霉菌毒素污染的风险以及延迟收获对春播谷物品质和技术参数的影响

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：The Risk of Mycotoxin Contamination and Delay Harvesting on Quality and Technological Parameters of Spring Cereals

　　**摘要**

本研究旨在评估霉菌毒素污染和延迟收获对春燕麦和小黑麦的质量及技术参数的影响。研究人员从四个随机设置的田间试验地块中，在三个不同阶段采集了72个谷物样本。结果显示，延迟收获导致春燕麦中的DON和T-2毒素含量显著增加，同时小黑麦中的DON和ZEA毒素含量也有所上升，这些毒素降低了主要谷物质量指标，包括每公顷质量、落粒数以及RVA糊化特性。特别是在潮湿的天气条件下，确定最佳的收获时间对于控制谷物粘度至关重要。通过对霉菌毒素与燕麦和小黑麦质量及技术参数之间的相关性分析发现，霉菌毒素污染程度的增加会对燕麦的每公顷质量、蛋白质、淀粉含量以及K、Ca和Mg含量产生负面影响，而小黑麦则表现为每公顷质量、Mg含量、粘度和落粒数的下降。

**1 引言**

全球范围内，越来越多的人将谷物纳入日常饮食中（Thielecke等人，2021年）。燕麦（Avena sativa L.）不仅作为人类食物和动物饲料广泛使用，还用于工业生产。近年来，由于其丰富的营养价值和对人体健康的潜在益处，燕麦越来越受到人们的青睐（Paudel等人，2021年；Teixido-Orries等人，2025年）。淀粉是燕麦籽粒的主要成分，其含量直接取决于品种和生长条件。精制燕麦片含有15%–18%的蛋白质和59%–70%的碳水化合物（Capouchová等人，2021年；Németh等人，2021年）。Capouchová（2021年）和Németh（2021年）的研究还表明，不同燕麦品种的脂肪含量差异较大，范围为每100克4.76至8.54克。燕麦面粉的糊化特性主要由其淀粉决定（Qian等人，2020年）。由于食品需求的增加，全球小黑麦的产量也在持续增长。小黑麦（× Triticosecale Wittmack）是通过杂交黑麦（雄性）和小麦（雌性）培育而成的作物，旨在提升亲本品种的生产性能和生化组成（Gagiu，2018年）。小黑麦籽粒的质量是一个复杂的物理化学特性综合体，这些特性的表现受到遗传因素和环境因素的影响（Johansson，2002年）。目前，小黑麦作为一种作物已得到全球认可，主要应用于粮食生产和饲料生产两大领域。小黑麦籽粒富含淀粉且蛋白质含量较低，同时也是生物乙醇生产的原料之一（Janusauskaite等人，2019年）。根据FAOSTAT（2024年数据，小黑麦的全球种植面积约为360万公顷，年产量为1420万吨）。谷物在宏量和微量营养素的摄入中起着重要作用，尤其是全谷物的摄入与多种慢性疾病发病风险的降低密切相关（Sette等人，2017年；Thielecke和Nugent，2018年）。人类饮食中常常缺乏磷（P）、钾（K）、钙（Ca）和镁（Mg）等矿物质，因此亟需富含这些矿物质的谷物（Biel等人，2020年；Hejcman等人，2013年）。快速粘度分析仪（RVA）被广泛用于评估面粉和淀粉的糊化特性。在谷物行业中，RVA的主要用途是分析降雨对谷物在交货时的发芽质量的影响。近年来，该设备还应用于其他领域，如模拟商业加工条件、评估pH值和温度对淀粉糊化的影响以及检测粘度的显著变化（Cozzolino，2016年）。小黑麦的淀粉含量和面粉产量与小麦相当，但其灰分含量较高（Watanabe等人，2019年）。小黑麦的每公顷籽粒质量（50–74公斤/公顷）低于小麦（73–78公斤/公顷），这可能与小黑麦外层麸皮的密度和皱褶结构有关（Okuyama等人，2020年；Okuyama和Riede等人，2020年）。小黑麦的一个显著缺点是在收获期间容易发芽，这与其黑麦起源有关。例如，通过落粒数（FN）检测种子是否受损是满足特殊使用要求的前提条件。低FN值也可能与α-淀粉酶（LMA）的活性有关（在欧洲也称为早熟α-淀粉酶[PMAA]，McGoverin等人，2011年；Wrigley和Bushuk，2017年；Zhu，2018年）。对食品和饲料工业而言，天然毒素（如霉菌毒素）是影响作物安全性的重要因素（Marc，2022年）。据FAO统计，约有25%的农作物受到真菌和霉菌毒素的影响，每年造成的食品损失约为10亿吨，导致数十亿美元的经济损失（Neme和Mohammed，2017年；Thielecke和Nugent，2018年）。在谷物及其制品中可检测到的主要镰刀菌霉菌毒素包括脱氧雪腐醇（DON，主要存在于小麦、玉米、大麦和燕麦中）、T-2毒素和HT-2毒素（主要存在于燕麦、小麦和大麦中），以及玉米赤霉烯酮（ZEA，主要存在于玉米和小麦中）（Girolamo等人，2020年；Kova?等人，2022年；Twaru?ek等人，2013年；Venslovas等人，2022年）。霉菌毒素的种类和数量会因环境条件、储存条件和作物品种的不同而有所变化（Igrejas等人，2020年）。除了霉菌毒素污染带来的毒性风险外，镰刀菌腐烂（FHB）感染还会影响谷物的淀粉和蛋白质等成分，从而影响最终产品的质量、糊化特性和烘焙性能（Kreuzberger等人，2015年；Schmidt等人，2017年）。研究发现，在生长季节降雨较多的情况下，收获时间会影响冬季谷物的落粒数和湿面筋含量（Cesevi?ien?和Ma?auskien?，2007年）。在立陶宛，当生长季节干燥温暖且收获期降雨时，延迟收获不会显著改变春大麦籽粒中的DON、T-2毒素和ZEA含量；而在生长季节干燥且收获期降雨寒冷的情况下，延迟收获会导致ZEA含量上升（Venslovas等人，2024年）。此外，在开花和收获期间降雨寒冷的年份，延迟收获会对小小麦造成显著影响，导致霉菌毒素污染程度升高；而在成熟期干燥的年份，收获时间则没有显著影响（Kochiieru等人，2021年）。瑞典科学家在2004年至2018年间对谷物污染动态进行了研究，发现延迟收获与多种作物中DON和ZEA含量的增加密切相关，而收获日期对NIV、HT-2和T-2毒素的含量没有影响（Karlsson等人，2023年）。先前的研究还探讨了收获时间和气象条件对春谷物中镰刀菌种类及霉菌毒素污染的影响（Kochiieru等人，2020年），以及收获时间对小小麦中镰刀菌霉菌毒素及其与谷物质量相互作用的影响（Kochiieru等人，2021年）。鉴于欧盟委员会正在讨论某些霉菌毒素的监管限值，本研究旨在确定霉菌毒素污染和延迟收获对春燕麦和小黑麦的质量及技术参数（每公顷质量、蛋白质、脂肪、淀粉、灰分、K、Ca、Mg、P、粘度和落粒数）的影响。

