花生中黄曲霉毒素去除方法研究进展.doc

黄曲霉毒素去除方法研究进展黄曲霉毒素(aflatoxin, AFT)是由真菌属的黄曲霉（Aspergillus flavus）和寄生曲霉（Aspergillus parasiticus）等产生的一类带有香豆素和双呋喃环的毒性代谢产物。已经鉴定的黄曲霉毒素有20多种，常见的主要有AFB1, AFB2, AFG1和AFG2(结构见图1)，在污染的农产品和食物中最常见的是AFB1。另外，AFB1的代谢产物黄曲霉毒素M1也是人们关注较多的一类黄曲霉毒素，但黄曲霉毒素M1通常存在于动物组织和体液中（如牛奶和尿液）。图1 四种黄曲霉毒素的结构式1黄曲霉毒素的理化性质黄曲霉毒素易溶于乙腈、甲醇、氯仿、二甲基亚砜有机溶剂，微溶于水，不溶于乙醚、石油醚和正己烷等1。黄曲霉毒素在酸性条件下比较稳定，在碱性条件下，可以破坏黄曲霉毒素的内酯环，生成易溶于水的香豆素盐而失去毒性。黄曲霉毒素对热稳定，在100下，20h也不被破坏，只有在268以上的高温下才裂解，故一般的烹调过程对黄曲霉毒素没有任何影响2。2黄曲霉毒素的毒性及危害黄曲霉毒素广泛存在于花生、玉米、小麦、大米等农产品中，尤其是在发展中地区，在高热高湿环境下由于贮存方式不当，这些农产品容易累积黄曲霉毒素。国际癌症研究机构于1993年将黄曲霉毒素划定为I类致癌物，其中AFB1是被公认的到目前为止致癌力最强的物质。黄曲霉毒素在体内主要分布在肝脏，人体长期摄入含有黄曲霉毒素的食物容易患肝癌3。最短在24周内就可以出现肝脏坏死、癌变、结肠癌、胃癌等，严重时可导致死亡，同时，黄曲霉毒素对其他多种组织器官也能造成严重损害，如肾脏，黄曲霉毒素的致癌、致畸、致细胞突变作用己被证实4。AFB1的毒性是氰化钾的10倍，砒霜的68倍，三聚氰胺的416倍。此外，黄曲霉毒素的致癌力是二甲基业硝胺的70倍，苯并芘（BHC）的10000倍5-6。3黄曲霉毒素的限量标准每年世界上约有25%的食物受黄曲霉毒素的污染，特别是花生、坚果、香料和谷物更易受黄曲霉毒素的污染。黄曲霉毒素危害性大、分布广泛、难去除，因此为了预防黄曲霉毒素中毒事件的发生，保障人们的身体健康和饮食安全，很多国家和地区都对农产品和食品中的黄曲霉毒素的含量作出了限量要求。如欧盟现行的AFB1的最高限量为2ng/g，花生、坚果、果脯和谷物中 (AFB1+AFB2+AFG1+AFG2)的总量为4ng/g7。我国国家标准GB2761 -2011食品中真菌毒素限量中对食品中AFB1限量做了规定：玉米及玉米制品、花生及其制品不得超过20g/kg；稻谷、糙米、大米、植物油脂（花生油、玉米油除外）不得超过10g/kg；其他粮食、豆类、发酵食品不得超过5g/kg；婴儿配方食品不得超过5g/kg。4黄曲霉毒素的去除技术霉菌的生长对环境的要求不高，可以在种植、贮运、加工等环节污染花生并产生毒素。花生一旦被曲霉污染并产生黄曲霉毒素，就必须经过有效的加工将其脱毒才能用于食品或饲料的生产。常用的黄曲霉毒素去除方法有物理法、化学法和生物法。4.1 物理方法去毒去除黄曲霉毒素的物理方法主要有水洗法、挑除法、吸附法、加热去毒法、辐射法等。在处理霉菌毒素时，对于易溶于水的霉菌毒素往往采用温热盐水浸泡法，这是一种经济安全的好方法，但黄曲霉毒素不溶于水并且对热稳定，所以用上述水洗法效果不太理想。黄曲霉毒素在玉米和花生等农作物中分布很不均匀，所以用水洗和挑除法很难去除大部分毒素(Anderson RA. Detoxification of Aflatoxin-Contaminated Corn. Southern cooperative series bulletin. 1983, (279): 87-90)在饲料中，加入水合铝硅酸钠钙、沸石、膨润土、活性碳等可以吸附大部分的黄曲霉毒素，甚至接近不含黄曲霉毒素饲料的水平。