霉菌毒素的研究进展

■冯艳忠 沈 伟 王兆山 李凤兰 徐会连 陈赫书 肖绍科 刘 娣

(1.黑龙江省农业科学院畜牧研究所，黑龙江哈尔滨150102；2.青岛农业大学，山东青岛266109；3.山东省滨州职业学院，山东滨州256603；4.东北农业大学生命科学学院，黑龙江哈尔滨150030；5.日本自然农法国际研究中心，日本松本波田町；6.山东省梁山县第一职业高级中学，山东梁山272605）

霉菌毒素尽管看不见、摸不着，但是，给人类带来的危害却很大。检测显示，中国饲料中的黄曲霉毒素(AF)，烟曲霉毒素(FUM)、呕吐毒素(DON)、T-2毒素、玉米赤霉烯酮(ZON)和褚曲霉毒素(OTA)的水平是北美饲料的12～20倍，饲料中的霉菌毒素严重伤害动物的健康并降低生产性能，同时，也威胁人类的食品安全和健康。

1 霉菌毒素的产生

凡是在基质上长成棉絮状、绒毛状或蜘蛛网状菌丝体的真菌，统称为霉菌。霉菌在自然界中主要是以仓储霉菌和田间霉菌两种形式存在。无论是在储存条件下还是在田间收割都可导致霉菌的发生，并且霉菌可以在自然条件下越冬，在低温条件下也可以繁殖[1]。饲料中的霉菌会不断消耗饲料中养分，造成营养物质的消耗，且被霉菌污染的饲料感官性状很差，严重影响动物适口性。霉菌在污染饲料的过程中会产生霉菌毒素及其他次级代谢产物，这些毒素对动物具有很强的毒副作用，即使在饲料中的含量很低，也会导致畜禽生长受阻，繁殖性能降低，免疫机能下降。截止到目前的研究表明，霉菌毒素主要由3大类真菌所产生，即曲霉菌属、青霉菌属和镰刀霉菌属。这些真菌产生的对动物有毒害作用的霉菌毒素主要包括黄曲霉毒素(Aflatoxin)、褚曲霉毒素(Ochratoxions)、烟曲霉毒素(Fumonisin，)、玉米赤霉毒素(Zearlenone)、单端孢霉毒素；单端孢霉毒素又包括：呕吐毒素（DON）、雪腐镰刀菌烯醇、T-2毒素和双乙酸基藨草烯醇(DAS)等。

BIOMIN公司2011年对来自亚洲和北美洲731个地区的饲料原料、食品、肉制品、DDGS等进行分析（见表1）。从数据可以看出，在亚洲、南美洲、北美洲、欧洲、非洲等地区都有霉菌毒素的发生和存在，尤以亚洲最为严重，亚洲霉菌毒素的污染率高于北美洲，而且，亚洲样本霉菌毒素的含量是北美洲含量的数倍到数十倍。同时，BIOMIN公司对2010年7月到9月同一饲料样本中霉菌毒素的含量变化进行了检测，结果表明,2010年7月份到9月份霉菌毒素含量增加，说明，仅3个月时间霉菌毒素增长30%～62%不等，变化之快让人触目惊心[2]。所以，饲料中霉菌毒素造成的免疫抑制难以实现健康养猪，导致猪病多发，成为猪的万病之源。

表1 BIOMIN 2011年第一季度亚洲和北美洲的霉菌毒素调查报告[2]

2 霉菌毒素的特点与分类

霉菌毒素是真菌产生的具有毒害作用的物质，广泛存在于植物上和土壤等介质中，其中，主要存在于谷物，饲草和青、黄储饲料中。在大田收获时农作物遭遇阴雨、潮湿等恶劣气候时可产生大量的霉菌毒素，在储存不够优良的非适宜和非正常条件下，即使是收获后的农作物也可继续感染真菌和产生霉菌毒素。当环境湿度＞70%，温度在24℃左右最适霉菌生长。需要指出的是：高湿低温更适合霉菌毒素产生；这些霉菌毒素物质对饲料和家畜都会造成影响[3-4]。

