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产毒霉菌之生长与控制 关键字：产毒霉菌；生长；黄麴毒素控制；吸附剂；营养分改善。 Key Words：Mycotoxigenic fungi；Growth；Aflatoxin control；Sequestering agents；Nutrient amelioration 一、前 言 长久以来，人类对霉菌怀着亦敌亦友之矛盾心态；有益性霉菌在食品加工，制药、污染防治等扮演着不可或缺的角色，但产毒性霉菌其所产生之二次代谢产物－霉菌毒素，对畜产业者而言，是颇为敏感且棘手之问题。据估计全世界谷物在采收前後约25％受到霉菌毒素之污染(44)，而台湾因地狭人稠，土地价昂，牲畜饲用所须之谷物，自给率低，大部份均仰赖进口。由谷物自田间采收经储藏到制成饲料，期间毒素产生之问题，须加以认识并谋求对策。 二、霉菌生长之条件 当谷物或饲料中含可利用之营养分在适当之温度、水活性及氧气条件下，霉菌即可生长。 1.营养分 霉菌生长须碳源与氮源，完整之谷粒在结构上有纤维素或多酯类(polyesters)可供保护碳、氮源。若谷粒完整时，霉菌之生长慢(58)。 谷物在加工过程中所导致的结构破碎或裂缝，使得核仁(kernels)丧失玉米轴的纤维素屏障；此外，无论是田间或储藏时的 害，更会加速连霉菌的生长。Bullerman et al. (1984)指出玉米受乾旱性紧迫(drough stress)、 害、机械性破损时，增加霉菌侵害的机会；使霉菌在易受害的核仁内形成侵害据点。饲料中霉菌之生长亦使胺基酸、维生素和饲料所含代谢能量值降低等损失(3,26)。 2.温度： 温度是决定饲料或谷物中霉菌生长的重要因子，虽然霉菌可以在不同温度下存活，但其生长及产毒所须的温度则有一定的限度(图1)(37)，黄麴菌属(Aspergillus)和青霉菌属(Penicillum)喜於温暖情况下生长而新月形霉菌属(Fusarium)则须在较低温。Aspergillus flavus生长的适温为36～38℃，而其范围可自6℃～46℃(38,51,52)，在实验室培养时，最佳的黄麴毒素产生量为25℃，而在7.5℃以下或高於40℃未见有毒素的生成，温度周期性变化亦有助於黄麴毒素的产生(32)，此为产毒菌降低毒素分解作用，因为毒素之产生与分解之间是呈一平衡状态，而储藏环境之变化会影响其最终产毒量。
玉米在谷仓中之微环境(microenvironment)中，因其呼吸作用之进行，增加水分含量，并产生热点(heat spot)，促使毒素之大量产生，虽可经强制驱风(force flow)以减少此情形之发生，但也供应霉菌生长所须之氧气。 3.氧气 霉菌为绝对好氧性菌(obligate aerobic organism)，故其增殖和生长可以在无氧状况下被控制，但由於设备昂贵，故不切实际。霉菌可以在氧气浓度低至4％时仍可行呼吸作用，降低氧气量，增加二氧化碳量可以抑制霉菌之活动及产毒(14)。或使用氮气填充谷仓至99％以上时，有排除水分及氧气达到防霉之效果(表1)(1)。 |
| 表一 玉 米 氮 储 藏 前 後 之 霉 菌 比 较 。 ( 王 等 ， 1980 ) | ||||||
| 储 藏 前 | 储 藏 後 | |||||
| 采样位置 | 编号 | 每克之霉菌数 | 采样位置 | 储藏方法 | 编号 | 每克之霉菌数 |
| 储
仓
入
口
处 |
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
200以下
1700 260 330 530 450 1000 690 200以下 300 200 200以下 |
储
仓
出
口
处 |
加
氮 |
1
2 3 4 5 |
500以下
500以下 500以下 500以下 500以下 |
| 不
加
氮 |
6
7 8 9 10 11 |
2550
3500 500以下 500以下 500以下 3950 |
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| 储
仓
出口处 |
1
2 |
200以下
200以下 |
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| *采样日期：储藏前为67年6月5日，储藏後为67年8月5日；储藏期间为2个月。 | ||||||
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4.水活性 当谷物水分含量超过13～14％，相对湿度(RH)80～85％时极适於霉菌之增殖(图2)(55)。以水活性(Water activity, Aw)来表示基质水分(substrate moisture)，更能充分表示环境中水分之分布情形。
