黃曲霉毒素在畜禽養(yǎng)殖中的危害及生物降解的探討

梁樹錦

摘要：目前，已知的霉菌毒素有400多種，對(duì)家畜危害較大的毒素包含嘔吐毒素（DON）、赭曲霉毒素（OTA）等等。黃曲霉毒素（AF）主要是黃曲霉菌、寄生曲霉菌等多種真菌在生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生并分泌的一類次生代謝產(chǎn)物。黃曲霉毒素主要污染玉米、花生、大米、棉籽、高粱等農(nóng)作物，給飼料產(chǎn)業(yè)、食品產(chǎn)業(yè)、畜牧業(yè)帶來巨大的影響。使飼養(yǎng)畜禽的生產(chǎn)性能及人類健康受到嚴(yán)重威脅。目前，黃曲霉毒素的脫毒方法包括物理去毒法、化學(xué)去毒法、生物去毒法，其中，生物去毒法近年來得到了人們廣泛的關(guān)注。文章對(duì)黃曲霉毒素的危害及生物降解的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：黃曲霉毒素；危害；生物酶；生物降解

黃曲霉毒素主要是黃曲霉菌、寄生曲霉菌、赭曲霉菌、特異曲霉菌等多種真菌生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生并分泌的一類結(jié)構(gòu)相似的代謝產(chǎn)物。到目前發(fā)現(xiàn)并能確定結(jié)構(gòu)的種類有B1、B2、G1、G2、M1、M2等近20種。其中，黃曲霉毒素B1是目前發(fā)現(xiàn)的毒性最強(qiáng)的真菌毒素之一，且具有致癌、致畸和致突變性。黃曲霉毒素是二呋喃氧雜萘鄰?fù)难苌?，分子結(jié)構(gòu)由一個(gè)二呋喃環(huán)和一個(gè)氧雜萘鄰?fù)ㄏ愣顾丨h(huán)）組成，M1是黃曲霉毒素B1在體內(nèi)經(jīng)過羥化而衍生成的代謝產(chǎn)物。黃曲霉毒素的主要分子型式含 B1，B2，G1，G2，M1，M2等，前者是毒素的毒性結(jié)構(gòu)，后者與致癌有關(guān)。來自美國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)的統(tǒng)計(jì)顯示，黃曲霉毒素每年至少給美國(guó)畜牧業(yè)帶來10％的經(jīng)濟(jì)損失，主要是由于食用黃曲霉毒素污染的飼料造成的。而生物降解法作為一種安全、高效、環(huán)保的方法，近年來受到人們的廣泛關(guān)注。

1 黃曲霉毒素的危害

黃曲霉毒素對(duì)豬的危害性很大，它主要損害免疫系統(tǒng)。對(duì)肝臟也有損害，主要引起豬肝壞死，導(dǎo)致豬胚胎死亡、豬先天性缺陷、腫瘤，亦可導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)神經(jīng)癥狀。另有研究表明，豬飼料中黃曲霉毒素污染與亞臨床蹄葉炎、卵巢囊腫有直接正相關(guān)。黃曲霉毒素能夠使細(xì)胞周期紊亂，其通過抑制蛋白質(zhì)、脫氧核糖核酸（簡(jiǎn)稱DNA）和核糖核酸（簡(jiǎn)稱RNA）的合成實(shí)現(xiàn)的。黃曲霉毒素還能直接作用于核酸合成酶，抑制信使核糖核酸（mRNA）的合成，進(jìn)一步抑制DNA的合成。研究表明，黃曲霉毒素B1（簡(jiǎn)稱為AFB1）被細(xì)胞色素P450酶氧化成代謝物AFB1-8、9-環(huán)氧化合物，其與鳥嘌呤N7共價(jià)結(jié)合，在目標(biāo)細(xì)胞中形成AFB1-N7-鳥嘌呤化合物，從而使核苷酸上的G 被 T 取代，DNA被修復(fù)、損傷、突變，最后導(dǎo)致癌變。黃曲霉毒素作用的靶器官主要是肝臟。

動(dòng)物采食量、體質(zhì)、發(fā)病率以及繁殖機(jī)能都會(huì)受到黃曲霉毒素的影響，而動(dòng)物食用被黃曲霉污染的飼料或農(nóng)作物發(fā)生中毒的事件時(shí)有發(fā)生。早在1960年英國(guó)發(fā)生的10萬多只火雞死亡的“火雞黃曲霉毒素病”，就是因?yàn)槭秤煤S曲霉毒素的食物引起的。不同的動(dòng)物對(duì)黃曲霉毒素敏感度不同。黃曲霉毒素對(duì)幾乎所有的家禽都有影響，高水平攝入時(shí)可導(dǎo)致死亡，低水平有害。如雞食用黃曲霉毒素能降低其抗應(yīng)激能力，使蛋重減輕，蛋殼不堅(jiān)硬，產(chǎn)蛋量降低。鴨比雞更敏感，特別是雛鴨。霉菌毒素對(duì)豬影響也比較大，若母豬誤食含黃曲霉毒素的食物，會(huì)引起胎兒畸形，降低產(chǎn)仔數(shù)或產(chǎn)死胎等，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致母豬流產(chǎn)，而公豬誤食含黃曲霉毒素的飼料會(huì)出現(xiàn)性欲下降，影響精液質(zhì)量。若是奶牛食用黃曲霉毒素其生產(chǎn)性能和體質(zhì)都會(huì)降低，而且牛奶中的代謝產(chǎn)物黃曲霉毒素M1，直接危害人體健康。雖然肉牛對(duì)黃曲霉毒素的耐受力較豬和家禽高，但采食黃曲霉毒素污染嚴(yán)重的飼料或農(nóng)作物也可導(dǎo)致生長(zhǎng)速度下降，料肉比增高，而犢牛在某些情況下可引起嚴(yán)重的直腸痙攣，脫肛。黃牛急性中毒可導(dǎo)致死亡。

