来自葵花籽的黄曲霉（Aspergillus flavus）的生长及黄曲霉素生物合成调控机制：对长期储存的影响

本研究评估了三个镰刀菌黄曲霉（A. flavus）菌株在向日葵种子中的生长及毒素合成最佳条件，发现温度和水分活度（aw）是关键因素，当aw<0.83时有效抑制真菌生长和毒素产生，同时壳完整性影响储存期间污染风险。

　　

戴光庆|子瑞东|杜家鹤|阿斯玛·帕尔文|徐欣|钱英英|周宇

中国安徽农业大学食品与营养学院江淮农产品精深加工与资源利用重点实验室，合肥230036

摘要

黄曲霉在不良环境条件下普遍存在于坚果和油类产品中。本研究评估了来自葵花籽的三种黄曲霉菌株的生长情况及其黄曲霉素的生物合成能力。三种菌株H1–1、H1–6和H3–3的最佳生长条件为26–35°C，水分活度(a_w)值为0.94–0.99。黄曲霉素生物合成的最佳条件为：H1–1和H1–6菌株在25–30°C、a_w值为0.96–0.99；H3–3菌株在29–31°C、a_w值为0.95–0.99。H3–3菌株的黄曲霉素生物合成活性温度范围比其他两种黄曲霉菌株更窄。尽管180天的自然储存期间经历了中国长江流域的梅雨季节，但在初始a_w值为0.8的条件下，接种了黄曲霉的葵花籽上仍未观察到菌丝生长和黄曲霉素的产生。在自然储存过程中，当初始a_w值高于0.8时，裂壳的葵花籽比未裂壳的葵花籽更容易产生黄曲霉素。总体而言，在a_w值低于0.83的葵花籽培养基和储存的葵花籽上未观察到生长和黄曲霉素的生物合成。这些研究结果对葵花籽的采后储存具有重要意义。

引言

葵花能在多种土壤条件下茁壮成长，并具有耐高温和干旱的能力。葵花广泛用于观赏、食用和榨油（Li等人，2021年）。中国每年的葵花种植面积稳定在约106万公顷，总产量约为285万吨，位居世界第四。2017年，葵花的产量在全球油料作物中排名第四（FAO，2019年）。与其他谷物和油料作物类似，葵花籽也存在食品安全风险，需要高度重视（Kaur和Ghoshal，2022年；Zhou等人，2023年）。

由于黄曲霉素具有致癌、致畸和致突变性（Leuthner等人，2022年），其对人体健康和公共卫生的影响引起了全球关注（Kumar等人，2022年；Ma等人，2022年；Roshan等人，2022年）。黄曲霉是农产品中黄曲霉素的主要产生菌（Commey等人，2024年；Jung等人，2021年；Li等人，2022年；Wu等人，2018年；Xue等人，2025年）。谷物和油料作物在收获、采后储存和食品加工过程中极易受到黄曲霉和黄曲霉素的污染（Schaarschmidt和Fauhl-Hassek，2021年；Stutt等人，2023年）。谷物和油料作物中的黄曲霉素暴露对人类和动物健康构成严重威胁（Chen等人，2024年；Huang等人，2022年；Romero-Sánchez等人，2024年；Xu等人，2020年）。目前已发现超过20种黄曲霉素（类似物），其中黄曲霉素B1（AFB1）、黄曲霉素B2（AFB2）、黄曲霉素G1（AFG1）和黄曲霉素G2（AFG2）是最常见的黄曲霉素类型。

