饲料中产毒性霉菌之生长与控制

中国水产门户网报道　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后约25％受到霉菌毒素之污染，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。
　　
　　动物所采食饲料过程有可能采食到霉菌毒素，故霉菌毒素污染亦是相当重要之公共卫生问题。
　　
　　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。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虫害，更会加速连霉菌的生长。Bullerman et al. (1984)指出玉米受干旱性紧迫(drough stress)、虫害、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。
　　
　　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，黄曲菌属(Aspergillus)和青霉菌属(Penicillum)喜于温暖情况下生长而镰刀形霉菌属(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℃，在实验室培养时，最佳的黄曲毒素产生量为25℃，而在7.5℃以下或高于40℃未见有毒素的生成，温度周期性变化亦有助于黄曲毒素的产生，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，但由于设备昂贵，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。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。
　　
　　4.水活性
　　
　　当谷物水分含量超过13～14％，相对湿度(RH)80～85％时极适于霉菌之增殖。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。
　　
　　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，有些霉菌如红曲菌(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，由于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于安全湿度，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后，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％。原料由作物生长,收割到粉碎制成饲料霉菌随其共生排毒之相互关系. 在质量监控系统中有6 SIGMA (百万分之3.4不良率之品控管理)之方式进行企业生产标准, 毒素管理也应运用此概念来操作.
　　
　　三、防霉剂及特异性毒素酶制剂的使用
　　
　　近年来各种防霉剂被应用于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于其在基质的分散度及穿透能力。使用丙酸及龙胆紫，具有延迟黄曲毒素产生及Aspergillus parasiticus芽孢生成之作用，且以丙酸之防霉效果优于丙酸钙。丙酸除可有效抑制霉菌外，对大肠杆菌群(coli form)及沙氏杆菌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。
　　
　　四、吸附剂的使用
　　
　　防霉剂使用之最佳时机，应属谷物采收直后之储藏，由美国船运至台湾卸货后，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，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于谷物或饲料中之霉菌毒素似乎是最后一道防线，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、胶粘土(bentonite)，漂白土(bleaching clay)等吸附剂可以除去于脂肪中及仔猪之T-2 toxin和Zearalenone 之危害。此类吸附剂有一共同特征；均为铝硅酸盐之化合物，使其具有离子交换之能力。
　　
　　Philips et al. (1987,1988)于生体外试验发现明矾(aluminas)、沸石、硅石、叶硅酸盐和经化学修饰叶硅酸盐能与水溶液中黄曲毒素B1 (AFB1)结合并移除，且以经化学修饰之叶硅酸盐效果最佳。近来甚多报告指出水合钠钙铝硅酸盐(hydrated sodium calcium alumino silicate, HSCAS)用以改善黄曲毒素对畜禽之毒害作用，如在乳牛、猪、鸡、羊等。此种选择性之化学吸附剂可在胃肠道内与黄曲毒素紧密结合形成稳定的HSCAS-aflatoxin复合物，从而降低黄曲毒素之生物可利用性(bioavailability)，据估计每毫克HSCAS可与483nm的AFB1结合。HSCAS 之吸附作用仅对黄曲毒素呈特异性吸附，对T-2 toxin，赭曲毒素Ａ(ochratoxin A)、Diacetoxyscirpenol等均无吸附效果。其可能之机制为黄曲毒素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，且黄曲毒素之β-carbonyl系统与HSCAS边位(edge site)之金属离子形成稳定化合物。此外，HSCAS对日粮中Zn的利用率有降低作用，但对磷、锰、维生素A及B2之利用无影响，对体内矿物质代谢也有些微影响。利用基因克隆生产特殊酶制剂方法是最新之方法可以达到高效与迅速降解毒素之效果。
　　
　　五、营养分增强(Nutrient enriched)
　　
　　日粮中增加离胺酸、甲硫胺酸，或提高蛋白质含量可增加肝脏解毒能力，促使AFB1转化无毒代谢物。另外，饮水添加抗生素与维生素混合物或提高叶酸、维生素A及E，对黄曲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曲毒素所诱发之脂肪肝。
　　
　　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于未然，以减少毒素的产生。Park et al., (1988)评估用来减少黄曲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)不产生或残余毒素于食品中
　　
　　(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