玉米赤霉烯酮脫毒以及植物精油抑菌作用的研究進(jìn)展

周英煥 馮雪蓮 李留安 焦小麗

天津農(nóng)學(xué)院動物科學(xué)與動物醫(yī)學(xué)學(xué)院/天津市農(nóng)業(yè)動物繁育與健康養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津西青300384

1 玉米赤霉烯酮

玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEA），主要由多種鐮刀菌屬物種（如禾谷鐮刀菌，枯萎鐮刀菌和谷物鐮刀菌）通過聚酮化合物途徑進(jìn)行生物合成的一種非甾體類雌激素性霉菌毒素[1]，主要存在于構(gòu)成各種食品和飼料重要組成部分的玉米和其他谷類作物中，能被微生物、植物、動物和人體代謝成許多其他衍生物。由于ZEA 給畜牧生產(chǎn)和食品工業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失，且對人類和動物均具有重大危害。因此迫切需要有效的抑菌降解策略，以確保食品和飼料的安全與保障[2]。

1.1 玉米赤霉烯酮的理化性質(zhì)

Stob 等于1962年首次從玉米中分離得到ZEA，Urry 等于1966年測定確定了ZEA 化學(xué)結(jié)構(gòu)為一種酚的二羥基苯酸內(nèi)酯結(jié)構(gòu)化合物，其化學(xué)名為6-（10-羥基-6-氧基-十一碳烯基）β-雷鎖酸內(nèi)酯。因其具有和β-雌激素類似的酚二羥基內(nèi)酯化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此ZEN 及其不同的代謝物進(jìn)入人和動物體后可競爭性地與機(jī)體內(nèi)的雌激素受體結(jié)合，從而引發(fā)一系列毒性危害[3]。并且ZEA 根據(jù)其內(nèi)酯環(huán)結(jié)構(gòu)中C-1 和C-6 處的官能團(tuán)的不同還具有5種結(jié)構(gòu)衍生物，既可由ZEA 經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化產(chǎn)生也可在自然界中直接產(chǎn)生，其中α-ZOL 和α-ZAL 具有比ZEA 更高的雌激素活性[4]。

ZEA分子式C18H22O5，為白色晶體，可溶于堿性水溶液、苯、醇類、酸類等物質(zhì)，微溶于石油醚，不溶于水、二硫化碳和四氯化碳。ZEA 在236、274、316 nm處有紫外吸收峰，ZEA 甲醇溶液在254 nm 處短紫外光下照射時，呈現(xiàn)綠－藍(lán)色熒光。其內(nèi)酯結(jié)構(gòu)可使ZEA 在堿性環(huán)境條件下自行將酯鍵打開，堿濃度下降時酯鍵又可恢復(fù)[5]。

1.2 玉米赤霉烯酮的毒性危害

ZEA 污染范圍廣泛，在世界各地的谷物以及農(nóng)副產(chǎn)品中都能檢測到ZEA 的存在，我國飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定飼料中ZEA 允許量＜500μg/kg，食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定食品中ZEA限量標(biāo)準(zhǔn)為60μg/kg[6]。

ZEA 在植物中的應(yīng)激作用比天然存在的雌激素強(qiáng)，會導(dǎo)致種子發(fā)芽率顯著降低、葉損傷和產(chǎn)量降低，給種植業(yè)造成巨大損失[7]。體內(nèi)外試驗(yàn)研究表明ZEA 具有生殖毒性、免疫毒性、細(xì)胞毒性、遺傳毒性等，從而導(dǎo)致畜禽繁殖力下降、生產(chǎn)性能降低、免疫抑制等問題，甚至可引起其他疾病的并發(fā)產(chǎn)生[8]。ZEA 隨動物采食經(jīng)其污染的飼料進(jìn)入人和動物體內(nèi)產(chǎn)生雌激素效應(yīng)而發(fā)揮其毒性作用，特別是對于雌性哺乳動物，會影響其乳房發(fā)育、抑制多倍排卵，使其生殖周期紊亂等[9]。

1.3 玉米赤霉烯酮的脫毒方法

由于ZEA 危害人畜健康，對被ZEA 污染的飼料原料、食品等進(jìn)行脫毒降解是研究熱點(diǎn)。目前ZEA脫毒主要有物理、化學(xué)、生物等多種方法。物理和化學(xué)方法存在導(dǎo)致營養(yǎng)素流失或有新的污染物產(chǎn)生等問題，生物法因具有作用效率高、高特異性、脫毒更徹底且安全綠色環(huán)保等特性而成為去除飼料霉菌毒素的首選方法。去除ZEA 有2 種生物策略，一是使用生物真菌毒素吸附劑，如酵母細(xì)胞壁和一些乳酸細(xì)菌菌株，二是使用生物轉(zhuǎn)化劑，如細(xì)菌、酵母菌、真菌和酶，將ZEA 轉(zhuǎn)化成較少或無毒的代謝物[10]。目前要求在營養(yǎng)領(lǐng)域減少使用化學(xué)品作為抗菌劑，防止使用合成抗菌劑而產(chǎn)生耐藥性等問題。從植物中提取物質(zhì)，如水醇提取物或精油，可發(fā)揮抗菌劑的作用，植物精油脫毒具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 植物精油

