植物乳桿菌對(duì)米酵菌酸的吸附特性研究

劉 鵬，張 雯，歐 杰,3,4, ，李柏林

（1.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306；2.上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院/國(guó)家食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（上海），上海 200233；3.上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海 201306；4.農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室，上海 201306）

米酵菌酸（Bongkrekic acid）是椰毒假單胞菌產(chǎn)生的一種外毒素，廣泛存在于發(fā)酵椰漿、變質(zhì)薯粉、變質(zhì)玉米面與變質(zhì)木耳等食品中[1]。米酵菌酸不僅具有高毒性（小鼠LD50值約為3.16 mg·kg-1），而且耐熱性極強(qiáng)，普通烹飪方式無法殺滅米酵菌酸[2]。食用被米酵菌酸污染的食物容易引起惡心嘔吐、腹痛腹脹等癥狀，甚至?xí)斐筛文X腎等器官的嚴(yán)重?fù)p害，并且目前對(duì)米酵菌酸尚無特效解毒藥[3-4]。近年來，米酵菌酸導(dǎo)致的食物中毒事件在國(guó)內(nèi)時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響著食品安全。因此，消除米酵菌酸在食品中的污染是保證食品安全的重要手段。目前對(duì)于米酵菌酸的脫除方式僅限于物理和化學(xué)層面，主要包括紫外照射、微波輻射和強(qiáng)氧化劑降解等[5-6]。然而，這些方法雖然具有一定的脫除效果，但其成本高，易殘留，且往往會(huì)降低食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[7]。生物吸附是近年來一種綠色高效的新型脫毒策略，通過微生物細(xì)胞壁中的肽聚糖與毒素結(jié)合從而達(dá)到脫毒效果，這種方法穩(wěn)定性好、效率高且不會(huì)影響食品品質(zhì)。其中，乳酸菌在益生、抗腫瘤與抗突變等方面具有一定優(yōu)勢(shì)，常被用作生物吸附劑來消除毒素污染。

植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）是目前研究最廣泛的乳酸菌之一，其來源廣泛、安全無毒且益生作用明顯，常用于食品發(fā)酵[8]。研究表明，植物乳桿菌具有快速結(jié)合污染物、增強(qiáng)人體膳食排泄、抑制腸道致病菌、緩解炎癥與氧化應(yīng)激等多種特殊功能[9]，并且已有研究發(fā)現(xiàn)對(duì)黃曲霉毒素、伏馬毒素、嘔吐毒素和玉米赤霉烯酮等具有體外脫毒功效[10-12]。然而，利用生物吸附法對(duì)米酵菌酸進(jìn)行脫毒的研究還未曾報(bào)道，此外在不同環(huán)境中對(duì)米酵菌酸的脫毒條件與吸附特性尚未明確，因此本文選用植物乳桿菌對(duì)米酵菌酸進(jìn)行脫毒效果探究。

目前，吸附特性研究主要利用動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)方程擬合的方式進(jìn)行分析，而動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)擬合常用于材料對(duì)污染物吸附和生物體對(duì)有害金屬吸附等方面，在乳酸菌菌株吸附毒素方面的應(yīng)用鮮有報(bào)道。因此，本研究從理化因素及模擬胃腸道環(huán)境下對(duì)吸附的影響進(jìn)行設(shè)計(jì)，并結(jié)合動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)擬合分析，系統(tǒng)地探究植物乳桿菌對(duì)米酵菌酸的吸附效果，旨在為制定有效的毒素脫除策略提供理論方法和依據(jù)，以期更好地保證食品安全與公眾健康。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

植物乳桿菌（Lactobacillus plantarumX1） 現(xiàn)保藏于本實(shí)驗(yàn)室；MRS液體培養(yǎng)基、MRS瓊脂培養(yǎng)基 廣東環(huán)凱生物科技有限公司；米酵菌酸標(biāo)準(zhǔn)品（CAS：11076-19-0，純度≥99%） 北京曼哈格生物科技有限公司；胰蛋白酶（≥250 U·mg-1）、胃蛋白酶（≥250 U·mg-1）、磷酸二氫鉀（分析純）、甲醇（色譜純） 上海麥克林生化科技有限公司。

