高级食品微生物学- 课件 第六章 食物中的常见真菌及其毒素

第六章食物中的常见真菌及其毒素Commonfungiandtheirtoxinsinfood1/34目录CONTENTS2/34AspergillusflavusandaflatoxinsOchratoxinproducingbacteriaandochratoxin橘青霉素生产菌与橘青霉素Citrininproducingbacteriaandcitrinin其他真菌毒素Othermycotoxins赭曲霉素产生菌与赭曲霉素黄曲霉及黄曲霉毒素3/344/345/34真菌毒素的概述真菌毒素(mycotoxin)：是一类由真菌在食品或饲料中产生的次级代谢产物，被人或动物摄入后能引发各种病害。目前已经知道的有200多种不同的真菌毒素。根据真菌毒素作用的靶器官或引起的病理现象，可将其分为肝脏毒、肾脏毒、神经毒、心脏毒、造血器官毒、震颤毒等真菌毒素最易污染的农产品是玉米、花生和小麦。在我国研究得比较多的真菌毒素有黄曲霉毒素、单端孢霉烯族化合物中的脱氧雪腐镰刀烯醇和T-2毒素、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素A、伏马菌素B1、展青霉素、杂色曲霉等。概述6/34第一节黄曲霉及黄曲霉毒素黄曲霉毒素（Aflatoxin,AFT）主要是由黄曲霉（A.flavus）和寄生曲霉（A.parasiticus）产生的高毒性次生代谢产物，是毒性和致癌性最强的天然污染物。在各类真菌毒素中，AF的重要性和危害性排在首位。其产生菌种主要有：黄曲霉、寄生曲霉和集峰曲霉(A.nomius)产生。黄曲霉及黄曲霉毒素7/34一黄曲霉及其毒素对食物的侵染玉米、水稻、棉籽、花生、马铃薯等易染病。玉米染病在胚部生粗地毯状或絮状菌落，初为黄色，后变为黄绿色，最后变成棕绿色。黄曲霉毒素是引起贮粮霉变发热的主要贮粮病害。黄曲霉，属半知菌亚门真菌。分生孢子头，呈松针放射状，分生孢子梗直立粗糙。顶囊近球形至烧瓶状。单层小梗或双层小便，同时生在一个顶囊分生孢子球形或近球形，大小3.5一6.5μm。生长适温30℃，相对湿度85%。黄曲霉及黄曲霉毒素8/34黄曲霉病发生的基本条件是高温潮湿，所以该病多发生于春夏之交。黄曲霉的生长及其毒素的产生受作物种类、真菌种类、环境中湿度及温度、作物的水分含量和物理损伤情况的影响。干燥和贮存过程中的湿度、温度和通风是其中最重要的影响因素。一般相对湿度高于85%该苗生长快，毒素增加，籽粒含水量低于16%不生长，17%时生长缓慢，18%~19%生长迅速。降低花生对黄曲霉菌抵抗力从而造成黄曲霉毒素侵染的主要环节包括:

