《Food Additives & Contaminants: Part A》：Transfer of tropane alkaloids from maize silage contaminated with Datura stramonium to milk of dairy cows
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曼陀罗（Datura stramonium）是一种产生毒性托烷类生物碱（tropane alkaloids, TAs；L-莨菪碱和东莨菪碱）的有毒植物，在用于饲料生产的农业耕地上日益扩散。为考察托烷类生物碱从饲料向乳汁的转移，研究人员给四头高产奶牛饲喂含有天然
曼陀罗（Datura stramonium）是一种产生毒性托烷类生物碱（tropane alkaloids, TAs；L-莨菪碱和东莨菪碱）的有毒植物，在用于饲料生产的农业耕地上日益扩散。为考察托烷类生物碱从饲料向乳汁的转移，研究人员给四头高产奶牛饲喂含有天然污染曼陀罗的青贮玉米的全混合日粮，持续十天，每日平均TA剂量为0.12 mg/kg体重。采用液相色谱-质谱联用技术测定每头奶牛每次挤奶的个体混合乳中TA含量。乳汁中检出L-莨菪碱，平均含量为0.90 μg/kg，对应于0.039% ± 0.007%的稳态转移率。青贮饲料和乳汁中均未检出D-莨菪碱，表明无自然消旋化的证据。东莨菪碱在乳汁中低于检测限。通过临床检查和使用数字化传感器系统监测反刍来监控实验奶牛的健康参数。未观察到中毒的临床症状。天然污染曼陀罗的饲料可导致乳汁中出现TA，这可能造成消费者暴露。在受污染的玉米青贮中，研究人员分别分析了曼陀罗种子和残留植物部分，以确定它们对总TA含量的贡献。玉米青贮中的总TA主要来源于曼陀罗植物部分。因此，基于动物饲料总TA含量而非曼陀罗种子重量的最大限量可能更适合保护动物和人类健康。
研究背景：托烷类生物碱（tropane alkaloids, TAs）是天然存在于多种植物科中的毒性植物化学物质。在中欧，曼陀罗（Datura stramonium，俗称thornapple或jimsonweed）是一种含有TAs的重要农业杂草。在200多种已知TAs中，阿托品（atropine，D-和L-莨菪碱的消旋混合物）和东莨菪碱（scopolamine）是研究最多的化合物。这些植物毒素的药理作用主要由L-对映体引起，L-对映体在生物合成过程中几乎专一性产生且生物活性远高于D-对映体。即使极少量的TAs也可影响中枢神经系统以及心率和呼吸频率，过量时可导致严重中毒症状并最终因呼吸麻痹而死亡。根据欧洲食品安全局（EFSA）的数据，消费者主要通过植物性食品暴露于TAs。已有报道因食用被曼陀罗污染的黍米粉和含大豆食品而导致急性TA中毒的案例。由于整株植物均含有不同量的TAs，谷物在收获期间可被曼陀罗种子、植物部分以及渗漏的汁液污染。因此，根据欧盟委员会法规（EU）2013/915，食品（如荞麦、黍、玉米）中已设有TAs最大限量。相比之下，关于动物饲料中不良物质的指令2002/32/EC仅规定了动物饲料中曼陀罗种子的最大含量，而未规定实际TA含量。由于气候变化，曼陀罗正从欧洲南部向西北欧包括德国北部和斯堪的纳维亚南部扩散。德国北部（石勒苏益格-荷尔斯泰因）的农民已报告玉米田受曼陀罗侵染多年。使用此类受侵染的玉米作为动物饲料可导致暴露家畜中毒。然而，尚无研究调查受影响动物乳汁中的TA含量。研究人员已利用药用阿托品硫酸盐和东莨菪碱氢溴酸盐证明了TAs向奶牛乳汁的转移。