霉菌毒素吸附剂、防霉剂、抗氧化剂的种类及其质量差异-陈峰104

霉菌毒素吸附剂、防霉剂、抗氧化剂的种类及其质量差异上海交通大学生命科学技术学院陈峰一、霉菌与霉菌毒素对饲料的污染•霉菌污染饲料后可使之饲用价值降低，甚至完全失去商品价值，从而造成经济损失。一、由霉菌引起的饲料的变质，二、因霉菌产生的毒素而引起的动物中毒。三、霉菌毒素通过食物链而对人体产生危害。•霉菌/毒素的危害具有明显的地方性和季节性，饲料往往同时被多种霉菌污染；动物可能一次吞食多种霉菌毒素。•衡量霉菌/毒素对饲料污染严重程度的两个标准：一是饲料中霉菌毒素的含量，一是动物的霉菌毒素中毒频率。二、饲料中常见的霉菌3．1饲料中常见的霉菌•曲霉属（Aspergillus）中的黄曲霉、赭曲霉、杂色曲霉、构巢曲霉、寄生曲霉和烟曲霉等。•青霉属（Penicillium）中的岛青霉、桔青霉、黄绿青霉、红色青霉、扩展青霉、圆弧青霉、纯绿青霉和斜卧青霉等。•镰孢菌属（Fusarium）中的禾谷镰孢菌、三隔镰孢菌、玉米赤霉菌、梨孢镰孢菌、尖孢镰孢菌、雪腐镰孢菌、串珠镰孢菌、拟枝孢镰孢菌、木賊镰孢菌、茄病镰孢菌、粉红镰孢菌等。•麦角菌属（Claviceps）、鹅膏菌属（Amanita）、马鞍菌属（Helvella）和链格孢菌属（Alternaria）等也是较为常见的产毒霉菌。形态各异的霉菌曲霉的分生孢子梗曲霉的分生孢子梗•青霉的分生孢子梗与饲料有关的霉菌的特点•可以在很低的水份含量的物料中生长繁殖。（而细菌、酵母要求较高的水份含量）•最适生长温度范围是28-45度，所以在夏季各种物料都易霉变。•环境湿度的增加，可以使霉菌的生长速度大大提高。•可以抑制霉菌生长，但较难以用化学制剂来杀死霉菌。三、霉菌毒素产生的条件能产生毒素的霉菌可以被称为产毒霉菌，并不是所有霉菌都产生毒素（但即使是不产毒素的真菌在饲料中生长也会造成饲料营养价值的降低），且产毒素霉菌菌种中也只是一部分菌株产生毒素。同一菌株的产毒能力可以表现出可变性与差异性，这与该菌株的生长环境有关，如饲料的营养成份、饲料贮藏的环境等。同一菌种或菌株又往往可以同时产生几种毒素，且同一毒素也可以由几种不同的霉菌产生。3．1温度大多数对饲料有害的产毒霉菌都属于中温型微生物，生长温度4-60℃。产毒霉菌并非在所有适于生长的温度条件下都能产生毒素，如黄曲霉毒素的产生温度为11-37℃，当温度为37℃时只产生黄曲霉毒素B1。3．2湿度相对于细菌而言，霉菌对湿度的要求较低，它们可以在很低的湿度环境中生长。一般而言，饲料中常见的产毒霉菌在越低的湿度中生长越慢，产生毒素也需要有一定的湿度环境。如黄曲霉毒素生成的最低相对湿度为83%，而黄曲霉生长的最低相对湿度为80%（30℃时）。当温度、pH、营养因子等条件较差时，毒素产生的相对湿度则要求更高一些。3.3pH值霉菌可以在比较广泛的pH值范围生长，但毒素产生所需的pH值范围则相对较窄，多数霉菌毒素在酸性pH值范围产生，而这正是饲料pH值的一般范围。与湿度一样，产生毒素所需的pH值范围也受到了营养因子等环境因素的影响。3．4营养因子霉菌生长基质中的各种营养因子可以对霉菌的生长和毒素的产生有影响。如含糖量高或蛋白质含量较高的基质较适于黄曲霉毒素的产生，1%-3%的食盐对黄曲霉毒素的产生有促进作用。饲料中的各种微量元素也对毒素的生成有一定的影响。四、饲料中常见的霉菌毒素•各种霉菌可以产生多达数百种霉菌毒素，对人类危害特别大且污染频率高的霉菌毒素有：–黄曲霉毒素、–赭曲霉毒素A、–玉米赤霉烯酮、–单端孢霉烯族毒素（包括T-2毒素、脱氧雪腐镰刀菌烯醇等）。–杂色曲霉毒素、烟曲霉毒素、展青霉毒素、串珠镰刀菌素、三硝基丙酸4.1黄曲霉毒素•黄曲霉毒素是由黄曲霉和寄生曲霉所产生的一种对人类危害特别大的强烈致癌物质，也是最常见的霉菌毒素。黄曲霉毒素在1961年首次从霉变花生粉中提取出来后，进一步的研究发现了许多黄曲霉毒素的衍生物和相似物，所以它是指一类结构类似的化合物而非一种化合物。