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食品中黄曲霉毒素的检测技术

王明 尤鹏 刘建
  
天韵媒体号
2025年41期
1.安徽省灵璧县慧衡粮油食品检验检测站有限公司 安徽宿州 234200 2.中化粮谷有限公司 安徽合肥 238065

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摘要:黄曲霉毒素(Aflatoxin,简称AF)是由曲霉菌黄曲霉、寄生曲霉、集峰曲霉和伪溜曲霉产生,是一组化学结构类似的二呋喃香豆素的衍生化合物,目前已分类鉴定出18种包括:B1/B2/G1/G2/P1.Q/H1/GM/B2a和毒醇等,具有严重危害的主要是B1/B2/G1/G2/M1。1993年黄曲霉毒素被世界卫生组织(WHO)和癌症研究机构(IARC)划定为1类致癌物,是一种毒性极强的剧毒物质。黄曲霉毒素的危害性在于对人及动物肝脏组织有破坏作用,严重时,可导致肝癌甚至死亡。在天然污染的食品中,以黄曲霉毒素B1最为多见,其毒性和致癌性也最强。目前使用最多的检测方法为薄层色谱法(TLC法)、高效液相色谱法(HPLC法)、酶联免疫吸附法(ELISA法)、免疫亲和柱荧光光度法等。脱毒方法一般有物理脱毒法、化学脱毒法和生物降解脱毒法。本文概述了黄曲霉毒素的毒性、理化性质、分布与产生的条件及对人体的危害,主要论述了黄曲霉毒素检测方法的研究及黄曲霉毒素的去除方法,为了达到及早预防和去除黄曲霉毒素污染的目的,我们还应研制探索更加快速、准确且经济可行的检测方法。

关键词:黄曲霉毒素;毒性;检测技术;去除方法

前言:

黄曲霉毒素是由真菌黄曲霉和寄生曲霉产生的一组强毒性的次生代谢产物,是目前发现的真菌类毒素中毒性最强、污染范围最广的毒素之一。自1960年英国在火鸡的死因中发现黄曲霉毒素以来,AF的毒性、检测技术和去除方法就越来越受到国内外学者的关注。AF主要污染粮油类食品,如花生、玉米、大米等,其中以花生和玉米污染最为严重。在天然污染的食品和饲料中以AFB1最为多见,其毒性也最强,属于第一大类致癌物。由于AF危害巨大,近几十年来各国研究机构和人员对其检测及降解方法开展了大量的研究,目前仍在积极探索新的检测方法。

1 AF的概况

1.1 AF((化学式为C17H12O6))的理化性质

黄曲霉毒素属于二呋喃氧杂萘邻酮的衍生物,其分子结构中含有1个二呋喃环和1个氧杂萘邻酮(香豆素)环,难溶于水、己烷、石油醚,易溶于甲醇、乙醇、氯仿、二甲基甲酰胺等有机溶剂,在中性溶液中较稳定,在强酸性溶液中稍有分解,易被碱或强氧化剂破坏,在pH值9.0-10.0的强碱溶液中会迅速分解成无毒的盐。纯品为无色结晶,耐高温,分解温度为268℃,紫外线对低浓度AF有很强稳定作用。现已分离出AFB1、AFB2、AFG1、AFG2 、AFB2b等18种,其中以AFB1的毒性和致癌性最强。根据AF在紫外线下能发出特定的荧光的特性,根据荧光颜色不同,将其分为蓝紫色荧光的B族和黄绿色荧光的G族两大类及其衍生物,最具有代表性为 AFB1、AFB2、AFG1、AFG2。

1.2 AF的毒性

1993年AF被世界卫生组织(WHO)的癌症研究机构划定为Ⅰ类致癌物,其作用的靶器官主要为肝脏。AF是一种剧毒物质,对人有极强的毒性,中毒症状表现为呕吐、厌食、发热、黄疸、腹水等肝炎症状,对肝脏有明显的损伤,可引起肝实质坏死、胆管上皮增生、肝脂肪浸润及肝出血等病变,能诱导畸形、癌症的发生。因此各国政府及相关组织纷纷制定了食品中AF的限量标准和相应的检测方法。欧盟在 2010年的2月27日颁布的EU-No165/2010号法规中规定了谷物、油籽、调味料和坚果中的黄曲霉毒素含量的最高限量:规定了除玉米和大米之外,在谷物和由谷物制备的产品中的最高限量是2μg /Kg而B1、B2、G1、G2的总和不能超过4μg /kg。考虑到这些限量规定,许多国家建立了自己相关的法律法规,我国也给出了自己的限量标准,GB 2761-2017中对各类食品中的 B1和 M1的含量进行了限定,其中最低限量达 0.5μg/kg。

