霉菌毒素吸附剂的研究现状与进展
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新型霉菌毒素吸附剂——酵母细胞壁提取物霉菌毒素是霉菌的代谢次生物。
目前,已知污染饲料的霉菌毒素约有100多种,主要为青霉菌属、曲霉菌属和镰刀菌属所产的多种霉菌毒素。
饲料和饲料原料霉变并由此造成的霉菌毒素污染问题是一个全球性问题,对畜牧业生产和人类健康构成了巨大危害。
尽管人们采取了各种防霉措施,但由于饲料作物在田间、储藏、加工等诸多环节均可受到霉菌感染,防霉工作很难完全有效,饲料受霉菌毒素污染的现象十分普遍,由此造成的畜禽死亡、生产力下降、繁殖机能障碍等畜禽霉菌毒素中毒事件屡有发生。
同时,霉菌毒素还可在畜禽产品中残留,为人类健康带来极大的安全隐患。
因此,对霉变饲料,寻求一种经济有效并适合在大规模饲料生产中应用的脱毒措施十分必要。
1霉菌毒素吸附剂的种类1.1 常用的霉菌毒素吸附剂霉菌毒素吸附剂种类繁多,主要包括:水合硅铝酸钙钠、沸石、活性炭以及某些黏土。
但它们在使用过程中均存在一定缺陷,主要是:吸附功能单一,不能同时吸附饲料中存在的多种不同类型的霉菌毒素;添加量大,占用过大配方空问;在吸附霉菌毒素的同时,会与饲料中的维生素、矿物质等营养成分结合,干扰营养物质的利用;可能含有二恶英和其他污染物,在一定程度上污染饲料。
1.2新型霉菌毒素吸附剂——酵母细胞壁提取物酵母源生物技术和碳水化合物化学的最新研究进展为解决霉菌毒素问题提供了新方法。
近年来的研究发现,存在于酵母细胞外壁的功能型碳水化合物可结合多种霉菌毒素。
人们进一步发现,酵母细胞能通过吸收毒物和病原菌到细胞壁上来改善动物健康。
根据这一研究,酵母细胞壁提取物成为新型霉菌毒素吸附剂研究的重点,被认为是具有很大开发价值的天然绿色添加剂。
2酵母细胞壁提取物的制备和结构酵母细胞壁提取物是以酿酒酵母为原料,经过细胞破壁、酶解、分离提纯和干燥等工艺精制而成的一类真菌提取物,成品通常为浅灰色至深灰色的粉状物。
研究证实,酵母细胞壁分为3层:外层为甘露寡糖和蛋白质结合物,中间层为B一(1,3)、B一(1,6)葡聚糖,内层为几丁质。
霉菌毒素吸附剂研究进展来源:国际畜牧网-猪业科学时间:2009-02-18霉菌毒素(Mycotoxins)普遍存在于饲料和饲料原料中,是饲料及饲料原料中霉菌生长发育过程中产生的次生代谢产物,对畜牧业生产和人类的健康造成严重的危害。
据报道,全世界约有25%的谷物不同程度地受到霉菌毒素的污染。
霉菌毒素既可在田间生长时产生(田间毒素如镰刀菌毒素),也可在仓储期间产生毒素(仓储毒素如黄曲霉毒素、棕曲霉毒素)。
谷物和饲料中霉菌的生长和毒素的产生受许多因素影响,如气候条件、作物品种、作物的易感性、霉菌的种类、昆虫或化学物质的破坏、收获时是否用杀虫剂处理、贮存条件以及其他任何后续的操作过程。
动物采食被霉菌毒素污染的饲料后常发生急性和慢性毒性,导致肿瘤和癌症的发生(主要为肝癌和肾癌)、雌激素紊乱综合征、抑制免疫功能、动物性产品品质下降,从而影响人类的健康。
除急慢性毒性影响外,霉菌毒素对饲料的污染还会导致其他一系列的影响,如降低动物的采食量、引起动物拒食、营养物质的吸收下降、降低饲料转化率和体增重、腹泻、降低免疫功能而增加疾病的发生率以及降低动物的繁殖性能,从而造成巨大的经济损失。