2.1 黄曲霉毒素的毒性及危害

黄曲霉毒素(Afla)是高毒性和高致癌性毒素,是由黄曲霉菌属(Aspergillus)微生物产生。黄曲霉毒素是由两个不等的二氢呋喃妥因环组成的化合物，均为二呋喃香豆素(Difuranocoum)的衍生物，已发现18种结构衍生物。粮食中污染的黄曲霉毒素只有黄曲霉毒素B1、B2、G1和G24种，其中AFTB1毒性最大。这些霉菌毒素的命名主要是根据其在紫外线下发出的颜色不同而命名，AFB1和AFB2发出的荧光颜色为蓝色光，而AFG1和AFG2发出黄绿色的光。常见的四大类黄曲霉毒素对所有动物的肝脏都有很大的损伤性和原发毒性，尤其是黄曲霉毒素B1的毒性最强，是氰化钾毒性的10倍，是砒霜毒性的68倍，黄曲霉毒素的毒性排列顺序依次是 B1＞G1＞B2＞G2，国际癌症研究机构已经把AFB1确定为人和家畜均有致病性的I类致癌物。在日常饲料中的黄曲霉毒素的污染主要以AFB1数量最多，毒性最大，因此，在我国饲料质量监督中以AFB1作为黄曲霉毒素污染的指标[5]。

研究表明，动物饲料中黄曲霉毒素含量高，动物疫病流行就越广泛。黄曲霉毒素对动物的危害主要表现在对动物多种器官的损伤和对动物多个系统的破坏，造成动物的免疫系统的高度破坏和降低动物免疫力，降低动物对病原的抵抗力，导致动物易于感染多种疾病，因而加重了动物疫病的传播，特别是人畜共患病的传播，对公共卫生造成极大威胁。仔猪饲料中的黄曲霉毒素应控制在5 μg/kg以下，否则，可能导致仔猪采食高浓度的黄曲霉毒素污染的饲料后会表现出呕吐或更严重的中毒现象，严重者甚至死亡。

黄曲霉毒素中毒后的动物表现出肝脏损伤症状，表现出明显的临床症状，解剖可见肝脏肿大，胆汁分泌减少，显微镜下观察可见肝小叶纤维化，造成肝变性、出血、坏死，影响DNA、RNA合成与复制，抑制细胞分裂、蛋白质和脂肪合成与线粒体代谢，破坏溶酶体的结构和功能，导致动物致癌和畸形性等。孟昭赫等研究表明，猪采食AFB1含量810 μg/kg的日粮，117 d后体重开始下降，血清碱性磷酸酶、转氨酶、异柠檬酸脱氢酶活性下降，球蛋白浓度升高，血液白蛋白、肝糖元、肝维生素A浓度下降，以至于肝细胞变性、产生再生结节，胆管肿大增生出现纤维化。

研究成果进一步显示，霉菌毒素危害作用主要表现在对免疫器官的损伤和对免疫系统的破坏，以及强烈抑制免疫应答，动物使用疫苗以后造成免疫抑制，使动物处于被感染的环境之中，可能造成动物混合感染多种疾病，免疫力下降；对动物采食被黄曲霉毒素污染的饲料后，黄曲霉毒素能快速降低肝脏和血液中多种维生素及微量矿物质元素的浓度，抑制饲料消化酶活性，饲料转化率降低。这是目前我国动物生产中普遍存在而又被养殖户忽略的问题。

研究表明，黄曲霉毒素是对动物免疫系统抑制作用最强的毒素，也是对动物凝血系统破坏作用最强的毒素，黄曲霉毒素对各种动物均具有较高敏感性，低剂量可以导致动物的肝损伤，高剂量可使动物器官癌变致死。动物对AFB1的敏感性顺序：鸭＞鸡＞猪＞犊牛＞肥育猪＞成年牛＞绵羊。所以，体重小于30 kg的仔猪配合日粮中黄曲霉毒素总量要小于20 μg/kg，30～60 kg体重的育肥猪配合日粮中黄曲霉毒素总量要小于50 μg/kg，体重大于60 kg体重的育肥猪配合日粮中黄曲霉毒素总量要小于100 μg/kg，而母猪和后备母猪的配合日粮中的黄曲霉毒素总量要小于100 μg/kg；世界卫生组织(WHO)和世界粮农组织所属的食品法典委员会(CAC)规定人类食品和动物饲料中黄曲霉毒素总量（AFT）最大允许量小于15 μg/kg；美国联邦政府法律规定：①奶牛饲料中的AFT总量不得超过20 μg/kg；②其它动物饲料中的AFT总量不得超过300 μg/kg。

黄曲霉毒素性质非常稳定，在温度268～269℃时才可以将其毒性破坏。在pH值3～7的溶液中较稳定，在pH值1～3的强酸溶液中才稍有分解，在pH值9～10的NaOH溶液中形成钠盐而快速分解，但在酸性条件下又会恢复原来结构。在5%次氯酸钠溶液、氨水中，以及二氧化硫、氯气等形成的强氧化剂能够完全破坏黄曲霉毒[6]。

