伏馬毒素的理化性質、檢測方法及在我國玉米和玉米制品中的污染現狀綜述

赫丹 徐劍宏 劍波 劉馨 史建榮 LEE Yin-Won

摘要：伏馬毒素是廣泛存在于霉變玉米、高粱、水稻等谷物及其制品中的一種霉菌毒素，具有神經毒性、致癌性等毒副作用。攝入伏馬毒素污染的糧谷或飼料均會帶來嚴重的健康問題。近年來，糧谷食品質量安全問題中霉菌毒素的污染問題最為突出。我國針對飼料中的霉菌毒素制定了相應的限量標準，但暫時未對食品中的伏馬毒素進行限量，且國際上伏馬毒素的限量標準也并不完全統一。就伏馬毒素的理化性質、限量標準和檢測方法等方面進行了綜述，并對近年來我國玉米及其制品中伏馬毒素的污染現狀進行了總結討論，旨在為我國糧谷中伏馬毒素限量標準的制定、風險監測和管控提供參考。

關鍵詞：伏馬毒素;限量標準;污染現狀;檢測方法;玉米及其制品;農產品質量安全

中圖分類號：TS207.5 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）21-0033-07

收稿日期：2021-03-02

基金項目：國家自然科學基金（編號：31872914、31901805）;國家重點研發計劃（編號：2018YFE0206000）;西藏自治區重點研發計劃（編號：XZ202001ZY0038N）。

作者簡介：赫 丹（1990—），女，河北石家莊人，研究實習員，主要從事農產品質量安全與營養相關研究。E-mail：danhe58@163.com。

通信作者：史建榮，博士，研究員，主要從事農產品質量安全方面與營養相關研究。E-mail：shiji@ jaas.ac.cn。

伏馬毒素（fumonisins，簡稱FBs）又稱煙曲霉毒素，是串珠鐮刀菌（Fusarium monitiforme）、輪狀鐮刀菌（Fusarium verticillioides）等在一定溫度、濕度下產生的次級代謝產物，極易侵染玉米、高粱、水稻等糧谷類作物，在玉米中浸染最為普遍，也相對嚴重[1]。食用被伏馬毒素污染的糧谷或飼料會對人和動物產生不同程度的健康危害。伏馬毒素B1是鞘氨醇（sphingosine，簡稱So）和二氫鞘氨醇（sphinganine，簡稱Sa）的結構類似物，可競爭性結合神經酰氨合成酶，導致So和Sa的大量累積，從而減少復合鞘氨醇酯的合成，臨床上常用尿液、血液或器官組織中Sa含量/So含量的值升高作為FB1中毒的生物標記[2-3]。它的毒性主要包括神經毒性、免疫毒性、生殖毒性、器官毒性和致癌性。它對嚙齒類動物主要以肝臟和腎臟的毒素性為主，可引起馬腦白質軟化癥（equine leukoencephalomalacia，簡稱ELEM）和豬肺水腫，且與人類的食管癌、神經管型缺陷病也有一定的關系[4-5]。研究者表示伏馬毒素和黃曲霉毒素1（具有基因毒性和致癌性）之間可能存在一定的相互作用，具有誘導再生細胞的增殖潛力[6]。國際癌癥研究機構（International Agency for Research on Cancer，簡稱IARC）對伏馬毒素B1進行了評估，并將其評定為2B級致癌物[7]。本文在綜述伏馬毒素理化性質、國內外限量標準和檢測方法的基礎上，進一步對近年來我國玉米及其制品中伏馬毒素的污染現狀進行總結與討論，以期為我國糧谷中伏馬毒素限量標準的制定、風險監測和管控提供參考依據。

1 伏馬毒素的理化性質和限量標準

1.1 理化性質

伏馬毒素是一種由多氫醇和丙三羧酸組成的結構類似的雙酯化合物，包括1個由20個碳原子組成的脂肪鏈及通過2個酯鍵連接的親水性側鏈[8]，其化學結構式見圖1。伏馬毒素最早是由Gelderblom等于1988年研究南非人口中食道癌的發生率時發現的[9]。目前，已發現的天然伏馬毒素共有28種不同的異構體，可分為4種類型，分別為FA、FB、FC和FP，主要以伏馬毒素B族（簡稱FB）的形式存在。自然污染的情況下，FB1的污染最為廣泛，約占糧食污染中伏馬毒素的60%以上，毒性也最強，其中FB1、FB2和FB3含量的比例約為 12 ∶4 ∶1[1，10]。糧谷中伏馬毒素除了以上述游離形式存在外，還有很多隱蔽形式，如伏馬毒素在酸性環境中易水解，失去1個或2個丙三羧酸基團，從而形成水解伏馬毒素或部分水解伏馬毒素;通過與糖分子結合，從而形成伏馬糖苷;被脂肪酸酯化，形成脂肪酰伏馬毒素;此外，還可以與蛋白質共價結合[11-13]。

