李娜 陳郝
黃曲霉毒素、嘔吐毒素、玉米赤霉烯酮等真菌毒素會對糧油加工副產(chǎn)物帶來許多影響,在嚴(yán)重威脅人體健康的同時,還會導(dǎo)致飼料產(chǎn)生色澤變化、營養(yǎng)成分丟失等影響口感的情況,使畜禽出現(xiàn)采食欲望降低、免疫能力減退、神經(jīng)功能障礙等問題,從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此,正確認(rèn)知糧油加工副產(chǎn)物中真菌毒素消除技術(shù),成為迫切需要重視的內(nèi)容。
一、研究背景分析
真菌毒素這一次級代謝產(chǎn)物是真菌在合適溫濕度下出現(xiàn)的,具備生物活性,其在糧食領(lǐng)域和飼料衛(wèi)生學(xué)領(lǐng)域的別稱是霉菌毒素?,F(xiàn)階段已知的真菌毒素種類超過300種,從污染范圍角度來說,除黃曲霉毒素和伏馬毒素之外,還有脫氧雪腐鐮刀菌烯醇及玉米赤霉烯酮。據(jù)聯(lián)合國的糧食和衛(wèi)生組織估計,在世界范圍內(nèi),被真菌毒素污染的谷物在谷物總量中占比25%,在霉變影響下喪失營養(yǎng)價值及經(jīng)濟(jì)價值的農(nóng)產(chǎn)品在總量中占比達(dá)到2%,給農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)造成了嚴(yán)重影響。
在我國,糧油的主要原料是水稻、小麥、玉米與大豆,就糧油原料加工時出現(xiàn)的副產(chǎn)物來說,除了玉米加工副產(chǎn)物、胚芽、豆渣之外,還有麩皮和麩質(zhì)等,其重要的使用途徑是飼料。糧油原料如果被真菌毒素所污染,不但很難通過工業(yè)生產(chǎn)而破壞和分解,而且在濃縮干燥深加工過程與精加工時有很高的概率會導(dǎo)致真菌毒素伴隨清液富集于副產(chǎn)物內(nèi)部。飼料遭到真菌毒素污染之后,適口性會不斷降低,導(dǎo)致動物采食量持續(xù)降低,對動物的生長性能造成顯著影響。真菌毒素能夠?qū)е聞游锏姆敝彻δ苤饾u紊亂,使其繁殖性能不斷下降。真菌毒素會使機(jī)體免疫細(xì)胞的活性有所下降,引發(fā)免疫抑制問題,阻止蛋白質(zhì)與酶進(jìn)行合成,對組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)造成破壞,不但傷害動物的肝臟和腸道,還會使其神經(jīng)受到損傷。除動物外,飼料內(nèi)部的真菌毒素能夠利用食物鏈存在于動物產(chǎn)品內(nèi)部,人類在長時間食用之后,其健康情況也將受到危害。
二、真菌毒素限量控制標(biāo)準(zhǔn)
在國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中,不但規(guī)定了玉米、玉米加工制品、小麥、小麥加工制品、大豆、大豆加工制品的真菌毒素限量控制標(biāo)準(zhǔn),而且規(guī)定了稻谷、稻谷加工制品、花生、花生加工制品的真菌毒素限量控制標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),針對飼料真菌霉素允許量和原料真菌毒素允許量制定限制標(biāo)準(zhǔn)。在最新標(biāo)準(zhǔn)中,飼料原料和產(chǎn)品的毒素限量得到細(xì)化,除使用環(huán)節(jié)外,此標(biāo)準(zhǔn)能夠使原料管控工作具有法律依據(jù)。以玉米深加工的副產(chǎn)物為例,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在考慮具體加工時的濃縮效應(yīng)之后,除了使玉米皮和噴漿玉米皮產(chǎn)品中的玉米赤霉烯酮限量增長到玉米原料3倍外,還令玉米漿干粉和玉米酒糟產(chǎn)品的玉米赤霉烯酮增加到玉米原料的3倍,在每千克玉米原料中,玉米赤霉烯酮含量不得超過1.5毫克。
三、糧油加工副產(chǎn)物
的真菌毒素消減技術(shù)研究
就具體生產(chǎn)來說,糧油加工副產(chǎn)物的真菌毒素含量經(jīng)常會高過我國的限量標(biāo)準(zhǔn),所以相關(guān)學(xué)者在糧油加工副產(chǎn)物相應(yīng)真菌毒素消減技術(shù)方面投入了很多的精力?,F(xiàn)階段,人們主要使用的真菌毒素消減方法包括生物法、化學(xué)法和物理法等。
