李慧玲，管 驍，孟祥昕，錢勝峰，常曉嬌

（上海理工大學健康科學與工程學院1，上海 200093）

（國家糧食和物資儲備局科學研究院2，北京 100037）

（江蘇豐尚油脂工程技術(shù)有限公司3，揚州 225009）

玉米油，又稱玉米胚芽油，是玉米胚芽經(jīng)過系列精煉工藝制備的優(yōu)質(zhì)植物油脂。玉米油中的不飽和脂肪酸質(zhì)量分數(shù)高達86%，其中亞油酸占比50%以上，除此之外，玉米油中還含有豐富的植物甾醇、維生素E等營養(yǎng)活性成分［1］。研究表明，長期食用玉米油可以在一定程度上減少膽固醇的吸收及合成，從而減緩動脈粥樣硬化的產(chǎn)生［2］。隨著玉米油消費量的不斷增加，我國玉米油年產(chǎn)量已達到150 萬t［3］。人們生活水平提高的同時，食品的質(zhì)量安全愈發(fā)受到重視，真菌毒素污染玉米油引發(fā)的食品安全風險已成為關(guān)注的焦點之一。因此，如何高效去除玉米油中真菌毒素，確保質(zhì)量安全水平，不斷提升玉米油產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，對于保障人民消費健康具有重要的社會和經(jīng)濟價值。

1 玉米油中真菌毒素的種類及污染現(xiàn)狀

真菌毒素是由曲霉屬、青霉屬和鐮刀菌屬等絲狀真菌產(chǎn)生的劇毒次級代謝產(chǎn)物［4］。目前已鑒定的真菌毒素有400 余種［5］，它們不僅可導致細胞毒性、免疫毒性、遺傳毒性、生殖障礙、肝毒性、腎毒性等危害，還具有較強的致癌、致畸、致突變作用［6，7，8］。玉米是全球種植范圍最廣泛的糧食作物，在種植、收獲、運輸、儲藏及加工環(huán)節(jié)，極易受氣候、病蟲害、不當?shù)膬Σ貤l件等因素影響而受到真菌毒素污染［9，10］。污染玉米的真菌毒素主要包括黃曲霉毒素B1（AFB1）、玉米赤霉烯酮（ZEN）、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）、T － 2 毒素、伏馬毒素B1（FB1）、伏馬毒素B2（FB2）、赭曲霉毒素A（OTA）等［11，12］。根據(jù)玉米油的生產(chǎn)工藝及不同真菌毒素的理化特性，玉米中的真菌毒素在經(jīng)過壓榨、浸提等環(huán)節(jié)后，ZEN和AFB1等脂溶性毒素不斷積累，并富集于玉米毛油中，而DON和FB1等水溶性毒素隨加工過程被部分去除，少量殘留于玉米油中。因此，污染玉米油的真菌毒素種類和含量取決于真菌毒素的理化特性和原料的污染程度。目前，從玉米油中檢測到的真菌毒素主要為ZEN［13］、DON［14］、FB1［15］、FB2［15］、AFB1［16］、OTA［16］、赭曲霉毒素B（OTB）［16］、黃曲霉毒素G1（AFG1）［16］、T － 2 毒素［13，17］、HT－2 毒素［13］、蛇形霉素（DAS）［13］、15 －乙?；撗跹└牭毒┐迹?5 －A－DON）［13］、α －玉米赤霉烯醇（α － ZOL）［18］、玉米赤霉酮（ZAN）［18］14 種，其中以脂溶性的ZEN和AFB1污染程度最高，部分真菌毒素的分子結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 玉米中主要真菌毒素的分子結(jié)構(gòu)

