霉菌毒素吸附劑的研究現狀與進展

毒可凈 · 發表于 2009-6-20 14:55:12

　　有多種物質可以用于霉菌毒素的吸附，許多研究者對它們的吸附能力、吸附特異性和吸附機理進行了研究。這些通過物理吸附作用來脫毒的物質是通過釋放自由能（ΔG）來提供吸附所需能量的。最重要的吸附特征是這些吸附劑的物理結構，這包括它的總電荷量、電荷的分布、孔隙的大小及可用的表面積（比表面積）。同樣的，要被吸附的毒素分子的極性、可溶性、分子大小、分子形狀、電荷分布等特征在吸附過程中也是至關重要的。相對于體外吸附試驗而言，體內試驗（喂養試驗）中吸附劑對霉菌毒素的吸附量難以測定和計算。這樣，各吸附劑的吸附效能只能通過動物的表現來反應，如體重的增加、料肉比、死亡率，血液、組織或器官中毒素的濃度等指標。體外試驗往往不能反映出這些吸附劑的吸附選擇性，一旦它們加入谷物或飼料中，某些營養成份也可被它們吸附，而這些營養成份在基質中的濃度遠高于其中的毒素濃度，結果吸附劑被營養成份飽和而不能吸附毒素。
　　目前用于物理吸附的物質主要是鋁硅酸鹽類的毒素吸附劑（Huwig et al, 2001），活性碳也可用于棒曲霉毒素（Mutlu and Gokmen, 1998）和赭曲霉毒素A（Galvano, 1998）的吸附，有不少研究者也利用酵母細胞壁成份來吸附霉菌毒素（Yiannikouris et al, 2003）。
   活性炭是一種具有高比表面積的多孔不溶性粉末狀物質，它的比表面積可以達到500-3500 m2/g。在體外試驗中，活性炭對霉菌毒素可以表現出較好的吸附脫毒作用（Galvano, 1997; Galvano, 1998; Bauer, 1994）；但在體內試驗（喂養）中，不同的研究結果給出了不同的結論（Hatch et al, 1982; Edrington et al, 1996, 1997; Bauer, 1994），這可能是由于活性炭的選擇吸附能力較差，被飼料中的某些營養成份所飽和而失出了對毒素的吸附力。活性炭對土霉素具有很強的吸附能力（Alegakis et al, 2000），這也表明它的選擇吸附能力較差。
   天然鋁硅酸鹽如沸石、蒙脫石、硅藻土、高嶺土等，因為具有較大的比表面積和離子吸附能力，對霉菌毒素有一定的選擇吸附能力而引起研究者的興趣。將鋁硅酸鹽礦物用于霉菌毒素吸附的研究最早始于20世紀70年代（Masimango et al, 1978; Mumpton and Fishman, 1977），不過，天然鋁硅酸鹽礦物吸附力小，效率低，占飼料容量大，對營養物質有一定吸附，因而直接用于飼料效果不好。對天然的鋁硅酸鹽進行改性后可以性善它對霉菌毒素的選擇性吸附能力。如提取自沸石的水合鋁硅酸鈉鈣對黃曲霉毒素B1有較好的選擇性吸附能力（Ramos and Hernández, 1997；Philips, 1998；王彥波等，2002；齊德生等，2002）。在黃曲霉毒素B1的吸附試驗中，未處理的斑脫土、水合鈣斑脫土、水合鈉斑脫土、水合鈉鈣斑脫土的吸附能力分別是67.39%，55.51%，80.83%和68.55%（Chaturvedi et al, 2002）。
