霉菌毒素的研究進展

■馮艷忠 沈 偉 王兆山 李鳳蘭 徐會連 陳赫書 肖紹科 劉 娣

(1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所，黑龍江哈爾濱150102；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東青島266109；3.山東省濱州職業(yè)學(xué)院，山東濱州256603；4.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030；5.日本自然農(nóng)法國際研究中心，日本松本波田町；6.山東省梁山縣第一職業(yè)高級中學(xué)，山東梁山272605）

霉菌毒素盡管看不見、摸不著，但是，給人類帶來的危害卻很大。檢測顯示，中國飼料中的黃曲霉毒素(AF)，煙曲霉毒素(FUM)、嘔吐毒素(DON)、T-2毒素、玉米赤霉烯酮(ZON)和褚曲霉毒素(OTA)的水平是北美飼料的12～20倍，飼料中的霉菌毒素嚴(yán)重傷害動物的健康并降低生產(chǎn)性能，同時，也威脅人類的食品安全和健康。

1 霉菌毒素的產(chǎn)生

凡是在基質(zhì)上長成棉絮狀、絨毛狀或蜘蛛網(wǎng)狀菌絲體的真菌，統(tǒng)稱為霉菌。霉菌在自然界中主要是以倉儲霉菌和田間霉菌兩種形式存在。無論是在儲存條件下還是在田間收割都可導(dǎo)致霉菌的發(fā)生，并且霉菌可以在自然條件下越冬，在低溫條件下也可以繁殖[1]。飼料中的霉菌會不斷消耗飼料中養(yǎng)分，造成營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，且被霉菌污染的飼料感官性狀很差，嚴(yán)重影響動物適口性。霉菌在污染飼料的過程中會產(chǎn)生霉菌毒素及其他次級代謝產(chǎn)物，這些毒素對動物具有很強的毒副作用，即使在飼料中的含量很低，也會導(dǎo)致畜禽生長受阻，繁殖性能降低，免疫機能下降。截止到目前的研究表明，霉菌毒素主要由3大類真菌所產(chǎn)生，即曲霉菌屬、青霉菌屬和鐮刀霉菌屬。這些真菌產(chǎn)生的對動物有毒害作用的霉菌毒素主要包括黃曲霉毒素(Aflatoxin)、褚曲霉毒素(Ochratoxions)、煙曲霉毒素(Fumonisin，)、玉米赤霉毒素(Zearlenone)、單端孢霉毒素；單端孢霉毒素又包括：嘔吐毒素（DON）、雪腐鐮刀菌烯醇、T-2毒素和雙乙酸基藨草烯醇(DAS)等。

BIOMIN公司2011年對來自亞洲和北美洲731個地區(qū)的飼料原料、食品、肉制品、DDGS等進行分析（見表1）。從數(shù)據(jù)可以看出，在亞洲、南美洲、北美洲、歐洲、非洲等地區(qū)都有霉菌毒素的發(fā)生和存在，尤以亞洲最為嚴(yán)重，亞洲霉菌毒素的污染率高于北美洲，而且，亞洲樣本霉菌毒素的含量是北美洲含量的數(shù)倍到數(shù)十倍。同時，BIOMIN公司對2010年7月到9月同一飼料樣本中霉菌毒素的含量變化進行了檢測，結(jié)果表明,2010年7月份到9月份霉菌毒素含量增加，說明，僅3個月時間霉菌毒素增長30%～62%不等，變化之快讓人觸目驚心[2]。所以，飼料中霉菌毒素造成的免疫抑制難以實現(xiàn)健康養(yǎng)豬，導(dǎo)致豬病多發(fā)，成為豬的萬病之源。

表1 BIOMIN 2011年第一季度亞洲和北美洲的霉菌毒素調(diào)查報告[2]

2 霉菌毒素的特點與分類

霉菌毒素是真菌產(chǎn)生的具有毒害作用的物質(zhì)，廣泛存在于植物上和土壤等介質(zhì)中，其中，主要存在于谷物，飼草和青、黃儲飼料中。在大田收獲時農(nóng)作物遭遇陰雨、潮濕等惡劣氣候時可產(chǎn)生大量的霉菌毒素，在儲存不夠優(yōu)良的非適宜和非正常條件下，即使是收獲后的農(nóng)作物也可繼續(xù)感染真菌和產(chǎn)生霉菌毒素。當(dāng)環(huán)境濕度＞70%，溫度在24℃左右最適霉菌生長。需要指出的是：高濕低溫更適合霉菌毒素產(chǎn)生；這些霉菌毒素物質(zhì)對飼料和家畜都會造成影響[3-4]。

