储粮微生物的危害及控制

apple12151007 2011-3-15 15:16

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简介

微生物形态小、数量大、繁殖快，具有较强的适应性。粮食微生物的活动，不仅会影响粮食的安全储藏，导致粮食质和量的损失，而且可能产生真菌毒素污染，严重影响食用者的健康安全。

　　摘要微生物形态小、数量大、繁殖快，具有较强的适应性。粮食微生物的活动，不仅会影响粮食的安全储藏，导致粮食质和量的损失，而且可能产生真菌毒素污染，严重影响食用者的健康安全。本文就储粮有害微生物的污染状况及其造成的危害进行了分析；并总结分析了国内外在储粮微生物研究和控制方面所做的工作及近期研究动态；最后针对目前此领域的发展现状，提出关于今后储粮微生物研究方面的几点期望。
　　关键词粮食微生物危害安全储藏研究
　　粮食含有丰富的碳水化合物、蛋白质、脂肪及无机盐等营养物质，是微生物生长的天然培养基。世界各地所产的粮食、粮食加工产品及饲料上都有大量微生物存在，这些微生物包括病毒、细菌、放线菌、真菌。其中数量最大、对粮食危害最为严重的是霉菌及其代谢产物。这一类个体微小不易观察的生物造成的危害却不容忽视。粮食微生物在环境适宜的条件下，可以分解粮食中的有机物质，使之变质、霉腐，因而使粮食出现变色、变味、发热、生霉等症状，不但严重影响粮食安全储藏，导致储粮品质劣变，而且还可能产生毒素污染，危及人畜健康[1,2]。
　　1 储粮有害微生物及其危害
　　在与粮食储藏相关的微生物中，放线菌和酵母菌的数量很少，对储粮安全影响不大；细菌数量虽多，但由于生长条件的限制，其对储粮的危害远不及霉菌。霉菌是危及粮食安全的主要微生物类群。
　　1.1 有害微生物在粮食中的污染情况
　　谷物不能及时干燥或储藏期间水分过高，就有利于霉菌的生长，导致储粮数量损失及品质降低，尤其是在温度较高时储粮损失更为严重。在热带、亚热带气候地区，大多数粮食是在湿热季节收获。对于农户来说，他们缺少相应的干燥设备，不能及时干燥粮食，只能在湿热条件下储存粮食，这样由于霉菌的大量滋生导致粮食迅速变坏。即使粮食收获后及时晒干了，在湿度较高的条件下储藏仍然会导致储粮水分含量回升，加速粮食霉变。此外尘介杂质较多的不洁净粮食携带微生物数量多，受机械损伤或害虫危害的破损粮粒极易感染微生物。据联合国粮农组织FAO统计，欧洲及发展中国家每年由于害虫及霉菌危害造成的粮食产后损失至少在10%-15%。
　　在80年代初，部分专家集中对我国主要粮食（包括稻谷微生物区系、小麦微生物区系、玉米微生物区系）、油料微生物区系作了调查。其中全国小麦微生物区系中真菌30属，101种，酵母属3属，细菌3属，放线菌1属[3]。
　　稻谷上的霉菌有41属，117种。其中优势菌31种，常见菌35种，少见菌49种。稻谷进入储藏期后田间真菌大幅度下降直至消失，而被储藏真菌所替代，主要的储藏真菌有黄曲霉、灰绿曲霉、白曲霉、杂色曲霉，构巢曲霉、黑曲霉、青霉等。由于稻谷产区地理位置、气候条件及收藏方式不同，稻谷上带菌量存在着明显的差别，其数量级水平为102-108个/g不等。我国西北、东北地区稻谷带菌量普遍较低，种类也较少；而华东，中南地区稻谷带菌较高，种类也较复杂。
