青贮饲料中霉菌毒素的产生、毒性作用及脱毒研究进展

沙珊珊， 胡玮琪， 黄渤舒， 杨玉菊

（哈尔滨学院食品工程学院，黑龙江哈尔滨150086）

青贮饲料是厌氧条件下通过物料中乳酸菌发酵产生有机酸，抑制微生物活动，从而可长期保存的青绿饲料。 青贮的主要目的是在贮藏过程中最大限度地降低营养损失， 保留饲料原料中的营养物质， 使其在饲料短缺期间可作为优质粗饲料提供给反刍动物，避免生产的季节性限制（Driehuis，2015；郭勇庆等，2012）。 近年来，青贮饲料尤其是全株玉米青贮已经在全世界范围内成为包括奶牛和肉牛等反刍动物日粮中最重要的组成部分（Cheli 等，2013）。 高产奶牛的饲料主要由牧草和精饲料组成， 青贮在日粮中所占比例通常可达到50% ～75%，甚至更高。因而全株玉米青贮对作为节粮型畜种的草食性家畜的重要性更加明显 （赵雪娇等，2018）。

霉菌毒素是真菌在受到胁迫情况下产生的有毒次级代谢产物， 目前已发现有数百种真菌代谢产物对人类及动物的健康具有毒性作用（Zachariasova 等，2014）。 由于产毒真菌存在的广泛性，霉菌毒素存在于一系列畜禽饲料中，包括精饲料、青绿饲料、 干草以及青贮饲料中 （Schatzmayr 和Streit，2013）。 目前，大多数研究主要集中在谷物饲料中霉菌毒素的产生， 而青贮饲料中霉菌毒素污染以及对反刍动物健康的研究相对较少（Bhat等，2010）。 Ogunade 等（2018）研究表明，青贮饲料中霉菌毒素污染可对奶牛生产带来严重不利影响。 因此，本文从青贮饲料中霉菌毒素的产生、对反刍动物的毒性作用以及脱毒方法的研究进展三个方面进行综述， 以期为生产优质青贮饲料提供理论支持。

1 青贮饲料中主要霉菌毒素的产生

1.1 青贮饲料中霉菌的污染及其易感因素 霉菌普遍存在于自然界中， 其中镰刀菌属和曲霉属真菌常附着于生长中的植物体， 即在青贮饲料原料收获前便产生了污染（Antonio 等，2015），而部分其他曲霉属及青霉属真菌通常在青贮原料贮存加工过程中产生污染（Alonso 等，2013）。许多常见霉菌并不产生毒素， 霉菌在青贮饲料中存在也并不表明霉菌毒素存在， 环境和生理条件是影响霉菌毒素产生的最重要因素。 如温度、 水分活度（AW）和昆虫活动会直接影响饲料中霉菌毒素的产生， 通常霉菌可以在 10 ～ 40 ℃，pH 4 ～ 8，AW大于 0.7 时生长（张适等，2017）。 然而，霉菌生长和霉菌毒素形成的条件不一定是相同的。 镰刀菌可以在25 ～30 ℃的情况下迅速生长而不产生霉菌毒素，而在低温下，其会产生大量的霉菌毒素，而生长量却很少（Driehuis 等，2017）。 氧化应激也常常诱导霉菌毒素产生，这种氧化反应，通常是由植物体在受到霉菌感染时产生过氧化物而引起，促进了霉菌毒素的合成（Nadia，2015）。 在氧气不受限制的情况下， 霉菌可以在湿饲料如青贮饲料中大量生长。 在青贮加工过程中，原料延迟收获，装填过程缓慢，压实度或密封不足，取出饲喂过程过慢， 覆膜或青贮裹包破损均可以为霉菌增殖和霉菌毒素产生创造有利的微环境 （Ogunade 等，2018）。 此外，可能导致青贮饲料中霉菌生长和霉菌毒素产生的因素还包括玉米籽实破损， 啮齿动物活动，雨水、冰雹和干旱对青贮物料及覆膜的破坏等（Teller 等，2012）。

1.2 青贮饲料中主要霉菌毒素的种类 目前，有超过400 种存在于自然界中的真菌代谢产物被认定对人类和动物的健康有毒害作用， 但只有很少一部分被广泛研究。 经常存在于青贮饲料中的产毒霉菌包括镰刀菌属 （Fusarium）、 曲霉属（Aspergillus）、青霉属（Penicillium）和链格孢属（Alternaria）真菌（崔世贵等，2012），所产生的主要霉菌毒素包括单端孢霉烯族毒素、伏马菌素（FUM）、玉米赤霉烯酮（ZEN）、黄曲霉毒素（AFs）、赭曲霉毒素（OT）、蓝酪霉菌毒素、霉酚酸和麦角生物碱等（Schmidt 等，2015）。

