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饲料霉菌毒素污染及其脱毒方法

作者:来源:时间:2008-06-10 15:02点击:

(中国农业科学院畜牧研究所动物营养与饲料研究室张军民)
  霉菌毒素是次生性的真菌代谢物,全世界极为关注。据估计,全世界供应的谷物中有25%受到霉菌毒素污染。   有几种方法一直被用来对收霉菌毒素污染的饲料进行脱毒或灭活处理,但是其作用极不稳定,或者不实用。 
  一、霉菌对饲料的危害
  自从1960年英国火鸡X-病爆发,世界开始注重对毒素中毒的彻底调查。已知有300多种真菌产生毒素,但除几种毒素外,人们对它们产生的毒素所知甚少。已知的重要的毒素有:黄曲霉素、赭曲霉毒素、桔霉素和玉米赤霉烯酮。这些有霉菌分布各异,都已从范围广泛的各种谷物及混合饲料中分离。真菌生长曲霉属菌属曲霉科,大多数真菌污染事件都发生在操作不当的收获、运输、饲料原料和混合饲料储藏过程中。饲料水分含量12%或以上,相对湿度80~90%和温度在10~42℃都足以使真菌生长。而霉菌对饲料造成严重的危害。微生物活动是导致贮藏饲料霉变的主要原因,微生物个体极小,在其未大量繁殖前,常不易被发现。当发现霉变颜色时,说明微生物繁殖已处于旺盛阶段,饲料品质已受到严重破坏。
  1、造成大量的营养物质损失。
  据研究,导致饲料霉变的孢霉菌,属一种腐生微生物。该微生物自身不仅不制造营养,而且常可通过分泌多种酶分解饲料养分,供其生长繁殖。因此,凡被霉菌污染的饲料,营养物质含量大大降低,并散发一股难闻的霉味。联合国粮农组织调查,全世界每年被真菌污染的各类谷物、油料种子和饲料,约占其总量的10%左右。可见,霉菌是影响全世界农业、饲料业和养殖业发展的一大危害,必须预以高度重视。
  2、引起发热,使贮料发生质变。
  霉菌在消耗饲料营养物质的同时,还释放出热量。料温升高的结果,使饲料中蛋白质、脂肪、维生素发生变化。首先使蛋白质发生质变,出现蛋白质溶解度降低,纯蛋白减少、氨态氮增加、蛋白质利用率和氨基酸含量下降。
  3、产生毒素污染饲料。
  在本文中重点强调霉菌毒素对谷物和饲料的污染及其可能的脱毒方法。霉菌毒素是次生性的真菌代谢物,至今仍是全世界受到重大关注的一个领域。霉菌毒素如果有的话一般是以微量污染物的形式存在于农产品中,其浓度范围以每克中含有多少纳克到多少微克计。对霉菌毒素的大力研究以进行了将近40年。1961年分离到了第一组霉菌毒素并对它们进行了描述。它们由黄曲霉毒素组成。这是对1960年在动物中爆发的严重急性病进行研究的结果。1965年,继黄曲霉毒素的发现之后又识别了另一组重要的霉菌毒素-赭毒素(Ochratoxins)。
  二、霉菌毒素分类及危害 霉菌毒素中毒的典型情况一般是由于发生急性临床症状。这些急性中毒有明显的表现并能造成经济损失,但是更为经常的是难以发现的隐性中毒。急性中毒在生物学和经济上造成的后果比隐性中毒小得多。较低剂量霉菌毒素引起的一般性生产性能和免疫状态受抑就是一个例子。这种情况是特别应该注意的,因为联合国粮农组织估计全世界谷物供应的25%受霉菌毒素污染。动物试验表明,霉菌毒素能引起心率减慢、呼吸加快、脱毛和流产等症状。在霉菌毒素方面,主要有曲霉菌、青霉菌和镰刀霉菌污染饲料。据报道,对湖南省6个地区几十家饲料厂和养殖场共121份畜禽配合饲料的测定,黄曲霉、白曲霉、寄生曲霉和黑曲霉的检出率分别为76.2%,55.4%,49.6%和20.6%。对玉米、米糠、豆粕、鱼粉、菜粕和棉籽粕的66个样品的测定,霉菌污染率为89.4%.真菌产生霉菌毒素的主要地方可以是田间(“田间毒素”,如镰刀毒素),也可以是仓库(“仓储毒素”,如黄曲霉毒素和赭毒素),或者在这两个地方都产生。