人食用含有黃曲霉毒素的食物或者食用在飼料到動(dòng)物傳遞并不斷濃縮的含黃曲霉毒素的畜產(chǎn)品會(huì)對(duì)健康造成嚴(yán)重的危害。人如果長(zhǎng)期食用含有低水平黃曲霉毒素的食物，會(huì)不同程度的損傷其肝臟，肝臟、腎形礦脈和心臟脂肪過多和嘔吐、腹痛、肺水腫、驚厥痙攣、昏迷、大腦水腫而死亡是黃曲霉毒素中毒綜合病癥的特征。人的年齡、性別、營(yíng)養(yǎng)狀況以及肝炎會(huì)影響對(duì)黃曲霉毒素的敏感度。

2 常見黃曲霉毒素的脫毒方法

目前，市場(chǎng)上常用的降解黃曲霉毒素的方法主要有物理方法、化學(xué)方法和生物方法。

（1）物理去毒法包括水洗法、挑除法、吸附法、加熱法、輻射法等。水洗法是一種經(jīng)濟(jì)安全的方法，黃曲霉毒素不溶于水，所以水洗法不理想，且干燥成本高，而黃曲霉毒素在農(nóng)作物中分布不均勻挑除法作用不明顯，電離輻射技術(shù)是一種有效降解黃曲霉毒素的方法，但強(qiáng)射線會(huì)破壞物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，吸附法在物理法中應(yīng)用最廣泛，較為成熟的一種霉菌毒素去除方法，黃曲霉毒素是剛性共面結(jié)構(gòu)，易被吸附。目前，使用較多的吸附劑主要有礦物吸附劑（水合硅鋁酸鈣鈉鹽、蒙脫石、膨潤(rùn)土、黏土、沸石、活性炭）和酵母細(xì)胞壁提取物。吸附法具有不破壞物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，且毒素在動(dòng)物體內(nèi)不被吸收直接排出體內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)，但效果不穩(wěn)定不徹底，受環(huán)境影響大。

（2）化學(xué)去毒法包括氫氧化鈣、次氯酸、二氧化氯氧化和氨破壞等，可使黃曲霉毒素遭到破壞或鈍化其化學(xué)結(jié)構(gòu)。常用的化學(xué)去毒方法有氨處理、堿處理等。其脫毒效果較好，但化學(xué)物質(zhì)具有一定的腐蝕性會(huì)破壞營(yíng)養(yǎng)成分，成本較高。

（3）生物去毒法包括吸附去毒和降解去毒兩方面。對(duì)毒素具有吸附作用的微生物主要有細(xì)菌和酵母菌，其活性部位都是細(xì)胞壁。較物理化學(xué)方法而言避免了對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的大量損失，又具有解毒效率高，特異性強(qiáng)等，由于吸附過程是可逆的，菌體培養(yǎng)時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)還會(huì)向基質(zhì)中釋放一部分毒素，所以去毒效果不穩(wěn)定。生物降解法的優(yōu)點(diǎn)是高度專一性，不影響食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和口感，而且還能有效避免毒素重生。生物降解法的缺點(diǎn)是在實(shí)際使用中存在一定的局限性，酶的濃度和作用環(huán)境不易控制等。

3 黃曲霉毒素生物降解的研究進(jìn)展

黃曲霉毒素降解菌包括真菌和細(xì)菌兩大類。真菌包括樹狀指孢霉、少根根霉、莖點(diǎn)霉、糙皮側(cè)耳、黑曲霉、假蜜環(huán)菌、綠色木霉、不明毛霉、栓菌屬、米曲霉菌等對(duì)黃曲霉毒素有一定的降解作用，但降解時(shí)間較長(zhǎng)且不完全。能降解黃曲霉毒素的細(xì)菌有類棒菌狀諾卡氏菌、分枝桿菌、紅串紅球菌、嗜麥芽窄食單孢菌、橙紅色黏球菌、施氏假單胞菌、紅色棒狀桿菌屬和枯草芽孢桿菌、克雷伯菌、短波單孢菌、霍氏腸桿菌、短狀桿菌、纖維菌、炭疽芽孢桿菌、蔬菜芽孢桿菌、萎縮芽孢桿菌、彎曲乳桿菌等。