伏馬毒素的純品為白色針狀晶體，無紫外吸收和熒光特性，易溶于甲醇、乙腈和水。它在甲醇中不穩定，可降解成單甲酯或雙甲酯，但在-18 ℃下可穩定保存6周;在酸性條件中可水解成水解伏馬毒素，且其水解產物一樣具有一定的毒性[14]。它在乙腈-水（體積比1 ∶1）中穩定，25? ℃下可保存6個月;在pH值為3.5和9的緩沖液中，78 ℃下可保存16周。有報道表明，伏馬毒素在多數的食品加工過程中較為穩定，于100 ℃蒸煮30 min也不能破壞其結構，需在175 ℃下加熱60 min才能使90%的伏馬毒素降解[15]。

1.2 限量標準

1.2.1 食品中伏馬毒素的限量標準

目前，我國尚未制定食品中伏馬毒素的限量標準，國際上對食品中伏馬毒素的限量也無統一標準。只有部分組織、國家對食品中伏馬毒素的限量標準作出了較為詳盡的限定（表1）。聯合國糧農組織和世界世衛組織食品添加劑聯合專家委員會（FAO/WHO）將FB1、FB2和FB3總量的每日最大耐受攝入量定為 2 μg/（kg·d）[16-17]。對于食品中伏馬毒素的限量，主要限制的是伏馬毒素的總量，多數針對食用玉米及玉米制品，僅瑞士和法國制定了谷物及谷物制品中伏馬毒素的限量標準。根據消費群體、加工工藝、制成品的不同，各國之間伏馬毒素的限量標準差異較大，其中歐盟制定的食品中伏馬毒素限量標準分類最為詳盡，對嬰幼兒玉米制品谷物中伏馬毒素的限量最低，僅為200 μg/kg（表1）。

1.2.2 飼料中伏馬毒素的限量標準

我國最新GB 13078—2017《飼料衛生標準》規定了部分飼料原料和飼料產品中的FB1和FB2總量的限量標準。其中飼料原料玉米及其加工產品、玉米酒糟類產品、玉米青貯飼料和玉米秸稈中伏馬毒素的限量為 60 mg/kg，其他飼料產品中伏馬毒素的限量在5～20 mg/kg[23]。

2 伏馬毒素的檢測方法

伏馬毒素的檢測方法主要有薄層色譜法（thin layer chromatography，簡稱TLC）、酶聯免疫吸附測定法（enzyme-linked immunosorbent assay，簡稱ELISA）、高效液相色譜法（high? performance liquid chromatography，簡稱HPLC）和液相色譜串聯質譜法（liquid chromatography-tandem mass spectrometry，簡稱LC-MS/MS）。

薄層色譜法是真菌毒素的傳統檢測方法，20世紀被許多國家廣泛運用[24]，但由于操作繁瑣、重現性差、靈敏度低，已逐步被其他方法取代，目前該方法常用來作為伏馬毒素的制備、富集和提純[25-26];酶聯免疫吸附測定法一般采用競爭ELISA的原理，通過與標準曲線對比，對伏馬毒素進行定性或定量分析，該方法具有準確、快速、靈敏度高和特異性好等特點，經常作為快速檢測方法，廣泛應用于大批量樣品的初篩和現場檢測等。

高效液相色譜法因其操作方便、靈敏度高、穩定性好等優點，是目前國內外常用以檢測伏馬毒素的定量檢測方法之一。由于伏馬毒素本身并沒有特定的紫外吸收性，也不具備熒光特性，所以在使用HPLC分析前，須要先將伏馬毒素與衍生化試劑進行衍生，使其獲得熒光特性后，方可進行HPLC檢測。目前，伏馬毒素的衍生化試劑主要有鄰苯二甲醛（o-phthalaldehyde，簡稱OPA）、9-芴代甲氧苯酰氯、萘-2，3-二甲醛（NDA）、丹磺酰氯及6-氨基喹啉-N-羥基琥珀等，其中以OPA衍生的靈敏度最高，也最為常用[27]。但OPA衍生產物的熒光強度隨著時間延長逐漸降低，對衍生反應時間要求相對較嚴格，須要在衍生反應后2 min內進樣。Kaltner等建立了一種基于SAX柱凈化的反相液相色譜熒光檢測玉米中FB1和FB2的方法，該方法對FB1和FB2的檢出限分別為29.2、17.5 μg/kg，回收率在79.4%～98.0%之間[28]。Smith等采用9-芴代甲氧苯酰氯（FMOC-Cl）進行柱前衍生，使用高效液相色譜-熒光檢測器（HPLC-FID）檢測了飼料中的伏馬毒素1和伏馬毒素2，檢出限為 0.002 5 μg/mL，精密度為1.0%～16.7%，當加標濃度在0.1～30.0 μg/kg時，回收率為75.1%～115.2%[29]。

