饲料中霉菌毒素的微生物脱毒研究进展

1、饲料中霉菌毒素的微生物脱毒研究进展赵必迁1，周安国2*， （1 北京伟嘉集团长沙伟嘉饲料科技公司，长沙，4103292 四川农业大学动物营养研究所，教育部抗病营养研究中心，雅安，625014） 摘 要；各种霉菌毒素可以作为一种污染物广泛存在于动物饲料中。此文对饲料中霉菌毒素危害和去除方法进行介绍，着重就霉菌毒素的微生物脱毒法的研究现状及相关脱毒机制进行概述。关键词 霉菌毒素；微生物；脱毒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  霉菌毒素是在结构上差异巨大的一类小分子量化合物，由微生物经过次生代谢过程产生，对饲料的污染十分常见。据估计，目前已经有大约100000霉菌已经被鉴定，其中400种左右对动物具有潜在的毒性，这些有潜在毒性的霉菌中又有5%左右可以产生有毒物质。年均气温较高的国家和地区这一问题尤其严重，而我国正处于亚热带地区，各地区的种植水平差异很大，饲料原料贮运条件参差不齐，因此由霉菌毒素导致的动物急性、慢性中毒较为常见。1    

4、;    霉菌毒素的危害霉菌是一种多细胞微生物，可通过种子或孢子2种形式繁衍下代，在条件不适宜时往往由孢子形式繁衍。霉菌毒素由中温霉菌产生，相对细菌而言，霉菌对湿度、PH的要求较低。当霉菌处于干燥、低温或处于与其他霉菌竞争的应激情况时，会产生霉菌毒素。由于霉菌生长有一定的地域性，导致不同区域占优势的霉菌毒素种类不同。产毒素菌并非在所有适于生长的温度条件下都能产生毒素。一种霉菌可以产生多种不同的霉菌毒素，相反，不同的霉菌可以产生一种相同的霉菌毒素。饲料中常见的产毒素霉菌主要有：曲霉属（aspergillus）、青霉属(penicillium)、镰孢菌属(fusati

5、um)和麦角菌属(claviceps)等。各种霉菌可以产生多达数百种霉菌毒。常见的霉菌毒素有：黄曲霉毒素(aflatoxins)、赭曲霉毒素A(ochratoxin A)、单端孢霉烯族毒素(trichothecenes)、玉米赤霉烯酮(zearalenone)、伏马菌素（fumonisins）等（徐剑宏，2007）。霉菌毒素可以对动物引起一系列严重的生理和生物毒害，如致癌性（黄曲霉毒素、褚曲霉毒素和伏马霉素）、致突变性（黄曲霉毒素和柄曲霉毒素）、致畸胎性（褚曲霉毒素）、致雌激素异常（玉米赤霉烯酮）、致出血（单端孢霉烯）、免疫毒性（黄曲霉毒素和褚曲霉毒素）、肾毒性（褚曲霉毒素）、肝毒性（黄曲霉毒

6、素）、皮肤毒性（单端孢霉烯）及神经毒性（麦角碱）等，另外还有些具有细胞毒性（侯然然，2007a）。2 霉菌毒素的微生物脱毒一种脱毒方法是否真正有效并可以应用，应该取决于霉菌毒素转化成一种无毒的化学物质而失活或去除；霉菌的孢子和菌丝体被破坏，从而使新的毒素不能形成；饲料中的营养价值在处理过程中应该得以保存；物料的物理特性或外观不能发生明显的改变；经济上可行，即脱毒过程所带来的经济上的好处应大于花费（史莹华，2006）。微生物脱毒法是利用一些特定的微生物或它们产生的酶来降解霉变饲料中的霉菌毒素，将这些微生物加入饲料当中，从而实现霉菌毒素的温和降解,避免高温、强酸、强碱等易破坏营养成份的环