由于黄曲霉毒素在饲料原料中广泛存在，饲料储存过程中又可产生新的霉菌毒素，所以单纯在饲料中添加硅铝酸盐等常见的吸附剂，是远远不能满足去除饲料中黄曲霉毒素需要的，特别是在单一使用吸附剂脱毒的情况下，因为吸附毒素的同时也会导致吸附大量的营养物，所以选择性使用抗黄曲霉毒素的产品是保证高质、高效脱毒的关键。研究发现，部分真菌能降解黄曲霉毒素，但同时也能产生毒素，一些动物真菌性疾病就与感染部分真菌有关，所以实际生产中很少考虑用真菌进行脱毒。研究显示部分真菌酶对黄曲霉毒素具有脱毒效果，但是，真菌酶多源于胞内，属于胞内酶，产量极低，提取纯化较困难，因此，限制了对酶学特性和后续重组酶的深入研究，而细菌繁殖周期短，胞外酶又容易分离纯化、易于外源分泌表达，且部分细菌自身又具有较好的益生性和抗逆性，适合在实际生产中开发应用。因此，探索和筛选能降解黄曲霉毒素的细菌，对其能够较好降解黄曲霉毒素的酶进行分离纯化，并对降解酶基因进行克隆和外源分泌表达，所以，生物降解霉菌毒素这一行之有效、成本低廉的方法，将是我们今后研究的重点领域和方向。

2.2 单端孢霉烯族毒素

单端孢霉烯族毒素（Trichothecenes）主要由镰刀菌在低温条件下产生的次生代谢产物，自然界中广泛存在，多见于长久储藏的粮食作物中，误食后易导致严重疾病甚至死亡。单端孢霉烯族毒素被分成4个亚类，其中A类和B类最为重要。A类单端孢霉烯族毒素主要由拟枝镰孢菌和梨孢镰孢菌所产生，包括 T-2毒素、HT-2毒素、镰孢菌酸（NEO）和双乙酸基藨草烯醇（DAS）；B类单端孢霉烯族毒素主要由黄色镰孢菌和禾谷镰孢菌产生，包括脱氧雪腐镰刀菌烯醇毒素（呕吐毒素，DON)及其3-乙酰基或15-乙酰基衍生物、雪腐镰孢菌烯醇（NIV）和镰孢菌烯酮-X(Fusarenon-X，FX)[2]。这些毒素中以A型T-2毒素和B型呕吐毒素为最常见。

单端孢霉烯族毒素对动物、人类都具有毒性，能够造成呕吐、腹泻、刺激皮肤、拒食、恶心、神经障碍和流产等多种急性和慢性疾病[7]。此外，高剂量的单端孢霉烯族毒素能够快速减少白细胞的数量[8]。调查证明中国饲料样本中超过70%被DON污染（顾薇，2003）。低剂量的呕吐毒素（DON）可以造成动物生产性能和免疫机能下降，高剂量的DON毒素则引起动物急性死亡 (Prelusky等,1994)；T-2毒素能刺激和损伤体表皮肤和脏器黏膜，造成口腔、胃、肠道等消化道黏膜溃疡与坏死，导致猪呕吐和腹泻；T-2毒素进入血液后表现出细胞毒作用，损伤血管内皮细胞，破坏血管壁的完整性，导致血管壁通透性增强，血管扩张、充血，引起全身多个器官出血、坏死。

2.3 玉米赤霉烯酮

玉米赤霉烯酮(缩写ZEA)又称F-2毒素，首先从有赤霉病的玉米中分离得到[9]。玉米赤霉烯酮产毒菌主要包括禾谷镰刀菌、黄色镰刀菌和三线镰刀菌等[10]。这些毒素对玉米、小麦、大米、大麦、小米和燕麦等谷物具有很强的污染性[11]。其中玉米的阳性检出率为45%，小麦的检出率为20%。玉米赤霉烯酮的耐热性较强，110℃下处理1 h才被完全破坏[12]。

作物和动物饲料中ZEA的浓度可从每千克几微克到276 mg，人类可食谷类中 ZEA污染浓度在0.001 5～175 mg/kg之间[13]。此外，玉米赤霉烯酮理化特性较稳定，在食品加工过程中，不会随着加工工艺的改变而受到降解[14]。

