玉米赤霉烯酮脫毒以及植物精油抑菌作用的研究進展

周英煥 馮雪蓮 李留安 焦小麗

天津農(nóng)學(xué)院動物科學(xué)與動物醫(yī)學(xué)學(xué)院/天津市農(nóng)業(yè)動物繁育與健康養(yǎng)殖重點實驗室，天津西青300384

1 玉米赤霉烯酮

玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEA），主要由多種鐮刀菌屬物種（如禾谷鐮刀菌，枯萎鐮刀菌和谷物鐮刀菌）通過聚酮化合物途徑進行生物合成的一種非甾體類雌激素性霉菌毒素[1]，主要存在于構(gòu)成各種食品和飼料重要組成部分的玉米和其他谷類作物中，能被微生物、植物、動物和人體代謝成許多其他衍生物。由于ZEA 給畜牧生產(chǎn)和食品工業(yè)帶來巨大經(jīng)濟損失，且對人類和動物均具有重大危害。因此迫切需要有效的抑菌降解策略，以確保食品和飼料的安全與保障[2]。

1.1 玉米赤霉烯酮的理化性質(zhì)

Stob 等于1962年首次從玉米中分離得到ZEA，Urry 等于1966年測定確定了ZEA 化學(xué)結(jié)構(gòu)為一種酚的二羥基苯酸內(nèi)酯結(jié)構(gòu)化合物，其化學(xué)名為6-（10-羥基-6-氧基-十一碳烯基）β-雷鎖酸內(nèi)酯。因其具有和β-雌激素類似的酚二羥基內(nèi)酯化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此ZEN 及其不同的代謝物進入人和動物體后可競爭性地與機體內(nèi)的雌激素受體結(jié)合，從而引發(fā)一系列毒性危害[3]。并且ZEA 根據(jù)其內(nèi)酯環(huán)結(jié)構(gòu)中C-1 和C-6 處的官能團的不同還具有5種結(jié)構(gòu)衍生物，既可由ZEA 經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化產(chǎn)生也可在自然界中直接產(chǎn)生，其中α-ZOL 和α-ZAL 具有比ZEA 更高的雌激素活性[4]。

ZEA分子式C18H22O5，為白色晶體，可溶于堿性水溶液、苯、醇類、酸類等物質(zhì)，微溶于石油醚，不溶于水、二硫化碳和四氯化碳。ZEA 在236、274、316 nm處有紫外吸收峰，ZEA 甲醇溶液在254 nm 處短紫外光下照射時，呈現(xiàn)綠－藍色熒光。其內(nèi)酯結(jié)構(gòu)可使ZEA 在堿性環(huán)境條件下自行將酯鍵打開，堿濃度下降時酯鍵又可恢復(fù)[5]。

1.2 玉米赤霉烯酮的毒性危害

ZEA 污染范圍廣泛，在世界各地的谷物以及農(nóng)副產(chǎn)品中都能檢測到ZEA 的存在，我國飼料衛(wèi)生標準規(guī)定飼料中ZEA 允許量＜500μg/kg，食品安全國家標準規(guī)定食品中ZEA限量標準為60μg/kg[6]。

ZEA 在植物中的應(yīng)激作用比天然存在的雌激素強，會導(dǎo)致種子發(fā)芽率顯著降低、葉損傷和產(chǎn)量降低，給種植業(yè)造成巨大損失[7]。體內(nèi)外試驗研究表明ZEA 具有生殖毒性、免疫毒性、細胞毒性、遺傳毒性等，從而導(dǎo)致畜禽繁殖力下降、生產(chǎn)性能降低、免疫抑制等問題，甚至可引起其他疾病的并發(fā)產(chǎn)生[8]。ZEA 隨動物采食經(jīng)其污染的飼料進入人和動物體內(nèi)產(chǎn)生雌激素效應(yīng)而發(fā)揮其毒性作用，特別是對于雌性哺乳動物，會影響其乳房發(fā)育、抑制多倍排卵，使其生殖周期紊亂等[9]。

1.3 玉米赤霉烯酮的脫毒方法

由于ZEA 危害人畜健康，對被ZEA 污染的飼料原料、食品等進行脫毒降解是研究熱點。目前ZEA脫毒主要有物理、化學(xué)、生物等多種方法。物理和化學(xué)方法存在導(dǎo)致營養(yǎng)素流失或有新的污染物產(chǎn)生等問題，生物法因具有作用效率高、高特異性、脫毒更徹底且安全綠色環(huán)保等特性而成為去除飼料霉菌毒素的首選方法。去除ZEA 有2 種生物策略，一是使用生物真菌毒素吸附劑，如酵母細胞壁和一些乳酸細菌菌株，二是使用生物轉(zhuǎn)化劑，如細菌、酵母菌、真菌和酶，將ZEA 轉(zhuǎn)化成較少或無毒的代謝物[10]。目前要求在營養(yǎng)領(lǐng)域減少使用化學(xué)品作為抗菌劑，防止使用合成抗菌劑而產(chǎn)生耐藥性等問題。從植物中提取物質(zhì)，如水醇提取物或精油，可發(fā)揮抗菌劑的作用，植物精油脫毒具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 植物精油

