呕吐毒素污染对小麦质量安全和品质指标及利用价值的影响

张春娥，廖若宇，刘新保，牛 莹，孙 悦，郭宝元,2,*

（1.宁夏回族自治区粮油产品质量检测中心，宁夏 银川 750001；2.国家粮食和物质储备局科学研究院，北京 100037）

呕吐毒素，又名脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON），是污染小麦最主要的真菌毒素[1]。DON对人类和动物都有负面影响，食用被DON污染食物，可以引发腹泻、恶心、呕吐、头晕和发烧等中毒症状[2-3]；此外，DON还可以导致反刍动物和非反刍动物的免疫抑制、细胞坏死和平滑肌麻痹等[4-5]。DON是一种强效核糖体抑制剂，能够增强食源性基因毒素的遗传毒性，加剧一种由肠道细菌产生的DNA交联毒素的遗传毒性引起不同形式的DNA损伤，例如依托泊苷、顺铂和腐草霉素分别诱发DNA双链断裂、DNA加合物和交联、单链断裂[1]。鉴于DON的危害，GB 2761—2017《食品中真菌毒素限量》[6]规定了大多数谷物及其制品中DON限量为1000 μg/kg，GB 13078—2017《饲料卫生标准》[7]规定了不同类型饲料中DON限量：植物性饲料原料限量5000 μg/kg，犊牛、羔羊、泌乳期精料补充料、猪配合饲料限量1000 μg/kg，其他精料补充料、其他配合饲料限量3000 μg/kg。

小麦营养丰富，富含蛋白质、淀粉、维生素和矿物质元素等，是人类主粮，小麦DON污染和品质之间的关系也备受关注。有研究指出，DON污染的小麦，其籽粒中DON水平很高，但是小麦谷蛋白亚基和麦醇溶蛋白并未受到影响，烘培质量亦未下降[8]。考虑到DON的水溶特性，含有DON的面粉制作成面条后，经煮制后面条中的DON含量与小麦粉相比降低了40%左右[9-10]。小麦蛋白质是小麦粉中最主要成分之一，主要由醇溶蛋白和麦谷蛋白两种蛋白组成[11-12]。小麦在制备淀粉和蛋白等深加工过程中，其中的真菌毒素和重金属污染水平均有可能下降。因此小麦深加工是解决真菌毒素污染粮食用途的重要手段[13]。

本实验收集了江苏和安徽等地的17 个DON污染的小麦籽料样品，以其中DON水平为研究对象，考察质量指标、品质特性和卫生指标与DON含量的关系；进一步通过深加工工艺，将皮磨粉和心磨粉分别制成面筋、淀粉和可溶性物质，测试其DON含量，探究DON污染在小麦深加工过程中的分布规律。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

DON污染的小麦籽粒样品产自江苏连云港、安徽淮北、安徽阜阳等地，收获年份为2015—2016年，样品采集时间为2019—2020年。样品存放于密封的防潮塑料袋，保存在-18 ℃冷库中直至分析。样品总计数量17 份，每个样品2 kg。

DON标准溶液（CAS：51481-10-8，质量浓度（199±10）mg/L）上海安谱实验科技股份有限公司；甲醇、乙腈（均为色谱纯）美国Fisher公司；氯化钠（分析纯）成都市科隆化学品有限公司；硝酸（优级纯）国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

1290-6470型超高效液相色谱-串联三重四极杆质谱仪、ZORBAX Eclipse Plus C18柱 美国Agilent公司；3100型锤式实验室粉碎磨、DA7200型近红外分析仪、GM2200面筋数量和质量测定系统、烘干仪 瑞典Perten公司；PL602E型分析天平 瑞士Mettler Toledo公司；DON免疫亲和柱 北京勤邦科技股份有限公司；IKA Vortex 2型涡旋混匀器 艾卡（广州）仪器设备有限公司；HGG-II横格式分样器、BLH-310K除杂机、BLH-6200微电脑自动数粒仪、GHCS-1000 谷物电子容重器浙江伯利恒仪器设备有限公司；GQ-P600谷物品质分析仪安徽高哲信息技术有限公司；PlasmaQuant®MS电感耦合等离子体质谱仪 德国耶拿分析仪器有限公司；JMFB70×30实验室小麦磨粉机 成都施威特科技发展公司；Milestone PYRO XL微波灰化系统、ultraCLAVE超微波化学平台 北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

