在制麦和酿造期间麦角生物碱的结局

在制麦和酿造期间麦角生物碱的结局

付臣译

摘要：真菌Claviceps purpurea(Fr.)Tul.产生的麦角病，是能影响谷物，包括大麦的一种疾病，许多国家都控制收获后谷粒中麦角巩膜的存在数量，因为它包含能损害人类和牲畜的生物碱。尽管在食品加工处理过程中已经研究了热处理对麦角生物碱的影响，但却没有关于制麦和酿造过程中对麦角生物碱影响的研究。本研究的目的是测定在大麦和小麦制麦期间存在巩膜中的麦角生物碱的变化。单体缩氨酸生物碱用HPLC测定，水溶性生物碱用ELISA测定。浸麦显示溶解了少量的缩氨酸和水溶性生物碱，而干燥导致这些物质更明显的降低（≈30%）。制麦的研究结果也暗示带有麦角生物碱的大麦能产生交叉污染，啤酒用包含0.1%（w/w）巩膜的麦芽粉制备，质量平衡计算得出在麦糟、麦汁和啤酒中原始缩氨酸生物碱分别为32、10和2，在啤酒中测量的平均量为≈10ng/ml，大量的原始缩氨酸生物碱在酿造过程中损失，并且被认为是由于热降解的原因，通过在45、70和100℃处理巩膜水浸出物（PH5.0）1小时，对此进行了进一步的研究，观察到100℃处理1小时之后，原始缩氨酸生物碱损失多达46%。

真菌Claviceps purpurea(Fr.)Tul.产生的麦角病，是谷类和禾本科植物的一种疾病，寄主范围约达60个属。自由传粉谷类如裸麦和黑小麦，尤其易受病原体感染，小麦和大麦也是寄主。麦角碱通常是在黑紫色到黑色的巩膜（麦角体）上，此巩膜包含一种坚硬致密的菌丝，是真菌的休止期。大麦巩膜的一个例子显示在图1中。

无论在哪生产的谷物都能出现麦角病，在北达科他州大麦和其它谷物每年都出现麦角病，在潮湿的生长季节麦角病产生的更多，在1996年生长在爱荷华州和威斯康星州的大麦，在麦抽穗期间湿冷天气拖长，导致了麦角病的大量爆发。超过平均降雨量、瓢泼大雨及相关的高相对湿度与2005年北达科他州大麦的高发病率有关。

尽管麦角病有时会使浸出率降低，但最关心的是含有巩膜的谷粒的安全性。麦角碱是有毒的，能产生损害牲畜的痉挛和坏疽病，牲畜麦角中毒的症状包括过度兴奋、好战、运动性共济失调或蹒跚、躺下和痉挛。肢体末端血流限制引起的坏疽病性的麦角中毒，能影响动物的鼻子、耳朵、尾巴和四肢。第一次吸收麦角后2－6周，可出现后肢跛，如果麦角碱继续吸收，会出现坏疽组织，最后使组织腐烂。

麦角碱是最早被认为能在人类中产生真菌毒素的物质，是许多欧洲中年人得的地方病。近年来，由于在提高了对麦角病理学和毒理学的认识基础上进食谷物，及从血液中去除巩膜的努力，只有很少几例麦角中毒在人类中爆发的报道。人类的坏疽病麦角中毒会产生浮肿、搔痒症、肌肉剧痛和肢体末端坏疽。痉挛性麦角中毒的症状包括蚁走感、搔痒症、肌肉抽筋、痉挛和幻觉。在人类历史上，麦角产生的真菌毒素的作用很明显，Kilbourne-Matossian已经把麦角中毒作为降低人口出生率和增加死亡率的历史过程进行了讨论，并且麦角毒素能产生幻觉，它产生的不正常的行为已经被猜测是宗教狂热和迷惑力的因素。

存在巩膜中的生物碱是产生麦角中毒的原因，麦角生物碱的化学已经得到了广泛的研究，因此在此只做一个简单的介绍。麦角生物碱以四环麦角灵环为基础，根据麦角灵环中C-8上的结构差别，麦角生物碱能被分成三组：第一组，或叫棒麦角素生物碱系列，在C-8上通常包含一个甲基或一个羟甲基（图2B），棒麦角生物碱与野草中麦角和其它Claviceps sp. 的腐生培养有关。第二组由简单的麦角酸酰胺衍生物组成（图2C），它倾向于有更好的水溶性，麦角新碱有一个氨基酸取代基并且已经报道是谷类中的C. purpurea 产生。麦角酸和简单的酰胺衍生物麦碱通常更与C. paspali. 的腐生培养有关。在第三系列中，取代基是一个环形三肽（图2D），这些很大程度上非水溶性的化合物已经做为缩氨酸生物碱被众所周知，包括麦角辛宁、麦角胺、麦角考宁、麦角隐亭和麦角日亭宁，主要与谷物中的C. purpurea有关。表1给出了缩氨酸生物碱的组成，除了生物碱，巩膜中包含很大数量的色素、脂类和贮存糖类。

根据C-8羧基上的取代基不同，麦角酸衍生物有广泛的药理活性，不同的化合物对受体去甲肾上腺素、多巴胺和5-羟色胺神经传递素有不同的亲和力，并且作为兴奋剂、对抗剂或扮演了双重角色。缩氨酸生物碱由于对肾上腺素受体的亲和力，它们有显示很强的引起血管收缩和抗交感神经-抗肾上腺素的效果，单一的麦角酸酰胺或麦角新碱，由于它们对血清素（5-羟色胺）受体的很强的亲和力，显示出很强的抗血清素激活作用。

