饲料中常见霉菌毒素的种类及危害

王晓佳

(抚顺市农业特产学校，抚顺 113123)

随着畜牧业稳步发展和壮大，全球对玉米、小麦、大豆及其制品的需求呈现稳定增长趋势。动物饲料安全也逐渐变得更加重要，其中霉菌毒素是最重要的危害之一。霉菌毒素污染可能发生在收获前，即作物生长期间，也可能发生在收获后，即饲料加工、包装、配送和储存期间[1]。一般情况下，长时间在高温高湿条件下储存不当的农作物、谷物，容易发生霉菌生长和霉菌毒素污染[2]。在饲料加工过程中，大多数霉菌毒素在化学和热化学上都是稳定的。由于动物饲用了受污染的饲料，霉菌毒素也可以通过肉类、蛋类、牛奶等动物产品进入人体，危害人类健康[3]。因此，许多国际公共卫生组织和政府机构，如美国食品和药物管理局(FDA),世界卫生组织(世卫组织)、联合国粮食农业组织(FAO)和欧洲食品安全局(EFSA)都重点关注食品和饲料中的霉菌毒素污染问题[2]。

1 霉菌毒素的种类

在动物饲料方面，霉菌毒素主要以黄曲霉毒素、伏马菌毒素、赭曲霉毒素、单端孢霉烯族毒素、玉米赤霉烯酮为主要种类。

1.1 黄曲霉毒素

黄曲霉毒素主要由黄曲霉、寄生菌产生，在少数情况下由黑曲霉产生，通常存在于土壤和各种有机质中[4]。黄曲霉菌组包含多种不同的毒素，但含量最多的只有以下四种:黄曲霉毒素B1(AFB1)、黄曲霉毒素B2(AFB2)、黄曲霉毒素G1(AFG1)、黄曲霉毒素G2(AFG2)[5]。黄曲霉菌的代谢产物为黄曲霉毒素M1(AFM1)和黄曲霉毒M2(AFM2)，也被认为是该类重要污染物[6]。其中:黄曲霉毒素B1（AFB1）是含量最丰富、毒性最强的黄曲霉毒素[7]，常被认为是天然产生的最强致癌物。

黄曲霉毒素的真菌主要生长在多种饲料和食物上，如谷物(玉米、大米、大麦、燕麦和高粱)、花生、棕榈仁、干肉干、玉米麸粉、磨碎的坚果、开心果、杏仁、核桃和棉籽等[2]。在家畜健康方面，长期接触低水平的黄曲霉可导致家畜功能性和结构性肝脏病变，甚至癌症。动物中毒的临床症状包括胃肠道功能障碍、贫血、黄疸、出血以及生产性能的整体下降，如饲料转化率降低、产蛋或产奶量减少、胴体品质下降、抵抗力降低，易受环境影响和微生物侵袭等[8]。据报道，1960年在英国发现火鸡X病导致10万只幼火鸡死亡，其病原体与黄曲霉毒素有关[9]。喂食被AFB1污染饲料的哺乳期动物所产的奶也会被其单羟基衍生物AFM1所污染。有报道表明，当奶牛饲用含黄曲霉B1的饲料后12～24h，可以在牛奶中检测到黄曲霉毒素M1，且牛奶中AFM1的浓度与原料饲料中AFB1的水平相关[10]。AFM1也可以在某些乳制品中检测到，如奶酪，其浓度高于原料奶，因为AFM1具有热稳定性，与酪蛋白结合良好，不受制奶酪过程的影响[11]。

1.2 伏马菌毒素

伏马菌毒素（FBs）是一类非荧光真菌毒素，于1988年被发现，通常被归类为镰刀菌毒素。在目前已知的16个伏马菌素类似物中，B系列伏马菌毒素是其中最重要的一类，它包括伏马菌毒素B1、伏马菌毒素B2、伏马菌毒素B3和伏马菌毒素B4[12]。伏马菌毒素B1(Fumonisin B1,FB1)是伏马菌毒素中最主要、毒性最强的，被认为可能是人类致癌物[13]。

