MyToolBox真菌毒素綜合管理系統概述及中國應用展望

王松雪，李 森，李冰杰，蔡 娣，葉 金

（國家糧食和物資儲備局科學研究院，北京 100037）

真菌毒素是由真菌產生的具有毒性的次級代謝產物，人和動物攝入后會引發各種疾病，如癌癥、生殖系統障礙、肝腎功能障礙、大骨節病、克山病等[1-5]。農作物在種植、收獲、儲藏和加工過程中非常容易感染真菌毒素。據聯合國糧農組織資料，全球每年約有25%的農作物不同程度地受到真菌毒素污染，每年由此造成的經濟損失高達數千億美元[6]。歐盟委員會指出，5%～10%的作物由于受到真菌毒素污染造成損失和浪費[7]。2012年塞爾維亞的嚴重干旱導致70%的玉米作物被黃曲霉毒素污染[8]，用這種玉米喂養奶牛，會導致牛奶中黃曲霉毒素 M1水平高達歐盟法規限制的兩倍。然而，2014年災難性的洪水和多雨的夏季導致塞爾維亞黃曲霉毒素 B1水平較低，但嘔吐毒素水平較高[9]。我國問題也十分突出，據報道[10]我國每年有3 100萬 t糧食被真菌污染，約占糧食年總產量的6.2%。根據我國衛生部門的有關監測，2009年和 2010年我國小麥粉、玉米制品中嘔吐毒素和玉米赤霉烯酮的檢出率均在53%以上，有的甚至高達100%[11-12]。全球農作物真菌毒素污染情況不容樂觀，糧油食品和飼料質量安全也備受全球關注，全球100多個國家規定了食品和飼料中主要真菌毒素的限量[13]。

從根本上減少農作物由于真菌毒素污染造成的損失和浪費，需要在生產、儲藏和加工的過程中進行預防和控制。由于受各種因素影響，不同地區、不同年份間污染差異較大[14]，因此開展預防和控制非常困難。目前，一些研究表明在田間作物生長過程中的溫度、濕度、降雨等天氣情況，作物抗性等級，作物田間管理方式，如耕作、輪作、灌溉、種植密度等，作物的病蟲害發生情況、施藥情況等，均會對收獲后作物真菌毒素污染水平產生影響[15]；在儲藏過程中，儲藏環境的溫度、濕度、物理破壞，作物本身的水分含量等會使儲藏作物的真菌毒素水平發生變化[16]。但保證從農田到餐桌全鏈條食品安全，對真菌毒素進行預防和控制，仍然缺少完整的解決方案。

MyToolBox項目由歐盟“地平線 2020計劃”支持，共有來自11個國家的23個頂尖的大學、科研院所、企業共同參加（見表1），代表了目前世界真菌毒素防控最高水平的研究。項目基于收獲前真菌毒素污染風險預警模型、收獲后倉儲安全參數實時監測技術、真菌毒素超標作物的安全轉化利用等技術，通過對種植、收獲、儲藏加工及綜合利用對食品和飼料全鏈條進行防控，減少因受真菌毒素污染而造成的巨大損失和資源浪費，實現資源的最大化利用。

表1 MyToolBox項目參與單位列表Table 1 The involved organizations list of MyToolBox Project

MyToolBox真菌毒素綜合管理系統[17]是基于“MyToolBox”項目研究成果建立的食品和飼料真菌毒素綜合管理系統，該系統基于目前在真菌毒素污染方面的研究，提出了包括收獲前、收獲后、加工以及超標作物安全使用的整體解決方案（圖1）。分別介紹了作物在不同生產加工環節真菌毒素防控措施，并將其不同環節進行串聯和結合，如收獲前通過預測高污染風險的作物，除增強田間防控外，需要加強后期檢測，并將高污染風險作物根據污染等級和用途單獨存放，污染嚴重的推薦進行生物乙醇的生產等工業用途。該系統有效的減少了農作物全鏈條的損失和浪費。本文對 MyToolBox真菌毒素綜合管理系統進行了整體介紹，并對其在中國應用提出了相關建議。

圖1 MyToolBox真菌毒素綜合管理系統工作原理圖[17]Fig.1 Overview of MyToolBox integrated mycotoxin management system [17]

