霉菌毒素对畜禽的危害及其毒性降解研究进展
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作者:cars-100
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发布时间: 2017-07-27
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导读
霉菌毒素是由曲霉菌、青霉菌以及镰刀菌等不同类型真菌产生的有毒次生代谢产物，自从1960年发现黄曲霉毒素后，霉菌毒素已被确定为影响动物和人类健康的重要毒素，产毒真菌广泛存在于自然界中，可降低作物产量和食品质量，从而带来经济损失(Aiko等，2015)。在多种霉菌毒素中，黄曲霉毒素B1(AFB1毒性最强，已被国际癌症研究机构归类为I 类致癌物，可以造成人和动物的急性和慢性中毒，引起肠胃、肝肾损伤，甚至可致突变、致癌和免疫抑制等（Lakhani等，2012)。虽然自然条件下毒素无法预防，但可以采用多种方法解除霉菌毒素的毒性作用，如在玉米中添加氨，因此，开发多种可用于生产实践的毒性降解方法尤为重要。世界卫生组织、美国食品和药物管理局和欧盟规定了某些主要霉菌毒素的安全限值，如黄曲霉毒素(AF)、赭曲霉毒素(OTA)、玉米赤霉烯酮(ZEA)等，确保消费者的安全。1霉菌毒素对畜禽的危害
霉菌毒素不仅可以通过饲料进入畜禽体内，也可以暴露在鸡舍或牛棚的空气中，通过呼吸作用进入动物机体，造成畜禽的急慢性中毒，表现为迅速破坏肝脏、肾脏、脾脏等解毒器官的结构和功能，抑制畜禽生长，降低畜禽免疫力，并在肝脏、肾脏、肌肉等组织中蓄积，由此可见，霉菌毒素可严重危害动物健康和人类食品安全(Duarte等，2011)。
1.1 霉菌毒素对畜禽生产性能的影响
霉菌毒素能够降低畜禽的采食量、日增重和饲料转化率，对动物机体生长、发育、繁殖产生影响，其影响程度与家禽品种、日龄，接触霉菌毒素的剂量、时间长短及环境因素有关。
1.1.1 霉菌毒素对生长能力的影响
霉菌毒素不仅可造成体重的变化，还会影响动物的生产能力。Boudra等(2007)对法国西北部的132个牛场进行调查发现，食用被OTA 污染饲料的奶牛产奶量比正常奶牛少0.586 kg/年。另外， OTA可以延迟蛋鸡的产蛋时间，减少产蛋数量，降低鹅的羽毛生长量(Denli等，2008)。在自然条件下，多种霉菌毒素可以同时存在， Wangikar等(2005)研究发现，向新西兰大白兔的基础饲粮中添加OTA和AFB1，18 d 后平均日增重降低了（0.1±0.1)mg/kg，单独添加OTA或AFB1比同时添加两种毒素对体重的影响更加明显。Stoev等(2001)的研究表明，当OTA和青霉酸(PA)同时添加到猪日粮中时，二者可以产生协同效应。
综上所述，霉菌毒素可影响畜禽生长的能力，甚至可以导致死亡，但利用霉菌毒素和其他物质之间的拮抗作用，添加合适解毒剂，有利于缓解其毒性作用。
1.1.2 霉菌毒素对繁殖能力的影响霉菌毒素对
畜禽繁殖能力的影响较大， Mohan等(2008)的研究表明，AF可以使公禽睾丸生殖上皮发生病变，导致睾丸萎缩、重量降低，从而精子生成量减少，繁殖力和受精率下降等，并且可引发母禽蛋产量和孵化率降低、卵巢囊肿、雌激素分泌量下降等。ZEA是一种外源性雌激素分泌干扰物。Fiorenza Minervini等(2008)报道，体外培养精子和卵细胞时，ZEA可以抑制精子和卵细胞的生长，降低精液和卵母细胞的质量，是导致动物繁殖能力降低的主要原因。Alm等(2002)通过研究ZEA和脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)对畜禽生殖能力的影响，结果表明，当DON的浓度达到7.5 mmol/L时，对猪生殖细胞的存活可产生显著影响，但当ZE A的浓度为1.88 mmol/L就会产生损害作用，表明ZEA对畜禽生殖能力的影响比DON更显著。OTA和AFB1的联合毒理学研究表明，新西兰孕期母兔的基础饲粮中单独和同时添加OTA和AFB1，可影响胎儿的身体或内脏重量的变化，导致毛、骨骼和内脏发生畸形，产生波状肋、脑积水、肾缺陷等疾病，且OTA和AFB1具有拮抗作用(Wangikar，2005)。
