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霉菌毒素吸附剂在动物饲料中应用的研究进展

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霉菌毒素吸附剂在动物饲料中应用的研究进展

发布日期:2018-12-24 作者: 点击:

导读

霉菌毒素是由霉菌产生的一种具有广泛化学结构的有毒次级代谢产物,不论是对人还是动物都具有一定的毒性。受到霉菌污染的饲料如果不经过处理直接饲喂给动物,对动物的健康危害极大,这种危害主要源于霉菌污染饲料后会在适宜的条件下产生霉菌毒素。动物一旦摄入受污染的饲料,极易发生霉菌毒素中毒,甚至会造成肝脏、肾脏等器官的病变,进而影响营养物质的吸收,抑制消化酶的活性,使机体消化代谢机能紊乱,导致日增重下降、饲料转化率降低、对疾病的易感性增高、死亡率增加。此外,饲喂给动物受污染的饲料,会使得某些毒素在动物体内沉积,这种沉积可能通过食物链转移到人的体内,而引起严重的食品安全问题,对人的健康也造成极大的危害。因此,研究饲料的脱霉技术,对畜牧养殖业的健康发展和人类的食品安全意义重大。


1霉菌毒素的种类及其危害

霉菌毒素是霉菌的次级代谢产物,大多是由曲霉菌属(Aspergillus)、青霉菌属(Penicillium)和镰刀菌属(Fusarium)的霉菌产生。目前已发现大约300多种霉菌代谢产物对人和动物有毒性作用,其中在饲料中常见且对动物和人影响较大的霉菌毒素主要有黄曲霉毒素(aflatoxin,AF)、玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)、呕吐毒素(vomitoxin)、伏马毒素(fumonisins,FBs)、赭曲霉毒素(ochratoxin)。


1.1 黄曲霉毒素

黄曲霉毒素(aflatoxin,AF)是黄曲霉、寄生曲霉等产毒菌株的次级代谢产物。黄曲霉毒素通常由含有一个双氢呋喃环和一个氧杂萘邻酮(香豆素)的基本架构单位构成。黄曲霉毒素是一类结构类似的化合物,主要有B1、B2、G1、G2、M1和M2等类型。难溶于水,易溶于甲醇、丙酮和氯仿等有机溶剂,一般在中性溶液中较稳定,但在强酸性溶液中稍有分解,在pH值为9~10的强碱溶液中分解迅速。其中黄曲霉毒素B1是目前发现最有毒性的霉菌毒素,对人有很强的致癌性。黄曲霉毒素的主要靶器官是肝脏,摄入含有过高含量毒素的饲料后可以引发肝癌。唐光波等研究发现TCA循环中的异柠檬酸脱氢酶3ɑ亚基参与了黄曲霉毒素B1对机体的致癌过程。同时黄曲霉毒素还可以引起动物的死胎、畸形及免疫抑制等症状。


1.2 玉米赤霉烯酮

玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)又称F2毒素,是由镰刀菌产生的一种类雌激素样霉菌毒素,其化学名为6-(10羟基-6氧基-十一碳烯基)β-雷锁酸内酯。玉米赤霉烯酮是一种酚的二羟基苯酸的内酯结构,它不溶于水,溶于碱性水溶液、乙醚、苯、氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯和酸类,微溶于石油醚。由于玉米赤霉烯酮是一种内酯的结构,因此在碱性环境的条件下可以将酯键打开,当碱的浓度下降时可将键恢复。ZEN主要影响动物的肝脏功能、繁殖性能及免疫力等。母猪采食被ZEN污染的饲粮时,会出现外阴红肿、发情间隔延长、卵巢萎缩、不能正常排卵及影响胎儿发育等现象。

1.3 呕吐毒素

呕吐毒素(vomitoxin)又称脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON),化学名为3α,7α,15-三羟基-12,13-环氧单端孢霉-9-烯-8-酮,属单端孢霉烯族化合物。由于它能引发母猪拒食和呕吐,将其定名为呕吐毒素。呕吐毒素(DON)主要由禾谷镰刀菌、黄色镰刀菌、燕麦镰刀菌产生。DON易溶于极性的溶剂如水、甲醇、乙醇、乙腈、丙酮和乙酸乙酯,不溶于正己烷、丁醇、石油醚。DON耐热、耐压,在弱酸中不分解,在甲醇中不稳定。动物在食入呕吐毒素后会食欲下降,也会出现皮肤或皮下黏膜发炎、红肿甚至坏死,排血色稀粪,发生免疫抑制,甚至出现神经症状,使怀孕母猪可能出现流产等症状。

