2018年11月12日

降低黄曲霉毒素的技术

地区/国家:非洲

贡献:西奥多·卡马乌，哈什·维亚斯，伊丽莎白·维茨万巴

简介

技术在塑造农业部门方面发挥了至关重要的作用。它有助于提高生产效率，保护和利用资源，并加强粮食安全。本报告涵盖了发展中国家目前可用或采用的处理食品中黄曲霉毒素污染的各种技术和技术。这里提到的做法和技术是基于文献综述和对印度和肯尼亚的农民、专家、学术界和从业者进行的访谈。

黄曲霉毒素是由真菌产生的毒素，主要由黄曲霉和寄生曲霉产生。众所周知，它会污染作为人类和动物食物来源的谷物、油籽、香料和坚果。黄曲霉素因其急性和慢性毒性而备受关注，可导致严重的健康问题，如中毒和肝功能衰竭、肝癌、生长迟缓和免疫抑制。¹据观察，黄曲霉毒素污染主要发生在热带和亚热带地区，覆盖发展中国家，为真菌的广泛生长提供了有利条件。²亚洲和非洲已记录和报告了急性黄曲霉中毒暴发病例，2004-2005年在肯尼亚报告了一次重大暴发，造成100多人死亡。^2、3

污染的阶段

这些产生黄曲霉毒素的真菌的进入或感染点可能处于以下三个阶段:

• 收获前真菌进入(植物生长期间)。
• 收获期间真菌进入。
• 真菌采后进入(收获后和加工过程中)。

像玉米和小麦这样的主食作物容易受到黄曲霉毒素的污染。花生和棉花种子也很脆弱。在尼日利亚一个市场进行的研究表明，小麦含有黄曲霉毒素B1，平均浓度为19±1.67 μg kg^－1玉米和花生的平均含量分别为30.53±3.37和78.21±2.92。⁴据估计，菲律宾、印度尼西亚和泰国每年因黄曲霉毒素污染而承受约10亿美元的损失，这是由于市场、牲畜和家禽的累积损失。⁵世界卫生组织(2018年)估计表明，黄曲霉毒素每年造成世界粮食作物25%或更多的破坏。⁶鉴于黄曲霉毒素污染可能造成严重的健康风险，并因作物和贸易损失而成为经济负担，因此，检测污染物的存在、控制其传播并采取预防措施以避免作物受到污染显然变得非常重要。市场上有几种处理黄曲霉毒素污染的技术和技术。下一节解释现有的技术和技术，概述它们的优点和缺点，以及它们在减轻黄曲霉毒素污染方面的有效性。

降低黄曲霉毒素的技术与工艺

收获前的阶段:

在收获前阶段减少黄曲霉毒素的目标是在植物生长期间防止豆荚或谷物受到损害，并防止土壤为真菌滋生提供条件。方法包括杂草和昆虫控制，在土壤中施用石灰或石膏，良好的灌溉方法，以及施用农家肥或人造生物防治剂。落花生更容易受到黄曲霉毒素的污染，因为它们直接生长在土壤中。

支持良好农业规范(gap)的技术:

在收获前对豆荚的破坏可能是由昆虫造成的，或者对某些作物来说，是由土壤中的生物造成的，比如如果土壤没有足够的养分，根腐病就会茁壮成长。良好的灌溉方法可以降低黄曲霉毒素水平，因为它可以防止土壤干燥或过于潮湿。除草可以防止结果的杂草在附近生长，这可能会造成真菌滋生的潮湿环境。在钙含量不足的土壤中添加石膏是一种抑制微生物传播的方法，可以让植物长出坚固的壁和膜来抵御伤害。⁷Tabia Lemlem的Tanqua Abergelle Wereda在2011年种植季进行的一项研究表明，补充灌溉和施用石膏的组合记录了最低的黄曲霉感染(4.3%)。⁸印度的一项研究表明，在开花期间使用石膏可以减少40%的黄曲霉毒素。⁹农场粪肥采用了类似的策略，但其目标是将微生物多样性引入土壤，以减缓黄曲霉的生长，因为它无法与其他生物竞争。印度古吉拉特邦的一位农民已经进行了12年的有机农业，并使用高度腐烂的农家肥(3年)来种植花生。采用ELISA法对黄曲霉毒素进行控制，结果显示黄曲霉毒素B1、B2、G1、G2均无检出。¹⁰另一项在布基纳法索进行的农场实验显示了施用农家肥的类似结果。¹¹

