奶牛養(yǎng)殖中霉菌毒素的危害和脫毒技術(shù)

史 杰，李炳梅，王永梅，高素敏

1 新鄉(xiāng)市畜產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測檢驗中心，河南新鄉(xiāng) 453003

2 利津縣現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，山東東營 257000

0 引言

霉菌是廣泛存在于自然界中的真菌，種類繁多。一些真菌，如曲霉菌、鐮刀菌和青霉菌等絲狀真菌在生長繁殖過程中遇到外界環(huán)境適宜的溫濕度條件，通過代謝產(chǎn)生霉菌毒素。霉菌毒素是一類低分子質(zhì)量次級代謝產(chǎn)物，具有致癌性、致毒性、致畸性。目前所知，有大約300 種真菌能夠產(chǎn)生有毒害的代謝產(chǎn)物，其中，黃曲霉菌素（Aflatoxin，AF）、伏馬菌素（Fumonisins，F(xiàn)B）、玉米赤霉烯酮菌素（Zearalenone，ZEN）、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（Trichothecenes，DON）、T-2毒素、赭曲霉菌素A（Ochratoxin A，OTA）等是畜牧養(yǎng)殖業(yè)中危害最嚴(yán)重、最常見的霉菌毒素[1]。

飼料霉菌毒素污染是一個全球性的安全問題，全球每年約有25%的谷物受到已知霉菌毒素的污染，約有2%的農(nóng)作物因污染嚴(yán)重而失去營養(yǎng)及經(jīng)濟(jì)價值[2]。我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)中霉菌毒素污染飼料程度也比較嚴(yán)重，新修訂的《GB13078—2017 飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》將上述6 種霉菌毒素列入飼料和飼料原料監(jiān)測指標(biāo)，作為判斷飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。雷元培等[3]2020年，對國內(nèi)各省區(qū)域的玉米、玉米副產(chǎn)物、小麥及麩皮、雜粕和全價飼料樣品進(jìn)行檢測，AFB1檢出率在87.05%～100.00%，ZEN的檢出率在82.79%～100%，DON的檢出率在87.44%～100%；玉米中AFB1污染最嚴(yán)重，玉米副產(chǎn)物中ZEN污染最為嚴(yán)重。與單胃動物相比，反芻動物的飼料及其原料種類多、來源廣泛。農(nóng)作物秸稈、籽粒玉米、小麥、高粱、稻谷、大麥等植物性飼料原料是奶牛的常規(guī)飼料原料，在種植、生長、收獲、加工和儲藏等過程中容易接觸多種霉菌和受到多種霉菌毒素的污染。奶牛采食霉變飼料后，肝腎器官、生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等均會受到霉菌毒素的損傷，奶牛的生產(chǎn)性能和乳品質(zhì)量也會下降。應(yīng)用霉菌毒素脫毒技術(shù)解決霉菌毒素污染，降低其毒性是非常必要的。

1 幾種危害嚴(yán)重的霉菌毒素

1.1 黃曲霉毒素（AF）

AF是由黃曲霉菌、煙曲霉菌和寄生曲霉菌等菌株產(chǎn)生的一類理化特性和化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的次級代謝產(chǎn)物。其化學(xué)結(jié)構(gòu)含一個氧雜萘鄰?fù)ㄏ愣顾兀┖鸵粋€雙呋喃環(huán)，易溶于丙酮和甲醇、氯仿等有機溶劑，不溶于水，遇強堿溶液（pH值9～10）很快分解，但在中性和酸性溶液中比較穩(wěn)定；無嗅、無色、無味。AF主要有B1、B2、G1、G2、M1、M2和毒醇等20 多種類型[4]。不同的AF在紫外線下發(fā)出顏色不同的熒光，其中，AFB1和AFB2（B族AF）呈現(xiàn)藍(lán)色光，AFG1和AFG2（G族AF）呈現(xiàn)綠色光，AFM1和AFM2（M族AF）呈現(xiàn)藍(lán)紫色。在己發(fā)現(xiàn)的霉菌毒素中，AF的致癌性、致毒性、致突變性、致畸性均居首位[5]。1993年，AF被世界衛(wèi)生組織（WHO）癌癥研究機構(gòu)劃定為一類致癌物。其中，以AFB1的致癌性和毒性最強，對敏感動物的半致死量（LD50）為0. 294 mg/kg[6]，因此，通常把AFB1作為檢測動物飼料和食品的主要指標(biāo)?！禛B13078—2017 飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：AFB1在“玉米加紅產(chǎn)品、花生餅”中的最高限量為≤50μg/kg，“其他植物性飼料原料”的最高限量≤30 μg/kg。高溫潮濕的環(huán)境下，AF主要污染玉米及其秸稈、花生秧、花生餅、豆類等飼料原料。

