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        小麥中嘔吐毒素的影響因素和污染特性分析

        2021-11-05 10:49:10邵亮亮杜京霖盛林霞應美蓉趙美鳳
        食品科學 2021年20期
        關鍵詞:胚乳赤霉病籽粒

        邵亮亮,杜京霖,盛林霞,房 芳,寧 暉,應美蓉,趙美鳳

        (1.浙江省糧油產(chǎn)品質(zhì)量檢驗中心,浙江 杭州 310012;2.浙江省糧食局直屬糧油儲備庫,浙江 杭州 311100)

        真菌毒素污染是威脅世界各國糧食質(zhì)量安全的重要因素[1-3],其中嘔吐毒素,也稱脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON),是小麥中污染最為普遍的一種真菌毒素,其屬單端孢霉烯族化合物,主要是禾谷鐮刀菌、黃色鐮刀菌等鐮刀菌屬的次級代謝產(chǎn)物[4]。DON有細胞毒性、免疫抑制和致畸作用,已被國際癌癥研究機構列為第3類致癌物,人和動物在誤食被該毒素污染的食物后會導致各類急性中毒癥狀[5-7]。因此,世界上多個國家和地區(qū)均對DON限量作規(guī)定[8-9]。GB 2761—2017《食品中真菌毒素限量》[10]規(guī)定小麥、麥片和小麥粉中DON的限量均為1 000 μg/kg,DON超標的小麥及其制品不能作為儲備糧,同時禁止流入市場。

        小麥DON污染是世界性難題,因此有許多針對DON污染特征的研究。Yoshida等[11]研究小麥不同生長時期感染赤霉病后,籽粒中DON的積累情況,Hernandez[12]和Anne[13]等研究小麥生長發(fā)育期間的環(huán)境因素對DON的影響,張娜娜等[14]研究小麥重要生育期和入倉階段的DON積累情況,趙美鳳等[15]研究小麥加工過程中DON的污染和分布規(guī)律,Delwiche[16]和Salgado[17]等研究DON污染的防控和降解措施。

        小麥赤霉病粒含量通過感官檢驗得出,但DON含量必須通過前處理、儀器檢測才能得出,因此以小麥籽粒宏觀的赤霉病粒含量反映微觀的DON含量存在爭議。鞏性濤等[18]認為小麥赤霉病與DON沒有必然的對應關系,不能通過小麥赤霉病判斷DON含量。謝茂昌等[19]認為小麥赤霉病粒含量與DON含量呈極顯著相關,可通過小麥赤霉病粒含量判斷DON含量。因此本實驗研究不完善粒、赤霉病粒含量與DON含量的關系。此外,針對小麥赤霉病粒、破損粒、蟲蝕粒等不同粒型以及不同粒徑籽粒的DON污染特征,不同籽粒中DON含量的定量分析,及籽粒各部位和加工組成中DON分布的差異性[20-21]研究鮮見報道。本實驗研究影響DON污染的相關因素,研究赤霉病粒與未染病粒、破損籽粒與完整籽粒、不同粒徑和蟲蝕類型的籽粒DON污染特性及籽粒胚部與胚乳、粒面與內(nèi)部、籽粒不同結構中DON含量分布差異,分析小麥中DON的污染差異和分布規(guī)律,旨在為制定DON的防控措施和DON污染小麥的加工利用提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        小麥:浙江2018—2020年每年6月份新收獲小麥,主要品種包括揚麥系列(揚麥3、10、13、14、16、17、18、19、20、23、24)共137 份,鎮(zhèn)麥系列(鎮(zhèn)麥9、12、168)共6 份,寧麥系列(寧麥13、18)共4 份,由浙江嘉興、湖州、紹興等地小麥生產(chǎn)農(nóng)戶提供。根據(jù)GB 2761—2017[10]的DON限量要求與所測含量,將小麥分為輕度污染(DON含量≤1 000 μg/kg)、中度污染(DON含量1 000~2 000 μg/kg)、重度污染(DON含量> 2 000 μg/kg)共3 個水平。

        DON標準溶液(CAS:51481-10-8,質(zhì)量濃度(199±10)mg/L) 上海安譜實驗科技股份有限公司;甲醇、乙腈(均為色譜純) 德國Merck公司;聚乙二醇(分析純) 上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

