J. Future Foods | 食品中主要真菌毒素的特性、毒性及分析
Introduction
真菌毒素是霉菌产生的有害物质的广义术语。真菌毒素是食品和饲料中毒性最大的化学物质，对人类和动物健康构成极大威胁。真菌毒素对肉类的污染是食品安全方面需要解决的最紧迫问题之一。虽然无法完全计算，但有人认为，真菌毒素污染是造成重大经济损失以及食品安全和公共卫生问题的原因。真菌毒素的影响根据器官分为肝毒素、肾毒素、神经毒素和免疫毒素。还可根据致畸剂、诱变剂、致癌物和过敏原对细胞的危害程度，将其分为四类。根据其化学来源，它们也被分类为多肽和氨基酸衍生物。
真菌毒素通过摄入食用受污染食物的动物的肉以及在加工这些肉时使用的受污染的香料而输送给人类。真菌毒素被认为是人类各种病理性疾病的病因。例如，赭曲霉毒素与巴尔干地区的地方性肾病有关，而伏马菌素B1与食管癌有关。已经鉴定出300多种真菌毒素。黄曲霉毒素、赭曲霉毒素A（OTA）、伏马菌素、毛霉烯和玉米赤霉烯酮毒素等是与农业、经济和公共卫生相关的重要真菌毒素。
真菌毒素：类型和来源
黄曲霉毒素（AF）、赭曲霉毒素（OTA）、伏马菌素、毛霉烯（TH）、棒曲霉素（PAT）、桔霉素（CIT）和玉米赤霉烯酮（ZEA）是研究中检测到的商业上重要的真菌毒素。真菌毒素对作物种植者和消费者的健康和盈利能力具有同等的影响。玉米、小米、小麦、高粱、大豆、花生及其制品，以及由受污染的核心成分产生的副产品，是对真菌毒素最敏感的作物。食物垃圾、发霉的面包、棉籽、香料和其他食物，以及谷物、豆科种子、油籽以及转移到动物饲料中的工业副产品，都可能含有真菌毒素。真菌（曲霉、镰刀菌、链格孢青霉和锁骨菌）和腐生霉菌是在收获前后危害作物的常见污染物。
表1 几种重要的真菌毒素及其对人和动物的影响
食品工业中的主要真菌毒素
黄曲霉毒素
AF生物合成有18 个酶阶段，至少有25 个基因参与调节酶的生产和生物合成。AFs通常存在于各种膳食和饲料中。“花生、坚果、无花果、玉米、大米、香料和干果”是受影响最严重的食物和饲料。摄入受污染的食物和饲料以及其中携带的AFs会对健康造成严重危害。在已发现的20个AFs中，AFB1、AFB2、AFG1和AFG2是四个最重要的毒素。AFB1是一种强大的人类致癌物，与重大健康问题有关。黄曲霉毒素相关疾病俗称黄曲霉毒素中毒。急性黄曲霉中毒致死；慢性黄曲霉毒素病会导致癌症、免疫抑制和其他“缓慢”的病理疾病。肝脏是主要的靶器官，当对不同的动物施用黄曲霉毒素B1时，会发生肝损伤，不同动物的易感性差异显著。
食品和饲料的AF污染是全世界长期存在的问题。除了温带国家的少数例外，AF暴发在热带和亚热带地区更为常见。此外，由于气候变化导致传统AFs发生区域发生变化。这导致全球范围内真菌和AFs对作物的污染增加（图1）。
图1 黄曲霉毒素的不同污染源
年龄、性别、体重、饮食、传染源暴露以及其他真菌毒素和药理活性化学物质的存在都会影响物种内反应的程度。黄曲霉毒素通过细胞色素P450酶转化为反应性8,9-环氧化物形式，可与DNA和蛋白质结合。黄曲霉毒素B1-DNA加合物可导致GC到TA的转换。细胞质和微粒体中的反应性谷胱甘肽S-转移酶系统催化活化的黄曲霉毒素与还原性谷胱甘肽的结合，导致黄曲霉毒素的代谢。谷胱甘肽转移酶系统以及细胞色素P450系统的变化（图2）被认为在物种间黄曲霉毒素敏感性差异中起作用。
图2 黄曲霉毒素对宿主系统的影响
麦角生物碱(Ergot alkaloids，EAs)
EAs是一种主要由 Claviceps菌属产生的真菌毒素，食用受EAs污染的食物或饲料会引起的人类和动物疾病。
EAs毒素会产生严重的人类和动物健康问题，主要导致麦角病，麦角病有两种形式：痉挛性和坏疽性。食用EA污染食品的人可能会出现幻觉、抽搐、无乳症、烧灼感、血管收缩和四肢坏疽性缺失。其他症状包括恶心、内分泌功能改变、呕吐、虚弱、麻木、对心血管系统的严重影响，甚至死亡。
伏马菌素（Fumonisins）
伏马菌素可在多种谷物和谷物产品中发现，但它们最典型地存在于玉米和玉米基产品中（大米、小麦、大麦、玉米、黑麦、燕麦和小米）。已经发现并命名了15 种以上的伏马菌素同系物，包括伏马菌素A、B、C和P。伏马菌素B最丰富的形式是FB1、FB2和FB3，其中FB1是最危险的形式，可能与其他伏马菌素形式FB2和FB3共存。
伏马菌素对食物的污染受农业气候条件的影响（表1）。FB1存在于多种饮食产品中，包括芦笋和大蒜、大麦食品、啤酒、无花果干和牛奶。FB1最典型的污染食品是玉米（Zea mays L.）和玉米制品。包括玉米饼和玉米片、玉米片和玉米淀粉、爆米花、砂砾、面粉和玉米油等。伏马菌素每年感染25%的收获作物，给农业和工业部门造成巨大的经济损失。这些真菌毒素性状稳定，不会通过食品加工、烹饪、烘焙、烘焙或巴氏杀菌消除。除此之外，伏马菌素已被证明会影响水生动物的性能，如尼罗罗非鱼的鱼苗和幼鱼。
赭曲霉毒素
最有害的真菌毒素之一是赭曲霉毒素A（OTA）。OTA对多种动物具有肝毒性、肾毒性、神经毒性、致畸性、胚胎毒性、遗传毒性、免疫毒性和致癌性，具有物种和性别差异。国际癌症研究机构（International Agency for Research on Cancer）于1993年将OTA列为潜在的人类致癌物（2B类）。动物或人类频繁接触OTA可能会导致各种健康问题。尤其是OTA，可能会给人们带来癌症风险。长期暴露于低浓度的OTA可能比急性暴露于高浓度的OTA更有害。人类通常通过各种机制接触OTA以及其他真菌毒素，其中最重要的是饮食摄入。
OTA存在于谷物、橄榄、豆类、啤酒、葡萄酒、咖啡、可可制品、葡萄干、无花果、甘草、豆类、南瓜子和茶中。经测量，OTA的平均浓度在0.1至100 ng/g之间。动物源性食品中的OTA水平在0.1至1 ng/g之间，如猪肉制品、食用内脏、猪肉、鸡肉和内脏以及干腌火腿中的OTA水平。在动物饲料中也发现了相同的比例，如猪肾和猪肝、猪肉、鸡肝和内脏，以及用于猫粮和狗粮的机械分离鸡肉（图3）。
图3 OTA的生化效应综述
食品中真菌毒素的分析