2.1 黃曲霉毒素的毒性及危害

黃曲霉毒素(Afla)是高毒性和高致癌性毒素,是由黃曲霉菌屬(Aspergillus)微生物產(chǎn)生。黃曲霉毒素是由兩個不等的二氫呋喃妥因環(huán)組成的化合物，均為二呋喃香豆素(Difuranocoum)的衍生物，已發(fā)現(xiàn)18種結(jié)構(gòu)衍生物。糧食中污染的黃曲霉毒素只有黃曲霉毒素B1、B2、G1和G24種，其中AFTB1毒性最大。這些霉菌毒素的命名主要是根據(jù)其在紫外線下發(fā)出的顏色不同而命名，AFB1和AFB2發(fā)出的熒光顏色為藍(lán)色光，而AFG1和AFG2發(fā)出黃綠色的光。常見的四大類黃曲霉毒素對所有動物的肝臟都有很大的損傷性和原發(fā)毒性，尤其是黃曲霉毒素B1的毒性最強，是氰化鉀毒性的10倍，是砒霜毒性的68倍，黃曲霉毒素的毒性排列順序依次是 B1＞G1＞B2＞G2，國際癌癥研究機構(gòu)已經(jīng)把AFB1確定為人和家畜均有致病性的I類致癌物。在日常飼料中的黃曲霉毒素的污染主要以AFB1數(shù)量最多，毒性最大，因此，在我國飼料質(zhì)量監(jiān)督中以AFB1作為黃曲霉毒素污染的指標(biāo)[5]。

研究表明，動物飼料中黃曲霉毒素含量高，動物疫病流行就越廣泛。黃曲霉毒素對動物的危害主要表現(xiàn)在對動物多種器官的損傷和對動物多個系統(tǒng)的破壞，造成動物的免疫系統(tǒng)的高度破壞和降低動物免疫力，降低動物對病原的抵抗力，導(dǎo)致動物易于感染多種疾病，因而加重了動物疫病的傳播，特別是人畜共患病的傳播，對公共衛(wèi)生造成極大威脅。仔豬飼料中的黃曲霉毒素應(yīng)控制在5 μg/kg以下，否則，可能導(dǎo)致仔豬采食高濃度的黃曲霉毒素污染的飼料后會表現(xiàn)出嘔吐或更嚴(yán)重的中毒現(xiàn)象，嚴(yán)重者甚至死亡。

黃曲霉毒素中毒后的動物表現(xiàn)出肝臟損傷癥狀，表現(xiàn)出明顯的臨床癥狀，解剖可見肝臟腫大，膽汁分泌減少，顯微鏡下觀察可見肝小葉纖維化，造成肝變性、出血、壞死，影響DNA、RNA合成與復(fù)制，抑制細(xì)胞分裂、蛋白質(zhì)和脂肪合成與線粒體代謝，破壞溶酶體的結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致動物致癌和畸形性等。孟昭赫等研究表明，豬采食AFB1含量810 μg/kg的日糧，117 d后體重開始下降，血清堿性磷酸酶、轉(zhuǎn)氨酶、異檸檬酸脫氫酶活性下降，球蛋白濃度升高，血液白蛋白、肝糖元、肝維生素A濃度下降，以至于肝細(xì)胞變性、產(chǎn)生再生結(jié)節(jié)，膽管腫大增生出現(xiàn)纖維化。

研究成果進一步顯示，霉菌毒素危害作用主要表現(xiàn)在對免疫器官的損傷和對免疫系統(tǒng)的破壞，以及強烈抑制免疫應(yīng)答，動物使用疫苗以后造成免疫抑制，使動物處于被感染的環(huán)境之中，可能造成動物混合感染多種疾病，免疫力下降；對動物采食被黃曲霉毒素污染的飼料后，黃曲霉毒素能快速降低肝臟和血液中多種維生素及微量礦物質(zhì)元素的濃度，抑制飼料消化酶活性，飼料轉(zhuǎn)化率降低。這是目前我國動物生產(chǎn)中普遍存在而又被養(yǎng)殖戶忽略的問題。

