青貯飼料中霉菌毒素的產(chǎn)生及對(duì)反芻動(dòng)物健康的影響

趙雪嬌，么恩悅，鄭 健，劉 鑫，張永根

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

全株玉米青貯是發(fā)展草食動(dòng)物養(yǎng)殖業(yè)不可或缺的基礎(chǔ)飼料之一，也是最經(jīng)濟(jì)的飼料。但青貯中存在大量細(xì)菌、霉菌以及其有毒代謝產(chǎn)物，不僅會(huì)對(duì)家畜的健康產(chǎn)生不利影響，甚至?xí)?jīng)機(jī)體代謝進(jìn)入人類食品中，如牛奶中的黃曲霉毒素M1。因此在通過(guò)理化性質(zhì)、發(fā)酵指標(biāo)評(píng)價(jià)青貯飼料質(zhì)量的同時(shí)，霉菌、霉菌毒素等生物指標(biāo)也是必要的參數(shù)。霉菌毒素是由真菌產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物，主要包括黃曲霉毒素（AFs）、赭曲霉毒素 A（OTA）、玉米赤霉烯酮（ZEA）、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）、伏馬菌素（FUM）等（Loi等，2017；Gallo 等，2016；Gallo 等，2015；Bennett等，2003）。 其主要存在于谷物、青綠和青貯飼料中，合成受環(huán)境和生理?xiàng)l件的影響（Magan 等，2007；Whitlow 等，2005）。 本文主要對(duì)青貯飼料生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種霉菌、霉菌毒素及其對(duì)反芻動(dòng)物健康的影響，以及預(yù)防措施進(jìn)行綜述，旨在為控制青貯飼料制作和飼喂過(guò)程中霉菌毒素的污染，降低經(jīng)濟(jì)損失提供參考。

1 青貯調(diào)制過(guò)程及不同微生物菌群的作用

標(biāo)準(zhǔn)的青貯生產(chǎn)過(guò)程包括在最適期收割破碎，快速裝填至青貯窖，使用有效的有機(jī)酸及乳酸菌等青貯添加劑，壓實(shí)、覆蓋、貯存等。青貯原料經(jīng)過(guò)這些加工過(guò)程貯到青貯窖之后，在發(fā)酵和貯藏過(guò)程中生理生化和微生物菌群發(fā)生變化。青貯飼料的發(fā)酵過(guò)程包括好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵兩個(gè)過(guò)程，首先是好氧發(fā)酵過(guò)程，好氧菌活動(dòng)加強(qiáng)，氧氣含量逐漸降低；隨后進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵過(guò)程，乳酸菌（LAB）等厭氧菌大量繁殖，pH迅速下降直至穩(wěn)定。有研究表明，良好青貯飼料的制作，其主導(dǎo)發(fā)酵菌為L(zhǎng)AB，可以快速降低pH，有效抑制酵母菌和霉菌的生長(zhǎng)繁殖，有利于青貯飼料的保存，青貯典型的LAB包括乳桿菌屬（Lactobacillus）、乳球菌屬（Lactococcus）、小球菌屬（Pediococcus）、腸球菌屬（Leuconostoc）、明串珠菌屬（Enterococcus）和韋氏菌屬（Weissella）（Bao，2016）。 青貯原料質(zhì)量差和管理疏漏均可能導(dǎo)致微氧耐酸菌和霉菌等有害微生物生長(zhǎng)，最終產(chǎn)生霉菌毒素污染（Scudamore 等 ，1998；Coulombe 等 ，1933）。 玉 柱 等（2004）研究指出，品質(zhì)好的青貯飼料是家畜健康生長(zhǎng)和高生產(chǎn)性能的重要因素，并且貯存后營(yíng)養(yǎng)損失少，發(fā)酵過(guò)程能夠產(chǎn)生芳香味道的有機(jī)酸，不僅能夠提高家畜對(duì)青貯飼料的適口性及采食量，并且各種有機(jī)酸可參與反芻動(dòng)物體內(nèi)化合物代謝，合成乳糖等各種有機(jī)物，進(jìn)而提高家畜畜產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)。

