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1 新希望集团特邀讲座 霉菌毒素对饲料业的影响及应对措施 陈峰博士副教授上海交通大学生命科学与技术学院

2 目录 一 引言 : 霉菌毒素对饲料的污染二 谷物与饲料中常见的霉菌毒素三 霉菌毒素的污染程度四 全球对霉菌毒素的控制与立法现状五 霉菌毒素控制的 HACCP 系统六 霉菌毒素的去除措施

3 一 引言 : 霉菌毒素对饲料的污染 霉菌污染饲料后可使之饲用价值降低, 从而造成经济损失 一 由霉菌引起的饲料变质, 二 因霉菌产生的毒素而引起的动物中毒 三 霉菌毒素通过食物链而对人体产生危害

4 霉菌毒素的污染是一个全球性的问题 Mycotoxin contamination of food and feeds remains a world-wide problem 联合国粮农组织估计每年全球有多达 25% 的食品和饲料被污染 Photo from: Microbiology, 6th edition, McGraw Hill

5 1) 衡量霉菌毒素对饲料污染严重程度 一 饲料霉变程度 ; 二 饲料中霉菌毒素含量 三 动物的中毒频率

6 2) 饲料中常见的霉菌 : 曲霉属 (Aspergillus) 黄曲霉 赭曲霉 杂色曲霉 构巢曲霉 寄生曲霉和烟曲霉等 青霉属 (Penicillium) 岛青霉 桔青霉 黄绿青霉 红色青霉 扩展青霉 圆弧青霉 纯绿青霉和斜卧青霉等 镰孢菌属 (Fusarium) 禾谷镰孢菌 三隔镰孢菌 玉米赤霉菌 梨孢镰孢菌 尖孢镰孢菌 雪腐镰孢菌 串珠镰孢菌 拟枝孢镰孢菌 木賊镰孢菌 茄病镰孢菌 粉红镰孢菌等 其它产毒霉菌

7 3) 霉菌毒素的控制 : 原料质量关 : 防止饲料原料如玉米在生产前就霉变和带毒 ; 饲料的加工过程关 : 特别是控制好饲料的水分及高温制粒后的降温过程, 防止霉菌生长 贮藏和运输关 : 防止饲料因潮湿 高温 包装损坏 昼夜温差太大 雨淋等因素而霉变 ; 在饲料中加入足量的防霉剂, 防止毒素产生 在饲料中加入霉菌毒素吸附剂预防或清除毒素

8 目录 一 引言 : 霉菌毒素对饲料的污染二 谷物与饲料中常见的霉菌毒素三 霉菌毒素的污染程度四 全球对霉菌毒素的控制与立法现状五 霉菌毒素控制的 HACCP 系统六 霉菌毒素的去除措施

9 二 谷物与饲料中常见的霉菌毒素 各种霉菌可以产生多达数百种霉菌毒素 污染频率高的霉菌毒素 ( 按我国谷物 饲料中重要性排序 ): 黄曲霉毒素 玉米赤霉烯酮 单端孢霉烯族毒素 ( 包括脱氧雪腐镰刀菌烯醇 ( 即呕吐毒素 ) T-2 毒素 HT-2 毒素等 ) 赭曲霉毒素 A 棒曲霉毒素 伏马菌素 其它 : 展青霉毒素 杂色曲霉毒素 串珠镰刀菌素 三硝基丙酸等

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11 1 黄曲霉毒素 由黄曲霉和寄生曲霉所产生的一种对人类危害特别大的强烈致癌物质, 也是最常见的霉菌毒素 黄曲霉毒素在 1961 年首次从霉变花生粉中提取出来 它是指一类结构类似的化合物而非一种化合物

12 在各类黄曲霉毒素中, 黄曲霉毒素 B1 的毒性最大, 其次是 M1 G1 M2 B2 和 G2

13 黄曲霉毒素的理化特征 黄曲霉毒素耐热, 只有通过长时间高温 ( ) 作用, 如高压消毒和灼烧才能使其大部分失活 对强酸和强碱较敏感 在提炼油时, 用氢氧化钠萃取游离脂肪酸的工艺可以进一步破坏毒素的活性

14 黄曲霉毒素的分布 黄曲霉是温暖地区常见的占优势的霉菌 黄曲霉和寄生曲霉广泛存在于土壤 灰尘 植物及其果实上 特别是在热带和亚热带的核果类和谷类上更为常见

15 黄曲霉毒素的平均摄入量 Average aflatoxin intake: 典型欧洲饮食 :19ng/day, 典型远东饮食 :103ng/day.

