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真菌毒素及其檢測方法的研究進展

  作者: 來源: 日期:2003-01-01  

  真菌毒素(mycotoxin)是真菌產生的次級代謝產物,目前已知有200多種不同的真菌毒素。國內對真菌毒素及其檢測方法的研究主要是由衛生部門,特別是由食品衛生部門組織進行的,最終要通過技術立法建立有關的國家標準及有效執法,對危害嚴重的真菌毒素逐步實現有效監控,以完善我國的衛生保障體系,為進一步提高人民的健康水平做出貢獻。所以研究較為深入的對象集中在十幾種對人類危害大的真菌毒素,它們一般同時具有毒性強和污染頻率高的特點,其中包括黃曲霉毒素,主要是黃曲霉毒素B1和M1(Aflatoxins,FB1、FM1);赭(棕)曲霉毒素A(Ochratoxin A,OA);雜色(柄)曲霉毒素(terigmatocystin);展青霉素(Patulin,PTL);玉米赤霉烯酮(Zearalenone,ZEN(F-2));串珠鐮刀菌素(Moniliformin,MF)三硝基丙酸以及屬于單端孢霉烯族化合物(Trichothecenes)的T-2毒素(T-2 toxin,T-2);脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(嘔吐毒素)(Deoxynivalenol,DON);二乙酰鑣草鐮刀菌烯醇(Diacetoxyscirpenol DAS)等。

  由于真菌的寄生和真菌毒素的產生,嚴重影響農作物的產量,降低農產品和飼料品質,造成巨大經濟損失。據信,全世界每年由于霉變污染真菌毒素引起的農產品和工業原料的損失達數百億美元。我國谷物霉變主要發生在北緯31°線即長江以南地區,每年使糧食減產3~7%。1973年,小麥赤霉病大流行,穗發病率50%以上,產量損失10~40%。據調查,除糧食、飼料以外,在油料作物種子、水果、干果、蔬菜、調味品、煙草、麻類、乳和乳制品、魚蝦、肉類、發酵產品等都發現了不同程度的真菌毒素污染。

  根據作用的靶組織分類,真菌毒素可分為肝臟毒、腎臟毒、心臟毒、造血器官毒等。人或動物攝入被真菌毒素污染的農、畜產品,或通過吸入及皮膚接觸真菌毒素可引發多種中毒癥狀。如致幻,催吐,出血癥,皮炎,中樞神經受損,甚至死亡。動物試驗和流行病學的調查結果還證實,許多真菌毒素還可在體內積累后產生致癌、致畸、致突變、類激素中毒,白細胞缺乏癥等,對機體造成永久性損害。某些癌癥以及克山病等都與真菌毒素中毒有關。據不完全統計,自1972年至1987年,我國北方地區13個省發生食用變質甘蔗中毒病案825例,死亡78人,其中河北樂亭一次中毒死亡8人,而且相當比例的重病人遺留終生殘疾。經劉興介、羅雪云、胡文娟等5年多的研究證實是節菱孢產生的三硝基丙酸中毒。1989年5月在內蒙古哲里木盟扎魯特旗,由于居民食用玉米赤霉烯酮污染的蕎麥造成乳腺病暴發,累計發病103例,患病率14.49%。在消化道癌高發區的河南林縣,經流行病學調查發現,人們攝食中的DON、T-2毒素等含量與食管癌,賁門癌的發病率呈正相關。1986年以來,郭可大、李季倫、劉興介等人的研究,調查證明串珠鐮刀菌素可能是克山病的主因,該項研究目前仍在進行。

  在所有真菌毒素中,黃曲霉毒素B1的毒性、致癌性、污染頻率均居首位。黃曲霉毒素B1是已知毒性最強的天然物質,敏感動物(鴨雛經口)的LD50=0.294mg/kg,比氰化鉀的毒性高10倍。對AFB1致癌致突機理的研究證實,AFB1可由肝微粒體酶活化為親電子的AFB1-2,3環氧化物,這種環氧化物的C2與DNA的鳥嘌呤酮基結合形成AFB1_DNA加合物,再經去嘌呤反應形成AFB1_N7_鳥嘌呤,使DNA分子產生無嘌呤位置的缺口,最終造成DNA損傷。1987年,國際癌癥中心將黃曲霉毒素定為人類有足夠證據的致癌劑。

