飼料中霉菌毒素的微生物脫毒研究進(jìn)展

1、飼料中霉菌毒素的微生物脫毒研究進(jìn)展趙必遷1，周安國2*， （1 北京偉嘉集團(tuán)長沙偉嘉飼料科技公司，長沙，4103292 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物營養(yǎng)研究所，教育部抗病營養(yǎng)研究中心，雅安，625014） 摘 要；各種霉菌毒素可以作為一種污染物廣泛存在于動物飼料中。此文對飼料中霉菌毒素危害和去除方法進(jìn)行介紹，著重就霉菌毒素的微生物脫毒法的研究現(xiàn)狀及相關(guān)脫毒機(jī)制進(jìn)行概述。關(guān)鍵詞 霉菌毒素；微生物；脫毒Detoxification of Mycotoxin by Microorganisms in Feed Abstract；Mycotoxins can be

2、 present as contaminants in feedstuffs. In this article, it has been recommended that the different harms and detoxifical strategies of mycotoxin-contaminated feed.This article summarized the recent researching on detoxification of mycotoxins by microorganisms in feed and the relevantly detoxifical

3、mechanism.Key words  mycotoxins；microorganisms；detoxification  霉菌毒素是在結(jié)構(gòu)上差異巨大的一類小分子量化合物，由微生物經(jīng)過次生代謝過程產(chǎn)生，對飼料的污染十分常見。據(jù)估計，目前已經(jīng)有大約100000霉菌已經(jīng)被鑒定，其中400種左右對動物具有潛在的毒性，這些有潛在毒性的霉菌中又有5%左右可以產(chǎn)生有毒物質(zhì)。年均氣溫較高的國家和地區(qū)這一問題尤其嚴(yán)重，而我國正處于亞熱帶地區(qū)，各地區(qū)的種植水平差異很大，飼料原料貯運(yùn)條件參差不齊，因此由霉菌毒素導(dǎo)致的動物急性、慢性中毒較為常見。1    

4、;    霉菌毒素的危害霉菌是一種多細(xì)胞微生物，可通過種子或孢子2種形式繁衍下代，在條件不適宜時往往由孢子形式繁衍。霉菌毒素由中溫霉菌產(chǎn)生，相對細(xì)菌而言，霉菌對濕度、PH的要求較低。當(dāng)霉菌處于干燥、低溫或處于與其他霉菌競爭的應(yīng)激情況時，會產(chǎn)生霉菌毒素。由于霉菌生長有一定的地域性，導(dǎo)致不同區(qū)域占優(yōu)勢的霉菌毒素種類不同。產(chǎn)毒素菌并非在所有適于生長的溫度條件下都能產(chǎn)生毒素。一種霉菌可以產(chǎn)生多種不同的霉菌毒素，相反，不同的霉菌可以產(chǎn)生一種相同的霉菌毒素。飼料中常見的產(chǎn)毒素霉菌主要有：曲霉屬（aspergillus）、青霉屬(penicillium)、鐮孢菌屬(fusati

5、um)和麥角菌屬(claviceps)等。各種霉菌可以產(chǎn)生多達(dá)數(shù)百種霉菌毒。常見的霉菌毒素有：黃曲霉毒素(aflatoxins)、赭曲霉毒素A(ochratoxin A)、單端孢霉烯族毒素(trichothecenes)、玉米赤霉烯酮(zearalenone)、伏馬菌素（fumonisins）等（徐劍宏，2007）。霉菌毒素可以對動物引起一系列嚴(yán)重的生理和生物毒害，如致癌性（黃曲霉毒素、褚曲霉毒素和伏馬霉素）、致突變性（黃曲霉毒素和柄曲霉毒素）、致畸胎性（褚曲霉毒素）、致雌激素異常（玉米赤霉烯酮）、致出血（單端孢霉烯）、免疫毒性（黃曲霉毒素和褚曲霉毒素）、腎毒性（褚曲霉毒素）、肝毒性（黃曲霉毒

