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摘要
本文論述了霉菌毒素對飼料工業(yè)的影響，它的產(chǎn)生條件，飼料中常見的霉菌毒素種類及霉菌毒素的檢測方法，對飼料中霉菌毒素的控制方法進行了討論。介紹了霉菌毒素脫毒劑的種類和作用機理，特別是對各種霉菌毒素物理脫毒劑即霉菌毒素吸附劑的脫毒效果與脫毒機理、改良方法進行了討論，針對國內(nèi)外在此領(lǐng)域的最新研究進展，探討了各種脫毒劑在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢與不足以及今后的研究方向。
關(guān)鍵詞：霉菌，霉菌毒素，霉菌毒素脫毒劑，飼料
一、霉菌與霉菌毒素對飼料的污染
霉菌對飼料的污染是十分常見的，可以說所有飼料都可以作為霉菌生存的環(huán)境。而由飼料傳播的霉菌毒素就有可能在這些飼料中存在。飼料被霉菌污染后，主要引起兩個方面的危害：一是由霉菌引起的飼料的變質(zhì)，一是因霉菌產(chǎn)生的毒素而引起的動物中毒。飼料中的霉菌毒素還可能通過食物鏈而對人體產(chǎn)生危害。霉菌污染飼料后可使之飼用價值降低，甚至完全失去商品價值，從而巨大的經(jīng)濟損失。霉菌毒素的危害具有明顯的地方性和季節(jié)性，動物在進食過程中可能一次吞食多種霉菌毒素而引起中毒。
霉菌毒素對人及動物的危害性已經(jīng)被人們所公認（Hussein and Brasel, 2001）。衡量一個國家或地區(qū)霉菌毒素對飼料污染嚴重程度有兩個標準，一是飼料中霉菌毒素的含量，一是動物的霉菌毒素中毒頻率。霉菌毒素的污染也并不只局限于發(fā)展中國家，一些發(fā)達國家也同樣存在著霉菌毒素的污染問題。一般而言，年均氣溫較高的國家和地區(qū)這一問題較為嚴重，特別是處于熱帶和亞熱帶的發(fā)展中國家，因為這些國家往往缺少足夠的干燥、貯藏飼料及飼料原料的設(shè)施和設(shè)備，加上熱帶和亞熱帶高溫高濕的氣候條件又有利于霉菌的生長和毒素的產(chǎn)生。
二、霉菌毒素產(chǎn)生的條件
能產(chǎn)生毒素的霉菌可以被稱為產(chǎn)毒霉菌，并不是所有霉菌都產(chǎn)生毒素（但即使是不產(chǎn)毒素的真菌在飼料中生長也會造成飼料營養(yǎng)價值的降低），且產(chǎn)毒素霉菌菌種中也只是一部分菌株產(chǎn)生毒素。同一菌株的產(chǎn)毒能力可以表現(xiàn)出可變性與差異性，這與該菌株的生長環(huán)境有關(guān)，如飼料的營養(yǎng)成份、飼料貯藏的環(huán)境等。同一菌種或菌株又往往可以同時產(chǎn)生幾種毒素，且同一毒素也可以由幾種不同的霉菌產(chǎn)生。
2．1 溫度
大多數(shù)對飼料有害的產(chǎn)毒霉菌都屬于中溫型微生物，生長溫度4-60℃。產(chǎn)毒霉菌并非在所有適于生長的溫度條件下都能產(chǎn)生毒素，如黃曲霉毒素的產(chǎn)生溫度為11-37℃，當溫度為37℃時只產(chǎn)生黃曲霉毒素B1。
2．2 濕度
相對于細菌而言，霉菌對濕度的要求較低，它們可以在最低的濕度環(huán)境中生長。一般而言，飼料中常見的產(chǎn)毒霉菌在越低的濕度中生長越慢，產(chǎn)生毒素也需要有一定的濕度環(huán)境。如黃曲霉毒素生成的最低相對濕度為83%，而黃曲霉生長的最低相對濕度為80%（30℃時）。當溫度、pH、營養(yǎng)因子等條件較差時，毒素產(chǎn)生的相對濕度則要求更高一些。
2．3 pH
