饲料中多种霉菌毒素的危害与生物防控

■尹清强 常 娟 王 平 王利军 王晓敏 刘超齐

（河南农业大学动物科技学院，河南郑州 450046）

由于作物生长过程中的气候条件无法人为控制，因而霉菌生长及谷物中多种霉菌毒素的产生无法避免。通过调控谷物或饲料在收获、干燥、运输、贮藏、加工过程中的环境条件及加入防霉剂可以控制霉菌的生长和繁殖，减少霉菌毒素的产生，但对于已经产生的霉菌毒素，只能通过在饲料中加入一些霉菌毒素吸附剂或生物降解剂，来消除或缓解霉菌毒素对畜禽的危害。当前，对于多种霉菌毒素的叠加毒性和危害研究不多，而且国内外又缺乏多种霉菌毒素共存时的限量标准，导致多种霉菌毒素的危害常被人忽视。本文从多种霉菌毒素的产生和危害及防控技术方面进行阐述，为饲料安全生产和畜禽健康养殖提供参考素材。

1 霉菌毒素的产生与危害

霉菌毒素是青霉属、曲霉属和镰刀菌属等真菌在生长过程中产生的有毒次级代谢产物[1]。当谷物、饲料原料和配合料在潮湿和适宜的温度下，霉菌就会大量快速生长和繁殖，并可能产生霉菌毒素。目前大约有100 多种真菌产生300 多种霉菌毒素[2]。霉菌毒素广泛存在于农产品、饲料原料和动物饲粮中，给食品工业、饲料工业和畜牧业及人类健康带来了重大危害，并造成了巨大的经济损失[3]。

据联合国粮农组织统计，全球每年大约有25%的谷物不同程度地被霉菌毒素污染[2]，每年超过5 000万吨的粮食不能食用，直接经济损失达1 400 亿美元[4]。《中国粮食发展报告》指出，我国谷物霉菌毒素阳性率在90%以上，每年约2 100万吨谷物（约占粮食总产量的4.2%）受霉菌毒素的污染严重，每年直接经济损失达240亿元，间接损失高达1 000亿元以上，远超世界的平均水平[4]。我国谷物霉菌毒素超标率高的原因主要有两个：一是我国环境和气候适宜，很适合霉菌的生长和繁殖；二是谷物的干燥、运输、贮藏和加工技术不规范所致。

在动物饲料中常见且危害较大的霉菌毒素主要有黄曲霉毒素B1（Aflatoxin B1，AFB1）、玉米赤霉烯酮（Zearalenone，ZEA）、呕吐毒素（Deoxynivalenol，DON），而且三者共存的概率较高，具有叠加毒性，其危害也更大[5-7]。这也是为什么在临床上经常会出现单一不超标的霉菌毒素无中毒症状，而两种不超标的霉菌毒素同时存在时却表现出明显中毒症状的原因。动物在采食含有不同剂量霉菌毒素的日粮时，将表现为生产性能和饲料利用率降低、免疫抑制、组织器官病变和损伤、繁殖障碍等，霉菌毒素还具有致癌、致突变和致畸性，严重时可导致动物死亡[8-9]。另外，饲料霉变后其营养价值受损，甚至完全失去饲用价值[10]。霉菌毒素在畜产品中的残留，可通过食物链危及人类健康[11]。

Rodrigues等[12]对来自美洲、欧洲、亚洲的7 049份饲料原料（玉米、豆粕、小麦、DGGS）和全价饲料进行分析，结果发现AFB1、ZEA、DON、伏马毒素（FB）、赭曲霉毒素（OTA）的阳性检出率分别为33%、45%、59%、64%、28%，其中81%的样品至少含有一种霉菌毒素。Streit等[13]调查发现，72%的饲料样品至少被一种霉菌毒素污染，38%的饲料样品被多种霉菌毒素污染。我国霉菌毒素的污染也比较严重，2018年饲料和原料中霉菌毒素污染情况调查结果显示，全国约99%的饲料和原料不同程度地受到霉菌毒素污染，其中超过85%的饲料和原料受到两种或两种以上的霉菌毒素污染。Ma 等[14]从国内众多地区收集玉米样品，其中有92%以上的样品同时检测到AFB1、ZEA、和DON这三种毒素。多种霉菌毒素共存比例高的原因主要有两个：一是，一种霉菌可能会产生多种毒素，例如：黄曲霉会产生黄曲霉毒素、赭曲霉毒素和桔霉素，禾谷镰孢菌会产生玉米赤霉烯酮和呕吐毒素；二是，不同地区、不同环境、不同饲料受霉菌毒素污染的种类和严重程度不同，当利用来自不同地区和不同饲料原料来配制畜禽饲粮时，导致多种霉菌毒素的污染不可避免。