電子天平 上海禾汽玻璃儀器有限公司；PB-260平板式酸度計(jì) 海佑科儀器儀表有限公司；ZHJH-C1112C 超凈工作臺(tái) 上海智城分析儀器制造有限公司；LRH-150F生化培養(yǎng)箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；Agilent Technologies 1260 Infinity Ⅱ高效液相色譜 美國(guó)安捷倫公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 菌體制備 取菌株（保藏于-80 ℃冰箱）于MRS平板上劃線，37 ℃活化48 h后挑取單菌落至MRS肉湯，37 ℃培養(yǎng)18 h后離心（5000 r·min-1，4 ℃，10 min）棄上清液，用無菌水沖洗兩次后再次離心，收集菌體置于35 ℃烘箱烘干待用。

1.2.2 米酵菌酸的HPLC檢測(cè) 檢測(cè)方法參考GB 5009.189-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中米酵菌酸的測(cè)定》[13]，為保證良好峰形，選擇對(duì)流動(dòng)相配比進(jìn)行更改[14]。檢測(cè)條件：色譜柱：Agilent 5 TC-C18（5 μm×4.6 mm×250 mm）；流動(dòng)相（A：甲醇，B：水用冰乙酸調(diào)pH=2.5，A:B=80:20）；流速：1 mL·min-1；進(jìn)樣量：20 μL；柱溫：30 ℃；檢測(cè)波長(zhǎng)：267 nm。在0.3～40 mg·L-1濃度范圍內(nèi)，測(cè)出各濃度梯度下BA標(biāo)準(zhǔn)品的峰面積并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，方程為y=22.665x+0.1409，R2=0.9994，濃度與峰面積保持著良好的線性關(guān)系。

1.2.3 菌體對(duì)米酵菌酸吸附率測(cè)定 用無菌PBS將烘干菌體配制成1 g·L-1的菌懸液，取1 mL濃度為20 mg·L-1的米酵菌酸工作液加至4 mL菌懸液中，混勻于37 ℃培養(yǎng)1 h后離心（5000 r·min-1，4 ℃，10 min）收集上清。將上清液過0.45 μm有機(jī)濾膜后進(jìn)液相檢測(cè)。設(shè)同濃度米酵菌酸工作液為對(duì)照。菌體對(duì)米酵菌酸吸附率與單位吸附量按以下公式計(jì)算：

式中，Q為米酵菌酸吸附率，%；C0為初始米酵菌酸濃度，mg·L-1；Ce為平衡時(shí)懸液中的米酵菌酸濃度，mg·L-1；Y為米酵菌酸吸附量，mg·g-1；V為米酵菌酸工作液體積，L；m為菌體質(zhì)量，g。

1.2.4 時(shí)間、溫度和pH對(duì)菌體吸附米酵菌酸的影響

時(shí)間：取1 g·L-1的菌懸液4 mL，加入1 mL濃度為20 mg·L-1的米酵菌酸工作液，混勻后37 ℃靜置培養(yǎng)。時(shí)間分別設(shè)置為10、20、30、60、120和180 min，培養(yǎng)完成后離心（5000 r·min-1，4 ℃，10 min）取上清液，過膜檢測(cè)，以未加入菌體的同濃度米酵菌酸作為對(duì)照。