由于潜在的毒性，强制限制了谷物中麦角的最高允许量。美国等级评定要求，麦角含量超过0.10%的大麦就属于等外。在加拿大，酿造大麦麦角含量0—0..25%为特级，而大不列颠农业合作等级协会对非饲料谷物麦角的允许量规定为零。

现代的谷物清洗操作通常被设想为对去除巩膜很有效，但是这取决于许多因素，巩膜的大小不一，在巩膜和谷物之间较大的尺寸差别使巩膜的去除较容易。在小麦中，巩膜的尺寸可能与谷物很相似，而在其它的农作物中，麦角体要比正常的谷粒大。在收获期间和清洗操作中，巩膜的偶然破碎也是一个应当考虑的因素。Shuey等人评价了麦角污染的小麦的实验室规模的设备清洗中发现，用传统的清洗设备，平均83%的麦角都被去除了，但是起初麦角含量达0.5%（w/w）的样品，清洗后并没有降到0.1%以下，尽管他们陈述说，在大生产中实际去除的数量取决于使用的设备和起初的麦角含量。Adam等人报道，用密度法分离，对于减少大麦中的麦角污染很有效（起初的巩膜含量在0.52－0.12%）。

通过市售的谷物产品中麦角生物碱含量的调查，说明麦角并不能总是被从谷物中完全去除。Scott等人调查了从1985－1990年加拿大的超过400个以谷类为主料的食品样品中缩氨酸生物碱的含量，裸麦污染最大，90%的样品检测是阳性，年平均总生物碱范围从70－414ng/g，尽管总生物碱含量在小麦粉中较低，但仍有73%的样品检测出阳性。Moller报道，在瑞典的小麦和祼麦产品的调查中，38%的样品检测出麦角生物碱阳性。Lombaert等人调查了加拿大市场上以谷类为主料的婴幼儿食品，在56%的以大麦为主的婴幼儿谷类食品中，都检测出了麦角生物碱，总样品平均含量为18ng/g。

食品加工过程中的热处理显示出能减少麦角生物碱的含量，Friedman和Dao报道，当牵牛花种子用小麦粉混合并在204℃下烘烤时，麦角生物碱损失多达31%。当麦角新碱和麦角醇的纯样品加到小麦粉中时，有同样的热损失趋势。Fajardo等人报道，麦角污染的小麦在制面包烘烤、亚洲面条盐煮及意大利式细面条煮制过程中，缩氨酸生物碱的损失分别是22－55%、47－49%，42－79%。

尽管我们没有发现关于在制麦和酿造过程中麦角生物碱的存在和稳定性的报道，但是历史记录间接表明，当使用麦角病谷物酿造啤酒，啤酒能被麦角生物碱污染。Rätsch论述了一些这样的例子，就是用麦角感染的谷粒故意加到类似啤酒的饮料中，导致了超人的视力，但是，非人为地被麦角污染的酿造谷粒很可能频率更多，在麦角毒效被清楚地了解前，非人为污染尤其危险。关于用麦角污染的谷物生产的啤酒的历史文献中说到：“这种谷物用于食品和饮料，能使人产生似醉酒状态、使人晕眩及颤抖，以致他们不能做任何事情”。Alm最近提出，麦角中毒是17世纪芬兰、挪威爆发魔法试验的起因，被麦角污染的啤酒的大量饮用被猜测是那时麦角中毒的主要原因。

在一个酿造者的关于市售大麦芽中存在巩膜的质询的驱使下，我们制定了当前的研究方案，目的是测定大麦和小麦在制麦和酿造过程中存在于巩膜中的麦角生物碱的变化结果。

实验

材料

麦角巩膜来自于北道科他州大学谷物和食品科学系分析的大麦和硬质红色春小麦，巩膜通过手工从多样的谷物样品中收集，表示几个收割年份，收集到的巩膜在室温下贮存直至使用。

用于酿造实验的麦芽是国产的二棱品种的混合样品，用于制麦实验的大麦是生长在爱达荷州的二棱品种B1202，大麦和麦芽都无肉眼可见的巩膜。

制麦

做了两个微型制麦实验，在第一个实验中，在无大麦粒存在的情况下，小麦和大麦巩膜样品进行制麦实验，巩膜（n=50-100）被在一个100×25mm的塑料离心管中，通过在每个管上钻8个3mm的孔，把管做成多孔渗水的离心管。把管放在装有10ml水的大口杯中，在16℃下浸麦。总的浸麦时间是48小时，每12小时换一次浸麦水，同时收集这些浸麦水冻干。浸麦后，样品放入一个发芽箱中，在约85%RH和16℃下发芽4天。发芽后，样品放入实验室干燥器中，温度从49℃经24小时逐步升到85℃。在浸麦、发芽和干燥结束后分别取样用于分析，较高水分的浸麦和发芽后样品在分析前冻干，整个实验做三次。

在第二个实验中，在798g大麦发芽前加入1.6g的小麦巩膜，控制样品在制麦过程中没有额外的巩膜进入，样品在装有2L水的4L的大口杯中，在16℃下浸渍，总的浸渍时间是48小时，每12小时换一次浸