不同粘土礦物對霉菌毒素和營養(yǎng)物質(zhì)的吸附和解吸效果研究

徐 瑞，王改琴，劉春雪，耿文靜，沈 波

(安佑生物科技集團(tuán)股份有限公司，江蘇 蘇州 215437)

粘土類礦物質(zhì)主要由水合硅鋁酸鹽組成，顆粒較小，因其獨(dú)特的多面體結(jié)構(gòu)而具有較大的比表面積，表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附能力和陽離子交換能力，同時(shí)還具有良好的物化性能，如良好的流散性、粘結(jié)性等，所以可作為霉菌毒素吸附劑、預(yù)混料載體、顆粒飼料粘合劑等添加使用[1-2]。粘土中可用作霉菌毒素吸附劑的類型主要有蒙脫石、凹凸棒土、高嶺土、沸石粉、云母、海泡石等[3-4]，其中蒙脫石、凹凸棒土的應(yīng)用較多，尤其是蒙脫石除具有較強(qiáng)的吸附能力外，還有一定的抗腹瀉能力，被廣泛用作毒素吸附劑外，目前還被開發(fā)為成人用藥。市面上粘土礦物產(chǎn)品的種類較多，結(jié)構(gòu)與成分比例差異較大，對飼料中常見毒素的吸附不一致，對營養(yǎng)物質(zhì)的吸附檢測指標(biāo)不統(tǒng)一，且各種文獻(xiàn)報(bào)道的檢測結(jié)果差異較大，國家和行業(yè)對此類產(chǎn)品的評估目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。我們選擇普通的凹凸棒土、蒙脫石及其他3種以蒙脫石為主要成分的功能性粘土產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，首先測定這5種粘土產(chǎn)品對黃曲霉毒素，玉米赤霉烯酮及嘔吐毒素的吸附率，再以飼料中比較常見的營養(yǎng)物質(zhì)如VB1、VB2及賴氨酸的添加為例(以飼料中常見的VB1、VB2及賴氨酸含量：10、20 mg/kg及1.35%為基礎(chǔ)來進(jìn)行試驗(yàn))，進(jìn)行營養(yǎng)物質(zhì)的吸附與解吸的評估，為此類產(chǎn)品的檢測與評估提供參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

從國內(nèi)市場購買的普通凹凸棒土、蒙脫石及其他3種以蒙脫石為主要成分的功能性粘土：吸附型粘土(坡蒙石)、粘結(jié)型粘土、止瀉型粘土，分別記為樣品1、2、3、4、5。

1.2 主要試劑

黃曲霉毒素(AFB1)、玉米赤霉烯酮(ZEN)、嘔吐毒素(DON)標(biāo)準(zhǔn)品購自北京華安麥科生物科技有限公司，色譜級甲醇，色譜級乙腈等，所用化學(xué)試劑均為色譜純，水為去離子水。

1.3 主要儀器

精確至0.000 00的分析天平、離心機(jī)、恒溫水浴振蕩器、高效液相色譜分析儀(安捷倫)、移液器等。

1.4 方法

1.4.1主要溶液的配制

(1)配制10 mg/kg AFB1的標(biāo)準(zhǔn)溶液：取黃曲霉毒素B1標(biāo)準(zhǔn)品1 mg溶于100 ml甲醇溶液中。

(2)配制100 mg/kg ZEN的標(biāo)準(zhǔn)溶液：取玉米赤霉烯酮標(biāo)準(zhǔn)品1 mg溶于10 ml乙腈溶液中。

(3)配制100 mg/kg DON的標(biāo)準(zhǔn)溶液：取嘔吐毒素標(biāo)準(zhǔn)品1 mg溶于10 ml甲醇溶液中。

(4)配制260 mg/kg VB1的標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.026 g VB1溶于100 ml的0.01 mol/L鹽酸溶液中。

(5)配制60 mg/kg VB2標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.006 07 g VB2溶于100 ml的0.01 mol/L鹽酸溶液中。

