《Food Control》：A Multi-Year Comparison of Tritordeum with Wheat and Minor Cereals: Mycotoxin Occurrence, Free Asparagine Content, and Acrylamide Formation
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近年来，谷物食品系统的多样化作为提高农业韧性、增强生物多样性以及满足消费者对改善营养与健康属性食品需求的一项策略而受到越来越多的关注。在此背景下，Tritordeum作为一种由硬粒小麦（Triticum turgidum ssp. durum）与野生大麦（Ho
近年来，谷物食品系统的多样化作为提高农业韧性、增强生物多样性以及满足消费者对改善营养与健康属性食品需求的一项策略而受到越来越多的关注。在此背景下，Tritordeum作为一种由硬粒小麦（Triticum turgidum ssp. durum）与野生大麦（Hordeum chilense）杂交获得的新型异源多倍体物种，因其独特的组成性状而在特色谷物产品领域引起了兴趣。然而，尽管其具备营养与健康方面的优势，研究人员对其在食品安全方面的特性，尤其是真菌毒素污染与加工过程中污染物形成的评估仍十分有限。本研究旨在对Tritordeum与已建立的谷类物种（如面包小麦和硬粒小麦）以及其他替代性小粒谷物（包括斯佩尔特小麦、二粒小麦、大麦、黑小麦和黑麦）在意大利北部同一地点连续三个生长季的相同农艺条件下进行比较。具体而言，研究人员调查了（i）籽粒样品中镰刀菌属（Fusarium spp.）真菌毒素的共存情况，（ii）全麦粉与精制粉中的天冬酰胺（ASN）含量，（iii）全麦与精制饼干中丙烯酰胺（AA）的形成，以及（iv）基因型和生长季节对这些主要食品安全性状的影响。结果显示，脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）是最普遍的污染物，在77.1%的样品中被检出，且Tritordeum的DON污染水平与硬粒小麦相当。恩镰孢菌素B（ENN B）在59.5%的样品中被检出。Tritordeum的游离ASN含量显著低于黑麦和硬粒小麦，但与面包小麦及其他杂粮相当。精制工艺使ASN含量平均降低约70%，并显著减少了AA的形成。在全麦饼干中，仅面包小麦和大麦样品的AA含量低于欧盟基准水平。研究表明，虽然Tritordeum在营养与工艺特性方面具有吸引力，但其对DON污染的易感性与硬粒小麦相似且跨季节表现一致，而其ASN含量相对较低，显示出一定的优势。将食品安全性状纳入育种计划对于确保谷物多样化的可持续发展至关重要。
研究背景与科学问题
近年来，谷物食品系统的多样化被视为提升农业韧性、增强生物多样性以及满足消费者对更优营养与健康属性食品需求的重要策略。多种新兴及次要谷物物种正逐步进入商业化食品供应链，其中Tritordeum作为一种由硬粒小麦（Triticum turgidum ssp. durum）与野生大麦（Hordeum chilense）杂交获得的新型异源多倍体物种，因其蛋白质含量较高、谷蛋白免疫原性表位水平降低以及类胡萝卜素浓度约为面包小麦三倍等有利组成性状而备受关注。然而，尽管Tritordeum展现出营养与健康的潜在优势，其成功引入食品生产仍需对其食物链的可持续性进行全面评估，特别是食品安全特性。赤霉病（FHB）是全球影响小粒谷物的主要病害之一，导致产量与品质损失，同时促进威胁人畜健康的真菌毒素积累。脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）是温带谷物产区最主要的田间污染物，常与其他修饰型及新兴代谢物共存。此外，丙烯酰胺（AA）作为高温加工过程中主要通过游离天冬酰胺（ASN）与还原糖的美拉德反应形成的加工污染物，被国际癌症研究机构（IARC）列为2A类可能人类致癌物。目前，大多数研究分别关注真菌毒素污染或AA前体，缺乏对Tritordeum在相同农艺条件下与多种谷物进行多年综合比较的现场评估。因此，本研究的目的是在同一地点连续三个生长季，将Tritordeum与面包小麦、硬粒小麦、斯佩尔特小麦、二粒小麦、大麦、黑小麦及黑麦在相同农艺条件下进行比较，系统研究真菌毒素的共存情况、ASN含量及其在饼干加工中转化为AA的潜力，以及基因型与生长季节对这些食品安全性状的影响。
研究方法概述