近年來，由于極端天氣的頻繁出現(xiàn)，我國玉米及其副產(chǎn)物中真菌毒素的污染形勢非常嚴峻。張勇等［20］對2021 年我國廣東、廣西等16 個省份的1025個飼料及飼料原料樣品中真菌毒素進行檢測，分析表明，玉米副產(chǎn)物中AFB1、ZEN、DON 檢出率分別為97.87%、97.34%、95.74%，ZEN和DON的最高值則高達4 282.68、6 386.61 μg／kg。柴彥軍等［21］對我國11 省份玉米樣品檢測發(fā)現(xiàn)ZEN超標率為40%，最高值達到2 351.0 μg／kg。孟繁磊等［22］對2019、2020年吉林省280 份玉米樣品進行真菌毒素檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)B1檢出率高達97.9%，污染均值達到1 269.1 μg／kg。原料中真菌毒素污染的嚴峻形勢導致植物油中真菌毒素的安全風險加劇。對部分地區(qū)市售植物油真菌毒素污染情況的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在山東省部分市／縣采集的256 份食用植物油樣品，AFB1和ZEN檢出率分別為44.5%、72.1%，其中，玉米油中ZEN的檢出率高達100%，最大值為437. 4 μg／kg［23］。何景等［24］在北京各區(qū)隨機抽取的120 份小包裝食用油樣品中發(fā)現(xiàn)，AFB1和ZEN 的檢出率分別為6.67%和17.50%，其中，玉米油中ZEN 的檢出率達到70%，最大值為325.22 μg／kg。此外，有研究對我國市售玉米油產(chǎn)品中ZEN 含量進行檢測，結(jié)果顯示在159例樣品中，ZEN 質(zhì)量分數(shù)平均值為170.1 μg／kg，最高質(zhì)量分數(shù)達1 950 μg／kg［25］。國外市場的玉米油同樣存在真菌毒素污染情況，Zhang 等［16］抽取的16個美國市場植物油樣品中，3 個玉米油樣品均含有ZEN，質(zhì)量分數(shù)分別為37、185、317 μg／kg，其中2 個玉米油樣品同時受到T－2 毒素的污染，質(zhì)量分數(shù)分別為7、10 μg／kg。Escobar等［16］對西班牙市場上25份精制玉米油中的真菌毒素檢測發(fā)現(xiàn)，ZEN 檢出率達到32%。

2 國內(nèi)外玉米油中真菌毒素的限量標準

針對糧油中真菌毒素的污染水平和人體健康風險暴露評估，包括國際食品法典委員會（CAC）、歐盟委員會（EU）在內(nèi)的全球多個國家和組織對玉米油等糧油中主要真菌毒素制定了嚴格的限量并強制執(zhí)行（表1）。EU明確規(guī)定玉米油中ZEN的限量為400 μg／kg，F(xiàn)B1與FB2的總量不得超過1 000 μg／kg；美國食品和藥品監(jiān)督管理局（USFDA）規(guī)定，普通食品中黃曲霉毒素總量不得超過20 μg／kg；日本對于AFs（AFB1＋AFB2＋AFB3）限量較為嚴格，規(guī)定所有食品中AFs 不得檢出；智利規(guī)定食品中ZEN的質(zhì)量分數(shù)不得超過200 μg／kg；法國制定的植物油中ZEN和AFB1的限量分別為200、5 μg／kg；我國GB 2761—2017《食品安全國家標準食品中真菌毒素限量》中規(guī)定了玉米油中AFB1的質(zhì)量分數(shù)不得超過20 μg／kg，對其他真菌毒素的限量標準也在不斷制定中。

表1 國內(nèi)外糧油中主要真菌毒素限量標準

3 玉米油中真菌毒素的去除方法

鑒于玉米油中真菌毒素的污染情況，國內(nèi)外研究人員針對去除技術(shù)工藝開展了大量研究，部分去除技術(shù)已在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，市場反饋較好。這些去除方法主要分為三大類，包括物理、化學及生物去除法（表2）。

表2 玉米油中真菌毒素去除方法比較

3.1 物理去除法

3.1.1 吸附劑去除法

吸附劑去除法是利用吸附劑對真菌毒素進行吸附去除。目前，包括硅鋁酸鹽類吸附劑、有機吸附劑和活性炭在內(nèi)的多種吸附劑已被深入研究并應(yīng)用于不同類型真菌毒素的去除中［32］。其中，蒙脫石、高嶺石和埃洛石等硅鋁酸鹽類吸附劑，因其具有較高的化學穩(wěn)定性、綠色無毒、價格低廉、礦物豐富等優(yōu)勢受到研究人員的廣泛關(guān)注［33］，但由于天然硅鋁酸鹽類吸附劑的吸附能力弱、吸附專一性差、吸附種類單一等缺陷，直接使用效果較差。因此，目前的研究重點多集中于硅鋁酸鹽改性吸附劑的開發(fā)和應(yīng)用方面。趙雪松等［34］利用蒙脫石吸附去除玉米油中的ZEN，當添加量為0.6%時，玉米油中的ZEN質(zhì)量分數(shù)由213.4 μg／kg 降至47.5 μg／kg，在有效降低玉米油酸價的同時不影響玉米油的過氧化值和風味。Hue等［35］利用改性黏土去除玉米油中的ZEN，在pH為3、添加125 mg三辛甲基氯化銨（TCMA）改性黏土條件下，對ZEN 的去除效果可達到90%以上。具有多孔結(jié)構(gòu)、吸附性強和容量大的碳纖維材料活性炭，也被廣泛應(yīng)用于飼料中真菌毒素的去除。Hu等［36］研究了活性炭在玉米油脫色環(huán)節(jié)對ZEN的吸附效果及機理，結(jié)果表明，活性炭通過Π－Π相互作用與ZEN結(jié)合，從而去除ZEN，去除率超過83%，經(jīng)過5 次再生和重復(fù)利用后，去除率仍保持在60%以上。黃偉峰等［37］也開展了活性炭對玉米油中ZEN的去除效果研究，其中H －1 活性炭（油脂專用活性炭）對ZEN的吸附能力最強，在最佳吸附條件（H－1 活性炭添加量2.5%、吸附溫度80 ℃、吸附時間20 min）下，玉米油中ZEN去除率達到（87.11 ±0.64）%。陳金定等［38］通過活性白土、凹凸棒石、WY1 活性炭、WY2 活性炭分別吸附玉米油中的AFB1，去除率均可達到90%以上。目前真菌毒素吸附劑在飼料等領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)已趨于成熟，如Biomin公司的真菌毒素吸附劑飼料添加劑，主要成分為膨潤土，可實現(xiàn)黃曲霉毒素的有效去除［39］。蘭州化物所凹凸棒石玉米赤霉烯酮吸附劑實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，該系列研究被列為蘭州化物所重點突破方向之一［40］。