**2 材料与方法**

**2.1 样品采集**

2016–2018年间，在立陶宛农业与林业研究中心的实验基地采集了春燕麦（A. sativa L.）和小黑麦（× Triticosecale Wittmack）籽粒样本。共从四个随机设置的田间试验地块中，在三个不同阶段采集了72个样本：作物完全成熟时（BBCH 89期）、首次收获后10±2天以及首次收获后17±3天（表1）。

**2.2 霉菌毒素的定量检测**

DON、ZEA和T-2的定量检测采用了商业化的酶联免疫吸附测定（ELISA）试剂盒（DON试剂盒编号R5901；ZEA试剂盒编号R5502；T-2试剂盒编号R5302）。该方法基于抗体与抗原之间的相互作用，并经过了AOAC研究所（ISO 9001认证的质量管理体系）的验证。本研究使用的ELISA试剂盒（RIDASCREEN，R-Biopharm，德国）包含微孔板（48孔）、结合物、抗体、底物/显色剂和停止溶液。甲醇（CH3OH）由Merck（德国达姆施塔特）提供。用于构建校准曲线的标准溶液分别为：DON 0、222、666、2000、6000（μg/kg）；T-2 0、50、100、200、400（μg/kg）；ZEA 0、50、100、200、400（μg/kg），这些标准溶液均包含在ELISA试剂盒中。

**2.3 样品制备与检测程序**

将500克燕麦和小黑麦用配备0.8毫米筛网的3100型实验室研磨机进行研磨。研磨后的样品充分混合均匀后称重，然后分离出来进行霉菌毒素分析。霉菌毒素的提取和检测按照制造商的说明进行。DON的提取使用蒸馏水，而ZEA和T-2的提取则使用甲醇-水混合液（体积比70:30）。检测原理基于抗原-抗体反应，即微孔板上的孔被特异性抗体包被。根据霉菌毒素的浓度加入相应的标准溶液或样品。随后加入酶结合物和抗体，洗涤过程中去除未结合的酶结合物，最后加入底物/显色剂生成蓝色产物，加入停止溶液后显色。使用Multiskan Ascent多通道光度计（Thermo Electron Corp.，芬兰万塔）在450纳米波长下读取吸光度值。根据标准浓度和抑制百分比构建校准曲线。DON、ZEA和T-2的测定系数（r2）分别为0.988至0.998、0.982至0.998和0.980至0.996。吸光度值自动转换为霉菌毒素浓度（μg/kg）。结果评估时参考了制造商规定的检测限（LOD）：DON 100.0 μg/kg（ppb），ZEA 17.0 μg/kg（十亿分之一），T-2 20 μg/kg（十亿分之一）。食品和饲料安全数据的评估参考了欧盟文件No. 2023/915中关于DON和ZEA的规定，以及全球关于T-2的研究指南（欧洲委员会，2013年，2023年）。