1.生物法。生物法利用微生物毒株清除和降解真菌毒素,使得糧油加工副產(chǎn)物中的真菌毒素能夠得到有效控制。生物法是以微生物毒株作為主要媒介,在消減真菌毒素方面效果良好,效率也比較高,但是由于目前糧油加工副產(chǎn)物中的已知真菌毒素在300種以上,必須不斷進(jìn)行技術(shù)研發(fā)與完善,這樣才能達(dá)到應(yīng)對多種真菌毒素的目的。
生物法主要分為生物吸附與生物降解兩種類型,其中生物吸附是利用特定的菌體將真菌毒素進(jìn)行針對性吸附,從而形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且不易發(fā)生反應(yīng)的復(fù)合物。比如在處理黃曲霉毒素B1時,想要達(dá)到充分吸附的目的,乳酸菌、雙歧桿菌等是較好的選擇,能夠顯著降低真菌毒素產(chǎn)生的影響。生物降解主要依賴降解菌、降解酶和生物發(fā)酵液,通過去乙?;?、環(huán)氧化、脫酸、脫氨等方式來達(dá)到降解真菌毒素的目的,在具體應(yīng)用時應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況采取針對性策略。比如,真菌毒素不僅會影響畜禽的采食欲望,還會引發(fā)腸胃、神經(jīng)系統(tǒng)等方面的疾病,此時可利用降解菌來解決,詳細(xì)方法是在畜禽采食前將已經(jīng)選擇的微生物放入飼料中,畜禽進(jìn)食后,這些具備代謝真菌毒素能力的微生物能夠憑借自身特性發(fā)生降解反應(yīng)并形成可以排出體外的無毒代謝物。以厭氧優(yōu)桿菌屬細(xì)菌BBSH797為例,可以在畜禽進(jìn)食后有效降解消化道內(nèi)的DON真菌毒素、單端孢霉烯族類真菌毒素,并形成DOM-1等無毒代謝產(chǎn)物。利用降解酶降解真菌毒素時,往往對酶有著較高的要求,主要原因是真菌毒素種類繁多,而且降解酶易受溫度影響,高溫制粒時發(fā)生失活的概率較高,因此,降解酶的方法仍然存在較大的提升空間。生物發(fā)酵液是將融入微生物的飼料置于特定生長環(huán)境下進(jìn)行發(fā)酵,待達(dá)到發(fā)酵反應(yīng)后,真菌毒素便會被降解為無毒或者毒性較低的代謝物。
2.化學(xué)法?;瘜W(xué)法將化學(xué)試劑和毒素分子在指定條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),將毒素分子的特定官能團(tuán)和指定化學(xué)鍵去除,還可以將指定官能團(tuán)添加到毒素分子中,從而降低或去除毒素分子的生物毒性。除臭氧和氨之外,亞硫酸和雙氧水均為研究比較頻繁的化學(xué)試劑。
(1)酸堿處理。酸堿處理是最常用的化學(xué)消減真菌毒素的方法,能夠促使真菌毒素的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化并轉(zhuǎn)化為毒性較低或無毒的物質(zhì)。例如,可以利用堿性處理的方式來清除黃曲霉毒素,具體原理是堿處理時所使用的無機(jī)堿能夠充分破壞AFT的內(nèi)酯環(huán),促使其發(fā)生水解,形成能夠與皂腳共同分離出去的鄰位香豆素鈉鹽,該物質(zhì)具備較好的水溶性且無毒,處理后再進(jìn)行清洗便可完全清除?;ㄉ椭泻休^多的AFB1,極易在提煉過程中攜帶相應(yīng)的真菌毒素,此時可以利用堿處理的方法予以清除。經(jīng)研究,花生毛油中的AFB1初始含量在812μg/kg時,堿處理后的含量僅剩14μg/kg,堿處理去除真菌毒素的效果可以達(dá)到98%以上。然而,酸堿處理也存在許多弊端且易受許多因素影響,比如,上述針對花生毛油的消除方法中,若運(yùn)用環(huán)境為酸性,無機(jī)堿對內(nèi)酯環(huán)的破壞也會引起新的問題,即被破壞的內(nèi)酯環(huán)會在酸性條件下關(guān)閉,再次產(chǎn)生真菌毒素AFB1。另外,在利用堿性電解水處理花生油時,雖然堿性電解水能夠在較短時間內(nèi)完成脫毒處理,但是能否達(dá)到最終目的,還需要提高對堿性電解水的體積、特性等方面的關(guān)注,并根據(jù)實際情況進(jìn)行針對性的優(yōu)化。