水活性乃指谷物或饲料中之水分在一定温度下，具有一定之水蒸气压(water vapor pressure)，其值与该温度下纯水之饱和水蒸气压值之比；或在一定温度下，密闭谷仓中，达到平衡时的相对湿度之百分之一(1)。 水活性＝谷物中水分之蒸气压(t℃)／纯水之水蒸气压(t℃) ＝平衡相对湿度／100 而霉菌可在不同水活性下生长(图3)(37)，有些霉菌如红麴菌(Monasus sp.)可在Aw 0.62时生长。谷物中水分的移动是提供水分之另一来源，当谷物较外围环境温度低或高时，由於谷仓内之通风使水分产生移动或凝集。因此饲料或谷物储藏於安全湿度，当水分重凝集时，霉菌会再生长。而淀粉质或蛋白质谷物经粉碎後，若饲料暴露在80％RH时，谷物表面水分由11％会经再水合作用(rehydration)升到18％(19)。
三、防霉剂的使用 近年来各种防霉剂被应用於饲粮中以为控制霉菌生长及防止霉菌毒素之形成。而防霉剂之作用取决於其在基质的分散度及穿透能力(12)。使用丙酸及龙胆紫，具有延迟黄麴毒素产生(54)及Aspergillus parasiticus芽孢生成之作用(15)，且以丙酸之防霉效果优於丙酸钙(40)。丙酸除可有效抑制霉菌外，对大肠杆菌群(coli form)及沙氏杆菌(18)之增殖亦有抑制作用。但使用此类有机酸因腐蚀性强，对操作人员颇具危险性，利用α－射线作为替代性防霉剂，可符合经济及安全之需求(41)。 四、吸附剂的使用 防霉剂使用之最佳时机，应属谷物采收直後之储藏，由美国船运至台湾卸货後，再行添加时效上有所不及，防霉剂使用增加成本负担，且对谷物中已存在之霉菌毒素并无降解(degradation)作用。另外，虽可用氨化法(ammoniation)将之去毒(25,46)，但此法尚未经美国食品药物管理局(FDA)核准使用。 使用各种吸附剂以吸附已存在於谷物或饲料中之霉菌毒素似乎是最後一道防线，利用吸附剂对霉菌毒素以特异性或非特异性吸附作用以降低其对畜禽之危害。研究发现沸石(50,53)、胶粘土(bentonite)(7,50)，漂白土(bleaching clay)(43)等吸附剂可以除去於脂肪中及仔猪之T-2 toxin和Zearalenone之危害。此类吸附剂有一共同特徵；均为铝矽酸盐之化合物，使其具有离子交换之能力。 Philips et al. (1987,1988)於生体外试验发现明矾(aluminas)、沸石、矽石、叶矽酸盐和经化学修饰叶矽酸盐能与水溶液中黄麴毒素B1 (AFB1)结合并移除，且以经化学修饰之叶矽酸盐效果最佳(图4)。近来甚多报告指出水合钠钙铝矽酸盐(hydrated sodium calcium alumino silicate, HSCAS)用以改善黄麴毒素对畜禽之毒害作用，如在猪(20,22)、鸡(28,31,49)、火鸡(29)、羊(2,21)、貂(4)等(表2)。此种选择性之化学吸附剂可在胃肠道内与黄麴毒素紧密结合形成稳定的HSCAS／aflatoxin复合物，从而降低黄麴毒素之生物可利用性(bioavailability)(42,43)，据估计每毫克HSCAS可与483nm的AFB1结合。HSCAS之吸附作用仅对黄麴毒素呈特异性吸附，对T-2 toxin(27)，赭麴毒素Ａ(24)(ochratoxin A)、Diacetoxyscirpenol(30)等均无吸附效果。其可能之机制为黄麴毒素B或G系列(AFB1，B2，B2a，G1，G2，G2a)含有β-酮内酯环(β-ketolactone)或α-双内酯环(α-bislactone)有较佳的吸附性，且黄麴毒素之β-carbonyl系统与HSCAS边位(edge site)之金属离子形成稳定化合物(47,48)。此外，HSCAS对日粮中Zn的利用率有降低作用(8)，但对磷、锰、维生素A及B2之利用无影响(8,9)，对体内矿物质代谢也仅些微影响(50)。
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| 表二 不 同 动 物 使 用 水 合 钠 钙 铝 矽 酸 盐 (HSCAS) 及 其 他 吸 附 剂 对 各 种 霉 菌 毒 素 和 营 养 分 之 影 响 | ||||
| 毒 素 及 营 养 素 | 动 物 | 处 理 | 效 果 | 引用文献 |
| 营养分
锰，锌，维生 素Ａ、Ｂ2 磷
霉菌毒素 高牛毛草中毒(Fescue) 黄麴毒素
橘毒素(citrinin)及 Oosporein 黄麴毒素
黄麴毒素 黄麴毒素 黄麴毒素 黄麴毒素 黄麴毒素 黄麴毒素 黄麴毒素 黄麴毒素 黄麴毒素＋ Ochratoxin A 黄麴毒素＋T-2 toxin
黄麴毒素＋T-2 toxin＋Ochratoxin A 黄麴毒素＋Diacetox- ysirpenol (DAS) |
鸡
鸡
绵羊 鸡
鸡
鸡
鸡 火鸡 猪.乳牛 貂 猪 猪 大鼠-Rat 羊 鸡
鸡
鸡
鸡 |
1％HSCAS
0.5或1％ HSCAS
2％HSCAS HSCAS Ethacal Perlite Zeobrite 1％HSCAS
