飼料防霉劑和脫霉劑研究進(jìn)展

王孝忠，趙明，熊同舟，余瑞瑤，龔志軍，李祚丹

（宜昌市動物疫病預(yù)防控制中心，湖北宜昌443000）

霉菌和霉菌毒素污染在畜禽飼料中已成為不容忽視的問題。飼料被霉菌污染后質(zhì)量和營養(yǎng)價值降低，霉菌生長繁殖中生成毒素，后者引起畜禽的急性或慢性中毒，阻礙生長發(fā)育，甚至造成死亡；殘留在動物性食品中的霉菌毒素被食入后危害人類健康[1]。韓小敏等調(diào)查飼料原料真菌污染情況，結(jié)果顯示玉米粉100%檢出霉菌，共檢出曲霉菌屬8種、鐮刀菌屬3種、青霉菌屬7種，其中以黃曲霉、串珠鐮刀菌最常見[2]。Shi等研究認(rèn)為，霉菌毒素的主要生成菌主要有曲霉菌屬、鐮刀菌屬、麥角菌屬、鏈格孢屬、青霉菌屬[3]。霉菌毒素是霉菌在污染飼料或谷物后在生長代謝過程中產(chǎn)生的有毒次級產(chǎn)物。全球每年約有25%的谷物受到已知霉菌毒素的污染，約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[4]。目前已報道霉菌毒素有400多種，其中危害較大的是黃曲霉毒素、鐮刀菌素、赭曲霉毒素、麥角毒素和鏈格孢毒素等[3,5]。霉菌在溫度-5～60℃，相對濕度80%以上均能生長，繁殖力強(qiáng)。飼料原料采購、加工、貯存過程中遇高溫高濕環(huán)境，飼料極易霉變產(chǎn)生毒素。為防止飼料霉變，在飼料生產(chǎn)加工過程中適當(dāng)添加防霉劑和脫霉劑，是減少飼料霉變和霉菌毒素危害的重要手段之一。

1 防霉劑

防霉劑是防止飼料因微生物所致霉變或腐敗的物質(zhì)統(tǒng)稱。根據(jù)我國農(nóng)業(yè)部公告第2045號《飼料添加劑目錄（2013）》“第8部分：防腐劑、防霉劑和酸度調(diào)節(jié)劑”和GB/T 36863-2018《混合型飼料添加劑防霉劑通用要求》“附錄A允許使用的防霉劑名單”，我國允許在飼料加工過程中添加的防霉劑有丙酸及丙酸鹽類、甲酸、乙酸及乙酸鹽類、苯甲酸及苯甲酸鈉、山梨酸及山梨酸鹽類。

1.1 丙酸及丙酸鹽類

丙酸為無色液體，具有揮發(fā)性，是目前國內(nèi)外使用最廣泛的防霉劑。丙酸防霉作用機(jī)理：（1）丙酸單分子在霉菌細(xì)胞周圍形成高滲透壓，使霉菌細(xì)胞脫水，而抑制其生長；（2）丙酸解離出H+可穿透霉菌細(xì)胞壁，抑制胞內(nèi)酶活性，阻礙霉菌繁殖。丙酸具有揮發(fā)性，在飼料貯存過程中可揮發(fā)釋放丙酸氣體，包裹于飼料顆粒表面，抑菌均勻，效果顯著。丙酸的揮發(fā)性使其對飼料混合均勻度要求不高，使用量低，見效快。對需氧芽孢桿菌、黃曲霉有較好的抑制作用。缺點也在于其揮發(fā)性，高溫制粒易揮發(fā)，貯存中損耗快，防霉時間短，不便于長期保存。因此，丙酸適用于貯存時間短、周轉(zhuǎn)時間快的飼料產(chǎn)品[6]。丙酸一般使用量為0.3%。

丙酸鹽為白色顆?；蚍勰?，無臭或稍有特殊氣味，易溶于水，包括丙酸鈣、丙酸銨和丙酸鈉。丙酸鹽的有效成分是解離后生成的丙酸分子而非鹽類。丙酸鹽的防霉效果受飼料中水分和pH影響。pH為7時丙酸鹽僅解離出0.8%丙酸分子，當(dāng)pH為4.9時游離丙酸可達(dá)到50%。丙酸鹽的解離后產(chǎn)生大量OH-，形成弱堿環(huán)境，阻礙進(jìn)一步游離丙酸分子的生產(chǎn)。因此，同等劑量的丙酸鹽和丙酸，后者的防霉效果更好。丙酸鹽不具有揮發(fā)性，對飼料混合均勻度要求高，用量大，影響飼料適口性，防霉功能受飼料含水量、pH影響，不能即時起作用。丙酸鹽優(yōu)點在于不揮發(fā)、耐高溫、刺激性小，適合長期貯存的飼料產(chǎn)品。

