谷物加工中脱氧雪腐镰刀菌烯醇及其衍生物迁移转化规律研究进展

何万宣1,李萌萌1*,肖琳1,金瑞2,张素成1,宋云飞1,关二旗1,卞科1*

1(河南工业大学 粮油食品学院,河南 郑州,450001)2(洛阳市瀍河回族区市场监督管理局,河南 洛阳,471002)

摘 要 脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)是由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)和黄色镰刀菌(Fusarium culmorum)等真菌产生的单端孢霉烯族有毒次级代谢产物,广泛污染小麦、玉米等谷物及其制品。DON及其衍生物具有细胞毒性、免疫毒性等多重危害,部分衍生物可在消化过程中逆向转化为DON,对人体健康构成潜在威胁。该文阐述了谷物加工过程中DON及其衍生物削减、迁移及转化的研究进展,深入探讨不同加工工艺的脱毒效果,旨在为谷物安全加工、工艺优化、毒素精准防控技术研发及全谷物产业高质量发展提供理论支撑与技术参考。

关键词 脱氧雪腐镰刀菌烯醇;衍生物;迁移转化;加工;谷物制品

脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)是一种单端孢霉烯类真菌毒素,主要由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)和黄色镰刀菌(Fusarium culmorum)代谢产生,广泛污染小麦、玉米等谷物及其加工制品,已成为影响谷物安全的核心问题之一,其不仅具有细胞毒性、免疫毒性、急性毒性、遗传毒性以及致癌性,还可与其他真菌毒素产生协同效应[1-2]。DON在食品加工或生物代谢过程中可通过糖基化、氧化、乙酰化等途径转化为多种衍生物,这些衍生物难以被传统检测技术识别,且部分可在消化过程中逆转为DON,或产生与DON相似的毒性作用,导致实际暴露风险被低估[1,3]

我国居民膳食结构以小麦和稻谷为主要热量与营养来源,受DON污染的谷物经加工产业链传递后,仍有部分毒素残留于终端食品中,对人体健康构成威胁。食品加工过程中,DON及其衍生物会发生复杂的迁移与转化,不同加工方式对最终产品中毒素含量影响存在显著差异。现有研究主要聚焦于清理、研磨等传统加工环节的DON削减效果,但随着谷物深加工产业的快速发展,谷朊粉提取、玉米乙醇发酵等复杂工艺中的毒素迁移路径与转化机制尚未被充分阐明。因此,探究不同加工工艺对DON及其衍生物的影响,不仅是评估谷物制品膳食安全的关键,更是推动加工工艺优化与风险防控技术升级的核心前提。本文围绕谷物加工的关键环节,分析DON及其衍生物的含量变化与迁移转化规律,为谷物生产加工中DON及其衍生物的精准防控提供理论参考。

1 DON及其衍生物概述

1.1 结构及毒性

DON是雪腐镰刀菌烯醇的脱氧衍生物,分子式为C15H20O6,相对分子质量为296.32,其化学结构与衍生物的差异主要体现在取代基团的种类与位置(图1、表1)。DON具有良好的稳定性,在高温、高压及弱酸环境中耐受性强,而在碱性条件下易发生环氧基团开环,导致毒性降低[5]。DON的毒性效应源于其分子中的C12~C13位环氧基团与C3—OH基团:环氧基团可与细胞内核糖体肽基转移酶活性中心的氨基酸残基形成共价结合,破坏酶促反应空间构象,阻碍蛋白质合成;C3—OH基团则通过氢键作用增强与核糖体的结合亲和力,二者协同抑制DNA、RNA的合成[6-7]

表1 DON及其衍生物的结构[3-4]

Table 1 Structure of deoxynivalenol and its derivatives[3-4]

中文名称英文简称R1R2R3R4脱氧雪腐镰刀菌烯醇DeoxynivalenolDONOHOHOHCH33-乙酰基-脱氧雪腐镰刀菌烯醇3-acetyl-deoxynivalenol3-Ac-DONOAcOHOHCH315-乙酰基-脱氧雪腐镰刀菌烯醇15-acetyl-deoxynivalenol15-Ac-DONOHOAcOHCH37-乙酰基-脱氧雪腐镰刀菌烯醇7-acetyl-deoxynivalenol7-Ac-DONOHOHOAcCH3脱氧雪腐镰刀菌烯醇-3-葡萄糖苷Deoxynivalenol-3-glucosideDON-3GC6H11O6OHOHCH3脱氧雪腐镰刀菌烯醇-3-葡萄糖苷酸Deoxynivalenol-3-glucuronideDON-3GlcAC6H9O7OHOHCH3脱氧雪腐镰刀菌烯醇-15-葡萄糖苷酸Deoxynivalenol-15-glucuronideDON-15GlcAOHC6H9O7OHCH3脱氧雪腐镰刀菌烯醇-7-葡萄糖苷酸Deoxynivalenol-7-glucuronideDON-7GlcAOHOHC6H9O7CH3脱氧雪腐镰刀菌烯醇-3-硫酸盐Deoxynivalenol-3-sulfateDON-3-SO-sulfateOHOHCH3脱氧雪腐镰刀菌烯醇-15-硫酸盐Deoxynivalenol-15-sulfateDON-15-SOHO-sulfateOHCH33-异构-脱氧雪腐镰刀菌烯醇3-epimerization-deoxynivalenol3-epi-DONOH(S)-OHOHCH33-酮基-脱氧雪腐镰刀菌烯醇3-ketone-deoxynivalenol3-keto-DONOOHOHCH316-羟基-脱氧雪腐镰刀菌烯醇16-hydroxy-deoxynivalenol16-HDONOHOHOHOH去环氧-脱氧雪腐镰刀菌烯醇Deepoxy-DeoxynivalenolDOM-1C12、C13环氧基去环氧化

图1 脱氧雪腐镰刀菌烯醇及其衍生物的结构

Fig.1 Structure of deoxynivalenol and its derivatives

DON及其衍生物的毒性存在差异,根据肠上皮细胞毒性排序:脱氧雪腐镰刀菌烯醇-3-葡萄糖苷<<3-乙酰基-脱氧雪腐镰刀菌烯醇[7]。DON-3G因葡萄糖苷侧链形成的空间位阻,阻碍其进入核糖体A位口袋,毒性显著降低;乙酰化衍生物的毒性差异则与乙酰基取代位置密切相关,3-Ac-DON因C3位羟基被乙酰化,与核糖体的结合能力下降,毒性略低于DON,而15-Ac-DON能更高效激活丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)通路,表现出更强的细胞毒性[3,8]。此外,3-酮基-脱氧雪腐镰刀菌烯醇因C3—OH氧化为羰基,失去与核糖体结合的氢键位点,毒性降低;3-异构-脱氧雪腐镰刀菌烯醇通过C3位羟基差向异构化成为主要解毒产物[1,3,9]。去环氧-脱氧雪腐镰刀菌烯醇缺失C12~C13环氧基团,无法激活MAPK途径,毒性显著降低[8];脱氧雪腐镰刀菌烯醇-3-硫酸盐、脱氧雪腐镰刀菌烯醇-15-硫酸盐等硫酸盐衍生物的毒性机制尚不明确,仅发现DON-3-S可干扰细胞氧化还原稳态,其在胃肠道内是否转化为DON仍需动物实验验证。

