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[养猪] 石宝明教授:饲料霉变对猪的危害及防控技术研究进展

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发表于 2022-9-5 13:30:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
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导读:饲料容易发生霉变,这是全世界饲料行业和动物生产者都面临的困扰之一。霉变饲料中的各种营养物质遭到破坏,饲料的营养质量下降,甚至完全失去其利用价值。畜禽采食了霉变的饲料后,毒素会在动物体内蓄积,造成畜禽中毒甚至死亡,给饲料企业及养殖户造成巨大的经济损失。同时霉菌毒素及其代谢产物在畜产品中的残留,可通过食物链对人类健康产生严重危害。为此,本期特邀东北农业大学博士生导师石宝明教授以“饲料霉变对猪的危害及防控技术研究进展”为题,分析目前防霉剂、脱霉剂和解霉剂在猪生产上使用的优缺点,从理论和实践上提出饲料霉变防控建议和应对策略。
全文已在《饲料工业》2022年第15期刊出。

霉菌毒素是霉菌在基质上生长繁殖的过程中产生的有毒代谢产物。目前在饲料中常见的霉菌毒素有黄曲霉毒素B1(AFB1)、赭曲霉毒素(OTA)、呕吐毒素(DON)、T-2毒素(T-2)、玉米赤霉烯酮(ZEN)、伏马毒素(FUM)[1]。霉菌毒素普遍存在于含淀粉的饲料或饲料原料中,许多霉菌在谷物的生长、收获、储藏,饲料加工以及运输和销售的各个环节中都有可能代谢和产生出大量的霉菌毒素。霉菌可以通过判断食物或饲料是否发霉进行鉴别,并且可经过高温或日晒去除。霉菌毒素无色无味、看不见、闻不着,肉眼难以判断其在饲料中的含量和是否超标。霉菌毒素化学性质非常稳定、耐高温[如黄曲霉毒素在237~306 ℃才会被分解;赭曲霉毒素A的熔点是169 ℃;伏马毒素B1也比较稳定(100~120 ℃)][2]。另外,虽然霉菌毒素对高强度的紫外线较敏感,但照射效果很难达到预期[3]。

1、霉菌毒素污染现状
众多文献和媒体连续多年报道了饲料中霉菌毒素污染的状况,并已经产生共识,即全世界饲料和动物生产者都面临着饲料原料或动物日粮被霉菌毒素污染的困扰。我国南方气候潮湿,霉菌容易滋长,霉菌毒素威胁尤其严重。周长路[4]对东北地区饲料霉变情况进行调查,发现霉菌毒素污染大量存在,北方地区亦不能忽视。如果按照旧版饲料卫生标准(GB 13078—2007)计算,玉米中ZEN、DON和FUM的超标率分别为55.00%、41.76%和26.67%,其中ZEN污染最严重,但是如果按照最新的饲料卫生标准(GB 13078—2017)计算,则DON没有超标(见表1)。同样,按旧版卫生标准计算,玉米DDGS中ZEN污染最为严重,超标率达75%;但是按新标准计算,ZEN超标率不到10%,DON和FUM也没有超标。

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新版饲料卫生标准(GB 13078—2017)提高了饲料原料中霉菌毒素的限量标准,使饲料原料出现霉菌毒素超标现象的概率降低。但是需要注意的是,猪配合饲料中霉菌毒素的限量标准较低(见表2),虽然原料中的霉菌毒素含量符合饲料卫生标准,但是配合饲料中可能会出现超标现象。如猪配合饲料中DON和FUM的限量标准分别是1 000 μg/kg和5 000 μg/kg,根据玉米的检测结果来看,虽然原料符合新卫生标准,但是猪配合饲料中DON和FUM有可能会出现超标现象。同样的问题是仔猪配合饲料ZEN限量为150 μg/kg、青年母猪100 μg/kg、其他猪250 μg/kg,需要注意的是玉米DDGS在母猪饲料中添加量过高,可能引起母猪配合饲料ZEN超标。

