葡萄及其制品中真菌毒素研究进展

2017-01-31 06:12谢汉忠黄玉南庞荣丽乔成奎
农学学报 2017年12期
关键词:葡萄干曲霉菌制品

谢汉忠,黄玉南,李 君,庞荣丽,乔成奎,成 昕

(1中国农业科学院郑州果树研究所/农业部果品质量安全风险评估实验室(郑州),郑州450009;2农业部农产品质量安全中心,北京100081)

葡萄及其制品中真菌毒素研究进展

谢汉忠1,黄玉南1,李 君1,庞荣丽1,乔成奎1,成 昕2

(1中国农业科学院郑州果树研究所/农业部果品质量安全风险评估实验室(郑州),郑州450009;2农业部农产品质量安全中心,北京100081)

葡萄在生产、贮藏和加工过程中,受环境条件的影响可能受到真菌的污染,进而产生不同的真菌毒素,影响葡萄及其制品的质量安全,给人类健康带来安全风险。有关葡萄及其制品中真菌毒素的研究,多集中在欧美等葡萄产区国家,中国在这方面研究以及相关的文献报道还比较少。笔者系统分析了污染葡萄及其制品的真菌类型、污染条件以及产生真菌毒素的种类和含量;通过真菌毒素产生环境的介绍,提出了防治真菌毒素污染的控制手段,特别是真菌毒素分子生物学的深入研究,在区分真菌毒素种类和制定真菌毒素污染的控制技术方面可有效提供技术支撑。比较各国真菌毒素检测方法的研究,发现中国在研究水果及其制品中真菌毒素的检测方法、制定标准和真菌毒素在水果及其制品中的最大残留限量标准方面都存在不足。最后,提出了中国开展真菌毒素在葡萄及其制品中的研究方向。

葡萄;葡萄制品;真菌毒素

0 引言

真菌毒素(mycotoxin)是真菌在食品、农产品或饲料中生长所产生的有毒次生代谢产物,可直接污染食品、农产品和饲料,间接污染动物产品,对人类健康构成风险,是食品安全最重要的风险因子之一。真菌毒素对人类的毒性危害有2种类型;一是损伤DNA,具有致畸、致癌和致突变等特性;二是致细胞毒性,破坏质膜(细胞膜)和细胞酶,从而危害人类的健康。葡萄的生长、运输和贮藏等过程容易受到病原微生物污染,进而产生各种真菌毒素,加工过程也可能导致葡萄制品中产生真菌毒素,给葡萄制品的质量安全带来隐患,有关葡萄及其制品中真菌毒素的研究,多集中在欧美等葡萄产区国家,中国在这方面的报道还比较少。笔者对真菌毒素在葡萄及其制品中的污染种类、污染条件和污染剂量等内容进行了系统分析,旨在掌握真菌毒素在葡萄及其制品中的生长环境、检测方法等,为研究和制定真菌毒素发生及传播的控制技术提供理论依据,确保消费者的健康安全。

1 真菌毒素及其危害

目前已发现300多种真菌毒素[1],常见或污染较普遍的真菌毒素主要有黄曲霉毒素(aflatoxins)、赭曲霉毒 素 (ochratoxin)、展 青 霉 素 (patulin)、伏 马 菌 素(fumonisins)、玉米赤霉烯酮(zearalenone)等。其中黄曲霉毒素是毒性最强、污染较广、危害最大的类型,其次为赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)等。黄曲霉毒素B1在1988年被联合国世界卫生组织机构的癌症研究中心(International Agency for Research on Cancer,IARC)归为第一类致癌物质[2],可致肝毒性或抑制免疫系统。1993年,赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)被联合国世界卫生组织机构的癌症研究中心列为Group 2B类致癌物,它主要危害人类的肾脏、神经系统和免疫系统,导致慢性或急性的肾脏损害,有诱变、致畸和致癌作用[3-6]。真菌的产毒形式可以分为3种类型:一类为全天候的产毒型,这类真菌在任何条件下都可产毒,而且其产毒量差异不大,属于这类的有玉米赤霉烯酮;一类为在热带或亚热带地区易于产毒型,属于此类的有黄曲霉毒素;另一类为在温带或凉湿地区易于产毒型,属于此类的有单端孢霉烯族毒素和赭曲霉毒素等[7]。

