亞洲和歐美地區霉菌毒素及其暴露風險分析

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(1.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所,農業農村部奶及奶制品質量安全控制重點實驗室,北京 100193;2.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所,農業農村部奶產品質量安全風險評估實驗室(北京),北京 100193;3.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所,農業農村部奶及奶制品質量監督檢驗測試中心(北京),北京 100193;4.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所,動物營養學國家重點實驗室,北京 100193)

霉菌毒素是一組化學結構多樣的次生真菌代謝物,其種類繁多(現在已知的霉菌毒素已經有300～400種)且分布廣泛,性質穩定,食物一旦被霉菌毒素污染便很難在后期的加工過程中去除[1-2]。因此,霉菌毒素在很大程度上影響了食物的產量和質量,從而造成嚴重的經濟損失[3-4]。常見污染食物的霉菌毒素主要包括黃曲霉毒素(Aflatoxins,AFs)、赭曲霉毒素(Ochratoxins,OTs)、玉米赤霉烯酮(Zearalenone,ZEN)和脫氧雪腐鐮刀烯醇(Deoxynivalenol,DON)。

亞洲許多地區大都以大米為主食,近年來隨著日益西化的生活方式,小麥的消費量也在不斷增加,但每年大米、小麥等糧谷類食物被霉菌毒素污染的現象屢見不鮮[5-6],糧谷類食物中霉菌毒素的暴露成為發展中國家糧食安全的主要威脅之一。歐美地區動物性食物消費量大,該飲食特點導致膳食中霉菌毒素的暴露主要來源于動物性食物,包括熱狗、火腿、午餐肉、紅肉及其加工制品等。研究表明食品中霉菌毒素的含量與當地的溫度、濕度、貯藏方式、加工方法和過程等息息相關[7],例如日本氣候溫和,農產品中可能會出現一些霉菌毒素,但不適合黃曲霉毒素的產生,該國AFs主要來源于從其他國家進口的花生、開心果、蕎麥、玉米、大麥和小麥等[8]。

全世界范圍內,人們通過膳食攝入霉菌毒素已經成為一種潛在的健康風險,其也愈來愈受到人們的關注。霉菌毒素是由霉菌產生的一類有毒次級代謝產物,普遍存在于農產品中,如玉米、小麥、大米及其制品等。如果攝入量超過安全閾值,就會對人類和動物產生嚴重的毒性作用,從而影響人類和動物的健康。研究表明AFs、OTA、ZEN和DON是值得關注的主要的霉菌毒素[9-10]。目前,有關于人群暴露于霉菌毒素相關風險的研究還不夠完善,本文以亞洲和歐美地區為代表,旨在比較兩個地區霉菌毒素的暴露量,并對亞洲和歐美地區膳食中霉菌毒素進行風險排序。文中依次對亞洲以及歐美地區膳食中的AFs、OTA、ZEN以及DON的暴露量進行概述,并首次對亞洲和歐美地區霉菌毒素的暴露風險進行較為全面的闡述,為兩地區進行膳食質量安全風險監測、風險評估提供參考。

1 黃曲霉毒素及其在亞、歐美洲地區的暴露風險評估

1.1 黃曲霉毒素

AFs主要由黃曲霉(Aspergillusflavus)和寄生曲霉(A.parasiticus)產生的具有毒性及“三致”作用的次級代謝產物。國際癌癥研究機構(International Agency for Research on Cancer,IARC)的毒理學研究表明,AFs(AFB1、AFB2、AFG1、AFG2)在人體中具有致癌性,被列為一類致癌物[3]。Egal等[11]報道西非(貝寧和多哥)90%的兒童由于攝入了AFs,其生長受到了嚴重的抑制作用,并指出暴露于高水平的AFs可導致急性黃曲霉毒素中毒,出現黃疸、水腫、消化道出血等癥狀。