　　我国东北玉米分离出镰刀菌属14种，青霉属12种，曲霉属13种，其他21属真菌及酵母菌1属。优势菌为串珠镰刀菌(F. moniliforme)、头孢霉（Cephalosporium cordu）、草酸青霉；常见菌有芽枝霉、交链孢霉、木霉、毛壳菌、禾谷镰刀菌、黄色镰刀菌、产黄青霉、产紫青霉、圆弧青霉、杂色曲霉和灰绿曲霉。储藏期田间真菌迅速减少，但储藏真菌尤其是曲霉则上升较快[4]。
　　有些霉菌的产毒菌株在适宜条件下产生的真菌毒素是严重危及人畜健康的一类物质。根据2003年成都粮食储藏科学研究所对全国128份小麦、稻谷、玉米样品的6种主要真菌毒素（黄曲霉毒素、T-2毒素、DON毒素、赭曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、伏马毒素）的调查，结果表明玉米中玉米赤霉烯酮和伏马毒素的检出率较高，其次为黄曲霉毒素，其中长江以南地区生产和储备的粮食中黄曲霉毒素污染率高于长江以北地区，T-2毒素和DON毒素检出率较低。小麦样品中玉米赤霉烯酮和赭曲霉毒素感染率高，其次为黄曲霉毒素，T-2毒素和DON毒素检出率较低。稻谷样品中赭曲霉毒素的检出率最高，其次为黄曲霉毒素和T-2毒素，其余毒素检出率和含量都很低。
　　1.2 粮食微生物的危害
　　1.2.1 微生物浸染对储粮品质的影响
　　粮食霉变对粮食品质产生的不利影响表现在：重量减轻、水分增加、脂肪酸值升高、酸度升高、气味不正、发芽率降低、工艺品质变劣等，从而降低了食用及饲用品质，甚至完全丧失使用价值。
　　1.2.2 微生物对人畜造成的危害
　　霉菌的次级代谢产物真菌毒素会对人畜健康造成威胁。真菌毒素对机体的危害可体现在其对机体各个器官的损害，包括肝脏、肾脏、脾脏、大脑、肺、消化系统、皮肤和生殖系统。真菌毒素可引起许多严重病变，历史上曾有几次严重的真菌毒素污染事件，如欧洲的麦角中毒曾造成几千人死亡；20世纪30年代葡萄穗霉毒素中毒曾造成大批牛死亡；1960年在英国东南部由于黄曲霉毒素污染引起10万只火鸡死亡。真菌毒素由于种类、剂量的不同，造成机体危害的表现也是多样的，可以是急性中毒，也可是肝脏中毒、肾脏中毒、神经中毒、致癌、致突变。
　　在所有真菌毒素中以黄曲霉的毒性最强，因为它们可引起肝中毒、突变、癌变和免疫抑制等。没有其它毒素有像黄曲霉素这样如此广泛的毒性。黄曲霉毒素是一组极毒的化学物质，主要由黄曲霉 (Aspergillus flavus) 寄生曲霉 (A.parasiticus) 产生。随气候条件由温带到热带，地势由高地到低洼草原地区，粮食、食品中黄曲霉毒素随之增高，人畜摄入的机率也越高。黄曲霉毒素有很强的急性毒性，也有明显的慢性毒性及致癌性。动物急性中毒主要表现为胃肠紊乱、贫血、黄疸、肝脏损伤，急性中毒AFB1最强。慢性中毒表现为生长缓慢、发育停滞、体重减轻，生殖能力降低，可降低产奶和产蛋量，造成免疫抑制和反复侵染。人类食用被黄曲霉毒素污染严重的食品后可出现食欲减退、发热、腹痛、呕吐，严重者2-3周内出现肝脾肿大、肝区疼痛、皮肤粘膜黄染、腹水及肝功能异常等中毒性肝炎症状。也可能出现心脏扩大、肺水肿，甚至痉挛、昏迷等症。一些发展中国家(印度、乌干达)已报道了黄曲霉毒素急性中毒的病例。如1974年印度两个邦中的居民吃了发霉的玉米后，397人发生中毒性肝炎。症状是发烧、呕吐、厌食、黄疸，以后出现腹水、下肢浮肿，很快死亡。1988年国际癌症研究机构将黄曲霉毒素B1列为1A类致癌物质，人类长期低剂量接触可能会有影响，在亚洲和非洲进行的多项流行病学调查及研究表明，食物中黄曲霉毒素B1的含量与肝细胞癌（HCC）密切相关。在食物中黄曲霉毒素污染严重地区，居民肝癌发病率升高；非洲和东南亚一些地区肝癌发病率比欧洲和美洲要高得多，这可能与非洲和东南亚一些地区黄曲霉毒素污染食品较为严重有关。