赭曲霉毒素是霉菌(赭曲霉、疣孢青霉菌和炭黑曲霉)次生代谢物的总称,是霉菌在侵染谷物、葡萄等产品后产生的[8-9]。其中,赭曲霉毒素A是Vander等[10]在1965年首次从赭曲霉(Aspergillus ochraceus)中分离得到的。炭黑曲霉是近几年发现也能产生赭曲霉毒素A(OTA)的真菌[11],主要侵染水果,如葡萄等,出现在葡萄、葡萄干、葡萄汁中OTA主要是这类真菌产生的[12-15]。

2 真菌毒素检测方法

真菌毒素在果品中的含量极低,因此对检测方法的要求较高。目前真菌毒素检测常用的前处理方法有固相萃取法(SPE)、液相萃取法(liquid-liquid extraction)、凝胶渗透色谱法(GPC)、免疫亲和层析净化法(IAC)等。主要检测分析方法有薄层色谱法(TLC)、酶联免疫法(ELISA)、气相色谱法(GC)、气相色谱串联质谱法(GC-MS/MS)、高效液相色谱法(HPLC)、液相色谱串联质谱法(LC-MS/MS)等。薄层色谱法(TLC)简捷便利,可同时做大量样品、成本较低,缺点是重复性差、精密度低,但与IAC等前处理手段结合也有一定的应用前景。Welke等[16]采用TLC法结合电荷耦合装置(CCD)对苹果汁样品中的展青霉素(PAT)含量进行了测定;酶联免疫法特异性强、前处理简单,但酶稳定性差、假阳性率高、需要其他方法验证,它只适用于多种毒素的定性筛选检测;气相色谱法(含气质联用法)需要衍生化前处理、操作繁琐。Jiménez等[17]采用HPLC和GC方法同时对香蕉中镰刀菌产生的单端孢霉烯族毒素等11种真菌毒素进行检测,发现GC法仅能测定2种真菌毒素,而HPLC法均能测定,且成本低、高效灵敏。高效液相色谱法(含液质联用技术)具有更高的选择性和灵敏度,应用极为广泛,是同时检测多种真菌毒素的主要手段。Sulyok等[18]采用半定量LC-MS-MS方法,对160个水果和坚果样品中23种真菌毒素进行了多残留检测;Zwickel等[19]建立的HPLC-MS/MS方法可对果蔬汁和酒中12种链格孢霉毒素进行同时检测,检出限和定量限分别为0.10~0.59、0.4~3.1 μg/L。

中国颁布了水果蔬菜中链格孢霉毒素(SN/T 4259)的LC-MS-MS检测方法;食品中OTA(GB/T 23502)的HPLC检测方法;苹果及山楂制品中展青霉素(GB/T 5009.185、NY/650)的检测方法,食品中黄曲霉毒素(GB/T 5009.22)的检测方法标准等,水果中真菌毒素的检测种类和方法相对较少。

