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霉菌毒素脱霉技术研究进展

发布者:鲁牧工商网发布时间: 2013-05-27 16:20:54 浏览次数:来源:张坤

近年来,由于全球温室效应的加重,粮食或饲料被霉菌及其毒素污染的情况日益加重。霉菌毒素使畜禽的免疫机能和生产性能下降,长期处于亚健康状态,造成免疫失败,并容易引起难以防治的疾病,霉菌毒素还可通过肉、蛋、奶等食物链对人类健康产生威胁。因此,降低和消除霉菌毒素污染是一个重要的研究方向,对霉菌毒素的临床控制有重要意义。

1 霉菌毒素种类

霉菌毒素是由产毒霉菌在谷物或饲料上生产或繁殖过程中产生的一系列具有广泛化学结构的次级代谢产物。目前已经发现有33164种霉菌产生200多种霉菌毒素。造成饲料霉变的常见霉菌毒素有黄曲霉毒素(AF)、赭曲霉毒素AOTA)、单端孢菌毒素、玉米赤霉烯酮(ZON)、烟曲霉毒素(FUM )、脱氧雪腐镰刀菌烯醇和串珠镰刀菌素,其污染开始于田间,随后在收获、干燥和储存过程中由在适宜环境下的霉菌自然分泌产生并逐步增加。

2 霉菌毒素的协同作用

研究发现霉菌毒素很少单个出现,其叠加和协同作用大大降低了中毒症出现的霉菌毒素阈值和动物的耐受水平。这些霉菌毒素对动物生长性能和健康所造成的复合影响远远大于每一个单个霉菌毒素本身影响的总和。事实上,在观察到任何对霉菌毒素污染的物理症状或临床反应之前,动物的生产性能已经下降,所以没有针对畜禽饲粮中霉菌毒素真正的安全水平。

3 霉菌毒素降解、吸附剂的最新材料和研究进展

对霉菌毒素的源头控制是大家熟知和重视的,如通过收割、种植管理、添加氯化钠、丙酸可以减少霉菌的增长和霉菌毒素的产生。国内外研究对霉菌毒素的解毒研究主要侧重于吸附、降解,通过在饲料中添加营养类物质或非营养类物质以减少霉菌毒素毒性,或完全解毒的作用,现对这些途径的最新进展作如下综述。

从脱霉剂的脱霉原理来分,脱霉剂可分为一下几类:吸附剂、酵母细胞壁提取物、酶解毒剂、中草药制剂等。

3.1 吸附剂

使用霉菌毒素吸附剂,是最常用的阻止霉菌毒素在肠道吸收的方式。吸附剂可以通过离子交换作用吸附霉菌毒素分子,从而抑制肠道对其的吸收。这些吸附剂有足够小的颗粒、大的表面积,但对霉菌毒素吸附的范围并不宽。吸附剂能否有效阻止动物肠道对霉菌毒素的吸收,是否会结合食物营养成分,都是要充分考虑的。

3.1.1 活性炭

活性炭对霉菌毒素的吸附能力与木质素、超级活化炭的特殊表面积有关。体外吸附力试验表明,活性炭可以降低多种珠镰孢毒素的吸收,如脱氧雪腐镰毒素、雪腐镰毒素和烟曲霉毒素,但活性炭发挥作用需要5~ 20g/kg这样高的浓度时才有效。且有研究表明,活性炭对奶牛黄曲霉毒素M1的中毒没作用。

3.1.2 黏土吸附剂

黏土类霉菌毒素吸附剂的中文名称:氢氧化硅铝酸钠钙。含氢氧化硅铝酸钠钙成分的黏土有如下种类:蒙脱石(具有可伸展的特性,吸附性能强于高岭石;云母汉没有可伸展特性,吸附性能弱)、绿坡缕石、海泡石。
  利用四面体层间多空结构与表面形成的离子极性,强吸附同样具有离子极性的霉菌毒素,强大的吸附力来自其超大的表面积与静电吸附。这种吸附的完全性由两个因素决定,即黏土种类本身与霉菌毒素种类本身。黏土有几十种,不同种类的黏土,其对霉菌毒素的吸附能力千差万别。