张国辉等在畜禽饲料中添加0.5%-1%水合铝硅酸钠钙即可消除或减轻黄曲霉毒素对畜禽的不利影响8。叶盛群等考察了两种不同霉菌毒素吸附剂对黄曲霉毒素的吸附脱毒效果，结果表明两种霉菌毒素吸附剂在体外对黄曲霉毒素B1均有较好的吸附脱毒能力；在体内均能有效降低奶牛乳中黄曲霉毒素M1的含景，并能提高奶牛产奶量(P<0.05)，对乳品质无明显影响9。黄达明等研究指出，加热可以减少花生中黄曲霉毒素的水平, 并随着加热温度和加热时间的增加, 毒素减少量也增加；黄曲霉毒素减少速率与样品最初被污染的水平有关（黄达明，林 琳，林克龙.加热对减少花生中黄曲霉毒素水平的作用. 中 国 油 脂，2006，31(7)：51-53。 Gomaa等研究发现在高温高压下处理黄曲霉毒素的效果明显好于常温常压E Gomaa MNE, Ayesh AM, Abdel Galil MM, et al. Effect of high pressure ammoniation procedure on the detoxification of aflatoxins. Mycotoxin Research, 1997, 13(1):23-34。由于AFB1广泛存在于污染的食品和饲料中，世界卫生组织已将控制食品中AFB1污染作为全球公共卫生管理的重要目标。电离辐射技术是一种能有效降解食品中AFB1的新型技术。用大剂量高压汞灯紫外线照射发霉的饲料能去除97%-99%的黄曲霉毒素，-射线的常用照射剂量为3-5kGy/h(胡兰.饲料黄曲霉毒素的研究进展，饲料工业,2001，22(3):20-22)。但强射线(紫外线和-射线)也会破坏营养物质的结构。黄曲霉毒素B1含量达41.0µg/kg以上的花生油经紫外光处理后，其含量下降至5.3-9.1µg/kg，符合国家标准（20µg/kg）；经处理后的油品中的过氧化值、折光指数和酸价变化不大，均符合国家标准(徐鹤龙等，2006)。花生油中2mg/kg的黄曲霉毒素B1在800 µw/cm2×30 min紫外照射剂量下可以完全降解，除了使花生油过氧化值显著增加( 在国标范围内) 外，花生油酸价、碘价、羰基值及维生素E及反式脂肪酸等微量成分并无明显变化，说明所选照射剂量对花生油成分分子的结构没有构成损伤，从而没有使油脂发生酸败等变质反应(刘睿杰，金青哲，陈波，王珊珊，李秋，毛文岳，王兴国.紫外照射去除黄曲霉毒素工艺对花生油品质的影响.2011,36(6):17-20) 。采用60Co射线辐照源进行辐照能有效降解甲醇-水溶液(V:V=60:40)中的AFB1，辐射剂量越大，AFB1的降解率越高，0.lmg/L的AFB1溶液在4kGy时降解率已经达到82.4 %，6kGy时降解率达到96.3。试验还证实，初始浓度越低，AFB1的降解越容易，0.1 mg/L的AFB1溶液在3kGy时降解率58.8%，l0mg/L的AFB1在6kG y时降解率58.8%（王峰.黄曲霉毒素B1的辐射降解机理及产物结构特性分析.中国农业科学院研究生院农产品加工研究所博士学位论文.2012.6）。利用等离子体处理黄曲霉毒素B1溶液，以黄曲霉毒素降解率为指标，研究了等离子体处理对黄曲霉毒素B1降解效果的影响，在作用功率200w、作用时间80s和极距3cm条件下，AFB1降解率可达51.67%。(董晓娜.等离子体法降解残留农药及黄曲霉毒素的研究.青岛农业大学硕士学位论文.2012.6) (2)化学方法去毒碱炼法：NaOH溶液能迅速水解黄曲霉毒素，反应生成邻位香豆素钠盐，这种钠盐能溶于水，可用水洗去除。用1 %NaOH水溶液处理含有黄曲霉毒素的花生饼1天，可使毒素由84.9 µg/kg降至27.6µg/kg。用1份被污染饲料，2份1 %NaOH溶液浸泡，煮沸1 -2 h后即可用于饲喂。