青貯飼料中霉菌毒素的產(chǎn)生、毒性作用及脫毒研究進(jìn)展

沙珊珊， 胡瑋琪， 黃渤舒， 楊玉菊

（哈爾濱學(xué)院食品工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150086）

青貯飼料是厭氧條件下通過(guò)物料中乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生有機(jī)酸，抑制微生物活動(dòng)，從而可長(zhǎng)期保存的青綠飼料。 青貯的主要目的是在貯藏過(guò)程中最大限度地降低營(yíng)養(yǎng)損失， 保留飼料原料中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)， 使其在飼料短缺期間可作為優(yōu)質(zhì)粗飼料提供給反芻動(dòng)物，避免生產(chǎn)的季節(jié)性限制（Driehuis，2015；郭勇慶等，2012）。 近年來(lái)，青貯飼料尤其是全株玉米青貯已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)成為包括奶牛和肉牛等反芻動(dòng)物日糧中最重要的組成部分（Cheli 等，2013）。 高產(chǎn)奶牛的飼料主要由牧草和精飼料組成， 青貯在日糧中所占比例通?？蛇_(dá)到50% ～75%，甚至更高。因而全株玉米青貯對(duì)作為節(jié)糧型畜種的草食性家畜的重要性更加明顯 （趙雪嬌等，2018）。

霉菌毒素是真菌在受到脅迫情況下產(chǎn)生的有毒次級(jí)代謝產(chǎn)物， 目前已發(fā)現(xiàn)有數(shù)百種真菌代謝產(chǎn)物對(duì)人類及動(dòng)物的健康具有毒性作用（Zachariasova 等，2014）。 由于產(chǎn)毒真菌存在的廣泛性，霉菌毒素存在于一系列畜禽飼料中，包括精飼料、青綠飼料、 干草以及青貯飼料中 （Schatzmayr 和Streit，2013）。 目前，大多數(shù)研究主要集中在谷物飼料中霉菌毒素的產(chǎn)生， 而青貯飼料中霉菌毒素污染以及對(duì)反芻動(dòng)物健康的研究相對(duì)較少（Bhat等，2010）。 Ogunade 等（2018）研究表明，青貯飼料中霉菌毒素污染可對(duì)奶牛生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重不利影響。 因此，本文從青貯飼料中霉菌毒素的產(chǎn)生、對(duì)反芻動(dòng)物的毒性作用以及脫毒方法的研究進(jìn)展三個(gè)方面進(jìn)行綜述， 以期為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)青貯飼料提供理論支持。

1 青貯飼料中主要霉菌毒素的產(chǎn)生

1.1 青貯飼料中霉菌的污染及其易感因素 霉菌普遍存在于自然界中， 其中鐮刀菌屬和曲霉屬真菌常附著于生長(zhǎng)中的植物體， 即在青貯飼料原料收獲前便產(chǎn)生了污染（Antonio 等，2015），而部分其他曲霉屬及青霉屬真菌通常在青貯原料貯存加工過(guò)程中產(chǎn)生污染（Alonso 等，2013）。許多常見(jiàn)霉菌并不產(chǎn)生毒素， 霉菌在青貯飼料中存在也并不表明霉菌毒素存在， 環(huán)境和生理?xiàng)l件是影響霉菌毒素產(chǎn)生的最重要因素。 如溫度、 水分活度（AW）和昆蟲活動(dòng)會(huì)直接影響飼料中霉菌毒素的產(chǎn)生， 通常霉菌可以在 10 ～ 40 ℃，pH 4 ～ 8，AW大于 0.7 時(shí)生長(zhǎng)（張適等，2017）。 然而，霉菌生長(zhǎng)和霉菌毒素形成的條件不一定是相同的。 鐮刀菌可以在25 ～30 ℃的情況下迅速生長(zhǎng)而不產(chǎn)生霉菌毒素，而在低溫下，其會(huì)產(chǎn)生大量的霉菌毒素，而生長(zhǎng)量卻很少（Driehuis 等，2017）。 氧化應(yīng)激也常常誘導(dǎo)霉菌毒素產(chǎn)生，這種氧化反應(yīng)，通常是由植物體在受到霉菌感染時(shí)產(chǎn)生過(guò)氧化物而引起，促進(jìn)了霉菌毒素的合成（Nadia，2015）。 在氧氣不受限制的情況下， 霉菌可以在濕飼料如青貯飼料中大量生長(zhǎng)。 在青貯加工過(guò)程中，原料延遲收獲，裝填過(guò)程緩慢，壓實(shí)度或密封不足，取出飼喂過(guò)程過(guò)慢， 覆膜或青貯裹包破損均可以為霉菌增殖和霉菌毒素產(chǎn)生創(chuàng)造有利的微環(huán)境 （Ogunade 等，2018）。 此外，可能導(dǎo)致青貯飼料中霉菌生長(zhǎng)和霉菌毒素產(chǎn)生的因素還包括玉米籽實(shí)破損， 嚙齒動(dòng)物活動(dòng)，雨水、冰雹和干旱對(duì)青貯物料及覆膜的破壞等（Teller 等，2012）。