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另外,目前饲料原料中多种霉菌毒素共存的现象很普遍、污染面很广[5]、形势严峻[6],高达91.36%的饲料及原料受到两种及以上霉菌毒素污染[7]。Ma等[8]在对2016—2017年来自中国不同省份的1 569份饲料进行分析后发现被两种或三种霉菌毒素同时污染的样品达75%以上。并且猪饲料原料的霉菌毒素污染具有一定的规律性、地域性和季节性,还与原料的使用具有相关性[9]。

2、霉菌毒素对猪的危害
霉菌毒素的毒性很强,如黄曲霉毒素被WTO定义为一类致癌物,毒性是砒霜的68倍。饲料中霉菌毒素一旦超标对猪的危害很大,轻则毒素在脏器残留、生长受阻和饲料利用率下降,重则使猪脏器受损、免疫受阻,更严重的则发生厌食、致病甚至死亡。霉菌毒素对动物器官和机体组织具有特殊的靶向危害性。AFB1中毒易出现肝脏病变[10]。OTA中毒易出现肾脏病变[11-13]。T-2导致猪出现呕吐、厌食和坏死性出血性胃肠炎[14-16]。ZEN中毒影响母猪繁殖性能,外阴出现红肿[17-21]。
付建超[22]在研究AFB1对仔猪的危害后发现,AFB1污染日粮(372.8 μg/kg)对猪生产性能没有显著影响,但在肝脏、肾脏中大量残留,降低血液中红细胞、白细胞、单核细胞和中性粒细胞含量。常思颖[23]在饲粮中添加0.5~2.0 mg/kg的ZEN后发现,随着日粮中ZEN水平增加,仔猪阴户面积增大、略有红肿,雌激素水平升高,血液中雌二醇、卵泡雌激素、黄体生成素和孕酮水平显著提高,同时仔猪血液中谷丙转氨酶、谷草转氨酶活性显著增加,且肝脏中ZEN残留增加。张园园[17]用ZEN含量为2.77 mg/kg的饲粮饲喂妊娠母猪,发现ZEN能够导致子宫和胎盘细胞凋亡,卵巢增生,妊娠70 d窝胚胎数减少2.17个,个体胚胎重减少0.04 kg;初生仔猪窝活仔数减少3.33头,个体重减少0.11 kg;21日龄窝断奶仔猪数减少3.67头,个体重减少1.72 kg;生长育肥猪出栏时个体日增重减少70 g。

3、
饲料霉变防控技术
针对解决ZEN污染这个复杂的全球性难题,众多科学工作者从体外、消化道和肝脏三个层次进行了抑霉、脱霉、解霉方面的研究工作,也可以理解为构建三条防线解决或缓解饲料中霉变的危害。①在体外消灭。在采食前创造良好的贮藏条件,控制温度和湿度,防止饲料原料或配合饲料中霉菌生长和繁殖。可以采用防霉剂(如丙酸等)防止饲料发霉。还可以选育抗霉性能较好的种子,以及对种子进行转基因[24]。②消灭在消化道,主要在消化道内通过吸附剂、微生物、酶解等脱霉手段来实现。③消灭在肝脏,是通过解毒剂提高体内代谢酶活性,分解霉菌毒素。

