蘇紅梅，滕安然，李力

（福建師范大學 生命科學學院，福建 福州 350117）

真菌毒素是由絲狀真菌產生的一系列次生代謝天然產物，人體、動物、農作物及飼料都深受真菌毒素的污染，真菌毒素已經嚴重地影響了我們的生活。目前已被科學家們發(fā)現(xiàn)的真菌毒素有400多種，雖然它們都表現(xiàn)出不同的生理生化性質，但是都有毒性，具有致癌、致突變等性質，據(jù)了解人和動物免疫系統(tǒng)的紊亂與真菌毒素有一定的關系[1]。第一次發(fā)現(xiàn)真菌毒素是在二十世紀六十年代，英國10萬多只火雞死于“火雞X病”，當時用“真菌毒素”來表示這種物質，后來證明黃曲霉毒素B1是導致火雞得“火雞X病”的主要原因?，F(xiàn)在，真菌毒素并不只指黃曲霉毒素B1，而是指真菌產生的有害作用的全部次級代謝產物，統(tǒng)稱為“真菌毒素”。真菌毒素不僅對人和動物的健康造成威脅，同時給農業(yè)和經濟的發(fā)展也造成了嚴重的影響。據(jù)統(tǒng)計，真菌毒素每年污染的農作物達到了全球的25%，給農業(yè)和各國的經濟都帶來了很大的壓力[2]。由于真菌毒素污染我國每年糧食減產3%～7%，糧食在生產、運輸、銷售等過程中都可能被真菌毒素所污染，并且嚴重的年份會導致糧食大量減產[3]。所以，控制和降低真菌毒素對人類和動物的影響，是科學家們研究的熱點，也是一直努力在做的事情。

1 谷物和飼料中常見的真菌毒素及危害

谷物和飼料中常見的真菌毒素主要有霉菌毒素，包括玉米赤霉烯醇、赭曲霉毒素、黃曲霉毒3種，另外，本文還介紹2種常見的真菌毒素——伏馬毒素和脫氧雪腐鐮刀菌烯醇。這5種真菌毒素是目前發(fā)現(xiàn)的對谷物、飼料、動物和人類危害最大的真菌毒素。

1.1 玉米赤霉烯醇

玉米赤霉烯醇（zearalenone，ZEN）是由鐮刀霉菌屬產生的具有一系列衍生物的真菌毒素。是目前發(fā)現(xiàn)的分布最廣泛的真菌毒素，常見于玉米、高粱、小麥中。ZEN是一種具強耐熱性的真菌毒素，據(jù)研究發(fā)現(xiàn)要使得其完全破壞需在110 ℃高溫處理1 h。ZEN的污染就像食物鏈一樣，從谷物、飼料到動物，從動物到人類，嚴重威脅人和動物健康。ZEN導致雌激素在體內積累進而影響動物的生長繁殖[4]。 1962年Stob等[5]從發(fā)霉的玉米中第一次純化了出ZEN，1966年Urry等[6]確定了酚的二羥基苯酸內酯是ZEN的化學結構，分子式為C18H23O5，結構式見圖1。ZEN經代謝可產生α-ZOL、β-ZOL、ZAN、α-ZAL、β-ZAL等一系列衍生物，這些衍生物與ZEN一樣也會對人體和動物的健康造成威脅，是最危險的食品污染源之一，也是強致癌性真菌毒素。我國在食品中對ZEN含量都做了相關規(guī)定，為小于60μg/kg[7]。

圖1 玉米赤霉烯醇ZEN結構式

1.2 赭曲霉毒素

赭曲霉毒素（ochratoxin，OT）是由曲霉屬和青霉屬產生的系列化學結構相似的衍生物，分別有OTA、OTB、OTC、OTα，其中在自然界分布最廣且最具毒性的是OTA，它的結構式如圖2。

