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呕吐毒素的最新处理方案

时间:2017年12月08日 10:21:16 来源: 养殖参谋 编辑:刘文彬 浏览: 191

呕吐毒素(Deoxynivalenol,DON)多分布于谷物籽实中(如小麦、大麦和玉米等),对谷物的污染居于镰刀菌毒素之首,具有很强的耐热和耐酸性。阴雨潮湿或低温高湿易导致谷物被呕吐毒素污染,每年给粮食产业和畜牧业造成巨大的经济损失,严重威胁人和家畜的健康。DON能引起由免疫和神经内分泌功能的调节从而引发伴随呕吐效应的急性肠胃炎。DON主要的慢性效应是食欲减退、生长缓慢以及免疫功能的改变,尤其是呕吐毒素引起的鸡腺胃炎、肌胃炎的问题愈加突出。由于其危害的严重性以及分布的广泛性,DON污染的防治,已经成为全球性高度关注的问题。

呕吐毒素

1、呕吐毒素的污染现状

我国大部分地区温度适宜镰刀菌属霉菌生长,因此我国粮食和饲料样品受呕吐毒素污染较普遍。程传民等抽样来自全国7大地区26个省(市)的小麦和小麦副产物,进行四种霉菌毒素的检测。结果发现,小麦类样品受呕吐毒素的污染最严重,单一样品中同时存在多种霉菌毒素超标的情况较普遍。粮食类副产物受霉菌毒素污染比粮食更严重。从地区来看,各区域饲料原料受到霉菌毒素污染程度不同,且污染程度存在季节性差异。近年来,从中国17个省市收集到5430份饲料或饲料原料样品,检测结果表明小麦及麦麸类样品呕吐毒素污染连续几年均比较严重;小麦、麸皮的主要污染物为呕吐毒素;玉米和全价料的呕吐毒素和玉米赤霉烯酮污染严重。另外,用玉米作为原料发酵酒精使用越来越大,随之产生的大量副产物蒸馏干燥玉米酒糟(DDGS)正在被大量应用到饲料中,然而在酒精发酵的过程中不但不会破坏霉菌毒素,反而会使霉菌毒素在DDGS中浓缩2~3倍,因此DDGS中霉菌毒素的污染问题倍受关注。有研究结果表明:饲料原料中玉米和DDGS呕吐毒素含量较高,超标率也较高。

因此,寻求一种能够有效地控制和解决粮食和饲料中呕吐毒素污染的方法,才能更好地改善我国畜牧业经济效益和提高人民食品安全水平。

2、呕吐毒素的去除方法

自DON被发现以来,科学工作者便不断地研究该毒素的预防和去除方法。首先是尽可能地阻止谷物或粮食中产DON霉菌的生长和DON的产生;其次,应用植物育种和营养方法防霉。但是这些措施仍不能根除粮食和饲料中DON污染情况。因此,我们仍然需要高效安全的去除粮食和饲料中已存在的DON的方法,控制该毒素对动物和人类的危害,提高粮食和饲料安全。目前,去除粮食和饲料中DON的方法主要有物理法、化学法和生物降解法。

2.1 物理法

物理法去毒:包括研磨,密度筛选、热处理、使用紫外光、微波、辐射以及添加霉菌毒素吸附剂等。DON能溶于水,将受其污染的谷物湿磨碎后,DON会在浸液中富集,而谷物淀粉中此时仅含有少量毒素。密度筛选法是将污染和不受污染谷物籽实由于密度的差异,采用浮选法将它们重新分流,从而将二者区分开来。使用密度筛选法可降低粮食和饲料中呕吐毒素的浓度,适用于易受DON污染的小麦和玉米。

目前,饲料行业最为普遍的去除方法为吸附剂吸附法。常用的霉菌毒素吸附剂包括硅藻土、粘土、硅铝酸盐、活性炭、酵母细胞壁提取物、葡甘露聚糖、酯化甘露聚糖等 。但吸附剂在饲料中添加量高,会影响动物的采食量;且吸附剂仅对有极性的黄曲霉毒素比较有效,对非极性的呕吐毒素几乎不可吸附;同时吸附剂会吸附饲料中的营养成分而降低营养物质利用率,被吸附的毒素有可能在动物胃肠道中重新释放。