7、境和条件，达到去除霉菌毒素的目的，此过程中，无需带入有毒有害的化学物质，同时还尽可能地减少了饲料中营养物质的损失（王继彤，2004）。2.1 酵母发酵去除霉菌毒素酵母发酵过程来去除谷物中的霉菌毒素的方法研究较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发酵生产酒精，结果发现获得的酒精中不含有霉菌毒素,而发酵剩余的酒糟仍然具有玉米赤霉烯酮的毒性。有研究发现一些微生物（包括了酵母、霉菌及细菌）可以将玉米赤霉烯酮转化为-玉米赤霉烯醇及-玉米赤霉烯醇；但这种转化尚不能认为是一种脱毒过程，因为后两者与前者一样具有生殖毒性。棒曲霉毒素也可被数种酵母菌所降解，Moss和Lo

8、ng（2002）对酿酒酵母分解棒曲霉毒素的终产物进行了研究结果表明棒曲霉毒素已丧失。F2毒素污染的粮食可作为假丝酵母发酵的底物，发酵后毒素几乎全部留在发酵液中，其活性降低了10倍（孙建和，2003）。Scott和Lawrence分析了美国和墨西哥各种类型的啤酒，只在一种样品中发现微量的黄曲霉毒素，研究者还分析了41种加拿大啤酒中烟曲霉毒素的情况。其中个样品中的烟曲霉毒素B1超过2ng/ml、烟曲霉毒素B2超过7.6ng/ml，而大多数样品中的烟曲霉毒素含量极低。Flesch等（1994）的研究表明，在葡萄汁的乙醇发酵过程中，单端孢菌素可以被部分转化为毒性略小的毒素，毒素当中的一部分（大约20%

9、）可被酵母吸收。Janos(2005)将3种不同酵母菌株在1个容器中同时添加赭曲毒素A、烟曲霉毒素B1和B2进行发酵8d后，赭曲毒素、烟曲霉毒素B1和B2分别减少了13，28，17。2.2 非产毒霉菌发酵去除霉菌毒素Park等（2003）在研究一种韩国发酵豆制品时发现，这种豆制品的天然发酵过程中有约20种不同的霉菌参与，其中米曲霉、青霉、毛霉和根霉是其中的优势真菌。在发酵的前三四周（块状发酵阶段），发酵制品中的黄曲霉毒素B1及G1出现了明显增加；在其后进行的盐水浸泡发酵阶段中，黄曲霉毒素则被迅速降解。盐水浸泡发酵阶段二个月后，黄曲霉毒素的量已经降至最初毒素量的1020%，而第三个月时黄曲霉毒素

10、已经被几乎完全降解。研究表明，在天然发酵食品的制备过程中，存在着有效的降解霉菌毒素的微生物或生化过程。Varga等（2000）共对70株曲霉进行了研究，发现有一株A.japonicus和两株A.niger可以降解/部分降解赭曲霉毒素A。在对A. niger CBS120.49株的研究中发现，它在液体培养基中分解OA较慢，OA可以在7天内全部转化为毒性较低的化合物赭曲霉毒素，赭曲霉毒素的量在发酵前6天逐渐增加，但在随后的10天培养中被进一步降解至痕量。而在固体培养中，OA的降解速度要快得多，OA含量可在2天内降解到初含量（500 ng/mL）的20%以下，而5d内OA就可全部转化为赭曲霉毒素。V

11、arga等(2005)对根霉属（Rhizopus）不同种的共55个菌株进行了研究，发现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，以及四株未鉴定到种的根霉株系,其中有一根霉株系可以在16d内将赭曲霉毒素A降解95%以上；一株R.stolonifer则可有效地降解潮湿小麦中的赭曲霉毒素A。2.3 细菌降解霉菌毒素据报道，赭曲毒素A能通过绵羊、牛等反刍动物瘤胃内容物的细菌分解某些真菌毒素。为了获得能降解赭曲毒素A的微生物，Fuchs(2002)

