儲糧微生物的危害及控制

apple12151007 2011-3-15 15:16

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簡介

微生物形態小、數量大、繁殖快，具有較強的適應性。糧食微生物的活動，不僅會影響糧食的安全儲藏，導致糧食質和量的損失，而且可能產生真菌毒素污染，嚴重影響食用者的健康安全。

　　摘要微生物形態小、數量大、繁殖快，具有較強的適應性。糧食微生物的活動，不僅會影響糧食的安全儲藏，導致糧食質和量的損失，而且可能產生真菌毒素污染，嚴重影響食用者的健康安全。本文就儲糧有害微生物的污染狀況及其造成的危害進行了分析；并總結分析了國內外在儲糧微生物研究和控制方面所做的工作及近期研究動態；最后針對目前此領域的發展現狀，提出關于今后儲糧微生物研究方面的幾點期望。
　　關鍵詞糧食微生物危害安全儲藏研究
　　糧食含有豐富的碳水化合物、蛋白質、脂肪及無機鹽等營養物質，是微生物生長的天然培養基。世界各地所產的糧食、糧食加工產品及飼料上都有大量微生物存在，這些微生物包括病毒、細菌、放線菌、真菌。其中數量最大、對糧食危害最為嚴重的是霉菌及其代謝產物。這一類個體微小不易觀察的生物造成的危害卻不容忽視。糧食微生物在環境適宜的條件下，可以分解糧食中的有機物質，使之變質、霉腐，因而使糧食出現變色、變味、發熱、生霉等癥狀，不但嚴重影響糧食安全儲藏，導致儲糧品質劣變，而且還可能產生毒素污染，危及人畜健康[1,2]。
　　1 儲糧有害微生物及其危害
　　在與糧食儲藏相關的微生物中，放線菌和酵母菌的數量很少，對儲糧安全影響不大；細菌數量雖多，但由于生長條件的限制，其對儲糧的危害遠不及霉菌。霉菌是危及糧食安全的主要微生物類群。
　　1.1 有害微生物在糧食中的污染情況
　　谷物不能及時干燥或儲藏期間水分過高，就有利于霉菌的生長，導致儲糧數量損失及品質降低，尤其是在溫度較高時儲糧損失更為嚴重。在熱帶、亞熱帶氣候地區，大多數糧食是在濕熱季節收獲。對于農戶來說，他們缺少相應的干燥設備，不能及時干燥糧食，只能在濕熱條件下儲存糧食，這樣由于霉菌的大量滋生導致糧食迅速變壞。即使糧食收獲后及時曬干了，在濕度較高的條件下儲藏仍然會導致儲糧水分含量回升，加速糧食霉變。此外塵介雜質較多的不潔凈糧食攜帶微生物數量多，受機械損傷或害蟲危害的破損糧粒極易感染微生物。據聯合國糧農組織FAO統計，歐洲及發展中國家每年由于害蟲及霉菌危害造成的糧食產后損失至少在10%-15%。
　　在80年代初，部分專家集中對我國主要糧食（包括稻谷微生物區系、小麥微生物區系、玉米微生物區系）、油料微生物區系作了調查。其中全國小麥微生物區系中真菌30屬，101種，酵母屬3屬，細菌3屬，放線菌1屬[3]。
　　稻谷上的霉菌有41屬，117種。其中優勢菌31種，常見菌35種，少見菌49種。稻谷進入儲藏期后田間真菌大幅度下降直至消失，而被儲藏真菌所替代，主要的儲藏真菌有黃曲霉、灰綠曲霉、白曲霉、雜色曲霉，構巢曲霉、黑曲霉、青霉等。由于稻谷產區地理位置、氣候條件及收藏方式不同，稻谷上帶菌量存在著明顯的差別，其數量級水平為102-108個/g不等。我國西北、東北地區稻谷帶菌量普遍較低，種類也較少；而華東，中南地區稻谷帶菌較高，種類也較復雜。
