中药真菌毒素控制概况及限量标准制定

来 源:刘丽娜,李海亮,李耀磊,金红宇,马双成.中药真菌毒素质量控制概况、限量标准制定及有关问题的思考 [J]. 中草药, 2023, 54(19):6197-6207.

真菌毒素是由真菌在适宜环境条件下在食品或饲料里产生的代谢产物。真菌毒素按产毒素的菌种不同,主要分为曲霉菌属、青霉菌属、镰孢菌属、麦角菌属4大类。根据文献报道[1-4],真菌毒素可能会污染饲料、谷物、果蔬、中药材及其制品。现代研究表明,部分真菌毒素具有致畸、致癌、致突变效应,并具有肝肾毒性、免疫毒性和神经毒性等危害,对人体与动物健康造成严重威胁[5]。
目前,已知的真菌毒素和代谢产物有400多种[6],其中由于黄曲霉毒素(aflatoxin,AF)、赭曲霉毒素(ochratoxin,OT)、玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)、单端孢霉烯族类毒素、伏马毒素(fumonisin,FB)、展青霉素(patulin,PAT)等真菌毒素的毒性及污染率较高,而普遍受到关注[7]。国际癌症研究机构(International Agency for Research on Cancer,IARC)将这些真菌毒素对人类癌症危险性按其致癌性证据是否充分分为几类,AF为1类,致癌证据充足,其致癌性明确;OT和FB为2B类,对人类是可能致癌物;PAT、镰刀菌素及T-2毒素为3类,致癌性证据不足。
中药在疾病预防及治疗等方面发挥重要作用,但同时由于外源性有害残留物污染引起的中药安全性问题也越来越受到关注。中药在种植、采集、贮藏、制备、运输过程中如处置不当,极易被真菌毒素污染,给中药及其制剂带来安全问题。
本文对中药真菌毒素质量控制情况、限量标准的制订情况进行概述,分析梳理中药中真菌毒素质量控制及限量标准的现状,归纳总结可能存在的问题,并就中药真菌毒素的有效监管与控制提出相关建议与意见。
1 中药真菌毒素质量控制概况
目前研究表明,种子果实类中药、发酵类中药及以易污染AF的中药材为处方的中成药,是污染AF的最主要种类[8-9]。《中国药典》2010年版第1次收载了AF检查项,并在僵蚕、酸枣仁、桃仁、胖大海、陈皮5个药材品种项下增加AF限量检查,规定的限度为每1000克药材中,含AFB1不得超过5 μg,AFB1、AFB2、AFG1、AFG2的总量不得超过10 μg[10]。
中国食品药品检定研究院曾对常用中药中AF样品的污染情况进行筛查,包括220余种常用中药材、部分中成药制剂,对2100批次样品中AF污染情况进行测定[8]。通过筛查发现,按照《中国药典》2010年版[10]陈皮等品种项下限量标准,中药材的总体合格率接近97%。同时,AF在筛查的中药材中的整体检出率为7.7%。
从测定结果看,中药中AF污染情况,主要集中在柏子仁、土鳖虫、决明子、使君子、槟榔、延胡索、肉豆蔻、莲子等药材中,这些药材检出率在50%以上,不合格率在25%以上,而且有些品种超标数十倍,严重危害药用安全[11]。为此,《中国药典》2015年版[12]对AF的检测品种进行完善,在《中国药典》2010年版基础上,在大枣、水蛭、地龙、肉豆蔻、全蝎、决明子、麦芽、远志、使君子、柏子仁、莲子、蜈蚣、槟榔、薏苡仁14味易受AF感染药材及饮片项下增加了AF的检查项目和限度标准。
《中国药典》2015年版仅收载了地龙、蜈蚣、水蛭、全蝎4种易受AF感染的动物药,但是其他动物药AF的污染情况并不明晰,课题组前期摸查了常用动物药中AF污染情况[1],结果显示动物药中AF污染情况的检出率及不合格率均显著高于植物药中AF的检出率和不合格率,动物药中AF污染情况应予以关注。《中国药典》2020年版[13]进一步加强了对药材饮片中真菌毒素的控制,在《中国药典》2015年版基础上,增加了延胡索、土鳖虫、九香虫、蜂房、马钱子5种药材及饮片项下AF的检查项目和限度标准。