研究表明，黃曲霉毒素是對動物免疫系統(tǒng)抑制作用最強的毒素，也是對動物凝血系統(tǒng)破壞作用最強的毒素，黃曲霉毒素對各種動物均具有較高敏感性，低劑量可以導(dǎo)致動物的肝損傷，高劑量可使動物器官癌變致死。動物對AFB1的敏感性順序：鴨＞雞＞豬＞犢牛＞肥育豬＞成年牛＞綿羊。所以，體重小于30 kg的仔豬配合日糧中黃曲霉毒素總量要小于20 μg/kg，30～60 kg體重的育肥豬配合日糧中黃曲霉毒素總量要小于50 μg/kg，體重大于60 kg體重的育肥豬配合日糧中黃曲霉毒素總量要小于100 μg/kg，而母豬和后備母豬的配合日糧中的黃曲霉毒素總量要小于100 μg/kg；世界衛(wèi)生組織(WHO)和世界糧農(nóng)組織所屬的食品法典委員會(CAC)規(guī)定人類食品和動物飼料中黃曲霉毒素總量（AFT）最大允許量小于15 μg/kg；美國聯(lián)邦政府法律規(guī)定：①奶牛飼料中的AFT總量不得超過20 μg/kg；②其它動物飼料中的AFT總量不得超過300 μg/kg。

黃曲霉毒素性質(zhì)非常穩(wěn)定，在溫度268～269℃時才可以將其毒性破壞。在pH值3～7的溶液中較穩(wěn)定，在pH值1～3的強酸溶液中才稍有分解，在pH值9～10的NaOH溶液中形成鈉鹽而快速分解，但在酸性條件下又會恢復(fù)原來結(jié)構(gòu)。在5%次氯酸鈉溶液、氨水中，以及二氧化硫、氯氣等形成的強氧化劑能夠完全破壞黃曲霉毒[6]。

由于黃曲霉毒素在飼料原料中廣泛存在，飼料儲存過程中又可產(chǎn)生新的霉菌毒素，所以單純在飼料中添加硅鋁酸鹽等常見的吸附劑，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足去除飼料中黃曲霉毒素需要的，特別是在單一使用吸附劑脫毒的情況下，因為吸附毒素的同時也會導(dǎo)致吸附大量的營養(yǎng)物，所以選擇性使用抗黃曲霉毒素的產(chǎn)品是保證高質(zhì)、高效脫毒的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)，部分真菌能降解黃曲霉毒素，但同時也能產(chǎn)生毒素，一些動物真菌性疾病就與感染部分真菌有關(guān)，所以實際生產(chǎn)中很少考慮用真菌進行脫毒。研究顯示部分真菌酶對黃曲霉毒素具有脫毒效果，但是，真菌酶多源于胞內(nèi)，屬于胞內(nèi)酶，產(chǎn)量極低，提取純化較困難，因此，限制了對酶學(xué)特性和后續(xù)重組酶的深入研究，而細(xì)菌繁殖周期短，胞外酶又容易分離純化、易于外源分泌表達(dá)，且部分細(xì)菌自身又具有較好的益生性和抗逆性，適合在實際生產(chǎn)中開發(fā)應(yīng)用。因此，探索和篩選能降解黃曲霉毒素的細(xì)菌，對其能夠較好降解黃曲霉毒素的酶進行分離純化，并對降解酶基因進行克隆和外源分泌表達(dá)，所以，生物降解霉菌毒素這一行之有效、成本低廉的方法，將是我們今后研究的重點領(lǐng)域和方向。

2.2 單端孢霉烯族毒素

單端孢霉烯族毒素（Trichothecenes）主要由鐮刀菌在低溫條件下產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，自然界中廣泛存在，多見于長久儲藏的糧食作物中，誤食后易導(dǎo)致嚴(yán)重疾病甚至死亡。單端孢霉烯族毒素被分成4個亞類，其中A類和B類最為重要。A類單端孢霉烯族毒素主要由擬枝鐮孢菌和梨孢鐮孢菌所產(chǎn)生，包括 T-2毒素、HT-2毒素、鐮孢菌酸（NEO）和雙乙酸基藨草烯醇（DAS）；B類單端孢霉烯族毒素主要由黃色鐮孢菌和禾谷鐮孢菌產(chǎn)生，包括脫氧雪腐鐮刀菌烯醇毒素（嘔吐毒素，DON)及其3-乙酰基或15-乙?；苌?、雪腐鐮孢菌烯醇（NIV）和鐮孢菌烯酮-X(Fusarenon-X，F(xiàn)X)[2]。這些毒素中以A型T-2毒素和B型嘔吐毒素為最常見。

