玉米赤霉烯酮的毒性及脫毒研究進(jìn)展*

劉躍芹，吳延?xùn)|，金貞花，趙雪松，王金枝，劉艷波，吳　杰

(玉米深加工國家工程研究中心，吉林　長春　130033)

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玉米赤霉烯酮的毒性及脫毒研究進(jìn)展*

劉躍芹，吳延?xùn)|，金貞花，趙雪松，王金枝，劉艷波，吳杰

(玉米深加工國家工程研究中心，吉林長春130033)

玉米赤霉烯酮是由某些真菌產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物，在受污染的玉米等谷物和飼料中廣泛存在，對人和動物具有很強(qiáng)的危害性。本文總結(jié)了玉米赤霉烯酮的毒性和危害，主要包括生殖發(fā)育毒性、致癌性、免疫毒性以及肝腎毒性。同時總結(jié)了玉米赤霉烯酮的脫毒方法，主要包括物理法、化學(xué)法和生物法。分析了玉米赤霉烯酮在當(dāng)前研究中存在的問題和發(fā)展趨勢。

玉米赤霉烯酮；研究進(jìn)展；毒性；脫毒

玉米赤霉烯酮(zearalenone，ZEN)又稱F-2毒素，是主要由鐮刀菌產(chǎn)生的2,4-二羥基苯甲酸內(nèi)酯類化合物，其主要的產(chǎn)毒菌株是禾谷鐮刀菌和大豆鐮刀菌[1]。玉米赤霉烯酮近年來的污染率較高，污染范圍廣，在玉米、高粱、小麥等農(nóng)作物和飼料中常被檢出，對人畜的危害性很大。純ZEN為白色晶體,化學(xué)分子式為C18H22O5，分子量318，熔點161～163 ℃，紫外線光譜最大吸收為236 nm、274 nm和316 nm,不溶于水，溶于堿性溶液、乙醚、苯及甲醇、乙醇等，自然界中存在多種ZEN衍生物,最常見的兩種衍生物為α-ZEN和β-ZEN[2]。

ZEN污染谷物的種類非常廣泛, 如玉米、燕麥、高粱、黑麥、小米等以及飼料,導(dǎo)致畜牧業(yè)的減產(chǎn)和人類的疾病，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，世界各國已經(jīng)開始重視玉米赤霉烯酮的污染問題，對谷物、飼料、食品中玉米赤霉烯酮的含量作了嚴(yán)格規(guī)定。在2006年歐盟立法規(guī)定：不包含玉米的未加工谷物、谷粉和早餐食品的玉米赤霉烯酮最大限量分別為100、75和50 μg/kg, 還規(guī)定了以加工谷物為主要成分的嬰幼兒食品中玉米赤霉烯酮最大限量為20 μg/kg。我國2011年食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定谷物及其制品中玉米赤霉烯酮不超過60 μg/kg，我國 2006年飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定玉米類飼料中玉米赤霉烯酮最大含量為500 μg/kg。由于ZEN污染的廣泛性和危害性巨大，本文重點對玉米赤霉烯酮的毒性和脫毒方法進(jìn)行綜述。

1　ZEN的毒性

通過對小鼠的急性毒性實驗發(fā)現(xiàn)，ZEN的急性毒性相對較低，其LD50值為2000～20000 mg/kg[3]。ZEN 的毒性主要分為生殖發(fā)育毒性、致癌性、免疫毒性、肝腎毒性以及內(nèi)分泌系統(tǒng)毒性。

1.1生殖發(fā)育毒性

ZEN主要表現(xiàn)為生殖發(fā)育毒性，由于其分子結(jié)構(gòu)與脊椎動物內(nèi)源性雌激素相似，所以具有雌激素活性。ZEN的雌激素作用己經(jīng)在家禽和豬試驗中得到證實，豬最為敏感[4-5]。0.1～0.15 mg/kg 的 ZEN 即可引起出產(chǎn)母豬的生殖道炎癥，導(dǎo)致流產(chǎn)[6]。Stopa[7]研究了玉米赤霉烯酮對母犬子宮的影響，發(fā)現(xiàn)暴露于非常低劑量的ZEN(75 μg/kg)時，就可導(dǎo)致母犬子宮內(nèi)膜腺體增生。飼料中1 mg/kg的玉米赤霉烯酮就會使動物產(chǎn)生雌性化，更高的濃度(50～100 mg/kg)將會導(dǎo)致動物不孕或流產(chǎn),胎兒畸形等。除此之外, ZEN還可以使雄性動物睪丸萎縮,精液質(zhì)量下降[8-9]。

ZEN不僅對家禽有影響，對人體同樣也有很強(qiáng)的生殖毒害。ZEN可以誘導(dǎo)青春期提前啟動，導(dǎo)致兒童發(fā)育早熟[10]。男性暴露于ZEN時，可引發(fā)睪丸癌、尿道下裂和精液質(zhì)量降低等生殖疾病[11]。