霉菌可以在比較廣泛的pH值范圍生長，但毒素產(chǎn)生所需的pH值范圍則相對較窄，多數(shù)霉菌毒素在酸性pH值范圍產(chǎn)生，而這正是飼料pH值的一般范圍。與濕度一樣，產(chǎn)生毒素所需的pH值范圍也受到了營養(yǎng)因子等環(huán)境因素的影響。
2．4 營養(yǎng)因子
霉菌生長基質(zhì)中的各種營養(yǎng)因子可以對霉菌的生長和毒素的產(chǎn)生有影響。如含糖量高或蛋白質(zhì)含量較高的基質(zhì)較適于黃曲霉毒素的產(chǎn)生，1%-3%的食鹽對黃曲霉毒素的產(chǎn)生有促進作用。飼料中的各種微量元素也對毒素的生成有一定的影響。
三、飼料中常見的霉菌毒素
在飼料中常見的產(chǎn)毒素霉菌主要有：曲霉屬（Aspergillus）中的黃曲霉（A. flavus）、赭曲霉（A. ochraceus）、雜色曲霉（A. versicolor）、構(gòu)巣曲霉（A. nidulans）、寄生曲霉（A. parasiticus）和煙曲霉（A. fumigatus）等。青霉屬（Penicillium）中的島青霉（P. isandicum）、桔青霉（P. citrinum）、黃綠青霉（P. citreo-vinide）、紅色青霉（P. rubrum）、擴展青霉（P. expansum）、圓弧青霉（P. cyclopium）、純綠青霉（P. viridicatum）和斜臥青霉（P. decumbens）等。鐮孢菌屬（Fusarium）中的禾谷鐮孢菌（F. graminearum）、三隔鐮孢菌（F. tritinctum）、玉米赤霉菌（Gibberella zeae）、梨孢鐮孢菌（F. poae）、尖孢鐮孢菌（F. oxysporum）、雪腐鐮孢菌（F. nivale）、串珠鐮孢菌（F. maniliborme）、擬枝孢鐮孢菌（F. sporotrium）、木倭?呔?╗/size]F. equisti）、茄病鐮孢菌（F. solani）、粉紅鐮孢菌（F. roseum）等。
另外，麥角菌屬（Claviceps）、鵝膏菌屬（Amanita）、馬鞍菌屬（Helvella）和鏈格孢菌屬（Alternaria）等也是較為常見的產(chǎn)毒霉菌。
各種霉菌可以產(chǎn)生多達數(shù)百種霉菌毒素（William, 1989; Moss, 1996; Rotter et al., 1996; Sweeney and Dobson, 1998），但目前研究還主要集中在十幾種對人類危害特別大且污染頻率高的霉菌毒素，如黃曲霉毒素（Aflatoxins），赭曲霉毒素A（Ochratoxin A），雜色曲霉毒素（Sterigmatocystin），煙曲霉毒素（Fumonisins），展青霉毒素（Patulin），玉米赤霉烯酮（Zearalenone），串珠鐮刀菌素（Moniliformin），三硝基丙酸及單端孢霉烯族毒素（包括T-2毒素，脫氧雪腐鐮刀菌烯醇等）。隨著對霉菌毒素的研究的不斷深入，已經(jīng)有越來越多的霉菌毒素被人類所發(fā)現(xiàn)和認識。
黃曲霉毒素是由黃曲霉和寄生曲霉所產(chǎn)生的一種對人類危害特別大的強烈致癌物質(zhì)，也是最常見的霉菌毒素。黃曲霉毒素在1961年首次從霉變花生粉中提取出來后，進一步的研究發(fā)現(xiàn)了許多黃曲霉毒素的衍生物和相似物，所以它是指一類結(jié)構(gòu)類似的化合物而非一種化合物。
四、霉菌毒素的檢測