1.4 伏马菌素

伏马菌素(fumonisins,FBs)是由轮枝镰刀菌、串珠镰刀菌和层生镰刀菌等所产生的次级代谢产物。伏马毒素分子结构中同时含有氨基和羧基,为多氢醇和丙三羧酸组成的双酯化合物,具有极性,热稳定性高。其易溶于水和甲醇等有机溶剂,不溶于氯仿和己烷等有机溶剂。伏马毒素能引起猪肺水肿以及猪心脏、肝脏及肾脏等器官的损伤等疾病,甚至引起肿瘤发生,人食管癌和神经管型缺陷病也可能与伏马毒素有关,其对畜禽和人的健康造成很大的危害。

1.5 赭曲霉毒素

赭曲霉素的基本化学结构是由异香豆素连接到β-苯基丙氨酸上的衍生物,有A、B、C、D4种化合物。其中赭曲霉毒素A是一种无色结晶化合物,可溶于极性有机溶剂和稀碳酸氢钠溶液,微溶于水。赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)对动物和人类的毒性主要有免疫抑制以及肾脏毒、肝毒、致畸、致癌、致突变等作用。

2霉菌毒素脱毒方法

长期以来,针对饲料的脱霉技术有许多研究,市场上也有许多脱霉产品。总体上来说,饲料脱霉有四大处理方法:物理脱毒法、化学脱毒法、生物脱毒法、复合型脱毒剂脱毒法。


2.1 物理脱毒法

物理脱毒法主要是通过物理的方法除掉霉变饲料中的霉菌毒素,从而不影响饲料的营养价值及动物的正常生长。物理脱毒法主要包括吸附法、剔除法、辐射法及溶剂提取法等。其中,在处理霉变畜禽饲料时,使用最多的方法是吸附法,即在饲料中添加具有吸附霉菌毒素功能的脱霉剂,使霉菌毒素与脱霉剂稳定结合,从动物肠道中排出,从而减少霉菌毒素对动物的危害。目前用于霉菌毒素吸附的物质主要有活性炭、铝硅酸盐类(蒙脱石、沸石粉、膨润土等)和有机物类(如酵母细胞壁多糖等)。吸附法主要依赖电荷、氢键、离子键等进行吸附。其中,活性炭表面积大吸附效率高,但吸附不具有选择性,难以避免吸附饲料中维生素、微量元素等营养物质而使其吸附能力饱和;铝硅酸盐类贵州吸附剂主要针对黄曲霉毒素,吸附效率很高,但对玉米赤霉烯酮及呕吐毒素等吸附效果比较差,但也可通过对其进行改性,从而提高其吸附的广谱性;有机物类吸附剂,比如酵母细胞壁、葡甘露聚糖等可以有效吸附多种霉菌毒素,同时可以刺激机体的免疫系统,阻止霉菌毒素对机体产生的免疫抑制作用等,得到了广泛的应用。


2.2 化学脱毒法

化学脱毒法主要是在饲料中添加一些化学物质达到脱毒的作用。主要包括石灰水浸泡法、氨水去毒法、氧化法、浸提法等。化学脱毒法虽然可以通过添加特定的化学物质对某些霉菌毒素进行化学降解,但添加物也可能破坏饲料中的营养物质,同时饲料中添加剂残留问题及未吸附的霉菌毒素对饲料的适口性、动物的健康仍然存在潜在的巨大危害。因此,化学脱毒法在实际养殖生产中应用较少。


2.3 生物脱毒法

生物脱毒法主要有酶降解法、生物降解法、微生物发酵法。酶降解法主要是用特定毒素的降解酶来降解饲料中的霉菌毒素。但由于酶对温度比较敏感,在饲料高温制粒的过程中容易失活,同时霉菌毒素种类多,所需降解酶系复杂,对酶生产技术要求高,目前酶降解法应用较少。生物降解法主要是通过筛选出可以代谢霉菌毒素的微生物,将其加入到饲料中,动物在采食后,在动物肠道复活,对特定霉菌毒素进行代谢降解,以产生无毒的代谢物排出体外。而微生物发酵法主要是在霉变饲料中接种一定量的微生物使其在适宜的条件下发酵,霉菌毒素在发酵过程中被代谢分解为无毒的产物。