單端孢霉烯族毒素對動物、人類都具有毒性，能夠造成嘔吐、腹瀉、刺激皮膚、拒食、惡心、神經(jīng)障礙和流產(chǎn)等多種急性和慢性疾病[7]。此外，高劑量的單端孢霉烯族毒素能夠快速減少白細(xì)胞的數(shù)量[8]。調(diào)查證明中國飼料樣本中超過70%被DON污染（顧薇，2003）。低劑量的嘔吐毒素（DON）可以造成動物生產(chǎn)性能和免疫機能下降，高劑量的DON毒素則引起動物急性死亡 (Prelusky等,1994)；T-2毒素能刺激和損傷體表皮膚和臟器黏膜，造成口腔、胃、腸道等消化道黏膜潰瘍與壞死，導(dǎo)致豬嘔吐和腹瀉；T-2毒素進入血液后表現(xiàn)出細(xì)胞毒作用，損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，破壞血管壁的完整性，導(dǎo)致血管壁通透性增強，血管擴張、充血，引起全身多個器官出血、壞死。

2.3 玉米赤霉烯酮

玉米赤霉烯酮(縮寫ZEA)又稱F-2毒素，首先從有赤霉病的玉米中分離得到[9]。玉米赤霉烯酮產(chǎn)毒菌主要包括禾谷鐮刀菌、黃色鐮刀菌和三線鐮刀菌等[10]。這些毒素對玉米、小麥、大米、大麥、小米和燕麥等谷物具有很強的污染性[11]。其中玉米的陽性檢出率為45%，小麥的檢出率為20%。玉米赤霉烯酮的耐熱性較強，110℃下處理1 h才被完全破壞[12]。

作物和動物飼料中ZEA的濃度可從每千克幾微克到276 mg，人類可食谷類中 ZEA污染濃度在0.001 5～175 mg/kg之間[13]。此外，玉米赤霉烯酮理化特性較穩(wěn)定，在食品加工過程中，不會隨著加工工藝的改變而受到降解[14]。

玉米赤霉烯酮是雌激素強度的1/10，可造成雌性動物的雌激素水平提高，從而影響動物的生殖生理，產(chǎn)生類似雌激素過多的癥狀，即生殖器官的功能和形態(tài)變化，各種動物對玉米赤霉烯酮的敏感程度依次是：豬、牛和禽，青年母豬對玉米赤霉烯酮的敏感性最強[15]。玉米赤霉烯酮可以導(dǎo)致家畜出現(xiàn)急、慢性中毒，急性中毒癥狀為家畜的神經(jīng)系統(tǒng)和心臟、腎臟、肝和肺等臟器造成毒害，動物表現(xiàn)為貧血、出血、血細(xì)胞破裂與黃疽、腸道水腫、腸黏膜出血、肝、脾腫大出血、心內(nèi)外膜出血，血液凝固不良等，毒害的最根本的原因是導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)亢奮，臟器出血，從而導(dǎo)致家畜死亡，同時對家畜的繁殖系統(tǒng)和消化系統(tǒng)也可造成較大的影響。在慢性中毒時，癥狀為腹積水，淋巴結(jié)腫大、充血、甚至蒼白等，主要是影響母畜的繁殖系統(tǒng)，可導(dǎo)致死胎、流產(chǎn)和木乃伊胎的出現(xiàn)[16]。