飼料中霉菌毒素的檢測方法大致可以分為幾類：第一類是理化檢測方法，如薄層層析色譜法（Lin et al, 1998）、氣相色譜法、液相色譜法（Papp et al, 2002）、毛細管電泳法（Pena et al, 2002；曾紅燕等，2003）、液質(zhì)聯(lián)用（Rosenberg et al, 1998; Rundberget and Wilkins, 2002）、氣質(zhì)聯(lián)用（Tanaka et al, 2000）等；第二類是生物活性檢測法，如皮膚毒性試驗、種子發(fā)芽試驗、體外細胞毒性多通道評估法（MEIC，Ekwall et al, 1998）、生物傳感器法（van der Gaag et al, 2003）等；第三類是代謝物檢測法，如測定動物尿液中的二氫鞘氨醇法（Solfrizzo et al, 1997）；第四類是免疫化學檢測方法，如ELISA方法等。另外還有研究者采用的是以上方法的聯(lián)合。
目前我國對霉菌毒素的檢測和監(jiān)督對象主要集中在食品和進口商品當中，對飼料中霉菌毒素的檢測和控制較為忽視，而國外發(fā)達國家對飼料中的霉菌毒素含量以及肉類中霉菌毒素的殘留量卻十分重視，也有較為嚴格的檢測標準（Berg, 2003）。這類標準很可能正在或?qū)⒈荒承┌l(fā)達國家用來設(shè)置對中國商品的貿(mào)易壁壘。有些發(fā)展中國家，如巴西，雖然政府主管部門對飼料用玉米的霉菌毒素殘留量要求不高，但私人公司卻十分重視這一問題（Salay and Mercadante, 2002）。隨著我國加入WTO后市場的開放，我國對飼料及肉類中霉菌毒素的檢測和控制必將越來越嚴格，并最終會和國際接軌。
五、飼料中霉菌毒素的控制及霉菌毒素吸附劑的使用
飼料中霉菌毒素的控制可以從多種途徑進行，如控制好飼料的原料質(zhì)量，防止飼料原料如玉米在生產(chǎn)前就霉變；控制好飼料的加工過程，特別是控制好飼料的水分及高溫制粒后的降溫過程；控制好飼料的貯藏和運輸，防止飼料因潮濕、高溫、包裝損壞、晝夜溫差太大、雨淋等因素而霉變；在飼料中加入足量的防霉劑；在飼料中加入霉菌毒素解毒/吸附劑預(yù)防或清除毒素。
中國農(nóng)業(yè)部允許使用的飼料防霉劑品種有甲酸、甲酸鈣、甲酸銨、乙酸、雙乙酸鈉、丙酸、丙酸鈣、丙酸鈉、丙酸銨、丁酸、乳酸、苯甲酸、苯甲酸鈉、山梨酸、山梨酸鈉、山梨酸鉀、富馬酸。丙酸及丙酸鹽是目前國內(nèi)及國際最常用的飼料防霉劑，屬酸性防霉/防腐劑，對人體無毒性，對各類霉菌、芽胞桿菌及革蘭氏陰性桿菌有較強的抑制作用，對酵母的生長基本無影響。在較高的pH的介質(zhì)中仍具有較強的抑菌作用。丙酸及其鹽類在飼料中使用丙酸/丙酸鹽的防霉效果已經(jīng)在長期實踐中得到了證實。它們還可以與雙乙酸鈉配合使用達到很好的效果。
有多種物理、化學和生物學的方法可用來降解或吸附飼料中的霉菌毒素，從而防止毒素對飼養(yǎng)動物的傷害，但大多數(shù)方法無法在飼料中大量、有效并低成本地實現(xiàn)（Doyle et al, 1982; Samarajeewa et al, 1990）。下列方法來減輕或防止霉菌毒素的毒害作用：
混合稀釋法：將霉變飼料與未霉變飼料進行簡單地混合，以降低飼料中霉菌毒素濃度。該方法雖然操作簡單，成本低，但該方法未從根本上解決問題，由于飼料中的毒素依然存在，且仍可被動物吸收，所以可能導致毒素在動物體內(nèi)的積累進而危害人類健康。
化學降解法：采用氫氧化鈉、氨、次氯酸鈉、氯氣等化學物質(zhì)對霉變飼料進行處理，使毒素分解，以降低毒性。該方法缺點是成本較高，操作困難，特別是在處理時營養(yǎng)物質(zhì)會被破壞而使飼料的營養(yǎng)價值和適口性降低，因此無法在飼料的生產(chǎn)中采用。
微生物降解法：有一些特定的微生物可以降解霉變飼料中的霉菌毒素（Bata and Lasztity, 1999）。但該方法在現(xiàn)有的研究水平上操作困難，成本較高，尚無法達到工業(yè)化階段。