　　我國東北玉米分離出鐮刀菌屬14種，青霉屬12種，曲霉屬13種，其他21屬真菌及酵母菌1屬。優勢菌為串珠鐮刀菌(F. moniliforme)、頭孢霉（Cephalosporium cordu）、草酸青霉；常見菌有芽枝霉、交鏈孢霉、木霉、毛殼菌、禾谷鐮刀菌、黃色鐮刀菌、產黃青霉、產紫青霉、圓弧青霉、雜色曲霉和灰綠曲霉。儲藏期田間真菌迅速減少，但儲藏真菌尤其是曲霉則上升較快[4]。
　　有些霉菌的產毒菌株在適宜條件下產生的真菌毒素是嚴重危及人畜健康的一類物質。根據2003年成都糧食儲藏科學研究所對全國128份小麥、稻谷、玉米樣品的6種主要真菌毒素（黃曲霉毒素、T-2毒素、DON毒素、赭曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、伏馬毒素）的調查，結果表明玉米中玉米赤霉烯酮和伏馬毒素的檢出率較高，其次為黃曲霉毒素，其中長江以南地區生產和儲備的糧食中黃曲霉毒素污染率高于長江以北地區，T-2毒素和DON毒素檢出率較低。小麥樣品中玉米赤霉烯酮和赭曲霉毒素感染率高，其次為黃曲霉毒素，T-2毒素和DON毒素檢出率較低。稻谷樣品中赭曲霉毒素的檢出率最高，其次為黃曲霉毒素和T-2毒素，其余毒素檢出率和含量都很低。
　　1.2 糧食微生物的危害
　　1.2.1 微生物浸染對儲糧品質的影響
　　糧食霉變對糧食品質產生的不利影響表現在：重量減輕、水分增加、脂肪酸值升高、酸度升高、氣味不正、發芽率降低、工藝品質變劣等，從而降低了食用及飼用品質，甚至完全喪失使用價值。
　　1.2.2 微生物對人畜造成的危害
　　霉菌的次級代謝產物真菌毒素會對人畜健康造成威脅。真菌毒素對機體的危害可體現在其對機體各個器官的損害，包括肝臟、腎臟、脾臟、大腦、肺、消化系統、皮膚和生殖系統。真菌毒素可引起許多嚴重病變，歷史上曾有幾次嚴重的真菌毒素污染事件，如歐洲的麥角中毒曾造成幾千人死亡；20世紀30年代葡萄穗霉毒素中毒曾造成大批牛死亡；1960年在英國東南部由于黃曲霉毒素污染引起10萬只火雞死亡。真菌毒素由于種類、劑量的不同，造成機體危害的表現也是多樣的，可以是急性中毒，也可是肝臟中毒、腎臟中毒、神經中毒、致癌、致突變。
　　在所有真菌毒素中以黃曲霉的毒性最強，因為它們可引起肝中毒、突變、癌變和免疫抑制等。沒有其它毒素有像黃曲霉素這樣如此廣泛的毒性。黃曲霉毒素是一組極毒的化學物質，主要由黃曲霉 (Aspergillus flavus) 寄生曲霉 (A.parasiticus) 產生。隨氣候條件由溫帶到熱帶，地勢由高地到低洼草原地區，糧食、食品中黃曲霉毒素隨之增高，人畜攝入的機率也越高。黃曲霉毒素有很強的急性毒性，也有明顯的慢性毒性及致癌性。動物急性中毒主要表現為胃腸紊亂、貧血、黃疸、肝臟損傷，急性中毒AFB1最強。慢性中毒表現為生長緩慢、發育停滯、體重減輕，生殖能力降低，可降低產奶和產蛋量，造成免疫抑制和反復侵染。人類食用被黃曲霉毒素污染嚴重的食品后可出現食欲減退、發熱、腹痛、嘔吐，嚴重者2-3周內出現肝脾腫大、肝區疼痛、皮膚粘膜黃染、腹水及肝功能異常等中毒性肝炎癥狀。也可能出現心臟擴大、肺水腫，甚至痙攣、昏迷等癥。一些發展中國家(印度、烏干達)已報道了黃曲霉毒素急性中毒的病例。如1974年印度兩個邦中的居民吃了發霉的玉米后，397人發生中毒性肝炎。癥狀是發燒、嘔吐、厭食、黃疸，以后出現腹水、下肢浮腫，很快死亡。1988年國際癌癥研究機構將黃曲霉毒素B1列為1A類致癌物質，人類長期低劑量接觸可能會有影響，在亞洲和非洲進行的多項流行病學調查及研究表明，食物中黃曲霉毒素B1的含量與肝細胞癌（HCC）密切相關。在食物中黃曲霉毒素污染嚴重地區，居民肝癌發病率升高；非洲和東南亞一些地區肝癌發病率比歐洲和美洲要高得多，這可能與非洲和東南亞一些地區黃曲霉毒素污染食品較為嚴重有關。
