备课素材：酵母菌降解黄曲霉毒素的原理-2023-2024学年下学期高中生物学选择性必修三

酵母菌降解黄曲霉毒素的原理 先看一道试题： 食醋酿造过程中，由于生产工艺的限制，极易遭到黄曲霉毒素的污染。为筛选能在醋酸发酵过程中高效降解黄曲霉毒素的酵母菌菌株，下列叙述错误的是（       ） A. 发酵底物和发酵菌株均会影响食醋的风味 B. 可从被污染的食醋中采样筛选目标酵母菌 C. 须在无氧环境下测定菌株降解毒素的能力 D. 还需要检测酵母菌菌株对食醋品质的影响 解析：参与果醋制作的微生物是醋酸菌，其新陈代谢类型是异养需氧型。果醋制作的原理：当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸；当缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸。发酵底物和发酵菌株都会影响发酵产物中的物质种类，会影响食醋的风味，A正确；被污染的食醋中存在能在黄曲霉毒素中存活的酵母菌，可用于筛选目标酵母菌，B正确；醋酸发酵过程使在有氧环境下，应在有氧环境下测定菌株降解毒素的能力，C错误；目标酵母菌要添加在发酵过程中，因此还需要检测酵母菌菌株对食醋品质的影响 ，D正确。故答案为C。 此题考到了“醋酸发酵过程中高效降解黄曲霉毒素的酵母菌”。 那么，酵母菌降解黄曲霉毒素的原理是怎样的？ 黄曲霉毒素（AFT）是黄曲霉和寄生曲霉等某些菌株产生的双呋喃环类毒素。其衍生物有约20种，分别命名为B1、B2、G1、G2、M1、M2、GM、P1、Q1、毒醇等。其中以B1的毒性最大，致癌性最强。动物食用黄曲霉毒素污染的饲料后，在肝、肾、肌肉、血、奶及蛋中可测出极微量的毒素。黄曲霉毒素及其产生菌在自然界中分布广泛，有些菌株产生不止一种类型的黄曲霉毒素，在黄曲霉中也有不产生任何类型黄曲霉毒素的菌株。黄曲霉毒素主要污染粮油及其制品，各种植物性与动物性食品也能被污染。产毒素的黄曲霉菌很容易在水分含量较高（水分含量低于12%则不能繁殖） 的禾谷类作物、油料作物籽实及其加工副产品中寄生繁殖和产生毒素，使其发霉变质，人们通过误食这些食品或其加工副产品，又经消化道吸收毒素进入人体而中毒。 2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，黄曲霉毒素在1类致癌物清单中。 其毒性与危害有： 黄曲霉毒素具有致突变性，能使人成纤维细胞发生程序外DNA合成，动物实验可见染色体畸变，染色体断裂，某些染色体4q、13q、14p发生缺失。AFB1是一种能导致生物体遗传物质发生变化的致突变化合物，但 AFB1本身不能引起突变，而必须在机体内经过代谢活化后才具有致突变作用，称为间接致突变物。AFB1由肝微粒体酶活化为亲电子物，即AFB1-2，3-环氧化物，该环氧化物的第2个碳与DNA的鸟嘌呤酮基结合形成 AFB1-DNA加合物，此外，AFB1的代谢产物AFM1和AFP1也能转化成亲电子物而与DNA结合，AFB1-DNA加合物经去嘌呤反应形成AFB1-N7-鸟嘌呤，使DNA分子产生无嘌呤位置的缺口，因而造成DNA的损伤。 目前认为无论是DNA去嘌呤造成的损伤还是由于经酸、碱水解不断蓄积开环加合物而使DNA分子发生的改变，都是突变前的一种改变，都有进一步发展为癌症的可能性。 黄曲霉毒素是一种剧毒的致肝癌物质，其中黄曲霉毒素B1可引起细胞错误地修复DNA，导致严重的DNA诱变，还可抑制DNA和RNA的合成，从而抑制蛋白质的合成。从中国肝癌流行病学调查研究中发现，某些地区人群膳食中黄曲霉毒素的污染水平与原发性肝癌的发生率呈正相关。专家对其他肝癌发病率高的地区进行调查，也得出相同结论。乙型肝炎病毒和黄曲霉毒素B1是中国诱发肝癌的两大主要危险因素，有关肿瘤研究专家通过建立乙肝病毒和黄曲霉毒素B1致肝癌机理的实验模型，利用这些模型发现单独存在的乙肝病毒基因并不能诱发小鼠肝癌，但乙肝病毒基因可增强黄曲霉毒素B1的致癌效应，两者均可使肝细胞处于较活跃的增殖状态，在致肝癌过程中具有明显的协同作用。 癌症的发生是基因变化积累的结果，科学家已证实p53基因是癌症的抑制基因，p53基因的变异是多种肿瘤发生的物质基础，而不少人可能在生命的早期（5岁左右）就受到乙肝病毒和黄曲霉毒素的攻击，加之人体内某些基因的缺失或变异引起p53基因突变，协同其他因素最终导致癌变。  