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    不同吸附劑對黃曲霉毒素B1(AfB1)吸附效力的研究

    文章來源:百奧明公司 更新時間:2011-12-27 點擊數: 評論本文


      編者按:飼糧(料)中霉菌毒素污染是目前動物養殖過程中遇到的一個全球性的難題。常見的主要霉菌毒素有黃曲霉毒素、單端孢霉烯族毒素(新月毒素)、煙曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素A、麥角堿等。黃曲霉毒素多見于熱帶和亞熱帶地區的谷物農產品中,而黃曲霉毒素B1(AfB1)是由寄生曲霉所產生的重要代謝產物。AfB1能引發多種急性中毒性疾病和慢性免疫抑制性疾病。在動物養殖過程中避免動物霉菌毒素中毒最常用的辦法是使用霉菌毒素吸附劑,將其混入飼糧(料)中吸附霉菌毒素,避免動物在飼糧(料)消化過程中攝入毒素。目前報道的可作為霉菌毒素吸附劑的物質有:活性炭、水合鋁硅酸鈣鈉(hydrated sodium calcium aluminosilicates, HSCAS)、膨潤土和其它粘土材質;钚蕴侩m然可吸附多種霉菌毒素,但由于其吸附是非特異性的,也會吸附飼糧(料)中一些必需的營養成分。近年來,對商業化的HSCAS開展了廣泛的研究,認為其用于AfB1的吸附非常有效。也有報道認為另一個對AfB1有較好吸附效果的是膨潤土。本文是Elisavet Vekiru 在奧利里農業技術研究所christian doppler霉菌毒素研究所開展的實驗研究,該研究結果體現了多角度評價吸附劑體外吸附效率的重要性,以及應用相關動物進行體內試驗來驗證體外測試結果的必要性。

      譯者加注:吸附劑對霉菌毒素吸附能力評價都是在緩沖液模式或胃腸液模式下進行,這與測試樣品中霉菌毒素含量有所不用。測試樣品中霉菌毒素含量所用有機溶劑(如乙腈)可以將樣品中的霉菌毒素毒素全部萃取出來,進行測定,樣品中即使加入了吸附劑,也不會影響樣品霉菌毒素的測定結果。吸附劑的作用是從進入消化系統開始吸附毒素,并將毒素隨糞便帶出體外,從而減少毒素對機體的損害。

      正文部分

      拮抗黃曲霉毒素B1(AfB1)最常用的方法是使用吸附劑,因為在動物飼糧(料)消化消化過程中,添加在飼料中的吸附劑吸附了霉菌毒素,降低了毒素的生物利用度。本項研究測試了不同吸附劑在不同的pH值和不同的介質條件下對AfB1的吸附能力,同時還計算出不同吸附劑的化學吸附指數。

      在所有的谷物農產品中,因黃曲霉毒素污染引起經濟損失和多種疾病一直是一個世界性難題。而拮抗霉菌毒素最常用的方法是使用吸附劑(或稱粘合劑),以降低霉菌毒素的生物活性。其中被廣泛使用的吸附劑是膨潤土(含大量近晶硅酸鹽蒙脫石),據報道膨潤土能有效減少飼糧(料)中的AfB1的含量。

      對霉菌毒素的吸附可通過物理吸附、化學吸附而達到目的。評價霉菌毒素吸附劑應用效果的重要標準(Huwing et al, 2001)包括:(1)化學吸附性強;(2)強吸附能力(g毒素/kg吸附劑);(3)不或少量重復吸附已經被吸附失活的毒素;(4)不或少量吸附飼糧(料)中必需營養成分;(5)吸附劑自身無毒(要求吸附材料不含重金屬、二惡英等);谝陨弦,在elisavet vekiru 的監管下,在christian doppler霉菌毒素研究所和BIOMIN GmbH開展了本項目中霉菌毒素吸附劑的研究。

      1 實驗目的

      通過體外消化實驗評價不同組成的吸附劑——膨潤土對霉菌毒素的吸附效率、吸附特征和吸附原理,并與水合鋁硅酸鈣鈉(HSCAS)產品和活性炭等對霉菌毒素吸附的效果進行比較。

      2 試驗設計

      60種不同經天然鈣、鈉或酸處理的膨潤土(文中標注為S3,S4……S61),分別來自于歐洲、亞洲、南美等處,通過本實驗得到關于吸附劑的吸附效率、吸附特征和吸附原理等方面的信息。在實驗中,用廣受好評的一款商品HSCAS作為參照物(文中文中標注為R1),用活性炭和具有中等吸附力的膨潤土作另一參照物(文中標注為R2)。在酸性(pH 1-2)條件下進行體外實驗,著重探討吸附劑與AfB1和AfB2a之間的相互作用。文中各實驗所用毒素的濃度除特別說明外均為4 ml/L(即4 ppm)。