16 黄曲霉毒素中毒症状 鸭雏经口 LD50= 0.294mg/kg 急性中毒 : 引起肝硬变和肝脏纤维样病变, 直至死亡 慢性中毒 : 毒素在肝脏 心肌和肌肉中逐渐积累而增强它的毒性 有很强的致癌性, 主要是诱发肝癌

17 禽类的黄曲霉中毒症状 主要症状为食欲减退, 羽翼下垂, 染病后昏睡死亡, 死时头脚向后伸 解剖可见肝出血 坏死, 肾肿大

18 2 玉米赤霉烯酮毒素 (ZEA) 一种镰孢菌毒素, 该毒素主要来源于玉米, 湿度 22%-25% 为其产生适宜条件 其他真菌毒素污染的指示物 在谷物中监测出这种毒素时, 往往意味着还有其他真菌毒素共生, 因此, 玉米赤霉烯酮对谷物和动物饲料的污染可以看作

19 ZEA 的毒性 一种雌性激素促进物 ZEA 毒性不算强 在低剂量摄入时, 可以导致乳腺和生殖器官肥大 性早熟 ; 在高剂量摄入时, 会干扰雌性动物的排卵 受孕 受精卵的固定 胚胎发育以及影响新出生动物的存活率 对猪 奶牛等家畜的繁殖产生严重影响

20 3 呕吐毒素 / 脱氧雪腐镰孢菌烯醇 也由镰孢菌产生, 属于单端孢霉烯族毒素, 是一种倍半萜烯 潮湿 温和多雨的气候利其生长 有研究认为 9d 以上的阴雨天和 21 的平均气温为其生长最适条件 猪对呕吐毒素最敏感, 半致死剂量为 0.1mg/kg 体重 ( 小鸡 LD 50 为 14mg/kg; 鼠 46mg/kg)

21 DON 对猪的毒性 DON 通常被认为与动物的拒食症有密切联系, 而且常出现呕吐症状 急性中毒 : 动物主要表现为站立不稳 反应迟钝 竖毛 食欲下降 呕吐等, 严重者可造成死亡 慢性中毒 : 体重减轻 肝脏损伤和肝肿瘤, 对动物睾丸 子宫 肾也有损害

22 DON 对鸡的影响 对肉鸡的影响 : 肉鸡似乎对 DON 不甚敏感, 在饲喂含 18mg/kg DON 的饲粮的肉鸡中未出现可察觉的病症, 而用含 9.18mg/kg 的饲粮喂时, 肉中不能检测到其存在 对种鸡生殖的影响 : 含呕吐毒素的饲料喂饲料母鸡, 母鸡下蛋孵出的小鸡有卵黄囊异常 泄殖腔闭锁 骨化延迟 心脏发育异常等

23 4 T-2 毒素 单端孢霉毒素 (Trichothecenes) 中最重要的毒素之一, 一种倍半萜烯 毒性强烈 : 1-12 ppb 水平的 T-2 毒素能显著降低猪的生产力和生育率 一般不在收获期产生, 而在谷物的保藏期出现 ( 尤其的较低温但水份较高时 )

24 T-2 毒素中毒 中毒症状 : 恶心 呕吐 食欲减退或拒食 倦怠 体重减轻 新生动物比成年动物敏感 主要作用于增殖活跃的细胞, 如骨髓 肝 黏膜上皮 淋巴等 小鸡 : 拒食 增重迟缓 正位反射失效 猪 : 呕吐 后肢麻痹 嗜睡 拒食 小鼠 : 皮毛蓬乱 腹泻 口周围发炎 体温过低

25 5 赭曲霉毒素 A 由多种生长在粮食 ( 小麦 玉米 大麦 燕麦 黑麦 大米等 ) 花生 蔬菜 ( 豆类 ) 等农作物上的曲霉和青霉产生的 可溶于极性有机溶剂, 微溶于水, 对热稳定性好 主要在低温地区的谷物类产品中常见

26 赭曲霉毒素 A 的毒性 具有强烈的肾毒性和肝毒性 大量的毒素也可能引起动物的肠黏膜炎症和坏死 有致畸作用 ( 遗传毒性 ) 经口 LD50: 狗 0.2 mg/kg bw, 猪 1 mg/kg bw, 鸡 3.3 mg/kg bw, 鼠 mg/kg bw. 狗与猪最为敏感.

