糧食真菌毒素在儲藏環節中的影響因素及控制*

蔣文佳 王燕鴻

(1 廣西壯族自治區糧油質量檢驗中心 530031)(2 防城港中儲糧倉儲有限公司 450602)

糧食真菌毒素是糧食真菌在生長繁殖過程中產生的一類有毒次生代謝產物,是糧食污染物中毒性極強的一類生物毒素。糧食污染真菌毒素主要發生在田間生長、收獲、儲存以及加工等環節[1]。糧食在儲藏過程中,如出現發熱、霉變等情況,糧食將發生真菌毒素二次污染,嚴重影響糧食質量安全。真菌毒素污染是糧食領域最突出的質量安全問題之一,也是世界共同關心和需要攻克的難題。據聯合國糧農組織(FAO)報告,全球每年約有25%的農產品受到真菌毒素的污染,造成的經濟損失每年達數千億美元[2]。我國是世界上受真菌毒素污染最嚴重的國家之一,受氣候、環境及農戶個體種植、儲藏方式的影響,我國不同地區的小麥、玉米、稻谷等糧食谷物廣泛受真菌毒素的污染,以長江流域和華南等高溫高濕地區最為嚴重。據不完全統計,我國每年因真菌毒素污染造成的糧食損失超過糧食總產量的6%[2],嚴重影響我國糧油作物產品質量和食品安全。真菌毒素污染問題已成為我國糧食安全和食品安全的重要隱患,科學有效地做好真菌毒素的污染防控,已經迫在眉睫。我國是糧食生產和消費大國,糧食儲備是我國重要的糧食安全戰略,對保障國家糧食安全、促進國家經濟持續發展起著重要作用。做好糧食儲備管理,加強糧食在儲存環節的真菌毒素污染防控,減少糧食在儲存過程中的有害污染,確保儲糧質量安全,為社會提供安全綠色糧食,對保障國家糧食安全和人民身體健康意義重大。

1 糧食中主要真菌毒素及其危害

1.1 糧食中主要真菌毒素

糧食真菌因其發生的環節分為田間真菌和儲藏真菌兩個生態群。我國儲糧上常見的儲藏真菌是曲霉和青霉,危害最大的是曲霉,主要有黃曲霉、灰綠曲霉、白曲霉、雜色曲霉、鐮刀菌、黑曲霉、青霉等[1]。一些糧食真菌在適宜條件下能產生具有強烈毒性的次級代謝產物即真菌毒素,目前已發現有300多種化學結構不同的真菌毒素,其中對糧食危害最大的真菌毒素主要有黃曲霉毒素、赭曲霉毒素、單端孢霉烯族毒素、玉米赤霉烯酮、伏馬毒素等。黃曲霉毒素和鐮刀菌毒素被聯合國糧農組織(FAO)和世界衛生組織(WHO)看作是自然發生的最危險的食物污染物[1]。全球已有100多個國家對糧食中主要真菌毒素的限量作出明確規定,我國也制定了食品安全國家標準[3],規定了糧食中黃曲霉毒素B1、玉米赤霉烯酮、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇及赭曲霉毒素的限量指標,每年對庫存糧食的黃曲霉毒素B1(Aflatoxins B1,AFB1)、玉米赤霉烯酮(Zearalenone;ZEN)、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(嘔吐毒素和Deoxynivalenol,DON)、赭曲霉毒素(Ochratoxin、OTA)等真菌毒素進行監測,以確保儲糧安全。

1.2 糧食真菌及其毒素的危害

糧食真菌的生長繁殖不僅危害糧食品質和儲糧安全,其產生的真菌毒素還嚴重危及人類和動物的健康和生命。糧食進入儲藏階段,在條件適宜的環境下,糧食真菌會迅速繁殖。由于儲藏真菌以腐生菌為主,糧食生霉會導致糧溫和水分逐步升高,糧食出現發熱、結塊,變色、變味,嚴重的將造成霉變霉爛壞糧事故。同時,霉菌分泌的水解酶,分解糧食中的脂肪酸、蛋白質和碳水化合物等有機物質,使糧食脂肪酸值上升,酸度升高,品質劣變加快,導致糧食的儲存品質、食用品質和加工工藝品質下降,甚至完全喪失使用價值。糧食中淀粉和糖的損失,又使糧食重量減輕,糧食損耗增加,極大損害糧食安全。