为了降低霉菌毒素对动物或整个养殖业的影响,科学家和养殖业人员采取了各种防霉措施,但由于饲料作物在田间、收获、储藏、加工等诸多环节均可受到霉菌感染。
因此,霉菌毒素在饲料及饲料原料中的产生是必然的,防霉工作很难完全有效。
为了降低霉菌毒素对动物生产和人类健康的影响,目前常采用生物学方法、化学方法及物理方法对收获前后的饲料原料或饲料进行处理。
1饲料及饲料原料中常见的霉菌毒素以及对动物的危害目前发现饲料及饲料原料中霉菌种类有一百多种,饲料和食品中霉菌毒素主要由曲霉菌属、青霉菌属和镰刀菌产生(Sandrine,2005)。
通常一种霉菌能产生一种或多种次生代谢产物,而同种霉菌毒素又可由不同的霉菌产生,但不是所有霉菌次生代谢产物都是有毒的。
到目前为止,已分离出约三百多种霉菌毒素,其中只有几十种被公认的对动物和人类造成危害。
中科院兰州化物所科技成果——凹凸棒石霉菌毒素吸附剂成果介绍饲料霉变是一个全球性问题。
据联合国粮农组织评估,全世界每年由于霉变污染饲料所造成的经济损失达千亿元。
我国因饲料霉变而造成的经济损失每年高达百亿元以上。
在众多的霉菌毒素脱毒法中,吸附法表现出较好的性能。
黏土类霉菌毒素吸附剂除具有良好吸附性能外,还可吸附畜禽消化道内的重金属,提高饲料适口性,补充多种矿物元素,提高饲料的利用率及畜禽动物免疫力,减少疾病发生,起到动物保健的作用。
但因黏土种类和来源的不同,其对霉菌毒素吸附能力有所差别。
凹凸棒石黏土具有独特的棒晶结构和孔道,对黄曲霉素有很好的吸附性能,但对玉米赤霉烯酮和呕吐毒素吸附能力较弱。
本产品突破了凹凸棒石棒晶束解离、电荷调控、功能改性一体化核心技术,实现了凹凸棒石纳米化和功能化的有效结合,开发出了新型高效霉菌毒素吸附剂,毒素吸附率可达到95%。
创新点1、将天然产出团聚的凹凸棒石棒晶束通过高压均质技术分散成单个纳米棒,最大程度释放了凹凸棒石固有的吸附孔道,解决了对霉菌毒素分子高效吸附的关键问题;2、针对霉菌毒素分子结构特点进行凹凸棒石功能化改性,实现对霉菌毒素分子的选择性吸附,解决了现有产品同时吸附营养物质的问题;3、采用凹凸棒石棒晶束解离和表面功能化改性核心工艺,简化了工艺流程,达到了节能降耗的目的,保证了产品规模化稳定生产。
凹凸棒石霉菌毒素吸附剂可在各养殖场和饲料厂使用,使用范围包括猪、禽、反刍动物、水产动物以及特种经济动物和宠物等。
工艺流程目标产品是利用凹凸棒石的独特吸附性能,针对不同霉菌毒素分子结构特点,经棒晶束解离、分子设计、电荷调控等方法研制而成的一种霉菌毒素吸附功能新材料,具有安全、高效、选择性强等优点,有效保障动物健康和产品安全。
社会效益目标产品上接凹凸棒石资源高值化利用,后促畜禽养殖产业健康发展。
通过棒晶束高效解离关键技术的突破,解决制约凹凸棒石高值应用的瓶颈,在助推凹凸棒石产业转型升级的同时,实现“资源优势”向“经济优势”转变。
饲料中霉菌毒素的研究进展1 前言霉菌毒素是农作物或动物性蛋白因霉菌而产生的有毒代谢产物,对人和动物具有广泛的毒性作用,人或动物食入被霉菌毒素污染的食物或饲料后就会引起霉菌毒素中毒。
霉菌种类繁多,约12万多个种,其中能产生毒素的有170余种,它们广泛存在土壤、空气、水及腐败有机物上,范围遍及全世界。
据联合国粮农组织(FAO)统计,全球每年大约有25%的农作物不同程度地受到霉菌毒素的污染,约有2%的农作物因污染严重而失去饲用价值,每年由此造成的经济损失可达数千亿美元。
