青貯飼料中霉菌毒素的產生、毒性作用及脫毒研究進展

沙珊珊， 胡瑋琪， 黃渤舒， 楊玉菊

（哈爾濱學院食品工程學院，黑龍江哈爾濱150086）

青貯飼料是厭氧條件下通過物料中乳酸菌發酵產生有機酸，抑制微生物活動，從而可長期保存的青綠飼料。 青貯的主要目的是在貯藏過程中最大限度地降低營養損失， 保留飼料原料中的營養物質， 使其在飼料短缺期間可作為優質粗飼料提供給反芻動物，避免生產的季節性限制（Driehuis，2015；郭勇慶等，2012）。 近年來，青貯飼料尤其是全株玉米青貯已經在全世界范圍內成為包括奶牛和肉牛等反芻動物日糧中最重要的組成部分（Cheli 等，2013）。 高產奶牛的飼料主要由牧草和精飼料組成， 青貯在日糧中所占比例通?？蛇_到50% ～75%，甚至更高。因而全株玉米青貯對作為節糧型畜種的草食性家畜的重要性更加明顯 （趙雪嬌等，2018）。

霉菌毒素是真菌在受到脅迫情況下產生的有毒次級代謝產物， 目前已發現有數百種真菌代謝產物對人類及動物的健康具有毒性作用（Zachariasova 等，2014）。 由于產毒真菌存在的廣泛性，霉菌毒素存在于一系列畜禽飼料中，包括精飼料、青綠飼料、 干草以及青貯飼料中 （Schatzmayr 和Streit，2013）。 目前，大多數研究主要集中在谷物飼料中霉菌毒素的產生， 而青貯飼料中霉菌毒素污染以及對反芻動物健康的研究相對較少（Bhat等，2010）。 Ogunade 等（2018）研究表明，青貯飼料中霉菌毒素污染可對奶牛生產帶來嚴重不利影響。 因此，本文從青貯飼料中霉菌毒素的產生、對反芻動物的毒性作用以及脫毒方法的研究進展三個方面進行綜述， 以期為生產優質青貯飼料提供理論支持。

1 青貯飼料中主要霉菌毒素的產生

1.1 青貯飼料中霉菌的污染及其易感因素 霉菌普遍存在于自然界中， 其中鐮刀菌屬和曲霉屬真菌常附著于生長中的植物體， 即在青貯飼料原料收獲前便產生了污染（Antonio 等，2015），而部分其他曲霉屬及青霉屬真菌通常在青貯原料貯存加工過程中產生污染（Alonso 等，2013）。許多常見霉菌并不產生毒素， 霉菌在青貯飼料中存在也并不表明霉菌毒素存在， 環境和生理條件是影響霉菌毒素產生的最重要因素。 如溫度、 水分活度（AW）和昆蟲活動會直接影響飼料中霉菌毒素的產生， 通常霉菌可以在 10 ～ 40 ℃，pH 4 ～ 8，AW大于 0.7 時生長（張適等，2017）。 然而，霉菌生長和霉菌毒素形成的條件不一定是相同的。 鐮刀菌可以在25 ～30 ℃的情況下迅速生長而不產生霉菌毒素，而在低溫下，其會產生大量的霉菌毒素，而生長量卻很少（Driehuis 等，2017）。 氧化應激也常常誘導霉菌毒素產生，這種氧化反應，通常是由植物體在受到霉菌感染時產生過氧化物而引起，促進了霉菌毒素的合成（Nadia，2015）。 在氧氣不受限制的情況下， 霉菌可以在濕飼料如青貯飼料中大量生長。 在青貯加工過程中，原料延遲收獲，裝填過程緩慢，壓實度或密封不足，取出飼喂過程過慢， 覆膜或青貯裹包破損均可以為霉菌增殖和霉菌毒素產生創造有利的微環境 （Ogunade 等，2018）。 此外，可能導致青貯飼料中霉菌生長和霉菌毒素產生的因素還包括玉米籽實破損， 嚙齒動物活動，雨水、冰雹和干旱對青貯物料及覆膜的破壞等（Teller 等，2012）。

1.2 青貯飼料中主要霉菌毒素的種類 目前，有超過400 種存在于自然界中的真菌代謝產物被認定對人類和動物的健康有毒害作用， 但只有很少一部分被廣泛研究。 經常存在于青貯飼料中的產毒霉菌包括鐮刀菌屬 （Fusarium）、 曲霉屬（Aspergillus）、青霉屬（Penicillium）和鏈格孢屬（Alternaria）真菌（崔世貴等，2012），所產生的主要霉菌毒素包括單端孢霉烯族毒素、伏馬菌素（FUM）、玉米赤霉烯酮（ZEN）、黃曲霉毒素（AFs）、赭曲霉毒素（OT）、藍酪霉菌毒素、霉酚酸和麥角生物堿等（Schmidt 等，2015）。