　　赭毒素是溫暖地區最重要的倉貯毒素。赭曲霉毒素對動物的腎臟危害最大，可以導致腎癌，此外它對肝臟也有損害，還有免疫抑制、致畸性[5]。赭毒素A是致癌很強的一種毒素。據報道，每公斤飼料中含有0.2~0.3毫克赭毒素A就能使豬雞中毒。反芻動物的易感性要小得多，因為其瘤胃中的微生物會將毒素降解。歐盟國家對赭曲霉毒素在食品中的限量標準極其嚴格，規定在谷物中不得超過5 ppb，在谷物制品中不得超過3 ppb，在干鮮果品中不得超過10 ppb，中國對谷類豆類中最新限量是5ppb[6]。
　　玉米赤霉烯酮具有較強的生殖毒性和致畸作用，可使動物發生雌激素亢進癥，導致動物不孕或流產，對家畜特別是對豬和羊的影響較大，它能給畜牧業帶來經濟損失。奧地利的人類食物標準為60 ppb，巴西的人類食物標準為200ppb，法國為200ppb，中國對小麥、玉米中玉米赤霉烯酮的限量標準為60ppb，玉米，俄羅斯為1000ppb。歐共體至今沒有最大限量標準的設置，但有9個國家規定為1000ppb（人類食物中）[7]。
　　伏馬毒素(Fumonisins)，可導致馬腦白質軟化癥（Equine Leuko-encephalomalacia ELEM），能誘發豬肺水腫（Porcine Pulmonary Edema, PPE）并被懷疑可誘發人類的食道癌等疾病，從而對畜牧業及人類的健康構成威脅。美國FDA的推薦限量標準，人類消費的玉米產品2-4ppm，動物消耗的玉米產品為5-100ppm。瑞士人類消費的玉米產品限量為1ppm。
　　T-2 毒素是常見的污染田間作物和庫存谷物的主要毒素，對人、畜危害較大。中國對飼料及原料中T-2毒素的限量為80 ppb。
　　DON毒素對豬會產生毒性，對人產生食物中毒性白細胞缺乏癥。動物飼料中嘔吐毒素的中毒癥狀表現為:厭食、嘔吐、消化道發炎、白血球下降、白尿、運動失調、內臟出血、中樞神經系統細胞變質，細胞生長上表現出抑制蛋白質合成和DNA合成的作用。因此，一般要求動物飼料中的DON不得超過2ppm，而人類消費品中的含量不得超過1ppm。美國食品和藥物管理局獸醫中心最近為動物飼料規定的限量是4ppm。
　　2 對儲糧微生物的研究及控制
　　糧食是活的有機體，是微生物的永久基質[8]，對這個與糧食儲藏息息相關的影響因子，進行廣泛深入的研究是重要而且必要的。在我國從20世紀中期開始，隨著一批糧食科研機構的建立，對于糧食儲藏方面進行了比較深入的應用基礎性理論研究，其中包括對儲糧微生物方面的研究及控制。
　　2.1 儲糧霉菌
　　2.1.1 早期研究
　　A）在儲糧霉菌方面，我國專家在80年代進行了一次全面集中的中國糧食和油料微生物區系調查，共查出50個霉菌屬182種霉菌。之后雖然也有院所做了一些糧食微生物區系調查，但規模都較小。此外專家們采用不同儲藏技術措施對糧食微生物演替規律的影響進行了研究。
