作家專欄

產毒黴菌之生長與控制

鄭永祥*

關鍵字:產毒黴菌;生長;黃麴毒素控制;吸附劑;營養分改善。

Key Words:Mycotoxigenic fungi;Growth;Aflatoxin control;Sequestering agents;Nutrient amelioration

一、前   言

        長久以來,人類對黴菌懷著亦敵亦友之矛盾心態;有益性黴菌在食品加工,製藥、污染防治等扮演著不可或缺的角色,但產毒性黴菌其所產生之二次代謝產物-黴菌毒素,對畜產業者而言,是頗為敏感且棘手之問題。據估計全世界穀物在採收前後約25%受到黴菌毒素之污染(44),而台灣因地狹人稠,土地價昂,牲畜飼用所須之穀物,自給率低,大部份均仰賴進口。由穀物自田間採收經儲藏到製成飼料,期間毒素產生之問題,須加以認識並謀求對策。

二、黴菌生長之條件

        當穀物或飼料中含可利用之營養分在適當之溫度、水活性及氧氣條件下,黴菌即可生長。

1.營養分

        黴菌生長須碳源與氮源,完整之穀粒在結構上有纖維素或多酯類(polyesters)可供保護碳、氮源。若穀粒完整時,黴菌之生長慢(58)

        穀物在加工過程中所導致的結構破碎或裂縫,使得核仁(kernels)喪失玉米軸的纖維素屏障;此外,無論是田間或儲藏時的蟲害,更會加速連黴菌的生長。Bullerman et al. (1984)指出玉米受乾旱性緊迫(drough stress)、蟲害、機械性破損時,增加黴菌侵害的機會;使黴菌在易受害的核仁內形成侵害據點。飼料中黴菌之生長亦使胺基酸、維生素和飼料所含代謝能量值降低等損失(3,26)

2.溫度:

        溫度是決定飼料或穀物中黴菌生長的重要因子,雖然黴菌可以在不同溫度下存活,但其生長及產毒所須的溫度則有一定的限度(圖1)(37),黃麴菌屬(Aspergillus)和青黴菌屬(Penicillum)喜於溫暖情況下生長而新月形黴菌屬(Fusarium)則須在較低溫。Aspergillus flavus生長的適溫為36∼38℃,而其範圍可自6℃∼46℃(38,51,52),在實驗室培養時,最佳的黃麴毒素產生量為25℃,而在7.5℃以下或高於40℃未見有毒素的生成,溫度週期性變化亦有助於黃麴毒素的產生(32),此為產毒菌降低毒素分解作用,因為毒素之產生與分解之間是呈一平衡狀態,而儲藏環境之變化會影響其最終產毒量。

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        玉米在穀倉中之微環境(microenvironment)中,因其呼吸作用之進行,增加水分含量,並產生熱點(heat spot),促使毒素之大量產生,雖可經強制驅風(force flow)以減少此情形之發生,但也供應黴菌生長所須之氧氣。

3.氧氣

        黴菌為絕對好氧性菌(obligate aerobic organism),故其增殖和生長可以在無氧狀況下被控制,但由於設備昂貴,故不切實際。黴菌可以在氧氣濃度低至4%時仍可行呼吸作用,降低氧氣量,增加二氧化碳量可以抑制黴菌之活動及產毒(14)。或使用氮氣填充穀倉至99%以上時,有排除水分及氧氣達到防黴之效果(表1)(1)

表一 玉   米  氮  儲  藏  前  後  之  黴  菌   比  較 。 ( 王 等 , 1980 )
儲                     藏                     前 儲                             藏                           後
採樣位置 編號 每克之黴菌數 採樣位置 儲藏方法 編號 每克之黴菌數

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

500以下

500以下

500以下

500以下

500以下

 

 

6

7

8

9

10

11

2550

3500

500以下

500以下

500以下

3950

儲    倉

出口處

1

2

200以下

200以下

   
*採樣日期:儲藏前為67年6月5日,儲藏後為67年8月5日;儲藏期間為2個月。

4.水活性

        當穀物水分含量超過13∼14%,相對濕度(RH)80∼85%時極適於黴菌之增殖(圖2)(55)。以水活性(Water activity, Aw)來表示基質水分(substrate moisture),更能充分表示環境中水分之分佈情形。

