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霉菌毒素吸附劑在動物飼料中應用的研究進展

導讀

霉菌毒素是由霉菌產生的一種具有廣泛化學結構的有毒次級代謝產物,不論是對人還是動物都具有一定的毒性。受到霉菌污染的飼料如果不經過處理直接飼喂給動物,對動物的健康危害極大,這種危害主要源于霉菌污染飼料后會在適宜的條件下產生霉菌毒素。動物一旦攝入受污染的飼料,極易發生霉菌毒素中毒,甚至會造成肝臟、腎臟等器官的病變,進而影響營養物質的吸收,抑制消化酶的活性,使機體消化代謝機能紊亂,導致日增重下降、飼料轉化率降低、對疾病的易感性增高、死亡率增加。此外,飼喂給動物受污染的飼料,會使得某些毒素在動物體內沉積,這種沉積可能通過食物鏈轉移到人的體內,而引起嚴重的食品安全問題,對人的健康也造成極大的危害。因此,研究飼料的脫霉技術,對畜牧養殖業的健康發展和人類的食品安全意義重大。

1霉菌毒素的種類及其危害

霉菌毒素是霉菌的次級代謝產物,大多是由曲霉菌屬(Aspergillus)、青霉菌屬(Penicillium)和鐮刀菌屬(Fusarium)的霉菌產生。目前已發現大約300多種霉菌代謝產物對人和動物有毒性作用,其中在飼料中常見且對動物和人影響較大的霉菌毒素主要有黃曲霉毒素(aflatoxin,AF)、玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)、嘔吐毒素(vomitoxin)、伏馬毒素(fumonisins,FBs)、赭曲霉毒素(ochratoxin)。


1.1 黃曲霉毒素

黃曲霉毒素(aflatoxin,AF)是黃曲霉、寄生曲霉等產毒菌株的次級代謝產物。黃曲霉毒素通常由含有一個雙氫呋喃環和一個氧雜萘鄰酮(香豆素)的基本架構單位構成。黃曲霉毒素是一類結構類似的化合物,主要有B1、B2、G1、G2、M1和M2等類型。難溶于水,易溶于甲醇、丙酮和氯仿等有機溶劑,一般在中性溶液中較穩定,但在強酸性溶液中稍有分解,在pH值為9~10的強堿溶液中分解迅速。其中黃曲霉毒素B1是目前發現最有毒性的霉菌毒素,對人有很強的致癌性。黃曲霉毒素的主要靶器官是肝臟,攝入含有過高含量毒素的飼料后可以引發肝癌。唐光波等研究發現TCA循環中的異檸檬酸脫氫酶3ɑ亞基參與了黃曲霉毒素B1對機體的致癌過程。同時黃曲霉毒素還可以引起動物的死胎、畸形及免疫抑制等癥狀。


1.2 玉米赤霉烯酮

玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)又稱F2毒素,是由鐮刀菌產生的一種類雌激素樣霉菌毒素,其化學名為6-(10羥基-6氧基-十一碳烯基)β-雷鎖酸內酯。玉米赤霉烯酮是一種酚的二羥基苯酸的內酯結構,它不溶于水,溶于堿性水溶液、乙醚、苯、氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯和酸類,微溶于石油醚。由于玉米赤霉烯酮是一種內酯的結構,因此在堿性環境的條件下可以將酯鍵打開,當堿的濃度下降時可將鍵恢復。ZEN主要影響動物的肝臟功能、繁殖性能及免疫力等。母豬采食被ZEN污染的飼糧時,會出現外陰紅腫、發情間隔延長、卵巢萎縮、不能正常排卵及影響胎兒發育等現象。


1.3 嘔吐毒素

嘔吐毒素(vomitoxin)又稱脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON),化學名為3α,7α,15-三羥基-12,13-環氧單端孢霉-9-烯-8-酮,屬單端孢霉烯族化合物。由于它能引發母豬拒食和嘔吐,將其定名為嘔吐毒素。嘔吐毒素(DON)主要由禾谷鐮刀菌、黃色鐮刀菌、燕麥鐮刀菌產生。DON易溶于極性的溶劑如水、甲醇、乙醇、乙腈、丙酮和乙酸乙酯,不溶于正己烷、丁醇、石油醚。DON耐熱、耐壓,在弱酸中不分解,在甲醇中不穩定。動物在食入嘔吐毒素后會食欲下降,也會出現皮膚或皮下黏膜發炎、紅腫甚至壞死,排血色稀糞,發生免疫抑制,甚至出現神經癥狀,使懷孕母豬可能出現流產等癥狀。