1 作物收獲前田間真菌毒素防控

作物的在田間生長過程中很容易受到真菌毒素的污染，真菌通過土壤和葉片感染田間作物，從而引發真菌毒素的產生。研究表明，良好的田間的管理可以有效降低收獲后作物真菌毒素污染水平[18-20]。MyToolBox系統對小麥、大麥、玉米、無花果和花生等作物，從種植管理、農藥使用和收獲管理等方面提出了防控建議，并建立風險預測模型，根據區域風險情況，針對性的提出改進措施，對真菌毒素田間污染進行全面的防控。

根據 MyToolBox系統作物收獲前的防控建議，為了降低作物真菌感染的風險，通過耕作和輪作可以有效降低作物種植土壤中的真菌水平[18-19]?？剐云贩N的選用可以提高作物的環境適應能力，從而降低真菌感染植株的能力[21]，因此在高污染風險地區，有必要選育并種植高抗性的品種。此外，溫度和濕度也是影響真菌產毒能力和水平的關鍵因素[22-23]，為了避免作物在生長期間的環境利于真菌產毒，可以通過降低種植密度來保證良好的通風，通過調整種植日期來避免揚花期、收獲期等關鍵生長時期出現在雨季等利于真菌生長的時間窗口，根據天氣情況適當調整收獲時間，可以減少天氣對成熟作物中真菌毒素產生的影響[18]。

MyToolBox系統在評估田間管理措施的基礎上，提供了“情景分析”功能。通過“情景分析”可以查看不同的農業措施組合來估計小麥收獲后被嘔吐毒素污染的可能性，通過改變前茬作物、土壤耕種方式、小麥品種以及天氣情況，可以看到作物收獲后風險的變化情況，用戶可以選擇當前正在使用的農業措施，或者通過更改一種措施來估算嘔吐毒毒素的變化，或者查看天氣的影響情況。

此外，對于冬小麥、硬質小麥和大麥，MyToolBox系統提出了嘔吐毒素風險預測模型[24]，通過獲得種植作物（大麥、硬質小麥、冬小麥）、前茬作物（谷物、其他農作物、蔬菜）、品種抗性水平（耐性、中等耐性、中度易感、易感）、翻耕方式（翻耕、少翻或者少耕、不翻耕）、種植區域（鐮刀菌易感染風險等級：高、中、低）以及種植地點的經緯度和氣象站，在揚花期前對收獲后的嘔吐毒素污染風險進行分類預測。模型通過種植地點經緯度確定分區情況，并結合氣象站揚花期前14天至揚花期后10天的天氣情況，統計平均溫度、總降雨量和濕度>80%的小時數等氣象因素、田間作物和管理信息等，將收獲后的嘔吐毒素污染風險評估為高、中、低3個等級。對于不同的風險級別，MyToolBox系統提供了相應的對策，用以控制作物在之后生長過程中嘔吐毒素的進一步產生以及收獲后作物的合理化管理。

基于真菌毒素污染風險預測模型的預測結果，根據風險等級，推薦適時適量使用殺真菌劑和生物農藥等。使用經批準的殺真菌劑在開花期前后進行噴灑可以有效降低真菌毒素的污染風險[25-26]。生物農藥則主要指被證明確實有效的生物防治劑、植物提取物、植物興奮劑和無機化學品等，如通過在作物上接種大量非產毒黃曲霉，可以有效降低成熟花生中黃曲霉毒素的含量[27-30]。這種根據早期預測結果進行定向污染防控，不僅有效控制了高污染的發生，而且降低了防控成本，避免盲目使用殺真菌劑和生物農藥導致的種植成本高、糧食中不必要的添加和社會資源的浪費。

對于存在污染風險的作物，除進行田間防控外，在收獲后應盡快真菌毒素檢測，并將受到真菌毒素污染的樣品進行分類儲藏，以避免感染未受污染的糧食。此外，對于具有污染風險的地塊，系統在之后的作物種植中，提供了進一步的防控建議，如在該作物再次種植時，改變耕作方式，選擇抗性品種等。