1.2.1 镰刀菌属真菌所产霉菌毒素 由于镰刀菌属真菌能够在植物生长和成熟过程中附着并增殖，因此被称为田间真菌。其通常生长在较高湿度（＞70%）和温度条件下，昼夜温差大对其生长更为有利（Bennett 等，2009）。 由于镰刀菌属真菌对酸性pH 和厌氧条件较为敏感， 因此青贮条件不利于镰刀菌属真菌生长（Uegaki 等，2013）。 但植物在田间生长过程中由镰刀菌产生的毒素， 其结构在青贮过程中相对稳定，因此，青贮饲料中检测到的镰刀菌毒素浓度通常可反映收获时的污染水平（Driehuis 等，2008）。 镰刀菌属真菌所产霉菌毒素主要包括单端孢霉烯族毒素、FUM 和ZEN 等。 其中单端孢霉烯族毒素主要由孢子丝核镰刀菌和梨孢镰刀菌等真菌产生， 是一类结构相近的倍半萜类环氧化物， 根据其结构可分为A 型和B 型，A型主要有T-2 毒素、HT-2、 新茄病镰刀菌烯醇和蛇形霉素 （DAS），B 型主要有脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）、镰刀菌酮-X 和雪腐镰刀菌烯醇（NIV）等（彭杰等，2009）。FUM 主要由黄萎病镰刀菌、增殖镰刀菌、 花镰刀菌和尼加迈镰刀菌产生， 是由AA 丙氨酸缩合成乙酸衍生的前体合成， 已知超过28 种不同形式，其中伏马菌素B1（FB1）被认为是毒性最强的镰刀菌毒素之一 （Yazar 和Omurtay，2008）。 ZEN 是一种大环 β-间苯二酚酸内酯，主要由禾谷镰刀菌、玫瑰镰刀菌、黄瓜镰刀菌和克鲁克韦伦斯镰刀菌产生，通常在玉米、大麦和高粱等谷物作物中与 DON 共存（Saeger 等，2003）。

1.2.2 曲霉属真菌所产霉菌毒素 曲霉属霉菌被认为是仓贮真菌， 它们通常不会在收获前感染作物。 然而，在高温（＞32 °C）、高湿度（＞80%）或干旱胁迫情况下， 一些曲霉属真菌如黄曲霉可感染作物并在田间产生AFs， 昆虫对作物的损害也可能导致曲霉属真菌污染（Pleadin 和 Jelka，2015）。 曲霉属真菌产霉菌毒素主要包括AFs 和OT。 其中AFs 是一组有毒、致畸和致癌物质，是由黄曲霉和寄生曲霉通过聚酮途径产生的二呋喃诺香豆素衍生物， 曲霉属真菌能够在较宽的温度和湿度范围内生长，因此黄曲霉毒素如B1和G1的天然形式，以及它们的二氢衍生物B2和G2广泛存在于食品和饲料中，AFB1是所有黄曲霉毒素中毒性最强、污染范围最广的毒素之一（李俊霞等，2008）。 OT主要是由赭曲霉、 黑曲霉等曲霉属真菌产生的次生代谢产物，其中赭曲霉毒素A（OTA）具有致癌、免疫抑制作用，同时能够抑制葡萄糖代谢，是赭曲霉毒素中毒性最强的毒素之一 （Yiannikouris 和Jouany，1994）。

1.2.3 青霉属真菌所产霉菌毒素 青霉属真菌可以在典型的青贮环境中生长， 其水分活度水平（0.79 ～0.83 AW）相对于其他霉菌更低，并且在低氧浓度（1%）和低 pH（3.0 ～ 6.0）环境下也能够生长。 青霉菌在贮藏期间更为常见， 但它们也可以在田间潮湿条件下在植物上生长 （Nevarez 等，2009）。 产毒菌株包括娄地青霉菌和盘状青霉菌等，其中娄地青霉菌具有较强的耐酸性，并且在低氧环境下也能够生长，因此又被称为青贮霉菌，是青贮饲料中最常见的霉菌之一 （O’Brien 等，2006）。 由于娄地青霉菌株的形状、大小和孢子颜色具有变异性， 根据毒素类型可分为娄地青霉（I型）和娄地青霉变异菌株（II 型）。 I 型娄地青霉主要产蓝酪霉菌毒素、霉酚酸、羊乳干酪毒素、麦角生物碱等。II 型娄地青霉主要产棒曲霉毒素、霉酚酸和羊乳干酪C 等。 在青贮饲料中，霉酚酸和麦角生物碱是研究最多的青霉菌毒素， 由罗氏青霉菌产生的蓝酪霉菌毒素很少能够检测到（Gallo等，2016）。