1.4 伏馬毒素

伏馬毒素(fumonisins,FBs)是由輪枝鐮刀菌、串珠鐮刀菌和層生鐮刀菌等所產生的次級代謝產物。伏馬毒素分子結構中同時含有氨基和羧基,為多氫醇和丙三羧酸組成的雙酯化合物,具有極性,熱穩定性高。其易溶于水和甲醇等有機溶劑,不溶于氯仿和己烷等有機溶劑。伏馬毒素能引起豬肺水腫以及豬心臟、肝臟及腎臟等器官的損傷等疾病,甚至引起腫瘤發生,人食管癌和神經管型缺陷病也可能與伏馬毒素有關,其對畜禽和人的健康造成很大的危害


1.5 赭曲霉毒素

赭曲霉素的基本化學結構是由異香豆素連接到β-苯基丙氨酸上的衍生物,有A、B、C、D4種化合物。其中赭曲霉毒素A是一種無色結晶化合物,可溶于極性有機溶劑和稀碳酸氫鈉溶液,微溶于水。赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)對動物和人類的毒性主要有免疫抑制以及腎臟毒、肝毒、致畸、致癌、致突變等作用。

2霉菌毒素脫毒方法

長期以來,針對飼料的脫霉技術有許多研究,市場上也有許多脫霉產品。總體上來說,飼料脫霉有四大處理方法:物理脫毒法、化學脫毒法、生物脫毒法、復合型脫毒劑脫毒法。


2.1 物理脫毒法

物理脫毒法主要是通過物理的方法除掉霉變飼料中的霉菌毒素,從而不影響飼料的營養價值及動物的正常生長。物理脫毒法主要包括吸附法、剔除法、輻射法及溶劑提取法等。其中,在處理霉變畜禽飼料時,使用最多的方法是吸附法,即在飼料中添加具有吸附霉菌毒素功能的脫霉劑,使霉菌毒素與脫霉劑穩定結合,從動物腸道中排出,從而減少霉菌毒素對動物的危害。目前用于霉菌毒素吸附的物質主要有活性炭、鋁硅酸鹽類(蒙脫石、沸石粉、膨潤土等)和有機物類(如酵母細胞壁多糖等)。吸附法主要依賴電荷、氫鍵、離子鍵等進行吸附。其中,活性炭表面積大吸附效率高,但吸附不具有選擇性,難以避免吸附飼料中維生素、微量元素等營養物質而使其吸附能力飽和;鋁硅酸鹽類吸附劑主要針對黃曲霉毒素,吸附效率很高,但對玉米赤霉烯酮及嘔吐毒素等吸附效果比較差,但也可通過對其進行改性,從而提高其吸附的廣譜性;有機物類吸附劑,比如酵母細胞壁、葡甘露聚糖等可以有效吸附多種霉菌毒素,同時可以刺激機體的免疫系統,阻止霉菌毒素對機體產生的免疫抑制作用等,得到了廣泛的應用。


2.2 化學脫毒法

化學脫毒法主要是在飼料中添加一些化學物質達到脫毒的作用。主要包括石灰水浸泡法、氨水去毒法、氧化法、浸提法等。化學脫毒法雖然可以通過添加特定的化學物質對某些霉菌毒素進行化學降解,但添加物也可能破壞飼料中的營養物質,同時飼料中添加劑殘留問題及未吸附的霉菌毒素對飼料的適口性、動物的健康仍然存在潛在的巨大危害。因此,化學脫毒法在實際養殖生產中應用較少。


2.3 生物脫毒法

生物脫毒法主要有酶降解法、生物降解法、微生物發酵法。酶降解法主要是用特定毒素的降解酶來降解飼料中的霉菌毒素。但由于酶對溫度比較敏感,在飼料高溫制粒的過程中容易失活,同時霉菌毒素種類多,所需降解酶系復雜,對酶生產技術要求高,目前酶降解法應用較少。生物降解法主要是通過篩選出可以代謝霉菌毒素的微生物,將其加入到飼料中,動物在采食后,在動物腸道復活,對特定霉菌毒素進行代謝降解,以產生無毒的代謝物排出體外。而微生物發酵法主要是在霉變飼料中接種一定量的微生物使其在適宜的條件下發酵,霉菌毒素在發酵過程中被代謝分解為無毒的產物。