但天然污染粗饲料的转移率可能因植物材料中TAs的生物利用度不同而有所差异。Klein等人在德国多个奶牛场储奶罐乳样品中检测到阿托品，表明接触受污染饲料后TA向乳汁的转移具有实际相关性。由于这些数据来自田间研究，无法获得天然污染饲料中TAs向暴露奶牛乳汁转移率的信息。此外，以往研究仅检测了乳汁中东莨菪碱和消旋阿托品的水平。已知活性更强的L-莨菪碱在升高的pH和温度条件下可发生消旋化，形成毒性较低的D-对映体。然而，关于青贮过程中、奶牛消化道及后续代谢中或乳汁中的消旋化信息甚少。本研究旨在分析天然污染曼陀罗的青贮玉米中TAs向奶牛乳汁的转移，首次考虑L-莨菪碱在饲料保存和向乳汁转移过程中可能的消旋化。研究人员将本研究获得的转移率与已发表的药用TAs转移率进行比较。此外，研究人员分别评估了玉米青贮中曼陀罗植物部分和种子的TA含量，以将研究结果与现行欧盟动物饲料中不良物质法规进行比较。最后，研究人员利用这些数据开发了一个L-莨菪碱从植物饲料向乳汁转移的毒代动力学模型，供公众使用。
研究人员开展了什么研究及结论：本研究于2025年春季在德国基尔Max Rubner-Institut的Schaedtbek农业研究站进行，使用四头泌乳期健康非妊娠奶牛（德国荷斯坦黑白花品种）。实验分为三个时期：适应期（第?7至?1天）、暴露期（第1至10天）和净化期（第11至15天）。适应期同时作为对照期。奶牛饲喂含有天然污染曼陀罗青贮玉米的全混合日粮（TMR），暴露期每日目标TA剂量为0.1 mg/kg体重。结果显示，暴露期TMR中仅检出L-莨菪碱，未检出D-莨菪碱，L-莨菪碱占总TA含量的90%以上。所有实验奶牛在整个实验过程中临床检查均无异常，未显示任何可测量的TA中毒迹象。干物质采食量和反刍时间在暴露期无显著变化，仅产奶量出现轻度下降（平均每头每日下降2.8 kg）。乳汁中L-莨菪碱平均含量为0.90 ± 0.24 μg/kg，实验推导转移率为0.04 ± 0.01%，模型推导稳态转移率为0.039 ± 0.007%（平均产奶量32.6 kg/d）。D-莨菪碱在青贮饲料和乳汁中均未检出，表明在本研究条件下青贮和转移过程中无可测量的消旋化。东莨菪碱在所有乳汁样品中均低于检测限。模型预测与实际测量值几何平均倍数误差（GMFE）为1.22，表明预测准确性优良。与先前使用药用TAs的研究比较，L-莨菪碱（植物来源）与阿托品（药用）的模型推导转移率无统计学显著差异（p = 0.28），表明天然L-莨菪碱和药用阿托品的转移可能相似。玉米青贮分析显示，曼陀罗种子重量为0.7至1.5 g/kg DM青贮，平均1.1 g/kg，符合指令2002/32/EC规定的1 g/kg 88% DM法律要求。然而，青贮中绝大部分TA含量来源于曼陀罗植物部分（茎、叶和种子荚）及渗漏汁液，而非种子本身。种子中TA含量为11.0至22.2 mg/kg DM，远低于意大利、波兰和奥地利研究报告的超过2,000 mg/kg的值，可能归因于德国北部次优生长条件及与玉米的资源竞争。本研究首次证明天然污染曼陀罗的饲料可导致TA转移至暴露动物的乳汁中。由于暴露动物未显示临床可测量的中毒迹象，含有类似L-莨菪碱含量的乳汁可能被输送至市场。与大型乳品厂混合多个牧场乳汁以稀释潜在污染物不同，此类污染乳汁的直接销售可能导致消费者暴露于可能具有毒理学相关性的TA含量。目前欧盟法规仅考虑植物性食品中的TA残留，而未涉及乳汁。本研究中测得的L-莨菪碱含量几乎比草药茶浸剂设定的最大TA残留量高五倍。基于这些数据，值得讨论引入乳汁中TAs最大限量的可能性。对受污染玉米青贮的分析表明，绝大多数TA含量来源于曼陀罗植物部分和渗漏植物汁液，表明仅按现行欧盟法规监管曼陀罗种子含量可能不足以确保饲料安全，而监管总TA含量以涵盖其他相关TA来源似乎更为可取。为便于风险评估和风险管理，基于本研究数据的预测性毒代动力学模型可在https://contrans.bfr.bund.de获取，用于估算不同动物暴露和净化情形下L-莨菪碱的转移。
