粮食中脱氧雪腐镰刀菌烯醇的研究进展分析

沈跃丽 高 艳 王 睿 陶维春

（淮安市粮油质量监测所，江苏淮安 223001）

脱氧雪腐镰刀菌烯醇（Deoxynivalenol，DON）也称呕吐毒素，是真菌产生的一种次级代谢产物。粮食在生产、储藏或加工不当时可能发霉变质，从而产生真菌毒素[1]，人畜进食被真菌毒素污染的粮食或者饲料后可引起急慢性中毒。DON 及其衍生物是粮食类作物发霉变质产生的分布最广泛、影响较大的一种单端孢霉烯族化合物[2]，世界各地都有发现，一般在大麦、小麦、玉米、燕麦中含量较高，在黑麦、高粱、大米中的含量较低。DON 及其衍生物除了会引起动物厌食、发烧、呕吐、腹泻、站立不稳，进而反应迟钝等症状外，还会对其造血系统产生影响[3]。

DON 的化学性质很稳定，具有较强的热抵抗能力和耐酸性[3]，而且可以和其他的毒素产生协同作用，使得中毒症状更加复杂[4]，所以DON 是粮食类生产加工过程中的安全隐患。

1 DON 的基本性质

DON 最早是从感染了赤霉病的大麦中分离出来的，化学名称为3，7，15- 三羟基- 12，13- 环氧单端孢霉- 9- 烯- 8- 酮（如图1），是一种无色针状结晶，相对分子质量为296.32，分子式为C15H20O6，熔点为151～153 ℃，是一种极性化合物，可以溶于水和一些极性有机溶剂，如：含水甲醇、含水乙醇、乙酸乙酯等[7]。

人类和动物食用DON 后，DON 毒素与脑干后区的呕吐中枢的5- 羟色胺受体及多巴胺受体相互作用产生催吐作用，所以被称为呕吐毒素。DON 毒性主要由分子中C12/C13（图1）上的环氧基团产生[8]，且DON 分子中3 个自由羟基也与其毒性相关，其中C3 羟基具有重要的作用。DON 毒素具有单端孢霉烯族毒素的基本机构，其中四氢呋喃和环戊烷换共享碳原子2，12 和5（图1），从而形成刚性折叠。所以，尽管氧杂双环辛烷系统与环氧基团的螺旋连接有利于亲核进攻导致水解，但其环氧基团在中性和弱酸性条件下较稳定[9]。

图1 脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）化学结构

由于DON 的化学性质比较稳定，具有较强的热抵抗力和耐酸性，在粮食前处理加工中很难被破坏，即使进行350℃的高温处理也比较稳定，因此可在人类餐桌的食物链上长期富集[10]。有效去除或降低粮谷类制品中的DON 含量，对于保障人类舌尖上的安全具有重要的意义，很多学者进行了研究，也取得了初步成果。

2 DON 的毒害分析

DON 主要因田间种植病虫害防治不到位、收获期间遇上连续阴雨天、储存期间水分过高等原因导致粮食被真菌污染而产生，这些粮食进入人类的食品供应链，即使是动物食用也会间接影响人类的健康。

猪对DON比较敏感，饲料中含有300～500μg/kg的DON 就可能引起猪拒食、生长严重受阻、呕吐等；人类食用含有DON 的粮食制品后，会引起头痛、恶心、全身乏力等症状，严重者可导致贫血、克山病的发生，更有甚者会损害造血系统导致死亡[11-13]。有研究表明，DON 毒性会对人体的心肌细胞、血管内皮细胞等具有一定的毒性[14]。

3 DON 的检测方法

随着科学技术的发展，人们发明了很多用于检测粮食中DON 含量的方法，准确性越来越高。目前，对DON 含量常用的检测方法有：酶联免疫色谱法，胶体金快速定量法，高效液相色谱法等。

3.1 酶联免疫色谱法

酶联免疫色谱法是GB 5009.111—2016[15]《食品安全国家标准 食品中脱氧雪腐镰刀菌烯醇及其乙酰化衍生物的测定》的第四法，其采用的是ELISA方法，样品中的DON 经水提取、振荡、离心（或过滤）等前处理获取上清液。被酶标记的DON 酶连偶合物，与试样上清液或标准品中的DON 竞争性结合微孔中预包被的特异性抗体。在洗涤后加入相应显色剂显色，经无机酸终止反应，于450 nm 或630 nm波长下检测。试样中的DON 含量与吸光度在一定浓度范围内呈反比，从而测出样本中DON 含量[16]。