盖云霞研究了弱碱高温处理法、H2O2处理法和不同过滤介质法对花生粕中黄曲霉毒素的去除效果，其中弱碱高温处理对原料中的黄曲霉毒素有较好的去除效果，花生粕经过121 , pH10, 60min处理，黄曲霉毒素的破坏率高达84.5%，对于不同的过滤介质，以活性碳吸附去毒效果较好，但同时氨态氮的损失率高达7.03%。氨处理法：将霉菌污染的饲料用塑料薄膜密封，加氨后封闭，氨与黄曲霉毒素B1发生脱羟作用，导致黄曲霉毒素B1的内酯环发生裂解，达到脱毒目的。梁俊平研究采用氨气熏蒸法降解花生及其制品中的黄曲霉毒素，当氨气浓度7%、熏蒸温度40 、时间48h、含水量25%时，黄曲霉毒素B1降解效果为83.5%(梁俊平.氨气熏蒸法降解花生及花生粕中黄曲霉毒素方法的研究.四川农业大学硕士学位论文. 2009.6)。对于含黄曲霉毒素在0.2mg/kg以下的饲料，采用氨的剂量为0.2%-0.4%；含黄曲霉毒素在0.2-0.5mg/kg之间的饲料，采用氨的剂量为0.5%-0.7%；含黄曲霉毒素0.6mg/kg以上的饲料，采用氨的剂量为0.7%-1.0%。如果密闭时间延长，剂量可相应降低(张国辉等，2004)。在欧美，氨处理法在饲料黄曲霉毒素脱毒处理中很常用；国内目前常采用常温、常压、不加湿的方法处理粮油作物，操作简便，脱毒效果好，有明显的经济和社会效益(房维堂等，1987) 。臭氧法：黄曲霉毒素B1和G1对臭氧敏感，臭氧剂量为l.lmg/L，室温5min内极易使其降解。而黄曲霉毒素B2和G2对臭氧有较强的抵抗力，要使其完全降解，臭氧剂量34.3µg/mL需50-60min。罗建伟等将拌和黄曲霉毒素B1的谷物放入熏蒸柜中，循环通入臭氧，熏蒸9h，结果显示，臭氧能够有效的降解和去除谷物中的黄曲霉毒素B1。谷物处理9h后，降解率超过90%（罗建伟等，2003)。不同的谷物在相同的条件下有不同的降解率，在稻谷中的脱毒效果最好，小麦和玉米次之。Prudente等报道，使用臭氧可以破坏AFT的化学结构并有效地去除AFT的毒性，降解率达92%； 其它化学试剂法：冯定远研究调查了六种化学脱毒剂对花生饼中黄曲霉毒素的去毒效果，试验结果表明，各种脱毒剂的去毒效果依次是：次氯酸钠、亚硫酸氢钠、氢氧化钠、氨水、尿素和氯化钠。(3)生物方法去毒传统的理化方法去毒都存在一些问题，如导致饲料中的营养损失，影响饲料的感官品质，有些方法所需要的设备价格昂贵等等；其次有些方法的反应机制是可逆的，黄曲霉毒素的毒性会重新出现，这些都限制了传统理化方法在实际生产中的应用。生物脱毒是一种有发展前景的方法，该法不但处理条件温和，不会破坏产品品质，有些还能增加产品营养价值，已受到广泛关注。 国内外生物法脱除黄曲霉毒素B1的研究主要集中在微生物菌株直接作用于黄曲霉毒素B1，以及把菌株产生的酶做成制剂作用于黄曲霉毒素Bl。Motomura等从糙皮侧耳中提取并纯化了1种几乎能完全降解AFB1的胞外酶。荧光检测表明，此酶作用于AFB1之后，AFB1的荧光强度明显降低，而苯环的裂解能降低或者完全消除AFB1的荧光。由此推断，此酶是通过裂解AFB1的苯环来达到去毒效果的（Motomura M, Tovomasu T, Mizuno K, et al. Purification and characterization of an aflatoxin degradation enzyme from Pleurotus ostreatus J. Microbiological Research, 2003, 158(3):237-242.）。李俊霞等人筛选出的NMO-3菌株降解AFB1能力达85.7%，经鉴定此菌为嗜麦窄食单胞菌，活菌制剂在2.56×1010 cfu/mL剂量以下不会引起急性中毒反应。