饲料和动物源性食品中真菌毒素超痕量分析与新型吸附剂脱毒研究

摘要

真菌毒素是由真菌产生的有毒代谢产物。真菌毒素对人和动物具有细胞毒性、免疫毒性、遗传毒性、生殖毒性和三致（致癌、致畸及致突变）作用。全球每年约25％的粮食受到真菌毒素污染。在加工和储藏过程中，饲料也易受真菌毒素污染。摄入发霉饲料的动物可将毒素及其代谢产物转移入动物源性食品中，从而进入到人饮食链中。目前饲料中最关注的毒素为黄曲霉毒素B1、呕吐毒素、赭曲霉毒素A、玉米赤霉烯酮、T-2及伏马毒素B1和B2，许多国家和组织已制定了相关限量标准或建议限量值。然而，对于隐蔽型毒素和其他常见毒素在饲料和原料中污染情况鲜有报道。另外，动物源性食品中真菌毒素污染问题也引起了人们广泛关注。然而由于缺乏有效监控手段，相关研究也比较少。因此，建立同时检测多种真菌毒素的方法，开展饲料和动物源性食品中多种真菌毒素污染状况研究，对于保障饲料和动物源性食品安全、制定限量标准及相关法律法规均具有重要意义。另外，真菌毒素脱毒也是人们研究热点。目前常用脱毒方法包括化学法、物理法、微生物降解法和吸附脱毒法。其中，吸附法是应用最广泛的脱毒手段，许多商业化脱毒剂也已用于实际生产。然而，大多数该类吸附剂仅针对一种或两种真菌毒素有吸附效果，鲜有报道可同时吸附多种真菌毒素的脱毒剂。因此，开发可同时吸附多种真菌毒素的脱毒剂十分必要。　　本研究首先建立了2种测定饲料和动物源性食品中真菌毒素的方法。方法一:建立了测定饲料和原料中B型单端孢霉烯族毒素的分析方法。该方法采用分散固相萃取法进行样品前处理，然后通过LC-MS/MS进行定量分析。基质相应校准曲线用于准确定量。试验结果表明该方法在浓度范围内呈良好线性关系（R2＞0.9960），检出限(LOD)和定量限(LOQ)范围分别为1.93～7.92μg·kg-1，5.00～13.60μg·kg-1。回收率范围为79.03～118.39％，相对标准偏差(RSD)为2.73～17.50％。该方法样品前处理简单、快速，灵密度和回收率高。方法二:建立了一种测定饲料和动物源性食品中30种真菌毒素的LC-MS/MS方法。本试验系统比较了不同样品前处理方法（包括提取和净化）对基质效应和灵敏度的影响。进一步采用时间专属（T-SRM）和高选择反应监控模式（H-SRM）来提高方法灵敏度和滤除基质噪音。试验结果对饲料采用乙腈/水/甲酸(80/19/1，v/v/v)进行超声提取，对动物源性食品采用QuEChERS提取法进行提取。然后，样品提取液采用分散固相萃取和蒸干复溶法进行净化。最后，在3种样品基质（饲料、猪肉和牛奶）中，根据欧盟2002/657/EC和401/2004/EC的规定对该方法特性（线性、灵敏度、回收率、精密度及专属性）进行验证。结果表明该方法具有操作简便、成本低、灵敏度及回收率高等优点，可用于高通量样本分析。根据建立的方法，调查了中国部分省份饲料、原料和上海市动物源性食品（牛奶、猪肉、猪肝及香肠）中真菌毒素污染情况。结果表明:饲料和原料中污染最普遍的毒素为黄曲霉毒素类(AFs)、赭曲霉毒素A(OTA)、伏马毒素类(FBs)、B型单端孢霉烯族类(DON和15ADON)、D3G、玉米赤霉烯酮(ZEN)及白僵菌素(BEA)，污染率均超过30％;真菌毒素共发生情况十分普遍，76％的样本至少污染5种真菌毒素，某些样本甚至污染超过20种以上毒素;根据中国和欧盟等建立的饲料和原料中真菌毒素限量标准，样本中各毒素超标率不超过20％;除猪饲料和鸡饲料外，首次调查了水产饲料和宠物饲料中各真菌毒素污染情况，结果表明水产饲料中真菌毒素污染种类偏少。检出的主要毒素为AFs、OTA及ZEN，其中AFB1超标率为16.67％。宠物饲料中虽然污染种类较多，但污染水平普遍较低。对于原料样本，调查发现豆粕不易被毒素污染，而玉米和麸皮中毒素污染种类和污染水平较高。动物源性食品中检出毒素为AFB1、AFM1、OTA、ZEN、α-ZOL、β-ZOL、FBs及CIT。