飼料中嘔吐毒素的危害和生物脫毒方法研究進(jìn)展

^{嘔吐毒素又稱脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（deoxynivalenol, DON） 是谷物中為常見的一種真菌毒素， 其降低畜禽的生產(chǎn)性能， 并且對動物免疫系統(tǒng)、細(xì)胞信號傳導(dǎo)和基因的表達(dá)均有不同程度的影響。隨著我國災(zāi)害氣候的頻頻發(fā)生， 嘔吐毒素的污染程度呈現(xiàn)加劇趨勢， 因此嘔吐毒素污染的控制迫在眉睫。傳統(tǒng)控制脫氧雪腐鐮刀菌烯醇的方法主要有物理法和化學(xué)法， 但上述兩種方法都具有局限性。本文闡述了脫氧雪腐鐮刀菌烯醇的化學(xué)性質(zhì)、毒性作用以及生物脫毒方面的研究進(jìn)展，為研究生物學(xué)方法控制糧食與飼料中嘔吐毒素含量提供參考。}



 

^{嘔吐毒素是一種單端孢霉烯族毒素，主要由粉紅鐮刀菌和禾谷鐮刀菌產(chǎn)生。其化學(xué)名為3α,7α,15-三羥基-12,13-環(huán)氧單端孢霉-9-烯-8-酮，化學(xué)式為C15H20O6，純品是一種無色針狀結(jié)晶，可在乙酸乙酯和甲醇中長期保存。低劑量的嘔吐毒素，主要引起動物食欲下降、體重減輕、代謝紊亂等癥狀，大劑量可導(dǎo)致動物嘔吐。嘔吐毒素對消化系統(tǒng)、血液系統(tǒng)、中樞系統(tǒng)以及鈣磷代謝均產(chǎn)生影響，嘔吐毒素具有慢性和亞慢性毒性、急性毒性、免疫毒性等多種毒性作用。}

 

^{1、嘔吐毒素的毒性及對動物的危害}

 

^{動物對嘔吐毒素的反應(yīng)有種屬和性別差異，雄性動物對毒素比較敏感，豬比小鼠、家禽和反芻動物更敏感。單端孢霉烯族毒素會引起大部分畜禽嘔吐，其中豬為敏感，是其他動物的100～200 倍。有研究表明，嘔吐毒素能夠引起豬嘔吐的小口服劑量為0.1～0.2mg/kg，當(dāng)攝入0.5mg/kg的嘔吐毒素后，5～7min 就會引起嘔吐。嘔吐毒素對機(jī)體免疫系統(tǒng)的侵害主要包括對免疫細(xì)胞的增殖與凋亡的影響以及對免疫細(xì)胞因子的釋放這兩個方面。嘔吐毒素能夠誘導(dǎo)機(jī)體內(nèi)免疫球蛋白分泌紊亂，免疫球蛋白是免疫病理結(jié)果的一種特征指標(biāo)，它為嘔吐毒素對動物免疫系統(tǒng)的影響提供了一種新的路徑，還能夠影響機(jī)體內(nèi)腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素等的水平。也有研究報道指出，嘔吐毒素使小鼠IgA水平顯著提高，人類腎小球腎炎、IgA 腎bing也出現(xiàn)相似的情況。其作用機(jī)理是嘔吐毒素能夠增加IgA 分泌細(xì)胞的數(shù)量，這是由于巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子介導(dǎo)的結(jié)果。同時有報道指出，如果對小鼠體外培養(yǎng)和小鼠體內(nèi)白細(xì)胞介素-6（IL-6） 缺陷，均可以證明嘔吐毒素對IL-6 有著十分重要的誘導(dǎo)作用。Moon 等也證明了體內(nèi)環(huán)氧合酶-2（COX-2）基因的上調(diào)是由嘔吐毒素誘導(dǎo)的結(jié)果，之后產(chǎn)生的前列腺素的一些代謝物對IL-6 的分泌有明顯的效果。}



 

^{2、嘔吐毒素污染概況}

 

