中国奶牛常规饲料霉菌毒素污染现状及脱霉剂应用

白萨茹拉，张恒涛，夏传齐，于长平，张伟宏，白沥冰，冯建芳，郭 刚，钟景田，马 慧*

（1.北京首农畜牧发展有限公司，北京 100076；2.北京三元种业科技股份有限公司，北京 100076）

霉菌毒素作为真菌降解饲料中营养物质时产生的次级代谢产物，具有毒性很强的特点。近年来畜禽饲料原料（谷物及饲草）发霉污染情况愈发严重，造成饲料浪费、引起畜禽疾病发生中毒或死亡，甚至霉菌毒素在畜产品中的残留进一步危害人类健康。饲料原料在使用之前每个环节，如生长、收割、贮藏、生产、储存、运输及加工过程，均有可能发生霉菌毒素污染。因此，做好饲料脱霉是降低其霉菌毒素危害的有效途径之一。随着我国畜牧业快速发展，霉菌毒素污染不断受到重视，2017年《饲料卫生标准》[1]也增加了相应内容，如新增黄曲霉毒素B1、玉米赤霉烯酮和脱氧雪腐镰刀菌烯醇在“犊牛、羔羊精料补充料”、“泌乳期精料补充料”和“其他精料补充料”中的限量。随着检测技术水平提高，目前用液相色谱-串联质谱法能检测出多种霉菌毒素[2]，但同时也面临着如何分类和有效地脱去饲料中霉菌毒素的问题。本文将牧场饲料中霉菌毒素种类分类、污染现状、致毒作用、危害、脱毒功效及脱霉剂在生产中的应用方面进行综述，以期对脱霉剂的选择使用及其相关研究提供一定的参考。

1 饲料中霉菌毒素种类、作用机理和危害

1.1 饲料中霉菌毒素的分类 自20 世纪60 年代初，科研工作人员便开始关注霉菌毒素对畜禽健康和生产性能的影响。到目前为止，已发现的霉菌毒素有300 多种，但通过试验证实对畜禽有严重危害的有20 余种。《饲料卫生标准》（GB 13078-2017）[1]列出了畜禽饲料中常见的6 种真菌毒素，分别为黄曲霉毒素B1（AFB1）、赭曲霉毒素A、玉米赤霉烯酮、脱氧雪腐镰刀菌烯醇（呕吐毒素）、T-2 毒素和伏马毒素（B1和B2）。随着检测技术水平的不断提高，从饲料样品中可检出的霉菌毒素种类增多，基于ROMER 实验室检测结果和分子结构[3]，将饲料中常检测出的霉菌毒素归类成如下6 大类，分别为黄曲霉毒素（包括AFB1、AFB2、AFG1、AFG2）、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素A、单端孢霉烯族毒素A族（包括T-2、HT-2、NX-2、NX-3）、单端孢霉烯族毒素B 族（包括镰刀菌烯酮、雪腐镰刀菌烯醇、呕吐毒素、3-乙酰基呕吐毒素、15-乙酰基呕吐毒素）和伏马毒素（包括FUMB1、FUMB2、FUMB3）。

1.2 饲料中霉菌毒素的作用机理及危害

1.2.1 饲料中AFB1致毒作用及危害 发霉饲料中的霉菌毒素，通过与饲料中的有效成分相结合，破坏营养物质，降低饲料的有效营养物质。如AFB1在动物体内（主要在肝脏、肾脏和肠黏膜）需要有Monooxygenases、氨基氧化酶、前列腺素合成酶和乙醇脱氢酶等Microsomal Cytochromes P450酶[4]（图1），经氧化酶代谢为环氧化物（AFBO），继而与DNA 和蛋白结合形成大分子加合物，引起肝脏损伤和肝脏致癌。图1 中第一步环氧化过程是致毒代谢过程，AFBO 分别与DNA 结构上的鸟苷酸残基上的N7 和蛋白质结合，形成AFB1-N7-鸟嘌呤加合物和AFB1-赖氨酸加合物，导致DNA 损伤、基因突变和抑制细胞中蛋白质的合成，表现为基因毒性和细胞死亡。因此，AFB1脱毒也可通过AFBO 相关水解酶和转移酶作用于毒性位点转化为毒性较低的产物，经尿液和粪便排出体外。除了消化道将毒素排出体外，一些毒素，如AFB1、AFM1、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素通过家畜乳汁排出体外，进一步危害人类健康。

