技術(shù)交流

霉菌毒素與生物脫毒研究進(jìn)展

時(shí)間:2012-07-26 來(lái)源:admin

    計(jì)成教授   中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
    陳峰副教授 上海交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 
    潘安老師   武漢金華農(nóng)生物營(yíng)銷(xiāo)部
   

    編者按:霉菌毒素污染已經(jīng)成為全球畜禽飼料和人類(lèi)食品安全的嚴(yán)重威脅因素之一,選擇合適的霉菌毒素脫毒劑是預(yù)防和治療動(dòng)物霉菌毒素中毒癥的重點(diǎn)。然而,并不是所有的霉菌毒素吸附劑或結(jié)合劑都是同等有效,許多在市場(chǎng)上流通的類(lèi)似產(chǎn)品可能不利于其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用。目前,生物降解霉菌毒素作為一種安全有效的脫毒方法,日益成為行業(yè)關(guān)注和研究熱點(diǎn),鑒于此,《新飼料》雜志與百奧明飼料添加劑(上海)有限公司合作在2009年第11期開(kāi)辦“特別關(guān)注”欄目,主題為“霉菌毒素與生物脫毒研究進(jìn)展”,邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)權(quán)威專家共同探討,以供科研人員及飼料工作者參考。

    目前,大量的研究及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)案例表明飼料及其原料中不可避免地存在霉菌毒素污染,對(duì)動(dòng)物和人類(lèi)健康產(chǎn)生威脅,克服霉菌毒素對(duì)動(dòng)物和人類(lèi)的影響,首先要從預(yù)防入手,防止原料被霉菌所污染。但是,只有黃曲霉毒素基本上是在谷物收獲后的倉(cāng)儲(chǔ)期產(chǎn)生,加強(qiáng)倉(cāng)儲(chǔ)條件和管理可以降低黃曲霉毒素污染的發(fā)生率。而單端孢菌霉烯毒素(嘔吐毒素、T-2毒素)、玉米赤霉烯酮、煙曲霉毒素等這些毒素是當(dāng)作物還在田間生長(zhǎng)時(shí)由鐮刀霉菌產(chǎn)生的,對(duì)這些毒素的預(yù)防難有成效,因此必須采用有效的脫毒手段來(lái)消除這些霉菌毒素的影響。對(duì)霉菌毒素的脫毒,已經(jīng)嘗試過(guò)的方法很多,比如漂洗法、密度沉降法、氨處理、石灰石處理、射線照射等等。但是因?yàn)檫@些方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力,會(huì)破壞飼料營(yíng)養(yǎng)成分,甚至可能造成更大的霉菌毒素或者其他有毒物質(zhì)污染,因此在實(shí)際生產(chǎn)中并不可行。而比較可行的方法是在飼料中添加針對(duì)霉菌毒素的添加劑,包括霉菌毒素吸附劑和采用其他方式脫毒的脫毒劑。

    用于物理吸附的物質(zhì)主要是鋁硅酸鹽類(lèi)的礦物吸附劑(Huwig等,2001),鋁硅酸鹽如沸石、蒙脫石、硅藻土、高嶺土等,因?yàn)榫哂休^大的比表面積和離子吸附能力,對(duì)霉菌毒素有一定的吸附能力。不過(guò),天然鋁硅酸鹽礦物吸附力小,效率低,占飼料容量大,對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有一定吸附,因而直接用于飼料效果不好。

    目前,有許多科學(xué)家在進(jìn)行分離具有降解霉菌毒素能力的微生物方面的研究工作,將霉菌毒素進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化變成無(wú)毒的產(chǎn)物而脫毒,是一種全新的脫毒技術(shù)。這種技術(shù)的先進(jìn)性在于:①這種方法能將毒素徹底分解而不會(huì)有毒性物質(zhì)殘留。采用吸附法脫毒時(shí)毒素雖然與吸附劑結(jié)合而被排出動(dòng)物體外,不會(huì)對(duì)動(dòng)物造成損害,但是因?yàn)槎舅胤肿臃浅7€(wěn)定而不會(huì)被破壞,它們會(huì)在畜舍內(nèi)或者土壤中蓄積,并且在一定的溫度濕度和酸堿條件下會(huì)從吸附劑中解離出來(lái)而變成游離的毒素分子,人或者動(dòng)物接觸或食入這些毒素后又會(huì)產(chǎn)生危害。而生物轉(zhuǎn)化法則將毒素分子轉(zhuǎn)化成無(wú)毒的產(chǎn)物,無(wú)殘留,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成有害影響;②這種脫毒方法特異性高,只針對(duì)霉菌毒素起作用而不會(huì)破壞飼料和原料中的其它成分,不會(huì)降低飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。生物轉(zhuǎn)化是通過(guò)酶的催化而進(jìn)行的,酶的催化作用具有高度的專一性,一種酶只能催化一個(gè)或者一類(lèi)反應(yīng)的發(fā)生;③生物轉(zhuǎn)化法對(duì)玉米赤霉烯酮、嘔吐毒素、T-2毒素和赭曲霉毒素特別有效,而吸附劑只能吸附黃曲霉毒素。
 
    霉菌毒素對(duì)農(nóng)作物的污染給世界工業(yè)、飼料工業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了一系列不容忽視的問(wèn)題。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)估計(jì),全世界每年約有25%的農(nóng)作物受到霉菌毒素的污染,這是一筆極大的浪費(fèi)。因此解決霉菌毒素污染谷物糧食和動(dòng)物飼料是一個(gè)世界性難題。