1.2 玉米赤霉烯酮（ZEN）

ZEN最早在赤霉病的玉米作物上發(fā)現(xiàn)，是由木賊鐮刀菌、禾谷鐮刀菌、雪腐鐮刀菌、燕麥鐮刀菌等產(chǎn)生的甾體霉菌毒素，是一種二羥基苯酸的內(nèi)脂結(jié)構(gòu)，化學(xué)結(jié)構(gòu)式為C18H22O5，難溶于水，易溶于堿性溶液，耐120 ℃高溫。由于ZEN通過與雌激素受體（ER）競爭性的結(jié)合，使ER發(fā)生二聚化，進(jìn)而激活雌激素反應(yīng)元件產(chǎn)生擬雌激素效應(yīng)，具有雌激素活性，可引起雌性畜禽發(fā)生雌性激素綜合征，因此，ZEN也是一種主要損害奶牛生殖系統(tǒng)的雌激素霉菌毒素。此外，ZEN還具有DNA損傷毒性、細(xì)胞凋亡毒性、免疫抑制毒性和氧化損害毒性等[7]。鐮刀菌主要存在于霉變的高粱、玉米、小麥和小米等谷物，在適宜的溫濕度下滋生。《GB13078—2017飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定“玉米及其加工產(chǎn)品”最高限量為≤0.5 mg/kg，其他植物性飼料原料最高限量為≤1 mg/kg。

1.3 赭曲霉毒素 A（OTA）

OTA是曲霉屬和青霉屬等產(chǎn)毒真菌的次生代謝產(chǎn)物，無色結(jié)晶化合物，其化學(xué)分子式為C20H18O6NCl，OTA不易降解，穩(wěn)定性強，難溶于水，易溶于有機溶劑，廣泛存在于飼料和飼料原料中，對畜禽肝腎、神經(jīng)和免疫系統(tǒng)均有毒性、致癌、致畸和致突變等危害。異香豆素部分是OTA的主要毒性基團(tuán)，苯丙氨酸部分的羧基和氯基是其毒性的主要原因[8]?！禛B13078—2017 飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定“谷物及其加工產(chǎn)品”和“配合飼料”的最高限量均為≤100 μg/kg。

1.4 脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）

DON化學(xué)名為3A，7A，15-三羥基-12，13-環(huán)氧單端孢霉-9-烯-8-酮，分子式為C15H20O6，屬單端孢霉烯族化合物，是黃色鐮刀菌、禾谷鐮刀菌、燕麥鐮刀菌等產(chǎn)毒真菌的次級代謝產(chǎn)物。DON是一種霉菌毒素，通常由鐮刀菌屬產(chǎn)生，并經(jīng)常在谷物中檢測到。該化合物在高濃度時表現(xiàn)出免疫抑制特性，在低濃度時表現(xiàn)出免疫刺激作用。這種霉菌毒素的其他作用包括下調(diào)參與蛋白質(zhì)合成、增殖、核糖體蛋白質(zhì)和線粒體的基因?！禛B13078—2017 飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定DON“植物性飼料原料”最高限量為≤5 mg/kg和“其他精料補充料、配合飼料”的最高限量均為≤3 mg/kg。

