飼料防霉劑和脫霉劑研究進展

王孝忠，趙明，熊同舟，余瑞瑤，龔志軍，李祚丹

（宜昌市動物疫病預防控制中心，湖北宜昌443000）

霉菌和霉菌毒素污染在畜禽飼料中已成為不容忽視的問題。飼料被霉菌污染后質量和營養價值降低，霉菌生長繁殖中生成毒素，后者引起畜禽的急性或慢性中毒，阻礙生長發育，甚至造成死亡；殘留在動物性食品中的霉菌毒素被食入后危害人類健康[1]。韓小敏等調查飼料原料真菌污染情況，結果顯示玉米粉100%檢出霉菌，共檢出曲霉菌屬8種、鐮刀菌屬3種、青霉菌屬7種，其中以黃曲霉、串珠鐮刀菌最常見[2]。Shi等研究認為，霉菌毒素的主要生成菌主要有曲霉菌屬、鐮刀菌屬、麥角菌屬、鏈格孢屬、青霉菌屬[3]。霉菌毒素是霉菌在污染飼料或谷物后在生長代謝過程中產生的有毒次級產物。全球每年約有25%的谷物受到已知霉菌毒素的污染，約2%的農作物因污染嚴重而失去營養及經濟價值[4]。目前已報道霉菌毒素有400多種，其中危害較大的是黃曲霉毒素、鐮刀菌素、赭曲霉毒素、麥角毒素和鏈格孢毒素等[3,5]。霉菌在溫度-5～60℃，相對濕度80%以上均能生長，繁殖力強。飼料原料采購、加工、貯存過程中遇高溫高濕環境，飼料極易霉變產生毒素。為防止飼料霉變，在飼料生產加工過程中適當添加防霉劑和脫霉劑，是減少飼料霉變和霉菌毒素危害的重要手段之一。

1 防霉劑

防霉劑是防止飼料因微生物所致霉變或腐敗的物質統稱。根據我國農業部公告第2045號《飼料添加劑目錄（2013）》“第8部分：防腐劑、防霉劑和酸度調節劑”和GB/T 36863-2018《混合型飼料添加劑防霉劑通用要求》“附錄A允許使用的防霉劑名單”，我國允許在飼料加工過程中添加的防霉劑有丙酸及丙酸鹽類、甲酸、乙酸及乙酸鹽類、苯甲酸及苯甲酸鈉、山梨酸及山梨酸鹽類。

1.1 丙酸及丙酸鹽類

丙酸為無色液體，具有揮發性，是目前國內外使用最廣泛的防霉劑。丙酸防霉作用機理：（1）丙酸單分子在霉菌細胞周圍形成高滲透壓，使霉菌細胞脫水，而抑制其生長；（2）丙酸解離出H+可穿透霉菌細胞壁，抑制胞內酶活性，阻礙霉菌繁殖。丙酸具有揮發性，在飼料貯存過程中可揮發釋放丙酸氣體，包裹于飼料顆粒表面，抑菌均勻，效果顯著。丙酸的揮發性使其對飼料混合均勻度要求不高，使用量低，見效快。對需氧芽孢桿菌、黃曲霉有較好的抑制作用。缺點也在于其揮發性，高溫制粒易揮發，貯存中損耗快，防霉時間短，不便于長期保存。因此，丙酸適用于貯存時間短、周轉時間快的飼料產品[6]。丙酸一般使用量為0.3%。

丙酸鹽為白色顆粒或粉末，無臭或稍有特殊氣味，易溶于水，包括丙酸鈣、丙酸銨和丙酸鈉。丙酸鹽的有效成分是解離后生成的丙酸分子而非鹽類。丙酸鹽的防霉效果受飼料中水分和pH影響。pH為7時丙酸鹽僅解離出0.8%丙酸分子，當pH為4.9時游離丙酸可達到50%。丙酸鹽的解離后產生大量OH-，形成弱堿環境，阻礙進一步游離丙酸分子的生產。因此，同等劑量的丙酸鹽和丙酸，后者的防霉效果更好。丙酸鹽不具有揮發性，對飼料混合均勻度要求高，用量大，影響飼料適口性，防霉功能受飼料含水量、pH影響，不能即時起作用。丙酸鹽優點在于不揮發、耐高溫、刺激性小，適合長期貯存的飼料產品。

1.2 甲酸

甲酸為小分子有機酸，無色透明、有刺激性氣味。相比于常用的有機酸，甲酸殺菌抑菌能力更優。甲酸作為防霉劑使用時，常與其他防霉劑復配使用。其中甲酸與植酸酶聯合使用時，具有協同作用。許懷讓在報道中指出在豬飼料中單獨使用甲酸，豬的日增重較對照組增加10%，單獨使用植酸酶，豬的日增重提高12%，兩者同時添加時，日增重增加達26%[7]。甲酸性狀與丙酸類似，作為防霉劑，優缺點與丙酸近似。甲酸在飼料中添加量一般為0.6%～1.2%。