1.2.1 鐮刀菌屬真菌所產霉菌毒素 由于鐮刀菌屬真菌能夠在植物生長和成熟過程中附著并增殖，因此被稱為田間真菌。其通常生長在較高濕度（＞70%）和溫度條件下，晝夜溫差大對其生長更為有利（Bennett 等，2009）。 由于鐮刀菌屬真菌對酸性pH 和厭氧條件較為敏感， 因此青貯條件不利于鐮刀菌屬真菌生長（Uegaki 等，2013）。 但植物在田間生長過程中由鐮刀菌產生的毒素， 其結構在青貯過程中相對穩定，因此，青貯飼料中檢測到的鐮刀菌毒素濃度通常可反映收獲時的污染水平（Driehuis 等，2008）。 鐮刀菌屬真菌所產霉菌毒素主要包括單端孢霉烯族毒素、FUM 和ZEN 等。 其中單端孢霉烯族毒素主要由孢子絲核鐮刀菌和梨孢鐮刀菌等真菌產生， 是一類結構相近的倍半萜類環氧化物， 根據其結構可分為A 型和B 型，A型主要有T-2 毒素、HT-2、 新茄病鐮刀菌烯醇和蛇形霉素 （DAS），B 型主要有脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）、鐮刀菌酮-X 和雪腐鐮刀菌烯醇（NIV）等（彭杰等，2009）。FUM 主要由黃萎病鐮刀菌、增殖鐮刀菌、 花鐮刀菌和尼加邁鐮刀菌產生， 是由AA 丙氨酸縮合成乙酸衍生的前體合成， 已知超過28 種不同形式，其中伏馬菌素B1（FB1）被認為是毒性最強的鐮刀菌毒素之一 （Yazar 和Omurtay，2008）。 ZEN 是一種大環 β-間苯二酚酸內酯，主要由禾谷鐮刀菌、玫瑰鐮刀菌、黃瓜鐮刀菌和克魯克韋倫斯鐮刀菌產生，通常在玉米、大麥和高粱等谷物作物中與 DON 共存（Saeger 等，2003）。

1.2.2 曲霉屬真菌所產霉菌毒素 曲霉屬霉菌被認為是倉貯真菌， 它們通常不會在收獲前感染作物。 然而，在高溫（＞32 °C）、高濕度（＞80%）或干旱脅迫情況下， 一些曲霉屬真菌如黃曲霉可感染作物并在田間產生AFs， 昆蟲對作物的損害也可能導致曲霉屬真菌污染（Pleadin 和 Jelka，2015）。 曲霉屬真菌產霉菌毒素主要包括AFs 和OT。 其中AFs 是一組有毒、致畸和致癌物質，是由黃曲霉和寄生曲霉通過聚酮途徑產生的二呋喃諾香豆素衍生物， 曲霉屬真菌能夠在較寬的溫度和濕度范圍內生長，因此黃曲霉毒素如B1和G1的天然形式，以及它們的二氫衍生物B2和G2廣泛存在于食品和飼料中，AFB1是所有黃曲霉毒素中毒性最強、污染范圍最廣的毒素之一（李俊霞等，2008）。 OT主要是由赭曲霉、 黑曲霉等曲霉屬真菌產生的次生代謝產物，其中赭曲霉毒素A（OTA）具有致癌、免疫抑制作用，同時能夠抑制葡萄糖代謝，是赭曲霉毒素中毒性最強的毒素之一 （Yiannikouris 和Jouany，1994）。

1.2.3 青霉屬真菌所產霉菌毒素 青霉屬真菌可以在典型的青貯環境中生長， 其水分活度水平（0.79 ～0.83 AW）相對于其他霉菌更低，并且在低氧濃度（1%）和低 pH（3.0 ～ 6.0）環境下也能夠生長。 青霉菌在貯藏期間更為常見， 但它們也可以在田間潮濕條件下在植物上生長 （Nevarez 等，2009）。 產毒菌株包括婁地青霉菌和盤狀青霉菌等，其中婁地青霉菌具有較強的耐酸性，并且在低氧環境下也能夠生長，因此又被稱為青貯霉菌，是青貯飼料中最常見的霉菌之一 （O’Brien 等，2006）。 由于婁地青霉菌株的形狀、大小和孢子顏色具有變異性， 根據毒素類型可分為婁地青霉（I型）和婁地青霉變異菌株（II 型）。 I 型婁地青霉主要產藍酪霉菌毒素、霉酚酸、羊乳干酪毒素、麥角生物堿等。II 型婁地青霉主要產棒曲霉毒素、霉酚酸和羊乳干酪C 等。 在青貯飼料中，霉酚酸和麥角生物堿是研究最多的青霉菌毒素， 由羅氏青霉菌產生的藍酪霉菌毒素很少能夠檢測到（Gallo等，2016）。