2.4 复合型脱毒剂脱毒法

复合型脱毒剂脱毒法主要是针对单一脱毒法只能对某些特定的毒素进行脱毒同时对霉菌毒素脱毒效率低等问题,而将多种脱毒方法与脱毒功能的原料进行配合使用的脱毒法。比如在饲料中添加防霉剂(丙酸钙)、铝硅酸盐(蒙脱石)、霉菌毒素降解酶、降解型细菌、免疫增强剂(酵母细胞壁多糖)等,通过将这些原料进行合理的复配及工艺处理,可以达到高效、广谱、稳定的脱毒效果。因此,目前市场上及实际生产中应用比较多的脱毒剂为复合型脱毒剂。

3霉菌毒素吸附剂在禽饲料中的应用

家禽饲料的霉菌毒素污染发生率呈增高趋势。黄晓琳等研究发现,采食被霉菌毒素污染的饲料不但会影响鸡的生长性能,也会使得毒素在鸡体内沉积,从而引起食品安全问题。同时饲喂发霉饲料可以降低肉仔鸡的生产性能和消化代谢率,抑制免疫器官的发育,造成肝脏和肠道的损伤。通过添加霉菌毒素吸附剂可在一定程度上有效减少霉菌毒素的危害,其中复合吸附剂组的效果较好。也有研究表明,在霉变饲料中添加复合型霉菌毒素吸附剂厂家、酯化甘露聚糖或者酵母细胞壁可以在一定程度上缓解毒素对肉鸡生长的毒害作用。陈光明等研究结果显示,复合型霉菌毒素吸附剂(主要成分是蒙脱石和酵母细胞壁多糖)缓解毒素对肉鸡生长的影响优于单一添加HSCAS(主要成分蒙脱石)及酵母细胞壁多糖(主要成分β-葡聚糖和甘露寡糖)。朱连勤等研究也表明,在人工感染肉鸡的霉变饲料中添加复方霉菌毒素吸附剂能有效缓解霉变饲料对肉鸡生长、免疫功能及病情的不利影响,同时添加抗氧化剂和免疫增强剂也可减轻霉变饲料的毒性作用。同时在霉变饲料中添加0.2%的复合霉菌毒素吸附剂能显著降低肉鸡血浆GPT、GOT活性以及MDA含量(P<0.05),同时可以显著升高血浆IFN-γ、IL-2、传染性法氏囊以及鸡新城疫抗体含量(P<0.05)。霉菌毒素吸附剂对促进肉鸡增重、降低料肉比均有较好效果。此外,霉菌毒素吸附剂在蛋鸡生产中也有广泛的应用,即在饲粮中添加霉菌毒素吸附剂CZ(钙质蒙脱石)明显提高了产蛋鸡产蛋性能以及增强了产蛋鸡血清抗氧化功能。张军民等在基础日粮中添加0.2%的霉菌毒素吸附剂使蛋鸡产蛋率提高11.22%,与对照组相比差异极显著(P<0.01)。而李俊营等研究发现长期使用霉菌毒素吸附剂对鸡蛋品质有一定影响,主要表现为蛋壳强度和哈氏单位降低。

4霉菌毒素吸附剂在猪饲料中的应用

猪在摄入含有霉菌毒素的饲料后,会严重阻碍其生长,尤其母仔猪对霉菌毒素更敏感。程志斌等研究发现,霉菌毒素吸附剂能部分缓解被玉米赤霉烯酮污染的饲料对断奶仔猪生产性能的危害。同时在被镰刀菌毒素污染饲粮中添加0.2%葡配甘露聚糖(EGM)吸附剂可以改善毒素对仔猪的影响,具有一定的保护效应。高分子葡配甘露聚糖吸附剂可以降低采食受霉菌毒素污染饲料母产死胎的概率。霉菌毒素吸附剂在吸附霉菌毒素的同时也会吸附其他的有害物质,如在大豆蛋白来源日粮中添加改性蒙脱石(MM)可以吸附大豆制品中含有的胰蛋白酶抑制剂(TI),进而可以缓解断奶仔猪腹泻症状,改善肠道发育和菌群组成,提高蛋白利用率并减少氨氮的产生和排出。刘小兰研究发现,饲料中添加脱霉剂能有效地降低料肉比和病亡率,提高血清蛋白含量。杜元杰的研究也表明,在饲料中按2‰的比例添加纯中药颗粒“保肝护肾脱霉素”,可以明显降低保育猪的发病率和死亡率,明显改善保育猪的生产性能。

