饲料中霉菌毒素的微生物脱毒研究进展

赵必迁，周安国

（1.四川农业大学动物营养研究所，教育部抗病营养研究中心，四川 雅安 625014；2.攀枝花市行远牧业有限公司，四川 攀枝花 617061）

霉菌毒素是一类差异巨大的小分子量化合物，由微生物经过次生代谢过程产生，对饲料的污染十分常见。据估计，目前已有约100 000种霉菌被鉴定，其中约400种对动物具有潜在的毒性，这些具有潜在毒性的霉菌中约5%可以产生有毒物质。年均气温较高的国家和地区这一问题尤其严重，而中国正处于亚热带地区，各地区的种植水平差异很大，饲料原料贮运条件参差不齐，因此由霉菌毒素导致的动物急性、慢性中毒较为常见。

1 霉菌毒素的危害

霉菌是一种多细胞微生物，可通过种子或孢子两种形式繁衍后代，条件不适宜时往往由孢子形式繁衍。霉菌毒素由中温霉菌产生，相对细菌而言，霉菌对湿度、pH的要求较低。当霉菌处于干燥、低温或处于与其他霉菌竞争的应激情况时，会产生霉菌毒素。由于霉菌生长有一定的地域性，导致不同区域占优势的霉菌毒素种类不同。饲料中常见的产毒素霉菌主要有曲霉属（aspergillus）、青霉属（penicillium）、镰孢菌属（fusatium）和麦角菌属（claviceps）等。各种霉菌可以产生多达数百种霉菌毒素，常见的霉菌毒素有：黄曲霉毒素（aflatoxins）、赭曲霉毒素A（ochratoxin A）、单端孢霉烯族毒素（trichothecenes）、玉米赤霉烯酮（zearalenone）、伏马菌素（fumonisins）等[1]。

霉菌毒素可以对动物引起一系列严重的生理和生物毒害，如致癌性（黄曲霉毒素、褚曲霉毒素和伏马霉素）、致突变性（黄曲霉毒素和柄曲霉毒素）、致畸胎性（褚曲霉毒素）、致雌激素异常（玉米赤霉烯酮）、致出血（单端孢霉烯）、免疫毒性（黄曲霉毒素和褚曲霉毒素）、肾毒性（褚曲霉毒素）、肝毒性（黄曲霉毒素）、皮肤毒性（单端孢霉烯）及神经毒性（麦角碱）等，另外还有些具有细胞毒性[2]。

2 霉菌毒素的微生物脱毒

微生物脱毒法是利用一些特定的微生物或其产生的酶来降解霉变饲料中的霉菌毒素，将这些微生物加入饲料中，实现霉菌毒素的温和降解，避免高温、强酸、强碱等易破坏营养成分的环境和条件，达到去除霉菌毒素的目的，此过程中，无需带入有毒有害的化学物质，同时还尽可能地减少了饲料中营养物质的损失[3]。

2.1 酵母发酵去除霉菌毒素

酵母发酵过程去除谷物中的霉菌毒素的方法研究较早并得到了一定的效果。一些微生物（包括酵母、霉菌及细菌）可将玉米赤霉烯酮转化为α-玉米赤霉烯醇及β-玉米赤霉烯醇，但这种转化尚不能被认为是一种脱毒过程，因为两者都具有生殖毒性。棒曲霉毒素可被数种酵母菌降解，Moss等对酿酒酵母分解棒曲霉毒素的终产物进行了研究，结果表明棒曲霉毒素已丧失[4]。F2毒素污染的粮食可作为假丝酵母发酵的底物，发酵后毒素几乎全部留在发酵液中，其活性降低了10倍[5]。Janos等将 3种不同酵母菌株放在1个容器中同时添加赭曲毒素A、烟曲霉毒素B1和B2进行发酵8 d后，赭曲毒素A、烟曲霉毒素B1和B2分别减少了13%和28%、17%[6]。