研究資料證明，ZEA能與雌激素受體結(jié)合，形成難以分離的結(jié)合體，使部分雌激素失去和雌激素受體結(jié)合的機會而影響動物發(fā)情，此外，還能導(dǎo)致淋巴細(xì)胞溶解、降低T細(xì)胞和B細(xì)胞的活性，抑制細(xì)胞免疫和體液免疫、抗體效價降低，出現(xiàn)免疫抑制，導(dǎo)致免疫麻痹，致使免疫力降低。ZEA是甾類合成和代謝酶的競爭底物，是內(nèi)分泌的分裂劑[17]。還有研究表明，ZEA與類固醇激素具有同源性，它可作為重要的轉(zhuǎn)錄因子參與生物轉(zhuǎn)化的全過程，嚴(yán)重干擾動物的內(nèi)分泌[18]。

2.4 赭曲霉毒素

赭曲霉毒素(OT)是一組結(jié)構(gòu)接近的霉菌毒素，主要損傷人和動物的腎臟、肝臟等實質(zhì)性器官，從而造成免疫系統(tǒng)的破壞，同時還有致畸和致癌作用[18-19]，其毒性僅次于黃曲霉毒素，在赭曲霉毒素中毒性最大，對動物危害性最強的為赭曲霉毒素A[20]。OTA是一種無色結(jié)晶化合物，性質(zhì)極穩(wěn)定，微溶于水，但在極性溶劑和碳酸氫鈉溶液中易溶，在紫外線照射下呈現(xiàn)出綠色熒光，溶點較低，為134℃，其甲醇溶液在4℃冰箱中保存一年而不被分解[21]。赭曲霉毒素抗熱性強，長時間焙烤情況下，其毒性只能減少20%左右，蒸煮情況下不能破壞其毒性[22]。

動物飼料中OTA的污染也非常嚴(yán)重。飼料被赭曲霉毒素污染后被動物采食，這些毒素就會在動物的臟器、血液和乳汁中積蓄，從而導(dǎo)致動物性食品的毒素污染[23]。世界上很多國家為了保障人類及動物食品和飼料中的安全，對赭曲霉毒素的含量進行了科學(xué)的限定。

2.5 煙曲霉毒素（FB）

煙曲霉毒素（FB）是由鐮刀菌屬在一定的溫度和濕度下產(chǎn)生的水溶性代謝產(chǎn)物，是一類由不同多氫醇和丙三羧酸組成的結(jié)構(gòu)類似的雙酯化合物。到目前為止，發(fā)現(xiàn)的煙曲霉毒素有 FA1、FA2、FB1、FB2、FB3、FB4、FC1、FC2、FC3、FC4和 FP1共 11 種。目前已知在糧食和飼料中的煙曲霉毒素有6種，但毒性最強和污染性最嚴(yán)重的主要是煙曲霉毒素B1和煙曲霉毒素B2[24]，其中 60%以上是FB1，其毒性也最強[25]。這些毒素對高溫具有很強的耐受性，化學(xué)結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定[26]。

煙曲霉毒素主要是誘發(fā)肝毒性，可以提高家畜的血清膽固醇濃度。煙曲霉毒素可以導(dǎo)致家畜發(fā)生肺、肝的損傷，導(dǎo)致家畜出現(xiàn)免疫系統(tǒng)疾病和免疫抑制。同時這些毒素還可以影響飼料利用率和畜產(chǎn)品的品質(zhì)，給綠色養(yǎng)殖帶來巨大危害。當(dāng)前，煙曲霉毒素很可能是飼料中污染最嚴(yán)重的霉菌毒素。世界衛(wèi)生組織(WHO)報道，全球59%的玉米和玉米制品都受到FB1的污染。在巴西和美國，F(xiàn)B1的污染量在2～333 mg/kg之間[27]。

據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）評估的數(shù)據(jù)顯示，全世界約25%的谷物受到了霉菌毒素污染，每年平均約2%的糧食因為發(fā)霉變質(zhì)不能被動物和人類食用而廢棄，每年全世界的糧食，由于霉菌毒素污染造成數(shù)以千億計美元的損失。飼料中同時存在多種霉菌毒素，而這些霉菌毒素表現(xiàn)出相加和協(xié)同作用，給我們的飼料業(yè)帶來更大的危害，在我國由于谷物收獲季節(jié)氣候原因及儲存條件的制約，玉米中以黃曲霉毒素的毒害作用為主。

總之，研究去除糧食中霉菌毒素的污染是一個急需解決的世界性難題，關(guān)系到解決人類食品安全和保障人類健康和公共衛(wèi)生安全的大問題，應(yīng)該引起足夠的重視。