3 葡萄及其制品中真菌类型和真菌毒素含量

3.1 葡萄及其制品中真菌类型

欧洲是葡萄酒生产和消费的大国,其葡萄酒的出口量占世界出口量的70%,因此对葡萄及其制品中真菌毒素的研究较多,国内对此研究较少。何云龙等[20]从烟台赤霞珠葡萄中分离到了7株黑曲霉菌,其中3株为炭黑曲霉菌(Aspergillus carbonarius),并且产生OTA。Ponsone等[21]对阿根廷门多萨省4个葡萄园中葡萄样品进行了研究,大部分样品在生长的各个阶段均检测到了炭黑曲霉菌(Aspergillus niger)和泡盛曲霉(Aspergillus awamori),且晚熟品种‘勃纳达’(Bonarda)和早熟品种‘坦普拉尼罗’(Tempranillo)样品上检测到了OTA;Rosa等[22]从阿根廷的葡萄样品中检测到了48份黑曲霉菌(Aspergillus niger),其中8份产生OTA,在巴西的葡萄样品中检测到了53份黑曲霉菌(Aspergillus niger),其中16份产生OTA,同时在这2个地区的葡萄酒中也检测到了OTA。Battilani等[23]研究了意大利北部3个葡萄园和南部6个葡萄园中不同生育期葡萄被霉菌污染的情况,发现炭黑曲霉菌(Aspergillus carbonarius)侵染着色期的葡萄,并且是产生OTA的主要霉菌。García等[24]在西班牙从葡萄果实上分离到了曲霉属菌(Aspergillus)、链格孢属菌(Alternaria)、枝孢属菌(Cladosporium)和青霉属菌(Penicillium);发现黑霉菌在较热地区发生率高于东北地区,炭黑曲霉菌(Aspergillus carbonarius)在南方和东北地区均是主要的OTA产生菌。Abarca等[25]对西班牙市场上的葡萄干样品(黑加仑、葡萄干和小葡萄干)进行了研究,结果显示50份葡萄干样品,有49份样品被真菌污染,被污染的样品中均检测到了黑曲霉菌,58%的样品中检测到了炭黑曲霉菌(Aspergillus carbonarius),并且炭黑曲霉菌(Aspergillus carbonarius)是主要产生OTA的霉菌。2001—2003年连续3年,在西班牙拉里奥哈地区,研究人员发现葡萄采收前黑曲霉菌是主要的致病菌,其中78%~100%的炭黑曲霉菌(Aspergillus carbonarius)能够产生OTA[26]。Logrieco等[27]在澳大利亚的研究,也印证了葡萄果实上的OTA主要是炭黑曲霉菌(Aspergillus carbonarius)产生的,该霉菌是在葡萄着色期开始侵染葡萄果实,在葡萄果实成熟期及破损的葡萄果实上OTA含量增加。曲霉菌(Aspergillus)和青霉菌(Penicillium)经常在葡萄成熟期和晒干期间生长并产生OTA[28-29]。Felšӧciová等[30]在斯洛伐克从葡萄果实中分离到582株真菌,属于10个属,主要是链格孢属、曲霉属、葡萄孢属和青霉属。2008年7月,斯洛伐克的低温高湿导致葡萄被真菌污染,污染葡萄的真菌主要是曲霉菌属(Aspergillus)、青霉属(Penicillium)、单格孢属(Ulocladium)和木霉属(Trichoderma),而且检测到的毒素有OTA、伏马菌素(fumonisins)、白僵菌素(beauvericin)等[31]。2016 年,首次报道了黑曲霉在乌拉圭Tannat葡萄上的发生情况,发现Aspergillus uvarum和Aspergillus welwitschiae是主要的真菌类型,而通常认为的OTA主要产生菌Aspergillus carbonarius未检测到[6]。总之,不同栽培区域的葡萄,都有被真菌污染的报道,能从葡萄上分离到的真菌种类主要有曲霉、青霉、根霉、毛霉、链格孢属、镰刀菌和枝孢属等,且表面破损葡萄上的污染量高于健康葡萄,在各地污染的葡萄中均发现有黑曲霉菌,而且大部分能产生OTA[32]。