　　赭毒素是温暖地区最重要的仓贮毒素。赭曲霉毒素对动物的肾脏危害最大，可以导致肾癌，此外它对肝脏也有损害，还有免疫抑制、致畸性[5]。赭毒素A是致癌很强的一种毒素。据报道，每公斤饲料中含有0.2~0.3毫克赭毒素A就能使猪鸡中毒。反刍动物的易感性要小得多，因为其瘤胃中的微生物会将毒素降解。欧盟国家对赭曲霉毒素在食品中的限量标准极其严格，规定在谷物中不得超过5 ppb，在谷物制品中不得超过3 ppb，在干鲜果品中不得超过10 ppb，中国对谷类豆类中最新限量是5ppb[6]。
　　玉米赤霉烯酮具有较强的生殖毒性和致畸作用，可使动物发生雌激素亢进症，导致动物不孕或流产，对家畜特别是对猪和羊的影响较大，它能给畜牧业带来经济损失。奥地利的人类食物标准为60 ppb，巴西的人类食物标准为200ppb，法国为200ppb，中国对小麦、玉米中玉米赤霉烯酮的限量标准为60ppb，玉米，俄罗斯为1000ppb。欧共体至今没有最大限量标准的设置，但有9个国家规定为1000ppb（人类食物中）[7]。
　　伏马毒素(Fumonisins)，可导致马脑白质软化症（Equine Leuko-encephalomalacia ELEM），能诱发猪肺水肿（Porcine Pulmonary Edema, PPE）并被怀疑可诱发人类的食道癌等疾病，从而对畜牧业及人类的健康构成威胁。美国FDA的推荐限量标准，人类消费的玉米产品2-4ppm，动物消耗的玉米产品为5-100ppm。瑞士人类消费的玉米产品限量为1ppm。
　　T-2 毒素是常见的污染田间作物和库存谷物的主要毒素，对人、畜危害较大。中国对饲料及原料中T-2毒素的限量为80 ppb。
　　DON毒素对猪会产生毒性，对人产生食物中毒性白细胞缺乏症。动物饲料中呕吐毒素的中毒症状表现为:厌食、呕吐、消化道发炎、白血球下降、白尿、运动失调、内脏出血、中枢神经系统细胞变质，细胞生长上表现出抑制蛋白质合成和DNA合成的作用。因此，一般要求动物饲料中的DON不得超过2ppm，而人类消费品中的含量不得超过1ppm。美国食品和药物管理局兽医中心最近为动物饲料规定的限量是4ppm。
　　2 对储粮微生物的研究及控制
　　粮食是活的有机体，是微生物的永久基质[8]，对这个与粮食储藏息息相关的影响因子，进行广泛深入的研究是重要而且必要的。在我国从20世纪中期开始，随着一批粮食科研机构的建立，对于粮食储藏方面进行了比较深入的应用基础性理论研究，其中包括对储粮微生物方面的研究及控制。
　　2.1 储粮霉菌
　　2.1.1 早期研究
　　A）在储粮霉菌方面，我国专家在80年代进行了一次全面集中的中国粮食和油料微生物区系调查，共查出50个霉菌属182种霉菌。之后虽然也有院所做了一些粮食微生物区系调查，但规模都较小。此外专家们采用不同储藏技术措施对粮食微生物演替规律的影响进行了研究。