2 青貯中主要霉菌毒素對反芻動物健康的影響

2.1 單端孢霉烯族毒素對反芻動物健康的影響研究表明， 反芻動物瘤胃微生物對T-2 毒素和HT-2 均有一定降解作用， 但T-2 毒素仍會引起動物胃腸炎、腸道出血、免疫抑制以及降低反芻動物生產性能和繁育等（Li 等，2011）。 犢牛日糧中10000 ～ 50000 μg/kg 的 T-2 毒素會導致皺胃潰瘍和瘤胃乳頭潰爛 （Cheeke 和 Shu，1990）。 DON會造成豬等家畜嘔吐，因此又被稱為嘔吐毒素，反芻動物相對單胃動物對DON 有更強的耐受性，但DON 仍會引起拒食、腹瀉、生殖問題甚至死亡。 分別以 66000 μg/kg 或 6400 μg/kg 的劑量將 DON飼喂奶牛5 d 或6 周時，對產奶量沒有影響，但對瘤胃發酵及蛋白消化產生了不利影響 （Li 等，2011）。青貯飼料中其他常見的一些單端孢霉烯族毒素，如新茄病鐮刀菌烯醇、DAS、鐮刀菌酮-X 和NIV 等通常只是偶發性出現， 且大多情況下濃度較低（Wambacq 等，2016）。

2.2 伏馬菌素對反芻動物健康的影響 伏馬菌素的結構式類似于鞘氨醇， 其是神經組織中發現的高濃度鞘脂成分。 FUM 能夠阻斷鞘脂生物合成，從而導致馬的白質腦軟化癥、豬的肺水腫以及大鼠、小鼠和兔的肝毒性（Michaelson 等，2016）。對于反芻動物，由于瘤胃可部分降解FUM（降解率達60% ～90%），因而對其耐受性較高。 然而研究表明，犢牛飼糧中添加148 mg/kg 總FUM，持續31 d， 觀察發現，FUM 對犢牛具有腎臟毒性（Osweiler 等，1993）。 Diaz 等（2000）研究表明，荷斯坦牛和娟珊牛從產犢前7 d 到產后70 d 每天飼喂含100 mg/kg FUM 日糧，其產奶量下降。 伏馬菌素通常不經牛奶排出，因此對食品安全威脅較小。 FB1是所有FUM 中毒性最強的組分，具有強致癌性。

2.3 玉米赤霉烯酮對反芻動物健康的影響ZEN 結構與雌激素相似，因而能夠表現出類雌激素的作用。其對畜禽的影響主要表現在繁殖方面，包括高雌激素、 陰道炎和乳腺腫大等（Marczuk等，2012）。反芻動物對ZEN 的敏感性相比于豬較弱，因為瘤胃微生物，特別是瘤胃原蟲，可將ZEN轉化為它的羥基代謝物α-和β-玉米赤霉烯醇。盡管α-玉米赤霉烯醇相比于ZEN 具有更高的親和力，但雌激素受體在肝臟中吸收率較低，可降低其負面影響 （Fink-Gremmels 和 Johanna，2008）。生產中針對毒素ZEN，更多關注于其在繁殖性能上帶來的不利影響。

2.4 黃曲霉毒素對反芻動物健康的影響 泌乳奶牛長期暴露于AFs， 會造成食欲不振、 共濟失調、皮毛粗糙、肝功能損傷、免疫抑制和對疾病易感性增加等（Ogunade 等，2018）。 在所有 AFs 中，AFB1是污染范圍最廣、毒性最強的毒素，機體攝入AFB1后， 毒素被細胞色素P-450 酶代謝成黃曲霉毒素-8，9 環氧化合物， 該分子毒性極強，具有強致畸、致癌性，并且通過與DNA 加合而引起染色體損傷。 肝臟中AFB1 的其他代謝產物包括去烷基化形成AFP1， 酮基還原為黃曲霉毒醇，以及羥基化為黃曲霉毒素 M1（AFM1），AFM1同樣具有強致畸、致癌作用（羅自生等，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對人類的健康構成極大威脅，因而中國、歐盟及美國等國家出臺了相關法規， 對飼料以及奶制品中黃曲霉毒素的含量進行了嚴格的限制，以保證食品安全。