2.4 质量分析

谷物的百升重量（HLW）表示在特定体积内的谷物重量（ISO 7971-2）。在硫酸消化物中评估了氮（N）、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）和镁（Mg）的含量。总氮含量使用Kjeldahl方法通过Kjeltec 1002系统（Tecator AB，Hoganas，瑞典）进行测定。为了计算粗蛋白含量，将氮含量乘以传统系数——小黑麦为5.7，燕麦为6.25（ISO 20483）。淀粉分析通过使用ADP 410（Bellingham & Stanley，英国）的偏振法进行，该方法基于ICC 123/1标准并稍作修改。脂肪提取采用Soxhlet方法（ISO 11085），以石油醚作为溶剂。灰分含量通过在550°C下焚烧来确定（AOAC 923.03）。磷含量通过使用钼酸铵-钒酸盐的颜色反应在Cary 50 UV-Vis分光光度计（Varian Inc., Palo Alto, CA, USA）上在430 nm波长下进行光谱测定。钾、钙和镁的含量通过原子吸收法（AAnalyst 200，Perkin Elmer，Waltham, MA, USA）根据国际公认的矿物分析程序（ISO 6869）进行测定。小黑麦的FN分析使用FN 1500设备（Perten Instruments，H?gersten，瑞典）按照ICC 107/1中描述的方法进行。全麦粉的糊化特性使用RVA（Tech Master，Newport Scientific，Warriewood，澳大利亚）进行评估，并通过Thermocline软件程序进行控制。分析遵循13分钟的标准RVA曲线（STD1），使用160转/分钟的转子速度和编程的加热-冷却循环（50°C–95°C–50°C）（根据ICC 162）。记录的参数包括粘度峰值、时间和糊化温度（在粘度上升时）、最低点（95°C时的最低粘度）、破坏点（峰值和最低点粘度之差）、最终粘度（50°C时的粘度）以及回落点（最终粘度和最低点粘度之差）。每个样本的所有谷物特性都进行了两到三次重复测试。分析在LAMMC农业研究所的化学研究实验室进行。

2.5 天气条件

根据Dotnuva（55°23′49.0″ N, 23°51′55.0″ E，K?dainiai区）当地气象站的观测数据，2016年、2017年和2018年的天气模式具有明显特征（图1和图2）。图1和图2显示了2016-2018年生长季节每个月的十年平均气温和十年平均降水量。2016年的夏季以强风和高温为特征。对于燕麦和小黑麦来说，关键的开花期六月主要是温暖和干燥的天气。然而，八月份开始的降雨在收获期间造成了困难。接下来的一年2017年，情况完全不同。六月对于燕麦和小黑麦的开花期来说是凉爽的天气，并且降雨持续时间长。不利的天气一直持续到九月，大雨使收获变得复杂。相比之下，2018年夏季的温度高于正常水平。燕麦和小黑麦的关键开花期六月天气异常温暖和干燥。八月带来了有利的天气条件，使得收获更加顺利。

2.6 统计分析

实验数据使用SAS版本9.4（SAS Institute Inc., USA）进行了统计分析。使用单因素方差分析（ANOVA）随后进行Duncan检验来确定样本之间的显著差异。显著性水平p≤0.05的结果被认为是统计上显著的。此外，还进行了Pearson相关性分析，以探讨各种谷物特性之间的定量关系。

3 结果

3.1 霉菌毒素污染

在2016年和2018年所有收获时间收集的大多数燕麦样品中，霉菌毒素水平较低或低于检测限（LOD），尽管偶尔观察到较高的浓度（表3）。表3显示了2016-2018年春季收获的燕麦中DON、T-2和ZEA的存在和浓度。收获时间

