微生物降解黃曲霉毒素的研究進展

張玲玲，楊彩梅，張　旭，劉金松，曾新福（.浙江農(nóng)林大學(xué)，杭州　3300；.浙江萬方生物科技有限公司，浙江安吉　33300）

微生物降解黃曲霉毒素的研究進展

張玲玲1，楊彩梅2*，張旭2，劉金松2，曾新福2
（1.浙江農(nóng)林大學(xué)，杭州311300；2.浙江萬方生物科技有限公司，浙江安吉313300）

摘要：黃曲霉毒素是一組由黃曲霉、寄生曲霉等多種真菌產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物，具有強烈的毒性，可以引起動物肝臟腫大、病變甚至癌變，對人和家畜的健康產(chǎn)生極大的威脅。運用安全、高效的微生物方法降解黃曲霉毒素是目前黃曲霉毒素研究的熱點。文章對黃曲霉毒素的一般特性、污染現(xiàn)狀以及微生物方法降解黃曲霉毒素的機理和應(yīng)用現(xiàn)狀等進行綜述。

關(guān)鍵詞：微生物；降解；黃曲霉毒素

1　黃曲霉毒素的一般特性

黃曲霉毒素（AFT）是一組由黃曲霉、寄生曲霉、特異曲霉等多種真菌產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物，具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，其基本結(jié)構(gòu)為雙呋喃環(huán)和香豆素。根據(jù)紫外線照射下發(fā)出的熒光顏色不同，黃曲霉毒素主要可以分為兩類：藍色熒光的B類和綠色熒光的G類，B類包括B1、B2、B2α，G類包括G1、G2；還包括一些衍生物如黃曲霉毒素M1、M2、P1、Q、H1、GM、毒醇等。其中，黃曲霉毒素B1（AFB1）被認為是毒性最強、危害最大、分布最廣的一種。

動物體內(nèi)黃曲霉毒素主要通過肝臟的羥化、脫甲基、環(huán)氧化反應(yīng)來降解，因此黃曲霉毒素主要影響動物的肝功能，引起肝臟腫大、病變甚至癌變，同時，動物食入被污染的飼料后，黃曲霉毒素在肝臟、腎臟和肌肉組織中蓄積，降低動物免疫力，引發(fā)一系列疾病，從而降低動物的生產(chǎn)性能，甚至通過食物鏈的傳遞進入人體，使人產(chǎn)生急性或慢性中毒的癥狀，影響人體健康。

2　黃曲霉毒素的污染現(xiàn)狀

黃曲霉毒素的污染及其程度受到各種因素的影響，包括糧食的種類和數(shù)量、地理位置、季節(jié)氣候、糧食收割后的儲藏條件等。有調(diào)查顯示，世界各國的糧食在不同程度上都有受到黃曲霉毒素的污染，特別是熱帶和亞熱帶地區(qū)。Gao等發(fā)現(xiàn)，廣東省濕熱的氣候條件尤其適合黃曲霉毒素的生長與繁殖，因而使得黃曲霉毒素的污染相對較嚴重[ 1 ]。王若軍等對飼料樣品109份進行霉菌毒素檢測，發(fā)現(xiàn)玉米中霉菌毒素的檢出率為83.9%，配合飼料中黃曲霉毒素B1的檢出率達100%[ 2 ]。王喜萍從廣西省采集谷物樣品17個進行黃曲霉毒素檢測，發(fā)現(xiàn)樣品中黃曲霉毒素B1的檢出率達到58%，玉米、花生受到的影響比小麥、大麥等大的多[ 3 ]。2006年從四川、廣西、浙江、湖北、廣東5個省份采集玉米和花生樣本進行黃曲霉毒素的檢測，發(fā)現(xiàn)黃曲霉毒素的檢出率分別達到70%和24%。馬美蓉對金華市郊不同規(guī)模奶牛場的飼料原料以及自配料中的黃曲霉毒素進行檢測，發(fā)現(xiàn)青貯玉米、稻草、豆腐渣等黃曲霉毒素超標，占總樣品的15.63%[ 4 ]。2012年，黃廣明等對飼料原料樣品476份進行黃曲霉毒素檢測，發(fā)現(xiàn)一些花生粕樣品的黃曲霉毒素污染比較嚴重，最高達108.8 μg·kg-1，玉米、小麥、含可溶固形物的干酒糟等原料未超標[ 5 ]。但2012年下半年，黃廣明等抽取了來自我國16個省市的飼料及飼料原料樣品573份檢測黃曲霉毒素，發(fā)現(xiàn)黃曲霉毒素B1的污染并不嚴重，玉米和粕類超標率分別為3.1%和5.4%，說明黃曲霉度毒素的污染狀況受到季節(jié)的影響較大[ 6 ]。Bansal等對加拿大市場上的大米所含黃曲霉毒素B1進行抽樣調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有56%的樣品中檢測出黃曲霉毒素B1[ 7 ]。Marnissi等對摩洛哥北部中心地區(qū)的傳統(tǒng)奶牛場所產(chǎn)的原料奶進行檢測，發(fā)現(xiàn)8%的樣品中黃曲霉毒素M1的含量超過歐盟標準[ 8 ]。據(jù)報道，黃曲霉毒素M1在進行包括巴氏消毒、奶酪成熟等乳制品加工過程中不僅沒有被消除，反而被放大，說明黃曲霉毒素的污染狀況還受到加工方式的影響[ 9-10]。

