[科普中國(guó)]-赭曲霉毒素脫毒

赭曲霉毒素最初由從南非分離的一株赭曲霉(Aspergillus ochraceus)菌株代謝產(chǎn)生的一組二級(jí)代謝產(chǎn)物，包括7種結(jié)構(gòu)類似的化合物，其中赭曲霉毒素A(Ochratoxin，OTA)是毒性最強(qiáng)的成分。赭曲霉毒素脫毒即運(yùn)用物理、化學(xué)和生物等方法脫除赭曲霉毒素的過(guò)程。

赭曲霉毒素(Ochratoxin)赭曲霉毒素最初由從南非分離的一株赭曲霉(Aspergillus ochraceus)菌株代謝產(chǎn)生的一組二級(jí)代謝產(chǎn)物，包括7種結(jié)構(gòu)類似的化合物，其中赭曲霉毒素A(Ochratoxin，OTA)是毒性最強(qiáng)的成分。

(一)主要產(chǎn)毒菌株

赭曲霉毒素是由曲霉屬和青霉屬的某些菌種產(chǎn)生的，能產(chǎn)生赭曲霉毒素的曲霉屬有：洋蔥曲霉、硫色曲霉、蜂蜜曲霉、赭曲霉、孔曲霉、佩特曲霉和菌核曲霉等。青霉屬有：徘徊青霉、鮮綠青霉、普通青霉、變幻青霉、產(chǎn)紫青霉、圓弧青霉和產(chǎn)黃青霉等。

(二)赭曲霉毒素的化學(xué)結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)

在OTA毒素結(jié)構(gòu)中，酚羥基相鄰的羰基中的氧原子或酰胺基中的氧原子都能與分子內(nèi)的H原子相結(jié)合，因此分子結(jié)構(gòu)有很大差異。赭曲霉毒素是異香豆素聯(lián)結(jié)1一苯丙氨酸在分子結(jié)構(gòu)上類似的一組化合物，包括OTA、OTB、OTα、OTA的甲酯以及OTB的甲酯和乙酯等。作為食品中的天然污染物，OTA是主要的化合物。OTA是一種無(wú)色結(jié)晶化合物，溶解于極性有機(jī)溶劑，微溶于水和稀的碳酸氫鈉水溶液中。在紫外光下OTA呈綠色熒光，這種毒素相當(dāng)穩(wěn)定，具有耐熱性，用普通加熱法處理不能將其破壞。故一般的烹調(diào)和加工方法只有部分破壞。OTA在乙醇中置于冰箱避光可保存一年，圖1為其化學(xué)結(jié)構(gòu)式。OTA帶有Cl-，毒性強(qiáng)；OTB則無(wú)Cl-，毒性低。

（三）赭曲霉毒素的毒性

1、急性毒性與慢性毒性

赭曲霉毒素具有烈性的腎臟毒和肝臟毒，當(dāng)人畜攝入被這種毒素污染的食品和飼料后，就會(huì)發(fā)生急性或慢性中毒，如大鼠經(jīng)口喂20 mg/kg的赭曲霉毒素，就會(huì)產(chǎn)生急性中毒；赭曲霉B菌素通常較少，毒性比A菌素低。雞食含有赭曲霉毒素1～2 mg/kg的飼料，種蛋孵化率會(huì)降低。赭曲霉毒素的毒性特點(diǎn)是造成腎小管間質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)和機(jī)能異常而引起的腎營(yíng)養(yǎng)不良性病以及腎小管炎癥、免疫抑制。像洲利亞和羅馬尼亞等巴爾干半島國(guó)家部分地區(qū)居民膳食中OTA的污染被認(rèn)為與地方性腎病有關(guān)。在巴爾干地方性腎病流行區(qū)，6%一18%人群的血液中能檢出OTA。

2、致癌性

赭曲霉毒素能引起腎臟的嚴(yán)重病變、肝臟的急性功能障礙、脂肪變性、透明變性及局部性壞死，長(zhǎng)期攝入也有致癌作用。用小白鼠做實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)赭曲霉毒素可使肝臟出現(xiàn)癌變，持續(xù)攝入248～276 μg/d，15周后即有腎細(xì)胞癌的發(fā)生。此外，赭曲霉毒素還具有致畸和致突變性。