| 分析样本数 | 阳性样本百分比 | 超过欧盟法规限制的样本百分比 | 最低浓度，μg kg^-1 | 最高浓度，μg kg^-1 | 平均浓度，μg kg^-1 | 标准差，μg kg^-1 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 2016年 | 第一次* | 4 | 0 | < LOD | < LOD | < LOD | < LOD |
| 2016年 | 第二次** | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD | < LOD |
| 2016年 | 第三次*** | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD | < LOD |
| 2017年 | 第一次* | 4 | 100 | 0 | 246.00 | 784.00 | 529.00b | 190.00 |
| 2017年 | 第二次** | 4 | 100 | 75 | 490.00 | 2150.00 | 1582.00a | 695.00 |
| 2017年 | 第三次*** | 4 | 100 | 25 | 538.00 | 2033.00 | 970.00ab | 636.00 |
| 2018年 | 第一次* | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD | < LOD |
| 2018年 | 第二次** | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD | < LOD |
| 2018年 | 第三次*** | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD |
| 2016年 | T-2 | 4 | 100 | 0 | 60.90 | 128.20 | 83.90a | 27.62 |
| 2016年 | 第二次** | 4 | 100 | 0 | 43.60 | 75.80 | 59.70a | 13.80 |
| 2017年 | 第三次*** | 4 | 100 | 0 | 43.90 | 104.00 | 69.10a | 23.40 |
| 2017年 | 第一次* | 4 | 100 | 50 | 102.67 | 280.00 | 202.00a | 81.03 |
| 2017年 | 第二次** | 4 | 100 | 0 | 103.00 | 133.00 | 124.00a | 12.88 |
| 2017年 | 第三次*** | 4 | 100 | 50 | 119.67 | 268.33 | 182.00a | 62.88 |
| 2018年 | 第一次* | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD | < LOD |
| 2018年 | 第二次** | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD | < LOD |
| 2018年 | 第三次*** | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD |
| 2016年 | ZEA | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD | < LOD |
| 2016年 | 第二次** | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD | < LOD |
| 2016年 | 第三次*** | 4 | 100 | 0 | 15.50 | 41.03 | 24.94 |
| 2017年 | 第一次* | 4 | 75 | 0 | < LOD | 33.00 | 21.50a |
| 2017年 | 第二次** | 4 | 100 | 0 | 23.00 | 129.00 | 54.50a |
| 2017年 | 第三次*** | 4 | 75 | 0 | < LOD | 35.00 | 26.80a |
| 2018年 | 第一次* | 4 | 25 | 0 | < LOD | 24.90 | 24.90a | 18.89 |
| 2018年 | 第二次** | 4 | 75 | 0 | < LOD | 59.65 | 28.83a |
| 2018年 | 第三次*** | 4 | 0 | < LOD | 24.90 | 24.90a | 18.89 |
| 2018年 | T-2 | 4 | 100 | 0 | 60.90 | 128.20 | 83.90a | 27.62 |
| 2017年 | 第一次* | 4 | 100 | 50 | 102.67 | 280.00 | 202.00a | 81.03 |
| 2017年 | 第二次** | 4 | 100 | 0 | 103.00 | 133.00 | 124.00a | 12.88 |
| 2018年 | 第三次*** | 4 | 100 | 50 | 119.67 | 268.33 | 182.00a | 62.88 |
| 2018年 | ZEA | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD | < LOD |
| 2016年 | ZEA | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD |
| 2017年 | ZEA | 4 | 100 | 0 | 15.50 | 41.03 | 24.94 |
| 2017年 | ZEA | 4 | 75 | 0 | < LOD | 33.00 | 21.50a |
| 2017年 | ZEA | 4 | 100 | 0 | 23.00 | 129.00 | 54.50a |
| 2017年 | ZEA | 4 | 75 | 0 | < LOD | 35.00 | 26.80a |
| 2018年 | ZEA | 4 | 25 | 0 | < LOD | 24.90 | 24.90a |
| 2018年 | ZEA | 4 | 0 | < LOD | 24.90 | 24.90a | 18.89 |

注：同年同一列中带有相同字母的值在统计上没有显著差异（Duncan的多范围检验，p < 0.05）。缩写：LOD，检测限；SD，标准差。* 完全成熟（BBCH 89）；** 完全成熟+10±2天；*** 完全成熟+17±3天。在2016年的收获年份，100%的收集样本中的DON浓度低于LOD。在所有收获时间收集的100%的燕麦样本中都检测到了T-2，浓度范围为43.60至128.20 μg kg^-1。前两次收获的ZEA浓度低于LOD；然而，在最后一次收获时，所有样本中都检测到了ZEA，浓度范围为15.50至41.03 μg kg^-1。2017年，几乎100%的收获燕麦样本受到所有测试霉菌毒素的污染。燕麦收获时间对DON含量的影响明显，而对T-2和ZEA的影响不明显。2018年，DON和T-2的浓度没有达到LOD，ZEA的浓度范围为< LOD至59.65 μg kg^-1。2016年在所有收获时间收集的小黑麦样本100%受到DON的污染，而T-2和ZEA的浓度低于LOD（表4）。