另一种可用于降低黄曲霉毒素的产品是人造生物防治剂。通过引入一种不产生黄曲霉毒素的更友好的黄曲霉菌株，这种无毒菌株可以与受污染的地区竞争，因此即使在储存期间也可以保护作物。¹²国际热带农业研究所(IITA)和美国农业部农业研究局(USDA-ARS)与其他合作伙伴一起开发了针对特定国家的本土黄曲霉毒素生物防治产品，称为Aflasafe。每个国家都有自己版本的Aflasafe，使用四种有毒的黄曲霉菌株的混合物，这些菌株都是在当地土壤中自然生长的。¹³该产品只需要在每个生长季节在田间喷洒一次，应该在开花前两到三周喷洒。在非洲几个国家，Aflasafe持续将玉米和花生中的黄曲霉毒素污染降低了80-99%。¹⁴对于小农户来说，这种产品仍然很贵，但生产正在扩大，这可能会导致产品变得更容易获得。

在收获前阶段减轻黄曲霉毒素的机械技术包括土壤测试设备、控制灌溉系统、土壤灌溉传感器以及石膏和肥料撒播器。土壤测试设备使农民能够确定土壤中的pH值和养分，从而知道可能需要添加什么。滴灌带等控制灌溉系统可以节约用水，同时确保作物只从根部获得所需的水。土壤灌溉传感器可以帮助提醒农民何时浇水。最后，石膏和肥料撒布机提供了一种比传统方法更有效的撒肥方法。所有这些技术都与良好农业规范(gap)有关，这些规范已被证明可以在收获前阶段控制黄曲霉毒素，并提高作物产量和净收益。⁹

收获阶段:

在收获阶段减少黄曲霉毒素接触的重要步骤是在最佳成熟时收获作物，并防止在收获期间对豆荚造成损害。收获时过度成熟或非常不成熟的豆荚数量过多会导致最终产品中黄曲霉毒素水平较高，因为在收获后阶段，黄曲霉毒素更容易通过未完全成形或受损的豆荚传播。¹⁵不良的收获方式也会破坏豆荚，从而增加黄曲霉毒素污染的风险。¹⁶

花生的收获是一个特别的挑战，因为它们必须从地下挖出来。落花生有两种类型:一种是成串生长的，另一种是伸展或半伸展的。束型通常是人工收割，而平铺型则是用耙耙或牛犁收割。土壤应该足够湿润，以便更容易地将植物拔除，而不损失土壤中的任何豆荚(参见收获前灌溉部分)。¹⁷CTI和ICRISAT为马拉维开发了一种在收获阶段减轻黄曲霉毒素的负担得起的技术。这款工具是为小农户制造的，设计坚固耐用，便于妇女背着婴儿操作。还有其他升降机可用，但它们更贵，通常需要用拖拉机拉动。

图1:CTI花生升降机。

采后阶段:

收获后阶段是减少黄曲霉毒素的关键点，因为如果提供合适的环境，真菌在这个阶段获得了生长和传播的空间。收获后还包括作物转化为我们所吃的食物之前所经历的大部分步骤。步骤包括:

• 采摘剥壳(花生)
• 去壳(花生和玉米)
• 脱粒、脱粒、筛选(各种谷物)
• 干燥
• 贮存及包装

与收获前和收获阶段类似，这些不同步骤的缓解策略遵循GAPs，是预防性措施。使用适当的分选、干燥和储存技术可以抑制真菌的生长，从而将黄曲霉毒素水平降低63-88%。¹⁶虽然gap可以在人工过程中进行，但技术可以节省时间，因此可以防止吊舱在潮湿的条件下放置太长时间，从而可能损坏并暴露在霉菌中。