伏马菌毒素通常会污染玉米粒，也可出现在高粱、小麦、大麦、大豆、芦笋、无花果、红茶和药用植物中[2]。在美国伏马菌毒素污染了80%的收获玉米。2014年，中国从山东省采集的98.1%的玉米产品样品中检测出FB1、FB2和FB3。由于摄入被伏马菌毒素污染的饲料导致马的脑白质软化综合征，主要症状为嗜睡、失明、进食量减少，最终导致抽搐和死亡。当用污染的玉米饲喂猪时，伏马菌毒素会引起肺水肿，其症状通常包括采食量减少、呼吸困难、虚弱、发绀和死亡[14]。伏马菌毒素主要作用于肝脏和肾脏，对实验动物产生严重毒性[15]。由于伏马菌毒素有亲水性，不易在动物组织中沉积，所以牛奶中没有携带伏马菌毒素，食用动物组织中积累的FB1也较少[16]。

1.3 赭曲霉毒素

1965年在南非发现的赭曲霉毒素（OTA）是由赭曲霉、疣状青霉和其他青霉属菌产生的一组相关化合物。其中最重要的毒素是赭曲霉毒素A(OTA)[17]。赭曲霉毒素污染主要与干燥不足或储存不当有关，并且在受污染饲料中的分布往往是非常不均匀的。

在玉米、小麦、大麦、面粉、咖啡、大米、燕麦、黑麦、豆类、豌豆和混合饲料等多种农产品中都发现了赭曲霉毒素，特别是在葡萄酒、葡萄汁和葡萄干中[18]。赭曲霉毒素还会污染动物制品，如肉类和牛奶，并可在人奶中发现。由于动物的肾脏是赭曲霉毒素主要靶器官，所以赭曲霉毒毒素与动物的肾毒性效应有关。有报道表明,赭曲霉毒素A与猪和家禽肾病有关[19]。高剂量的该毒素还可引起肝损伤和肠及淋巴组织坏死[20]。OTA还可引起人和动物的免疫毒性、基因毒性、神经毒性、致畸性和胚胎毒性[21]。OTA通过降低饲料转化率来影响动物的生产力，还可能降低蛋鸡的产蛋量[22]。由于OTA是脂溶性的，它倾向于在动物组织中积累，特别是猪[23]。由于其结构与必需氨基酸苯丙氨酸相似，OTA会干扰肾脏和肝脏的苯丙氨酸羟化酶活性，从而抑制适当的蛋白质合成。OTA还会抑制RNA和DNA合成[24]。由于反刍动物瘤胃微生物区系能降低赭曲霉毒素，所以反刍动物对赭曲霉毒素不太敏感。然而，OTA已被确定对牛奶生产具有负面影响[15]。

1.4 单端孢霉烯族毒素

单端孢霉烯菌毒素（TRCs）大部分是由镰刀菌属产生，也有一些由头孢菌属、真菌属、水苏菌属和木霉菌属产生。这是一大类真菌代谢物，包含150多种结构相关的化合物，从化学上分为四类(ABCD)[26]。其中A类和B类最重要。A-TRCs主要由HT-2和T-2毒素组成，B-TRCs常以脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)以及其衍生物3-乙酰脱氧雪腐镰刀菌烯醇(3-AcDON)、15-乙酰脱氧雪腐镰刀菌烯醇(15-AcDON)和雪腐镰刀菌醇(NIV)为代表[27]。HT-2和T-2虽然不是很普遍，但在A-TRCs中毒性最强[28]。