1.2 DON及其衍生物间的转化

DON衍生物是指在植物生长代谢、粮食加工及微生物降解过程中,通过糖基化、乙酰化、去环氧、异构化等化学或生化反应生成的产物[10]。这类衍生物在传统提取条件下稳定性强,难以被常规检测技术识别,被称为“隐蔽型毒素”。尽管多数衍生物毒性低于DON,但在人和动物消化道内可经微生物代谢、酶解或其他代谢途径后重新转化为DON,导致谷物中DON实际浓度被低估[1,11]

不同生物体系对DON的转化路径存在显著差异,植物体内主要发生糖基化,生成DON-3G;动物及人体内以葡萄糖醛酸化为主,生成脱氧雪腐镰刀菌烯醇-3-葡萄糖苷酸、脱氧雪腐镰刀菌烯醇-15-葡萄糖苷酸;微生物介导的去环氧化(生成DOM-1)、乙酰化(生成3-Ac-DON、15-Ac-DON)、硫酸盐化(生成DON-3-S、DON-15-S)及谷胱甘肽化(生成脱氧雪腐镰刀菌烯醇-谷胱甘肽结合物(deoxynivalenol-glutathione conjugate,DON-GSH))等反应[7,12](图2)。这些转化路径直接影响衍生物的种类、分布及毒性效应,是谷物加工中毒素防控的重点关注内容。

图2 DON及其衍生物间的转化

Fig.2 The transformation between deoxynivalenol and its derivatives

1.3 限量

DON对谷物的污染贯穿收割、干燥、贮藏和加工全过程,其中小麦和玉米在生长阶段最易受污染。我国2011~2021年的监测结果表明,DON及其衍生物在小麦、玉米和稻谷中污染较为严重,且小麦及其制品的污染程度显著高于其他谷物[13]。不同谷物的污染特征存在差异,小麦及其制品主要受DON及3-Ac-DON污染,玉米及其制品以DON及15-Ac-DON为主,大米主要受DON污染,燕麦和麦片则以3-Ac-DON污染为主[13-15]

随着对DON衍生物毒性认知的深入,食品添加剂联合专家委员会(Joint Expert Committee on Food Additives,JECFA)和欧盟食品安全局(European Food Safety Authority,EFSA)已将其纳入风险评估范畴,EFSA明确DON、3-Ac-DON、15-Ac-DON、DON-3G的每日最大允许摄入量(tolerable daily intake,TDI)为1.0 μg/(kg·BW·d)[16]。尽管多数食品评估结果显示毒素估计每日摄入量低于该TDI值,但已有研究发现1 269名被研究者中有5%的居民每日膳食摄入量达到1.087 μg/(kg BW·d),已超过安全阈值[17-19]。目前各国已对谷物及其制品中的DON设定相关限值(表2),但仍未对DON衍生物进行限量,导致实际膳食暴露风险被低估,尤其对于小麦制品消费占比高的人群,需构建“DON+衍生物”联合限量体系。

表2 部分国家、地区、组织对DON的限量标准

Table 2 Partial maximum limit standards for DON in some countries, regions, and organizations

国家/地区/组织食品类别限量/(μg/kg)饲料类别限量/(μg/kg)参考文献中国玉米、玉米面、大麦、小麦、麦片、小麦粉1 000植物性饲料原料配合饲料(猪)5 0001 000GB 13078—2017《饲料卫生标准》欧盟未经加工的硬质小麦和湿磨法处理的玉米1 500配合饲料(猪)2 000[20]未经加工谷物(除硬质小麦、燕麦、玉米外)1 000面包、糕点饼干、甜点400婴幼儿谷物食品150美国用于食用的小麦制品(面粉、麸皮和胚芽)1 000配合饲料(猪)配合饲料(鸡)5 00010 000[21]加拿大未清洗软质小麦2 000[22]俄罗斯小麦大麦7001 000[11]日本去皮小麦1 100[23]韩国谷物(除玉米外)玉米婴幼儿谷物食品面粉1 0002 000200750[24]

2 谷物加工前处理对DON及其衍生物的脱除削减

谷物加工前处理通过物理分离、表面剥离、溶剂萃取等方式,可有效降低原料中的DON及其衍生物含量,为后续加工环节的毒素防控奠定基础,如表3所示。发病谷物籽粒作为DON及其衍生物的主要载体,清除病粒是前处理环节的核心目标。

表3 谷物加工前处理对DON及其衍生物的脱除削减

Table 3 Removal and reduction of DON and its derivatives by grain processing pretreatment

谷物名称真菌毒素削减方法脱除率/%参考文献玉米DONAc-DON手工分选96.395.7[25]玉米DON筛理色选16.2025.15[26]玉米DON脱皮处理10~34.9[27]玉米DONAc-DON浸泡40~60.432.3[28]小麦DON比重分选13.6~76[26]色选14.4~59.0小麦DON空气滤网清洁器、重力分离器74.7~88.9[29]小麦DON比重精选73.9[30]小麦DON清理(筛理、去石、擦皮除菌、色选)24.36[31]小麦DON筛分、冲刷、抛光45.4~52.7[32]小麦DON脱皮处理36~67[33]小麦DON浸泡31.28~57.3[34-35]小麦DON调质14.13~34.29[34,36]燕麦DONDON-3G3-Ac-DON脱壳处理59~924054[37-38]

2.1 比重分选

比重分选技术基于污染谷物与健康籽粒的比重及质量差异,借助机械振动、气流分级实现分离。受赤霉病侵染、霉变或发芽的谷物籽粒,因内部组织疏松、胚乳结构破损,比重显著低于健康籽粒,而DON及其衍生物的分布特性进一步放大了这一差异,极性较弱、亲脂性较强的衍生物(如3-Ac-DON)更易富集于病粒的疏松组织中,使病粒与健康籽粒的比重差异更为突出,通过分离轻质病粒可有效降低DON含量,为高效分离提供了技术依据。该技术对DON及其衍生物的脱除效果已得到充分验证:实验室条件下,单一重力分选对重质麦的DON脱除率为30.85%~31.07%,当与研磨环节联用时脱除率可达63.09%[39-40],其中极性较弱的衍生物因更易随轻质组分分离,脱除率高于DON;在基层粮库应用中,比重分选可使携带高浓度DON及其衍生物的赤霉病粒含量减少48.1%~52.3%[41];工业化应用中,比重复式清选机对小麦中DON的最高脱除率达48.56%,且脱除效果与原料初始DON含量呈正相关[42]。该技术具有低成本、无二次污染的突出优势,但仍存在谷物专用设备匮乏、分选工艺与实时检测技术脱节等问题。未来研究应聚焦于技术联用优化,如将比重分选与臭氧降解等技术、光学色选技术结合,同时优化分选参数,明确谷物容重、破碎粒比例与DON脱除率的相关性,填补其他谷物专用比重分选设备的研究空白。