2.1 植物精油的主要成分及應(yīng)用

植物精油是從芳香植物中提取的具有揮發(fā)性和濃郁香味的脂溶性天然化合物，是植物體次級代謝過程中的副產(chǎn)物，常見的富含精油的植物主要有唇形科、桃金娘科、木蘭科和傘形科等。植物任何器官如葉、芽、花莖、果實、種子、木材、樹皮和根都可以合成植物精油，并以小液滴的形式儲存在植物表皮細胞、分泌細胞、腺毛和植物細胞壁中[11]，主要通過共水蒸餾、水蒸氣蒸餾、壓榨法等技術(shù)進行提取。

植物精油是由酮類、醛類、酯類、醇類、萜類、內(nèi)酯和其他有機物質(zhì)等20～60 種不同的化合物組成的混合物[12]，因此具有多種功能特性，如抗氧化、抑菌、抗癌抑瘤、保鮮、驅(qū)蚊防蟲等，一直以來被廣泛應(yīng)用于食品、美容、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等其他行業(yè)。自古以來，植物為各種藥物的來源，是一種植物源天然產(chǎn)物中能對抗細菌、真菌等微生物的可替代化學(xué)抗菌劑的天然抗菌劑。研究表明，植物精油的主要成分包括酚類、萜烯類等可達85%，其他成分以微量形式存在。植物精油活性主要取決于其成分組成、活性成分中官能團以及它們之間的協(xié)同作用。植物精油因酚類、萜烯類和醛酮類化合物而具有較強抑菌活性，醇類、酸類和烴類化合物也起到了一定抑菌作用，其抗菌作用機制因植物精油種類或所使用的微生物菌株而異[13]。

2.2 植物精油對玉米赤霉烯酮的脫毒作用

研究表明植物精油能殺滅細菌真菌等微生物，對霉菌毒素有一定的脫毒效果[14-15]。但植物精油對ZEA 的抑菌降解研究較少，Perczak 等[16]研究在溫度、pH 等不同條件下，肉桂、檸檬、迷迭香等植物精油對ZEA 的降解作用，結(jié)果表明精油種類對毒素降低效果有影響，除薰衣草油、百里香油和迷迭香油外，所有精油都能不同程度降低ZEA 的濃度，且精油用量越大，培養(yǎng)時間越長，毒素降解率越高，但受精油種類和濃度影響而不同。其中檸檬精油的脫毒效果較為有效，ZEA 毒素含量在24 h 和72 h 后分別減少了31.93%和46.46%。研究植物精油對小麥中包括ZEA 在內(nèi)的霉菌毒素的抑制降解作用，結(jié)果表明，植物精油抑制鐮刀菌屬真菌的生長，降低了ZEA濃度[17]。

有研究顯示，精油及其成分對病原微生物的抗菌機理主要是通過破壞微生物細胞壁或細胞膜結(jié)構(gòu)、影響菌絲形態(tài)結(jié)構(gòu)、降低或抑制孢子產(chǎn)生和萌發(fā)等途徑達到抑菌作用，因此植物精油的抗菌活性涉及整個細菌細胞的級聯(lián)反應(yīng)[18]。但缺乏有關(guān)精油作為降解因子的作用方式和單一成分發(fā)揮作用的數(shù)據(jù)，尚不能確定其確切作用機理。有關(guān)植物精油對ZEA 脫毒及精油成分對ZEA 的脫毒機制尚待進一步研究。

3 結(jié) 語

ZEA 是世界范圍內(nèi)污染最廣泛的一種霉菌毒素，對畜禽和人類健康造成巨大危害。傳統(tǒng)的脫毒技術(shù)易破壞營養(yǎng)成分，造成二次污染及產(chǎn)生耐藥性等問題。植物精油作為一種新型冷殺菌技術(shù)，被認為是環(huán)境友好型的“綠色農(nóng)藥”，是一種天然抗菌劑，符合人們追求“綠色健康”理念的需要，可降解微生物產(chǎn)生的有害次級衍生物，且對ZEA 有一定的脫毒效果，植物精油作為ZEA 的脫毒劑具有良好的應(yīng)用前景。