   大量研究表明，水合鋁硅酸鈉鈣對其它幾種主要的霉菌毒素吸附能力不是太好，如對玉米赤霉烯酮（Bursian et al, 1992）、赭曲霉毒素A（Huff et al, 1992; Bursian et al, 1992; Bauer, 1994;）、T-2毒素（Kubena et al, 1990）及雙乙酸基草鐮刀菌醇（diacetoxyscirpenol）（Kubena et al, 1993a）的吸附效果不佳。這是因為霉菌毒素是一大類具有不同的功能基團的復雜的有機化合物，不同的霉菌毒素具有完全不同的理化性質。例如，黃曲霉毒素的基本結構單位是一個雙氫呋喃環和一個氧雜萘鄰酮；玉米赤霉烯酮是一種二酚化合物；赭曲霉毒素A是具有羧基和酚基基團的化合物；T-2毒素和脫氧雪腐鐮孢菌烯醇是倍半萜烯化合物。基于粘土類礦物（蒙脫石或沸石）的吸附劑具有親水性的負電荷表面，適于吸附帶有極性基團的霉菌霉素，如黃曲霉毒素；而那些極性不強的霉菌毒素（如玉米赤霉烯酮和赭曲霉毒素）則不易被這些礦物所吸附（Santin et al, 2002）。對硅藻土的吸附性能研究表明，它對各種毒素的吸附力排序是：黃曲霉毒素B1>柄曲霉毒素>黃曲霉毒素M1>T-2毒素>玉米赤霉烯酮及赭曲霉毒素（Natour and Yousef, 1998）。
   對鋁硅酸鹽類表面基團或電荷分布進行適當改性之后，可以使新形成的物質獲得新的理化特征，從而改善其對其它霉菌毒素的吸附能力，蒙脫石礦物表面對水的親和力下降，疏水性能提高，所以對疏水性的玉米赤霉烯酮有更高的親和力，對玉米赤霉烯酮的吸附能力大大提高（Lemke et al, 1998; 2001）。
   沸石礦物表面帶負電荷，用高分子量的物質來置換礦物表面的部分天然正離子（Na+，K+，Ca2+，Mg2+等）可以改善沸石表面的疏水性能（Dakovi? et al, 2003; Toma?evic-?anovi? et al, 2003）。這些離子只能置換沸石外表面的正離子，而對于飼料霉菌毒素吸附劑來說正需要這種只是部分置換的礦物吸附劑，因為保留大部分天然正離子有助于它們對極性霉菌毒素（如黃曲霉毒素）的吸附。這些經過改性的有機化沸石保留了對黃曲霉毒素麥角堿的高吸附力，同時對玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素A、嘔吐毒素（Vomitoxin）的吸附能力大大改善。
   總而言之，鋁硅酸鹽類吸附劑對黃曲霉毒素有良好的吸附能力，并且有不少體內（喂養）試驗結果證實了這類吸附劑的實際效果（Rizzi et al, 2003），但它們存在對玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素、單端孢菌素等毒素吸附能力不足的問題。不過通過適當的改性有可能使它具有更廣泛的吸附能力。這類吸附劑的另一個缺點是，它們表現出了對維生素及礦物鹽的非選擇性吸附能力。
   酵母或酵母的細胞壁成份也作為霉菌毒素吸附劑使用（Gr?nkemeier, 1990; Bauer, 1994）。酵母細胞壁對毒素的吸附能力要明顯強于酵母的全成份，這說明酵母細胞壁的特殊結構對霉菌毒素產生吸附力。細胞壁上有多糖、蛋白質和脂類，這些物質對毒素的吸附是通過氫鍵、離子鍵和疏水作用力等實現的。試驗結果表明，酵母細胞壁可以吸附2.7mg/g玉米赤霉烯酮，并且這種吸附平衡可以在10分鐘內達到，在這一點它比鋁硅酸鹽類吸附劑有優勢（V?lkl and Karlovsky, 1998,1999）。
   葡甘露聚糖對霉菌毒素也有一定的吸附能力，Swamy等（2002）進行的豬體內試驗結果表明，葡甘露聚糖對鐮刀菌產生的毒素有一定的脫毒作用。葡甘露聚糖的作用方式應和酵母細胞壁的作用方式相似。
   從現有的研究來看，任何一種單一的吸附劑都不能將所有霉菌毒素都吸附（因為不同霉菌毒素分子有不同的理化性質），但是，通過將不同類型的吸附劑進行適當配比或對吸附劑進行改性將是一個很好的研究方向。