  一般真菌毒素都非常穩定,在烹調過程中不會被破壞,以下是部分真菌毒素的熔點。

  毒 素 熔點(℃) 分子量

  黃曲霉毒素B1 268 312

  黃曲霉毒素M1 299 328

  T-2毒素 466 162

  二乙酰鑣草鐮刀菌烯醇 366 131

  脫氧雪腐鐮刀菌烯醇 296 222

  雜色曲霉素 246 338

  赭曲霉毒素A 169 404

  玉米赤霉烯酮 164 318

  展青霉素 110 154

  丁烯酸內酯 116 138

  黃曲霉毒素1是已知各種真菌毒素中最穩定的一種。結晶的AFB1在高溫(200℃)及紫外照射下都不被破壞,在1kg/cm2條件下,4小時后僅破壞1/20,在pH1-3的強酸性溶液中稍有分解。在pH9-10的強堿性溶液中能迅速分解,但此反應可逆,即在酸性條件下又能恢復原來結構。用5%次氯酸鈉和丙酮可使AFB1完全分解,在實驗室中用此方法對器皿作解毒處理。

  國外運用現代科學技術手段對真菌毒素進行認真系統的研究是從1960年開始的。1960年6月至8月間,英格蘭南部及東部地區死亡10萬只火雞,解剖見肝臟出血及壞死,腎臟腫脹。組織學檢查發現肝實質細胞退行性變及膽管上皮細胞廣泛增生。當時病因不明,稱為“火雞X病”。經過2年多的研究調查,從飼料中巴西進口的花生餅粉中分離出黃曲霉,進一步研究,發現正是黃曲霉產生的一種熒光物質造成火雞的死亡,并將其命名為黃曲霉毒素(Aflatoxin)。其后許多學者證明黃曲霉毒素不但引發急性中毒癥,而且長期少量食用可引起實驗動物的癌癥。這一結果被廣泛重視,并由此帶動了對食品中常見真菌代謝產物的研究,在食品毒物學方面開辟了新的領域。1966年WHO/FAO首次規定了食品中黃曲霉毒素的最高允許量。1973年10月,WHO/FAO召開的化學污染會議將黃曲霉毒素的研究,列為16個優先研究項目中的首要項目。1976年10月在美國馬里蘭州召開第一屆國際真菌毒素會議,29個國家和地區的代表與會,會議對黃曲霉毒素研究的動向進行了重點介紹和討論。1987年,WHO/FAO/UNEP在泰國曼谷召開第二屆國際真菌毒素會議,會上已經統計到56個國家控制真菌毒素污染的立法情況。除了對黃曲霉毒素普遍提出了控制標準,許多國家還制訂了DON、OA、T-2、ZEN、PTL等真菌毒素的最高允許量標準。

  1975年,英國劍橋大學分子生物學研究室的Kohler和Milstein發表了著名論文“分泌預定特異性抗體的融合細胞的持續培養”,為用B淋巴細胞雜交瘤產生單克隆抗體的細胞工程新技術奠定了基礎,并以此榮獲1984年諾貝爾醫學、生理學獎。以單克隆抗體建立的酶聯免疫吸附測定方法(ELISA),具有敏感、特異、穩定、簡便的優點,非常適合真菌毒素的檢測,美、英、德、日等國很快竟相開展這方面的研究。1977年即有抗黃曲霉毒素B1的單克隆抗體問世。時至今日,幾乎所有重要真菌毒素的單克隆抗體免疫檢測方法均已建立。

  1970年以后,由于國際上對真菌毒素研究的進展和外貿部門提出必須對進出口糧食提交真菌毒素的分析報告, 衛生部開始將真菌毒素及其檢測技術的研究列入重點科研項目。1972年至1974年由中國醫學科學院衛生研究所組織各省市衛生防疫站及有關院校對22個省、市、自治區的糧油食品中的AFB1含量進行普查,采集、分析了約3萬份樣品。綜合此次普查和毒理實驗結果并參照國際通行標準,1975年全國食品衛生工作會議提出了我國第一份有關真菌毒素的強制性法規-AFB1最高允許量試行標準,經過幾年試行,于1978年6月1日作為國家標準(GB 2761-81)正式實施。鑒于1973年全國小麥赤霉病的特大流行,衛生部組織了由江蘇、上海等8省市參加的赤霉病麥科研協作組,對赤霉病麥中毒的病原菌、真菌毒素及檢測方法,動物毒性試驗及衛生標準進行了廣泛研究,分離出脫氧雪腐鐮刀菌烯醇和玉米赤霉烯酮等3種真菌毒素。近年來,有關單位對雜色曲霉毒素、赭曲霉毒素A、三硝基丙酸、串珠鐮刀菌素、黃曲霉毒素M1以及丁烯酸內酯等真菌毒素先后進行了研究和區域性污染調查。

