呕吐毒素的污染现状及脱毒技术研究进展

■ 潘卡丽 赖建兵 齐珂珂

（1.浙江欣宏源生态农业有限公司，浙江丽水 311215；2.浙江省农业科学院，浙江杭州 310021）

呕吐毒素是一种B 型单端孢霉烯族毒素，又名脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol, DON），是由禾谷镰刀菌、尖孢镰刀菌、串珠镰刀菌、拟枝孢镰刀菌、粉红镰刀菌和雪腐镰刀菌等产生，因动物采食被DON污染的饲料后出现采食量降低、拒食，甚至发生呕吐现象而得名[1-2]。DON 广泛分布于小麦、玉米、大豆中，是谷物原料和饲料中比较常见的霉菌毒素之一。DON化学性质稳定，研磨、加热、高压等处理均很难将其破坏，在pH 7.0、120 ℃、60 min条件下，仅有少量被破坏降解[3]，且DON 所带基团极性较弱，亲电性差，市面上常见的毒素吸附剂较难通过电荷吸附的方式将其吸附，因此成为世界上污染最为严重的霉菌毒素之一。DON 对所有动物都有毒性作用，而猪对DON 的敏感性最高[4]。DON 对猪的毒害作用主要为出现不良反应（如拒食、呕吐、生长抑制等）、组织器官（肝、脾、胃、肠道等）损伤、细胞毒性（氧化应激、内质网应激、细胞凋亡和增殖受阻等）和免疫毒性（免疫刺激和免疫抑制）等方面[5]。因此，了解DON 的污染现状、理化特性以及有效的脱毒措施，对于养猪业的饲料安全及健康养殖具有重要意义。

1 呕吐毒素在饲料及原料中的污染情况

2017 年中国国家质量监督检验检疫总局发布的DON 的最新版安全标准（GB 13078—2017），植物性饲料原料≤5 mg/kg，饲料产品中猪配合饲料≤1 mg/kg，其他配合饲料≤3 mg/kg。欧盟委员会对饲料原料和饲料中的DON 限量为900 μg/kg。霉菌毒素污染谷物发生在收割、干燥、储存、运输和加工等各个环节，其中玉米和小麦在田间最容易受到DON 的污染[6]。对2009—2011 年全球的玉米、大豆、豆粕、小麦、干酒糟及其可溶物DDGS 等7 049 个样品中霉菌毒素含量检测发现，DON 的检出率高达59%[7]。使用高效液相色谱法对2018—2020年从我国超过20个省市的饲料原料和配合饲料3 507 份进行DON 检测，检出率为96.4%～100%，平均浓度为485.0～1 925.4 μg/kg；所有猪配合饲料中DON 的超标率达8.9%；饲料原料，包括玉米糠、可溶性干酒糟、次粉、麦麸和草粒等被DON严重污染，平均浓度超过1 000 μg/kg[8]。采用免疫亲和柱-高效液相色谱法对国内2019—2021 年各省区域的玉米、玉米副产物、小麦及麸皮、杂粕和配合饲料等样品的DON含量进行了测定[9-10]，2019年DON检出率为92.72%～100%，其中小麦及麸皮的超标率高达11.02%；2020 年检出率为87.44%～100%，超标率分别为8.64%、6.88%、5.18%、0、9.09%[9]；2021 年检出率为88.06%～100%，超 标 率 分 别 为15.43%、16.36%、12.32%、0、25.91%，小麦及小麦麸中DON 最高值达16 538.76 μg/kg，玉米副产物和玉米中DON 最高值分别为6 386.61 μg/kg 和4 378.96 μg/kg，谷物原料中DON 污染较为严重[10]。丁燕玲等[11]收集了“中国知网”以及“奥特奇”“奥迈”等公司2015年1月至2020年6 月发布的30 份调查报告，结果显示：华东地区霉菌毒素污染最严重；DON 在小麦和麦麸中一直保持90%以上的极高阳性检出率，2017、2018 和2020 年甚至高达100%；玉米检出率均高于80%，2020 年DON检出率达100%；豆粕中DON 检出率稍低，但2018 年达到70%，浓度为1 100 μg/kg，高于我国对谷物及其制品中DON 浓度的限量（1 000 μg/kg）。使用酶联免疫吸附试（ELISA）检测2023 年北京大兴种猪示范基地的仔猪、中猪和母猪全价料的霉菌毒素含量，DON 的检出率为100%[12]。综上，谷物及饲料原料中DON 污染非常严重，是畜牧养殖领域亟需解决的问题之一，应定期监测饲料及原料中霉菌毒素的污染情况，并重视霉菌毒素脱毒技术的研发。