我国受霉菌毒素污染的情况更为严重,中国农科院畜牧所的一项调查表明,配合饲料中不同程度霉菌毒素的污染达80%以上,每年由霉菌毒素造成的直接经济损失达500亿以上。
由此可见,霉菌毒素污染已成为影响饲料业发展的一大危害,如何认识和防控霉菌毒素已经成为能否解决饲料安全的突出问题。
2 霉菌毒素产生原因在饲料生产过程中,饲料原料、生产工艺、管理等任何一个环节的不合理都可能导致霉菌毒素的产生。
2.1 原料饲料原料霉菌毒素感染主要发生在田间收割和储藏过程中。
在田间,植物受霉菌感染的因素很多,包括土壤的水分、播种收割的时期、植病的发生、杂草、鸟类及害虫等。
在储藏过程中,饲料仓库潮湿、鼠害严重,库区未经常清扫和定期消毒、堆垛不合理、库存时间过长、运输时受到雨淋、曝晒等都容易引起霉变。
此外,饲料原料受霉菌感染的程度也与其的成熟度、颗粒的完整度等有较大关系,成熟度差及破损粒较多的原料易受霉菌的侵染。
石永峰等人关于玉米破碎粒和整粒谷物中串珠镰孢菌B1毒素的含量的研究表明,碎粒及其它谷物废料中的霉菌毒素含量是整粒谷物的30倍~500倍。
2.2 加工工艺生产颗粒料过程中,如果设备选择不当,或使用过程中调整校对不准确,导致颗粒料冷却时间不够或风量不足,使得产品水分含量及料温过高,这样的产品装袋后易发生霉变。
未定期清理饲料管道中积存的物料,形成霉积料,脱落后进入成品仓和包装袋,可以导致整批颗粒料霉变。
预防霉菌毒素的吸附剂研究进展孙晓杰;刘滢;王安如【摘要】霉菌毒素不仅会对细胞的RNA、DNA以及蛋白质各种物质的合成产生一定的影响,而且还对在一定程度上增加细胞内部活性氧的含量,这样便可以造成一定的氧化应激状态,进一步对细胞造成一定的氧化损伤和DNA损伤.低浓度的霉菌毒素还会对畜禽的免疫功能和生产性能造成一定的影响,高浓度的霉菌毒素还会对动物的各个脏器造成严重的损伤,甚至还会危及生命.鉴于此,本文先对霉菌毒素的危害进行了一定的分析,然后对霉菌毒素吸附剂进行了一定的阐述,以其可以为相关人士提供一定的参考.【期刊名称】《中国畜牧兽医文摘》【年(卷),期】2017(033)010【总页数】2页(P66,88)【关键词】霉菌毒素;危害;吸附剂;研究进展【作者】孙晓杰;刘滢;王安如【作者单位】北京市饲料安全生物调控技术研究中心,北京 100192;北京大北农科技集团股份有限公司饲用微生物工程国家重点实验室,北京 100192;北京市饲料安全生物调控技术研究中心,北京 100192;北京大北农科技集团股份有限公司饲用微生物工程国家重点实验室,北京 100192;北京市饲料安全生物调控技术研究中心,北京 100192;北京大北农科技集团股份有限公司饲用微生物工程国家重点实验室,北京 100192【正文语种】中文霉菌毒素主要是由青霉菌、曲霉菌以及镰刀菌等各种类型的真菌所产生的有毒次生代谢产物所组成,在1960年科学家发现了黄曲霉素之后,经过研究试验表明,霉菌毒素无论对人类还是对动物都有一定的毒害作用。
但是,在已发现的各种霉菌毒素当中,毒性最强的要数黄曲霉毒素B1(AFB1),其具有比较强的致癌性,被国际癌症研究中心归类为I类致癌物,如果接触到会引起慢性或者是急性中毒,对人体各个脏器都有一定的损伤,严重威胁着人们的健康。
我们可以通过加入一定量的降解毒素物质来降低其毒性。
为了更好地确保消费者的健康安全,世界卫生组织对赭曲霉毒素(OTA)、黄曲霉毒素(AF)以及玉米赤霉烯酮(ZEA)等多种毒素都规定了具体的安全限值。