1965年Vandermerwe課題組便從赭曲霉菌純化得到，幾種類似物里OTA對農作物最具有傷害性，農作物包括花生、玉米小麥等都會被赭曲霉毒素污染。赭曲霉毒素進入人體后與肝微粒體混合功能氧化酶反應，進而損害人體腎臟與肝臟。赭曲霉毒素還是一種致癌物質、強致畸性[8]。我國國家食品安全標準規(guī)定OTA在谷物及其制品、豆類及其制品、堅果及籽類、烘焙咖啡豆等要求不超過5.0μg/kg，葡萄酒為2.0μg/kg，速溶咖啡可以達到10.0μg/kg［7］。

圖2 赭曲霉毒素OTA結構式

1.3 黃曲霉毒素

黃曲霉毒素（aflatoxin，AF）也是一類霉菌類真菌毒素。主要分為紫黃曲霉毒素B、黃曲霉毒素G和黃曲霉毒素M，它們可在紫外燈下發(fā)出不同的熒光［9］。人們現(xiàn)在可分離到的有B1、B2、G1、G2、B2a、M1、M2、P1等共18 種。據(jù)研究表明AFB1的毒素最強，屬于一類致癌物，直腸癌、乳腺癌、肝癌和骨癌等的發(fā)生都與AFB1有關，它的結構式如圖3。

花生和玉米最容易被AFB1所污染[10]。食品安全標準中對AFB1的限制量為 0.5μg/kg[7]。

圖3 黃曲霉毒素AFB1結構式

1.4 伏馬毒素

輪枝鐮刀菌、串珠鐮刀菌、層出鐮刀菌等有害真菌感染農作物產生的真菌毒素為伏馬毒素。是一類可以溶于水的真菌毒素。據(jù)統(tǒng)計，類似結構物有FA1、FA2、FB1和 FB2等共28種，其中FB1的毒性最大。伏馬毒素是一種B類致癌物，與食道癌的高發(fā)有直接的關系，玉米及或玉米為原料的食品最易被污染，會對人體的肝腎造成損害，使豬肺水腫，馬腦白質軟化[11]。FB1的結構式圖4。

圖4 伏馬毒素FB1結構式

1.5 脫氧雪腐鐮刀菌烯醇

脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（Deoxynivalenol，DON），由禾谷鐮刀菌和黃色鐮刀菌等真菌污染小麥或其他農作物后所產生的次生代謝物。DON是一種單端孢霉烯族類化合物，化學名稱為3α,7α,15-三羥基-12,13-環(huán)氧單端孢霉-9烯-8酮[12]，因為DON會使豬發(fā)生嘔吐，所以又叫做“嘔吐毒素”。C-3 位的·OH基團、C-9，10 位的雙鍵及C-12，13位的環(huán)氧基是引起中毒的主要基團。

大麥、玉米、小麥、飼料都會被DON污染，DON 在胃腸道吸收后經過肝臟、腎臟最后隨尿液排出，對各種器官都造成了一定的損害。長期攝入會影響免疫抑制、出現(xiàn)不想吃飯、腹瀉、嘔吐等現(xiàn)象，嚴重影響人和動物的健康[13]。中國衛(wèi)生部規(guī)定谷物及其制品（玉米、 玉米面 、 大麥、 小麥、 麥片、小麥粉）嘔吐毒素的含量不能超過1000μg/kg[7]，結構式見圖5。

圖5 脫氧雪腐鐮刀菌烯醇DON結構式

2 真菌毒素的降解

2.1 生物方法降解真菌毒素

利用生物方法降解真菌毒素具有快速、安全、無污染的特點，是目前降解真菌毒素的主要方法，生物降解法包括微生物降解菌株、生物酶法。本文主要介紹微生物降解菌株的篩選與生物酶法降解真菌毒素。

一些微生物菌株能夠使真菌毒素的結構發(fā)生改變轉化為無毒的物質，通常我們從自然界或被污染的土地和食品中篩選得到降解菌。1997年Jun Shima[14]從土壤中分離得到的菌株E3-39，能夠降解小鼠淋巴細胞中的DON，使毒性僅為原來的十分之一，脫毒原理是氧化改變了DON的結構。在選擇培養(yǎng)基中添加毒素或毒素類似物作為唯一碳源也是篩選降解相應毒素的菌株的一種常用的方法。2018[15]年王悅利用ZEN作為唯一碳源和能源及高溫處理后在霉變的飼料中分離出50株芽孢桿菌，利用ELISA分析，得到的7號菌株對ZEN的降解達到90.4%。

