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去除真菌毒素微生物研究进展
摘要:利用微生物方法去除真菌毒素是目前的研究热点之一。除了微生物产酶对毒素进行化学修饰后降解为无毒或者毒性较低的产物外,微生物细胞对毒素的吸附与结合作用也占有一定的比例,这与微生物的结合作用和结构特征相关。本文主要以降解作用以及菌体吸附结合作用等方面介绍微生物方法去除真菌毒素研究进展,重点阐述相关研究现状,旨在为真菌毒素的生物转化和去除毒性研究提供参考。
关键词:真菌毒素;微生物;降解作用;吸附作用;
1 前言
真菌毒素是由真菌在一定条件下产生具有致病性的次级代谢产物,广泛存在于食品和饲料当中。目前已发现主要的真菌毒素有黄曲霉毒素B1和M1、赫曲霉毒素A、伏马菌素、玉米赤霉烯酮、脱氧雪腐镰刀菌烯醇等。真菌毒素严重威胁猪、牛、羊等牲畜以及禽类,甚至啮齿类动物和人类健康和安全。因多数真菌毒素具有很强急性毒性,一部分具有很强致癌、致突变作用,能造成人或动物肝脏、肾脏等器官损伤或诱发肿瘤。由于真菌毒素已对人和动物的健康及安全形成巨大隐患,寻找去除真菌毒素有效方法已迫在眉睫。目前可用于脱毒技术的主要有物理化学方法和生物方法,物理化学方法具有明显的脱毒效果,但具有一定的局限性,另外使用化学物质易造成污染,当前主要针对能去除真菌毒素的微生物进行研究。
2微生物去除真菌毒素机理
2.1细菌产生的酶降解
玉米赤霉烯酮是世界上污染范围最广泛的一种镰刀霉毒素,在世界各地的谷物以及农副产品中都检测到玉米赤霉烯酮的存在。Kakeya等的研究中,将一种丝状真菌将玉米赤霉烯酮转化为另一种化合物,而这种化合物不显示像玉米赤霉烯酮一样的致癌毒性。这个反应是丝状真菌产生的酶的作用,使玉米赤霉烯酮的内酯环破裂后再进行脱羧,从而将其水解。Hormisch等从煤田附近污染的土壤样品中分离到能够降解黄曲霉毒素B1的分枝杆菌,试验证明其对黄曲霉毒素B1的降解是生物酶解作用。另外,动物消化系统中的微生物也能降解真菌毒素。ShuGuan等研究发现,一种名为Ameiurusnebulosus的鲶鱼,其消化道中的微生物能将DON完全转化为毒性大大降低的dE-DON,其主要作用机理是脱乙酰作用和脱环氧化作用。
2.2乳酸菌抑制或降解毒素
乳酸菌是一类利用可发酵碳水化合物,以乳酸作为主要代谢产物的微生物种类,广泛应用于发酵食品的生产和保存中。大量的研究表明,通过形成有机酸或者产生抗菌物质乳酸菌,可以控制其他微生物的生长抑制腐败菌和病原微生物的生长。例如发酵食品因产酸形成酸性环境,霉菌可以在这类发酵食品中生长,从而有可能将其生成的毒素通过食物链传递给人体对健康产生危害。近年来研究表明,部分乳酸菌具有抑制霉菌生长和毒素形成的作用。乳酸菌对真菌毒素的抑制机制主要有2个方面:一是乳酸菌的代谢产物对真菌生长的抑制;二是乳酸菌在生长过程中改变毒素生长的环境,同时降解已产生的毒素。
2.2.1抑制毒素的形成
Nezami等研究了不同的乳杆菌对曲霉生长和黄曲霉毒素形成的影响,结果表明与不添加乳杆菌的对照组相比,添加乳杆菌到培养基中,曲霉菌丝生长和毒素形成均受到抑制,且菌种株之间存在一定的差别。Coallier 等研究了乳酸乳球菌与黄曲霉菌之间的相互关系对黄曲霉毒素产量的影响,当2种微生物在LTB培养基中混合培养时,几乎没有黄曲霉毒素形成,当黄曲霉单独培养时,黄曲霉毒素B1和M1的含量在开始的5d内不断增加,经过15d培养后黄曲霉毒素的含量才开始下降,将黄曲霉接种到已经培养了16d的乳酸乳球菌培养物中进行混合培养,发现在接种后15d的培养过程中,基本没有黄曲霉毒素产生。此外,研究进一步证实培养介质的pH值下降不是抑制黄曲霉毒素产生的主要因素,后期实验则证明一种在乳酸乳球菌对数生长早期阶段产生的化合物则是导致黄曲霉毒素生产受到抑制的主要物质,这种物质能够抑制培养介质中的黄曲霉毒素的形成。
