大曲中赭曲霉毒素A及其产生微生物的分布特征研究

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本文采用传统可培养技术和多种分子生态学技术,以及通过建立和开发准确定量白酒或大曲中赭曲霉毒素A(OTA)的新方法,对不同类型和地区源白酒中OTA的分布状况、不同类型大曲中OTA的分布规律、大曲生产过程中OTA的动态变化特征及其产生微生物等进行了较为系统的研究。主要研究结果如下:(1)开发了定量检测白酒中OTA的新方法。白酒是一种高酒精度、高酯类物质的蒸馏酒,其基质复杂而特殊。当时,尚无准确定量白酒中OTA的方法。为此,利用固相萃取技术(SPE)和高效液相色谱-荧光检测技术(HPLC-FLD),开展了检测方法开发研究。首先,筛选出了适用于白酒中OTA预处理的SPE柱,并通过上柱、淋洗和洗脱等条件的优化,获得了白酒中OTA的预处理方法。该SPE柱是一种新型的反相/强阴离子混合型SPE柱(ProElutTM PXA),以聚苯乙烯/二乙烯苯共聚物为填料,首次用于真菌毒素的预处理。然后,通过HPLC条件的改进,成功建立了定量检测白酒中OTA的新方法。在加标浓度为0.050.2μg/L内,以浓、清、酱三种香型的代表性白酒样品为对象,对该方法进行了确证试验。该方法的回收率为81.6100.8%、检出限和定量限分别为0.006μg/L和0.02μg/L、日内相对标准差和日间相对标准差分别为3.67.3%和5.112.8%、信号抑制/放大(SSE)值为614%,完全符合欧盟指令2002/26/CE的规定,适合用于白酒中超痕量OTA的定量检测。(2)白酒中检出了OTA,且OTA在白酒中的分布存在差异。普查结果表明,白酒中OTA的阳性率为11.8%,最高含量为0.17μg/L。这表明,白酒中OTA的安全风险可能存在,并有必要对白酒中的OTA进行常规监测。同时,不同香型白酒中OTA的含量和阳性率有一定差别,约15%的浓香型样品中检出了OTA,其平均含量为0.09μg/L;约10%的清香型样品中检出了OTA,其平均含量为0.05μg/L;酱香型样品中未检出OTA,但其样品量太小。另外,西南地区源白酒中的OTA略高于东部地区白酒。(3)建立了定量检测大曲中OTA的新方法。大曲是在较高温度条件下通过较长时间的多菌固态自然发酵生产而得,使其含有大量的蛋白质、碳水化合物、色素、氨基酸、有机酸及大量未知化合物。同时,造成大曲的质地非常致密,复水性差,溶剂难以浸入。此外,大曲中OTA的含量为痕量水平。因此,大曲中OTA的定量检测难度大,尤其是其提取和净化过程。当时,尚无准确定量大曲中OTA的检测方法。针对上述问题,采用超声波辅助萃取技术(UAE),结合固相萃取技术(SPE)和超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS),首次建立了准确定量检测大曲中OTA的方法。首先,采用响应曲面法,对大曲中OTA的提取条件进行了优化,获得了大曲中OTA的UAE条件。然后,通过对大曲提取液净化处理条件和UPLC-MS/MS测定条件进行了改进,成功建立了准确定量检测大曲中OTA的新方法。在加标浓度为0.515.0μg/Kg内,以低温、中温、高温三类大曲的代表性样品为对象,对该方法进行了确证试验评价。该方法的回收率为87.13105.72%、检出限和定量限分别为0.33μg/Kg和0.41μg/Kg、日内相对标准差和日间相对标准差分别为2.6213.58%和5.114.61%、信号抑制/放大(SSE)值为1018%,完全符合欧盟指令2002/26/CE的规定,适合用于大曲中痕量OTA的定量检测。(4)不同类型大曲中OTA的分布特征明显,发酵温度是影响其分布的关键因素。研究表明,约50%的大曲中检出了OTA,其最高含量为28.87μg/Kg。结合大曲原料均为OTA阴性的结果,初步判断大曲中的OTA是在其生产过程中产生的,并推测高温自然发酵产品中存在OTA污染的风险。低温、中温和高温等三类大曲样品中OTA的阳性率依次为100%、90.91%、16.22%。另外,其最高含量依次为28.87μg/Kg、14.84μg/Kg、2.08μg/Kg。统计分析表明,不同类型大曲中OTA的分布差异显著(p<0.05),其分布按低温大曲、中温大曲和高温大曲依次降低,即大曲中OTA的含量随发酵温度的增加而下降。同时表明,发酵温度是影响不同类型大曲中OTA分布的关键因素。(5)大曲中OTA的分布可能与其地区来源有关。川南地区来源大曲中的OTA污染风险大于苏北地区来源大曲,苏北和川南地区来源的两种大曲中OTA的分布存在显著性差异(p<0.05),表明大曲(至少是中温大曲)中OTA的分布与产地的地理气候条件存在正相关性,其中湿度和降雨量可能是关键影响因素。(6)季节对大曲中真菌群落的影响显著,且主要影响大曲的前期发酵。行业普遍认为夏季大曲的质量更优和更加稳定。采用高通量技术和多元统计分析结果表明,夏秋两季大曲中的真菌群落结构存在显著差异,秋季大曲的真菌种类更多,而夏季大曲的真菌分布更均匀。一般认为,体系中微生物的群落结构分布越均匀,其稳定性越强,这可能是夏季大曲质量更优和更稳定的原因之一。夏秋两季大曲生产过程中的主要差异微生物是Wickerhamomyces、Pichia和Thermoascus。β多样性分析表明,大曲的生产过程可分为两个阶段,以812 d为区分界限。α多样性分析表明,大曲发酵前期的香农多样性指数季节差异显著(p<0.05),而发酵后期不显著。说明季节主要影响大曲的发酵前期。另外,青霉菌在夏秋两季大曲生产过程中的相对丰度差异大(p=0.058),而曲霉菌的差异小(p=0.46)。众所周知,季节差异主要体现在气候条件的差异。因此,推测大曲中青霉菌的差异,是不同来源地区大曲中OTA分布差异的主要原因之一。(7)大曲生产过程中OTA的动态变化规律为:先迅速增加,然后缓慢降低,最后趋于稳定。具体是,在大曲发酵前期,OTA的含量从制曲坯时的“0”迅速增加,约到1012 d,其OTA含量最高;此后,OTA的含量不断下降,约到25 d,其OTA含量降至最低;在大曲发酵末期及其贮藏期,OTA的含量趋于稳定。大曲生产中OTA的变化趋势,与霉菌的繁殖规律基本一致。证实了大曲中的OTA是由生产过程中的微生物产生的,且是在其发酵前期产生的。采用可培养方法和DGGE未培养方法相结合的方式,研究了大曲中产OTA的微生物。共获得了14株OTA产生菌,其中曲霉菌11株、青霉菌3株,包括Aspergillus nidulans、A.tubingensis、A.niger、A.flavus和Penicillium chrysogennm等5种霉菌,其中P.chrysogenum为主要产生菌。
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