2 青貯飼料中霉菌及其毒素的產(chǎn)生

2.1 青貯飼料中主要霉菌及毒素的種類 無(wú)論飼料是在田間還是在貯存過(guò)程中，霉菌的生長(zhǎng)都是非常普遍的。收獲前感染霉菌毒素，貯藏時(shí)還可能存在，而且在貯藏過(guò)程中經(jīng)常能保持穩(wěn)定存在很長(zhǎng)一段時(shí)間。此外，延遲收獲、放料速度慢、嚙齒動(dòng)物造成的植物損害等都會(huì)為霉菌增殖和霉菌毒素產(chǎn)生創(chuàng)造條件。

青貯飼料中適宜的水分活度、溫度和pH能夠使真菌生長(zhǎng)并促進(jìn)真菌毒素的產(chǎn)生 （Egal等，2005）。其中產(chǎn)毒真菌主要包括曲霉屬、鐮刀菌屬、青霉菌屬、麥角菌屬和內(nèi)生真菌屬等（Richard等，2003；Weidenborner等，2001）。曲霉菌、鐮刀菌和青霉菌是一類會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重危害的產(chǎn)毒真菌屬（Aragon等，2011）。其中曲霉屬真菌主要包括黃曲霉、寄生曲霉、赭曲霉及棒曲霉等，可產(chǎn)生 AFB1、AFB2、AFG1、AFG2、OTA、棒曲霉毒 素 等 （Richard 等 ，2003；Weidenborner 等 ，2001）。鐮刀菌屬真菌主要包括輪狀鐮刀菌、層生鐮刀菌、黃色鐮刀菌、梨孢鐮刀菌及克地鐮刀菌等真菌，可產(chǎn)生 ZEN、DON、T-2、HT-2、蛇形菌素及瓜萎鐮菌醇等 （Richard 等，2003；WeidenbёOrner等，2001）。青霉菌屬真菌主要包括鮮綠青霉、純綠色青霉、桔青霉、婁地青霉、圓弧青霉以及棒形青霉等真菌，可產(chǎn)生OTA、桔霉素、棒曲霉素以及異煙棒曲霉素等 （Richard等，2003；Weidenborner等，2001）。

有研究指出，規(guī)?；翀?chǎng)的青貯窖在開(kāi)窖后15 d，青貯窖的前端和頂部有氧氣進(jìn)入，會(huì)有真菌生長(zhǎng)并且產(chǎn)生AFs（Cavallarin等，2011）。 也有研究發(fā)現(xiàn)，在青貯之前玉米未受到AFB1的污染，而在發(fā)酵后受到AFB1污染的樣品達(dá)17%，其中有67%的青貯玉米超過(guò)了所規(guī)定家畜飼料中AFB1含量的限定標(biāo)準(zhǔn)（20 μg/kg）（Pereyra 等，2008）。除此之外，優(yōu)質(zhì)的青貯還與其在制作時(shí)的緊實(shí)度有密切關(guān)系，當(dāng)緊實(shí)度越高時(shí)，其氧氣含量越低，有助于乳酸菌的快速繁殖和pH的迅速降低，將有效抑制霉菌的生長(zhǎng)，進(jìn)而有效減少霉菌毒素的產(chǎn)生。

2.2 青貯飼料中霉菌毒素的交互作用 近年來(lái)，引起研究者們廣泛關(guān)注的是同一種霉菌會(huì)產(chǎn)生多種霉菌毒素，且同一種毒素可能由不同的霉菌產(chǎn)生。各霉菌毒素間會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的交互作用，這種互作形式包括：接觸多種不同霉菌毒素的受感染動(dòng)物的反應(yīng)與對(duì)單獨(dú)每種霉菌毒素的反應(yīng)的總和相同（累加作用），或其反應(yīng)比對(duì)單獨(dú)每種霉菌毒素的反應(yīng)總和要輕 （拮抗作用）或更嚴(yán)重 （協(xié)同作用），而實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生更多的是累加或協(xié)同作用，較少出現(xiàn)拮抗作用（Diaz，2005）。 因此，防止多種霉菌毒素在青貯中同時(shí)污染尤為重要。

