌毒素污染情况的调研发现，在山东省部分市／县采集的256 份食用植物油样品，AFB1和ZEN检出率分别为44.5%、72.1%，其中，玉米油中ZEN的检出率高达100%，最大值为437. 4 μg／kg［23］。何景等［24］在北京各区随机抽取的120 份小包装食用油样品中发现，AFB1和ZEN 的检出率分别为6.67%和17.50%，其中，玉米油中ZEN 的检出率达到70%，最大值为325.22 μg／kg。此外，有研究对我国市售玉米油产品中ZEN 含量进行检测，结果显示在159例样品中，ZEN 质量分数平均值为170.1 μg／kg，最高质量分数达1 950 μg／kg［25］。国外市场的玉米油同样存在真菌毒素污染情况，Zhang 等［16］抽取的16个美国市场植物油样品中，3 个玉米油样品均含有ZEN，质量分数分别为37、185、317 μg／kg，其中2 个玉米油样品同时受到T－2 毒素的污染，质量分数分别为7、10 μg／kg。Escobar等［16］对西班牙市场上25份精制玉米油中的真菌毒素检测发现，ZEN 检出率达到32%。

2 国内外玉米油中真菌毒素的限量标准

针对粮油中真菌毒素的污染水平和人体健康风险暴露评估，包括国际食品法典委员会（CAC）、欧盟委员会（EU）在内的全球多个国家和组织对玉米油等粮油中主要真菌毒素制定了严格的限量并强制执行（表1）。EU明确规定玉米油中ZEN的限量为400 μg／kg，FB1与FB2的总量不得超过1 000 μg／kg；美国食品和药品监督管理局（USFDA）规定，普通食品中黄曲霉毒素总量不得超过20 μg／kg；日本对于AFs（AFB1＋AFB2＋AFB3）限量较为严格，规定所有食品中AFs 不得检出；智利规定食品中ZEN的质量分数不得超过200 μg／kg；法国制定的植物油中ZEN和AFB1的限量分别为200、5 μg／kg；我国GB 2761—2017《食品安全国家标准食品中真菌毒素限量》中规定了玉米油中AFB1的质量分数不得超过20 μg／kg，对其他真菌毒素的限量标准也在不断制定中。

表1 国内外粮油中主要真菌毒素限量标准

3 玉米油中真菌毒素的去除方法

鉴于玉米油中真菌毒素的污染情况，国内外研究人员针对去除技术工艺开展了大量研究，部分去除技术已在生产中推广应用，市场反馈较好。这些去除方法主要分为三大类，包括物理、化学及生物去除法（表2）。

表2 玉米油中真菌毒素去除方法比较

3.1 物理去除法

3.1.1 吸附剂去除法

吸附剂去除法是利用吸附剂对真菌毒素进行吸附去除。目前，包括硅铝酸盐类吸附剂、有机吸附剂和活性炭在内的多种吸附剂已被深入研究并应用于不同类型真菌毒素的去除中［32］。其中，蒙脱石、高岭石和埃洛石等硅铝酸盐类吸附剂，因其具有较高的化学稳定性、绿色无毒、价格低廉、矿物丰富等优势受到研究人员的广泛关注［33］，但由于天然硅铝酸盐类吸附剂的吸附能力弱、吸附专一性差、吸附种类单一等缺陷，直接使用效果较差。因此，目前的研究重点多集中于硅铝酸盐改性吸附剂的开发和应用方面。赵雪松等［34］利用蒙脱石吸附去除玉米油中的ZEN，当添加量为0.6%时，玉米油中的ZEN质量分数由213.4 μg／kg 降至47.5 μg／kg，在有效降低玉米油酸价的同时不影响玉米油的过氧化值和风味。Hue等［35］利用改性黏土去除玉米油中的ZEN，在pH为3、添加125 mg三辛甲基氯化铵（TCMA）改性黏土条件下，对ZEN 的去除效果可达到90%以上。具有多孔结构、吸附性强和容量大的碳纤维材料活性炭，也被广泛应用于饲料中真菌毒素的去除。Hu等［36］研究了活性炭在玉米油脱色环节对ZEN的吸附效果及机理，结果表明，活性炭通过Π－Π相互作用与ZEN结合，从而去除ZEN，去除率超过83%，经过5 次再生和重复利用后，去除率仍保持在60%以上。黄伟峰等［37］也开展了活性炭对玉米油中ZEN的去除效果研究，其中H －1 活性炭（油脂专用活性炭）对ZEN的吸附能力最强，在最佳吸附条件（H－1 活性炭添加量2.5%、吸附温度80 ℃、吸附时间20 min）下，玉米油中ZEN去除率达到（87.11 ±0.64）%。陈金定等［38］通过活性白土、凹凸棒石、WY1 活性炭、WY2 活性炭分别吸附玉米油中的AFB1，去除率均可达到90%以上。目前真菌毒素吸附剂在饲料等领域的应用技术已趋于成熟，如Biomin公司的真菌毒素吸附剂饲料添加剂，主要成分为膨润土，可实现黄曲霉毒素的有效去除［39］。兰州化物所凹凸棒石玉米赤霉烯酮吸附剂实现产业化，该系列研究被列为兰州化物所重点突破方向之一［40］。

