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饲料霉菌毒素对水产动物的危害及防控策略

2021-12-04李煜政门湛钧吕月琴

养殖与饲料 2021年9期
关键词:饲料原料霉菌水产

李煜政 门湛钧 吕月琴

中国农业大学(烟台),山东烟台264670

随着国家对海洋的重视和人们对饮食质量要求的提高,水产品的质量越来越受到人们的重视。在水产品质量管控体系里,饲料安全是相当重要的一环。饲料在生产、保管、运输及使用等过程中都容易受到霉菌毒素的污染。研究人员对国内外霉菌毒素的污染情况进行了一系列调查研究[1-3],发现水产饲料中霉菌毒素的污染比预计要严重的多。陈红霞等[4]对2018年广东省饲料原料及配合饲料的霉菌毒素污染情况进行调查,发现AFB1、ZEN、DON 的检出率分别为92.3%、89.7%和100%。2017年,我国颁布了新版饲料卫生标准(GB13078-2017),对饲料原料及配合饲料中霉菌毒素含量做出了具体限定。与之前旧版本相比,部分水产品配合饲料的限量标准更加严格。因此,如何对水产动物饲料中的霉菌毒素进行有效的防控是至关重要的。

为了对水产动物饲料中霉菌毒素的危害及防控有更全面的了解和掌握,本文将从霉菌毒素的产生和分类、对水产动物的危害以及霉菌毒素污染的预防和控制等几个方面对其进行总结和归纳。

1 霉菌毒素的产生及分类

霉菌是丝状真菌的俗称,广泛存在于自然界中,通过孢子进行繁殖生长。霉菌孢子体积小、质量轻、数量多、休眠期长且传播能力强,一旦接触到破损的种子或饲料,即可大量繁殖,使谷物和饲料发生霉变,并迅速蔓延。

按照生活习性的不同,霉菌主要分为田间和仓储2种[5]。田间霉菌属于野外菌株,在谷物生长过程中就可能发生感染。而储存的饲料或原料在适宜的温度、湿度等条件下感染的霉菌多为仓储霉菌。不论是在田间、收获过程中,还是在储存、加工过程中,霉菌均可感染谷物或者饲料并迅速增殖。

霉菌增殖的过程中可产生有毒的代谢产物——霉菌毒素。目前,已经分离、鉴定的霉菌毒素有300多种。在水产饲料中较为常见的霉菌毒素主要有曲霉菌属、青霉菌属、麦角菌属和镰孢菌属等4 种霉菌。其中曲霉菌属主要分泌黄曲霉毒素、赭曲霉毒素等;青霉菌属主要分泌橘霉素等;麦角菌属主要分泌麦角毒素;而镰孢菌属主要分泌玉米赤霉烯酮、T-2 毒素、呕吐毒素以及串珠镰孢菌毒素[6]。同一菌株可产生不同的毒素,不同的菌株也可能产生同一种毒素。

从繁殖环境来看,霉菌毒素可以在不同的温度和湿度环境下繁殖,而不仅仅是夏季高温、高湿环境。严重的干旱气候和连续的阴雨天气均可通过影响谷物生长及储存等不同的环节而导致大量霉菌繁殖[7]。烟曲霉菌毒素、黄曲霉菌毒素等容易在温热气候下滋生;而赭曲霉毒素和镰刀霉菌分泌的玉米赤霉烯酮、呕吐毒素、T-2毒素等霉菌毒素污染常发生于寒冷高湿的气候和地区。镰刀霉菌的耐寒能力较强,在多湿环境中,即使温度降到0 ℃依然能够照样生存。所以如果谷物运输、储存遇到持续阴雨天气,即使在南方的冬春季或者北方,也可能发生霉菌的污染[8]。

2 常见霉菌毒素对水产动物的危害

被霉菌污染的饲料被水产动物摄入后,霉菌毒素在动物体内不断蓄积,不仅可能导致饲料利用率下降、水产品品质下降,还可能导致动物肝脏、肾脏等器官结构和功能的损伤,甚至导致动物死亡。同时,摄入含有霉菌毒素饲料的水产品被动物和人类食用后,可能引起动物和人类中毒等问题,严重威胁人类的健康。目前,对水产动物影响较为严重的霉菌毒素主要有黄曲霉毒素、赭曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、T-2毒素、呕吐毒素等。

2.1 黄曲霉毒素

黄曲霉毒素(aflatoxins,AFs)主要由曲霉菌属产生。目前,科学家已经分离出20多种曲霉毒素,在水产饲料中,黄曲霉毒素B1(AFB1)的毒性大,检出率最高,不仅可造成水产动物中毒甚至死亡,而且可在动物产品中残留、蓄积进而对人类健康造成威胁[9]。