(5)配制人工胃液：取濃鹽酸3.84 ml，加水1 000 ml。

(6)配制人工小腸液(pH6.8)：取磷酸二氫鉀6.8 g，加水500 ml溶解，用0.1 mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至6.8。所有試劑不用時(shí)4℃低溫儲(chǔ)藏。

1.4.2霉菌毒素吸附率的測定

稱取待評估的粘土樣品0.02 g于離心管中，加入9.9 ml水，按表1所示添加量依次向離心管內(nèi)先加入一級水，再分別加入相應(yīng)的已配置好的毒素標(biāo)準(zhǔn)溶液。37℃ 120 r/min孵育1 h后，5 000 r/min離心15 min。轉(zhuǎn)移清液，過0.22 μm膜后HPLC分析毒素含量。

表1 毒素標(biāo)準(zhǔn)溶液、一級水的添加量

1.4.3對營養(yǎng)物質(zhì)VB1、VB2、賴氨酸的吸附率及解吸附率測定

稱取待評估的粘土樣品0.02 g，按表2所示添加量依次向裝有樣品的離心管，先加入人工胃液，再分別加入相應(yīng)的VB1、VB2溶液及賴氨酸。分別于37℃ 120 r/min孵育1 h后，5 000 r/min離心10 min。取清液過0.22 μm后進(jìn)行HPLC分析。

表2 樣品、VB1、VB2、氨基酸、人工胃液的添加量

向離心后的沉淀中加入10 ml人工腸液，充分搖晃分散后，于超聲波水浴中15 min，離心(5 000 r/min，10 min)，取清液過0.22 μm后進(jìn)行HPLC分析測定VB1、VB2、賴氨酸的含量，最后計(jì)算解吸的量。

維生素及賴氨酸的測定方法參考GB/T 14700—2018飼料中維生素B1的測定；GB/T 14701—2019飼料中維生素B2的測定；GB/T 18246—2000飼料中氨基酸的測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樣品對黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和嘔吐毒素的吸附率

不同樣品對黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和嘔吐毒素的吸附率見表3。

表3 不同樣品對黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和嘔吐毒素的吸附率

由表3可看出，與普通的蒙脫石1、凹凸棒土2相比，其他3種以蒙脫石為主要成分的功能性粘土對黃曲霉毒素的吸附率較高。其他的功能性粘土產(chǎn)品之間相比，吸附型粘土3、止瀉型粘土4對黃曲霉毒素吸附率較高；吸附型粘土3對玉米赤霉烯酮和嘔吐毒素的吸附率較高，止瀉型粘土4、粘結(jié)型粘土5對玉米赤霉烯酮及嘔吐毒素的吸附率均較低。

2.2 不同樣品對營養(yǎng)物質(zhì)B1、B2、賴氨酸的吸附及解吸率

不同樣品對營養(yǎng)物質(zhì)B1、B2、賴氨酸的吸附及解吸率見表4。

表4 不同樣品對營養(yǎng)物質(zhì)VB1、VB2、賴氨酸的吸附及解吸率

由表4可以看出，蒙脫石1對VB1的吸附率高于凹凸棒土2，解吸附率低于凹凸棒土2；對VB2的吸附率凹凸棒土2略高于蒙脫石1，解吸附率數(shù)據(jù)相近。二者相比，蒙脫石對VB1的吸附較多，且不易解吸出來；凹凸棒土對維生素B2的吸附較多。其他粘土產(chǎn)品對VB1、VB2的吸附率從高到低排序均為：吸附型粘土3>止瀉型粘土4>粘結(jié)型粘土5。試驗(yàn)結(jié)果顯示，吸附型粘土3對VB1、VB2的吸附率最高，粘結(jié)型產(chǎn)品5對VB1的吸附率較低(略大于凹凸棒土)，吸附型粘土3、止瀉型粘土4對VB1的吸附率均高于蒙脫石；吸附型粘土3、止瀉型粘土4、粘結(jié)型粘土5對VB2的吸附率均高于普通蒙脫石。