      2.1 吸附試驗

      該實驗是在緩沖液中進行,以測評吸附劑在pH為2.0、5.0和7.0條件下對AfB1的吸附能力。實驗中吸附劑含量為0.02%(w/v),即每噸飼料中混入200 g吸附劑。實驗方法是將吸附劑和含有AfB1的緩沖液共孵育(37 ℃震蕩搖勻1 h),離心,取上清液進行HPLC測試(高效液相色譜法測試)。

      2.2 化學性吸附

      此實驗是在測定醋酸鹽緩沖液中,0.5%含量(5 kg/t)的吸附劑的吸附效力。將其共孵育(37 ℃震蕩搖勻1 h),后用甲醇萃取吸附劑小丸,依據此實驗結果計算化學性吸附指數(效力)。

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      2.3 在pH為5的緩沖液、合成胃液和真實胃液中的吸附效果的對比

      在合成模擬胃液、豬胃液和pH為5.0的醋酸緩沖液中進行吸附劑吸附效果比較,以探查各種吸附劑的吸附特征。實驗所用吸附劑濃度為0.02%(w/v),在使用前,豬胃液樣品在實驗之前,需要進行額外的凈化步驟,即需要將其離心、過濾,去除顆粒后共孵育(37 ℃震蕩搖勻1 h),取樣進行測試。

      2.4 等溫分析

      等溫分析用于測定吸附劑最大的吸附能力,該測定過程是在磷酸鹽緩沖液中進行,pH為7.0,吸附劑濃度為0.002%(20 g/t)。AfB1濃度范圍是0.4~8.0 mg/L(ppm)。經過24 h對樣品的孵育(37 ℃震蕩搖勻)后,離心,取上清液進行分析。最大吸附能力(qmax,[mol/Kg])、分布常數(Kd),即吸附劑對AfB1的親和力的計算方法按文獻報道進行(Grant et al, 1998)。

      2.5 維生素吸附試驗

      進行吸附劑對選擇性維生素的非特異性吸附能力,在pH為3.0和6.5的緩沖液中,吸附劑濃度為0.2%(2 kg/t),AfB1濃度為4 mg/L,維生素VitB12、VitH、VitB5含量分別為4 mg/L、4 mg/L、10mg/L。將其共孵育(37 ℃震蕩搖勻1 h)后,取樣進行分析。

      2.6 礦物學研究

      在本實驗中所選的黏土(膨潤土)吸附劑的組成和其它特征,如陽離子交換能力(CEC)等在奧地利維也納的應用生命科學大學(BOKU)的應用地質學院進行測定。

      3 結果與討論

      3.1 吸附試驗結果

      一般情況下,25種膨潤土在pH值為中性時的吸附效力的實驗結果相近或較高,比pH為5.0條件下的吸附率高45%(見圖1)。在pH為2.0時,各種吸附劑對AfB1的吸附試驗結果幾乎都達到了100%,可能是因為在強酸性條件下,部分AfB1會轉化為AfB2a 。因為AfB2a 幾乎不會被任何種吸附劑吸附,而AfB1的水平已經降低到無法檢測,因此造成了AfB1被100%吸附的檢測結果。實驗中觀察到AfB1轉化為AfB2a 的量與pH和作用時間密切相關。

     

     圖1, 不同吸附劑在緩沖液模式中對黃曲霉毒素B1的吸附能力比較(柱狀為pH 7.0的結果, 綠星標記為pH 2.0的結果,綠色方框為pH 5.0的結果)

      3.2 化學吸附試驗結果

      將在pH為5.0時吸附率高于63%的18種膨潤土吸附劑用于測試化學性吸附指數(chemisorptions index, Cα),當Cα為1,指吸附劑對AfB1達到完全吸附。從圖2可以看出,試驗中膨潤土對AfB1的均有一定的吸附能力,吸附效力最高的是S12(Cα=0.98),其次是S3(Cα=0.92)。對樣品S12進行進一步的色譜分析表明其主要吸附的是AfB2a,這可以解釋為什么這一膨潤土樣品在酸性環境下較活躍,這是因為在酸性條件下AfB1會轉化為AfB2a,這可能會導致其吸附率高的假象。樣品S37的化學性吸附指數偏低是因為該樣品中約有11%的AfB1脫吸附。

     圖2, 不同吸附劑對黃曲霉毒素B1的化學性吸附指數差異,Cα范圍0.81-0.98

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      3.3 在pH為5的緩沖液、模擬胃液和真實胃液中的吸附對比結果

