微生物的代谢产物与环境污染

第十章 微生物的代谢产物与环境污染

目的：了解各种微生物所产毒素的毒性及其相关症状，尤其是黄曲霉毒素的分类和蓝细菌释放毒素的规律。
第一节 微生物的毒素及其污染
微生物毒素是微生物的次生代谢产物，是一类具有活性、在低剂量时就对其他生物产生毒性的化合物。
细菌、放线菌、真菌和藻类均可产生毒素。

一、细菌毒素
根据释放毒素的情况，可分为内毒素和外毒素两类。
（一）内毒素：
是菌体细胞壁的一部分，只有在菌体裂解或自溶时才能释放出来，主要是脂多糖。
耐热性较强：160 ℃，2-4h或使用强酸、强碱或强氧化剂煮沸30min后方可灭活。
（二）外毒素
是菌体在生长过程中释放到细胞外，多为蛋白质，毒性比内毒素强，但不耐热，一般加热到60 ℃以上时，就被破坏。
外毒素对环境的污染较大。
1.肉毒梭菌毒素
肉毒梭菌：G+，梭状，专性厌氧，具有4-8根周毛性鞭毛，最适温度为25-35℃。必需在无氧环境中用卵黄琼脂培养基才能生长，菌落小而圆润，无色,光滑湿润。能在水果、蔬菜、肉类、发酵食品如豆腐乳、豆酱等生长。
肉毒梭菌毒素：一种外毒素（蛋白质），耐酸不耐碱，不耐热，在80℃下30min或100 ℃下10-20min均可被破坏。
该毒素属神经毒素，剧毒，对人的致死量为0.1μg，抑制乙酰胆碱酯酶的分泌，可麻痹肌肉，使得肌肉停止运动或减轻肌肉力量的作用。
由于它对兴奋型神经介质有干扰作用，所以可治疗肌肉神经功能亢进的药物。临床上主要用于治疗肌肉痉挛、角弓反张、脑瘫、斜视等。
可美容：注入皱纹的肌肉内，会阻断神经递质乙酰胆碱的释放，从而使肌肉张力下降或是肌肉瘫痪麻痹,从而萎缩，皱纹也随之而逐渐消失。
预防措施：
罐头食品要严格灭菌；
判断是否有难闻气味产生；
将食品放在pH<4.5，含盐量>10%,温度<3 ℃下保存；
对含有毒素的食品，加热到90℃，20-30min处理。
2.肠毒素
由一些金黄色葡萄球菌产生的外毒素，能被小肠吸收引起急性肠胃炎，导致呕吐腹泻。
该毒素具有耐热性，100℃下处理2h方可破坏。
在美国，由金黄色葡萄球菌肠毒素引起的食物中毒占整个细菌性食物中毒的33%，加拿大占45%。
多见于春夏季；中毒食品种类多，如奶、肉、蛋、鱼及其制品。
治疗：红霉素、青霉素、庆大霉素、万古霉素等。
预防措施：
低温和通风良好的条件下贮藏食物。在气温高的春夏季，食物置冷藏或通风阴凉地方也不应超过6小时，并且食用前要彻底加热 ；
注意个人卫生。
3.蓝细菌毒素（蓝藻毒素）
有3种化学结构：环肽、生物碱和脂多糖。
常见的有微囊藻毒素，节

球藻毒素、鱼腥藻毒素等。
微囊藻毒素研究得较深刻，属环肽化合物，主要存在于蓝细菌活细胞内，当细胞死亡后，大量释放。
藻毒素的危害
鱼类、水鸟饮用后死亡。
引起人类皮炎、肠胃炎、呼吸失调、脏器损伤等。