普通蒙脫石和凹凸棒土對賴氨酸的吸附率較低，其他粘土產(chǎn)品對賴氨酸吸附率高于普通蒙脫石和凹凸棒土，但數(shù)值均在10%以下。

3 討論

吸附型產(chǎn)品3對三種毒素黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮及嘔吐毒素均有較好的吸附效果，這可能是廠家添加了黑色煤系高嶺土(分散劑)的原因；吸附型粘土3、止瀉型4、粘結(jié)劑型5的黃曲霉毒素吸附率較高，玉米赤霉烯酮和嘔吐毒素吸附率較低。綜上，4、5分別單獨(dú)作為止瀉劑、粘結(jié)劑使用時(shí)，同時(shí)對黃曲霉毒素具有一定的吸附作用。

蒙脫石和凹凸棒土因其特殊的片狀和針狀物理結(jié)構(gòu)對飼料中霉菌毒素有一定的吸附能力，但同時(shí)也會(huì)吸附飼料中的營養(yǎng)物質(zhì)VB1、VB2和賴氨酸。研究結(jié)果表明，不同文獻(xiàn)中蒙脫石或者以蒙脫石為主要成分的粘土對毒素吸附率的差異較大(本試驗(yàn)室測定黃曲霉毒素的吸附率為(70%～94%)，營養(yǎng)物質(zhì)吸附的評價(jià)體系相差也較大，這可能是因?yàn)椴煌N類的產(chǎn)品其結(jié)構(gòu)和成分比例差異較大，對霉菌毒素及VB1、VB2的吸附結(jié)果不一致。不同的粘土添加量和維生素底物濃度條件下，吸附和解吸結(jié)果相差較大，如：何萬領(lǐng)等[5]實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)在蒙脫石添加量為0.2%、VB2為6～30 mg/kg的條件下，隨著VB2添加量的增加(6～30 mg/kg)，吸附率逐漸增加(0～75%)，這種吸附符合Nerset方程[6]。常威等[7]在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬胃液(蒙脫石添加量1.5%，VB1含量250 mg/kg，VB2含量100 mg/kg)測定蒙脫石散對VB1的吸附率為97.7%，VB2的吸附率為97%。王虎[8]實(shí)驗(yàn)室檢測不同的霉菌毒素吸附劑(蒙脫石、硅鋁酸鹽型及蒙脫石類，添加量為0.1%)對VB2的吸附率為0.01%～5.65%(0.1%添加量情況下，毒素吸附率也較低)。齊德生等[2]在pH 1～10、維生素含量0～20 mg/kg條件下，測定蒙脫石對對VB2的吸附率為5.0%～18.8%。肖長峰等[9]測定改性硅鋁酸鹽霉菌毒素吸附劑(添加量為0.1%)對仔雞日糧中VB1的吸附率為14.8%～25.14%，VB2的吸附率為9%～13%。本試驗(yàn)中礦土產(chǎn)品的模擬添加量為0.2%，VB1和VB2的終濃度為10、20 mg/kg，止瀉型粘土4對VB2的吸附率與何萬領(lǐng)的研究結(jié)果近似，為67.92%[5]?？紤]到止瀉型粘土4對VB1和VB2的解吸附，飼料中添加使用該產(chǎn)品時(shí)，可把VB1添加量增加至原來的1.3倍左右，VB2可增加至原來的1.5倍左右。粘結(jié)型粘土5對VB2的吸附率較低，且在胃腸中有一定的解吸附，做飼料粘結(jié)劑使用時(shí)，VB1、VB2可直接按原劑量添加，也可略微提高添加量。

粘土類產(chǎn)品對營養(yǎng)物質(zhì)賴氨酸的吸附與VB1、VB2結(jié)果類似，不同產(chǎn)品和實(shí)驗(yàn)室條件測定結(jié)果相差較大，在不同pH(1～10)和添加量的條件下，吸附率為10%～70%[2,5,10]。本試驗(yàn)與齊德生等的[2]試驗(yàn)條件與結(jié)果相近，對賴氨酸的吸附率較低，這可能是因?yàn)橘嚢彼釋儆趬A性氨基酸，pH 9.9，在大部分溶液中賴氨酸比較容易離解，并大多以正離子的形式存在[11]，胃液環(huán)境為酸性，所以對賴氨酸的吸附率不高。飼料中添加使用止瀉型粘土4及粘結(jié)型粘土5時(shí)，賴氨酸可直接按原劑量添加，也可略微提高添加量。