①花生栽培过程中受到的病虫危害、收获前期的干旱胁迫以及适时采收的错过；②花生的收获方式与晾晒干燥过程；③荚果入贮时病、残、破损和枇果数量，贮藏过程中的荚果回潮情况、贮藏场所的温度、贮藏期间的害虫危害以及贮藏时间。黄曲霉及黄曲霉毒素9/34曲霉毒素生物合成模式黄曲霉毒素的生物合成需要多种酶的参与。编码这些酶的基因和转录因子位于黄曲霉和寄生曲霉各自基因组的一个大约70kb大小的基因簇内。黄曲霉毒素的生物合成以乙酰辅酶A（乙酰CoA）作为起始单位，丙二酸单酰CoA作为延长单位，在聚酮化合物合成酶（PKSA）的催化下形成聚酮骨架，之后在一系列的酶的催化下，最终成为黄曲霉毒素。二黄曲霉毒素的生物合成黄曲霉及黄曲霉毒素10/34黄曲霉毒素的生物合成受很多生物和非生物环境因素的影响：①碳源：单糖（如葡萄糖、蔗糖、果糖）和麦芽糖有利于黄曲霉毒素的形成，而山梨糖和乳糖则起抑制作用。部分植物多糖或真菌多糖作为碳源，对黄曲霉的数量和产毒均有影响。脂质类的碳源有利于黄曲霉毒素的产生。②氮源：还原态氮源促进黄曲霉毒素的合成，氧化态氮源则起抑制作用。③温度：寄生曲霉最佳生长温度为25~35℃，超过最佳生长温度，会影响毒素的生成。黄曲霉毒素最适产毒温度为28~30℃，在36℃时产毒停止。④水分活度：当水分活度低于0.90，黄曲霉无法生长。⑤pH：最佳pH为3.4~5.5。⑥生长发育状态⑦氧化胁迫：氧化胁迫能够诱导黄曲霉毒素的形成。⑧植物代谢产物黄曲霉及黄曲霉毒素三黄曲霉毒素生物合成的影响因素11/34囊泡理论与黄曲霉毒素的合成双分支模型：①区域化：Nor-1、Ver-1和OmtA（三者均为黄曲霉毒素途径相关的酶）在细胞质游离核糖体中合成，包装成运输囊泡，通过细胞质到液泡的靶向（CvT）途径运送到液泡；

②基因调控：细胞感应到葡萄糖浓度变化或葡萄糖代谢后，FadA/cAMP/PKA信号通路被激活囊泡化合成释放激素的理论模型

四黄曲霉毒素的运输与代谢黄曲霉及黄曲霉毒素12/34AFB1被称为“前致癌物”，需要通过体内的生物转化，“激活”其致癌性AFB1的代谢作用发生在肝脏AFB1的代谢途径黄曲霉及黄曲霉毒素13/34

AFB1的毒性体现在肝脏中经细胞色素P450活化的遗传毒性，还体现在其在代谢过程中在细胞内产生的活性氧化簇(ReactiveOxygenSpecies,ROS)而造成的损伤黄曲霉毒素与癌症和肝炎最强的致癌物-肝癌；黄曲霉毒素和HBV协同致癌。AFB1及其代谢产物致癌的分子机制主要是癌基因(如ras、c-fos)的激活和抑癌基因(如p53)的失活黄曲霉毒素与变异黄曲霉毒素与DNA、RNA和蛋白质形成加合物，从而导致突变，同时也会引起脂质过氧化作用黄曲霉毒素与生殖五黄曲霉毒素的毒性黄曲霉及黄曲霉毒素14/34阻断和减少黄曲霉毒素的吸收：益生菌、腐殖酸、叶绿酸、葡甘露聚糖