中药除了可能被AF污染,也存在被其他种真菌毒素污染的情况。147份薏苡仁中ZEN污染状况调查发现,检出率为69.39%,含量平均值为327.7 μg/kg。有研究表明薏苡仁中ZEN的污染状况相较小麦粉、玉米制品、玉米油等其他谷物及谷物制品更为严重[14]。为此,《中国药典》2020年版[13]首次收载了ZEN检查项,并在薏苡仁项下规定了限量,限度为每1000克薏苡仁中含ZEN不得超过500 μg。
此外,为了方便对中药中真菌毒素的监测,《中国药典》2020年版[13]首次收载了真菌毒素的测定方法,包括AF测定法、ZEN测定法、OTA测定法、呕吐毒素测定法、PAT测定法等多种真菌毒素的测定方法。表1对历版《中国药典》中收载的真菌毒素检测项目进行了汇总。

2 限量标准的制定
对于真菌毒素等有毒物质限量标准的制定应通过风险评估这一科学评估来确定。风险评估是指有毒化学品对人体健康影响的健康风险评价,应综合预防成本、纠正成本、惩治成本和损失成本。人体健康风险评估是通过估算有害因子对人体产生的不良影响发生机率,用以评价暴露该因子的个体健康受到影响的风险[15-16]。
2.1 AF
AF为黄曲霉和寄生曲霉产生的次生代谢产物,是化学结构类似于二呋喃香豆素类衍生物的一组化合物。1993年,AF被IARC评价为1类致癌物,其致癌性明确,是一种毒性极强的剧毒物质,为此,各个国家对食品中AF的残留限量都执行严格的监管。目前已发现AF及其衍生物有20多种,其中,AFB1、AFB2、AFG1和AFG2的毒性最强,而在这4种主要的AF中,AFB1在自然界分布最为广泛,其毒性和致癌性最强,其急性毒性是氰化钾的10倍,是砒霜的68倍。
AF是目前已知毒性最强的化合物之一,有极强的致畸、致癌、致突变毒性,能损伤人体的多种脏器,尤其是肝脏的损伤尤为严重。食品添加剂专家委员会(JECFA)分别在第46、49和56次会议上对AF进行评估,并得出以下结论:AF可能导致人类肝癌,是强致癌物,而且携带乙肝病毒可能会使AF致癌力增强,所以应尽可能控制膳食中AF污染,尽量减少AF的摄入对人类带来的危害。但AF即使在极低摄入量时,仍有致癌危险性,所以不能推导出AF的最大限量理论值,一般不能用安全系数来制定允许摄入量。由于AF是在中药生产、贮藏过程中产生的,对于这种毒性致癌物,禁用该物质很难实现。因此,需要根据风险评估结果,并综合考虑其他影响因素,进而设置一个适宜的限量水平,并制定切实可行的风险管理措施,避免消费者摄入高水平被AF污染食物。
AF限量水平的设置主要是依据人类健康影响的危害指数确定,同时还应综合考虑成本、效益、技术可行性、社会发展水平等因素,而不是无限地降低AF含量,否则会限制经济和行业的发展。美国食品药品管理局(FDA)和美国环保署所设置的可接受的危险性水平是百万分之一,即每100万人中癌症发生率少于1人时,被认为是一种不显著的危险性[17]。JECFA在1997年第49届会议上[18],经评估认为AFB1的限量标准从20 µg/kg降低到10 µg/kg,即便对于乙肝患者这种高风险人群,每1000万人中每年也仅能减少3例肝癌的发生,降低限量标准带来的公共卫生学意义不大,但是由于降低限量标准带来的粮食损失,为此所采取的农业措施则是不能接受的。
目前,美国、中国对花生及其制品中AF设定的限度为20 µg/kg。部分代表性国家及组织对食品中AF的限量标准见表2[19-25]。从中国、美国、欧盟及国际食品法典委员会(CAC)对食品中AF限量标准看,除婴幼儿食品外,AFB1的限量为2~20 μg/kg(其中美国未规定AFB1的限量),欧盟对于谷物类的限度要求为2 μg/kg,较为严格,此外,其他地区或国家的限度为5~20 μg/kg。AF总量的限度为4~20 μg/kg。