2 呕吐毒素的理化性质

DON的分子式为C15H20O6，相对分子量为296.32 u，化学名称为3α,7α,15-三羟基-12,13-环氧单端孢霉-9 烯-8 酮，是一种极性有机化合物，物理状态呈无色针状结晶，易溶于乙醇、乙腈等极性有机溶剂和水，熔点为151～153 ℃，沸点为（543.9±50.0） ℃。DON 重要的理化性质之一是其热稳定性，DON能稳定存在于170 ℃至350 ℃的温度范围内，如在170 ℃条件下处理30 min，DON 浓度不会降低。该特性提示常规的饲料加工工艺无法破坏饲料原料中的DON。DON 属于倍半萜类化合物，其12,13-环氧环为其主要毒性基团，可以与核糖体结合，造成核糖体毒性压力效应，激活多种蛋白激酶，调节基因表达，抑制蛋白质合成并产生细胞毒性[12]。动物摄入DON，初期症状为采食量下降，然后可导致肠胃炎性症状如恶心、呕吐、腹泻、神经性厌食和胃肠性出血等[12]。猪对DON最为敏感，且由于猪饲料中小麦和玉米的含量高，面临更高的DON 暴露风险，且猪对DON 和其他真菌毒素的解毒能力较差[13]，其中毒特点是肠胃炎和免疫毒性。DON 具有很强的肠道毒性，1～2 mg/kg 的DON就能引起猪的毒性效应[14]。1.0 mg/kg 和3.0 mg/kg DON 摄入降低了仔猪的体增重、采食量和饲料转化率，这与DON 损伤仔猪十二指肠、空肠和回肠结构，破坏肠道氧化还原稳态和扰乱肠道微生态平衡有关[8]。因此，养猪业中应当更加关注DON 的污染状况。

3 呕吐毒素的脱毒方法

3.1 霉菌毒素吸附剂

在饲料中添加霉菌毒素吸附剂是畜禽养殖业中使用最广泛的脱毒方法。霉菌毒素吸附剂种类繁多，主要包括硅铝酸盐类化合物、活性炭类、高分子多聚物和其他生物类材料（葡甘聚糖、酵母细胞壁、乳酸菌、植物纤维等）[15]。硅铝酸盐矿物质是最常被用作霉菌毒素吸附剂的一类物质，是由硅氧四面体和铝氧八面体通过共用氧联结形成的含氧酸盐物质，主要包括沸石、水合铝硅酸钠钙（HSCAS）以及含有铝酸盐、硅酸盐和一些可置换金属阳离子的黏土。该类物质有较大的比表面积，具有亲水性的负电荷表面，立体结构内存在大量的纳米微孔及可交换阳离子，高价阳离子可被低价阳离子置换，使层内电荷不平衡，形成负电荷吸附中心，从而具有吸附各种阳离子和极性分子的能力[16]。但是，由于DON所带基团极性弱且亲电性差，硅铝酸盐类吸性较弱吸附剂较难通过电荷吸附的方式与之结合，因此市售的硅铝酸盐类吸附剂如钠基膨润土、沸石和海泡石等对DON 的吸附效果较差[17]。使用酸活化法、有机改性法、负载络合物法等对硅铝酸盐化合物进行化学修饰，增加其表面疏水性，提高对低极性霉菌毒素的吸附能力[18]，效果并不明显。活性炭是一种具有高比表面积的多孔不溶性粉末状物质，其作为毒素吸附剂使用较早。活性炭对DON 有较好的吸附效果，且吸附效果不受pH 影响，在pH 3～8 时吸附率可达90%以上[19]。但活性炭的选择吸附能力差，在吸附毒素的同时也会对饲料中的营养物质进行吸附；且由于其吸附具有饱和性，当其吸附营养成分饱和时就失去了对毒素的吸附能力。酵母细胞壁，通过其含有多糖、蛋白质和脂类的氢键、离子键和疏水作用力等吸附霉菌毒素。多数研究报道，酵母细胞壁类物质对DON 的吸附效果较差，仅为活性炭的37%～57%[20]。植物纤维类主要包括谷物纤维、苹果纤维和竹纤维等，其含有丰富的纤维素、半纤维素和木质素，具有可吸附毒素的微孔结构。

徐雪梅[21]研究了葡甘聚糖、膨润土以及其他改性及复合物对DON 的体外吸附效果，最高仅为23.55%。阳艳林等[22]比较了市面上国内外10 种不同种类的毒素吸附剂，体外评价发现，各吸附剂对DON 的吸附率较差，最高仅为50.08%。目前国内外对DON 体外吸附效果的研究较多，动物试验报道较少。万晶[23]选取了市面上8 种毒素吸附剂产品，除吸附剂D（钙基蒙脱石和活性炭）外，其他7 种产品对DON 的吸附率均低于30%；对蒙脱石进行有机阴离子改性和负载金属离子改性均无法提高其对DON 的吸附率；对蒙脱石进行碳化改性，并将其与钙基蒙脱石进行复配的吸附剂FH-FCC 对DON 有较好的吸附率（大于70%），在pH 8.0 的条件下，每10 mg 的FH-FCC 可吸附DON 4.69 μg/mg；将FHFCC 添加至仔猪霉变饲粮中可显著改善DON 对断奶仔猪肠道形态结构、机体抗氧化能力和免疫性能方面的负面影响。

