摘要 水合铝硅酸钠钙(HSCAS)是从天然沸石中获取的一种具有吸附性的化合物,近年研究发现,HSCAS对黄曲霉毒素有很高亲和力,添加到动物饲料中可保护性地防止动物毒素中毒。本文着重对HSCAS的理化特性、在对抗黄曲霉毒素方面的主要机制、在不同动物(雏鸡、母牛、山羊、羔羊、水貂和猪)中的应用以及HSCAS的应用前景作一综述。
关键词 水合铝硅酸钠钙 黄曲霉毒素 霉菌毒素 吸附剂
霉菌毒素包括一族结构不同的由真菌在自然状态下产生的毒素,它们中的许多被喻为人和动物毒素的先祖,其中研究最为深入彻底的是黄曲霉毒素。它们是一组结构相似的多组分香豆素,由常见类型的曲霉所产生,在饲料中普遍存在。
解决黄曲霉毒素中毒问题的许多物理、化学及生物学方法在许多报道中提出,但大规模的实用而高效的方法尚未得到。近年来采用在粮中添加无营养活性的吸附剂以隔离毒素的方法,减少了胃肠道对毒素的吸收,避免了毒素的残留。HSCAS就是其中一种。
1 HSCAS的理化特性及其作用机理
1.l 理化特性
HSCAS取自天然沸石,具有对黄曲霉毒素高吸附能力的错硅酸盐。它是一种叶片状结构,缺乏正电荷,故具有吸附正电行及其阳离子化合物的潜能。该叶片状铝硅酸盐通过交联的硅酸盐四面体和交联的铝酸盐八面体的薄片的相互压缩而形成片层结构。沸石是一种具有通道结构的错硅酸盐,这些通道。充满水和磷及碱性土壤等交换阴离子,在合成沸石中,该种结构被称为分子筛。当这些通道允许水自由通过时,铝硅酸盐的吸附特性得以增强。
1.2 作用机理
最早关于
HSCAS吸附黄曲霉毒素的报道发表于1987年,从那时到现在已有关于该课题的几十报道,其中对其作用机理也作了一些合理的推测。Phillips等 (1987)简要地报道了HSCAS在体内和体外试验中所表现的吸附性能。他认为HSCAS是动物胃肠道的一种螯合剂,通过形成螯合物而吸附毒素含量分别为 20、80 μg/kg的鸡口粮中添加 0.l%-0.5%的HSCAS,能够降低黄曲霉毒素的生物利用率。他也认为HSCAS通过吸附作用而降低黄曲霉毒素的生物毒性的。
通过放射性同位素对黄曲霉毒素进行标记,并进行动物体内试验发现,在被测的38种不同的吸咐剂中(包括沸石、铝石、矾土、片层硅酸盐等),HSCAS具有最好的对黄曲霉毒素的吸附功能。研究认为,这是由于它能够同霉菌毒素形成最稳定的复合物(它能吸附溶剂中毒素总量的80%以上)。这种复合物在水溶液中时,当pH值为又 7.10温度为25℃和37℃时,表现最稳定。鉴于此试验,他们认为,这个吸附过程的潜在机制可能是分子间形成强化学键的化学吸附。此后,又有一种更为具体的作用机理被提出,即认为黄曲霉毒素β-羰基体系和HSCAS的不协调界面点铝离子形成稳定复合物。Phillips等(1990)报道,黄曲霉毒素BI和HSCAS的反应在30min时达到平衡,基于这种平衡结合实验的计算表明,每kg的HSCAS能够结合黄曲霉毒素的最大限度为200~232 nmol。Scheideler (1993)利用 HSCAS进行体内试验则得出干同的结果。他认为,HSCAS对黄曲霉毒素的吸附性能与溶液有关系,当试验溶液为含有392周龄雏鸡的肠内容物的水溶液时(含黄曲霉毒素100 mg/mL溶液), HSCAS仅能吸附 36.74%的放射性黄曲霉毒素BI,当试验溶液为含有黄曲霉毒素100 mg/mL的浓度为 80%的甲醇时,HSCAS对黄曲霉毒素BI的吸收率则为55%。
2 HSCAS在不同动物中的应用
2.l雏鸡
雏鸡日粮中污染黄曲霉毒素将引起抗体的一些毒性反应,而向饲料中添加适量的HSCAS能有效地减弱这些不良反应。
Davidson等(1987)证明,饲料中添加0.5%的HSCAS饲喂爱拨益加(AA)(试验中黄曲霉毒素含量为20μg/kg和80μg/kg),经14 d试验发现,黄曲霉毒素在鸡肝和血液中的生物毒性降低。Araba和Wyatt(1991)发现,当向黄曲霉毒素含量为5 mg/kg的饲料中添加 HSCAS饲喂雏鸡时,毒素毒性相对降低。
此外,HSCAS可以减弱雏鸡生长抑制。PhilllPS等(1988)发现,饲喂 0.5%的 HSCA给肉鸡和来航鸡可明显减弱因饲喂含有黄曲霉毒素的日粮(含量为75 mg/kg)而引起的生长抑制。Kubena等(1990)也从试验中发现相同结果。他向含有黄曲霉毒素(含量为75mgg)的饲料中添加0.5%的HSCAS饲喂雏鸡能够减少黄曲霉毒素BI引起的生长抑制作用。
2.2 母牛