根据先前的研究，葵花籽是一种容易受到黄曲霉素污染的油料和食用作物。Mohammed等人分析了在坦桑尼亚收集的40个葵花籽样本和21个粗制葵花籽样本，发现15%（6/40）的样本受到AFB1污染，含量范围从检测限（LOD，0.36 μg/kg）到218 μg/kg；未精炼的葵花籽油中AFB1的含量范围从LOD到2.56 μg/L（Mohammed等人，2018年）。约80.9%（17/21）的油样含有AFB1，其他黄曲霉素（如AFB2和AFG1）也在油中被检测到。Mariod和Idris研究了苏丹花生油和葵花籽油中的AFB1污染情况，并从苏丹的喀土穆、盖齐拉、科尔多凡和AI Gadarif州收集了241个油样（Mariod和Idris，2015年）。阳性花生油样本（102/186）中的AFB1含量范围为0.5至70 μg/L，葵花籽油样本（8/55）中的含量范围为0.7至35 μg/L。虽然葵花籽油中的黄曲霉素污染率低于花生油（54.5%），但污染率仍达到14.5%。这些发现强调了针对葵花籽及其衍生产品中黄曲霉素进行有针对性的监测和缓解策略的迫切需求。

黄曲霉在农作物中的定殖、生长和产毒潜力受到环境条件、寄主植物抗性以及农业生态系统内生态动态的三重相互作用的影响（Tai等人，2020年）。黄曲霉素的生物合成受到环境因素（如温度、a_w和pH值）和营养因素（如碳和氮底物的可用性）的显著调控。同时，真菌菌株的代谢可塑性在动态生长条件下进一步影响黄曲霉素的产量。尽管大量研究表明a_w和温度对黄曲霉在各种食物基质（如玉米和花生）中的生长和黄曲霉素生物合成具有协同作用，但以往的研究尚未系统地探讨这些相互作用在葵花籽中的表现。本研究使用优化的葵花籽培养基评估了黄曲霉在控制储存条件下的生长动态和产毒潜力，然后模拟了实际采后环境以评估长期储存的葵花籽的污染风险。确定抑制黄曲霉生长和黄曲霉素生物合成的最佳采后储存条件对于提高葵花籽的安全性和市场竞争力至关重要。

样本和试剂

从中国新疆省购买的葵花籽经过检测，不含黄曲霉素，符合严格的安全标准。色谱级甲醇和乙腈购自TEDIA（上海，中国）。色谱级水购自Thermo Fisher Scientific有限公司（上海，中国）。免疫亲和柱（AflaTest）和黄曲霉素标准品（即AFB1、AFB2、AFG1和AFG2）由Pribolab（青岛，中国）提供。

温度和a_w对黄曲霉生长的影响

温度和相对湿度（或基质a_w）是影响真菌生长的两个最关键的环境因素（Romero Donato等人，2022年）。如图1所示，三种真菌菌株对温度和a_w的适应能力相似。黄曲霉的最佳生长条件为28–35°C，a_w值为0.96–0.99（图1A）。在22–32°C的温度范围内，黄曲霉的菌落直径逐渐增大。

讨论

本研究显示，黄曲霉在葵花籽上的最佳生长条件为26–35°C，a_w值为0.94–0.99，与以往的研究结果基本一致。黄曲霉在a_w值为0.83时停止生长，这一阈值略低于Nyjer种子中报告的0.86（Gizachew等人，2019年）。黄曲霉在杏仁上的最佳生长条件为28°C，a_w值为0.96，而

结论

温度和a_w是黄曲霉生长和黄曲霉素生物合成的关键环境因素。本研究表明，葵花籽的a_w值低于0.83，以及储存温度低于22°C或高于37°C，可以有效防止黄曲霉的生长和黄曲霉素的生物合成。此外，种子壳的完整性也是控制黄曲霉和葵花籽储存过程中黄曲霉素污染的关键因素。

CRediT作者贡献声明

周宇：撰写、审稿与编辑、监督、项目管理、概念构思。钱英英：撰写、审稿与编辑、监督、正式分析。徐欣：方法学研究、正式分析、数据管理。阿斯玛·帕尔文：撰写、审稿与编辑、方法学研究。杜家鹤：方法学研究、调查、正式分析、数据管理。子瑞东：撰写、原始草稿、方法学研究、调查、数据管理。戴光庆：方法学研究、调查、正式分析、数据管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（U22A20442）和IHM食品营养与健康联合研究中心（2024SJY03；2023SJY02）的研究资金支持。