^{據(jù)統(tǒng)計，每年有至少25%的飼料原料被霉菌毒素污染。我國主要霉菌毒素污染是黃曲mei毒素、玉米赤霉烯酮、煙曲霉毒素以及嘔吐毒素，90%以上的原料顯示陽性。國內(nèi)飼料原料霉菌毒素污染超標(biāo)率高達(dá)60%～70%。嘔吐毒素和污染分布也顯示了一些關(guān)鍵特征：霉菌污染嚴(yán)重的主要是水稻糧食作物，尤其在谷物豐收后污染為嚴(yán)重。嘔吐毒素對許多作物均可造成污染，其中為普遍的是谷物類原料，其次是油籽類原料。由于溫度、濕度等差異，即使在同一季節(jié)，不同地區(qū)收獲的玉米所帶菌屬也有較大差異，相比東北地區(qū)的嘔吐毒素污染，華北地區(qū)的部分玉米嘔吐毒素的污染較重。}

 

^{3、飼料中嘔吐毒素的脫毒技術(shù)}

 

^{對谷物和飼料進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿摱咎幚硎强刂坪蜏p輕霉菌毒素危害的重要方法，研究者們已做了很多關(guān)于嘔吐毒素脫毒的研究，基本上分為物理、化學(xué)和生物脫毒3類。}

 

^{3.1 物理脫毒法}

 

^{密度篩選，研磨，使用紫外光、γ- 射線照射以及添加霉菌毒素吸附劑等是常見的物理脫毒方法。嘔吐毒素可以溶于水，濕磨碎后污染的谷物中的嘔吐毒素會在水中富集，只有少量毒素在淀粉中。油料籽實和谷物的密度篩選方法是基于污染和未污染谷物種子之間的密度差異，應(yīng)用浮選法將二者重新分流，進(jìn)而將二者區(qū)分開來的方法，從而能夠很大程度上降低嘔吐毒素的濃度。這種方法很適用于易感染嘔吐毒素的玉米和小麥。霉菌毒素吸附劑法是目前應(yīng)用較廣的物理去毒方法，包括黏土、硅藻土、酵母細(xì)胞壁提取物、硅鋁酸鹽、葡甘露聚糖、酯化甘露聚糖等。但大量試驗證實霉菌毒素吸附劑只對飼料中的黃曲mei毒素有較好的吸附效果，而對嘔吐毒素的吸附率不足5%。}

 

^{3.2 化學(xué)脫毒法}

 

^{因為毒素在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或強(qiáng)氧化劑的作用下轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)的原理，所以化學(xué)脫毒法根據(jù)化學(xué)試劑的不同而方法較多。酸處理法、堿處理法、氨處理法及有機(jī)溶劑處理法是常見的化學(xué)脫毒法。向受到嘔吐毒素污染的糧食或飼料中通入液氨，在室溫或加熱條件下密封儲存，在氨的作用下嘔吐毒素化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)化為沒有毒性的物質(zhì)，因而解毒。近年來，有機(jī)溶劑萃取法解毒成為研究熱點。常用的有機(jī)溶劑有95%的乙醇、異丙酮、丙酮、正己烷-甲醇、80%異丙酮、乙腈、甲醇、丙酮-正己烷-水、正己烷-乙醇-水等，利用這些溶劑，幾乎可將飼料中所有的嘔吐毒素去除。}

 

^{3.3 生物脫毒法}

 

^{目前，有關(guān)嘔吐毒素生物降解的研究在國內(nèi)外正成為熱點。使用特定的微生物或其產(chǎn)生的酶來降解發(fā)霉飼料中的霉菌毒素，將這些微生物加入飼料中，實現(xiàn)霉菌毒素的溫和降解，避免強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫對飼料的營養(yǎng)物質(zhì)造成破壞，達(dá)到去除霉菌毒素的目的。該過程不需要引入有毒和有害化學(xué)物質(zhì)，而且還可以減少飼料中的營養(yǎng)物質(zhì)的損失。生物脫毒法根據(jù)其物質(zhì)和作用機(jī)制的不同可分為生物降解法、生物吸附法、轉(zhuǎn)基因技術(shù)消除法及其他的一些生物處理方法，許多微生物如酵母菌、細(xì)菌、真菌等可以去除或減少食品和飼料中的霉菌毒素。}

 

^{3.3.1 生物吸附法}

 