溫度：取1 g·L-1的菌懸液4 mL，加入1 mL濃度為20 mg·L-1的米酵菌酸工作液，混勻后靜置培養(yǎng)1 h。培養(yǎng)箱溫度分別設(shè)置為20、25、30、37和42 ℃，培養(yǎng)完成后離心（5000 r·min-1，4 ℃，10 min）取上清液，過膜檢測(cè)，以未加入菌體的同濃度米酵菌酸作為對(duì)照。

pH：取1 g·L-1的菌懸液4 mL，分別調(diào)pH為1、3、5、7和9，加入1 mL濃度為20 mg·L-1的米酵菌酸工作液，混勻后37 ℃靜置培養(yǎng)1 h，培養(yǎng)完成后離心（5000 r·min-1，4 ℃，10 min）取上清液，過膜檢測(cè)，以未加入菌體的同濃度米酵菌酸作為對(duì)照。

1.2.5 菌體濃度與米酵菌酸濃度對(duì)菌體吸附米酵菌酸的影響 菌體濃度：用無菌PBS將稱重不同的烘干菌體配制為1、2、3、4、5和6 g·L-1的菌懸液，各濃度分別取4 mL，加入1 mL濃度為20 mg·L-1的米酵菌酸工作液，混勻后37 ℃靜置培養(yǎng)1 h，培養(yǎng)完成后離心（5000 r·min-1，4 ℃，10 min）取上清液，過膜檢測(cè)，以未加入菌體的同濃度米酵菌酸作對(duì)照。

米酵菌酸濃度：分別配制濃度為10、20、50、70、100和150 mg·L-1的米酵菌酸工作液，取1 g·L-1的菌懸液4 mL，分別加入1 mL各個(gè)濃度的米酵菌酸工作液，混勻后37 ℃靜置培養(yǎng)1 h，培養(yǎng)完成后離心（5000 r·min-1，4 ℃，10 min）取上清液，過膜檢測(cè)，以未加入菌體的同濃度米酵菌酸作對(duì)照。

1.2.6 模擬胃腸道環(huán)境下對(duì)吸附的影響 人工胃液的配制：用無菌去離子水分別稀釋適量濃鹽酸于三個(gè)燒杯中，調(diào)節(jié)pH分別為2、3、4，之后各加入1%的胃蛋白酶。充分溶解后，過膜后待用[15]。取3支菌懸液離心（5000 r·min-1，4 ℃，10 min）收集菌體，向菌體中分別加入pH為2、3、4的人工胃液，再加入1 mL 米酵菌酸后靜置于37 ℃培養(yǎng)箱中分別培養(yǎng)30、60、120 min，離心（5000 r·min-1，4 ℃，10 min）取上清，過膜待測(cè)，以不加胃液的毒素-菌體混合液作為對(duì)照。

人工腸液的配制：用電子天平準(zhǔn)確稱取磷酸二氫鉀6.8 g于燒杯中，加入50 mL無菌水使其溶解，用濃度為0.1 mol·L-1的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為6.8，加水稀釋并定容到100 mL，之后向其加入1 g胰蛋白酶，充分溶解后過濾，4 ℃冷藏待用[13]。取3支菌懸液離心（5000 r·min-1，4 ℃，10 min）收集菌體，向菌體中分別加入4 mL的人工腸液，加入1 mL 米酵菌酸后在37 ℃水浴中分別培養(yǎng)30、60、120 min，離心（5000 r·min-1，4 ℃，10 min）取上清，過膜待測(cè)，以無腸液的毒素-菌體混合液作為對(duì)照。

1.2.7 等溫吸附擬合 采用常見吸附熱力學(xué)方程對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，方程如下：

另外，在Langmuir方程上增加一個(gè)分離因子R1來表示吸附過程的難易程度：

式中，Y為米酵菌酸單位吸附量，mg·g-1；Ym為最大吸附量，mg·g-1；K1為L(zhǎng)angmuir方程參數(shù)；Ce為平衡時(shí)懸液中的米酵菌酸濃度，mg·L-1；n、K2為Freundlich方程參數(shù)；K3、a、b為Redlich-Peterson方程參數(shù)，其中0＜b＜1；A、B為Temkin方程參數(shù)。