2.1 植物精油的主要成分及應(yīng)用

植物精油是從芳香植物中提取的具有揮發(fā)性和濃郁香味的脂溶性天然化合物，是植物體次級代謝過程中的副產(chǎn)物，常見的富含精油的植物主要有唇形科、桃金娘科、木蘭科和傘形科等。植物任何器官如葉、芽、花莖、果實(shí)、種子、木材、樹皮和根都可以合成植物精油，并以小液滴的形式儲存在植物表皮細(xì)胞、分泌細(xì)胞、腺毛和植物細(xì)胞壁中[11]，主要通過共水蒸餾、水蒸氣蒸餾、壓榨法等技術(shù)進(jìn)行提取。

植物精油是由酮類、醛類、酯類、醇類、萜類、內(nèi)酯和其他有機(jī)物質(zhì)等20～60 種不同的化合物組成的混合物[12]，因此具有多種功能特性，如抗氧化、抑菌、抗癌抑瘤、保鮮、驅(qū)蚊防蟲等，一直以來被廣泛應(yīng)用于食品、美容、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等其他行業(yè)。自古以來，植物為各種藥物的來源，是一種植物源天然產(chǎn)物中能對抗細(xì)菌、真菌等微生物的可替代化學(xué)抗菌劑的天然抗菌劑。研究表明，植物精油的主要成分包括酚類、萜烯類等可達(dá)85%，其他成分以微量形式存在。植物精油活性主要取決于其成分組成、活性成分中官能團(tuán)以及它們之間的協(xié)同作用。植物精油因酚類、萜烯類和醛酮類化合物而具有較強(qiáng)抑菌活性，醇類、酸類和烴類化合物也起到了一定抑菌作用，其抗菌作用機(jī)制因植物精油種類或所使用的微生物菌株而異[13]。

2.2 植物精油對玉米赤霉烯酮的脫毒作用

研究表明植物精油能殺滅細(xì)菌真菌等微生物，對霉菌毒素有一定的脫毒效果[14-15]。但植物精油對ZEA 的抑菌降解研究較少，Perczak 等[16]研究在溫度、pH 等不同條件下，肉桂、檸檬、迷迭香等植物精油對ZEA 的降解作用，結(jié)果表明精油種類對毒素降低效果有影響，除薰衣草油、百里香油和迷迭香油外，所有精油都能不同程度降低ZEA 的濃度，且精油用量越大，培養(yǎng)時間越長，毒素降解率越高，但受精油種類和濃度影響而不同。其中檸檬精油的脫毒效果較為有效，ZEA 毒素含量在24 h 和72 h 后分別減少了31.93%和46.46%。研究植物精油對小麥中包括ZEA 在內(nèi)的霉菌毒素的抑制降解作用，結(jié)果表明，植物精油抑制鐮刀菌屬真菌的生長，降低了ZEA濃度[17]。

有研究顯示，精油及其成分對病原微生物的抗菌機(jī)理主要是通過破壞微生物細(xì)胞壁或細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、影響菌絲形態(tài)結(jié)構(gòu)、降低或抑制孢子產(chǎn)生和萌發(fā)等途徑達(dá)到抑菌作用，因此植物精油的抗菌活性涉及整個細(xì)菌細(xì)胞的級聯(lián)反應(yīng)[18]。但缺乏有關(guān)精油作為降解因子的作用方式和單一成分發(fā)揮作用的數(shù)據(jù)，尚不能確定其確切作用機(jī)理。有關(guān)植物精油對ZEA 脫毒及精油成分對ZEA 的脫毒機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

3 結(jié) 語

ZEA 是世界范圍內(nèi)污染最廣泛的一種霉菌毒素，對畜禽和人類健康造成巨大危害。傳統(tǒng)的脫毒技術(shù)易破壞營養(yǎng)成分，造成二次污染及產(chǎn)生耐藥性等問題。植物精油作為一種新型冷殺菌技術(shù)，被認(rèn)為是環(huán)境友好型的“綠色農(nóng)藥”，是一種天然抗菌劑，符合人們追求“綠色健康”理念的需要，可降解微生物產(chǎn)生的有害次級衍生物，且對ZEA 有一定的脫毒效果，植物精油作為ZEA 的脫毒劑具有良好的應(yīng)用前景。