综上所述，霉菌毒素对畜禽的繁殖能力影响较大，因此，采取有效措施降低霉菌毒素含量对解决畜禽生产问题具有重要意义。
1.2 霉菌毒素对畜禽免疫功能的影响
霉菌毒素进入机体主要通过肠道吸收，作为机体抵御外来污染物的第一道防线，肠道屏障至关重要，负责了机体70 % 的免疫防御，肠道黏膜具有再生能力，其对霉菌毒素的毒性有较强的敏感性。霉菌毒素种类、浓度的不同，以及暴露时间的长短，对免疫功能的损伤不同。
1.2.1 霉囷毒素引起免疫应
答当肠道黏膜受到短期、低浓度霉菌毒素伤害时，可以依靠其自身免疫调节能力，维持肠黏膜的完整性。Grenier等(2011)发现， DON和伏马毒素（FB1能够抑制淋巴细胞的增殖，降低仔猪血清中的免疫球蛋白G(IgG)水平，可导致肠道免疫反应的失衡，从而破坏肠道黏膜免疫屏障。但也有研究表明，霉菌毒素对畜禽肠道并不产生破坏作用， Swamy等(2002)发现，在雄性肉鸡饲粮中单独添加8.2 mg/kgDON和0.56 mg/kg ZEA，喂养56 d 后，血清中的免疫球蛋白数量并未出现明显变化。Taranu等(2015)发现， ZEA单独作用于IPEC-1 细胞，与对照组相比，细胞因子的表达量并无明显变化，但当ZEA与大肠杆菌混合作用后，干扰素-γ(IFN-γ），白介素-10(IL-10)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α )的分泌量显著增加。表明霉菌毒素对肠道具有直接促炎作用，可以通过改变肠道功能，增加促炎性细胞因子分泌量，间接引起肠道炎症。
1.2.2 霉菌毒素破坏免疫功能
当肠道黏膜受到长期、高浓度霉菌毒素伤害，肠道黏膜受到的损害超过其自身调节能力时，肠上皮细胞发生病变，肠道屏障受到损伤，机体将失去肠道免疫功能。霉菌毒素对肠道细胞具有破坏作用，影响真核细胞DNA、RNA以及蛋白质的合成，增加活性氧含量，对细胞产生DNA损伤和氧化损伤。Ivanova等(2012)研究表明，恩镰孢菌素B (ENB)在25μmol/L高浓度下，可抑制人结肠癌细胞Caco-2 的生长，使细胞停滞在G2/M时期而发生死亡。Wan等(2014)利用人肠道上皮细胞进行体外试验，在细胞培养液中单独或混合添加DON、ZEA、雪腐镰刀菌烯醇(NIV)、FB1，均能显著改变黏蛋白5AC mRNA、黏蛋白5B mRNA的表达量。肠上皮细胞间的紧密连接蛋白是相邻细胞间的松散连接，具有保护肠黏膜屏障完整性的功能。Diesing等(2011)表明，浓度为2000 ng/m L的DON作用于猪肠道上皮IPEC-1，IPEC-J2 细胞后，紧密连接蛋白ZO-1 表达量减少，荧光下观察到肠道细胞结构被破坏，但DON在较低浓度200 ng/mL时可促进细胞的增殖。由此推出，不同剂量的霉菌毒素对细胞的作用不同，研究不同浓度下霉菌毒素发挥作用的机理至关重要。
1.3 霉菌毒素对畜禽内脏的危害
霉菌毒素通过对脏器的影响，可破坏畜禽机体机能，影响畜禽产量。
1.3.1 霉菌毒素对肠道的破坏作用
曲霉菌、青霉菌以及镰刀菌等不同类型真菌产生的有毒次生代谢产物，广泛存在于饲料中，通过食道进入消化系统，因此肠道中的霉菌毒素浓度最高，破坏作用最明显，表现在抑制肠道细胞生长，改变肠道结构，影响肠道功能等(Maresca等，2010）。Caloni等(2006)用Caco-2细胞进行体外试验，模拟肠道吸收模型，用不同浓度黄曲霉毒素M1(AFM1)处理细胞24h 后，与对照组相比，AFM1可抑制细胞生长，Caco-2 细胞对AFM1有吸收作用，并且分化的Caco-2 细胞比未分化的效果更明显。