脱氧雪腐镰刀菌烯醇生物脱毒的研究进展.pdf

2015年7月
中国粮油学报
第30卷第7期
Journal of the Chinese Cereals and Oils Association
Jul.2015
脱氧雪腐镰刀菌烯醇生物脱毒的研究进展
汪洋张小溪张晓琳
(国家粮食局科学研究院,北京100037)
摘要脱氧雪腐蠊刀茵烯醇作为谷物及其制品中最常见的真菌毒素之一,严重成胁着人类和动物的健
康。由于物理、化学脱毒方法存在着营养成分流失、脱毒不彻底等问题,而不能被广泛应用。徽生物通过酶促
反应将毒素转化成低毒或者无毒物质的生物脱毒方法不仅避免了这些缺点,还具有条件温和、安全环保的优
点,是一种理想的脱毒方法。对近年来国内外脱氧雪腐镰刀茵烯醇的生物脱毒研究进展进行了概述,并对脱
毒菌株、脱毒酶、脱毒方式及脱毒产物等研究内容作了重点介绍,旨在为脱氧雪腐蠊刀茵烯醇的生物脱毒研究
提供参考
关键词脱氧雪腐刀茵烯醇生物转化生物脱毒
中图分类号:Q939.96文献标识码:A文章编号:1003-0174(2015)07-0128-07
真菌毒素是真菌产生的具有毒害作用的次级代适口性等影响小、安全环保等优点。随着物理、化学脱
谢产物,不仅给人类和牲畜的健康帯来了极大的危毒手段的弊端不断出现和对生物脱毒优点认识的增
害,也造成了巨大的经济损失り。2010年我国黄淮加,国内外利用微生物进行毒素脱毒的研究也逐步増
海地区小麦收获季节感染严重的赤霉病,导致玉米赤多,许多真菌、细菌、酵母菌等毒素降解微生物已被成
冪烯酮( Zearalenone,ZEN)和脱氧雪腐镰刀薗烯醇功分离,主要就DON生物脱毒的硏究现状作如下
( Deoxynivalenol,DON)两种真菌毒素大面积超标,卫概述。
生部在门户网站上进行了预警和通告,并且国家粮食
局对毒素超标小麦及时进行了封存,共计封存毒素超1DON结构及理化性质
标小麦174.5万t,只能在监督下用作燃料乙醇的生产
脱氧雪腐镰刀薗烯醇又称呕吐毒素( Vomito-
原料,大大降低了实用价值门。DON作为单端孢霉烯1n),其化学名称为3a,a,15-三羟基-12,13-环
族毒素之一,通常由禾谷镰刀菌( Fusarium. frame
氧单端孢霉-9-烯-8一酮,它与其術生物3-乙酰
mum)和黄色镰刀菌( Fusarium, culmorum)感染大麦
基ーDON,15-乙酰基-DON,DON-3-葡萄糖苷,
小麦、玉米等谷物产生,它广泛存在于玉米、小麦、啤雪腐镰刀菌烯醇( Nivalenol,NV)都属于B型单端孢
酒、面包等多种谷物及其制品中?,人畜一旦摄入了篝烯族毒素,其化学结构如图1所示。DON结构上
被DON污染的食物后,会出现厌食、呕吐、腹湑、发烧、
的C12/C13环氧基团是单端孢霉烯族毒素共有的特
站立不稳、反应迟钝等急性中毒症状,严重时损害造血
征性结构,该环氧基团作为DON的主要毒力基团,
系统造成死亡-?。鉴于DON在粮食、饲料和食品中
可以使真核细胞的核糖体聚合体解离,从而抑制蛋
污染的普遍性及其对人畜健康危害的严重性,如何降
白质合成,这也是单端孢霉烯族毒素的主要作用方
低或者去除其含量,减少其进入食物链的程度就显得
式。除了能够抑制蛋白质的合成,它还可以通过其
尤为重要与迫切。目前,DON脱毒方法主要有物理
结构上的疏水基团破坏细胞膜从而发挥其毒性作
法、化学处理和生物方法三大类,传统的物理、化学法
虽然取得了一定程度上的成功,但仍然存在着脱毒不
用,这种方式是毒性作用的次要方式。
彻底、原料营养物质流失等问题,生物脱毒不但避免了