1.2 青貯飼料中主要霉菌毒素的種類 目前，有超過(guò)400 種存在于自然界中的真菌代謝產(chǎn)物被認(rèn)定對(duì)人類和動(dòng)物的健康有毒害作用， 但只有很少一部分被廣泛研究。 經(jīng)常存在于青貯飼料中的產(chǎn)毒霉菌包括鐮刀菌屬 （Fusarium）、 曲霉屬（Aspergillus）、青霉屬（Penicillium）和鏈格孢屬（Alternaria）真菌（崔世貴等，2012），所產(chǎn)生的主要霉菌毒素包括單端孢霉烯族毒素、伏馬菌素（FUM）、玉米赤霉烯酮（ZEN）、黃曲霉毒素（AFs）、赭曲霉毒素（OT）、藍(lán)酪霉菌毒素、霉酚酸和麥角生物堿等（Schmidt 等，2015）。

1.2.1 鐮刀菌屬真菌所產(chǎn)霉菌毒素 由于鐮刀菌屬真菌能夠在植物生長(zhǎng)和成熟過(guò)程中附著并增殖，因此被稱為田間真菌。其通常生長(zhǎng)在較高濕度（＞70%）和溫度條件下，晝夜溫差大對(duì)其生長(zhǎng)更為有利（Bennett 等，2009）。 由于鐮刀菌屬真菌對(duì)酸性pH 和厭氧條件較為敏感， 因此青貯條件不利于鐮刀菌屬真菌生長(zhǎng)（Uegaki 等，2013）。 但植物在田間生長(zhǎng)過(guò)程中由鐮刀菌產(chǎn)生的毒素， 其結(jié)構(gòu)在青貯過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定，因此，青貯飼料中檢測(cè)到的鐮刀菌毒素濃度通常可反映收獲時(shí)的污染水平（Driehuis 等，2008）。 鐮刀菌屬真菌所產(chǎn)霉菌毒素主要包括單端孢霉烯族毒素、FUM 和ZEN 等。 其中單端孢霉烯族毒素主要由孢子絲核鐮刀菌和梨孢鐮刀菌等真菌產(chǎn)生， 是一類結(jié)構(gòu)相近的倍半萜類環(huán)氧化物， 根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為A 型和B 型，A型主要有T-2 毒素、HT-2、 新茄病鐮刀菌烯醇和蛇形霉素 （DAS），B 型主要有脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）、鐮刀菌酮-X 和雪腐鐮刀菌烯醇（NIV）等（彭杰等，2009）。FUM 主要由黃萎病鐮刀菌、增殖鐮刀菌、 花鐮刀菌和尼加邁鐮刀菌產(chǎn)生， 是由AA 丙氨酸縮合成乙酸衍生的前體合成， 已知超過(guò)28 種不同形式，其中伏馬菌素B1（FB1）被認(rèn)為是毒性最強(qiáng)的鐮刀菌毒素之一 （Yazar 和Omurtay，2008）。 ZEN 是一種大環(huán) β-間苯二酚酸內(nèi)酯，主要由禾谷鐮刀菌、玫瑰鐮刀菌、黃瓜鐮刀菌和克魯克韋倫斯鐮刀菌產(chǎn)生，通常在玉米、大麥和高粱等谷物作物中與 DON 共存（Saeger 等，2003）。

1.2.2 曲霉屬真菌所產(chǎn)霉菌毒素 曲霉屬霉菌被認(rèn)為是倉(cāng)貯真菌， 它們通常不會(huì)在收獲前感染作物。 然而，在高溫（＞32 °C）、高濕度（＞80%）或干旱脅迫情況下， 一些曲霉屬真菌如黃曲霉可感染作物并在田間產(chǎn)生AFs， 昆蟲對(duì)作物的損害也可能導(dǎo)致曲霉屬真菌污染（Pleadin 和 Jelka，2015）。 曲霉屬真菌產(chǎn)霉菌毒素主要包括AFs 和OT。 其中AFs 是一組有毒、致畸和致癌物質(zhì)，是由黃曲霉和寄生曲霉通過(guò)聚酮途徑產(chǎn)生的二呋喃諾香豆素衍生物， 曲霉屬真菌能夠在較寬的溫度和濕度范圍內(nèi)生長(zhǎng)，因此黃曲霉毒素如B1和G1的天然形式，以及它們的二氫衍生物B2和G2廣泛存在于食品和飼料中，AFB1是所有黃曲霉毒素中毒性最強(qiáng)、污染范圍最廣的毒素之一（李俊霞等，2008）。 OT主要是由赭曲霉、 黑曲霉等曲霉屬真菌產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，其中赭曲霉毒素A（OTA）具有致癌、免疫抑制作用，同時(shí)能夠抑制葡萄糖代謝，是赭曲霉毒素中毒性最強(qiáng)的毒素之一 （Yiannikouris 和Jouany，1994）。