12、对37种细菌、10株酵母和12种霉菌进行了筛选，发现醋酸钙不动杆菌(Acinenobactemalcoacetieus)在25和30条件下，均能够将初始质量浓度为10ng/L的赭曲毒素A分解，其终产物比赭曲毒素A对鸡胚的毒性低了很多。肠道中的微生物菌群可以通过酶促降解环氧环从而对呕吐毒素(DON)起减毒作用，Fuchs等研究者从牛瘤胃的富集培养物中分离到1株可以在2448 h内转化DON和其他的单端孢霉烯族毒素的厌氧优杆菌属细菌，从而部分地减轻毒素的毒力。Volkl等(2004)发现一种可以把DON转变成3一酮基一DON的混合微生物培养物饼。Line等（1995）对黄杆菌属的Flavobact

13、erium aurantiacum降解黄曲霉毒素B1的机理进行了研究，放射性同位素14C试验表明，有活性的黄杆菌细胞可以快速地将黄曲霉毒素B1（可溶于氯仿）转化为水溶性的化合物。试验6h后，活细胞试验组结果只有24.1%的放射性保留在氯仿层中；而无细胞的空白试验组则不会产生任何水溶性化合物（即放射性全部保留在氯仿层中）；灭活的黄杆菌细胞对照组则有99.7%的放射性保留在氯仿层中，且不产生水溶性的化合物。这一结果表明，活的和死的黄杆菌细胞均可去除毒素。Nagendra(1999)等研究了4株双歧杆菌和2株乳杆菌吸附黄曲霉毒素B1的能力，将乳酸菌与黄曲霉毒素B1在.37度混合振动15、60和120

14、min 后，检测其中的黄曲霉毒素B1，结果表明乳酸菌对黄曲霉毒素B1去除能力为20-50%，用蒸馏水洗涤两遍吸附黄曲霉毒素B1的乳酸菌后，有10-40%的黄曲霉毒素B1还被吸附在乳酸菌上，说明乳酸菌对黄曲霉毒素B1有较强的吸附作用。Hain(2000)等筛选出了两株鼠李糖乳杆菌ATCC53103和鼠李糖乳杆菌DSM-705,两株菌吸附黄曲霉毒素B1的能力可高达80%；吸附着黄曲霉毒素B1的乳酸菌细胞经乙醇、紫外照射、超声或碱处理后死菌对黄曲霉毒素B1的吸附强度不受影响。鼠李糖乳杆菌ATCC53103和鼠李糖乳杆菌DSM-705去除鸡肠腔液内黄曲霉毒素B1的体内研究表明，鼠李糖乳杆菌ATCC53

15、103可使肠腔液内黄曲霉毒素B1浓度下降54%，鼠李糖乳杆菌DSM-705则为44%,肠腔内组织摄取黄曲霉毒素B1的量下降了75%。鼠李糖乳杆菌ATCC53103和鼠李糖乳杆菌DSM-705也可去除全脂奶与脱脂奶中污染的黄曲霉毒素B1，研究还表明益生素吸附黄曲霉素B1的能力受温度和菌体弄得影响大。最佳吸附温度在37度，菌体浓度越大吸附黄曲霉素越多。Maritsa（2000）等从液体培养基中去除黄曲霉毒素B1的研究表明，所使用的乳酸菌无论是活菌，还是经加热处理后的死菌均有吸附的作用。李志刚(2003)等研究结果证实乳酸菌-黄曲霉素复合体无论是在益生菌活菌状态，还是死菌下，与自由黄曲霉毒素的回复突

16、变无显著差异。故暗示益生素吸附黄曲霉素能力取决于细胞壁结构，且革兰氏阳性菌吸附能力优于革兰氏阴性菌。3 微生物去除霉菌毒素机理3.1微生物对霉菌毒素的吸附作用有研究表明酵母对霉菌毒素的影响可能与酵母细胞壁表面的葡甘聚糖有关。酵母或酵母的细胞壁成份可作为霉菌毒素吸附剂使用。酵母细胞壁对毒素的吸附能力要明显强于酵母的全成份，这说明酵母细胞壁的特殊结构对霉菌毒素产生吸附力。研究已证实酵母细胞壁分3层，外层为甘露寡糖和蛋白复合物，中间层位葡聚糖，内层位几丁质,细胞壁上有多糖、蛋白质和脂类，这些物质对毒素的吸附是通过氢键、离子键和疏水作用力等实现的。Ragu（2000）的试验结果表明，酵母细胞