        1.2 儀器與設備

        1260型高效液相色譜儀 美國Agilent公司;LM3100型錘式實驗室粉碎磨 瑞典Perten公司;MOULIN CD1型實驗室磨粉機 法國Chopin技術公司;PL202-L型分析天平 瑞士Mettler Toledo公司;DON免疫親和柱 北京華安麥科生物技術有限公司;玻璃纖維濾紙 英國Whatman公司;ZORBAX Eclipse Plus C18柱 美國Agilent公司;WS-150D型搖床 德國Wiggens公司; XW-80A型渦旋振蕩器 上海醫(yī)科大學儀器廠;4204型電動分樣器 美國Gamet公司。

        1.3 方法

        1.3.1 DON提取與測定

        小麥樣品的制備參考文獻[22],前處理方法參考GB 5009.111—2016《食品中脫氧雪腐鐮刀菌烯醇及其乙?;苌锏臏y定》[23]第二法:免疫親和層析凈化高效液相色譜法。將小麥樣品清雜后,通過實驗室粉碎磨粉碎成全麥粉,過20 目曬網(wǎng),準確稱取25.00 g(若樣品量較少,按比例適當縮減)固體粉末樣品于250 mL具塞三角瓶中,加入5.0 g聚乙二醇、100 mL去離子水,于搖床250 r/min振蕩20 min,快速定性濾紙過濾后再用玻璃纖維濾紙過濾,收集濾液,取2.0 mL濾液(DON含量較高時按比例適當稀釋或縮減)通過免疫親和柱凈化,用去離子水淋洗免疫親和柱2 次,每次10 mL,排干后用1.0 mL甲醇洗脫,洗脫液中加入0.5 mL去離子水,混合均勻后用0.22 μm微孔濾膜過濾,收集濾液通過高效液相色譜儀測定。

        高效液相色譜條件:ZORBAX Eclipse Plus C18柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);流動相:A相水-B相乙腈(8∶2,V/V);柱溫35 ℃;流速1.0 mL/min;進樣量50 μL;檢測波長218 nm。

        1.3.2 不完善粒含量測定

        按GB/T 5494—2019《糧油檢驗 糧食、油料的雜質(zhì)、不完善粒檢驗》[24]要求,將小麥樣品清雜后,縮分得到約50.0 g小樣,挑出其中的蟲蝕粒、病斑粒、破損粒、生芽粒和生霉粒,稱量并計算不完善粒含量。

        1.3.3 赤霉病粒含量測定

        按GB/T 22504.1—2008《糧油檢驗 糧食感官檢驗輔助圖譜 第1部分:小麥》[25],挑出1.3.2節(jié)中籽粒皺縮、呆白,粒面呈紫色,或有明顯的粉紅色霉狀物,間有黑色子囊殼的病斑粒,稱量并計算赤霉病粒含量。

        1.3.4 小麥制粉

        小麥清雜后,按GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》[26]測定水分含量,并調(diào)節(jié)水分至15%,潤麥24 h,使胚乳各部分水分達到平衡,通過實驗室磨粉機進行制粉,收集大麩、小麩、皮磨粉和心磨粉。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        使用Excel 2019軟件和SPSS 24.0軟件進行相關性分析。正態(tài)分布數(shù)據(jù)以±s表示,非正態(tài)分布數(shù)據(jù)以中位數(shù)(下四分位數(shù),上四分位數(shù))表示,數(shù)據(jù)差異分析通過t檢驗,單因素方差分析或非參數(shù)檢驗進行。實驗數(shù)據(jù)通過Graph Pad Prism軟件進行分析和繪圖。

        2 結果與分析

        2.1 小麥赤霉病粒與DON污染特性分析

        2.1.1 小麥不完善粒、赤霉病粒對DON污染的影響

        檢測1.1節(jié)中137 個浙江本地生產(chǎn)小麥樣品中的不完善粒、赤霉病粒含量,并測定樣品DON含量(表1),測定結果分布見圖1。對小麥不完善粒、赤霉病粒含量和DON含量進行相關性分析。