^{目前畜禽生產(chǎn)中應(yīng)用為廣泛的毒素脫毒方法是在飼料中添加毒素吸附劑。在動物體內(nèi)吸附劑與毒素結(jié)合形成復(fù)合體，在毒素經(jīng)過消化道時不被動物體吸收并隨吸附劑排出體外，從而降低毒素的生物學(xué)效應(yīng)，減少血液中毒素濃度和腸道對毒素的吸收，并且減少靶器官中毒素含量。相比傳統(tǒng)的物理吸附方法，微生物菌體吸附法具有反應(yīng)條件溫和、吸附過程不會造成飼料中營養(yǎng)物質(zhì)流失等優(yōu)點。目前，研究發(fā)現(xiàn)，真菌類和乳酸菌類是主要的對嘔吐毒素具有吸附作用的菌株。同時研究發(fā)現(xiàn)美極梅奇酵母、釀酒酵母、馬ke思克魯維酵母、發(fā)酵地霉酵母4種酵母對嘔吐毒素也具有良好的吸附效果。而DON可被絲狀真菌米曲霉和米根霉吸收到菌絲體上，通過深層發(fā)酵降解嘔吐毒素，在48 h 后降解速率達(dá)到大。Oliveira 等培養(yǎng)的羅伊乳酸菌R29 的發(fā)酵液可以抑制鐮刀菌孢子萌發(fā)，進(jìn)而減少嘔吐毒素的積累。El-Nezami 等研究發(fā)現(xiàn)，20 μg/mL 的嘔吐毒素與鼠李屬乳酸菌株LGG、LC-705 及費氏丙酸桿菌3株菌株共同培養(yǎng)1h 后，上清液中64%～93%的嘔吐毒素被吸附，且滅活細(xì)胞與活細(xì)胞對嘔吐毒素的吸附能力沒有差異（P＞0.05）。}

 

^{微生物吸收嘔吐毒素的原理主要與葡甘露聚糖在細(xì)胞壁上的吸附有關(guān)。目前，從真菌細(xì)胞壁提取的葡甘露聚糖的解毒劑已廣泛應(yīng)用于飼料行業(yè)。發(fā)現(xiàn)作為霉菌毒素吸附劑，高分子量葡甘露聚糖不僅可吸附嘔吐毒素，而且可以調(diào)節(jié)肉仔雞的免疫功能。微生物菌體細(xì)胞壁對嘔吐毒素吸附是可逆性的，嘔吐毒素的吸附作用與細(xì)菌的種類及濃度有關(guān)，因此需要進(jìn)一步改善吸附劑的質(zhì)量和穩(wěn)定性。}

 

^{3.3.2 生物降解法}

 

^{生物降解由于其有效性、環(huán)保性和針對性，將成為未來霉菌毒素解毒的一種趨勢。酶解脫毒是通過使用酶或活細(xì)菌（產(chǎn)脫毒酶） 將毒素轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)來改變毒素結(jié)構(gòu)以控制飼料中霉菌毒素風(fēng)險的有效途徑。}

 

^{嘔吐毒素的主要毒性基團(tuán)是C-12，13 環(huán)氧環(huán)和C3-OH 基團(tuán)，可引起毒性與核糖體結(jié)合，造成核糖體毒性壓力效應(yīng)，許多調(diào)節(jié)基因表達(dá)的蛋白激酶被活化，抑制蛋白合成并產(chǎn)生細(xì)胞毒性，這3 個基團(tuán)是嘔吐毒素生物降解研究的主要位點。嘔吐毒素的生物降解包括毒素分子的羥化、水解、去環(huán)氧化、脫乙酰和糖苷化，微生物通過在DON 中釋放胞外酶，并作用于DON 將其轉(zhuǎn)化為低毒的化合物。}

 

^{⑴C3- OH 氧化和差向異構(gòu)化}

 

^{微生物可以將嘔吐毒素結(jié)構(gòu)中的3- OH 基團(tuán)氧化成3- 酮基，產(chǎn)生3- 酮基- DON，或形成可以解毒的同分異構(gòu)體3- epi- DON。沃斯特氏菌屬和諾卡氏菌屬和其他好氧性細(xì)菌可以達(dá)到該條降解途徑。Volkl 等推測乙醇脫氫酶可以輔助輔酶NADH 或NADPH 將DON 分子的C3- OH 基團(tuán)氧化成3- 酮基。Shima 等從土壤中篩選出一種土壤桿菌屬根瘤菌E3- 39，胞外提取液24 h可將培養(yǎng)基中200 μg/mL 的DON 代謝為3- keto-DON。后續(xù)研究推測E3- 39 菌分泌的胞外酶可完成這種轉(zhuǎn)化。計成等篩選的德沃斯氏菌屬ANSB714 發(fā)酵液（活菌數(shù)4.5×109CFU/mL） 與100 mg/mL 的DON 共同培養(yǎng)24 h 后，DON 降解率高達(dá)97.34%。在模擬腸道條件下，ANSB714 菌株對霉變小麥和DDGS飼料中DON 降解率分別為86.19%和84.34%。Sato等采用液相色譜法詳細(xì)比較了德沃斯氏菌屬及諾卡氏菌屬對DON 降解途徑的不同，為探究DON 降解機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)。}

