综述：减轻玉米及其相关产品中玉米赤霉烯酮影响的物理方法：作用机理、效果及前景

《Journal of Cereal Science》：Physical approaches for mitigating zearalenone in corn and corn-related products: mechanisms, efficacy and prospects

　　

• •
  玉米产品在加工过程中容易积累Zearalenone（玉米赤霉烯酮）。
• •
  物理方法为降低玉米产品中的ZEN风险提供了可行的途径。
• •
  本综述总结了控制玉米产品中ZEN的物理方法。
• •
  将实验室成果应用到工业系统中仍然是一个重大挑战。

引言

霉菌毒素污染是全球最紧迫的食品安全问题之一。联合国粮食及农业组织（FAO）历来估计食品作物中的霉菌毒素污染率为25%，但最近的全面调查显示，主要谷物中的实际污染率高达60-80%（Eskola等人，2020年），这导致了严重的经济损失和健康危害。在这些霉菌毒素中，玉米赤霉烯酮（ZEN）由于在以玉米为基础的食品和饲料系统中的高检出率而具有特别重要的经济影响（Ropejko和Twaru?ek，2021年）。

ZEN（C₁₈H₂₂O₅），通常被称为F-2毒素，主要由Fusarium sporotrichioides、Fusarium graminearum和Fusarium culmorum产生。表1总结了ZEN及其主要衍生物的化学结构。在室温下，它以白色晶体形式存在，溶解度较低（如水、二硫化碳、四氯化碳和石油醚），但在有机溶剂（如乙酸乙酯和氯仿）中易溶。ZEN具有显著的亲脂性，这使其能够容易地与脂质和蛋白质结合，而不会留在水相中（Gromadzka等人，2008年；Rogowska等人，2019年；Tan等人，2021年）。值得注意的是，ZEN内酯环的碱性水解会使其失去雌激素活性，并产生水溶性羧酸盐，而在酸性环境中这种反应是可逆的，从而恢复其毒性。随着全球气候变化的加速和农业模式的转变，ZEN的威胁日益加剧，特别是在监管框架仍在发展的发展中国家。ZEN污染在很大程度上取决于环境因素，特别是在收获前和储存期间温度较低、湿度较高的条件下。玉米对这些毒素特别敏感，是人和动物暴露的主要食物来源。如图1所示，田间最初的感染在工业加工过程中可能会重新分布并富集，最终增加最终暴露量。Wu等人（2016年）报告中国13个省份的玉米检测率为92-99%，而加工后的衍生物（如玉米胚芽粕、DDGS）的污染水平更高。随后的一项全国性调查（2017-2021年）进一步证实了这些担忧，显示中国21个省份的玉米及其衍生物中ZEN的检出率为50-94%（Hao等人，2023年）。表2详细总结了区域的污染数据。

由于ZEN具有强烈的雌激素活性，它对健康构成了重大风险。其结构与天然雌激素相似，能够与雌激素受体竞争性结合，导致严重的内分泌紊乱。在动物中，这种影响主要表现为生殖障碍，尤其是在猪身上（例如，不孕、胎儿异常、产仔数量减少）。除了生殖毒性外，ZEN还表现出已证明的基因毒性、肝毒性和免疫毒性（Hudu等人，2024年；Bulgaru等人，2021年），如图2所示的多器官毒性。国际癌症研究机构（IARC）将ZEN归类为3类致癌物（Ostry等人，2017年）。此外，广泛的体内代谢可以产生高毒性的代谢物，从而加剧其健康风险（图3）。鉴于这些风险，许多国家和组织已经实施了严格的监管限制，例如，欧盟委员会规定精炼玉米油的最大限量为400 μg/kg（欧盟法规No. 2023/915），中国对于原玉米、小麦、大麦和面粉的允许限量是60 μg/kg（GB 2761-2017）。然而，仍存在监管差距，因为一些国家尚未制定具体的限制。这些不同的标准，加上持续的污染，需要与工业食品加工相匹配的有效解毒策略。

