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霉菌毒素的危害及脱霉方法综述

2011-01-12 10:09:07来源:长沙绿叶作者:浏览:次 分享:
霉菌是菌丝体比较发达而又没有较大实体的一部分真菌的俗称,凡是在基质上长成棉絮状、绒毛状或蜘蛛网状菌丝体的真菌,统称为霉菌,霉菌对畜禽和人类是有害的 。霉菌毒素是真菌在代谢饲料和饲料原料等营养物质过程中产生的次生代谢产物 。次生代谢产物是微生物在次级代谢过程中产生的产物。次级代谢产物大多是分子结构比较复杂的化合物。根据其作用,可将其分为抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等类型。霉菌毒素主要由曲霉菌、镰刀菌和麦角菌产生 。20世纪60年代初,科学家们首次将饲料中的霉菌毒素与动物的生产性能和健康问题联系起来考虑。通常,一种霉菌毒素能产生一种或多种次生代谢产物,而同种霉菌毒素又可由不同的霉菌产生,但不是所有霉菌次生代谢产物都是有毒的 。在饲料中常见的对动物健康和养殖业造成严重损害的毒素有:黄曲霉毒素(AF)、玉米赤霉烯酮(ZEN)、赭曲霉毒素(OT)、单端孢霉烯族化合物以及伏马菌素(fumonisin)等 。
1 霉菌毒素的产生条件
1.1 温度 大多数对饲料有害的产毒霉菌都属于中温型微生物,生长温度为4~60℃ 。产毒霉菌并非在所有适于生长的温度条件下都能产生毒素,如黄曲霉毒素的产生温度为l1~ 37 ℃ ,当温度为37℃是只产生黄曲霉毒素B1。
1.2 湿度 相对于细菌而言,霉菌对湿度的要求较低,它们可在很低湿度环境中生长。一般而言,湿度越低,饲料中常见的产毒菌生长越慢。如黄曲霉毒素生成的最低相对湿度为83% ,而黄曲霉生长的最低相对湿度为80%(30℃ 时)。当温度、pH值、营养因子等条件较差时,毒素的产生对相对湿度的要求更高。
1.3 pH值 霉菌能在较广泛的pH值范围生长,但毒素产生所需的pH值范围则相对较窄,多数霉菌毒素在酸性pH值范围产生,而这正是饲料pH值的一般范围。与湿度一样,产生毒素所需的pH值范围也受到了营养因子等环境因素的影响。
1.4 营养因子 霉菌生长基质中的各种营养因子可对霉菌的生长和毒素的产生造成一定影响。如含糖量较高或蛋白质含量较高的基质较适于黄曲霉毒素的产生,1%~3% 的食盐对黄曲霉毒素的产生具有促进作用。饲料中的各种微量元素也对毒素的生成有一定的影响。
1.5 饲料水分含量 以谷实类饲料为例,饲料水分含量为17% ~18%时是霉菌繁殖与产毒的最适宜条件 。但霉菌种类不同,其最适繁殖与产毒的水分含量要求也有差异,如赭曲霉为16%以上,黄曲霉与多种青霉为17% ,其他霉菌为20% 以上。放置环境的相对湿度影响饲料的水分含量。在一定环境湿度下存放饲料时,饲料的水分逐渐达到平衡,这时的水分成为平衡水分。同一环境湿度条件下,米、麦类的平衡水分为14% ,大豆为11% ,而在这种情况下霉菌和细菌
都不能繁殖和产毒。
1.6 水分活度(Aw)值 虽然水分含量是霉菌增殖的重要因素,但起作用的并非饲料的总水分含量,而是饲料的水分活性Aw值,即饲料中水分的蒸汽压与同一温度下纯水的蒸汽压之比,数值上相当于环境相对湿度的1% 。饲料的Aw值越小,越不利于霉菌增殖。米、麦、豆类的Aw值为≤于0.7, Aw为0.7以下时,一般霉菌均不能繁殖 。
2 霉菌毒素具有互作效应
霉菌毒素污染情况的恶化和范围扩大,以及饲料中存在多种霉菌毒素的情况主要归结于农产品贸易的全球化和饲料谷物运输的全球化。由于来源于世界不同地区谷物和其他饲料原料在全球范围内的大量运输,因此使得最终的配合饲料中含有多种霉菌毒素。饲料原料中的黄曲霉毒素水平也许很低,但如果原料中含有同等低水平的另一种霉菌毒素,这种互作效应比只含有一种高水平的黄曲霉毒素更糟糕 。互作效应是指两种或两种以上的霉菌毒素同时存在于饲料中时,这些霉菌毒素对动物毒性反映所表现出的相互关系。可分为加性效应、亚加性效应、协同效应、增效效应和颉颃效应。其中,加性效应和协同效应在镰刀菌属的毒素间最为常见,发生得最为严重。研究显示,与饲喂纯化的霉菌毒素相比,饲喂自然污染霉菌毒素的饲料产生的中毒症状更为严重。研究表明,在黄曲霉毒素和T2毒素同时存在于日粮时,二者表现出加性效应 。