通過物理誘變、化學誘變、生物誘變等也是篩選真菌毒素降解菌株的有效方法之一，其中最常用的為紫外誘變。2017年張曉雪[16]利用紫外線誘變得到的新型黑曲霉FS-UV1，對AFB1的降解率高達到87.3%。陳藝[17]等從不動桿菌Acinetobacter sp.SM04培養(yǎng)上清液中分離純化得到對ZEA具有降解能力的Peak 2組分及組分中的A4-Oxa蛋白，并將A4-Oxa在大腸桿菌表達系統(tǒng)中成功表達，得到的重組A4-Oxa蛋白，對ZEA的降解率可達32%。這是利用基因定向改造篩選表達特定蛋白（具有降解特定真菌毒素的能力）的微生物的方法，是現(xiàn)在研究的熱點。

生物酶法降解真菌毒素具有操作簡便、降解徹底等優(yōu)點而受到了人們廣泛的關注。可以降解玉米赤霉烯酮的酶有過氧化物酶、內酯水解酶等。Yu Y[18]課題組從土壤分離得到不動桿菌Acinetobacter sp.SM04所產生的過氧化物酶Prx可將ZEN降解為低活性的物質分子；2015年鐘鳳[19]等利用分子生物學手段構建成的過氧化物酶 A4-Pr的工程菌，可以降解63%的ZEN。 2002年Takahashi-Ando[20]等分離得到的一種編碼內酯水解酶的基因zdh101，是目前發(fā)現(xiàn)可有效降解ZEN的內酯水解酶基因，已廣泛應用到了農業(yè)等各領域。除了zdh101基因，2018年[21]Meixing Wd等表達的一種稱為Zhd518的內酯酶，它與Zdh101有65%的氨基酸同源性，不僅能降解ZEN，也能降解ZEN系列衍生物。

除了過氧化物酶和內酯水解酶外，Banu I[22]等發(fā)現(xiàn)由Trametes versicolor產生的漆酶可以降解81.7%的玉米赤霉烯酮。黃曲霉毒素的生物酶降解主要依靠還原酶類。AFO即黃曲霉毒素氧化酶早在1998年Liu[23]等首次在真菌Armillariella tabescens中被發(fā)現(xiàn)。

乙?；?、氧化酶、糖基化酶是降解嘔吐毒素的3種典型的酶。1997年Kimura[24]等就發(fā)現(xiàn)單端孢甲-3-O-乙酰轉移酶可以降解嘔吐毒素，它的降解機理是使嘔吐毒素三號位乙?；瘡亩摱?。Poppenberger等發(fā)現(xiàn)UDP-葡萄糖基轉移酶將一分子葡萄糖基轉移到DON的3號位碳原子上后形成的DON-葡糖苷酸毒性比原來低，降低了嘔吐毒素的危害[25]。2013年Ito等發(fā)現(xiàn)P450細胞色素系統(tǒng)能夠將嘔吐毒素氧化，毒性大大降低。

由以上可知利用生物酶降解真菌毒素在操作上簡單易行，降解均一、徹底，具有很大的研究前景與價值，是解決真菌毒素對食品、飼料危害最為有效的方法之一，但是，生物酶解目前存在的問題是新酶的開發(fā)與利用十分艱難。

2.2 降解真菌毒素的其他方法

降解真菌毒素除了微生物降解菌和生物酶解外，還有傳統(tǒng)的降解方法，如物理法和化學降解法。

物理方法降解真菌毒素包括：吸附劑吸附、熱處理、有機溶劑抽提、超聲處理、射線照射，最簡單的處理方式是將谷物進行清洗或將被真菌毒素污染的部分去掉以減少真菌毒素的危害。雖然這些方法操作簡便，但是存在不徹底的缺點，近年來人們研究較多的是利用輻射降解真菌毒素。2005年Aquino[26]等研究發(fā)現(xiàn)玉米中的AFTB1和AFTB2在輻照劑量為10 kGy照射時可以完全降解；王蓓[27]研究表明在輻射通量為28.52 J/cm2的條件下，AFB1和AFB2經脈沖強光處理10 s，降解率高達96.6%和91.7%。許多的研究都表明用輻射去降解真菌毒素具有很好的脫毒效果，為食品、谷物、飼料中真菌毒素降解帶來新方法，具有很高的研究價值。