已有研究证实AFB1 可与DNA 形成共价结合,从而抑制DNA 合成,对人和动物肝脏有严重的破坏作用,可导致肝癌等肿瘤的发生甚至死亡,2012年就已经被IARC(国际癌症研究所)定为I 类致癌物[10]。

不同种类的水产动物对AFB1 的耐受能力各有不同。盐水虾AFB1半数致死剂量为14 mg/L,而淡水虾蟹的半数致死剂量为1.0 mg/L[9]。Wang 等[11]发现投喂5 mg/kg AFB1 30 d,对虾的体重和存活率明显降低,肝胰腺和肠道损伤严重。虹鳟是对AFB1最为敏感的鱼类之一,有研究发现1µg/kg AFB1 可导致虹鳟肝脏肿瘤,长期的低浓度饲喂可发现肝脏肿瘤向肾脏转移[1]。

2.2 赭曲霉毒素

赭曲霉毒素主要由曲霉属和青霉属真菌产生。该类霉菌对湿度要求高。赭曲霉素A(ochratoxin A,OTA)在赭曲霉毒素中最为常见、毒性最强,常存在于玉米、小麦、大麦及油料种子(如大豆和花生)中[2]。

Manning 等[12]发现随着饲料中添加OTA 的剂量逐渐增加,河豚逐渐出现体重下降、血细胞数量显著降低、肝胰腺组织病变率增加,甚至死亡率明显增加。黑鲈对OTA 尤其敏感,96 小时内投喂277µg/kg OTA 即可引起神经系统和呼吸道明显的中毒症状[2]。

2.3 玉米赤霉烯酮

玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)主要由镰刀菌属真菌产生,是污染玉米的常见霉菌毒素之一。Wony等[13]发现幼年虹鳟感染10 mg/kg 的ZEN 24 h、72 h 和168 h 后,其肝脏和卵巢中的凝血时间有延长的趋势。Maciej等[14]发现摄入ZEN 会导致虹鳟生殖功能障碍,出现性欲下降、排卵障碍、不孕等症状。

2.4 T-2毒素

T-2 毒素也是镰刀菌属产生的毒素,在动物体内可作为蛋白质合成抑制剂、神经毒素、免疫抑制因子或肾毒素发挥毒性作用[15]。Modra 等[16]采用1.0 mg/kg和1.8 mg/kg浓度的T-2 毒素投喂虹鳟,发现高浓度T-2可导致红细胞数量显著增加而血红蛋白明显降低,白细胞数、淋巴细胞数增加,而巨噬细胞数没有明显改变。由此可见T-2毒素对虹鳟的免疫防御功能有明显的影响作用。

2.5 呕吐毒素

呕吐毒素(deoxynivalenol,DON),又称之为脱氧雪腐镰刀菌烯醇,是由镰刀菌属产生的一种B 型单端孢霉烯族毒素,常存在于小麦、大麦和玉米等谷类作物中。有研究发现DON 通过氧化损伤、促进凋亡和破坏紧密连接等机制破坏鱼鳃结构的完整性[17]。Hooft 等[18]对比研究了DON 对虹鳟和罗非鱼的生长、营养利用和代谢的影响,发现虹鳟对DON更为敏感。

3 饲料霉变的预防措施

饲料的霉菌感染可能发生在生长期、收获期、运输、储存及应用的每一个环节。防重于治,只有从上述每一个环节都严加把控,才可能最大程度上降低饲料霉变的可能性。

3.1 优选、培育抗性品种

玉米、花生等种皮的硬度、耐破损性能以及对病虫害的抗性都是影响饲料原料是否受到霉菌污染的重要因素。植物育种是控制作物被霉菌侵袭的最佳方法。近年来,研究人员发现可以通过转基因等基因工程技术培育抗霉菌作物或者品种[19],可以在源头防止霉菌侵袭。

3.2 植物生长期的预防措施

植物生长过程中,注意调节田间土壤湿度和温度、防治病虫害、适时播种、避免外界因素和人为因素所造成的机械损伤等,可以在一定程度上预防霉菌的感染[8]。

3.3 植物收获期的预防措施

首先应掌握植物生长发育的特性,明确其成熟期的特征,做到适时收获。延迟收割常导致霉菌侵袭风险增高。在收获的过程中,应采用良好的收获方式,尽量避免收获过程中造成的损伤;刚刚收获的玉米、花生等作物,应避免长时间堆放,要做到及时摊开晾晒,使含水量降至安全范围。

3.4 饲料原料存储过程中的预防措施

存储过程是预防饲料霉菌污染的重要环节。

首先,应控制原料中水分的含量。水分是饲料原料安全储存的重要指标,饲料中水分越高,发生霉菌污染的危险性越大。玉米、高梁、稻谷等储存时含水量均应不超过14%[20]。

其次,应保持仓库的通风、干燥和避光。霉菌的繁殖受温度、湿度的影响大,当环境温度和湿度过高时,霉菌就会快速繁殖[21]。一般原料库的湿度应低于65%。但过度光照可使饲料在光的催化作用下发生氧化等化学反应,进而造成营养物质的破坏。