液相色譜-串聯質譜法一般采用電噴霧正離子和多反應監測模式對伏馬毒素進行檢測，和液相色譜不同，它不需要對伏馬毒素進行衍生化，且具有更高的檢測靈敏度、重現性和準確度，可以同時檢測游離伏馬毒素和隱蔽型伏馬毒素[30]。由于糧谷中的伏馬毒素在酸性環境下易水解成水解伏馬毒素或部分水解伏馬毒素，且可與樣品中的蛋白質或脂質等共價結合成三羧基伏馬毒素、脂肪酰伏馬毒素等。這些隱蔽伏馬毒素的毒性雖然尚不明確，但在動物腸道內有可能會轉化成游離伏馬，所以糧谷中隱蔽伏馬毒素檢測方法的建立對伏馬毒素的膳食風險評估具有重要的意義。但隱蔽型伏馬毒素的形態具有多樣性，單獨分開檢測工作較為煩瑣，所以一般在提取的過程中，采用堿水解的辦法，將游離伏馬毒素和隱蔽伏馬毒素全部水解成水解伏馬毒素后用LC-MS/MS進行檢測分析[12，31]。Brya 等采用同位素內標稀釋法建立了玉米及其制品中游離伏馬毒素（FB1、FB2和FB3）和水解型伏馬毒素（HFB1、HFB2和HFB3）的液質聯用的檢測方法，方法的定量限在12.5～22.0 μg/kg 之間，加標濃度在200～800 μg/kg時，方法回收率為82%～111%[32]。

3 我國玉米及其制品中伏馬毒素的污染現狀

伏馬毒素主要存在于糧谷中，以玉米及其制品中最為普遍，但在以糧谷為原料的一些產品中，也時有報道。如表2所示，近年來隨著檢測技術的不斷發展，人們對伏馬毒素的關注度逐漸提高，由原來單一的伏馬毒素1逐漸轉向了對伏馬毒素總量的關注，并且對隱蔽伏馬毒素毒性和污染的研究也越來越廣泛;部分玉米樣品中FB1的含量高達 10 000 μg/kg 以上，遠高于歐盟食用玉米的最高限量 4 000 μg/kg，除了常見的游離伏馬FB1、FB2、FB3外，FB4和隱蔽伏馬毒素均有被檢出的情況，具有較高的食用風險。

伏馬毒素主要污染玉米及其制品，孟繁磊等檢測了吉林省內采集的50份玉米樣品中的FB1和FB2，其中42個樣品中檢出FB1，檢出率為84.0%，污染水平在151.12～805.6 μg/kg之間[33]。Liu等對我國貴州、河北、內蒙等8個省份抽取的共249份玉米樣品中的伏馬毒素進行了檢測，中FB1和FB2的檢出率分別為66.7%和51.0%，最大值分別為 10 315、5 209 μg/kg，平均值為530、288 μg/kg[34]。Xing等對山東、河北、河南3省的44份基地玉米樣品中的伏馬毒素進行了測定，伏馬毒素1的檢出率為100%，最大值為315.9 μg/kg，平均值為116.5 μg/kg[35]。

玉米粉、玉米糝、玉米面等玉米制品中均有伏馬毒素的檢出（表3）。Yang等對我國安徽、河北、河南、江蘇、浙江等5個省份抽取的576份玉米及玉米制品樣品（203份玉米、80份玉米粉、86份玉米糝、207份玉米面）中的伏馬毒素（FB1、FB2、FB3）檢測的結果表明，其中FB1、FB2和FB3的最大值分別為9 845、2 307、1 090 μg/kg。玉米粉中的FB1污染最為嚴重，檢出率達95%，平均值為 592 μg/kg。玉米制品污染程度從高到低分別為玉米粉、玉米糝、玉米面、玉米[37]。張夢妍等對河北省2014年抽取的80份玉米面樣品中的FB1和FB2進行了測定，其中未檢出FB2，FB1檢出樣品9份，檢出率為11.25%，最大值為23.32 μg/kg，平均值為 1.14 μg/kg[36];Jiang等對山東省的玉米基的窩窩頭（41份）、饅頭（11份）、薄的玉米煎餅（8份）和玉米餅（30份）中的伏馬毒素進行測定，上述玉米制品中FB1、FB2和FB3的檢出率分別為94.4%、78.9%和92.2%，最大值為1 775、141.6、70.64 μg/kg，平均值為121.10、7.76、5.06 μg/kg[38]。