由于真菌毒素结构的多样性，许多分析方法被用于检测真菌毒素结构，如“高效液相色谱（HPLC）或酶联免疫吸附试验（ELISA）、液-液萃取（LLE）、超临界流体萃取（SFE）、固相萃取（SPE）和带有UV或荧光检测（FLD）的液相色谱（LC）方法”。真菌毒素可使用其他色谱法进行鉴定，如“薄层色谱法（TLC）和气相色谱法（GC）”；然而，现代分析仪器的进步使液相色谱-质谱（MS）方法的潜力大增，尤其是对于多种毒素的测定和确认。由于不同真菌毒素在同一基质中共存，最近开发了同时检测多种真菌毒素的分析方法（图4）。
图4 食品中真菌毒素分析常用步骤流程图
Conclusion
总而言之，食品中的真菌毒素污染对世界健康极为重要，了解其作用机制使人们越来越有可能将其与各种疾病联系起来。另一个关键问题是，当农场动物饲料被污染时，可能会发生连锁反应，导致其产品，如肉、奶和蛋受到感染。
An overview on the major mycotoxins in food products: characteristics, toxicity, and analysis
Raghda A. El-Sayeda, Ali B. Jeburb, Wenyi Kangc, Fatma M. El-Demerdasha,*
a Department of Environmental Studies, Institute of Graduate Studies and Research, Alexandria University, Alexandria 21526, Egypt
b Department of Animal Production, College of Agriculture, University of Kerbala, Kerbala 56001, Iraq
c National R & D Center for Edible Fungus Processing Technology, Henan University, Kaifeng 475004, China
*Corresponding author.
E-mail address: eldemerdashf@yahoo.com
Abstract
Mycotoxins are potentially hazardous secondary metabolites produced by filamentous fungi (molds). These small molecular weight compounds (often less than 1 000 Da) are found in nature and are almost unavoidable. They can infiltrate our food chain either directly or indirectly through contaminated plant-based food components or toxigenic fungal development on food. Mycotoxins can build up in ripening corn, cereals, soybeans, sorghum, peanuts, and other food and feed crops in the field and during transportation. Humans and animals can get sick from eating mycotoxin-contaminated food or feed, which can result in acute or chronic poisoning. In addition to worries regarding direct consumption of mycotoxin-contaminated foods and feeds, the public is concerned about the possibility of ingesting mycotoxin residues or metabolites in animal-derived food products such as meat, milk, or eggs. Three fungal genera dominate mycotoxin production: Aspergillus, Fusarium, and Penicillium. Although more than 300 mycotoxins have been found, only six of them (aflatoxins, trichothecenes, zearalenone, fumonisins, ochratoxins, and patulin) are consistently detected in food, posing unpredictability and continuous food safety issues worldwide. This article focused on some of them, which are typically found in foods that have been contaminated by one or more of these mycotoxins.
Reference:
EI-SAYED R A, JEBUR A B, KANG W Y, et al. An overview on the major mycotoxins in food products: characteristics, toxicity, and analysis[J]. Journal of Future Foods, 2022, 2(2): 91-102. DOI:10.1016/j.jfutfo.2022.03.002.
翻译/编辑：王佳红；责任编辑：张睿梅
封面图片来源：图虫创意