[科普中国]-赭曲霉毒素脱毒

赭曲霉毒素最初由从南非分离的一株赭曲霉(Aspergillus ochraceus)菌株代谢产生的一组二级代谢产物，包括7种结构类似的化合物，其中赭曲霉毒素A(Ochratoxin，OTA)是毒性最强的成分。赭曲霉毒素脱毒即运用物理、化学和生物等方法脱除赭曲霉毒素的过程。

赭曲霉毒素(Ochratoxin)赭曲霉毒素最初由从南非分离的一株赭曲霉(Aspergillus ochraceus)菌株代谢产生的一组二级代谢产物，包括7种结构类似的化合物，其中赭曲霉毒素A(Ochratoxin，OTA)是毒性最强的成分。

(一)主要产毒菌株

赭曲霉毒素是由曲霉属和青霉属的某些菌种产生的，能产生赭曲霉毒素的曲霉属有：洋葱曲霉、硫色曲霉、蜂蜜曲霉、赭曲霉、孔曲霉、佩特曲霉和菌核曲霉等。青霉属有：徘徊青霉、鲜绿青霉、普通青霉、变幻青霉、产紫青霉、圆弧青霉和产黄青霉等。

(二)赭曲霉毒素的化学结构和理化性质

在OTA毒素结构中，酚羟基相邻的羰基中的氧原子或酰胺基中的氧原子都能与分子内的H原子相结合，因此分子结构有很大差异。赭曲霉毒素是异香豆素联结1一苯丙氨酸在分子结构上类似的一组化合物，包括OTA、OTB、OTα、OTA的甲酯以及OTB的甲酯和乙酯等。作为食品中的天然污染物，OTA是主要的化合物。OTA是一种无色结晶化合物，溶解于极性有机溶剂，微溶于水和稀的碳酸氢钠水溶液中。在紫外光下OTA呈绿色荧光，这种毒素相当稳定，具有耐热性，用普通加热法处理不能将其破坏。故一般的烹调和加工方法只有部分破坏。OTA在乙醇中置于冰箱避光可保存一年，图1为其化学结构式。OTA带有Cl-，毒性强；OTB则无Cl-，毒性低。

（三）赭曲霉毒素的毒性

1、急性毒性与慢性毒性

赭曲霉毒素具有烈性的肾脏毒和肝脏毒，当人畜摄入被这种毒素污染的食品和饲料后，就会发生急性或慢性中毒，如大鼠经口喂20 mg/kg的赭曲霉毒素，就会产生急性中毒；赭曲霉B菌素通常较少，毒性比A菌素低。鸡食含有赭曲霉毒素1～2 mg/kg的饲料，种蛋孵化率会降低。赭曲霉毒素的毒性特点是造成肾小管间质纤维结构和机能异常而引起的肾营养不良性病以及肾小管炎症、免疫抑制。像洲利亚和罗马尼亚等巴尔干半岛国家部分地区居民膳食中OTA的污染被认为与地方性肾病有关。在巴尔干地方性肾病流行区，6%一18%人群的血液中能检出OTA。

2、致癌性

赭曲霉毒素能引起肾脏的严重病变、肝脏的急性功能障碍、脂肪变性、透明变性及局部性坏死，长期摄入也有致癌作用。用小白鼠做实验结果发现赭曲霉毒素可使肝脏出现癌变，持续摄入248～276 μg/d，15周后即有肾细胞癌的发生。此外，赭曲霉毒素还具有致畸和致突变性。

1995年，FAO/WHO食品添加剂联合专家委员会(JECFA)在其第44次会议上，重新确定了第37次会议上制订的OTA的每周暂定耐受摄入量（PTWI），将其定为100ng/kg体重，相当于每天14ng/kg体重。JECFA第56次会议上再一次评价了OTA，委员会根据新提出的资料认为，OTA引起肾毒性以及肾癌的机制还未解决，因此委员会保留PTWI为100 ng/kg体重。我国《粮食卫生标准》规定OTA在谷类、豆类中的限量为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、小麦、大豆、燕麦、大麦、花生、火腿、水果等。在发热霉变的粮食和饲料中赭曲霉毒素含量较高，主要是OTA。粮食中的产毒菌株在28℃下，产生的OTA含量最高；在温度低于15℃或高于37℃时产生的OTA极低。

我国先后于1989年和1991年对部分地区的玉米、小麦、大米等谷物进行了OTA的测定。其中1989年检测玉米796份、小麦610份、大米36份，共计1 442份样品，阳性样品22份(占1.5%)，检出OTA的含量范围为8.0～80.0μg/kg1。