1.3 AF的分布与产生条件

AF常常存在于土壤、动植物、各种坚果特别是花生和核桃中,在大豆、稻谷、玉米、通心粉、调味品、牛奶、食用油等制品中也经常发现。一般在热带和亚热带地区,食品中AF的检出率比较高。在中国总的分布情况为:华中、华南、华北产毒株多,产毒量也大,东北、西北地区较少。

AF产生需要一定的条件,不同菌株产毒能力差异很大,除基质以外,温度、湿度、空气均是AF生长繁殖及产毒的必要条件。虽然AF是由黄曲霉菌产生的,但菌本身并没有毒性,只有在潮湿和8~46℃的条件下时,黄曲霉菌才会产生有毒的AF。其最适产毒条件为:温度30~38℃,相对湿度80%~85%。AF常见于污染的粮油及其制品中,在发霉的花生、玉米、谷类、豆类等中的含量最高。

1.4 AF的危害

AF对动物有剧烈急性毒性和明显慢性毒性,具有很强致突变、致畸和致癌作用,其急性毒性约为氧化二砷的68倍、氰化钾的10倍。疾病研究机构的研究表明,食物中AF与干细胞癌变呈正相关性,长时间食用含低浓度AF的食物被认为是导致肝癌、胃癌、肠癌等疾病的主要原因。AF在体内还具有一定的蓄积性,长期摄入低剂量的AF能够大大增加患肝癌的几率,此外,AF与其他致病因素(如肝炎病毒等) 对人类疾病的诱发具有叠加效应,其细胞毒作用可干扰信息 DNA和RNA的合成,进而干扰细胞蛋白质的合成,导致动物全身性损害。还可引起动物的肝损伤,繁殖性能降低,降低产奶量及产蛋量,导致胚胎死亡,胚胎畸形,肿瘤及抑制免疫系统功能等。黄曲霉毒素在食用后可能会对人体造成伤害,接触皮肤或吸入后对人体的伤害较小,可忽略不计。少量食用黄曲霉毒素,对人体没有太大伤害,人体可以代谢出去,但如果大量食用黄曲霉毒素,可损害肝脏、损害肾脏、引发胎儿畸形,甚至诱发癌症等。

1.4.1损害肝脏:如果大量食用黄曲霉毒素,可能会导致急性中毒,会出现肝细胞急性炎症,严重的话还有可能使肝细胞坏死。如果是黄曲霉毒素慢性中毒,可能会使人的肝细胞变性,从而增大患肝硬化和肝癌的概率;

1.4.2损害肾脏:大量食用黄曲霉毒素还可能会对肾脏产生一定的危害,黄曲霉毒素有一定的毒性,进入身体后,可以在肾脏、脾和肾上腺等器官中检测到黄曲霉毒素,毒性可能会堆积在肾脏,造成中毒,且黄曲霉毒素本身就有致癌性,还可能会增大肾脏器官癌变的可能;

1.4.3引发胎儿畸形:这一条主要是针对孕妇而言,如果处于孕期的妇女过量食用黄曲霉毒素,还有可能会对腹中的胎儿产生伤害导致胎儿畸形发育,如果严重的话还有可能增大流产或者早产的概率;

1.4.4诱发癌症:食用大量的黄曲霉毒素,可能还会导致人体内器官的细胞发生纤维化病变,从而导致人患上胃癌、肝癌以及直肠癌等疾病的概率增加。

此外,黄曲霉毒素具有耐热性,不容易被消灭,食用黄曲霉毒素可刺激消化道黏膜,常表现为上腹不适、恶心、呕吐等。

2 AF检测方法的研究进展

由于AF的污染对人类的生命健康构成了严重的威胁,目前,国际上对农产品中AF含量的检测已成为强制性贸易措施。随着技术水平的提高,近年来AF的检测方法越来越多,但人们使用最多的检测方法仍然为薄层色谱法(TLC法)、高效液相色谱法(HPLC法)、酶联免疫吸附法(ELISA法)、免疫亲和柱荧光光度法等。

2.1 薄层层析法

薄层层析法(TLC法)是最早应用于AF检测中的方法之一。原理是:样品经提取-浓缩-薄层分离后,在波长365nm的紫外光照射下,AFB1、AFB2产生紫色荧光,AFG1,AFG2产生绿色荧光,用标准AF的比移值作对照定性,根据其所显示荧光的最低检出量来计算试样中AF的含量,为定性和半定量分析方法。

