青贮饲料中霉菌毒素的产生及对反刍动物健康的影响

赵雪娇，么恩悦，郑 健，刘 鑫，张永根

（东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨150030）

全株玉米青贮是发展草食动物养殖业不可或缺的基础饲料之一，也是最经济的饲料。但青贮中存在大量细菌、霉菌以及其有毒代谢产物，不仅会对家畜的健康产生不利影响，甚至会经机体代谢进入人类食品中，如牛奶中的黄曲霉毒素M1。因此在通过理化性质、发酵指标评价青贮饲料质量的同时，霉菌、霉菌毒素等生物指标也是必要的参数。霉菌毒素是由真菌产生的次级代谢产物，主要包括黄曲霉毒素（AFs）、赭曲霉毒素 A（OTA）、玉米赤霉烯酮（ZEA）、脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）、伏马菌素（FUM）等（Loi等，2017；Gallo 等，2016；Gallo 等，2015；Bennett等，2003）。 其主要存在于谷物、青绿和青贮饲料中，合成受环境和生理条件的影响（Magan 等，2007；Whitlow 等，2005）。 本文主要对青贮饲料生产过程中出现的各种霉菌、霉菌毒素及其对反刍动物健康的影响，以及预防措施进行综述，旨在为控制青贮饲料制作和饲喂过程中霉菌毒素的污染，降低经济损失提供参考。

1 青贮调制过程及不同微生物菌群的作用

标准的青贮生产过程包括在最适期收割破碎，快速装填至青贮窖，使用有效的有机酸及乳酸菌等青贮添加剂，压实、覆盖、贮存等。青贮原料经过这些加工过程贮到青贮窖之后，在发酵和贮藏过程中生理生化和微生物菌群发生变化。青贮饲料的发酵过程包括好氧发酵和厌氧发酵两个过程，首先是好氧发酵过程，好氧菌活动加强，氧气含量逐渐降低；随后进入厌氧发酵过程，乳酸菌（LAB）等厌氧菌大量繁殖，pH迅速下降直至稳定。有研究表明，良好青贮饲料的制作，其主导发酵菌为LAB，可以快速降低pH，有效抑制酵母菌和霉菌的生长繁殖，有利于青贮饲料的保存，青贮典型的LAB包括乳杆菌属（Lactobacillus）、乳球菌属（Lactococcus）、小球菌属（Pediococcus）、肠球菌属（Leuconostoc）、明串珠菌属（Enterococcus）和韦氏菌属（Weissella）（Bao，2016）。 青贮原料质量差和管理疏漏均可能导致微氧耐酸菌和霉菌等有害微生物生长，最终产生霉菌毒素污染（Scudamore 等 ，1998；Coulombe 等 ，1933）。 玉 柱 等（2004）研究指出，品质好的青贮饲料是家畜健康生长和高生产性能的重要因素，并且贮存后营养损失少，发酵过程能够产生芳香味道的有机酸，不仅能够提高家畜对青贮饲料的适口性及采食量，并且各种有机酸可参与反刍动物体内化合物代谢，合成乳糖等各种有机物，进而提高家畜畜产品的产量和品质。

2 青贮饲料中霉菌及其毒素的产生

2.1 青贮饲料中主要霉菌及毒素的种类 无论饲料是在田间还是在贮存过程中，霉菌的生长都是非常普遍的。收获前感染霉菌毒素，贮藏时还可能存在，而且在贮藏过程中经常能保持稳定存在很长一段时间。此外，延迟收获、放料速度慢、啮齿动物造成的植物损害等都会为霉菌增殖和霉菌毒素产生创造条件。