用65%硫酸铵提取出的NMO-3菌株酶具有AFB1降解能力。（李俊霞，梁志宏，关舒，等.黄曲霉毒素降解菌株的筛选及鉴定.中国农业科学，2008，41(5)：1459-1463） 诺卡氏菌DSM 12676的细胞提取物与AFB1作用24 h后，降解了74.5%的AFB1。若培养基中AFB1的初始浓度为2.5mg/kg，分枝杆菌DSM44556T在30与之作用36 h后能去除20%-30%的AFB1，作用72 h后，检测不到AFB1;而经过这种菌的胞内提取物作用1h后的样品，AFB1含量减少了70%，8 h后完全检测不到AFB1(Liu DL, Yao DS, Liang YQ, ct al. Production, purification, and characterization of an intracellular aflatoxin-detoxifizyme from Armillariclla tabescens (E-20). Food and Chemical Toxicoloav.2001, 39(5): 461-466)。Alberts等人从红串红球菌的液体培养物中分离出1种胞外提取物，AFB1经这种胞外提取物作用72 h后，样品中只有33.2%的AFB1残留（Albcrts JF, Engclbrccht Y, Stcyn PS, ct al. Biological degradation of aflatoxin B 1 by Rhodococcus crythropolis cultures. International Journal of Food Microbiology, 2006, 109(1-2):121-126）。国内刘大岭研究小组发现从假密环菌(Armillariella tabescens)中提取的粗酶液可使样品中的黄曲霉毒素B1含量减少80%(刘大岭,姚冬生,黄炳贺,等.黄曲霉毒素解毒酶的固定化及其性质的研究.生物工程学报，2003，19(5)：603-607)。 王宁等(2009)从灰叶猴粪便中分离得到一株对AFB1有降解作用的橙红色粘球菌，并对菌株培养基和发酵产酶条件进行优化，在最佳发酵条件下，对AFB1的降解率达到78.2%（王宁，马秋刚，计成，等.粘细菌降解黄曲霉毒素B1的产酶条件优化J.中国农业大学学报，2009, 14(2): 27-31)。Guan等用香豆素培养基筛选出的嗜麦芽窄食单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）能降解黄曲霉毒素B1，降解率为82.5%，而且降解率受温度和pH的影响，Zn2+和蛋白激酶能抑制毒素降解反应，推测该菌降解毒素的成分为酶，并优化了其培养基及发酵条件（Guan S, Ji C, Zhou T, Li JX, et al. Aflatoxin B1 Degradation by Stenotrophomonas Maltophilia and Other Microbes Selected Using Coumarin Medium. Int. J. Mol. Sci. 2008, 9, 1489-1503 ）。Kankaanpaa和Tuomola研究认为，鼠李糖乳杆菌LGG吸附黄曲霉毒素B1后，其自身的吸附能力下降了5%-30%，但黄曲霉毒素B1与LGG形成的复合物较易从肠道中排出。Teniola等报道了4株具有降解黄曲霉毒素B1活性的菌，其中Rhodococcus erythropolis和Mycobacterium fluoranthenivorans菌的胞外提取物在30分别与毒素B1反应4h后，降解率都在90%以上，8h后基本检测不到毒素B1残留，还对胞外提取物在热处理和蛋白酶K处理后进行了解毒效果测定，发现降解率降低了，因此认为解毒机理是酶促反应。 