霉菌毒素吸附剂对肉仔鸡日粮中营养元素的影响研究的开题报告一、选题背景和意义:霉菌毒素是指由某些贮藏不良的粮食或饲料中的霉菌产生的,能够导致动物或人类中毒的一类有害物质。
而肉仔鸡作为肉类生产的重要动物之一,日粮中霉菌毒素含量高会对鸡的生长率和免疫能力造成不小的影响,甚至可能导致鸡只的疾病和死亡。
目前,解决霉菌毒素的方法主要有物理法、化学法和生物法等多种方法,其中最常见的方式为添加霉菌毒素吸附剂。
然而,吸附剂的添加会对日粮中营养元素的吸收和利用造成影响,有可能引起营养不良,从而影响肉仔鸡的生长和产品质量。
因此,本研究旨在探究霉菌毒素吸附剂对肉仔鸡日粮中营养元素的影响,为养殖业提供科学合理的肉仔鸡饲养方案,保障养殖产业的健康发展。
二、研究内容和研究方法:1. 研究内容:(1)霉菌毒素吸附剂对肉仔鸡体重增长率和饲料转化率的影响。
(2)霉菌毒素吸附剂对肉仔鸡血清中主要营养元素含量的影响。
(3)霉菌毒素吸附剂对肉仔鸡肝脏中有机氮和无机氮含量的影响。
2. 研究方法:(1)实验设计:选取健康肉仔鸡100只,随机分成两组,一组为对照组,另一组添加不同量的霉菌毒素吸附剂,比较两组鸡只的生长状况和血液生化指标。
(2)试验阶段:从肉仔鸡10日龄开始,每周进行一次采样及测量,共持续6周。
(3)实验指标:记录肉仔鸡生长指标,采集血清和肝脏样本,检测其中的营养元素含量和氮素成分。
三、预期成果:通过本研究,预计可以得到以下成果:(1)确定合适的霉菌毒素吸附剂添加剂量,减少霉菌毒素在日粮中的含量,提高肉仔鸡的生长状况和免疫力。
(2)探究霉菌毒素吸附剂添加对肉仔鸡营养元素的影响,为营养平衡提供科学依据。
(3)为肉仔鸡生产提供科学依据,提高产品质量和市场竞争力。
霉菌毒素吸附剂的研究现状与进展
作者:陈峰
上海交通大学生命科学技术学院
有多种物质可以用于霉菌毒素的吸附,许多研究者对它们的吸附能力、吸附特异性和吸附机理进行了研究。
这些通过物理吸附作用来脱毒的物质是通过释放自由能(ΔG)来提供吸附所需能量的。
最重要的吸附特征是这些吸附剂的物理结构,这包括它的总电荷量、电荷的分布、孔隙的大小及可用的表面积(比表面积)。
同样的,要被吸附的毒素分子的极性、可溶性、分子大小、分子形状、电荷分布等特征在吸附过程中也是至关重要的。
相对于体外吸附试验而言,体内试验(喂养试验)中吸附剂对霉菌毒素的吸附量难以测定和计算。
这样,各吸附剂的吸附效能只能通过动物的表现来反应,如体重的增加、料肉比、死亡率,血液、组织或器官中毒素的浓度等指标。
体外试验往往不能反映出这些吸附剂的吸附选择性,一旦它们加入谷物或饲料中,某些营养成份也可被它们吸附,而这些营养成份在基质中的浓度远高于其中的毒素浓度,结果吸附剂被营养成份饱和而不能吸附毒素。
因此,体外试验与体内试验结果有可能会出现相反的结果(Garcia et al, 2003)。
目前用于物理吸附的物质主要是铝硅酸盐类的毒素吸附剂(Huwig et al, 2001),活性碳也可用于棒曲霉毒素(Mutlu and Gokmen, 1998)和赭曲霉毒素A(Galvano, 1998)的吸附,有不少研究者也利用酵母细胞壁成份来吸附霉菌毒素(Yiannikouris et al, 2003)。
活性炭是一种具有高比表面积的多孔不溶性粉末状物质,它的比表面积可以达到500-3500 m2/g。