基于MyToolBox系統收獲前的綜合防控，作物從種植到收獲，在真菌毒素防控中得到了全方位的指導，并獲得種植田塊的定制服務，從而減少糧食作物中真菌毒素污染的發生，對解決世界性的糧食污染具有長遠貢獻。

2 收獲后倉儲真菌毒素防控

作物收獲后進入儲藏過程中，由于作物水分過高和環境溫度、濕度不當等，導致作物真菌毒素污染的情況時有發生[31]。MyToolBox系統從進入倉儲前的準備、作物的接收要求和在倉儲過程中的監測幾個方面提出了系統性建議，從而避免由于倉儲帶來的真菌毒素污染。此外，MyToolBox系統基于歐洲相關采樣規范，提供了大量樣品采樣方案，用于進行官方或內部的檢測，為儲藏期間農作物質量安全監測提供了理論依據。

作物在儲藏過程中環境的溫度和濕度是影響真菌毒素污染發生的關鍵因素，因此在作物入倉前需要確保儲藏倉保溫、防雨，作物本身溫度和濕度均在安全范圍，如不滿足要求，需要進行通風干燥或熱風干燥使作物水分和環境濕度、溫度降低至安全水平。此外，不完整的顆粒會增加真菌毒素的污染風險[21,32]，因此作物入倉前和儲藏過程中需要確保糧食不受昆蟲和螨蟲、嚙齒類動物及其糞便的破壞和侵染，并全過程對其進行觀察記錄，出現污染時可使用適當劑量的農藥進行處理。

對于存在真菌毒素污染的作物，需要及時進行分離和剔除，或進行分類儲藏，避免污染低污染水平的作物。例如花生儲藏前，進行揀選分級，剔除受污染的顆粒，可以有效減少后續儲藏過程中真菌的來源，避免黃曲霉毒素污染大面積發生。

在儲藏過程中，為了避免作物中真菌毒素的發生發展，可以利用溫度、濕度和二氧化碳三合一傳感器，定期對倉內的情況進行監測。項目組研究人員基于溫度、濕度和二氧化碳指標，建立了倉內小麥、玉米和花生等作物真菌毒素實時預警模型[33-34]，傳感器的監測情況直接反應倉內真菌毒素的發生情況，并進行預警，使得第一時間采取相關措施，如通風、干燥等，從而避免污染的大面積發生。

基于MyToolBox系統的收獲后綜合防控，作物從接收、儲藏至出倉過程中，真菌毒素得到了全面的監測?；趥鞲衅鞯念A警系統和相關措施，基本能夠避免由于儲藏不當導致真菌毒素的發生發展，該系統使倉儲質量安全將變得更加可靠。

3 糧油食品和飼料的加工和綜合利用

由于真菌毒素分布不均勻的特點，糧油食品和飼料在加工過程中，經過脫胚、去麩等工藝取得了作物籽粒的一部分后，真菌毒素有較大的變化。例如玉米麩皮、粉質和胚乳中毒素水平差別較大，脫胚工藝可能會導致黃曲霉毒素、嘔吐毒素和玉米赤霉烯酮的增加，而玉米制作的飼料用粉主要包含粉狀玉米皮（麩皮），胚芽和/或顆粒過小的面粉，因此以玉米為原料的飼料用粉的加工也會導致黃曲霉毒素、嘔吐毒素、伏馬毒素、赭曲霉毒素A、玉米赤霉烯酮和 T-2毒素等整體毒素水平增加[35]。此外，加熱、浸提等工藝中，真菌毒素可能存在降解及轉移等現象，經過處理后的部分真菌毒素可能會降低[36-37]。例如由于玉米赤霉烯酮的親脂性，玉米油中玉米赤霉烯酮的含量可能較高[38]。MyToolBox系統在小麥的干磨、面包、面包干、意大利面、濕磨和餅干，大麥的飼料、食品、啤酒釀造，玉米的干磨、濕磨、飼料和生物乙醇等加工工藝中，提供了各環節真菌毒素的變化，為加工企業關注真菌毒素的變化提供了理論依據，為加工工藝的選擇提供了指導。

