综述：黄曲霉毒素B1的生物学脱毒：微生物与酶促策略、机制及其在食品和饲料系统中的应用系统综述

《Toxins》：Biological Detoxification of Aflatoxin B1: A Systematic Review of Microbial and Enzymatic Strategies, Mechanisms, and Applications in Food and Feed Systems

　　

食品和饲料受黄曲霉毒素B₁（AFB₁）污染因其毒性、致癌性及在食物链中的持久性，仍是全球面临的主要关切。环境与气候压力持续有利于产黄曲霉毒素真菌的污染，这凸显了对有效且可持续脱毒策略的需求。生物学脱毒已成为传统物理和化学处理方法的一种有前景的替代方案。本系统综述依据PRISMA指南进行，总结了用于AFB₁脱毒的微生物和酶促方法，重点关注细菌、酵母和微生物酶。文献显示细菌系统占据主导地位，特别是乳酸菌（LAB）和芽孢杆菌属，其主要通过吸附、抑制真菌生长以及抑制黄曲霉毒素生物合成发挥作用。酵母虽然相关研究较少，但也通过吸附和与生物降解相关的机制展现出可观的脱毒能力。酶促系统实现了最高的效率，特别是漆酶和脱色过氧化物酶等氧化酶，在优化条件下其脱毒率通常超过90%。然而，工业应用仍受到实验室规模验证、各方案间的差异性、降解产物毒理学评估不完整以及复杂食品和饲料基质中证据有限等因素的制约。

1. 引言
AFB₁被广泛认为是全球污染食品和饲料的最危险真菌毒素之一。它主要由产毒曲霉属产生，特别是黄曲霉和寄生曲霉，常在旨在供人类和动物食用的谷物、坚果、油籽、香料及其他主要商品中检出。污染可发生在田间以及采后处理或储存期间，尤其是在有利于真菌繁殖和毒素生物合成的温暖潮湿环境条件下。因此，AFB₁在整个食物链中仍是持续的挑战，并继续损害食品安全、公共卫生和国际贸易。近年来，由于环境和气候压力越来越有利于产黄曲霉毒素真菌，围绕AFB₁的担忧进一步加剧。干旱胁迫、高温、湿度波动、虫害、植物胁迫和储存基础设施不足均有助于真菌定植和黄曲霉毒素积累。当前证据还表明，气候变化可能将黄曲霉毒素污染的地理分布扩展到以前被认为风险较低的地区，从而增加了预防和污染后控制策略的紧迫性。在已知的黄曲霉毒素中，从致癌角度来看AFB₁被认为是毒性最强且最相关的。其毒理学意义主要与细胞色素P450酶的肝脏生物活化有关，该酶将AFB₁转化为高活性的AFB₁-8,9-环氧化物代谢物。这种活性中间体与DNA和蛋白质形成加合物，促进氧化应激，破坏细胞稳态，并启动与肝细胞癌强烈相关的致突变事件。根据这一证据，国际癌症研究机构（IARC）已将黄曲霉毒素分类为对人类致癌（1类）。除致癌性外，长期暴露于AFB₁还与肝毒性、免疫毒性、生长受损和更广泛的代谢紊乱有关，特别是在暴露于低剂量但反复接触的易感人群中。尽管主要机构已确立监管限值和监测框架，但实践中AFB₁污染仍难以控制。监管行动水平和最大限量是风险管理不可或缺的工具，但它们不能消除驱动污染的环境、农业和储存相关因素。因此，在气候胁迫、干燥做法不足和储存条件不当的地区，AFB₁浓度继续超过允许水平。为减轻AFB₁污染，已探索了众多干预措施，通常分为物理、化学和生物学方法。物理策略包括分拣、洗涤、去皮、热处理、辐射和使用吸附材料，而化学方法涉及能够修饰或降解黄曲霉毒素结构的化合物。然而，这些方法通常存在显着局限性，包括脱毒不完全、可能形成不良副产物、营养或感官质量损失、基质依赖性效力以及经济或操作限制。这些缺点促使人们越来越关注更安全、更可持续且与食品兼容的脱毒策略。在此背景下，生物学脱毒已成为AFB₁缓解最有前景的替代方案之一。从历史上看，对微生物黄曲霉毒素脱毒的兴趣可追溯到1966年，当时Ciegler等人首次报道了微生物能够对黄曲霉毒素进行脱毒，并鉴定出黄杆菌为活性菌株。随后描述AFB₁微生物转化产物的研究进一步表明，生物学脱毒可能不仅涉及物理去除，还涉及毒素分子的真正化学转化。这些开创性发现为现代微生物和酶促AFB₁脱毒研究奠定了概念基础。当前的生物学脱毒策略依赖细菌、酵母和丝状真菌等微生物以及分离的酶，通过吸附、抑制真菌生长和毒素生物合成、生物转化或直接酶促降解来降低AFB₁。与常规化学或物理干预相比，生物学方法通常被认为是更温和且与食品和饲料系统更兼容的，因为它们可以更好地保留营养价值和感官特性，同时减少环境负担。近期文献特别强调了益生菌、食品级酵母、重组酶和固定化生物催化剂作为AFB₁控制创新工具的日益相关性。同时，该领域仍在积极发展中，并存在几个重要的知识空白。报道的脱毒功效因所选微生物或酶、反应条件、暴露时间、毒素浓度、食品或饲料基质以及用于验证AFB₁降低的分析方法不同而存在很大差异。此外，尽管许多研究报告了AFB₁转化产物的形成，但其毒性降低通常未被直接证明，且对这些代谢物完整的毒理学表征、结果在复杂真实基质中的重现性以及大规模工业实施的可行性仍存疑虑。因此，近期的综述呼吁进行更有力的机制验证、更严格的安全性评估以及从实验室结果向食品和饲料实际应用的更好转化。在此框架内，本系统综述旨在对当前关于AFB₁生物学脱毒的知识进行综合。特别强调所涉及的机制、研究的主要微生物和酶促试剂、它们在食品和饲料系统中报道的脱毒功效，以及仍限制其更广泛应用的实际局限性。

