小麦真菌毒素分布规律及削减技术途径分析

孙宝胜 徐存宽 张莉莉 薛云才 汤春相

（泰州市粮油质监所，江苏泰州 225300）

监测中发现，小麦籽粒易出现的真菌毒素污染主要有呕吐毒素（DON）和玉米赤霉烯酮（ZEN），在个别年份其含量易超出国家限值。研究表明，2 种真菌毒素在小麦中分布存在着明显规律性。真菌毒素在小麦正常籽粒和不完善粒中均存在，但并非均匀分布，不完善粒中的含量明显高于正常籽粒。在各类不完善粒小麦中，呕吐毒素与赤霉病粒存在显著线性关系，与发芽粒存在正相关性，与黑胚粒不存在相关性[1]。真菌毒素在小麦籽粒外层含量高于内层[2]。2种真菌毒素和赤霉病粒均存在显著线性关系，随赤霉病粒数量的增加，2 种真菌毒素含量均呈现增加的趋势[3]。

真菌毒素在小麦籽粒中分布不均的客观规律，为小麦中2 种真菌毒素的物理削减提供了可能性和科学基础。当前真菌毒素削减技术主要为物理分级、加工处理、生物降解和化学降解等。研究规模上看，以物理技术为主，其他技术手段研究则相对较少。从研究方法上看，以单个技术手段处理较多，多技术科学集成处理手段较少。

从毒素分布规律、技术成熟度、技术效果、经济性方面分析，小麦中2 种真毒技术削减应以物理削减为主。在削减工艺中综合考虑小麦加工处理工艺，将物理削减集成在粮食收购或加工处理中，以最小的经济成本获得较好的经济和社会效益。

本文以泰州市小麦为研究对象，分析适合小麦中真菌毒素的物理削减技术手段及工艺流程，以及该技术应用前景与推广思路。

1 泰州市小麦质量情况

泰州市位于江苏省中部，南临长江、北近淮河，全辖区为江淮下游冲击平原，通扬运河以南为长江流域、以北属淮河流域。地理作物种植上属于稻麦两熟区域，小麦生产属于南方冬小麦生产区域。据统计，2020 年全市小麦产量约100 万t，主要品种为扬麦和宁麦等。

小麦卫生指标包括农药残留、重金属和真菌毒素三大类。GB 1351—2008《小麦》规定，容重为定等指标，由高到低分为一至五等、等外，不完善粒、杂质、水分等其他质量指标为参照指标，农药残留、重金属和真菌毒素均为限值指标。对泰州市2016—2020 年小麦质量卫生监测统计，各指标取平均值，具体情况如表1 所示。

表1 泰州市2016—2020 年新收获小麦质量与卫生指标

2 DON、ZEN 在小麦籽粒中分布规律研究

2.1 DON 在小麦籽粒中分布特点

2.1.1 DON 同小麦籽粒不完善粒的关系

GB 1351—2008《小麦》将与正常粒型相对应的小麦籽粒称为不完善粒，将其定义为受到损伤但尚有使用价值的颗粒。不完善粒因虫害、病菌害或物理作用所致，主要包括虫蚀粒、病斑粒（赤霉病粒和黑胚粒）、破损粒、生芽粒和生霉粒。

为准确系统分析不完善粒与真菌毒素之间关系，2016—2020 年，每年针对性采集新收获小麦，专项考察DON 与赤霉病粒、生芽粒和黑胚粒之间关系。分析研究发现，DON 与不完善粒之间存在正相关性，DON 与赤霉病粒存在显著线性关系，与生芽粒之间存在正相关性，与黑胚粒之间不存在相关性。具体来看，DON 含量随不完善粒含量增加呈现增大趋势，存在正相关关系，但相关系数仅为0.7；DON含量随赤霉病粒含量增加呈明显增大趋势，相关系数在0.9 以上，二者存在显著正相关关系；DON 含量随黑胚粒增加无明显变化趋势；DON 含量随发芽粒增加呈现增大趋势，这可能是因为发芽粒较高的小麦生长期间水分较大，有利于真菌繁殖而进而产生DON。

2.1.2 不同年份泰州市小麦DON 情况

以DON 和各不完善粒监测值为指标，取各指标年度均值，考察2016—2019 年不同年份间各指标变化规律，具体见表2。

从表2 可知，尽管近4 年种植结构和管理方式整体相近，但不同年份必然存在差异，即便在诸多因素影响下，不同年份小麦的不完善粒和DON 显然不同。DON 含量与小麦籽粒不完善粒依然存在明显规律，DON 随不完善粒升高而增大，这种规律与同年份统计规律一致。

表2 2016—2019 年泰州市小麦质量卫生指标检测结果

2.1.3 小麦籽粒中DON 分布规律

国内外科研人员一致认为，DON 在小麦粒内外层分布呈一定规律：在小麦籽粒内外层之间DON 含量存在差异，越往籽粒内层其DON 含量越低。这与真菌菌属在培养基培养时观察到的生长规律相吻合，真菌菌丝体在粮食籽粒表面聚集较多，而在籽粒内部分布不多，进而产生毒素的量也偏低。

2.2 小麦DON 和ZEN 的相关性

小麦样品中ZEN 和DON 两种真菌毒素均由镰刀真菌产生，所以二者之间存在伴生关系。2016 年，作者曾选择赤霉病粒严重小麦样品，对其赤霉病粒与ZEN 和DON 相关性进行研究，得出了两种真菌毒素存在显著正相关的结论，曲线方程为y=0.019x-9.007，相关系数R2=0.9365，具体见表3。

