真菌毒素

  • 作者: 刘小兵 译
  • 时间: 2021-05-18 13:30:25
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问题:所有的粮食作物在生长期间出现特定的天气条件时都易于受到真菌的感染。这些真菌能够产生毒素,即真菌毒素。那么,采取什么措施来降低玉米湿磨产品含真菌毒素给食品造成明显健康危害的风险?

要点

n  在特定的天气条件下,玉米生长过程中霉菌毒素的产生是可预测的。这种可预测性允许玉米加工企业采取措施防止受到污染的原料进入。虽然霉菌毒素主要是随生长条件的变化而变,但它们的存在可能会因恶劣的储存条件而加剧。

n  美国食品药品监督管理局(FDA)已经对黄曲霉毒素制定了干预措施并向公众发布警报或已经对伏马菌素和脱氧雪腐镰刀菌烯醇制定了指导原则。FDA对安全健康食品及饲料的一般要求降低了其它霉菌毒素的风险。

n  玉米湿磨企业只利用了美国玉米产量的10%左右。他们可以控制进入工厂加工的原料质量,拒绝不合格的玉米。

n  那些可能进入玉米湿磨企业的少量霉菌毒素能通过正常的加工步骤从产品中去除。

n  FDA承认湿磨是一种从玉米淀粉、玉米甜味剂和玉米油中去除霉菌毒素,如黄曲霉毒素和伏马菌素的有效手段。

美国的玉米生产

玉米用于动物饲料的配制、玉米干磨、蒸馏和玉米湿磨。动物饲料生产企业磨碎玉米,将其掺入牲畜和家禽饲料中。玉米干磨企业将玉米磨碎,生产玉米碴子、玉米面、碴子粥、酒精、玉米油和各种饲料原料。蒸馏企业生产燃料、食用及工业酒精、饲料原料。

玉米(美国)国内的最大消耗是用作动物饲喂,其次是燃料、食用及工业酒精、出口,最后才是干磨和湿磨,生产食品。近年来,约有10%~12%的玉米进入到了湿磨、干磨生产企业。约50%的玉米被湿磨加工者用于生产各种甜味剂,30%用于生产酒精,剩下的20%生产食品和工业淀粉。

影响玉米的真菌

联合国粮农组织(FAO)估计全球约四分之一的粮食作物受到霉菌毒素的影响。霉菌毒素年发生率因商品、年份和地理区域的不同而有所不同。对美国经济影响最大的农作物是玉米、花生和棉籽。霉菌毒素造成的经济损失不仅来源于农作物和牲畜上的损失,而且还来自与遵从法规相关的成本。

真菌毒素通常由曲霉属镰刀菌属青霉属真菌产生。或在生长期或在储存期的玉米中生长的这些真菌可以产生大量的、各种不同的真菌毒素。由曲霉属和镰刀菌属产生的常见霉菌毒素见表1

影响真菌产生霉菌毒素的因素有:品种易感性与生长期、水分、温度、pH值以及作物对干旱、虫害及存在其它真菌或微生物的抗压能力。真菌的爆发是可预测的,在某些特定天气条件下,真菌的繁殖非常迅速。比如,干旱、持续高温和生长季末期降水都有利于曲霉属菌的生长;阴冷的气候条件则促使镰刀菌属疯长。地方、州和联邦各级农业部门每年都会对新上市的玉米进行评估,发布真菌毒素水平报告。参考这些报告并监测农作物生长季的气象条件,玉米湿磨企业就能预测真菌毒素的沾染风险,采取必要的预防措施。

真菌毒素经玉米湿磨后的最终归宿

有多个组织已经对真菌毒素在玉米湿磨过程中的分布以及它们在湿磨产品中的存留做过调查。重要的一点是,这些调查报告没有一份指出淀粉产品存在真菌毒素过量的情况。这是非常重要的,因为淀粉是很多食品成分,包括各种淀粉、糊精、麦芽糊精、玉米糖浆及玉米固体糖浆、玉米高果糖浆、液体及结晶葡萄糖、结晶果糖和各种葡萄糖基发酵产品的起始原料。

黄曲霉毒素 

由于其相对较高的水溶性,黄曲霉毒素主要是在浸泡水中被回收的。例如,Romer报告说,50%的初始黄曲霉毒素存在于浸泡液的水溶性物质中,另有约30%存在于纤维产品中(见表2)。玉米淀粉中只含有极少量玉米原粮中发现的黄曲霉毒素。

伏马毒素 

一项由美国农业部和伊利诺伊大学联合进行的湿磨研究发现,约40%伏马毒素B1B2回收于麸质和纤维,玉米胚芽含约20%的初始伏马毒素(3)。玉米淀粉未见可检测出的伏马毒素B1B2(3)Saunders也报告了同样的发现。