3　微生物降解黃曲霉毒素的方法

黃曲霉毒素的傳統(tǒng)去毒方法有物理法和化學(xué)法。物理法又包括加熱法、輻照法、溶劑萃取法、吸附劑法等。物理方法的應(yīng)用較多，但其缺點是不能真正去除黃曲霉毒素?；瘜W(xué)法是根據(jù)黃曲霉毒素易被強堿和氧化劑分解的原理來解毒，因而可以分為堿處理法和氧化法。堿處理法一般使用氫氧化鈉或氨等處理，氧化法一般使用次氯酸鈉、臭氧、過氧化氫、氯氣處理，但都存在破壞飼料口感、有殘留、效果不穩(wěn)定等問題。

微生物方法降解黃曲霉毒素是利用微生物、微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物或微生物分泌的蛋白酶分解破壞黃曲霉毒素分子的毒性基團或分子結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生無毒無害的降解產(chǎn)物的過程。與傳統(tǒng)的物理法和化學(xué)法相比，微生物法降解黃曲霉毒素具有安全、高效、環(huán)保，降解產(chǎn)物無毒無害，不破壞營養(yǎng)物質(zhì)成分，不影響飼料口感等優(yōu)點，而且微生物生長迅速、可大量繁殖、易培養(yǎng)、可大規(guī)模生產(chǎn)，因此用微生物方法降解黃曲霉毒素將會成為未來研究的熱點。

4　微生物降解黃曲霉毒素的機理

黃曲霉毒素的基本結(jié)構(gòu)包括雙呋喃環(huán)和香豆素（氧雜萘鄰?fù)渲须p呋喃環(huán)是基本毒性結(jié)構(gòu)，香豆素是致癌結(jié)構(gòu)。如黃曲霉毒素B1是二氫呋喃氧雜萘鄰?fù)?，含有一個雙呋喃環(huán)和一個氧雜萘鄰?fù)?。分子結(jié)構(gòu)中雙呋喃環(huán)末端有雙鍵者毒性較強，例如黃曲霉毒素B1和G1；不具有雙呋喃環(huán)雙鍵的黃曲霉毒素毒性較低，如B2、G2、M2。有研究表明，黃曲霉毒素B1新陳代謝形成的8, 9-環(huán)氧化物可以與DNA和蛋白質(zhì)形成共價加合物，誘導(dǎo)肝癌的發(fā)生。環(huán)氧化物水解酶可以催化黃曲霉毒素B1-8, 9-環(huán)氧化合物形成黃曲霉毒素B1-二氫二醇，失去和DNA結(jié)合的位點從而失活，實現(xiàn)去毒[11]。黃曲霉毒素B1也可以在黃曲霉毒素B1去毒酶谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶的作用下形成黃曲霉毒素B1-硫醇尿酸，隨尿液排出。