3.1.2 石墨烯去除法

氧化石墨烯（GO）是一種通過剝離和氧化兩步法制備的碳基納米材料，其基面和邊緣富含多種富氧官能團（羥基、羧基、羰基和環(huán)氧基），GO具有特殊的碳原子層折疊的蜂窩晶格，這種特殊結(jié)構(gòu)使得GO具有良好的延展性和表面吸附性［41］。雖然GO表現(xiàn)出強大的吸附性能，但其解吸附條件苛刻，因此，研究人員采用多種磁性納米顆粒與其復(fù)合，為解決這一問題提供了新途徑。González－Jartín等［42］研制了25 種磁性納米結(jié)構(gòu)材料，以去除液體食物基質(zhì)中的真菌毒素。由生物聚合物和GO 組成的小于3 mm的球體，可以去除高達70%的AFB1。Bai 等［43，44］深入研究了經(jīng)DDAB改性的功能化GO在不同溫度、時間、pH條件下對玉米油中ZEN的去除效果。363.15 K時，功能化GO 對ZEN 的最大吸附容量（qm）為23.75 g／kg，與其他碳質(zhì)吸附劑相比，該改性材料表現(xiàn)出了更好的吸附效果。使用石墨烯吸附玉米油中的真菌毒素，在吸附效率方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但對于吸附過程中的非特異性吸附、玉米油中營養(yǎng)物質(zhì)的損失、材料的回收效率等需要開展更為深入的研究。

3.1.3 熱處理去除法

真菌毒素具有較好的熱穩(wěn)定性，較高的溫度可以破壞部分真菌毒素的結(jié)構(gòu)［45］。不同熱處理如烘烤、油炸、巴氏殺菌和壓力烹飪等可以一定程度的去除真菌毒素［46］。Sadeghi 等［47］評估了微波、油炸和烤箱烹飪對玉米油中ZEN（50、100、200 μg／L）的影響，利用高效液相色譜－熒光檢測分析發(fā)現(xiàn)，3 種處理均可降低ZEN 的殘留量，其中，微波烹飪10 min后，含有200 μg／L ZEN 的玉米油去除率最高，達到38%。植物油精煉工藝中，經(jīng)高溫、高壓、高真空條件下的水蒸氣蒸餾，可以去除油脂中游離脂肪酸等臭味成分，實現(xiàn)脫臭并使油脂澄清透亮。裴婭曉［48］研究了蒸餾脫臭對玉米油中ZEN 的去除作用，結(jié)果表明，將脫臭溫度從210 ℃提高至270 ℃、100 min后，玉米油中ZEN 的去除率由36. 38%提高至99.00%，ZEN 的殘留量從4 920. 32 μg／kg 降至77.24 μg／kg。因此，玉米油經(jīng)高溫處理可以實現(xiàn)部分真菌毒素的去除，但高溫條件下真菌毒素的去向及產(chǎn)物安全性、高溫過程造成反式脂肪酸和縮水甘油酯等風險因子的產(chǎn)生、植物甾醇和維生素E 等營養(yǎng)物質(zhì)的損失以及因高溫帶來的能耗提高等問題也需要進一步評估。