工业废渣-矿渣是冶炼生铁时从高炉中排放出的造渣熔体，其主要活性成分是氧化钙、氧化铝和氧化硅。由于高炉矿渣使熔融体急冷，玻璃体含量一般高达80%以上，使矿渣有较好的潜在胶凝性。水泥-矿渣二元体系的水化反应一般是，水泥熟料中的C3S首先水化，形成的氢氧化钙对矿渣中的玻璃体起激发作用。根据水泥化学常用术语表达C、S、A、F、CH和H分别表示CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、Ca(OH)2和H2O，水泥-矿渣的水化反应可近似表达为

表3 2016 年产小麦赤霉病粒和DON、ZEN 监测统计表

2.3 污染真菌毒素的小麦籽粒理化特性

多位研究人员研究证实，受镰刀菌属等真菌污染小麦，籽粒成熟后其常规质量指标与正常粒相比均发生了较大变化。候芮[4]以自然感染DON 依次严重（1.15～3.98 mg/kg）的小麦为研究对象，发现随DON 含量增大，小麦容重、硬度指数、千粒重和粒径均呈下降趋势，不完善粒呈上升趋势。同时经过电镜观察，污染严重的小麦籽粒不仅皱缩变小，且表面及内部结构逐渐疏松。何慧慧等[5]人也发现，小麦籽粒随DON 感染程度增加，千粒重、容重逐渐下降，不完善粒逐渐增多。

3 国内外小麦DON 削减技术情况

小麦DON 的降解研究主要集中在物理分级及加工、化学降解和生物降解三大方面。物理分级和加工是DON 降解一种具有理论基础的可行方法，也是主要方法；化学降解DON 研究相对较少，主要集中在利用臭氧降解DON，这种方法的优点是臭氧污染小、易分解，而其他化学降解方法不多，这因为小麦是食品原料，不可再被其他有毒、有害物质污染；生物降解DON 的方法主要集中在降解菌株和降解酶的筛选和培养方面，有报道其用于饲用粮食DON 降解，但规模化用于食用小麦暂时未见。

4 粮食企业小麦真菌毒素的削减技术途径

4.1 粮食企业真菌毒素粮整体处理控制策略

对于真菌毒素污染相对较低尚有食用价值的小麦，粮食种植农户应按质量分类收割，收储企业和小麦制粉企业，应采取按真菌毒素含量分类储存。对真菌毒素超标的小麦采用筛理分级、色选等技术进行处理是有效管理控制小麦真菌毒素含量，确保小麦和成品面粉质量合格的最直接可行的技术途径。

农业生产主管部门及各类小麦种植、经营主体，一旦发现真菌毒素超标的小麦，须及时科学采集代表性样品，进行削减技术试验性研究，确定最佳削减技术工艺。若经削减处理，依旧不能满足食用粮食卫生标准或者经济效益较差，则可考虑直接将超标小麦转为工业用粮或饲料用粮。

4.2 粮食企业可采用的小麦真菌毒素削减技术

（1）比重分选。受真菌毒素污染程度严重的小麦，其籽粒皱缩变小，表面及内部结构疏松，比重明显小于正常籽粒。基于真菌毒素污染的小麦与正常小麦之间的比重差异，采用比重分级机将真菌毒素含量高的小麦分离出去，以达到部分小麦真菌毒素含量合格。

（2）颜色分选。受真菌毒素污染严重的小麦，其颜色与正常小麦有明显区别，根据它们颜色的差异,采用光电技术设备，如色选机可将真菌毒素含量高的小麦分离出去。

（3）粒径筛选。感染真菌毒素的小麦，其籽粒皱缩变小，受真菌毒素污染程度严重的小麦，根据粒型大小，利用筛理设备可将颗粒较小或者破损小麦籽粒筛选出来。

（4）小麦制粉中研磨削减。小麦制粉最终实现小麦皮层与胚、胚乳分离，依据小麦籽粒中内外层之间真菌毒素分布规律，即真菌毒素主要分布在小麦的皮层，且在胚乳中也是从外到内呈递减趋势，所以采用现代制粉工艺，提高面粉加工精度，也可使成品面粉的真菌毒素含量控制到合格指标范围。

4.3 小麦真菌毒素物理削减技术规范流程图设计

根据真菌毒素在小麦籽粒中的分布规律和感染后小麦的物理特性，在实际操作中可采用图1 削减途径。

图1 小麦真菌毒素物理削减技术指导规范流程图

5 建立小麦真菌毒素物理削减指导规范意义及推广前景

5.1 小麦真菌毒素削减技术规范意义

（1）可以维护种植农户和粮食加工企业的利益。在粮食质量监管中，小麦或小麦粉真菌毒素超标，对小麦种植农户和小麦制粉企业均可造成较大损失，通过建立削减规范可以降低农户种粮风险，化解售粮矛盾，增加农民收入。

（2）可以完善相关法律法规和规范性文件的技术配套。江苏省和泰州市分别于2018、2020 年先后在省、市层面出台《江苏省超标粮食处置办法》和《泰州市超标粮食处置实施方案》，要求对超标粮食进行技术处理、妥善保藏利用，但没有制定针对超标粮食技术处理的技术规范。

（3）可以保障粮食食品安全。削减技术规范可有效指导真菌毒素超标小麦的处理，有效降低小麦中真菌毒素，进而防止不合格面制品流入食品领域。

5.2 小麦真菌毒素削减技术规范应用推广前景

五年来，泰州市粮油质监所在小麦真菌毒素和削减技术途径方面做了大量的研究，并取得了初步成果。泰州市地处江苏中部，且全市南北狭长，气候和农业生产上几乎基本与江苏省在南北地理分布一致。从全省来看，泰州市小麦真菌毒素削减技术规范应用具有一定的代表性，研究成果可以在全省推广。