  由于我國傳統飲食習慣中谷物比例大大高于西方,使得真菌毒素的危害更為突出。如在70年代全國普查中發現在我國北緯31°線以南地區采集的玉米、花生、花生油樣品的陽性檢出率為22.9~68.1%。1973年,湖北省黃崗、天門等10縣發生赤霉病麥中毒3000余人,安徽省也有200余人中毒。1991年安徽、河南部分地區因特大洪澇災害造成糧食霉變而在災區農民中引起較大范圍的真菌毒素中毒,一些地區的發病率超過70%。霉變小麥樣品中,T-2毒素的污染陽性率為96.9%。

  我國衛生工作者及有關部門經過多年持續不斷的努力,對真菌毒素的研究和污染控制已取得明顯進展。近年來,暴發性真菌毒素中毒已很少發生,某些與真菌毒素中毒密切相關的疾病也基本得到控制。如通過對變質甘蔗中毒的研究,搞清了病原菌及致病毒素后,采取了地區禁運、禁售的措施,北方地區已很少有甘蔗出售,三硝基丙酸中毒也得到控制。近年來,在克山病原病區如黑龍江、內蒙古、陜西等省區已很少發病。農村改革以后,產糧戶直接到糧站售糧,而霉變糧食是不準交售的,因此,糧食的生產者和經營者的責任心都有所提高。據國家糧食儲備局最近提供的情況,目前即使在南方各省,也很難見到黃曲霉毒素B1超標樣品。

  但是,由于經濟社會發展狀況的原因,我國目前對真菌毒素的衛生監控工作無論立法還是執法的水平都還與國外先進國家存在差距。真菌毒素衛生監控的立法即國家標準的建立由兩方面組成:一是建立真菌毒素檢測方法的國家標準,主要為真菌毒素允許量國家標準的建立和衛生防疫部門的執法、糧油食品和飼料貿易的貨物品質分析以及對引起真菌毒素中毒的污染物進行病因分析提供技術手段。二是建立食品和飼料中真菌毒素的允許量國家標準。這類標準屬于強制性執行的法規,在制訂過程中除了依據毒理實驗的結果,還必須進行相當規模的毒素污染調查,以確保所訂指標切合實際,與國家農業生產,食品、飼料供應的承受能力相符。在黃曲霉毒素B1允許量國家標準的制訂中就體現出這種矛盾。AFB1是強劇毒性、強致癌性物質。單純從毒理學的觀念看待食品中的AFB1,檢出即視為有毒,但也只能根據普查的實際情況,暫時按照目前規定的標準執行。當然,國外也存在同樣問題。1966年至1975年間,WHO/FAO就連續3次修訂了食品中黃曲霉毒素最高允許量標準,將其從30ppb逐步降低至15ppb。歐盟則規定從1998年起進口花生原料中的黃曲霉毒素限量由20μg/kg,花生制品由10μg/kg統一降至4μg/kg。即時將對黃曲霉毒素超標的花生出口國自動關閉歐盟15國市場。

  在這兩類有關真菌毒素國家標準的制訂工作中,建立檢測方法的工作進展較快。我國從1989年開始進行真菌毒素免疫檢測方法國家標準的研究,至今已建立了黃曲霉毒素B1等7種真菌毒素的免疫檢測方法,其中有些已經正式頒布實施,有些在審批過程中,其它重要的真菌毒素也有化學法等檢測手段。在國內非臨床檢驗試劑中,真菌毒素的檢測首先引入了單克隆抗體免疫技術。它的發展還促進了對其它生物毒素的研究,如河豚魚毒素免疫檢測方法的建立。