酶联免疫色谱法是一种快速定量DON 检测方法，其具有前处理具有简单、快速、方便等特点，比较适用于大批量样品的快速筛查。

3.2 胶体金快速定量法

胶体金快速定量法是LS/T 6113—2015[17-18]《粮油检验 粮食中脱氧雪腐镰刀菌烯醇测定 胶体金快速定量法》，采用的是免疫层析原理。样品中的DON经提取、振荡、离心（或过滤）等前处理，获取上清液检测条中胶体金微粒发生呈色反应，颜色深浅与样本中DON 含量相关，用仪器自带的读数仪检测试纸条上的颜色深浅，通过仪器内置曲线对不同颜色深浅程度的样品进行计算，从而得出样品中的DON含量。

胶体金快速定量法也是一种快速定量DON 的检测方法，其操作简单、快捷，比较适用于小麦收购现场的快速筛查。

3.3 高效液相色谱法

高效液相色谱法是GB 5009.111- 2016[15]中的第二法。测定粮食中的DON 含量的基础是抗原抗体反应，样品中的DON 经过振荡、离心（或过滤），抗DON 的单克隆抗体连接在柱内凝胶介质上，按照要求取一定量的样品提取液将其缓慢通过DON 免疫亲和柱，在免疫亲和柱内DON 与抗体特异性结合，用一定量的水将免疫亲和柱中未被结合的杂质洗去，然后用甲醇洗脱结合在免疫亲和柱上的DON，经过氮吹后用流动相复溶，经过高效液相色谱仪测定样品中的DON 含量。

高效液相色谱法前处理相对比较麻烦，但是灵敏度高，能够准确地定性与定量检测。姚霞等[19]的研究表明，高效液相色谱法其相对标准偏差（RSD）为1.31 %、回收率在80.77 %～91.92 %，精密度、回收率及重复性试验结果RSD＜5 %，其线性及加标回收都能够满足检测需要，在检测DON 方面高效液相色谱法是比较理想的选择。

4 粮食中DON 的削减方法

由于DON 的危害性大、分布很广，世界上很多组织和国家对粮食类及其制品DON 提出了限量要求。如国际食品法典委员会（CAC）对小麦、玉米、大麦的DON 限量是2000 μg/kg，其制品DON 限量是1000 μg/kg；欧盟对未加工杜伦小麦、燕麦和玉米的DON 限量是1750 μg/kg，其他未加工的粮食DON限量是1250 μg/kg，面粉的DON 限量是750 μg/kg；美国规定供人食用的最终小麦产品DON 限量是1000 μg/kg[5]；我国规定小麦及其产品DON 限量1000 μg/kg[6]。为了去除或降解粮食中的毒素，世界各国的研究者曾尝试多种不同的方法，包括物理削减、化学削减以及生物削减[20]。但由于粮食加工过程的特殊性和复杂性，投入实践中受到诸多因素的限制。

4.1 物理削减方法

物理削减的方法包括物理分级法、水浸泡法、吸附法等。

物理分级法是指通过清除小麦中的生霉粒、干瘪粒等不完善粒，从而降低小麦DON 的含量。物理分级处理是削减小麦中DON 比较直接的方法。小麦DON 主要集中在赤霉病粒中，吴本刚等[21]的研究表明，真菌毒素与赤霉病粒之间存在着显著的线性关系；陶维春等[22]的研究表明，小麦中DON 含量随着赤霉病粒含量的增加而增加，二者呈正相关；吴建章等[23]通过小麦气流分级的试验筛选设备，调节气流水平速度、分级隔板高度等因素对小麦进行分级除杂，筛选后的小麦的DON 含量发生明显变化；张来林等[24]在传统比重机基础上通过采用双排多组风机等技术改进设计出新型比重式精选机对小麦不完善粒筛选，试验发现，初清后的原粮毒素由0.8 mg/kg 降低到0.46 mg/kg，精选后的原粮毒素含量由0.8 mg/kg 降低到0.314 mg/kg。

水浸泡法主要是通过水洗浸泡降低小麦中的DON 含量。研究表明，DON 在小麦籽粒中内外不同分层中存在明显差异，越往籽粒内层的DON 的含量越低[25]，因此通过水洗浸泡可显著降低小麦中的DON 含量，但是水洗浸泡后，毒素留在溶液中，对DON 本身没有破坏，易造成二次污染。

吸附法是利用吸附材料的疏水作用将粮食中的DON 结合，达到去除DON 的目的。吸附材料与DON结合比较弱，易于洗脱，吸附材料可以重复利用，所以比较环保。常用的吸附材料有活性炭、沸石、膨润土、合成树脂及酵母细胞壁衍生产物。据研究，1g 活性炭可以吸附35.1 μmol 的DON，但DON 不能被完全吸附，成本高[26]。吸附法在一定程度上能够部分清除DON，但粮食中营养物质也会部分流失，且吸附材料的削减效果与环境pH 有关，实践中没有广泛应用。