1.5 T-2 毒素

T-2毒素是單端孢霉烯族毒素之一，主要由鐮孢菌屬等多種真菌，為白色針狀結(jié)晶物，易溶于甲醇、乙醇、丙醇等極性溶劑。T-2毒素具有強的細(xì)胞毒性，是A類單端孢霉烯族化合物中毒性最強的一種[9]?！禛B13078—2017 飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定T-2毒素在“植物性飼料原料”最高限量為≤0.5 mg/kg。

1.6 伏馬毒素（FB）

FB由輪狀鐮孢菌、串珠鐮刀菌、多譽鐮刀菌等其他鐮孢菌種產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物，是一類由不同的多氫醇和丙三羧酸組成結(jié)構(gòu)類似的雙酯化合物[10]。已發(fā)現(xiàn)有11 種伏馬毒素，其中，F(xiàn)B1、FB2是污染玉米、小麥和高粱等農(nóng)作物最常見的兩種毒素，在天然污染的玉米中以FB1量最多，約占FB總量的70%[11]?！禛B13078—2017 飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定F（B1＋B2）“玉米及其加工產(chǎn)品、青貯飼料等飼料原料”最高限量為≤60 mg/kg，反芻動物精料補充料最高限量為≤50 mg/kg。

2 霉菌毒素對奶牛養(yǎng)殖業(yè)的危害

奶牛飼料原料中的玉米、小麥、稻谷、作物秸稈、苜蓿等植物性飼料，從田間生長、收割到儲藏、加工各環(huán)節(jié)都存在AF的污染風(fēng)險，并可以感染多種真菌菌株，產(chǎn)生多種霉菌毒素。而多種霉菌毒素通常會產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，從而對動物的免疫和健康造成更嚴(yán)重的毒性影響。一般來說，溫度、干旱、潮濕、蟲害、疾病等可以對植物造成物理損害或干擾植物生長的因素，都可能使作物更易受到AF污染。在氣候方面，干燥和高溫條件有利于AF污染的生長，而溫暖和潮濕條件有利于成熟后的污染。FB、ZEN、T-2、DON容易在田間侵入作物莖葉和籽實；大部分霉菌在溫度20～30 ℃、相對濕度70%～80%環(huán)境中生長滋生，如果儲藏環(huán)境高溫、潮濕和飼料含水量較高，飼料就會發(fā)生霉變。

霉菌毒素破壞飼料營養(yǎng)物質(zhì)，降低其適口性，導(dǎo)致奶牛采食量下降以及出現(xiàn)消化機能和繁殖障礙，影響奶牛泌乳量和乳品質(zhì)。霉菌毒素對動物身體的毒性程度主要取決于毒素的類型、數(shù)量、暴露時間以及動物的健康狀況、性別、年齡、品種和其他因素。長期飼喂低濃度霉變飼料會導(dǎo)致奶牛慢性中毒，造成肝臟損傷，肝臟出血、病變，破壞免疫系統(tǒng)，形成免疫抑制，而飼喂高濃度霉菌毒素則引起急性中毒甚至死亡。奶牛中毒早期的癥狀主要表現(xiàn)為食欲不振、嗜睡、消瘦、血尿、嘔吐、腹瀉。筆者曾解剖數(shù)例中毒死亡的奶牛，發(fā)現(xiàn)多處器官病變，肝臟腫大，外觀色澤發(fā)暗，表面布滿出血點；消化道糜爛出血，真胃內(nèi)淤血、水腫，黏膜大面積潰瘍糜爛，小腸黏膜腫大出血、粘連嚴(yán)重，與車玉媛等[12]的文獻(xiàn)報道一致。

