饲料呕吐毒素脱毒方法研究进展

万 晶，邓 波，吴 杰，徐子伟*

（1.浙江师范大学化学与生命科学学院，浙江金华 321004；2.浙江省农业科学院畜牧兽医研究所，浙江杭州 310021）

饲料呕吐毒素脱毒方法研究进展

万 晶1，2，邓 波2，吴 杰1，2，徐子伟2*

（1.浙江师范大学化学与生命科学学院，浙江金华 321004；2.浙江省农业科学院畜牧兽医研究所，浙江杭州 310021）

呕吐毒素（deoxynivalenol，DON）是谷物中常见的一种真菌毒素，动物摄入含DON的饲粮会产生一系列毒性反应，因此常用吸附剂吸附、生物降解、营养调控等方法进行DON脱毒和改善DON对动物体的不利影响。本文从吸附剂吸附、毒素生物降解和动物体营养调控3方面综述饲料DON脱毒方法的研究进展，并对DON脱毒方法的应用前景进行探讨。

呕吐毒素；吸附剂；生物降解；营养调控

呕吐毒素（脱氧雪腐镰刀菌烯醇，deoxynivalenol，DON）是一种B型单端孢霉烯族毒素，主要由镰刀菌在田间产生。DON污染饲粮的情况十分普遍，欧洲4 000例的送检样品中，57%的样品检出DON，且含量91～5000μg·kg-1［1］。中国饲料及原料中DON污染情况同样严重，百奥明公司2012年上半年中国饲料及原料霉菌毒素污染情况的调查报告显示，送检玉米及副产品的DON阳性检出率高达93%，小麦中DON阳性检出率为90%，猪料和禽料中DON阳性率分别为96 %和95%［2］。特别值得注意的是，由于饲料加工工艺无法破坏DON，且在玉米加工过程中存在毒素浓缩效应，随着玉米酒糟蛋白饲料、玉米蛋白粉等玉米加工副产品在饲料中的添加量越来越大，造成其中DON超标更加严重［3］。

动物食用DON污染饲粮会造成胃肠道功能紊乱，如呕吐、腹泻、拒食，造成动物生产性能下降，高剂量的DON会导致动物免疫抑制从而发生循环性休克甚至死亡。对1968-2010年报道的试验数据进行整合分析发现，呕吐毒素污染组较对照组，猪食量下降了26%，增重下降了26%［4］。不同物种对DON的耐受性不同，猪肠道能够吸收多达55%的DON，而家禽肠道对DON的吸收量极为有限，仅为5%～20%。由于家禽的消化道较猪的短，食物在消化道中停留的时间较短，且其对DON的口服生物利用率较低，这些都导致猪对DON的敏感程度远远高于家禽［5］。

饲料及原料中DON污染广泛、阳性率高，且其对畜禽生产会产生一定的负面影响，DON的脱毒处理也日益受到人们的重视。DON具有较强的热抵抗力和耐酸性，可溶于水和极性溶剂，常规的饲料加工工艺无法去除饲料中的DON。目前，饲料中霉菌毒素的解决方案有毒素的脱毒处理（包括吸附剂吸附和生物降解）和从营养调控角度减少毒素的毒害作用2个途径。本文将从吸附剂吸附、毒素生物降解和动物体营养调控来综述DON的脱毒方法。

1 吸附剂吸附

在饲料中添加毒素吸附剂是目前畜禽生产中应用最为广泛的毒素脱毒方法［6］。吸附剂在动物体内与毒素结合形成复合体，使毒素经过消化道时不被动物体吸收并随吸附剂排出体外，从而降低毒素的生物学效应，减少肠道对毒素的吸收和血液中毒素浓度，并且减少靶器官中毒素含量。