1.3 乙酸及乙酸鹽類

目前研究最廣泛乙酸及乙酸鹽類防霉劑有脫氧乙酸和雙乙酸鈉。脫氧乙酸為白色或淡黃色結晶粉末，對光熱穩定，是一種廣譜抗菌劑，對細菌、霉菌和酵母菌均有抑制作用，其中對霉菌的抑制作用最強，在不同pH下均有抗菌作用。

雙乙酸鈉（SDA）為白色晶狀物，易吸潮，150℃以上會分解。SDA是聯合國FAO/WHO組織推薦用于食品、飼料的防霉劑。SDA在飼料中加入比例在0.1%～1.5%，就可防止飼料霉變，使飼料貯存期延長3個月以上。SDA抑菌的有效成分是乙酸，乙酸分子穿透霉菌、細菌、酵母等細胞壁，作用于細胞內蛋白質，使其變性，從而抑制細胞生長繁殖達到抑菌作用。黃通旺等研究不同濃度SDA對黑曲霉、煙曲霉等11種霉菌的抑制作用，結果表明0.5%SDA可基本抑制常見的各種霉菌，0.1%SDA可以完全抑制灰綠曲霉、煙曲霉和白地霉的生長；在SDA添加飼料貯藏試驗中，貯藏70 d后0.1%SDA組霉菌從6.1×103降低到2.1×103，0.25%SDA組霉菌數降至0.7×103[8]。

1.4 苯甲酸及苯甲酸鈉

苯甲酸為無色或白色針狀或片狀結晶，微溶于水。是目前使用量最大的防霉劑之一。苯甲酸鈉，白色顆粒或結晶狀粉末，無臭或微有安息香味，在空氣中穩定，易溶于水。

苯甲酸在飼料中的添加量為0.1～0.3 kg·t-1。有效防霉成分為苯甲酸活性分子，防霉作用機理為苯甲酸活性分子穿透霉菌細胞壁進入細胞內，非選擇性地抑制霉菌細胞呼吸酶活性和阻礙乙酰輔酶的縮合反應，阻斷能量代謝循環，使代謝受阻，從而有效抑制霉菌生長繁殖。苯甲酸及苯甲酸鈉的優點是價格低、易獲取、應用效果好、無殘留、毒性小。缺點是對pH要求高，在pH＜4作用效果更好，當pH＞4時防霉作用開始減弱，有苦澀不良氣味，影響適口性。

1.5 山梨酸及山梨酸鹽類

山梨酸為白色結晶粉末或無色針狀結晶，無味或微有刺激性氣味，溶于水。山梨酸防霉作用機理：（1）山梨酸進入微生物細胞，與微生物酶系統中巰基結合，通過破壞酶系統從而達到防霉作用；（2）山梨酸可在飼料表面形成一層均勻的有機酸保護膜，阻止霉菌與飼料接觸。山梨酸優點在于對霉菌、酵母菌、需氧菌均有抑制作用。缺點在于山梨酸防霉作用與pH相關，當飼料pH＞7.5時，山梨酸對霉菌幾乎無抑制作用，溶解水中后易氧化，存放在塑料容器中活性易失活。

山梨酸鹽類，多為白色或無色鱗片狀結晶，無臭或微有臭味，易吸潮，溶于水，在空氣中不穩定，易氧化變色。山梨酸和山梨酸鹽可選擇性抑制霉菌生長，對有害霉菌有抑制生長作用，對乳酸菌等有益微生物生長無影響。

2 防霉劑使用

2.1 防霉劑的要求

聯合國FAO/WHO對防霉劑提出要求有：（1）微量添加，安全，無刺激性，不影響適口性；（2）可溶解至防霉濃度；（3）貯存穩定，性狀無變化，不破壞飼料營養成分或與其他成分起反應；（4）無異味，不影響飼料適口性，如乙酸、丙酸等有機酸類易揮發，有刺激性，使飼料產生不適口感，使用相應的鹽類或酯類效果更佳；（5）抑霉范圍廣。滿足以上要求的防霉劑是優良的防霉劑。同時防霉劑在使用濃度下，無“三致”不良反應，無殘留，不會引起動物急、慢性中毒。

2.2 防霉劑的使用

目前防霉劑在飼料加工工藝中的使用方式分為3種，預混合時添加、混合時添加及包裝袋口使用高劑量防霉劑封口[9]。有研究使用上述3種使用方式在301、302雞顆粒飼料中進行試驗，結果表明，在預混合階段添加防霉劑的防霉效果最佳[10]。