1.2.8 熱力學(xué)特性 為了更好地解釋菌株對(duì)米酵菌酸的吸附特性，將由三個(gè)熱力學(xué)參數(shù)來評(píng)價(jià)，分別為吉布斯自由能（ΔG）、吸附焓（ΔH）與吸附熵（ΔS），方程如下：

式中，ΔH為焓變，J·mol-1；ΔS為熵變，J·mol-1·K-1；Kc為吸附平衡常數(shù)；R為理想氣體常數(shù)，R=8.314472（J·mol）·K-1；T為溫度，℃（37 ℃=300.15 K）。對(duì)于平衡常數(shù)Kc的使用，很多報(bào)道中將Langmuir方程常數(shù)K1與Freundlich方程常數(shù)K2作為平衡常數(shù)。

1.2.9 動(dòng)力學(xué)擬合 采用Lagergren準(zhǔn)一級(jí)、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程與Elovich方程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析吸附特性，方程如下：

式中，Y同上；Yt是t時(shí)刻的吸附量，mg·L-1；K4、K5為準(zhǔn)一級(jí)與準(zhǔn)二級(jí)方程常數(shù)；c、d為Elovich方程參數(shù)。

1.2.10 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 本實(shí)驗(yàn)采用IBM SPSS Statistics 26軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，做方差及顯著性分析，所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)三次且設(shè)置相應(yīng)對(duì)照，用Origin Pro 9.8軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 影響菌體吸附米酵菌酸的因素

2.1.1 時(shí)間對(duì)菌體吸附米酵菌酸的影響 不同時(shí)間內(nèi)菌株單位吸附量與米酵菌酸的吸附率如圖1a所示。由圖可知，單位吸附量與吸附率的趨勢(shì)相近，前期快速上升，中后期達(dá)到平衡。單位吸附量在1 h達(dá)到平衡，平衡時(shí)為10.02 mg·g-1，因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇1 h作為培養(yǎng)時(shí)間。米酵菌酸吸附率在30 min時(shí)最高達(dá)到52.3%，1 h之后也達(dá)到平衡，平衡時(shí)為48.9%。吸附率的小幅度降低可能是由于部分菌株與米酵菌酸結(jié)合不牢固，發(fā)生了部分解吸，但整體吸附是一個(gè)快速高效的過程。隨著吸附的進(jìn)行，與菌株結(jié)合的米酵菌酸分子會(huì)與游離米酵菌酸分子產(chǎn)生排斥，吸附量便不再增加。這與最近Muaz等[16]報(bào)道乳酸菌快速吸附黃曲霉毒素M1的結(jié)論一致，其同樣指出吸附主要在前期發(fā)生。

圖1 不同理化因素對(duì)吸附米酵菌酸的影響Fig.1 Effects of different physical and chemical factors on adsorption of bongkrekic acid

2.1.2 溫度對(duì)菌體吸附米酵菌酸的影響 溫度對(duì)生物吸附過程的影響分為兩類：一類是溫度影響吸附效果，吸附過程依賴能量；另一類是溫度不影響吸附效果，吸附過程不依賴能量，是否依賴能量具體取決于微生物本身的特性[17]。圖1b中顯示隨著溫度的上升，菌株單位吸附量與對(duì)米酵菌酸的吸附率均在增長(zhǎng)，且吸附率在37 ℃達(dá)到峰值為52.70%，因此在本研究中37 ℃可認(rèn)為是吸附的最適溫度。另外，乳桿菌吸附米酵菌酸存在著能量變化，能量可能來自于米酵菌酸分子的熱運(yùn)動(dòng)。溫度升高加劇了分子熱運(yùn)動(dòng)，故米酵菌酸與吸附位點(diǎn)結(jié)合率增高；另外有研究[18]報(bào)道過熱時(shí)細(xì)胞壁蛋白在菌株外形成蛋白膜對(duì)菌株加以保護(hù)，而植物乳桿菌X1的最佳生長(zhǎng)溫度為37 ℃，當(dāng)超過37 ℃后，植物乳桿菌X1與毒素結(jié)合則會(huì)減少。同時(shí)在Cherkani-hassani等[19]的研究中也提到，鼠李糖乳桿菌L. rhamnosusLb50在最佳生長(zhǎng)溫度25 ℃時(shí)對(duì)黃曲霉毒素B1吸附率最高，而在低溫15 ℃及37 ℃以上時(shí)吸附率反而降低。