霉菌毒素间的联合毒性是非常复杂的，它与霉菌毒素的种类、剂量、宿主和作用时间等多种因素有关，主要有协同效应、加性效应、拮抗效应等。当多种霉菌毒素同时存在时，其毒性作用多为协同或累加作用[15-16]。利用AFB1、DON、伏马毒素B1（FB1）联合ZEA对小鼠的联合攻毒发现，AFB1和DON 联合作用能显著提高血清中ALT和AST两种转氨酶的活性；ZEA与AFB1、FB1两者都存在交互效应，ZEA在一定程度上能缓解AFB1产生的肝毒性，减弱FB1导致的脾脏增重；ZEA与DON 不仅能协同提高血清中雌二醇含量，还能协同提高炎性因子Caspase-3基因的表达而促进细胞凋亡[17]。DON和ZEA联合作用小鼠巨噬细胞后，导致细胞代谢异常，加重了对细胞磷酸戊糖途径的毒性，DON 可能具有抑制ZEA 的类雌激素作用[18]。Huang等[15]以体外培养的猪肠上皮IPEC-J2 细胞为研究对象，测定AFB1和ZEA的单独毒性和联合毒性，结果表明AFB1 和ZEA 以剂量依赖效应显著降低细胞活力。一般而言，霉菌毒素的联合作用是浓度依赖性的，随着霉菌毒素浓度的升高，其叠加毒性也随之增强。因此，在研究霉菌毒素对动物毒性和生产性能的影响，以及制定饲料安全标准时，应当考虑多种霉菌毒素共存时对动物的联合毒性，而不是仅考虑单一霉菌毒素的危害作用。目前，国内外对食品、粮食和饲料中霉菌毒素限量标准的制定仅限于一种霉菌毒素；但实际情况是，未超标的两种以上霉菌毒素并存时的叠加毒性甚至会超过一种超标的霉菌毒素的毒性，这一点在生产中往往被忽视，广大生产者必须要引起重视。

2 霉菌毒素的防控技术

饲料中霉菌毒素的来源主要有两个方面：①作物生长过程中由霉菌污染所导致的谷物内霉菌毒素含量升高；由于气候条件无法人为控制，因而对于这些已经产生的霉菌毒素只能通过生物降解或物理吸附的方法来进行解毒和脱毒。②在谷物的收获、干燥、运输、贮藏和加工过程，由于操作不规范导致霉菌生长繁殖，产生霉菌毒素；在此环节，可以通过制定良好的操作技术规范来进行人工防控，例如：选择少雨的时间节点进行谷物收割；利用自然干燥和人工干燥相结合的方法快速烘干，使谷物中水分控制在12%以下；在潮湿的地区或谷物中水分高的情况下，可在其中加入一定量的丙酸及其盐类等防霉剂，降低霉菌的生长和繁殖及霉菌毒素的产生；饲料原料和成品的贮藏要具备良好的通风和干燥条件；饲料在制粒过程中，要控制蒸汽用量及干燥时间，避免颗粒料中水分过高；当然在此流程中由霉菌生长所产生的霉菌毒素，同样也只能依靠霉菌毒素降解剂或吸附剂来消除其危害。

因此，饲料中霉菌毒素的防控主要从两个方面着手：一是，环境条件的控制、良好的操作规范及有效的防霉剂使用，抑制霉菌的生长及霉菌毒素的产生；二是，对于已经产生的霉菌毒素通过生物降解剂和物理吸附剂的使用，达到解毒和脱毒目的，消除或缓解霉菌毒素对动物的危害。根据前人的报道，霉菌毒素的脱毒方法需要满足以下几点[19-21]：①技术上操作方便、成本低；②抑制或破坏真菌孢子或菌丝的生长和繁殖；③不能破坏饲料的营养成分和适口性；④有效地去除或破坏霉菌毒素结构使其失活；⑤不产生有毒、有害及致癌的成分。下面对饲料霉变的预防及脱毒和解毒技术进行综合分析，为饲料安全生产及健康养殖服务。