部分国家及地区针对草药中AF的相关规定见表3[13,26-28]。从监测的草药品种看,《香港中药材标准》和《欧洲药典》对所有草药都进行AF检查,而中国、韩国、美国都是仅针对部分品种进行AF限量检查,美国对不同的草药品种也设置了不同的限量要求。就限量标准的设置而言,《欧洲药典》最为严格的,韩国标准相对宽松,而《中国药典》的限量要求处于中间位置。

限度标准的制定应通过风险评估,综合考虑危险指数及成本-效益分析结果对AF的限度进行了考查。限量水平设置过低,并未使我国人群肝癌患病数显著减少,但因此产生的中药材的资源浪费却显著增加。而且,中药有别于食品,中药是以达到特定治疗为目的,特定人群在特定的时间范围内使用,在膳食结构中占比较小。为此,建议可以适当提高AF的限量水平,一方面能更好的节约资源,另一方面,也可以降低行业成本,减少损失。
2.2 ZEN
ZEN又称F-2毒素,是一类非甾体类雌激素类的镰刀菌毒素。ZEN是由禾谷镰刀菌、三线镰刀菌、木贼镰刀菌、粉红镰刀菌、串珠镰刀菌等多种镰刀菌属真菌产生的一种有毒次级代谢产物,最初是从有赤霉病的玉米中分离纯化得到。
ZEN及其代谢产物(简称ZEN类)是世界上污染粮食最广泛的真菌毒素之一,主要污染玉米,其次是大麦、燕麦、小麦、高粱、粟和大米,通过食物链进入动物体或人体,也可通过被污染的奶、肉等食品进入人体。由于ZEN的化学结构类似于天然雌激素,所以其危害主要表现为高雌激素作用。它们能与哺乳动物体内雌激素受体结合,从而引起哺乳动物激素紊乱,此外,还会引起生殖系统功能障碍,甚至是流产、死胎和畸形等[29-31]。在哺乳动物体内,ZEN结构中C-8位的酮基被还原生成ZEN的2种异构体代谢物α-玉米赤霉烯醇(α-ZEL)和β-ZEL,且都具有雌激素活性,其中α-ZEL的雌激素活性是ZEN的3倍。
ZEN主要对人体内分泌、生殖功能造成损伤,IARC将ZEN列为3类致癌物。JECFA建议ZEN的临时最大每日容许摄入量为0.5 µg/kg,ZEN及其代谢物的总摄入量不应超过此值[32]。
由于ZEN的毒性作用,且ZEN对谷物类污染程度高,全球高度重视谷物及制品中ZEN的控制,很多国家都设定了ZEN的限度。目前,大部分国家制定了谷物、食品和饲料中的ZEN的限量标准。表4对不同国家和组织对食品中ZEN的限量进行汇总[33-35]。从表中可以看出,对于用于人类消费的谷物中ZEN的限量为60~200 μg/kg(婴幼儿食品除外)。CAC和美国未制定ZEN的限量标准,而只对动物饲料进行了规定。欧盟除包括小麦、玉米外,还包含了其他谷物,并且区分了原粮和成品粮。而且对于婴幼儿这一特殊敏感人群,欧盟制定了更加严格的限量要求。欧盟对原粮和成品粮的限值均高于我国。

《美国药典》43版在薏苡仁项下设置了ZEN检查项,限度为60 μg/kg。《中国药典》2020年版首次收载了ZEN检查项,并在薏苡仁项下规定了限量,限度为每1000克薏苡仁中含ZEN不得过500 μg。鉴于薏苡仁作为药用时在膳食结构中所占比例较小,且作为中药材在使用时会再次加工。为此,认为现行限量标准可更好的节约资源,且能达到控制质量的目的。
2.3 OT
OT主要是由青霉属某些菌株、赭曲霉及黑曲霉产生的有毒代谢产物,包括OTA、OTB、OTC、OTD等7种化合物,其中以OTA污染最为广泛,毒性也是最强的。OTB的毒性是OTA毒性的1/20,而OTC及OTD毒性较低[36-37]。OT主要污染谷物类、小麦、花生、啤酒等多种产品。研究表明,OTA有免疫毒性、肾毒性和肝毒性,还有致突变、致畸和致癌作用[38],IARC将其定为第2级B类致癌物。