6、素）、皮膚毒性（單端孢霉烯）及神經(jīng)毒性（麥角堿）等，另外還有些具有細(xì)胞毒性（侯然然，2007a）。2 霉菌毒素的微生物脫毒一種脫毒方法是否真正有效并可以應(yīng)用，應(yīng)該取決于霉菌毒素轉(zhuǎn)化成一種無毒的化學(xué)物質(zhì)而失活或去除；霉菌的孢子和菌絲體被破壞，從而使新的毒素不能形成；飼料中的營養(yǎng)價值在處理過程中應(yīng)該得以保存；物料的物理特性或外觀不能發(fā)生明顯的改變；經(jīng)濟(jì)上可行，即脫毒過程所帶來的經(jīng)濟(jì)上的好處應(yīng)大于花費(fèi)（史瑩華，2006）。微生物脫毒法是利用一些特定的微生物或它們產(chǎn)生的酶來降解霉變飼料中的霉菌毒素，將這些微生物加入飼料當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)霉菌毒素的溫和降解,避免高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等易破壞營養(yǎng)成份的環(huán)

7、境和條件，達(dá)到去除霉菌毒素的目的，此過程中，無需帶入有毒有害的化學(xué)物質(zhì)，同時還盡可能地減少了飼料中營養(yǎng)物質(zhì)的損失（王繼彤，2004）。2.1 酵母發(fā)酵去除霉菌毒素酵母發(fā)酵過程來去除谷物中的霉菌毒素的方法研究較早并得到一定得效果。Bennet等（1994）研究了使用玉米赤霉烯酮污染的玉米發(fā)酵生產(chǎn)酒精，結(jié)果發(fā)現(xiàn)獲得的酒精中不含有霉菌毒素,而發(fā)酵剩余的酒糟仍然具有玉米赤霉烯酮的毒性。有研究發(fā)現(xiàn)一些微生物（包括了酵母、霉菌及細(xì)菌）可以將玉米赤霉烯酮轉(zhuǎn)化為-玉米赤霉烯醇及-玉米赤霉烯醇；但這種轉(zhuǎn)化尚不能認(rèn)為是一種脫毒過程，因?yàn)楹髢烧吲c前者一樣具有生殖毒性。棒曲霉毒素也可被數(shù)種酵母菌所降解，Moss和Lo

8、ng（2002）對釀酒酵母分解棒曲霉毒素的終產(chǎn)物進(jìn)行了研究結(jié)果表明棒曲霉毒素已喪失。F2毒素污染的糧食可作為假絲酵母發(fā)酵的底物，發(fā)酵后毒素幾乎全部留在發(fā)酵液中，其活性降低了10倍（孫建和，2003）。Scott和Lawrence分析了美國和墨西哥各種類型的啤酒，只在一種樣品中發(fā)現(xiàn)微量的黃曲霉毒素，研究者還分析了41種加拿大啤酒中煙曲霉毒素的情況。其中個樣品中的煙曲霉毒素B1超過2ng/ml、煙曲霉毒素B2超過7.6ng/ml，而大多數(shù)樣品中的煙曲霉毒素含量極低。Flesch等（1994）的研究表明，在葡萄汁的乙醇發(fā)酵過程中，單端孢菌素可以被部分轉(zhuǎn)化為毒性略小的毒素，毒素當(dāng)中的一部分（大約20%

9、）可被酵母吸收。Janos(2005)將3種不同酵母菌株在1個容器中同時添加赭曲毒素A、煙曲霉毒素B1和B2進(jìn)行發(fā)酵8d后，赭曲毒素、煙曲霉毒素B1和B2分別減少了13，28，17。2.2 非產(chǎn)毒霉菌發(fā)酵去除霉菌毒素Park等（2003）在研究一種韓國發(fā)酵豆制品時發(fā)現(xiàn)，這種豆制品的天然發(fā)酵過程中有約20種不同的霉菌參與，其中米曲霉、青霉、毛霉和根霉是其中的優(yōu)勢真菌。在發(fā)酵的前三四周（塊狀發(fā)酵階段），發(fā)酵制品中的黃曲霉毒素B1及G1出現(xiàn)了明顯增加；在其后進(jìn)行的鹽水浸泡發(fā)酵階段中，黃曲霉毒素則被迅速降解。鹽水浸泡發(fā)酵階段二個月后，黃曲霉毒素的量已經(jīng)降至最初毒素量的1020%，而第三個月時黃曲霉毒素