赭曲霉毒素脱毒介绍赭曲霉毒素A的脱毒研究现状OTA的脱毒方式分为两种：一种是降解作用，主要是通过化学反应、对毒素进行修饰等手段，使之变为不具毒性或毒性较低的物质；另一种是对OTA进行脱除，主要是通过一定的手段，将已存在的OTA进行脱除，并不会改变其本质。目前国内外关于OTA的脱毒研究可分为物理、化学和生物脱毒三大类方法。

赭曲霉毒素A的物理脱毒物理脱毒法是利用清洗除尘、研磨洗擦、吸附、辐照等手段达到减少或脱毒的效果。但清洗剔除的霉粒处理不当还会对环境造成二次污染；通过吸附只是将毒素转移并没有将毒素破坏或者降解；γ射线辐照，虽能保证其主要营养成分和感官不变，尤其在水溶液里，降解率能达到90%，但是不易操作，设备和放射源控制等都需要较高要求。食品原料和饲料生产中应用较多的物质是活性炭，早在1998年，Galvano等人证明活性炭能够对真菌毒素进行较好的吸附，体外脱除OTA效果较好，缺点是专一性不强，例如葡萄酒中活性炭脱除OTA时，对多酚含量和葡萄酒的颜色有影响。

赭曲霉毒素A的化学脱毒化学脱毒法主要采用对毒素进行修饰等手段，使之变为不具毒性的物质。常用的化学试剂有碱性的过氧化氢，氢氧化钠以及臭氧，氨基甲烷以及氢氧化钙铵盐，都能有效减少基质中的OTA。例如氨化处理在比较温和的条件下能够脱除小麦、玉米、大麦等谷物中的AFB1、OTA和青霉酸等多种真菌毒素，100%的清除AFB1，使AFB1的内酯环降解为毒性较低的一些化合物；用2%的碳酸钾水溶液在一定的温度和压力下处理带壳可可豆，能够降低95%的OTA污染。但氨化（碱）处理会产生变色，出现异味等现象2。

赭曲霉毒素A的生物脱毒近年来，随着对真菌毒素脱毒研究的深入，生物脱毒得到越来越多研究人员的关注。生物脱毒是指通过生物代谢或者酶促反应降解毒素或者修饰毒素分子而达到脱毒的目的，并且以其环境友好、对营养物质无损伤，高效低毒、特异性强，污染小、快速等特点已成为目前的研究热点。

1999年，Bata和Lásztity提出微生物脱毒是利用某些特殊微生物及其代谢物制剂完成吸附、分解霉菌毒素的作用。真菌毒素的脱毒研究，以AF为例，选择的微生物包括霉菌、酵母菌和细菌。脱毒微生物在科学角度上要符合以下条件：能够脱除毒素或可控吸附毒素；抑制霉菌生长使之不能合成新的毒素；该微生物本身是安全的；具有进行农业产品的可工业化应用前景。如何选择合适的微生物菌株以及明确脱毒机理成为学者主要的探索领域。

选择霉菌作为OTA生物脱毒菌株的研究较多。Varga选择谷物中根霉（Rhizopus）、黑曲霉（A. niger）体外降解OTA（7.5μg/mL），表明不同培养基会影响其降解，根霉在天然培养基上降解效果更好。Hend Bejaoui从葡萄及其制品上选择多株黑曲霉群菌株体外降解OTA（5μg/mL），发现天然葡萄汁中的黑曲霉能降解OTA，降解产物为无毒的OTα，后期检测发现可能其异香豆素环也被打开了，该反应是如何进行的使很多科学家着迷。2002-2007年，Abrunhosa经过多年研究并制取了黑曲霉的粗酶液，纯化获得OTA水解酶。他发现不同解毒菌种OTA代谢产物有所不同，初步确定以羧肽酶类水解酶为主要功能酶，Abrunhosa研究课题的另一优势是黑曲霉属于公认的食品级安全菌株（generally recognized as safe，GRAS），该选择考虑未来的开发利用。其它有助于OTA降解的微生物有很多种，青霉、根霉、毛霉也能降解OTA，产生的主要是水解酶类解毒酶。目前为止，霉菌OTA解毒研究已有一定的成果，部分解毒酶已经提纯并鉴定。目前AF解毒酶、镰刀毒素解毒酶的分子生物学都有比较前沿的研究，相比较而言，OTA解毒酶的研究较少且不够透彻。