图1 AFB1 诱导DNA 加合物形成的代谢活化途径[4]

1.2.2 饲料中玉米赤霉烯酮的致毒作用及危害 玉米赤霉烯酮与体内雌激素受体结合，引起玉米赤霉烯酮与雌激素产生竞争关系，进而激活雌激素反应元件转移至胞核与染色体结合等一系列拟雌激素效应影响细胞分裂和生长。由于玉米赤霉烯酮的分子结构与体内雌激素相似，其危害除了损伤肝脏和肾脏功能外，主要对动物繁殖性能具有很强的毒性[5]，如通过影响精液质量降低受精率，促进精原细胞和精母细胞的凋亡，影响子宫发育；另外，还会诱导染色体变异和损伤，造成遗传毒性和细胞毒性。玉米赤霉烯酮吸附剂目前使用较多的是矿物类吸附剂和酵母细胞壁吸附剂，后者吸附最大浓度可达2.29 μg/kg[6]，通过降低淋巴细胞转化率、白细胞介素-2、干扰素-α含量改善动物生产性能。微生物降解玉米赤霉烯酮，如枯草芽孢杆菌[7]和毛孢子菌[8]对玉米赤霉烯酮的降解率可达95% 以上，另外，从粉红粘帚霉菌株获得的降解玉米赤霉烯酮的基因植入到酵母细胞内进行表达而获得的酶液可以完全降解玉米赤霉烯酮[9]。

1.2.3 饲料中单端孢霉烯族毒素的致毒作用及危害 单端孢霉烯族毒素主要由镰刀菌产生，目前已鉴定出150余种化合物，污染较严重并常见的有单端孢霉烯族毒素A 族和B 族，这种分类由拟分支孢镰刀菌和禾谷镰刀菌TRI1基因的碱基多态性决定[10-11]。单端孢霉烯族毒素A 族和B 族毒素的生物合成相对复杂，主要由2 个阶段完成，分别在萜类环化酶和多个酶催化氧化与酰化及自身形成的异构化反应等系列反应作用下形成结构多样的单端孢霉烯分子[12]。单端孢霉烯族毒素A 族中常见的毒素有T-2 毒素，具有毒性强、稳定性高、发病快等特点，该毒素的危害主要表现于生殖系统、肝脏、免疫系统、骨骼系统。由于T-2 毒素对物理脱毒和化学脱毒要求高，因此研究仍处于初级阶段[13]。单端孢霉烯族毒素B 族中常见的毒素有呕吐毒素，这类毒素会使动物呕吐、厌食、腹泻、生产性能降低等中毒症状。已报道的能够降解呕吐毒素的微生物有优杆菌[4]和德沃斯氏菌[14]等，而能降解的相关酶有2 种，分别为来源于德沃斯氏菌的脱氢酶（DepA）和醛酮还原酶（DepB），另外一个是来源于鞘氨醇单胞菌的醛酮还原酶[15]。

1.2.4 饲料中赭曲霉毒素A 和伏马毒素的致毒作用及危害 与黄曲霉毒素相比，赭曲霉毒素A 的研究较少。乳酸菌对赭曲霉毒素吸附作用的化学分子机制尚未明确，因此主要聚焦于酵母菌的脱毒作用[16]，在生产中的应用也较少。根据赭曲霉毒素A 的分子结构，通过切断L-β-苯丙氨酸和OTα的酰胺键的链接将赭曲霉毒素A 水解成无毒的代谢产物[17]，从而降解其毒性。伏马菌素是由玉米串珠镰刀菌产生的有毒有害并致癌的真菌毒素，主要作用于人类的免疫系统，而对动物引起的中毒表现为马脑白质软化症[18]和猪肺水肿[19]。