3.1.2 石墨烯去除法

氧化石墨烯（GO）是一种通过剥离和氧化两步法制备的碳基纳米材料，其基面和边缘富含多种富氧官能团（羟基、羧基、羰基和环氧基），GO具有特殊的碳原子层折叠的蜂窝晶格，这种特殊结构使得GO具有良好的延展性和表面吸附性［41］。虽然GO表现出强大的吸附性能，但其解吸附条件苛刻，因此，研究人员采用多种磁性纳米颗粒与其复合，为解决这一问题提供了新途径。González－Jartín等［42］研制了25 种磁性纳米结构材料，以去除液体食物基质中的真菌毒素。由生物聚合物和GO 组成的小于3 mm的球体，可以去除高达70%的AFB1。Bai 等［43，44］深入研究了经DDAB改性的功能化GO在不同温度、时间、pH条件下对玉米油中ZEN的去除效果。363.15 K时，功能化GO 对ZEN 的最大吸附容量（qm）为23.75 g／kg，与其他碳质吸附剂相比，该改性材料表现出了更好的吸附效果。使用石墨烯吸附玉米油中的真菌毒素，在吸附效率方面表现出优异的性能，但对于吸附过程中的非特异性吸附、玉米油中营养物质的损失、材料的回收效率等需要开展更为深入的研究。

3.1.3 热处理去除法

真菌毒素具有较好的热稳定性，较高的温度可以破坏部分真菌毒素的结构［45］。不同热处理如烘烤、油炸、巴氏杀菌和压力烹饪等可以一定程度的去除真菌毒素［46］。Sadeghi 等［47］评估了微波、油炸和烤箱烹饪对玉米油中ZEN（50、100、200 μg／L）的影响，利用高效液相色谱－荧光检测分析发现，3 种处理均可降低ZEN 的残留量，其中，微波烹饪10 min后，含有200 μg／L ZEN 的玉米油去除率最高，达到38%。植物油精炼工艺中，经高温、高压、高真空条件下的水蒸气蒸馏，可以去除油脂中游离脂肪酸等臭味成分，实现脱臭并使油脂澄清透亮。裴娅晓［48］研究了蒸馏脱臭对玉米油中ZEN 的去除作用，结果表明，将脱臭温度从210 ℃提高至270 ℃、100 min后，玉米油中ZEN 的去除率由36. 38%提高至99.00%，ZEN 的残留量从4 920. 32 μg／kg 降至77.24 μg／kg。因此，玉米油经高温处理可以实现部分真菌毒素的去除，但高温条件下真菌毒素的去向及产物安全性、高温过程造成反式脂肪酸和缩水甘油酯等风险因子的产生、植物甾醇和维生素E 等营养物质的损失以及因高温带来的能耗提高等问题也需要进一步评估。