由于一些真菌在生長繁殖過程中產生毒素,真菌毒素污染糧食后,可通過飲食進入人和家畜體內,對人體和家畜的健康產生各種不同的危害。研究證實,真菌毒素可以引起人類和動物的急性或慢性中毒,根據真菌毒素作用的靶器官,真菌毒素分為肝臟毒、腎臟毒、神經毒、光過敏性皮炎等,損害機體的肝臟、腎臟、神經組織、造血組織及皮膚組織等,黃曲霉毒素B1及部分鐮刀菌毒素等真菌毒素已被證實具有致癌、致畸、致細胞突變的“三致”作用,嚴重危害人類生命健康[1]。

2 糧食真菌毒素在儲存中的影響因素

影響糧食真菌生長繁殖及產毒的因素很多,這與它所處的環境密切相關。糧食在倉內儲藏,與倉內環境形成一個密閉半密閉的儲糧生態系統,糧食真菌的生命活動都受到系統中生態因子的影響,適宜的生態條件可以促進真菌生長、繁殖,增加產毒量,不適宜的生態條件會抑制真菌的生長產毒。影響糧食真菌生長繁殖的儲糧生態因子主要有生物因子、環境因子及物理因子。

2.1 生物因子

2.1.1 糧食 糧食是糧食儲藏生態系統生物群落的主體。我國儲備的糧食主要有玉米、小麥、稻谷、大豆等谷物及豆類,這些糧食中含有微生物生長所需的豐富的碳水化合物、蛋白質、脂肪及無機鹽等多種營養物質,是糧食真菌天然的培養基。當環境條件適宜,真菌就會在糧食籽粒上大量繁殖并產毒。糧食籽粒的物理特性和生理生化特性對微生物的生長繁殖有著極大影響,主要影響因素是糧食的水分、雜質、不完善粒等質量指標。其中,糧食的含水量對真菌的生長和產毒影響最大。糧食收獲后,仍具有生命力,可進行呼吸等代謝活動。糧食谷物水分含量越高,糧粒呼吸越旺盛[4],產生大量的濕熱,越利于真菌生長繁殖。另外,糧食中粉塵雜質多,易攜帶感染霉菌,不完善粒多,糧食籽粒破損,利于微生物生長侵染。

2.1.2 儲糧昆蟲 儲糧昆蟲是影響儲糧安全的重要因素。在糧食儲藏過程中,糧食感染儲糧害蟲,不僅給糧食造成損失,也會傳播和促進儲糧真菌的生長繁殖。害蟲身體表面往往帶有大量的霉菌孢子,通過在糧堆中的活動,將真菌傳播到糧堆中,擴大真菌的感染,而害蟲咬損糧粒造成傷口,更有利于微生物的侵染。糧堆內如發生嚴重蟲害,儲糧害蟲大量繁殖,其生命活動產生的熱量和水分將造成糧堆局部糧溫和濕度升高,給微生物的生長繁殖創造有利條件,給糧食安全儲存帶來蟲害和生霉雙重威脅。

2.2 環境因子

環境因子是指儲糧系統中的溫度、濕度及氣體組分等非生物因子。它們是影響微生物生長繁殖的三個重要環境因素,對微生物的生活生存至關重要。儲糧微生物在適宜的溫濕度環境中會加速其生長,超過其生長條件范圍,生命活動將受到抑制,甚至引起死亡。

2.2.1 溫度和濕度(水分活度aw) 儲糧溫度和濕度是影響真菌生長代謝及產毒最重要的環境因素。當環境溫濕度適宜真菌生長時,其活性就會增強,真菌代謝速率和產毒量就會增加;當環境溫濕度降低到一定程度,其活性和生物化學活性減弱,真菌代謝速率就會降低。儲糧真菌大多是中溫性微生物,其最適生長溫度在25℃～35℃,最低生長溫度在5℃～15℃,最適生長水分活度aw在0.95以上,最低生長aw在0.80以上。真菌產毒溫度略低于最適生長溫度,黃曲霉最適產毒溫度為33℃,最適水分活度aw是0.93～0.98[1]。資料數據顯示,黃曲霉毒素和鐮孢霉毒素一般在濕度高的環境下產毒,小麥和玉米在成熟階段如遇陰雨氣候,容易感染赤霉菌而產生嘔吐毒素和玉米赤霉烯酮。在溫度25℃,相對濕度低于70%時,糧食微生物活性明顯降低[5]。