    傳統(tǒng)的物理和化學(xué)的霉菌毒素去毒方法中有很多能成功地破壞霉菌毒素,但是要么成本太高,要么產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)物或者使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的質(zhì)量發(fā)生嚴(yán)重的變化;目前廣泛使用的吸附劑法也不能徹底去除黃曲霉毒素的毒性,只是使毒素隨吸附劑排到環(huán)境中,嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境的安全。

    因此,霉菌毒素污染的控制急切需要一種高效率、特異性強(qiáng)、以及對(duì)飼料和環(huán)境沒(méi)有污染的技術(shù)。霉菌毒素生物降解的過(guò)程是指毒素分子的毒性基團(tuán)被微生物產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物或者所分泌的胞內(nèi)、胞外酶分解破壞,同時(shí)產(chǎn)生無(wú)毒的降解產(chǎn)物的過(guò)程;毒素生物降解是一種化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程,不是對(duì)毒素的物理性吸附作用,代表了生物解毒的新方向,且生物酶催化方法具有專一性強(qiáng)、轉(zhuǎn)化效率高的特點(diǎn)。

    目前國(guó)內(nèi)外眾多研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)包括細(xì)菌、真菌及酵母菌在內(nèi)的大約上千種微生物能夠降解霉菌毒素,其研究主要集中在以下三個(gè)方面:①采用微生物競(jìng)爭(zhēng)性抑制霉菌毒素在農(nóng)產(chǎn)品收獲前產(chǎn)生;②采用發(fā)酵工程技術(shù)降解產(chǎn)品中的霉菌毒素;③利用霉菌毒素超標(biāo)的糧食發(fā)酵生產(chǎn)工業(yè)酒精和燃料酒精。

    總而言之,生物脫毒劑的研究任重而道遠(yuǎn),雖然已經(jīng)有很大的研究進(jìn)展,但是離實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用還有一定的距離,且其解毒機(jī)制不明確,有待于進(jìn)一步研究。

    目前霉菌毒素脫毒劑主要有三類(lèi)作用方式:第一類(lèi)是通過(guò)物理吸附的方式,即霉菌毒素吸附劑,這也是目前最常見(jiàn)的脫毒劑;第二類(lèi)是通過(guò)生物降解的方法,即通過(guò)微生物或酶來(lái)降解毒素;第三類(lèi)則是通過(guò)藥物(如中草藥或植物成份)提高動(dòng)物的抗毒或排毒能力。霉菌毒素吸附劑通過(guò)物理吸附來(lái)去除霉菌毒素,這是目前飼料市場(chǎng)上較為成熟、較可行的一種毒素脫毒方法。目前用于物理吸附的物質(zhì)主要是鋁硅酸鹽類(lèi)和酵母細(xì)胞壁成份。

    對(duì)天然的鋁硅酸鹽進(jìn)行改性后可以改善它對(duì)霉菌毒素的選擇性吸附能力,如水合鋁硅酸鈉鈣對(duì)黃曲霉毒素B1有較好的選擇性吸附能力。研究表明水合鋁硅酸鈉鈣對(duì)其它幾種主要的霉菌毒素吸附能力不是很理想,對(duì)鋁硅酸鹽類(lèi)表面基團(tuán)或電荷分布進(jìn)行適當(dāng)改性之后,可以改善其對(duì)其它霉菌毒素的吸附能力。

    酵母或酵母細(xì)胞壁成份也作為霉菌毒素吸附劑使用。試驗(yàn)結(jié)果表明,酵母細(xì)胞壁對(duì)玉米赤霉烯酮有較好吸附,在這一點(diǎn)它比鋁硅酸鹽類(lèi)吸附劑有優(yōu)勢(shì),但它對(duì)黃曲霉毒素的吸附又不如水合鋁硅酸鹽。

    此外,研究者和生產(chǎn)者也在不斷地探索新的霉菌毒素吸附劑。如陰離子交換樹(shù)脂消膽胺,可以吸附赭曲霉毒素A和玉米赤霉烯酮。交聯(lián)聚乙烯基吡咯烷酮可以吸附玉米赤霉烯酮。本實(shí)驗(yàn)室在最近研究發(fā)現(xiàn)一株有極強(qiáng)的玉米赤霉烯酮脫毒能力的細(xì)菌,初步判定它是通過(guò)細(xì)胞壁吸附來(lái)脫毒的,且吸附能力大大強(qiáng)于一般的酵母細(xì)胞壁,進(jìn)一步的研究仍在進(jìn)行當(dāng)中。

    通過(guò)生物降解是近些來(lái)較為熱門(mén)的研究領(lǐng)域,已經(jīng)有越來(lái)越多的細(xì)菌被發(fā)現(xiàn)與霉菌毒素的脫毒有關(guān),更深入的研究可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更高效的細(xì)菌或酵母。本實(shí)驗(yàn)室另發(fā)現(xiàn)了一株細(xì)菌可以將赭曲霉毒素A降解成另一種化合物,新產(chǎn)物的毒性得以大大降低,目前正在對(duì)該菌株進(jìn)行深入研究,以期找到相關(guān)的酶和基因。生物降解的主要問(wèn)題在于,降解后的產(chǎn)物是否能做到完全無(wú)毒?如果這一點(diǎn)不能解決,相關(guān)研究也只能停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段。

    植物提取物(中草藥)中有許多成份都可以提高動(dòng)物肝臟的解毒能力,這給我們一些啟示。我們生產(chǎn)的脫毒劑可以加入這些成份,以直接提高動(dòng)物的解毒能力。

    遺憾的是,由于中草藥研究的復(fù)雜性,這方面還缺少極有說(shuō)服力的研究論文。

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