智能真菌毒素消减机对玉米中真菌毒素的脱除效果研究

刘晓萌，王寿南，沈玉现，张晓琳，申海云

（1.中粮营养健康研究院有限公司，北京市畜产品质量安全源头控制工程技术研究中心，营养健康与食品安全北京市重点实验室，北京 102209；2.南京财经大学食品科学与工程学院/江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，江苏南京 210023；3.鲁山县华豫万通工程技术有限公司，河南平顶山 467000）

玉米是世界上重要的粮食作物，也是主要的饲料原料和工业原材料，玉米的安全生产是保障国家粮食安全和经济发展的重要支撑[1-2]。玉米是我国种植面积最大、产量最高的作物，在我国种植业中占据着极为重要的位置[3]。玉米穗腐病又称赤霉病，是影响玉米品质和产量的限制因素之一。引起玉米穗腐病发生的致病菌种类达40 余种，主要有禾谷镰孢菌（Fusarium graminearum）、串珠镰孢菌（Fusarium moniliforme）、 木 霉 菌（Trichoderma）和 青 霉 菌（Penicillium）等[4-5]。玉米穗腐病在我国玉米主产区均广泛发生，是玉米生长后期和储藏期间的重要病害。近年来，随着全球气候变暖，秸秆还田、少耕免耕等耕作方式的转变，我国玉米穗腐病的发生频次和危害程度逐年加剧，穗腐病的发生不仅造成玉米减产、籽粒品质降低，带来巨大的经济损失，且感染病原菌的籽粒还会产生一些次生代谢产物——真菌毒素，引起饲料和食品安全问题，严重威胁人类和动物健康[6]。

调查显示，我国玉米及其制品中真菌毒素污染十分严重。武亭亭等[7]对北京市50 批次玉米碾磨加工品进行检测分析，发现17 批次检出玉米赤霉烯酮（Zearalenone，ZEN），1 批次超过国家限值。吉达等[8]对云南省饲用玉米真菌毒素污染情况进行调查分析，其中ZEN、呕吐毒素（Deoxynivalenol，DON）污染率较高，检出率分别达到10.38%和36.68%。谭洪波等[9]分析了吉林白城市200 份新收获玉米，发现黄曲霉毒 素B1（Aflatoxin B1，AFB1）、DON 和ZEN 检 出率分别为8.0%、81.0%和73.5%，其中66.5%的玉米样品受到两种及以上真菌毒素污染。《食品安全国家标准 食品中真菌毒素限量》（GB 2761—2017）规定，玉米及其产品中DON 含量≤1 000 μg·kg-1，ZEN 含量≤60 μg·kg-1。玉米在生长、收获、储藏和运输等环节均易污染真菌毒素，如何在生产环节有效控制玉米及其制品中真菌毒素污染，降低真菌毒素的含量，提高产品品质，已成为当今粮食加工领域研究的热点。

玉米受真菌感染的程度也与玉米的成熟度、玉米粒的完整度等有较大关系，成熟度差及破损严重的玉米易受到真菌侵染。研究发现，完整籽粒中真菌毒素主要分布在玉米种皮，其次是玉米胚乳和玉米胚中[10]。利用柔性脱皮的原理，高效、智能清理其表面，对玉米的后续加工具有重要的意义。本研究通过中试试验，探究玉米经智能真菌毒素消减机处理后真菌毒素的变化规律，研究消减机对玉米中真菌毒素的脱除效果，以期为真菌毒素污染玉米加工提供参考，为保障玉米制品安全提供一定的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

选用两批次穗腐病感染程度不同的玉米（低污染水平玉米：DON ≤1 000 μg·kg-1、ZEN ≤200 μg·kg-1；高 污 染 水 平 玉 米：DON ＞2 000 μg·kg-1、ZEN ＞500 μg·kg-1），经筛选器进行初步清洁，低污染水平玉米编号为样品Ⅰ、高污染水平玉米编号为样品Ⅱ；呕吐毒素固体标准品（10 mg）、玉米赤霉烯酮固体标准品（10 mg），青岛普瑞邦生物工程有限公司；呕吐毒素和玉米赤霉烯酮免疫亲和柱，美国RomerLabs公司；乙腈（色谱纯）、甲醇（色谱纯），上海安谱公司；C18色谱柱，安捷伦科技有限公司；微孔过滤膜（13 mm，0.22 μm，PTFE），北京迪科马科技有限公司。