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上述缺点,还具有作用条件温和、对原料的感官性状、
基金项目:“十二五”国家科技支撑计划(2011BAD26B002),粮
食公益行业科研专项(201313002
收稿日期:2014-02-12
oH、14
作者简介:汪洋,男,1981年出生,助理研究员,微生物学
通讯作者:张晓琳,女,1975年出生,研究员,微生物学
图1脱氧雪腐镰刀菌烯醇的化学结构
第30卷第7期
汪洋等脱氧雪腐镰刀菌烯醇生物脱毒的硏究进展
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DON作为一种小分子的极性化合物,其理化性中微生物培养物在9%h内可转化98%以上的DON,
质见表1。其中最重要的性质之一就是耐高温,在其毒素转化能力即使经过6次传代培养后都没有丢
170~350℃的范围内,DON具有良好的热稳定性,失,而牛瘤胃和土壤微生物培养物则分别能转化
传统的蒸煮、挤压等食物加工程序都不能破坏其35%和50%的D0N,经气质联用技术(CC-MS)分
毒性。
析发现,该转化产物为去环氧-DON( deepoxy DON,
表1脱氧雪腐镣刀菌烯醇的物化性质
dE-DON)(如图2所示),其毒性远远低于DON。
性质
信息
直到1997年, Binder 3等3]从牛的瘤胃液中成功分
IUPAC名称3a,7q,15-三羟基-12,13-环氧单端孢霉-9-烯
8-酮
离了一株真杆菌 Eubacterium sp.BSH797,它在厌
分子式C1sH2o(
氧条件下可以使A型或者B型单端孢霉烯族毒素的
相对分子量296.32
CI2C13环氧基团去环氧化( Epoxidation),后来,该
物理状态无色针状晶体
薗株被商业开发为用于动物恫料脱毒的微生物
熔点/℃151-153
闪点/℃C206.9±2.5
制剂
沸点/℃543.9士50.0
可溶性
可溶于水和极性有机溶剂(甲醇、氯仿、乙腈、乙酸乙
H
O H
OH去环氧化
OH
2DON生物脱毒方式
真菌毒素生物脱毒方式包括微生物将毒素代谢
H
DON
DE-DON
为低毒或者无毒产物的生物转化作用和微生物对毒
图2C12/C13环氧基团的去环氧化
素的吸附作用。生物转化作用是目前真菌毒素生物
Yu等?采用抗生素选择压力法并辅以PCR
脱毒的研究重点。目前,国内外已经报道的DON生DCCE技术从鸡的肠道内容物中分离到10个分离
物转化方式主要包括C12/C13环氧基团的去环氧株,这些菌株分别归类于梭菌( Clostridiales),厌氧细
化,(3OH的氧化、异构化、乙職化糖昔化,C16的杆菌( Anaerofilum),柯林斯氏菌( Collinsella),芽孢杆
羟基化以及DON的矿物化。
菌( Bacillus),它们都能在厌氧条件下将DON转化为
2.1C12/C13环氧基团的去环氧化
去环氧化合物dE-DON。Cuan等?从褐色大头鲶
通常情况下,环氧基团(CH(O)CHー)是反应( Ameiurus nebulosus)肠道内容物中分离得到细菌混
性很强的官能基团,其中的碳原子容易受到亲核攻合物C13,该混合培养物于完全培养基中,在15℃
击而发生还原、水解等去环氧化反应。然而,DON结的较低温度的条件下,经%h的脱毒培养可以将
构上的Cl2/C(3环氧基团在中性、微酸性、高条件DON完全转化为dE-DON。
下化学性质稳定,不易发生化学反应?。微生物作
2.2C3-0H的氧化和差向异构化
用环氧基团发生的反应主要包括