2.2 色选技术

色选技术通过光学传感器识别赤霉病谷物与正常谷物的色泽差异,结合DON及其衍生物的分布特性实现霉变籽粒的精准分离。研究证实,色选技术处理受污染玉米后,DON含量降低25%;针对小麦的分选实验表明,在通道料液比20%的条件下,DON的脱除率可达36.7%,当分选精度提升至70%时,DON脱除率达47.8%;三轮光学分选处理可使小麦群体平均DON含量降低30%,且镰刀菌受损籽粒比例显著下降[26,43-44]。光学分选增强型基因组选择的提出,进一步实现了该技术的升级优化,在强化DON脱除效果的同时降低处理成本,还可辅助育种过程中抗性材料的筛选[45]。实际产业化应用中,色选技术在保障毒素脱除效果的前提下,最大化谷物资源利用率,为技术规模化应用提供量化参考。此外,应加强小麦染病籽粒光电检测关键技术研究,重点优化针对不同极性衍生物的光谱检测波段,夯实硬件设施与技术基础,为毒素精准检测与分离提供支撑[46]

2.3 表面处理

谷物皮层是真菌毒素与微生物的主要富集区域,DON及其衍生物的迁移能力与亲水性呈正相关,如亲水性较强的衍生物易随皮层水分渗透至近皮层胚乳,而极性较弱的衍生物则主要吸附于皮层纤维结构。因此,入磨前的脱皮处理可直接剥离毒素富集的皮层组织,有效降低DON及其衍生物向后续加工环节的迁移风险,其脱毒效果受谷物品种间籽粒硬度和麸皮层厚度差异的影响。不同小麦品种经脱皮处理后,DON含量降低36%~67%[33];刘晓萌等[47]使用柔性刮擦机进行脱皮试验,结果显示低、中度污染小麦的DON脱除率分别达69.2%和66.2%;温和脱皮技术的应用研究表明,当脱皮率控制在1.2%~20%时,可在有效剥除果皮、中间层、糊粉层及部分胚乳的同时,维持籽粒机械强度,避免过度破碎引发的毒素二次迁移,对后续制粉工艺造成不利影响[48]

在玉米加工领域,智能真菌毒素削减机的柔性擦皮技术展现出优异的DON脱除效能,且具有低破碎率的技术优势。轻度污染玉米经柔性擦皮处理后,DON脱除率达32.0%~34.9%,高污染玉米因DON及其亲水性衍生物已渗透至胚乳深层,单次处理的脱除率仅为10%~20%。值得注意的是,该技术的增碎率(0.24%)仅为传统设备(0.46%)的一半,可显著降低籽粒破碎引发的毒素二次迁移风险,为玉米加工过程中的毒素防控提供了高效技术路径[27,49]

燕麦加工的工业规模脱壳实验显示,经脱壳处理后DON含量降低60%,后续抛光处理可进一步脱除32%的DON,而脱壳前进行蒸汽软化处理,DON、DON-3G、3-Ac-DON的脱除效果最优,其残留率分别降至原料燕麦粒的41%、60%和46%。这一差异与衍生物的极性、亲水性结构特性密切相关,3-Ac-DON因乙酰基官能团赋予其较低极性与疏水性,对温和调制的热环境具有更高的敏感性,热诱导下其分子结构不稳定并随皮层同步剥离;而DON-3G因葡萄糖苷侧链引入极性基团,亲水性强于3-Ac-DON及DON,皮层结构松弛后更易随表面组织脱落,但由于其葡萄糖苷侧链与谷物皮层中纤维素、半纤维素等结合力略强于DON,导致其随皮层脱落的效率受限,脱除率略低于DON[37-38,50]

2.4 浸泡及调质过程

浸泡处理作为低成本、易产业化推广的谷物脱毒技术,传统溶剂浸泡以水、乙醇、碳酸钠溶液等为介质。亲水性较强的DON、DON-3G易随浸泡液发生迁移,而极性较弱的3-Ac-DON、15-Ac-DON更易吸附于谷物基质的疏水性区域,迁移率低于DON和DON-3G。这类毒素的迁移依赖于DON及其衍生物的水溶性或溶剂相容性,遵循“快速浸出-反向迁移-趋于稳定”的变化规律。研究表明,50%乙醇溶液能有效缓解水浸泡过程中的毒素反向迁移现象;而碳酸钠溶液浸泡24 h后,可使小麦中DON含量降至相关安全标准限值以下[51]。将浸泡与浮选或吸附剂联用,可显著提升DON及其衍生物的脱除效果。通过水溶液浮选去除穗腐病玉米后,DON含量减少60.4%,乙酰化脱氧雪腐镰刀菌烯醇(acetyl-deoxynivalenols,ADONs)减少32.3%,但该工艺脱除效果受籽粒完整性影响,破损籽粒因DON渗透至胚乳,浸泡后脱除效果较差;浸泡过程中添加吸附剂可使DON脱除率提升40%以上,但其对结合态毒素脱除效果有限[25,28]。近年来,臭氧水、等离子体活化水(plasma-activated water,PAW)等含活性介质的浸泡液展现出优异脱毒潜力,其核心作用机制均基于活性氧物质的强氧化特性实现DON降解。臭氧水浸泡时,臭氧分子在水溶液中快速分解产生羟自由基(·OH),该自由基具有强氧化还原电位,可精准攻击DON分子中活性较高的C12~C13位环氧基团及C9~C10位双键结构,促使环氧环开环、双键断裂,最终将DON降解为毒性显著降低的DOM-1及少量羟基化衍生物,如经臭氧水浸泡赤霉病小麦后,DON降解率最高可达44.12%[34]。PAW则通过低温气泡火花放电等方式制备,可同时产生·OH、单线态氧(1O2)、超氧阴离子自由基(·O2-)等多种活性氧物质,这些活性物质协同作用于DON的环氧基团和C3—OH等活性位点,·OH优先破坏环氧环结构,使其失去核心毒性骨架;1O2则攻击分子中的不饱和键,进一步断裂碳链,双重作用下DON分子结构彻底瓦解,降解产物以DOM-1和小分子有机酸为主,如经PAW处理后,大麦中DON降解率达57.3%[35,52]。这类新型浸泡液通过氧化作用实现DON降解与脱除的协同,且无化学残留,具有广阔的应用前景。

