嘔吐毒素污染對小麥質量安全和品質指標及利用價值的影響

張春娥，廖若宇，劉新保，牛 瑩，孫 悅，郭寶元,2,*

（1.寧夏回族自治區糧油產品質量檢測中心，寧夏 銀川 750001；2.國家糧食和物質儲備局科學研究院，北京 100037）

嘔吐毒素，又名脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON），是污染小麥最主要的真菌毒素[1]。DON對人類和動物都有負面影響，食用被DON污染食物，可以引發腹瀉、惡心、嘔吐、頭暈和發燒等中毒癥狀[2-3]；此外，DON還可以導致反芻動物和非反芻動物的免疫抑制、細胞壞死和平滑肌麻痹等[4-5]。DON是一種強效核糖體抑制劑，能夠增強食源性基因毒素的遺傳毒性，加劇一種由腸道細菌產生的DNA交聯毒素的遺傳毒性引起不同形式的DNA損傷，例如依托泊苷、順鉑和腐草霉素分別誘發DNA雙鏈斷裂、DNA加合物和交聯、單鏈斷裂[1]。鑒于DON的危害，GB 2761—2017《食品中真菌毒素限量》[6]規定了大多數谷物及其制品中DON限量為1000 μg/kg，GB 13078—2017《飼料衛生標準》[7]規定了不同類型飼料中DON限量：植物性飼料原料限量5000 μg/kg，犢牛、羔羊、泌乳期精料補充料、豬配合飼料限量1000 μg/kg，其他精料補充料、其他配合飼料限量3000 μg/kg。

小麥營養豐富，富含蛋白質、淀粉、維生素和礦物質元素等，是人類主糧，小麥DON污染和品質之間的關系也備受關注。有研究指出，DON污染的小麥，其籽粒中DON水平很高，但是小麥谷蛋白亞基和麥醇溶蛋白并未受到影響，烘培質量亦未下降[8]。考慮到DON的水溶特性，含有DON的面粉制作成面條后，經煮制后面條中的DON含量與小麥粉相比降低了40%左右[9-10]。小麥蛋白質是小麥粉中最主要成分之一，主要由醇溶蛋白和麥谷蛋白兩種蛋白組成[11-12]。小麥在制備淀粉和蛋白等深加工過程中，其中的真菌毒素和重金屬污染水平均有可能下降。因此小麥深加工是解決真菌毒素污染糧食用途的重要手段[13]。

本實驗收集了江蘇和安徽等地的17 個DON污染的小麥籽料樣品，以其中DON水平為研究對象，考察質量指標、品質特性和衛生指標與DON含量的關系；進一步通過深加工工藝，將皮磨粉和心磨粉分別制成面筋、淀粉和可溶性物質，測試其DON含量，探究DON污染在小麥深加工過程中的分布規律。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

DON污染的小麥籽粒樣品產自江蘇連云港、安徽淮北、安徽阜陽等地，收獲年份為2015—2016年，樣品采集時間為2019—2020年。樣品存放于密封的防潮塑料袋，保存在-18 ℃冷庫中直至分析。樣品總計數量17 份，每個樣品2 kg。

DON標準溶液（CAS：51481-10-8，質量濃度（199±10）mg/L）上海安譜實驗科技股份有限公司；甲醇、乙腈（均為色譜純）美國Fisher公司；氯化鈉（分析純）成都市科隆化學品有限公司；硝酸（優級純）國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

1290-6470型超高效液相色譜-串聯三重四極桿質譜儀、ZORBAX Eclipse Plus C18柱 美國Agilent公司；3100型錘式實驗室粉碎磨、DA7200型近紅外分析儀、GM2200面筋數量和質量測定系統、烘干儀 瑞典Perten公司；PL602E型分析天平 瑞士Mettler Toledo公司；DON免疫親和柱 北京勤邦科技股份有限公司；IKA Vortex 2型渦旋混勻器 艾卡（廣州）儀器設備有限公司；HGG-II橫格式分樣器、BLH-310K除雜機、BLH-6200微電腦自動數粒儀、GHCS-1000 谷物電子容重器浙江伯利恒儀器設備有限公司；GQ-P600谷物品質分析儀安徽高哲信息技術有限公司；PlasmaQuant?MS電感耦合等離子體質譜儀 德國耶拿分析儀器有限公司；JMFB70×30實驗室小麥磨粉機 成都施威特科技發展公司；Milestone PYRO XL微波灰化系統、ultraCLAVE超微波化學平臺 北京萊伯泰科儀器股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