2 青贮中主要霉菌毒素对反刍动物健康的影响

2.1 单端孢霉烯族毒素对反刍动物健康的影响研究表明， 反刍动物瘤胃微生物对T-2 毒素和HT-2 均有一定降解作用， 但T-2 毒素仍会引起动物胃肠炎、肠道出血、免疫抑制以及降低反刍动物生产性能和繁育等（Li 等，2011）。 犊牛日粮中10000 ～ 50000 μg/kg 的 T-2 毒素会导致皱胃溃疡和瘤胃乳头溃烂 （Cheeke 和 Shu，1990）。 DON会造成猪等家畜呕吐，因此又被称为呕吐毒素，反刍动物相对单胃动物对DON 有更强的耐受性，但DON 仍会引起拒食、腹泻、生殖问题甚至死亡。 分别以 66000 μg/kg 或 6400 μg/kg 的剂量将 DON饲喂奶牛5 d 或6 周时，对产奶量没有影响，但对瘤胃发酵及蛋白消化产生了不利影响 （Li 等，2011）。青贮饲料中其他常见的一些单端孢霉烯族毒素，如新茄病镰刀菌烯醇、DAS、镰刀菌酮-X 和NIV 等通常只是偶发性出现， 且大多情况下浓度较低（Wambacq 等，2016）。

2.2 伏马菌素对反刍动物健康的影响 伏马菌素的结构式类似于鞘氨醇， 其是神经组织中发现的高浓度鞘脂成分。 FUM 能够阻断鞘脂生物合成，从而导致马的白质脑软化症、猪的肺水肿以及大鼠、小鼠和兔的肝毒性（Michaelson 等，2016）。对于反刍动物，由于瘤胃可部分降解FUM（降解率达60% ～90%），因而对其耐受性较高。 然而研究表明，犊牛饲粮中添加148 mg/kg 总FUM，持续31 d， 观察发现，FUM 对犊牛具有肾脏毒性（Osweiler 等，1993）。 Diaz 等（2000）研究表明，荷斯坦牛和娟珊牛从产犊前7 d 到产后70 d 每天饲喂含100 mg/kg FUM 日粮，其产奶量下降。 伏马菌素通常不经牛奶排出，因此对食品安全威胁较小。 FB1是所有FUM 中毒性最强的组分，具有强致癌性。

2.3 玉米赤霉烯酮对反刍动物健康的影响ZEN 结构与雌激素相似，因而能够表现出类雌激素的作用。其对畜禽的影响主要表现在繁殖方面，包括高雌激素、 阴道炎和乳腺肿大等（Marczuk等，2012）。反刍动物对ZEN 的敏感性相比于猪较弱，因为瘤胃微生物，特别是瘤胃原虫，可将ZEN转化为它的羟基代谢物α-和β-玉米赤霉烯醇。尽管α-玉米赤霉烯醇相比于ZEN 具有更高的亲和力，但雌激素受体在肝脏中吸收率较低，可降低其负面影响 （Fink-Gremmels 和 Johanna，2008）。生产中针对毒素ZEN，更多关注于其在繁殖性能上带来的不利影响。

2.4 黄曲霉毒素对反刍动物健康的影响 泌乳奶牛长期暴露于AFs， 会造成食欲不振、 共济失调、皮毛粗糙、肝功能损伤、免疫抑制和对疾病易感性增加等（Ogunade 等，2018）。 在所有 AFs 中，AFB1是污染范围最广、毒性最强的毒素，机体摄入AFB1后， 毒素被细胞色素P-450 酶代谢成黄曲霉毒素-8，9 环氧化合物， 该分子毒性极强，具有强致畸、致癌性，并且通过与DNA 加合而引起染色体损伤。 肝脏中AFB1 的其他代谢产物包括去烷基化形成AFP1， 酮基还原为黄曲霉毒醇，以及羟基化为黄曲霉毒素 M1（AFM1），AFM1同样具有强致畸、致癌作用（罗自生等，2015）。AFB1在奶牛的乳汁中以AFM1的形式排出， 受污染的牛奶和奶制品对人类的健康构成极大威胁，因而中国、欧盟及美国等国家出台了相关法规， 对饲料以及奶制品中黄曲霉毒素的含量进行了严格的限制，以保证食品安全。