0.5%HSCAS 或活性炭 0.1％活性炭 0.5％HSCAS 0.5％HSCAS 0.5％HSCAS 0.5％钠粘土 各种胶粘土 1％Volclay 2％HSCAS 0.5％HSCAS
0.5％HSCAS
0.5％HSCAS
0.5％HSCAS |
降低锌利用率，对其他 营养分无影响 对磷利用无影响
不影响毒害作用 降低毒害作用
对毒害作用无效
HSCAS降低毒害作用 活性炭无效果 减轻毒害作用 降低毒害作用 降低毒害作用及AFM1 降低毒害作用 减轻黄麴毒素危害 降低毒害作用 降低黄麴毒素危害 减轻黄麴毒素危害 减轻黄麴毒素危害，对 Ochratoxin A仅少量作用 减轻黄麴毒素危害，对 T-2 toxin无效 减轻黄麴毒素危害，对T- 2 toxin及Ochratoxin A无效 减轻黄麴毒素危害，对 DAS毒害无影响 |
(8)
(8)
(2) (49)
(59)
(28,31)
(11) (29) (20,22,34) (4) (33,34) (35) (57) (21) (24)
(27)
(13)
(30)
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五 、营养分增强(Nutrient enriched) 日粮中增加离胺酸(10)、甲硫胺酸(36,56)，或提高蛋白质含量可增加混合功能氧化鶤(mixed function oxidase)之功能，促使AFB1转化无毒代谢物(45)。 提高脂肪含量可降低鸡只之死亡率(17)，另外，饮水添加抗生素与维生素混合物(60,61)或提高叶酸(34)维生素A及E(5)，对黄麴毒素之危害均有改善作用。但无法由维生素之增加而改善黄麴毒素所诱发之脂肪肝(16,18)。 六、结 论 霉菌广泛存在是不争之事实，而水合性、氧气、温度、营养分是其生长的要因，任何能破坏四项要因之方法，均可用以控制霉菌的繁衍，故谷物正确仓储之管理对霉菌之生长是必须。减少谷物运输过程中机械性的伤害，以减少破碎粒与夹杂物的百分率，因破碎粒和夹杂物与霉菌生长有着密不可分的关系。 防霉剂的使用也可防患於未然，以减少毒素的产生。Park et al., (1988)评估用来减少黄麴毒素或去毒方法之接受性，须符合几点要求： (1)毒素须被非活化、破坏或移除 (2)不产生或残馀毒素於食品中 (3)保留产品之营养价值及饲料可接受性 (4)不造成饲料特性之变化 (5)可以催毁霉菌孢子 当怀疑饲料或谷物污染黄麴毒素时，可以利用HSCAS以减轻其毒害作用或日粮中增强营养分亦可提供保护。 引用文献 1.王西华等，1982，改善饲料谷物品质研究专辑(一) p.37～46. 2.Anderson et al., 1989. J. Anim. Sci. 67:786 (Abstr). 3.Bartov et al., 1982. Poult Sci. 61:2247~2254. 4.Bonna et al., 1991. Arch. Environ. Contam. toxicol. 20;441~447. 5.Bryden et al., 1979. Br. J. Nutr. 41:529~540. 6.Bullerman et al., 1984. J. Food Prot. 47:637. 7.Carson and Smith, 1983. J. Anim. Sci. 57:1498. 8.Chung et al., 1990. Poult. Sci. 69:1364~1370. 9.Chung and Baker, 1990. J. Anim. Sci. 68:1992~1998. 10.Coffey et al., 1989. J. Anim. Sci. 67:465~472. 11.Dalvi and Mcgowan, 1984. Poult. Sci. 63:485~491. 12.Dixon and Hamilton, 1981. Poult. Sci. 60:2412-2415. 13.Elissadle et al., 1989. Poult. Sci. 68:180 (Abstr). 14.Epstein et al., 1970. J. Food. Sci. 35:389~391. 15.Hall and Hamilton, 1981. Poult. Sci. 60:2226-2231. 16.Hamilton and Garlich, 1972. Poult. Sci. 51:688~692. 17.Hamilton, 1972. Poult. Sci. 51:1880~1882. 18.Hamilton et al., 1974. Poult, Sci. 53:871~877. 19.Handerson, 1985. J. Stored Prod. Res. 21:131. 20.Harvey et al., 1989. Am. J. Vet. Res. 50:416~420. 21.Harvey et al., 1991a. Am. J. Vet. Res. 52:152~156. 