1995年，F(xiàn)AO/WHO食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì)(JECFA)在其第44次會(huì)議上，重新確定了第37次會(huì)議上制訂的OTA的每周暫定耐受攝入量（PTWI），將其定為100ng/kg體重，相當(dāng)于每天14ng/kg體重。JECFA第56次會(huì)議上再一次評(píng)價(jià)了OTA，委員會(huì)根據(jù)新提出的資料認(rèn)為，OTA引起腎毒性以及腎癌的機(jī)制還未解決，因此委員會(huì)保留PTWI為100 ng/kg體重。我國(guó)《糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定OTA在谷類、豆類中的限量為5μg/kg。

(四)赭曲霉毒素在食品中的污染

赭曲霉毒素主要污染玉米、小麥、大豆、燕麥、大麥、花生、火腿、水果等。在發(fā)熱霉變的糧食和飼料中赭曲霉毒素含量較高，主要是OTA。糧食中的產(chǎn)毒菌株在28℃下，產(chǎn)生的OTA含量最高；在溫度低于15℃或高于37℃時(shí)產(chǎn)生的OTA極低。

我國(guó)先后于1989年和1991年對(duì)部分地區(qū)的玉米、小麥、大米等谷物進(jìn)行了OTA的測(cè)定。其中1989年檢測(cè)玉米796份、小麥610份、大米36份，共計(jì)1 442份樣品，陽(yáng)性樣品22份(占1.5%)，檢出OTA的含量范圍為8.0～80.0μg/kg1。

赭曲霉毒素脫毒介紹赭曲霉毒素A的脫毒研究現(xiàn)狀OTA的脫毒方式分為兩種：一種是降解作用，主要是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)、對(duì)毒素進(jìn)行修飾等手段，使之變?yōu)椴痪叨拘曰蚨拘暂^低的物質(zhì)；另一種是對(duì)OTA進(jìn)行脫除，主要是通過(guò)一定的手段，將已存在的OTA進(jìn)行脫除，并不會(huì)改變其本質(zhì)。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于OTA的脫毒研究可分為物理、化學(xué)和生物脫毒三大類方法。

赭曲霉毒素A的物理脫毒物理脫毒法是利用清洗除塵、研磨洗擦、吸附、輻照等手段達(dá)到減少或脫毒的效果。但清洗剔除的霉粒處理不當(dāng)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染；通過(guò)吸附只是將毒素轉(zhuǎn)移并沒(méi)有將毒素破壞或者降解；γ射線輻照，雖能保證其主要營(yíng)養(yǎng)成分和感官不變，尤其在水溶液里，降解率能達(dá)到90%，但是不易操作，設(shè)備和放射源控制等都需要較高要求。食品原料和飼料生產(chǎn)中應(yīng)用較多的物質(zhì)是活性炭，早在1998年，Galvano等人證明活性炭能夠?qū)φ婢舅剡M(jìn)行較好的吸附，體外脫除OTA效果較好，缺點(diǎn)是專一性不強(qiáng)，例如葡萄酒中活性炭脫除OTA時(shí)，對(duì)多酚含量和葡萄酒的顏色有影響。

赭曲霉毒素A的化學(xué)脫毒化學(xué)脫毒法主要采用對(duì)毒素進(jìn)行修飾等手段，使之變?yōu)椴痪叨拘缘奈镔|(zhì)。常用的化學(xué)試劑有堿性的過(guò)氧化氫，氫氧化鈉以及臭氧，氨基甲烷以及氫氧化鈣銨鹽，都能有效減少基質(zhì)中的OTA。例如氨化處理在比較溫和的條件下能夠脫除小麥、玉米、大麥等谷物中的AFB1、OTA和青霉酸等多種真菌毒素，100%的清除AFB1，使AFB1的內(nèi)酯環(huán)降解為毒性較低的一些化合物；用2%的碳酸鉀水溶液在一定的溫度和壓力下處理帶殼可可豆，能夠降低95%的OTA污染。但氨化（堿）處理會(huì)產(chǎn)生變色，出現(xiàn)異味等現(xiàn)象2。