在体外试验中,活性炭对霉菌毒素可以表现出较好的吸附脱毒作用(Galvano, 1997; Galvano, 1998; Bauer, 1994);但在体内试验(喂养)中,不同的研究结果给出了不同的结论(Hatch et al, 1982; Edrington et al, 1996, 1997; Bauer, 1994),这可能是由于活性炭的选择吸附能力较差,被饲料中的某些营养成份所饱和而失出了对毒素的吸附力。
活性炭对土霉素具有很强的吸附能力(Alegakis et al, 2000),这也表明它的选择吸附能力较差。
天然铝硅酸盐如沸石、蒙脱石、硅藻土、高岭土等,因为具有较大的比表面积和离子吸附能力,对霉菌毒素有一定的选择吸附能力而引起研究者的兴趣。
将铝硅酸盐矿物用于霉菌毒素吸附的研究最早始于20世纪70年代(Masimango et al, 1978; Mumpton and Fishman, 1977),不过,天然铝硅酸盐矿物吸附力小,效率低,占饲料容量大,对营养物质有一定吸附,因而直接用于饲料效果不好。
对天然的铝硅酸盐进行改性后可以性善它对霉菌毒素的选择性吸附能力。
如提取自沸石的水合铝硅酸钠钙对黄曲霉毒素B1有较好的选择性吸附能力(Ramos and Hernández, 1997;Philips, 1998;王彦波等,2002;齐德生等,2002)。
在黄曲霉毒素B1的吸附试验中,未处理的斑脱土、水合钙斑脱土、水合钠斑脱土、水合钠钙斑脱土的吸附能力分别是67.39%,55.51%,80.83%和68.55%(Chaturvedi et al, 2002)。
大量研究表明,水合铝硅酸钠钙对其它几种主要的霉菌毒素吸附能力不是太好,如对玉米赤霉烯酮(Bursian et al, 1992)、赭曲霉毒素A(Huff et al, 1992; Bursian et al, 1992; Bauer, 1994;)、T-2毒素(Kubena et al, 1990)及双乙酸基草镰刀菌醇(diacetoxyscirpenol)(Kubena et al, 1993a)的吸附效果不佳。
这是因为霉菌毒素是一大类具有不同的功能基团的复杂的有机化合物,不同的霉菌毒素具有完全不同的理化性质。
例如,黄曲霉毒素的基本结构单位是一个双氢呋喃环和一个氧杂萘邻酮;玉米赤霉烯酮是一种二酚化合物;赭曲霉毒素A是具有羧基和酚基基团的化合物;T-2毒素和脱氧雪腐镰孢菌烯醇是倍半萜烯化合物。
基于粘土类矿物(蒙脱石或沸石)的吸附剂具有亲水性的负电荷表面,适于吸附带有极性基团的霉菌霉素,如黄曲霉毒素;而那些极性不强的霉菌毒素(如玉米赤霉烯酮和赭曲霉毒素)则不易被这些矿物所吸附(Santin et al, 2002)。
对硅藻土的吸附性能研究表明,它对各种毒素的吸附力排序是:黄曲霉毒素B1>柄曲霉毒素>黄曲霉毒素M1>T-2毒素>玉米赤霉烯酮及赭曲霉毒素(Natour and Yousef, 1998)。
对铝硅酸盐类表面基团或电荷分布进行适当改性之后,可以使新形成的物质获得新的理化特征,从而改善其对其它霉菌毒素的吸附能力。
如蒙脱石经过特殊改性处理后,蒙脱石矿物表面对水的亲和力下降,疏水性能提高,所以对疏水性
的玉米赤霉烯酮有更高的亲和力,对玉米赤霉烯酮的吸附能力大大提高(Lemke et al, 1998; 2001)。