10、已經(jīng)被幾乎完全降解。研究表明，在天然發(fā)酵食品的制備過程中，存在著有效的降解霉菌毒素的微生物或生化過程。Varga等（2000）共對70株曲霉進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)有一株A.japonicus和兩株A.niger可以降解/部分降解赭曲霉毒素A。在對A. niger CBS120.49株的研究中發(fā)現(xiàn)，它在液體培養(yǎng)基中分解OA較慢，OA可以在7天內(nèi)全部轉(zhuǎn)化為毒性較低的化合物赭曲霉毒素，赭曲霉毒素的量在發(fā)酵前6天逐漸增加，但在隨后的10天培養(yǎng)中被進(jìn)一步降解至痕量。而在固體培養(yǎng)中，OA的降解速度要快得多，OA含量可在2天內(nèi)降解到初含量（500 ng/mL）的20%以下，而5d內(nèi)OA就可全部轉(zhuǎn)化為赭曲霉毒素。V

11、arga等(2005)對根霉屬（Rhizopus）不同種的共55個菌株進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)有不少根霉菌株可以分解赫曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和棒曲霉毒素。其中可以降解赭曲霉毒素的R.stolonifer, R. microsporus, R. homothallicus, R. oryzae，以及四株未鑒定到種的根霉株系,其中有一根霉株系可以在16d內(nèi)將赭曲霉毒素A降解95%以上；一株R.stolonifer則可有效地降解潮濕小麥中的赭曲霉毒素A。2.3 細(xì)菌降解霉菌毒素?fù)?jù)報道，赭曲毒素A能通過綿羊、牛等反芻動物瘤胃內(nèi)容物的細(xì)菌分解某些真菌毒素。為了獲得能降解赭曲毒素A的微生物，F(xiàn)uchs(2002)

12、對37種細(xì)菌、10株酵母和12種霉菌進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)醋酸鈣不動桿菌(Acinenobactemalcoacetieus)在25和30條件下，均能夠?qū)⒊跏假|(zhì)量濃度為10ng/L的赭曲毒素A分解，其終產(chǎn)物比赭曲毒素A對雞胚的毒性低了很多。腸道中的微生物菌群可以通過酶促降解環(huán)氧環(huán)從而對嘔吐毒素(DON)起減毒作用，F(xiàn)uchs等研究者從牛瘤胃的富集培養(yǎng)物中分離到1株可以在2448 h內(nèi)轉(zhuǎn)化DON和其他的單端孢霉烯族毒素的厭氧優(yōu)桿菌屬細(xì)菌，從而部分地減輕毒素的毒力。Volkl等(2004)發(fā)現(xiàn)一種可以把DON轉(zhuǎn)變成3一酮基一DON的混合微生物培養(yǎng)物餅。Line等（1995）對黃桿菌屬的Flavobact

13、erium aurantiacum降解黃曲霉毒素B1的機(jī)理進(jìn)行了研究，放射性同位素14C試驗(yàn)表明，有活性的黃桿菌細(xì)胞可以快速地將黃曲霉毒素B1（可溶于氯仿）轉(zhuǎn)化為水溶性的化合物。試驗(yàn)6h后，活細(xì)胞試驗(yàn)組結(jié)果只有24.1%的放射性保留在氯仿層中；而無細(xì)胞的空白試驗(yàn)組則不會產(chǎn)生任何水溶性化合物（即放射性全部保留在氯仿層中）；滅活的黃桿菌細(xì)胞對照組則有99.7%的放射性保留在氯仿層中，且不產(chǎn)生水溶性的化合物。這一結(jié)果表明，活的和死的黃桿菌細(xì)胞均可去除毒素。Nagendra(1999)等研究了4株雙歧桿菌和2株乳桿菌吸附黃曲霉毒素B1的能力，將乳酸菌與黃曲霉毒素B1在.37度混合振動15、60和120