Kolf-Clauw等(2009)表明，暴露于DON 4 h 后，4~5 周龄和9~1 3周龄猪空肠外植体的绒毛长度有所缩短，并呈现出显著性差异(P< 0.05)，但在低浓度(0.3mg/kg)情况下，4~5 周龄猪空肠外植体的绒毛长度无明显变化。Philippe Pinton等(2012)通过体内外试验表明，DON及其衍生物具有细胞毒性，在毒素浓度为10μmol/L 时处理4 h 后能够降低细胞存活率，通过激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK) 信号通路减少肠道紧密连接蛋白的表达，破坏肠道屏障完整性，体内试验中，在仔猪日粮中添加DON(22.9mg/kg)，与对照组相比， DON及其衍生物可引起仔猪空肠外植体萎缩，肠道绒毛融合，缩短肠道绒毛长度。
1.3.2 霉菌毒素对肝肾的破坏作用
肝脏是动物的解毒器官，外来的或体内代谢产生的有毒物质，均要在肝脏解毒变为无毒的或溶解度大的物质，随胆汁或尿液排出体外，因此，霉菌毒素经过肠胃吸收后，再次损伤肝肾器官。霉菌毒素可以使肝脏和肾脏变性、胆管组织增生、脾红髓淤血。Denli等(2009)在雄性肉鸡饲粮中添加AFB1，与对照组相比，AFB1能够增加肝脏的重量，且在添加量为2g/kg时，肝脏中AFB1的残留量达到最大值，为0.122 μg/kg。Dragan Milićeviić等(2008)从屠宰猪中随机选取90 个肝脏和肾脏组织，用液相色谱法对其OTA含量进行检测，发现26.6%的肝脏样品中OTA的含量值为0.22 ~ 14.5 ng/g，在肝肾中的含量与血液中的含量相似，最大值为220.8 ng/mL，在肝肾中的含量与在血液中的含量相似，对肾脏组织进行病理学检测发现， OTA可引起肾小管水肿和细胞空泡化。Tessari等(2006)在肉仔鸡的饲料中单独或同时添加AFB1和FB1，41 d 后，与对照组相比，肝脏的重量均有不同程度的增加，进行组织学观察发现，肝脏空泡变性，胆管细胞增殖，肾小管细胞也发生变形，且AFB1和FB1具有加性效应。以上研究结果表明，霉菌毒素对肝肾的损伤作用主要体现在影响肝肾细胞的结构和生长，最终导致脏器的重量发生变化。
2霉菌毒素的毒性降解
研究表明，去除或降解霉菌毒素有物理、化学和生物三种方法，霉菌毒素热稳定性较强，为其去除和降解带来一定困难，虽然在试验阶段已经开发了多种方法，但真正投入生产实践中的较少。
2.1 物理降解
2.1.1 自然条件降解
物理方法包括加热、灼烧、微波、挤压、辐照等，在食品加工阶段，热蒸汽可以带走部分霉菌毒素，但由于其相对热稳定性较高，大部分不易被破坏。加热法降解霉菌毒素的程度取决于加热温度、水分含量和加热时间。当加热温度达到200℃并保持一定时间时， AF才可以被降解。含水量也是影响AF降解的一个重要因素，在高水分含量条件下，其更易被降解，在干燥条件下，霉菌毒素的降解温度为170℃，而在潮湿的条件，降解温度则为140℃;在加热过程中加入氢氧化钠，可使OTA失去毒性;218℃下加热玉米FB115min可导致其毒性完全消失；在挤压AFB1的过程中加入氨，可增加毒素的降解量。
AF具有光敏性，在自然条件下就能被阳光、紫外线和γ射线等辐射作用降解。阳光照射，可以有效降解橄榄油、花生油中的AFB1;研究表明，AFB1在液体中比在固体中更容易被辐射降解，将其溶解在水溶液中，经紫外线照射后，其毒性和致突变性可以明显的降低(Liu等，1998)。
2.1.2 吸附剂降解
齐德生等(2003)研究表明，水合铝硅酸盐类对AFB1有较好的吸附能力，但对其他几种主要霉菌毒素的吸附效果较差，原因是水合铝硅酸盐类属于黏土矿物吸附剂，其表面具有亲水性的负电荷，只能够吸附带有极性基团的霉菌霉素。李娟娟等(2009)研究发现，用水合铝硅酸盐作为吸附剂有较好的吸收效果，在10 min内对AFB1的吸附率达到97.69%，且在60min内吸附率一直处在96.03%，另外，在日粮中添加0.5%的水合铝硅酸钙可以减轻AFB1对来航蛋鸡和肉仔鸡的毒害作用。