4.2 化学削减方法

化学削减主要通过强氧化剂、强碱等化学物质破坏DON 分子结构，使其转化为无毒或者低毒物质，达到降低粮食中DON 的含量的目的。

常见用于降解DON 的强氧化剂是臭氧和过氧化氢等。臭氧具有较好的渗透性，且无毒、易分解，在降解真菌毒素方面越来越受到关注[27]。研究表明，臭氧易于攻击DON 分子上的C9 和C10 位上的双键，通过氧化可以将DON 降解为酸、醛、酮等较为简单的分子。水在转化DON 时是很关键的，王莉[28]研究表明，试验中含水量从11.79 %上升到20.10 %，其DON 含量由3.89 mg/kg 降到0.83 mg/kg。常晓娇等[29]的研究表明，二氧化氯等其他氧化物质对DON 的降解效果并不显著。

DON 遇到强碱会使得其化学结构发生改变，C12/C13 上的环氧基团会被破坏，且pH 越高，DON越容易降解。研究表明，用碳酸钠和碳酸氢钠处理试样，DON 的毒性基团破坏程度跟温度和pH 有关，在含有18.4 μg/g DON 的大麦中添加1 mol/L 的碳酸钠，80 ℃孵育1 d 后DON 降至4.7 μg/g，8 d 后DON几乎完全降解[30]。常敬华等[31]的研究表明，在挂面制品中添加不同浓度的碳酸钠，DON 毒性有显著降低。

4.3 生物削减方法

生物削减法是利用微生物的代谢、吸附等相关特性降低试样中的DON 含量。生物削减法是利用有益微生物及其分泌酶与毒素作用，使毒素分子结构发生变化，将毒素转化为低毒或者无毒的产物。许多微生物如细菌、酵母菌、真菌等均可以有效去除或者降低毒素[32]。生物削减既能避免物理、化学方法对小麦中营养成分的破坏，又可避免引入有毒有害化学物质，是用一种高效、环保的手段达到削减的目的[33]，是目前研究的热点之一。

生物降解主要是利用可降解DON 的微生物或者酶，将DON 分解成无毒或者低毒的产物。徐剑宏等[34]的研究发现，筛选到的降解菌株Devosia sp.DDS- 1 产生的高活性的胞内酶，将3- AC- DON 降解到3- 酮基- DON，对小麦饲料中的DON 降解率达到75.47 %。邓阳[35]筛选的菌株P.polymyax JSa- 9 产抗菌脂肽LI- F，在人工接种小麦赤霉病防效测定结果表明，在接种病菌前24 h 喷施800 μg/mL 的LI- F，防效为73.69 %，在接种24 h 喷施800 μg/mL的LI- F，防效为75.19 %。

生物吸附法，是在原料中添加待定的微生物以吸附毒素，微生物与DON 结合后形成复合体，不经肠道吸收直接排出体外，以达到降低DON 对肌体损坏的目的。Devegowda[37]在实验中发现微生物酿酒酵母可以吸附很多毒素，Bakutis[38]随后发现胶红类酵母、深红类酵母、发酵地酶酵母、美极梅奇酵母、马克思克鲁维酵母等可以吸附液体中的DON，且可使DON 的含量减少44 %～84.6 %，据研究DON 的吸附作用与细胞壁上的葡聚糖有关。

理想的削减方法，一方面能够高效实现DON 削减目的，另一方面又要保证小麦中营养成分不被破坏，而且去毒方法要操作简单、经济合理、现场快速检测。但目前的削减方法都不能同时实现上述目标。物理方法简单易操作，但是去除的效果有限，且水洗和活性炭吸附易造成二次污染；化学方法在小麦中强碱的应用价值不高，臭氧在小麦中毒素处理上有广阔的应用前景；生物方法对去除DON 高效专一，不破坏其营养成分，不存在二次污染问题，但成本高、见效周期长。由此可见，目前无法用单一的方法长效降低DON 含量，研发安全高效的削减方法对保障人类舌尖上的安全意义重大，也迫在眉睫。

5 展望

近年来，随着气候的变化，粮食赤霉病有增加的趋势，在国内外粮食市场上小麦DON 检出率较高，对粮食安全造成较大威胁。了解DON 的污染情况并对其有针对性地防控对确保粮食安全有重要意义。尽快探索出安全高效的削减技术，将DON 含量降至安全水平，减少因DON 污染而导致的经济损失和对人畜的危害是目前亟需解决的问题。