利用固态发酵对饲料中有毒物质进行脱毒。目前一些研究表明某些菌株固态发酵能够有效去除饲料中的黄曲霉毒素。Armand等研究添加过硫酸铵对去除受污染谷物中黄曲霉毒素B1的影响，发现添加2.0%的过硫酸铵可以使毒素的量降低87%。从花生土壤和花生粕中分离得到的巨大芽袍杆菌(Bacillus megaterium)能去除黄曲霉毒素B1，并对其发酵条件进行了优化，黄曲霉毒素B1的最佳去除率为69.34%。（孙丰芹.固态发酵法去除花生粕中的黄曲霉毒素B1.江南大学硕士学位论文，2010.）曾凡正等利用发酵液提取粗酶来降解花生油中的AFB，并将这种酶反应引入到花生油的精炼工艺中。以添加AFB1为100 µg/kg的花生毛油为实验对象，取样l0g，去毒粗酶添加量100 µL，在NaOH添加量0. 025 %、磷脂酶A1添加量600 mg / kg 、40 下反应时间4 h 时，AFB1去除率高达81%，去毒反应后花生油的脱胶效果也达到精炼要求(磷含量降至13 mg/kg)。（曾凡正，高阳，李进伟，金青哲，王兴国.花生油生物精炼法去除黄曲霉毒素的研究.中国油脂，2012,37（1）：6-10）橙色黄杆菌的粗蛋白提取液在pH7的条件下能够降解22%-45%的AFB1，通过蛋白激酶K和DNase-I处理粗蛋白提取液等试验证实，降解黄曲霉毒素的粗蛋白提取液具有酶的特征。（Smiley RD, Draughon FA. Preliminary evidence that degradation of Aflatoxin B1 by Flavobacterium aurantiacum is enzymatic. Journal of food protection, 2000, 63(3): 415-418）筛选到高产漆酶的菌株平菇P1的降解AFB 1的能力与产漆酶的能力的关系呈很高的相关性，降解AFB1的能力随漆酶活性的升高而升高，随活性降低而降低。（王会娟.平菇降解黄曲霉毒素的研究.硕士学位论文.北京，中国农业科学院农产品加工研究所.2012.6）高温和高压处理可破坏部分AFB1，但仍有72.3 %的AFB1存在,；经乳酸菌30厌氧培养72 h，可使99.4%的AFB1得到破坏；经酵母菌30培养72 h可使83.4%的AFB1得到降解，且乳酸菌的处理效果显著优于酵母菌的处理效果（王玉，陈现伟.生物降解花生粕中黄曲霉毒素B1的研究.饲料研究，2012，（1）：80-81）。刘畅研究了22株益生菌对培养基中AFB 1的吸附能力，结果显示，14株菌能够吸附培养基中的AFB1，其中，活菌对培养基中AFB 1的吸附率介于0-35.66%，经热灭活的菌体对AFB 1的吸附能力介于8.57%-49.53%，表明热处理能够显著提高各菌株对AFB 1的吸附能力。经100 加热30min处理后，灭活的Y1对培养基中AFB 1的吸附率最高达49.53%。（刘畅. 益生菌对黄曲霉毒素B1吸附作用的研究. 硕士学位论文.北京，中国农业科学院农产品加工研究所.2010.6）Tripathi等研究了从大蒜中提取的过氧化物酶能有效的降解红辣椒粉中的AFB1，在AFB1浓度为31.5 nM，过氧化物酶活力为13.5 U/nM AFB1，处理时间为26 h时，AFB1的实际降解率达到70%。Tripathi S, Mishra H N. Modeling and Optimization of Enzymatic Degradation of Aflatoxin B1 (AFB1) in Red Chili Powder Using Response Surface Methodology. Food Bioprocess Technol, 2011, 4: 770780