2.2.2 氣體成分 除了溫濕度,儲糧系統中的氣體成分也是影響霉菌生長的重要因素。實踐證明,在糧食氣調儲藏中,低氧環境不僅可以有效殺滅和防治儲糧害蟲,適宜的氣體條件還能抑制糧食霉菌生長、存活和產毒[1]。閆春杰[6]的研究資料表明,在一定溫濕度條件下,糧食水分在國家標準范圍內,糧堆二氧化碳濃度在40%以上或氮氣保持在99.5%時,對霉菌生長有較明顯的抑制作用;糧堆氧氣濃度在2%以下的缺氧環境下,對大多數好氧霉菌具有一定的抑制作用,當氧氣濃度降到0.2%～0.5%以下時,好氧菌的生長受到明顯抑制并至死亡,對霉菌的產毒起到很好的控制作用。

2.3 物理因子

倉房圍護結構的好壞決定倉房的儲糧性能。倉房的儲糧性能主要包括倉房的防潮性、隔熱性、通風性、氣密性等。倉房的儲糧性能不好,糧食易受外界濕熱、蟲害等不利因素影響,倉內糧堆穩定性差,儲糧技術應用效果不理想,易出現蟲害、發熱等情況,為糧食真菌的生長繁殖創造有利條件。

3 對策與措施

3.1 嚴格控制入庫質量

糧食原始質量良好,是控制真菌生長繁殖的基礎。糧食入庫時,對糧食的常規質量、儲存品質、食品安全等質量安全項目應進行全面檢測,長期儲藏的糧食、油料質量應符合國家質量標準規定,對糧食的水分、破碎粒、生霉粒、雜質等質量指標應進行嚴格把控,重點將糧食水分控制在安全儲藏范圍內,雜質含量較高時應進行清理,對濕糧、霉糧以及嚴重蟲糧,要禁止入倉,確保入庫糧食質量良好,為安全儲糧奠定良好的基礎。中儲糧[14]針對我國各地區主要糧食品種,研究制定了糧食安全儲存水分及配套儲藏技術操作規程,對玉米安全水分控制在13.5%～14.5%,小麥控制在13.0%～13.5%,粳稻控制在13.5%～15.0%,秈稻谷控制在13.0%～14.5%,目前國家也在制定各地區主要糧食品種安全儲存水分,對合理科學把控糧食入庫水分將起到較好的指導作用。

3.2 開展真菌毒素監測

加強糧食從入庫、儲藏到出庫全過程質量監查檢測,及時發現問題,采取有效措施消除儲糧安全隱患,是控制霉菌發展的有效手段。通過對糧食微生物活性和糧食真菌毒素含量的檢測,對儲糧真菌毒素進行早期監測預警,并檢驗儲糧技術應用效果,以指導倉儲采取進一步儲糧措施加以控制,對出庫糧食的真菌毒素含量進行嚴格檢測,防止超標糧食使用不當造成食用風險。當前,國際上對糧食真菌毒素的檢測方法主要有酶聯免疫吸附法和色譜分析法。隨著真菌毒素檢測技術的發展,真菌毒素快檢技術逐步成熟,膠體金免疫標記層析技術已廣泛應用在糧食收購和加工企業,可幫助企業快速了解糧食污染情況,具有監測效率高、易操作、成本低的特點,有效提高糧食企業對糧食真菌的管控能力。

3.3 改善儲糧生態環境

3.3.1 控溫控濕抑霉 根據糧食真菌生長產毒特性,在儲糧實踐中,可采取自然通風降溫、谷物冷卻、空調控溫、內環流通風等控溫控濕儲糧技術,調節控制糧食水分及倉內、糧堆溫濕度,使谷物的含水量控制在安全儲存水分以下,倉溫常年保持在25℃以下,糧堆平均糧溫保持在20℃左右,倉濕保持在70%以下,達到降低糧食呼吸強度、抑制霉菌生長產毒的目的。黃淑霞[15]等研究了主要糧食品種儲藏期間霉菌活動特性,表明安全儲存水分的糧食在溫度25℃、相對濕度(RH)75%環境下儲藏,稻谷的微生物基本無活動跡象,小麥和玉米顯示較弱的微生物活動。周鋮[16]等研究南方沿海地區高大平房倉空調控溫儲糧,許一琦[17]等研究空調控溫儲糧技術應用,均表明,將倉溫保持在25℃以下,糧堆平均糧溫保持在20℃左右,能有效延緩糧食品質劣變,抑制儲糧害蟲繁殖。