1.2 甲酸

甲酸為小分子有機(jī)酸，無色透明、有刺激性氣味。相比于常用的有機(jī)酸，甲酸殺菌抑菌能力更優(yōu)。甲酸作為防霉劑使用時，常與其他防霉劑復(fù)配使用。其中甲酸與植酸酶聯(lián)合使用時，具有協(xié)同作用。許懷讓在報道中指出在豬飼料中單獨使用甲酸，豬的日增重較對照組增加10%，單獨使用植酸酶，豬的日增重提高12%，兩者同時添加時，日增重增加達(dá)26%[7]。甲酸性狀與丙酸類似，作為防霉劑，優(yōu)缺點與丙酸近似。甲酸在飼料中添加量一般為0.6%～1.2%。

1.3 乙酸及乙酸鹽類

目前研究最廣泛乙酸及乙酸鹽類防霉劑有脫氧乙酸和雙乙酸鈉。脫氧乙酸為白色或淡黃色結(jié)晶粉末，對光熱穩(wěn)定，是一種廣譜抗菌劑，對細(xì)菌、霉菌和酵母菌均有抑制作用，其中對霉菌的抑制作用最強(qiáng)，在不同pH下均有抗菌作用。

雙乙酸鈉（SDA）為白色晶狀物，易吸潮，150℃以上會分解。SDA是聯(lián)合國FAO/WHO組織推薦用于食品、飼料的防霉劑。SDA在飼料中加入比例在0.1%～1.5%，就可防止飼料霉變，使飼料貯存期延長3個月以上。SDA抑菌的有效成分是乙酸，乙酸分子穿透霉菌、細(xì)菌、酵母等細(xì)胞壁，作用于細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)，使其變性，從而抑制細(xì)胞生長繁殖達(dá)到抑菌作用。黃通旺等研究不同濃度SDA對黑曲霉、煙曲霉等11種霉菌的抑制作用，結(jié)果表明0.5%SDA可基本抑制常見的各種霉菌，0.1%SDA可以完全抑制灰綠曲霉、煙曲霉和白地霉的生長；在SDA添加飼料貯藏試驗中，貯藏70 d后0.1%SDA組霉菌從6.1×103降低到2.1×103，0.25%SDA組霉菌數(shù)降至0.7×103[8]。

1.4 苯甲酸及苯甲酸鈉

苯甲酸為無色或白色針狀或片狀結(jié)晶，微溶于水。是目前使用量最大的防霉劑之一。苯甲酸鈉，白色顆粒或結(jié)晶狀粉末，無臭或微有安息香味，在空氣中穩(wěn)定，易溶于水。

苯甲酸在飼料中的添加量為0.1～0.3 kg·t-1。有效防霉成分為苯甲酸活性分子，防霉作用機(jī)理為苯甲酸活性分子穿透霉菌細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，非選擇性地抑制霉菌細(xì)胞呼吸酶活性和阻礙乙酰輔酶的縮合反應(yīng)，阻斷能量代謝循環(huán)，使代謝受阻，從而有效抑制霉菌生長繁殖。苯甲酸及苯甲酸鈉的優(yōu)點是價格低、易獲取、應(yīng)用效果好、無殘留、毒性小。缺點是對pH要求高，在pH＜4作用效果更好，當(dāng)pH＞4時防霉作用開始減弱，有苦澀不良?xì)馕叮绊戇m口性。

1.5 山梨酸及山梨酸鹽類

山梨酸為白色結(jié)晶粉末或無色針狀結(jié)晶，無味或微有刺激性氣味，溶于水。山梨酸防霉作用機(jī)理：（1）山梨酸進(jìn)入微生物細(xì)胞，與微生物酶系統(tǒng)中巰基結(jié)合，通過破壞酶系統(tǒng)從而達(dá)到防霉作用；（2）山梨酸可在飼料表面形成一層均勻的有機(jī)酸保護(hù)膜，阻止霉菌與飼料接觸。山梨酸優(yōu)點在于對霉菌、酵母菌、需氧菌均有抑制作用。缺點在于山梨酸防霉作用與pH相關(guān)，當(dāng)飼料pH＞7.5時，山梨酸對霉菌幾乎無抑制作用，溶解水中后易氧化，存放在塑料容器中活性易失活。