1.2 亞洲、歐美地區的黃曲霉毒素暴露量及風險分析

AFs分布廣泛,存在于多種食物中,美國食品和藥物管理局(Food and Drug Administration,FDA)認為AFs是食品中不可避免的污染物[12]。在肯尼亞由于AFs的爆發而導致的急性肝中毒造成了至少39%的死亡發生率,死亡人數高達125人,對疫情相關地區的食用玉米樣本進行檢測,發現其中一半樣品中的AFB1含量超出了其在玉米中的限量(肯尼亞限量為20 μg/kg),3%～12%的樣品中AFB1的含量大于1000 μg/kg,少數樣品中竟高達8000 μg/kg[13]。盡管許多文獻都報道了全世界范圍內食品中AFs的發生,但關于人群暴露于AFs的數據并不多,相關信息仍然不足,難以準確地評估人群對AFs的暴露程度。

食品添加劑聯合專家委員會(Joint Expert Committee for Food Additives and Contaminants,JEFCA)和歐盟食品科學委員會(The European Union Scientific Committee for Food,SCF)沒有設定AFs的每日攝入耐受量(Daily Tolerable Intake,TDI),并指出即使日攝入量小于1 ng/kg·bw都可能存在肝癌的風險[14]。在亞洲國家,日本、黎巴嫩、中國的深圳、臺灣、長江六省等,AFs平均估計值低于1 ng/(kg bw·d)[15-19],土耳其和巴基斯坦成人的暴露量均低于1 ng/(kg bw·d),但兒童卻高于1 ng/(kg bw·d)[20-21]。韓國成人對于大米中AFB1的暴露量超過1 ng/(kg bw·d)[22],對于主食,應重新考慮最大殘留水平,對其允許水平應比其他食品更嚴格地加以限制。越南膳食中米飯和玉米中AFB1暴露水平高達21.7～33.7 ng/(kg bw·d)[23],存在較大安全風險。

在歐洲國家,除巴西外,AFs的暴露量一般低于1 ng/(kg bw·d)[36](表1)。巴西聯邦地區近些年來由于食物的商品化使得AFs的暴露水平大幅下降,而其他洲AFs的暴露主要來源于大米[24]。在法國的兩次膳食調查中,AFs的暴露量均低于1 ng/(kg bw·d)[25-26],且第二次AFs的暴露量顯著降低,說明法國膳食中AFs的暴露風險在逐漸降低。亞洲和歐美地區膳食中的AFs暴露量均存在超過TDI的現象,會對人類健康造成危害,存在安全風險,但歐美地區AFs的暴露風險小于亞洲。

表1 亞洲、歐美地區國家的AFs暴露量Table 1 Exposure content of AFs in Asian,European and American

注:ng/(kg bw·d):ng/(kg體重·天);N:樣本量;a:暴露量(ng/(kg bw·d))=AFs的含量(ng/g)乘以每日攝入量(g/d)/體重計算而得;TDS:總膳食研究;表2～表4同。

2 赭曲霉毒素及其在亞、歐美洲地區的暴露風險評估

2.1 赭曲霉毒素A

OTA是由曲霉屬和青霉屬的某些真菌菌種(P.verrucosum、A.carbonarius、A.niger和A.ochraceus)產生的一種真菌毒素[33]。動物實驗研究表明,OTA具有腎毒性、肝毒性、神經毒性、免疫毒性、致畸性和致癌性,在小鼠和大鼠中引起腎臟和肝臟腫瘤[34-35]。如果人類長期處在暴露于存在OTA的環境下,會引起尿路腫瘤和巴爾干地方性腎病發病率的明顯升高,研究證明OTA在腎臟和肝臟中具有致癌性,IARC在1993年將OTA劃分為2B類致癌物(可能對人類致癌)[36-37]。

2.2 亞洲、歐美地區的赭曲霉毒素暴露量及風險分析

OTA主要存在于谷物(小麥、玉米、大麥、燕麥、黑麥、大米和黍類等)、花生、蔬菜、豆類等多種農作物中,人類膳食中暴露OTA的主要來源是植物性食物,包括谷物及其衍生品、葡萄酒、葡萄汁、咖啡、啤酒、堅果等[24],其中咖啡中OTA的含量高達5 μg/kg[38]。

