黃曲霉毒素脫除方法研究進展

王思強,王北朝,丁 璐,崔 譜,王長明

(1.黃山學(xué)院 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,安徽 黃山 245041;2.黃山綠康保健有限公司,安徽 黃山 245061)

黃曲霉毒素是一組化學(xué)結(jié)構(gòu)類似的二呋喃香豆素衍生物,主要有B1、B2、G1、G2、M1、M2六類。其中,黃曲霉毒素B1具有強致毒性、強致癌性和高誘導(dǎo)性,其毒性是氰化鉀的10倍,是砒霜的68倍,被世界衛(wèi)生組織規(guī)定為ⅠA類致癌物[1]。

2012年,蒙牛乳業(yè)(眉山)有限公司生產(chǎn)的一批次產(chǎn)品被檢出黃曲霉毒素M1超標(biāo)140%,該批次產(chǎn)品立即被銷毀。2015年,國家食品藥品監(jiān)督總局對來自93家企業(yè)的200批次花生油進行抽樣檢查,其中抽檢的兩批次樣品中發(fā)現(xiàn)黃曲霉毒素B1超標(biāo)。2017年,十大名茶之一普洱茶致癌事件再次被報道,普洱茶作為全發(fā)酵茶,在長時間的發(fā)酵過程中可能會受到黃曲霉毒素的浸染。黃曲霉毒素的污染成為全球食品和飼料行業(yè)的嚴(yán)重威脅因素,急需有效的脫除方法。本文綜述黃曲霉毒素脫除方法的研究進展,分析各類處理方法的優(yōu)缺點,以期為選擇、優(yōu)化黃曲霉毒素的脫除方法提供理論依據(jù)。

1 物理脫除法

1.1 萃取法

萃取法主要用于油料作物種子中黃曲霉毒素的去除,萃取溶劑有乙醇、水溶性丙酮、乙腈-水、己烷-甲醇-水等溶液。雖然采用萃取法去除黃曲霉毒素不會生成副產(chǎn)物,也不會破壞蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu),但是萃取法的成本太高,對樣品和溶劑的比例具有很精確的要求,且萃取后廢液的處理十分困難,這在一定程度上限制了萃取法的應(yīng)用。

1.2 加熱法

Farag等[2]將花生在微波功率是1.6 kW和3.2 kW的情況下分別加熱16 min和5 min,研究微波加熱對花生中黃曲霉毒素降解的影響。結(jié)果表明,黃曲霉毒素的降解率均高達95%左右。Raters等[3]研究發(fā)現(xiàn),多糖、蛋白質(zhì)等可以提升黃曲霉毒素B1的降解效果。樣品濕度較高有助于加熱法去除黃曲霉毒素,這是由于水在高溫下形成水蒸氣,而水蒸氣可加速毒素內(nèi)酯環(huán)的破壞。但是高溫加熱會使食品中蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,導(dǎo)致營養(yǎng)成分被破壞。研究證明,高溫加熱至200 ℃左右會使賴氨酸減少30%、蛋氨酸減少21%[4],因此加熱法不適宜大規(guī)模使用。

1.3 吸附法

凹凸棒、活性白土、活性炭、沸石和改性蒙脫石等吸附劑可有效去除菜籽油中的黃曲霉毒素。伴隨著黃曲霉毒素含量的增長,改性蒙脫石對黃曲霉毒素的吸附量顯著上升,最大吸附量可達140.76 μg·kg-1,脫毒率高達89.02%[5]。從蒙脫石中提取的鋁酸鹽鈉鈣(HSCAS)可提高其選擇吸附能力。研究表明,黏土類吸附劑能緩解黃曲霉毒素對肉鴨的毒害作用,而HSCAS能降低肉雞組織中的毒素殘留[6]。葉盛群等[7]研究指出,在體外試驗中活性炭對黃曲霉毒素的吸附脫毒效果很好,但是在體內(nèi)試驗中吸附效果很不理想,主要是因為活性炭吸附選擇性差。添加吸附劑是一種低成本的脫毒方法,有著較好的應(yīng)用前景,但吸附劑穩(wěn)定性較差,有待學(xué)者進一步研究。