17、壁可以吸附2.7mg/g玉米赤霉烯酮，并且这种吸附平衡可以在10min内达到，在这一点它比铝硅酸盐类吸附剂有优势。酵母细胞壁提取物是以酿酒酵母为原料，经过细胞破壁、酶解、分离提纯和干燥等工艺精制而成（杨乃欢，2009）。侯然然(2007b) 以啤酒工业的废酵母泥为原料，用柠檬酸缓冲液抽提制得葡甘露聚糖, 制备的酵母提取物总糖含量为90.07，其中葡甘露聚糖含量为88.25，蛋白质含量为2.53。以8日龄的体重接近的健康公雏为试验动物，在基础日粮中加入0.1mgkg黄曲霉毒素B1(Aflatoxin B1，AFB1)，严重影响了AA肉鸡的生长性能，显著降低了肉鸡的体重、日增重、日采食量，提高了料

18、肉比。血清中总蛋白、白蛋白含量显著下降，谷草转氨酶、谷丙转氨酶活性显著升高。肝脏、肾脏、心脏、脾脏器官肿胀，胸腺、法氏囊出现萎缩。肝脏酶活异常升高或降低，抗氧化酶活性降低，脂质过氧化产物丙二醛含量升高。肝脏组织切片可以看出胆管增生、肝细胞大量死亡。说明肝脏受到严重损伤，机体的抗氧化能力受到了抑制。在0.1mgkg AFB1日粮中加入0.1的葡甘露聚糖，可以明显改善从肉鸡的生长性能，以上相关指标的值基本恢复到正常水平，说明葡甘露聚糖减轻了黄曲霉毒素的毒性，基本消除了其对动物生长性能、免疫功能、肝肾功能、抗氧化能力等的不良影响。苏军（2006）研究被镰刀菌毒素自然污染的玉米以25和50的比例等量替

19、换基础饲粮中的正常玉米并在此基础上加或不加葡配甘露聚糖（EGM）霉菌毒素吸附剂对断奶仔猪生产性能、养分利用率的影响。结果表明：饲喂被镰刀菌毒素污染的饲粮降低了仔猪的生产性能，随霉变玉米替代比例增加，采食量和日增重降低程度增加（P005或P001）；显著或极显著降低仔猪饲粮中有机物质、蛋白质、钙、磷的表观消化率（P005或P001）和蛋白质生物学价值（P005），25污染玉米饲粮对钙的表观消化率无影响（P005）；在被镰刀菌毒素污染饲粮中添加0.2EGM吸附剂可使上述不良效应得到改善，尤以在25污染玉米饲粮中添加0.2EGM吸附剂可获得显著的保护效应。故酵母细胞壁解毒的机理可能是葡甘露聚糖捕获黄

20、曲霉毒素，从而阻止了胃肠道对毒素的吸收，进而达到解毒的效果。进年来的研究认为黄曲霉毒素B1通过非共价方式与益生素连接，而是以乳酸菌-黄曲霉素复合体形式存在。Haskard(2000)研究表明氢键在乳酸菌-黄曲霉素复合体中不起作用，疏水相互作用是维持结构的最主要作用。Bolognani (2000)研究认为形成的乳酸菌-黄曲霉素复合体后，黄曲霉素化学结构没变化，并具有较强的毒性，李志刚等采用 Ames试验检测被吸附的黄曲霉毒素B1的致突变性，乳酸菌-黄曲霉素复合体与自由黄曲霉毒素的回复突变无显著差异（李志刚，2003）。尽管如此，形成的乳酸菌-黄曲霉素复合物仍可阻止黄曲霉素在动物体吸收，同时复合物较黄曲霉更容