吸附型粘土3對VB1和VB2的吸附率較高，且解吸附較低，這可能是廠家添加了黑色煤系高嶺土(分散劑)的原因。煤系高嶺土是一種煤礦開采時(shí)伴生的一種礦物原料，由高嶺石、蒙脫石、方解石、勃母石、伊利石等多種礦物組分組成一種非金屬礦物，還含有微少的有機(jī)質(zhì)，其基本結(jié)構(gòu)單元是由硅氧四面體層和鋁氧八面體層組成的1∶1的層狀結(jié)構(gòu)，兩者之間通過共同的O原子相互連接而成[12-15]。煤系高嶺土由于利用率較低，且自燃后產(chǎn)生酸性有害氣體，是工業(yè)固體廢棄物的一種，改性后的煤系高嶺土具備高比表面積和離子交換能力，因此具有較好的反應(yīng)活性及吸附性能，可作為吸附材料使用[14]。但目前還沒有對煤高嶺土解吸附能力的報(bào)道，由本試驗(yàn)的結(jié)果推測，煤系高嶺土與活性炭可能較類似，吸附能力較強(qiáng)，且對吸進(jìn)去的物質(zhì)難以脫附，添加到飼料中使用時(shí)，在動(dòng)物消化道內(nèi)比較容易吸附營養(yǎng)物質(zhì)且不易解吸，所以不建議長期添加使用。同時(shí)，吸附型粘土3的主要成分為坡蒙石[1]，能查到的此類產(chǎn)品的相關(guān)文獻(xiàn)較少[16]，文獻(xiàn)描述坡蒙石是指凹凸棒土(坡縷石)-蒙脫石的天然混合礦物，主要分布于我國中東部地區(qū)的關(guān)山、盱眙，產(chǎn)量較少，結(jié)構(gòu)為針棒狀體與似鱗片狀體共存，可以達(dá)到吸附霉菌毒素的同時(shí)不吸附營養(yǎng)物質(zhì)，但本試驗(yàn)測定該類型產(chǎn)品對黃曲霉毒素、VB1和VB2的吸附率均較高，與文獻(xiàn)的研究結(jié)果不一致。陳天虎等[17]實(shí)驗(yàn)室研究把凹凸棒土與蒙脫石進(jìn)行分散、濕法懸浮后進(jìn)行X射線和電鏡分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)合后影響X射線粉末衍射結(jié)果，控制懸浮條件，或許可能形成理想的凹凸棒土-蒙脫石結(jié)構(gòu)體系，根據(jù)該文獻(xiàn)的結(jié)果推測非天然改性坡蒙石的加工或許基于此原理。

4 結(jié)論

(1)對毒素和營養(yǎng)物質(zhì)吸附均較多的產(chǎn)品如吸附型粘土3，不建議在飼料中長期添加使用。

(2)止瀉型粘土4、粘結(jié)型粘土5對黃曲霉毒素的吸附率較高，做止瀉劑、粘結(jié)劑使用時(shí)，可同時(shí)考慮其黃曲霉毒素吸附劑的附加價(jià)值。

(3)幾種粘土產(chǎn)品對營養(yǎng)物質(zhì)VB1、VB2和賴氨酸均有一定的吸附，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，飼料中添加使用止瀉型粘土產(chǎn)品4時(shí)，可根據(jù)該類型產(chǎn)品的吸附率與解吸附率相應(yīng)增加營養(yǎng)物質(zhì)的添加量。粘結(jié)型粘土5對VB1、VB2、賴氨酸的吸附率較低，且有一定的解吸附，使用該類產(chǎn)品時(shí)，VB1、VB2、賴氨酸可直接按原劑量或略微提高進(jìn)行添加。