霉菌是真菌的一部分,霉菌毒素是霉菌產生的一種具有廣泛化學結構的有毒次級代謝產物,對人和動物具有廣泛的毒性。目前已知能產生霉菌毒素的霉菌有150余種,據估計,世界上每年大約有25%的谷物遭受各種霉菌污染。我國大部分地區,特別是長江以南地區,夏季高溫潮濕,飼料霉變現象非常普遍,飼料在加工、貯運過程中極易受霉菌污染,甚至飼料作物在田間、收獲期間可能已受霉菌污染。霉菌可以在飼料原料或飼料中生長,產生的毒素可引起畜禽生產力下降、繁殖機能障礙,嚴重者可引起死亡。同時,霉菌毒素還可在畜禽產品中殘留,給人類健康安全帶來極大隱患。因此,飼料霉菌毒素污染已成為飼料工業和畜牧業生產中不容忽視的問題。
1 霉菌毒素的產生
影響霉菌產毒的因素主要有飼料的種類、水分及貯存環境等。一般來說,糧谷中以曲霉和青霉最常見,黃曲霉及其毒素在玉米和花生餅中檢出率最高,小麥、玉米和各種秸稈中主要是鐮刀菌及其毒素的污染,而青霉及其毒素主要在大米中出現。一般的飼料原料安全水分含量為:谷實類水分含量不超過14%;大豆、餅粕類小于12%;玉米、麥類等水分含量小于16%,否則極易引起霉菌繁殖產毒。通常來講,不同的環境濕度條件下,霉菌的增殖情況不同。按照霉菌對環境濕度的要求可分為3類:相對濕度小于80%為干生性霉菌;80%~90%為中生性霉菌;90%以上為濕生性霉菌,曲霉、青霉和鐮刀菌屬都為中生性霉菌。
2 霉菌毒素對飼料和飼料原料的污染情況
陳必芳等(1996)通過對飼料霉變情況研究,指出配合飼料霉菌污染率為100%,飼料原料為99%。王若軍等對飼料及飼料原料進行采樣調查,發現黃曲霉毒素、T-2毒素、嘔吐毒素、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素、煙曲霉毒素在被檢飼料和飼料原料中普遍存在,且配合飼料中霉菌毒素的檢出率明顯高于單一能量飼料和蛋白質飼料,檢出率均在90%以上。在被檢飼料和原料中,黃曲霉毒素并非主要的霉菌毒素,嘔吐毒素、煙曲霉毒素和玉米赤霉烯酮的污染最為嚴重,總體來看全價料受多種霉菌毒素污染的危險更大。需要指出的是,評價霉菌對飼料的污染程度主要取決于飼料中霉菌帶菌量,而不是霉菌的檢出率,而評價霉菌對畜禽的危害取決于產毒菌株及毒素含量多少。
3 霉菌毒素的種類以及其對飼料和飼料原料的危害
3.1 黃曲霉毒素(Aflatoxins,AF)
黃曲霉毒素是由黃曲霉和寄生曲霉產生的一類有毒代謝產物,在各種黃曲霉毒素中以黃曲霉毒素B1的毒性和致癌性最強,其次是黃曲霉毒素G1、B2和M1。黃曲霉是污染玉米、棉籽餅(粕) 最嚴重的霉菌。根據黃曲霉毒素的毒性作用,一般可分為急性或亞急性中毒、慢性中毒和致癌性。黃曲霉毒素的靶器官是肝臟。動物生長緩慢是慢性黃曲霉毒素中毒最敏感的臨床癥狀,也是唯一能觀察到的異常表現。關于黃曲霉毒素影響動物生長速度的機理尚不清楚,但也有研究指出,黃曲霉毒素可能干擾體內蛋白質、碳水化合物和脂類的代謝。
3.2 玉米赤霉烯酮(Zearalenone,ZEA)
玉米赤霉烯酮也稱F-2 毒素或F-2 雌性發情毒素。ZEA主要是由禾谷鐮刀菌、黃色鐮刀菌、粉紅鐮刀菌、三線鐮刀菌等多種鐮刀菌產生,主要污染玉米。豬對ZEA 最敏感,主要影響其生殖系統,臨床癥狀表現為,青年母豬陰唇紅腫,進而導致陰道和直腸外翻。一般在生產上可通過采食量下降、體重減輕以及陰唇紅腫等臨床癥狀來定性檢測日糧中是否存在ZEA。青年公豬采食ZEA后出現“雌性化”癥狀,如乳房增大、睪丸萎縮等。ZEA導致成年母綿羊排卵下降、發情周期延長,但對受胎率和死亡率的影響不大。
3.3 單端孢霉毒素(Trichothecenes)