3 霉菌及霉菌毒素的危害
3.1 霉菌及霉菌毒素对饲料品质的影响
3.1.1 产生毒素污染饲料及饲料原料。霉菌毒素是某些霉菌在基质(饲料)生长繁殖过程中产生的有毒次生代谢产物,饲料原料收割后,往往从外界污染一些霉菌。然而,若有霉菌毒素存在,一般是以微量污染物的形式存在于饲料中,其浓度范围以每克中含有多少纳克到多少微克计 。
3.1.2 直接破坏饲料内的养分。据报道,导致饲料霉变的孢霉菌是一种腐生微生物 。该微生物能产生多种酶,将饲料成分分解,并吸收其营养,破坏饲料内的养分,使饲料营养物质含量降低,饲用价值下降,发霉严重的饲用价值下降为零。在通常情况下,谷粒籽实整粒贮存,成分变化较少,但经粉碎后,霉菌则易侵入。霉菌增殖后,可导致饲料脂肪和热能及饲料中氨基酸、维生素和矿物质下降,同时也可能出现蛋白质消化率降低等现象。
3.1.3 降低饲料的适口性。霉菌在饲料中生长繁殖产生的酶、饲料自身所含的酶及其他因素的共同作用所产生的代谢产物可使饲料的感官性质恶化,如散发出难闻的霉味、油哈味,饲料颜色异常,粘稠污秽、结块等,导致饲料适口性差,动物采食量下降,甚至拒绝采食。
3.2 霉菌及霉菌毒素对动物生长的影响
3.2.1 降低采食量,影响动物生长性能。
据报道,经常饲喂霉变饲料的动物往往增重减少,饲料转化不良,生长性能降低。这不仅是由于霉变饲料营养成分降低,动物采食量减少,而且还因为霉变饲料中往往含有霉菌毒素。有证据表明 ,黄曲霉毒素和镰孢毒素产生的多种毒素(如T2和DON等)可使许多商品饲养的动物体重减轻,饲料效率变差,健康状况下降。如:用被霉菌毒素污染的饲料饲喂生长猪,可使猪的日增重、饲料转化率降低;仔鸡采食含有霉菌毒素的饲料后引起拒食。此外,大量研究还表明,饲料中霉菌毒素污染,作为奶牛的一个应激因子,可减缓奶牛的生长速度,降低产奶量,影响奶牛的生产性能。
3.2.2 繁殖机能受损。
虽然有许多因素可引起动物繁殖障碍,但人们一般首先考虑的是传染性因素和授精技术问题,而忽视一些明显的具有潜在破坏性的因素,其中之一便是饲料中的霉菌毒素。由于饲料中霉菌毒素会引起卵巢机能性障碍,导致卵巢发育不良和激素分泌紊乱,引起后备母猪不发情、发情不明显或屡配不孕 。如玉米赤霉烯酮与雌激素受体结合对繁殖性能发挥雌激素样的作用,主要侵害畜禽的生殖器官而导致繁殖性能遭到损害。据报道,初情期前后备母猪日粮1~3 mg/kg浓度的玉米赤霉烯酮,临床反应为发情,外阴阴道炎;未怀孕母猪和后备母猪日粮3~10 mg/kg浓度的玉米赤霉烯酮,临床反应为黄体滞留、不发情、假孕;妊娠母猪日粮大于30 mg/kg浓度的玉米赤霉烯酮,临床反应为交配后饲喂1~3周出现早期胚胎死亡 。据报道,饲料霉菌毒素引起的繁殖障碍,可使母猪在配种后18~30 d出现不同程度的流产,后备母猪屡配不孕。
3.2.3 抑制动物免疫系统。
某些霉菌毒素可抑制单核细胞的吞噬作用及补体的产生,从而使动物易患感染性疾病,如黄曲霉毒素能损害与单核细胞运动有关的细胞因子及单核细胞所需要的补体血清因子,抑制单核细胞的运动与吞噬能力。黄曲霉毒素B1是被研究得最多的霉菌毒素。它对各种动物的免疫应答反应均产生抑制作用。已经证明,当日粮中黄曲霉毒素的浓度达到0.5 mg/kg时,禽类体内补体的活性减弱。赫曲霉毒素A可抑制动物免疫性能,造成体液免疫和细胞免疫抑制障碍;单端孢霉毒素则是一类强有力的免疫抑制剂,能影响动物的免疫细胞,降低免疫应答能力。另外,应激、疫苗接种及管理、营养、高密度饲养、疾病干扰等因素均会导致畜禽对霉菌毒素的抵抗力降低,使得低于危害标准的毒素量也会给养殖者带来较大损失 。
4 霉菌毒素的脱毒方法
最理想的脱毒方法应是尽量减少霉菌毒素的产生,如在谷物成熟后,低水分含量时进行收割,低温干燥条件下贮存。但在高温、高湿的季节和地区要做到这一点是很困难的,而且一些自然灾害(如虫害、鼠害等)也是无法避免的,因此霉菌毒素对谷物和饲料的污染是不可避免的,必须对被污染的饲料进行脱毒处理,以降低对动物的危害。目前,对霉菌毒素脱毒处理主要有:机械脱毒、生物脱毒、化学脱毒及物理脱毒等方法 。