3.1 防霉剂
饲料防霉剂是指能降低饲料中微生物的数量、控制微生物的代谢和生长、抑制霉菌毒素的产生,防止饲料在贮存期营养成分损失,防止饲料霉变并延长贮存时间的饲料添加剂[25]。目前主要应用的防霉剂主要分为化学防霉剂、中草药防霉剂和复合防霉剂三类。化学防霉剂主要包括丙酸盐、丙酸、甲酸、乙酸、乙酸盐类等。丙酸为无色液体,在国内外应用最广泛,其具有挥发性,使其用量低、见效快,但其挥发性也使丙酸具有不易运输储存、防霉时间短等缺点,丙酸盐则避免了这些缺点,具有稳定性好、刺激性小等优点。甲酸优缺点与丙酸相似。有报道表明,脱氧乙酸具有光热稳定性、广谱抗菌性,对霉菌亦有良好的抑制作用[26]。虽然饲料防霉剂目前应用广泛,但是其防霉效果受诸多因素影响,并不能完全控制霉菌毒素对饲料的污染[26]。所有饲料原料不可能都添加防霉剂来防控霉菌,其防霉剂及其混合工艺将大大增加原料成本。此外防霉剂适口性也较差(如山梨酸和山梨酸盐类具有微臭味)。另外,防霉剂很难对所有致霉微生物都有抑制作用[27],而且对动物存在毒性作用,比如防霉剂脱氢醋酸钠低剂量时使小鼠采食量降低,高剂量可引起组织脏器出血[28]。

3.2 脱霉剂
脱霉剂是指一类吸附、清除饲料中霉菌毒素物质的总称,其主要包括吸附剂、酶解脱毒剂、微生物脱毒剂。
3.2.1 吸附剂
霉菌毒素吸附剂是指与霉菌毒素形成复合物,使毒素经过消化道时不被吸收,直接随着吸附剂排出体外的物质,可分为有机吸附剂和无机吸附剂。目前市场上有机吸附剂主要以酵母细胞壁提取物为主,其主要富含葡甘露聚糖聚合物,实现对霉菌毒素的吸附。在模拟胃液环境中添加酵母细胞壁,30 min后使AFB1浓度下降了将近20%,180 min后降低了80%[29]。此外壳聚糖、水苏糖、木聚糖等有机吸附剂被证明对霉菌毒素具有吸附作用。付建超[22]发现壳聚糖本身对AFB1的吸附率较低(10%),但将壳聚糖改性成纳米壳聚糖,极大提高了霉菌毒素吸附能力,其吸附率超过50%。
霉菌毒素无机吸附剂主要是指富含硅铝酸盐的一类物质(如沸石、活性炭、蒙脱石、硅藻土、膨润土、高岭土等)。陈麒[30]发现麦饭石作为霉菌毒素吸附剂具有很大潜力。麦饭石又称长寿石、健康石、矿泉药石,二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)两者共占70%以上,有特殊的多孔海绵状结构(2 600~2 800个孔/cm2),1 g麦饭石的表面积达到几百平方米,是同量活性炭的20 000倍,具有强烈的静电引力和化学吸附性。付建超[22]的试验显示,麦饭石体外对AFB1具有很强的吸附能力,其体内试验也表明在AFB1污染的日粮中添加1%的麦饭石在一定程度使上肝脏、肾脏中毒素的残留量降低。
但吸附剂在实际应用中也存在几个重要缺陷:
①大部分无机吸附剂对ZEN的吸附效果不理想。由于水合硅铝酸盐带负电荷,黄曲霉毒素带正电荷,所以无机吸附剂对黄曲霉毒素具有非常好的吸附效果。但是无机吸附剂对ZEN和OTA等带负电荷、极性不强的霉菌毒素吸附效果不理想。陈麒[30]的研究亦表明,普通麦饭石对ZEN的吸附效果不理想,吸附率不到25%。但是经过季铵盐改性过的麦饭石则对ZEN具有很好的吸附效果,其吸附率达到90%以上。
②体外有效并不能保证体内有效。体内试验表明ZEN污染的饲粮中添加改性麦饭石可以部分恢复肝脏的抗氧化状态,降低肝脏中的ZEN水平[31]。陈麒[30]经体内试验发现,改性麦饭石显著降低猪阴户面积,ZEN和改性麦饭石互作效应对孕酮作用显著,改性麦饭石还显著降低了肝脏中丙二醛含量和ZEN残留。
③大部分吸附剂在吸附霉菌毒素的同时,也对养分有吸附作用。部分霉菌毒素吸附剂并不是专一性地吸附霉菌毒素,还会与日粮中维生素[32]、矿物元素或药物结合。杜鹃[33]发现麦饭石对铁和硒的吸附能力很强,吸附率分别达到50.9%和52.6%,但对镉的吸附能力更强,吸附率达到79.9%。
3.2.2 酶解脱毒剂
酶解法主要是选用某些酶,利用其降解作用,使霉菌毒素被破坏或降低其毒性。与物理学和化学方法相比,酶的降解处理法对饲料营养成分的损失和影响较少。但在实际应用中,还存在许多问题。首先,酶的作用是专一性的,它具有高度的选择性,但正是由于它的专一特性(一种酶只能处理一种霉菌毒素),这就使酶的使用大大受限;目前还没有证据证明酶解法可以解决所有的霉菌毒素的毒性;其次,酶对饲料加工过程中的高温十分敏感,极易失活;胃肠道的温度与复杂的环境,包括变化的pH,是否适合该种酶的作用条件;最后是在利用酶降解霉菌毒素的毒性时,某些霉菌毒素需要一套完整酶系才能彻底降解其毒性,有些毒素在体内的初级代谢产物反而毒性更强。
3.2.3 微生物脱毒
许多研究者已经从自然界中分离出可以降解霉菌毒素的微生物。薛贝贝[34]以香豆素为唯一碳源在各类饲料原料微生物中分离出的一株黑曲霉(ND-1)能降解AFB1,且这种降解过程是酶促降解。Lee等[35]从发霉玉米样品中分离出一株命名为LN的菌株,其有很高的ZEN去除能力,LN接种到ZEN污染的玉米粉培养基中36 h后,ZEN浓度降低92%。杨雪[36]从ZEN攻毒的三元猪粪便中筛选得到3株ZEN降解菌,分别为SY-3、SY-14和SY-20,对ZEN的体外降解率高达98%。SY-3为奇异变形杆菌,去除ZEN主要由胞外物质发挥主导作用,其次为细胞壁吸附,胞内物质作用最小。SY-14和SY-20均为枯草芽孢杆菌,SY-14主要通过胞内物质降解ZEN,SY-20主要通过胞内物质和细胞壁降低ZEN的含量。
但到目前为止,微生物对霉菌毒素的降解大多是通过体外试验测定的,氧气、高温高湿、胃酸、胆汁酸等都会影响微生物的活性。同时这些微生物本身是否对动物的健康构成威胁、能降解哪些霉菌毒素,它们降解霉菌毒素的产物是否具有毒性以及微生物的脱毒机制都有待进一步的研究。
3.3 解霉剂(见图1、图2)