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        水活性乃指穀物或飼料中之水分在一定溫度下,具有一定之水蒸氣壓(water vapor pressure),其值與該溫度下純水之飽和水蒸氣壓值之比;或在一定溫度下,密閉穀倉中,達到平衡時的相對濕度之百分之一(1)

        水活性=穀物中水分之蒸氣壓(t℃)/純水之水蒸氣壓(t℃)

                    =平衡相對濕度/100

而黴菌可在不同水活性下生長(圖3)(37),有些黴菌如紅麴菌(Monasus sp.)可在Aw 0.62時生長。穀物中水分的移動是提供水分之另一來源,當穀物較外圍環境溫度低或高時,由於穀倉內之通風使水分產生移動或凝集。因此飼料或穀物儲藏於安全濕度,當水分重凝集時,黴菌會再生長。而澱粉質或蛋白質穀物經粉碎後,若飼料暴露在80%RH時,穀物表面水分由11%會經再水合作用(rehydration)升到18%(19)

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三、防黴劑的使用        

        近年來各種防黴劑被應用於飼糧中以為控制黴菌生長及防止黴菌毒素之形成。而防黴劑之作用取決於其在基質的分散度及穿透能力(12)。使用丙酸及龍膽紫,具有延遲黃麴毒素產生(54)及Aspergillus parasiticus芽孢生成之作用(15),且以丙酸之防黴效果優於丙酸鈣(40)。丙酸除可有效抑制黴菌外,對大腸桿菌群(coli form)及沙氏桿菌(18)之增殖亦有抑制作用。但使用此類有機酸因腐蝕性強,對操作人員頗具危險性,利用α-射線作為替代性防黴劑,可符合經濟及安全之需求(41)

四、吸附劑的使用

        防黴劑使用之最佳時機,應屬穀物採收直後之儲藏,由美國船運至台灣卸貨後,再行添加時效上有所不及,防黴劑使用增加成本負擔,且對穀物中已存在之黴菌毒素並無降解(degradation)作用。另外,雖可用氨化法(ammoniation)將之去毒(25,46),但此法尚未經美國食品藥物管理局(FDA)核准使用。

        使用各種吸附劑以吸附已存在於穀物或飼料中之黴菌毒素似乎是最後一道防線,利用吸附劑對黴菌毒素以特異性或非特異性吸附作用以降低其對畜禽之危害。研究發現沸石(50,53)、膠粘土(bentonite)(7,50),漂白土(bleaching clay)(43)等吸附劑可以除去於脂肪中及仔豬之T-2 toxin和Zearalenone之危害。此類吸附劑有一共同特徵;均為鋁矽酸鹽之化合物,使其具有離子交換之能力。

        Philips et al. (1987,1988)於生體外試驗發現明礬(aluminas)、沸石、矽石、葉矽酸鹽和經化學修飾葉矽酸鹽能與水溶液中黃麴毒素B1 (AFB1)結合並移除,且以經化學修飾之葉矽酸鹽效果最佳(圖4)。近來甚多報告指出水合鈉鈣鋁矽酸鹽(hydrated sodium calcium alumino silicate, HSCAS)用以改善黃麴毒素對畜禽之毒害作用,如在豬(20,22)、雞(28,31,49)、火雞(29)、羊(2,21)、貂(4)等(表2)。此種選擇性之化學吸附劑可在胃腸道內與黃麴毒素緊密結合形成穩定的HSCAS/aflatoxin複合物,從而降低黃麴毒素之生物可利用性(bioavailability)(42,43),據估計每毫克HSCAS可與483nm的AFB1結合。HSCAS之吸附作用僅對黃麴毒素呈特異性吸附,對T-2 toxin(27),赭麴毒素A(24)(ochratoxin A)、Diacetoxyscirpenol(30)等均無吸附效果。其可能之機制為黃麴毒素B或G系列(AFB1,B2,B2a,G1,G2,G2a)含有β-酮內酯環(β-ketolactone)或α-雙內酯環(α-bislactone)有較佳的吸附性,且黃麴毒素之β-carbonyl系統與HSCAS邊位(edge site)之金屬離子形成穩定化合物(47,48)。此外,HSCAS對日糧中Zn的利用率有降低作用(8),但對磷、錳、維生素A及B2之利用無影響(8,9),對體內礦物質代謝也僅些微影響(50)