黄曲霉毒素是由黄曲霉和寄生曲霉产生的杂环化合物，它的代谢产物主要有B1、B2、G1、G2、M1和M2等类型。黄曲霉毒素耐热，只有通过长时间高温（100—120℃）作用，如高压消毒和灼烧才能使其大部分失活。对强酸和强碱较敏感。在提炼油时，用氢氧化钠萃取游离脂肪酸的工艺可以进一步破坏毒素的活性。•急性中毒：引起肝硬变和肝脏纤维样病变，直至死亡。•慢性中毒：毒素在肝脏、心肌和肌肉中逐渐积累而增强它的毒性。对肝脏的直接损伤可能导致基因畸变，试验结果证明，它们有很强的致癌性，主要是诱发肝癌。•还会诱发肾癌。黄曲霉毒素的致癌性与其它致癌物如二甲基亚硝胺的作用有明显的关系。禽类的黄曲霉中毒症状•主要症状为食欲减退，羽翼下垂，染病后昏睡死亡，死时头脚向后伸。解剖可见肝出血、坏死，肾肿大。在各类黄曲霉毒素中，黄曲霉毒素Ｂ1的毒性最大，其次是M1、G1、M2、B2和G2。黄曲霉是温暖地区常见的占优势的霉菌。黄曲霉和寄生曲霉广泛存在于土壤、灰尘、植物及其果实上。特别是在热带和亚热带的核果类和谷类上更为常见。黄曲霉4.3赭曲霉毒素赭曲霉毒素Ａ是由多种生长在粮食（小麦、玉米、大麦、燕麦、黑麦、大米和黍类等）、花生、蔬菜（豆类）等农作物上的曲霉和青霉产生的。动物摄入了霉变的饲料后，这种毒素也可能出现在猪和母鸡等的肉中。这种毒素主要是引起肾脏损伤，大量的毒素也可能引起动物的肠黏膜炎症和坏死。还在动物试验中观察到它的致畸作用。有些种类的镰刀菌能在各种粮食中生长并能产生有毒的代谢产物，如玉米赤霉烯酮、串珠镰刀菌素Ｃ和单端孢霉素类等。镰刀菌能在1—39℃的温度范围内生长，最适温度为25—30℃（28℃），最适产毒温度通常在8—12℃之间。玉米赤霉烯酮可使猪发生雌性激素亢进症。4.4镰刀菌毒素呕吐毒素•属于单端孢霉烯族类毒素•急性中毒：单端孢霉素类则阻碍蛋白质合成而引起动物呕吐、腹泻和拒食。动物主要表现为站立不稳、反应迟钝、竖毛、食欲下降、呕吐等，严重者可造成死亡。其中猪对呕吐毒素最敏感，半致死剂量为0.1mg/kg。•慢性中毒：体重减轻、肝脏损伤和肝肿瘤，对动物睾丸、子宫、肾也有损害。•对动物生殖的影响：含呕吐毒素的饲料喂饲料母鸡，母鸡下蛋孵出的小鸡有卵黄囊异常、泄殖腔闭锁、骨化延迟、心脏发育异常等。五、霉菌毒素的检测第一类是理化检测方法，如薄层层析色谱法、气相色谱法、液相色谱法、毛细管电泳法、液质联用、气质联用等；第二类是生物活性检测法，如皮肤毒性试验、种子发芽试验、体外细胞毒性多通道评估法、生物传感器法等；第三类是代谢物检测法，如测定动物尿液中的二氢鞘氨醇法；第四类是免疫化学检测方法，如ELISA方法等。或是以上方法的联合使用。饲料中霉菌毒素的检测方法大致可以分为几类：六、霉菌/毒素的控制•饲料中霉菌毒素的控制可以从多种途径进行，如控制好饲料的原料质量，防止饲料原料如玉米在生产前就霉变；控制好饲料的加工过程，特别是控制好饲料的水分及高温制粒后的降温过程；控制好饲料的贮藏和运输，防止饲料因潮湿、高温、包装损坏、昼夜温差太大、雨淋等因素而霉变；在饲料中加入足量的防霉剂；在饲料中加入霉菌毒素解毒/吸附剂预防或清除毒素。6．1防霉剂：防止霉菌的生长•中国农业部允许使用的饲料防霉剂品种有十几种。丙酸及丙酸盐是目前国内及国际最常用的饲料防霉剂，对人体无毒性，对各类霉菌、芽胞杆菌及革兰氏阴性杆菌有较强的抑制作用；在较高的pH的介质中仍具有较强的抑菌作用。•防霉剂不能去除饲料及其原料中已经产生的霉菌毒素。丙酸•鉴别方法：取1ml样品，加3滴硫酸及1ml乙醇，加热反应，有芳香味产生。丙酸钙•鉴别方法：取试样0.5g,溶于5ml水中，加硫酸5ml，加热时应逸出丙酸的特异气味。（丙酸盐）•取试样0.5g,溶于5ml水中，加草酸溶液即产生白色沉淀，分离出来的沉淀不溶于乙酸，但溶于盐酸。（钙盐）丙酸钠•鉴别方法：取试样0.5g,溶于5ml水中，加硫酸5ml，加热时应逸出丙酸的特异气味。