1.4 輻射法

輻照技術(shù)是一種非加熱處理技術(shù),利用電離輻射和物質(zhì)相互作用的方式對食物進行優(yōu)化并去除其中的有害物質(zhì)[8]。王瑞琦[9]研究電子束加速輻照技術(shù),結(jié)果指出,在水中黃曲霉毒素B1的去除能力與輻射量有關(guān),同時受初始污染度和水分含量的影響。Rogovschi等[10]以電子束輻照降解椰子瓊脂中的黃曲霉毒素B1,結(jié)果顯示,在32.96 μg·kg-1的初始污染水平下,5 kGy輻照可使黃曲霉毒素B1降解率達75.49%。在輻照量相同的情況下,電子束相對于傳統(tǒng)的X-射線和60 Cor-射線輻照效率更高、脫毒時間更短。輻射法的優(yōu)點是不產(chǎn)生高溫,可保護食物中的營養(yǎng)成分,無化學(xué)殘留，無放射性和毒性,操作簡單,可用于規(guī)模化生產(chǎn)。

2 化學(xué)脫除法

2.1 堿處理法

在堿性環(huán)境下,黃曲霉毒素的部分化學(xué)結(jié)構(gòu)會被粉碎,毒性消失。梁俊平[11]使用低濃度的氨氣熏蒸花生,將溫度控制在40 ℃,熏蒸2天后,黃曲霉毒素B1的去除率高達83.5%。Rustom等研究發(fā)現(xiàn)，pH值是花生飲料中黃曲霉毒素降解的重要影響因素之一,堿性環(huán)境會加快黃曲霉毒素內(nèi)酯環(huán)的解環(huán)。但是堿處理法有兩個明顯的缺點,即脫毒率低和氨的殘留。

2.2 氧化處理法

黃曲霉毒素的分子結(jié)構(gòu)中含有呋喃環(huán)和內(nèi)酯環(huán),這是其產(chǎn)生毒性的主要原因。臭氧具有極強的氧化性,可有效破壞呋喃環(huán)的雙鍵[12]。林葉等[13]研究物料粒徑、臭氧質(zhì)量濃度和處理時間對臭氧去除黃曲霉毒素B1效率的影響,得到的花生粕中黃曲霉毒素B1的含量均滿足食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 13078—2001的限制要求(50 μg·kg-1)。

3 生物脫除法

生物降解法主要是利用微生物對食品中的黃曲霉毒素進行吸附和降解[14],該方法可避免使用有毒的化學(xué)試劑,處理條件溫和,不僅不會造成營養(yǎng)成分的大量流失,還可能增加食品的營養(yǎng)價值。

3.1 微生物吸附法

與物理吸附法不同,微生物吸附不受吸附劑的孔徑大小和接觸面積等影響。微生物吸附法的機理是微生物通過疏水相互作用以共價鍵結(jié)合黃曲霉毒素,然后隨人體新陳代謝排出體外。自然界中很多微生物都具有吸附能力,如益生菌細胞壁上的肽聚糖與黃曲霉毒素可以特異性結(jié)合,從而抑制其被腸道吸收。Gratz等[15]研究發(fā)現(xiàn)，益生菌LGG(Lactobacillus rhamnosus GG)可降低黃曲霉毒素在Caco細胞中的新陳代謝和運輸效率。Hernandez-Mendoza[16]等篩選出的干酪乳桿菌(Lactobacillus casei L30)對黃曲霉毒素有較高的吸附率,研究發(fā)現(xiàn)它們的復(fù)合物有優(yōu)良的穩(wěn)定性。Shetty等[17]研究證明釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)對黃曲霉毒素的吸附率最高可達53%,且酵母細胞壁上的甘露糖可以與毒素形成特異互補結(jié)構(gòu),在吸附毒素的過程中具有很重要的作用。Somaieh[18]等以受污染的開心果為原料,研究鼠李糖乳桿菌菌株GG和釀酒酵母對黃曲霉毒素B1的吸附作用。當(dāng)黃曲霉毒素B1的初始濃度為10 μg·kg-1時,鼠李糖乳桿菌菌株GG和釀酒酵母對毒素的吸附能力分別是35%和40%;初始濃度為20 μg·kg-1時,鼠李糖乳桿菌菌株GG和釀酒酵母對毒素的吸附能力分別是60%和70%。結(jié)果表明,黃曲霉毒素B1的初始濃度越高,鼠李糖乳桿菌菌株GG和釀酒酵母對其吸附能力越強。Sabran等[19]研究乳酸菌對黃曲霉毒素的吸附能力,結(jié)果表明，乳酸菌吸附黃曲霉毒素后形成一種復(fù)合物,這種復(fù)合物會隨著人體代謝排出體外。微生物吸附法具有局限性,主要適用于液體樣品,毒素和菌體的復(fù)合物穩(wěn)定性較差,脫毒時間長,脫毒不徹底。