自1962 年分离出黄曲霉毒素以来，人们对其毒性进行了较深入的研究，发现其毒性属于极毒，其剧烈的毒性比人们熟知的剧毒药氰化钾要强10倍，比眼镜蛇、金环蛇的毒汁还要毒，比剧毒农药1605、1059的毒性强28～33倍，一粒严重发霉含有黄曲霉毒素40μg的玉米，可令两只小鸭中毒死亡。北京医科大学曾用含20μg/kg 黄曲霉毒素的饲料喂大鼠一年后即发肝癌。国外有报道说，AF为1μg/kg时即可诱发癌变。 黄曲霉毒素有很强的急性毒性，也有显著的慢性毒性。人摄入大剂量的黄曲霉毒素后可出现肝实质细胞坏死、胆管上皮细胞增生、肝脂肪浸润及肝出血等急性病变，前期症状为发烧、呕吐、厌食、黄疸，继而出现腹水，下肢浮肿并很快死亡。由黄曲霉毒素引起的中毒事件，国内外都有过报道，其中以1974 年印度发生的中毒事件最为严重：印度西部两个邦中200多个村庄皆以玉米为主食，由于当年雨水过多，造成玉米严重霉变，村民食用霉变玉米后导致397人中毒，106人死亡，尸检及病理实验证明，这次中毒事件的原因是黄曲霉毒素B1中毒。而慢性毒性表现为生长障碍，肝脏出现亚急性或慢性损伤，体重减轻，诱发肝癌等。 中国于1972、1973、1974及1981年先后在全国进行食品中AFB1的普查工作，结果发现黄曲霉毒素的污染有地区和食品种类的差别。长江及长江以南地区黄曲霉毒素污染严重，北方各省污染较轻。在各类食品中，花生、花生油、玉米污染最严重，大米、小麦、面粉污染较轻，豆类很少受到污染。有专家学者在1992年对中国广西、江苏、河北、北京等地的粮油食品中黄曲霉毒素的污染情况进行了调查，其结果表明除花生样品的污染率较高，达到 55.6%外，玉米的污染率仅为15.6% ，且污染水平均未超过中国现行食品中黄曲霉毒素B1的允许量标准。 黄曲霉毒素在食品中的污染波及世界各地区，一般来说，热带和亚热带地区食品污染较重，其中以花生、玉米的污染最为严重，上个世纪60～80年代，12个国家的调查结果表明：花生的阳性率为0.9%～50%，平均含毒量为25～1000ng/g，含毒量最高的样品达25000ng/g，玉米的阳性率为3.5%～73%，平均含毒量为5～400ng/g，最高含毒量为12500ng/g。 因此黄曲霉毒素的降解技术成为食品安全领域的持续性热点话题。 黄曲霉毒素降解策略主要分为三种：物理方法、化学方法、生物技术法。 生物技术法包括微生物法、植物提取物法和酶法。 微生物法常用酵母菌降解黄曲霉素： 1.食醋的生产过程中黄曲霉素的污染食醋的生产过程中，为了保证食醋的质量和安全性，需要采取一系列措施来防止黄曲霉素的污染。黄曲霉素是一种常见的食品污染物，主要存在于一些粮食作物中，如花生、玉米等。这种毒素对人体健康有害，因此在食醋的生产过程中需要特别注意。为了减少黄曲霉素的污染，可以通过培育特定的酵母菌来分解这些毒素。酵母菌在食醋发酵过程中扮演着重要的角色，它们不仅参与酒精的发酵过程，还能帮助分解一些有害物质，包括黄曲霉素。通过这种方式，可以有效地提高食醋的安全性，保障消费者的健康。此外，食醋的生产还涉及到多种微生物的应用，这些微生物在特定的环境下协同作用，通过发酵过程产生食醋特有的风味和香气。 2.酵母菌菌株降解黄曲霉素的原理 酵母作为一种生物脱毒物质，在处理发霉的玉米等农产品中展现出了一定的脱毒效果。研究显示，不同类型的酵母对黄曲霉毒素B1（AFB1）具有一定的脱毒作用。例如，葡萄酵母、面包酵母和啤酒酵母都能对AFB1起到一定的脱毒作用，其中葡萄酵母的最高脱毒率为22.25%，面包酵母的最高脱毒率为20.75%，而啤酒酵母的脱毒效果相对较差，最高脱毒率为18.75%。这些结果表明，酵母对黄曲霉毒素B1有一定的脱毒效果，但脱毒率较低‌，因此需要筛选降解能力强的菌株。降解黄曲霉毒素除了与菌株有关外，还与基质、温度、pH、培养时间等多个因素密切相关。 酵母降解黄曲霉毒素的原理： 酵母通过其自身的代谢活动，能够有效地降解黄曲霉毒素，尤其是黄曲霉毒素B1（AFB1），这是黄曲霉毒素中最具毒性的形式。酵母通过其生物转化作用，能够将AFB1转化为低毒或无毒的化合物，从而降低其对人类和动物的危害。这种降解过程主要涉及到酵母菌利用AFB1作为碳源，通过其自身的酶系统进行代谢，将AFB1分解成较小的分子或者完全矿化，从而达到去除或降低AFB1的目的。 此外，酵母菌在降解AFB1的过程中，还可能通过产生某些挥发性有机化合物（VOCs），这些VOCs可能与AFB1发生反应，促进其分解。 另外，利用酵母细胞壁内的葡萄糖甘露聚糖的化学结构与黄曲霉毒素的亲和性，通过吸附作用来降低黄曲霉毒素的含量，从而降低食品中黄曲霉毒素的含量。 学科网（北京）股份有限公司 $$