  但是,真菌毒素允許量國家標的制訂仍然滯后。目前只有黃曲霉毒素B1、M1,脫氧雪腐鐮刀菌烯醇、展青霉素等少數真菌毒素的允許量標準頒布實施。一些真菌毒素雖然已列入標準制訂計劃,但遇到很大困難。有關管理部門對無法直接產生經濟效益的項目資金投入十分有限。而體制改革以后,在真菌毒素的污染普查工作中已很難無償組織地方單位共同協作。由于尚有一些標準亟待建立,而且AFB1這樣的非安全性標準也需要適時修訂,所以有關真菌毒素立法的任務十分艱巨。真菌毒素的檢測方法,主要是由各級各類衛生監督部門在執法過程中使用,如果相應的法規不配套,那么已經建立的真菌毒素檢驗方法也就失去了用武之地。

  以下是國內幾種真菌毒素檢測方法的研究進展:

  1、黃曲霉毒素B1

  黃曲霉毒素B1是二氫呋喃氧雜萘鄰酮的衍生物。即含有一個雙呋喃環和一個氧雜萘鄰酮(香豆素)。前者為基本毒性結構,后者與致癌有關。

  國內最早研究真菌毒素免疫檢測方法的是中國醫學科學院腫瘤研究所的孫宗棠,他于1983年建立了AFB1單克隆抗體放射免疫測定方法。1992年,中國科學院上海細胞所李永鏞和上海醫科大學公共衛生學院殷芬、俞順章等人合作建立了AFB1單克隆抗體的酶聯免疫檢測方法。中國預防醫科院營養與食品衛生研究所和江蘇微生物所也先后建立了AFB1多克隆抗體的酶聯免疫測定方法。北京市營養源研究所路戈與中國醫科院腫瘤研究所王德斌和衛生部食品衛生監督檢驗所計融等人合作于1994年建立了規范的AFB1單克隆抗體酶聯免疫檢測方法,該法已列為國家標準(GB/T 5009.22-1996)。在1985年以前,另有幾種熒光色譜法列為國家標準(GB/T 5009.23-1996;GB/T 5009.24-1996)。其中薄層色譜法由衛生研究所和青島商品檢驗局于1973年建立(GB/T 5009.22-1996)。

  2、T-2毒素為劇毒(豬靜注LD50=1.2mg/kg),具有明顯的細胞毒,而且是體內蛋白質合成的抑制劑,有致畸性和致突性。中毒后嘔吐,腹瀉,嚴重時損傷造血組織。T-2毒素的免疫檢測方法由衛生部食檢所陽傳和、羅雪云、計融于1991年建立(GB/T 14933-94),方法最低檢出量為1ng/ml,敏感范圍為4-1000ng/ml。這是首次采用免疫技術建立的檢測真菌毒素的國家標準。

  3、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(嘔吐毒素,DON)是較早(1970年)被分離提純后命名的真菌毒素,毒性弱于T-2毒素,(小鼠經口LD50=9.2mg/kg)中毒癥狀類似,有明顯的致吐作用。DON經對甲基苯甲醛噴霧后呈黃色,衛生部食檢所魏潤蘊于1986年建立了DON薄層層析檢測方法(GB/T 14929.5-1994)。DON免疫檢測方法由衛生部食檢所陽傳和、計融于1992年建立,方法最低檢出量為5ng/ml,敏感范圍為5-1000ng/ml,該法已批準為國家標準(GB/T 14929.5-1994)。小麥、面粉、玉米及玉米粉中脫氧雪腐鐮刀菌烯醇限量標準已于1996年9月1日頒布實施(GB 16329-1996),最高允許量為1000μg/kg。

  4、二乙酰鑣 草鐮刀菌烯醇(DAS)的毒性強于T-2毒素(豬靜注LD50=0.367mg/kg),1992年,衛生部食檢所李業鵬、羅雪云等用酶標記單克隆抗體建立了檢測DAS的雙抗夾心酶免疫斑點檢驗方法,最低檢出量為10ng/ml,敏感范圍為2-1000ng/ml。