小麦调质作为制粉前的关键工序,不仅影响研磨效率与面筋分离效果,更是控制谷物微生物滋生和真菌毒素残留的核心环节。传统小麦调质工艺易引发微生物滋生和DON累积,而臭氧水与微酸性电解水(slightly acidic electrolyzed water,SAEW)等绿色氧化技术,凭借无残留、氧化活性强等优势,在微生物控制、真菌毒素降解及加工品质优化中成效显著。研究证实,臭氧水主要通过直接氧化作用与·OH的作用实现DON降解,经臭氧水调质后,小麦粉菌落总数降低67.64%,DON含量下降14.13%~19.99%;调质后通入臭氧处理,DON降解率可达33.33%[36,53];SAEW的杀菌与毒素降解功效主要依赖高活性HClO,HClO可穿透微生物细胞膜并破坏其酶系统,重塑小麦表面微生物群落结构,同时氧化DON分子中的活性官能团,使小麦中DON含量降低34.29%,还能温和调控小麦蛋白的交联聚合,增强面筋蛋白骨架稳定性[36,54]

3 研磨制粉工艺下DON及其衍生物的迁移分布规律

谷物制粉过程中的机械力仅能实现籽粒组分的物理分离,无法破坏DON及其衍生物的环氧基、酯基等关键化学结构,导致毒素在加工产物中主要呈现重新分布特征,该规律取决于制粉方式、毒素性质及谷物组分的差异。基于加工介质与分离原理的不同,制粉工艺可分为干法研磨和湿法研磨两大类,二者在毒素迁移路径、脱除效果及产品品质影响方面存在显著区别。更多关于研磨制粉后DON及其衍生物的迁移分布研究见表4。

表4 研磨制粉后DON及其衍生物的迁移分布规律

Table 4 Regularities of migration and distribution of DON and its derivatives after grinding and milling

谷物名称真菌毒素削减方法削减(-)/增加(+)(%)参考文献小麦DON研磨面粉 -23.67~60.31麸皮 +71.49~188.77[55]小麦DON研磨面粉 -10.30~46.96麸皮+31.91~159.13[31]小麦DON研磨面粉 -78.7麸皮 +36.9[56]小麦DONDON-3G研磨面粉 -79~90面粉 -23~39[57]小麦DONDON-3G研磨面粉 -61.8面粉 -23.7[58]小麦DON研磨面粉 -52.66~61.34麸皮 +66.96~81.77[59]小麦DON3-Ac-DON15-Ac-DON挤压面粉-3.80-60.7-61.5[60]

3.1 小麦制粉

干法研磨以机械破碎与筛分分级为核心工艺,通过逐步剥离麸皮、胚芽与胚乳组分实现分离,其毒素迁移的核心机制为DON及其衍生物,主要富集于皮层组织,胚乳中含量较低,且衍生物的迁移规律与其极性及亲水性差异相关。

传统干法研磨工艺中,毒素的分离效果随研磨精度呈现规律性变化,小麦粉中DON含量较原粮降低79%~90%,而DON-3G因部分随胚乳残留,含量较小麦籽粒下降23%~39%;麸皮中DON含量增至原籽粒的2倍,DON-3G含量为原籽粒的2.9~4.4倍[57];而3-Ac-DON、15-Ac-DON因乙酰基取代导致其极性较低、亲水性较弱,与麸皮中的脂质、蛋白质等疏水性组分形成较强的疏水相互作用,因此易被麸皮截留,经研磨后几乎全部富集于麸皮中,难以迁移至胚乳组分,但过度研磨会破坏麸皮纤维结构,导致截留的毒素随微颗粒混入面粉,同时造成皮层中维生素、矿物质等营养成分大量流失[16,57]。适度加工工艺通过柔性脱皮、分层剥刮等制粉新技术,结合实时轧距调控系统,实现胚乳精准分级,优先剥离毒素富集的皮层,去除3-Ac-DON、15-Ac-DON等衍生物,同时保留营养丰富的内层糊粉层,避免过度研磨引发的毒素二次迁移。

小麦湿法研磨以干法研磨制备的精细粉为原料,通过揉洗分离工艺实现淀粉、面筋蛋白及水溶性成分的高效分离,其核心脱除机制在于利用DON及其衍生物的水溶性差异,促使毒素从固体组分向水相迁移。干法研磨造成的谷物籽粒细胞壁破裂,使原本包裹于内部的毒素充分暴露,为湿磨过程中的溶出创造了条件,使DON及DON-3G(高水溶性)溶入水相中,而3-Ac-DON、15-Ac-DON(低水溶性)则因疏水性作用部分残留于固体相[5]。研究证实,3种典型湿磨工艺处理后,淀粉组分中DON近乎未检出,面筋蛋白中DON浓度较精细粉显著降低,但部分DON可能通过氢键作用与小麦蛋白形成稳定结合,进一步强化固体组分对毒素的结合稳定性[61-62]。湿法研磨的工艺参数不仅影响脱除效率,还会显著影响产品理化性质,采用温和的湿磨条件,既能避免淀粉颗粒过度破碎,又能促进面筋充分聚合,实现二者平衡。

3.2 玉米湿法加工

玉米湿法研磨以谷物浸泡为预处理,通过多级分离工艺实现蛋白质、淀粉、纤维等组分的提取,广泛应用于玉米淀粉、葡萄糖浆等食品级产品的工业化生产。该工艺通过物理分离、溶剂迁移、酶解转化等多重作用,实现DON及其衍生物的定向去除,而亲水性差异决定其迁移效率,亲水性较强的DON-3G易随浸泡液迁移,在淀粉产品中残留较低;疏水性的3-Ac-DON、15-Ac-DON则更易富集于蛋白质含量较高的副产物中。在玉米湿法加工制备淀粉的过程中,经多级洗涤处理后,淀粉产品中DON含量近乎为零,毒素高度富集于喷浆玉米皮、胚芽等副产物中;此外,湿磨前的干磨预处理可破坏籽粒组织结构,使其暴露出更多的DON及DON-3G,进而提升后续浸泡过程中毒素的削减效果[63-64]。与静止浸泡相比,逆流浸泡系统维持浸泡液浓度梯度,可使毒素迁移率提升15%~20%,该系统在线监测的pH值、温度等关键参数,为毒素迁移模型的优化提供了实时数据支撑,弥补了传统浸泡工艺参数调控的盲目性[63,65]。然而,湿法加工过程中浸泡液成分(如pH值、离子强度)对DON迁移机制、衍生物与基质成分相互作用的影响规律尚未明确,需通过分子动力学模拟与动态监测技术进一步探究。