　　B) 在霉菌检测方面已经普及的电子测温技术所能提供的微生物活动信息也是迟后或有限的。采用平板计数法通过检测污染霉菌的种类和数量来判断储粮微生物感染情况，这种方法目前在广泛使用。但由于此传统方法耗时长，有时待粮食中污染霉菌的种类和数量搞清楚后，有些损失已无法挽回，检测结果相对粮情来说有滞后性，且所得的结果不能准确反映微生物的生理状态，较难达到保证储粮安全的目的。
　　C) 在霉菌控制方面，我国从上世纪中期，在防霉问题上深入研究粮堆各种生态因子对霉菌生态的关系，另一方面集中研究高水分粮食防霉应急处理措施。对于高水分粮的应急措施，研究试验了亚硫酸铵、正丁醇、丙酸、丁酸、丙酸与氨水混合液、臭氧等防霉剂。
　　2.1.2 近期研究及发展
　　近些年来，此领域的专家也进行了一些深入的研究，主要集中在对微生物快速检测的研究。河南工业大学的蔡静平教授，以微生物细胞中与代谢活动密切相关的酶活力变化为依据，建立储粮微生物活性新概念，开发了微生物快速检测仪，快速检测粮食的微生物数量变化，监测储粮品质，为有效控制储粮微生物提供了及时准确的信息[9]。华中农大的陈福生进行了酶联免疫法快速检测储粮污染曲霉研究，通过ELISA检测谷物中曲霉的胞外多糖快速反映谷物中曲霉污染程度[10]。河南农大的吴坤从分子生物学角度，对非培养状态的微生物进行研究，通过直接提取小麦表面微生物总DNA，利用PCR技术扩增引物，分析扩增产物的多样性推断微生物多样性，实现粮食微生物种类和数量的快速分析和监控[11]。
　　此外，对于霉菌的防治方面除对储粮环境的相对湿度、基质含水量、温度、气体成分等因素加以控制外，还有使用化学药物、臭氧灭菌防霉等方法。但近来在此方面没有更多新的、深入的研究。在国外有关于物理防霉方法——自气调技术的研究及应用试验研究，将中等或偏高水分含量的粮食装入一个带拉链的特制塑料包中进行短期密封储藏。这项技术的主要是利用密封条件下，中等偏高含水量的粮食自身呼吸消耗氧气释放CO2的自调节原理形成一个缺氧环境，抑制了霉菌的生长和产毒，此外室内试验还发现粮食在这种水分条件下，在塑料包中还有挥发性脂肪酸产生，进一步起到了抑制霉菌的作用。这项技术只是针对热带、亚热带地区收获后不能及时干燥的粮食的一个短期（1-3个月）的储藏方法，以色列粮食专家Shlomo Navarro对此技术进行了深入研究。
　　另一项国内外比较感兴趣的技术是，利用丰富的植物资源，开发植物抑菌剂。在这方面我国早期也有研究，但植物抑菌剂的效果不是非常理想。植物防霉绿色、安全，加之我国有着丰富的中草药资源，寻找合适的植物资源，提取有效抑菌成分用于储粮防霉有发展的潜力。
　　2.2 储粮真菌毒素
　　2.2.1 真菌毒素检测
　　真菌毒素检测对于做好储粮安全管理工作十分重要。自上世纪60年代初以来，建立的检测方法已达30多种，可归为三类：生物学方法、化学方法、和免疫学方法。生物学方法中最常用的是用于检测黄曲霉毒素的荧光反应。该法可快速定性检测样品，样品不需很纯；但应用范围小，只能用于在紫外光下发出荧光的毒素的鉴定。化学方法主要用于毒素定量分析，常用的有薄层层析法（TLC）和高压液相色谱法（HPLC）。TLC具有灵敏度高、显色方便、可同时检出几种毒素等优点，缺点是样品提纯较繁琐。HPLC具有快速、灵敏度高、准确和自动化等优点。