除游離型伏馬毒素外，玉米及其制品中隱蔽伏馬毒素潛在的污染風險同樣不可忽視，特別是霉變玉米，具有較高的污染風險（表3）。Hu等對我國山東省采集的20份自然晾干的玉米樣品（10份發霉、10份不發霉）以及從浙江省超市采集的38份玉米制品樣品（新鮮玉米粒12份和冷凍的玉米粒4份、玉米淀粉6份、玉米片4份、玉米糝8份和玉米粉4份）采用LC-MS/MS對游離型伏馬毒素（FB1、FB2）和水解伏馬毒素（HFB1、HFB2）進行了測定，結果發現所有玉米及其制品樣品中均有伏馬毒素的檢出。其中發霉的干玉米、正常干玉米、玉米片、玉米糝和玉米粉中的FB1、FB2、HFB1和HFB2的檢出率均為100%，4個冷凍玉米樣品中僅有1個樣品有HFB1檢出，其他伏馬毒素均未檢出。檢出率由高到低分別為干玉米（玉米片、玉米糝、玉米粉）、新鮮玉米、玉米淀粉、冷凍玉米。其中霉變干玉米中4種伏馬毒素的平均值均在13 706 μg/kg以上，HFB2的平均值最高（4 343 μg/kg），已經超出歐盟對食用玉米4 000 μg/kg的限量。除霉變干玉米外，其他玉米制品中FB1、FB2、HFB1和HFB2的最大值分別為2 993、764、7 226、1 211 μg/kg，存在一定的食用風險。FB1的污染程度由高到低分別為霉變干玉米、玉米片、玉米粉、玉米糝、干玉米、玉米淀粉、鮮玉米、冷凍玉米[43]。

同樣，國外玉米及其制品中伏馬毒素污染情況也時有報道。Hanvi等對多哥的55份玉米樣品中的伏馬毒素進行了測定，結果顯示FB1、FB2和FB3的檢出率分別為48%、30%和14%，最大值分別為1 838、586.4、185.6 μg/kg，陽性平均值分別為504.8、176、82 μg/kg[40]。對埃塞俄比亞的100份玉米樣品4種中伏馬毒素含量的研究結果表明，FB1、FB2、FB3、FB4的檢出率分別為70%、61%、51%、60%，最大值分別為11.831、3.732、1.603、1.364 mg/kg，平均值分別為0.606、0.202、0.136、0.085 mg/kg[44]。Hove等對津巴布偉的95份玉米樣品中的伏馬毒素檢測的結果表明，FB1、FB2和FB3的檢出率分別為95%、31%和3%，最大值為1 106、334、67 μg/kg，陽性平均值為242、120、57 μg/kg[42]。Adekoya等2015—2016年對南非32份玉米原料的啤酒中的伏馬毒素檢測結果顯示，FB1、FB2和FB3均有檢出，檢出率分別為53%、32%和6%，3種伏馬毒素的最大值分別為182、143、37 μg/kg，陽性平均值為151、96、36 μg/kg[39]。

4 結論與展望

玉米及其制品伏馬毒素的污染較為普遍，部分樣品（發霉的干玉米）中FB1高達 10 mg/kg，HFB1含量高達50 mg/kg，遠遠高于歐盟對伏馬毒素的最高限量標準（4 000 μg/kg），具有較高的食用風險。目前，我國雖然針對飼料原料中的玉米及其加工品中的伏馬毒素制定了相關限量標準，但暫無糧谷等食品中伏馬毒素的限量標準，而國際上對玉米等谷物食品中伏馬毒素的限量主要在1 000～4 000 μg/kg之間，因而建立我國糧谷類食品中伏馬毒素的限量標準迫在眉睫，一方面出于保護國內糧谷類食品的質量安全的需要，另一方面可進一步與發達國家的要求接軌，促進我國的進出品貿易。此外，監管部門應當加強對玉米及其制品中伏馬毒素的監控，密切關注玉米等糧谷中伏馬毒素的污染監測調查情況，為制定我國糧谷中伏馬毒素的限量標準提供數據支撐與理論基礎。

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