2.1.3 pH對(duì)菌體吸附米酵菌酸的影響 pH在吸附過程中起著重要作用，因?yàn)槠渑c米酵菌酸分子的電離程度和植物乳桿菌表面細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)有關(guān)[20]。由圖1c可知，菌株的單位吸附量與米酵菌酸吸附率的整體趨勢(shì)均為先上升后下降。當(dāng)pH為3時(shí)，菌株吸附效率達(dá)到最高，為47.6%，而后隨pH升高，吸附率逐漸減低且變化較大，說明酸性環(huán)境下比堿性環(huán)境更有利于吸附的進(jìn)行。一方面，這可能是由于在酸性環(huán)境下，細(xì)胞壁多糖結(jié)構(gòu)中糖苷鍵斷裂，導(dǎo)致游離單糖增多，削弱了細(xì)胞壁的致密性[21]。另外，推測(cè)細(xì)胞壁表面蛋白質(zhì)以及肽鏈發(fā)生斷裂，從而增加了毒素與菌體細(xì)胞間的相互作用，所以酸性環(huán)境下吸附率較高[22]。另一方面，這可能與米酵菌酸的三羧酸結(jié)構(gòu)有關(guān)，酸性條件抑制三羧酸結(jié)構(gòu)水解，導(dǎo)致其不能充分與乳桿菌結(jié)合[23]。這與Hatab等[24]的結(jié)果相似，他們?cè)谘芯咳樗峋闙74和EF031吸附展青霉素的實(shí)驗(yàn)中指出，當(dāng)pH為3時(shí)吸附率最高，而pH高于7時(shí)吸附率卻很低。

2.2 菌體濃度與米酵菌酸濃度對(duì)菌體吸附米酵菌酸的影響

據(jù)圖2a所示，菌體濃度對(duì)吸附效果產(chǎn)生了顯著影響。在毒素濃度和溫度一定時(shí)，菌體濃度從1 g·L-1提高到5 g·L-1時(shí)，米酵菌酸吸附率顯著上升（P＜0.05），而后緩慢增長(zhǎng)，在6 g·L-1時(shí)吸附率最大，為54.12%。菌株單位吸附量卻呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)（P＜0.05），當(dāng)菌體濃度從1 g·L-1提高到6 g·L-1時(shí)，單位吸附量從9.25 mg·g-1降到3.06 mg·g-1，這是由于毒素濃度一定時(shí)，單位菌體濃度越大即吸附位點(diǎn)越多，單位吸附量越低；而吸附位點(diǎn)總量增多，故而毒素被吸附的越多，總吸附率就越高。

圖2 菌體濃度與米酵菌酸濃度對(duì)吸附的影響Fig.2 Effects of bacterial concentration and bongkrekic acid concentration on adsorption

由圖2b可以看出，毒素濃度對(duì)吸附的影響較大。當(dāng)米酵菌酸濃度從10 mg·L-1增加到150 mg·L-1時(shí)，菌株的單位吸附量隨著米酵菌酸濃度的升高而顯著增加（P＜0.05），單位吸附量從4.87 mg·g-1增加到37.41 mg·g-1。但吸附率卻隨著米酵菌酸濃度升高而顯著降低（P＜0.05），菌體對(duì)米酵菌酸的吸附率從48.53%降低到了22.35%。因此在米酵菌酸濃度為10 mg·L-1時(shí)，菌株吸附效果最佳，這是由于菌體密度與吸附位點(diǎn)不變時(shí)，低濃度的米酵菌酸可大量被菌體吸附，而米酵菌酸的分子總量增加，在體系中游離分子增多，菌體吸附達(dá)到峰值與飽和狀態(tài)，導(dǎo)致米酵菌酸的吸附率下降。