體內(nèi)降解法：通過在飼料中添加某種物質(zhì)，動物在吸收該物質(zhì)后可以促進霉菌毒素在動物體內(nèi)的降解或排泄。這類方法正在研究當中。
物理降解法：采用物理的方法，如采用γ放射線的方法來降解霉菌毒素和殺死霉菌（Aziz and Moussa, 2002）。這類方法正處于研究階段，并且使用時需要采用特殊的設(shè)備和防護方法。
物理吸附法：即在飼料中添加可以吸附霉菌毒的物質(zhì)，使毒素在經(jīng)過動物腸道時不被動物所吸收，直接排出動物體外。這是目前飼料市場上較為成熟較可行的一種毒素解毒方法。
有多種物質(zhì)可以用于霉菌毒素的吸附，許多研究者對它們的吸附能力、吸附特異性和吸附機理進行了研究。這些通過物理吸附作用來脫毒的物質(zhì)是通過釋放自由能（ΔG）來提供吸附所需能量的。最重要的吸附特征是這些吸附劑的物理結(jié)構(gòu)，這包括它的總電荷量、電荷的分布、孔隙的大小及可用的表面積（比表面積）。同樣的，要被吸附的毒素分子的極性、可溶性、分子大小、分子形狀、電荷分布等特征在吸附過程中也是至關(guān)重要的。相對于體外吸附試驗而言，體內(nèi)試驗（喂養(yǎng)試驗）中吸附劑對霉菌毒素的吸附量難以測定和計算。這樣，各吸附劑的吸附效能只能通過動物的表現(xiàn)來反應(yīng)，如體重的增加、料肉比、死亡率，血液、組織或器官中毒素的濃度等指標。體外試驗往往不能反映出這些吸附劑的吸附選擇性，一旦它們加入谷物或飼料中，某些營養(yǎng)成份也可被它們吸附，而這些營養(yǎng)成份在基質(zhì)中的濃度遠高于其中的毒素濃度，結(jié)果吸附劑被營養(yǎng)成份飽和而不能吸附毒素。因此，體外試驗與體內(nèi)試驗結(jié)果有可能會出現(xiàn)相反的結(jié)果（Garcia et al, 2003）。
目前用于物理吸附的物質(zhì)主要是鋁硅酸鹽類的毒素吸附劑（Huwig et al, 2001），活性碳也可用于棒曲霉毒素（Mutlu and Gokmen, 1998）和赭曲霉毒素A（Galvano, 1998）的吸附，有不少研究者也利用酵母細胞壁成份來吸附霉菌毒素（Yiannikouris et al, 2003）。
活性炭是一種具有高比表面積的多孔不溶性粉末狀物質(zhì)，它的比表面積可以達到500-3500 m2/g。在體外試驗中，活性炭對霉菌毒素可以表現(xiàn)出較好的吸附脫毒作用（Galvano, 1997; Galvano, 1998; Bauer, 1994）；但在體內(nèi)試驗（喂養(yǎng)）中，不同的研究結(jié)果給出了不同的結(jié)論（Hatch et al, 1982; Edrington et al, 1996; Bauer, 1994），這可能是由于活性炭的選擇吸附能力較差，被飼料中的某些營養(yǎng)成份所飽和而失出了對毒素的吸附力。活性炭對土霉素具有很強的吸附能力（Alegakis et al, 2000），這也表明它的選擇吸附能力較差。
天然鋁硅酸鹽如沸石、蒙脫石、硅藻土、高嶺土等，因為具有較大的比表面積和離子吸附能力，對霉菌毒素有一定的選擇吸附能力而引起研究者的興趣。將鋁硅酸鹽礦物用于霉菌毒素吸附的研究最早始于20世紀70年代（Mumpton and Fishman, 1977），不過，天然鋁硅酸鹽礦物吸附力小，效率低，占飼料容量大，對營養(yǎng)物質(zhì)有一定吸附，因而直接用于飼料效果不好。對天然的鋁硅酸鹽進行改性后可以性善它對霉菌毒素的選擇性吸附能力。如提取自沸石的水合鋁硅酸鈉鈣對黃曲霉毒素B1有較好的選擇性吸附能力（Ramos and Hernández, 1997；Philips, 1998；王彥波等，2002；齊德生等，2002）。在黃曲霉毒素B1的吸附試驗中，未處理的斑脫土、水合鈣斑脫土、水合鈉斑脫土、水合鈉鈣斑脫土的吸附能力分別是67.39%，55.51%，80.83%和68.55%（Chaturvedi et al, 2002）。