27 6. 伏马菌素 1988 年首次发现于南非 由一些镰胞菌属真菌产生, 特别是 Fusarium verticilliodides, Fusarium proliferatum and Fusarium nygamai, 一些黑斑菌属真菌 ( Alternaria sp. ) 也可产生 伏马菌素中最常见的是伏马菌素 B1(FB1)

28 伏马菌素的毒性 动物肝脏和肾脏是 FB1 的主要攻击部位 在肾中, 主要影响肾小管细胞凋亡和细胞再生 有明显肝毒性 (hepatotoxicity ), 可增加肝癌发生率 啮齿类动物研究中发现,FB1 有株系与性别特异性

29 伏马菌素至少有 10 种 伏马菌素的结构 : FB1 and FB2: (FB1,R=-OH; FB2,R=H)

30 伏马菌素的毒性 可引起马的脑软化症和猪的胸膜积水和肺水肿. 具有肝毒性与肾毒性, 还可影响免疫系统 引起人的的食道癌

31 7. 麦角碱类 属吲哚生物碱类, 与麦角酸有共同结构的所有生物碱 该毒素产生于麦角属 ( Claviceps) 的菌核中

32 麦角碱的毒性 主要的敏感动物包括牛 羊 猪和鸡 麦角中毒的临床症状有 : 坏疽, 流产, 痉挛, 抑制泌乳, 过敏症和代谢失调

33 8. 展青霉素 许多青霉能产生展青霉素, 它们主要生长在水果上 扩展青霉的生长和产毒素的温度范围同样很宽, 为 0-40, 最佳温度为 20-25, 最适产毒的 ph 范围是 溶于水 乙醚 丙酮等, 不溶石油醚

34 中毒症状 以神经中毒症状为主要特征 : 全身肌肉震颤痉挛 对外界刺激敏感性增强 狂噪 后躯麻痹 跛行 心跳加快 粪便较稀 溶血检查阳性等 引起动物的胃肠道功能紊乱和各种不同器官的水肿和出血

35 目录 一 引言 : 霉菌毒素对饲料的污染二 谷物与饲料中常见的霉菌毒素三 霉菌毒素的污染程度四 全球对霉菌毒素的控制与立法现状五 霉菌毒素控制的 HACCP 系统六 霉菌毒素的去除措施

36 三 霉菌毒素的污染程度 从公开文献的数据来分析 :

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38 DON, deoxynivalenol; NIV, nivalenol; ZEN, zearalenone Data from: C.M. Placinta et al. Animal Feed Science 陈峰, and 上海交通大学生命科学与技术学院 Technology 78 (1999) 21-37

39 呕吐毒素与玉米赤霉烯酮 (DON/ZEN) 波兰 : 最高 927 mg/kg 的 DON 可在玉米粒和玉米芯中检出 德国 波兰 日本 新西兰 美国 阿根廷 : 最高 40 mg/kg 的 DON 可在小麦中检出 挪威 日本 美国 : 最高 71 mg/kg 的 DON 可在大麦中检出 日本 : 大麦中可检出 15 mg/kg 的 ZEN 新西兰 : 玉米中可检出 10.5 mg/kg 的 ZEN Data from: C.M. Placinta et al. / Animal Feed Science 陈峰, and 上海交通大学生命科学与技术学院 Technology 78 (1999) 21-37

40 伏马菌素 B1(FB1) 南非的配合饲料中最高可检出 FB μ g/kg 泰国和中国的玉米中最高可分别检出 FB and μ g/kg 阿根廷的玉米中主要的伏马菌素是 FB2, 最高可达 μg/kg. Data from: C.M. Placinta et al. / Animal Feed Science 陈峰, and 上海交通大学生命科学与技术学院 Technology 78 (1999) 21-37

41 目录 一 引言 : 霉菌毒素对饲料的污染二 谷物与饲料中常见的霉菌毒素三 霉菌毒素的污染程度四 全球对霉菌毒素的控制与立法现状五 霉菌毒素控制的 HACCP 系统六 霉菌毒素的去除措施

42 四 全球对霉菌毒素的控制与 立法现状 1. 各大洲对霉菌毒素的立法差异

43 建立国际通用标准的难度 国际标准的建立是极为困难的, 因为它不仅仅需要基于毒素对人体的潜在危害, 还与政治及经济因素有关 国际上有关食品与饲料的立法 : 食品法典 (Codex Alimentarius) ( 由食品法典委员会 CAC 负责 ). 食品中污染物与毒素的通用标准 (The Codex General Standards for Contaminants and Toxins in Food, GSCTF)