化學方法降解真菌毒素是利用氫氧化鈉、過氧化氫、次氯酸鈉、鹽、酸、氨等化學物質對被真菌毒素污染的飼料、食品或谷物進行處理，從而使真菌毒素的某些結構或基團遭到破壞，達到脫毒目的。與物理方法相比，化學降解真菌毒素的效果更好、更徹底，但是有可能給食品、飼料帶來新的化學污染，并在一定程度上會使食品、飼料的營養(yǎng)物質流失，因此化學方法有一定的局限性而不常用，更多的是把化學方法與物理方法相結合，取長補短，以達到最有效、最安全的降解效果。

3 真菌毒素的檢測技術

由于真菌毒素對人類和動物健康都具有極大的威脅性，因此必須對食品、飼料中的真菌毒素進行檢測，故完善真菌毒素檢測技術是非常必要的。

真菌毒素的檢測方法根據(jù)檢測的對象不同及不同種類的真菌毒素而異。如，食品中脫氧雪腐鐮刀菌烯醇的檢測一般是采用LC-MS/MS、HPLC、TLC或ELISA，而在谷物中一般用膠體金快速定量法來檢測脫氧雪腐鐮刀菌烯醇。食品中的真菌毒素的檢測方法有HPLC（柱前、柱后衍生法）、LC-MS/MS、免疫親和柱-熒光光度法；糧食和谷物的真菌毒素的檢測方法有膠體金快速定量法、UPLC、HPLCMS/MS、液相色譜串聯(lián)質譜法等[28]。除了以上的這些方法，常用的檢測方法還有熒光光度法、免疫熒光分析法、酶聯(lián)免疫吸附法、放射免疫分析技術、免疫芯片技術、薄層色譜法、快速檢測方法、實時熒光定量PCR、近紅外技術以及利用生物化學傳感器[29]對真菌毒素進行檢測，這些檢測方法都是如今發(fā)展得較為完善的檢測方法，檢測的結果準確可靠，但是檢測的過程較為繁瑣復雜。目前又出現(xiàn)了一種稱為便攜式定量檢測儀對真菌毒素進行檢測的方法，這種方法操作簡單又能快速知道結果且成本低，最大的優(yōu)點是可以進行實地檢測，為實時實地調查、檢測研究提供了可能性[30]。隨著科技的不斷發(fā)展，會出現(xiàn)更為準確與快速的檢測方法。

4 展望

真菌毒素對飼料、食品、農業(yè)的影響已經嚴重威脅了人和動物的健康，并對全球的經濟也帶來了難以想象的損失，已經嚴重阻礙了社會的發(fā)展。物理降解、化學降解都可以在一定程度上實現(xiàn)對真菌毒素的降解，但都存在一定的局限性，將兩者相互結合可以取得不錯的降解效果，在未來這些方法可能應用到實際中。

微生物降解與生物酶解是依然是目前最為安全、有效的手段，也是人們研究的熱點，降解菌的篩選是關鍵，一方面可以從自然界中篩選，另一方面可利用基因定向改造技術進行培育、篩選。新酶的發(fā)掘也是研究的另一大熱點，且發(fā)掘得到的新酶對真菌毒素的降解效率都遠遠超過物理與化學降解法。但是，新酶的發(fā)掘較為困難，條件也較為嚴格，因此目前還停留在起步階段，不過，相信隨著近代科學技術的不斷發(fā)展，不斷克服、改進，最終可實現(xiàn)產業(yè)化。另一方面，真菌毒素的檢測手段也得到不斷發(fā)展，從而使檢測更加簡便、快速、準確，有助于及時避免真菌毒素造成的危害。