22.Harvey et al., 1991b. Am. J. Vet. Res. 52:1556~1559. 23.Hinton and Linton, 1988. Vet. Rec. 123:416~418. 24.Huff et al., 1992. Poult. Sci. 71:64~69. 25.Jorgensen, et al., 1990. J. Food. Prot. 53:777~781. 26.Koltun, 1986. J. Am. Oil Chem Soc, 63:533. 27.Kubena et al., 1990a. Poult. Sci. 69:727~735. 28.Kubena et al., 1990b. Poult. sCI. 69:1078~1086. 29.Kubena et al., 1991. Poult. Sci. 70:1823-1830. 30.Kubena et al., 1993a. Poult. Sci. 72:51~59. 31.Kubena et al., 1993b. Poult. Sci. 72:651~657. 32.Lillehoj et al., 1976. Sci. 193:495~496. 33.Lindemann et al., 1989. J. Anim. Sci. 68:583 (Abstr) 34.Lindemann et al., 1993. J. Anim. Sci. 71:171~178. 35.Lindemann and Blodgett, 1991. Feedstuffs (July 15):14. 36.Mgbodile et al., 1972. J. Nutr. 102:53~60. 37.Nelson, 1993. J. Dairy. Sci. 76:898~902. 38.Northolt and Bullerman, 1982. J. Food Prot. 45:519~526. 39.Park et al., 1988. J. Assoc. Off. Anal. Chem. 71:685~703. 40.Paster, 1979. Poult. Sci. 58:572-576. 41.Paster et al., 1991. Poult Sci. 70:823-829. 42.Philips et al., 1987. J. Am. Vet. Med. Assoc 190:1617 (Abstr). 43.Phillips et al., 1988. Poult. Sci. 67:243~247. 44.Pier et al., 1980. J. Am. Vet. Med. Assoc. 176:719. 45.Richardson et al., 1987. Poult. Sci. 66:1470~1478. 46.Samarajeewa et al., 1990. J. Food Port. 53:489~501. 47.Sarr et al., 1990. Toxicologist 10:163 (Abstr). 48.Sarr et al., 1991. Toxicologist 11:97 (Abstr). 49.Scheideler, 1993. Poult. Sci. 72:282~288. 50.Schell et al., 1993. J. Anim. Sci. 71:1209~1218. 51.Schindler et al., 1967. Appl. Microbiol. 15:1006~1009. 52.Schroeder and Hein. 1968. Appl. Microbiol. 16:988~990. 53.Smith, 1980. J. Anim. Sci. 50:278~285. 54.Stewart et al., 1977. Poult. Sci. 56:1630-1635. 55.Tindall, 1983. Feed. Management 34:32~34. 56.Veltmann and Wyatt. 1981. Poult. Sci. 60:1784 (Abstr). 57.Voss et al., 1993. J. Food. Prot. 56:595~598. 58.Waston and Ranstad, 1987. Am. Assoc. Cereal Chem., St. Paul. MN. USA. 59.Wyatt, 1987. Page D-1 in Proc, Kaiser Chem. Sem., Dec. 17. Rosemont, IL. 60.Wilson et al., 1975. Poult. Sci. 54:923~925. 61.Wilson et al., 1978. Sci. 57:403~407. |
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