采用BLH-310K除杂机将小麦中的杂质以及异种粮粒等去除，采用GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》[14]方法测定清理干净后的小麦中的水分含量，依据GB/T 21304—2007《小麦硬度测定 硬度指数法》[15]测定小麦硬度，依据小麦的硬度选择合适的入磨水分。软麦水分调节到13%～14%，硬麦水分调节到15%～16%，按照NY/T 1094.1—2006《小麦实验制粉 第1部分：设备、样品制备和润麦》[16]附录A中方法A.2中A.1公式或按方法A.2中表A.1到A.3查表计算出需要的加水量，称量小麦至密闭容器里，逐步加入润麦水进行润麦，采用JMFB70×30实验室小麦磨粉机将润好的麦子制粉，每个样本的粗麸、细麸、皮磨粉、心磨粉分别标记分装。

1.3.2 DON含量测定

依据GB 5009.111—2016《食品中脱氧雪腐镰刀菌烯醇及其乙酰化衍生物的测定》[17]第一法同位素稀释液相色谱-串联质谱法测定DON，样本前处理采用免疫亲和柱净化后上机测定。称取（5.00±0.01）g样品，加入25 mL水，采用涡旋混合器快速提取5 min，离心5 min，取2 mL上清液过免疫亲和柱净化，收集洗脱液并在50～60 ℃加热条件下N2吹干，然后用1 mL流动相复溶；复溶液用0.22 μm微孔滤器过滤后转移至样品瓶中用于超高效液相色谱-串联三重四极杆质谱仪分析。

1.3.3 不完善粒含量测定

依据GB/T 22504.1—2008《粮油检验 粮食感官检验辅助图谱 第1部分：小麦》[18]和GB/T 5494—2019《粮油检验 粮食、油料的杂质、不完善粒检验》[19]，将小麦样品清杂后，缩分得到约50.0 g小样，采用谷物品质分析仪对采集的样本中的不完善粒含量、生芽粒含量、赤霉病粒含量、虫蚀粒含量进行测定。

1.3.4 自然水分千粒质量的测定

依据GB/T 5519—2018《谷物与豆类 千粒重的测定》[20]中6.1要求，采用微电脑自动数粒仪从实验室样品中随机取出大约500 粒试样，挑出完整粒并称量，记录完整粒的个数，按照标准中规定的计算公式计算千粒质量。

1.3.5 粗蛋白质的测定

依据GB/T 24899—2010《粮油检验 小麦粗蛋白质含量测定 近红外法》[21]，样品经除去杂质整理后，采用近红外谷物分析仪分析样本中的蛋白质，每个样品测定两次，第一次测定后的测定样品应与原待测样品混匀后，再次取样进行第二次测定。

1.3.6 面筋吸水量的测定

按照GB/T 5506.2—2008《小麦和小麦粉 面筋含量 第2部分：仪器法测定湿面筋》[22]和GB/T 5506.4—2008《小麦和小麦粉 面筋含量 第4部分：快速干燥法测定干面筋》[23]规定方法，采用面筋测定仪和烘干炉制取湿面筋和干面筋，依据GB/T 20571—2006《小麦储存品质判定规则》[24]中6.2计算面筋吸水量。

1.3.7 容重的测定

依据GB/T 5498—2013《粮油检验 容重测定》[25]测定样本容重。

1.3.8 重金属（砷、镉）及钙、磷元素的测定

依据GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》[26]第一法，称取样品0.2 g（精确至0.001 g）于石英管中，加入2 mL硝酸，密封石英管后放入超微波化学平台消解，消解程序和仪器操作条件参照GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》附录B。

1.3.9 面筋、淀粉和可溶性物质的制取

按照GB/T 5506.2—2008《小麦和小麦粉 面筋含量 第2部分：仪器法测定湿面筋》[22]，采用面筋测定仪制取面筋，选择正确的清洁筛网安装于洗涤室，并在实验前润湿；称量待测样品10 g（精确至0.01g），将称好的样品全部放入洗涤室中，用可调移液器向待测样品中加入4.2～5.2 mL氯化钠溶液（20 g/L），移液器流出的水流应直接对着洗涤室壁，避免其直接穿过筛网，轻轻摇动洗涤室，使溶液均匀分布在样品的表面。仪器预设的洗涤时间为5 min，需要的氯化钠洗涤液250～280 mL，洗涤完成后，用金属镊子将湿面筋从洗涤室中取出，确保洗涤室中不留有任何湿面筋。将面筋分成大约相等的两份，轻轻压在离心机的筛盒上。启动离心机，离心60 s，用金属镊子取下湿面筋，立即称质量并记录。