        表1 小麥樣品不完善粒、赤霉病粒含量與DON含量Table 1 DON content and percentages of imperfect and gibberella damaged grains in wheat samples

        圖1 不完善粒(A)、赤霉病粒(B)含量與DON含量分布Fig. 1 Distribution of DON content in imperfect (A) and gibberella damaged (B) grains

        137 個小麥樣品不完善粒、赤霉病粒含量及DON含量均非正態(tài)分布,因此通過Spearman相關進行指標間的相關性分析,由表2可知,DON含量與不完善粒含量間存在顯著的弱正相關(P<0.01、r<0.4),與赤霉病粒含量存在顯著的強正相關(P<0.01、r>0.6)。

        表2 不完善粒、赤霉病粒含量與DON含量相關性分析Table 2 Correlation analysis between DON content and percentages of imperfect and gibberella damaged grains

        通過SPSS回歸分析得到赤霉病粒含量(ω)對DON含量(C)的影響程度。一元線性回歸方程為C=38 011.31ω+425.43,回歸方程極顯著(P<0.01,回歸系數(shù)>0,且回歸系數(shù)顯著性P<0.01),因此赤霉病粒含量能顯著正向影響DON含量,回歸模型的決定系數(shù)R2為0.411,可知其對DON含量變化的影響比例達41.1%,因此赤霉病粒含量是影響DON含量的主要因素之一。此外,DON含量可能還受其他因素影響,如未染病小麥籽粒DON水平、小麥破碎程度、籽粒粒徑、DON在籽粒不同部位和結構的分布等。

        為進一步研究小麥赤霉病粒對DON污染的影響程度,本實驗對9 份不同污染水平(輕、中、重)的小麥樣品(包括揚麥14、20、23)進行赤霉病粒檢驗,將籽粒分別歸入未染病粒和染病粒(赤霉病粒),分別測定其DON含量,并與原始混合籽粒DON含量進行比較,結果見表3。在輕度、中度和重度污染水平下,小麥赤霉病粒的DON含量遠高于原始混合籽粒和未染病粒,分別達到小麥原始樣對應水平約30~60 倍。重度污染組中赤霉病粒DON含量幾乎達到GB 2761—2017[10]規(guī)定限量的100 倍。未感染籽粒DON含量僅占原始樣60%~70%,其含量顯著低于赤霉病粒。中度、重度污染組中未感染籽粒的DON含量顯著低于混合籽粒。隨著小麥整體污染程度的加劇,未感染粒中DON污染程度也逐漸增加??梢娦←湶煌蚜V蠨ON含量和分布差異極大,赤霉病粒中DON含量異常高,對小麥整體DON污染影響顯著,未感染赤霉病的小麥籽粒也可能不同程度地受到DON污染。因此,生產(chǎn)中可通過分選操作去除感染赤霉病的小麥顆粒,能有效降低小麥DON含量。圖2為13 個小麥樣品經(jīng)分選操作后DON含量變化,通過分選操作可使DON平均含量從2 015.7 μg/kg降低至1 313.9 μg/kg,平均降幅達到33.1%,小麥赤霉病粒分選前后兩組小麥DON含量具有極顯著差異(P<0.01,表4)。

        圖2 小麥分選前后DON含量差異Fig. 2 Difference in DON content in wheat before and after sorting

        表3 赤霉病、未染病、混合粒中DON含量差異Table 3 Difference in DON content among gibberella damaged, uninfected and mixed grains μg/kg

        表4 小麥分選前后DON含量差異Table 4 Difference in DON content in wheat before and after sorting

        2.1.2 小麥赤霉病粒含量與DON含量的關系

        小麥籽粒中赤霉病粒含量一般并不高,如表1中 137 個小麥樣品赤霉病粒含量中位數(shù)為1.90%,GB 1351—1999《小麥》[27]曾規(guī)定赤霉病粒最大允許含量為4.0%。雖然小麥籽粒中赤霉病粒含量不高,但由表4可知,其影響小麥分選前DON總含量的三分之一左右(701.8 μg/kg), 其余DON含量由未染病粒引起。未染病粒中的DON在小麥灌漿后期受鐮刀菌感染并累積而來,所以籽粒在外觀上并無明顯差異[28]。因此,小麥赤霉病粒和未染病粒均影響DON含量,DON含量與赤霉病粒含量按Y=[m×X×C1+m×(1-X)×C2]/m=(C1-C2)X+C2計算,式中:Y為樣品中DON含量/(μg/kg),表示小麥樣品整體DON污染水平;m為試樣質(zhì)量;X為樣品赤霉病粒含量/%;C1為赤霉病粒DON含量/(μg/kg);C2為未染病粒DON含量/(μg/kg),表示小麥樣品的未發(fā)病(正常)籽粒DON污染水平。