此外,采用包装袋和适当的防霉剂也是预防霉菌污染的重要措施。通过选择优质的包装袋,可以有效控制水分和外界空气的进入,起到防霉的作用。在储存前添加防霉剂也能在很大程度上预防饲料原料的霉变。

3.5 饲料加工处理、运输过程的预防措施

饲料加工和运输是影响饲料质量的重要环节。加工水产饲料的过程中,必须规范化操作,按照标准做到彻底冷却后再装袋、运输、存储和使用。而且,运输过程中还应该防止雨淋、日晒[20]。

3.6 加强污染的检测,严格执行食品卫生标准

不论是原料还是饲料产品,都应该严格执行食品卫生标准,加强对霉菌及霉菌毒素污染的检测,建立高灵敏、高特异性、快速便捷的检测方法及霉菌毒素的长效检测机制。此外,还应多点检测,尽量避免抽样误差导致的隐蔽性霉菌污染。

4 饲料中霉菌毒素的脱除方法

除了在饲料运输、储存及应用等每个环节严加把控、严加预防以外,为了降低霉菌毒素对水产动物危害和影响,还应尽可能采取多种措施来降低产品中霉菌毒素的污染。常见霉菌毒素的脱除方法有添加剂吸附法、化学法、微生物法等。

4.1 吸附法

吸附法是应用最为广泛的脱霉法之一,常采用活性炭、铝硅酸盐和有机吸附剂等对霉菌毒素加以吸附。

1)活性炭:具有强大的吸附能力,能够和带毒物质相结合从而达到吸附的效果。研究证明:1%浓度的活性炭可以完全化解含10 mmol/L AFB1 的饲料[22]。但值得注意的是活性炭的吸附作用没有选择性,在吸收霉菌毒素的同时,也降低了营养物质的含量。而且只能进行体外吸附,不能在体内使用。

2)铝硅酸盐:这是市场上最常见的霉菌毒素吸附剂,不但拥有高比表面积,而且亲水性强,对极性霉菌毒素具有特殊的吸附功能,常用的有蒙脱石、沸石、硅藻土等[23]。但天然的铝硅酸盐类吸附剂的吸附力较弱,吸附速度缓慢,而且对营养素也有一定的吸附作用,只有通过适当的改性才能使其具有更强的吸附能力。

3)有机吸附剂:用于吸附霉菌毒素的有机吸附剂主要来自于酵母细胞。最常用的甘露聚糖含有脂质、多糖、蛋白质等成分,能够与霉菌毒素形成复合物,从而达到吸附的作用,但不降低营养物质的生物利用率。有研究证实0.1%甘露聚糖,可以吸附含0.1 mg/kg AFB1饲料[24]。此类吸附剂的吸附能力较强,而且对饲料的营养成分无副作用,具有很大的应用潜力。

4.2 化学法

常用的霉菌毒素化学脱毒法有酸处理法、碱处理法和氨处理法。

1)酸处理法:酸溶液可以通过水解作用,促进黄曲霉素等霉菌毒素的分解。Aiko等[25]研究发现乳酸可有效降解黄曲霉菌毒素。

2)碱处理法:使用碱溶液处理饲料,与酸处理法不同,碱溶液与霉菌毒素反应形成水溶性良好的盐,能达到去除霉菌毒素的作用。

3)氨处理法:在饲料或饲料原料中加入液态氨,可对霉菌毒素起到不同的脱毒效果[26]。

化学脱毒法虽然对于霉菌毒素的处理有选择性,但也很容易对营养成分造成破坏,而且还有可能有化学物质的残留,甚至二次污染。

4.3 微生物法

近年来,采用微生物法进行脱毒受到了越来越多的重视。该方法采用乳酸菌[27]、面包酵母、酿酒酵母[28]等微生物分解霉菌毒素,从而达到脱毒的效果。研究证实乳酸菌可通过细胞壁中的胺肽聚糖对霉菌毒素进行吸附。这些微生物不但对霉菌毒素具有选择性的吸附作用,而且可以作为添加剂添加到饲料中,不会增加毒副作用,因此有望广泛应用于水产饲料的霉菌毒素脱毒。

5 结 语

霉菌毒素在饲料中存在的广泛性不容忽视,对水产饲料的影响也相当严重。为了保证水产养殖业的健康发展,保证提供安全的水产食品,水产饲料的防霉、脱霉工作日益重要。为了减少霉菌毒素对水产动物的影响,应从饲料原材料的种植环节、收获环节、原料存储环节、加工制作环节、成品饲料存储环节、饲料投喂环节等方面进行管理,积极采取主动的控制措施,最大程度地降低霉菌毒素在饲料中的含量,以期不断提高水产品的质量。

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