重要意义：本研究首次证明了天然污染曼陀罗的青贮玉米中托烷类生物碱可转移至奶牛乳汁，且无证据表明青贮或转移过程中发生L-莨菪碱消旋化，因此监测饲料-乳汁毒素转移无需对映体特异性测定。研究结果提示现行仅基于曼陀罗种子重量的饲料法规可能不足以保障饲料安全，建议基于总TA含量制定限量标准，并讨论在乳汁中引入TA最大限量的必要性。
关键技术方法：本研究采用四头泌乳期德国荷斯坦黑白花奶牛进行为期10天的暴露实验，饲喂天然污染曼陀罗的青贮玉米全混合日粮（采自德国北部受侵染玉米田，2024年秋季收获，使用生物青贮剂处理后圆捆青贮约六个月）。采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）结合手性色谱柱分离测定饲料和乳汁中L-莨菪碱、D-莨菪碱和东莨菪碱含量。通过数字化传感器系统（SenseHub）连续监测反刍时间，结合临床检查和个体采食量、产奶量记录评估健康参数。采用广义线性混合模型（GLMM）进行统计分析，并建立一室毒代动力学模型描述L-莨菪碱从饲料向乳汁的转移。
研究结果：
TA content in the daily fed TMR（每日饲喂TMR中的TA含量）：暴露期TMR中仅检出L-莨菪碱（平均值3.49 mg/kg DM ± 0.79）和东莨菪碱（0.29 mg/kg DM ± 0.06），L-莨菪碱占总TA含量90%以上。TMR中TA含量在第4天最高（4.96 mg/kg DM ± 0.52），第10天最低（2.30 mg/kg DM ± 0.07），表明曼陀罗成分在五个圆捆中分布不均。未检出D-莨菪碱，表明本研究中青贮过程无 measurable 消旋化。
Daily TA dosage（每日TA剂量）：10天暴露期平均每日总TA剂量为0.12 mg/kg BW/day ± 0.03，与先前药用TAs研究的最低剂量（0.09 mg/kg BW/day）相似，远低于牛的非观察到不良效应水平（NOAEL）0.3 mg/kg BW。
Performance parameters of the experimental cows（实验奶牛的生产性能参数）：所有奶牛临床检查无异常，未显示TA中毒迹象。干物质采食量在暴露期略有非显著下降（最小二乘均值±标准误：适应期22.1 ± 1.19 kg，暴露期21.4 ± 1.13 kg；Pperiod = 0.16）。反刍时间无显著变化（Pperiod = 0.96）。产奶量显著下降（适应期35.4 ± 1.18 kg，暴露期32.6 ± 1.06 kg；Pperiod < 0.001），但奶牛未表现其他症状，可能部分归因于TMR 2蛋白质含量略低，但实际下降幅度约为营养学预期值的两倍，可能提示对亚临床TA暴露的早期反应。