减轻ZEN的不良影响已成为全球食品和饲料行业的优先事项。研究人员广泛研究了化学、生物和物理解毒策略（图4）。化学方法，如还原、结合/添加、中和和臭氧化反应，虽然效果显著，但往往会损害营养价值并可能产生 secondary toxic compounds（Mao等人，2016年）。使用微生物或酶（如芽孢杆菌、酵母细胞壁和乳酸菌）的生物方法具有高选择性，但受到高成本、复杂操作程序和工业规模上低重复性的限制（Joannis-Cassan等人，2011年；Nguyen等人，2024年）。相比之下，物理方法从传统技术（如热降解、筛选、清洗和去壳）发展到先进的非热处理技术，包括冷等离子体、超高压处理、脉冲电场、先进吸附和辐照（Liu等人，2025年；Mahato等人，2021年）。其中，传统的热处理方法（煮沸、烘焙、油炸和高压烹饪）的分解率有限（40-83%），因为ZEN具有相当的热稳定性，即使长时间加热超过200°C也只能部分降解（Pleadin等人，2022年；Zinedine等人，2007年）。此外，如此高的温度还容易引起脂质氧化，产生有害副产物，如多环芳烃和丙烯酰胺。此外，热敏感的营养素如植物甾醇、角鲨烯和维生素会被破坏，从而降低风味和营养价值。非热辐照方法（如紫外线、⁶⁰Co伽马射线和电子束）可以降解ZEN，但长时间暴露或高剂量可能会导致氨基酸降解，并需要昂贵的设备和严格的安全预防措施（Emadi等人，2022年；Zhang等人，2025年）。相比之下，物理吸附是一种非常有前景的策略。它通过吸附剂（如无机矿物、有机碳基材料以及新兴的金属有机框架及其衍生物）与ZEN分子之间的特定相互作用来实现解毒。此外，玉米及相关产品经常受到多种霉菌毒素的污染，包括脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）、伏马菌素（FBs）、黄曲霉毒素（AFs）、ZEN和HT-2/T-2毒素。然而，这些霉菌毒素在来源、污染模式、理化性质和对抗物理缓解策略的响应方面存在显著差异。表S1总结了与玉米污染相关的主要霉菌毒素，包括它们的出现特征、加工行为、监管限制和物理解毒技术的适用性。在这些污染物中，ZEN具有独特的特性，包括雌激素活性和相对较高的亲脂性，使其特别适用于富含脂质的玉米产品以及基于吸附的缓解策略。因此，本综述重点介绍了玉米及其衍生产品中ZEN缓解的物理方法的最新进展。总体而言，本文系统地回顾了当前用于去除ZEN的物理方法，比较了它们的优点和局限性，并对其解毒效率和机制进行了批判性评估，以解决目前的技术瓶颈。本文提出了未来的发展方向，并为食品安全中的霉菌毒素控制提供了理论参考。

部分摘录

ZEN的物理缓解

目前，去除ZEN的两个主要物理策略是基于辐照的降解和吸附分离。这些方法的基本原理是改变ZEN的分子结构或将其从基底基质中分离出来，从而实现有效的解毒。这些方法在食品和饲料工业中得到广泛应用。本节重点评估了这两种策略的最新发展。

吸附分离

吸附方法利用具有大比表面积和特定孔结构的多孔固体材料，从液体或气体中捕获目标物质到吸附剂表面。这一过程实现了目标物质的分离和富集。由于其低成本、高效率、易于操作和适合大规模生产，这项技术被广泛用于霉菌毒素的缓解。通常，吸附剂不会与吸附介质发生反应。

结论

作者贡献声明

Jinghan Li：撰写——初稿、软件开发、研究。 Junmin Ji：撰写——审稿与编辑、资金获取、概念构思

未引用的参考文献

Du等人，2023年；Li等人，2024年；Rempe等人，2013年；Wang等人，2021年；Wang等人，2021年。

伦理声明

作者声明本研究不涉及人类或动物实验。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据可用性

数据可应要求提供。

资金支持

国家小麦和玉米深加工研究中心的开放项目计划（NL2025008）、河南工业大学的国家级自然科学基金培养项目（2024PYJH006）以及中国第十四个五年计划的关键研发课题（2021YFD2100302）为本研究提供了慷慨的资金支持。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。