Harvey等( 1991)证明,HSCAS能够减少饲料中黄曲霉毒素MI进入牛奶中的量。泌乳母牛饲喂200mg/Kg的黄曲霉毒素和0.5%的HSCAS的饲料7 d后,牛奶中黄曲霉毒素含量减少了24%,而当饲喂100mg儿g的黄曲霉毒素和 1.0%的HSCAS时,牛奶中黄曲霉毒素残留将减少40%。
2.3 山羊
Smith等(1994)在两个不同试验中证明,泌乳奶山羊日粮中添加HSCAS能够减少奶中黄曲霉毒素的含量。总黄曲霉毒素(其中79%黄曲霉毒素16%黄曲霉毒素4%黄曲霉毒素l%黄曲霉毒素)含量为200 pglkg时,添加4% HSCAS饲喂泌乳山羊sd后,能够使奶中黄曲霉毒素减少86.9%,而黄曲霉毒素含量为100 g时,添加1%-2% HSCAS饲喂山羊17 d,奶中毒素含量分别下降 9%-8.22%。山羊日粮中添加HSCAS虽不影响羊奶的品质,但影响山羊饲料摄入量和泌乳量。
2.4 羔羊
Harvey等( 1991)证明,HSCAS能够减少饲料中黄曲霉毒素MI进入牛奶中的量。泌乳母牛饲喂200mg/Kg的黄曲霉毒素和0.5%的HSCAS的饲料7d后,牛奶中黄曲霉毒素含量减少了24%,而当饲喂100mg/Kg的黄曲霉毒素和 1.0%的HSCAS时,牛奶中黄曲霉毒素残留将减少40%。
2.5 水貂
Bonna等(1991)进行了11周的试验,研究了HSCAS对被黄曲霉毒素所危害的水貂的影响。他们报道,0.5%的HSCAS能够防止含有 34 Pg/kg或 102Pg/kg黄曲霉毒素的饲料引起的水貂的死亡。HSCAS能够改善黄曲霉毒素引起饲料采食量和水貂体重下降的负面影响,但这些指标不能达到不含黄曲霉毒素的处理组。
2.6 猪
Harvey等研究表明,HSCAS处理的含黄曲霉毒素的日粮(其中黄曲霉毒素 3 mg/kg,添加0.5%HSCAS)和不含黄曲霉毒素的日粮组,猪体增重、饲料转化率、血液及血清生化指标、微观和宏观病理检查均没有差别,这些指标在只饲喂有黄曲霉毒素污染而无HSCAS添加的日粮组中却发生了极大改变。
Colvin等(1989)证明,生长猪日粮(含黄曲霉毒素 525 mg/kg)中添加 0.5% HSCAS饲喂 35d能够使黄曲霉毒素对肝增重及采食量的损伤性影响减少,猪尸体解剖进行肝病理检验发现,不含黄曲霉毒素组与经HSCAS处理后的组无差别,而不添加HSCAS的组则有一些组织清理学变化,如细胞核肿大等。
Lindemann等( 1989)发现,杂交猪饲喂 0.5%HSCAS(其中黄曲霉毒素BI含量为840 pg/kg)的日粮49 d日增重相对于不添加 HSCAS的日粮组有提高。HSCAS比叶酸和硒更能有效消除黄曲霉毒素毒性,并能更好地提高血液化学指标和细胞免疫功能。在另一个报道中,Lindemann等(1993)证明,在一个42d的试验中,HSCAS能够使日粮中黄曲霉毒素 BI(800 pg/kg)引起的负面影响得以改善。
另外,Beaver等(1990)发现,向黄曲霉毒素污染的饲料(含量为 524 Pg/kg BI+B2)中添加0.5%HSCAS能够明显降低黄曲霉毒素MI在生长肥育猪肝、肾及肌肉中的残留,并能降低肌肉和肾脏中黄曲霉毒素BZ的含量。
3 研究展望
利用吸附剂对抗霉菌毒素是一个全新的领域,它需要不断进行研究。对黄曲霉菌毒素的最初研究显示出该领域的巨大希望,这不仅表现在研究最为广泛的吸附剂HSCAS上,也表现在其它天然铝硅酸盐,如蒙脱石和斑脱岩。HSCAS对动物起保护作用的机制目前尚未完全弄清楚,主要的假定是吸附剂和毒素之间形成稳定的复合物,而这种复合物不能通过肠吸收黄曲霉毒素的最大量吸收位点——鲁米那屏障,因而这些毒素的生物毒性降低。用这种方式控制霉菌毒素的主要优点在于它能用于预防措施。
利用HSCAS或其他吸附剂复合物作为控制霉菌毒素的一种添加剂需要更深入的研究。研究重点集中于这些物质对机体必须营养物质如维生素和微量元素的利用的长期效应。如果因它们的长期添加而使动物不能获得足够的必须营养,那这种方法势必将对动物产生额外的影响,如降低生产性能等。若事实果真如此,当动物日粮中添加吸附剂时应同时增加维生素和微量元素的供应量。
虽然HSCAS在降低黄曲霉毒素毒性方面很有效,我们对这种吸附剂的效应不宜过于乐观。这是由于它可能对引起动物生产中其它严重问题的霉菌毒素没有效果。而只有当HSCAS具有吸附大量不同的霉菌毒素的能力时,利用吸附剂解决与动物生产相关的霉菌毒素的问题才可能被广泛用于生产。尽管如此,目前人们对HSCAS仍持有很大兴趣,研究将着眼于解决上述这些问题,同时确定HSCAS作用机制及调节,探索对抗黄曲霉毒素和其它毒素的新的吸附剂。