14、min 后，檢測其中的黃曲霉毒素B1，結(jié)果表明乳酸菌對黃曲霉毒素B1去除能力為20-50%，用蒸餾水洗滌兩遍吸附黃曲霉毒素B1的乳酸菌后，有10-40%的黃曲霉毒素B1還被吸附在乳酸菌上，說明乳酸菌對黃曲霉毒素B1有較強(qiáng)的吸附作用。Hain(2000)等篩選出了兩株鼠李糖乳桿菌ATCC53103和鼠李糖乳桿菌DSM-705,兩株菌吸附黃曲霉毒素B1的能力可高達(dá)80%；吸附著黃曲霉毒素B1的乳酸菌細(xì)胞經(jīng)乙醇、紫外照射、超聲或堿處理后死菌對黃曲霉毒素B1的吸附強(qiáng)度不受影響。鼠李糖乳桿菌ATCC53103和鼠李糖乳桿菌DSM-705去除雞腸腔液內(nèi)黃曲霉毒素B1的體內(nèi)研究表明，鼠李糖乳桿菌ATCC53

15、103可使腸腔液內(nèi)黃曲霉毒素B1濃度下降54%，鼠李糖乳桿菌DSM-705則為44%,腸腔內(nèi)組織攝取黃曲霉毒素B1的量下降了75%。鼠李糖乳桿菌ATCC53103和鼠李糖乳桿菌DSM-705也可去除全脂奶與脫脂奶中污染的黃曲霉毒素B1，研究還表明益生素吸附黃曲霉素B1的能力受溫度和菌體弄得影響大。最佳吸附溫度在37度，菌體濃度越大吸附黃曲霉素越多。Maritsa（2000）等從液體培養(yǎng)基中去除黃曲霉毒素B1的研究表明，所使用的乳酸菌無論是活菌，還是經(jīng)加熱處理后的死菌均有吸附的作用。李志剛(2003)等研究結(jié)果證實(shí)乳酸菌-黃曲霉素復(fù)合體無論是在益生菌活菌狀態(tài)，還是死菌下，與自由黃曲霉毒素的回復(fù)突

16、變無顯著差異。故暗示益生素吸附黃曲霉素能力取決于細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，且革蘭氏陽性菌吸附能力優(yōu)于革蘭氏陰性菌。3 微生物去除霉菌毒素機(jī)理3.1微生物對霉菌毒素的吸附作用有研究表明酵母對霉菌毒素的影響可能與酵母細(xì)胞壁表面的葡甘聚糖有關(guān)。酵母或酵母的細(xì)胞壁成份可作為霉菌毒素吸附劑使用。酵母細(xì)胞壁對毒素的吸附能力要明顯強(qiáng)于酵母的全成份，這說明酵母細(xì)胞壁的特殊結(jié)構(gòu)對霉菌毒素產(chǎn)生吸附力。研究已證實(shí)酵母細(xì)胞壁分3層，外層為甘露寡糖和蛋白復(fù)合物，中間層位葡聚糖，內(nèi)層位幾丁質(zhì),細(xì)胞壁上有多糖、蛋白質(zhì)和脂類，這些物質(zhì)對毒素的吸附是通過氫鍵、離子鍵和疏水作用力等實(shí)現(xiàn)的。Ragu（2000）的試驗(yàn)結(jié)果表明，酵母細(xì)胞