(2)乙醇提取法。乙醇提取法主要是利用乙醇良好的溶解性來達(dá)到溶解、分離、提純的目的。以提取花生油中的AFT為例,可以利用不同的乙醇來實現(xiàn)。當(dāng)花生油的比例為13時,利用海地產(chǎn)乙醇能夠?qū)ⅫS曲霉毒素的含量從185μg/kg降低到11μg/kg,真菌毒素的消減率可在94%以上;若油品比例為15時,消減率也能不低于93%。如果類型為無水乙醇時,真菌毒素消減率能達(dá)到91%以上。雖然運(yùn)用乙醇提取法脫毒能夠取得較好的效果,但該方法也存在較多的問題,比如不同類型的乙醇應(yīng)用成本較高且回收再利用的難度較大,資源浪費(fèi)情況比較嚴(yán)重。
3.物理法。(1)吸附法。吸附法主要是利用活性炭、有機(jī)物類和硅鋁酸鹽類等吸附劑來達(dá)到吸附真菌毒素的目的。其中,活性炭是將木屑、谷殼等物質(zhì)經(jīng)過碳化、物理活化和化學(xué)等方法處理后,成為一種具備較強(qiáng)吸附作用的吸附劑。經(jīng)過處理形成的活性炭比表面積大,孔隙明顯,整體吸附容量可以得到顯著提升,實際應(yīng)用時可以將活性炭加入到畜禽的飼料中,消化吸收后通過血液檢測可以發(fā)現(xiàn)畜禽體內(nèi)的伏馬毒素等含量均已控制在限量范圍內(nèi),甚至已經(jīng)檢測不到各類真菌毒素的存在。在處理玉米毛油時,可以運(yùn)用油重2%的活性炭來消除AFB1毒素,經(jīng)研究,具體毒性數(shù)值已經(jīng)由39.28μg/kg下降至1.68μg/kg,達(dá)到國家規(guī)定的限量標(biāo)準(zhǔn)。不過,活性炭在處理T-2毒素時,其自身特性和效果相對較低,最重要的是,活性炭的吸附功能不具備可選擇性,極易在脫毒過程中同時吸附飼料中的有益成分等,因此應(yīng)當(dāng)對活性炭的功能進(jìn)行合理改進(jìn),提高吸附法的應(yīng)用范圍和質(zhì)量。有機(jī)物類吸附劑的主要原理是將多糖吸附中心與離子鍵、氫鍵等相互結(jié)合,達(dá)到非特異性吸附的目的,此類吸附劑主要包括果膠、交聯(lián)聚維酮、甘露聚糖等。硅鋁酸鹽類吸附劑主要由氧化鋁、二氧化硅的礦物質(zhì)組成,具備孔隙結(jié)構(gòu)良好、化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特性,能夠在脫毒方面發(fā)揮良好的作用。硅鋁酸鹽類吸附劑以吸附AFT等高極性基團(tuán)毒素為主,對于ZEN等低極性基團(tuán)毒素的吸附效果并不明顯。常見的硅鋁酸鹽類吸附劑包括沸石、蒙脫土和硅藻土等。
(2)光催化法。光催化法是利用微波、電子束、紫外線等不同類型的光波來達(dá)到降解真菌毒素的目的,主要原理是利用各類光波的波長來改變真菌毒素的結(jié)構(gòu),即真菌毒素也具有吸收光波波長的特性,但只有部分波長能夠被吸收,剩余部分會促使真菌毒素出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng),整體結(jié)構(gòu)也會隨之破壞,當(dāng)光波引起的反應(yīng)消失時,毒性也會被清除。例如,經(jīng)過輻照的花生油能夠在較短的照射時間內(nèi)將真菌毒素清除,脫毒率可達(dá)99%以上。
(3)其他方法。利用重力分選的方法可以清除小麥籽粒中的赤霉病,具體環(huán)節(jié)主要依賴于重力分選設(shè)備。經(jīng)研究,原始小麥中DON毒素含量達(dá)到1448μg/kg時,經(jīng)過重力分選后,毒素比例下降67.5%,含量僅有470μg/kg。熱降解也是能夠取得較好效果的脫毒方法,以消除植物油中的AFT為例,由于其只有在237℃-306℃的環(huán)境下才能被充分分解,可以通過灌入水蒸汽蒸餾的方法進(jìn)行脫臭處理。
4.復(fù)合脫毒法。復(fù)合脫毒法是指配合使用不止一種脫毒劑和脫毒辦法。比如,除了將防霉劑、免疫增強(qiáng)劑和降解菌增添至飼料之中,還可將鋁硅酸鹽和真菌毒素的降解酶增添到飼料之中,上述原料經(jīng)過合理復(fù)配和有效的工藝處理,能夠使脫毒效果具有高效、穩(wěn)定和廣譜的特點。因此,復(fù)合脫毒劑同樣擁有較為廣泛的應(yīng)用范圍。
作者簡介:李娜(1989-),女,漢族,湖北襄陽人,講師,大學(xué)本科,研究方向為植物油脂及蛋白。