2.2 非产毒霉菌发酵去除霉菌毒素

Park等在研究一种韩国发酵豆制品时发现，这种豆制品的天然发酵过程中有约20种不同的霉菌参与，其中米曲霉、青霉、毛霉和根霉是其中的优势真菌，在发酵的前3~4周（块状发酵阶段），发酵制品中的黄曲霉毒素B1及G1明显增加；在其后进行的盐水浸泡发酵阶段，黄曲霉毒素则被迅速降解。盐水浸泡发酵阶段2个月后，黄曲霉毒素的量已经降至最初毒素量的10%～20%，而第 3个月时黄曲霉毒素几乎被完全降解，研究表明，在天然发酵食品的制备过程中，存在着有效的降解霉菌毒素的微生物或生化过程[7]。Varga等共对70株曲霉进行了研究，发现有一株A.japonicus和两株A.niger可以降解或部分降解赭曲霉毒素A，在对 A.niger CBS120.49株的研究中发现，其在液体培养基中分解OA较慢，OA可以在7 d内全部转化为毒性较低的化合物赭曲霉毒素A，赭曲霉毒素A的量在发酵前6 d逐渐增加，但在随后的10 d培养中被进一步降解至痕量。而在固体培养基中，OA的降解速度要快得多，OA含量可在2 d内降解到初含量的20%以下，而5 d内OA就可全部转化为赭曲霉毒素α。Varga等对根霉属（Rhizopus）不同种的55个菌株进行了研究，发现有不少根霉菌株可分解赫曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和棒曲霉毒素[8]。其中可以降解赭曲霉毒素的 R.stolonifer,R.microsporus,R.homothallicus,R.oryzae以及4株未鉴定到种的根霉株系，其中有一根霉株系可以在16 d内将赭曲霉毒素A降解95%以上；一株R.stolonifer则可有效地降解潮湿小麦中的赭曲霉毒素A[9]。

2.3 细菌降解霉菌毒素

据报道，绵羊、牛等反刍动物瘤胃内容物的细菌能分解某些真菌毒素。为了获得能降解赭曲毒素A的微生物，Fuchs等对37种细菌、10株酵母和12种霉菌进行了筛选，发现醋酸钙不动杆菌在25和30℃条件下，均能将初始质量浓度为10 ng·L－1的赭曲毒素A分解，其终产物比赭曲毒素A对鸡胚的毒性低了很多。肠道中的微生物菌群可以通过酶促降解环氧环从而对呕吐毒素（DON）起减毒作用，Fuchs等从牛瘤胃的富集培养物中分离到1株可以在24～48 h内转化 DON和其他单端孢霉烯族毒素的厌氧优杆菌属细菌，从而部分地减轻毒素的毒力[10]。Volkl等发现一种可以把 DON转变成3-酮基-DON的混合微生物培养物饼[11]。

Line等对黄杆菌属的Flavobacterium aurantiacum降解黄曲霉毒素B1的机理进行了研究，结果表明，有活性的黄杆菌细胞可以快速地将黄曲霉毒素B1（可溶于氯仿）转化为水溶性的化合物。试验6 h后，活细胞试验组结果只有24.1%的放射性保留在氯仿层中；而无细胞的空白试验组则不会产生任何水溶性化合物（即放射性全部保留在氯仿层中）；灭活的黄杆菌细胞对照组则有99.7%的放射性保留在氯仿层中，且不产生水溶性的化合物。这一结果表明，活的和死的黄杆菌细胞均可去除毒素[12]。

Nagendra等研究了4株双歧杆菌和2株乳杆菌吸附黄曲霉毒素B1的能力，将乳酸菌与黄曲霉毒素 B1在37℃混合振动15、60和120min后，检测其中的黄曲霉毒素 B1，结果表明，乳酸菌对黄曲霉毒素B1去除能力为20%～50%，用蒸馏水洗涤两遍吸附黄曲霉毒素B1的乳酸菌后，有10%～40%的黄曲霉毒素B1还被吸附在乳酸菌上，说明乳酸菌对黄曲霉毒素B1有较强的吸附作用[13]。E1-Nezami等筛选出了两株鼠李糖乳杆菌ATCC53103和鼠李糖乳杆菌DSM-705，两株菌吸附黄曲霉毒素B1的能力高达80%；吸附着黄曲霉毒素B1的乳酸菌细胞经乙醇、紫外线照射、超声或碱处理后死菌对黄曲霉毒素B1的吸附强度不受影响[14]。李志刚等研究结果证实，乳酸菌-黄曲霉素复合体无论是在益生菌活菌状态，还是死菌状态，与自由黄曲霉毒素的回复突变无显著差异，故益生素吸附黄曲霉素能力取决于细胞壁结构，且革兰氏阳性菌吸附能力优于革兰氏阴性菌[15]。