表4显示了2016-2018年春季收获的小黑麦中DON、T-2和ZEA的存在和浓度。收获时间

| 分析样本数 | 阳性样本百分比 | 超过欧盟法规限制的样本百分比 | 最低浓度，μg kg^-1 | 最高浓度，μg kg^-1 | 平均浓度，μg kg^-1 | 标准差，μg kg^-1 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 2016年 | 第一次 | 4 | 100 | 0 | 380.00 | 747.00 | 520.00a | 114.60 |
| 2016年 | 第二次 | 4 | 100 | 0 | 496.00 | 953.00 | 672.00a | 140.27 |
| 2016年 | 第三次 | 4 | 100 | 0 | 485.00 | 825.00 | 607.00a | 127.36 |
| 2017年 | 第一次 | 4 | 100 | 100 | 3850.00 | 6106.00 | 4583.00b | 851.12 |
| 2017年 | 第二次 | 4 | 100 | 100 | 100 | 10,917.00 | 16,611.00 | 13,579.00ab | 1854.62 |
| 2017年 | 第三次 | 4 | 100 | 100 | 13,752.00 | 18,624.00 | 16,005.00a | 1878.62 |
| 2018年 | 第一次 | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD | < LOD |
| 2018年 | 第二次 | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD | < LOD |
| 2018年 | 第三次 | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD |
| 2016年 | T-2 | 4 | 100 | 0 | 60.90 | 128.20 | 83.90a | 27.62 |
| 2017年 | 第二次 | 4 | 100 | 0 | 43.60 | 75.80 | 59.70a | 13.80 |
| 2017年 | 第三次 | 4 | 100 | 0 | 43.90 | 104.00 | 69.10a | 23.40 |
| 2017年 | 第一次 | 4 | 100 | 50 | 102.67 | 280.00 | 202.00a | 81.03 |
| 2017年 | 第二次 | 4 | 100 | 0 | 103.00 | 133.00 | 124.00a | 12.88 |
| 2018年 | 第三次 | 4 | 100 | 50 | 119.67 | 268.33 | 182.00a | 62.88 |
| 2018年 | ZEA | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD | < LOD |
| 2018年 | ZEA | 4 | 0 | 0 | < LOD | < LOD |
| 2017年 | ZEA | 4 | 100 | 0 | 15.50 | 41.03 | 24.94 |
| 2017年 | ZEA | 4 | 75 | 0 | < LOD | 33.00 | 21.50a |
| 2017年 | ZEA | 4 | 1002016年，灰分含量分别增加了11.42%和15.22%；2017年增加了45.35%和32.56%；2018年增加了7.35%和2.16%，与完全成熟时收获的谷物初始灰分含量相比。脂肪含量在2016年增加了8.57%和6.77%，2018年增加了3.62%和6.84%，与首次收获时的初始含量相比。2017年，较晚收获的燕麦籽粒中的脂肪含量略有下降。2016年所有收获时间的燕麦籽粒中钾（K）含量为0.43%；2017年钾含量在0.43%到0.46%之间波动；2018年钾含量在0.51%到0.54%之间波动。2016年至2018年间，所有收获时间的谷物中镁（Mg）含量在0.2%到0.21%之间变化，且这些数值没有显著差异（p < 0.05）。第二次收获的燕麦籽粒中钙（Ca）含量在2016年增加了11%，2017年增加了7%，与完全成熟时收获的籽粒相比。2018年观察到了另一个趋势：第二次和第三次收获的籽粒中钙含量下降。2016年至2018年间，所有收获时间的燕麦籽粒中磷（P）含量没有显著差异（p < 0.05）。然而，2017年燕麦籽粒中的每百升质量、蛋白质、淀粉、钙和镁的含量比2016年和2018年都要低。在三年中的两年里（见图3），完全成熟时收获的燕麦全麦面粉的峰值粘度、最低粘度和最终粘度明显高于较晚收获的籽粒（p < 0.05）。

图3：2016年至2018年不同时间收获的燕麦全麦面粉的RVA糊化曲线。研究发现DON、T-2与每百升籽粒质量之间存在强负相关（r = -0.84；r = -0.66）（见表6）。表6显示了2016年至2018年间霉菌毒素与燕麦籽粒质量参数之间的相关性。

表6：2016年至2018年间霉菌毒素与燕麦籽粒质量参数的相关性

| 霉菌毒素 | 每百升籽粒质量 | 蛋白质 | 脂肪 | 淀粉 | 灰分 | 粘度 | 钾 | 钙 | 镁 | 磷 |
|-------------|-----------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|
| DON | -0.84 | * | -0.57 | 0.24 | -0.61 | 0.49 | -0.31 | -0.30 | -0.60 |
| T-2 | -0.66 | * | 0.11 | -0.62 | 0.42 | 0.16 | -0.45 | -0.79 | -0.80 |
| ZEA | -0.42 | -0.32 | 0.16 | -0.36 | 0.11 | -0.33 | -0.23 | -0.20 | 0.17 |