為了增加受到真菌毒素污染作物的利用率，減少損失和浪費，對于真菌毒素超標的小麥和玉米及其副產物，可以將其用于生物乙醇/酒精的生產[39]，對此MyToolBox系統提供了相應的工藝流程，為資源的合理化利用提供了良好的建議。

目前飼料行業廣泛使用的以小麥、大麥和玉米等加工得到干酒糟及其可溶物（Distillers Dried Grains with Solubles, DDGS），其真菌毒素污染種類多，水平高[40-43]，在飼料業產生了很大的損失。MyToolBox系統對其進行了關注，并在應用中建議加強監測，高度重視真菌毒素污染水平。

4 MyToolBox系統在中國應用的相關建議

MyToolBox真菌毒素綜合管理系統首次將糧油食品和飼料生產各環節的建議結合起來，從農田至餐桌全鏈條進行真菌毒素污染防控，保障了糧油食品和飼料質量安全，在通過減少污染保障了人的身體健康的同時，提出了高污染糧食的合理利用方案，通過減少損失和浪費，實現了資源合理化利用。

該系統在收獲前、儲藏和加工等環節對真菌毒素的防控建議大部分適用于中國，為國內進行糧油食品和飼料真菌毒素防控提供了很好的基礎和參考依據。在作物田間種植過程中，可以參考MyToolBox系統中的防控措施對田間作物進行適當的管理，以降低收獲后作物中真菌毒素的污染風險；在儲藏過程中，可以增加針對于真菌毒素的防控管理，尤其是溫度、濕度、二氧化碳三合一傳感器的使用，增強庫存污染防控，以降低由于儲藏導致的真菌毒素污染；在作物加工過程中，以系統提供的真菌毒素變化為指導，以減少由于加工不當引起的糧油食品和飼料中真菌毒素污染；此外，根據系統的建議，加快進行分類儲藏，根據糧食的污染水平，按照不同用途進行分級分類，避免混合儲藏導致污染范圍擴大，污染糧食增加導致的浪費和損失，增加作物利用率。

MyToolBox真菌毒素綜合管理系統在中國開展廣泛應用具有良好的基礎，為了進一步擴大應用范圍，適應中國國情，結合國內糧油食品和飼料生產、加工和儲藏情況[44]，系統需要進一步的改進和優化。

根據國家統計局2019年統計數據，國內用于進行糧油食品和飼料加工的農作物為稻谷、玉米、小麥、花生、油菜籽和葵花籽，這些作物在生產、儲藏和加工環節均容易受到真菌毒素污染，在真菌毒素綜合防控中，增加稻谷、油菜籽和葵花籽的相關內容，可以更加全面的保障中國糧油食品和飼料真菌毒素安全。同樣，由于飲食習慣不同，在不同國家的食品和飼料產品有一定差異，如小麥在歐洲主要制作面包、面包干、意大利面和餅干等，但在中國主要制品為不同用途的面粉及其制作的掛面和餃子皮等，加工過程中的真菌毒素防控同樣有必要提出相關防控建議和措施。此外，MyToolBox系統對作物收獲前和儲藏、加工等環節進行了詳細的風險評估，并提出了防控建議，但在運輸和流通環節由于處理不當帶來的污染也不容忽視，如運輸車輛運輸前未進行清潔，導致不同批次交叉污染等。運輸和流通環節防控的增加將使MyToolBox系統對糧油食品和飼料真菌毒素污染防控更加全面。

MyToolBox系統除提供系統性的真菌毒素防控建議外，根據種植情況和地理位置等，可以對收獲后作物中真菌毒素污染風險進行早期預測，提供針對性建議指導生產。但目前可以進行預測的地區只限于奧地利、荷蘭、意大利等歐洲國家，即只有這些地區的預測模型，由于我國種植面積廣闊，氣候和環境差異較大，MyToolBox系統現有的預測模型以及基于現有模型特征條件的改進模型均無法很好對國內作物收獲后真菌毒素風險進行準確預測。因此，急需開發適合于中國的嘔吐毒素風險預測模型，并基于中國的限量標準開展相關指導。此外，新型快速檢測方法及自動化處理方法等前沿檢測分析技術的整合將會使真菌毒素綜合管理系統更加完善。