5霉菌毒素吸附剂在奶牛饲料中的应用

奶牛饲料中粗饲料比例大,而粗饲料容易受霉菌污染,在采食受霉菌毒素污染的饲料后,奶牛的生长受限,同时更严重的是采食的霉菌毒素会向牛奶中转移,致使所产牛奶检测不达标。因此,霉菌毒素吸附剂在奶牛养殖生产中也有广泛的应用。例如,在饲料中添加霉菌毒素吸附剂对降低奶牛乳中黄曲霉毒素M1有一定的作用,并能够提高奶牛产奶量(P<0.05),但对乳成分和其他相关指标无显著影响。王黎文等研究表明,奶牛饲粮中霉菌毒素吸附剂蒙脱石的添加量在0.5%~2.0%之内,奶牛的日均采食量、产奶量与对照组无显著差异(P>0.05)。黄谢江研究也发现通过在日粮中添加一定量的专用霉菌毒素吸附剂可以降低霉菌毒素对奶牛机体的危害作用和其在生奶中的留存残量。

6霉菌毒素吸附剂在饲料工业应用中存在的问题

6.1 霉菌毒素吸附剂对营养物质的吸附

霉菌毒素吸附剂对减缓霉菌毒素对动物的危害方面起到了重大的作用。但无法回避的一个重要问题是霉菌毒素吸附剂在吸附毒素的同时也会对营养物质进行吸附。朱金林等研究结果显示,不同霉菌毒素吸附剂对营养物质的吸附存在较大差异,其中硅铝酸盐类霉菌毒素吸附剂对VB2、Cu2+、Fe2+、Mn2+和Zn2+的吸附率明显高于酵母细胞壁类有机霉菌毒素吸附剂。改性硅铝酸盐霉菌毒素吸附剂在酸性条件下对仔鸡日粮中VB1和VB2均有较强的吸附作用,随着营养物质含量的升高,吸附剂对2种维生素的吸附率呈增加趋势。而迟春艳等研究发现,改性水合硅铝酸盐吸附剂对于脂溶性维生素的体外吸附量较少,对水溶性维生素的体外吸附量较大。同时霉菌毒素吸附剂对维生素的吸附属非选择性吸附。齐德生等研究了膨润土对赖氨酸、VB2的吸附效果,结果显示其在酸性条件下的吸附能力比在碱性条件下高,对赖氨酸吸附量大,而吸附解吸率低。


6.2 霉菌毒素吸附剂暂无统一的评价标准

目前市场上霉菌毒素吸附剂类产品众多,使用效果与其中所含有效成分的特异性吸附有关,但缺乏相对统一的评价标准,致使在实际应用中作用效果千差万别。吸附剂的评价总体上主要分为体外评估和体内评估。体外评估主要包括使用霉菌毒素标准品直接吸附评估法、使用自然霉变饲料进行体外吸附试验以及模拟体内消化环境进行吸附试验等方法。体内评估法主要针对霉菌毒素吸附剂对饲喂霉变饲料动物危害的减轻作用。一般市场上的脱霉剂产品以复配为主,同时含有无机的铝硅酸盐类、有机的酵母细胞壁提取物,也有生物降解型的各种菌制剂等,对其评估难度相对比较大,需要同时结合体内、体外法进行,但体外评估法由于采用不同的体系评估结果不一样,同时体内法评估周期长、成本高。不同方法评估的效果差异大。因此,对于霉菌毒素吸附产品的评价无统一标准是制约霉菌毒素产品使用的一个重要问题,只有建立一套合理的评价标准才能有效评估霉菌毒素吸附剂作用效果。

7小结

总之,霉菌毒素种类繁多,如果不能有效控制其对饲料的污染,容易使动物生长受阻,同时也会存在食品安全隐患等问题。复合型霉菌毒素吸附剂可以解决饲料中霉菌毒素污染问题,使其在饲料工业中得到了广泛应用。但由于目前霉菌毒素吸附剂无统一的评价标准及对营养物质有吸附作用等副作用,致使选择使用何种吸附剂产品具有一定困难。因此,霉菌毒素吸附剂评价标准及对营养物质的吸附等问题有待进一步研究及完善。


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