2 霉菌毒素在饲料中的污染现状

2.1 我国常用饲料中霉菌毒素污染现状 随着我国规模养殖业的快速发展，饲料使用量和种类不断增多，饲料受霉菌毒素污染情况日益严重。Xing 等[20]2017 年分别从山东、河南和河北地区采集了22 处自然晾晒前和自然晾晒后的44 份玉米样品，晾晒前样品中的黄曲霉毒素含量为148.40 μg/kg，晾晒前和晾晒后玉米赤霉烯酮的平均含量分别为15.90 μg/kg 和85.7 μg/kg、呕吐毒素的平均含量分别为80.70 μg/kg 和1581.20 μg/kg，同时发现所有样品均污染了伏马菌素，平均含量为132.80 μg/kg 和100.20 μg/kg。Ma 等[21]采集国内2016 年和2017 年各省份的共742份饲料原料（玉米、玉米麸皮、玉米胚芽粕、玉米蛋白粉、国产DDGS 和进口DDGS 等）和827 份猪全价料样品，其中黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和呕吐毒素的阳性检测率分别为83.3%、88.0%、74.5%，其含量分别为450.0～4 381.5、2.3～729.2、1.3～10.0 μg/kg，同时也发现75% 的样品均能检测出2 个以上霉菌毒素的污染；饲料原料玉米、玉米麸皮、玉米胚芽粕、玉米蛋白粉、国产DDGS 和进口DDGS 的黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、呕吐毒素的阳性检测率分别为96.1%～100%、92.05%～100%和87.25%～100%；其他常用饲料原料小麦、大麦、小麦麸、米糠和豆粕的黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和呕吐毒素污染的阳性检测率分别为83.3%～100%、91.5%～100%和98.3%～100%。有研究[22-23]检测我国玉米和小麦等主要谷物饲料原料污染的几种主要霉菌毒素，阳性检测率高达100%，呕吐毒素超出我国限量标准的样品可达10%。由此可见，我国谷物饲料原料的霉菌毒素污染情况较严重，几种霉菌毒素共同污染的比例也相对高。

2.2 我国粗饲料中霉菌毒素污染现状 粗饲料为反刍动物日粮的重要组成部分。与谷物相比，粗饲料霉菌毒素污染的相关研究甚少。粗饲料中玉米青贮是反刍动物日粮中使用比例较高的重要组成部分，有研究发现青贮样品中黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素和呕吐毒素的检出率高达90%以上[24-25]。李卫娟等[26]研究我国云南地区反刍动物常用粗饲料（牧草（牧草及其他树叶）、秸秆和青贮）污染情况，发现牧草受大于0.5 mg/kg 和1.0 mg/kg伏马毒素污染的检出率分别为100%和9.52%，而秸秆类样品中伏马毒素含量大于0.5 mg/kg 和1.0 mg/kg 的检出率分别为77.78%和11.11%，青贮样的检出率分别为85.71% 和14.29%；该报道中，牧草和青贮样品的呕吐毒素含量大于0.2 mg/kg 的检出率分别为80.95%和71.43%，秸秆样品的呕吐毒素含量大于0.2、0.5、1.0 mg/kg 的检出率分别为66.67%、22.22%和11.11%，但该研究的牧草、秸秆和青贮样中未检测出黄曲霉毒素和玉米赤霉烯酮。通过检测来源于我国某大型公司的分布于7 个省份、9 个奶牛场的精料、国产燕麦、苜蓿、玉米青贮和全混合日粮100 余份样品，结果发现所有样品中均未检测出黄曲霉毒素；而玉米赤霉烯酮阳性均值为26.0～102 μg/kg，单端孢霉烯族B 族阳性均值为0.6～987.0 μg/kg，伏马毒素为38～1 421 μg/kg，其中玉米青贮和全混合日粮的呕吐毒素和玉米赤霉烯酮均处于严重污染水平，另外，检出5 种以上毒素的原料占39.6%（未发表）。

因此，饲料受霉菌毒素的污染范围较广也比较严重，需要用脱霉手段进行干预，减少对人类健康的危害。

3 脱霉剂在实际生产中的应用

饲料中霉菌毒素的污染日益明显，是畜牧行业的隐形杀手。通过使用脱霉剂脱毒霉菌污染的饲料是一项有效的措施。目前国内各大牧场使用的脱霉剂种类主要有2 种，分别为吸附类脱霉剂（硅铝酸盐类矿物吸附脱霉剂，如蒙脱石、沸石、膨润土、硅藻土、高岭土、海泡石等；菌类吸附脱霉剂，如酵母、芽孢杆菌和双歧杆菌等有益菌吸附类脱霉剂）和微生物脱毒类（酶解去毒类）。