2.1 饲料的防霉变技术

对于潮湿地区的饲料或含水量大于12%的饲料，为了防止霉变的发生可在饲料中加入0.1%～0.15%的丙酸盐类或复合有机酸（丙酸、乙酸和苯甲酸），可有效地抑制霉菌的生长及霉菌毒素的产生[22]。另据报道，植物精油也是谷物储存过程中的天然防霉剂，具有安全、天然和环境友好等优点。王利敏等[23]研究了复合植物精油防霉剂（肉桂醛∶柠檬醛∶丁香酚∶薄荷醇=3∶3∶2∶2）对玉米中霉菌生长的控制效果，发现精油对黄曲霉和禾谷镰刀菌的抑制率分别达到82.6%和100%。由于植物精油的应用成本较高，所以目前丙酸或丙酸盐类仍然是饲料行业首选的饲料防霉剂。当然，阴凉、通风和干燥的环境条件是防控霉菌生长和霉菌毒素产生的最经济和最有效的手段。

2.2 饲料中霉菌毒素的脱毒和解毒技术

对于饲料中已经产生的霉菌毒素，只有通过脱毒和解毒技术来消除霉菌毒素对动物的危害。饲料中霉菌毒素的脱毒和解毒技术主要包括物理、化学和生物学方法。

2.2.1 物理法

主要包括物理吸附、紫外线照射、热处理、颗粒粉碎、密度筛分、水洗、萃取、机械分离等处理方式。其中物理吸附法是比较常用的方法，吸附剂包括硅铝酸盐类、蒙脱石、膨润土、活性炭、消胆胺（一种季铵阴离子交换树脂）等。目前常用的是蒙脱石和膨润土等物理吸附剂，此法使用成本较低，但存在一些问题。例如，物理吸附剂对AFB1的体外吸附效果还可以，不过由于受到吸附剂品质及环境条件的影响，其偏差较大，最好的AFB1 吸附率可以达到90%，最差的只有20%；但物理吸附剂对ZEA 和DON 的吸附效果较差，吸附率只有10%～38%。另外，吸附剂还存在两个严重弊端：一是，解吸附现象，即霉菌毒素被吸附剂吸附后，受到胃肠道环境的影响，霉菌毒素从吸附剂中解离出来，重新对动物造成危害，反刍动物尤为严重；二是，吸附剂除吸附霉菌毒素外，还吸附维生素、矿物元素和氨基酸等营养物质，吸附率达到45%左右，导致营养物质的缺乏。鉴于物理吸附剂存在的上述缺点，霉菌毒素物理脱毒法在生产中逐步被淘汰。

2.2.2 化学法

化学脱毒法主要是通过酸碱溶液或其他化合物分解霉菌毒素，将有毒物质转化为无毒物质。化学脱毒法使用的试剂主要有亚硫酸钠、硫酸氢钠、氢氧化钠和氨等。陈冉[24]研究发现，被黄曲霉毒素污染的花生在通气方式下，臭氧浓度为6 mg/L、花生水分含量在5%时，处理时间为30 min，花生中黄曲霉毒素的总量和AFB1脱毒率分别达到了65.88%和65.9%。化学方法虽然能降低毒素含量，但处理成本高，同时也使谷物营养物质流失，并且化学残留物还会对人畜造成危害。不仅如此，霉菌毒素经过化学处理后有可能引入新的未知毒素，对人畜造成二次危害。欧盟委员会禁止使用化学方法去除饲料及食品原料中霉菌毒素。因而，霉菌毒素的化学脱毒法在生产中几乎无人采用。

2.2.3 生物法

大量的研究证实，生物脱毒法是最有效的方法，主要包括微生物降解和酶解两种。微生物对霉菌毒素的解毒机理包括发生在菌体内的生化反应、代谢物（酶等）的分解作用以及菌体对毒素的吸附作用等[25-27]。霉菌毒素的生物解毒和脱毒法主要包括微生物降解和酶解两种，具有特异性强、安全、高效、环境友好等优点，是当前消除霉菌毒素危害最有效的方法。一般而言，一种微生物或一种酶可能会针对某一种霉菌毒素具有良好的降解作用，要想得到对多种霉菌毒素都具有良好的降解作用，就需要多种菌、多种酶或多种菌与多种酶的配合。