2.1. 涉及通过吸附、结合或抑制毒素生物合成进行AFB₁脱毒的细菌系统
大量细菌菌株被研究用于通过吸附、细胞表面结合、对产黄曲霉毒素真菌的拮抗或抑制黄曲霉毒素生物合成来进行AFB₁脱毒。收集的研究主要涉及乳酸菌（LAB）、芽孢杆菌属、假单胞菌属、红球菌属和链霉菌属，突出了食品相关和环境来源细菌在非酶促缓解策略中的主导地位。在测试的微生物中，芽孢杆菌属和乳酸菌是研究最频繁的，在其各自的实验条件下反复显示出显着的AFB₁降低。枯草芽孢杆菌和迟缓芽孢杆菌等亦在多种基质中表现出优良的脱毒性能。研究表明，吸附能力高度依赖菌株。热处理的乳酸菌细胞往往显示出对AFB₁的高亲和力。一些系统将吸附与显着的抗真菌或抗产黄曲霉毒素活性相结合。放线菌基抑制模型也很有效，例如链霉菌属的培养滤液能完全抑制AFB₁的产生。总体而言，细菌脱毒系统具有高度的多功能性，主要依赖细胞壁吸附、抑制真菌生长和抑制黄曲霉毒素生物合成。

2.2. 涉及AFB₁生物降解和生物转化的细菌和选定真菌系统
直接生物降解和生物转化使用细菌菌株和选定的真菌分离株将AFB₁转化为结构修饰的产物。这些方法主要依赖胞外酶、分泌的代谢物、蛋白质成分或活跃的代谢转化途径。研究涉及从发酵食品、土壤、海洋环境等分离的微生物，突出了AFB₁脱毒微生物的生态多样性。在测试的细菌系统中，多种芽孢杆菌菌株表现出显着的脱毒性能，且在特定基质上能实现99%以上的去除率。伯克霍尔德氏菌属和假单胞菌属也显示出实质性的生物降解能力，其活性主要归因于胞外酶或蛋白质成分。生物转化系统提供了结构修饰的证据，例如将AFB₁转化为黄曲霉毒醇、黄曲霉毒素D₁、黄曲霉毒素D₂等代谢产物。与吸附策略不同，这些方法提供了真正毒素转化的证据，因此代表了用于AFB₁先进生物学脱毒的有前景的平台。