山梨酸鹽類，多為白色或無色鱗片狀結(jié)晶，無臭或微有臭味，易吸潮，溶于水，在空氣中不穩(wěn)定，易氧化變色。山梨酸和山梨酸鹽可選擇性抑制霉菌生長，對有害霉菌有抑制生長作用，對乳酸菌等有益微生物生長無影響。

2 防霉劑使用

2.1 防霉劑的要求

聯(lián)合國FAO/WHO對防霉劑提出要求有：（1）微量添加，安全，無刺激性，不影響適口性；（2）可溶解至防霉?jié)舛龋唬?）貯存穩(wěn)定，性狀無變化，不破壞飼料營養(yǎng)成分或與其他成分起反應(yīng)；（4）無異味，不影響飼料適口性，如乙酸、丙酸等有機(jī)酸類易揮發(fā)，有刺激性，使飼料產(chǎn)生不適口感，使用相應(yīng)的鹽類或酯類效果更佳；（5）抑霉范圍廣。滿足以上要求的防霉劑是優(yōu)良的防霉劑。同時防霉劑在使用濃度下，無“三致”不良反應(yīng)，無殘留，不會引起動物急、慢性中毒。

2.2 防霉劑的使用

目前防霉劑在飼料加工工藝中的使用方式分為3種，預(yù)混合時添加、混合時添加及包裝袋口使用高劑量防霉劑封口[9]。有研究使用上述3種使用方式在301、302雞顆粒飼料中進(jìn)行試驗，結(jié)果表明，在預(yù)混合階段添加防霉劑的防霉效果最佳[10]。

防霉劑的溶解度、使用方法、飼料的pH環(huán)境、水分含量、環(huán)境溫度、飼料營養(yǎng)成分、飼料霉菌污染程度均影響著防霉劑的使用效果。飼料中是否使用防霉劑或使用量主要由季節(jié)和飼料含水量決定。秋冬干燥、涼爽，飼料含水量＜11%時，一般不使用防霉劑；而水分超過12%就應(yīng)使用防霉劑；當(dāng)在高溫高濕季節(jié)、飼料水分較高、儲存時間長，防霉劑的使用還應(yīng)加倍。

3 脫霉劑

脫霉劑是指一類吸附、清除飼料中霉菌毒素的物質(zhì)總稱。目前，全球僅有歐盟在2010～2012年對霉菌毒素脫毒劑的申報文件做出規(guī)定，增設(shè)了“減少霉菌毒素對飼料污染的物質(zhì)”新飼料添加劑品種，現(xiàn)批準(zhǔn)脫霉劑產(chǎn)品有3種：黃曲霉毒素吸附劑雙八面體蒙脫石、降解單端孢酶烯族毒素的活菌制劑、降解煙曲霉毒素的純酶制劑[11]。我國尚未增設(shè)霉菌毒素脫毒劑添加劑品種和制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，僅有部分具有脫霉劑功能的產(chǎn)品列入《飼料原料目錄》和《飼料添加劑目錄》其他品種中，如蒙脫石列入《飼料原料目錄》“11.1天然礦物質(zhì)”。雖然目前我國未對脫毒劑進(jìn)行立法，但霉菌毒素對谷物和飼料的污染無法避免，必須對被污染的飼料進(jìn)行處理，以降低對動物的危害。目前常見的霉菌毒素脫毒劑有如下幾種：

3.1 活性炭

活性炭是多孔不溶性粉末狀物質(zhì)，比表面積可達(dá)500～3 500 m2·g-1。Avantaggiatto等在體外消化道模型中活性炭對玉米赤霉烯酮（ZEN）、嘔吐毒素（DON）及雪腐鐮刀菌烯醇（NIV）均有理想吸附效率，其中活性炭添加量在2%時，使小腸對ZEN的吸收率從32%降至5%[12]。在體內(nèi)動物試驗中卻呈不同的試驗結(jié)論，由于活性炭不能夠特異性吸附，且易與飼料中營養(yǎng)成分吸附造成飽和吸附[13]。Alegakis等研究發(fā)現(xiàn)土霉素能被活性炭強(qiáng)烈吸附[14]。表明活性炭對霉菌毒素沒有特異性吸附能力。