注：蓝细菌释放毒物的规律：
白天：水中的藻毒素（碱溶性）含量较低，主要因为光合作用旺盛，溶解氧高，水体pH可到9.5；
夜间：光合作用停止，细胞进行呼吸作用，溶解氧降低，pH降低到6.5，藻毒素含量较高。
二、放线菌毒素
1.放线菌素：由链霉菌产生的一种抗生素，可使得大鼠产生肿瘤，而放线菌素D又可作为抗癌剂使用，其可嵌入DNA双链之间，损伤DNA模板，同时抑制DNA聚合酶和RNA聚合酶活力。
2.链脲菌素
不产色链霉菌产生，经肠道微生物水解后可致癌和产生肿瘤。
3.洋橄榄霉素
肝链霉菌产生，可导致肿瘤，在动物肠道内被水解后可致癌。
三、真菌毒素
主要指霉菌（青霉、曲霉、镰孢霉等）产生的毒素。
据统计全世界每年平均有2%的谷物由于霉变不能食用。
污染多见于南方多雨地区，目前已知的霉菌素素约有200余种，毒素按其化学性质可分为肝脏毒、肾脏毒、神经毒、细胞毒及性激素样作用。
常见的有黄曲霉毒素、黄绿青霉素、岛青霉素、黄天精、桔青霉素、展青霉素、单端孢霉素类、玉米赤霉烯酮、丁烯酸内酮等。
1.黄曲霉毒素
1.1发现历史
20世纪世纪60年代，在英国发生的十万只火鸡突发性死亡事件被确认与从巴西进口的花生粉有关。进一步的调研证明，这些花生粉被黄曲霉毒素污染。
1.2毒性
剧毒，毒性是氰化钾的10倍，砒霜的68倍。致癌，靶器官是肝脏，也能作用于胃肠肾等。发生肝炎,肝硬化, 肝坏死、肝癌等。
临床表现有胃部不适,食欲减退,恶心,呕吐,腹胀及肝区触痛等;严重者出现水肿,昏迷,以至抽搐而死 。
黄曲霉毒素如不连续摄入，一般不在体内积蓄。一次摄入后约1周即经呼吸、尿、粪等将大部分排出。

目前无特效药物治疗。一旦发现中毒，立即更换食物。
对早期发现的中毒，服用硫酸镁等盐类泻药，同时供给充足的维生素A、D；或者灌服绿豆汤、甘草水或高锰酸钾水溶液，可缓解中毒。
1.3产生菌
黄曲霉和寄生曲霉。可侵染粮食、食品、饲料等，尤其是玉米花生最为常见。
总的分布情况为：华中、华南、华北产毒株多，产毒量也大，东北、西北地区较少。
1.4结构和理化性质
基本结构：两个呋喃环和香豆素。前者为基本毒性结构，后者与致癌作用有关。
无色、无味。可以放出荧光，根据紫外线照射时发出的荧光颜色的不同，可以分为两大类：B族发蓝色荧

光，G族发绿色荧光。其中，黄曲霉毒素B1毒性最大，最稳定、致癌力最强。
黄曲霉毒素B1：耐高温，加热到280℃才裂解破坏；不被紫外线破坏，耐酸性，在pH9-10的碱性条件下可迅速分解。次氯酸钠、氯气、H2O2、SO2都可破坏黄曲霉毒素B1。
溶于油、氯仿、甲醇等有机溶剂，不溶于水、乙醚、石油醚；
1.5 黄曲霉毒素产生的影响因素
产毒菌株
培养基：花生、玉米等是黄曲霉的天然培养基。
温度和湿度：黄曲霉毒素产生温度28～32℃，相对湿度85％以上。
不同食品预防产毒的水分含量分别为：大米、小麦为14％，大豆为11％，干莱、干果为30％。
水分：产毒的适宜水活度为0.8～0.9。
氧气和二氧化碳浓度
pH值：最适pH值为3
光强度：较低时有利于产毒
1.6 预防措施
预防霉菌污染为根本措施：⑴降低温度；⑵降低粮食水分；⑶通风干燥，控制环境湿度；⑷减少氧气含量；⑸培育抗霉新品种。
去毒措施：⑴挑选霉粒；⑵碾压水洗米糠中的毒素；⑶含毒的油可用碱精炼去毒；⑷含毒的液体用活性炭吸附去毒；
制定执行食品中最高容许量标准
1995年，世界卫生组织制定的食品黄曲霉毒素最高允许浓度为15μg/kg。
美国规定人类消费食品和奶牛饲料中的黄曲霉毒含量(指B1+B2+G1+G2的总量)不能超过15μg/kg。牛奶中的含量不能超过0.5μg/kg,动物饲料中的含量不能超过300μg/kg。
而欧盟国家规定更加严格，要求人类生活消费品中的黄曲霉毒素B1的含量不能超过0.05μg/kg。
我国的标准
玉米、花生、花生油、坚果和干果(核桃、杏仁) ≤ 20 μg/kg；
大米、其他食用油(香油、菜籽油、大豆油、葵花油、胡麻油、茶油、麻油、玉米胚芽油、米糠油、棉籽油) ≤ 10μg/kg；
其他粮食(麦类、面粉、薯干)、发酵食品(酱油、食用醋、豆豉、腐乳制品)、淀粉类制品(糕点、饼干、面包、裱花蛋糕) ≤ 5μg/kg
牛乳及其制品、黄油、新鲜猪组织(肝、肾、血、瘦肉) ≤ 0.5μg/kg
2.黄变米问题
米粒呈现不同程度的黄色，是由于稻谷收割后，贮存中含水份过高，被霉菌污染后发生霉变所致。其中最常见到的霉菌有黄绿青霉、岛青霉、和桔青霉等。
黄变米毒素：黄变米毒素（黄天精）、岛青霉毒素、橘青霉素、黄绿青霉素等，可引起肝脏、肾脏神经系统中毒，黄天精、岛青霉素可致癌。
3.镰刀菌毒素
主要是镰刀菌属和个别其他菌属霉菌所产生的有毒代谢产物的总称。
毒素根据其化学结构和毒性作用可以主要分为单端孢霉烯族化合物、玉米赤霉烯酮和丁烯酸内酮等几类毒素。
单端孢霉烯族化合物：具有较强的细胞毒性，急性毒性可引起炎症甚至组织坏死，慢性毒性能妨碍动物