干预药物代谢酶调节黄曲霉毒素在体内的代谢：

①许多中药及其有效成分，例如黄岑、丹参、姜黄素、黄酮、多酚等，可作用于药物代谢酶系统，进而影响黄曲霉毒素的代谢活化及解毒

②水果蔬菜中的香豆素、苄基异硫氰酸酯和3-羟甲基吲哚等可干预黄曲霉毒素在体内的代谢

③一些抗氧化剂以及硒可干预黄曲霉毒素在体内的代谢。黄曲霉及黄曲霉毒素六黄曲霉毒素吸收和代谢的干预生物吸附法：通过生物体（主要是微生物）吸附黄曲霉毒素。酵母细胞能结合90%的AFT，除酵母菌外,其它如乳酸菌、黑曲霉、葡萄梨头菌等进行发酵处理,对去除粮食和饲料中AFT均可收到较好效果。生物酶解法：利用生物酶制剂，破坏黄曲霉毒素的毒性基团，将黄曲霉毒素降解为低毒或是无毒物质被生物利用或是排出体外，达到去除黄曲霉毒素的目的。分为真菌降解和细菌降解两大类生物提取物抑制法：从微生物或植物体内提取的某些活性成分对黄曲霉具有抑制作用或能够降解黄曲霉毒素。例如海带多糖、马铃薯直链淀粉、香菇多糖，茶叶中的没食子酸、表儿茶素、香豆素等15/34七黄曲霉毒素的脱毒黄曲霉及黄曲霉毒素16/34赭曲霉素是曲霉属和青霉属等一些菌属所产生的一大类次级代谢物的统称。是一种常见的污染食品的真菌毒素赭曲毒素A（OTA）是毒性最大的一类，对人类及动物健康造成很大威胁其产生菌种主要有：赭曲霉（AspeigrllusOeharceus）、疣孢青霉（Penicilliumverrucosum）和碳黑曲霉（Aspergilluscarbonarius）赭曲霉素产生菌与赭曲霉素第二节赭曲霉素产生菌与赭曲霉素17/34赭曲霉是最早发现OTA产生菌，生长温度范围为8~37℃，最佳生长温度为30℃，最适水分活度为0.95~0.99，最适产OTA温度为20℃，水分活度为0.99。疣孢青霉是另一种主要的OTA产生菌，生长温度范围0~31℃（最适20℃），水分活度0.95~0.98。一些黑曲霉也可产生褚曲霉素。碳黑曲霉以苹果、葡萄为主要侵染对象，在30~35℃生长良好，最适产OTA温度为15~20℃，水分活度为0.95~0.98。一赭曲霉素产生菌赭曲霉素产生菌与赭曲霉素18/34OTA产生菌广泛分布于自然界，因此多种农作物和食品，包括谷类、豆类及豆制品、干果、咖啡、葡萄及葡萄酒、香科、油料作物、啤酒、茶叶等均可被OTA污染。人通过进食被OTA污染农作物和动物性食品而暴露OTA。由于反当动物胃瘤中细菌产生一些酶可分解OTA，所以到目前为止，尚未发现在反刍动物组织中检出OTA。咖啡加工中去除咖啡因和烘烤过程可破坏90%以上OTA；在面粉加工过程中，碾磨可去除硬小麦中65%OTA，烹饪过程也可减少10%OTA。OTA在一定加工过程中可能被破坏或去除，在评价人类暴露OTA时最好以直接入口食品中OTA水平为准。二赭曲霉素易污染的食物赭曲霉素产生菌与赭曲霉素19/34赭曲霉毒素A的生成机制OTA的苯基丙氨酸部分来自于莽草酸途径，二氢异香豆素部分来自于聚五酮途径。①一个乙酸盐基团和四个丙二酸盐基团经聚酮合成酶的活化缩合在一起；②聚酮化合物长链经过形成内酯环和羰基化修饰，并由氯化物过氧化物酶将氯原子加入形成OTα；③OTA合成酶催化OTα连到苯基丙氨酸，合成OTA三赭曲霉毒素A的生成赭曲霉素产生菌与赭曲霉素20/34影响赭曲霉毒素A产生的因素产毒菌：凉爽环境下主要的OTA产毒菌是青霉属真菌，在热带地区则主要为曲霉属真菌。

菌对生长环境有选择性，对不同的农产品也有不同的偏好性，农产品中真菌菌群的组成和可能产生的毒素都将因为贮藏时间和贮藏条件而发生改变。农产品收获时的环境，干燥条件及贮藏方式：谷物干燥的水分活度达到0.7以下，并且在贮藏过程中也保持该水平，能有效降低产毒菌的数量。除此之外，不同的农产品因为所含营养物质不同，因此侵染的菌株也有差异，这也会对OTA的产生条件有一定的影响。赭曲霉素产生菌与赭曲霉素21/34四

赭曲霉毒素的毒性急性毒性：症状主要表现为：①几乎所有主要脏器多位点出血；②主要脏器纤维蛋白血栓；③肝脏和淋巴组织坏疽；④萎缩性肠炎；肾脏毒性：肾脏是OTA攻击的主要靶器官，雄性的毒性大于雌性；神经毒性：对大脑细胞的DNA有明显氧化作用，抑制DNA氧化加合物的修复，降低大脑纹状体多巴胺水平；免疫毒性：抑制免疫，促炎症反应。赭曲霉素产生菌与赭曲霉素22/34五