3.2 硅鋁酸鹽類

沸石、蒙脫石、膨潤土、硅藻土、高嶺土等均屬于天然硅鋁酸鹽物質(zhì)，因為具有較大的比表面積和離子吸附能力，對霉菌毒素有一定的選擇吸附作用而得到廣泛應(yīng)用和研究。沸石結(jié)構(gòu)呈多孔表面，表面積約為1 000 m2·g-1。Kurtbay等研究發(fā)現(xiàn)膨潤土和蒙脫石對酒中赭曲霉毒素（OTA）吸附率為40%～100%[15]。但在實際使用中，天然硅鋁酸鹽類礦物質(zhì)吸附力小、效率低，易吸附飼料營養(yǎng)物質(zhì)。對天然硅鋁酸鹽進(jìn)行改性后可提高對霉菌毒素的選擇性吸附力。如水合硅鋁酸鈉鈣對AFB1有較好的選擇性吸附能力，飼料中添加0.5%的水合硅鋁酸鈉鈣可吸附95.3%～99.1%的AFB1和84%以上的煙曲霉毒素B1。陳峰等報道水合硅鋁酸鈉鈣對黃曲霉毒素B1的吸附試驗，數(shù)據(jù)顯示水合鈉斑脫土對AFB1的吸附能力達(dá)80.83%，而未處理的斑脫土吸附為67.39%[16]。

然而大量研究表明，天然硅鋁酸鹽和水合硅鋁酸鈉鈣僅對AFB1有較強(qiáng)的吸附作用，對其他的霉菌毒素吸附能力不好，包括ZEN、OTA、T-2毒素和DON。Yiannikouris等研究硅鋁酸鹽吸附劑對ZEN、OTA、單端孢類毒素等吸附效果不佳，同時也會吸附飼料中其他營養(yǎng)物質(zhì)[17]。這與硅鋁酸鹽吸附霉菌毒素的作用機(jī)理有關(guān)，蒙脫石、沸石等粘土類吸附劑具有親水性的負(fù)電荷表面，可與帶有極性基團(tuán)的霉菌毒素結(jié)合，如黃曲霉毒素；而ZEN和DON極性不強(qiáng)，不易被這類硅鋁酸鹽脫霉劑吸附。

對硅鋁酸鹽類表面基團(tuán)或電荷進(jìn)行改性或化學(xué)修飾后，形成新的基團(tuán)和化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而改善其對其他霉菌毒素的吸附率。Lemke等在研究蒙脫石對ZEN的吸附試驗中，發(fā)現(xiàn)蒙脫石經(jīng)十六烷基吡啶或十六烷基三甲胺處理后，蒙脫石表面對水的親和力下降，疏水性增強(qiáng)，對疏水性的ZEN具有更高的親和力，極大提高對ZEN的吸附能力[18]。Doll等研究硅鋁酸鹽經(jīng)化學(xué)修飾后，在體外環(huán)境可對ZEN進(jìn)行吸附[19]?？偠灾?，硅鋁酸鹽類對黃曲霉毒素吸附性能良好，經(jīng)過適當(dāng)?shù)母男曰蚧瘜W(xué)修飾，其吸附霉菌毒素能力更加廣泛。但這類脫霉劑始終存在的缺點是對維生素和礦物質(zhì)存在非選擇性吸附。

3.3 生物多糖類

生物多糖脫霉劑是指微生物細(xì)胞壁多糖或從微生物中提取出的多糖。目前常見的生物多糖脫霉劑有酵母、酵母細(xì)胞壁、葡甘露聚糖等。研究表明，酵母可降低AFB1對動物的毒害作用，滅活酵母無明顯解毒作用，而對ZEN具有更強(qiáng)的吸附能力。酵母和酵母細(xì)胞壁均可作為霉菌毒素脫毒劑使用。而酵母細(xì)胞壁對毒素的吸附能力強(qiáng)于酵母細(xì)胞，這表明酵母細(xì)胞壁的特殊結(jié)構(gòu)對霉菌毒素產(chǎn)生吸附力。酵母細(xì)胞壁有多糖、蛋白質(zhì)，通過氫鍵、離子鍵和疏水作用對霉菌毒素產(chǎn)生吸附力，減少毒素在腸道吸收[20]。從酵母細(xì)胞壁中提取的酯化葡甘露聚糖對AFB1、OTA和T-2毒素具有較高吸附能力。葡聚糖分子結(jié)構(gòu)呈螺旋狀，可與多種霉菌毒素形成特異的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，與霉菌毒素緊密結(jié)合，防止被腸道吸收，最終排出體外。Aravind等在日糧中添加0.5%酯化葡聚糖，可以有效降低AFB1、OTA、ZEN和T-2毒素的毒害作用。同時也有報道葡聚糖對FB1吸附能力不高[21]。