2.4 復合型脫毒劑脫毒法

復合型脫毒劑脫毒法主要是針對單一脫毒法只能對某些特定的毒素進行脫毒同時對霉菌毒素脫毒效率低等問題,而將多種脫毒方法與脫毒功能的原料進行配合使用的脫毒法。比如在飼料中添加防霉劑(丙酸鈣)、鋁硅酸鹽(蒙脫石)、霉菌毒素降解酶、降解型細菌、免疫增強劑(酵母細胞壁多糖)等,通過將這些原料進行合理的復配及工藝處理,可以達到高效、廣譜、穩定的脫毒效果。因此,目前市場上及實際生產中應用比較多的脫毒劑為復合型脫毒劑。

3霉菌毒素吸附劑在禽飼料中的應用

家禽飼料的霉菌毒素污染發生率呈增高趨勢。黃曉琳等研究發現,采食被霉菌毒素污染的飼料不但會影響雞的生長性能,也會使得毒素在雞體內沉積,從而引起食品安全問題。同時飼喂發霉飼料可以降低肉仔雞的生產性能和消化代謝率,抑制免疫器官的發育,造成肝臟和腸道的損傷。通過添加霉菌毒素吸附劑可在一定程度上有效減少霉菌毒素的危害,其中復合吸附劑組的效果較好。也有研究表明,在霉變飼料中添加復合型霉菌毒素吸附劑、酯化甘露聚糖或者酵母細胞壁可以在一定程度上緩解毒素對肉雞生長的毒害作用。陳光明等研究結果顯示,復合型霉菌毒素吸附劑(主要成分是蒙脫石和酵母細胞壁多糖)緩解毒素對肉雞生長的影響優于單一添加HSCAS(主要成分蒙脫石)及酵母細胞壁多糖(主要成分β-葡聚糖和甘露寡糖)。朱連勤等研究也表明,在人工感染肉雞的霉變飼料中添加復方霉菌毒素吸附劑能有效緩解霉變飼料對肉雞生長、免疫功能及病情的不利影響,同時添加抗氧化劑和免疫增強劑也可減輕霉變飼料的毒性作用。同時在霉變飼料中添加0.2%的復合霉菌毒素吸附劑能顯著降低肉雞血漿GPT、GOT活性以及MDA含量(P<0.05),同時可以顯著升高血漿IFN-γ、IL-2、傳染性法氏囊以及雞新城疫抗體含量(P<0.05)。霉菌毒素吸附劑對促進肉雞增重、降低料肉比均有較好效果。此外,霉菌毒素吸附劑在蛋雞生產中也有廣泛的應用,即在飼糧中添加霉菌毒素吸附劑CZ(鈣質蒙脫石)明顯提高了產蛋雞產蛋性能以及增強了產蛋雞血清抗氧化功能。張軍民等在基礎日糧中添加0.2%的霉菌毒素吸附劑使蛋雞產蛋率提高11.22%,與對照組相比差異極顯著(P<0.01)。而李俊營等研究發現長期使用霉菌毒素吸附劑對雞蛋品質有一定影響,主要表現為蛋殼強度和哈氏單位降低。

4霉菌毒素吸附劑在豬飼料中的應用

豬在攝入含有霉菌毒素的飼料后,會嚴重阻礙其生長,尤其母仔豬對霉菌毒素更敏感。程志斌等研究發現,霉菌毒素吸附劑能部分緩解被玉米赤霉烯酮污染的飼料對斷奶仔豬生產性能的危害。同時在被鐮刀菌毒素污染飼糧中添加0.2%葡配甘露聚糖(EGM)吸附劑可以改善毒素對仔豬的影響,具有一定的保護效應。高分子葡配甘露聚糖吸附劑可以降低采食受霉菌毒素污染飼料母產死胎的概率。霉菌毒素吸附劑在吸附霉菌毒素的同時也會吸附其他的有害物質,如在大豆蛋白來源日糧中添加改性蒙脫石(MM)可以吸附大豆制品中含有的胰蛋白酶抑制劑(TI),進而可以緩解斷奶仔豬腹瀉癥狀,改善腸道發育和菌群組成,提高蛋白利用率并減少氨氮的產生和排出。劉小蘭研究發現,飼料中添加脫霉劑能有效地降低料肉比和病亡率,提高血清蛋白含量。杜元杰的研究也表明,在飼料中按2‰的比例添加純中藥顆粒“保肝護腎脫霉素”,可以明顯降低保育豬的發病率和死亡率,明顯改善保育豬的生產性能。