2.3 模擬胃腸道環(huán)境下的吸附效果

植物乳桿菌可以定植在人體的胃腸道中，能否發(fā)揮其益生性取決于胃腸液中酶的活性以及酸度。由圖3所示，時(shí)間30 min時(shí)菌體在pH為3的胃液中對(duì)米酵菌酸的吸附率顯著高于腸液組與正常組（P＜0.05），其吸附率為34.52%；時(shí)間60 min時(shí)pH為3的胃液組與正常組無顯著性差異（P＞0.05），兩組吸附率分別為47.72%和49.7%，但均顯著高于腸液組吸附率39.65%（P＜0.05）；時(shí)間120與60 min時(shí)相似，pH為3的胃液組與正常組無顯著性差異（P＞0.05），兩組吸附率分別為45.4%和47.1%，也均顯著高于腸液組吸附率36.38%（P＜0.05）。整體來看，胃液組略低于正常組吸附效果，推測(cè)其中的胃蛋白酶和酸性環(huán)境可能是引起吸附率降低的原因。但對(duì)比pH為2時(shí)的胃液組和正常組吸附率可知，低pH時(shí)依舊有吸附效果, 因此引起吸附率下降的主要原因是胃蛋白酶的存在。胃蛋白酶起作用于細(xì)胞壁上的蛋白質(zhì)物質(zhì)，破壞細(xì)胞壁原有的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致吸附能力下降[25]。而腸液組吸附效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于胃液組與正常組，原因是胰蛋白酶對(duì)于細(xì)胞壁上的磷脂以及蛋白都有顯著影響，同樣也會(huì)破化蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與影響表達(dá)，作用與胃蛋白酶類似。

圖3 模擬胃腸道環(huán)境下對(duì)吸附米酵菌酸的影響Fig.3 Effects of simulated gastrointestinal environment on adsorption of bongkrekic acid

2.4 吸附等溫曲線的繪制

用四種方程對(duì)等溫吸附數(shù)據(jù)擬合曲線見圖4，相關(guān)參數(shù)見表1。由表1可知，四種方程對(duì)菌株吸附米酵菌酸的擬合度都較高，其中Langmuir方程決定系數(shù)R2達(dá)到0.987，明顯高于其他三種方程。該模型指出固相吸附劑會(huì)均勻地分布結(jié)合位點(diǎn)且每個(gè)分子只結(jié)合一個(gè)位點(diǎn)，最終形成一層單分子吸附層[26]。因此本實(shí)驗(yàn)中菌株對(duì)米酵菌酸的吸附主要符合單分子層

表1 等溫方程模型擬合參數(shù)Table 1 Parameters of isothermal equation model fitting

圖4 不同等溫曲線的擬合Fig.4 Fitting of different isothermal curves

吸附，并且預(yù)測(cè)出最大單位吸附量Ym為34.59 mg·g-1。在原有方程基礎(chǔ)上增加的無量綱常數(shù)的大小決定了吸附的難易程度[27]。當(dāng)R1為0時(shí)，吸附僅為正向進(jìn)行而不可逆；當(dāng)R1在0～1之間時(shí)，吸附較容易進(jìn)行；當(dāng)R1為1時(shí)，平衡濃度與吸附量之間為線性關(guān)系；當(dāng)R1大于1時(shí)，吸附很難進(jìn)行。由圖5可知，R1始終是小于1的，說明吸附菌體吸附米酵菌酸較易進(jìn)行。另外，米酵菌酸濃度越大R1越小，說明米酵菌酸濃度升高會(huì)促進(jìn)吸附的進(jìn)行。