在作物或饲料上是否有霉菌毒素取决于诸多因素,如:作物类型、作物的易感性、所附真菌的类型、昆虫或机械造成的损害、收获时否进行过灭菌处理、储存条件以及随后的任何处理。下面将简要讨论最重要的霉菌毒素,如果可能,再附上有关耐受性和法规方面的资料。Hesseltine(1986)按霉菌毒素(及它们的主要靶部位)在全世界的相对重要性排序如下:黄曲霉毒素(肝毒素)赭毒素(肾毒素)毛菌素(皮肤毒素)玉米赤霉烯酮(雌激素)去氧瓜萎镰菌醇(皮肤毒素)。天然产生的植物毒素除了由各种真菌产生的毒素外,天然产生的植物毒素(抗营养因子)也与动物营养有关。某些重要的然而有时受到曲解的非真菌毒素是:葡糖异硫氰酸盐和芥子酸,主要存在于油菜籽中。棉酚,是一种聚酚化合物,存在于某些主要是棉属的籽实中。羽扇豆生物碱,新的羽扇豆品种的总生物碱含量一般低于0.03%.黄曲霉毒素在各类毒素中,黄曲霉素类被认为是毒性最大,因为它们可引起肝中毒、突变、癌变和免疫抑制等。没有其它毒素有象黄曲霉素这样如此广泛的毒性,因此世界对它的认识也比较多,黄曲霉素是真菌、曲霉属菌、黄曲霉等的产物。它们产生黄曲霉素B1、B2、G1、M1、M2。其中B1的毒性最大。黄曲霉毒素是一组极毒的化学物质,主要由黄曲霉(Aspergillusflavus)寄生曲霉(A.parasiticus)产生。这些曲霉在全世界的空气和土壤中广为分布,死的和活的动植物都能感染。在热带和亚热带地区,食品和饲料中出现黄曲霉毒素的机率最高。那里的湿热气候为真菌生长提供了最佳的条件。例如,对黄曲霉的最佳温度是28-30℃,花生中的最低水分含量正好是8-10%。在很多受污染的农产品中,花生、棉籽和大米是最容易被产生黄曲霉毒素的霉菌所感染的。由于黄曲霉素广泛出现,它们对畜牧生产造成严重的经济损失。例如,据估计,1986年仅仅由于肉仔鸡吃了被黄曲霉毒素污染的饲料而体重减轻所造成的直接经济损失约为1亿4000万美元。大量文献报道,黄曲霉可引起肝中毒,但也影响个体的全部系统,引起宏观和组织学方面的变化,影响生长和生产率,并最终引起死亡率上升。另外,除为诱变剂和致癌剂外,黄曲霉也可影响免疫系统,引起禽对许多传染性疾病易感性增加。慢性中毒情况下,除生产力稍有下降外,临床症状不很明显,因此不易诊断。鉴于黄曲霉毒素是一种重要的有害饲料污染物,已经制订了限制其在饲料和食品中最高含量的严格的管理条例。比如,按美国食品和药物管理局规定(1988),玉米中黄曲霉毒素的最高含量为20微克/公斤、(对人和奶牛)、100微克/公斤(对家禽)、200微克/公斤(对育肥猪)和300微克/公斤(对肉牛)。欧盟规定从1999年1月1日开始农产 品中黄曲霉毒素的最高含量一般为4微克/公斤,而黄曲霉毒素B1(毒性最大的化合物)的最高含量为2微克/公斤。
  赭毒素
  赭毒素是温暖地区最重要的仓贮毒素。在热带和亚热带地区,赭毒素A主要由曲霉属产生,在温暖地区则主要由青霉 属产生,尤其是Penicillium viridicatum.P.viridicatum甚至能在最低温度为4℃、小麦的在低水分含量为18.5%的条件下产生赭毒素A(OA)这种最普遍的衍生物。当达不到上述条件时,真菌也能生长但不产生毒素。在德国和瑞典随机抽取得人奶样本中甚至也可检测到OA。人摄入OA的主要来源是谷物及其制品。最近在丹麦进行的大规模调查中分析了1431个小麦、大麦、黑麦、燕麦和麸皮样本,结果显示40%的样本被OA污染。在所分析的产品中,麸皮的OA污染程度高于谷物的籽粒部分。例如,62%的小麦麸皮样本中检测到了OA,而检测到OA的小麦籽粒样本只有30%。