牛奶、猪肝和香肠中真菌毒素种类较多，但浓度水平均不超过50μg·kg-1(μg·L-1);在猪肉中仅检出少量ZEN。　　根据饲料和原料中真菌毒素污染结果，对AFB1、OTA、ZEN、DON、FB1及T-2等污染普遍的毒素进行脱毒研究。首先通过不同修饰方法对壳聚糖进行化学修饰，合成新型吸附材料。在体外条件下考察其对上述6种毒素的吸附效果。试验结果表明戊二醛修饰的壳聚糖对AFB1、ZEN、OTA及FB1有较高吸附能力（吸附率＞70％），而对DON和T-2吸附效果不佳(＜30％)。同时，结合时间、吸附剂剂量和溶液pH对吸附剂吸附能力有明显影响。为进一步研究吸附剂对真菌毒素的吸附机理，通过Langmuir、Freundlich及Hill等三种等温曲线模型进行建模分析。结果表明吸附剂对不同毒素的吸附过程不同，同时我们计算出吸附剂对不同真菌毒素最大吸附量。在人工消化道条件下，该吸附材料对同时出现的ZEN、OTA及FB1有较高吸附能力（吸附率＞50％），表明该吸附材料有潜力作为针对多真菌毒素的脱毒剂。体外试验不能完全证明脱毒剂在体内解毒效果。进一步研究了该吸附材料在大鼠体内对OTA解毒作用。考虑到OTA价格昂贵，首先建立了纯化制备OTA的方法。该方法过程如下:首先考察不同培养基对产毒量影响，然后比较两种不同制备途径对赭曲霉毒素纯度的影响。结果表明结合酸辅助液液萃取净化和制备液相色谱分离得到的赭曲霉毒素呈淡黄色，但纯度可达98％以上。该途径简单、快捷、成本低，可用于大规模动物毒理性试验;粗提液经酸辅助液液萃取和凝胶渗透色谱(GPC)净化，然后通过制备液相色谱分离得到的赭曲霉毒素呈白色粉末状，纯度达98％以上。通过紫外分光光度法分析发现毒素摩尔吸光系数值与参考值一致，表明该途径获得的毒素可作为标准物质用于分析定量。将制备获得的OTA与合成交联壳聚糖添加至大鼠日粮中进行5周饲喂试验。　　试验结果表明:　　(1)OTA对体重无明显影响，但降低了肾、肝及膀胱等器官指数;添加该吸附材料可显著消除该症状;　　(2)OTA增加了大鼠血液中谷丙转氨酶、天冬氨酸转移酶、肌酐及尿酐的含量，添加该吸附剂可降低或缓解该症状;　　(3)OTA上调或下调了癌症相关mRNA（clusterin、vimentin、lipocalin2、p53及Nfe2l2）相对表达量，添加该吸附剂可使相关基因表达量趋于正常;　　(4)相较于毒素组，添加该吸附剂可显著降低肾、脾、血液和尿液中OTA含量。　　DON在饲料中污染十分普遍，但交联壳聚糖对DON无显著吸附效果。本试验采用分子印迹技术合成针对DON的吸附材料。考虑到DON价格昂贵，首先建立了纯化制备DON的方法。该方法过程如下:禾谷镰刀菌接种大米培养基用于毒素产生，然后比较不同提取条件和净化方式对DON提取回收率和纯度的影响。提取液经制备液相分离后得到DON。纯化DON通过紫外分光光度计、液相色谱、液相串联质谱、核磁共振及间接ELISA试验确证其结构和免疫特性。结果从1009大米培养基中可纯化得到150 mg DON，纯度达98.93％。获得DON后，采用分子印迹技术合成针对DON的多种微米级聚合物。通过比较我们采用未用模板分子的聚合物进行体外体内试验。结果表明以4-乙烯基吡啶为功能单体、三羟甲基丙烯酸甲酯为交联剂合成的聚合物对DON有最高吸附能力，吸附效率约为50％。体外吸附试验表明该吸附材料对DON吸附效率不受pH影响。进一步，该吸附材料添加至含10μg·g-1 DON的肉鸡饲料中进行体内解毒试验。结果表明，在6周内，DON毒素组降低了肉鸡生产性能（料肉比增加），改变了肉鸡肠道形态（绒毛高度、表面积及肌层厚度降低）。添加该吸附材料后可显著改善这些症状，提高动物生产性能。另外与毒素组比较，添加脱毒剂可显著降低血液中DON和DOM的含量。本试验获得的人工聚合物有潜力作为DON脱毒剂用于实际生产。