* 在p < 0.05的水平上具有显著性。此外，DON、T-2与蛋白质（r = -0.57；r = -0.43）、DON、T-2与淀粉（r = -0.61；r = -0.62）、DON、T-2与钾（r = -0.30；r = -0.45）、DON、T-2与钙（r = -0.60；r = -0.79）以及DON、T-2与镁（r = -0.60；r = -0.8）之间也存在负相关。DON、T-2与磷（r = -0.07；r = -0.24）以及DON、ZEA与粘度（r = -0.31；r = -0.33）之间存在弱负相关。霉菌毒素污染对燕麦籽粒的每百升质量、蛋白质、淀粉、钾、钙和镁含量有显著负面影响。霉菌毒素污染的增加表明这些参数有所下降。

表7：2016年至2018年间春季黑小麦籽粒的每百升质量及蛋白质、脂肪、淀粉、灰分和元素含量

| 收获时间 | 每百升质量（kg/hL） | 蛋白质（%） | 脂肪（%） | 淀粉（%） | 灰分（%） | 钾（%） | 钙（%） | 镁（%） | 磷（%） |
|-------------|----------------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|
| 2016年 | 70.55b | 15.23a | 2.21b | 67.94b | 2.61a | 0.54a | 0.17a | 0.19a | 0.43a |
| 2017年 | 72.35a | 14.73b | 2.31ab | 67.41b | 2.17b | 0.53a | 0.10b | 0.16b | 0.41a |
| 2018年 | 67.20c | 14.60b | 2.50a | 69.78a | 2.17b | 0.52a | 0.08b | 0.15b | 0.42a |

注：同一列中带有相同字母的数值在Duncan多重范围检验中无显著差异（p < 0.05）。
* 完全成熟（BBCH 89）。
** 完全成熟+10±2天。
*** 完全成熟+17±3天。较晚收获的黑小麦籽粒质量较低。延迟收获对籽粒的每百升质量有负面影响。2016年第三次收获的黑小麦籽粒的每百升质量平均下降了4.75%；2017年第二次和第三次收获的黑小麦籽粒分别下降了6.03%和12.92%。2016年，较晚收获的黑小麦籽粒的蛋白质含量显著下降了3.28%和4.14%；而2017年和2018年，所有收获阶段的籽粒含量保持稳定。2016年至2017年，最后两次收获的黑小麦籽粒中的脂肪和淀粉含量呈上升趋势；而2018年，这些指标有所下降。2016年和2018年，晚收获的籽粒中的灰分含量下降；2017年，第二次和第三次收获的籽粒中的灰分含量显著上升（p < 0.05）。2016年至2018年，所有收获的黑小麦籽粒中的钾和磷含量保持稳定。然而，2016年第二次和第三次收获的籽粒中的钙和镁含量显著下降（p < 0.05），而在其他两年中这些数值没有显著差异（p < 0.05）。这些黑小麦的趋势与燕麦的情况一致。收获延迟也对面粉的流动性和粘度产生了负面影响（见图4和图5）。2016年至2018年，完全成熟时收获的春季黑小麦全麦面粉的峰值糊化时间始终最高。

图4：2016年至2018年不同时间收获的春季黑小麦全麦面粉的RVA糊化曲线。
图5：2016年至2018年不同时间收获的春季黑小麦籽粒的降落数值。此外，完全成熟时收获的黑小麦全麦面粉的峰值粘度、最低粘度和最终粘度始终高于较晚收获的籽粒（p < 0.05），尤其是在后两年。确定降落数值的最小值为62秒，在研究期间的三年中有两年，一些样本在测试较晚收获的春季黑小麦籽粒时达到了这一数值。值得注意的是，2016年和2017年的降落数值显著低于2018年（p < 0.05）。然而，每年都呈现出一致的模式，即较晚收获的黑小麦籽粒的降落数值较低（p < 0.05）。在黑小麦籽粒中，DON、T-2、ZEA与每百升质量之间存在强负相关（见表8）。

表8：2016年至2018年间霉菌毒素与春季黑小麦籽粒质量指标的相关性

| 霉菌毒素 | 每百升质量 | 蛋白质 | 脂肪 | 淀粉 | 灰分 | 钾 | 钙 | 镁 | 磷 | 粘度 | 降落数值 |
|-------------|-----------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|---------|
| DON | -0.72 | * | 0.43 | 0.36 | -0.22 | -0.31 | -0.28 | -0.12 | -0.47 | -0.44 |
| T-2 | -0.61 | * | 0.52 | 0.37 | -0.31 | -0.22 | -0.07 | -0.14 | -0.44 |
| ZEA | -0.72 | * | 0.42 | 0.24 | -0.20 | -0.32 | -0.34 | -0.15 | -0.37 |