霉菌毒素吸附剂种类繁多，根据其组分的不同可分为硅铝酸盐类、活性炭类和其他生物材料（包括酵母细胞壁类、植物纤维类、乳酸菌类，以及高分子化合物等）［7］。

吸附剂对毒素的吸附性与其材料的物理结构（孔径大小、表面积、总容量、电荷分布）和所吸附毒素的特性（极性、溶解性、化学结构、电荷分布）有关。

硅铝酸盐矿物质是最常被用作制作霉菌毒素吸附剂的一类物质。其主要包括页状硅铝酸盐，如膨润土、蒙脱土、高岭土、伊利石和层状硅铝酸盐沸石。其吸附原理是基于较大的比表面积和亲水性的负电荷表面，同时由于其结构中存在大量的天然纳米微孔，存在同质取代现象，层间带有大量可交换阳离子，适于吸附具有极性基团的霉菌毒素如黄曲霉毒素。由于DON所带基团极性较弱，且亲电性差，硅铝酸盐类吸附剂较难通过电荷吸附的方式与之结合［8］。天然硅铝酸盐吸附剂对DON的吸附受pH影响，仅在pH值3.0时可少量吸附DON，且吸附率根据矿物质的不同最高仅为50%［9］。研究者尝试运用包括有机改性法、酸活化法和负载络合物法等方法对硅铝酸盐进行改性，期待提高其对低极性霉菌毒素的吸附能力［10］，但效果并不明显。吴延兵［11］研究发现，改性非金属矿物吸附剂对呕吐毒素的平衡吸附量和吸附率分别比改性前有显著降低，对硅铝酸盐进行有机阴离子改性和将不同种类的硅铝酸盐进行配比也无法改变其对DON的低吸附性［12］。

活性碳是最早被使用的毒素吸附剂材料［7］。活性炭是一种具有高比表面积的多孔不溶性粉末状物质，可与多种有害药物和化学物质进行吸附。活性炭的比表面积一般可达500～2000 m2·kg-1，较高的比表面积提高了其对有害物质的吸附能力。活性炭对DON的吸附不受pH影响，且不同结构可影响其对DON的吸附性能。活性炭对DON的吸附具有饱和性，随着毒素浓度增加，活性炭对其结合力下降。对IPEC-J2细胞的研究发现，活性碳在DON浓度为0.5和1 mg·kg-1的情况下均能有效吸附DON，且能完全消除DON对IPEC-J2细胞的细胞毒性［13］。但由于活性炭的选择吸附能力较差，在吸附毒素的同时也会对饲料中的维生素等营养物质进行吸附，被饲料中的某些营养成分所饱和而失去了对真菌毒素的吸附能力。在运用活性炭作为吸附剂材料时应充分考虑其利弊，合理利用。

生物类吸附剂，包括酵母细胞壁物质和植物纤维（如苹果纤维、微缩植物纤维等），是近期研究的热点。酵母细胞壁上存在多糖、蛋白质和脂类，这些物质可通过氢键、离子键和疏水作用力等对霉菌毒素产生吸附作用。大量研究发现，酵母细胞壁物质-改性葡甘露聚糖对呕吐毒素的吸附效果很差。聚合葡甘露聚糖（GMA）是从酵母细胞壁中提取出的一种富含β-葡聚糖的混合物，可增强动物体免疫功能。Dänicke等［13］研究发现，GMA对于缓解DON对仔猪的负面影响无效果。植物纤维类产品主要由谷物（包括大麦、小麦、燕麦等）纤维、苹果纤维、竹纤维等构成，其中含有丰富的纤维素、半纤维素和木质素，其具有微孔结构，可将毒素吸附在其微孔结构中。研究发现小麦纤维可减少赭曲霉毒素对动物体的不利影响［14］，但通过体外研究发现谷物纤维和苹果纤维对DON的吸附率不到2%。

另外，包括聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、消胆胺在内的高分子材料也被用于毒素吸附剂的制作上。PVP是一种不溶性高分子极性多孔性良性化合物，具有极强的脱霉菌毒素效果。消胆胺是一种季铵盐阴离子交换树脂，其吸附性与其离子交换功能有关。但是研究发现这2种高分子材料对DON的吸附率极低［15］。腐殖酸类物质是动植物体腐解后形成的一种天然有机高分子化合物，其具有较大的内表面积，较强的吸附、交换、络合和螯合能力。近期有研究发现腐殖质可有效吸附DON［12］，但是进行动物试验结果显示，饲料中添加腐殖质，并不能降低动物血液中DON的含量，提示腐殖质并不是一种有效的DON吸附剂［16］。

