改性蒙脫石對黃曲霉毒素B1 和玉米赤霉烯酮的吸附研究

張亞坤 ，王金榮*，趙銀麗，陳勇江，黃 進(jìn)，李林儒，高溫婷，黎莉莉

（1.河南工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，河南鄭州 450001；2.內(nèi)蒙古寧城天宇膨潤土科技有限公司，內(nèi)蒙古寧城 024200）

黃曲霉毒素B1（Aflatoxin，AFB1）和玉米赤霉烯酮（Zearalenone，ZEN）是飼料中常見的2 種真菌毒素。AFB1是目前已知自然界中最強(qiáng)的致癌物質(zhì)之一[1]，其理化性質(zhì)比較穩(wěn)定，不易降解[2]。家禽采食AFB1污染的飼料會導(dǎo)致自身肝臟損傷、繁殖力和生殖效率受損、產(chǎn)蛋量下降[3]、蛋殼質(zhì)量降低[4]、胴體品質(zhì)低劣和疾病易感性增加[5]等問題。豬的黃曲霉毒素中毒一般表現(xiàn)為肝損傷、肝出血[6]、腎衰竭，嚴(yán)重時可致豬死亡[7]。AFB1對牛的影響主要是體增重減少以及肝和腎損傷，同時牛奶產(chǎn)量也會減少[8]。ZEN 具有類似雌性激素的效果，可使畜禽產(chǎn)生雌性激素亢進(jìn)癥，引起動物繁殖機(jī)能異常甚至死亡[9-10]，給畜禽業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失。

飼料中添加霉菌毒素脫毒劑是最常用的脫毒方法之一。蒙脫石是由硅氧四面體和鋁氧八面體按2:1 組成的層狀硅酸鹽類礦物，由于其晶層間2 個氧原子能夠組成正六角形網(wǎng)孔可畸變成復(fù)（雙）三角形網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，使晶層硅氧烷型層面產(chǎn)生褶皺形狀，從而在礦物表面形成各種活性位點(diǎn)[11]，因此具有特殊的化學(xué)和物理吸附特性，常用于吸附重金屬、霉菌毒素等[12]。Olopade 等[13]研究表明，添加8%鈉基蒙脫石可降低玉米粉中66%的T-2毒素。蒙脫石經(jīng)改性后的吸附能力顯著增強(qiáng)。通過采用不同改性工藝對蒙脫石處理，可以增強(qiáng)其對各種重金屬、霉菌毒素的吸附作用。蒙脫石作為霉菌毒素吸附劑，經(jīng)與其他飼料原料混合、調(diào)質(zhì)、制粒得到飼料產(chǎn)品，飼料中的霉菌毒素能夠被蒙脫石吸附，在通過畜禽消化道時避免被動物消化吸收而直接排到體外，降低飼料中霉菌毒素對畜禽的毒害作用。本研究采用體外吸附的方式，通過對噴漿玉米皮中添加不同比例的改性蒙脫石，研究其對ZEN 和AFB1的吸附作用，為蒙脫石在飼料行業(yè)中的合理利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 改性蒙脫石：鈉化蒙脫石、復(fù)合改性蒙脫石I 型（十六烷基三甲基氯化銨改性，陽離子交換容量為110 mmol/100 g，蒙脫石含量≥90%）、復(fù)合改性蒙脫石II 型（十八烷基三甲基氯化銨改性，陽離子交換容量為110 mmol/100 g，蒙脫石含量≥90%）和復(fù)合改性蒙脫石III 型（經(jīng)碳酸鈉改性制備，陽離子交換容量為96 mmol/100 g，蒙脫石含量≥90%），所有的改性蒙脫石均由某膨潤土科技有限公司提供。

1.2 主要試劑 無水乙醇（分析純，天津市天力化學(xué)試劑有限公司）；霉菌毒素污染的噴漿玉米皮（河南工業(yè)大學(xué)生物工程系自存樣品，淺黃色有微香固體，其中AFB1含量為50 ng/g、ZEN 含量為100 ng/g）；玉米赤霉烯酮酶聯(lián)免疫檢測試劑盒、AFB1酶聯(lián)免疫檢測試劑盒（江蘇省蘇微微生物研究有限公司）。

1.3 主要儀器設(shè)備 高速冷凍離心機(jī)（Thermo Scientific，YZB/GER 1841-2014）；恒溫培養(yǎng)振蕩器（上海智城分析儀器制造有限公司，ZWY-240）；酶標(biāo)儀（帝肯奧地利有限責(zé)任公司，1711012817）。