拔毛和剥毛:

拔荚和剥荚是从花生植株中去除豆荚的过程，可以手动完成，也可以用拔荚器或剥荚器来加快这一过程。一种拔毛器/脱毛器是由一个木质框架和一块拉伸的鸡网构成的。¹⁷另一种是带有齿的电动旋转圆筒，将豆荚从茎上拉出。采摘后的豆荚应尽快收集晾干。¹⁸

脱衣舞女的例子包括:

• CTI脱衣器:与ICRISAT合作开发的脱衣器将与马拉维全国小农协会和马拉维农民联盟合作，向马拉维的小农提供，以贷款方式分发，以换取农民的收成。开云体育体育赛事
• 番石榴花生荚剥离器:就地建造，易于建造和维护。

图2:CTI花生脱皮器图3:弥拉达花生锅脱皮器

干燥:

在温暖潮湿的地区，食物中黄曲霉毒素的含量很高。因此，快速和适当的农产品干燥有助于降低水分含量，从而避免真菌生长的有利条件。¹⁹通过将豆荚放在远离地面的防水帆布上或通风的烟囱上干燥，并尽可能缩短干燥时间，可以减少污染。⁹这可以通过使用深色表面或升高的网格来实现。¹⁶也有许多机器可用，使用不同的干燥方法，并有不同的尺寸。烘干机的一些例子包括:

• 柱式干燥机:一种炉子操作的强制空气干燥机，可将玉米中的水分含量降低到13.5%以下。^20.
• 浅床干燥机，如Easydry M500玉米干燥机:一种针对小农的经济便携式玉米干燥机，可以在3小时内干燥500公斤玉米，将水分水平从18-20%降低到约13.5%。²¹也可以将玉米干燥机用于干燥花生。
• 太阳能烘干机:用防水布和铲子搅拌豆荚，或使用太阳能烘干机，将太阳能集中到一个隔间，以更快地干燥作物。

图4:柱式干燥机图5:浅床烘干机图6:太阳能干燥机

炮击:
剥壳机有助于减少黄曲霉毒素污染的豆荚更快剥壳和保持他们干燥。在用手剥豆荚的过程中，妇女经常在豆荚上洒水，使它们变软，增加了黄曲霉毒素污染的机会。

剥壳器的例子包括:

• CTI剥手机:引导农民购买，并通过出租给其他农民来获利。它通过增加产量和帮助他们获得高质量坚果的良好价值，使个体小农受益。
• 由饱腹计划的通用坚果脱壳机:它是由一个手动曲柄操作，能够脱壳落花生，乳木果和咖啡豆等。²²
• 单冲程玉米脱壳机

图7:由CTI和ICRISAT开发的脱壳器图8:通用坚果脱壳机图9: Iketsetse单粒玉米脱壳机

打谷:

脱粒是将高粱和谷物从小麦等几种作物的头部去除的过程。与延迟收获方法相比，早期收获和脱粒可持续降低黄曲霉毒素浓度，提高总收益。

脱粒机的例子包括:

• 大豆创新实验室的电动多粒脱粒机
• CTI手动脱粒机

Figure 10:大豆创新实验室电动脱粒机图11:CTI手动脱粒机

贮存及包装:

储存是收获后过程中的另一个重要步骤，因为在运送到市场之前，作物必须收集并保存一段时间。储存空间必须清洁，以限制孢子和其他生物的污染，凉爽干燥，以抑制真菌生长，昆虫和啮齿动物无，以防止对豆荚的破坏和真菌的传播。低收入国家的许多小农传统上将粮食等农产品储存在通常由木材、竹子、茅草或泥土制成的容器中。最近，金属或水泥桶已被引入作为传统储存方法的替代品，但其高成本和低可及性使小规模农场的采用受到限制。¹²聚丙烯(PP)或布袋是一种存储选择，但内容物仍然可能因袋间的空气流动而受到污染，如果由于现有孢子的存在而被重复使用，情况会更加严重。密封袋是一种经济实惠的解决方案，它通过创建一个密封的空气屏障来控制污染，这样真菌和害虫就无法进入或在里面呼吸。在一项比较密封布袋和标准布袋的测试中，储存在三层袋中的豆荚显示黄曲霉毒素的最低水平为1.3至33.5毫克千克^－1直接储存或添加黄曲霉和毛茛，而含量在3.5至63.7 mg kg之间^－1装在布袋里。²³