4 谷物深加工过程中DON及其衍生物的迁移转化

谷物深加工是提升农产品附加值、完善农业产业链的关键环节,其加工产物广泛应用于食品、饲料、医药等多个领域,但DON污染对其产品质量安全构成严重威胁。

4.1 谷朊粉提取

谷朊粉作为谷物深加工领域的高附加值产品,其DON污染问题已成为制约产业高质量发展的焦点。湿法提取是谷朊粉生产中DON脱除的核心技术路径,由于DON较强的水溶性,在提取过程的洗涤环节可通过固液分离实现DON向水相的高效转移。研究证实,将受DON污染的小麦经研磨制粉后,分别以皮磨粉、心磨粉为原料进行湿法提取,最终制备的谷朊粉中DON含量均低于200 μg/kg,且水相中DON回收率达85%以上[66]。DON及其衍生物在提取过程中的分布具有显著差异,这一特征由其极性与亲水性差异决定。DON-3G因葡萄糖苷侧链赋予其强亲水性与极性,在洗涤过程中易随洗涤液迁移,导致精制谷朊粉中DON-3G的残留含量显著降低;而3-Ac-DON和15-Ac-DON因乙酰基取代基的存在,极性低、疏水性强,易与谷朊粉中蛋白质组分的疏水结构及活性位点形成稳定的疏水相互作用与氢键作用,导致其向水相迁移的比例显著低于DON,最终在谷朊粉中的残留率偏高[50,67]。此外,DON的分布与蛋白质的富集过程密切相关,如大麦加工过程中,蛋白质对DON的吸附富集作用,使谷朊粉的DON含量显著高于粗淀粉部分;而精制谷朊粉中DON含量较统粉低4.88%~12.11%,这可能是因为蛋白质的特定结构域可选择性结合部分DON,而后续洗涤过程则可脱除未结合及弱结合态的毒素,但过度洗涤会破坏蛋白质的空间构象,导致其水溶性增加,进而造成蛋白质的流失[68]。研究表明,采用不同湿法工艺提取小麦谷朊粉时,产品中DON含量均低于检测限,且毒素脱除效率与谷朊粉纯度之间无显著负相关关系,进一步证实DON的脱除主要由其自身水溶性特性决定,而非工艺对蛋白质纯度的调控作用[69]。现有研究已初步阐明谷朊粉提取过程中DON的分布规律,但对提取工艺参数(如提取温度、pH值、酶添加量)通过何种途径调控毒素与蛋白质的相互作用及迁移行为,其分子机制尚未明确,蛋白质与DON的相互作用需深入分析,且对DON-3G等结合态衍生物在提取过程中的转化机制缺乏针对性数据。

4.2 玉米深加工

玉米淀粉、麸质粉、淀粉糖等玉米深加工产品的DON污染控制,已成为制约行业高质量发展的核心问题。在湿磨法生产玉米淀粉的工艺中,浸泡工序是DON脱除的关键环节,利用DON良好的水溶性,部分DON从玉米胚乳中迁移至浸泡液中,使淀粉产品中DON脱除率最高可达81.7%,但该过程导致浸泡液中毒素浓度显著升高,因此需强化废水处理技术的研发与支撑[70]。为进一步提升淀粉产品的DON脱除效果,化学辅助浸泡处理成为关键技术手段。研究证实,采用二氧化硫、亚硫酸氢钠及亚硫酸等化学试剂进行浸泡处理时,通过改变体系pH值,破坏玉米蛋白的空间构象及氢键网络,削弱蛋白质与淀粉颗粒间的结合作用,同时使与蛋白质结合的DON释放至浸泡液中,最终使淀粉中DON残留量降至检出限以下,显著提升脱毒效果;而α-淀粉酶、糖化酶等酶制剂在湿磨工艺中主要通过特异性水解淀粉分子的糖苷键实现淀粉的液化与糖化,由于其催化活性具有严格的底物专一性,对DON及其衍生物无显著降解作用,因此无法替代化学辅助处理或物理迁移作用实现DON污染控制,酶制剂的研发应聚焦于提升淀粉转化效率,而DON污染控制需依赖浸泡参数(温度、时间、液固比)与化学试剂种类及浓度的协同调控[63,71]

玉米干法分离制糖技术通过脱胚、分级制粉与制糖工艺的联用,利用DON在玉米不同组织部位的分布差异,实现物料的精准分级与DON的分离,可有效降低胚乳加工产物中的毒素含量。与湿磨法相比,该技术无需消耗大量水资源,从源头避免了高浓度DON浸泡液的污染问题,且工艺能耗显著低于湿磨法,符合绿色加工的发展趋势,为工业化应用中毒素的低成本控制提供了新路径[72]。在玉米深加工的发酵体系中,微生物转化技术为DON脱毒提供了新方向,如大麦酒糟的脱毒研究表明,通过基因工程技术在酿酒酵母中表达3-乙酰转移酶,利用该酶的特异性催化活性,将9.2%~55.3%的DON转化为毒性更低的3-Ac-DON,且转化过程不影响酵母的乙醇发酵效率,同时因酶促反应消耗部分代谢中间产物,还能提升乙醇产量[69]。此外,部分乳酸菌(如Lactiplantibacillus plantarum)可通过脱环氧酶的催化作用,将少量DON转化为毒性更低的DOM-1,但在复杂的工业发酵体系中,由于乳酸菌与酿酒酵母等优势菌群存在竞争,导致乳酸菌的生长繁殖受限,脱环氧酶的表达量不足,该降解路径贡献有限[73]。但高污染原料中的毒素会抑制酵母中3-乙酰转移酶的活性,导致DON转化率显著下降,且关于3-Ac-DON相关毒性研究不足,工业化生产中酵母的酶表达稳定性与成本问题仍需解决。

5 谷物制品加工中DON及其衍生物的降解转化

5.1 面包制作及烘焙过程

面包制作包括和面、发酵、醒发、焙烤等多环节,各环节对DON及其衍生物的影响具有复杂性与差异性。发酵阶段对DON含量的影响具有双重性,一方面,DON因水溶性较强易被酵母细胞通过表面吸附作用捕获,或被乳酸菌等微生物分泌的特异性酶降解,同时酵母细胞内氧化还原酶可破坏DON分子的环氧结构,导致其含量降低[74-76];另一方面,发酵过程的温、湿度条件会激活小麦粉内源蛋白酶、糖苷酶,促使与大分子结合的DON前体物质释放为游离态DON,或使面包改良剂通过水解作用解离结合态DON,导致其含量升高[58,77]。DON衍生物的转化规律由其极性与亲水性差异决定,DON-3G因葡萄糖苷侧链赋予强亲水性与空间位阻效应,分子结构稳定性高,在发酵、醒发阶段难以被微生物酶识别,未出现显著含量变化;而3-Ac-DON、15-Ac-DON因乙酰基取代导致其极性降低、疏水性增强,与酵母细胞壁的疏水结构结合,同时微生物分泌的脱乙酰酶可特异性水解其乙酰基,使得发酵、一次发酵、二次发酵面团中3-Ac-DON浓度较原始小麦粉分别降低84.5%、65.5%和75.2%[67]。值得注意的是,和面至醒发阶段,3-Ac-DON、15-Ac-DON含量减少,而DON含量呈反向升高趋势并在醒发阶段达峰值,这一现象的核心机制是部分乙酰化衍生物发生去乙酰基反应转化为DON,且15-Ac-DON因乙酰基空间位阻更小,去乙酰化效率显著高于3-Ac-DON,成为DON含量升高的主要贡献者[73]