 

^{⑵C12/C13 開環(huán)氧化作用}

 

^{微生物可將嘔吐毒素結(jié)構(gòu)中的C12/C13 環(huán)氧基團(tuán)水解成兩個相鄰的羥基，生成轉(zhuǎn)化產(chǎn)物DOM- 1，達(dá)到解毒作用。這些微生物主要由瘤胃、腸道厭氧菌群及芽胞桿菌組成。Fuchs 等從牛瘤胃中分離到一株厭氧優(yōu)桿菌屬細(xì)菌BBSH797，該菌可將嘔吐毒素代謝成單一產(chǎn)物DOM- 1。近年來，研究人員陸續(xù)篩選出多種具有將嘔吐毒素降解為DOM- 1 的菌株。Li 等研究表明芽孢桿菌LS100 可將嘔吐毒素轉(zhuǎn)化成DOM- 1，并通過仔豬飼喂實驗發(fā)現(xiàn)降解產(chǎn)物DOM- 1 不會對豬產(chǎn)生負(fù)面影響。Guan 等從褐色大頭鯰（Ameiurus nebulosus） 腸道中分離到微生物混合物C133，該混合物只有在*培養(yǎng)基中才具有將嘔吐毒素轉(zhuǎn)變?yōu)镈OM- 1 的能力。Islam 等從土壤中分離的腸桿菌菌群在有氧條件下可將嘔吐毒素深度氧化成DOM- 1，在144 h 內(nèi)嘔吐毒素降解率高達(dá)99%。Yu 等采用變性梯度凝膠電泳方法從雞腸道中分離出10 株可將嘔吐毒素轉(zhuǎn)化為DOM- 1 的菌株，為篩選具有該條生物轉(zhuǎn)化途徑的菌株提供了有效方法。馮培生等研究發(fā)現(xiàn)大鼠腸道微生物可將嘔吐毒素代謝生成DOM- 1，隨后運用超液相色譜串聯(lián)四極桿- 飛行時間質(zhì)譜技術(shù)分析嘔吐毒素代謝產(chǎn)物的碎片離子質(zhì)荷比變化，據(jù)此推測嘔吐毒素的降解途徑。}

 

^{⑶其他降解途徑}

 

^{除了上述主要的降解途徑外，推測嘔吐毒素還存在其他可能的降解途徑。研究表明，嘔吐毒素中C15 去掉—CH2O，形成分子質(zhì)量為265 的中間產(chǎn)物，在此基礎(chǔ)上，C5 和C6 同時去掉一個CH2O 和一個H2O，形成產(chǎn)物分子質(zhì)量為247，C6 和C7 在247 的基礎(chǔ)上去掉一個H2O，形成分子質(zhì)量為227 的終產(chǎn)物，產(chǎn)物247 降解的另一種方式為C14 去掉—CH3，C7 去掉—OH，C3 和C4 形成雙鍵的終產(chǎn)物217。嘔吐毒素中O1 和C11 間斷裂，通過水合作用水解后均變?yōu)? OH，研究推測分離得到的塔賓曲霉NJA－1 是通過水合作用的方式降解嘔吐毒素，嘔吐毒素中C8 位的酮基也容易受到親核基團(tuán)的攻擊變?yōu)榱u基，并從化學(xué)角度分析，C8 位的O 原子可能被水解，變成2 個- OH。總之，明確DON 的降解和轉(zhuǎn)化途徑，可為實際應(yīng)用中嘔吐毒素的清除提供可靠的理論依據(jù)。}

 

^4展望

 

^{與物理和化學(xué)方法相比，生物處理對飼料營養(yǎng)成分的影響不大，但由于成本高、效果不穩(wěn)定，限制了該方法的廣泛應(yīng)用。研究嘔吐毒素的生物降解還有很多問題需要解決，如無法定性嘔吐毒素解毒酶的解毒效率、生物發(fā)酵法生產(chǎn)的解毒酶的活性不高等。目前，嘔吐毒素降解酶的研究主要集中在解毒酶的分離和純化上，以及尋找產(chǎn)解毒酶基因，然后將靶基因克隆到生物表達(dá)器中表達(dá)，將是未來一段時間內(nèi)霉菌毒素生物降解的研究方向。}