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    食品与饲料中霉菌毒素的微生物脱毒研究进展

    放大字体  缩小字体 发布日期:2010-04-22  浏览次数:1363
    核心提示:霉菌毒素是在结构上差异巨大的一类小分子量化合 物,由微生物经过次生代谢过程产生,对食品与饲料的 污染十分常见,广泛存在于各种物料、食品及饲料中。 据估计,目前已经有大约100000种霉菌已经被鉴定,其 中400种左右对人类具有潜在的毒性,这些有潜在毒性 的霉菌中

        霉菌毒素是在结构上差异巨大的一类小分子量化合 物,由微生物经过次生代谢过程产生,对食品与饲料的 污染十分常见,广泛存在于各种物料、食品及饲料中。 据估计,目前已经有大约100000种霉菌已经被鉴定,其 中400种左右对人类具有潜在的毒性,这些有潜在毒性 的霉菌中又有5%左右可以产生有毒物质[1].年均气温较 高的国家和地区这一问题尤其严重,如中国正处于亚热 带地区,各地区的种植水平差异很大,粮食贮运条件参 差不齐,因此由霉菌毒素导致的人或动物急性、慢性中 毒较为常见。

        1 霉菌毒素的危害

        食品与饲料被霉菌污染后,可引起两者的变质,还 可因霉菌产生的毒素而引起动物或人中毒。霉菌污染饲 料后可使之饲用价值降低,甚至完全失去商品价值,从 而损失巨大。饲料中的霉菌毒素还可通过食物链对人体 产生危害。

        霉菌毒素对人及动物的危害性已经被人们所公认。 它可以引起一系列严重的生理和生物毒害,如致癌性(黄 曲霉毒素、褚曲霉毒素和伏马霉素)、致突变性(黄曲霉 毒素和柄曲霉毒素)、致畸胎性(褚曲霉毒素)、致雌激 素异常(玉米赤霉烯酮)、致出血(单端孢霉烯族毒素)、 免疫毒性(黄曲霉毒素和褚曲霉毒素)、肾毒性(褚曲霉 毒素)、肝毒性(黄曲霉毒素)、皮肤毒性(单端孢霉烯 族毒素)及神经毒性(麦角碱),另外还有些具有细胞毒 性[2].

        2 霉菌毒素的去除策略

        从理论上来说,要防止霉菌毒素污染食品或饲料, 有四种可能的途径:一是防止污染的发生,即使用防腐 剂或防霉剂来防止霉菌在食品或饲料中生长;二是对霉 菌毒素所污染的食品或饲料进行脱毒处理;三是防止动 物肠道对霉菌毒素的吸收(即使食品或饲料中仍有毒素 存在);四是通过促进霉菌毒素在动物体内的降解或排泄,从而使动物在吸收霉菌毒素之后也不出现中毒反应,并 且不会造成霉菌毒素在其体内的积累(这样才能防止霉 菌毒素通过食物链对人类造成伤害).

        一种脱毒方法是否真正有效并可以应用,应该取决 于以下几点[3~6]:霉菌毒素转化成一种无毒的化学物质 而失活或去除(在物理吸附法中,霉菌毒素通过与吸附剂大分子形成复合物而失活);霉菌的孢子和菌丝体被破坏,从而使新的毒素不能形成;食品或饲料中的营养价值在处理过程中应该得以保存;物料的物理特性或外观不能发生明显的改变;经济上可行,即脱毒过程所带来 的经济上的好处应大于花费。

        微生物脱毒法利用一些特定的微生物或它们产生的 酶来降解霉变饲料中的霉菌毒素,将这些微生物加入食 品原料或饲料当中,从而实现霉菌毒素的温和降解。例 如,已经有人采用来自微生物Exophiala spinifera产生 的酶来对伏马菌素(fumonisin)脱毒并申请了专利[7~8]. 目前这类方法正在被广泛地研究。许多专家认为,微生 物脱毒法是一种较好的脱毒方法,它可以在一种温和的 环境和条件下(避免高温、强酸、强碱),达到去除霉菌 毒素的目的。这一过程中,无需带入有毒有害的化学物质, 同时还尽可能地减少了食品和饲料中营养物质的损失[6].

        3 霉菌毒素的微生物脱毒

        3.1酵母发酵去除霉菌毒素

        通过发酵去除谷物中的霉菌毒素的想法最早出现在 20世纪80年代。Bennet等[9]研究了使用玉米赤霉烯酮 污染的玉米发酵生产酒精,结果发现获得的酒精中不含 有霉菌毒素。遗憾的是,发酵剩余的酒糟仍然具有玉米 赤霉烯酮的毒性。有研究发现一些微生物(包括了酵母、 霉菌及细菌)可以将玉米赤霉烯酮转化为α-玉米赤霉 烯醇及β-玉米赤霉烯醇;但这种转化尚不能认为是一 种脱毒过程,因为后两者与前者一样具有生殖毒性[10]. Sawinski-Acsadi[11]采用F-2毒素污染的玉米为底物进 行发酵,结果发现毒素量下降到初始值的十分之一。棒 曲霉毒素也可被数种酵母菌所降解[10],Moss和Long[12] 对酿酒酵母分解棒曲霉毒素的终产物进行了研究。

        在某些情况下,酵母对霉菌毒素的影响可能与酵母细胞壁表面的葡甘聚糖有关。酵母或酵母的细胞壁成份 可作为霉菌毒素吸附剂使用[13~14].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10min内达到,在这一点它比铝硅酸盐类吸附剂 有优势[15].