赭曲霉毒素A的生物脫毒近年來(lái)，隨著對(duì)真菌毒素脫毒研究的深入，生物脫毒得到越來(lái)越多研究人員的關(guān)注。生物脫毒是指通過(guò)生物代謝或者酶促反應(yīng)降解毒素或者修飾毒素分子而達(dá)到脫毒的目的，并且以其環(huán)境友好、對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)無(wú)損傷，高效低毒、特異性強(qiáng)，污染小、快速等特點(diǎn)已成為目前的研究熱點(diǎn)。

1999年，Bata和Lásztity提出微生物脫毒是利用某些特殊微生物及其代謝物制劑完成吸附、分解霉菌毒素的作用。真菌毒素的脫毒研究，以AF為例，選擇的微生物包括霉菌、酵母菌和細(xì)菌。脫毒微生物在科學(xué)角度上要符合以下條件：能夠脫除毒素或可控吸附毒素；抑制霉菌生長(zhǎng)使之不能合成新的毒素；該微生物本身是安全的；具有進(jìn)行農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的可工業(yè)化應(yīng)用前景。如何選擇合適的微生物菌株以及明確脫毒機(jī)理成為學(xué)者主要的探索領(lǐng)域。

選擇霉菌作為OTA生物脫毒菌株的研究較多。Varga選擇谷物中根霉（Rhizopus）、黑曲霉（A. niger）體外降解OTA（7.5μg/mL），表明不同培養(yǎng)基會(huì)影響其降解，根霉在天然培養(yǎng)基上降解效果更好。Hend Bejaoui從葡萄及其制品上選擇多株黑曲霉群菌株體外降解OTA（5μg/mL），發(fā)現(xiàn)天然葡萄汁中的黑曲霉能降解OTA，降解產(chǎn)物為無(wú)毒的OTα，后期檢測(cè)發(fā)現(xiàn)可能其異香豆素環(huán)也被打開了，該反應(yīng)是如何進(jìn)行的使很多科學(xué)家著迷。2002-2007年，Abrunhosa經(jīng)過(guò)多年研究并制取了黑曲霉的粗酶液，純化獲得OTA水解酶。他發(fā)現(xiàn)不同解毒菌種OTA代謝產(chǎn)物有所不同，初步確定以羧肽酶類水解酶為主要功能酶，Abrunhosa研究課題的另一優(yōu)勢(shì)是黑曲霉屬于公認(rèn)的食品級(jí)安全菌株（generally recognized as safe，GRAS），該選擇考慮未來(lái)的開發(fā)利用。其它有助于OTA降解的微生物有很多種，青霉、根霉、毛霉也能降解OTA，產(chǎn)生的主要是水解酶類解毒酶。目前為止，霉菌OTA解毒研究已有一定的成果，部分解毒酶已經(jīng)提純并鑒定。目前AF解毒酶、鐮刀毒素解毒酶的分子生物學(xué)都有比較前沿的研究，相比較而言，OTA解毒酶的研究較少且不夠透徹。

根據(jù)脫毒微生物需要滿足的條件，部分酵母菌也被選擇進(jìn)行OTA生物脫毒研究。學(xué)界普遍認(rèn)為，酵母菌株對(duì)霉菌毒素的脫除作用可能與酵母細(xì)胞壁的聚糖類物質(zhì)（葡聚糖、甘露聚糖、甘露寡聚糖）相關(guān)，酵母或酵母細(xì)胞壁成分可作為霉菌毒素吸附劑，其商業(yè)化產(chǎn)品（EGM，商品名：霉可吸）用于飼料脫毒，但與OTA的結(jié)合率僅為12.49%。B?hm篩選到3株酵母屬（Trichosporon）菌株，用于脫除培養(yǎng)基質(zhì)中的外源OTA，沒(méi)有檢測(cè)代謝物質(zhì)的變化。Schatzmayr等研究絲孢酵母屬、紅酵母屬（Rhodotorula）和隱球酵母屬（Cryptococcus）中的酵母菌，發(fā)現(xiàn)有降解OTA（0.2mg/L）功能的1個(gè)酵母新種（Trichosporon mycotoxinivorans），且不僅僅是吸附功能。2007年，Peteri研究了1株紅發(fā)夫酵母菌（Phaffia rhodozyma），發(fā)現(xiàn)其在一定條件下可以將OTA轉(zhuǎn)化為OTα，似乎在OTA添加量比較多的時(shí)候才體現(xiàn)出降解功能。2013年，Piotrowska等發(fā)現(xiàn)啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）可以降低葡萄酒中的OTA達(dá)到85%，培養(yǎng)基因素彰顯重要。目前酵母菌研究表明除吸附作用外，可能會(huì)顯現(xiàn)出一些其他有效應(yīng)用價(jià)值，但是否具有生物降解毒素的作用還存有爭(zhēng)議。