3.2 葡萄及其制品中真菌毒素含量

由于真菌毒素污染食品对人类健康构成威胁,人们对真菌毒素的研究越来越广,葡萄及其制品中真菌毒素的研究也越来越深。Abrunhosa等[3]以酿酒葡萄主栽品种‘赤霞珠’为材料进行了研究,在被污染的葡萄中测定OTA含量,果肉中OTA含量为0.58~0.86 μg/kg,葡萄皮中OTA含量为200.68~307.88 μg/kg,含量差别极大。Zhang等[33]对国内不同地区酿造的119种葡萄酒(包括干酒、冰酒)进行取样检测,结果显示OTA含量值为 0.1~5.65 μg/L,且东北部地区 OTA 检出值较高,平均含量为2.18 μg/L。Sage等[34]在法国的研究发现,11份葡萄汁样品中有8份检测到炭黑曲霉菌(Aspergillus carbonarius)产 生的 OTA,含 量为 10~461 ng/L,并且葡萄中存在的产生赭曲霉毒素的菌株与葡萄汁中OTA密切相关。Ponsone等[21]研究了阿根廷的葡萄、葡萄干、葡萄汁被污染情况,发现阿根廷门多萨省4个葡萄园在被真菌污染的晚熟葡萄品种‘勃纳达’(Bonarda)和早熟品种‘坦普拉尼罗’(Tempranillo)果实中检出了OTA,含量水平在1.3~50 μg/L,红葡萄汁中OTA含量较低,平均值分别为0.12 μg/L,60%的葡萄干样品中检测到了OTA,含量0.26~20.28 μg/kg。Stefanaki等[35]在 2003 年报道了希腊葡萄及其制品中OTA的检测情况,在1998—2000年间收集的自制葡萄干中,54份黑加仑的OTA含量中值为1.3 μg/kg,而27份无核小葡萄干中OTA含量中值为0.6 μg/kg。摩洛哥的研究人员发现,从零售店和当地超市购买的20份葡萄干样品中,黄曲霉毒素B1发生率为20%,含量3.2~13.9 μg/kg,平均含量10.7 μg/kg,最高含量13.9 μg/kg;20份葡萄干样品中,30%检测到了OTA,含量0.05~4.95 μg/kg,但含量未超过欧盟对此的规定[36-37]。Aksoy等1999—2003年间,在土耳其收集了1885份葡萄干样品,所有样品中仅0.6%的样品OTA含量超过10 μg/kg,9.3%的样品未检测到OTA,其余样品OTA含量0.3~10 μg/kg,总体平均含量(1.36±2.91)μg/kg[38]。Serra等[39]建立了酿酒用葡萄中OTA的检测方法,并运用此方法检测葡萄牙4个产区的11个葡萄园中11份葡萄样品,其中3份样品检出OTA,含量为0.035~0.061 μg/kg。《食品安全国家标准 食品中真菌毒素限量》(GB 2761—2011)标准,规定了展青霉素在水果及其制品中(仅限苹果、山楂原料制成的产品)、饮料类、酒类的最大残留限量为50 μg/kg,其他真菌毒素在水果(葡萄)及其制品中的限量尚未规定。欧盟规定葡萄干中OTA最大残留限量值为10 μg/kg,葡萄酒和葡萄汁中OTA最大残留限量值为2 μg/kg[40];加拿大规定OTA在葡萄干和葡萄汁中的最大残留限量值和欧盟一致;保加利亚规定OTA在葡萄汁中的最大残留限量值为3 μg/kg[41]。受各地环境因素的影响,葡萄及其制品中真菌毒素含量不一。但真菌毒素超限量的情况各地都存在,葡萄皮中的OTA含量远高于果肉中的含量,而葡萄汁或葡萄酒中的OTA含量相对较低。

4 真菌毒素分子生物学

2006年,Selma等[42]首次使用实时定量PCR方法鉴定出了发生在葡萄上炭黑曲霉(Aspergillus carbonarius)的DNA,而且OTA的产生与细胞色素P450有关。Khoury等[43]用特异性引物aflJ和aflR,进行聚合酶连反应(PCR)扩增,扩增产物应用内切酶BglⅡ和限制性片段长度多态性(RFLP)技术进行标记,黄曲霉(Aspergillus flavus)扩增出了362、210、102 bp 3个特异位点,寄生曲霉(Aspergillus parasiticus)扩增出了363、311 bp 2个特异位点。因此,该方法可以简单、快捷地应用在区分被侵染的葡萄果实上的这2种霉菌。Storari等[44]在意大利特伦蒂诺高山地区的葡萄样品上分离到了OTA,进一步研究发现产生OTA的是黑曲霉菌(Aspergillus niger)和炭黑曲霉菌(Aspergillus carbonarius),并发现了OTA合成的重要基因是An15g07920。Somma等[45]研究发现,在黑曲霉(Aspergillus niger)中检测到的fum8基因与伏马菌素的合成有关,葡萄果实上的黑曲霉(Aspergillus niger)和泡盛曲霉(Aspergillus awamori)是伏马菌素B2的产生菌。