防霉劑的溶解度、使用方法、飼料的pH環境、水分含量、環境溫度、飼料營養成分、飼料霉菌污染程度均影響著防霉劑的使用效果。飼料中是否使用防霉劑或使用量主要由季節和飼料含水量決定。秋冬干燥、涼爽，飼料含水量＜11%時，一般不使用防霉劑；而水分超過12%就應使用防霉劑；當在高溫高濕季節、飼料水分較高、儲存時間長，防霉劑的使用還應加倍。

3 脫霉劑

脫霉劑是指一類吸附、清除飼料中霉菌毒素的物質總稱。目前，全球僅有歐盟在2010～2012年對霉菌毒素脫毒劑的申報文件做出規定，增設了“減少霉菌毒素對飼料污染的物質”新飼料添加劑品種，現批準脫霉劑產品有3種：黃曲霉毒素吸附劑雙八面體蒙脫石、降解單端孢酶烯族毒素的活菌制劑、降解煙曲霉毒素的純酶制劑[11]。我國尚未增設霉菌毒素脫毒劑添加劑品種和制定相關標準，僅有部分具有脫霉劑功能的產品列入《飼料原料目錄》和《飼料添加劑目錄》其他品種中，如蒙脫石列入《飼料原料目錄》“11.1天然礦物質”。雖然目前我國未對脫毒劑進行立法，但霉菌毒素對谷物和飼料的污染無法避免，必須對被污染的飼料進行處理，以降低對動物的危害。目前常見的霉菌毒素脫毒劑有如下幾種：

3.1 活性炭

活性炭是多孔不溶性粉末狀物質，比表面積可達500～3 500 m2·g-1。Avantaggiatto等在體外消化道模型中活性炭對玉米赤霉烯酮（ZEN）、嘔吐毒素（DON）及雪腐鐮刀菌烯醇（NIV）均有理想吸附效率，其中活性炭添加量在2%時，使小腸對ZEN的吸收率從32%降至5%[12]。在體內動物試驗中卻呈不同的試驗結論，由于活性炭不能夠特異性吸附，且易與飼料中營養成分吸附造成飽和吸附[13]。Alegakis等研究發現土霉素能被活性炭強烈吸附[14]。表明活性炭對霉菌毒素沒有特異性吸附能力。

3.2 硅鋁酸鹽類

沸石、蒙脫石、膨潤土、硅藻土、高嶺土等均屬于天然硅鋁酸鹽物質，因為具有較大的比表面積和離子吸附能力，對霉菌毒素有一定的選擇吸附作用而得到廣泛應用和研究。沸石結構呈多孔表面，表面積約為1 000 m2·g-1。Kurtbay等研究發現膨潤土和蒙脫石對酒中赭曲霉毒素（OTA）吸附率為40%～100%[15]。但在實際使用中，天然硅鋁酸鹽類礦物質吸附力小、效率低，易吸附飼料營養物質。對天然硅鋁酸鹽進行改性后可提高對霉菌毒素的選擇性吸附力。如水合硅鋁酸鈉鈣對AFB1有較好的選擇性吸附能力，飼料中添加0.5%的水合硅鋁酸鈉鈣可吸附95.3%～99.1%的AFB1和84%以上的煙曲霉毒素B1。陳峰等報道水合硅鋁酸鈉鈣對黃曲霉毒素B1的吸附試驗，數據顯示水合鈉斑脫土對AFB1的吸附能力達80.83%，而未處理的斑脫土吸附為67.39%[16]。

然而大量研究表明，天然硅鋁酸鹽和水合硅鋁酸鈉鈣僅對AFB1有較強的吸附作用，對其他的霉菌毒素吸附能力不好，包括ZEN、OTA、T-2毒素和DON。Yiannikouris等研究硅鋁酸鹽吸附劑對ZEN、OTA、單端孢類毒素等吸附效果不佳，同時也會吸附飼料中其他營養物質[17]。這與硅鋁酸鹽吸附霉菌毒素的作用機理有關，蒙脫石、沸石等粘土類吸附劑具有親水性的負電荷表面，可與帶有極性基團的霉菌毒素結合，如黃曲霉毒素；而ZEN和DON極性不強，不易被這類硅鋁酸鹽脫霉劑吸附。

對硅鋁酸鹽類表面基團或電荷進行改性或化學修飾后，形成新的基團和化學結構，從而改善其對其他霉菌毒素的吸附率。Lemke等在研究蒙脫石對ZEN的吸附試驗中，發現蒙脫石經十六烷基吡啶或十六烷基三甲胺處理后，蒙脫石表面對水的親和力下降，疏水性增強，對疏水性的ZEN具有更高的親和力，極大提高對ZEN的吸附能力[18]。Doll等研究硅鋁酸鹽經化學修飾后，在體外環境可對ZEN進行吸附[19]。總而言之，硅鋁酸鹽類對黃曲霉毒素吸附性能良好，經過適當的改性或化學修飾，其吸附霉菌毒素能力更加廣泛。但這類脫霉劑始終存在的缺點是對維生素和礦物質存在非選擇性吸附。