采用BLH-310K除雜機將小麥中的雜質以及異種糧粒等去除，采用GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》[14]方法測定清理干凈后的小麥中的水分含量，依據GB/T 21304—2007《小麥硬度測定 硬度指數法》[15]測定小麥硬度，依據小麥的硬度選擇合適的入磨水分。軟麥水分調節到13%～14%，硬麥水分調節到15%～16%，按照NY/T 1094.1—2006《小麥實驗制粉 第1部分：設備、樣品制備和潤麥》[16]附錄A中方法A.2中A.1公式或按方法A.2中表A.1到A.3查表計算出需要的加水量，稱量小麥至密閉容器里，逐步加入潤麥水進行潤麥，采用JMFB70×30實驗室小麥磨粉機將潤好的麥子制粉，每個樣本的粗麩、細麩、皮磨粉、心磨粉分別標記分裝。

1.3.2 DON含量測定

依據GB 5009.111—2016《食品中脫氧雪腐鐮刀菌烯醇及其乙酰化衍生物的測定》[17]第一法同位素稀釋液相色譜-串聯質譜法測定DON，樣本前處理采用免疫親和柱凈化后上機測定。稱取（5.00±0.01）g樣品，加入25 mL水，采用渦旋混合器快速提取5 min，離心5 min，取2 mL上清液過免疫親和柱凈化，收集洗脫液并在50～60 ℃加熱條件下N2吹干，然后用1 mL流動相復溶；復溶液用0.22 μm微孔濾器過濾后轉移至樣品瓶中用于超高效液相色譜-串聯三重四極桿質譜儀分析。

1.3.3 不完善粒含量測定

依據GB/T 22504.1—2008《糧油檢驗 糧食感官檢驗輔助圖譜 第1部分：小麥》[18]和GB/T 5494—2019《糧油檢驗 糧食、油料的雜質、不完善粒檢驗》[19]，將小麥樣品清雜后，縮分得到約50.0 g小樣，采用谷物品質分析儀對采集的樣本中的不完善粒含量、生芽粒含量、赤霉病粒含量、蟲蝕粒含量進行測定。

1.3.4 自然水分千粒質量的測定

依據GB/T 5519—2018《谷物與豆類 千粒重的測定》[20]中6.1要求，采用微電腦自動數粒儀從實驗室樣品中隨機取出大約500 粒試樣，挑出完整粒并稱量，記錄完整粒的個數，按照標準中規定的計算公式計算千粒質量。

1.3.5 粗蛋白質的測定

依據GB/T 24899—2010《糧油檢驗 小麥粗蛋白質含量測定 近紅外法》[21]，樣品經除去雜質整理后，采用近紅外谷物分析儀分析樣本中的蛋白質，每個樣品測定兩次，第一次測定后的測定樣品應與原待測樣品混勻后，再次取樣進行第二次測定。

1.3.6 面筋吸水量的測定

按照GB/T 5506.2—2008《小麥和小麥粉 面筋含量 第2部分：儀器法測定濕面筋》[22]和GB/T 5506.4—2008《小麥和小麥粉 面筋含量 第4部分：快速干燥法測定干面筋》[23]規定方法，采用面筋測定儀和烘干爐制取濕面筋和干面筋，依據GB/T 20571—2006《小麥儲存品質判定規則》[24]中6.2計算面筋吸水量。

1.3.7 容重的測定

依據GB/T 5498—2013《糧油檢驗 容重測定》[25]測定樣本容重。

1.3.8 重金屬（砷、鎘）及鈣、磷元素的測定

依據GB 5009.268—2016《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》[26]第一法，稱取樣品0.2 g（精確至0.001 g）于石英管中，加入2 mL硝酸，密封石英管后放入超微波化學平臺消解，消解程序和儀器操作條件參照GB 5009.268—2016《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》附錄B。

1.3.9 面筋、淀粉和可溶性物質的制取

按照GB/T 5506.2—2008《小麥和小麥粉 面筋含量 第2部分：儀器法測定濕面筋》[22]，采用面筋測定儀制取面筋，選擇正確的清潔篩網安裝于洗滌室，并在實驗前潤濕；稱量待測樣品10 g（精確至0.01g），將稱好的樣品全部放入洗滌室中，用可調移液器向待測樣品中加入4.2～5.2 mL氯化鈉溶液（20 g/L），移液器流出的水流應直接對著洗滌室壁，避免其直接穿過篩網，輕輕搖動洗滌室，使溶液均勻分布在樣品的表面。儀器預設的洗滌時間為5 min，需要的氯化鈉洗滌液250～280 mL，洗滌完成后，用金屬鑷子將濕面筋從洗滌室中取出，確保洗滌室中不留有任何濕面筋。將面筋分成大約相等的兩份，輕輕壓在離心機的篩盒上。啟動離心機，離心60 s，用金屬鑷子取下濕面筋，立即稱質量并記錄。