JECFA設定了OTA的TDI值為14.3 ng/kg·bw[14]。在亞洲國家,除了巴基斯坦外,OTA暴露的平均估計值均低于14.3 ng/(kg bw·d)的TDI[39](表2),其中長江三角洲地區兒童對于糧油中OTA的暴露量達到了13.9 ng/(kg bw·d)[40],約為成人的3倍,應當引起重視。作為重要的大米出口國之一,巴基斯坦在2012年出口了370萬噸大米[41],而研究顯示巴基斯坦水稻及其制品中OTA的暴露量達到24.2～24.7 ng/(kg bw·d)[39],已經超過TDI,會對人類健康造成危害,存在安全風險。

在歐美地區國家,OTA暴露最多的人群是嬰兒和兒童,但在所有情況下,估計值均低于TDI,不存在安全風險。亞洲和歐美地區膳食中OTA暴露的高危人群都是嬰幼兒和兒童,總體上,歐美地區人群OTA的暴露量小于亞洲人群。

表2 亞洲、歐美地區國家膳食中OTA的暴露量Table 2 Exposure to OTA in Asian,European and American

3 玉米赤霉烯酮及其在亞、歐美洲地區的暴露風險評估

3.1 玉米赤霉烯酮

ZEN(F-2毒素)是由多種鐮刀真菌通過聚酮化合物途徑合成的非甾族雌激素霉菌毒素[52],其在溫帶以及氣候溫暖的國家最常見,是全球谷類作物的常見污染物常見的真菌。ZEN(F-2毒素)的產生菌包括Fusariumgraminearum、F.culmorum、F.cerealis、F.equiseti,F.crookwellense和F.semitectum等[53]。ZEN及其代謝物能夠競爭性地與雌激素受體結合,從而產生生殖毒性[54]。研究表明ZEN能夠刺激人類乳腺中雌激素受體細胞的生長,誘導較高的增殖效應(PE=2.6)和相對增殖效價(RPP=7),促進乳腺癌細胞的增殖,增加乳腺癌的發病率[55];這些結果和其他流行病理學研究的結果共同表明ZEN增加了人類乳腺癌發病率的風險[56]。

3.2 亞洲、歐美地區的玉米赤霉烯酮暴露量及風險分析

ZEN在溫帶及氣候溫暖的國家中最常見,是全球谷類作物的常見污染物之一[53]。膳食中ZEN暴露的主要來源是谷物制品,特別是玉米及其制品。ZEN的穩定性較強,不會受到烹飪的影響,只有在堿性條件下高壓加熱才能減少其在食品中含量的1/3[3]。

JECFA設定了ZEN的TDI為500 ng/kg·bw[3]。在亞洲國家,許多研究報道了ZEN的毒性作用,但有關于膳食攝入與ZEN暴露的數據卻有限,難以準確地評估亞洲人群對ZEN的暴露程度。在調研的膳食暴露數據中,亞洲國家膳食中ZEN的暴露量均低于JECFA設定的500 ng/(kg bw·d)(表3),但中國長江三角洲兒童對于糧油產品中ZEN的暴露量卻高于250 ng/(kg bw·d)的TDI(EFSA)[40],數據表明亞洲國家膳食中暴露ZEN的高危人群是兒童及嬰幼兒。

表3 亞洲、歐美地區國家膳食中ZEN的暴露量Table 3 Exposure to ZEN in Asian,European and American

注:NA:未獲得相關信息。

在歐美地區國家,一些研究中報道了歐美地區主要國家有關于膳食攝入與ZEN暴露的獨立研究(表3)。與先前兩種霉菌毒素的暴露情況一致,嬰兒和兒童是暴露最多的人群,在法國的兩次膳食調查中,第一次和第二次兒童的ZEN暴露量分別為66和46.2 ng/(kg bw·d)[25-26],第二次暴露量明顯下降,說明兒童膳食中ZEN的暴露風險在下降。亞洲和歐美地區膳食中ZEN的暴露均不會對人類健康構成危害,但亞洲國家的潛在風險要大于歐美地區國家。