2.2.2降解毒素作用
Megalla等用乳酸乳球菌接种的发酵乳中,乳中的黄曲霉毒素B1可以被转化为B2a和R0两种毒素形式,而B2a是无毒性的,尽管黄曲霉毒素R0也有毒性,但与毒素B1相比,毒性要低很多。Megalla发现酸奶的酸性环境可以促使黄曲霉毒素B1转化为B2a毒素形式。Rasic也报道在含有黄曲霉毒素的酸奶和其他酸性发酵乳中,大部分将会转化为无毒的形式。
2.3细菌细胞壁结合吸附
微生物吸附真菌毒素的特性,是由于它们细胞壁的特殊结构和糖类、蛋白质等组分,特别是结构复杂的糖类物质而形成的。这些物质对霉菌毒素可以通过氢键、离子键和疏水作用力等实现吸附,形成微生物-毒素复合体,以此降低真菌毒素的毒性。
2.3.1疏水作用
Haskard等研究了鼠李糖乳杆菌黏附真菌毒素的机理,结合毒素的细胞经过有机溶剂处理后,毒素迅速被重新提取,这说明了疏水作用的存在。细胞表面参与黏合的成分主要有细胞壁多糖、肽聚糖及磷壁酸或脂磷壁酸。其中只有脂磷壁酸具有亲水性。尿素是抗疏水试剂,加入尿素后,热或酸处理菌体细胞与尿素的共同作用导致细胞表面蛋白质变性,使更多的疏水基团暴露于表面。经过热或酸处理的细胞黏附程度明显下降,但对活细胞结合程度的影响不明显。推测疏水作用至少存在于热或酸处理的菌体细胞对毒素的黏附机理中。Nezami等还用甲醇萃取已吸附真菌毒素菌体细胞,发现甲醇中含有近50%真菌毒素,这个结果验证了微生物降解吸附机理。
2.3.2与细胞壁成分结合
Niderkorn等对乳酸菌进行了物理化学方法、酶法和基因修饰处理;对伏马菌素的官能团进行去除或钝化处理,以研究乳酸菌细胞壁成分和伏马菌素功能基团在乳酸菌—伏马菌素结合物形成机理中的作用。结果显示一些能够影响细胞壁多糖、脂和蛋白质的处理方法增强了乳酸菌结合毒素的能力,而能够降解肽聚糖的处理方法则削弱了结合度。Niderkorn等还研究了29株乳酸和丙酸菌对DON及伏马菌素B1、B2的去除效果,研究结果证明:在共培养后未检测出任何毒素的衍生物,去除毒素的能力也不受死细胞的影响。作者认为其机理是微生物细胞与毒素的吸附结合作用。同时发现死细胞(热处理)对于伏马菌素的结合能力比活细胞强,推测可能是热处理导致细胞壁构造变化,增强了细胞壁上毒素结合位点的有效利用率。
3 结语
以微生物方法去除真菌毒素方法因其优势明显,成为当前的研究热点,可看出研究趋势主要集中在发现和分离降解效果突出的菌株,分析其去除真菌毒素机理,再利用基因工程技术改造微生物使之成为具高效去除毒素能力的菌种。当然微生物去毒也存在一些缺陷,如对一些微生物降解毒素机理需进行更深入探究。更重要的是有关微生物去除真菌毒素研究有很多,但投入到实际应用成熟技术却很少。为此,针对当前真菌毒素污染情况,研究更经济、更可行微生物去毒技术并应用于实际操作应成为下一步工作重点。
作者简介:陈诗茵 女 广州工商学院食品质量与安全专业
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