* 在p < 0.05的水平上具有显著性。此外，DON、T-2与蛋白质（r = -0.57；r = -0.43）、DON、T-2与淀粉（r = -0.61；r = -0.62）、DON、T-2与钾（r = -0.30；r = -0.45）、DON、T-2与钙（r = -0.60；r = -0.79）以及DON、T-2与镁（r = -0.60；r = -0.8）之间也存在负相关。DON、T-2与磷（r = -0.07；r = -0.24）以及DON、ZEA与粘度（r = -0.31；r = -0.33）之间存在弱负相关。霉菌毒素污染对黑小麦籽粒的每百升质量、镁、粘度和降落数值有显著负面影响。霉菌毒素污染的增加表明这些参数有所下降。

4. 讨论
本研究旨在检测霉菌毒素污染和收获延迟对春季燕麦和黑小麦的质量及技术参数的影响。研究发现，籽粒质量高度依赖于生长环境条件，尤其是在收获期间的气象条件，这些条件可能导致收获延迟并增加霉菌毒素污染的风险（Kochiieru等人，2020年；El Chami等人，2023年）。在本研究中，较晚收获的燕麦和黑小麦籽粒的污染水平高于完全成熟时收获的籽粒。这一趋势在2017年尤为明显，当时植被和收获期间天气多雨且凉爽（见图1），黑小麦籽粒中的霉菌毒素（DON和ZEA）浓度超过了允许水平，而晚收获的燕麦籽粒中的DON含量显著增加（欧盟委员会，2023年；Kochiieru等人，2020年）。然而，在2016年，开花期温暖干燥而收获期多雨的情况下，只有晚收获的黑小麦籽粒中的DON含量接近允许限值，而燕麦的霉菌毒素污染未受收获时间影响。同样，在2018年，当开花和收获期温暖干燥时，收获延迟对燕麦和黑小麦的霉菌毒素污染没有显著影响。在所有三年中，收获时间对燕麦和黑小麦籽粒中的T-2污染水平没有影响。Karlsson等人（2023年）对2004年至2018年间的谷物作物污染动态进行了研究，发现收获日期并未影响NIV、HT-2和T-2毒素的水平。我们的研究表明，燕麦籽粒中T-2和DON的污染更严重，而黑小麦籽粒中DON和ZEA的污染更严重。此外，在植被和收获期间天气多雨且凉爽的情况下，所有三种霉菌毒素（DON、T-2和ZEA）都在燕麦和黑小麦籽粒中被检测到。Venslovas等人（2024年）发现，收获延迟并未显著改变春季大麦籽粒中的DON、T-2毒素、HT-2毒素和ZEA的水平；然而在同一研究中，当生长季节干燥温暖而收获期多雨凉爽时，ZEA含量随着收获延迟而增加。在罗马尼亚进行研究的科学家指出，小麦收获期间的降水增加了DON感染的可能性，这种毒素会进入食物链：谷物—全麦面粉—面包（Gagiu等人，2025年）。他们还指出，导致谷物作物受到真菌和霉菌毒素污染的最重要因素是天气条件，尤其是极端事件，如暴雨、洪水和热浪以及干旱，这些现象因气候变化而加剧。研究发现，燕麦和黑小麦的收获延迟导致灰分含量增加，而每百升籽粒质量显著下降。这些现象在2017年尤为明显，当时天气多雨且凉爽，所有收获时间的燕麦籽粒的每百升质量均低于52 kg/hL。根据LST 1610:2016标准，这类籽粒不符合人类消费的质量标准，主要用作动物饲料，但也可用于次要工业用途或低级食品（Marshall等人，2013年）。更多的灰分与更细的籽粒相关，这些籽粒的面粉含有更多的外壳，这也体现在较低的每百升质量上。此外，研究发现较晚收获的燕麦和黑小麦籽粒中的蛋白质含量下降，而淀粉和脂肪含量保持稳定。我们的结果与May等人（2005年）的研究结果一致，他们指出收获时机对于避免燕麦外壳受损至关重要，因为这会降低质量和产量。2016年至2018年，随着燕麦收获的延迟，镁和磷的含量保持稳定，而钾的含量呈下降趋势。在黑小麦籽粒中，随着收获的延迟，钾、镁和磷的含量在三年研究中均呈下降趋势。尽管关于收获对燕麦和小黑麦的质量和技术参数的影响尚未得到充分研究，但在立陶宛进行的研究表明，延迟收获春大麦会导致干物质、粗脂肪和粗灰分含量的增加，而粗蛋白、锌和铁的含量则会降低，同时镁（Mg）、钙（Ca）和磷（P）的含量相对稳定（Venslovas等人，2024年）。当谷物受到霉菌毒素（DON、ZEA和T-2）污染最严重时，燕麦的质量参数（如每公顷谷物质量、蛋白质、淀粉、钙和镁的含量）最低。此外，El Chami等人（2023年）指出，镰刀菌感染对小麦的质量参数（如蛋白质和面筋含量）有负面影响。与我们的研究结果相反，Antes等人（2001年）和Prange等人（2005年）发现，严重的镰刀菌感染对小麦的质量指标没有显著影响。与2016年和2018年相比，2017年小黑麦的每公顷谷物质量最低。在燕麦和小黑麦中，完全成熟时收获的整粒面粉的峰值粘度、最低粘度和最终粘度始终高于晚收获的谷物（p < 0.05）。此外，在2017年开花和收获期间天气凉爽多雨的情况下，燕麦和小黑麦的峰值粘度、最低粘度和最终粘度均处于最低水平。粘度与霉菌毒素之间的强烈负相关表明霉菌毒素对春燕麦和小黑麦的RVA糊化特性有负面影响。2017年，燕麦和小黑麦在第一次收获时的水分含量超过了17%，而在第二次和第三次收获时分别达到了23%和24%，这影响了谷物的质量指标。Gagiu等人（2025年）指出，水分对小麦谷物、面粉和面包的微生物学和霉菌毒素安全性至关重要，因为它会影响物理化学性质和流变特性以及烘焙过程。Deligeorgakis等人（2023年）记录显示，小麦谷物中的水分含量超过14.5%、面粉中超过14%、面包中超过40%会导致产毒真菌（如镰刀菌、曲霉菌和青霉菌）的数量增加。面粉粘度（FN）影响面团特性和面包品质，并表明了收获前的发芽情况。在研究的三年中，延迟收获都影响了FN指标值。2016年和2017年，由于收获期间天气多雨，FN指标值低于2018年。Cesevi?ien?和Ma?auskien?（2007年）也记录到，在雨季晚收获的小麦谷物中，FN值接近临界水平220秒。Tohver等人（2005年）注意到，低FN值的小黑麦面粉会产生过于稀软的面团，不适合烘焙。然而，Tohver等人（2005年）也发现天气条件对这一谷物品质特性有显著影响。有建议称，在潮湿的气候条件下，应选择FN指标较高的小黑麦品种（Wo?和Brzeziński，2015年）。2016年和2017年，霉菌毒素（DON、T-2和ZEA）与FN指标之间的负相关证明了霉菌毒素对小黑麦谷物的负面影响。El Chami等人（2023年）还发现，镰刀菌感染对小麦的落粒数有显著不利影响（R = -0.758）。同样，Boyacio?lu和Hettiarachchy（1995年）也指出，镰刀菌感染显著降低了小麦谷物的FN值。与我们的研究一致，Papou?ková等人（2011年）发现受污染样本中的FN值明显下降。本研究的结果表明，燕麦和小黑麦的质量变化与收获延迟和霉菌毒素污染引起的物理化学及技术参数变化密切相关，尤其是在凉爽潮湿的天气条件下。

