粮食与饮料中玉米赤霉烯酮控制技术研究进展.pdf

科技动态 食 饲料 中重 赤霉烯鳓 撞创援 研宽进展 尹青岗 - 王峰 赵国华 周洪杰 张庆芳 杨静 哈益明 1 中国农业科学院农产品加工研究所 2 西南大学食品科 学学院 中图分类号 ： $ 8 1 6 9 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 2 2 8 1 3 ( 2 0 0 9 ) 0 6 0 0 3 2 0 4 联合国粮农组织( F A O ) 2 0 0 2年资料显示， 世界 约有 2 5的谷物不同程度地受到霉菌毒素的污染。 而对饲料危害最严重的有黄曲霉菌、 镰刀菌和青霉 菌 3 种。其中， 黄曲霉菌产生的毒素主要侵害肝， 而 对家畜繁殖性能产生影响的主要是镰刀菌产生的玉 米赤霉烯酮毒素。玉米赤霉烯酮( Z le n o n e ， Z E N ) 又称 F 一 2 毒素， 是对人类和动物危害大的真菌毒素 之一。玉米赤霉烯酮最初由 s t o b 等( 1 9 6 2 ) 从污染了 禾谷镰刀菌的发霉玉米中分离得到， 是由玉米赤霉 菌、 禾谷镰刀菌、 黄色镰刀菌、 粉红镰刀菌、 三线镰刀 菌和木贼镰刀菌等多种镰刀菌所产生的具有雌激素 作用的真菌毒素， 主要污染小麦、 大麦、 燕麦和玉米 等农作物及动物饲料。玉米赤霉烯酮不仅降低农产 品和饲料品质 ， 使经济遭受 巨大的损失 ， 而且还可通 过污染或残留 Z E N的肉和乳等动物源性食品进入 人体， 对人类健康造成威胁。 1 国内外 Z E N污染现状 路戈等测定了 8 1 份小麦、 大米和玉米样品， 这 些采集的样品主要来 自北京、 河北和东北地区。检 测结果， Z E N的检出率为 1 0 0， 但多数样品的Z E N 含量较低， 其 中 7 6个样 品含量低于 3 0 g k g ， 占 9 5。只有 2 个来 自天津和张家口的大米样品中 Z E N含量较 高， 分别为 1 0 2 3和 1 2 5 8 t e e k s 。Z E N 的最适生长温度在 2 43 2 c c， 最适 湿度为 4 0。 我国多数地区雨量允沛， 相对湿度较高， 玉米等谷物 饲料极易在生产、 收获、 加工、 运输和贮存等环节受 到霉菌污染。王若军等( 2 0 0 3 ) 从华南、 华北和华中 收稿 日 期： 2 O O 9 0 2 2 6 基金项目： 农业部公益性行业科研专项“ 核科技农业应用” ( 项 目编号 ： 2 0 0 8 0 3 0 3 4 ) 通讯作者： 哈益明 3 2 饲科研究 H 昶 i ,lq i 弼 的饲料厂、 仓库及客户手中采集的 1 0 9个样品使用 酶联免疫法测定， 结果发现， 在玉米饲料和全价料 中， Z E N的检出率都高达 1 0 0， 分别超标 3 0 8 和 2 1 4。在蛋白质饲料中 Z E N的检出率高达 9 2 9， 超标严重。李荣涛等( 2 o o 4 ) 从全国4 8 个地 区采集小麦样本 4 8 份和玉米样本 3 3 份， 采用单克 隆抗体生物免疫技术和荧光光度仪测定。结果表 明， 小麦中Z E N阳性率为 1 0 0， 浓度范围0 0 1 4 0 4 7 0,w k g 。 玉米中 Z E N阳性率为 1 0 0， 浓度范 围0 0 1 8 0 7 3 0 m g k g 。 百奥明在 2 0 0 3 年 1 0 月一2 o 0 5 年 9 月对亚洲饲 料中所含霉菌毒素进行调查， 其中， 涉及 1 0 0 0 个区 域， 包括中国和韩国、 马来西亚、 菲律宾、 泰国和越 南、 印度、 孟加拉和巴基斯坦及澳大利亚和新西兰， 选取的样品共 9 7 0 个， 包括饲料原料( 如玉米、 豆粕、 小麦、 稻米和花生粕等) 及饲料。