        產(chǎn)地、等級、品種、收獲時間完全相同的小麥樣品或同一倉儲藏均勻扦樣并充分混合而獲得的小麥樣品,其赤霉病粒、未染病粒中DON污染水平確定,因此式中C1、C2均為常數(shù),此時DON含量與赤霉病粒含量應具有線性相關性。本實驗對DON含量與赤霉病粒含量的線性相關性進行驗證,選擇1 個DON陽性樣品(揚麥23中DON含量為3 050.22 μg/kg、赤霉病粒含量為1.0%)分離出其中的赤霉病粒,將剩余的未染病粒分為6 份,按比例加入混勻的赤霉病粒,配制成赤霉病含量分別為0.0%、1.0%、2.0%、4.0%、6.0%、10.0%的樣品,測定該系列樣品的DON含量,結果見表5。

        表5 赤霉病粒含量對應樣品中DON含量Table 5 DON contents in wheat samples with different percentages of gibberella damaged grains

        通過擬合DON含量與赤霉病粒含量的關系,得到回歸方程為Y=703.7X+2 332.1,R=0.999 9,可見兩者具有很強的相關性,這與韓建平等[29]的發(fā)現(xiàn)一致。回歸方程中C2=2 332.1,即小麥未染病粒中DON含量為2 332.1 μg/kg;C1=703.7,即赤霉病粒含量浮動1%時,DON含量的變化幅度達到703.7 μg/kg。當X=1.0時,可知小麥樣品DON含量Y=3 035.8 μg/kg;當X=100時,可知赤霉病籽粒DON含量為72 702.1 μg/kg,理論結果與實測值相符。因此,理論上相同產(chǎn)地、等級、品種、收獲時間或籽粒分布均勻的小麥樣品可通過赤霉病粒含量預測DON污染水平。

        實際工作中,不同小麥之間赤霉病粒含量與DON污染水平不呈特定的線性關系,如圖3所示。16 個小麥樣品(包括揚麥、鎮(zhèn)麥、寧麥系列不同品種)的DON含量與赤霉病粒含量未呈良好線性關系,其原因為不同小麥受產(chǎn)地、等級、品種、收獲時間等因素影響,不同籽粒DON污染程度并不同,所以C1、C2不同造成回歸方程的差異,因此不同產(chǎn)地、等級、品種、收獲時間的小麥不能僅通過赤霉病粒含量預測DON污染程度。

        圖3 小麥DON含量與赤霉病粒含量關系Fig. 3 Relationship between DON content and percentage of gibberella-damaged grains in wheat samples

        此外,通過本節(jié)公式也能分析省外或進口DON含量較低的白小麥(如澳麥),小麥赤霉病粒含量X很低,未染病粒DON含量C2也很低,通過樣品中DON含量的計算公式也可得出整體DON污染水平較低的結論,理論值與實測值相符。

        2.2 小麥破損粒與DON污染特性分析

        小麥在收獲、烘干、運輸清理、入庫、儲藏等過程都可能發(fā)生籽粒壓扁、破碎的情況,因此小麥不完善粒中破損粒占相當大比例。本實驗研究小麥完整粒與破損粒中DON的差異,從而進一步揭示DON的污染規(guī)律。由上述研究可知,小麥不完善粒中的赤霉病粒對DON影響極大,即使是幾顆赤霉病粒也會對樣品DON產(chǎn)生極大影響,為在DON與破損粒關系的研究中消除這一影響因素,實驗采用未染病小麥(揚麥20)的正常籽粒,在不同的DON污染水平下,測定樣品中完整粒與破損粒中DON含量,結果見表6。