      在第一個實驗中,影響膨潤土在三種不同的介質對AfB1吸附效力的條件與R1,R2相似,由圖3可見,在同等pH條件下膨潤土對合成胃液中AfB1的吸附能力較在醋酸緩沖液中的吸附能力低。但讓人驚奇的是,膨潤土吸附劑的吸附能力會受真胃液中的某些成分,組成比例等因素所影響,而膨潤土吸附劑的吸附能力卻不受合成胃液中相關因素的影響。從圖4可見,在同樣pH的緩沖液和真胃液中對47種吸附劑進行進一步的檢測發現,使用真實胃液時,47種吸附劑中的16種對AfB1的吸附能力下降超過15%,而活性炭對AfB1的吸附能力則急劇下降了約53%。

      圖3,醋酸緩沖液和模擬胃液以及真實胃液中,吸附劑R1和R2對黃曲霉毒素B1的吸附能力比較(寬柱所示為R1, 窄柱所示為R2)

     圖4,不同吸附劑對黃曲霉毒素B1的吸附能力比較

      和以及真實胃液中,(柱狀圖所示為模擬胃液,綠星標記為醋酸緩沖液)

      3.4 等溫分析結果

      結果表明每Kg參照物HSCAS(R1)能夠吸附122 g AfB1,即每噸飼糧(料)中添加1 Kg R1能吸附122 g的AfB1。對61種膨潤土吸附劑測試后,僅有3種的吸附能力超過R1(S3,S6,S14),S9則具有和R1同等的吸附效力。

      3.5 維生素吸附試驗結果

      在pH為3的條件下,部分實驗結果與前人得出的實驗結果一致,如活性炭的確會吸附較多營養成分(見圖5)。本實驗所用的膨潤土對維生素B5和維生素H都沒有吸附力,而吸附了7%~47%的維生素B12,與此同時膨潤土對AfB1有顯著的吸附效果。

     圖5,不同吸附劑對維生素B5,B12,生物素和黃曲霉毒素B1的吸附能力比較

      3.6 礦物學分析

      與黏土礦物質相比得知,一些常用的物理指標,如CEC(陽離子交換能力)和粒子大小等與吸附能力之間沒有相關性。

      4 結論

      本研究對霉菌吸附劑—膨潤土進行了一系列的體外試驗,驗證61種膨潤土對AfB1的吸附能力,并將其結果與商業產品HSCAS進行比較。對化學性吸附的測定結果表明,膨潤土能吸附大部分的AfB1,但其中僅有少數膨潤土樣品的吸附能力能達到或超過HSCAS(R1)。

      通過膨潤土對真實胃液、維生素混合液進行AfB1的吸附測試結果表明:活性炭表現出非特異性吸附,因此吸附了必需的營養成分;參照物質對復性基質表現出低吸附率;而本研究中所用的一些膨潤土吸附劑在這一點上優于參照物。當用胃液代替緩沖液時,一些吸附劑表現出對AfB1的顯著吸附的同時對有些維生素有不同的吸附能力。因此找到一種適合的膨潤土吸附劑,既能對霉菌毒素有高吸附性,同時又能降低對養分的非特異性吸附,需要進一步進行體外測試。當然,在添加到動物日糧之前,所有的霉菌毒素吸附劑還需要測定其效力、安全性和對動物本身及生產性能的影響。

      參考文獻:

      CAST (Council for Agricultural Science and Technology) (2003) Mycotoxins: Risks in Plant,

      animal and human systems. Task Force Report No. 139:13-85. CAST, Ames, IA

      Grant PG, Lemke SL, Dwyer MR, Phillips TD (1998) Isothermal adsorption of aflatoxin B1 on HSCAS clay. J.Agr. Food Chem. 46: 599-605

      Huwig A, Freimund S, Kappeli O, Dutler H (2001) Mycotoxin detoxication of animal feed by different adsorbents.Toxicol. Lett. 122: 179-188

      Miazzo R, Peralta MF, Magnoli C, Salvano M, Ferrero S, Chiacchiera SM , Carvalho EC, Rosa CA, Dalcero A (2005) Efficacy of sodium bentonite as a detoxifier of broiler feed con?taminated with aflatoxin and fumonisin. Poult. Sci. 84 (1): 1-8

      Vekiru E, Fruhauf S, Sahin M, Ottner F, Schatzmayr G, Krska R (2007) Investigation of various adsorbents for their ability to bind Aflatoxin B1. Publication in Myc. Res., accepted 13 Nov 2006

    (作者:Karin Grie?ler 譯校:張艷,王金勇 來源:百奧明公司) 分享到飼料微博

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