當(dāng)反芻動物攝入AF時，體內(nèi)細(xì)胞DNA和RNA合成并與酶相互作用的能力受到抑制[13]。AF通過破壞瘤胃微生物的生長和功能，降低了奶牛的生產(chǎn)性能[14]。AFB1具有基因毒性、免疫毒性、致畸、致癌、致突變等毒性作用。其毒性機制包括誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、細(xì)胞毒性和DNA損傷。ZEN是一種雌激素性鐮刀菌毒素，被歸類為植物雌激素或真菌雌激素。其化學(xué)結(jié)構(gòu)類似于天然雌激素，允許其與雌激素受體位點結(jié)合，導(dǎo)致雌激素性增強，因此，奶牛ZEN中毒最常導(dǎo)致生殖系統(tǒng)紊亂[15]。Coppock[16]研究發(fā)現(xiàn)，小母牛采食含有1.5 mg /kg ZEN及1.0 mg /kg DON的玉米后，會在2～5 d內(nèi)頻繁發(fā)情，與卵巢周期不同步，母牛在懷孕的第2～3個月也會有行為發(fā)情，即特發(fā)性陰道炎。AF對公牛精子、受精能力和植入前胚胎發(fā)育也有負(fù)面影響。Komsky-Elbaz等[17]報道，AFB1降低了公牛的精子活力，降低質(zhì)膜完整性，同時也降低了精子的線粒體膜電位和DNA完整性。10 μM AFB1可能導(dǎo)致精子中345 個基因的差異表達(dá)，這些基因參與細(xì)胞途徑，如胚胎和胎盤發(fā)育、細(xì)胞周期、DNA修復(fù)、組蛋白修飾和信號通路；也可通過誘導(dǎo)活性氧（ROS）的過量產(chǎn)生，損害卵母細(xì)胞和胚胎的著床前發(fā)育[18]。AFM1是AFB1的羥基化代謝產(chǎn)物，可在奶牛食用污染飼料后在牛奶中檢出。由于AFM1的毒性作用，即使在低濃度下，AFM1也會導(dǎo)致致癌性、致突變性、遺傳毒性、致畸性和免疫抑制。哺乳期奶牛攝入受污染的飼料后，AFB1在肝臟中被部分代謝和生物轉(zhuǎn)化為AFM1，然后被排泄到牛奶中。由于其熱穩(wěn)定性，AFM1不能被普通食品加工程序降解或破壞。因此，牛奶及其乳制品中的AFM1殘留被視為嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題[19]。

3 霉菌毒素脫毒技術(shù)

3.1 物理吸附

在飼料中添加黏土礦物或礦物吸附劑是養(yǎng)殖場和飼料工業(yè)廣泛采用的處理霉變飼料的方法。礦物吸附劑作為一種非營養(yǎng)添加劑添加到動物飼料中，可以防止結(jié)塊形成（抗結(jié)塊劑和凝固劑），結(jié)合或減少霉菌毒素，提高動物的生產(chǎn)性能。礦物吸附劑包括膨潤土、沸石、蒙脫土和水合鋁硅酸鈉鈣鹽，由于其帶負(fù)電荷（比如沸石一種微孔鋁硅酸鹽，是帶負(fù)電荷的礦物質(zhì)之一，能像磁鐵一樣吸吸附帶正電荷的毒物，包括自由基、突變的細(xì)胞、重金屬及其他毒素）和表面積孔隙體積大、較強的膨脹能力和離子交換能力，且可以通過化學(xué)修飾進(jìn)一步提高霉菌毒素的吸附能力，能夠結(jié)合或吸附霉菌毒素到它們的結(jié)構(gòu)空間、外表面和邊緣，以降低接觸霉菌毒素的風(fēng)險，因此在畜牧生產(chǎn)中廣泛使用。然而，這些吸附劑也可能對動物造成不良影響，如飼糧中添加2.5%和5.0%蒙脫石的豬出現(xiàn)了肝臟組織學(xué)變化，包括腫脹、空泡和囊泡變性，且與對照組相比，抗氧化能力、谷胱甘肽過氧化物酶和平均日采食量均受到嚴(yán)重影響[20]。