3.2 化學去除法

3.2.1 堿去除法

在堿性條件下，ZEN、AFB1等真菌毒素結(jié)構(gòu)中的內(nèi)酯環(huán)易被打開。例如AFB1在堿性條件下，內(nèi)酯環(huán)斷裂，生成鄰位香豆素鈉鹽或銨鹽，經(jīng)水洗后可降低毒性［49］。因此，可以通過添加適量的堿去除玉米油中的AFB1等真菌毒素。孫長坡等［50］發(fā)明了一種工業(yè)化去除玉米油中ZEN 的方法，在毛油精煉工藝的堿煉脫酸環(huán)節(jié)將毛油的pH至9 ～10，隨后可通過高速攪拌和離心實現(xiàn)ZEN 的有效去除，使玉米油中ZEN的質(zhì)量分數(shù)降至60 μg／kg 以下。劉玉蘭等［3］以玉米毛油為原料，優(yōu)化了堿液濃度、超量堿、堿煉時間以及堿煉溫度等參數(shù)，使玉米油中AFB1的去除率達到90%以上，AFB1的殘留量從73.35 μg／kg 降至5 μg／kg以下，低于我國玉米油中AFB1質(zhì)量分數(shù)不得超過20 μg／kg的限量標準。Ma 等［51］針對玉米油的制油工藝，研究了精煉各環(huán)節(jié)對ZEN 的去除效果，相較于脫膠（23.90%）、脫色（10.73%）和脫臭（0.55%），堿處理環(huán)節(jié)的去除效果最好，達到64.82%。此外，pH和溫度是影響ZEN 去除效果的關(guān)鍵因素，在堿性條件下，ZEN 的內(nèi)酯鍵易形成可逆水解、斷開，當溫度由30 ℃升高到80 ℃時，ZEN 的去除率可從67.07%提高到87.88%（P ＜0.05），但當反應(yīng)體系恢復(fù)到中性環(huán)境時，ZEN 的內(nèi)酯鍵水解程度大大降低，中間產(chǎn)物傾向于向酯化反應(yīng)方向進行，因此，即使在80 ℃下，玉米油中ZEN的去除率也降低為61.23%，而在30 ℃下，ZEN的去除率迅速降低，幾乎為零。堿煉脫酸是食用油精煉生產(chǎn)中的一道重要工序，具有脫除游離脂肪酸、懸浮雜質(zhì)、脫色、脫膠等作用，在脫酸的同時利用堿液去除油脂中的真菌毒素是目前食用油工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的方法。但大量添加堿液，在去除毒素的同時也會過度中和油脂中的脂肪酸，從而增大油耗，降低得油率；而且在過度堿煉、皂化的過程中，易造成維生素E和植物甾醇等營養(yǎng)成分的大量損失；更為重要的是，當精煉環(huán)境的pH下降時，ZEN的開環(huán)產(chǎn)物將重新酯化形成ZEN。因此，該方法的使用，需要綜合考慮玉米毛油中真菌毒素污染情況、營養(yǎng)物質(zhì)損失、油耗等方面因素，兼顧質(zhì)量安全與經(jīng)濟效益。

3.2.2 光催化去除法

光催化是經(jīng)過紫外光、γ射線、微波、紅外輻射等方式作用下，固體材料吸收光子引起的化學反應(yīng)（光催化劑）［52］。其機理主要是催化劑吸收光能后，發(fā)生電子躍遷，生成電子－空穴對，使得光催化材料表面吸附的分子發(fā)生氧化還原反應(yīng)。此外，該過程形成的不同活性自由基，如超氧化物、羥基自由基和過氧化氫可作為氧化劑，與真菌毒素分子相互作用，從而有助于真菌毒素的去除或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無毒、低毒產(chǎn)物，如小分子有機酸、CO2和H2O［53］。納米TiO2作為一種常見的光催化劑，與普通半導體材料相比，在化學穩(wěn)定性、安全性、使用成本、可重復(fù)利用等方面更具優(yōu)勢，在光催化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景［54］。Sun等［55，56］制備了磁性石墨烯氧化物／TiO2納米復(fù)合材料，用于去除玉米油中的AFB1。經(jīng)紫外可見光照射120 min后，玉米油中的AFB1去除率高達96.4%。鎢酸鉍（Bi2WO6）作為一種具有可見光捕集功能的典型Aurivillius 化合物，由于其獨特的晶體結(jié)構(gòu)、良好的光電化學活性和足夠的活性位點，是理想的催化劑材料。Yang 等［57］通過氯離子輔助水熱反應(yīng)和H2／Ar煅燒合成了缺氧Bi2WO6超薄層（BWO －U），在可見光照射下，BWO－U可在2 h內(nèi)去除玉米油中90.4%的ZEN，并對玉米油品質(zhì)沒有顯著影響。光催化利用可再生光源進行真菌毒素的去除，操作方便且經(jīng)濟高效，但目前的研究報道顯示，合成的光催化材料大多為不可回收的粉末，若應(yīng)用于食品介質(zhì)中，其安全性需要進一步考量［58］。