3.3 生物多糖類

生物多糖脫霉劑是指微生物細胞壁多糖或從微生物中提取出的多糖。目前常見的生物多糖脫霉劑有酵母、酵母細胞壁、葡甘露聚糖等。研究表明，酵母可降低AFB1對動物的毒害作用，滅活酵母無明顯解毒作用，而對ZEN具有更強的吸附能力。酵母和酵母細胞壁均可作為霉菌毒素脫毒劑使用。而酵母細胞壁對毒素的吸附能力強于酵母細胞，這表明酵母細胞壁的特殊結構對霉菌毒素產生吸附力。酵母細胞壁有多糖、蛋白質，通過氫鍵、離子鍵和疏水作用對霉菌毒素產生吸附力，減少毒素在腸道吸收[20]。從酵母細胞壁中提取的酯化葡甘露聚糖對AFB1、OTA和T-2毒素具有較高吸附能力。葡聚糖分子結構呈螺旋狀，可與多種霉菌毒素形成特異的互補結構，與霉菌毒素緊密結合，防止被腸道吸收，最終排出體外。Aravind等在日糧中添加0.5%酯化葡聚糖，可以有效降低AFB1、OTA、ZEN和T-2毒素的毒害作用。同時也有報道葡聚糖對FB1吸附能力不高[21]。

3.4 微生物類

微生物脫毒法是利用一些具有特殊功能的微生物或其代謝產生的酶來降解飼料中的霉菌毒素，通過微生物溫和降解霉菌毒素，減少使用強酸、強堿脫毒而破壞飼料營養成分，微生物降解過程，不會帶入有毒有害的化學物質，還能盡可能減少飼料營養物質損失[22]。微生物類脫霉劑根據去除霉菌毒素機理，又分為吸附類微生物脫毒劑和降解類微生物脫霉劑。

有研究發現，鼠李糖乳桿菌ATCC53103和鼠李糖乳桿菌DSM-705對AFB1的吸附率達到80%，經乙醇、紫外線、超聲或堿處理殺死乳酸菌-AFB1復合物中的菌體，都不影響復合物對AFB1的吸附能力。Miao等從瘤胃中分離出8株乳酸菌均具有吸附ZEN能力，但吸附能力不同[23]。在乳酸菌-AFB1復合體的研究中，發現疏水作用在維持復合體結構中起主要作用，復合體中的AFB1化學結構無變化，毒性仍較強。但乳酸菌-AFB1復合體可阻礙動物機體吸收黃曲霉毒素，便于毒素排出體外。

Tang等從土壤中分離出一株能夠降解ZEN的不動桿菌屬不動桿菌SM04，并在大腸桿菌和釀酒酵母表達系統中表達分離得到降解ZEN的過氧化物酶[24]。有研究從假密環菌（Armillariella tabescens）中分離出一種可以降解AFB1的脫毒酶，經過該酶的處理，樣品中黃曲霉毒素含量明顯減少，黃曲霉毒素熒光特征明顯減弱，表明該酶通過破壞雙呋喃環破壞AFB1的毒性[25]。Fuchs等從牛瘤胃分離得到1株厭氧優桿菌屬細菌，可在24～48 h內轉化DON和其他單端孢霉烯族毒素，減弱毒素毒力，這種降解機理是通過酶促降解環氧環而對DON脫毒的[26]。目前商業化生產的DON微生物脫毒劑主要成分為牛瘤胃微生物BBSH797。

4 脫霉劑的使用

當前應用的脫霉劑主要還是以吸附為主，生物多糖類和微生物類脫霉劑的研究也主要集中在酵母、酵母細胞壁、乳酸菌等菌體對霉菌毒素的吸附作用，對微生物降解脫霉劑的研究較少，這類商品化脫霉劑產品少，脫毒降解機理尚不明確，使用條件、產品菌數等均尚不明確。因此，微生物類降解脫霉劑還需要大量的試驗來篩選菌種，研究可行的降解使用方法，運用于生產。

5 小結

防止霉菌和霉菌毒素的危害最直接方法是防止谷物和飼料霉變，防止飼料原料生產前霉變，控制好飼料加工過程，特別是控制好飼料的水分和高溫制粒的降溫過程；控制好飼料的貯藏和運輸，防止飼料因潮濕、高溫、包裝損壞、溫差、雨淋等引起的霉變。為防止霉變，可在飼料添加《飼料添加劑目錄》“第8部分：防腐劑、防霉劑和酸度調節劑”產品。為預防霉菌毒素危害，可適當添加具有脫霉功能同時列入《飼料原料目錄》或《飼料添加劑目錄》的脫霉劑，如蒙脫石、酵母細胞壁等。