多数霉菌毒素都有这种情况,即谷物副产品(特别是麸皮)中的霉菌毒素含量要高于整粒谷物。谷物中产生OA主要是在收获后的最初一段时间,这时水分的活性还没有因干燥而减弱。所以预防OA的最重要办法是确保良好的农业操作,阻止真菌在农业生产和农产品处理过程中开始生长并产生毒素。赭毒素A是致癌很强的一种毒素。据报道,每公斤饲料中含有0.2~0.3毫克赭毒素A就能使猪鸡中毒。反刍动物的易感性要小得多,因为其瘤胃中的微生物会将毒素降解。世界卫生组织建议(1991),每公斤谷物及其产品中的一般最高限量是5微克。有些国家(包括丹麦和瑞典)也把这作为法定的最高限量。
  镰刀菌毒素
  据发现,在所有谷物上都有DON,这是一种毛菌素。受影响最大的似乎是小麦。猪在进食了每公斤含量超过0.7毫克DON的饲料后所表现的主要症状是拒食,但很少观察到呕吐。每公斤饲料即使只含有0.25毫克DON也能出现毒性作用,猪是最敏感的动物。美国食品和药物管理局兽医中心最近为动物饲料规定的限量是4毫克每公斤,条件是此饲料在猪或 宠物日粮中的用量不超过10%,在其它动物饲料中的用量不超过50%。玉米赤霉烯酮是主要发生在玉米上的一种霉菌毒素,其主要作用类似于雌激素,据测定能引起猪的繁殖问题。日粮中的浓度为1毫克每公斤时就能引起这种作用。据认定,每公斤体重每天摄入60微克玉米赤霉烯酮能对猪的繁殖性能产生观察不到的负面作用。美国食品和药物管理局兽医中心尚未规定饲料中玉米赤霉烯酮的作用水平。
  腐马毒素:腐马毒素是最近在南非发现的一组霉菌毒素,因此未在前面列出。腐马毒素是由镰刀菌属的Fusarium moniliforme和F.porliferatum所产生。最新的文献指出,腐马毒素是无处不在地毒素,特别是在玉米及其制品中。腐马毒素中最毒的成分是腐马毒素B1,最敏感的动物是马。腐马毒素能引起严重的有害作用,如马科动物的脑白质软化症和猪的肺水肿。目前,对这一组霉菌毒素正在加强研究,尤其是在美国。有地区性意义的其它霉菌毒素是链格孢毒素(Alernaria toxins)和麦角生物碱。链格孢毒素是由链格孢属产生,这些是使很多水果和蔬菜在收获后发生腐败的微生物。麦角生物碱虽然已不常见,但仍在谷物制品中出现,特别是在发展中国家。三、分析和脱毒最近几年,关于霉菌毒素产生、作用机制和它们对畜禽生产影响的资料积累了很多。眼前的需要是懂得如何在畜禽日粮中利用霉菌毒素污染的饲料。许多毒素有热稳定性,能在制粒和其它加工过程中生存下来。许多毒素没有抗原性。除黄曲霉素外,有关这些毒素的病理、临床影响、急慢性毒性效应及诊断知识都还有限。霉菌毒素安全限就黄曲霉的毒性效应安全限而言,是各持异议。各种建议“安全水平”从20ppb到2000ppb。这一广泛范围存在的原因之一是许多研究仅以死亡作为安全界限的标准。然而,家禽养殖不能仅仅使鸡活着,而是需要鸡产肉或蛋。欧共体将20ppb列为显著水平。这一限制由两个定义较好的参数限制。允许的黄曲霉素水平不应该: 
  (1)影响动物健康和生产;
  (2)高到足以通过动物产品进入人类食物链。仅仅分析单一霉毒素的安全性,可大大低估畜禽及人类面临的真正的危险性。遗传变异、动物营养状况、环境应激、年龄和性别等许多因素都可影响黄曲霉素毒素。因此,作为一种概念,安全性常常是根据个人有限的经验。有人强调不可能有安全水平的毒素,因为甚至是很少的剂量也可能被证明在长时期可能被证明在长时期可引起癌变。
  1、分析多数霉菌毒素可用高压液相色谱(HLPC)进行定量分析。可惜多数饲料厂和食品厂不能进行这种分析。最近,很多文献报道了用微柱筛选或酶联免疫法进行半定量快速分析。虽然在解释这种测试结果时采用一定的谨慎态度,尤其是如果用来测试复杂的样本,但是这些测试方法仍可以为预报某些霉菌毒素的存在提供好的依据。