依据GB/T 5506.4—2008《小麦和小麦粉 面筋含量 第4部分：快速干燥法测定干面筋》[23]规定方法，取制得的湿面筋球放置在已经预热的干燥器中加热300 s。从干燥器中取出干面筋并称量得到干面筋的质量。将制取的干面筋粉碎后测定其DON含量。洗涤过程中收集的洗涤液静置分层，将上清液收集于离心管中待测试，其下层沉淀液（即淀粉）经高速冻干离心机离心冻干后，置于阳光下晾干，分别测定上清液和淀粉中的DON含量。

1.4 数据处理与分析

采用SPSS 24.0软件进行多重线性回归相关性分析和配对样本t检验分析，显著性水平P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 小麦籽粒品质特性

本研究中的小麦样本品质特性见表1。其中，容重为756～788 g/L，平均值为777 g/L，符合GB 1351—2008《小麦》规定二等小麦要求[27]。面筋吸水量为129%～224%，平均值为204%，符合GB/T 20571—2006《小麦储存品质判定规则》[24]宜存吸水量要求。粗蛋白质含量为11.4%～13.3%，平均值为12.1%。千粒质量为36.2～40.6 g，平均值为38.1 g。不完善粒含量为4.6%～12.6%，平均值为7.7%，符合GB 1351—2008《小麦》规定三等小麦不完善粒含量要求[28]。生芽粒含量为0.5%～7.4%，平均值为3.1%。赤霉病粒含量为0.8%～3.1%，平均值为1.9%。虫蚀粒含量为0.3%～1.7%，平均值为0.7%。DON含量为0.55～5.39 mg/kg，平均值为2.12 mg/kg，不符合食用小麦DON限量要求，适用于其他精料补充料、其他配合饲料DON限量要求[6-7]。

表1 小麦样品品质特性Table 1 Quality characteristics of wheat samples

2.2 小麦籽粒品质特性与DON关系分析

通过构建多元线性回归模型，分析小麦籽粒中DON与其品质特性的关系，探究DON与容重、面筋吸水量、粗蛋白质、不完善粒含量的相关性。结果表明（表2），F＝4.818，P＜0.05，R2＝0.626，此多元回归方程描述的小麦籽粒中DON 含量与质量品质参数有统计学意义。其中，与小麦籽粒品质密切相关的容重（r＝-0.264，P＝0.030）、粗蛋白质含量（r＝-0.393，P＝0.021）与DON含量有显著的负相关性。面筋吸水量（r＝-0.099，P＝0.070）与DON含量无显著相关性，即DON含量高低不会影响小麦的储存品质。虽然不完善粒含量与DON污染水平之间的相关性并无显著性，但不完善粒中的赤霉病粒含量（r＝0.538，P＝0.028）、虫蚀粒含量（r＝-0.229，P＝0.039）与DON含量的相关性却显著。其中赤霉病粒含量与DON含量存在显著的正相关性，与已有研究结果[28-29]一致。

表2 品质指标对DON含量的预测分析Table 2 Prediction of DON content based on quality indexes

2.3 小麦籽粒不同部位DON含量

含有DON毒素的小麦籽粒在磨粉过程中，因DON在小麦籽粒不同部位污染水平存在差异，导致制粉产生的不同组分中DON水平也不尽相同。有研究表明，DON主要分布于小麦的表皮附近，其中，胚芽和麸皮部分DON含量最高[29-31]。将17 份DON污染小麦样品制粉，获取粗麸、细麸、皮磨粉和心磨粉，并对不同组分中DON水平分析。从表3结果来看，皮磨粉和心磨粉中的DON水平明显低于粗麸和细麸，但大多数皮磨粉和心磨粉中DON的水平仍高于DON的限量（1000 μg/kg）。DON主要集中在粗麸和细麸中，粗麸中DON含量变化幅度为0.45～8.33 mg/kg，平均3.41 mg/kg；细麸中DON含量变化幅度为0.95～6.29 mg/kg，平均2.91 mg/kg。皮磨粉和心磨粉中DON含量相对较低，皮磨粉中DON含量变化幅度为0.56～3.78 mg/kg，平均2.06 mg/kg；心磨粉中DON含量变化幅度为0.24～4.76 mg/kg，平均2.13 mg/kg。全麦粉中DON含量变化幅度为0.55～5.39 mg/kg，平均2.12 mg/kg。