1.2 仪器与设备

智能真菌毒素消减机，鲁山县华豫万通工程技术有限公司；高效液相色谱仪（配二极管阵列检测器SPD-M20A 和荧光检测器RF-20A），日本岛津；低温高速离心机，德国Eppendorf 公司；涡旋混合器，北京大龙兴创实验仪器（北京）股份公司；高频数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；氮气吹扫仪，北京众信佳仪科技有限公司。

1.3 真菌毒素的测定

DON 按 照GB 5009.111—2016 第 二 法 免 疫亲和层析净化高效液相色谱法测定；ZEN 按照GB 5009.111—2016 第一法液相色谱法测定。

1.4 仪器条件

（1）DON 测定的仪器条件。流动相：甲醇+水=20+80；流速：1.0 mL·min-1；色谱柱：C18（150 mm×4.6 mm，5 μm）；柱温：40 ℃；进样量：50 μL；检测器：紫外检测器，218 nm。

（2）ZEN 测定的仪器条件。流动相：乙腈+水+甲醇=46+46+8；流速：1.0 mL·min-1；色谱柱：C18（150 mm×4.6 mm，5 μm）；柱温：40 ℃；进样量：50 μL；检测器：荧光检测器，发射波长440 nm，激发波长274 nm。

1.5 真菌毒素脱除率的计算

智能真菌毒素消减机去除真菌毒素的效果通过对玉米样品中DON 和ZEN 的脱除率来表示，脱除率计算公式为

式中：r为玉米样品中DON 或ZEN 的脱除率，%；C0为玉米样品中DON 或ZEN 的起始污染水平，μg·kg-1；C1为经过智能真菌毒素消减机处理后玉米样品中DON 或ZEN 的污染水平，μg·kg-1。

2 结果与分析

2.1 智能真菌毒素消减机对低毒素污染水平玉米的脱毒效果

称取约950 kg 玉米样品Ⅰ，经智能真菌毒素消减机处理2 次。每处理1 次进行多点随机取样，共测定3 个平行样品处理前后DON 和ZEN 的含量变化。如表1 和表2 所示，玉米经过消减机的柔性刮擦、磨削，其DON 和ZEN 含量明显降低，每处理1 次真菌毒素脱除率达到15%～30%。真菌毒素在玉米籽粒中含量由外到内逐步降低，可见通过柔性刮擦处理能够部分减少玉米籽粒中真菌毒素的浓度。

表1 处理前后玉米样品Ⅰ中DON 含量变化

表2 处理前后玉米样品Ⅰ中ZEN 含量变化

2.2 智能真菌毒素消减机对高毒素污染水平玉米的脱毒效果

称取约1 000 kg 玉米样品Ⅱ，经过智能真菌毒素消减机处理2 次，发现玉米表面光泽度显著提高（图1）。每处理1 次进行多点随机取样，共测定3 个平行样品处理前后DON 和ZEN 的含量变化。如表3 和表4 所示，玉米经过消减机的柔性刮擦、磨削，其DON 和ZEN 含量降低，每处理1 次真菌毒素含量降低10%～20%。说明对于污染较严重的玉米，柔性刮擦处理虽然能够降低玉米表皮中真菌毒素的浓度，但大部分真菌毒素可能分布于玉米胚乳和胚中，仅对其籽粒表皮进行刮擦处理，不能有效去除其籽粒内部污染的真菌毒素。

图1 处理前后玉米样品外观变化

表3 处理前后玉米样品Ⅱ中DON 含量变化

表4 处理前后玉米样品Ⅱ中ZEN 含量变化

3 结论与讨论

真菌毒素是威胁我国粮食安全和食品质量安全的主要危害因子，据统计，我国每年有3%～7%的粮食因受污染而减产[11]。研究表明，同一种产毒真菌可能会产生多种真菌毒素，玉米中真菌毒素联合污染现象非常普遍，不同真菌毒素间协同、累积作用将会增强毒性效应[12]。玉米种植过程中产毒真菌主要生长在谷物的表皮，随着感染程度变化，菌丝会逐渐侵入籽粒内部，产生的真菌毒素扩散至胚乳及胚中。真菌侵染程度不同，产生的真菌毒素转移至籽粒各个部位的比例也具有差异。本研究发现，加工过程中采用智能真菌毒素消减机对玉米籽粒进行清理，能够有效去除其表皮的真菌毒素，目前该设备已在国内多家玉米加工企业得到广泛应用。由于真菌毒素在谷物中呈点状分布，针对真菌毒素污染严重的玉米，可结合光谱智能分级分选设备，将污染籽粒进行有效分离，以保证玉米产品的品质。