  5、玉米赤霉烯酮(ZEN,F-2)是另外一種從赤霉病麥中分離出來的真菌毒素(化學名稱為6-(10-羥基-6-氧基碳烯基)-β-雷鎖酸-μ-內酯,分子量為318),主要污染小麥、大米、玉米、蕎麥等谷物,是一種生殖系統毒素,有強烈致畸作用。ZEN在波長為254nm短紫外光照射下發出蘭綠色熒光,衛生部食檢所羅雪云、胡霞于1992年建立ZEN薄層層析分析方法,最低檢出量為50μg/kg。1993年中國農科院蘭州獸醫所王景琳、張志東等建立了ZEN單克隆抗體酶聯免疫檢測方法,最低檢出量為0.3ng/ml。1995年,北京市營養源研究所路戈等也建立了ZEN單克隆抗體免疫檢測方法,最低檢出量為1ng/ml,敏感范圍5-1000ng/ml,該法已通過國家標準審查。

  6、赭曲霉毒素A(OA)主要表現為很強的腎臟毒(大鼠經口LD50=20mg/kg)并有致畸性和致癌性,污染的谷物主要為麥類及玉米。在紫外光下赭曲霉毒素A呈綠色熒光,衛生部食檢所于1991年建立了OA薄層層析分析方法,已列入國家標準(GB 13111-91)。1992年該所陽傳和、羅雪云等又建立了OA單克隆抗體免疫檢測方法,也已經被批準為國家標準。

  7、黃曲霉毒素M1(AFM1)是AFB1經動物代謝產生的衍生物,可以從內臟、尿和乳汁中測出。尿或乳汁中排出的AFM1的量約為攝入AFB1量的1% 。AFM1的毒性(鴨雛經口LD50≈0.32mg/kg)僅次于AFB1,致癌性也相似。因此乳及乳制品中AFM1的污染控制是食品衛生工作的重要環節。我國規定牛乳中AFM1的含量不得超過0.5μg/kg,乳制品按實際含乳量折算(GB 9676-88)。1980年衛生研究所胡文娟、韓玉蓮(AFM1在波長365nm紫外光照射下呈蘭紫色熒光)建立了檢測幾種主要動物性食品中AFM1的薄層層析法,最低檢出量為0.1~0.5μg/kg(GB/T 5009.24-1996)。1992年中國預防醫科院營養與食品衛生研究所的劉興介等人利用美國威斯康星大學朱繁生教授提供的單克隆抗體應用ELISA直接競爭法測定了97份乳粉樣品中的AFM1含量。(陽性率84.5%,超標率39.2%,最高4.16ng/g)1996年,衛生部食檢所李燕俊、計融開始研究AFM1的免疫檢測技術,目前主要工作已經完成。

  8、雜色曲霉素(柄曲霉素,分子量324)是一種很強的肝及腎臟毒素。可導致膽管癌和肝癌,有致突性。但對食品的污染頻率較低。雜色曲霉素經三氯化鋁噴霧后加熱,可在365nm波長紫外光下呈黃色熒光。衛生研究所建立的檢測雜色曲霉素的薄層色譜法已于1984年列為國家標準(GB/T 5009.25-1996)。該法對大米、玉米、小麥的最低檢出量為25μg/kg,黃豆、花生為50μg/kg。

  9、展青霉素(PTL)有致癌性,也有致畸、致突作用,在水果制品中的污染較為嚴重。1998年衛生研究所劉勇、胡文娟建立了蘋果、山楂制品中展青霉素的薄層掃描測定法。該法于1994年列為國家標準,同時還規定了展青霉素的限量衛生標準(GB 14974-94)。1992年營衛所吳南建立了用高效液相色譜法測定展青霉素的方法,最低檢出量為2μg/kg。

  10、串珠鐮刀菌素(MF)屬劇毒物,有很強的心臟毒,中毒死亡后可見心肌壞死性病變,近年研究表明該毒素可能是克山病主因。串珠鐮刀菌廣泛污染糧食作物,其中對玉米的污染率較高。1984年,營衛所俞世榮、王玉華建立了串珠鐮刀菌素的薄層及高效液相色譜測定法。

  以上是對近年來國內對真菌毒素檢測方法研究進展基本情況的介紹,6從中可以看出,目前取得的這些成果已經能夠對真菌毒素的研究和真菌毒素污染的監督控制提供有效的技術支持,基本上達到了我們的目的。今后,有關真菌毒素的立法和宣傳教育還有大量工作要做,特別是免疫檢測方法還需要經過一段時間和推廣,才能為基層工作者掌握。

  

 
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