1.2.3 青霉屬真菌所產(chǎn)霉菌毒素 青霉屬真菌可以在典型的青貯環(huán)境中生長(zhǎng)， 其水分活度水平（0.79 ～0.83 AW）相對(duì)于其他霉菌更低，并且在低氧濃度（1%）和低 pH（3.0 ～ 6.0）環(huán)境下也能夠生長(zhǎng)。 青霉菌在貯藏期間更為常見(jiàn)， 但它們也可以在田間潮濕條件下在植物上生長(zhǎng) （Nevarez 等，2009）。 產(chǎn)毒菌株包括婁地青霉菌和盤狀青霉菌等，其中婁地青霉菌具有較強(qiáng)的耐酸性，并且在低氧環(huán)境下也能夠生長(zhǎng)，因此又被稱為青貯霉菌，是青貯飼料中最常見(jiàn)的霉菌之一 （O’Brien 等，2006）。 由于婁地青霉菌株的形狀、大小和孢子顏色具有變異性， 根據(jù)毒素類型可分為婁地青霉（I型）和婁地青霉變異菌株（II 型）。 I 型婁地青霉主要產(chǎn)藍(lán)酪霉菌毒素、霉酚酸、羊乳干酪毒素、麥角生物堿等。II 型婁地青霉主要產(chǎn)棒曲霉毒素、霉酚酸和羊乳干酪C 等。 在青貯飼料中，霉酚酸和麥角生物堿是研究最多的青霉菌毒素， 由羅氏青霉菌產(chǎn)生的藍(lán)酪霉菌毒素很少能夠檢測(cè)到（Gallo等，2016）。

2 青貯中主要霉菌毒素對(duì)反芻動(dòng)物健康的影響

2.1 單端孢霉烯族毒素對(duì)反芻動(dòng)物健康的影響研究表明， 反芻動(dòng)物瘤胃微生物對(duì)T-2 毒素和HT-2 均有一定降解作用， 但T-2 毒素仍會(huì)引起動(dòng)物胃腸炎、腸道出血、免疫抑制以及降低反芻動(dòng)物生產(chǎn)性能和繁育等（Li 等，2011）。 犢牛日糧中10000 ～ 50000 μg/kg 的 T-2 毒素會(huì)導(dǎo)致皺胃潰瘍和瘤胃乳頭潰爛 （Cheeke 和 Shu，1990）。 DON會(huì)造成豬等家畜嘔吐，因此又被稱為嘔吐毒素，反芻動(dòng)物相對(duì)單胃動(dòng)物對(duì)DON 有更強(qiáng)的耐受性，但DON 仍會(huì)引起拒食、腹瀉、生殖問(wèn)題甚至死亡。 分別以 66000 μg/kg 或 6400 μg/kg 的劑量將 DON飼喂奶牛5 d 或6 周時(shí)，對(duì)產(chǎn)奶量沒(méi)有影響，但對(duì)瘤胃發(fā)酵及蛋白消化產(chǎn)生了不利影響 （Li 等，2011）。青貯飼料中其他常見(jiàn)的一些單端孢霉烯族毒素，如新茄病鐮刀菌烯醇、DAS、鐮刀菌酮-X 和NIV 等通常只是偶發(fā)性出現(xiàn)， 且大多情況下濃度較低（Wambacq 等，2016）。