赭曲霉毒素的脱毒物理脱毒：吸附、辐照化学脱毒：对毒素进行化学修饰等使之变为不具毒性的物质生物脱毒：通过生物代谢或者酶促反应降解毒素或者修饰毒素分子而达到脱毒的目的，具有脱毒效果好、对营养物质无损伤、污染小、快速等特点

——乳酸菌（LactobacillusacidophilusVM20）、不动杆菌、酵母菌（Phaffia

rhodozyma）、地衣芽孢杆菌（Bacilluslicheniformis）等属的某些微生物菌株和某些曲霉属真菌（A.fumigatus、A.niger），在体外显示出>95%的OTA降解率，大多数的OTA降解产物为毒性较小的OTα。微生物菌群，如牛和羊的瘤胃，小鼠的大肠和盲肠，人的肠道微生物，在一定程度上均可降解OTA。食物加工中的脱毒：在特定的高温、高酸、高碱及生物酶解下会发生结构的改变赭曲霉素产生菌与赭曲霉素橘青霉素（Citrinin）在橘青霉（Penicilliumcitrinum），一些青霉、曲霉中被发现，其中确定产生毒素的种属有沙门柏干酪青霉（Penicilliumcamemberti）和米曲霉（Aspergillusoryzae）。橘青霉素在长时间储存的食物如谷物和谷物制品、大米、果实（例如苹果）、果汁、黑橄榄、烤坚果（如杏仁，花生，榛子，开心果）、葵花籽、香料（如姜黄、香菜、茴香、黑胡椒、豆蔻和小茴香）、奶酪、清酒、腐烂的蔬菜、肉食和其他食品补充剂等中均发现有污染。23/34一

橘青霉素的来源、分布和代谢橘青霉素生产菌与橘青霉素第三节橘青霉素生产菌与橘青霉素橘青霉素是一种天然产物，可从其天然来源中提取获得，如产柠檬酸的真菌和受污染的食物。橘青霉素的化学合成步骤如下：3-(4,6-二羟基邻位-甲苯基)丁醇被羧基化，并受到盖特曼反应的影响（在锌存在下用氰化氢/氯化氢氯化物作为催化剂通过反应将苯酚转化为芳香醛）；随后用硫酸环化形成橘青霉素，然后通过用乙醇结晶纯化橘青霉素。橘青霉素也可通过将二羟基橘青霉素溴氧化的方法来合成。24/34橘青霉素生产菌与橘青霉素二

橘青霉素的生物合成和实验室合成橘青霉素的化学合成橘青霉素是一种聚酮化合物霉菌毒素，分子量为250.25g/mol。它的熔点为温度达到175-178.5℃。橘青霉素几乎不溶于冷水，微溶于热水，但可溶于氢氧化钠，碳酸钠或乙酸钠水溶液，以及极性有机溶剂，如甲醇，乙腈，乙醇等。橘青霉素在高于175℃的干燥条件下或在高于100℃的有水情况下分解。结构上橘青霉素是具有两个分子内氢键的醌，以无序结构结晶，其中对醌和对苯二酚互变异构形式，处于固态的动态平衡，具有共轭的平面结构，为其提供自然荧光；最高的荧光是由pH值为2.5的非离子化橘青霉素分子产生。pH是调节橘青霉素摄取、抗真菌活性和抑制细胞呼吸的重要因素。25/34橘青霉素生产菌与橘青霉素三

橘青霉素的物理化学性质抗菌活性毒理作用：橘青霉素作为一种肾毒素,对于不同物种的急毒性不同，能够与人血液中的蛋白结合，从而影响人体健康；氧化应激和抗氧化酶的修饰（例如谷胱甘肽和转氢酶）被认为是生物系统中橘青霉素引发毒性作用的两个主要原因；橘青霉素的急性细胞毒性可能是其慢性毒性的机制之一；橘青霉素对心脏、生殖系统及其他器官也具有不利影响致癌性、遗传毒性和诱变效应26/34橘青霉素生产菌与橘青霉素四