存储解决方案包括:

• GrainSafe:防水气密存储袋，存储容量2900磅(以小麦为基准)。²⁴
• 普渡改良作物贮藏袋(PICS):也称为三层密封袋，容量为90-100公斤
• 小型金属筒仓:由铝制成，大小可容纳200-1000公斤

图12:GrainSafe储物袋图13:普渡改良豇豆贮藏袋图14:金属筒仓

整理和清洁:

分拣是通过对豆荚的物理性质进行检查，挑出质量不合格的豆荚。通过去除受损和变色的豆荚，可以减少黄曲霉毒素和其他污染物质。手工分拣是一种直观的、不容易用机器代替的、有效的分离豆荚的方法。电子颜色分选(ECS)是一种通过豆荚变色来检测黄曲霉毒素的技术。¹⁵还有一些筛选技术，如真菌毒素的荧光检测，可以估计黄曲霉毒素水平，作为了解是否需要进行更多分选的初步步骤。某些类型的黄曲霉毒素呈现荧光蓝色，而其他类型的黄曲霉毒素呈现荧光绿色。²⁵大多数机械分选和筛选技术只在工业环境中使用，因为这些技术对低收入农民来说很昂贵。

其他物理缓解方法的研究:

还有许多其他的收获后工业黄曲霉毒素缓解方法正在试验中。物理干预，如加热、电磁辐射处理、脉冲光、射频、微波、臭氧熏蒸和化学控制剂，都已对其减少受污染作物中的黄曲霉毒素的能力进行了测试。污染后干预的最大挑战是，即使黄曲霉毒素被破坏了，人们对摄入剩余残留物的影响知之甚少。¹²虽然这些方法对大农户来说可能是一种合适的投资，但更适合小农的是预防措施，因为它们负担得起，而且可以通过改善作物整体质量和提高产量获得更大的效益。

测试套件

农民可以通过良好的管理措施将黄曲霉毒素的生长降至最低。但是，为了防止污染，建议他们在处理(储存、销售或运输)农产品之前使用黄曲霉毒素检测试剂盒。有时，有害的曲霉菌感染不能总是用肉眼发现，因此，受污染的作物很容易被当作健康的作物。因此，在种子或谷物供应链的每个阶段进行黄曲霉毒素检测被认为是最佳做法。

有许多检测试剂盒可以使用，如Elisa检测试剂盒，高效液相色谱法(HPLC)和agrastrip。Elisa检测试剂盒和HPLC必须在实验室环境中进行，因此大多数当地小农无法获得。Agrastrip是一种一步横向流动测试，用于小农在加工他们的产量之前检测农场水平上黄曲霉毒素的存在。它被认为是一种快速检测方法，因为它使农民比其他传统和基于实验室的方法更快地得到结果。AgraStrip的样品制备时间约为10-15分钟。在肯尼亚当地，一个AgraStrip测试条的成本约为8 - 10美元。尽管AgraStrip价格低廉，而且可以快速获得结果，但其主要缺点是它不如实验室测试方法准确。

讨论

从对降低黄曲霉毒素的技术的回顾来看，在任何作物中仅使用一种特定的方法来降低黄曲霉毒素是非常困难的。预防/减少黄曲霉毒素取决于多种因素，如作物类型及其生理特性、土壤特征、可用技术类型以及发生污染时的污染程度。因此，黄曲霉毒素控制是一种综合管理方法。所有在收获前、收获和收获后三个阶段使用的技术都应得到照顾。这将确保大大降低所生产作物中的黄曲霉毒素水平。

补充数据:

附录A

附录B

参考文献

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