青贮饲料中适宜的水分活度、温度和pH能够使真菌生长并促进真菌毒素的产生 （Egal等，2005）。其中产毒真菌主要包括曲霉属、镰刀菌属、青霉菌属、麦角菌属和内生真菌属等（Richard等，2003；Weidenborner等，2001）。曲霉菌、镰刀菌和青霉菌是一类会对农业和畜牧业生产产生严重危害的产毒真菌属（Aragon等，2011）。其中曲霉属真菌主要包括黄曲霉、寄生曲霉、赭曲霉及棒曲霉等，可产生 AFB1、AFB2、AFG1、AFG2、OTA、棒曲霉毒 素 等 （Richard 等 ，2003；Weidenborner 等 ，2001）。镰刀菌属真菌主要包括轮状镰刀菌、层生镰刀菌、黄色镰刀菌、梨孢镰刀菌及克地镰刀菌等真菌，可产生 ZEN、DON、T-2、HT-2、蛇形菌素及瓜萎镰菌醇等 （Richard 等，2003；WeidenbёOrner等，2001）。青霉菌属真菌主要包括鲜绿青霉、纯绿色青霉、桔青霉、娄地青霉、圆弧青霉以及棒形青霉等真菌，可产生OTA、桔霉素、棒曲霉素以及异烟棒曲霉素等 （Richard等，2003；Weidenborner等，2001）。

有研究指出，规模化牧场的青贮窖在开窖后15 d，青贮窖的前端和顶部有氧气进入，会有真菌生长并且产生AFs（Cavallarin等，2011）。 也有研究发现，在青贮之前玉米未受到AFB1的污染，而在发酵后受到AFB1污染的样品达17%，其中有67%的青贮玉米超过了所规定家畜饲料中AFB1含量的限定标准（20 μg/kg）（Pereyra 等，2008）。除此之外，优质的青贮还与其在制作时的紧实度有密切关系，当紧实度越高时，其氧气含量越低，有助于乳酸菌的快速繁殖和pH的迅速降低，将有效抑制霉菌的生长，进而有效减少霉菌毒素的产生。

2.2 青贮饲料中霉菌毒素的交互作用 近年来，引起研究者们广泛关注的是同一种霉菌会产生多种霉菌毒素，且同一种毒素可能由不同的霉菌产生。各霉菌毒素间会产生复杂的交互作用，这种互作形式包括：接触多种不同霉菌毒素的受感染动物的反应与对单独每种霉菌毒素的反应的总和相同（累加作用），或其反应比对单独每种霉菌毒素的反应总和要轻 （拮抗作用）或更严重 （协同作用），而实际生产中产生更多的是累加或协同作用，较少出现拮抗作用（Diaz，2005）。 因此，防止多种霉菌毒素在青贮中同时污染尤为重要。

几种真菌毒素共同出现的情况在饲料中经常发生，如果饲料原料贮存在有利于一种霉菌生长和产生霉菌毒素的特定条件下，则同样的条件也适合其他霉菌在该饲料原料中生长并产生霉菌毒素，这会导致同一饲料受到来自不同霉菌的多种霉菌毒素的污染（Diaz，2005）。研究表明，最常见的霉菌毒素组合是DON和ZEN，DON污染被认为是其他霉菌毒素污染，特别是镰刀菌毒素发生的潜在标志物。这些毒素产生后，均能够在青贮饲料中生存且保持稳定，对动物的健康产生巨大威胁（Aragon等，2011）。此外，霉菌毒素的互作除了包括各毒素之间的交互作用，还包括霉菌毒素和营养物质间的互作、霉菌毒素与传染性疾病间的互作。

3 霉菌毒素对反刍动物健康的影响

霉菌的生长会直接损失饲料中的养分，然后产生对人类、动物和植物具有较大毒性的次级代谢产物。通过消化、吸入或皮肤接触均会对动物产生不良反应，如降低饲料营养水平、影响饲料适口性、减少反刍动物采食量、易感染疾病、降低生产性能和生殖能力、免疫抑制和死亡等（Zain，2011；Fink-Gremmels 等，2008；Finkgremmels 等，2007；Whitlow 等，2005；Scudamore 等，1998）。 每年动物都要消耗数百万吨污染了各种霉菌毒素的草料，有些草料，如干草、秸秆或青贮料，在收获前或贮藏过程中就感染了真菌。粗饲料是饲喂反刍动物最经济的饲料资源。因此粗饲料中的霉菌毒素污染造成的经济损失非常严重。