以 Z E N含量大于 7 0 rr 劝 阳性标准， 亚洲与大洋洲不同地区阳性 检出率分别为南非 3 2、 北非 4 4、 东南亚 2 4 和大洋洲 3 9。E M B i n d e r 在欧 洲和地中海地 区 取 1 5 0 7 个饲料和原样品进行分析， 北欧 Z E N阳性 检测率 2 6， 中欧4 6， 南欧和地中海地区2 3。 2 粮食与饲料中 Z E N的控制 通过检测技术的提高、 限量标准和去毒技术研 究方面对粮食与饲料中 Z E N含量进行控制。 2 1 检测 目 前， 检测 Z E N的方法有薄层层析法、 气相色 谱法、 高效液相色谱法、 高效液相色谱 一质谱联用 法、 微生物检测法和免疫学检测法等。 2 1 1 薄层色谱法 样品用三氯甲烷提取， 用色谱硅胶柱层析净 化， 甲醇 一三氯甲烷( 3 ： 9 7 ) 洗脱 Z E N ， 展开剂使用 乙酸 一 三氯甲烷、 乙醇 一 三氯甲烷或乙酸乙酯 一 苯， 其检出限为 3 0 0 n g g 。 2 1 2 E L I S A法 Z E N的 E L I S A检测方法，1 9 9 4年首次通过， 1 9 9 7 年最后作为 A O A C法定方法， 可检测玉米、 小 麦和猪饲料中8 0 0 n g g 的Z E N 。样品用 甲醇 一 水 ( 7 0 ： 3 0 ) 提取， 振荡 3 m i n ， 过滤并分析。酶标板用 Z E N单克隆抗体包被， 检测加样时需在微孔中混匀 液体， 较为费时费力， 免疫反应在常温下进行。 2 1 3 液相色谱法 ( L C法) L C 法用 2 5 0 m L三氯甲烷提取 5 0 g 样品中的 Z E N后， 用液 一液分配法将毒素分配到2的氢氧 化钠中净化。用柠檬酸中和后， Z E N被分配到二氯 甲烷中， 在硫酸钠中干燥， 此过程可有效去除提取 物中杂质的干扰， 纯化的残渣重新溶于 0 5 m L的流 动相， 即样品浓缩 2 0 倍， 这可检测玉米中较低浓度 的Z E N ， 其最低检出限为5 0 n g g 。 2 1 4 气相色谱串联质谱法( G C M S 法) S c h w a d o r f 等( 1 9 9 2 ) 研究的 G C M S 法灵敏度可 达 1 I 1 g g 。 2 2 全程控制 在粮食生产和饲料生产中， 控制和降低 Z E N对 粮食和饲料的污染水平， 降低 Z E N对人和动物的危 害风险。 2 2 1 粮食中Z E N的控制 在农业生产中， 防制粮食被真菌毒素污染， 可包 含 2 个方面的内容： 1 ) 收割前防止真菌对种子的感 染。2 ) 收割后对谷物的良好保存， 或对轻度污染作 物进行去毒处理。 2 2 1 1 收割前后控制 Z E N污染玉米 适时收割可适当减少最终毒素污染水平， 且较 早收割可降低 Z E N污染程度； 联合收割机的合理设 置也可避免毒素的污染， 由于土壤中含有镰刀菌孢 子， 故增高收割高度可有效降低此菌污染的威胁 ， 风 扇速度优化可有效进行田间净化， 不收割倒伏的作 物等措施都可一定程度地避免 Z E N的污染； 贮藏前 后粮食水分湿度的控制， 真菌的生长条件水分活度 必须大于 0 6 5 ， 故尽可能降低水分湿度， 可控制毒 素对粮食的再污染； 贮藏温度的控制也非常重要， 将 收割的粮食保存在一个绝热性良好的地窖里， 地窖 科技动态 温度与收割温度保持接近， 定时对堆积的粮食上下 倒翻， 既可避免温度局部过热， 又可降低湿度， 从而 减少 Z E N污染水平。 2 2 1 2 已污染玉米的去毒方法 降解粮食中Z E N的方法有物理方法、 化学方法 和生物技术。 1 ) 物理方法 对已污染 Z E N谷物 的物理 处理 方法 有 ： 剔 除 ( 剔除外表有损害的部分) 、 水洗、 脱壳、 热处理、 碾 磨、 辐照、 吸附剂吸附和压煮等。 