        表6 混合、破損粒與完整粒中DON含量Table 6 DON contents in lightly, moderately and heavily polluted samples of mixed, broken and intact grains μg/kg

        隨著小麥DON污染程度的加深,小麥完整、破損籽粒的DON污染程度也逐漸升高,在同一污染水平的完整、破損籽粒DON含量有顯著差異,完整籽粒DON含量僅占總樣本DON含量的50%~70%,而破損籽粒中DON含量顯著偏高。本實驗中中度污染的小麥樣品DON含量超過GB 2761—2017[10]中DON限量值,其完整籽粒DON含量并未超標,而輕度污染小麥樣品的破損籽粒DON含量接近GB 2761—2017[10]中DON限量值的3 倍。小麥的破損程度越大,DON污染越嚴重,其原因可能為小麥破損籽粒由于胚或胚乳遭到破壞而失去表皮保護,暴露在外的干物質(zhì)和營養(yǎng)成分為真菌等微生物提供了良好的生長、繁殖條件,并產(chǎn)生真菌毒素,從而積聚了DON含量,而完整粒由于外果皮和種皮的保護,真菌活性較低,且不容易入侵內(nèi)部。生產(chǎn)中也可基于這一發(fā)現(xiàn)而對小麥分級,去除大部分破損粒,從而降低小麥DON含量。

        2.3 小麥籽粒粒徑與DON污染特性分析

        小麥不同穗位和粒位的穎花分化、發(fā)育順序、開花時間等方面存在很大差異,強勢粒開花早、胚乳充實度好,而弱勢粒開花晚、胚乳充實度差[30]。因此,小麥收獲時的籽粒粒徑不同。一般小麥籽粒粒徑在1.5~4.5 mm之間,因此通過1.5、4.5 mm的粒徑篩選掉大樣雜質(zhì),而孔徑在1.5~4.5 mm之間的篩網(wǎng)能進一步分離粒徑不同的籽粒。通過比較粒徑不同的小麥籽粒中DON含量,可反映小麥強勢、弱勢粒受DON污染程度的差異,并為籽粒的分級分選提供參考。本實驗選取9 個已知DON含量的小麥樣品(揚麥23),通過3.0 mm篩進行篩選,可分別得到篩下的小顆粒樣品和篩上的大顆粒樣品,并分析其中DON含量的差異,結果見表7。

        表7 不同類型籽粒的DON含量Table 7 DON contents in lightly, moderately and heavily polluted grains with different sizes μg/kg

        從表7可知,粒徑不同的籽粒DON污染存在差異,同一污染水平內(nèi),小顆粒樣品DON含量普遍高于樣品整體,結果約為混合籽粒的1.4~1.6 倍。大顆粒樣品中DON含量均小于混合籽粒,其含量占試樣整體的80%~94%。中度、重度污染水平的小顆粒DON含量顯著高于混合顆粒和大顆粒小麥,隨著小麥DON污染程度的加深,不同顆粒中的DON污染程度均逐漸升高。其原因有3 方面:1)大部分小顆粒在小麥生長階段屬弱勢粒,其穗位、粒位在背陰、潮濕的環(huán)境更容易感染赤霉病等病害;2)由于小麥籽粒受果皮、種皮保護,真菌產(chǎn)生DON等次級代謝產(chǎn)物常分布在外表皮上,小麥灌漿后,大顆粒小麥胚乳充實度好,內(nèi)部胚乳質(zhì)量占比大,而小顆粒胚乳充實度差,胚乳質(zhì)量占比小,質(zhì)量相等時,籽粒越大,總樣本DON含量越低;3)小麥不完善粒中的赤霉病粒由于皺縮,其體積、粒徑也會縮小,更可能通過3.0 mm篩孔,使得小顆粒樣品中DON含量進一步升高??梢姡a(chǎn)中通過分級作業(yè),將粒徑較小的顆粒去除嗎,也能一定程度上降低小麥中的DON含量。

        2.4 小麥籽粒不同部位DON的污染特性分析

        小麥籽粒主要由胚、胚乳組成。胚是小麥籽粒最重要的結構之一,在小麥儲藏過程中仍保持生命活性,適宜條件能萌發(fā),生長出新的植株,呼吸作用加速小麥胚部微生物的多種生命活動。為研究小麥不同部位DON污染的差異性,本實驗選取9 個未染病的小麥樣品(包括揚麥20、23、24)為分離出胚部與胚乳,分別測定DON含量,并與小麥籽粒整體進行比較,結果見表8。