1.4 噴漿玉米皮中AFB1和ZEN 的含量測定

1.4.1 AFB1含量測定 稱取5.0 g 樣品，加入25 mL 甲醇與水（1:1）混合液，充分震蕩15 min 后，4 000 r/min離心6 min，取上清液用 ELISA 法檢測AFB1含量，按照AFB1試劑盒說明書進(jìn)行試驗(yàn)操作。

1.4.2 ZEN 含量測定 稱取5.0 g 樣品，加入25 mL 甲醇與去離子水（3:2）混合液，充分震蕩30 min 后，5 000 r/min離心6 min，取上清液用 ELISA 法檢測ZEN 含量，按照AFB1試劑盒說明書進(jìn)行試驗(yàn)操作。

1.5 試驗(yàn)方法 ①將鈉化蒙脫石、復(fù)合改性蒙脫石I 型分別以0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和1%的比例添加到噴漿玉米皮中，混勻后靜置24 h 后，測定樣品中ZEN 和AFB1含量。②復(fù)合改性蒙脫石II 型和III 型分別以0.1%、0.5%和1%的比例添加到噴漿玉米皮中，混勻并靜置24 h 后，測定樣品中ZEN 和AFB1含量。

1.6 統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)采用SAS 9.1 統(tǒng)計軟件來進(jìn)行單因素方差統(tǒng)計分析，試驗(yàn)結(jié)果以平均值± 標(biāo)準(zhǔn)差表示，P＜0.05 表示差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 改性蒙脫石對ZEN 的吸附效果 從表1 可以看出，隨著蒙脫石添加量的增加，對噴漿玉米皮中ZEN 的吸附率增加，其中鈉化蒙脫石對ZEN 的吸附率從6.02%增加到16.52%（P＜0.05），復(fù)合改性蒙脫石I 型對ZEN 的吸附率從10.66% 增加到30.80%（P＜0.05），復(fù)合改性蒙脫石II 型對ZEN 的吸附率從25.30% 增加到43.38%（P＜0.05），復(fù)合改性蒙脫石III 型對ZEN的吸附率從20.17%增加到40.36%（P＜0.05）。在相同蒙脫石添加量的情況下，復(fù)合改性蒙脫石II 型對ZEN的吸附率均大于鈉化蒙脫石、復(fù)合改性蒙脫石I 型、III型（P＜0.05），且鈉化蒙脫石對ZEN 的吸附率小于其余3 種蒙脫石（P＜0.05）。

表1 改性蒙脫石對ZEN 的吸附效果 %

2.2 改性蒙脫石對AFB1的吸附效果 從表2 可以看出，隨著蒙脫石添加量的增加，對噴漿玉米皮中AFB1的吸附率增加，其中鈉化蒙脫石對AFB1的吸附率從14.08% 增加到32.42%（P＜0.05），復(fù)合改性蒙脫石I型對AFB1的吸附率從13.42%增加到46.01%（P＜0.05），復(fù)合改性蒙脫石II 型對AFB1的吸附率從19.73%增加到62.60%（P＜0.05），復(fù)合改性蒙脫石III 型對AFB1的吸附率從14.32%增加到38.27%（P＜0.05）。在相同蒙脫石添加量的情況下，復(fù)合改性蒙脫石II 型對AFB1的吸附率亦大于鈉化蒙脫石、復(fù)合改性蒙脫石I 型、III型（P＜0.05）。