大量研究表明，水合鋁硅酸鈉鈣對其它幾種主要的霉菌毒素吸附能力不是太好，如對玉米赤霉烯酮（Bursian et al, 1992）、赭曲霉毒素A（Huff et al, 1992; Bursian et al, 1992; Bauer, 1994;）、T-2毒素（Kubena et al, 1990）及雙乙酸基草鐮刀菌醇（diacetoxyscirpenol）（Kubena et al, 1993a）的吸附效果不佳。這是因為霉菌毒素是一大類具有不同的功能基團的復(fù)雜的有機化合物，不同的霉菌毒素具有完全不同的理化性質(zhì)。例如，黃曲霉毒素的基本結(jié)構(gòu)單位是一個雙氫呋喃環(huán)和一個氧雜萘鄰酮；玉米赤霉烯酮是一種二酚化合物；赭曲霉毒素A是具有羧基和酚基基團的化合物；T-2毒素和脫氧雪腐鐮孢菌烯醇是倍半萜烯化合物?；谡惩令惖V物（蒙脫石或沸石）的吸附劑具有親水性的負電荷表面，適于吸附帶有極性基團的霉菌霉素，如黃曲霉毒素；而那些極性不強的霉菌毒素（如玉米赤霉烯酮和赭曲霉毒素）則不易被這些礦物所吸附（Santin et al, 2002）。對硅藻土的吸附性能研究表明，它對各種毒素的吸附力排序是：黃曲霉毒素B1>柄曲霉毒素>黃曲霉毒素M1>T-2毒素>玉米赤霉烯酮及赭曲霉毒素（Natour and Yousef, 1998）。
對鋁硅酸鹽類表面基團或電荷分布進行適當改性之后，可以使新形成的物質(zhì)獲得新的理化特征，從而改善其對其它霉菌毒素的吸附能力。如蒙脫石經(jīng)過十六烷基吡啶或十六烷基三甲銨處理后，蒙脫石礦物表面對水的親和力下降，疏水性能提高，所以對疏水性的玉米赤霉烯酮有更高的親和力，對玉米赤霉烯酮的吸附能力大大提高（Lemke et al, 1998; 2001）。
沸石礦物表面帶負電荷，用高分子量的四級胺（如八癸基二甲基芐胺）來置換礦物表面的部分天然正離子（Na+，K+，Ca2+，Mg2+等）可以改善沸石表面的疏水性能（Dakovi? et al, 2003; Toma?evic-?anovi? et al, 2003）。這些胺離子只能置換沸石外表面的正離子，而對于飼料霉菌毒素吸附劑來說正需要這種只是部分置換的礦物吸附劑，因為保留大部分天然正離子有助于它們對極性霉菌毒素（如黃曲霉毒素）的吸附。這些經(jīng)過改性的有機化沸石保留了對黃曲霉毒素麥角堿的高吸附力，同時對玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素A、嘔吐毒素（Vomitoxin）的吸附能力大大改善。
總而言之，鋁硅酸鹽類吸附劑對黃曲霉毒素有良好的吸附能力，并且有不少體內(nèi)（喂養(yǎng)）試驗結(jié)果證實了這類吸附劑的實際效果（Rizzi et al, 2003），但它們存在對玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素、單端孢菌素等毒素吸附能力不足的問題。不過通過適當?shù)母男杂锌赡苁顾哂懈鼜V泛的吸附能力。這類吸附劑的另一個缺點是，它們表現(xiàn)出了對維生素及礦物鹽的非選擇性吸附能力。