目录

声明

论文说明

摘要

略缩词

前言

第一章 真菌毒素检测方法研究进展

1 真菌毒素概况

2 真菌毒素种类、理化性质及污染情况

2．1 黄曲霉毒素类

2．2 赭曲霉毒素类

2．3 单端孢霉烯族类

2．4 伏马毒素类

2．5 玉米赤霉烯酮类

2．6 隐蔽型真菌毒素

2．7 其他常见毒素

3 饲料与动物源性食品中真菌毒素限量标准

4 真菌毒素检测方法

4．1 样品前处理方法

4．2 定量检测方法

参考文献

第二章 真菌毒素脱毒研究进展

1 种植期控制毒素产生

1．1 作物轮作

1．2 耕作

1．3 施肥和灌溉

1．4 育种

1．5 除草

1．6 化学杀菌剂和生物防控

2 收获后控制毒素产生

2．1 收获时间

2．2 湿度

2．3 温度

2．4 辐射

2．5 化学试剂和天然产物

3 污染毒素后脱毒

3．1 物理脱毒法

3．2 化学脱毒法

3．3 微生物脱毒法

3．4 吸附脱毒法

参考文献

第三章 饲料与动物源性食品中真菌毒素分析方法的建立

一、饲料和原料中B型单端孢霉烯族类毒素分析方法建立

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

4 小结

二、饲料和动物源性食品中30种真菌毒素分析方法建立

1 材料与方法

2 结果

3 问题与解决措施

4 讨论

5 小结

参考文献

第四章 饲料与动物源性食品中真菌毒素污染调查

1 材料与方法

1．1 主要试剂和仪器

1．2 样品采集

1．3 试验方法

2 结果

2．1 真菌毒素污染概况

2．2 饲料中真菌毒素污染的结果

2．3 饲料原料中真菌毒素污染的结果

2．4 动物源性食品中真菌毒素污染的结果

3 讨论

4 小结

参考文献

第五章 呕吐毒素与赭曲霉毒素的纯化制备

一、呕吐毒素纯化制备

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

4 小结

二、赭曲霉毒素纯化制备

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

4 小结

参考文献

第六章 交联壳聚糖对真菌毒素的脱毒研究

一、交联壳聚糖对多种真菌毒素体外吸附研究

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

4 小结

二、交联壳聚糖对赭曲霉毒素A的脱毒研究

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

4 小结

参考文献

第七章 人工聚合物对呕吐毒素的脱毒研究

1 材料与方法

1．1 主要试剂和仪器

1．2 人工聚合物合成

1．3 体外吸附试验

1．4 霉玉米制备与试验分组

1．5 肉鸡饲喂试验

1．6 血样和组织样本采集

1．7 血液生化分析

1．8 肠道病理切片

1．9 呕吐毒素及代谢产物含量测定

1．10 数据统计与分析

2 结果

2．1 日粮中毒素分析

2．2 人工聚合物对呕吐毒素吸附效果

2．3 对肉鸡生长性能的影响

2．4 对血液生化指标的影响

2．5 对肠道形态的影响

2．6 呕吐毒素及代谢产物含量

3 讨论

4 小结

参考文献

全文总结

论文创新点

致谢

攻读博士学位期间发表论文