醋化葡配甘露聚糖、聚乙烯聚吡咯烷酮、消胆胺、纳米硒、活性炭已被证明也具有广泛吸收各种毒素因子的作用，其中活性炭被主要用作AFB1毒性预防的研究，在体外中性pH条件下其能够有效吸收AFB1。在含有10 mmol/L AFB1的饲料中添加0.1%的活性炭能够减少AFB1对肉鸡的影响(Dalvi 等，1984)。
2.2 化学降解
化学试剂可以有效降低AFB1的含量，形成不同降解产物。酸性试剂不能完全降解AFB1，可形成黄曲霉毒素B2(AFB2)、黄曲霉毒素B2a(AFB2a)、黄曲霉毒素D1( AFD1)等不完全降解产物。Shukla等(2002)报道，乳酸可以将AFB1转化为AFB2,将黄曲霉毒素G1(AFG1)转化为黄曲霉毒素G2(AFG2)。Aiko等(2015)报道，乳酸可以有效的将AFB1转化为AFB2和AFB2a，但在加热条件下，主要转化AFB2a。柠檬酸可使AFB1降解为呋喃环末端键合8,9-烯形式的AFB2a，用盐酸处理的条件下，升高温度可使AFB1完全降解，无任何毒素残留。另外，水杨酸、苯甲酸、硼酸、草酸和丙酸等可以有效的降低高粱作物中90 % 的AFB1。碱可以引起AFB1中内醋环的水解，但可以在酸性条件下恢复毒性，碱化湿磨法是降低谷物中FB1的一种有效方法，Voss等(2013)人报道，蒸煮谷物时加入碱可有效降低FB1的毒性，其他碱性试剂如亚硫酸氢钠和过氧化氢也可以用作AFB1的降解。
在所有能够降解霉菌毒素毒性的化学试剂中，氨的效果最显著，已被应用于玉米工业生产中，氨可将AFB1转化为AFD1，降低其毒性。Prudente等(2002)报道，臭氧可降解动物饲料中90 %的AFB1，经臭氧处理后的黄曲霉毒素将失去毒性和诱变性，臭氧也可以有效的降解AFB2和AFG2、FB1、OTA和ZEA。
2.3 生物降解
2.3.1 微生物
乳酸菌具有非共价键结合作用，可以去除AFB1和AFM1，热处理和酸处理鼠李糖乳杆菌和嗜酸乳杆茵能够去除玉米中的赤霉烯酮，作用机制是化学键结合而不是代谢作用。一些真菌物种，例如茎点霉菌，能够防止AFB1的合成并可降解其毒性。霉菌毒素的降解作用可以发生在多种食品的制备过程中，例如牛奶生产，面团发酵和啤酒酿造等。一些产毒真菌(寄生曲霉、黄曲霉)还可以降解自身产生的毒素。
2.3.2酶
真菌代谢产物酶可以降解AFB1。蜜环菌能够产生多酶系统，通过打开呋喃环降解AFB1(Liu等，1998)。从黄曲霉和寄生曲酶中产生的过氧化物酶可以降解AFB1和AFG1(Singh等，1998)。苜蓿植物中的过氧化物酶也可以降解AFB1(Das 等，2000)。
2.3.3 植物提取物
植物提取物是一种对人体和环境安全的抗真菌剂和抗霉菌剂。植物精油具有很强的抗菌性，八角、香茅、马蒂尼、蓝桉、肉桂等提取的精油具有抗真菌活性(Huang等，2010)，保甜瓜种子粉和提取精油可以抑制AFB1(Bankole等，2004)，野黄桂精油、圣罗勒和野蔷薇被作为食品防腐剂可有效抑制产毒真菌和AFB1。研究表明，丁香及其主要成分丁香油，可以抑制霉菌生长和AFB1的产生(Jayashree等，1999)，完整的丁香能够抑制黄曲霉、桔青霉及其他培养介质中毒素的生长(Aiko等，2013)。利用植物提取物去除产毒真菌和霉菌毒素比化学处理更具有优势。
3结 论
霉菌毒素污染饲料及原料后具有很强的毒性，可影响畜禽的生长性能，破坏免疫功能，损伤脏器，进而影响养殖业的发展，更会对人体健康造成威胁，因此解决饲料中霉菌毒素污染的问题尤其重要。目前，大量的研究主要集中于如何防止和去除食品和饲料中的霉菌毒素，如使用氨降解饲料中的霉菌毒素等。总之，在不损害营养价值的前提下，开发一种安全、适宜的脱毒技术至关重要。
参考文献略
（来源：中国饲料；作者：张焕, 王加启, 高亚男, 郑楠）
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