脱氧雪腐镰刀菌烯醇

在一家商业湿磨企业中,LaurenRingrose追踪了脱氧雪腐镰刀菌烯醇,也被称为呕吐毒素在湿磨产品中的最终归宿。由于其相对的水溶性(类似于黄曲霉毒素),在浓缩浸泡水中发现其含量最高。胚芽、纤维和麸质产品中含量最低。这些研究人员注意到,这家商业工厂提供的淀粉样品只含有微量的脱氧雪腐镰刀菌烯醇。

T-2毒素 

Collins用实验室湿磨设备研究了T-2毒素在湿磨产品中的分布情况(4)。约三分之二最初出现的T-2毒素回收于浸泡和工艺水(可溶物分量)中。纤维、胚芽和麸质所含的原始T-2毒素均约为10%。只有4%回收于淀粉中。

玉米赤霉烯酮 

与其它所讨论的霉菌毒素相反,玉米赤霉烯酮相对来说是不溶于水的。它在浸泡水可溶物中的回收是比较低的,而在玉米湿磨的固体麸质和纤维产品中的回收较高(5)。胚芽中的含量最少。淀粉中未检测出。

人类健康风险与监管规定

黄曲霉毒素

国际癌症研究机构(IARC)人类致癌性风险工作小组已经将黄曲霉毒素划为类致癌物:已知的人类致癌物。据报道,摄入过量的黄曲霉毒素会在发展中国家引起急性肝中毒。应该指出的是,这样高含量的黄曲霉毒素还未在美国的玉米供应中出现过。

1969年,FDA确定黄曲霉毒素的作用水平为十亿分之(ppb)二十。这个作用水平是食物中允许最大残留量。虽然这些作用水平不在该机构的强制监管范围,但它们确实代表了实际含量一旦高于这些数值,该机构将有权采取行动。

根据新的动物饲料研究报告,饲料成分中黄曲霉毒素的作用水平曾在1982被修改,后来,在1989年再次被修订。按照现行有效方法对进口饲料或国产饲料进行检验分析,一旦发现其中的作用水平超标,则被视为掺假,FDA可以将其查封并从州际贸易中删除。此外,这些伪劣产品的生产者可能还要面临其它惩罚和责任。

人类食物的作用水平是20ppb总黄曲霉毒素,牛奶除外,牛奶的限值0.5ppb黄曲霉毒素M1。对于含玉米的动物饲料成分来说,作用水平也是20ppb,下例情况除外:

l  种牛、种猪以及成熟家禽用饲料,100ppb

l  体重超过100磅的育肥猪,200ppb

l  育肥(育肥场)肉牛,300ppb

世界上,约有99个国家已经制定了总黄曲霉毒素的监管限值,在很多情况下,明确了对黄曲霉毒素B1或牛奶黄曲霉毒素M1的监管。

伏马毒素

IARC人类致癌性风险工作小组已经将镰刀菌毒素置于2B类致癌物:也就是说,可能对人类致癌。由于数据有限,没有足够的证据表明伏马毒素B1是人类致癌物。 

在美国,FDA还没有对伏马毒素设定作用水平或进行监管。然而,FDA已经公布了生产企业的指导草案(6)。该草案中未包括供人类食用的玉米湿磨产品。欧盟制定的玉米原粮(用于湿磨的玉米除外)伏马毒素的最大限值是4mg/kg(B1B2)、玉米干磨产品是1mg/kg。瑞士制定的供人类食用的干玉米基食物中伏马毒素限值为1mg/kg

脱氧雪腐镰刀菌烯醇

脱氧雪腐镰刀菌烯醇(缩写为DON,也称为呕吐毒素)被认为与人类的急性胃肠疾病有关。然而,由于人类疾病症状的复杂性,由这种霉菌毒素导致的疾病很难明确诊断。 

虽然现在还没有制定脱氧雪腐镰刀菌烯醇的作用水平,但FDA已经公布了脱氧雪腐镰刀菌烯醇在用于人类消费的小麦加工制成品(面粉、面麸和胚芽等)和用作动物饲料的谷物及谷物产品中的建议标准(7)FDA没有对原粮小麦和进厂原料给出建议标准,理由是正常的加工过程和附加技术能够明显降低小麦加工制成品中脱氧雪腐镰刀菌烯醇的残留。加拿大政府对小麦中的脱氧雪腐镰刀菌烯醇进行监管,但没有监管玉米。欧盟对小麦、玉米(用于湿磨加工的玉米除外)、燕麦和干磨玉米产品中的脱氧雪腐镰刀菌烯醇规定了最高限量。