目前，市面上成熟的吸附剂产品种类繁多，对其进行体外吸附试验发现，对DON的吸附效果均不理想［7］。虽然体外吸附效果并不能代表体内的作用效果，但Beaulieu等在断奶仔猪上检测了8种市售吸附剂对断奶仔猪的保护作用发现，其均未能改善饲粮中DON对断奶仔猪生产的负面影响。国内外对吸附剂材料和种类进行大量研究发现，对DON具有较好吸附效果的吸附剂较少。如何利用特定吸附材料对DON的高效吸附性，使其与其他材料通过物、化结合或是进行配比制备出一种吸附剂，既能高效吸附DON，又能减少对营养物质的吸收，同时不影响食物的口感。目前欧盟还不允许使用吸附剂来解决饲料中毒素污染的问题，但针对中国畜禽生产的现状，吸附剂的研究仍是十分必要的。

2 生物降解

DON的主要毒性基团是C-12，13环氧环和C3-OH基团，其可以与核糖体结合，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，抑制蛋白合成并产生细胞毒性［17］，这3个基团是DON生物降解的主要研究位点。DON的生物降解包括毒素分子的去环氧化、脱乙酰、羟化、水解和糖苷化［18］，微生物通过释放胞外酶，作用于DON并将其转化为低毒的化合物。目前发现的微生物对DON生物降解主要包括2大类：好氧菌将DON氧化成3-酮-DON，同时生成3-epi DON；瘤胃或肠道厌氧菌将DON转化为去环氧化合物DOM-1［19］。

对DON具有降解作用的好氧菌主要存在于感染赤霉病的土壤及作物中。微生物通过加氢甲酰化作用将DON C3-OH基团氧化为酮基，生成毒性较弱的3-酮基-DON［20］。研究发现，在有氧环境下，土壤中的类诺昔氏菌属（Nocardioides）和德沃斯氏菌属（Devosia）可将DON转化为3-keto-DON和3-epi DON，从而降低DON的毒性［21］。He等［22］从土壤中分离到可将DON转化为3-keto-DON的细菌混合物。徐建宏等［23］用富集驯化培养的方法从感染赤霉病的土壤和小麦中分离出单一德沃斯氏菌DDS-1，将其添加到DON含量为25 mg· L-1的饲料中，DDS-1对DON的降解率可达75.47%。进一步研究发现，DSS-1首先把DON氧化成3-AC-DON，再通过产生3-AC-DON氧化酶将3-AC-DON氧化为3-keto-DON。该酶可降解小麦中58.11%的DON和68.39%的3-AC-DON［24］。

厌氧微生物对DON的降解多发生在动物胃肠道内，可将DON转化为去环氧环化合物DOM-1。通过BrdU（5-溴脱氧尿嘧啶）合成掺入法研究发现，DOM-1对DNA的毒性仅为DON的1/55，是目前DON生物降解得到的毒性最低的产物［20］。相关研究已在鲶鱼、鸡肠道和牛瘤胃胃液中分离出可将DON降解为DOM-1的厌氧菌。关舒等从鲶鱼肠道内容物中分离并纯化了4株厌氧菌，其混合物C133可有效的将DON降解为DOM-1［25］。值得注意的是，某些厌氧菌可在有氧环境下存活，并在动物体内无氧环境中将DON降解为DOM-1，有效改善DON污染饲料对动物生产的不利影响。Li等［26］的研究证明了这点，在DON污染饲粮（DON含量为5μg·g-1）中添加芽孢杆菌LS100（Bacillus sp.LS100），添加LS100的饲粮组断奶仔猪生产性能与DON未污染饲料组生产性能无差异，说明LS100可改善DON对断奶仔猪生产的不利影响。可从瘤胃内容物中分离并提纯出对DON进行转化脱毒的菌株BBSH797。Biom in GmbH公司将其开发为可降低禽料和猪饲料中DON的产品Mycofix，其宣称可降低DON对母猪、奶牛的不利影响，作用机制可能是提高了奶牛瘤胃微生物的活性［20］。但对该产品的评价表明，其在猪或家禽体内的解毒作用不理想，原因可能是该微生物来源于瘤胃，不适合在猪和家禽体内生长［27］。这也提示我们，在寻求生物降解法来解决DON的道路上，不仅要分离并纯化出能高效降解DON的微生物或微生物释放的酶，还应该寻找调控解毒酶产生的基因，并将其克隆到生物反应器中进行高效表达，同时应注意在动物体中可否适应体内环境，发挥解毒活性。