有研究表明奶牛在采食AFB1后，会迅速吸收进入血液，经肝脏转化为AFM1，但由于瘤胃对AFM1的降解率很低，而且瘤胃对AFs主要的降解产物黄曲霉毒素醇的毒性与原毒素的毒性相似，因此反刍动物并不具备有效防止AFs中毒的能力（Driehuis，2013）。ZEN 被采食后，瘤胃微生物将其降解为α-玉米赤霉烯醇，研究表明，其毒性是原毒素的4倍，对奶牛繁殖性能产生更明显的影响。DON被采食后，瘤胃微生物会破坏DON分子氧环，形成去环氧脱氧雪腐镰刀菌烯醇，从而被降解，但有研究显示该物质可能会被重新氧化为DON，对蛋白质合成产生抑制作用。FB1在瘤胃中代谢极少，被吸收入血造成奶牛生产性能下降，严重损伤脏器。T-2毒素对奶牛而言是一种严重的胃肠刺激物，会导致肠道的出血、坏死，高浓度的T-2会导致肝脏、肺脏、心脏出现充血或炎症反应。OTA在瘤胃中可转化为赭曲霉毒素-α，后者虽然毒性低，但却有一定的遗传毒性。奶牛摄入霉菌毒素污染的饲料后，对动物机体产生严重的毒性作用，部分还会经奶排出，以及在机体内残留，对人类和动物健康及食品安全造成严重威胁。尤其是对瘤胃功能尚不健全的犊牛，微生物区系不够稳定，对霉菌毒素的抵抗力较弱，采食霉菌毒素污染的日粮会产生严重不利影响。

4 青贮饲料受霉菌及其毒素污染的预防措施

4.1 青贮收获前田间管理 青贮饲料在收割过程中易卷入泥土，并且其水分含量大、营养丰富，因而在原料收获、运输、贮藏及饲喂取料等过程中，均有可能导致霉菌大量繁殖，产生霉菌毒素等有毒代谢产物。一般来说，在水分含量大、极端温度、湿度、干旱条件、昆虫损害和一些不规范的田间管理的环境条件下，将导致霉菌的产生，进而引起严重的真菌毒素污染（Teller等，2012；Cotty等，2007；Munkvold，2003；Hussein 等，2001）。 例如，导致黄曲霉毒素积累的主要气候条件是高温，低降雨和严重干旱；镰孢菌素通常与低气温和高湿度的生长季节相关（Reyneri，2006；Munkvold，2003）。镰刀菌属污染通常和温度较低以及在植物生长过程中过度湿润相关。因此，霉菌毒素是否达到或超过产生危害的浓度，与每年的天气波动直接相关。在青贮生产过程中，收获前环境变化和田间管理可直接影响霉菌及其毒素污染情况，并且饲料中超过90%的霉菌毒素产生于田间。因此，避免青贮饲料受到霉菌毒素污染首先应注重作物生产的过程，加强田间管理，对收获活动进行严谨的规划。

4.2 合理使用青贮添加剂 青贮管理不当会引起产毒真菌和霉菌毒素的产生 （Storm等，2008；Fink-Gremmels等，2007；Richard 等，2007）。因此，通常在青贮饲料制作时添加发酵剂来抑制霉菌的生长和霉菌毒素的污染，酸就是最为常见的青贮饲料添加剂。Virtanen在20世纪20年代后期提出用无机酸保存饲料作物的方法 （AIV青贮法），添加剂由30%盐酸和40%硫酸按92∶8的比例配制，使用时加4倍水稀释，稀释液按50~60 g/kg鲜草比例添加到青贮料中，可抑制有害微生物如大肠杆菌、酪酸菌的生长，刺激LAB的生长，使pH进一步下降。乳酸和乙酸对霉菌的生长有抑制作用，丙酸和丁酸作为霉菌抑制剂更为有效。青贮生产中可通过添加有机酸产生酸性环境来促进乳酸菌等有益菌的生长，同时由于未分解的有机酸（pH依赖性）有更强的渗透细胞结构的能力，因此其会影响霉菌的生长。