多用于毒素的微量分析。但由于仪器价格昂贵，难以在基层推广应用。免疫化学技术是近年来快速发展起来的一项实用新技术，在微量毒物的检测中已得到广泛应用。与化学方法相比，它具有特异性高、敏感性强、快速方便、以及不需要昂贵仪器设备等优点。与薄层层析法相比，其灵敏度提高500倍，样品前处理也得到一定程度简化，易于普及推广。总之，经过二十多年的努力，免疫化学技术为真菌毒素检测开辟了一条新途径[12]。成都粮食储藏科学研究所引进建立了国外先进的免疫亲合住荧光光度法和酶联免疫法进行粮食及饲料中6种真菌毒素的检测，并进行了方法学研究。
　　2.2.1 真菌毒素去毒技术
　　在去毒技术方面，主要有物理、化学和生物三个方面的方法。物理方法包括挑选法、加工去毒、水洗浸泡、加热处理法、吸附法、紫外线辐射处理法；霉菌毒素遇碱能分解而失活，故可采用氨、氢氧化钠、碳酸氢钠、氢氧化钙等化学方法进行处理。采用氧化剂如臭氧处理、过氧化氢、次氯酸钠、氯气等处理，也可使霉菌毒素降解失活。生物方法即微生物脱毒法，通过筛选某些微生物，利用其生物转化作用，使霉菌毒素破坏或转变为低毒物质。据报道，用无根根霉、米根霉、橙色黄杆菌和亮菌等进行处理，对去除粮食和饲料中黄曲霉毒素有较好效果。与物理学和化学方法相比，微生物发酵处理法对饲料营养成分的损失和影响较少。此法目前仍处于研究阶段，尚未应用于生产，但它是一个有前途的方法，也是目前一个比较活跃的研究领域。以上所提去毒技术主要是针对饲料或用于饲料的粮食的处理。
　　3 关于储粮微生物研究领域发展的几点期望
　　3.1 重视粮食微生物，加大科研力度
　　粮食在常规储藏条件下，微生物往往受到干燥、低温等条件的制约，处于被抑制状态，难以直接危害粮食。目前国家粮库以及农村的一些粮食专储户都可以通过降低储粮含水量的方法抑制了微生物的发展。但是从另一个角度来看，偏高水分粮食保质储藏就必须重视粮食微生物，尤其是霉菌和真菌毒素对储粮的影响；此外对于农村储粮来说，由于储粮条件的限制，微生物危害导致的储粮损失严重。因此应给予粮食微生物研究方面以足够重视。
　　3.2 加强储粮微生物基础研究，树立以防为主的储粮理念
　　a) 进行产毒机理研究，确定微生物产毒条件，在此基础上为防治霉菌及真菌毒素危害提供有利依据。采取“以防为主，综合防治”的保粮方针，首先做好预防，因为预防比除治更为重要，是积极、主动的避免危害因素的发展。
　　b) 由于霉菌、真菌毒素在粮堆中的分布有很大的不均匀性，加之真菌毒素一般含量都在ppm、ppb级，检测、调查所得结果往往缺乏代表性，不能真实反映储粮微生物情况。所以对取样方法的系统深入研究十分重要。
　　c) 研究建立可同时检测几种毒素的快速检测方法。
　　d) 开发有效安全的防霉剂。
　　3.3 开展生态储粮研究，进行储粮有害生物环境控制的研究
　　大到一个储粮生态区，小到一个粮堆都是一个由许多生态因子组成的生态环境，它们之间相互关联、相互影响。我们应该认识储粮有害生物与环境条件的矛盾性与统一性，利用各生态因素间的关系，从生态理论角度出发，在掌握有害生物特性基础上将多种防治方法与调节粮堆自身及环境因素配合起来使用，从而达到有效控制与消灭有害生物的目的。
　　参考文献略
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