幾種真菌毒素共同出現(xiàn)的情況在飼料中經(jīng)常發(fā)生，如果飼料原料貯存在有利于一種霉菌生長(zhǎng)和產(chǎn)生霉菌毒素的特定條件下，則同樣的條件也適合其他霉菌在該飼料原料中生長(zhǎng)并產(chǎn)生霉菌毒素，這會(huì)導(dǎo)致同一飼料受到來(lái)自不同霉菌的多種霉菌毒素的污染（Diaz，2005）。研究表明，最常見(jiàn)的霉菌毒素組合是DON和ZEN，DON污染被認(rèn)為是其他霉菌毒素污染，特別是鐮刀菌毒素發(fā)生的潛在標(biāo)志物。這些毒素產(chǎn)生后，均能夠在青貯飼料中生存且保持穩(wěn)定，對(duì)動(dòng)物的健康產(chǎn)生巨大威脅（Aragon等，2011）。此外，霉菌毒素的互作除了包括各毒素之間的交互作用，還包括霉菌毒素和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)間的互作、霉菌毒素與傳染性疾病間的互作。

3 霉菌毒素對(duì)反芻動(dòng)物健康的影響

霉菌的生長(zhǎng)會(huì)直接損失飼料中的養(yǎng)分，然后產(chǎn)生對(duì)人類、動(dòng)物和植物具有較大毒性的次級(jí)代謝產(chǎn)物。通過(guò)消化、吸入或皮膚接觸均會(huì)對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生不良反應(yīng)，如降低飼料營(yíng)養(yǎng)水平、影響飼料適口性、減少反芻動(dòng)物采食量、易感染疾病、降低生產(chǎn)性能和生殖能力、免疫抑制和死亡等（Zain，2011；Fink-Gremmels 等，2008；Finkgremmels 等，2007；Whitlow 等，2005；Scudamore 等，1998）。 每年動(dòng)物都要消耗數(shù)百萬(wàn)噸污染了各種霉菌毒素的草料，有些草料，如干草、秸稈或青貯料，在收獲前或貯藏過(guò)程中就感染了真菌。粗飼料是飼喂反芻動(dòng)物最經(jīng)濟(jì)的飼料資源。因此粗飼料中的霉菌毒素污染造成的經(jīng)濟(jì)損失非常嚴(yán)重。

有研究表明奶牛在采食AFB1后，會(huì)迅速吸收進(jìn)入血液，經(jīng)肝臟轉(zhuǎn)化為AFM1，但由于瘤胃對(duì)AFM1的降解率很低，而且瘤胃對(duì)AFs主要的降解產(chǎn)物黃曲霉毒素醇的毒性與原毒素的毒性相似，因此反芻動(dòng)物并不具備有效防止AFs中毒的能力（Driehuis，2013）。ZEN 被采食后，瘤胃微生物將其降解為α-玉米赤霉烯醇，研究表明，其毒性是原毒素的4倍，對(duì)奶牛繁殖性能產(chǎn)生更明顯的影響。DON被采食后，瘤胃微生物會(huì)破壞DON分子氧環(huán)，形成去環(huán)氧脫氧雪腐鐮刀菌烯醇，從而被降解，但有研究顯示該物質(zhì)可能會(huì)被重新氧化為DON，對(duì)蛋白質(zhì)合成產(chǎn)生抑制作用。FB1在瘤胃中代謝極少，被吸收入血造成奶牛生產(chǎn)性能下降，嚴(yán)重?fù)p傷臟器。T-2毒素對(duì)奶牛而言是一種嚴(yán)重的胃腸刺激物，會(huì)導(dǎo)致腸道的出血、壞死，高濃度的T-2會(huì)導(dǎo)致肝臟、肺臟、心臟出現(xiàn)充血或炎癥反應(yīng)。OTA在瘤胃中可轉(zhuǎn)化為赭曲霉毒素-α，后者雖然毒性低，但卻有一定的遺傳毒性。奶牛攝入霉菌毒素污染的飼料后，對(duì)動(dòng)物機(jī)體產(chǎn)生嚴(yán)重的毒性作用，部分還會(huì)經(jīng)奶排出，以及在機(jī)體內(nèi)殘留，對(duì)人類和動(dòng)物健康及食品安全造成嚴(yán)重威脅。尤其是對(duì)瘤胃功能尚不健全的犢牛，微生物區(qū)系不夠穩(wěn)定，對(duì)霉菌毒素的抵抗力較弱，采食霉菌毒素污染的日糧會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重不利影響。