烘焙阶段的高温可直接破坏真菌毒素的结构,使面包中DON及DON-3G的含量显著降低,且面包表皮因直接接触高温,其DON含量低于内部面包囊[78]。热降解是该阶段的核心反应路径,DON分子可通过环氧基团开环、碳链断裂等方式生成norDONs A-F及isoDON等产物。现有研究表明,多数norDONs因分子中环氧基团被破坏或碳链缩短,毒性通常低于DON,如norDON A对人外周血淋巴细胞的细胞毒性显著低于DON,norDON B、C接近无毒;但部分norDONs仍具有一定的免疫毒性,可能抑制淋巴细胞增殖和细胞因子分泌,但其在体内的代谢是否会转化为毒性更强的产物尚未完全明确,因此在食品安全评估中需关注这类降解产物的累积暴露风险,避免因仅关注DON而低估实际健康危害[79-80]。此外,部分研究已在终端产品中检测到NorDON-3-Glc A-D和DON-3-Glc lactone,推测其形成机制与DON分子中葡萄糖结合键在高温下发生裂解,或其羟基与体系中羧基发生酯化反应形成内酯环结构相关[67,81]

不同焙烤条件对DON及其衍生物变化存在影响。较低温度的长时间烘焙可使DON含量降低16%~25%,ADONs含量虽较初始面粉下降,但仍高于发酵和醒发阶段,其机制可能是高温破坏酵母细胞壁,释放吸附的结合态ADONs,同时体系中乙酰辅酶A的存在可能促使DON发生二次乙酰化反应[82-83]。小麦-玉米混合面包的焙烤研究显示,160~220 ℃,DON含量随温度升高下降21%~33%,而短时间高温处理可能因毒素在面团内部的快速迁移导致含量暂时升高,这种差异与面团水分含量、pH值相关。同时,该混合体系中DON-3G含量显著增加201%~696%,这可能与美拉德反应产生的活性葡萄糖分子,在葡萄糖基转移酶催化下与DON发生糖苷化反应有关[84]。目前面包制作过程中衍生物转化的酵母种类、发酵温度、焙烤参数等调控因素尚未明确,对于DON热降解的分子动力学过程及降解产物的毒性特征研究不足,限制了工艺优化的科学性。面包制作过程中DON及其衍生物发生的变化见图3。

图3 面包制作过程中DON及其衍生物的变化

Fig.3 Changes of DON and its derivatives during bread making

5.2 馒头制作及蒸制过程

DON具有稳定的环氧结构与碳骨架,热稳定性较高,而馒头蒸制温度仅约100 ℃,因此用仅含DON污染的小麦粉制作馒头时,DON含量在全加工过程中保持稳定,且未检测到新衍生物生成。但当小麦粉中存在DON及其衍生物(3/15-Ac-DON或DON-3G)时,各环节均会发生特性依赖的转化反应,其核心差异源于衍生物的极性与结构稳定性,其中15-Ac-DON的乙酰基位于C15位,空间位阻远小于C3位的3-Ac-DON,更易被体系中的乙酰酯酶识别并水解,因此其去乙酰化转化为DON的效率更高,和面阶段3-Ac-DON、15-Ac-DON的转化率分别为53%~59%和57%~84%,发酵阶段因乳酸菌代谢产生的乙酰酯酶活性增强,转化率升至60%~69%和70%~90%,而蒸制阶段高温虽加速分子运动,但酶活性被部分抑制,转化率降至41%~54%和48%~62%[73,85]。这种转化可能与各加工环节的环境条件相关,和面阶段的机械力可破坏3-Ac-DON、15-Ac-DON的分子结构稳定性,或促使乙酰基发生水解反应;发酵阶段微生物代谢产生的酶进一步加速衍生物的结构变化;蒸制阶段的高温则加剧分子运动,促使化学键的断裂与重排[86-87]。DON-3G因亲水性强,与馒头体系中的淀粉、水分形成稳定氢键作用,在加工过程中易被糖苷酶识别并水解葡萄糖苷侧链,释放游离态DON。研究发现,使用无酵母且灭酶处理的小麦粉时,DON-3G仍可转化为DON,证实小麦粉中的直链淀粉或支链淀粉可能起关键作用,通过氢键或范德华力改变DON-3G的分子构象,使其更易被体系中残留的糖苷酶识别,且蒸制过程中淀粉糊化会暴露更多活性作用位点,进一步促进转化反应[86]。此外,小麦籽粒水溶性蛋白中的细胞色素P450可通过氧化作用辅助乙酰基解离,乙酰酯酶直接催化酯键水解,组蛋白去乙酰化酶则通过调节酶活性间接调控3-Ac-DON的去乙酰化过程[62]。但现有研究对不同小麦品种中淀粉直支比、蛋白活性差异与结构差异对DON衍生物转化效率的影响尚未明确,各加工因素之间的协同作用需进一步阐明。馒头制作过程中DON及其衍生物发生的变化规律见图4。

图4 馒头制作过程中DON及其衍生物发生的变化

Fig.4 Changes of DON and its derivatives during steamed bread making

5.3 面条制作及烹煮过程

面条加工中,DON及其衍生物的转化与迁移规律依赖自身亲疏水性。和面阶段的机械力破坏衍生物分子聚集态,水分的介入则为反应提供介质,促使3-Ac-DON、15-Ac-DON发生部分去乙酰化反应生成DON,导致体系中DON含量略有升高,但因转化率较低,差异未达统计学显著水平。从产品类型来看,干面条加工过程中DON含量较初始小麦粉降低,且原料中DON初始浓度越高,去除效果越显著,这与加工过程中的水分稀释及干燥阶段的浓缩效应相关;湿面条则因DON具有水溶性,煮制过程中游离态及部分弱结合态DON随水分进入煮面水,进而使其含量降低[67,88]。DON-3G因强亲水性,与DON的迁移规律相似,煮制过程中随水分迁移至煮面水中,导致面条中DON-3G含量显著降低;而3-Ac-DON、15-Ac-DON因疏水性强,与面条中蛋白质的疏水结构区域及淀粉的非极性区域形成稳定结合,煮制过程中迁移至水相的比例较低,残留率高于DON和DON-3G[89]。加碱面条(碳酸钠、碳酸钾等)在干燥和煮制过程中DON含量显著降低,这是由于碱性条件可破坏DON分子的环氧结构,使其转化为毒性较低的开环产物,同时高温与碱性的协同作用加速弱结合的蛋白质-DON复合物的解离,促进DON向水相迁移[88,90]。目前已明确面条加工中DON及其衍生物的含量变化趋势,但对碱的种类与添加量、煮制时间与温度等工艺参数对DON降解效率的影响研究不足,衍生物转化的具体机制需进一步深入探究。面条制作过程中DON及其衍生物发生的变化见图5。