TLC法设备操作简单易掌握,成本低,灵敏度可达1~5μg/kg,低于大多数国家制定的AF标准限量,故成为标准方法而被广泛应用,适合大量样品的分离和筛选,目前国内外仍有研究工作人员使用这种方法。但是这种方法样品前处理较繁琐、耗时,对实验人员的危害也比较大,不能准确定量分析,易受到杂质的影响,因此该方法仅在AF检测初期处于主导地位,在现阶段虽然也在不断地改进,但在实际应用过程中其前期处理的过程仍然会受到一定程度的限制。

2.2高效液相色谱法

AF的高效液相色谱检测方法是:样品经提取、净化后,选择适宜的流动相通过高效液相色谱柱,使多种AF同时分离,荧光检测器检测。实际样品检测结果表明,AF的回收率在70-90%,该方法提取效果好,灵敏度高,重复性好,稳定可靠。甲醇-水的适用性广,被推荐作为常用的提取剂。

2.3酶联免疫吸附法

ELISA法是在免疫学和细胞工程学基础上发展出来的一种微量检测技术,原理是:将AF特异性抗体包被于聚苯乙烯微量反应板的孔穴中,再加入样品提取液(未知抗原)及酶标AF抗原,使两者与抗体之间进行免疫竞争反应,然后加酶底物显色,颜色的深浅取决于杭体和酶标AF抗原结合的量,即样品中AF含量。ELISA法分为直接法、间接法、双抗体夹心法和竞争法,其优点是对AFB1的检测定性定量准确而且检测速度快(比薄层法提高了近200倍),特异性强,荧光物质、色素、结构类似物对结果无干扰,回收率高,提取方法简单,成本较低。缺点是酶的活性易受反应条件影响,测定结果重复性较差,测定结果易出现假阳性问题,试剂寿命短,需要低温保存 。

2.4太赫兹技术检测

利用太赫兹光谱技术对玉米中AF进行检测方面的研究国内外正处于起步研究阶段,此技术运用在AF检测上具有无可比拟的优势:①检测速度快。粮食和食品中的真菌变化速度非常快,其产生的AF也会越来越多,需要快速的检测方法。太赫兹光谱技术是基于高频的应用技术,检测速度比较快。②物质特征信息的高维提取。利用太赫兹光谱检测可以提取出多个物质的特征信息,例如相位变化、折射率、吸收系数等,用于分析并实现最优类间距离的度量。③检测系统简单、高效,实验结果客观、标准,可重复操作性强。④人工参与量少,结果更具有客观性。⑤检测的过程容易控制,并且可标准化,操作简单。

2.5快速检测方法

随着食品行业的发展和食品安全问题的日益突出, 需要监控的食品种类和数量不断增加,对检测效率的要求越来越高,产生了很多快速检测放法,包括:胶体金免疫层析法、时间分辨荧光免疫分析法、电化学传感器检测法等。其中胶体金免疫层析法已逐渐成为粮油食品行业真菌毒素快速筛查的主流方法。

2.6其他方法

除了上述检测方法以外,还有超光谱法、毛细管电泳法、金纳米棒光学生物传感器技术、高光谱成像技术等许多新兴的检测技术,为AF检测技术的深入研究提供思路。

目前,针对AF的污染及毒性极大问题,寻找一种低成本、高精度、简便、快捷的检测手段对于预防粮食及食品的污染具有重要意义。现在的检测手段,各有优点,也各有不足之处,因此今后的检测手段首先应该注重目的性,对于不同的样品,不同的目的,注意检测方法的特异性,比如注意区分粮食检测、食品检测和饲料的检测;其次应注意多种检测手段优化组合,交叉使用,这样更加有利于检测的准确性,可以选择先定性再定量相结合的方法;最后,应多开发一些类似金标试纸一类的检测手段,有利于检测者随时随地进行检测,方便省时,并且同时注意检测的准确性。

3 AF的去除措施

AF的治理以预防为主,污染严重的粮食和饲料应废弃,轻度污染的则必须进行脱毒处理,脱毒方法一般有物理脱毒法、化学脱毒法和生物降解脱毒法。

3.1物理方法

3.1.1挑选霉粒,碾磨加工,反复搓洗

AF在食品中分布极不均匀,在花生样品中以霉变、破损、长芽、皱皮及变色花生粒最为集中,只要将其拣除,毒素含量将大大降低,甚至低到无毒。碾磨加工可将大部分集中于米糠层和谷皮、胚层的黄曲霉素去除一大部分;搓洗可去除粮食表面的大量毒素。

3.1.2吸附法

常用的吸附剂有沸石、活性白陶土、活性碳等。含有AF的植物油可加活性白陶土或活性炭等吸附剂,毒素可被吸附而去毒,有企业用此法处理花生油,加入1.5%的白陶土,可使花生油中AF由原来的100μg/kg降至10μg/kg。选择正确的霉菌吸附剂是控制霉菌毒素的根本保证,所以选择毒素吸附剂时,一方面应注意吸附能力必须具备试验室及动物试验双重资料方能证明有效,另方面考虑吸附剂具有高度吸附能力、选择性吸附、广谱吸附、无副作用等条件。