3.2 生物脱毒

DON 的主要毒性基团位于C12、C13 位的环氧环、C3 位 羟 基、C16 位 羟 基 以 及C18 位 酮 基，因 此DON 的生物脱毒主要是利用微生物释放的胞外酶，通过酶的作用破坏其环氧结构及对其乙酰化、糖基化、氧化和异构化[24]等。生物脱毒法有微生物法和生物酶法。目前筛选到的DON 降解菌主要包括德沃斯氏菌属（Devosia）、芽孢杆菌属（Bacillus）、乳酸菌属（Lactobacillus）和类诺卡氏菌属（Nocardioides）等[25]。生物酶法是从微生物中发现降解毒素的基因，构建生物酶的高效表达工程菌，获得降解酶。DON 的C12、C13 位的脱毒反应主要是通过脱环氧化生成低毒产物DOM-1，该类DON 降解菌多在牛瘤胃胃液、鲶鱼肠道、家禽肠道等分离。如牛瘤胃中分离的厌氧优杆菌BBSH797，消化道中分离出来的伊格尔兹氏菌Eggerthellasp.DII-9 和鹅消化道来源的梭菌Clostridiumsp.分离株WJ06，具有良好的DON 脱毒能力[26-28]。DON 的C3 位羟基可被多种微生物氧化为3-酮基-DON，或进一步还原转化成3-异构-DON。此类降解菌多从赤霉病污染的土壤中富集培养分离。Wang 等[29]报道，Devosiasp.A1 可将DON 及其衍生物降解为3-酮基-DON。Li 等[30]将从土壤中筛选到的Devosiasp.ANSB714 发酵液加入到猪的饮用水中，可有效降低猪血清、肝脏和肾脏中的DON 残留，改善猪的DON中毒症状。DON 的乙酰化作用是指DON 分子在乙酰基转移酶的作用下将乙酰基转移至C3 或C15位，生成产物3-乙酰-DON 或15-乙酰-DON。徐剑宏等[31]从土壤和麦穗中分离的Devosiasp.DDS-1可降解液体培养基中95%以上的DON，对小麦中的DON 降解率达到了75.47%，该酶的作用机制是将DON 乙酰化成3-乙酰-DON，再氧化成3-酮基-DON。DON 糖基化是指葡萄糖基转移酶将葡萄糖基转移至DON 的C3 羟基上，生成DON-葡糖苷，是植物对DON 的解毒机制[32]。目前，生物脱毒法降解DON 虽然具有安全、高效等优点，但由于成本高、效果不稳定，且有些已发掘的微生物代谢机制和代谢产物的毒性尚未明确，制约了生物脱毒方法的应用。

3.3 营养物质调控

DON被动物摄入后，肠道是其攻击的第一个靶器官，营养物质具有提供能量和参与机体生理功能的双重作用，因此可以通过营养物质调控缓解DON 对肠道屏障功能的损伤。植物提取物，如黄芩苷[33]、小檗碱[34]、甘草酸[35]、绿原酸[36]、落新妇苷[37]、大豆异黄酮[38]、藻蓝素[39]等能够通过不同的作用途径缓解DON诱导的猪肠道屏障功能损伤。脂肪酸，如短链脂肪酸丁酸作为肠上皮细胞的能量底物，可以通过改善屏障功能颉颃DON 毒性[40]；n-3 多不饱和脂肪酸可以通过提高肠道上皮跨膜电阻等抑制DON 诱导的猪小肠上皮细胞坏死[41]。微量元素（如硒）可通过抑制猪淋巴细胞中细胞因子和免疫球蛋白减弱呕吐毒素的作用[42]。此外，微量元素锌[43]、铜[44]与植物提取物黄芩苷形成的复合物能缓解DON 诱导的仔猪炎症反应，促进肠道营养物质的吸收。但在目前的研究中，营养物质对DON 诱导的肠道屏障损伤仅报道有缓解作用，对DON 诱导的肠道其他损伤的调控作用有待进一步研究。

4 小结及展望

综上，碳化改性蒙脱石与钙基蒙脱石复配的吸附剂FH-FCC 证明能有效缓解DON 对断奶仔猪生长的不利影响，已在市面上大量推广。DON的生物降解技术能够应用于实际生产的很少，单一菌株和生物酶的降解毒素效果并不理想，且已报道脱毒菌株的脱毒机理和安全性未知。此外，营养调控与毒素吸附剂、生物脱毒方法的联合应用，也是未来该领域研究和关注的重点。