4.1 机械脱毒 所谓机械脱毒是指用人工或机械的方法,将谷物和饲料中的发霉颗粒剔除,或通过机械的碾轧除去毒素含量较高的外皮而降低毒素的含量。机械脱毒主要利用霉菌毒素在谷物和饲料中的分布特点而进行,该方法费时费力,且效力低下,在现代化规模生产中很少应用。
4.2 生物脱毒 生物脱毒主要有酶解法和微生物发酵法。酶解法主要是选用某些酶,利用其降解或破坏毒素。但这类方法由于霉菌毒素种类较多,要求酶系复杂并完整,另外由于酶不耐热而在饲料加工过程中易失活,且成本较高,也难以在实际生产中推广和应用。采用微生物发酵除去霉菌毒素的报道较多,如将黄曲霉毒素B1发酵转化为无毒或低毒产物,但这种转化通常较缓慢,且不完全。至于能否在实际生产中发挥作用还需进行进一步的研究。
4.3 化学脱毒 某些毒素可被单乙胺氢氧化钙、臭氧以及氨水降解。特别是氨化作用对黄曲霉毒素的降解作用较明显,但这种方法对其他毒素的作用效果较差,同时可能因氨在饲料中的残留而影响动物的健康。因此,化学降解法的主要缺点是各种化学物质只能对某种毒素有效而不能降解其他毒素。另外,这些化学物质在饲料中的高残留问题无法有效而经济地去除,易对动物带来不利影响。
4.4 物理脱毒 物理脱毒法主要有吸附法、水洗法、剔除法、脱胚去毒法、溶剂提取法、辐射法等。物理方法主要是通过在饲料或谷物中添加各种吸附剂,降低霉菌毒素在胃肠道__的吸收,即在饲料中添加可以吸附霉菌毒素的物质,使毒素在经过动物肠道时不被动物所吸收,直接排出动物体外。
4.5 其他脱毒方法 据报道,在饲料中添加益生素(如芽胞杆菌、乳酸菌、双歧杆菌等)可保持肠道菌群平衡,增强机体的免疫力,缓解霉菌毒素对机体形成的危害,减少由于饲料霉变造成的损失。另外,采用营养措施,饲料添加剂的添加,
如抗氧化剂、含硫氨基酸、维生素及微量元素等都能有效地降低霉菌毒素对动物的危害。
4.6 小结与讨论
(1)有多种物理、化学和生物方法可用来降解或吸附饲料中的霉菌毒素,从而防止毒素对饲养动物的伤害,但大多数方法无法在生产中大量、有效并低成本地实现。物理脱毒中的吸附脱毒法是目前饲料市场上较为成熟且较为可行的一种霉菌毒素脱毒方法。目前,用于物理吸附的物质主要是硅铝酸盐类吸附剂。天然硅铝酸盐类(如沸石、蒙脱石、硅藻土、高岭土等)由于具有较大的比表面积和离子吸附能力,对霉菌毒素有一定选择性吸附而引起研究者的兴趣,但天然硅铝酸盐矿物吸附力小,效率低,占饲料容量大且对某些营养物质有一定的吸附,因而不能直接添加于饲料中。对天然硅铝酸盐表面基团或电荷分布进行适当改性,可使新形成的物质获得新的理化特征,从而可改善对霉菌毒素的选择性吸附。如沸石表面带负电荷,用高相对分子量的四级胺(如八癸基二甲基苄胺)置换矿物表面的部分天然正离子(Na 、K 、Ca 、Mg等)可改善沸石表面的疏水性能。经过改性的有机化沸石保留了对黄曲霉毒素和麦角碱的高吸附力,同时对玉米赤霉烯酮、赫曲霉毒素、呕吐毒素的吸附能力也大为改善。[FS:PAGE]
(2)除硅铝酸盐类以外,新的霉菌毒素吸附剂的研究也取得了一定进展。消胆胺(Cholestyramine)是一种阴离子交换树脂,一般用于肠道中吸附胆汁酸降低低密度脂蛋白和胆固醇。Avantaggiato等采用动物体外胃肠模型进行的试验结果表明,消胆胺可使小肠对玉米赤霉烯酮的吸附率从32%下降到16%。交联聚乙烯基吡咯烷酮(PVPP)是一种不溶性高分子极性多孔性两性化合物,体外试验结果表明,它可以吸附0.3 mg/g玉米赤霉烯酮。酵母细胞壁的特殊结构对霉菌毒素也有一定的吸附能力,细胞壁上有多糖、蛋白质和脂类,这些物质对毒素的吸附通过氢键、离子键和疏水键等作用力而实现。试验结果表明,酵母细胞壁可吸附2.7 mg/g玉米赤霉烯酮,且这种吸附可在10 min内达到平衡。
(3)由于不同霉菌毒素分子有不同的理化性质,从现有的研究来看,任何一种单一的吸附剂都不能将所有的霉菌毒素吸附,但通过将不同类型的吸附剂进行适当配比或对吸附剂进行适当改性是未来研究的可行方向。

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