3.3.2 低氧殺蟲抑霉 糧食真菌大多是好氧型微生物,降低儲糧環境中的氧氣濃度,可有效降低糧食微生物活性,抑制霉菌的生長和產毒。目前儲糧企業主要通過生物降氧或氣調技術控制糧堆的氧濃度,以實現殺蟲抑霉。生物降氧是在密閉儲藏條件下,利用新收獲糧食和微生物自身呼吸,降低氧氣濃度。氣調儲糧是通過人為控制儲糧環境的氣體成分,破壞微生物生存、繁殖和產毒的環境條件,抑制霉菌代謝[1]。近年來,我國大力推行綠色儲糧,用人工氣調技術代替有毒藥劑熏蒸,采用富氮低氧的儲糧技術,將高濃度的氮氣充入密閉糧堆內,改變糧堆正常大氣的氣體組分,將氧氣濃度控制在0.2%～0.5%,或氮氣濃度在99%以上,實現無毒殺蟲抑菌,取得很好效果。閆春杰[6]、高素芬[18]的研究表明,將糧食水分控制在安全儲存水分以內,糧溫控制在25℃以下,氮氣濃度在99%以上,或二氧化碳在30%以上,或氧濃度在0.5%以下,能有效抑制霉菌生長。

3.4 完善倉房儲糧性能

儲糧倉房是儲糧生態系統的重要組成部分。良好的糧堆圍護結構是確保儲糧安全的前提。糧倉應能滿足儲糧防潮、防水、氣密、隔熱、通風、防止儲糧有害生物危害等要求,減少不利環境條件特別是高溫、高濕對儲糧的影響[7]。目前我國儲糧倉房主要有房式倉、淺圓倉、立筒倉、地下倉等倉型,倉墻主體多為鋼筋混凝土結構,高大平房倉還設置安裝有風道、倉窗及風機,具有較好的防潮、氣密、通風性能。隨著儲糧技術的發展,氮氣氣調技術逐步推廣應用,對倉房氣密性提出了更高要求,一般要達到空倉氣密性500 Pa半衰期不小于120 s[8]。黃祖亮[9]等研究了氮氣氣調儲糧效果與倉房氣密性的關系,表明糧倉五面密閉技術能解決倉房氣密性不達標的問題。高溫高濕地區對倉房隔熱性能也有更高要求,我國華南、華東等糧庫在倉墻內部或外部噴涂安裝隔熱材料,減少倉內外的熱傳遞,有效延緩并減少氣溫對倉溫和糧溫的影響,提高了儲糧的安全性。劉勝強[10]等分析了糧倉常用隔熱材料應用情況,目前常用于倉房內外墻隔熱的材料有聚乙烯板、聚氨酯板、發泡水泥板等,屋面板材主要有菱鎂板、玻鎂板等。呂旭[11]、馬濤[12]和高彬彬[13]等的研究,表明硬泡聚氨酯、反光隔熱材料及輻射制冷技術也在應用中取得良好隔熱效果。

4 小結

糧食真菌毒素的危害涉及到糧食生產、收儲的全過程。要保證糧食品質良好、食用安全,在加強田間糧食生產防護的同時,重視儲藏環節管理,建立農產品真菌毒素綜合防控的長效機制,對糧食的儲藏生態系統采取有效的、系統的控制措施,是防止糧食二次污染,確保儲糧質量安全的有效途徑。

儲糧系統中各生態因子對真菌毒素的影響是協調性的,要做好儲糧真菌防控,必須構建儲存環節全過程全方位的糧食真菌毒素控制管理體系,全面改善儲糧生態系統。從改善儲糧倉房條件,嚴格糧食入庫質量,開展糧食真菌毒素監測,到綜合科學運用低溫、氣調、物理和生物等各項綠色儲糧技術,對儲糧生態因子實施綜合協調管控,抑制糧食真菌生長繁殖,減少有害生物危害,達到儲糧質量安全的目的。