單端孢霉毒素中最重要的是脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(Deoxynivalenol)(又稱嘔吐毒素,DON)和T-2毒素。鐮刀菌屬各產毒菌株都能在農作物及農產品中產生單端孢霉毒素。DON 可顯著影響豬的采食量,日糧中DON含量在1mg/kg 以上時,導致豬采食量、體增重下降且出現嘔吐現象,隨著日糧中DON 含量的增加,采食量逐步下降。研究指出,反芻動物對DON有較強的耐受力。研究發現,給牛飼喂含有0.64mg/kg T-2毒素日糧,20d后引起牛死亡,具有血糞、腸炎及皺胃、瘤胃潰瘍等臨床表現癥狀。T-2可導致豬子宮和卵巢病變,引起不育癥。張曉麗等(2005)指出,在雞日糧中添加一定量的T-2毒素,可引起產蛋量急劇下降、蛋殼變薄、羽毛生長異常和生長減慢。
3.4 赭曲霉毒素(Ochratoxin)
赭曲霉毒素由赭曲霉及鮮綠青霉產生,按化學結構分為A、B、C 3種,其中赭曲霉毒素A(OA)毒性最大,主要靶器官是腎臟,但大劑量時也能使肝臟受到損害。大量研究表明,赭曲霉毒素可引起的主要病變是腎小管上皮損傷和腸道淋巴腺體壞死,損傷禽類法氏囊和腸道淋巴組織,降低抗體產量,影響體液免疫,引起細胞免疫能力下降。
項蘭英等(2003)研究發現,在豬、禽飼料中含有2或接近2μg/kg的赭曲霉毒素就會引起毒副作用。飼料中赭曲霉毒素超過800μg/kg可導致牛的產奶量下降和肝壞死。
3.5 煙曲霉毒素(Fumonis in)
煙曲霉毒素主要由鐮刀菌產生。其中FB1、FB2 和FB3是主要毒素,另外3種毒素產生的量較少。低劑量的FB1引起豬進行性的肝壞死,高劑量導致肝中毒并發急性肺水腫。
4 霉菌毒素限量的相關規定
霉菌毒素不僅僅只存在于飼料中,實際上,飼料中的許多霉菌毒素還能轉移到動物的肉、蛋和奶產品中去。美國聯邦政府有關法律規定,人類消費食品和奶牛飼料中的黃曲霉毒素含量不能超過20μg/kg,人類消費的牛奶中M1的含量不能超過0.5μg/kg,其他動物飼料中的含量不能超過300μg/kg。而DON在豬、犢牛和奶牛中是1mg/kg,在4月齡以上的肉牛是5mg/kg。歐盟于1999年1月1日開始執行的EC No.1525/98法規規定,直接提供給人類食用的食物及組成食品的組分中的黃曲霉毒素B1的含量不能超過2μg/kg,黃曲霉毒素B1、B2、G1、G2的總量不得超過4μg/kg。DON在蛋雞和種雞中的最高限量是1 000μg/kg,肉雞中是1 500μg/kg,豬是500μg/kg,肉牛是1 000μg/kg。日本規定,食品中黃曲霉毒素B1的含量不能超過10μg/kg。
我國GB 2761-81《食品中黃曲霉毒素B1允許量標準》中規定,玉米、花生仁、花生油中不得超過20μg/kg,玉米及花生仁制品(按原料折算)中不得超過20μg/kg,大米、其他食用油中不得超過10μg/kg,其他糧食、豆類、發酵食品中不得超過5μg/kg,嬰兒代乳食品中不得檢出,其他食品可參照以上標準執行;GB 9676-88《牛乳及其制品中黃曲霉毒素M1限量衛生標準》中規定,不得超過0.5μg/kg。
5 去除霉菌毒素的方法
對被霉菌毒素污染的飼料和飼料原料通常用以下方法處理:(1)物理脫毒法;(2)化學脫毒法;(3)中草藥霉菌抑制劑;(4)營養解毒法;(5)添加防霉劑;(6)吸附法等。目前用于霉菌毒素吸附的物質主要有活性炭、鋁硅酸鹽類和有機物類(如酵母細胞壁等)。
5.1 活性碳
Bonna 等在水貂的飼料中分別加入0、34和102μg/kg黃曲霉毒素B1,同時加入1.0%的活性碳,喂養77d,結果顯示在102μg/kg組中,活性碳的加入使水貂的病死率降低了50%,同時活性碳減輕了肝臟損傷的程度。但Piva 對斷奶仔豬的研究發現,1%的活性碳不能有效阻止飼料中30mg/kg的黃曲霉毒素B1。事實上活性碳的選擇性吸附能力較差,在吸附毒素的同時也會吸附營養物質,常被飼料中的某些營養成分飽和后而失去了對毒素的吸附能力。