選擇原生動(dòng)物/細(xì)菌進(jìn)行OTA生物脫毒研究是一個(gè)新的領(lǐng)域。OTA細(xì)菌脫毒研究源于瘤胃微生物，細(xì)菌對(duì)OTA的降解使草食性瘤胃動(dòng)物免于OTA中毒，且體外降解發(fā)現(xiàn)瘤胃微生物脫除OTA的主要功能微生物就是細(xì)菌，繼而擴(kuò)展到對(duì)小鼠腸道菌群及人的腸道菌群進(jìn)行脫毒菌株的研究，分離到很多體外減低OTA濃度的菌株，其中最大的類群是乳酸菌。

選擇原生動(dòng)物/細(xì)菌進(jìn)行OTA生物脫毒研究是一個(gè)新的領(lǐng)域。OTA細(xì)菌脫毒研究源于瘤胃微生物，細(xì)菌對(duì)OTA的降解使草食性瘤胃動(dòng)物免于OTA中毒，且體外降解發(fā)現(xiàn)瘤胃微生物脫除OTA的主要功能微生物就是細(xì)菌，繼而擴(kuò)展到對(duì)小鼠腸道菌群及人的腸道菌群進(jìn)行脫毒菌株的研究，分離到很多體外減低OTA濃度的菌株，其中最大的類群是乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB），盡管乳酸菌能夠消減低至0.05mg/L的外源OTA，卻檢測(cè)不到OTα產(chǎn)物，雖然有研究表明乳酸菌對(duì)AFB1的脫毒作用為生物降解，但目前大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為乳酸菌對(duì)OTA主要作用機(jī)理是一種吸附作用，這大大限制了乳酸菌在食品/飼料領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。2011年，Hector Rodriguez研究發(fā)現(xiàn)短桿菌屬（Brevibacterium）內(nèi)的7個(gè)菌株都有體外高效降解OTA的能力。2014年，Luís又在杜羅酒中發(fā)現(xiàn)了一種小片球菌（Pediococcus parvulus），能夠?qū)TA降解為OTα，達(dá)到脫毒目的。

另一個(gè)大的主要類群就是芽孢菌（Bacillus），細(xì)菌中只有乳酸菌和芽孢菌的一些菌株屬于食品級(jí)安全菌株（GRAS）。目前發(fā)現(xiàn)的地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、蘇云金芽孢桿菌（B. thuringiensis）、枯草芽孢桿菌（B. subtilis）和凝結(jié)芽孢桿菌（B. coagulans）具有脫除OTA的能力。最早在2000年，文獻(xiàn)報(bào)道芽孢桿菌對(duì)OTA有解毒作用，將凝結(jié)芽孢桿菌、酵母菌和乳酸菌分別進(jìn)行真菌毒素脫毒研究，凝結(jié)芽孢桿菌可以脫除68%的OTA（0.05mg/L），枯草芽孢桿菌脫除35%。2004年，1株蘇云芽孢桿菌平板抑菌試驗(yàn)中，抑制葡萄源炭黑曲霉（A. niger）生長(zhǎng)，通過(guò)控制霉菌生長(zhǎng)減少霉菌侵染，達(dá)到減少食品中OTA含量的目的。2008年從泰國(guó)的產(chǎn)酮大豆發(fā)酵食品（Thua-nao）上分離到23株芽孢桿菌，采用固體和液體培養(yǎng)基的方法降解OTA，其中有15株芽孢桿菌能夠減少OTA含量，效果最好的一株菌經(jīng)鑒定為地衣芽孢桿菌（B. licheniformis），能夠降解最高92.5%的OTA。李之佳研究了Bacillus spp.對(duì)OTA的降解作用，表明2株芽孢桿菌—Bacillus sp. YB139和Bacillus sp. YB140的OTA降解率分別為48.2 %和43.4 %，2株菌的活菌均能有效降解OTA，而高溫滅活菌無(wú)脫毒能力，表明這些菌株的脫毒機(jī)理為生物降解3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

梁志宏 - 副教授 - 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)