4 青貯飼料受霉菌及其毒素污染的預(yù)防措施

4.1 青貯收獲前田間管理 青貯飼料在收割過(guò)程中易卷入泥土，并且其水分含量大、營(yíng)養(yǎng)豐富，因而在原料收獲、運(yùn)輸、貯藏及飼喂取料等過(guò)程中，均有可能導(dǎo)致霉菌大量繁殖，產(chǎn)生霉菌毒素等有毒代謝產(chǎn)物。一般來(lái)說(shuō)，在水分含量大、極端溫度、濕度、干旱條件、昆蟲(chóng)損害和一些不規(guī)范的田間管理的環(huán)境條件下，將導(dǎo)致霉菌的產(chǎn)生，進(jìn)而引起嚴(yán)重的真菌毒素污染（Teller等，2012；Cotty等，2007；Munkvold，2003；Hussein 等，2001）。 例如，導(dǎo)致黃曲霉毒素積累的主要?dú)夂驐l件是高溫，低降雨和嚴(yán)重干旱；鐮孢菌素通常與低氣溫和高濕度的生長(zhǎng)季節(jié)相關(guān)（Reyneri，2006；Munkvold，2003）。鐮刀菌屬污染通常和溫度較低以及在植物生長(zhǎng)過(guò)程中過(guò)度濕潤(rùn)相關(guān)。因此，霉菌毒素是否達(dá)到或超過(guò)產(chǎn)生危害的濃度，與每年的天氣波動(dòng)直接相關(guān)。在青貯生產(chǎn)過(guò)程中，收獲前環(huán)境變化和田間管理可直接影響霉菌及其毒素污染情況，并且飼料中超過(guò)90%的霉菌毒素產(chǎn)生于田間。因此，避免青貯飼料受到霉菌毒素污染首先應(yīng)注重作物生產(chǎn)的過(guò)程，加強(qiáng)田間管理，對(duì)收獲活動(dòng)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)劃。

4.2 合理使用青貯添加劑 青貯管理不當(dāng)會(huì)引起產(chǎn)毒真菌和霉菌毒素的產(chǎn)生 （Storm等，2008；Fink-Gremmels等，2007；Richard 等，2007）。因此，通常在青貯飼料制作時(shí)添加發(fā)酵劑來(lái)抑制霉菌的生長(zhǎng)和霉菌毒素的污染，酸就是最為常見(jiàn)的青貯飼料添加劑。Virtanen在20世紀(jì)20年代后期提出用無(wú)機(jī)酸保存飼料作物的方法 （AIV青貯法），添加劑由30%鹽酸和40%硫酸按92∶8的比例配制，使用時(shí)加4倍水稀釋，稀釋液按50~60 g/kg鮮草比例添加到青貯料中，可抑制有害微生物如大腸桿菌、酪酸菌的生長(zhǎng)，刺激LAB的生長(zhǎng)，使pH進(jìn)一步下降。乳酸和乙酸對(duì)霉菌的生長(zhǎng)有抑制作用，丙酸和丁酸作為霉菌抑制劑更為有效。青貯生產(chǎn)中可通過(guò)添加有機(jī)酸產(chǎn)生酸性環(huán)境來(lái)促進(jìn)乳酸菌等有益菌的生長(zhǎng)，同時(shí)由于未分解的有機(jī)酸（pH依賴性）有更強(qiáng)的滲透細(xì)胞結(jié)構(gòu)的能力，因此其會(huì)影響霉菌的生長(zhǎng)。