3.2 微生物降解法

微生物降解法被認(rèn)為是最優(yōu)的脫毒方法,具有效率高、環(huán)保、安全、無毒害等優(yōu)點。微生物脫毒有兩大作用機理,一是微生物通過自身代謝產(chǎn)生的某些胞內(nèi)酶或是胞外酶將黃曲霉毒素的毒素基團降解成無毒無害的物質(zhì),然后被生物利用或是排出體外;二是生物酶可將黃曲霉毒素降解成其他組分。

3.2.1 細菌對黃曲霉毒素的生物降解

Lillehoj等[20]最早發(fā)現(xiàn)了橙色黃桿菌對液體中黃曲霉毒素有優(yōu)良的降解作用。Smiley等[21]進一步探究發(fā)現(xiàn)，橙色黃桿菌蛋白質(zhì)的粗提取物對黃曲霉毒素的降解率可達74.5%,而使用加熱失活后的蛋白質(zhì)對毒素的降解率僅為5.5%,經(jīng)過脫氧核糖核酸酶Ⅰ處理后的蛋白質(zhì)對毒素的降解率高達85.5%,但由蛋白酶K處理后,毒素降解率只能達到34.5%。Cserhti等[22]選擇了32株能夠降解黃曲霉毒素的紅球菌菌株,利用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)和發(fā)酵培養(yǎng)兩種方法進行檢測,其中,16株菌株的毒素降解率為100%,4株菌株的毒素降解率為98%。

3.2.2 真菌對黃曲霉毒素的生物降解

國外對生物降解法的研究開始較早,已發(fā)現(xiàn)多種可用于降解黃曲霉毒素的真菌。早在20世紀(jì)70年代,Detroy等[23]就提出了樹狀指孢霉可以破壞黃曲霉毒素B1的環(huán)戊烷結(jié)構(gòu)。后來,Cole等[24]研究發(fā)現(xiàn),少根根霉(Rhizopusarrhizus)可將黃曲霉毒素異構(gòu),從而降低毒性。Zjalic等[25]探究提出,白腐菌可能成為生物降解黃曲霉毒素的一種優(yōu)良資源。Hackbarte 等[26]研究發(fā)現(xiàn),在最佳條件下,里氏木霉(Trichoderma reesei QM9414)和米根霉(Rhizopusoryzae CCT7560)幾乎可以完全降解黃曲霉毒素B1。Shcherbakova等[27]研究發(fā)現(xiàn),在最佳條件下,莖點霉PG41(Phomaglomerata PG41)產(chǎn)生的高分子量的胞外霉對黃曲霉毒素的降解率可達78%。

陳儀本等[28]研究指出,黑曲霉(Aspergillus niger)胞內(nèi)提取物可以降解花生油中的黃曲霉毒素,在適宜的溫度、pH值、水分和處理時間等條件下,對黃曲霉毒素有高效的降解作用。張曉雪等[29]研究發(fā)現(xiàn),新型黑曲霉FS-UV1可以降解黃曲霉毒素,在中性模擬腸道實驗中,對黃曲霉毒素B1的降解率高達87.3%。但這種方法的缺點是胞內(nèi)提取物產(chǎn)量極低,操作過程復(fù)雜,且容易破壞活性。

4 結(jié)論

近年來,很多學(xué)者對物理、化學(xué)和生物脫毒技術(shù)進行了較為全面的研究,取得了一定的成果,但是現(xiàn)在的研究方向偏重于提高對黃曲霉毒素的降解效率,缺少對降解產(chǎn)物毒性和降解機理的深層次研究。目前,生物降解法是最優(yōu)的脫毒方法之一,其反應(yīng)條件溫和,不會對人和動物產(chǎn)生危害。隨著分子生物學(xué)、基因工程和酶工程等學(xué)科的快速發(fā)展,以生物酶降解毒素將成為今后的研究熱點。另外,隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的興起,抗黃曲霉毒素的玉米、大米、花生等相繼出現(xiàn),從采摘、處理、儲存、運輸各環(huán)節(jié)進行嚴(yán)格管理,可以很好地控制黃曲霉毒素的產(chǎn)生。

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