3.2 酵母细胞壁提取物
  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。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。试验结果表明,酵母细胞壁可以吸附2.7mg/g玉米赤霉烯酮,并且这种吸附平衡可以在10分钟内达到,在这一点比铝硅酸盐类吸附剂有优势。

葡甘露聚糖对霉菌毒素也有一定的吸附能力,Swamy等(2002)进行的猪体内试验结果表明,葡甘露聚糖对镰刀菌产生的毒素有一定的脱毒作用。葡甘露聚糖的作用方式应和酵母细胞壁的作用方式相似。酯化葡甘露糖还具有提高谷胱甘肽转移酶活性,减轻肝脏损伤的作用,还可以阻止因为霉菌毒素造成的多巴胺的减少,解除生长抑制。

3.3 酶解毒剂

吸附剂对霉菌毒素的清除作用是有限的,并且不会降解毒素毒性,为了更彻底的降解毒素,脱毒反应、毒性转化和酶降解是重要方向,其中酶解是最重要的霉菌毒素控制手段,从土壤或瘤胃分离的细菌、瘤胃原生菌、酵母或由它们纯化出的酶,已经证实了这一途径的可实现性。
  酶解去毒具有极大的局限性,一是酶对饲料加工过程中的高温十分敏感,极易失活;二是胃肠道的温度与复杂的环境,体内毒素降解试验不易操作和精确评估;最后,酶解后的次级产物是否有毒要经过结构确证和精确评估,霉菌毒素降解的结构不止一种,这更增加了评估的难度。

3.4 中草药制剂  

虽然利用传统药物和中草药控制人和动物的真菌感染已有数百年的历史,但最新的研究证实了它们在霉菌毒素控制的不同阶段—真菌生长期、毒素产生期、毒素中和期和体内毒素降解期上的应用效果。大蒜、龙葵和印楝等植物都是被证实有抗霉菌毒素特性的中草药。

大蒜提取物在抑制真菌生长和黄曲霉素 B1(AFB1)产生以及寄生曲霉菌芽孢连续5 d 30℃大米培养基中的增殖上表现出100%效果。

印楝的叶子提取物在真菌孵化前按照1%、5%、10%、20%和50%的体积浓度加入培养基中,在浓度超过10%时基本上(98)能够阻止黄曲霉素的生物合成。

向每天腹腔内注射黄曲霉素B1 Wistar Albino雌性大鼠日粮中添加龙葵,可提高某些会对药物代谢酶产生直接作用的养分摄入量。

任何一种霉菌毒素吸附剂,去除霉菌毒素的效果,还取决于霉菌毒素本身。这是因为霉菌毒素是否容易被吸附主要由霉菌毒素本身的结构类型决定。霉菌毒素大致可分成3种结构:刚性共面苯环结构(如黄曲霉毒素);‚部分共面结构(如玉米赤霉烯酮和赫曲霉毒素);ƒ没有共面的杯状结构(如呕吐毒素和T-2)。第1种最容易被吸附;第2种容易被吸附;最后一种,较难以被吸附。这一定性,不管对酵母细胞壁提取物还是无机的氢氧化硅铝酸钠钙都是正确的。从现有的研究来看,任何一种单一的吸附剂都不能将所有霉菌毒素都吸附,因为不同霉菌毒素分子有不同的理化性质,但是通过将不同类型的吸附剂进行适当配比或对吸附剂进行改性将是一个很好的研究方向。

4 展望

霉菌毒素的危害已经越来越引起人们的重视,脱毒的方法也在不断研究发展。最新解毒方法是用酶或活的微生物对霉菌毒素进行生物降解。生物技术为霉菌毒素的去除带来了新的思路。通过生物技术对霉菌毒素进行脱毒处理后,不会有毒素残留及不良的副产品出现,同时不会影响饲料中其他活性成分的有效性,因此前景广阔。但相对于吸附法而言,利用微生物和酶的生物降解法的成本较高,其实际应用的价值现在还有所限制。是否可以通过吸附剂与生物降解法有机结合共同作用这一思路,可能会给脱霉技术带来新突破。