沸石矿物表面带负电荷,用某些物质来置换矿物表面的部分天然正离子(Na+,K+,Ca2+,Mg2+等)可以改善沸石表面的疏水性能(Dakovi? et al, 2003; Toma?evic-?anovi? et al, 2003)。
这些物质只能置换沸石外表面的正离子,而对于饲料霉菌毒素吸附剂来说正需要这种只是部分置换的矿物吸附剂,因为保留大部分天然正离子有助于它们对极性霉菌毒素(如黄曲霉毒素)的吸附。
这些经过改性的有机化沸石保留了对黄曲霉毒素麦角碱的高吸附力,同时对玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素A、呕吐毒素(Vomitoxin)的吸附能力大大改善。
总而言之,铝硅酸盐类吸附剂对黄曲霉毒素有良好的吸附能力,并且有不少体内(喂养)试验结果证实了这类吸附剂的实际效果(Rizzi et al, 2003),但它们存在对玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素、单端孢菌素等毒素吸附能力不足的问题。
不过通过适当的改性有可能使它具有更广泛的吸附能力。
这类吸附剂的另一个缺点是,它们表现出了对维生素及矿物盐的非选择性吸附能力。
除铝硅酸盐类以外,研究者和生产者也在不断地探索新的霉菌毒素吸附剂,并且取得了一定的进展。
消胆胺(Cholestyramine)是一种阴离子交换树脂,一般用于肠道中吸附胆汁酸及降低低密度脂蛋白和胆固醇浓度。
在体外试验中表现,这种树脂可以吸附赭曲霉毒素A(Bauer, 1994)和玉米赤霉烯酮(Ramos et al, 1996b),吸附量分别是9.6 mg/g和0.3mg/g。
在体内试验中,消胆胺仅能略微降低受试动物血液、胆汁和组织中的赭曲霉毒素浓度(Ramos et al, 1996b)。
Avantaggiato等(2003)采用动态体外胃肠模型进行的试验结果则表明,消胆胺可以使小肠对玉米赤霉烯酮的吸附率从32%下降到16%。
交联聚乙烯基吡咯烷酮(PVPP)是一种不溶性高分子极性多孔性两性化合物,体外试验结果表明,它可以吸附0.3mg/g玉米赤霉烯酮(Ramos et al, 1996b)。
PVPP可以通过不同的交联方式和交联剂获得,不能方式得到的PVPP有不同的吸附能力,如Alegakis等(1999; 2001)得到的改良的PVPP对玉米赤霉烯酮具有较好的吸附能力。
酵母或酵母的细胞壁成份也作为霉菌毒素吸附剂使用(Gr?nkemeier, 1990; Bauer, 1994)。
酵母细胞壁对毒素的吸附能力要明显强于酵母的全成份,这说明酵母细胞壁的特殊结构对霉菌毒素产生吸附力。
细胞壁上有多糖、蛋白质和脂类,这些物质对毒素的吸附是通过氢键、离子键和疏水作用力等实现的。
试验结果表明,酵母细胞壁可以吸附2.7mg/g玉米赤霉烯酮,并且这种吸附平衡可以在10分钟内达到,在这一点它比铝硅酸盐类吸附剂有优势(V?lkl and Karlovsky, 1998,1999)。
葡甘露聚糖对霉菌毒素也有比较好的吸附能力,Swamy等(2002)进行的猪体内试验结果表明,葡甘露聚糖对镰刀菌产生的毒素有比较好的脱毒作用。
葡甘露聚糖的作用方式应和酵母细胞壁的作用方式相似。
从现有的研究来看,任何一种单一的吸附剂都不能将所有霉菌毒素都吸附(因为不同霉菌毒素分子有不同的理化性质),但是,通过将不同类型的吸附剂进行适当配比或对吸附剂进行改性将是一个很好的研究方向。