2.3. 涉及AFB₁脱毒的酵母基系统
酵母也被作为AFB₁生物学脱毒工具进行研究，主要通过与细胞壁多糖的吸附、抑制产黄曲霉毒素真菌或直接生物降解进行。酿酒酵母是研究最频繁的物种。在模拟胃肠道消化期间，基于活性炭、乳酸菌和酿酒酵母的复合系统对AFB₁的吸附量可高达99.7%。在细胞表面表达抗AFB₁抗体的工程酵母显示出比野生型菌株高1.7倍的毒素结合能力。此外，一些非酿酒酵母物种也实现了90%以上的AFB₁降低率，这表明高脱毒性能并不局限于传统的工业酵母，酵母的生物多样性仍有待开发。

2.4. AFB₁的酶促脱毒
纯化的酶和重组生物催化剂在受控条件下被广泛用于直接AFB₁脱毒。研究主要涉及漆酶、脱色过氧化物酶和还原酶等氧化酶，突出了催化氧化的重要性。漆酶是研究最多的酶家族，如重组真菌漆酶rCuL和Lac-W等在饲料基质中能实现高脱毒率。DyPs是出现频率第二高的酶类，在有相关辅酶催化的条件下能将AFB₁转化为AFB₁-二醇等产物。其他系统如醛酮还原酶也能实现超过90%的转化。酶系统在优化条件下通常能实现90%以上的AFB₁降解，支持其作为未来食品和饲料去污应用的先进工具的潜力。

2.5. AFB₁脱毒的实验应用模型
多项研究在实际的食品、饲料和环境基质中评估了生物学脱毒系统。应用主要包括发酵过程、粮食储存保护、饲料处理、食品基质去污和环境修复。在发酵应用中，乳酸菌和芽孢杆菌在污染小麦麸皮、玉米粉及豆瓣酱发酵中实现了显着的AFB₁降解。在生物控制储存期间，芽孢杆菌和链霉菌等能显著抑制真菌生长并降低AFB₁积累。在饲料脱毒及食品基质处理中，各种微生物和酶的添加也展现出优异效果。在胃肠道模拟中，益生菌能有效减少AFB₁。这表明生物学脱毒可成功应用于包括谷物、发酵食品、废水和加工产品在内的复杂真实基质。

3. 讨论
文献编译表明，尽管在生物系统上存在显着差异，但微生物脱毒已发展为一个庞大且快速扩展的研究领域。第一个值得注意的现象是细菌系统在文献中占据主导地位，这主要因为细菌世代时间短、易于培养、在食品或饲料中的相关性强以及工业可接受性广。从机制角度来看，文献以吸附、结合和抑制为主，而非确认的结构修饰，这表明大多数研究仍侧重于预防毒素积累或物理降低毒素生物利用度。从分类学结构来看，乳酸菌和芽孢杆菌构成了主要的细菌群体。对于酵母，研究表明其脱毒能力并不仅限于酿酒酵母，多种非酿酒酵母展现出极高的脱毒率。酶数据集则强烈表明该领域正朝向更精确的催化脱毒系统发展，氧化酶构成了其中的主导催化范式。然而，实验室的高效并不能自动保证工业可行性，基质复杂性、酶不稳定性、辅因子成本、工艺整合和监管批准仍是实施的主要障碍。降解产物的毒理学评估也仍然是一个重要的限制，大多数研究未直接评估降解产物毒性、致突变性或体内毒性。总体而言，生物学脱毒已从探索性筛选发展到机制驱动的生物技术阶段，在食品安全和安全评估方面仍需进一步突破。

4. 结论
本综述突出了AFB₁生物学脱毒取得的重大进展。细菌系统在当前文献中占据主导地位，酵母尽管研究较少，但显示出显着的脱毒能力。酶促系统，特别是氧化酶，在优化条件下通常报告AFB₁降低超过90%，表明催化氧化是有效转化AFB₁的关键途径。然而，实验室规模效率和实际适用性之间仍存在巨大差距。大多数研究在简化的实验条件下进行，而食品基质、感官质量、监管约束和工艺可扩展性等因素限制着工业实施。总体而言，生物学脱毒是减轻AFB₁的一种有前景的可持续策略，未来的重点应是整合系统、优化条件并确保安全性。