2.2 伏馬菌素對(duì)反芻動(dòng)物健康的影響 伏馬菌素的結(jié)構(gòu)式類似于鞘氨醇， 其是神經(jīng)組織中發(fā)現(xiàn)的高濃度鞘脂成分。 FUM 能夠阻斷鞘脂生物合成，從而導(dǎo)致馬的白質(zhì)腦軟化癥、豬的肺水腫以及大鼠、小鼠和兔的肝毒性（Michaelson 等，2016）。對(duì)于反芻動(dòng)物，由于瘤胃可部分降解FUM（降解率達(dá)60% ～90%），因而對(duì)其耐受性較高。 然而研究表明，犢牛飼糧中添加148 mg/kg 總FUM，持續(xù)31 d， 觀察發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)UM 對(duì)犢牛具有腎臟毒性（Osweiler 等，1993）。 Diaz 等（2000）研究表明，荷斯坦牛和娟珊牛從產(chǎn)犢前7 d 到產(chǎn)后70 d 每天飼喂含100 mg/kg FUM 日糧，其產(chǎn)奶量下降。 伏馬菌素通常不經(jīng)牛奶排出，因此對(duì)食品安全威脅較小。 FB1是所有FUM 中毒性最強(qiáng)的組分，具有強(qiáng)致癌性。

2.3 玉米赤霉烯酮對(duì)反芻動(dòng)物健康的影響ZEN 結(jié)構(gòu)與雌激素相似，因而能夠表現(xiàn)出類雌激素的作用。其對(duì)畜禽的影響主要表現(xiàn)在繁殖方面，包括高雌激素、 陰道炎和乳腺腫大等（Marczuk等，2012）。反芻動(dòng)物對(duì)ZEN 的敏感性相比于豬較弱，因?yàn)榱鑫肝⑸?，特別是瘤胃原蟲，可將ZEN轉(zhuǎn)化為它的羥基代謝物α-和β-玉米赤霉烯醇。盡管α-玉米赤霉烯醇相比于ZEN 具有更高的親和力，但雌激素受體在肝臟中吸收率較低，可降低其負(fù)面影響 （Fink-Gremmels 和 Johanna，2008）。生產(chǎn)中針對(duì)毒素ZEN，更多關(guān)注于其在繁殖性能上帶來(lái)的不利影響。

2.4 黃曲霉毒素對(duì)反芻動(dòng)物健康的影響 泌乳奶牛長(zhǎng)期暴露于AFs， 會(huì)造成食欲不振、 共濟(jì)失調(diào)、皮毛粗糙、肝功能損傷、免疫抑制和對(duì)疾病易感性增加等（Ogunade 等，2018）。 在所有 AFs 中，AFB1是污染范圍最廣、毒性最強(qiáng)的毒素，機(jī)體攝入AFB1后， 毒素被細(xì)胞色素P-450 酶代謝成黃曲霉毒素-8，9 環(huán)氧化合物， 該分子毒性極強(qiáng)，具有強(qiáng)致畸、致癌性，并且通過(guò)與DNA 加合而引起染色體損傷。 肝臟中AFB1 的其他代謝產(chǎn)物包括去烷基化形成AFP1， 酮基還原為黃曲霉毒醇，以及羥基化為黃曲霉毒素 M1（AFM1），AFM1同樣具有強(qiáng)致畸、致癌作用（羅自生等，2015）。AFB1在奶牛的乳汁中以AFM1的形式排出， 受污染的牛奶和奶制品對(duì)人類的健康構(gòu)成極大威脅，因而中國(guó)、歐盟及美國(guó)等國(guó)家出臺(tái)了相關(guān)法規(guī)， 對(duì)飼料以及奶制品中黃曲霉毒素的含量進(jìn)行了嚴(yán)格的限制，以保證食品安全。

2.5 赭曲霉毒素對(duì)反芻動(dòng)物健康的影響 OTA在反芻動(dòng)物瘤胃中可迅速降解為毒性較小的衍生物赭曲霉毒素-α （Fink-Gremmels 和 Johanna，2008），從而增加了反芻動(dòng)物對(duì)OTA 的耐受性。然而，其也可能被代謝成赭曲霉毒素C，同樣具有較強(qiáng)毒性。 研究顯示， 在反芻動(dòng)物飼喂高谷物飼料日糧情況下，赭曲霉毒素的生物利用度增加，這可能是由于飼喂高精料日糧導(dǎo)致瘤胃酸度增加所致（pH 5.5 ～ 5.8）。 此外，對(duì)于高產(chǎn)奶牛在采食量較高情況下，瘤胃的解毒能力可能是不足的，在這種情況下，毒素會(huì)導(dǎo)致奶牛生產(chǎn)性能下降，并轉(zhuǎn)移至牛奶中（Yiannikouris 和 Jouany）。

3 青貯中霉菌毒素預(yù)防及脫毒方法

3.1 田間及收獲前管理 田間管理及青貯原料收獲前質(zhì)量控制是確保青貯飼料安全的第一步（Munkvold，2014）。 通過(guò)適當(dāng)?shù)霓r(nóng)藝措施，如使用適合當(dāng)?shù)貤l件和抗真菌感染的品種或雜交品種，同時(shí)對(duì)雜草的適當(dāng)管理、灌溉以防止干旱脅迫、及時(shí)輪作和適當(dāng)施肥、防止昆蟲和鳥類侵襲等措施，能夠減少真菌感染，降低環(huán)境對(duì)植物的脅迫作用，從而減少霉菌毒素的產(chǎn)生（Munkvold，2014）。