细胞的合成，引起呕吐。
玉米赤霉烯酮
由禾谷镰刀菌产生，具有雌性激素作用，使得动物发生雌性激素亢进症，表现一些雌性动物的性状。
丁烯酸内酮
由三线镰刀菌产生，可引起牛烂蹄病，表现为后腿变瘸，蹄和皮肤连接处破裂等。另外，对家兔和小鼠也有毒性。
4.麦角中毒
是由于食用了带有麦角的麦类或麦制品所引起。
（1）麦角：麦角菌侵入谷壳内形成的黑色和轻微弯曲的菌核，菌核是麦角菌的休眠体。有麦角毒碱、麦角胺和麦角新碱。
（2）麦角中毒分类：
①坏疽性麦角中毒：剧烈疼痛,肢端感染和肢体出现灼焦和发黑等坏疽症状,严重时可出现断肢；
原因：麦角毒素具有强烈收缩动脉血管的作用,从而导致肢体坏死。
麦角毒素（麦角碱类）可无需通过神经递质,直接作用于平滑肌而收缩动脉，因此，目前经常用于处理怀孕和生产期出现的各种突发性事件。
低剂量的麦角毒素常用于中止产后出血;麦角毒素还可促进子宫收缩,故具有催产的作用。麦角新碱对子宫作用最强，麦角胺次之。
麦角胺可引起食物中毒，急性为恶心、呕吐、腹痛、腹泻，心力衰竭、昏迷等，慢性有不同症状。
②痉挛性麦角中毒：神经失调,出现麻木,失明,瘫痪和痉挛等症状。

四、藻类毒素
主要由三种藻产生
（1）海洋中的甲藻纲：所产毒素对人类最具有毒性；
（2）淡水中的蓝藻：能使鱼类、家畜和鸟类死亡；
（3）盐水中的金藻纲，使鱼类死亡。
（一）、甲藻
在赤潮时常出现，所产毒素能在贝类中累积，最终导致食物中毒，目前没有有效的解毒药。其中，贻贝和蛤中的毒素，石房蛤毒素毒性最强。
（二）、金藻
耐盐性较强，产生的毒素可引起盐湖中鱼类的死亡，另外还有溶血及溶菌的作用。
角甲藻属
裸甲藻属
第二节 微生物一般代谢产物的污染与危害
一、含氮污染物
1.氨气：污染空气，水体中的氨气转化成硝态氮和铵态氮，加剧水体富营养化。
2.硝酸盐和亚硝酸盐
（1）NO3-：污染水体，进入人体后被还原为NO2- ，还能导致正铁血红蛋白症。
（2）NO2-：致癌。
日常膳食中，绝大部分亚硝酸盐在人体内像“过客”一样随尿排出体外，只是在特定条件下才转化成亚硝胺。
膳食中的亚硝酸盐不会对人体健康造成危害，只有过量摄入亚硝酸盐，体内又缺乏维生素C的情况下，才会对人体引起危害。
3.NO2和NO：
NO2损害肺，NO损害血红蛋白和神经中枢。
4.羟胺：潜在的致突变物。
5.亚硝胺类：前体是亚硝酸盐和胺类。致癌、致畸变、致突变。
在咸鱼、腊肉及腌制蔬菜中有亚硝胺产生。
二、其他
1.H2S
2.甲基汞：在酸性水域

中含量高，溶于水。通过是食物链扩大和传递，造成食物中毒。
3.酸性矿水：污染水体，毒害鱼类，破坏生态群落。
4.农药代谢的毒性物质：
经微生物转化后毒性更强。
如稻瘟醇杀菌剂经微生物代谢后生成三氯苯甲酸和四氯苯甲酸，毒性增强。
DDT经微生物作用后，生成DDD，毒性增强。
污染物通过食物链的生物
放大作用危害人类
练习题
名词解释：内毒素、外毒素。
1.蓝细菌释放毒物的规律是什么？
2.根据紫外线照射时发出的荧光颜色的不同，可以将黄曲霉毒素分成几种类型？特点是什么？