**5 结论**

我们的实验结果表明，在开花和收获期间遇到潮湿凉爽的天气条件时延迟收获，会增加春燕麦受到霉菌毒素DON污染的风险，同时小黑麦也会受到DON和ZEA的污染。延迟收获还导致主要质量指标下降，包括每公顷谷物质量、面粉粘度（FN）和粘度。未观察到收获时间对燕麦和小黑麦中T-2毒素含量的影响。特别是在潮湿天气条件下，选择最佳收获时间对于保持稳定的RVA糊化特性至关重要。霉菌毒素与燕麦和小黑麦质量及技术参数之间的相关性分析显示，春季谷物中霉菌毒素污染的增加会导致每公顷谷物质量、蛋白质、淀粉、钾（K）和镁（Mg）含量的下降，以及小黑麦的每公顷谷物质量、镁（Mg）含量、粘度和FN值的降低。霉菌毒素污染水平与晚收获燕麦和小黑麦的质量及技术参数之间的关系表明，这可能对食品、饲料和烘焙行业产生潜在的经济负面影响。

**作者贡献**

Yuliia Kochiieru：概念化、撰写初稿、方法论设计、数据整理、形式分析。Audron? Mankevi?ien?：概念化、监督、方法论设计、审阅和编辑。Akvil? Jonavi?ien?：概念化、方法论设计。Lauksm? Merkevi?iūt?-Venslov?：概念化。Eimantas Venslovas：概念化、可视化、撰写、审阅和编辑。Roma Sema?kien?：概念化、方法论设计。Jūrat? Ramanauskien?：数据收集、形式分析。Karolina Lavrukait?：数据收集。Mykola Kochiieru：数据收集、概念化、形式分析。Jurgita Cesevi?ien?：概念化、方法论设计、监督。

**致谢**

本研究得到了立陶宛农业和林业研究中心实施的长期研究项目“农业和森林生态系统中的有害生物”以及“植物的多功能利用潜力和农业生态系统的可持续性”的支持。

**利益冲突**

作者声明没有利益冲突。