2.5 赭曲霉毒素对反刍动物健康的影响 OTA在反刍动物瘤胃中可迅速降解为毒性较小的衍生物赭曲霉毒素-α （Fink-Gremmels 和 Johanna，2008），从而增加了反刍动物对OTA 的耐受性。然而，其也可能被代谢成赭曲霉毒素C，同样具有较强毒性。 研究显示， 在反刍动物饲喂高谷物饲料日粮情况下，赭曲霉毒素的生物利用度增加，这可能是由于饲喂高精料日粮导致瘤胃酸度增加所致（pH 5.5 ～ 5.8）。 此外，对于高产奶牛在采食量较高情况下，瘤胃的解毒能力可能是不足的，在这种情况下，毒素会导致奶牛生产性能下降，并转移至牛奶中（Yiannikouris 和 Jouany）。

3 青贮中霉菌毒素预防及脱毒方法

3.1 田间及收获前管理 田间管理及青贮原料收获前质量控制是确保青贮饲料安全的第一步（Munkvold，2014）。 通过适当的农艺措施，如使用适合当地条件和抗真菌感染的品种或杂交品种，同时对杂草的适当管理、灌溉以防止干旱胁迫、及时轮作和适当施肥、防止昆虫和鸟类侵袭等措施，能够减少真菌感染，降低环境对植物的胁迫作用，从而减少霉菌毒素的产生（Munkvold，2014）。

3.2 青贮加工及贮存期管理 合理的收获时间对控制青贮原料中霉菌毒素污染水平是很重要的。早期收获显著降低了霉菌毒素污染的风险。然而，生产中最适宜的收获时间应确保最高产量、干物质含量和营养价值。由于土壤中存在大量镰刀菌孢子，青贮收割机的留茬高度应设置为尽量减少土壤污染。此外，原料收获后应立即进行贮存，以尽量减少霉菌毒素污染的风险，因为推迟贮存会使青贮原料暴露于适宜的温度和湿度条件下，有利于产毒真菌的生长以及霉菌毒素产生（Munkvold，2014）。 为了减少或防止青贮饲料中霉菌毒素或有害微生物生长，青贮原料应该在推荐的干物质浓度或成熟期收获，收获后应尽快压仓或裹包以达到推荐的密度，并完全密封以保持厌氧条件。 青贮饲料的低pH 和青贮过程中的厌氧条件是抑制腐败和产毒真菌生长，减少青贮饲料中霉菌毒素产生最为重要的因素 （Keller 等，2013）。

3.3 霉菌毒素脱毒或解毒策略 霉菌毒素脱毒和解毒的目的是降低霉菌毒素浓度或破坏霉菌毒素分子结构，使其失去生物活性。尽管在生产中采取了预防和尽量减少霉菌毒素产生的措施， 但尚不能完全控制霉菌毒素产生， 使其浓度降低至安全阈值水平。因此，霉菌毒素脱毒或解毒同样是保证饲料安全的重要措施。 主要方法有稀释、吸附剂脱毒、微生物及解毒酶解毒等。 稀释是指将受污染青贮饲料与其他饲料成分混合，以减少霉菌毒素摄入水平，虽然稀释的方法能够有效降低霉菌毒素浓度， 但无法解决霉菌毒素污染问题，因此并不是推荐的策略。饲料中添加非营养性霉菌毒素螯合剂是目前生产中应用最为广泛、效果最佳的脱毒方法之一， 吸附剂能够与霉菌毒素结合，竞争性减少肠道对霉菌毒素的吸收，从而达到缓解霉菌毒素毒性损伤的效果，生产中常用吸附剂包括蒙脱石、水合硅铝酸钙钠、酵母细胞壁以及复合吸附剂产品等（刘瑞丽等，2019）。 微生物及其解毒酶降解霉菌毒素是目前研究的热点之一，该方法特异性强，安全性高，目前已经分离得到包括细菌、酵母菌、真菌源产生的解毒酶，这将推动霉菌毒素生物降解在未来生产中的应用（Kolosova 和 Stroka，2011）。

4 结论

青贮饲料尤其是全株玉米青贮是反刍动物日粮中重要组成部分， 其水分含量高， 营养物质丰富， 极易引起霉菌及其毒素污染， 对反刍动物生产、食品安全及人类的健康构成极大威胁。青贮饲料中霉菌毒素污染可通过抑制青贮前后霉菌生长而降低。 因此，适当的田间管理、合理的收获期、快速收获贮存以及使用有效的化学或微生物青贮添加剂，同时加强贮存期青贮窖管理，并在开窖后有氧条件下合理取用对于减少青贮饲料中的霉菌毒素污染至关重要，最后采用霉菌毒素脱毒和解毒的方法也是减少和降低霉菌毒素污染的有效措施。