表2 改性蒙脫石對AFB1 的吸附效果 %

3 討 論

3.1 改性蒙脫石對AFB1的吸附作用 蒙脫石改性后的化學(xué)結(jié)構(gòu)、表明疏水性等特征均發(fā)生改變，其吸附能力大大增強(qiáng)[14]。蒙脫石通過與AFB1上的2 個羰基共用電子對形成共價鍵，使二者之間發(fā)生吸附現(xiàn)象[15]。改性蒙脫石增加了蒙脫石表面的電荷和空間結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化了這種吸附作用[16]。張立陽等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在AFB1毒素濃度為2.0 μg/mL 的溶液中添加0.5%（w/v）銅、鋅改性蒙脫石時，對AFB1的吸附率分別為71.86% 和81.74%。梁曉維等[18]研究表明，0.012 5 g/mL 鈉化蒙脫石可吸附溶液中96.8%的AFB1。本試驗(yàn)條件下，添加0.1% 鈉化蒙脫石時，有14.08% 的AFB1被吸附，當(dāng)添加量達(dá)到1%時，鈉化蒙脫石對AFB1的吸附率為32.43%，雖然隨著蒙脫石添加量的增加對AFB1的吸附作用也提高，但并沒有達(dá)到梁曉維等[18]試驗(yàn)的吸附效果。分析認(rèn)為可能由于梁曉維等[18]研究所使用的樣品是由AFB1制得的標(biāo)準(zhǔn)溶液，而本試驗(yàn)所用的試驗(yàn)樣品為霉菌毒素污染的噴漿玉米皮，由于鈉化蒙脫石的吸附不具有選擇性，且吸附具有飽和性，在吸附AFB1的同時也會吸附噴漿玉米皮中的蛋白質(zhì)、脂類等物質(zhì)，進(jìn)而降低了鈉化蒙脫石對AFB1的吸附作用。此外，由于污染的噴漿玉米皮中的霉菌毒素是霉菌直接代謝的產(chǎn)物，與噴漿玉米皮緊密結(jié)合，在物理條件下不容易被吸附，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果偏低。此外，因?yàn)槊擅撌男怨に嚰案男詣┑牟煌?，也可能?dǎo)致結(jié)果不盡一致，但趨勢相同。本試驗(yàn)條件下，4 種改性蒙脫石對AFB1都有顯著的吸附作用，其中0.1% 復(fù)合改性蒙脫石I 型對AFB1的吸附率最低，為13.42%，對AFB1的吸附作用最強(qiáng)的是復(fù)合改性蒙脫石II 型，吸附率為62.60%。蒙脫石經(jīng)十八烷基三甲基氯化銨處理后，其晶層內(nèi)吸附有機(jī)離子，改變了蒙脫石晶層表面電荷，提高了蒙脫石的親和性；此外，經(jīng)十八烷基三甲基氯化銨改性后，有機(jī)離子增大了蒙脫石晶層間隔，提高了其吸附量，這也是復(fù)合改性蒙脫石II 型對AFB1的吸附作用最強(qiáng)的原因。隨著蒙脫石添加量的增加，改性蒙脫石對AFB1的吸附率也提高。但是在同一添加水平下，4 種改性蒙脫石對AFB1的吸附能力存有差異，這種差異可能與改性蒙脫石特有的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。曾路等[19]研究表明，蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)存在同質(zhì)取代反應(yīng)，其層面電負(fù)性不同時，吸附能力亦不同。即改性條件的不同可使得改性后蒙脫石的顆粒大小、形狀、比表面積及表面電荷等不同，其對AFB1吸附效果也不同。

3.2 改性蒙脫石對ZEN 的吸附作用 ZEN 結(jié)構(gòu)內(nèi)含有2 個酚羥基的內(nèi)酯，在堿性條件下，酯鍵打開，此時ZEN 可以溶于水中[20-21]。ZEN 的這種雙極性特質(zhì)可減弱蒙脫石對其的吸附作用，但是并非所有的蒙脫石對ZEN 的吸附效果都很低，蒙脫石經(jīng)改性后可以提高對ZEN 的吸附作用[22]。在本試驗(yàn)條件下，4 種改性蒙脫石中鈉化蒙脫石對ZEN 的吸附最弱，在鈉化蒙脫石添加量為0.1%時，其對ZEN 的吸附率僅為6.02%，而復(fù)合改性蒙脫石II 型對ZEN 的吸附率達(dá)25.30%。這是因?yàn)槊擅撌?jīng)十八烷基三甲基氯化銨處理后，其分子內(nèi)晶層結(jié)構(gòu)被改變，分子層間距也被擴(kuò)大，晶層容積空間變大；此外，有機(jī)改性劑可覆蓋在蒙脫石疏水性的分子表面，使得其對有機(jī)物的吸附能力增強(qiáng)，這也是復(fù)合改性蒙脫石II 型對ZEN 的吸附效果最好的原因。在本試驗(yàn)中，4 種不同的改性蒙脫石對ZEN 都有顯著吸附作用，并且吸附率隨添加量的增加而增加。這與王馨宇等[23]的研究結(jié)果一致，即改性后的蒙脫石對ZEN 的吸附率與劑量之間呈正相關(guān)。姚志成等[24]獲得的改性后蒙脫石對ZEN 的吸附率達(dá)到92.44%，具有良好的脫毒效果。此外，不同改性蒙脫石在同一添加劑量下對ZEN 的吸附率不同。這可能是因?yàn)椴煌男詶l件制備改性蒙脫石的分子晶層間距、離子特性等不一樣，導(dǎo)致其對ZEN的吸附作用也不一致。

4 結(jié) 論

在本試驗(yàn)條件下，4 種不同改性蒙脫石對AFB1和ZEN 均具有吸附作用，且吸附作用隨著蒙脫石的添加量增加而作用增強(qiáng)。其中復(fù)合改性蒙脫石II 型對AFB1和ZEN 的吸附效果最好，在添加量為1% 時，其對AFB1和ZEN 的吸附率分別為62.60%和43.38%。由于本試驗(yàn)是在體外進(jìn)行的吸附性能研究，而動物腸道內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，是否會影響改性蒙脫石的吸附作用效果有待進(jìn)一步研究。