3.3 生物去除法

生物去除法是利用生物酶類將真菌毒素降解為低毒甚至無毒產(chǎn)物。降解酶的作用方式與其自身催化功能及真菌毒素的官能團有關(guān)，主要為去環(huán)氧化、去乙?；?、糖基化、水解等作用［59］。隨著研究的深入，多種真菌毒素降解酶被相繼發(fā)現(xiàn)并展開更為深入的研究。El － sharkawy 等［60］報道粉紅黏帚霉（Gliocladium roseum，NRRL 1859）可將ZEN轉(zhuǎn)化為無類雌激素毒性的代謝產(chǎn)物1 －（3，5 －二羥苯基）－10’－羥基－1’反式－十一碳烯－6’－酮。該反應(yīng)主要在水解酶的作用下，使ZEN的內(nèi)酯鍵打開，形成的中間產(chǎn)物自發(fā)脫羧形成最終不可逆的降解產(chǎn)物。Liu等［61］發(fā)現(xiàn)在真菌（Armillariella tabescens）中存在可降解AFB1的多酶復(fù)合體系，隨后分離獲得能夠降解AFB1的黃曲霉毒素氧化酶（AFO），該酶主要作用于AFB1的二呋喃環(huán)，從而破壞AFB1的分子結(jié)構(gòu)。Chang等［62，63］通過系列優(yōu)化，利用畢赤酵母分泌表達的ZEN降解酶，將其應(yīng)用于玉米油精煉過程中的ZEN 去除工藝中，酶解后，ZEN 的質(zhì)量分數(shù)由1 257.3 μg／kg降低至13 μg／kg（殘留率為3.69%），較之酶解前，玉米油中總生育酚和植物甾醇含量無顯著差異。Zhao等［64］制備的ZEN水解酶制劑，通過單因素和響應(yīng)面優(yōu)化實驗，結(jié)果表明，在39.01 ℃、pH為8.08、酶質(zhì)量分數(shù)為44.7 mg／kg 條件下，經(jīng)過3.9 h反應(yīng)后，ZEN 的降解率達到94.66%。同時，ZEN的不同初始濃度也影響其去除速率，ZEN 初始含量越高，降解的速率越快。生物酶法降解相較于物理和化學去除方法具有更好的專一性、高效性、可重復(fù)性且更加的安全綠色［65］，但目前實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的真菌毒素降解酶制劑產(chǎn)品較少，相關(guān)研究亟需深入探索。

4 總結(jié)與展望

玉米油中真菌毒素污染給人體健康帶來極大的安全風險，近年來，越來越多的科研人員致力于開發(fā)不同方法以實現(xiàn)玉米油中真菌毒素的有效去除，并取得良好效果。然而，基于玉米油中真菌毒素的去除仍存在一定的局限性，其中，物理和化學去除法在真菌毒素去除過程中易造成玉米油中營養(yǎng)組分的損失、去除效果不穩(wěn)定及二次污染等問題。比如使用吸附劑去除真菌毒素極易受到環(huán)境、解吸附等因素影響致使吸附效果不穩(wěn)定，且因吸附的專一性差，導致維生素E 等營養(yǎng)物質(zhì)的大量流失。堿性電解水、電磁輻射等方法因其安全、環(huán)保等特點在其他植物油真菌毒素去除中得到應(yīng)用，但尚未應(yīng)用于玉米油中。相比之下，生物酶法降解真菌毒素具有高效性、專一性、綠色安全等優(yōu)點，在合適的條件下甚至可以實現(xiàn)真菌毒素的完全去除。

隨著我國玉米油產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，真菌毒素引起的安全風險也被廣泛認可，玉米油中真菌毒素安全、高效去除技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用迫在眉睫。針對現(xiàn)有真菌毒素去除方法，未來玉米油中真菌毒素的去除研究還需迎接很多挑戰(zhàn)，比如：1）進一步開發(fā)具有真菌毒素高特異性的吸附劑；2）探索更多真菌毒素有效去除方法；3）對真菌毒素降解酶新酶的資源挖掘、功能修飾、理性設(shè)計、產(chǎn)物安全性及降解機制等研究的進一步擴展和延伸；4）探索多種方法協(xié)同作用實現(xiàn)玉米油中真菌毒素去除。