5.2 鋁硅酸鹽類
鋁硅酸鹽(Aluminosilicate ,簡稱AS)指任何含有Al2O3和SiO2的物質,許多黏土和沸石就屬于鋁硅酸鹽,如沸石、高嶺土、蒙脫石等。關于鋁硅酸鹽對抗霉菌毒素毒性的機理,一般認為是由于鋁硅酸鹽吸附了霉菌毒素并形成了穩定復合物,阻止了霉菌毒素在動物消化道中的吸收,因而減少了進入動物機體內的毒素量,使其毒性減輕或消除。國外大量報道表明,在被黃曲霉毒素污染的畜禽飼料中添加0.5%~2%的水合鋁硅酸鈉鈣,可顯著減輕黃曲霉毒素的有害影響(Harvey,1989;Schcideler,1993)。
5.3 酵母或酵母的細胞壁成分
酵母細胞壁的主要成分包括葡聚糖、甘露聚糖、幾丁質和蛋白質。酵母細胞壁上的多糖、蛋白質和脂類產生的特殊結構,通過氫鍵、離子鍵和疏水作用力對霉菌毒素產生吸附力。β-葡聚糖的主要機能是增強水產動物的特異性免疫系統功能。許第新等將免疫多糖(酵母細胞壁)作為免疫刺激劑注射到克氏原螯蝦體內后,通過定時測定供試蝦血清、肌肉和肝胰腺提取液中的酸性磷酸酶(ACP)、堿性磷酸酶(ALP)和過氧化物酶(POD)的活性,探討了免疫多糖(酵母細胞壁)對克氏原螯蝦的3種免疫相關酶活性的影響。結果表明,克氏原螯蝦經注射免疫多糖(酵母細胞壁)刺激后,肝胰腺中的ACP和ALP活性明顯增加,在注射后72h,ACP活性由對照組的2.79U/100mL提高到9.12U/100mL,ALP活性由3.42U/100mL提高到13.3U/100mL,而在血清和肌肉中ACP和ALP的活性沒有明顯變化。與對照組蝦相比,試驗組蝦的血清、肌肉和肝胰腺提取液中POD活性均沒有明顯變化?;鸫逵⒌妊芯苛私湍付嗵菍︳~類非特異性免疫功能的影響,采用注射和投餌2種方式,即每日以體重的0.5%、1%、1.5%、2%作為多糖的攝入量加入飼料中投喂或以5mg/g體重、10mg/g體重、15mg/g體重、20mg/g體重的劑量進行一次性腹腔注射。分別在試驗后的10d、20d和30d取魚作相應的測定。結果表明,應用投餌飼喂和注射兩種不同的酵母多糖射入方式,均可促進受試魚類血液NBT陽性細胞數量和血清溶菌酶活力顯著上升,所不同的是注射的方式見效快,但持續性和穩定性效果較投餌的方式要差一些。酵母多糖可明顯提高魚類的非特異性免疫功能。陳昌福等將不同劑量的免疫多糖(酵母細胞壁) 拌在飼料中投喂經過接種滅活柱狀嗜纖維菌菌苗的異育銀鯽, 通過測定受免異育銀鯽的凝集抗體效價和血液中白細胞的吞噬活性, 探討了口服免疫多糖(酵母細胞壁) 對受免異育銀鯽免疫應答的調節效應。結果表明, 在飼料中添加定量的免疫多糖(酵母細胞壁), 對受免異育銀鯽的免疫應答具有較強的調節效應,與對照組相比, 不僅試驗組中魚的血清中凝集抗體效價有所提高, 而且血液中白細胞的吞噬百分比(PP) 和吞噬指數(PI) 活性明顯上升。
酵母甘露低聚糖(mannanoligosaccharide,MOS)是酵母細胞壁外包被著的一層膠狀的糖蛋白,從酵母培養物細胞壁中提取的一類新型抗原活性物質。MOS在防止動物霉菌毒素中毒方面,以其添加量少、作用顯著和結合的霉菌毒素范圍廣等特點引起人們的廣泛重視。目前的大量研究表明,甘露低聚糖可以和許多霉菌毒素結合,消除霉菌對機體的影響。Raju等模擬肉雞消化道體外試驗表明,甘露低聚糖對AFB1、F-2毒素、赭曲霉毒素的結合率分別為82.5%、51.6%和26.4%,其中對黃曲霉毒素的結合率取決于pH值、霉素的濃度及所用甘露低聚糖的劑量。之前的研究表明,結合力在pH6.8時比pH4.5時強。甘露低聚糖的添加量在500~1 000mg/kg飼料范圍內結合力呈上升趨勢。對于甘露低聚糖的吸附機理目前還不是很清楚。