OTA有肾脏毒性,并可导致肾癌。JECFA第37届会议上首次评价了OTA,将OTA的每周耐受摄入量(PTWI)暂定为112 ng/kg。但在第44届JECFA会议上,再次评价OTA,对新的毒理学数据、肾脏毒性、基因毒性及流行病学进行综合考虑后,将OTA的PTWI由112 ng/kg降低至100 ng/kg[39]。在JECFA第56次会议上,对5、20 μg/kg这2个OTA的最大允许限量进行评估[40],综合研究流行病学研究结果、食物中OTA的污染水平和食物摄入量,认为这2个最大允许限量对膳食摄入OTA引起的差异较小。
目前已有多个国家或地区制定了食品中OTA的限量标准,限量范围为0.5~80.0 μg/kg,见表5。我国对谷物、豆类、咖啡、葡萄酒等设置了OTA的限量,范围在2~10 μg/kg[19]。欧盟委员会对谷物、咖啡、葡萄酒、甘草等食品中设置了OTA的限量,限量范围在0.5~80.0 μg/kg[20]。CAC对小麦、大麦、黑麦等谷物及其产品中OTA限量为小于5.0 μg/kg[23]。

目前,对于药品中OTA的控制,只有《欧洲药典》10.0版[27]及《英国药典》2020年版[41]对于甘草、甘草提取物设置了检查项,限度均为80 μg/kg。《中国药典》2020年版尚未有具体药材品种收载OT检查项。OTA的毒性较强,污染范围较广,很多国家在食品中规定了OTA的检测标准和限量,但一些易染OTA的中药并未规定的OTA的限量还不够完善。为保证中药的使用安全,建议参照食品的检测标准和限量,制订中药中OTA的检测标准及限量。
2.4 FB
FB是由串珠镰刀菌、层生镰刀菌和轮枝镰刀菌等产生的次级代谢产物。目前,已被发现的FB类似物有28种[42],FB分为A、B、C和P 4类,其中B族的FB1和FB2最为常见[43],而FB1占70%以上,并且毒性最强。FB是热稳定的水溶性毒素,玉米、小麦、高粱、水稻等农作物在收割、储藏、加工等环节中容易污染,还易污染瓜果、蔬菜等多种食物[44]。研究表明,FB可引起天鼠肾肿瘤和胜癌、马脑白质软化症、猪肺水肿综合征等,并且能引起人类食管癌。IARC已将FB分类为人类潜在的致癌物质(2B级)。JECFA对FB设定的暂定每日最大耐受摄入量为2 μg/kg。
由于FB富含毒性,许多国家制订了相应的限量标准。欧盟规定玉米中的FB1、FB2总量最高限量值为4 mg/kg[20],而美国FDA规定玉米中FB1、FB2和FB3总量的最高限量值为4 mg/kg,见表6。而我国在食品中对其尚无明确的限量规定。目前,尚未见有国家或地区对药材中FB进行限量检查。

2.5 脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)
镰刀菌毒素是镰刀菌属在农业生长过程中产生的有毒代谢产物。由镰刀菌属产生的单端袍霉烯族化合物有多种,按照其化学结构功能团的不同而被分为A、B、C、D型,其中,污染农作物的是A和B型。A型化合物以T-2毒素为代表,主要特征是在C-8位上不含碳基。B型化合物以DON为代表,主要特征是在C-8位上含有碳基[44]。
DON又称呕吐毒素,主要是由禾谷镰刀菌、尖孢镰刀菌、串珠镰刀菌、拟枝镰刀菌、粉红镰刀菌、雪腐镰刀菌等一些镰刀菌产生。DON主要污染小麦、大麦、燕麦、玉米等谷物,主要毒性是引起人类恶心、呕吐、胃肠不适、腹泻及头痛。1993年IARC将DON列入第3类致癌物,即“现有证据未能对人类致癌性进行分级评价”的物质。JECFA的第56次会议上,首次评估了DON,根据现有毒理学数据及人群暴露量数据,认为DON的每日最大耐受摄入量值为1 μg/kg时,不会对人类免疫系统、生长和生殖产生负面影响。