依據GB/T 5506.4—2008《小麥和小麥粉 面筋含量 第4部分：快速干燥法測定干面筋》[23]規定方法，取制得的濕面筋球放置在已經預熱的干燥器中加熱300 s。從干燥器中取出干面筋并稱量得到干面筋的質量。將制取的干面筋粉碎后測定其DON含量。洗滌過程中收集的洗滌液靜置分層，將上清液收集于離心管中待測試，其下層沉淀液（即淀粉）經高速凍干離心機離心凍干后，置于陽光下晾干，分別測定上清液和淀粉中的DON含量。

1.4 數據處理與分析

采用SPSS 24.0軟件進行多重線性回歸相關性分析和配對樣本t檢驗分析，顯著性水平P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 小麥籽粒品質特性

本研究中的小麥樣本品質特性見表1。其中，容重為756～788 g/L，平均值為777 g/L，符合GB 1351—2008《小麥》規定二等小麥要求[27]。面筋吸水量為129%～224%，平均值為204%，符合GB/T 20571—2006《小麥儲存品質判定規則》[24]宜存吸水量要求。粗蛋白質含量為11.4%～13.3%，平均值為12.1%。千粒質量為36.2～40.6 g，平均值為38.1 g。不完善粒含量為4.6%～12.6%，平均值為7.7%，符合GB 1351—2008《小麥》規定三等小麥不完善粒含量要求[28]。生芽粒含量為0.5%～7.4%，平均值為3.1%。赤霉病粒含量為0.8%～3.1%，平均值為1.9%。蟲蝕粒含量為0.3%～1.7%，平均值為0.7%。DON含量為0.55～5.39 mg/kg，平均值為2.12 mg/kg，不符合食用小麥DON限量要求，適用于其他精料補充料、其他配合飼料DON限量要求[6-7]。

表1 小麥樣品品質特性Table 1 Quality characteristics of wheat samples

2.2 小麥籽粒品質特性與DON關系分析

通過構建多元線性回歸模型，分析小麥籽粒中DON與其品質特性的關系，探究DON與容重、面筋吸水量、粗蛋白質、不完善粒含量的相關性。結果表明（表2），F＝4.818，P＜0.05，R2＝0.626，此多元回歸方程描述的小麥籽粒中DON 含量與質量品質參數有統計學意義。其中，與小麥籽粒品質密切相關的容重（r＝-0.264，P＝0.030）、粗蛋白質含量（r＝-0.393，P＝0.021）與DON含量有顯著的負相關性。面筋吸水量（r＝-0.099，P＝0.070）與DON含量無顯著相關性，即DON含量高低不會影響小麥的儲存品質。雖然不完善粒含量與DON污染水平之間的相關性并無顯著性，但不完善粒中的赤霉病粒含量（r＝0.538，P＝0.028）、蟲蝕粒含量（r＝-0.229，P＝0.039）與DON含量的相關性卻顯著。其中赤霉病粒含量與DON含量存在顯著的正相關性，與已有研究結果[28-29]一致。

表2 品質指標對DON含量的預測分析Table 2 Prediction of DON content based on quality indexes

2.3 小麥籽粒不同部位DON含量

含有DON毒素的小麥籽粒在磨粉過程中，因DON在小麥籽粒不同部位污染水平存在差異，導致制粉產生的不同組分中DON水平也不盡相同。有研究表明，DON主要分布于小麥的表皮附近，其中，胚芽和麩皮部分DON含量最高[29-31]。將17 份DON污染小麥樣品制粉，獲取粗麩、細麩、皮磨粉和心磨粉，并對不同組分中DON水平分析。從表3結果來看，皮磨粉和心磨粉中的DON水平明顯低于粗麩和細麩，但大多數皮磨粉和心磨粉中DON的水平仍高于DON的限量（1000 μg/kg）。DON主要集中在粗麩和細麩中，粗麩中DON含量變化幅度為0.45～8.33 mg/kg，平均3.41 mg/kg；細麩中DON含量變化幅度為0.95～6.29 mg/kg，平均2.91 mg/kg。皮磨粉和心磨粉中DON含量相對較低，皮磨粉中DON含量變化幅度為0.56～3.78 mg/kg，平均2.06 mg/kg；心磨粉中DON含量變化幅度為0.24～4.76 mg/kg，平均2.13 mg/kg。全麥粉中DON含量變化幅度為0.55～5.39 mg/kg，平均2.12 mg/kg。