图5 面条制作过程中DON及其衍生物发生的变化

Fig.5 Changes in DON and its derivatives during noodle making

5.4 啤酒制作过程

啤酒生产包括制麦(浸泡、发芽、烘烤)与酿造(糖化、煮沸、发酵)两大工艺环节,DON及其衍生物在此过程中经历复杂的迁移、转化和热降解过程。由于DON-3G、ADONs常与DON共存于麦芽及啤酒中,部分样品中乙酰化衍生物的含量甚至超过DON,其极性差异导致的迁移转化特性成为啤酒安全控制中不可忽视的关键因素。

制麦阶段的毒素变化与DON及其衍生物特性及酶促反应密切相关。浸泡期间,大麦吸收水分后酶活性增强,虽可能激活残留真菌孢子的产毒代谢,但由于DON及ADONs水溶性特性,其在浸泡液中的迁移效应占据主导,导致大麦中DON含量显著降低[91]。发芽阶段,适宜的温、湿度条件促进镰刀菌生长繁殖,同时葡萄糖基转移酶被激活,促使部分DON发生糖苷化反应生成DON-3G,导致DON及DON-3G含量上升[92]。烘烤工序作为制麦的收尾环节,通过热降解作用使DON含量降低20%~50%,这是由于高温破坏DON的环氧结构,同时可能诱导少量DON通过乙酰化反应转化为ADONs[93]。总体而言,DON含量在浸麦阶段呈下降趋势,发芽阶段偶有回升,最终以一定残留水平留存于成品麦芽中。

酿造阶段的毒素变化由酶促反应与高温条件协同作用。糖化阶段,蛋白酶水解麦芽基质中的蛋白质,破坏DON-蛋白质复合物,使DON释放并迁移至麦芽汁中,而α-淀粉酶、β-淀粉酶的作用则可能促使DON与糖类分子结合形成新型糖苷结合物。煮沸阶段的高温条件,一方面可直接降解部分DON,另一方面通过激活葡萄糖基转移酶,促使DON与葡萄糖苷发生共价结合,生成毒性更低的DON-3G,导致其含量呈现上升趋势。研究表明,酿造过程中DON-3G含量通常上升,而DON含量则因麦芽初始浓度差异可能出现增加或减少的不同趋势:当麦芽初始DON浓度较高时,稀释与降解效应主导使其含量降低;当初始浓度较低时,ADONs可能发生去乙酰化反应,导致其含量略有升高[94-96]。当前研究已较充分描述啤酒制作过程的毒素变化规律,但浸泡液固比、发芽温度、烘烤时间等关键参数对DON及其衍生物含量变化的调控机制尚未明确,衍生物之间的相互转化路径需进一步深入研究。啤酒制作过程中DON及其衍生物发生的变化见图6。更多关于谷物制品加工过程中不同阶段DON及其衍生物的变化研究见表5。

表5 DON及其衍生物在谷物制品加工过程不同阶段的变化

Table 5 Changes of DON and its derivatives during different stages of grain product processing

谷物制品名称真菌毒素加工方法削减(-)增加(+)(%)参考文献谷物制品名称真菌毒素加工方法削减(-)增加(+)(%)参考文献面包DONDON-3G和面发酵(30 ℃、90 min)醒发(30 ℃、60 min)焙烤(215 ℃、20 min)-3.9~11.8+19.3~71.2+21.1~62.6-63.4~74.8+1.9~7.1-3.8~17.9-11.5~35.1-71.4~84.6[88]面包DONDON-3G焙烤(240 ℃、14 min)-13-10[81]面包DONDON-3G焙烤(200 ℃、55 min)+22.0-65.2[97]面包3-Ac-DON15-Ac-DON发酵(30 ℃、80 min)醒发(30 ℃、60 min)-20~40-28~52-28~60-53~60[82]馒头DON和面发酵(38 ℃、60 min)蒸制(100 ℃、20 min)+3.7~6.8-4.4~17.2+96.8~156.5[57]馒头DON-3GDON3-Ac-DON发酵(38 ℃、60 min)蒸制(100 ℃、20 min)-40.4~61-43.8~74-45.5~70.1-36.8-21.1-33.6-13.8[98]饼干3-Ac-DONDON3-Ac-DON烘烤(130~180 ℃)-33.6-13.8-48.8~70.6-64.4[67]面条DONDON-3G和面醒发(室温、30 min)煮制(沸水、5 min)+0.2~3.7-6.7~26.5-42.9~56.4-6.3~9.1-20.8~162.5-71.2~90.9[67]挂面(无碱)DON和面(4 min)煮制(沸水、7 min)无变化-24.7~78.3[74]

续表5

谷物制品名称真菌毒素加工方法削减(-)增加(+)(%)参考文献谷物制品名称真菌毒素加工方法削减(-)增加(+)(%)参考文献挂面(碳酸钠添加量为1.0%)啤酒DONDONDON-3G浸泡发芽煮沸发芽煮沸-16.8~28.1-56.7~88.3-88.6+15~30-18~35+25~40+10~25[95,99]

图6 啤酒制作过程中DON及其衍生物发生的变化

Fig.6 Changes in DON and its derivatives during beer making

6 谷物加工全过程中DON及其衍生物削减效果的比较

不同谷物加工工艺对DON及其衍生物的削减、转化效果差异显著,适用场景各有侧重(表6)。比重分选+色选技术具有操作简便、成本较低、无二次污染等优势,可快速降低谷物初始毒素含量,适配规模化初加工环节;浸泡、玉米湿磨等工艺依赖溶剂迁移或多级分离,能针对性解决饲料生产、淀粉加工等场景的毒素残留问题;发酵、面条加碱煮制等工艺可与产品加工过程同步进行,无需额外增加脱毒工序,在面制品、啤酒酿造中能实现毒素削减与产品品质提升的协同。然而,多数工艺对衍生物的转化规律研究不足,如乙酰化衍生物在发酵中的去乙酰化机制、结合态毒素的释放路径尚未完全明确。因此,需持续开展研究,明确DON衍生物在谷物加工过程中的削减与转化规律。