目前,多个国家和地区已经制定了食品中DON的限量标准,见表7。我国的食品安全国家标准GB2761-2017中规定[16],谷物及其制品主要包括玉米、玉米面(渣、片)、大麦、小麦、麦片和小麦粉中,DON含量不得超过1000 μg/kg。同时,美国FDA建议供人食用小麦制品中DON的含量为1000 μg/kg[2],而欧盟制定的DON限量标准则相对较严,对于加工及未加工的食品分开设定限度,对于直接食用的谷物类限度为750 μg/kg,对于未加工的谷物等限度范围为1250~1750 μg/kg。目前,尚未见有国家或地区对药材中DON进行限量检查。

2.6 PAT
PAT是由青霉菌属、曲霉菌属、裸囊菌属等霉菌产生的次生代谢产物,易污染山楂、苹果汁等水果或酸性果实类药材。研究表明,PAT有致癌、致突变的毒性,此外,还有胚胎毒性[45],高剂量的PAT还可抑制免疫[46]。由于PAT的毒性,许多国家对水果及其制品中PAT进行限量检查。JECFA第44次会议确定了PAT每周最大耐受摄入量为7 μg/kg。我国GB 2761-2017《食品中真菌毒素限量》中规定了PAT的限量标准为50 μg/kg[19],见表8。目前,尚未见有国家或地区对药材中展青毒素进行限量检查。

3 结语与展望
3.1 中药中AF的控制
AF是真菌毒素里面毒性最强的物质,其污染较为广泛,随着人民生活水平的提高,国家对人民的用药的安全问题越来越关注。中药材和农作物一样,在种植、采收、贮藏过程在都可能受到真菌毒素的污染。研究人员在对中药中AF进行研究时,发现中药中存在AF污染的问题。《中国药典》自2010年版开始收载黄曲霉素测定法,并在陈皮等5种药材项下规定了限度,随后,每版药典收载的检查AF的品种逐版增加,《中国药典》2020年版已有19种中药材设置了AF检查项。虽然AF监测的品种不断完善,但仍有一些高风险品种没有设置AF检查项,如生川乌、瓜蒌皮、九香虫、青葙子等[1]。
此外,如果使用了被AF污染的药材作为原料生产中成药,那么就会导致中成药的真菌毒素污染,尤其以生粉投料的传统中药制剂如丸剂、散剂等,由于不经过提取的步骤,而使得污染情况更为严重。文献报道[47],处方中含有莲子等容易被黄曲霉污染的药材品种的参苓白术散、参苓白术颗粒及参苓白术丸中的AF,按《中国药典》2020年版莲子项下限量标准计,检出率及不合格率均较高。
活血止痛散为当归、三七、乳香(制)、冰片、土鳖虫、煅自燃铜6味药材原粉直接入药,土鳖虫属于易霉变药材,AF检出率为89%,不合格率为47%[48]。李媛等[49]对6种含土鳖虫的成方制剂中9种真菌毒素进行测定,活血止痛胶囊、通心络胶囊、腰痛宁胶囊、复方三七胶囊、伤科接骨片几种制剂都检出不同量的AF。72批舒筋活血丸中共有27批样品检出AF,5家生产企业均有样品涉及,其中有3家企业共13批样品检出AFB1[50]。
建议进一步完善易染AF药材品种的AF检查项,同时对处方中含有易染AF的药材且以原粉入药的中成药中AF进行控制,设置合理的限度,切实保障人类用药安全。
3.2 其他种真菌毒素的控制
《中国药典》2020年版中收载了真菌毒素测定法,其中包含AFB1、AFB2、AFG1、AFG2、OTA、呕吐毒素、ZEN、PAT、FB1、FB2及T-2毒素的测定法。《中国药典》2020年版中有19种药材品种设置了AF检查项,并规定了限度,薏苡仁项下设置了ZEN检查项,并规定了限度。其他的真菌毒素只收录了方法,并未有具体品种进行检测。