F r a n k ( 1 9 7 0 ) 已证实， 射线对受污染的种子、 食 品和饲料中的真菌孢子有清除作用。A z i z 利用 7 射 线对水果中真菌毒素照射， 水果中普遍存在青霉酸、 展开青霉素、 环匹阿尼酸、 桔霉素、 赫曲毒素 a 和黄 曲霉 毒 素 B 1等 有 害 物 质， 在 辐 照 剂 量 为 1 5 3 5 k e y 时， 辐照样比未辐照样中毒素显著降 低， 当剂量达到 5 k ey 时， 辐照样未毒素检出， 在贮 藏2 8 c垢 ， 未辐照样毒素浓度远高于辐照样， 进而研 究了辐照对种子中烟曲霉毒素及其产毒菌串珠镰刀 菌的影响， 辐照剂量在 4 6 k ey 时， 小麦和玉米中 的镰刀菌生长受到抑制， 在 5 k ey 的辐照剂量下， 小 麦、 玉米和大麦 中烟曲霉毒素分别降解 9 6 6、 8 7 I 和 1 0 0， 而在 7 k ey 的剂量条件下， 小麦和 玉米中的烟曲霉毒素可完全降解。 2 ) 化学方法 毒素是一种化合物， 可用活性强或能与之发生 化学反应的物质来将其转变成其他物质， 从而达到 降解或除毒目的。用化学方法对毒素处理已有很多 文献报道， 对 Z E N的化学降解方法有臭氧处理、 双 氧水处理和碳酸钠浸泡等， 这些处理方法对已污染 的粮食作物中 Z E N的清除效果明显。M c K e n z i e 用 臭氧对 Z E N 进行降解， 用 I-I P L C 方法检测， 在 1 5 s 的 时问里可 1 0 0的降解 Z E N ( 低于高效液相检测 限) ， 并通过毒素生物感应器得知， 降解后的混合物 的毒性显著降低。A b d la 等用不同浓度的双氧水 对含 Z E N的玉米进行处理， 结果发现， 双氧水的浓 度、 温度和处理时间影响其降解效果， 在 8 0的条 件下 ， 浓度 1 0的双氧水对含 Z E N的玉米进行 处 理， 1 6 h后其降解率最高， 可达 8 3 9； 同样条件 下， 处理8 h 降解率则为 7 5。F a i f e r 提出， 用碳酸 钠处理谷物 中的 Z E N， 效 果 明显 。T r e n h o l m将 已被 饲料研究 l R L q E i N O 0 ， 2 嘎 3 3 科技动态 镰刀菌污染过的大麦浸泡在 1 m o l 碳酸钠中 2次， 每 次 3 0 m in ， 再放人蒸馏水中3 0 m i n ， 得到 Z E N的降解 率高达8 1。 3 ) 生物技术 利用生物技术可对 Z E N进行有效降解。M c l e a n ( 1 9 9 5 ) 曾报道， 但大家不甚了解 ， 直至最近， 奥地利 的H a n s e r 等发现， Z E N能扰乱植物根部细胞的细胞 壁结构， 是一个能抑制根细胞产生防御基因前信息 传递体系的感染因子。目前正通过 D N A基因芯片 进行详尽的基因解毒。S h a r k a w y 等报道， 某些微生 物可分解 Z E N ， 改变其化学结构， 达到降解 Z E N的 目的。M e g h a r a j 试验证明， 混菌培养可降解 Z E N 。 K u ip e r G o o d m a n证实， 通过微生物作用 Z E N在有机 土中埋藏 1 8 d 可完全被降解， 将 Z E N转化为Z O L和 z A L ， 主要产物为 a Z O L ， 其雌激素作用大于 Z E N ， 约为 Z E N的3 倍。由于微生物分解 Z E N要求的作 用条件很苛刻， 目前的许多研究都在筛选降解 Z E N 的特定基因， 然后转移到适应性强的稳定菌株中， 通 过大量繁殖来降解 Z E N 。B l a e k w e l l 等( 1 9 8 5 ) 在乙酸 取代的试验中发现， 有 9 个乙酸单位在首尾脱水缩 合中生成典型的聚醚酮。