T-2毒素

作为一种毛单孢菌真菌毒素,T-2毒素含有水溶性和非水溶性两种成分,人们认为这种毒素可与哺乳细胞外表的磷脂双层相互作用。T-2毒素与其它毒素在人类消化性中毒白细胞减少的发病中有牵连。FDA都没有对T-2毒素或其它毛单孢菌真菌毒素在食品及饲料中的含量做出具体规定。

玉米赤霉烯酮

这种真菌毒素是由玫瑰镰刀菌产生的、与雌激素有关的代谢物。FDA没有对玉米赤霉烯酮及相关化合物给出作用水平或限值。欧盟对未加工的玉米(用于湿磨加工的玉米除外)规定最高限值为0.35mg/kg、精制玉米油为0.4mg/kg

真菌毒素与动物饲料

在第三节引述的研究表明,大多数已知的真菌毒素都是水溶性的,如果存在于谷物原粮中,在湿磨生产的食品(即淀粉、糖浆、玉米油)中未发现其显著水平。然而,加工并不能摧毁这些毒素,它们也许会集中于某些用于动物饲料的湿磨分量(如浸泡水、麸质、纤维和胚芽)中。因此,玉米湿磨企业一般都有低于人类健康规定限值的采购规范。

饲料成分中真菌毒素含量超标会对人类和动物的健康造成影响。如果毒素进入动物制品,如肌肉和奶制品,则应采取措施予以控制,确保食品中的毒素水平在健康规定限值之内。如果毒素未转移到食品中,但被动物所代谢,人们应考虑到其对动物健康和生产效率的潜在影响。

以黄曲霉毒素为例,研究显示,黄曲霉毒素B1可经奶牛转化为毒性较小的代谢物黄曲霉毒素M1。人们发现,牛乳中黄曲霉毒素M1的含量约为饲料中所含黄曲霉毒素B12.5%。不同的机构已经制定了牛乳中黄曲霉毒素的最大限值(美国食品法典委员会规定0.5ppb、欧盟规定0.05ppb)

已经证明,伏马毒素会导致马患上致命的白环软化症(“疯马病”)。伏马毒素还与猪的肺水肿、肝和胰腺损伤有关,与雄性大鼠和雌性小鼠的癌症有关。动物源性食品中的伏马毒素残留不足以对消费者造成伤害。然而,由于其对动物健康的影响,FDA已经为不同的动物种类制定了饲料中伏马毒素的建议标准。

HazelPatel的一项研究表明,单端孢霉毒素,如DON在肉类、乳制品和鸡蛋等动物源性食品中的传播是微不足道的。然而,出于动物健康方面的顾虑,FDA还是制定了不同动物种类饲料中DON的建议标准。

动物的T-2中毒症状包括饲料消耗减少、体重减轻、口腔病变、出血性腹泻和产蛋量减少。

如果含量很低,玉米赤霉烯酮对某些动物还是有益的,能促进羊、鸡和育肥牛的生长。然而,含量升高,它就会对生猪产生不利影响,导致雌激素综合症,对牛也会产生同样的问题。主要结果是延迟种猪发情给经济造成的影响。据认为,玉米赤霉烯酮的水平超过1,000ppb时,将会对其它动物的健康造成影响。

6  FDA风险评估

值得注意的是,在美国还没有因吃黄曲霉毒素而导致患病或死亡的记载案例。在1988年黄曲霉毒素爆发期间,FDA发表的一份谈话稿”中向公众保证,玉米中的黄曲霉毒素不会到达消费者手中:

“FDA规定用于人类消费的食品——包括用作食品原料的玉米以及各种食品玉米——中黄曲霉毒素的水平为十亿分之二十,乳品除外,乳品的作用水平为0.5ppb。研究显示,加工玉米的两种主要办法——干磨和湿磨——可以移除大部分存在于玉米中的黄曲霉毒素。比如,湿磨获得的玉米淀粉,其中的黄曲霉毒素只有原料玉米的1%

另外,FDA认为接触玉米湿磨原料中的伏马菌素不会对健康造成重大危害:

在受到伏马毒素沾染的玉米原料经过湿磨后得到的淀粉中并未检测出伏马毒素。这些淀粉被送去进一步加工生产玉米高果糖浆及其它玉米甜味剂。因此,这些类型的产品不含可检测出的伏马毒素。玉米胚芽萃取并精制的玉米油不含可检测出的伏马毒素。湿磨加工过程中产生的麸质和纤维分量确实含有伏马毒素;然而,这些分量用于加工动物饲料,比如玉米麸质粉和玉米麸质饲料。