橘青霉素的生物学活性真核测试系统中CIT介导的细胞遗传毒性作用机制针对目前红曲产品中的橘青霉素含量不同程度地超出各个国家的限量标准，为了控制红曲产品中的橘青霉素同时高产红曲色素，已从诱变、筛选、改造菌株、改良生产工艺、优化发酵条件等方面进行了大量的工作。菌株：在菌种方面，红色红曲霉和单色红曲霉都不产橘青霉素。根据不同的菌株产橘青霉素的能力差距较大，通过菌株筛选、环境诱变育种（紫外、化学、高能混合粒子场、超声波、氯化铝等诱变方法）、基因工程技术（关键基因敲除法、构建T-DNA插入转化子库）等改良红曲菌株，选育不产或者低产橘青霉素的优良菌种用于生产红曲色素。27/34橘青霉素生产菌与橘青霉素五

橘青霉素合成的控制——以红曲产品为例培养工艺：红曲菌次生代谢产物的产生，受到菌株、培养环境条件和培养基组分的影响，通过研究改变红曲霉的发酵培养工艺如pH值、通氧量、水分、温度和光照、碳氮源的种类及其配比、外加添加物等方法，优化发酵工艺以期提高红曲霉色素产量的同时，抑制红曲霉发酵代谢产生橘青霉素的合成量。代谢调控网络：红曲霉代谢是动态的，随着培养工艺的变化，红曲色素和橘青霉素生成量不同，采用差异蛋白组学研究发酵工艺对红曲霉分泌蛋白表达的影响，鉴定及分析红曲色素和橘青霉素关键酶系及其活性变化规律，阐明代谢过程中红曲色素和橘青霉素合成的影响规律及其相关性，有望根据相关结果减少生产过程中橘青霉素的产量。28/34橘青霉素生产菌与橘青霉素伏马菌素是一组由串珠镰孢(Fusariummoniliforme)、轮状镰孢(F.verticilioides)、多育镰孢(F.proliferatum)和其它一些镰孢菌种产生的真菌毒素。伏马菌素有11种，其中FB1是伏马菌素B的主要组分，毒性最强。伏马菌素主要污染玉米。串珠镰孢是是全世界玉米中分布最广泛的一类真菌。伏马菌素具有神经毒性、肝和肾毒性、免疫毒性、致癌性等。伏马菌素属于镰刀菌毒素，其致毒机制可能是毒素破坏神经鞘脂类物质的生物合成。29/34其他真菌毒素第四节其他真菌毒素一

伏马菌素麦角生物碱（ergotalkaloids，EA）简称麦角碱，是由麦角菌属（Clavicepspurpurea）的霉菌感染黑麦、小麦、燕麦、高粱等谷类作物及牧草后产生的毒素。一般被麦角菌属感染后的农作物，会出现黑色的菌丝。麦角生物碱的活性成分主要是以麦角酸为结构基础的一系列生物碱衍生物，如麦角胺（ergotamine）、麦角新碱（ergonovine）、麦角毒碱（ergotoxin）、麦角生碱（ergosine）、麦角克碱（ergocristine）等。麦角碱的危害广泛，可引起农作物减产，食用了被毒素污染的食品能导致人类及家畜中毒，造成经济损失。麦角生物碱的毒性效应主要作用于中枢和周围神经系统。30/34其他真菌毒素二

麦角生物碱单端孢霉烯族化合物是由头孢菌（Cephalosporium）、镰刀菌（Fusarium）、葡萄状穗霉（Stachybotrys）和木霉菌（Trichoderma）等代谢产生的一组生物活性和化学结构相似的有毒物质，均具有四环倍半萜烯结构。引起食品污染的单端孢霉烯族化合物主要有2个类群：1）以