1.2致癌性

ZEN具有致癌性,近年來研究發(fā)現(xiàn)，一些癌癥患者與暴露于ZEN有關(guān)。王安宜等[12]研究發(fā)現(xiàn)玉米赤霉烯酮對TM3細(xì)胞的生長具有促進(jìn)作用，同時導(dǎo)致其原癌基因的異常表達(dá)。Belhassen[13]采用超高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析了患有乳腺癌患者尿液中的ZEN及其代謝產(chǎn)物，統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)ZEN對乳腺癌的發(fā)病具有潛在關(guān)聯(lián)性。ZEN的雌激素樣作用，可能是誘發(fā)乳腺癌MCF-7細(xì)胞生長的誘因[14]，ZEN可以使女性患子宮內(nèi)膜腺癌和子宮肥大的幾率增大[15]。

1.3免疫毒性

ZEN能夠降低動物的免疫能力，從而誘發(fā)其它疾病。Marin等[16]報道，ZEN及其衍生物對豬的中性粒細(xì)胞、IL-8等免疫參數(shù)產(chǎn)生影響，降低免疫反應(yīng)能力。Berek[17]發(fā)現(xiàn)ZEN可以抑制人外圍的單核血細(xì)胞的免疫反應(yīng)。

1.4肝腎毒性

ZEN主要在肝臟中進(jìn)行代謝,對肝臟及肝細(xì)胞具有強(qiáng)烈的毒害作用。Maayoufi等[18]將ZEN注射到大鼠腹膜內(nèi)，分析其血清，發(fā)現(xiàn)生化指標(biāo)和血液參數(shù)均發(fā)生顯著變化,說明大鼠的肝臟功能受到ZEN的顯著影響，1.5 mg/kg的ZEN就可以影響其肝細(xì)胞的功能。Zhiqiang-Jia[19]研究ZEN對孕鼠的腎臟功能的影響，發(fā)現(xiàn)ZEN誘發(fā)孕鼠腎功能障礙，產(chǎn)生氧化損傷，ZEN影響TLR4介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)的信號通路是其腎臟毒性機(jī)制之一。

1.5細(xì)胞毒性

ZEN 具有細(xì)胞毒作用，Tatay[20]研究發(fā)現(xiàn)ZEN及其代謝物可以改變CHO-K1細(xì)胞的生存能力。Abid-Essefi等[21]研究了ZEN 對 Vero 和 Caco-2 細(xì)胞的毒性作用, 結(jié)果表明ZEN 抑制Vero 和 Caco-2 細(xì)胞中遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)的合成，細(xì)胞丙二醛的生產(chǎn)也受ZEN影響。

2　ZEN毒性的降解

ZEN的毒性的降解對減少危害和降低經(jīng)濟(jì)損失具有重要意義。ZEN的降解方法分為物理方法、化學(xué)方法和微生物降解方法。物理法包括高溫失活、放射處理或提取被污染物和吸附劑等，化學(xué)法是通過酸堿溶液或其他化合物對霉菌毒素進(jìn)行處理，生物法主要是利用微生物來降解毒素。

2.1物理方法

2.1.1熱處理

熱處理是用高溫的方法破壞ZEN的結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到脫毒的效果，但熱處理和壓煮方式是對產(chǎn)生玉米赤霉烯酮的真菌起主要作用。有研究在120～140 ℃加壓烹飪條件下，可除去被污染食物中73%～83%的ZEN[22]。熱處理法缺點是耗費大，改變飼料和食品的營養(yǎng)價值。

2.1.2研磨法

ZEN在玉米粒等農(nóng)作物中分布很不均勻，毒素多分布在表皮及胚芽部位，可采用機(jī)械脫皮、脫胚等方法將其去除從而達(dá)到去除大部分毒素的目的，Yazhi-Zheng[23]采用研磨法將日本小麥為原料的面粉中ZEN含量降至50%以下。此法適于在農(nóng)戶和中小型養(yǎng)殖場應(yīng)用。

2.1.3輻照

ZEN的化學(xué)結(jié)構(gòu)可以被紫外線、紅外光射線等改變，可以達(dá)到脫毒的效果，輻射光可以有效穿過的效果較好，但是射線也會對其他物質(zhì)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，改變食品和飼料的營養(yǎng)構(gòu)成，帶來經(jīng)濟(jì)損失[24]。