3.4 微生物類

微生物脫毒法是利用一些具有特殊功能的微生物或其代謝產(chǎn)生的酶來降解飼料中的霉菌毒素，通過微生物溫和降解霉菌毒素，減少使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿脫毒而破壞飼料營養(yǎng)成分，微生物降解過程，不會帶入有毒有害的化學(xué)物質(zhì)，還能盡可能減少飼料營養(yǎng)物質(zhì)損失[22]。微生物類脫霉劑根據(jù)去除霉菌毒素機(jī)理，又分為吸附類微生物脫毒劑和降解類微生物脫霉劑。

有研究發(fā)現(xiàn)，鼠李糖乳桿菌ATCC53103和鼠李糖乳桿菌DSM-705對AFB1的吸附率達(dá)到80%，經(jīng)乙醇、紫外線、超聲或堿處理殺死乳酸菌-AFB1復(fù)合物中的菌體，都不影響復(fù)合物對AFB1的吸附能力。Miao等從瘤胃中分離出8株乳酸菌均具有吸附ZEN能力，但吸附能力不同[23]。在乳酸菌-AFB1復(fù)合體的研究中，發(fā)現(xiàn)疏水作用在維持復(fù)合體結(jié)構(gòu)中起主要作用，復(fù)合體中的AFB1化學(xué)結(jié)構(gòu)無變化，毒性仍較強(qiáng)。但乳酸菌-AFB1復(fù)合體可阻礙動物機(jī)體吸收黃曲霉毒素，便于毒素排出體外。

Tang等從土壤中分離出一株能夠降解ZEN的不動桿菌屬不動桿菌SM04，并在大腸桿菌和釀酒酵母表達(dá)系統(tǒng)中表達(dá)分離得到降解ZEN的過氧化物酶[24]。有研究從假密環(huán)菌（Armillariella tabescens）中分離出一種可以降解AFB1的脫毒酶，經(jīng)過該酶的處理，樣品中黃曲霉毒素含量明顯減少，黃曲霉毒素?zé)晒馓卣髅黠@減弱，表明該酶通過破壞雙呋喃環(huán)破壞AFB1的毒性[25]。Fuchs等從牛瘤胃分離得到1株厭氧優(yōu)桿菌屬細(xì)菌，可在24～48 h內(nèi)轉(zhuǎn)化DON和其他單端孢霉烯族毒素，減弱毒素毒力，這種降解機(jī)理是通過酶促降解環(huán)氧環(huán)而對DON脫毒的[26]。目前商業(yè)化生產(chǎn)的DON微生物脫毒劑主要成分為牛瘤胃微生物BBSH797。

4 脫霉劑的使用

當(dāng)前應(yīng)用的脫霉劑主要還是以吸附為主，生物多糖類和微生物類脫霉劑的研究也主要集中在酵母、酵母細(xì)胞壁、乳酸菌等菌體對霉菌毒素的吸附作用，對微生物降解脫霉劑的研究較少，這類商品化脫霉劑產(chǎn)品少，脫毒降解機(jī)理尚不明確，使用條件、產(chǎn)品菌數(shù)等均尚不明確。因此，微生物類降解脫霉劑還需要大量的試驗來篩選菌種，研究可行的降解使用方法，運用于生產(chǎn)。

5 小結(jié)

防止霉菌和霉菌毒素的危害最直接方法是防止谷物和飼料霉變，防止飼料原料生產(chǎn)前霉變，控制好飼料加工過程，特別是控制好飼料的水分和高溫制粒的降溫過程；控制好飼料的貯藏和運輸，防止飼料因潮濕、高溫、包裝損壞、溫差、雨淋等引起的霉變。為防止霉變，可在飼料添加《飼料添加劑目錄》“第8部分：防腐劑、防霉劑和酸度調(diào)節(jié)劑”產(chǎn)品。為預(yù)防霉菌毒素危害，可適當(dāng)添加具有脫霉功能同時列入《飼料原料目錄》或《飼料添加劑目錄》的脫霉劑，如蒙脫石、酵母細(xì)胞壁等。