        酵母发酵过程也可能对霉菌毒素有直接的降解作用。 Flesch等[16]的研究表明,在葡萄汁的乙醇发酵过程中, 单端孢菌素可以被部分转化为毒性略大或略小的毒素, 毒素当中的一部分(大约20%)可被酵母吸收。在另一 个研究中,Scott等[17]以加入了褚曲霉毒素A和伏马菌 素B 1 和B 2 的基质进行了8d发酵,其中使用了3种不同 的酵母菌株(均为Saccharomyces属),结果三种毒素分 别下降了13%、28%和17%(最大值).以上结果表明, 虽然目前酵母发酵脱毒尚不能达到理想的结果,但该方 法已经显现出了潜在的应用价值。

        3.2非产毒霉菌发酵去除霉菌毒素

        Park等[18]在研究一种韩国发酵豆制品时发现,这 种豆制品的天然发酵过程中有约20种不同的霉菌参与, 其中米曲霉、青霉、毛霉和根霉是其中的优势真菌。在 发酵的前三四周(块状发酵阶段),发酵制品中的黄曲霉 毒素B 1 及G 1 出现了明显增加;在其后进行的盐水浸泡 发酵阶段中,黄曲霉毒素则被迅速降解。盐水浸泡发酵 阶段二个月后,黄曲霉毒素的量已经降至最初毒素量的 10~20%,而第三个月时黄曲霉毒素已经被几乎完全降 解。这一试验表明,在天然发酵食品的制备过程中,存 在着有效的降解霉菌毒素的微生物或生化过程。如果能 对这一过程加以深入研究,就可能找到一种有效的食品 /饲料脱毒方法。

        赭曲霉毒素A(OA)可由曲霉产生[19],但一部分 非产毒曲霉(如Aspergillus niger)可以降解OA[20]. Varga等共对70株曲霉进行了研究,发现有一株 A.japonicus和两株A.niger可以降解/部分降解赭曲 霉毒素A.在对A.niger CBS 120.49株的研究中发现, 它在液体培养基中分解OA较慢,OA可以在7d内全部 转化为毒性较低的化合物赭曲霉毒素α,赭曲霉毒素α 的量在发酵前6d逐渐增加,但在随后的10d培养中被 进一步降解至痕量。而在固体培养中,OA的降解速度 要快得多,OA含量可在2d内降解到初含量(500ng/ mL)的20%以下,而5d内OA就可全部转化为赭曲霉毒素α。

        Varga等[21]对根霉属(Rhizopus)不同种的共55 个菌株进行了研究,这55个菌株中未发现可以降解黄曲 霉毒素的菌株,但有不少根霉菌株可以分解赫曲霉毒素、 玉米赤霉烯酮和棒曲霉毒素。其中可以降解赭曲霉毒素 的有R.stolonifer,R.microsporus,R.homothallicus,R. oryzae,以及四株未鉴定到种的根霉株系。在试验中,有 一根霉株系可以在16d内将赭曲霉毒素A降解95%以上; 一株R.stolonifer则可有效地降解潮湿小麦中的赭曲霉毒 素A.

        3.3 细菌降解霉菌毒素

        还有许多研究发现细菌在去除霉菌毒素过程中的作 用,如黄杆菌属的Flavobacterium aurantiacum可以去 除牛奶、植物油、玉米、花生、花生脂和花生奶中的黄 曲霉毒素[22~24].Line等[25~27]对该菌降解黄曲霉毒素 B 1 的机理进行了研究,放射性同位素14C试验表明,有 活性的黄杆菌细胞可以快速地将黄曲霉毒素B 1 (可溶于 氯仿)转化为水溶性的化合物。试验6h后,活细胞试 验组结果只有24.1%的放射性保留在氯仿层中;而无细 胞的空白试验组则不会产生任何水溶性化合物(即放射 性全部保留在氯仿层中);灭活的黄杆菌细胞对照组则有 99.7%的放射性保留在氯仿层中,且不产生水溶性的化 合物。这一结果表明,活的和死的黄杆菌细胞均可吸收 毒素,但死细胞是通过物理吸附而去除部分黄曲霉毒素 B 1 (无水溶性化合物产生),而活细胞则可通过化学作用 方式降解黄曲霉毒素B 1 (产生水溶性的转化物).有研究表明,黄杆菌对毒素的降解能力可能受微量金属元素的影响[28].

        丁酸弧菌属的Butyrivibrio fibrisolvens可以降解 包括OA在内的多种霉菌毒素[29].可降解OA的细菌 还有乳酸杆菌、链球菌及双岐杆菌[30]和不动杆菌属的 Acinetobacter calcoaceticus[31].

        在肠道微生物降解霉菌毒素方面,来自反刍动物如 牛和羊的瘤胃细菌可以有效地降解黄曲霉毒素、赭曲霉 毒素、玉米赤霉烯酮等毒素[32~35].有研究表明小鼠盲肠 及大肠的微生物[36]和人的肠道微生物菌群也可以部分降 解某些霉菌毒素[37].

        3.4与霉菌毒素脱毒有关的酶

        目前在这一方面的研究还比较少,但随着对脱毒微 生物研究的深入,将有越来越多的微生物脱毒机理及与 此相关的酶被发现。

        在玉米赤霉烯酮的脱毒研究中,Takahashi-Ando等[38]发现螺旋聚孢属中的Clonostachys rosea可将玉米 赤霉烯酮转化为另一种毒性较低的化合物,而其中起作用的是一种水解酶lactonohydrolase,并对该酶进行了纯化和基因的克隆。Stander等[39~40]对商品酶制剂对OA 的水解能力进行了筛选,发现来自黑曲霉的酯酶对OA 有水解作用;该研究小组在后来的研究中又发现羧肽酶 可以降解OA,并对其机理进行了研究。

        随着相关研究的展开,已经有越来越多的细菌被发现与霉菌毒素的脱毒有关。更深入的研究可能会发现更高效、更易于应用的细菌或酵母。

     
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