除鋁硅酸鹽類以外，研究者和生產(chǎn)者也在不斷地探索新的霉菌毒素吸附劑，并且取得了一定的進展。消膽胺（Cholestyramine）是一種陰離子交換樹脂，一般用于腸道中吸附膽汁酸及降低低密度脂蛋白和膽固醇濃度。在體外試驗中表現(xiàn)，這種樹脂可以吸附赭曲霉毒素A（Bauer, 1994）和玉米赤霉烯酮（Ramos et al, 1996b），吸附量分別是9.6 mg/g和0.3mg/g。在體內(nèi)試驗中，消膽胺僅能略微降低受試動物血液、膽汁和組織中的赭曲霉毒素濃度（Ramos et al, 1996b）。Avantaggiato等（2003）采用動態(tài)體外胃腸模型進行的試驗結(jié)果則表明，消膽胺可以使小腸對玉米赤霉烯酮的吸附率從32%下降到16%。
酵母或酵母的細胞壁成份也作為霉菌毒素吸附劑使用（Bauer, 1994）。酵母細胞壁對毒素的吸附能力要明顯強于酵母的全成份，這說明酵母細胞壁的特殊結(jié)構(gòu)對霉菌毒素產(chǎn)生吸附力。細胞壁上有多糖、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現(xiàn)的。試驗結(jié)果表明，酵母細胞壁可以吸附2.7mg/g玉米赤霉烯酮，并且這種吸附平衡可以在10分鐘內(nèi)達到，在這一點它比鋁硅酸鹽類吸附劑有優(yōu)勢（V?lkl and Karlovsky, 1998,1999）。
葡甘露聚糖對霉菌毒素也有一定的吸附能力，Swamy等（2002）進行的豬體內(nèi)試驗結(jié)果表明，葡甘露聚糖對鐮刀菌產(chǎn)生的毒素有一定的脫毒作用。葡甘露聚糖的作用方式應(yīng)和酵母細胞壁的作用方式相似。
從現(xiàn)有的研究來看，任何一種單一的吸附劑都不能將所有霉菌毒素都吸附（因為不同霉菌毒素分子有不同的理化性質(zhì)），但是，通過將不同類型的吸附劑進行適當配比或?qū)ξ絼┻M行改性將是一個很好的研究方向。
上海三維飼料添加劑有限公司通過采用一種新型的非鋁硅酸鹽的高分子物質(zhì)SAK，生產(chǎn)出一種新型的霉菌毒素吸附劑。這種高分子物質(zhì)SAK具有特異性的吸附力，能夠選擇性地吸附飼料中的霉菌毒素，且對飼料中營養(yǎng)物質(zhì)沒有影響。SAK不被動物吸收，可隨糞便排出體外。SAK也是一種有很高比表面積的化合物，具有獨特的多孔結(jié)構(gòu)，其分子孔內(nèi)表面積遠大于分子外表面積，這就為SAK捕捉霉菌毒素提供了結(jié)構(gòu)位點。隨著對霉菌毒素吸附劑研究的深入，將會有更多的新產(chǎn)品被開發(fā)出來。
霉菌毒素吸附劑與防霉劑是否可以互相代替呢？答案是否定的。防霉劑的作用是防止霉菌在飼料中的生長，進而防止飼料營養(yǎng)成份的損失和霉菌毒素的產(chǎn)生；而霉菌毒素吸附劑的作用是將已經(jīng)產(chǎn)生毒素吸附掉，從而防止動物吸收這些毒素，或者加入吸附劑以吸附飼料在貯藏期內(nèi)可能產(chǎn)生的少量毒素。未霉變飼料中如果不加入防霉劑，霉菌就有可能在貯藏期內(nèi)生長并產(chǎn)生大量毒素，在吸附劑達到飽和之后，吸附劑就不能再起作用了。而在已經(jīng)產(chǎn)生一定霉變的飼料中（特別是飼料的原料就已經(jīng)有一定霉變時），只加入防霉劑雖然可以抑制霉菌的進一步生長，但已經(jīng)產(chǎn)生的霉菌毒素仍然會對畜禽產(chǎn)生毒害，這時只能通過加入毒素吸附劑來減輕或消除這種毒害了。因此，兩者的配合使用，可以達到最理想的效果
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發(fā)表于 2007-12-23 20:13:13
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