        表8 小麥籽粒部位的DON含量Table 8 DON contents in different parts of lightly, moderately and heavily polluted wheat grains μg/kg

        從表8可知,籽粒不同部位DON污染程度并不同,同一污染水平的小麥胚部和胚乳DON含量具有顯著差異,胚部的DON含量比籽粒整體要高,而胚乳比整體低,隨著小麥DON污染程度的加深,小麥各部位中的DON污染程度也逐漸升高。小麥胚部DON污染更為嚴重的原因可能跟胚芽的生命活動有關,如孫寶勝[20]發(fā)現(xiàn)DON含量存在隨小麥生芽粒含量升高而增大的趨勢。由于胚是生命體,營養(yǎng)成分豐富,在胚萌動、生芽等過程,種皮會隆起和破裂,相比籽粒其他種皮和果皮緊密覆蓋的部分,胚部營養(yǎng)豐富,生命活動旺盛,真菌等微生物生長繁殖較快,更易積累DON等次級代謝產(chǎn)物,因此DON含量比胚乳部位更高。不同污染水平下,污染更嚴重的小麥籽粒,表面可能有更多產(chǎn)毒真菌群和更持久、旺盛的微生物活動,因此胚部受到更嚴重污染。小麥籽粒因微生物活動、外力作用而嚴重損害胚部,胚部掉落后,暴露的胚乳加劇真菌的感染。由此可見,應考慮安全因素,如果小麥整體DON含量較高,胚芽中的DON含量不應忽視,制成胚芽粉或?qū)⑵渥鳛槊娣凵a(chǎn)原料會增加產(chǎn)品DON超標風險。

        2.5 小麥蟲蝕粒中DON的污染特性分析

        小麥在儲藏過程中可能受到不同蛀蝕性害蟲侵害,主要害蟲有麥蛾、玉米象、谷蠹等[31]。本實驗發(fā)現(xiàn),小麥籽粒在受到害蟲蛀蝕初期1 個月內(nèi)的籽粒損害如圖4所示。表9為相同的小麥樣品(揚麥14)在同一時期內(nèi)被麥蛾(幼蟲)、玉米象分別蛀蝕后DON含量變化。被麥蛾幼蟲蛀蝕的小麥顆粒,胚幾乎全被蛀蝕或掉落,蛀蝕后DON含量顯著降低,而被玉米象蛀蝕的小麥顆粒,胚乳受損而胚部普遍完好,蛀蝕后DON含量變化不明顯。

        圖4 2 種蟲蝕粒類型Fig. 4 Two types of injured grains

        表9 小麥蛀蟲蝕粒的DON含量Table 9 DON contents in different types of injured grains

        不同小麥蛀蟲蝕粒中DON污染有不同的變化趨勢,但目前鮮見小麥不同蟲蝕粒中DON污染特性的相關研究,張玉榮等[32]研究玉米象侵害后小麥的品質(zhì)變化,發(fā)現(xiàn)水分含量略微升高,小麥感染玉米象前45 d小麥千粒質(zhì)量與無蟲小麥相比略有下降,其可能導致小麥受玉米象侵蝕初期DON變化不明顯。由于玉米象主要蛀蝕胚乳,其中DON污染水平比小麥整體DON污染水平低,雖然DON隨一部分胚乳損失而減少,但千粒質(zhì)量的略微降低使DON變化趨勢并不明顯;而受到麥蛾幼蟲侵害的小麥籽粒,由于首先侵害胚部,其中DON污染水平顯著高于胚乳,胚部蛀蝕而缺失后,造成整體DON污染水平顯著降低。此外,小麥也可能受其他種類的害蟲蛀蝕,而蟲蛀后期隨著蟲蛀程度進一步加深,蟲口密度增加,千粒質(zhì)量呈進一步下降趨勢,胚和胚乳大量損失,麩皮相對含量增加,真菌在水分含量升高、胚乳暴露時活動加劇,這些因素可能導致DON含量增加。