根据脱毒微生物需要满足的条件，部分酵母菌也被选择进行OTA生物脱毒研究。学界普遍认为，酵母菌株对霉菌毒素的脱除作用可能与酵母细胞壁的聚糖类物质（葡聚糖、甘露聚糖、甘露寡聚糖）相关，酵母或酵母细胞壁成分可作为霉菌毒素吸附剂，其商业化产品（EGM，商品名：霉可吸）用于饲料脱毒，但与OTA的结合率仅为12.49%。Böhm筛选到3株酵母属（Trichosporon）菌株，用于脱除培养基质中的外源OTA，没有检测代谢物质的变化。Schatzmayr等研究丝孢酵母属、红酵母属（Rhodotorula）和隐球酵母属（Cryptococcus）中的酵母菌，发现有降解OTA（0.2mg/L）功能的1个酵母新种（Trichosporon mycotoxinivorans），且不仅仅是吸附功能。2007年，Peteri研究了1株红发夫酵母菌（Phaffia rhodozyma），发现其在一定条件下可以将OTA转化为OTα，似乎在OTA添加量比较多的时候才体现出降解功能。2013年，Piotrowska等发现啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）可以降低葡萄酒中的OTA达到85%，培养基因素彰显重要。目前酵母菌研究表明除吸附作用外，可能会显现出一些其他有效应用价值，但是否具有生物降解毒素的作用还存有争议。

选择原生动物/细菌进行OTA生物脱毒研究是一个新的领域。OTA细菌脱毒研究源于瘤胃微生物，细菌对OTA的降解使草食性瘤胃动物免于OTA中毒，且体外降解发现瘤胃微生物脱除OTA的主要功能微生物就是细菌，继而扩展到对小鼠肠道菌群及人的肠道菌群进行脱毒菌株的研究，分离到很多体外减低OTA浓度的菌株，其中最大的类群是乳酸菌。

选择原生动物/细菌进行OTA生物脱毒研究是一个新的领域。OTA细菌脱毒研究源于瘤胃微生物，细菌对OTA的降解使草食性瘤胃动物免于OTA中毒，且体外降解发现瘤胃微生物脱除OTA的主要功能微生物就是细菌，继而扩展到对小鼠肠道菌群及人的肠道菌群进行脱毒菌株的研究，分离到很多体外减低OTA浓度的菌株，其中最大的类群是乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB），尽管乳酸菌能够消减低至0.05mg/L的外源OTA，却检测不到OTα产物，虽然有研究表明乳酸菌对AFB1的脱毒作用为生物降解，但目前大多数学者认为乳酸菌对OTA主要作用机理是一种吸附作用，这大大限制了乳酸菌在食品/饲料领域的应用范围。2011年，Hector Rodriguez研究发现短杆菌属（Brevibacterium）内的7个菌株都有体外高效降解OTA的能力。2014年，Luís又在杜罗酒中发现了一种小片球菌（Pediococcus parvulus），能够将OTA降解为OTα，达到脱毒目的。

另一个大的主要类群就是芽孢菌（Bacillus），细菌中只有乳酸菌和芽孢菌的一些菌株属于食品级安全菌株（GRAS）。目前发现的地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）、苏云金芽孢杆菌（B. thuringiensis）、枯草芽孢杆菌（B. subtilis）和凝结芽孢杆菌（B. coagulans）具有脱除OTA的能力。最早在2000年，文献报道芽孢杆菌对OTA有解毒作用，将凝结芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌分别进行真菌毒素脱毒研究，凝结芽孢杆菌可以脱除68%的OTA（0.05mg/L），枯草芽孢杆菌脱除35%。2004年，1株苏云芽孢杆菌平板抑菌试验中，抑制葡萄源炭黑曲霉（A. niger）生长，通过控制霉菌生长减少霉菌侵染，达到减少食品中OTA含量的目的。2008年从泰国的产酮大豆发酵食品（Thua-nao）上分离到23株芽孢杆菌，采用固体和液体培养基的方法降解OTA，其中有15株芽孢杆菌能够减少OTA含量，效果最好的一株菌经鉴定为地衣芽孢杆菌（B. licheniformis），能够降解最高92.5%的OTA。李之佳研究了Bacillus spp.对OTA的降解作用，表明2株芽孢杆菌—Bacillus sp. YB139和Bacillus sp. YB140的OTA降解率分别为48.2 %和43.4 %，2株菌的活菌均能有效降解OTA，而高温灭活菌无脱毒能力，表明这些菌株的脱毒机理为生物降解3。

本词条内容贡献者为:

梁志宏 - 副教授 - 中国农业大学