玉米湿磨行业对真菌毒素的管理

(美国)玉米加工者协会(CRA)会员公司采取极为严肃认真的态度,将消费者接触真菌毒素的机会最小化。CRA会员公司遵循真菌毒素管理惯例,这可能包括:

l  回顾农业生产报告及监视农作物生长条件,对玉米作物中的真菌毒素水平做出评估;

l  对进厂玉米和出厂成品进行真菌毒素检测;

l  拒绝真菌毒素水平高于采购指标和/或政府限值的谷物入厂。

早期预警及有效采样

产生真菌毒素的真菌只在某些特定的天气条件下才会出现。例如,持续的高温和农作物生长季末的降雨都是真菌毒素水平可能升高的指标。地方、州和联邦各级农业部门通常发布玉米中各种真菌毒素含量的监测报告。它们为各地的玉米采购者提供了指南,告诉他们哪些地区应该接受最严格的检测。根据玉米收获后最初几个月的检测结果,可以维持、加强或减少这种检测。

有效检测

农作物收获后,可用多种不同方法在几个阶段对真菌毒素进行检测。快速免疫分析试剂盒的开发使得农作物种植者无需复杂或昂贵检测协议和设备就能监测农场的真菌毒素水平。种植者的检测可以作为隔离受污染谷物的第一步。

谷仓是取样和筛选过程中的第二个隔离点。黑光筛选是一种定性检测方法,它通过其独特的亮绿黄荧光检测黄曲霉的存在。这种方法快捷、简便,可在卸货现场进行,用其它定量方法都可确定其有效性。类似的取样程序在很多子终端和终端提升设施中都有使用,很多加工企业的自动谷物采样器和更复杂的检测方法都支持这些取样程序。

尽管湿磨加工可以从淀粉、甜味剂和油等产品中去除真菌毒素,但当有理由相信进厂原料中可能存在真菌毒素时,CRA会员公司还是会采取措施对玉米、加工流程和出厂饲料产品进行监控。采样、检测的关键控制点可能包括进厂卸货、浸泡水和饲料产品。由于玉米清洗液中所含的真菌毒素水平可能高于玉米未清洗前的水平,所以,在将其加入到饲料产品前要进行检测分析。

玉米湿磨实验室最初使用薄层色谱(TLC)和微柱分析法来监测霉菌毒素。后来,更新的酶联免疫吸附试验(ELISA)和高效液相色谱(HPLC)法因其速度快、灵敏度高和易于使用得以广泛采用。使用美国农业部的谷物检验、包装和堆场机构认证的霉菌毒素测试盒才可以确保这些快速测试盒的适用性和准确性。

FDA的管理法规直接适用于州际粮食销售,但通常也适用于州内粮食销售,因为州内粮食销售有可能进入州际贸易。因此,可接受的霉菌毒素限值由FDA的监管要求、具体采购者的意愿和买卖双方的协议共同决定。很多CRA会员公司都把黄曲霉毒素内控标准定为20ppb以下。

由于湿磨企业使用玉米作物中的一小部分来生产食品原料,他们可以对特定数量、可用于加工的玉米进行有效控制。而那些真菌毒素超标的玉米则被拒之门外。

农作物新品种与解毒策略

CRA会员公司支持美国农业部农业研究服务局及其它研究机构开发1)抗真菌入侵的农作物品种和2)生物竞争性微生物,可导致非黄曲霉毒素形成黄曲霉变种。这种技术的一项应用是最近引入的一个商业品种,该产品含有黄曲霉无毒菌株,可以取代农业领域中的有毒菌株。

虫害是很多霉菌毒素污染的危险因素。与非转基因玉米相比,利用现代生物技术生产的抗虫玉米杂交品种可以减少昆虫对玉米粒的取食,降低伏马毒素的浓度。这些杂交品种也被证明可以降低脱氧雪腐镰刀菌烯醇和玉米赤霉烯酮的浓度。在一些研究中,Bt玉米杂交品种的黄曲霉毒素水平低于非转基因玉米,但在不同种植区域,这一情况的结果是不一致的。用黄曲霉毒素接种受西南玉米螟侵害的玉米杂交品种,结果表明,当非Bt杂交种和Bt杂交种都接受黄曲霉喷雾并感染西南玉米螟时,前者的黄曲霉毒素积累水平明显高于后者。

将来有可能开发出更有效的解毒策略,以便更好地利用被污染的玉米。除了棉籽化学脱毒和使用化学吸附剂外,还很少有商业应用。仍在研发的脱毒策略有:

l  物理脱毒——热失活、辐照、溶剂萃取和溶液吸收;

l  生物脱毒——微生物灭活和发酵;以及

l  化学脱毒——结构退化加化学处理、饮食化学毒素改性和霉菌毒素化学吸附剂对生物利用度的影响。

CRA会员公司承诺提供安全的产品。他们的监控与检测计划,加上玉米湿磨加工本身,确保消费者将不会暴露在玉米湿磨工业的食品真菌毒素面前。

 

资料来源:(美国)玉米加工者协会