3 营养调控

鉴于上述2种脱毒方法存在的问题，近年来对于毒素对动物体毒性作用的控制，逐渐转向通过营养调控这一方式来进行。通过营养调控的手段，可增加动物体的免疫力，保护靶器官，从而降低动物对毒素的易感性。氨基酸调控被大量使用在DON毒性的控制中。蛋氨酸是一种可保护肝脏功能的氨基酸，具有抗氧化性与抗毒性，在饲料中添加蛋氨酸可最大程度的减少毒素对于动物生产的不利影响。同时，当DON污染饲料中每增加1个可消化单位（蛋氨酸添加量/动物代谢体重，g·kg-1）的蛋氨酸，动物日增重可增加1.2 g［28］。在动物仅通过饲料摄入DON时，其吸收的蛋氨酸量与其日增重具有极强的相关性［4，29］。谷氨酸是一种重要的功能性氨基酸，谷氨酸的代谢为肠道功能和结构的完整性提供大量的能量，谷氨酸也可形成谷胱甘肽参与动物体内解毒过程，谷氨酸也是谷氨酰胺的必须前体，其可通过合成谷氨酰胺来产生免疫和营养双重调节的作用。研究发现在呕吐毒素污染饲料中添加2%的谷氨酸，可缓解提高断奶仔猪的生长性能并缓解DON对断奶仔猪所产生的肠道应激作用［29］。在饲料中添加其他功能性氨基酸如天冬氨酸、精氨酸、赖氨酸对于缓解呕吐毒素对生长肥育猪产生的不利影响有一定的缓解作用［30］。

近年来，抗菌肽在动物生产中的研究越发深入，抗菌肽主要成分为可参与动物体非特异性免疫的小分子氨基酸，可增强动物体的免疫力。Xiao等［31-32］将主要成分的乳铁蛋白肽、植物防御素和活性酵母的复合抗菌肽作用于受DON影响的断奶仔猪上发现，该复合抗菌肽可以有效改善DON对断奶仔猪生产性能、自身免疫力和肠道功能的不利影响，说明抗菌肽在解决DON对动物不利影响的问题上有一定的作用。

4 DON脱毒方法应用前景

由于饲料中DON污染情况十分普遍，饲料DON脱毒方法的研究仍是今后研究的重点。在饲料中添加霉菌毒素吸附剂是最为广泛使用的毒素脱毒方法，但由于其仅对毒素进行简单螯合，并未使毒素降解成其他低毒产物，经动物体排出后会在土壤中重新分解出来造成二次污染，因此并非是毒素脱毒的最佳策略。随着DON毒性机制的逐渐认识，进一步研究DON的降解及毒性的减轻和弱化，通过筛选出具有高效降解DON的降解菌并将其产生的酶进行大量表达，以期将生物降解的方法应用到实际生产中。同时应考量生物降解法对饲料中营养物质的影响，寻求既能降解毒素又对饲料营养物质造成最小损失的方法。营养调控的方法则是从动物体自身的角度来解决霉菌毒素问题，通过提高动物体自身的机能从而增加其对毒素的耐受力。如何将营养调控和生物降解的方法有机结合，逐步替代吸附剂应用于生产中，是未来研究必须解决的问题。

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（责任编辑：吴益伟）

S 816

A

0528-9017（2014）09-1450-04

2014-07-15

国家生猪产业体系项目（CARS-36-09B）；国家科技支撑计划课题（2012BAD39B03-04）

万 晶（1989-），女，湖北黄冈人，硕士研究生，研究方向为动物营养与饲料科学。E-mail：connie99@live.com。

徐子伟，研究员，博士生导师。E-mail：xzwfyz@sina.com。

文献著录格式：万晶，邓波，吴杰，等.饲料呕吐毒素脱毒方法研究进展［J］.浙江农业科学，2014（9）：1450-1454.