        2.6 小麥籽粒粒面與內(nèi)部DON含量分析

        小麥籽粒外部有表皮、下表皮、種皮等結構包裹和覆蓋,真菌污染時,先附著在外表皮,因此外表皮是保護胚乳的第一道防線。外表皮中DON含量的高低可反映小麥籽粒整體的污染程度。由于外表面直接與外界接觸,因此可通過水提法提取粒面DON,而表皮內(nèi)側、下表皮、胚乳等內(nèi)部組織中DON由于跟水隔絕,并不能被有效提取。本實驗選取不同污染水平的小麥樣品(揚 麥13),去除破損粒和蟲蝕粒后得到樣品A、B、C,測定DON含量,并通過顆粒直接水提法測定DON含量,小麥籽粒粒面與內(nèi)部DON的污染數(shù)據(jù)如表10所示。

        表10 小麥籽粒粒面與內(nèi)部DON含量Table 10 DON contents in the surface and interior of wheat grains μg/kg

        小麥籽粒粒面DON含量占籽粒整體DON含量的35.2%~52.1%,且隨著小麥整體DON污染程度加深,粒面DON含量占比升高。說明隨著真菌污染程度的加深,DON在表面的積累速度超過了向內(nèi)污染的速度。雖然籽粒內(nèi)部DON污染無法通過物理手段有效降低,但通過水洗就可快速將粒面DON去除,達到DON防控和降低DON含量的目的。樣品A、B的DON含量均已超過GB 2761—2017[10]規(guī)定限量要求,但水洗后,剩余部分DON含量均在限量范圍之內(nèi),二者DON降幅可達35.2%~46.0%。

        2.7 小麥胚乳結構中DON污染特性分析

        小麥籽粒表皮不宜直接食用,主要可食用部分是呈粉質(zhì)的胚乳,所以小麥傳統(tǒng)的使用方式是加工成面粉。小麥制粉時外層的表皮、胚進入麩皮,靠近表皮部分的胚乳形成皮磨粉,靠近中心的胚乳則成為心磨粉,因此通過小麥制粉后測定各組成的DON含量可反映小麥胚乳各結構中DON的污染特征。本實驗選取不同污染水平的小麥樣品(包括揚麥13、14、20、23、24),分別測定磨粉制得大麩、小麩、皮磨粉、心磨粉中DON含量,結果見表11。

        表11 小麥制粉后各組分DON含量Table 11 DON contents in milling fractions from lightly, moderately and heavily polluted wheat grains μg/kg

        比較小麥和制粉加工后各組分DON的含量可知,胚乳不同結構中DON污染具有明顯差異,大麩中DON含量均比小麥高,小麩中DON含量與小麥差異不明顯,而皮磨粉和心磨粉中DON含量均比小麥低,心磨粉與皮磨粉相比DON含量更低。皮磨粉DON含量為小麥的47.3%~83.8%,平均為64.9%;心磨粉DON含量為小麥的43.3%~69.7%,平均為58.1%。大麩中DON含量為全麥粉的1.1~1.6 倍,平均為1.3 倍,小麩中DON含量與小麥基本持平。小麥粉各組成中DON含量差異也反映小麥胚乳中DON的污染規(guī)律,越靠近外層,DON污染越嚴重,越靠近籽粒中心,DON污染越輕。從表11可知,DON中度污染的小麥樣品磨粉后得到的小麥粉DON含量可降至限量值1 000 μg/kg附近,因此實際生產(chǎn)中可通過制粉加工處理DON輕度污染的小麥,以降低DON含量[33]。

