通过臭氧化技术减少玉米中由镰刀菌产生的霉菌毒素，这是一种可持续的饲料储存方法；同时评估臭氧对玉米品质参数的影响

《Journal of Cereal Science》：Reduction of Fusarium-produced mycotoxins in maize by ozonation as a sustainable approach to feed storage and assessment of the impact of ozone on maize quality parameters

臭氧处理可有效降解玉米中三种镰刀菌产生的多种毒素，处理浓度150-300 ppm、时间15-30分钟实现完全脱毒，但导致脂质氧化（MDA升高）和脂肪酸组成改变，长期储存后酶活性恢复。

　　

Piotr Antos | Justyna Szulc | Pawe? Wywrocki | Bo?ena Kusz | Krzysztof Tereszkiewicz | Rados?aw Józefczyk | Tomasz Piechowiak | Maciej Balawejder

波兰热舒夫技术大学，计算机工程与管理系

摘要

玉米（Zea mays L.）作为一种全球重要的粮食和饲料作物，其质量受到多种有害污染物的影响。其中，属于Fusarium、Aspergillus和Penicillium属的真菌是导致玉米质量下降的主要污染源，这些真菌会合成诸如脱氧雪腐镰刀菌烯醇、伏马菌素、HT2/T2毒素和玉米赤霉烯酮等有毒次级代谢产物。

本研究探讨了臭氧化法对受霉菌毒素污染的玉米籽粒的脱毒效果，以及该方法在短期和长期储存条件下对玉米品质参数的影响，具体取决于臭氧浓度和暴露时间。实验中，玉米籽粒被人工接种了三种Fusarium菌株（F. avenaceum、F. graminearum和F. proliferatum），以产生多种霉菌毒素。其中F. proliferatum的产毒能力最强，而F. avenaceum和F. graminearum产生的代谢产物较少。随后，将玉米籽粒置于150–300 ppm浓度的臭氧环境中处理15–30分钟后，所有检测到的霉菌毒素均被完全降解，未观察到中间降解产物。尽管臭氧化法在去除毒素方面效果显著，但其对玉米品质参数的影响也不容忽视：随着臭氧剂量的增加，脂肪酸氧化标志物（MDA）的水平上升，且这种影响随储存时间的延长而加剧，表明臭氧导致了玉米脂质的减少。此外，脂肪酸的组成也受到臭氧的影响，9-十八碳二烯酸的含量与储存时间呈负相关，而9,12-十八碳二烯酸的含量则与储存时间呈正相关。此外，臭氧处理还降低了脂氧合酶和蛋白酶的活性，但这种影响是可逆的，经过长时间储存后，这些指标可恢复到初始水平。研究结果强调了优化处理条件的必要性。