表3 DON在小麥籽粒中的分布Table 3 DON distribution in wheat grains

2.4 全麥粉和小麥粉中鈣、磷和重金屬含量與DON的相關性

一般而言，小麥中的關鍵無機元素、金屬元素和重金屬主要受到種植土壤元素組成和污染狀況影響，同時，重金屬的累積水平受真菌毒素污染水平影響比較小。為此，測定粗麩、細麩、皮磨粉和心磨粉組分中鈣、磷和重金屬含量，結果見表4。此17 份小麥樣品中砷和鎘均符合污染物限量要求。總體上，無論是重金屬鎘和砷，還是磷和鈣元素，在心磨粉中的水平均高于皮磨粉、粗麩和細麩，同時，砷在細麩中的水平也明顯高于粗麩和皮磨粉。從此結果來看，砷和鎘在小麥中累積機制、途徑和歸宿存在很大差異。

表4 小麥籽粒不同組分中鈣、磷和重金屬含量Table 4 Contents of Ca,P and heavy metals in wheat bran and flour mg/kg

全麥粉、皮磨粉、心磨粉、粗麩和細麩中DON與元素之間的相關性見表5，全麥粉、皮磨粉、心磨粉、粗麩和細麩中，DON與砷、鎘、磷無相關性（P＞0.05）；皮磨粉、心磨粉、粗麩和細麩中DON與鈣無相關性。全麥粉中，DON與鈣（r＝-0.699，P＝0.026）顯著負相關，可能表明鐮刀菌感染的小麥籽粒，在內部DON累積的過程中，影響到鈣在其中的累積。

表5 全麥粉和小麥粉中鈣、磷元素和重金屬含量與DON的相關性Table 5 Correlation between contents of calcium,phosphorus,heavy metals and DON in whole wheat flour and wheat flour

2.5 皮磨粉和心磨粉分離制取面筋和淀粉后DON含量變化

通過制粉加工工藝，雖然可以降低產品中的DON水平，但對于大多數高DON污染小麥樣品制得的皮磨粉和心磨粉都無法達到DON限量要求。本研究試圖通過進一步將皮磨粉和心磨粉制備淀粉和面筋，考察小麥深加工過程中DON污染水平的變化。為考察含有DON的小麥粉在制作面筋和淀粉后DON含量變化情況，對17 份樣本采用1.3.9節方法制取面筋和淀粉，對配對樣本DON含量進行t檢驗，研究結果（表6和表7）表明：皮磨粉DON平均含量為1493.47 μg/kg，采用1.3.9節方法處理后，洗滌液中DON平均含量為1394.71 μg/kg，面筋中DON平均含量為68.59 μg/kg，淀粉中DON平均含量為102.59 μg/kg。心磨粉DON平均含量為1970.47 μg/kg，采用1.3.9節方法處理后，洗滌液中DON平均含量為1745.29 μg/kg，面筋中DON平均含量為153.59 μg/kg，淀粉中DON平均含量為125.65 μg/kg。結果表明不同含量DON的小麥粉，在制取淀粉和面筋過程中，由于DON的水溶性，DON轉移至洗滌液中，面筋和淀粉中的DON含量明顯降低。表8配對2中，DON含量高的皮磨粉在面筋洗滌后DON含量有顯著變化。表8配對3中，DON含量高的皮磨粉在制成淀粉后DON含量有顯著變化。表9配對2中，DON含量高的心磨粉在面筋洗滌后DON含量有顯著變化。表9配對3中，DON含量高的心磨粉在制成淀粉后DON含量有顯著變化。可見，通過制取淀粉和面筋，可將DON超標的小麥深加工利用。

表6 皮磨粉配對樣本DON含量統計Table 6 Statistics of DON content in paired samples of break flour

表7 心磨粉配對樣本DON含量統計Table 7 Statistics of DON content in paired samples of reduction flour

表8 皮磨粉配對樣本DON含量相關性及配對樣本t檢驗Table 8 Correlation of DON content in paired samples and t-test of paired samples of break flour

表9 心磨粉配對樣本DON含量相關性及配對樣本t檢驗Table 9 Correlation of DON content in paired samples and t-test of paired samples of reduction flour

3 結論

本實驗選用DON污染的小麥籽粒為研究對象，DON污染水平在0.55～5.39 mg/kg。同時，考察了DON污染水平對小麥容重、面筋吸水量、不完善粒含量、粗蛋白質的影響。結果表明：面筋吸水量與DON含量相關性不明顯，即DON含量高低不會影響小麥的儲存品質；而DON與粗蛋白質含量和容重顯著相關（P＜0.05）。進一步將DON污染小麥制成全麥粉、粗麩、細麩、皮磨粉和心磨粉，DON含量主要集中在粗麩和細麩中，皮磨粉和心磨粉中DON較全麥粉、粗麩和細麩中的DON含量低。將DON污染的小麥制成皮磨粉和心磨粉，進一步將其分離制取面筋和淀粉，制備的面筋和淀粉中的DON水平均低于200 μg/kg，表明DON污染超標小麥制備面筋或淀粉的潛在商業價值。