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在原料上不能从源头杜绝霉菌毒素的产生。脱毒剂不能完全脱毒,外源解毒剂受到体内环境的影响,内源解毒剂的解毒途径和机理尚不明确,因此通过提高肝脏本身对毒素的解毒能力来达到去除霉菌毒素的作用很有意义。霉菌毒素在体内代谢分为三个阶段:第一阶段生物氧化,主要参与的酶为Ⅰ相代谢酶(CYP450、FMO3);第二阶段是结合作用,主要是Ⅱ相代谢酶(SULT2A1、UDTs、GSTs)参与;第三阶段是由Ⅲ相代谢酶(P-糖蛋白、OATP2、MRPs)催化的修饰和排泄。

在正常情况下,霉菌毒素可以在肝脏的Ⅰ相代谢酶和Ⅱ相代谢酶的作用下进行生物转化,而Ⅰ相代谢酶和Ⅱ相代谢酶基因表达受到孕烷受体(PXR)和组成型雄甾烷受体(CAR)的调控[37]。CAR和PXR两种核受体参与体内和外来毒物的代谢。但霉菌毒素侵入猪机体后,PXR和CAR介导的信号通路如何协调作用以及解毒能力尚不清楚。有研究表明,核受体PXR和CAR可以被一些生物活性物质(如维生素C)所激活[38-39]。因此,深入了解猪PXR和CAR介导的信号通路在霉菌毒素解毒中的作用,研究和利用生物活性物质→核受体→Ⅰ、Ⅱ相代谢酶和转运蛋白→ZEN解毒途径,不但可以更好地理解霉菌毒素在体内代谢的分子机制,而且为建立霉菌毒素在体内代谢的有效干预措施、强化动物自身解毒体系提供新思路和试验依据,为解决饲料霉变问题开辟一条新途径(见图1)。

娄蕾[39]通过RT-PCR从猪肝总RNA中得到pgCAR目的片段,并将其连接到真核表达质粒pcDNA3.1上,成功构建真核表达载体pcDNA3.1-pgCAR;将含5个拷贝NR1的DNA结合序列和TK启动子引入pGL3中,成功构建荧光报告质粒pGL3-(NR1)5-TK,并与pRL-TK组成双荧光分析系统,成功建立了一种核受体CAR高通量筛选模型。通过高通量模型对众多活性物质进行体外筛选,发现维生素C、叶酸和谷甾醇对猪核受体CAR具有极显著的激活作用(P<0.01)。苏洋[19]进一步通过体内试验研究验证:维生素C通过调控核受体及其靶基因的表达,提高Ⅰ相代谢酶基因(CYP1A1、CYP1A2、CYP2A6)和Ⅱ相代谢酶基因(UGT1A1、UGT1A3、UGT1A6)的mRNA水平和蛋白质水平,可缓解ZEN导致的生殖器官红肿情况,缓解ZEN对断奶仔猪肝脏的损伤(见图2)[19]。这为通过营养调控手段缓解霉菌毒素对畜禽的危害提供了新的思路。

4、结语
有人把霉菌毒素形容为猪场利润的“隐性杀手”,其危害是真实存在的。实际生产中不要对霉变严重的饲料存吝啬之心。在生产中通过使用防霉剂、脱霉剂和解霉剂在一定程度上能缓解饲料霉变带来的危害,但是也要客观地分析利弊得失,过度防控所带来的成本也是不菲的。一个猪场如果常年在饲料中添加脱霉剂,可能也得不偿失。一些学者认为,猪自身具有一定解毒能力,少量霉菌毒素对猪的危害没有媒体宣传的那么严重。因此,他们认为更应重视原料的质量和贮存,添加防霉剂的成本不如用到购买好的原料以及改善原料的贮存条件上。因此进一步寻找既具有改善猪生长或健康状况又能干预霉菌毒素在体内的代谢来降低其毒性的活性物质,同时灵活地使用防霉剂和脱霉剂,因地制宜运用三条防线,才能在预防和控制霉菌毒素危害的战役中取得最理想的效果。

参考文献及更多内容详见:
饲料工业,2022,43(15):1-6

作者简介

石宝明,东北农业大学教授、博士生导师,国家万人计划科技创新领军人才、科技部中青年科技创新领军人才、黑龙江省杰出青年基金项目获得者、黑龙江省头雁团队骨干成员、东北农业大学突出贡献奖获得者。现任东北农业大学首席教授、动物营养与饲料科学系主任/学科带头人、动物营养研究所副所长、畜禽养殖污染控制与资源化技术国家工程实验室东北分中心主任,中国畜牧兽医学会动物营养学分会常务理事、黑龙江省畜牧兽医学会动物营养与饲料学分会理事长、黑龙江省微生态与生物饲料专业委员会主任、中国中药协会中兽药与饲料专业委员会副主任委员。主要从事猪饲料营养价值评定与资源利用工作。先后承担国家及省部级课题20余项,荣获国家二等奖1项、省部级奖6项,获国家发明专利11项。发表论文180余篇,其中在《Journal of Hazardous Materials》《Food & Function》等发表SCI论文80余篇。


来源:本文为“饲料工业”独家稿件

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