2.1.4吸附

吸附法是采用對ZEN具有吸附作用的吸附劑進(jìn)行脫毒，目前常用的吸附劑有活性炭、硅鋁酸鹽類礦物質(zhì)吸附劑、高分子聚合物吸附劑等?；钚蕴繉EN有一定的吸附作用，但是添加活性炭后飼料變黑，影響飼料的銷售。硅鋁酸鹽類礦物質(zhì)脫毒劑包括蒙脫石、沸石、硅藻土、膨潤土及高嶺土等，此類脫毒劑具有較大的比表面積，層間具有電負(fù)性，層外具有正電性，對玉米赤霉烯酮具有一定的選擇性吸附作用[25]。駱翼等[26]用季銨鹽對天然蒙脫石進(jìn)行了有機(jī)化處理,發(fā)現(xiàn)蒙脫石經(jīng)過有機(jī)化處理后,層間結(jié)晶水明顯減少,晶片層間距隨著季銨鹽濃度增大而增大,吸附ZEN能力也隨之加強(qiáng)。酵母細(xì)胞內(nèi)壁的葡甘露聚糖對ZEN有吸附作用，葡甘露聚糖是一種高分子多糖，與ZEN通過氫鍵和離子鍵的疏水作用結(jié)合,對消化道中的營養(yǎng)成分破壞較少，而且其作用條件與大多數(shù)畜禽消化道的pH值接近，在飼料中的有效添加量低[27-28]。

2.2化學(xué)法

化學(xué)法是通過ZEN發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而脫毒的方法，目前研究的主要與ZEN反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)有臭氧、雙氧水和碳酸鈉等。McKenzie等[29]用臭氧對ZEN進(jìn)行降解,效果較好，并且降解后的物質(zhì)的毒性顯著降低。許萬祥等[30]研究了碳酸鈉浸泡法對ZEN的降解，發(fā)現(xiàn)大麥、玉米和小麥在0.1 M碳酸鈉溶液中浸泡24 h或72 h，可使其毒素濃度下降42%～100%?；瘜W(xué)法對ZEN的去除有較好的效果，但化學(xué)法作用ZEN后,生成新產(chǎn)物的潛在毒性需要進(jìn)一步研究。

2.3生物技術(shù)

利用生物技術(shù)可對ZEN進(jìn)行有效降解,某些微生物可改變ZEN的化學(xué)結(jié)構(gòu),達(dá)到降解ZEN的目的。He-Xingxing等[31]用FS10黑曲霉培養(yǎng)濾液中的酶對ZEN進(jìn)行轉(zhuǎn)化，達(dá)到減毒的目的，研究發(fā)現(xiàn)收集的濾液中150～30 kDa部分具有顯著的減毒作用，ZEN減少達(dá)到89.92%。雷元培[32]發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌ANSB01G可以降解ZEN活性物質(zhì)。

3　存在的問題及展望

現(xiàn)階段對ZEN的毒性和脫毒技術(shù)的研究比較深入，ZEN雖然急性毒性不強(qiáng)，但長期暴露于ZEN對人畜均有巨大危害。由于ZEN的污染范圍較廣，帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失，所以ZEN的脫毒技術(shù)的研究還需更加深入，目前的方法還有待完善。當(dāng)前ZEN脫毒技術(shù)還存一些不足，首先，物理脫毒法中高溫和輻射等條件會對飼料和食品中其他營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生影響，改變配方構(gòu)成，影響銷售和使用，并且脫毒效果較差，而利用吸附劑吸附的方法，根據(jù)吸附原理，吸附劑的特異性較差，飼料和食品中成分復(fù)雜，往往其他極性物質(zhì)使吸附劑飽和，而使吸附ZEN的效果較差，此外大量的吸附劑也使成本增高，所以高效而特異性強(qiáng)的吸附劑是今后研究的重點。其次，化學(xué)方法使脫毒的同時會產(chǎn)生其他雜質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)是否完全和雜質(zhì)的安全性有待進(jìn)一步研究。第三，生物方法對ZEN的脫毒具有專一的特點，但生物脫毒還處于實驗室階段，離產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有大段距離。高效脫毒劑的研發(fā)仍是ZEN脫毒技術(shù)的研究重點。

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Research Progress on Toxicity and Detoxification of Zearalenone*

LIU Yue-qin, WU Yan-dong, JIN Zhen-hua, ZHAO Xue-song, WANG Jin-zhi, LIU Yan-bo, WU Jie

(National Engineering Research Center of Corn Deep Processing, Jilin Changchun 130033, China)

Zearalenone(ZEN) is the secondary metabolites of some fungi, which is widely found in polluted grain and feed, and shows danger to human and animals. The toxic effect of ZEN, including reproductive toxicity, carcinogenicity, immunotoxicity, and liver and kidney toxicity, was summarized. Detoxification methods of ZEN, involved physical method, chemical method and biological method were studied. In addition, defects in current research were put forward and the trend of development in future was discussed.

zearalenone; research progress; toxicity; detoxification

農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項目(2012GB2B100101)。

劉躍芹(1986-)，女，碩士，工程師，研究方向：玉米深加工與食品安全。

TQ920.9

A

1001-9677(2016)013-0006-03