微生物降解黃曲霉毒素是通過破壞黃曲霉毒素的毒性基團從而達到去毒的目的。有研究發(fā)現(xiàn)，綠色木霉、不明毛霉、黑曲霉可以降解黃曲霉毒素B1，將其降解成黃曲霉毒醇（AFL），其毒性比黃曲霉毒素B1低18倍；經(jīng)微生物作用也可以將其降解成黃曲霉毒素B2α，其毒性比黃曲霉毒素B1低200 倍[12]。研究發(fā)現(xiàn)，黃曲霉毒素B1的內(nèi)酯環(huán)結(jié)構(gòu)與其熒光特性、生物活性密切相關(guān)，內(nèi)酯環(huán)斷裂后可產(chǎn)生一種非熒光化合物——黃曲霉毒素D1，可降低其毒性和致突變性。此外，黃曲霉毒素B1的雙呋喃環(huán)末端雙鍵易發(fā)生環(huán)氧化發(fā)應(yīng)，與黃曲霉毒素B1的毒性、致癌性、致突變性有關(guān)。因此，改變黃曲霉毒素B1的內(nèi)酯環(huán)結(jié)構(gòu)以及雙呋喃環(huán)末端雙鍵結(jié)構(gòu)可達到去毒目的。劉大嶺等研究假蜜環(huán)菌的胞內(nèi)多酶體系可以將黃曲霉毒素B1轉(zhuǎn)化為環(huán)氧化物，進而水解成黃曲霉毒素B1-8, 9-二氫二醇，最后進一步水解打開雙呋喃環(huán)，從而實現(xiàn)去毒[13]。Taylor等從恥垢分歧桿菌分離純化得到的過氧化氫酶可以降解黃曲霉毒素B1的α，β-不飽合酯的還原，從而激活黃曲霉毒素B1自發(fā)水解形成一種新的無毒的降解產(chǎn)物[14]。曹紅等研究發(fā)現(xiàn)，一種食用真菌的氧化還原酶能特異性作用于黃曲霉毒素，可以作用B1雙呋喃環(huán)的8, 9雙鍵，使其斷裂開環(huán)，從而將黃曲霉毒素轉(zhuǎn)化為無毒的產(chǎn)物[15]。

5　微生物降解黃曲霉毒素的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，已發(fā)現(xiàn)許多細菌、真菌及其代謝產(chǎn)生的酶能夠降解黃曲霉毒素，細菌包括橙色黃桿菌、分歧桿菌、橙紅色黏球菌、紅串紅球菌等，真菌包括根霉菌、莖點霉菌、黑曲霉等。

Farzaneh等發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌UTBSP1對黃曲霉毒素的降解率達95%，并且這種降解反應(yīng)受到胞外酶的酶促反應(yīng)調(diào)控[16]。黃曲霉毒素被降解后失去熒光特性，從而實現(xiàn)黃曲霉毒素的去毒。孫玲玉等在泰山土壤中篩選到一株能夠降解黃曲霉毒素B1的枯草芽孢桿菌，降解率達90.28%，而且發(fā)現(xiàn)這株枯草芽孢桿菌發(fā)酵后的上清液對黃曲霉毒素B1的降解活性最高[17]。