Transfer of TA from feed to milk（TA从饲料向乳汁的转移）：暴露开始约9小时后（第1天第二次挤奶），所有奶牛乳汁中检出L-莨菪碱。D-莨菪碱在任何乳汁样品中均未检出，与饲料中TA模式一致。L-莨菪碱在乳汁中的快速转移表明天然污染饲料中该生物碱的生物利用度与药用TAs丸剂相似。模型推导半衰期仅0.08 ± 0.02天（1.9 ± 0.6小时），支持从第2天起假设达到稳态。第2至10天乳汁中L-莨菪碱平均含量为0.90 ± 0.24 μg/kg，实验推导转移率为0.04 ± 0.01%，与模型推导稳态转移率0.039 ± 0.007%高度一致。停止暴露约9小时后（第11天第二次挤奶）乳汁中仍可检出低含量L-莨菪碱，24小时后（第12天第一次挤奶）降至检测限以下。与先前药用TAs研究比较，模型推导阿托品转移率为0.045 ± 0.008%（调整至产奶量32.6 kg/d），与L-莨菪碱无统计学显著差异（p = 0.28）。东莨菪碱在所有乳汁样品中均低于检测限，可能归因于本研究中东莨菪碱剂量比先前研究低5至15倍，结合其极低的转移率（0.007%）。
TA analysis in maize silage（玉米青贮中的TA分析）：青贮玉米中曼陀罗种子重量为0.7至1.5 g/kg DM，平均1.1 g/kg，相当于1.0 g/kg 88% DM，符合欧盟指令2002/32/EC规定的1 g/kg 88% DM法律要求。含种子和不含种子的青贮玉米TA平均值分别为7.53和7.52 mg/kg DM，表明种子对总TA含量贡献极小，绝大部分TA来源于曼陀罗植物部分和渗漏汁液。不同圆捆间TA含量变化（5.51至10.26 mg/kg DM）反映了曼陀罗植株在田间的分布不均。种子中TA含量为11.0至22.2 mg/kg DM，远低于其他研究报道值，可能归因于德国北部次优生长条件及与玉米的资源竞争。
讨论部分总结：本研究首次调查了天然污染曼陀罗的饲料中TAs向奶牛乳汁的转移。数据表明，青贮及后续向乳汁转移过程中无证据表明L-莨菪碱发生消旋化，因此监测饲料-乳汁毒素转移无需对映体特异性测定。由于暴露动物未显示临床可测量的中毒迹象，含有类似L-莨菪碱含量的乳汁可能被输送至市场。与大型乳品厂混合稀释不同，此类污染乳汁的直接销售可能导致消费者暴露于毒理学相关TA含量。目前欧盟法规仅考虑植物性食品中TA残留，未涉及乳汁，而本研究中L-莨菪碱含量几乎比草药茶浸剂最大TA残留量高五倍，值得讨论引入乳汁中TA最大限量。青贮分析表明绝大多数TA来源于曼陀罗植物部分和渗漏汁液，仅监管种子含量不足以确保饲料安全，建议监管总TA含量。基于本研究数据的预测性毒代动力学模型已公开提供，用于估算不同暴露和净化情形下L-莨菪碱的转移。
研究结论翻译：在本研究中，研究人员首次调查了天然污染曼陀罗的饲料中TAs向奶牛乳汁的转移。数据显示，青贮过程中及随后向乳汁转移过程中曼陀罗来源的L-莨菪碱无消旋化证据。因此，监测饲料向乳汁的毒素转移无需对映体特异性测定。由于所有暴露动物均未显示临床可测量的中毒迹象，含有类似L-莨菪碱含量的乳汁可能被输送至市场。与通过大型乳品厂销售（多个牧场乳汁混合稀释潜在污染物）不同，此类污染乳汁的直接销售可能导致消费者暴露于可能具有毒理学相关性的TA含量。目前欧盟委员会法规（EU）2013/915仅考虑植物性食品中TA残留，而未涉及乳汁。然而，本研究中测得的L-莨菪碱含量几乎比草药茶浸剂设定的最大TA残留量高五倍。基于这些数据，值得讨论引入乳汁中TAs最大限量的可能性。对受污染玉米青贮的分析表明，绝大多数TA含量来源于曼陀罗植物部分和渗漏植物汁液。这些数据表明，仅按现行欧盟法规监管曼陀罗种子含量可能不足以确保饲料安全。相反，监管总TA含量以涵盖其他相关TA来源似乎更为可取。为便于风险评估和风险管理工作，基于本研究数据的预测性毒代动力学模型可在https://contrans.bfr.bund.de获取，用于估算不同动物暴露和净化情形下L-莨菪碱的转移。