圖5 分離因子隨米酵菌酸濃度變化Fig.5 Variation of separation factor with bongkrekic acid concentration

2.5 附熱力學(xué)擬合分析

熱力學(xué)特性研究可以解釋吸附中關(guān)于內(nèi)能的變化，根據(jù)式（8）與式（9）計(jì)算出ΔG以及ΔH與ΔS，數(shù)值見表2。根據(jù)表3可知，ΔG在5個(gè)溫度下均為負(fù)值，說明吸附有自發(fā)性，ΔG隨溫度的變化表明吸附過程存在物理吸附[28]。ΔH為正值代表該吸附反應(yīng)為吸熱性質(zhì)，數(shù)值在0～40 kJ·mol-1之間說明吸附后米酵菌酸分子運(yùn)動(dòng)受限且不易發(fā)生解吸[29]。綜合熱力學(xué)分析表明植物乳桿菌對(duì)米酵菌酸的吸附效果很好，其作為吸附劑有很大潛力。

表2 熱力學(xué)參數(shù)Table 2 Parameter of thermodynamic

2.6 動(dòng)力學(xué)擬合分析

用動(dòng)力學(xué)方程對(duì)不同時(shí)間的吸附量進(jìn)行擬合結(jié)果見圖6，方程參數(shù)見表3。根據(jù)表3可知準(zhǔn)二級(jí)方程擬合決定系數(shù)R2為0.985，遠(yuǎn)大于另外兩個(gè)方程，并且預(yù)測(cè)出最大吸附量Ym為11.425 mg·g-1，三次實(shí)驗(yàn)實(shí)際結(jié)果平均值為10.22 mg·g-1，實(shí)際值與預(yù)測(cè)值相差不大，因此準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合度最高。該方程的模型假定條件為吸附位點(diǎn)與吸附能力成正比，即植物乳桿菌的吸附能力與自身吸附位點(diǎn)數(shù)量成正比[30]，這表明影響吸附位點(diǎn)的因素便是主導(dǎo)吸附效果強(qiáng)弱的關(guān)鍵因素。此外，米酵菌酸與植物乳桿菌自身位點(diǎn)結(jié)合本質(zhì)是吸附質(zhì)與吸附劑之間產(chǎn)生了電子交換，存在電子交換即證明吸附過程中存在化學(xué)吸附[31]。

表3 吸附動(dòng)力學(xué)方程模型擬合參數(shù)Table 3 Parameters of adsorption kinetic equation model fitting

圖6 不同動(dòng)力學(xué)方程的擬合Fig.6 Fitting of different kinetic equations

3 結(jié)論

本研究以植物乳桿菌X1作為吸附劑對(duì)米酵菌酸進(jìn)行吸附，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)菌株在時(shí)間1 h達(dá)到吸附平衡，在pH為3、菌體密度為6 g·L-1、溫度為37 ℃及米酵菌酸濃度為10 mg·L-1時(shí)吸附效果最佳。在模擬胃腸液環(huán)境中，由于胃蛋白酶與胰蛋白酶的存在導(dǎo)致吸附效果減弱。繪制等溫線結(jié)果表明該吸附最符合Langmuir方程，決定系數(shù)R2達(dá)到0.987，符合單分子層吸附特點(diǎn)。利用動(dòng)力學(xué)方程擬合分析可知準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合度最高，決定系數(shù)R2達(dá)到0.985。綜合熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析可得，吸附過程為自發(fā)、放熱的過程，同時(shí)存在物理吸附與化學(xué)吸附，溫度越高越利于吸附，且吸附后不易解吸。因此植物乳桿菌X1作為米酵菌酸吸附劑有應(yīng)用潛力，未來可探究吸附機(jī)制及建立動(dòng)物模型，進(jìn)行體內(nèi)乳酸菌脫毒研究，并以乳酸菌為基礎(chǔ)研發(fā)制劑，以期減少米酵菌酸對(duì)人體和動(dòng)物的傷害。