　　B) 在霉菌檢測方面已經普及的電子測溫技術所能提供的微生物活動信息也是遲后或有限的。采用平板計數法通過檢測污染霉菌的種類和數量來判斷儲糧微生物感染情況，這種方法目前在廣泛使用。但由于此傳統方法耗時長，有時待糧食中污染霉菌的種類和數量搞清楚后，有些損失已無法挽回，檢測結果相對糧情來說有滯后性，且所得的結果不能準確反映微生物的生理狀態，較難達到保證儲糧安全的目的。
　　C) 在霉菌控制方面，我國從上世紀中期，在防霉問題上深入研究糧堆各種生態因子對霉菌生態的關系，另一方面集中研究高水分糧食防霉應急處理措施。對于高水分糧的應急措施，研究試驗了亞硫酸銨、正丁醇、丙酸、丁酸、丙酸與氨水混合液、臭氧等防霉劑。
　　2.1.2 近期研究及發展
　　近些年來，此領域的專家也進行了一些深入的研究，主要集中在對微生物快速檢測的研究。河南工業大學的蔡靜平教授，以微生物細胞中與代謝活動密切相關的酶活力變化為依據，建立儲糧微生物活性新概念，開發了微生物快速檢測儀，快速檢測糧食的微生物數量變化，監測儲糧品質，為有效控制儲糧微生物提供了及時準確的信息[9]。華中農大的陳福生進行了酶聯免疫法快速檢測儲糧污染曲霉研究，通過ELISA檢測谷物中曲霉的胞外多糖快速反映谷物中曲霉污染程度[10]。河南農大的吳坤從分子生物學角度，對非培養狀態的微生物進行研究，通過直接提取小麥表面微生物總DNA，利用PCR技術擴增引物，分析擴增產物的多樣性推斷微生物多樣性，實現糧食微生物種類和數量的快速分析和監控[11]。
　　此外，對于霉菌的防治方面除對儲糧環境的相對濕度、基質含水量、溫度、氣體成分等因素加以控制外，還有使用化學藥物、臭氧滅菌防霉等方法。但近來在此方面沒有更多新的、深入的研究。在國外有關于物理防霉方法——自氣調技術的研究及應用試驗研究，將中等或偏高水分含量的糧食裝入一個帶拉鏈的特制塑料包中進行短期密封儲藏。這項技術的主要是利用密封條件下，中等偏高含水量的糧食自身呼吸消耗氧氣釋放CO2的自調節原理形成一個缺氧環境，抑制了霉菌的生長和產毒，此外室內試驗還發現糧食在這種水分條件下，在塑料包中還有揮發性脂肪酸產生，進一步起到了抑制霉菌的作用。這項技術只是針對熱帶、亞熱帶地區收獲后不能及時干燥的糧食的一個短期（1-3個月）的儲藏方法，以色列糧食專家Shlomo Navarro對此技術進行了深入研究。
　　另一項國內外比較感興趣的技術是，利用豐富的植物資源，開發植物抑菌劑。在這方面我國早期也有研究，但植物抑菌劑的效果不是非常理想。植物防霉綠色、安全，加之我國有著豐富的中草藥資源，尋找合適的植物資源，提取有效抑菌成分用于儲糧防霉有發展的潛力。
　　2.2 儲糧真菌毒素
　　2.2.1 真菌毒素檢測
　　真菌毒素檢測對于做好儲糧安全管理工作十分重要。自上世紀60年代初以來，建立的檢測方法已達30多種，可歸為三類：生物學方法、化學方法、和免疫學方法。生物學方法中最常用的是用于檢測黃曲霉毒素的熒光反應。該法可快速定性檢測樣品，樣品不需很純；但應用范圍小，只能用于在紫外光下發出熒光的毒素的鑒定。化學方法主要用于毒素定量分析，常用的有薄層層析法（TLC）和高壓液相色譜法（HPLC）。TLC具有靈敏度高、顯色方便、可同時檢出幾種毒素等優點，缺點是樣品提純較繁瑣。HPLC具有快速、靈敏度高、準確和自動化等優點。多用于毒素的微量分析。但由于儀器價格昂貴，難以在基層推廣應用。