2.5 赭曲霉毒素對反芻動物健康的影響 OTA在反芻動物瘤胃中可迅速降解為毒性較小的衍生物赭曲霉毒素-α （Fink-Gremmels 和 Johanna，2008），從而增加了反芻動物對OTA 的耐受性。然而，其也可能被代謝成赭曲霉毒素C，同樣具有較強毒性。 研究顯示， 在反芻動物飼喂高谷物飼料日糧情況下，赭曲霉毒素的生物利用度增加，這可能是由于飼喂高精料日糧導致瘤胃酸度增加所致（pH 5.5 ～ 5.8）。 此外，對于高產奶牛在采食量較高情況下，瘤胃的解毒能力可能是不足的，在這種情況下，毒素會導致奶牛生產性能下降，并轉移至牛奶中（Yiannikouris 和 Jouany）。

3 青貯中霉菌毒素預防及脫毒方法

3.1 田間及收獲前管理 田間管理及青貯原料收獲前質量控制是確保青貯飼料安全的第一步（Munkvold，2014）。 通過適當的農藝措施，如使用適合當地條件和抗真菌感染的品種或雜交品種，同時對雜草的適當管理、灌溉以防止干旱脅迫、及時輪作和適當施肥、防止昆蟲和鳥類侵襲等措施，能夠減少真菌感染，降低環境對植物的脅迫作用，從而減少霉菌毒素的產生（Munkvold，2014）。

3.2 青貯加工及貯存期管理 合理的收獲時間對控制青貯原料中霉菌毒素污染水平是很重要的。早期收獲顯著降低了霉菌毒素污染的風險。然而，生產中最適宜的收獲時間應確保最高產量、干物質含量和營養價值。由于土壤中存在大量鐮刀菌孢子，青貯收割機的留茬高度應設置為盡量減少土壤污染。此外，原料收獲后應立即進行貯存，以盡量減少霉菌毒素污染的風險，因為推遲貯存會使青貯原料暴露于適宜的溫度和濕度條件下，有利于產毒真菌的生長以及霉菌毒素產生（Munkvold，2014）。 為了減少或防止青貯飼料中霉菌毒素或有害微生物生長，青貯原料應該在推薦的干物質濃度或成熟期收獲，收獲后應盡快壓倉或裹包以達到推薦的密度，并完全密封以保持厭氧條件。 青貯飼料的低pH 和青貯過程中的厭氧條件是抑制腐敗和產毒真菌生長，減少青貯飼料中霉菌毒素產生最為重要的因素 （Keller 等，2013）。

3.3 霉菌毒素脫毒或解毒策略 霉菌毒素脫毒和解毒的目的是降低霉菌毒素濃度或破壞霉菌毒素分子結構，使其失去生物活性。盡管在生產中采取了預防和盡量減少霉菌毒素產生的措施， 但尚不能完全控制霉菌毒素產生， 使其濃度降低至安全閾值水平。因此，霉菌毒素脫毒或解毒同樣是保證飼料安全的重要措施。 主要方法有稀釋、吸附劑脫毒、微生物及解毒酶解毒等。 稀釋是指將受污染青貯飼料與其他飼料成分混合，以減少霉菌毒素攝入水平，雖然稀釋的方法能夠有效降低霉菌毒素濃度， 但無法解決霉菌毒素污染問題，因此并不是推薦的策略。飼料中添加非營養性霉菌毒素螯合劑是目前生產中應用最為廣泛、效果最佳的脫毒方法之一， 吸附劑能夠與霉菌毒素結合，競爭性減少腸道對霉菌毒素的吸收，從而達到緩解霉菌毒素毒性損傷的效果，生產中常用吸附劑包括蒙脫石、水合硅鋁酸鈣鈉、酵母細胞壁以及復合吸附劑產品等（劉瑞麗等，2019）。 微生物及其解毒酶降解霉菌毒素是目前研究的熱點之一，該方法特異性強，安全性高，目前已經分離得到包括細菌、酵母菌、真菌源產生的解毒酶，這將推動霉菌毒素生物降解在未來生產中的應用（Kolosova 和 Stroka，2011）。

4 結論

青貯飼料尤其是全株玉米青貯是反芻動物日糧中重要組成部分， 其水分含量高， 營養物質豐富， 極易引起霉菌及其毒素污染， 對反芻動物生產、食品安全及人類的健康構成極大威脅。青貯飼料中霉菌毒素污染可通過抑制青貯前后霉菌生長而降低。 因此，適當的田間管理、合理的收獲期、快速收獲貯存以及使用有效的化學或微生物青貯添加劑，同時加強貯存期青貯窖管理，并在開窖后有氧條件下合理取用對于減少青貯飼料中的霉菌毒素污染至關重要，最后采用霉菌毒素脫毒和解毒的方法也是減少和降低霉菌毒素污染的有效措施。