44 亚太地区对食品中真菌毒素的立法情况

45 亚太地区对饲料中真菌毒素的立法情况

46 欧洲对食品中真菌毒素的立法情况

47 欧洲对饲料中真菌毒素的立法情况

48 北美对食品中真菌毒素的立法情况

49 北美对饲料中真菌毒素的立法情况

50 2 世界各国对不同毒素的限量 情况

51 世界各国对奶牛饲料中黄曲霉毒素总量的限值情况 : 限值标准的整个分布情况较为均匀, 其中使用国家最多的限值是 20 微克 / 千克

52 世界各国对谷物中赭曲霉素 A 的限量情况 使用国家最多的限值是 5 微克 / 千克

53 世界各国对谷物中脱氧雪腐镰刀菌烯醇的限量情况 使用国家最多的限值是 750 微克 / 千克

54 世界各国对玉米和其他谷物中的玉米赤霉烯酮的限量情况 使用国家最多的限值是 1000 微克 / 千克

55 世界各国对玉米中伏马菌素的限量情况 使用国家最多的限值是 1000 微克 / 千克

56 中国食品中霉菌毒素限量标准 (μg/kg)

57 欧盟饲料中霉菌毒素限量标准 (μg/kg)

58 美国饲料中霉菌毒素限量标准 (μg/kg) corn and peanut products intended for finishing (i.e., feedlot) beef afla B 1 B 2 G 1 G 2 cattle 300 cottonseed meal intended for beef cattle, swine, or poultry 300 corn or peanut products intended for finishing swine of 100 pounds or greater corn and peanut products intended for breeding beef cattle, breeding swine, or mature poultry corn, peanut products, and other animal feeds and feed ingredients, excluding cottonseed meal, intended for immature animals corn, corn products, cottonseed meal, and other animal feeds and feed ingredients intended for dairy animals, for animal species or uses not specified above, or when the intended use is not known grains and grain byproducts destined for ruminating beef and feedlot cattle older than 4 months and for chickens afla B1B2G1G2 DON grain and grain byproducts destined for swine 5000 grain and grain byproducts for all other animals 5000 corn and corn byproducts intended for equids and rabbits fumonisins 5000 corn and corn byproducts intended for swine and catfish B 1 B 2 B corn and corn byproducts intended for breeding ruminants, breeding poultry and breeding mink (includes lactating dairy cattle and hens laying eggs for human consumption) ruminants >3 months old being raised for slaughter and mink being raised for pelt production fumonisins B 1 B 2 B poultry being raised for slaughter all other species or classes of livestock and pet animals 10000

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60 目录 一 引言 : 霉菌毒素对饲料的污染二 谷物与饲料中常见的霉菌毒素三 霉菌毒素的污染程度四 全球对霉菌毒素的控制与立法现状五 霉菌毒素控制的 HACCP 系统六 霉菌毒素的去除措施

61 五 霉菌毒素控制的 HACCP 系统 HACCP : a hazard analysis critical control point 危害分析与关键控制点

62 如何实现 HACCP 体系 (FAO,2001) 1. 危害分析 : 找出潜在的危险, 即找出霉菌毒素或霉菌感染可能发生的地方, 评估相关的风险, 并说明预防措施 2. 关键控制点 : 确定需要对霉菌污染加以监测的材料或过程 3. 临界点限制 : 确定最高可接受的毒素水平 ( 临界点 ) 4. 监测程序 : 制定程序, 监测关键控制点, 例如 : 进行取样, 样品制备, 分析测试等

63 如何实现 HACCP 体系 (FAO,2001) 5. 纠正行动 : 建立一个纠正程序, 如果监测到一个关键控制点偏离限定值则采取行动, 例如建立防止真菌感染的检测计划, 建立适当的卫生程序, 并制定解毒策略 6. 核查程序 : 建立验证程序以确认 HACCP 计划的有效性, 例如 : 审计计划, 取样计划和测试计划 7. 文件和记录保持 : 对所有程序及其记录建档

64 目录 一 引言 : 霉菌毒素对饲料的污染二 谷物与饲料中常见的霉菌毒素三 霉菌毒素的污染程度四 全球对霉菌毒素的控制与立法现状五 霉菌毒素控制的 HACCP 系统六 霉菌毒素的去除措施

65 六 霉菌毒素的去除措施 1 关于轻度霉变原料的再利用 1) 混合稀释法 : 将霉变饲料与未霉变饲料进行简单地混合, 以降低饲料中霉菌毒素浓度 操作简单, 成本低, 但未从根本上解决问题, 由于饲料中的毒素依然存在, 仍可被动物吸收