17、壁可以吸附2.7mg/g玉米赤霉烯酮，并且這種吸附平衡可以在10min內(nèi)達(dá)到，在這一點(diǎn)它比鋁硅酸鹽類吸附劑有優(yōu)勢。酵母細(xì)胞壁提取物是以釀酒酵母為原料，經(jīng)過細(xì)胞破壁、酶解、分離提純和干燥等工藝精制而成（楊乃歡，2009）。侯然然(2007b) 以啤酒工業(yè)的廢酵母泥為原料，用檸檬酸緩沖液抽提制得葡甘露聚糖, 制備的酵母提取物總糖含量為90.07，其中葡甘露聚糖含量為88.25，蛋白質(zhì)含量為2.53。以8日齡的體重接近的健康公雛為試驗(yàn)動物，在基礎(chǔ)日糧中加入0.1mgkg黃曲霉毒素B1(Aflatoxin B1，AFB1)，嚴(yán)重影響了AA肉雞的生長性能，顯著降低了肉雞的體重、日增重、日采食量，提高了料

18、肉比。血清中總蛋白、白蛋白含量顯著下降，谷草轉(zhuǎn)氨酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性顯著升高。肝臟、腎臟、心臟、脾臟器官腫脹，胸腺、法氏囊出現(xiàn)萎縮。肝臟酶活異常升高或降低，抗氧化酶活性降低，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛含量升高。肝臟組織切片可以看出膽管增生、肝細(xì)胞大量死亡。說明肝臟受到嚴(yán)重?fù)p傷，機(jī)體的抗氧化能力受到了抑制。在0.1mgkg AFB1日糧中加入0.1的葡甘露聚糖，可以明顯改善從肉雞的生長性能，以上相關(guān)指標(biāo)的值基本恢復(fù)到正常水平，說明葡甘露聚糖減輕了黃曲霉毒素的毒性，基本消除了其對動物生長性能、免疫功能、肝腎功能、抗氧化能力等的不良影響。蘇軍（2006）研究被鐮刀菌毒素自然污染的玉米以25和50的比例等量替

19、換基礎(chǔ)飼糧中的正常玉米并在此基礎(chǔ)上加或不加葡配甘露聚糖（EGM）霉菌毒素吸附劑對斷奶仔豬生產(chǎn)性能、養(yǎng)分利用率的影響。結(jié)果表明：飼喂被鐮刀菌毒素污染的飼糧降低了仔豬的生產(chǎn)性能，隨霉變玉米替代比例增加，采食量和日增重降低程度增加（P005或P001）；顯著或極顯著降低仔豬飼糧中有機(jī)物質(zhì)、蛋白質(zhì)、鈣、磷的表觀消化率（P005或P001）和蛋白質(zhì)生物學(xué)價值（P005），25污染玉米飼糧對鈣的表觀消化率無影響（P005）；在被鐮刀菌毒素污染飼糧中添加0.2EGM吸附劑可使上述不良效應(yīng)得到改善，尤以在25污染玉米飼糧中添加0.2EGM吸附劑可獲得顯著的保護(hù)效應(yīng)。故酵母細(xì)胞壁解毒的機(jī)理可能是葡甘露聚糖捕獲黃

20、曲霉毒素，從而阻止了胃腸道對毒素的吸收，進(jìn)而達(dá)到解毒的效果。進(jìn)年來的研究認(rèn)為黃曲霉毒素B1通過非共價方式與益生素連接，而是以乳酸菌-黃曲霉素復(fù)合體形式存在。Haskard(2000)研究表明氫鍵在乳酸菌-黃曲霉素復(fù)合體中不起作用，疏水相互作用是維持結(jié)構(gòu)的最主要作用。Bolognani (2000)研究認(rèn)為形成的乳酸菌-黃曲霉素復(fù)合體后，黃曲霉素化學(xué)結(jié)構(gòu)沒變化，并具有較強(qiáng)的毒性，李志剛等采用 Ames試驗(yàn)檢測被吸附的黃曲霉毒素B1的致突變性，乳酸菌-黃曲霉素復(fù)合體與自由黃曲霉毒素的回復(fù)突變無顯著差異（李志剛，2003）。盡管如此，形成的乳酸菌-黃曲霉素復(fù)合物仍可阻止黃曲霉素在動物體吸收，同時復(fù)合物較黃曲霉更容