  2、去污染技术据估计,霉菌毒素可影响世界上40%的食品作物,并在代谢过程中产生毒素。作物上有可产生毒素的真菌不意味着已被毒素感染,但只要毒素真菌存在,就意味着潜在的灾害性。而且,霉菌或毒素很少是单独存在的,两种或多种毒素加起来的毒性可能比任何单一毒素的毒性都大。杀死这些真菌可阻止毒素的继续产生,但不能除掉以产生的毒素。因此处理受污染饲料最大的挑战就是快速确定毒素类型和浓度。防止毒素致病的主要方法就是采用饲料添加剂和各种酶。
  3、防治措施很多霉菌毒素的毒性水平只在一定的环境条件下才形成。因此,应该尽可能防止真菌的生长和产生霉菌毒素以尽量减少这些毒素的有害作用。但是,有些环境条件是难以控制的,如:1998年欧洲的夏季潮湿而阴冷,田间真菌的生长大大增加,导致谷物受到严重的镰刀菌毒素污染。所以,可能用来对食品和原材料进行脱毒以确保食品供应安全的方法正在受到广泛的讨论。有许多办法一直在被用来对霉菌毒素污染的饲料进行脱毒或灭活,如物理分离、热灭活、辐射、微生物降解以及用各种化学药品进行处理。在被用来试验其对霉菌毒素降解和灭活能力的化学品中包括多种酸、碱、硫酸氢盐、氧化性制剂和气体,还有青贮。除了氨化处理外,多数方法是不实用、无效、昂贵或有潜在危险的。即使对于氨化处理,主管单位和研究部门也意见不一。例如,在美国只有亚里桑那州、加利福尼亚州和得克萨斯州允许对受黄曲霉素污染的棉籽粕产品进行氨化处理。得克萨斯州还允许对受黄曲霉毒素污染的玉米做氨化处理。然而,食品和药物管理局禁止将黄曲霉毒素污染但经过氨化处理的棉籽或玉米进行任何地州际运输,原因是对氨化反应产物的安全性尚缺乏证据。
  总之,目前还没有办法对霉菌毒素污染的饲料进行安全而廉价的脱毒处理。第一种去污染的努力就是用液体抽提法,如有机溶剂、氯化钙或碳酸氢钠水溶液或盐水。氨处理和一甲胺及氢氧化钙也可能有效。在湿度较高的条件下,高热或高热高压也可破坏毒素。然而这一处理因毒素类型、加热时间、温度及饲料谷物中的水含量不同而效果不同。有些毒素,如黄曲霉素、单端孢烯、玉米赤霉素、氯霉素、棒曲霉素等是高度稳定的,而常常在小麦和黑麦中存在的麦角生物碱和桔霉素则很容易破坏。紫外线和等离子发射也对破坏黄曲霉等毒素有效,但它们同时也破坏饲料成份中的营养因子。去黄曲霉素的氨处理是实践中最常用、最有效的办法。
  4、使用饲料添加剂在防止饲料污染处理中常常碰到一些实际困难,考虑到成本和所耗费的时间,注意力逐渐集中到在饲料中添加饲料添加剂。这些饲料添加剂可在体内对抗霉菌毒素。有一些矿物元素复合体可被机体吸收和消化,而对机体无害。这些复合体通常被称为饲料添加剂。例如,活性碳、酵母细胞壁产品和膨润土、海泡石钠等矿物粘土就在不同程度上有这种能力。通过往饲料中加入吸附物质而减少霉菌毒素从胃肠道中的吸收。试验过的物质有木炭、沸石、膨润土、某些粘土和胆安息胺(cholestyramine)。虽然在科学研究中取得了一定的正效果,但是在关于使用这些物质的讨论中也存在巨大的意见分歧。比如,Kubena等人的研究组发现,几种吸附剂使猪鸡免受黄曲霉菌毒素危害的保护范围是0~75%。正如前 面所述,目前尚没有安全而效力稳定的解霉菌毒素饲料添加剂。一些使用中的合成产品有沸石、硅钒土和噶玛氨基丁酸 (GABA)。沸石对抗黄曲霉素、T-2毒素和呕吐霉素有效,但它的作用是非特异性的,且通常与许多毒素的结合都不完 全。在每公斤感染B1黄曲霉素1毫克的饲料中添加2%沸石,可降低动物肝脏中的毒素水平30~40%。在混合饲料中添加 0.20%的蛋氨酸可显著降低沸石的效果。这也可能是医药可降低毒素结合能力的一种可能性。 畜禽机体在吸收分解毒素的同时,也就降低了机体的能量交换率。