5 真菌毒素生长环境及控制方法

5.1 真菌毒素生长环境

曲霉菌属(Aspergillus)和青霉菌属(Penicillium)能够在高温低湿环境下生长,而镰刀菌属(Fusarium)则在高湿低温环境下生长;曲霉菌属(Aspergillus)在高温高湿条件下容易产生OTA[9,46-47]。黑曲霉侵染葡萄与温度间呈正相关关系,与相对湿度或降水量无关[28]。炭黑曲霉菌当温度在30℃、水分活度为0.95时,其生长速率最快,当水分活度低于0.85时停止生长,类似的情况在阿根廷、西班牙、以色列、澳大利亚和欧洲国家均有研究发现[46,48-49]。炭黑曲霉(Aspergillus carbonarius)最适生长和产毒温度分别为30℃和20℃,最适生长和产毒的相对湿度为86%[50]。在葡萄干表面,赭曲霉菌的最佳生长温度(20℃)和湿度(18%~22%)与OTA大量积累的温度(25℃)和湿度(22%~26%)不完全重合,低温保存(2~10℃)可减缓但不能停止OTA的产生,而干燥保存(湿度<14%)是防止OTA产生积累的有效方法;比较清水清洗、超声波清洗或紫外照射方法对降低葡萄干表面的赭曲霉菌和OTA,发现超声波清洗的杀菌和降低OTA浓度效果最显著。经过日晒干燥处理制作的葡萄干比其他方式更容易感染OTA,在阴凉干燥条件下酿造的葡萄酒OTA含量明显高于干热条件下酿造的葡萄酒[51]。

5.2 真菌毒素控制方法

在葡萄生长过程中,受环境因素的影响,葡萄很可能被真菌污染,被污染的果实上甚至产生多种次生代谢产物,如OTA等,当葡萄成熟后,采摘、运输和贮藏过程可能成为OTA等毒素转移的媒介,尤其可能导致葡萄酒中OTA含量的增加[52]。OTA在葡萄汁中的含量,受到葡萄收获前和收获后的环境条件、葡萄园的地理位置、葡萄品种的影响较大,在对葡萄进行破碎制造葡萄汁的过程中,葡萄果实上的OTA会进入葡萄汁[53]。葡萄采摘过程直接去除腐烂果或被真菌污染的果实,是减少果实真菌毒素风险的重要环节,但链格孢菌属(Alternariaspp.)可在果实表皮无明显变化的情况下使内部果肉污染腐烂,这种污染并不能通过人工分拣、冲洗等手段去除毒素,这给葡萄制品带来潜在的风险。所以葡萄生长过程防治真菌毒素的发生和全过程控制真菌毒素的转移,都是降低葡萄及其制品中真菌毒素风险的重要环节。

真菌毒素的防治主要包括除毒和抑毒,除毒主要是用物理、化学和生物学方法清除毒素或者使其失去毒性[54-55],抑毒主要是通过作物抗病育种、化学药物防治和生物方法抑制毒素产生[54],而应用化学、物理和生物等方法都可以减少农产品中真菌毒素的产生,如OTA等[47,56]。使用杀虫剂Lufox(氨基甲酸盐类杀虫剂)、Decis(合成除虫菊酯杀虫剂)和Bt(苏云金杆菌),可以减少因虫害而引起的葡萄破损,可有效降低葡萄酒中OTA含量,Bt也可以明显抑制葡萄上产生OTA真菌的生长[57]。良好的耕作措施、降低破损浆果的数量、及时移除破损的葡萄等措施都是降低葡萄干中OTA含量的有效方法[58]。迟蕾等[59]研究发现,60Co-γ射线照射可以有效降解水溶液中的OTA含量,而且对低浓度OTA水溶液的降解效果最好,当辐照剂量为4 kGy时,水溶液中赭曲霉毒素A的降解率可达到90%。澳大利亚的Hocking等[60]研究发现,炭黑曲霉菌(Aspergillus carbonarius)和黑曲霉菌(Aspergillus niger)是主要的OTA产生菌,然而,通过合理的耕作、灌溉和修剪可以降低土壤中黑曲霉的水平,从而可以减少葡萄及其制品中OTA的含量;另外,避免果实的破损、快速干燥、彻底的清洗和储藏时移除霉变的果实都可以减少OTA在葡萄产品中的含量。