最近， 由于禾赤色镰孢菌 全基因组序列已公开发表， 如果以虚拟信息库解释 可发现 ， 有 1 5个聚醚酮合成酶基 因 ， 而玉米赤霉烯 酮生物合成基因即为其中之一。今后， 随着基因信 息的有效应用， 则有望从分子水平阐明玉米赤霉烯 酮的生物合成过程。 2 2 2 饲料中Z E N的控制 饲料中Z E N的控制主要有原料控制、 饲料成品 运输控制和饲料保藏控制 3 方面， 对这 3 方面进行 规范， 则可达到预防和降低 Z E N污染水平的目的。 1 ) 饲料原料储运和加工 。选择饲料原料时 ， 要 尽量挑选对霉菌敏感性低的， 饲料作物收获和储运 中要注意避免磨损、 压碎、 鼠啃和虫咬， 采购原料时 严格按国际标准及企业标准进行采购。及时清理已 被污染的原料， 使用原料严格按照“ 先进先出” 原则； 贮存饲料原料的仓库要通风、 阴凉、 干燥、 清洁且无 霉积料。堆放规范， 与窗壁保持距离 ， 贮存时间长的 要定期翻动通风。饲料制粒后易被畜禽消化， 同时 也易被霉菌污染， 颗粒料 比非颗粒料更易受霉菌的 污染。因此， 在生产颗粒料时， 一定要准确控制好蒸 气质量、 调制时间、 冷却时间和冷却温度， 并掌握好 3 4 饲料研究 m 冷却后颗粒料的温度( 一般料温高于室温 3 5 o C) 。 饲料贮藏库和加工车间必须保持清洁干燥， 以防止 霉菌的污染。饲料加工过程中及加工后， 应将所有 结块的和霉变的饲料从加工和处理设备中清除掉， 以避免其与新鲜饲料接触， 确保饲料质量。 2 ) 饲料运输时要保证车厢里无水且不潮湿。运 输时应盖上帆布一类的防雨用具 ， 为防雨水和 日晒 ， 卸车时要注意将最上层的饲料及被淋湿或破袋的放 在最后堆， 以尽早用掉。饲料运送需少量多次， 以便 畜禽采食新鲜无污染饲料， 饲料应在生产后 1 0 d内 被用完。 3 ) 适宜的饲料贮存环境应是低温干燥。饲料水 分与空气相对湿度会相互影响， 所以贮存饲料的仓 库应保持清洁、 干燥且通风， 并设法降低饲料的含水 量。在饲料原料入库时， 一般要求玉米、 高粱、 稻谷、 大豆、 饼粕、 麦类、 次粉、 糠麸类、 甘薯干和木薯干等 含水量小于 1 5， 棉籽饼 粕 、 菜 籽饼粕 、 向 日葵饼 粕、 亚麻仁饼粕、 花生饼粕、 鱼粉、 骨粉及肉骨粉等含 水量低于l 2。而饲料成 品的含水量 ， 在北 方 ， 猪 和鸡的配合饲料小于 1 5， 而南方小于1 2； 猪和 鸡浓缩饲料的水分含量在北方和南方分别低于 1 2和 1 0 。 2 3 标准 由于 Z E N污染谷物的种类非常广泛， 如小麦、 大麦、 玉米、 燕麦、 高梁、 黑麦、 小米及这些谷物的相 关产品； 因此世界各国也日益重视。为控制 Z E N对 人和动物产生的危害， 国际上关于玉米赤霉烯酮的 限量标准陆续公布， 在 2 0 世纪 9 0 年代， 食品添加剂 联合专家委员会( J F C F A ) 对玉米赤霉烯酮进行数次 的风险评估。J F C F A ( 2 0 0 0 ) 公布了人类对于 Z E N的 每天临时最大摄人量为 4 0 t-tg k g 体质量， 至 2 0 0 3 年 末 ， 已有 l 9个 国家制订 了食 品中 Z E N 限量 标准 ， J F C F A和欧盟 分别制定 了最大允 许摄 人量 ( A D I ) 。 截至 2 0 0 4 年， 已有 2 7 个国家或地区对 Z E N在食品 和饲料中的含量进行限制。2 0 0 6 年7 月 1日 欧盟实 施的 E E C 2 5 3 2 0 0 4法规 明确细分 了不包含玉米 的 未加工谷物、 谷粉、 快餐和早餐食品的 Z E N最大限 量为 1 0 0 、 7 5 和 5 0 tz g k g ， 还规定了以加工谷物为主 要成分的婴幼儿食品 Z E N最大限量为 2 0 g k g 。