研究人员在意大利西北部同一地点（皮埃蒙特大区奇利亚诺），于2019–20、2020–21和2021–22三个连续生长季，采用完全随机区组设计种植了八种冬季谷类作物共十六个基因型，包括两个Tritordeum商业品种（Aucan和Bulel）、四个面包小麦品种、各一个斯佩尔特小麦和二粒小麦品种、两个硬粒小麦品种、两个大麦品种、两个黑小麦品种以及两个黑麦品种。收获后，研究人员制备全麦粉和精制粉，采用UHPLC-MS/MS系统定量检测七种真菌毒素（DON、DON-3-葡萄糖苷、乙酰化DON、恩镰孢菌素B（ENN B）、玉米赤霉烯酮（ZEN）、T-2和HT-2毒素）；利用酶法试剂盒测定游离ASN含量；并按照标准配方制作全麦和精制饼干，通过UHPLC-MS/MS测定AA含量。数据分析采用方差分析和GGE双标图等方法评估基因型与环境效应。
主要研究结果
3.1 气象数据
三个生长季的气象条件差异显著，2019–20生长季总降雨量极高（830毫米），促进了高水平的真菌病害严重度；而2021–22生长季则表现为快速衰老和成熟期降雨极少。
3.2 全麦粉中真菌毒素的发生情况
DON和ENN B是最常检出的代谢物，分别在77.1%和59.5%的样品中检出。DON浓度范围为31.1至7581.2微克每千克，ENN B范围为4.6至8585.3微克每千克。DON-3-葡萄糖苷检出频率较低（16.3%），ZEN和T-2毒素发生有限，HT-2毒素仅在一次样品中检出。生长季节显著影响真菌毒素发生，2019–20季发生率和浓度最高。在高FHB风险条件下，44%的样品超过欧盟设定的DON最大限量（1000微克每千克）。
3.3 全麦粉中真菌毒素污染水平
单因素方差分析显示，每个生长季内基因型对DON污染水平均有极显著影响。两个Tritordeum基因型的DON浓度处于较高水平，与硬粒小麦及饼干型面包小麦相当。黑小麦基因型在2019–20季表现出最低污染水平。DON-3-葡萄糖苷/DON摩尔比在物种间存在显著差异，其中Cometa大麦表现出最高的修饰能力。ENN B在所有生长季均被检出，基因型效应显著，Antalis硬粒小麦在2019–20和2021–22季达到最高浓度。
3.4 全麦粉中游离天冬酰胺含量
游离ASN含量受基因型影响极大，黑麦始终表现出最高的ASN含量，而高蛋白面包小麦基因型和斯佩尔特小麦分别在某些年份表现出最低值。Tritordeum基因型的ASN含量在各生长季内无差异，总体处于中等水平，显著低于黑麦和硬粒小麦。
3.5 全麦与精制饼干中游离天冬酰胺与丙烯酰胺形成的关系
基于GGE分析选择最具代表性的2019–20生长季样品进行后续分析。精制工艺使所有谷物的ASN含量平均降低约70%，但不同物种和基因型的降低幅度存在差异。ASN含量的降低伴随着AA形成的显著减少。线性回归分析显示，面粉ASN浓度与饼干AA形成之间存在显著正相关关系，全麦模型解释了58%的变异，精制模型解释了33%。然而，多个基因型表现出显著偏离回归线的情况，表明其他基质成分也影响ASN向AA的转化效率。AA/ASN摩尔比在基因型间差异显著，全麦饼干的平均比值（0.20）高于精制饼干（0.059）。
3.6 DON和ASN的基因型稳定性
GGE分析表明，前两个主成分分别解释了DON和ASN GGE变异的98.9%和95.6%。黑麦、二粒小麦及部分面包小麦基因型结合了低污染水平与高稳定性。Tritordeum基因型在DON方面处于中间位置，表现为较高但相对稳定的污染水平；在ASN方面，Tritordeum位于原点附近，表现出中等且稳定的积累水平。
讨论与结论
本研究首次在同一农艺条件下对Tritordeum与多种已建立谷物进行了为期三年的综合食品安全比较。结果表明，DON是最主要的污染物，Tritordeum对DON的易感性与硬粒小麦相当，这与其遗传起源一致。Tritordeum的ASN含量显著低于黑麦和硬粒小麦，但与其他谷物相当，且跨季节表现稳定。精制工艺可有效降低ASN含量和AA形成，但不同物种间的降低效率存在差异。从实际食品安全角度考虑，在高FHB风险年份，所有Tritordeum、硬粒小麦和饼干型面包小麦的全麦样品均超过欧盟DON最大限量；若同时考虑AA形成，仅少数基因型低于欧盟基准水平。精制可使更多谷物的AA含量降至基准值以下。研究人员得出结论：虽然Tritordeum因其营养和工艺特性受到关注，但在本试验条件下其对DON污染的易感性与硬粒小麦相当且跨季节一致；然而其ASN含量略低于平均水平，且AA形成潜力在使用全麦粉时与多数测试谷物相似，使用精制粉时则显著低于高风险基因型。这些发现强调，为确保谷物多样化得到营养质量与污染物风险的双重评估，必须将食品安全性状整合到育种计划和品种选择策略中。