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表二   不  同  動  物  使  用  水  合  鈉   鈣  鋁  矽  酸  鹽  (HSCAS)  及  其   他  吸 附  劑  對  各  種  黴  菌   毒  素  和  營  養  分  之  影  響
毒  素  及   營  養  素 動    物 處             理 效                                    果 引用文獻
營養分

錳,鋅,維生

素A、B2

 

黴菌毒素

高牛毛草中毒(Fescue)

黃麴毒素

 

 

 

橘毒素(citrinin)及

Oosporein

黃麴毒素

 

黃麴毒素

黃麴毒素

黃麴毒素

黃麴毒素

黃麴毒素

黃麴毒素

黃麴毒素

黃麴毒素

黃麴毒素+

Ochratoxin A

黃麴毒素+T-2 toxin

 

黃麴毒素+T-2

toxin+Ochratoxin A

黃麴毒素+Diacetox-

ysirpenol (DAS)

 

 

 

 

綿羊

 

 

 

 

 

火雞

豬.乳牛

大鼠-Rat

 

 

 

 

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%鈉粘土

各種膠粘土

1%Volclay

2%HSCAS

0.5%HSCAS

 

0.5%HSCAS

 

0.5%HSCAS

 

0.5%HSCAS

 

降低鋅利用率,對其他

營養分無影響

對磷利用無影響

 

 

不影響毒害作用

降低毒害作用

 

 

 

對毒害作用無效

 

HSCAS降低毒害作用

活性炭無效果

減輕毒害作用

降低毒害作用

降低毒害作用及AFM1

降低毒害作用

減輕黃麴毒素危害

降低毒害作用

降低黃麴毒素危害

減輕黃麴毒素危害

減輕黃麴毒素危害,對

Ochratoxin A僅少量作用

減輕黃麴毒素危害,對

T-2 toxin無效

減輕黃麴毒素危害,對T-

2 toxin及Ochratoxin A無效

減輕黃麴毒素危害,對

DAS毒害無影響

 

(8)

 

(8)

 

 

(2)

(49)

 

 

 

(59)

 

(28,31)

 

(11)

(29)

(20,22,34)

(4)

(33,34)

(35)

(57)

(21)

(24)

 

(27)

 

(13)

 

(30)

 

五 、營養分增強(Nutrient enriched)

        日糧中增加離胺酸(10)、甲硫胺酸(36,56),或提高蛋白質含量可增加混合功能氧化A(mixed function oxidase)之功能,促使AFB1轉化無毒代謝物(45)

        提高脂肪含量可降低雞隻之死亡率(17),另外,飲水添加抗生素與維生素混合物(60,61)或提高葉酸(34)維生素A及E(5),對黃麴毒素之危害均有改善作用。但無法由維生素之增加而改善黃麴毒素所誘發之脂肪肝(16,18)

六、結   論

        黴菌廣泛存在是不爭之事實,而水合性、氧氣、溫度、營養分是其生長的要因,任何能破壞四項要因之方法,均可用以控制黴菌的繁衍,故穀物正確倉儲之管理對黴菌之生長是必須。減少穀物運輸過程中機械性的傷害,以減少破碎粒與夾雜物的百分率,因破碎粒和夾雜物與黴菌生長有著密不可分的關係。

        防黴劑的使用也可防患於未然,以減少毒素的產生。Park et al., (1988)評估用來減少黃麴毒素或去毒方法之接受性,須符合幾點要求:

        (1)毒素須被非活化、破壞或移除

        (2)不產生或殘餘毒素於食品中

        (3)保留產品之營養價值及飼料可接受性

        (4)不造成飼料特性之變化

        (5)可以催毀黴菌孢子

        當懷疑飼料或穀物污染黃麴毒素時,可以利用HSCAS以減輕其毒害作用或日糧中增強營養分亦可提供保護。

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