表4 亞洲、歐美地區國家家膳食中DON的暴露量Table 4 Exposure to DON in Asian,European and American

表5 亞洲和歐美地區膳食中霉菌毒素風險排序Table 5 Risk ranking of mycotoxins in diet of Asian,European and American

4 脫氧雪腐鐮刀菌烯醇及其在亞、歐美洲地區的暴露風險評估

4.1 脫氧雪腐鐮刀菌烯醇

DON主要由禾谷鐮刀菌(Fusariumgraminearum)、尖孢鐮刀菌(Fusariumoxysporum)、串珠鐮刀菌(Fusariummoniliforme)和茄病鐮刀菌(Fusariumsolani)等鐮刀菌產生。通過膳食攝入DON后,DON會與人體或動物的腦干后區嘔吐中樞的5-羥色胺受體及多巴胺受體相互作用產生催吐作用,因此又被稱為嘔吐毒素[68]。研究表明動物如果攝入被DON污染的食物或飼料后會出現一系列的不良反應,如奶牛產奶量減少,豬發生嘔吐、一些動物的生殖性能和免疫功能受到抑制等[69],人類的臨床癥狀包括口腔和胃腸道的壞死性改變以及嘔吐、腹瀉、厭食癥及血液學和免疫學疾病[70]。Pestka等[71]實驗結果表明DON能夠干擾人類和動物免疫學參數以及內質網中的蛋白質合成,并影響食物的營養吸收以及飼料的轉化。

4.2 亞洲、歐美地區的脫氧雪腐鐮刀菌烯醇暴露量及風險分析

DON是單端孢霉烯NIV、3-乙酰脫氧雪腐鐮刀菌烯醇3-Ac-DON、15-乙酰脫氧雪腐鐮刀菌烯醇15-AC-DON和HT-2毒素中研究最多的,也是世界上最常見的谷類污染物之一。DON主要污染糧谷類食品,如小麥、大麥、燕麥和玉米等,污染狀況與產毒菌株、溫度、濕度、通風和日照等因素有關[72],氣候溫暖的環境條件適宜真菌的生長及DON的產生。

JECFA(2001)和SCF(2002)均指出DON的TDI為1000 ng/kg bw[14]。數據調研顯示,印度人群對于谷物中DON最大暴露量達到了14200 ng/kg bw/d[73](表4),已經遠高于1000 ng/(kg bw·d)的TDI;在黎巴嫩的TDS中,DON的暴露量(1560 ng/(kg bw·d))[16]也高于TDI,均會對人類健康構成危脅,存在較大安全風險。

作為歐美地區許多國家最重要主食之一的小麥,是霉菌產生DON的主要基質。在歐美地區國家,嬰兒和兒童是DON暴露人口最多的群體,挪威和法國的嬰兒及兒童的DON最高暴露量估計數分別為834、451 ng/(kg bw·d)[25,59],塞爾維亞的小麥中DON暴露量估算值達到了1500～1700 ng/(kg bw·d)[67],遠超過了TDI,存在安全風險。歐美地區和亞洲膳食中的DON的暴露量均存在超過TDI的現象,因此都會對人類健康構成威脅,存在安全風險。

5 結語

本文主要對亞洲和歐美地區主要國家膳食中霉菌毒素的暴露量進行了論述,數據調研表明亞洲膳食中霉菌毒素暴露的風險大于歐美地區。亞洲國家膳食中暴露的AFs、DON和OTA存在安全風險,而歐美地區則是AFs、DON。值得注意的是,與之前調研一樣,除了AFs 外,DON的暴露量需要重點關注[2]。此外,亞洲和歐美地區膳食中霉菌毒素暴露的高危人群均為嬰幼兒和兒童,相關部門和負責人應引起重視,關注高危人群的膳食攝入,實時跟蹤記錄并收集相關數據,定期計算膳食中霉菌毒素的暴露量。關于膳食與霉菌毒素暴露的相關數據需要進一步完善,為下一步的風險評估提供基礎。同時,迫切需要開發更快速、精確、靈敏、經濟的方法來評估人類在該地區接觸到霉菌毒素的程度。