6 展望

葡萄及其制品中真菌毒素的产生受环境因素、制作工艺、存储条件等影响较大,通过系统分析发现,葡萄及其制品中真菌毒素的污染较为普遍,个别地区、某些毒素污染较为严重,葡萄皮中OTA含量达到307.88 μg/kg。目前,有关葡萄及其制品中真菌毒素的研究主要集中在欧美国家等葡萄产区,从笔者引用的文献看,国外文献占80%以上,中国在这方面的研究还有待提高。首先应研究不同区域、不同时期葡萄及其制品被真菌污染的类型、产生次生代谢物的种类和污染含量;其次是通过真菌毒素和次生代谢物产生环境条件的研究,提出更好地控制真菌毒素产生的物理、化学或“鸡尾酒”试的防治方法,确保葡萄及其制品的质量安全。比较各国真菌毒素检测方法的研究,发现中国在研究水果及其制品中真菌毒素的检测方法、制定标准和真菌毒素在水果及其制品中的最大残留限量标准方面都存在不足。《食品安全国家标准食品中真菌毒素限量》(GB 2761—2011)只规定了展青霉素在水果及其制品中(仅限苹果、山楂原料制成的产品)、饮料类、酒类的最大残留限量为50 μg/kg,其他真菌毒素在水果(葡萄)及其制品中的限量尚未规定。2017年9月17日实施的新修订标准GB 2761—2017,只增加了葡萄酒中OTA最高残留限量为2 μg/kg,仍与葡萄及其制品中污染真菌毒素种类之多是不相称的。而欧盟、CAC等在水果及其制品中真菌毒素的限量标准数量多于中国,加拿大规定了葡萄、葡萄干中OTA的限量标准。所以,建立真菌毒素在水果及其制品中检测方法;深入开展真菌毒素的毒理学研究,制定其在葡萄及其制品中真菌毒素最大残留限量标准等工作将是今后一段时间的研究方向。

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Research Progress of Mycotoxins in Grapes and Its Products

Xie Hanzhong1,Huang Yunan1,Li Jun1,Pang Rongli1,Qiao Chengkui1,Cheng Xin2
(1Zhengzhou Fruit Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences/Laboratory of Quality and Safety Risk Assessment for Fruit(Zhengzhou),Ministry of Agriculture,Zhengzhou 450009,Henan,China;2Center for Agri-food Quality and Safety,Ministry of Agriculture,Beijing 100081,China)

Fungi are major pathogens that cause contamination during grape production,storage and transportation.Several classes of mycotoxins produced by fungi could simultaneously contaminate grape.In addition to their ability to cause spoilage of grape fruit and its related products,these mycotoxins could cause potential harm to human health.Studies of mycotoxins in grapes and its products were more concentrated in the main grape production areas such as Europe and the United States,but less in China.This paper systematically analyzed the kinds of fungus contaminating grapes and its related products,pollution conditions,mycotoxins types and pollution levels.Through the introduction of mycotoxins producing environment,it developed prevention strategies and control methods for mycotoxin contamination.With advancement of scientific research in molecular biology of mycotoxins,progress was achieved in the identification of mycotoxins and the development of techniques in controlling mycotoxins contamination.This review found that standards of the maximum residue levels and determination methods of mycotoxins in fruit and its products in China were insufficient by comparing determination methods of mycotoxins in other countries.Finally,it proposed future research direction of mycotoxins in grape and its related products in China.

Grape;Grape Products;Mycotoxins

S-3

B论文编号:cjas17050009

中国农业科学院科技创新工程项目“果品质量安全控制技术研究”(CAAS-ASTIP-2017-ZFRI-10);国家农产品质量安全风险评估项目“果品质量安全风险隐患摸底排查与关键控制点评估”(GJFP2017003)。

谢汉忠,男,1965年出生,河南上蔡人,副研究员,硕士,主要从事果蔬质量安全与风险评估。通信地址:450009郑州市航海东路南中国农业科学院郑州果树研究所,Tel:0371-65330935,E-mail:xiehanzhong@caas.cn。

成昕,女,1967年出生,北京人,高级经济师,硕士,研究方向:农产品质量安全。通信地址:100081北京市海淀区学院南路59号农业部农产品质量安全中心,Tel:010-62133119,E-mail:hellen1231@126.com。

2017-05-08,

2017-06-19。

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