3.2 化学去除法

3.2.1 碱去除法

在碱性条件下，ZEN、AFB1等真菌毒素结构中的内酯环易被打开。例如AFB1在碱性条件下，内酯环断裂，生成邻位香豆素钠盐或铵盐，经水洗后可降低毒性［49］。因此，可以通过添加适量的碱去除玉米油中的AFB1等真菌毒素。孙长坡等［50］发明了一种工业化去除玉米油中ZEN 的方法，在毛油精炼工艺的碱炼脱酸环节将毛油的pH至9 ～10，随后可通过高速搅拌和离心实现ZEN 的有效去除，使玉米油中ZEN的质量分数降至60 μg／kg 以下。刘玉兰等［3］以玉米毛油为原料，优化了碱液浓度、超量碱、碱炼时间以及碱炼温度等参数，使玉米油中AFB1的去除率达到90%以上，AFB1的残留量从73.35 μg／kg 降至5 μg／kg以下，低于我国玉米油中AFB1质量分数不得超过20 μg／kg的限量标准。Ma 等［51］针对玉米油的制油工艺，研究了精炼各环节对ZEN 的去除效果，相较于脱胶（23.90%）、脱色（10.73%）和脱臭（0.55%），碱处理环节的去除效果最好，达到64.82%。此外，pH和温度是影响ZEN 去除效果的关键因素，在碱性条件下，ZEN 的内酯键易形成可逆水解、断开，当温度由30 ℃升高到80 ℃时，ZEN 的去除率可从67.07%提高到87.88%（P ＜0.05），但当反应体系恢复到中性环境时，ZEN 的内酯键水解程度大大降低，中间产物倾向于向酯化反应方向进行，因此，即使在80 ℃下，玉米油中ZEN的去除率也降低为61.23%，而在30 ℃下，ZEN的去除率迅速降低，几乎为零。碱炼脱酸是食用油精炼生产中的一道重要工序，具有脱除游离脂肪酸、悬浮杂质、脱色、脱胶等作用，在脱酸的同时利用碱液去除油脂中的真菌毒素是目前食用油工业生产中应用较为广泛的方法。但大量添加碱液，在去除毒素的同时也会过度中和油脂中的脂肪酸，从而增大油耗，降低得油率；而且在过度碱炼、皂化的过程中，易造成维生素E和植物甾醇等营养成分的大量损失；更为重要的是，当精炼环境的pH下降时，ZEN的开环产物将重新酯化形成ZEN。因此，该方法的使用，需要综合考虑玉米毛油中真菌毒素污染情况、营养物质损失、油耗等方面因素，兼顾质量安全与经济效益。

3.2.2 光催化去除法

光催化是经过紫外光、γ射线、微波、红外辐射等方式作用下，固体材料吸收光子引起的化学反应（光催化剂）［52］。其机理主要是催化剂吸收光能后，发生电子跃迁，生成电子－空穴对，使得光催化材料表面吸附的分子发生氧化还原反应。此外，该过程形成的不同活性自由基，如超氧化物、羟基自由基和过氧化氢可作为氧化剂，与真菌毒素分子相互作用，从而有助于真菌毒素的去除或将其转化为无毒、低毒产物，如小分子有机酸、CO2和H2O［53］。纳米TiO2作为一种常见的光催化剂，与普通半导体材料相比，在化学稳定性、安全性、使用成本、可重复利用等方面更具优势，在光催化领域具有广阔的应用前景［54］。Sun等［55，56］制备了磁性石墨烯氧化物／TiO2纳米复合材料，用于去除玉米油中的AFB1。经紫外可见光照射120 min后，玉米油中的AFB1去除率高达96.4%。钨酸铋（Bi2WO6）作为一种具有可见光捕集功能的典型Aurivillius 化合物，由于其独特的晶体结构、良好的光电化学活性和足够的活性位点，是理想的催化剂材料。Yang 等［57］通过氯离子辅助水热反应和H2／Ar煅烧合成了缺氧Bi2WO6超薄层（BWO －U），在可见光照射下，BWO－U可在2 h内去除玉米油中90.4%的ZEN，并对玉米油品质没有显著影响。光催化利用可再生光源进行真菌毒素的去除，操作方便且经济高效，但目前的研究报道显示，合成的光催化材料大多为不可回收的粉末，若应用于食品介质中，其安全性需要进一步考量［58］。