引言

玉米（Zea mays L.）是全球种植最广泛的谷物之一，既是人类食物的重要来源，也是动物饲料的基本原料（Carvajal-Moreno, 2022; Nyandi et al., 2024）。玉米可以以多种形式被消费，从新鲜籽粒到加工产品如青贮饲料、面粉和淀粉。然而，与其他谷物一样，玉米在种植、收获和储存过程中极易受到各种害虫和病原体（尤其是真菌）的污染（Kortei et al., 2022; Odjo et al., 2022）。 其中，最令人担忧的真菌污染物主要来自三个属：Aspergillus、Fusarium和Penicillium，这些真菌在富含营养的玉米环境中繁殖旺盛（Afsah-Hejri et al., 2020; Dipendera et al., 2019; Mohamed et al., 2023）。这些真菌能够产生多种次级代谢产物，即霉菌毒素，包括脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）、伏马菌素、HT-2和T-2毒素以及玉米赤霉烯酮（Binder et al., 2007; Czembor et al., 2024; Ekwomadu et al., 2021; Glenn 2007; Placinta et al., 1999）。这些化合物对人类和动物健康构成严重威胁，因为它们具有致癌、抑制免疫系统和干扰内分泌系统的特性，还会引发生殖障碍（Carvajal-Moreno, 2022; Greco et al., 2014; Lv et al., 2025; Odjo et al., 2022, Tassis et al., 2022）。 根据美国植物病理学会的估计，大约80%的经济重要植物物种受到不同Fusarium菌株的侵害（Bahadur 2022; Esamaldeen et al., 2023）。在农作物中，每年有四分之一的产量可能受到真菌感染并产生毒素（Atnafu et al., 2024; Mohamed et al., 2023）。用于动物饲料的玉米籽粒上的真菌污染可能会转移到人类食用的肉类、牛奶或鸡蛋等动物产品中。例如，家禽即使能够耐受食物中的霉菌毒素，也可能积累这些毒素，从而导致其产出的鸡蛋或肉类中含有较高水平的霉菌毒素（Gherbawy et al., 2024; Pascale et al., 1999）。此外，食用受霉菌毒素污染的植物的牛奶和乳制品也可能含有高浓度的这些毒素。因此，受霉菌毒素污染的饲料不仅对动物有害，也对人类有害（Becker-Algeri et al., 2016; Greco et al., 2014; Pires et al., 2025）。 为减轻真菌污染和霉菌毒素的产生，人们采用了多种策略，其中化学杀菌剂最为常见（Habschied, 2021; Mielniczuk & Skwary?o-Bednarz, 2020）。然而，杀菌剂的广泛使用引发了对其对非目标生物（包括人类）潜在毒性的担忧。长期或过量接触某些杀菌剂化合物可能与皮肤和呼吸道刺激、器官损伤、激素失衡以及癌症风险增加等不良健康后果相关（Odjo et al., 2022; Tao et al., 2024）。此外，真菌抗性的产生以及这些化学物质在环境中的持久性进一步影响了它们的长期有效性和安全性。 鉴于这些挑战，人们越来越关注减少玉米中真菌污染和霉菌毒素水平的替代性和可持续方法。臭氧化法是一种有前景的方法，它利用强氧化剂臭氧（O3）来降解霉菌毒素并抑制真菌生长（Mielniczuk & Skwary?o-Bednarz, 2020; Purar et al., 2022; Udomkun et al., 2017）。该方法具有多个优点，包括化学残留物极少、广谱抗菌活性以及适用于收获后的储存（Freitas-Silva and Venancio, 2010; Odjo et al., 2022）。Trombete et al.（2017）研究了使用60 ppm浓度臭氧处理300分钟对受霉菌毒素污染的小麦的效果；Reihnolds（2016）使用20 ppm臭氧处理40分钟和130分钟；Antos et al.（2024）使用500–3000 ppm浓度的臭氧处理60分钟，以去除玉米籽粒中由Aspergillus菌株产生的多种霉菌毒素。迄今为止关于受霉菌毒素污染的玉米进行的最复杂研究是由Purar et al.（2022）完成的，他们使用40–85 ppm浓度的臭氧处理180分钟。该研究不仅降解了霉菌毒素，还对臭氧引起的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的氧化进行了基础研究。 在本研究中，我们通过应用150–300 ppm浓度的臭氧处理15–30分钟（远短于其他研究中的处理时间），来评估臭氧化法的有效性。我们旨在探讨臭氧剂量对玉米籽粒多个参数的影响，包括脂肪酸组成、酶活性以及丙二醛（MDA）的水平，后者是玉米籽粒氧化应激的生物标志物。前两项分析此前尚未进行。为了考察时间变化对品质参数的影响，我们还测量了臭氧处理后以及储存1个月和2个月后的玉米籽粒参数。此类研究也是首次开展。实验使用了三种常见的Fusarium菌株污染的玉米籽粒，这些菌株是导致玉米中毒的常见原因（Purar et al., 2022; Velluti et al., 2000）。

玉米籽粒

实验中使用的玉米籽粒来自波兰波德卡普奇埃省雅罗斯瓦夫县（50.00360° N, 22.98822° E）的种植作物。玉米品种为DKC 3972（FAO 270），播种时间为2024年4月29日。播种前进行了以下处理：施用含脲酶抑制剂的尿素（200 kg/ha）、Omya Calciprill石灰（颗粒状白垩，500 kg/ha）和Korn-Kali（一种含40% K2O（作为氯化钾）、6% MgO（作为钾镁矾）和

玉米籽粒污染

根据2.3节描述的程序，玉米籽粒被三种Fusarium真菌（F. avenaceum（Fa）、F. graminearum（Fg）和F. proliferatum（Fp）感染。一个月后，除对照组外，所有样本均被真菌组织完全覆盖，这模拟了实际储存条件下最糟糕的情况，即所有籽粒均受到严重感染。

真菌及其代谢产物

本研究采用的分析方法能够检测到霉菌毒素

结论

三种不同的Fusarium菌株被用于人工感染玉米籽粒。这些菌株产生了多种霉菌毒素，其中Fusarium proliferatum菌株产生的代谢产物种类最多。此外，本研究表明，在相对较低的臭氧浓度（150–300 ppm）和较短的暴露时间（15–30分钟）下，足以完全降解玉米中的多种Fusarium来源的霉菌毒素。重要的是，没有

作者贡献声明

Krzysztof Tereszkiewicz：撰写、审稿与编辑。 Bo?ena Kusz：资源准备、方法论设计。 Pawe? Wywrocki：实验研究。 Justyna Szulc：资源准备、方法论设计、实验研究。 Piotr Antos：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、资源管理、方法论设计、实验研究、概念构建。 Maciej Balawejder：撰写、审稿与编辑、数据可视化、资源管理。 Tomasz Piechowiak：撰写、审稿与编辑、数据可视化。

未引用参考文献

Dipendra et al., 2019; Habschied et al., 2021; Nyandi and Pepó, 2024; Reinholds et al., 2016.

利益冲突声明

作者声明不存在需要披露的利益冲突。