许多研究发现，微生物包括细菌、酵母菌、真菌和放线菌等都能降解食品和饲料中的霉菌毒素。降解霉菌毒素所选用的微生物，主要是国家农业农村部发布的允许添加到饲料中的益生菌，益生菌发酵或产生一些特殊的物质可以打破毒素的结构，进而转化为低毒或者无毒物质。Shetty 等[28]筛选到两株酿酒酵母菌，能够吸附36%以上的AFB1，并提出起吸附作用的是其细胞壁上的碳水化合物或甘露聚糖。刘畅[29]筛选出了一株对AFB1 吸附率高达81.16%的酿酒酵母。郑文秀等[30]将酪丁酸梭菌菌株连续驯化培养50代后对ZEA的吸附率可达98.5%。赵雪芹等[31]选择米曲霉、迟缓芽孢杆菌等6 种益生菌来降解ZEA 和DON，结果表明迟缓芽孢杆菌对DON 降解率达到79.59%，对ZEA 降解率达到46.93%，通过检测发现ZEA 的降解产物的毒性都低于DON。另据报道，厌氧优杆菌属细菌BBSH797和诺卡氏细菌WSN05-2可有效地降低DON 毒 性[32-33]。Repecdkiene 等[34]用 四 种 不 同 酵 母 菌降解小麦面粉和配合料中黄曲霉毒素、呕吐毒素和玉米赤霉烯酮，结果表明四种酵母菌皆能够降解AFB1、ZEA 和DON。朱新贵等[35]将枯草芽孢杆菌、乳酸菌、醋酸菌与黄曲霉毒素液体培养60 h后，三种微生物对AFB1的降解率皆在80%以上。

降解霉菌毒素所选用的酶制剂有多种类型，Khatibi 等[36]将3-O-乙酰基转移酶基因片段克隆到酵母菌中，发现可有效地降低燃料乙醇发酵副产物中DON 含量。胡常英等[37]在小鸡饲粮或饮用水中加入葡萄糖氧化酶后，其存活率明显升高，无其他不良现象。Das 等[38]研究证明了过氧化氢酶能够降解AFB1并且其降解率与酶量有关。王会娟等[39]筛选到了两株降解黄曲霉毒素的漆酶菌株。Liu等[40]和左振宇等[41]从Armillariella tabescens中分离出可以降解AFB1毒性的黄曲霉毒素降解酶，并扩增出AFB1 降解酶基因并最终在酵母菌中得到表达。Teniola 等[42]报道从Rhodo⁃coccus erythropolis和Mycobacterium fluoranthenivorans的发酵液及细胞中提取的胞内酶均具有较高的降解黄曲霉毒素的能力。Igawa 等[43]寻找到控制产生脱毒作用的ZEA内酯水解酶基因（zhd101），并在植物中表达了该基因，这样在作物收获前就可以限制ZEA的产生，可以从根本上解决霉菌毒素的污染问题，是未来作物育种的研究方向。

围绕单一及多种霉菌毒素的生物降解，本研究室也进行了大量的研究，证明利用多种益生菌组合，与植物提取物或与来自真菌分泌的霉菌毒素降解酶配伍，可有效地同步降解多种霉菌毒素，并证明霉菌毒素的生物降解产物无细胞毒性，降低了霉菌毒素对畜禽的危害[15-16，25，44-50]。

由于饲料中霉菌毒素的污染不可避免，所以大家普遍关注霉菌毒素脱毒剂和解毒剂的研究与应用，造成产品种类繁多、质量参差不齐。当前，国内外在这方面还没有制定相关的质量标准，这就需要用户慎重选择。除利用霉菌毒素检测试剂盒，对霉菌毒素体外降解进行快速检测外，重点要观察霉菌毒素脱毒剂和解毒剂对动物生产性能的促进作用及健康的保护作用。目前，国内外关于霉菌毒素生物降解的实验室研究较多，其产业化还受到微生物及霉菌毒素降解酶的品种、特性、功能、配伍和生产工艺等条件的限制，需要深入研究。另外，霉菌毒素生物降解的中间产物及终产物的毒性有待于进一步的分析，为霉菌毒素生物降解剂的推广应用提供理论依据。相信在不远的将来，霉菌毒素的生物降解将会在饲料工业中发挥更重要的作用，为畜禽健康养殖提供安全和有效的解决方法。