3.1.3辐射处理

AF在紫外光照射下不稳定,可用紫外光照射去毒。该法去毒对植物油等液体食品效果较好,而对固体食品效果不明显。应用辐射法,必须注意照射的剂量和照射时间,以不影响食品的感官和理化性质为宜。

3.2化学方法

3.2.1碱处理法

碱炼是油脂精炼的一种加工方法,在油脂中加入1%NaOH溶液,AF在碱性条件下不稳定,内酯环被破坏,生成邻位香豆素钠盐,这种钠盐能溶于水,故加碱后再用水洗可将毒素除去,但该法设备投资大,成本高,已逐渐被淘汰。

3.2.2有机溶剂萃取法

AF为脂溶性毒素,易溶于有机溶剂,可用水合乙醇、异丙醇、正己烷和水的混合物等进行提取分离、去毒。提取需反复3~5次,去毒效果可达90%以上,其中以丙酮和水(90∶100)混合液效果最好。处理后的粮油制品,必须将溶剂彻底挥干,方可食用。

3.2.3臭氧熏蒸法

臭氧熏蒸法是基于物理和化学氧化双重作用的脱毒方法。有研究表明,臭氧浓度6.0mg/L处理时间30min,花生水分含量为5%时,花生中AF总量和AFB1的脱毒率分别为65.88%和65.90%,脱毒效果显著。

3.2.4氧化降解法

漂白粉、氯气、双氧水、臭氧等氧化剂可以迅速将AF氧化去除,其中以漂白粉去毒效果最强。高度污染的花生粉可用5%漂白粉处理几秒钟就可以全部去毒,用氧化剂处理过的粮食经火鸡喂养试验证明无毒。

3.2.5中草药去毒法

1976年我国首次发现山苍子中的挥发油可彻底除去食品中的AF。挥发油中的某些成分与AF可发生加成和缩合反应,改变毒素分子结构,达到去毒目的。AF超过国家标准20倍的玉米、稻谷或超标2500倍的花生经大剂量山苍子芳香油处理可一举去毒。此法简便易行,特别适合家庭应用,并对食品质量和营养成分无任何影响。另外,甘草、葫芦巴、羽扁豆、茴香、五香粉、大蒜等也有去除AF的作用。

3.3.6. 氨气熏蒸去毒

氨能同AF发生脱羟基作用,因此可以用氨处理法脱除AF。陈志娟等人在《 氨气熏蒸降解玉米中黄曲霉毒素 B_1 的条件优化》(食品科学, 2010(8))研究表明,采用氨气熏蒸法降解玉米中AFB1的最优条件:玉米含水量为20%,氨熏温度37℃,氨熏时间为96h,氨气体积分数为7.05%,在此条件下玉米中AFB1降解率为92%。

3.3生物学方法

生物学脱毒是近年来国内外研究AF脱毒解毒的热点,主要是微生物菌体本身及其细胞壁提取物吸附AF,或微生物代谢产生的酶,或从植物中提取的酶降解AF生物学脱毒法同其他方法相比具有安全性高,处理条件温和,专一性强,不影响食品的营养价值等优点,目前报道的能够降解黄曲霉毒素的细菌不多,主要有橙色黄杆菌、分支杆菌、红串红球菌橙、红色粘球菌等。

4结语

黄曲霉毒素是目前发现毒性和致癌性最强的天然污染物之一。极大危害性和广泛分布,对人类和动物健康安全存在潜在威胁,给科研工作者以巨大的挑战。因此对黄曲霉菌和黄曲霉毒素的研究也成为近几十年来国内外同行研究的热点。本文主要综述了AF的毒性,以及近年来AF检测和脱毒方法。由于AF的低剂量、高毒特性,高效液相色谱法和酶联免疫吸附法在应用中仍需不断改进和完善,开发出更灵敏、更快速、更经济的检测手段是新的趋势和挑战。尽管目前已有多种AF脱毒方法,但是每种方法都有各自的优点和缺陷,很难做到既能保障脱毒食品的风味品质,又能确保食品安全。对于黄曲霉毒素的防范应早发现,AF一旦进入后期的食品加工链,即使脱毒技术再成熟也会带来健康威胁。为了分析黄曲霉毒素提供方便和快捷的手段,达到及早预防和去除黄曲霉毒素污染的目的,寻求快速、准确且经济可行的检测方法是现阶段研究中亟需解决的问题。

参考文献:

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