一般情況下，牧草和飼料作物上附著的LAB數(shù)量不足，且多為不良菌種（含異型乳酸菌105cfu/g鮮質(zhì)量)，而且青貯早期LAB繁殖非常緩慢，導(dǎo)致有害微生物增殖，使LAB迅速增殖并占主導(dǎo)地位的有效濃度為105cfu/g鮮質(zhì)量。因此，生產(chǎn)中在青貯時(shí)會(huì)添加LAB，使青貯料快速產(chǎn)生大量乳酸，減少有害微生物的活動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)不同種類LAB在一定的環(huán)境中起不同作用，多類型乳酸菌菌種的配合使用被廣泛應(yīng)用。

此外，還包括許多其他不同作用的青貯飼料發(fā)酵劑。如綠汁發(fā)酵液（PFJ），與乳酸菌活菌制劑類似，其優(yōu)點(diǎn)是制作工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低并且環(huán)保。該方法是在青貯裝填之前將原料鮮草綠汁在厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵，制備綠汁發(fā)酵液，使野生LAB大量繁殖，作用類似乳酸菌添加劑（張?jiān)鲂赖龋?006）。纖維素酶是由真菌或細(xì)菌產(chǎn)生的一種多酶復(fù)合體，是可促進(jìn)發(fā)酵的復(fù)合型制劑。青貯飼料中添加的纖維素酶制劑中包含多種降解細(xì)胞壁的酶組分，其中含有纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、果膠酶及氧化還原酶類。非蛋白氮、氨作為提高玉米青貯品質(zhì)的添加劑，可提高粗蛋白質(zhì)的含量，降低好氧微生物的生長(zhǎng)潛力。氨通常以無(wú)水氨、氨水的形式添加，可增加玉米青貯料的不溶性氮成分。尿素可以增加青貯料的粗蛋白質(zhì)含量，同時(shí)具有較好的防腐作用。

4.3 收獲后管理 青貯貯存后對(duì)真菌和真菌毒素的控制，主要取決于對(duì)貯藏環(huán)境條件的控制（Mansfield 等 ，2008；Mansfield 等 ，2007； Reyneri等，2006）。良好的青貯環(huán)境、快速發(fā)酵和低氧氣環(huán)境等有利條件可減少霉菌生長(zhǎng)和霉菌毒素的污染（Tapiaa 等 ，2015；Johansson 等 ，2010；Mansfield等，2007；Mcdonald 等，1991）。然而在微氧、低 pH的環(huán)境下，有些微生物依然可以生存（Mcdonald等，1991）。因此，對(duì)于青貯飼料受霉菌及其毒素污染的預(yù)防措施應(yīng)該在田間就被采取，且在青貯前和青貯過(guò)程中要有良好的、持續(xù)的青貯管理方法。如在青貯制作完初期，下沉量大，應(yīng)嚴(yán)防透氣、漏水；防止青貯飼料二次發(fā)酵。飼料取樣飼喂時(shí)應(yīng)使用取料機(jī)取料，保持截面整齊，減少空氣進(jìn)入；及時(shí)清理霉變不合格的青貯。

5 小結(jié)

青貯飼料是反芻動(dòng)物日糧的重要組成部分，其在收獲、發(fā)酵以及取用過(guò)程中均有可能受到霉菌毒素的污染，其中主要包括AFB1、ZEA、DON、OTA、FUM等。青貯中真菌及毒素污染不僅會(huì)嚴(yán)重影響飼料適口性，降低其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，還會(huì)對(duì)反芻動(dòng)物健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響，從而降低生產(chǎn)性能。霉菌毒素及其代謝產(chǎn)物也會(huì)出現(xiàn)在動(dòng)物產(chǎn)品中，危害食品安全，對(duì)人類健康產(chǎn)生威脅。深入了解青貯飼料中真菌及其毒素的危害，研究其發(fā)生及發(fā)展規(guī)律，通過(guò)加強(qiáng)青貯前田間管理，嚴(yán)格管控青貯調(diào)制過(guò)程中關(guān)鍵步驟，使用適宜的青貯飼料微生物發(fā)酵劑，并制定快速、合理的毒素分析檢測(cè)手段，對(duì)降低其對(duì)動(dòng)物和人類健康的危害具有重要意義。