3.3 生物去除法

生物去除法是利用生物酶类将真菌毒素降解为低毒甚至无毒产物。降解酶的作用方式与其自身催化功能及真菌毒素的官能团有关，主要为去环氧化、去乙酰化、糖基化、水解等作用［59］。随着研究的深入，多种真菌毒素降解酶被相继发现并展开更为深入的研究。El － sharkawy 等［60］报道粉红黏帚霉（Gliocladium roseum，NRRL 1859）可将ZEN转化为无类雌激素毒性的代谢产物1 －（3，5 －二羟苯基）－10’－羟基－1’反式－十一碳烯－6’－酮。该反应主要在水解酶的作用下，使ZEN的内酯键打开，形成的中间产物自发脱羧形成最终不可逆的降解产物。Liu等［61］发现在真菌（Armillariella tabescens）中存在可降解AFB1的多酶复合体系，随后分离获得能够降解AFB1的黄曲霉毒素氧化酶（AFO），该酶主要作用于AFB1的二呋喃环，从而破坏AFB1的分子结构。Chang等［62，63］通过系列优化，利用毕赤酵母分泌表达的ZEN降解酶，将其应用于玉米油精炼过程中的ZEN 去除工艺中，酶解后，ZEN 的质量分数由1 257.3 μg／kg降低至13 μg／kg（残留率为3.69%），较之酶解前，玉米油中总生育酚和植物甾醇含量无显著差异。Zhao等［64］制备的ZEN水解酶制剂，通过单因素和响应面优化实验，结果表明，在39.01 ℃、pH为8.08、酶质量分数为44.7 mg／kg 条件下，经过3.9 h反应后，ZEN 的降解率达到94.66%。同时，ZEN的不同初始浓度也影响其去除速率，ZEN 初始含量越高，降解的速率越快。生物酶法降解相较于物理和化学去除方法具有更好的专一性、高效性、可重复性且更加的安全绿色［65］，但目前实现产业化的真菌毒素降解酶制剂产品较少，相关研究亟需深入探索。

4 总结与展望

玉米油中真菌毒素污染给人体健康带来极大的安全风险，近年来，越来越多的科研人员致力于开发不同方法以实现玉米油中真菌毒素的有效去除，并取得良好效果。然而，基于玉米油中真菌毒素的去除仍存在一定的局限性，其中，物理和化学去除法在真菌毒素去除过程中易造成玉米油中营养组分的损失、去除效果不稳定及二次污染等问题。比如使用吸附剂去除真菌毒素极易受到环境、解吸附等因素影响致使吸附效果不稳定，且因吸附的专一性差，导致维生素E 等营养物质的大量流失。碱性电解水、电磁辐射等方法因其安全、环保等特点在其他植物油真菌毒素去除中得到应用，但尚未应用于玉米油中。相比之下，生物酶法降解真菌毒素具有高效性、专一性、绿色安全等优点，在合适的条件下甚至可以实现真菌毒素的完全去除。

随着我国玉米油产业的蓬勃发展，真菌毒素引起的安全风险也被广泛认可，玉米油中真菌毒素安全、高效去除技术的开发及应用迫在眉睫。针对现有真菌毒素去除方法，未来玉米油中真菌毒素的去除研究还需迎接很多挑战，比如：1）进一步开发具有真菌毒素高特异性的吸附剂；2）探索更多真菌毒素有效去除方法；3）对真菌毒素降解酶新酶的资源挖掘、功能修饰、理性设计、产物安全性及降解机制等研究的进一步扩展和延伸；4）探索多种方法协同作用实现玉米油中真菌毒素去除。