燕麦和燕麦制品特别容易受到高浓度的T-2和HT-2污染，其次是大麦[29]。青贮饲料也经常被污染。在动物体内它们可以抑制蛋白质和DNA的合成，削弱细胞免疫反应。还可使家畜采食量减少、血性腹泻、大出血、口腔损伤、产蛋量和奶量减少、流产，在某些情况下甚至死亡。据报道，饲料中的T-2和HT-2会削弱猪的获得性免疫应答，并导致家禽口腔损伤[30]。在这两种动物中都观察到采食量减少和体重增加[31]。较高的T-2/HT-2浓度会对蛋鸡产蛋量和蛋壳厚度会产生负面影响[32]。猪对T-2/HT-2最敏感，其次是家禽。DON是毒性最小的单端孢霉烯菌毒素之一，但是发病率很高。DON对单胃动物的影响更严重，尤其是猪，可能导致拒食、呕吐和厌食[20]。反刍动物是对DON最不敏感。家畜摄入低至中等水平的这种霉菌毒素会增加对病原体的敏感性，并产生不良表现[33]。

1.5 玉米赤霉烯酮

玉米赤霉烯酮（ZEN）是由镰刀菌素产生，除此之外还有衍生品α-玉米赤霉烯酮和β-玉米赤霉烯酮[34]。玉米赤霉烯酮在结构上与雌性激素雌二醇相似，它通常被归类为非甾体雌激素。这种化学特性使其具有与雌激素受体结合的能力，在人类和动物中引起与生殖障碍和高雌激素有关的不良反应[6]。

玉米、小麦、大麦、高粱和黑麦中经常含有玉米赤霉烯酮。谷物中最高，但青贮饲料和稻草也可能含有[35]。母猪对ZEN最敏感，而家禽对其耐受性很强[36]。天然污染的饲料中含有浓度高到足以对家禽造成不利影响的ZEN的可能性很小。玉米赤霉烯酮会导致实验室动物和家畜的生殖道发生显著变化。在小鼠、大鼠、豚鼠和家兔中观察到不孕、子宫和外阴肿胀、胚胎乙醇吸收增加和卵巢萎缩。牛食用含有大量玉米赤霉烯酮的饲料可能直接导致不孕、产奶量减少和雌激素过多。

2 霉菌毒素对畜牧行业的影响

75%～100%的饲料样本含有一种以上的霉菌毒素，在低剂量的情况下就可能影响动物健康。大多数霉菌能够同时产生多种霉菌毒素，饲料可能同时被几种霉菌毒素污染，进而引起畜牧产品质量下降和饲料工业的混乱，甚至可能导致高污染作物的拒收和处理。在全球化的背景下，还会影响国际商品贸易。为了避免这些不良影响，而又无法真正的保证饲料中无霉菌毒素。一些世界范围内的机构和组织已经限制了动物饲料中某些霉菌毒素的可接受水平。

3 霉菌毒素的分析方法

一般来说，霉菌毒素的分析测定方法可分为色谱法、免疫化学法和“其他”方法，其中包括直接光谱法。所有这些方法中最具选择性、灵敏度和准确性的是LC-MS/MS分析法。但是实际上应采用多种霉菌毒素的分析方法，其原因是饲料混合物中的毒素不是单一的。所以这种基于LC-MS/MS的多方法分析是重要的和必要的。Streit用多种方法在各种饲料中检测到139种不同的(主要是真菌)次级代谢物[37]。Varga E在另一个实验中，使用以LC-MS/MS为基础的多方法在单个榛子样品中可检测出26种不同的真菌毒素[38]。为了成功的开发基于LC-MS/MS的多毒素检测方法，需要克服几个障碍。一是考虑到大量真菌毒素的异质性分布，应收集具有代表性的(谷物)样本。可以通过增加样本和子样本的大小以及减小颗粒大小来最小化样本的可变性[39]。真菌毒素的化学性质多种多样，从极性(例如，念珠菌双明、雪腐菌醇)到非极性(例如，波维菌素、年生菌素)，而它们在液体溶剂中的溶解度也有很大的不同。通常，酸化水与有机溶剂(如甲醇、丙酮或乙腈)的混合物可用于在单一程序中提取大量不同的毒素[40]。应该注意的是，用一种溶剂混合物提取多种不同的化合物是一种折衷的方法，因为可以找到更适合的溶剂来测定单一分析物。此外，由于真菌毒素的化学多样性，提取清理也会受到限制[41]。大多数现代方法只是在测量前稀释原始提取物，以减少基质负荷。由于在质谱仪中只能检测到离子，中性分析物的电离过程是一个重要的下一步，通常通过电喷雾界面实现。尽管电喷雾装置功能强大且在不断开发，但它容易受到基质效应的影响，这可能会导致信号抑制或增强[42]。补偿基质效应的一种非常优雅、高效和具有成本效益的方法是使用稳定同位素标记真菌毒素作为内部标准[43]。进一步的可能性包括基质匹配校准，标准添加，或在仔细验证每个基质后对回收率的测量浓度进行校正。最近的方法能够量化各种不同食物和饲料中的大约300种真菌代谢物[44]。