        2.8 多種因素共同影響小麥DON污染特性的探討

        小麥的DON污染是動態(tài)過程,其影響機制十分復雜,外界氣候、環(huán)境、蟲害、病害發(fā)生情況,小麥的品種、產(chǎn)地、籽粒生長發(fā)育情況及儲藏方式等因素均能對DON污染結果產(chǎn)生影響。限于篇幅,本實驗僅對浙江生產(chǎn)的常見小麥品種在籽粒感染不同病蟲害、破損粒型、籽粒粒徑、部位、結構、內(nèi)外層次等因素作用下DON污染特性進行分析,關于不同產(chǎn)地、品種小麥的污染差異、儲藏條件的DON污染特性另作研究。針對特定產(chǎn)地和品種的小麥DON影響因素和污染規(guī)律可為小麥產(chǎn)區(qū)和小麥品種的推廣選育提供一定參考。我國不同小麥生產(chǎn)區(qū)、不同的小麥品種DON污染特性可能也存在差異,因此實驗對浙江本地常見小麥品種(揚麥)DON污染特性的研究結論可能并不適用于其他小麥產(chǎn)區(qū)或小麥品種,本實驗研究成果的適用范圍有待進一步研究。

        本實驗關于小麥不同粒型、粒徑、部位、結構和內(nèi)外層次等因素影響的DON污染特性研究是基于控制相關變量,如研究破損粒中DON污染特性需控制赤霉病粒的影響,研究籽粒不同部位DON污染差異以正常顆粒的完整籽粒為對照組進行研究。但實際生產(chǎn)受多種因素共同影響,最終結果可能會產(chǎn)生偏差。如正常情況下,胚乳DON含量比胚部低,但由于胚乳體積更大,更易發(fā)生赤霉病感染或破損,從而也可能造成DON含量高于胚部。因此實際檢測需綜合各因素對小麥DON污染結果的影響。

        此外,關于小麥污染特性的研究結論是通過比較相同DON污染水平(輕度、中度、重度)的樣品而得出,但實際檢測的未知樣品DON含量未知,則不能使用前述研究結論直接判斷。如相同污染水平的小麥大顆籽粒DON含量顯著低于小顆籽粒,但不同污染水平的高污染水平大顆籽粒DON含量仍有可能高于低污染水平的小顆籽粒。對于相同麥田、品種、收割時間的整倉小麥可適用于本研究結論進行判斷。對于未知樣品,通過DON整體污染水平的初篩,確定污染水平,并判斷不同籽粒、不同部位的污染大致范圍,以決定是否需要通過降低赤霉病粒、破損粒、小顆籽粒進行DON減控作業(yè)或留胚加工等。

        3 結 論

        本實驗研究浙江生產(chǎn)小麥的DON污染影響因素、污染特性,結果表明影響小麥DON含量的因素有多種,其中赤霉病粒對DON具有顯著影響;籽粒破損、顆粒粒徑、蟲蛀類型對DON污染程度也有影響,籽粒的不同部位和組成中,DON污染具有明顯差異。DON含量與不完善粒含量呈顯著的弱正相關,與赤霉病粒含量呈顯著的強正相關,但不同小麥DON含量與不完善粒、赤霉病粒含量并不具有特定的線性關系;小麥赤霉病粒DON含量顯著高于未染病粒。相同污染水平的破損粒DON含量顯著高于完整粒,小顆粒DON含量顯著高于大顆粒,胚部DON含量顯著高于胚乳部分。小麥籽粒越靠近外層,污染越嚴重,越靠近胚乳中心,污染越輕。與小麥相比,制粉后麩皮中DON含量升高,而可食用的小麥粉中DON含量降低。

        本實驗將小麥劃分為輕度、中度、重度污染水平進行分類研究,并系統(tǒng)地從不同粒型(完善粒與不完善粒,包括赤霉病粒、破損粒、蟲蝕粒),不同粒徑(大顆粒、小顆粒),不同部位(胚部、胚乳),不同結構(內(nèi)、外部),內(nèi)外層次(大麩、小麩、皮磨粉、心磨粉)對DON污染特點進行詳細研究,特別是對赤霉病粒、蟲蝕粒等不完善粒及不同粒徑DON污染情況進行全新的研究和探討,并通過統(tǒng)計分析,作出更全面、科學的結論。

        小麥不同粒型、籽粒各部位DON的污染差異可以為毒素污染的防控和加工提供參考,生產(chǎn)中通過分級、分選操作,篩除赤霉病粒、破損粒、部分小顆粒能有效降低DON污染水平。通過水洗操作能大幅降低籽粒粒面的DON污染程度。制粉加工可獲得污染程度較輕的小麥粉,而胚、麩皮等部位DON污染水平較高,應充分評估污染風險后加以合理利用。

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