免疫化學技術是近年來快速發展起來的一項實用新技術，在微量毒物的檢測中已得到廣泛應用。與化學方法相比，它具有特異性高、敏感性強、快速方便、以及不需要昂貴儀器設備等優點。與薄層層析法相比，其靈敏度提高500倍，樣品前處理也得到一定程度簡化，易于普及推廣。總之，經過二十多年的努力，免疫化學技術為真菌毒素檢測開辟了一條新途徑[12]。成都糧食儲藏科學研究所引進建立了國外先進的免疫親合住熒光光度法和酶聯免疫法進行糧食及飼料中6種真菌毒素的檢測，并進行了方法學研究。
　　2.2.1 真菌毒素去毒技術
　　在去毒技術方面，主要有物理、化學和生物三個方面的方法。物理方法包括挑選法、加工去毒、水洗浸泡、加熱處理法、吸附法、紫外線輻射處理法；霉菌毒素遇堿能分解而失活，故可采用氨、氫氧化鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈣等化學方法進行處理。采用氧化劑如臭氧處理、過氧化氫、次氯酸鈉、氯氣等處理，也可使霉菌毒素降解失活。生物方法即微生物脫毒法，通過篩選某些微生物，利用其生物轉化作用，使霉菌毒素破壞或轉變為低毒物質。據報道，用無根根霉、米根霉、橙色黃桿菌和亮菌等進行處理，對去除糧食和飼料中黃曲霉毒素有較好效果。與物理學和化學方法相比，微生物發酵處理法對飼料營養成分的損失和影響較少。此法目前仍處于研究階段，尚未應用于生產，但它是一個有前途的方法，也是目前一個比較活躍的研究領域。以上所提去毒技術主要是針對飼料或用于飼料的糧食的處理。
　　3 關于儲糧微生物研究領域發展的幾點期望
　　3.1 重視糧食微生物，加大科研力度
　　糧食在常規儲藏條件下，微生物往往受到干燥、低溫等條件的制約，處于被抑制狀態，難以直接危害糧食。目前國家糧庫以及農村的一些糧食專儲戶都可以通過降低儲糧含水量的方法抑制了微生物的發展。但是從另一個角度來看，偏高水分糧食保質儲藏就必須重視糧食微生物，尤其是霉菌和真菌毒素對儲糧的影響；此外對于農村儲糧來說，由于儲糧條件的限制，微生物危害導致的儲糧損失嚴重。因此應給予糧食微生物研究方面以足夠重視。
　　3.2 加強儲糧微生物基礎研究，樹立以防為主的儲糧理念
　　a) 進行產毒機理研究，確定微生物產毒條件，在此基礎上為防治霉菌及真菌毒素危害提供有利依據。采取“以防為主，綜合防治”的保糧方針，首先做好預防，因為預防比除治更為重要，是積極、主動的避免危害因素的發展。
　　b) 由于霉菌、真菌毒素在糧堆中的分布有很大的不均勻性，加之真菌毒素一般含量都在ppm、ppb級，檢測、調查所得結果往往缺乏代表性，不能真實反映儲糧微生物情況。所以對取樣方法的系統深入研究十分重要。
　　c) 研究建立可同時檢測幾種毒素的快速檢測方法。
　　d) 開發有效安全的防霉劑。
　　3.3 開展生態儲糧研究，進行儲糧有害生物環境控制的研究
　　大到一個儲糧生態區，小到一個糧堆都是一個由許多生態因子組成的生態環境，它們之間相互關聯、相互影響。我們應該認識儲糧有害生物與環境條件的矛盾性與統一性，利用各生態因素間的關系，從生態理論角度出發，在掌握有害生物特性基礎上將多種防治方法與調節糧堆自身及環境因素配合起來使用，從而達到有效控制與消滅有害生物的目的。
　　參考文獻略
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