我 国2 0 0 6 年饲料卫生标准规定， 玉米类饲料中Z E N最 大含量为5 0 0 z g k g ， 而粮食卫生标准规定 Z E N含量 不超过 6 0 t c , k g 。 3 展望 Z E N的污染情况严重危及粮食与饲料安全， 直 接关系到人类健康， 控制粮食与饲料中 Z E N ， 降低 Z E N污染水平， 尽量减少人们直接或间接摄人 Z E N ， 保障人们健康； 通过提高检测技术， 降低 Z E N检测 最低限， 提高检测精密度， 为更科学地制定粮食与饲 料中Z E N限量标准提供依据， 为粮食国际贸易顺利 进行提供保障； 粮食收割时防止 Z E N污染和对受 Z E N轻微污染粮食去毒技术研究， 控制 Z E N污染粮 食水平； 对饲料原料、 成品运输和储藏过程中 Z E N 的控制， 降低牲畜对 Z E N的摄入， 同时控制了人类 摄入 Z E N的另一个途径 ， 保障人们健康。通过以上 多方面对 Z E N进行控制， 达到减少和降低人畜 Z E N 的摄入水平的目的， 保障人和动物的健康， 同时为粮 食与饲料中Z E N的控制体系的建立起到指引作用。 参考文献 1 S o n g s e r m s a k u l P ， S o n t a g G ， C i c h n a M a r k l M， e t a 1 De t e r mi n a t i o n o f z e a r ale n o n e a n d i t s me t a b o l i t e s i n u ri n e ，p l a s ma a n d f a e c e s o f h o me s b y HP L C AP C I MS J o u r n a l o f C h r o mat o g r a p h y B，2 0 0 6( 8 4 3) ： 科技动态 2 5 22 61 【 2 J B e r e k L ，P e t r i I B， Me s t e r h a z y A，e t a 1 E fi e c t s o f my c o t o x i n s o n h u ma n i mmu n e f u n c t i o n s i n v i t r oTo x i c o 1 I n V i t r o ， 2 0 0 1 ( 1 5 ) ： 2 5 3 0 3 路戈， 刘春霞 玉米赤霉烯酮单克隆抗体酶联免 疫测定方法的建立及初步应用 真菌学报， 1 9 9 6 ， 1 5 ( 4 ) ： 2 9 2 2 9 6 4 单妹， 许梓荣， 冯建蕾玉米赤霉烯酮对家畜繁 殖性能和人体健康 的影响 江西饲料 ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 2 83 0 5 S c h w a d o r f K， M u l le r H M D e t e r m i n a t i o n o f a and 3 一z e a r al e n o l a n d z e a r al e n o n e i n c e r e a l s b y g a s c h r o ma t o g r a p h y w i t h i o nt r a p d e t e c t i o n J C h r o ma t o g r ， 1 9 9 2 ( 5 9 5 ) ： 2 5 9 6 J e an P i e r r e J o u any Me t h o d s f o r p r e v e n t i n g ，d e c o n t a mi n a t i n g an d mi n i mi z i n g t h e t o x