酵母細(xì)胞壁（YCW）主要成分是碳水化合物，屬于一組低聚糖，主要包括β-葡聚糖和甘露寡糖（MOS）。據(jù)估計，YCW含有85%～90%的寡糖，相當(dāng)于1，3-β-葡聚糖（30%～50%）、1，6-β-葡聚糖的分子（5%～10%）、甘露糖蛋白（30%～40%）和甲殼素（1.5%～6.0%），能夠與特定霉菌毒素（如AF、OTA和ZEN）發(fā)生吸附反應(yīng)，改善畜禽腸道健康，提高生產(chǎn)性能[21]。

3.2 生物降解

生物降解霉菌毒素是一種非?？尚械娘暳蟽艋椒āＮ锢矸椒ê突瘜W(xué)方法在去除霉菌毒素的同時，也可以去除或破壞營養(yǎng)物質(zhì)。近年來，微生物降解技術(shù)因具有高效、低毒、特異性強、不損傷營養(yǎng)物質(zhì)的處理潛力，被廣泛應(yīng)用于食品和飼料行業(yè)。Chen等[22]從自然發(fā)酵泡菜中分離篩選出的淀粉芽孢桿菌（WF2020）在37～45 ℃，pH為8.0環(huán)境下能有效降解1～8μg /mL的AFB1，由于淀粉芽孢桿菌（WF2020）具有合成活性化合物、缺乏毒力基因、對多種抗生素敏感等優(yōu)點，被認(rèn)為是一種潛在的益生菌。Imade等[23]研究了山東玉米地分離的肺炎克雷伯菌GS7-1菌株在ZEN上的降解能力，發(fā)現(xiàn)ZEN去除率隨pH值的增加而增加；當(dāng)pH值從5增加到8時，ZEN去除率從61.3%增加到100%；隨著培養(yǎng)時間的增加，ZEN在96 h時被完全降解，降解效果增加。肺炎克雷伯菌GS7-1降解ZEN的最低和最高溫度分別為28 ℃和60 ℃。此外，菌株GS7-1的發(fā)酵物上清液可以使ZEN含量降低100%。Zheng[24]從驢腸食糜中分離到一株具有較強OTA 解毒能力的糞產(chǎn)堿菌ANSA176，在37 ℃條件下，12 h內(nèi)可將97.43%的1 mg/mL OTA降解為赭曲霉毒素α（OTα），而OTα毒性僅為OTA的1/500。

3.3 化學(xué)脫毒

化學(xué)脫毒方法主要有堿處理法、酸處理法、氨處理法及有機溶劑（如95%乙醇、90%乙酮等）處理法等，是在飼料中添加強酸、強堿或氧化劑使霉菌毒素轉(zhuǎn)化為無毒的物質(zhì)。例如，在室溫下用3～5 mol/L的鹽酸處理AF，可使其減少78.0%和99.6%，在氫氧化鈉溶液中則可以迅速水解生成溶于水的鄰位香豆素鈉鹽，進(jìn)而水洗去除[25]?；瘜W(xué)脫毒方法效果比較明顯，但是其對飼料有腐蝕性，破壞營養(yǎng)成分，降低畜禽的適口性，因此，在實踐中應(yīng)用較少，一般用于嚴(yán)重霉變難以脫毒的飼料。

4 小結(jié)

霉菌毒素是奶牛養(yǎng)殖中威脅飼料安全、奶牛健康和乳品質(zhì)量的重要風(fēng)險因子。目前我國奶牛養(yǎng)殖業(yè)存在霉菌毒素污染飼料的情況比較嚴(yán)重，應(yīng)重視這方面的綜合防控工作，在飼料及飼料原料生產(chǎn)、加工、飼喂等各環(huán)節(jié)預(yù)防霉變發(fā)生，應(yīng)用脫霉技術(shù)最大程度減少霉菌毒素的危害。物理吸附法和生物脫毒法具有獨特的脫毒技術(shù)優(yōu)勢，前景廣闊，值得技術(shù)研究開發(fā)和推廣。