3 微生物去除霉菌毒素机理

3.1 微生物对霉菌毒素的吸附作用

有研究表明，酵母对霉菌毒素的影响可能与酵母细胞壁表面的葡甘聚糖有关。酵母或酵母细胞壁成分可作为霉菌毒素吸附剂使用。酵母细胞壁对毒素的吸附能力明显强于酵母的全成分，这说明酵母细胞壁的特殊结构对霉菌毒素产生吸附力。酵母细胞壁分3层，外层为甘露寡糖和蛋白复合物，中间层为葡聚糖，内层为几丁质，细胞壁上有多糖、蛋白质和脂类，这些物质对毒素的吸附是通过氢键、离子键和疏水作用力等实现的。酵母细胞壁提取物是以酿酒酵母为原料，经过细胞破壁、酶解、分离提纯和干燥等工艺精制而成。苏军等研究将镰刀菌毒素自然污染的玉米以 25%和50%的比例等量替换基础饲粮中的正常玉米，并在此基础上加或不加葡甘露聚糖（EGM）霉菌毒素吸附剂观察其对断奶仔猪生产性能、养分利用率的影响。结果表明，饲喂被镰刀菌毒素污染的饲粮降低了仔猪的生产性能，且随霉变玉米替代比例增加，采食量和日增重降低程度增加，显著或极显著降低了仔猪饲粮中有机物质、蛋白质、钙、磷的表观消化率和蛋白质生物学价值，25%污染的玉米饲粮对钙的表观消化率无影响，在被镰刀菌毒素污染饲粮中添加EGM 0.2%吸附剂可使上述不良效应得到改善，尤以在25%污染玉米饲粮中添加EGM吸附剂0.2%可获得显著的保护效应[16]。因此，酵母细胞壁解毒的机理可能是葡甘露聚糖捕获黄曲霉毒素，从而阻止了胃肠道对毒素的吸收，达到解毒的效果。

近年来，研究认为黄曲霉毒素B1是以乳酸菌-黄曲霉素复合体形式存在。Haskard等研究表明，氢键在乳酸菌-黄曲霉素复合体中不起作用，疏水相互作用是维持结构的最主要作用[17]。Bolognani等研究认为形成的乳酸菌-黄曲霉素复合体后，黄曲霉素化学结构没变化，并具有较强的毒性[18]。李志刚等采用Ames试验检测被吸附的黄曲霉毒素B1的致突变性，乳酸菌-黄曲霉素复合体与自由黄曲霉毒素的回复突变无显著差异[15]。尽管如此，形成的乳酸菌-黄曲霉素复合物仍可阻止黄曲霉素在动物体吸收，同时复合物较黄曲霉更容易排出体外，减少黄曲霉素对动物机体的危害[19]。

3.2 微生物的酶解作用

在玉米赤霉烯酮的脱毒研究中，Takahashi等发现螺旋聚孢属中的Clonostachys rosea可将玉米赤霉烯酮转化为另一种毒性较低的化合物，而其中起作用的是一种水解酶lactonohydrolase[20]。Liu等从Armillariella tabescens菌中分离出一种可以脱除黄曲霉毒素B1毒性的黄曲霉毒素脱毒酶（Afeatoxin detoxifizyme），通过该酶的处理，样品中黄曲霉毒素的含量明显减少，黄曲霉毒素特征荧光明显减弱毒性，说明该酶是通过打开双呋喃环破坏黄曲霉毒素[21]。目前在这一方面的研究还比较少，但随着对脱毒微生物研究的深入，越来越多的微生物将被发现与霉菌毒素的脱毒有关，更深入的研究其脱毒机理可能会发现更高效、更易于应用的细菌、酵母、霉菌、酶制剂。

4 展望

当前应用的脱霉剂主要还是以物理吸附为主的无机物。有关微生物的脱霉研究主要集中在酵母及其细胞壁、乳酸菌等益生素类菌体对霉菌毒素的吸附作用，对微生物生物转化及酶解作用的研究还很少。此后对微生物脱霉研究应深入其生物转化机理，更进一步的揭示其脱霉过程，研究出更高效的微生物脱霉产品。

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