表6 谷物加工过程中DON及其衍生物的削减、转化、降解效果对比

Table 6 Comparison of the effects of reduction, transformation, and degradation of DON and its derivatives during grain processing

加工工艺处理条件DON削减(-)增加(+)(%)DON-3G削减(-)增加(+)(%)3-Ac-DON削减(-)增加(+)(%)15-Ac-DON削减(-)增加(+)(%)适用场景参考文献比重分选机械振动+气流分级-11~76谷物前处理[39-40,42]色选通道料液比20%、分选精度70%-25~47.8谷物前处理[26,43]表面处理柔性刮擦-36~69.2制粉前处理[33,39,48]智能真菌毒素削减机蒸汽软化+脱壳+抛光-10~34.9-59~92-40-54玉米初加工加工前处理[27,49][37-38]浸泡蒸馏水臭氧水等离子体活化水-80-44.12-57.3强化营养食品预处理脱毒[14][34-35]调质微酸性电解水臭氧水-34.29-56.7~85.4制粉前调质[36,54,100]研磨制粉小麦干法研磨小麦湿法研磨玉米湿法加工-23.67~60.31(面粉)+71.49~200(麸皮)->40-23~39+290~440小麦粉生产淀粉、谷朊粉生产玉米淀粉、葡萄糖浆、饲料生产[57,55,81][101]谷朊粉提取洗涤+分离-85%谷朊粉生产[61,66,70]玉米湿磨添加二氧化硫/亚硫酸氢钠48~52 ℃、2 h浸泡-81.7-50~70淀粉生产[63,70-71]玉米干法分离制糖物料分级淀粉糖生产发酵酵母-乙酰转移酶-9.2~55.3+55.3大麦脱毒、乙醇发酵[69]面包制作和面(室温)发酵(30 ℃、80~90 min)醒发(30 ℃、60 min)烘烤(215 ℃、20 min;240 ℃、14 min;200 ℃、55 min)-3.9~11.8+19.3~71.2+21.1~62.6-21~74.8+1.9~7.1-3.8~17.9-11.5~35.1+201~696-20~40-28~52-28~60-53~60面包生产[81-82,88,97]馒头制作和面(室温)发酵(38 ℃、60 min)蒸制(100 ℃、20 min)+3.7~6.8-4.4~17.2+96.8~156.5-40.4~74-45.5~70.1-53~69-41-54-70~90-48~62馒头生产[57,85-87]

续表6

加工工艺处理条件DON削减(-)增加(+)(%)DON-3G削减(-)增加(+)(%)3-Ac-DON削减(-)增加(+)(%)15-Ac-DON削减(-)增加(+)(%)适用场景参考文献面条制作和面(室温、1%碳酸钠)醒发(室温、30 min)煮制(100 ℃、5~7 min)+0.2~3.7-6.7~26.5-24.7~88.3-71.2~90.9-76.3-82.5面条加工[88]啤酒制作浸泡发芽烘烤糖化+煮沸发酵-88.6+15~30-20~50-18~60-53+127+107.3+6.6~23.17啤酒制麦阶段啤酒酿造阶段[91,93,99][95]

7 结论与展望

DON稳定性强,加工过程难以直接破坏,其衍生物常与DON共存并易转化为DON,带来潜在危害。谷物从原料到最终产品的加工过程会发生复杂的物理化学反应,不同工艺的脱毒效果受样品毒素污染类型与初始浓度、机械力搅拌、酶制剂和食品改良剂的使用、发酵工艺参数及焙烤温湿度条件等因素影响,均会改变真菌毒素的稳定性,导致毒素含量变化趋势不同。此外,高污染谷物单纯依赖脱皮、筛理等物理方法难以彻底去除毒素,且部分工艺存在毒素迁移风险。因此,还需要进一步优化工艺参数、明确衍生物转化机制,推动技术与不同加工场景的适配,以满足谷物加工中毒素高效防控的应用需求。掌握谷物加工过程中DON及其衍生物的削减、迁移及转化规律,对有效削减DON及建立风险评估体系具有重要意义。

目前关于谷物及其制品中DON的削减,多数研究集中在DON的降解效果,但对衍生物的关注较少,仅有少数研究关注DON-3G、3/15-Ac-DON的转化,且转化机制仍需深入研究。结合最新研究进展,现有研究还存在以下问题:1)加工-贮存协同作用对DON的影响机制不明确,加工后产品贮存期间的毒素反弹规律尚未阐明;2)部分DON衍生物,如DON-3-S的毒性差异及加工转化规律研究不足,现有标准尚未覆盖全部衍生物;3)新型脱毒技术的成本控制与工业化应用瓶颈,如PAW工业化设备、纳米酶制剂的生产成本较高,限制大规模推广。随着相关研究的进一步深入、智能化加工设备的普及和精准防控技术的发展,谷物加工中DON及其衍生物污染的风险将得到进一步控制,为粮食安全提供有力保障。

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Research progress on the regularities of migration and transformation of deoxynivalenol and its derivatives in grain processing

HE Wanxuan1, LI Mengmeng1*, XIAO Lin1, JIN Rui2, ZHANG Sucheng1, SONG Yunfei1, GUAN Erqi1, BIAN Ke1*

1(College of Food Science and Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)2(Luoyang Chanhe Hui District Market Supervision and Administration Bureau, Luoyang 471002, China)

ABSTRACT Deoxynivalenol (DON) is a toxic trichothecene secondary metabolite produced by fungi such as Fusarium graminearum and Fusarium culmorum, which extensively contaminates cereals (e.g., wheat, corn) and their products.DON and its derivatives exhibit multiple toxicological effects, including cytotoxicity and immunotoxicity.Certain derivatives can be reversely converted to DON during digestion, thereby posing a potential threat to human health.The research progress regarding the reduction, migration, and transformation of DON and its derivatives during grain processing is expounded, and the detoxification effects of various processing technologies are thoroughly investigated, with the aim of providing theoretical support and technical references for the safe processing of cereals, process optimization, the development of precise toxin control technologies, and the high-quality development of the whole-grain industry.

Key words deoxynivalenol;derivatives;migration and transformation;processing;grain products

第一作者:硕士研究生(李萌萌副教授和卞科教授为共同通信作者,E-mail:limeng112578@126.com;kebian@163.com)

基金项目:十四五国家重点研发计划项目(2023YFF1104600);河南省科技攻关项目(242102110107);河南省高等学校青年骨干教师培养计划项目(2024GGJS057)

收稿日期:2025-11-27,改回日期:2026-01-20

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.045287

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