3.2 青貯加工及貯存期管理 合理的收獲時(shí)間對(duì)控制青貯原料中霉菌毒素污染水平是很重要的。早期收獲顯著降低了霉菌毒素污染的風(fēng)險(xiǎn)。然而，生產(chǎn)中最適宜的收獲時(shí)間應(yīng)確保最高產(chǎn)量、干物質(zhì)含量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。由于土壤中存在大量鐮刀菌孢子，青貯收割機(jī)的留茬高度應(yīng)設(shè)置為盡量減少土壤污染。此外，原料收獲后應(yīng)立即進(jìn)行貯存，以盡量減少霉菌毒素污染的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)橥七t貯存會(huì)使青貯原料暴露于適宜的溫度和濕度條件下，有利于產(chǎn)毒真菌的生長(zhǎng)以及霉菌毒素產(chǎn)生（Munkvold，2014）。 為了減少或防止青貯飼料中霉菌毒素或有害微生物生長(zhǎng)，青貯原料應(yīng)該在推薦的干物質(zhì)濃度或成熟期收獲，收獲后應(yīng)盡快壓倉(cāng)或裹包以達(dá)到推薦的密度，并完全密封以保持厭氧條件。 青貯飼料的低pH 和青貯過(guò)程中的厭氧條件是抑制腐敗和產(chǎn)毒真菌生長(zhǎng)，減少青貯飼料中霉菌毒素產(chǎn)生最為重要的因素 （Keller 等，2013）。

3.3 霉菌毒素脫毒或解毒策略 霉菌毒素脫毒和解毒的目的是降低霉菌毒素濃度或破壞霉菌毒素分子結(jié)構(gòu)，使其失去生物活性。盡管在生產(chǎn)中采取了預(yù)防和盡量減少霉菌毒素產(chǎn)生的措施， 但尚不能完全控制霉菌毒素產(chǎn)生， 使其濃度降低至安全閾值水平。因此，霉菌毒素脫毒或解毒同樣是保證飼料安全的重要措施。 主要方法有稀釋、吸附劑脫毒、微生物及解毒酶解毒等。 稀釋是指將受污染青貯飼料與其他飼料成分混合，以減少霉菌毒素?cái)z入水平，雖然稀釋的方法能夠有效降低霉菌毒素濃度， 但無(wú)法解決霉菌毒素污染問(wèn)題，因此并不是推薦的策略。飼料中添加非營(yíng)養(yǎng)性霉菌毒素螯合劑是目前生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛、效果最佳的脫毒方法之一， 吸附劑能夠與霉菌毒素結(jié)合，競(jìng)爭(zhēng)性減少腸道對(duì)霉菌毒素的吸收，從而達(dá)到緩解霉菌毒素毒性損傷的效果，生產(chǎn)中常用吸附劑包括蒙脫石、水合硅鋁酸鈣鈉、酵母細(xì)胞壁以及復(fù)合吸附劑產(chǎn)品等（劉瑞麗等，2019）。 微生物及其解毒酶降解霉菌毒素是目前研究的熱點(diǎn)之一，該方法特異性強(qiáng)，安全性高，目前已經(jīng)分離得到包括細(xì)菌、酵母菌、真菌源產(chǎn)生的解毒酶，這將推動(dòng)霉菌毒素生物降解在未來(lái)生產(chǎn)中的應(yīng)用（Kolosova 和 Stroka，2011）。

4 結(jié)論

青貯飼料尤其是全株玉米青貯是反芻動(dòng)物日糧中重要組成部分， 其水分含量高， 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富， 極易引起霉菌及其毒素污染， 對(duì)反芻動(dòng)物生產(chǎn)、食品安全及人類的健康構(gòu)成極大威脅。青貯飼料中霉菌毒素污染可通過(guò)抑制青貯前后霉菌生長(zhǎng)而降低。 因此，適當(dāng)?shù)奶镩g管理、合理的收獲期、快速收獲貯存以及使用有效的化學(xué)或微生物青貯添加劑，同時(shí)加強(qiáng)貯存期青貯窖管理，并在開窖后有氧條件下合理取用對(duì)于減少青貯飼料中的霉菌毒素污染至關(guān)重要，最后采用霉菌毒素脫毒和解毒的方法也是減少和降低霉菌毒素污染的有效措施。