Trenholm等的體外試驗表明,在pH=4.0條件下,MOS可結合80%的玉米赤霉烯酮,MOS對黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、伏馬毒素和嘔吐毒素的結臺率分別達95%、77%、59%和12%。肉雞黃曲霉毒素中毒癥狀之一是肝臟中膽固醇和脂肪含量顯著升高。在含有黃曲霉毒素的肉雞飼糧中添加MOS,可顯著降低其肝臟中膽固醇和脂肪含量,這說明MOS對黃曲霉毒素具有脫毒作用。Devegowda等在模擬肉雞消化道pH條件下(pH=4.5和6.8)測定添加599mg/kg和1 000mg/kg的MOS對不同濃度黃曲霉毒素B1(AFB1)(250mg/kg 和500mg/kg)的結合能力,結果表明,在pH=4.5時,兩個水平的MOS對AFB 的結合率相似(80%);在pH=6.8時,MOS對AFB1結合率大于80%,且隨添加量的增加而增大。Rsju等通過模擬肉雞消化道理化環境條件,將含MOS和黃曲霉毒素(AF)的飼料在pH=6.5、37℃條件下,溫育3h,發現MOS對黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和赭曲霉毒素的結合率分別為82.5%、51.6% 和26.4%。Mahesh等的體外試驗表明,高劑量添加MOS與硅鋁酸鈣鈉鹽(HSCAS)對家禽飼料中AF的結合力相當(大于80%);在低劑量添加時,MOS比HSCAS的結合力強。Mzali等在種蛋雞產蛋高峰期日糧中添加0.1%和0.2%的MOS和4水平的黃曲霉毒素(1mg/kg、50mg/kg、100mg/kg和200mg/kg),進行了為期4個月的試驗,結果表明,MOS可明顯提高產蛋率和抗體效價,但對孵化率影響不大。sala的體外試驗研究表明,MOS對黃曲霉毒素(B1+B2+Gl+G2)、玉米赤霉烯酮和伏馬毒素等霉菌毒素的結合能力很強,分別為85%、67%和67%;對T-2毒素的結合率為33%;對赭曲霉素、嘔吐毒素、桔青霉素(citrlnin)和蛇形霉素的結合率在12%~18%之間;但對雪腐鐮孢菌烯酮和鐮孢菌酮-X的結合率僅為8%。
Karaman等(2005)評估了酵母葡配甘露聚糖對肉雞黃曲霉毒素中毒的解毒效果,將240只1日齡公肉雞分成6個日糧處理組,即對照組,黃曲霉毒素(AF)處理組,酵母葡配甘露聚糖(YG;0.5g/kg)處理組,AF加YG(0.5g/kg)處理組,YG處理組(1g/kg),和AF加YG(1g/kg)處理組。肉雞3周齡時結束飼喂試驗,每個處理組隨機選取10只肉雞,屠宰進行病理學檢測。結果表明,黃曲霉毒素處理造成肝臟實質細胞和腎臟管狀上皮細胞中度至重度的水腫/脂肪性退化,法氏囊、胸腺和脾臟的小囊損失;在含黃曲霉毒素的日糧中添加0.5和1g/kg的酵母葡配甘露聚糖分別輕度地和中度地減輕了病理變化的嚴重性;與黃曲霉毒素處理組相比,1g/kg酵母葡配甘露聚糖處理組受影響的器官的數量也有下降;結果表明酵母葡配甘露聚糖有效降低了黃曲霉毒素對病理變化的不利影響,而且高濃度的酵母葡配甘露聚糖(1g/kg)比低濃度(0.5g/kg)更有效,并且其本身沒有任何負面影響。
據FAO估計,世界有25%的谷物都感染了霉菌,同時由于霉菌毒素可以滲透至動物產品,如乳產品及母體胎盤,所以動物飼料的霉菌污染就更加可怕,因此研究和開發霉菌毒素吸附劑產品是一件有理論意義和實際價值的工作。由于硅鋁酸鹽類吸附劑僅能吸附一種特定的霉菌毒素(最長見的是黃曲霉毒素),且添加量較大,因此這樣的產品對于分子量和極性變化多樣的霉菌毒素是沒有效果的。在今后的研究中,應通過動物體內、體外試驗,明確酵母細胞壁多糖對霉菌毒素的吸附量及吸附條件;通過模擬動物消化道各段酸、堿環境及物質組成,研究酵母細胞壁多糖-霉菌毒素復合物的穩定性等,借以指導其在飼料生產中的合理利用。
(參考文獻略)