（丙酸盐）•取试样0.5g，溶于10ml水中，取此液数滴，加入乙酸氧铀锌溶液数滴，即产生黄色沉淀。（钠盐）双乙酸钠•鉴别方法：取1ml试样，加NaOH溶液中和并加三氯化铁溶液即呈深红色，煮沸，即发生红棕色沉淀，再加盐酸，则溶解成黄色溶液。（乙酸）•取试样0.5g，溶于10ml水中，取此液数滴，加入乙酸氧铀锌溶液数滴，即产生黄色沉淀。（钠盐）防霉剂的防霉机理•防霉剂可以改变环境的酸碱度，从而使休眠状态的霉菌孢子不能发芽。•防霉剂可以对某些霉菌的代谢功能产生抑制，从而霉菌生长速度放慢。复合饲料防霉剂的特点1)每种单一的化合物都只能对某几种或几类霉菌有效，即它的抑菌谱都是有限的，所以复合型的防霉剂可以得到更广泛的抑菌谱。霉菌种类集合化学品A化学品B化学品C复合饲料防霉剂的特点2)我国饲料生产特点：饲料生产使用周期比较长，各地温度湿度差异大，这决定了国内外厂商对防霉剂的侧重点不同。复合饲料防霉剂的特点3)丙酸盐与丙酸是目前市场的主流产品，其中丙酸盐比丙酸挥发慢，可以在饲料中作用更长时间。4)丙酸扩散性与挥发性好于丙酸盐，在饲料贮存前期作用效果好于丙酸盐。6．2去除霉菌毒素的几种方法•有多种物理、化学和生物学的方法可用来降解或吸附饲料中的霉菌毒素，从而防止毒素对饲养动物的危害，但大多数方法无法在饲料中大量、有效并低成本地实现。下列方法可以用来减轻或防止霉菌毒素的毒害作用：1）混合稀释法：•将霉变饲料与未霉变饲料进行简单地混合，以降低饲料中霉菌毒素浓度。•该方法虽然操作简单，成本低，但未从根本上解决问题，由于饲料中的毒素依然存在，仍可被动物吸收，所以可能导致毒素在动物体内的积累进而危害人类健康。2）化学降解法：•采用氢氧化钠、氨、次氯酸钠、氯气等化学物质对霉变饲料进行处理，使毒素分解，以降低毒性。•该方法缺点是成本较高，操作困难，特别是在处理时营养物质会被破坏而使饲料的营养价值和适口性降低，因此无法在饲料的生产中采用。3）微生物降解法：•有一些特定的微生物可以降解霉变饲料中的霉菌毒素。•该方法在现有的研究水平上操作困难，成本较高，尚无法达到工业化阶段。4）体内降解法：•通过在饲料中添加某种物质，动物在吸收该物质后可以促进霉菌毒素在动物体内的降解或排泄。•这类方法正在研究当中，实现工业上的应用还有一定距离。5）物理降解法：•采用物理的方法，如采用γ放射线的方法来降解霉菌毒素和杀死霉菌。•这类方法正处于研究阶段，并且使用时需要采用特殊的设备和防护方法。6）物理吸附法：•即在饲料中添加可以吸附霉菌毒素的物质，使毒素在经过动物肠道时不被动物所吸收，直接排出动物体外。•这是目前饲料工业中较为成熟可行的一种毒素解毒方法。6．3霉菌毒素吸附剂在饲料中的应用•物理吸附法通过在含毒素的饲料中加入不同的吸附剂来去除霉菌毒素，即在饲料中添加可以吸附霉菌毒素的物质，使毒素在经过动物肠道时不被动物所吸收，直接排出动物体外。物理吸附法的作用原理这些物质是通过释放自由能（ΔG）来提供吸附所需能量的。最重要的吸附特征是这些吸附剂的物理结构，这包括它的总电荷量、电荷的分布、孔隙的大小及可用的表面积（比表面积）。同样的，要被吸附的毒素分子的极性、可溶性、分子大小、分子形状、电荷分布等特征在吸附过程中也是至关重要的。霉菌毒素吸附剂的类型铝硅酸盐类的毒素吸附剂，活性碳也可用于棒曲霉毒素和赭曲霉毒素A的吸附，酵母细胞壁成份/葡甘露聚糖类其它合成的高分子聚合物。1）活性炭•活性炭是一种具有高比表面积的多孔不溶性粉末状物质，它的比表面积可以达到500-3500m2/g。•在体外试验中，活性炭对霉菌毒素可以表现出较好的吸附脱毒作用；但在体内试验（喂养）中，不同的研究结果给出了不同的结论，这可能是由于活性炭的选择吸附能力较差，被饲料中的某些营养成份所饱和而失出了对毒素的吸附力。•活性炭对土霉素具有很强的吸附能力，这也表明它的选择吸附能力较差。结论：活性炭的选择性吸附能力差，在动物体内不能表现出良好的毒素吸附性能，占用饲料容积太大，实用性不佳。2）未改性的天然铝硅酸盐类天然铝硅酸盐如沸石、