玉米赤霉烯酮是雌激素强度的1/10，可造成雌性动物的雌激素水平提高，从而影响动物的生殖生理，产生类似雌激素过多的症状，即生殖器官的功能和形态变化，各种动物对玉米赤霉烯酮的敏感程度依次是：猪、牛和禽，青年母猪对玉米赤霉烯酮的敏感性最强[15]。玉米赤霉烯酮可以导致家畜出现急、慢性中毒，急性中毒症状为家畜的神经系统和心脏、肾脏、肝和肺等脏器造成毒害，动物表现为贫血、出血、血细胞破裂与黄疽、肠道水肿、肠黏膜出血、肝、脾肿大出血、心内外膜出血，血液凝固不良等，毒害的最根本的原因是导致神经系统亢奋，脏器出血，从而导致家畜死亡，同时对家畜的繁殖系统和消化系统也可造成较大的影响。在慢性中毒时，症状为腹积水，淋巴结肿大、充血、甚至苍白等，主要是影响母畜的繁殖系统，可导致死胎、流产和木乃伊胎的出现[16]。

研究资料证明，ZEA能与雌激素受体结合，形成难以分离的结合体，使部分雌激素失去和雌激素受体结合的机会而影响动物发情，此外，还能导致淋巴细胞溶解、降低T细胞和B细胞的活性，抑制细胞免疫和体液免疫、抗体效价降低，出现免疫抑制，导致免疫麻痹，致使免疫力降低。ZEA是甾类合成和代谢酶的竞争底物，是内分泌的分裂剂[17]。还有研究表明，ZEA与类固醇激素具有同源性，它可作为重要的转录因子参与生物转化的全过程，严重干扰动物的内分泌[18]。

2.4 赭曲霉毒素

赭曲霉毒素(OT)是一组结构接近的霉菌毒素，主要损伤人和动物的肾脏、肝脏等实质性器官，从而造成免疫系统的破坏，同时还有致畸和致癌作用[18-19]，其毒性仅次于黄曲霉毒素，在赭曲霉毒素中毒性最大，对动物危害性最强的为赭曲霉毒素A[20]。OTA是一种无色结晶化合物，性质极稳定，微溶于水，但在极性溶剂和碳酸氢钠溶液中易溶，在紫外线照射下呈现出绿色荧光，溶点较低，为134℃，其甲醇溶液在4℃冰箱中保存一年而不被分解[21]。赭曲霉毒素抗热性强，长时间焙烤情况下，其毒性只能减少20%左右，蒸煮情况下不能破坏其毒性[22]。

动物饲料中OTA的污染也非常严重。饲料被赭曲霉毒素污染后被动物采食，这些毒素就会在动物的脏器、血液和乳汁中积蓄，从而导致动物性食品的毒素污染[23]。世界上很多国家为了保障人类及动物食品和饲料中的安全，对赭曲霉毒素的含量进行了科学的限定。

2.5 烟曲霉毒素（FB）

烟曲霉毒素（FB）是由镰刀菌属在一定的温度和湿度下产生的水溶性代谢产物，是一类由不同多氢醇和丙三羧酸组成的结构类似的双酯化合物。到目前为止，发现的烟曲霉毒素有 FA1、FA2、FB1、FB2、FB3、FB4、FC1、FC2、FC3、FC4和 FP1共 11 种。目前已知在粮食和饲料中的烟曲霉毒素有6种，但毒性最强和污染性最严重的主要是烟曲霉毒素B1和烟曲霉毒素B2[24]，其中 60%以上是FB1，其毒性也最强[25]。这些毒素对高温具有很强的耐受性，化学结构非常稳定[26]。

烟曲霉毒素主要是诱发肝毒性，可以提高家畜的血清胆固醇浓度。烟曲霉毒素可以导致家畜发生肺、肝的损伤，导致家畜出现免疫系统疾病和免疫抑制。同时这些毒素还可以影响饲料利用率和畜产品的品质，给绿色养殖带来巨大危害。当前，烟曲霉毒素很可能是饲料中污染最严重的霉菌毒素。世界卫生组织(WHO)报道，全球59%的玉米和玉米制品都受到FB1的污染。在巴西和美国，FB1的污染量在2～333 mg/kg之间[27]。

据联合国粮农组织（FAO）评估的数据显示，全世界约25%的谷物受到了霉菌毒素污染，每年平均约2%的粮食因为发霉变质不能被动物和人类食用而废弃，每年全世界的粮食，由于霉菌毒素污染造成数以千亿计美元的损失。饲料中同时存在多种霉菌毒素，而这些霉菌毒素表现出相加和协同作用，给我们的饲料业带来更大的危害，在我国由于谷物收获季节气候原因及储存条件的制约，玉米中以黄曲霉毒素的毒害作用为主。

总之，研究去除粮食中霉菌毒素的污染是一个急需解决的世界性难题，关系到解决人类食品安全和保障人类健康和公共卫生安全的大问题，应该引起足够的重视。