一般情况下，牧草和饲料作物上附着的LAB数量不足，且多为不良菌种（含异型乳酸菌105cfu/g鲜质量)，而且青贮早期LAB繁殖非常缓慢，导致有害微生物增殖，使LAB迅速增殖并占主导地位的有效浓度为105cfu/g鲜质量。因此，生产中在青贮时会添加LAB，使青贮料快速产生大量乳酸，减少有害微生物的活动。研究发现不同种类LAB在一定的环境中起不同作用，多类型乳酸菌菌种的配合使用被广泛应用。

此外，还包括许多其他不同作用的青贮饲料发酵剂。如绿汁发酵液（PFJ），与乳酸菌活菌制剂类似，其优点是制作工艺简单、生产成本低并且环保。该方法是在青贮装填之前将原料鲜草绿汁在厌氧条件下进行发酵，制备绿汁发酵液，使野生LAB大量繁殖，作用类似乳酸菌添加剂（张增欣等，2006）。纤维素酶是由真菌或细菌产生的一种多酶复合体，是可促进发酵的复合型制剂。青贮饲料中添加的纤维素酶制剂中包含多种降解细胞壁的酶组分，其中含有纤维素酶、半纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶及氧化还原酶类。非蛋白氮、氨作为提高玉米青贮品质的添加剂，可提高粗蛋白质的含量，降低好氧微生物的生长潜力。氨通常以无水氨、氨水的形式添加，可增加玉米青贮料的不溶性氮成分。尿素可以增加青贮料的粗蛋白质含量，同时具有较好的防腐作用。

4.3 收获后管理 青贮贮存后对真菌和真菌毒素的控制，主要取决于对贮藏环境条件的控制（Mansfield 等 ，2008；Mansfield 等 ，2007； Reyneri等，2006）。良好的青贮环境、快速发酵和低氧气环境等有利条件可减少霉菌生长和霉菌毒素的污染（Tapiaa 等 ，2015；Johansson 等 ，2010；Mansfield等，2007；Mcdonald 等，1991）。然而在微氧、低 pH的环境下，有些微生物依然可以生存（Mcdonald等，1991）。因此，对于青贮饲料受霉菌及其毒素污染的预防措施应该在田间就被采取，且在青贮前和青贮过程中要有良好的、持续的青贮管理方法。如在青贮制作完初期，下沉量大，应严防透气、漏水；防止青贮饲料二次发酵。饲料取样饲喂时应使用取料机取料，保持截面整齐，减少空气进入；及时清理霉变不合格的青贮。

5 小结

青贮饲料是反刍动物日粮的重要组成部分，其在收获、发酵以及取用过程中均有可能受到霉菌毒素的污染，其中主要包括AFB1、ZEA、DON、OTA、FUM等。青贮中真菌及毒素污染不仅会严重影响饲料适口性，降低其营养价值，还会对反刍动物健康产生严重影响，从而降低生产性能。霉菌毒素及其代谢产物也会出现在动物产品中，危害食品安全，对人类健康产生威胁。深入了解青贮饲料中真菌及其毒素的危害，研究其发生及发展规律，通过加强青贮前田间管理，严格管控青贮调制过程中关键步骤，使用适宜的青贮饲料微生物发酵剂，并制定快速、合理的毒素分析检测手段，对降低其对动物和人类健康的危害具有重要意义。