程偉等將乳酪桿菌、產(chǎn)朊假絲酵母和枯草芽孢桿菌的干粉與米曲霉所產(chǎn)的降解黃曲霉毒素B1的粗酶液混合制成霉菌毒素解毒液，可以有效降低雞只的腹瀉率和死亡率，提高肉雞營養(yǎng)物質(zhì)的代謝率，降低十二指腸中大腸桿菌的數(shù)量，提高回腸和盲腸中乳酸菌的數(shù)量[18]。有研究發(fā)現(xiàn)，德氏乳桿菌發(fā)酵的醬油中黃曲霉毒素含量比未接種的低，如果同時接種米曲霉，黃曲霉毒素含量更低。Halttunen等發(fā)現(xiàn)，當多種黃曲霉毒素同時存在時[19]，由多種乳酸菌組成的復(fù)合菌劑要比單一菌株的吸附效果好[20]?；翩玫炔捎昧蛩徜@沉淀法對嗜麥芽窄食單胞菌發(fā)酵液進行酶的提取，并對酶的提取條件進行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)嗜麥芽窄食單胞菌培養(yǎng)后提純得到的粗酶液對黃曲霉毒素的降解率達81.23%[21]。Fan等從魚腸道中篩選出了一株枯草芽孢桿菌ANSB060，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該菌對黃曲霉毒素污染的飼糧飼喂的肉仔雞的生長性能和肉品質(zhì)具有保護作用，并能顯著降低黃曲霉毒素在肝臟中的殘留（P<0.05）[22]。王會娟等通過篩選得到2株高產(chǎn)漆酶平菇菌株，可有效降解黃曲霉毒素[23]。Guan等和Zhao等從不同來源的樣品中進行篩選，得到解毒酶活性最高的橙紅色黏球菌，對黃曲霉毒素的降解率達80.7%，進一步對蛋白質(zhì)進行分離純化得到純酶[24-25]。王寧等試驗表明，在最佳發(fā)酵條件下橙紅色黏球菌對黃曲霉毒素B1的降解率高達到78.2%[26]。王德培等從青貯玉米秸稈飼料中分離得到一株降解淀粉芽孢桿菌BI2，發(fā)現(xiàn)BI2菌株生長36 h后的上清液能夠明顯抑制黃曲霉孢子萌發(fā)及其菌絲的生長，而且經(jīng)120℃高溫處理20 min后，該上清液對黃曲霉的抑制效果基本沒有影響[27]。劉大嶺等發(fā)現(xiàn)，假蜜環(huán)菌及其胞內(nèi)多酶體系可以通過破壞黃曲霉毒素B1雙呋喃環(huán)達到去除毒素的目的[13]。Taylor等從恥垢分歧桿菌分離純化得到的過氧化氫酶可以降解黃曲霉毒素B1[14]。吉小鳳等從肉雞腸道糞便中篩選出具有黃曲霉毒素去毒能力的菌株發(fā)酵乳桿菌LAB- 10，對濃度為14 μg·L-1的黃曲霉毒素B1在48 h后的降解率為63.4%[28]。Cho?urasia等從玉米根系土壤中分離出了4種真菌和一種細菌，分別為黑曲霉、互隔交鏈孢霉、總狀毛霉、米根霉和枯草芽孢桿菌，使其分別與產(chǎn)毒的黃曲霉混合，在30℃培養(yǎng)5~10 d，發(fā)現(xiàn)黃曲霉與兩倍的黑曲霉、米曲霉、枯草芽孢桿菌混合后的降解率分別達到82%、80%和83%[29]。Zhou等發(fā)現(xiàn)，無毒的黃曲霉毒素菌株GD-3與有毒的黃曲霉毒素菌株GD-5按一定比例混合可以減少33%~99%的毒素[30]。

6　小結(jié)

利用微生物降解黃曲霉毒素的方法具有安全、高效、環(huán)保、無毒無害等優(yōu)點，為黃曲霉毒素的防治提供了新思路。但工業(yè)生產(chǎn)上還存在微生物酶產(chǎn)量低、活性不穩(wěn)定，作用條件苛刻等問題。因此，篩選出高效產(chǎn)酶菌株，提高酶的提純率以及黃曲霉毒素B1降解代謝產(chǎn)物的毒性分析等方面的研究具有廣闊的前景，有利于飼料的生產(chǎn)與貯存，養(yǎng)殖業(yè)與食品加工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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Research Progress on the Microbial Degradation of Aflatoxins

ZHANG Lingling1, YANG Caimei2*, ZHANG Xu2, LIU Jinsong2, ZENG Xinfu2
（1. Zhejiang A & F University, Hangzhou 311300, China; 2. Zhejiang Wanfang Biotechnology Co., Ltd., Anji 313300, Zhejiang China）

Abstract:Aflatoxin is a group of secondary metabolites by the Aspergillus flavus, Aspergillus parasiticus and other fungi, with a strong toxicity, which can cause liver enlargement, disease and even cancer. It produced a great threat to humans and animal health. The use of safe and efficient method of microbial degradation of aflatoxin is cur?rently a hot research. The general characteristics and pollution status, as well as degradation mechanism and the ap?plication status of aflatoxins were reviewed in this paper.

Key words:microorganism; degradation; aflatoxins

作者簡介：張玲玲（1992-），女，浙江湖州人，研究方向動物科學(xué)。*通訊作者：副教授。

基金項目：浙江農(nóng)林大學(xué)人才項目（2034020001）

收稿日期：2015-05-04

中圖分類號：Q939.94；S861.3

文獻標志碼：A

文章編號：1001-0084（2015）07-0018-04