然而,中药可能被多种真菌毒素污染,中药中其他种真菌毒素的污染情况也值得关注。甘草药材中真菌毒素共检出10批次,检出率为90.9%,涉及AFB1、FB1、FB2、FB3及OTA等5种真菌毒素,其中10批次样品检出AF,5批次样品检出FB,4批次样品检出OT[51]。毛丹等[52]测定了肉豆蔻中12种真菌毒素,结果表明肉豆蔻易感染AF及OTA。王莎等[53]考察了麦芽药材中11种真菌毒素的污染,检出的真菌毒素有5种,包含AF、T-2毒素、FB2、OTA及DON。使君子中检出AF、OT及ZEN[54]。OTA在甘草药材、肉豆蔻、人参、生姜、黄芪中检出率均较高,检出量高达250 μg/kg[55-57];薏苡仁、肉豆蔻、瓜蒌皮等中药材中发现ZEN污染[14,58-59];薄荷、三七、地龙等药材容易被FB污染[60-61]。
OTA的毒性较高,而且在食品及中药中检出率均较高,很多国家设置了食品和饲料中OTA的限量检查。OTA在甘草中检出率较高,《欧洲药典》10.0版[27]对甘草、甘草提取物设置了OTA的限量检查。但《中国药典》2020年版未对中药中OTA规定限量。因此,为了保证中药的使用安全,建议参照食品中OTA的限量标准,对易染OTA的中药设置OTA的限量检查。
建议根据中药基质的特点,完善中药中真菌毒素的检测项目,设置合理的限度。
3.3 规范中药材的种植、加工与存储
土壤可能会被多种真菌感染,那么种植的中药也有被真菌感染的风险,从而代谢产生真菌毒素,危害人类健康。有研究表明[62-63],连作可抑制土壤细菌、放线菌的生长,而促进真菌的生长,连作使得土壤的细菌和有益微生物逐渐减少,而真菌逐渐增加,连作使土壤由细菌型向真菌型转换。此外,种植过度密集可能造成通风不畅,也可能导致真菌对种植药材的感染。研究中药连作对真菌感染的风险,建立中药轮种或连作规范,科学规范种植,从种植源头控制真菌的污染。
发酵类中药是一种常用的中药发酵炮制品,包括淡豆豉、六神曲、半夏曲、建曲、胆南星等。由于发酵类中药的发酵过程较为开放,易遭杂菌污染,如果含氧量、温湿度控制不当,可能产生真菌,而被真菌毒素污染[4,64],建议对发酵类中药的生产环节进行优化与控制,优先选择现代纯种菌发酵,严格控制参与催化分解作用的微生物种类和数量等,减少真菌毒素的产生。
中药不当的加工及贮藏可能产生真菌毒素,目前迫切需要规范易染真菌毒素的药材产地初加工及饮片加工,规范干燥、杀菌方法,建立中药贮藏规范,开展真菌毒素防控研究,从源头上减少AF污染的风险。研究易染AF的中药材品种适宜储存条件,避免在适宜产生AF的条件存储。同时,药材的含水量也会影响真菌毒素的产生,建议对药材设置合理的含水量范围,避免真菌毒素的产生。
3.4 真菌毒素污染不均匀
由于产毒真菌具有局部侵染的特性,而且产毒真菌在适宜环境可极短时间快速增长,代谢产生大量真菌毒素,进一步加剧了各个部位污染的差异。这就导致AF等真菌毒素污染呈现不规律、不均匀的特性,给检验工作及质量评价带来极大的挑战。
为避免发生污染样品被漏取的情况,保证检验结果的准确,进行AF检验时,不采用传统的四分法取样,而是取全部检验样粉碎并混匀后进行检验。为了保证抽检样品更能代表整体样品的情况,建议对抽验规范进行研究。
3.5 真菌毒素快速筛查研究
为了尽可能了解真菌毒素对中药的污染情况,针对真菌毒素多样性及中药基质的复杂性,开发快速筛查方法,了解中药真菌毒素污染情况,研究中药真菌毒素的污染规律,为中医药的健康发展提供技术支撑,实现中药中真菌毒素的全面控制。
3.6 真菌毒素的累积风险评估
研究表明[51-53,65-66],中药存在多种真菌毒素的污染,鉴于消费者可以通过多种途径接触到多种真菌毒素,因此,多种真菌毒素的累积暴露风险更加科学合理。已有研究提出,在暴露于2种或2种以上的毒素时,即使单个毒素浓度低于安全阈值水平,但是暴露于这种混合物仍可能会导致累积毒性效应[3]。因此,建议开展多种真菌毒素的联合毒性研究,根据污染真菌毒素的种类、浓度、摄入量等,综合评价真菌毒素的整体暴露风险。