3.1 矿物吸附类脱霉剂在实际生产中的应用 在实际生产中，脱毒主要以矿物吸附剂为主，这类脱霉剂的质量关键在于选择的原料质量。矿物源组成含量较低的产品效果因自身含有有害成分（如砷、汞、铅等超标的重金属成分）而不佳，同时会产生副作用。高纯度的蒙脱石对小分子霉菌毒素的清除效果较好，吸附能力达到72%以上，而弊端为需要添加量较大（2～5 kg/t 饲料），降低了饲料的营养物质。矿物质吸附类脱霉剂主要通过超强吸附作用与饲料中霉菌细胞胞浆膜上的固醇相结合改变其通透性，将内容物渗出，形成稳定的复合物，抑制真菌生长[27]，同时也抑制机体消化道对毒素的吸收。

3.2 菌类脱霉剂的脱毒原理及生产中的应用现状 菌类吸附脱霉剂与矿物类的吸附作用不同，前者通过细胞壁组成中的氢键、离子键和疏水作用力对同属有机类的霉菌毒素之间产生亲和性，结合成螺旋型分子结构，吸附霉菌毒素[28]，从而减少毒素在动物肠道内的吸收，达到脱毒的目的。研究较多的是乳酸菌[29]和酵母菌[30]对AFB1、玉米赤霉烯酮和赭曲霉毒素A 的吸附性能。菌类对霉菌毒素吸附作用易受环境影响，如pH 和温度。有研究表明，当pH 为4.8 时，通过高效液相色谱法检测发现，生物转化能力强的乳酸杆菌对AFB1的吸附能力可达82%[29]，酿酒酵母Y1 在25℃时对AFB1的吸附率高达81.16%[31]，而麝香草酚裂解酵母细胞对AFB1吸附量达到2.5 μg/mg[30]。根据研究报道，30～35℃孵育条件下，源于细菌类对AFB1的吸附率通过高效液相色谱检测结果为49.2%～90%[29,32-33]，而源于真菌类在25～30℃条件下用相同的方法检测AFB1的吸附率为21%～81.16%[31]。

菌类除了吸附霉菌毒素外，还可通过其代谢产物或分泌的酶与霉菌毒素的毒性结构位点发生一系列的酶促反应，破坏毒素的分子结构而脱除毒性，避免微生物吸附毒素的非特异性的缺点。与其他霉菌毒素相比，降解AFB1的酶相关研究较多，在体内外条件下，不同活力的不同菌株分泌的漆酶对玉米中的AFB1降解率为30%～90%[34-35]，而3 种不同来源的过氧化物酶对AFB1的降解率为41%～90%[36-38]，还原酶对霉菌毒素的降解还在研究其还原的活性分子，在实际生产中还未进行应用。赭曲霉毒素、伏马毒素及单端孢霉烯族毒素的脱毒在生产中应用较少。每一种脱霉方式均有其优点和缺点，因此市面上的脱霉剂多数为复合型脱霉剂。郗宏波等[39]使用0.2%的复合脱霉剂（主要成分为改性硅铝酸盐、植物提取物和益生菌）用于霉菌毒素污染（AFB1含量为16 μg/kg、玉米赤霉烯酮含量为278 μg/kg、呕吐毒素为950 μg/kg）的日粮中，结果表明，添加复合脱霉剂组家畜鲜重比和肝体比较对照组分别提高了33.9%和24.1%，肝的超氧化物歧化酶提高了30.1%，丙二醛降低了43.7%。不同霉菌毒素的脱毒机理需要更深入的研究，相关脱毒微生物的筛选仍然是研究重点，而脱毒活性物质的分离纯化是难点。

4 小结与展望

饲料中霉菌毒素严重影响畜禽健康，甚至危害人类健康。在多种霉菌毒素解毒方法中，微生物酶降解法是相对安全并有效的脱毒方式，也是未来的研究重点和难点。虽然很多菌能降解霉菌毒素，达到脱毒效果，但其作用机理尚不清楚，需要加大力度研究降解机理。另外，实际生产中，饲料受多种霉菌毒素的污染情况较普遍，需要加强研究微生物酶在饲料中降解多种霉菌毒素污染的协同效应。