真菌降解黃曲霉毒素的研究國(guó)外較多。劉大嶺等從真菌假密環(huán)菌中提取的粗酶液可使AFB1降解率達(dá)到 80％[3]。李冰篩出一株降解率達(dá)93.28%的黑曲霉[4]，并對(duì)降解條件進(jìn)行了優(yōu)化：5%接種量，發(fā)酵溫度為40℃，pH5.0，轉(zhuǎn)速150 r/min，發(fā)酵時(shí)間72 h且研究證明了活性物質(zhì)主要是來自黑曲霉胞外的代謝產(chǎn)物，說明黑曲霉對(duì)AFB1的降解是降解酶的作用。陳儀本等研究發(fā)現(xiàn)[5]，黑曲霉菌絲體提取物也能夠降解黃曲霉毒素，而且進(jìn)一步研究表明降解過程是酶促反應(yīng)。真菌降解在實(shí)際應(yīng)用較少因其有降解時(shí)間較長(zhǎng)且不完全等缺點(diǎn)。

細(xì)菌解毒作用研究認(rèn)為多源于胞外代謝產(chǎn)物，有報(bào)道黃曲霉毒素被橙色黃桿菌的粗蛋白質(zhì)降解的降解機(jī)理可能是酶促反應(yīng)[2]。國(guó)內(nèi)的對(duì)細(xì)菌降解研究主要是側(cè)重于降解菌株的篩選和菌株的降解能力及條件優(yōu)化。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2006年首先創(chuàng)建了香豆素培養(yǎng)基初步篩選微生物的方法，利用香豆素與黃曲霉毒素化學(xué)結(jié)構(gòu)上的相似性，假設(shè)能夠降解香豆素的菌有可能降解黃曲霉毒素。關(guān)舒、李俊霞等通過以香豆素為唯一碳源及能源初篩、黃曲霉毒素復(fù)篩，從動(dòng)物糞便、發(fā)霉食物、飼料和土壤中分離得到降解活性高于75％的9株菌株：嗜麥芽窄食單孢菌、橙紅色黏球菌、克雷伯氏菌、短波單孢菌、霍氏腸桿菌、短狀桿菌、纖維菌、枯草芽孢桿菌、炭疽芽孢桿菌[6-7]，其中來源馬來貘糞便嗜麥芽窄食單胞菌降解率為82.5％，降解率受溫度和pH的影響，蛋白激酶能抑制毒素降解反應(yīng)，推測(cè)該菌降A(chǔ)FB1成分為酶；陳曉飛等從土壤中篩選出高活性AFB1降解菌[8]，其中，臭假單胞菌和鏈霉菌對(duì)AFB1降解率可達(dá)到65％，厚壁菌對(duì)AFB1的降解率達(dá)到45％以上；張志敏等從秦川牛內(nèi)容物中分離到一株巨大芽孢桿菌降解黃曲霉毒素降解率為79％[9]；李超波從金毛羚牛糞便中篩選出施氏假單胞菌[10]，其降解率高達(dá)90.03%，其活性物質(zhì)主要存在于菌體細(xì)胞，其作用受到溫度、pH值等的影響可能是一種細(xì)胞內(nèi)酶；王燕等從豬腸道內(nèi)容物中用香豆素篩出甲基營(yíng)養(yǎng)型芽孢桿菌[11]，其降解率達(dá)75.25%；崔玉琦從非洲象糞便里篩出芽孢桿菌其降解率達(dá)89.55%。王寧等對(duì)橙紅色黏球菌所產(chǎn)降解黃曲霉毒素的胞外酶進(jìn)行了初步分離純化[12]，研究解毒作用的是一種胞內(nèi)酶。孫玲玉從泰山土壤中分離出高效降解率的泰山枯草芽孢桿菌[13]。計(jì)成等報(bào)道，橙色黃桿菌、分枝桿菌、紅串紅球菌、芽孢桿菌和小諾卡氏菌能降解黃曲霉毒素[1]。

4 黃曲霉毒素降解菌株

許多研究證明了黃曲霉毒素是可以通過酶降解的，能篩選出可有效降解黃曲霉毒素的酶菌株并且能實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)中的應(yīng)用是一個(gè)研究方向（詳見表1）。

5 結(jié)語

黃曲霉毒素污染范圍廣，對(duì)動(dòng)物及人類健康威脅很大，如何有效防控和降低危害是亟待解決的問題。物理法化學(xué)法本身有一些缺陷，而生物降解法有專一性、高效性、安全性的特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。篩選出能產(chǎn)高活性解毒酶的菌株，用生物化學(xué)、分子生物學(xué)及基因工程等手段獲得活性蛋白單一組分，同時(shí)，對(duì)活性組分進(jìn)行基因克隆及序列測(cè)定，并轉(zhuǎn)化到載體中進(jìn)行高效表達(dá)以提高黃曲霉毒素解毒酶產(chǎn)量，開發(fā)出高純度、高活性的新型解毒酶，以及應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)是今后的主要方向。

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