表3 DON在小麦籽粒中的分布Table 3 DON distribution in wheat grains

2.4 全麦粉和小麦粉中钙、磷和重金属含量与DON的相关性

一般而言，小麦中的关键无机元素、金属元素和重金属主要受到种植土壤元素组成和污染状况影响，同时，重金属的累积水平受真菌毒素污染水平影响比较小。为此，测定粗麸、细麸、皮磨粉和心磨粉组分中钙、磷和重金属含量，结果见表4。此17 份小麦样品中砷和镉均符合污染物限量要求。总体上，无论是重金属镉和砷，还是磷和钙元素，在心磨粉中的水平均高于皮磨粉、粗麸和细麸，同时，砷在细麸中的水平也明显高于粗麸和皮磨粉。从此结果来看，砷和镉在小麦中累积机制、途径和归宿存在很大差异。

表4 小麦籽粒不同组分中钙、磷和重金属含量Table 4 Contents of Ca,P and heavy metals in wheat bran and flour mg/kg

全麦粉、皮磨粉、心磨粉、粗麸和细麸中DON与元素之间的相关性见表5，全麦粉、皮磨粉、心磨粉、粗麸和细麸中，DON与砷、镉、磷无相关性（P＞0.05）；皮磨粉、心磨粉、粗麸和细麸中DON与钙无相关性。全麦粉中，DON与钙（r＝-0.699，P＝0.026）显著负相关，可能表明镰刀菌感染的小麦籽粒，在内部DON累积的过程中，影响到钙在其中的累积。

表5 全麦粉和小麦粉中钙、磷元素和重金属含量与DON的相关性Table 5 Correlation between contents of calcium,phosphorus,heavy metals and DON in whole wheat flour and wheat flour

2.5 皮磨粉和心磨粉分离制取面筋和淀粉后DON含量变化

通过制粉加工工艺，虽然可以降低产品中的DON水平，但对于大多数高DON污染小麦样品制得的皮磨粉和心磨粉都无法达到DON限量要求。本研究试图通过进一步将皮磨粉和心磨粉制备淀粉和面筋，考察小麦深加工过程中DON污染水平的变化。为考察含有DON的小麦粉在制作面筋和淀粉后DON含量变化情况，对17 份样本采用1.3.9节方法制取面筋和淀粉，对配对样本DON含量进行t检验，研究结果（表6和表7）表明：皮磨粉DON平均含量为1493.47 μg/kg，采用1.3.9节方法处理后，洗涤液中DON平均含量为1394.71 μg/kg，面筋中DON平均含量为68.59 μg/kg，淀粉中DON平均含量为102.59 μg/kg。心磨粉DON平均含量为1970.47 μg/kg，采用1.3.9节方法处理后，洗涤液中DON平均含量为1745.29 μg/kg，面筋中DON平均含量为153.59 μg/kg，淀粉中DON平均含量为125.65 μg/kg。结果表明不同含量DON的小麦粉，在制取淀粉和面筋过程中，由于DON的水溶性，DON转移至洗涤液中，面筋和淀粉中的DON含量明显降低。表8配对2中，DON含量高的皮磨粉在面筋洗涤后DON含量有显著变化。表8配对3中，DON含量高的皮磨粉在制成淀粉后DON含量有显著变化。表9配对2中，DON含量高的心磨粉在面筋洗涤后DON含量有显著变化。表9配对3中，DON含量高的心磨粉在制成淀粉后DON含量有显著变化。可见，通过制取淀粉和面筋，可将DON超标的小麦深加工利用。

表6 皮磨粉配对样本DON含量统计Table 6 Statistics of DON content in paired samples of break flour

表7 心磨粉配对样本DON含量统计Table 7 Statistics of DON content in paired samples of reduction flour

表8 皮磨粉配对样本DON含量相关性及配对样本t检验Table 8 Correlation of DON content in paired samples and t-test of paired samples of break flour

表9 心磨粉配对样本DON含量相关性及配对样本t检验Table 9 Correlation of DON content in paired samples and t-test of paired samples of reduction flour

3 结论

本实验选用DON污染的小麦籽粒为研究对象，DON污染水平在0.55～5.39 mg/kg。同时，考察了DON污染水平对小麦容重、面筋吸水量、不完善粒含量、粗蛋白质的影响。结果表明：面筋吸水量与DON含量相关性不明显，即DON含量高低不会影响小麦的储存品质；而DON与粗蛋白质含量和容重显著相关（P＜0.05）。进一步将DON污染小麦制成全麦粉、粗麸、细麸、皮磨粉和心磨粉，DON含量主要集中在粗麸和细麸中，皮磨粉和心磨粉中DON较全麦粉、粗麸和细麸中的DON含量低。将DON污染的小麦制成皮磨粉和心磨粉，进一步将其分离制取面筋和淀粉，制备的面筋和淀粉中的DON水平均低于200 μg/kg，表明DON污染超标小麦制备面筋或淀粉的潜在商业价值。