在饲料中添加一些添加剂可使能量交换正常化。 例如,在毒素浓度较低情况下,添加GABA或其类似物或瑚珀酸,可防止生产力下降,促使能量转换正常化;如果毒素 摄入浓度较高,这些添加剂就会减弱毒素影响。在每公斤含1毫克黄曲霉饲料中添加GABA可非常好地防止毒素效应,但 不能完全消除每公斤2毫克黄曲霉饲料中的抗毒素的影响。在饲料中添加硅铝土也可有效吸收黄曲霉素,并可一定程度 地吸收玉米赤霉烯酮和单端孢霉毒素。霉菌毒素在结构和物理特性上有很大差异。例如,仅毛菌素这一家族就由100多 种衍生物组成。所以显然不可能制定一种能够通用于几种不同霉菌毒素的方法。再说,动物饲料是复杂的基质,可能含 有许多干扰物质。还有证据表明,某些吸附剂可能对重要的营养素有负面作用。关于为何黄曲霉素被黏结的效率比其它 真菌毒素高得多,首先可以比较以下它们的分子结构。这些化合物的分子结构很不一样。根据观察,黄曲霉素有两点不 同于其它真菌毒素: 
  (1)它有相对较强的刚性且几乎呈片面排列的原子结构; 
  (2)它是唯一含有1,3-双酮结构的分子。尽管脱氧瓜蒌镰菌醇和T-2毒素也具有相对刚性的分子结构,其分子的杯 状构造使其无缘具有同面性。玉米赤霉烯酮的部分结构具有同面性( 即它们的酚环 ),但这些分子的其它部分非 常“松弛”。串珠镰孢菌毒素完全不具备刚性,尽管它具有部分可能与粘土表面进行相当强烈反应的极性结构。 
  5、补充蛋氨酸 被吸收进血液的霉菌毒素由肝脏负责解毒。肝脏中黄曲霉素解毒作用的生物学降解、氧化反应是以谷胱甘肽为基础 的。谷胱甘肽的部分组成就是蛋氨酸和胱氨酸。因此,这一过程将消耗蛋氨酸,影响生长和生产性能。故当饲料受黄曲 霉素污染影响时,也推荐加入更多的蛋氨酸。 
  6、酶的使用 去霉菌毒素的新技术进展包括用酶帮助分解毒素。现有的知识认为大多数霉菌毒素都可以通过肝中的微粒体氧化作 用进行生物学转化,因此人们利用一些增强霉菌毒素代谢(单加氧酶诱导物〕的酶。这些酶把毒素降解为无毒的代谢物。 这些代谢物低毒,且易从机体中排出,从而降低肝中的毒素浓度和毒素毒性。 一些酶可使玉米赤霉烯酮、T-2毒素、脱氧雪腐镰孢烯醇等失活。内脂酶可断裂玉米赤霉烯酮的内脂环,而环氧化 酶降解单端孢酶毒素12、13环氧组。通过分裂霉菌毒素的功能性原子组,酶把这些毒素降解成非毒性的代谢物。非毒性 的代谢物可被消化排出,而不引起副作用。 
  总而言之,我们人类消费不希望的常常不能扔掉,畜禽日粮还得用。黄曲霉素污染日粮的风险控制是近来解决这一 问题最重要的方法之一。有许多技术可降低毒性; 
  * 建立霉菌毒素监测计划 
  * 防止霉菌感染的第一道防线是农田中防霉菌和毒素感染。要正确收获、干燥和存储谷物,消除存藏中毒素产生的 有利条件。 
  * 物理分离有害或真菌感染的谷粒或种子是基本的一般常识。 
  * 如果可能,调整动物日粮,用干净谷物稀释含毒素谷物,提高日粮中营养成份含量。 
  * 添加抗霉剂以防止饲料的进一步感染。86230000 68482654 
  * 用饲料添加剂降低饲料毒性。 * 最近的一种方法是用酶。 
  * 添加高于NRC标准30%-40%的蛋氨酸可降低毒性效应。 
  四、结语 
  总之,最好的办法还是通过农业和技术手段防止真菌生长。另一种可能的办法是对某些动物饲料的有害作用进行稀释, 例如通过混合使最终得到的混合饲料中的某种霉菌毒素的含量低于危险水平。也可以将含有某些霉菌毒素的混合饲料用于 饲喂敏感性较小的动物,譬如用赭毒素污染的饲料饲喂反刍动物而不是单胃动物。

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