2.2 化学法

化学法是采用一定的化学试剂(主要包括碱、氧化剂和还原剂),将DON处理成低毒或无毒的物质。常用化学试剂包括:亚硫酸氢钠、氢氧化钠、臭氧、过氧化氢、次氯酸钠、铵盐以及氯气等。氧化剂如臭氧可破坏DON结构中C-9,10位的双键,发生环氧化反应从而降低毒性。Young等(2006)研究发现用含2.88%的湿润臭氧处理霉变玉米时,可减少其中90%的DON;而当两者均处于干燥状态时,并未明显减少霉变玉米中DON的含量。研究发现Na2S2O5可将DON还原成为DON磺酸盐,从而降低其毒性,并通过仔猪饲喂试验发现用Na2S2O5处理过的霉变小麦可明显缓解DON对仔猪引起的负面效应。

物理和化学方法虽然能部分去除DON,但却存在不可避免的缺点:高温热处理对粮食或饲料营养价值造成破坏,且热分解DON产物毒性未知。用化学试剂处理霉菌毒素,化学试剂的残留问题无法得到有效解决,并且多数方法可行性不高且存在潜在危险;使用吸附剂不能解决呕吐毒素污染问题,同时还可吸附饲料中的大量营养物质;吸附剂吸附的毒素并没有真正被分解,排出体外后仍会造成环境的二次污染等。

2.3 生物降解法

霉菌毒素生物降解指通过微生物及其代谢产生的酶与毒素反应,破坏毒素分子结构中的毒性基团从而生成低毒或无毒降解产物的过程。国内外目前对DON生物降解的研究主要包括微生物降解法和酶降解法两种方式,而微生物降解是呕吐毒素生物降解法研究的重点。有研究表明,DON结构中C12、 C13位的环氧基团和C3-OH基团是DON的主要毒性基团,也是生物降解主要研究位点。

研究发现,C12和C13位的环氧结构是DON毒性的主要因素。动物肠道中的细菌可分解单端孢霉烯族毒素中的环氧结构。同时研究证明牛瘤胃和肠道中的混合微生物可将DON中的环氧结构破坏,但纯培养物很难破坏DON的环氧结构,可能是这些细菌严格厌氧且对营养需求较复杂。

中国农业大学动物营养国家重点实验室自2005年以来,在国家自然科学基金项目(30571353和31072063)、国家蛋鸡产业技术体系项目(nycytx-41-和CARS-41-K15)、农业部948计划项目(2013-Z20)、北京市自然科学基金项目(6132021)、动物营养国家重点试验室团队项目(2004DA125184)和长江学者和创新团队发展计划研究项目(IRT0945)等的资助下,开展了一系列关于霉菌毒素生物降解的研究,并已取得一定的科研成果。

课题组从土壤中筛选出一株能高效降解呕吐毒素的菌株,该菌对自然霉变小麦和DDGS中呕吐毒素的降解率可分别达到95.31%和87.12%。研究发现,该菌的降解活性物质是存在于菌体细胞上的糖蛋白。采用高效液相色谱质谱联用对降解产物进行分析测定,推测呕吐毒素的降解途径是C3-OH基团被氧化为酮基。并且通过毒理学和安全性评价试验,确认该菌株低毒且安全。通过小鼠饲养试验研究表明,该菌的添加可显著改善摄入呕吐毒素小鼠的生长性能、免疫性能和抗氧化能力,减少肾脏中呕吐毒素的残留,缓解毒素对组织器官的损伤。生长育肥猪饲养试验结果也同样表明该菌可缓解呕吐毒素的中毒症状。该菌现已获得发明专利授权,并同降解黄曲霉毒素和玉米赤霉烯酮的菌株一起实现成果转化,现由北京世纪鸿邦进行市场推广。

3、总结

综上所述,现有的物理和化学去除DON的方法在应用上存在一定的缺陷,因此有效的去除方法必须满足以下几点要求:1、DON应该被破坏或者被转化成无毒或低毒的代谢产物;2、方法不应对原料的物理性状造成明显改变,能够保持饲料本身的风味和营养水平;3、去除方式经济上可行性较高。微生物或生物酶去除DON具有降解彻底、特异性强、对饲料和环境无污染,不影响饲料的营养价值,而且能够避免毒素的重新产生等优点。因此,近年来霉菌毒素微生物或生物酶降解法成为了研究的热点。(北京世纪鸿邦生物科技有限公司 刘文彬)

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