4 霉菌毒素的防治

考虑到霉菌毒素结构的多样性，很明显没有一种单一的方法可以用于饲料中霉菌毒素的灭活。因此，必须结合不同的策略，在不影响饲料质量的情况下，针对个别霉菌毒素进行针对性的治疗。最著名的方法是使用的结合剂，又被称为真菌毒素结合剂，吸附剂，或肠吸附剂。它们可以是有机(微生物)或无机(主要是粘土矿物)性质。另一种方法是“生物保护”，即使用不同的物质(藻类、植物成分等)保护动物脆弱的器官，如肝脏，增强动物的免疫系统。酶或微生物解毒，有时被称为“生物转化”或“生物解毒”利用微生物或纯化的酶来分解整个霉菌毒素或将其转化或分解为较少或无毒的化合物。

4.1 霉菌毒素肠吸附剂或粘合剂

在饲料中加入结合剂或“肠吸附剂”作为一种减少食源性真菌毒素的方法已经受到了相当大的关注。其中使用粘土基材料进行毒素结合也并不是什么新技术。它们包括霉菌毒素肠吸附剂、粘合剂、螯合剂、拦截分子、诱捕剂、吸附剂、毒素吸附剂等。这些材料(和/或混合物)含有蒙脱石粘土、沸石、高岭石、云母、二氧化硅、木炭和各种生物成分，还包括叶绿素、酵母产品、乳酸菌、植物提取物和藻类[45]。而且研究表明蒙脱石粘土是最有效的肠吸附剂[46]。

4.2 微生物及酶制剂

结合剂或肠道吸附剂的吸附效果仅限于少数真菌毒素，如黄曲霉毒素、麦角生物碱等真菌毒素，而结合剂对单端孢霉烯族毒素类的吸附效果较差[47]。另一方面，有机物质如酵母制品(灰分低于15%)对黄曲霉毒素和脱氧雪腐镰刀菌烯醇的限制小于20%。因此，其他有效解毒真菌毒素的方法是必需的。利用微生物及其酶来解毒特定真菌毒素的方法不仅适用于不可吸附真菌毒素，也适用于所有其他可从自然界中分离出相应微生物的毒素。各种细菌、酵母、真菌和酶通过转化、切割和分解代谢而具有解毒真菌毒素的能力。这些微生物或酶必须满足许多不同的要求，才能用于动物真菌毒素的胃肠解毒[48]。例如：A.微生物及其反应产物必须无毒、安全。B.高解毒反应。C.良好的工艺性能(发酵、下游加工、稳定)。D.在饲料和饲料加工过程中具有高的稳定性。E.对饲料(配料)无不良影响。F.胃肠道的兼容性和稳定性。G.在胃肠道中的解毒反应必须是快速和尽可能完整的。

5 结语

了解真菌毒素的发生、种类和流行及其负面影响已成为当务之急。使用最新的分析技术，如LC-MS/MS，可以同时提高农产品中多种霉菌毒素浓度的测定精度。使用霉菌毒素肠吸附剂、粘合剂、微生物及酶制剂来进行脱毒，有助于减少乃至消除霉菌毒素为畜牧生产带来的危害。