66 1 关于轻度霉变原料的再利用 2) 化学降解法 : 采用氢氧化钠 氨 次氯酸钠 氯气等化学物质对霉变饲料进行处理, 使毒素分解, 以降低毒性 成本较高, 操作困难, 特别是在处理时营养物质会被破坏而使饲料的营养价值和适口性降低

67 1 关于轻度霉变原料的再利用 3) 吸附法 : 在饲料中添加可以吸附霉菌毒素的物质, 使毒素在经过动物肠道时不被动物所吸收, 直接排出动物体外 这是目前饲料工业中较为成熟可行的毒素解毒方法

68 在饲料中添加可以吸附霉菌毒素的物质, 使毒素在经过动物肠道时不被动物所吸收, 直接排出动物体外

69 2 霉菌毒素吸附剂的作用原理 1) 毒素吸附剂均为大分子物质, 不能被动物消化和吸收, 其表面可吸附毒素 2) 世界性的难题 : 特异性吸附与广谱性的统一

70 3 霉菌毒素吸附剂的类型 1) 铝硅酸盐类的毒素吸附剂, 2) 酵母细胞壁成份 / 葡甘露聚糖类 3) 其它合成的高分子聚合物

71 1) 改性的铝硅酸盐类 : 水合铝硅酸盐 天然铝硅酸盐改性后可改善它对霉菌毒素的选择性吸附能力 如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

72 改性铝硅酸盐的广谱吸附性问题 吸附力排序 : 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 对玉米赤霉烯酮 赭曲霉毒素 A T-2 毒素及双乙酸基镰刀菌醇的吸附效果不佳

73 2) 酵母细胞壁成份 / 葡甘露聚糖类 细胞壁上的多糖通过氢键 离子键和疏水作用力吸附毒素 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

74 3) 人工合成高分子材料 随着对霉菌毒素吸附剂研究的深入, 将会有更多的新产品被开发出来, 主要是一些高分子材料

75 4) 活性炭可用于吸附毒素吗? 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 ; 体内试验 ( 喂养 ) 中表现不佳, 原因是选择吸附能力较差, 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 结论 : 不可用于饲料中的毒素吸附

76 5) 沸石 / 硅藻土等可用于吸附毒素吗? 天然铝硅酸盐如沸石 蒙脱石 硅藻土 高岭土等, 对霉菌毒素有一定的选择吸附能力 天然铝硅酸盐矿物吸附力小, 效率低, 占饲料容量大, 对营养物质有吸附, 效果不好 结论 : 没有解决特异性吸附的问题, 是一种假劣吸附剂产品

77 理想状态 : 广谱性与特异性吸附的统一 由于毒素与营养物质结构的复杂性, 这一问题目前不可能完成解决 ; 但可以部分解决 特异性吸附的要点在于特异性位点 ( 只针对某类毒素 ) 广谱性吸附的要点在于增加多种的特异性位点 复配多种专一性强的吸附剂是方向

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79 4 关于微生物降解或酶解法 原理 : 用微生物 ( 细菌 ) 产生的酶来分解霉菌毒素 ; 或直接用微生物来降解霉菌毒素 优点 : 直接去除 缺点 : 分解后的产物是否无毒? 目前,FDA 尚未批准此类产品在饲料中的使用

80 References CAST Report, Mycotoxins: risks in plant, animal, and human systems. In: Richard, J.L., Payne, G.A. (Eds.), Council for Agricultural Science and Technology Task Force Report No. 139, Ames, Iowa, USA, ISBN CODEX: CAC/RCP , Code of practice for prevention and reduction of mycotoxin contamination in cereals. Eva M. Binder, Managing the risk of mycotoxins in modern feed production, Animal Feed Science and Technology (2006), doi: /j.anifeedsci Food and Agriculture Organisation, Manual on the application of the HACCP system in mycotoxin prevention and control. FAO Food and Nutrition Paper 73. ISSN Food and Agriculture Organisation, Worldwide regulations for mycotoxins in food and feed in 2003 Food and Agriculture Organisation, 2004.Worldwide regulations for mycotoxins in food and feed. FAO Food and Nutrition Paper 81. Rome 陈峰, 李太翔, 刘凯丽 霉菌毒素脱毒剂的研究进展 饲料研究,2004,10: 陈峰, 李志鲜, 李太翔 霉菌毒素对饲料的影响及其控制 中国饲料添加剂, 2005,5:1-5

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