5霉菌毒素吸附劑在奶牛飼料中的應用

奶牛飼料中粗飼料比例大,而粗飼料容易受霉菌污染,在采食受霉菌毒素污染的飼料后,奶牛的生長受限,同時更嚴重的是采食的霉菌毒素會向牛奶中轉移,致使所產牛奶檢測不達標。因此,霉菌毒素吸附劑在奶牛養殖生產中也有廣泛的應用。例如,在飼料中添加霉菌毒素吸附劑對降低奶牛乳中黃曲霉毒素M1有一定的作用,并能夠提高奶牛產奶量(P<0.05),但對乳成分和其他相關指標無顯著影響。王黎文等研究表明,奶牛飼糧中霉菌毒素吸附劑蒙脫石的添加量在0.5%~2.0%之內,奶牛的日均采食量、產奶量與對照組無顯著差異(P>0.05)。黃謝江研究也發現通過在日糧中添加一定量的專用霉菌毒素吸附劑可以降低霉菌毒素對奶牛機體的危害作用和其在生奶中的留存殘量。

6霉菌毒素吸附劑在飼料工業應用中存在的問題

6.1 霉菌毒素吸附劑對營養物質的吸附

霉菌毒素吸附劑對減緩霉菌毒素對動物的危害方面起到了重大的作用。但無法回避的一個重要問題是霉菌毒素吸附劑在吸附毒素的同時也會對營養物質進行吸附。朱金林等研究結果顯示,不同霉菌毒素吸附劑對營養物質的吸附存在較大差異,其中硅鋁酸鹽類霉菌毒素吸附劑對VB2、Cu2+、Fe2+、Mn2+和Zn2+的吸附率明顯高于酵母細胞壁類有機霉菌毒素吸附劑。改性硅鋁酸鹽霉菌毒素吸附劑在酸性條件下對仔雞日糧中VB1和VB2均有較強的吸附作用,隨著營養物質含量的升高,吸附劑對2種維生素的吸附率呈增加趨勢。而遲春艷等研究發現,改性水合硅鋁酸鹽吸附劑對于脂溶性維生素的體外吸附量較少,對水溶性維生素的體外吸附量較大。同時霉菌毒素吸附劑對維生素的吸附屬非選擇性吸附。齊德生等研究了膨潤土對賴氨酸、VB2的吸附效果,結果顯示其在酸性條件下的吸附能力比在堿性條件下高,對賴氨酸吸附量大,而吸附解吸率低。


6.2 霉菌毒素吸附劑暫無統一的評價標準

目前市場上霉菌毒素吸附劑類產品眾多,使用效果與其中所含有效成分的特異性吸附有關,但缺乏相對統一的評價標準,致使在實際應用中作用效果千差萬別。吸附劑的評價總體上主要分為體外評估和體內評估。體外評估主要包括使用霉菌毒素標準品直接吸附評估法、使用自然霉變飼料進行體外吸附試驗以及模擬體內消化環境進行吸附試驗等方法。體內評估法主要針對霉菌毒素吸附劑對飼喂霉變飼料動物危害的減輕作用。一般市場上的脫霉劑產品以復配為主,同時含有無機的鋁硅酸鹽類、有機的酵母細胞壁提取物,也有生物降解型的各種菌制劑等,對其評估難度相對比較大,需要同時結合體內、體外法進行,但體外評估法由于采用不同的體系評估結果不一樣,同時體內法評估周期長、成本高。不同方法評估的效果差異大。因此,對于霉菌毒素吸附產品的評價無統一標準是制約霉菌毒素產品使用的一個重要問題,只有建立一套合理的評價標準才能有效評估霉菌毒素吸附劑作用效果。

7小結

總之,霉菌毒素種類繁多,如果不能有效控制其對飼料的污染,容易使動物生長受阻,同時也會存在食品安全隱患等問題。復合型霉菌毒素吸附劑可以解決飼料中霉菌毒素污染問題,使其在飼料工業中得到了廣泛應用。但由于目前霉菌毒素吸附劑無統一的評價標準及對營養物質有吸附作用等副作用,致使選擇使用何種吸附劑產品具有一定困難。因此,霉菌毒素吸附劑評價標準及對營養物質的吸附等問題有待進一步研究及完善。


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