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，李林儒，高溫婷，黎莉莉

（1.河南工業大學生物工程學院，河南鄭州 450001；2.內蒙古寧城天宇膨潤土科技有限公司，內蒙古寧城 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的致癌物質之一[1]，其理化性質比較穩定，不易降解[2]。家禽采食AFB1污染的飼料會導致自身肝臟損傷、繁殖力和生殖效率受損、產蛋量下降[3]、蛋殼質量降低[4]、胴體品質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為肝損傷、肝出血[6]、腎衰竭，嚴重時可致豬死亡[7]。AFB1對牛的影響主要是體增重減少以及肝和腎損傷，同時牛奶產量也會減少[8]。ZEN 具有類似雌性激素的效果，可使畜禽產生雌性激素亢進癥，引起動物繁殖機能異常甚至死亡[9-10]，給畜禽業造成經濟損失。

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孔可畸變成復（雙）三角形網孔結構，使晶層硅氧烷型層面產生褶皺形狀，從而在礦物表面形成各種活性位點[11]，因此具有特殊的化學和物理吸附特性，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。蒙脫石經改性后的吸附能力顯著增強。通過采用不同改性工藝對蒙脫石處理，可以增強其對各種重金屬、霉菌毒素的吸附作用。蒙脫石作為霉菌毒素吸附劑，經與其他飼料原料混合、調質、制粒得到飼料產品，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中的合理利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 改性蒙脫石：鈉化蒙脫石、復合改性蒙脫石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%）和復合改性蒙脫石III 型（經碳酸鈉改性制備，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，天津市天力化學試劑有限公司）；霉菌毒素污染的噴漿玉米皮（河南工業大學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）；玉米赤霉烯酮酶聯免疫檢測試劑盒、AFB1酶聯免疫檢測試劑盒（江蘇省蘇微微生物研究有限公司）。

1.3 主要儀器設備 高速冷凍離心機（Thermo Scientific，YZB/GER 1841-2014）；恒溫培養振蕩器（上海智城分析儀器制造有限公司，ZWY-240）；酶標儀（帝肯奧地利有限責任公司，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試劑盒說明書進行試驗操作。

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試劑盒說明書進行試驗操作。

1.5 試驗方法 ①將鈉化蒙脫石、復合改性蒙脫石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 統計分析 數據采用SAS 9.1 統計軟件來進行單因素方差統計分析，試驗結果以平均值± 標準差表示，P＜0.05 表示差異顯著。

2 結果

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，復合改性蒙脫石II 型對ZEN的吸附率均大于鈉化蒙脫石、復合改性蒙脫石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，復合改性蒙脫石II 型對AFB1的吸附率亦大于鈉化蒙脫石、復合改性蒙脫石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結構、表明疏水性等特征均發生改變，其吸附能力大大增強[14]。蒙脫石通過與AFB1上的2 個羰基共用電子對形成共價鍵，使二者之間發生吸附現象[15]。改性蒙脫石增加了蒙脫石表面的電荷和空間結構，強化了這種吸附作用[16]。張立陽等[17]研究發現，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。本試驗條件下，添加0.1% 鈉化蒙脫石時，有14.08% 的AFB1被吸附，當添加量達到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，但并沒有達到梁曉維等[18]試驗的吸附效果。分析認為可能由于梁曉維等[18]研究所使用的樣品是由AFB1制得的標準溶液，而本試驗所用的試驗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、脂類等物質，進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物，與噴漿玉米皮緊密結合，在物理條件下不容易被吸附，導致試驗結果偏低。此外，因為蒙脫石改性工藝及改性劑的不同，也可能導致結果不盡一致，但趨勢相同。本試驗條件下，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的吸附作用最強的是復合改性蒙脫石II 型，吸附率為62.60%。蒙脫石經十八烷基三甲基氯化銨處理后，其晶層內吸附有機離子，改變了蒙脫石晶層表面電荷，提高了蒙脫石的親和性；此外，經十八烷基三甲基氯化銨改性后，有機離子增大了蒙脫石晶層間隔，提高了其吸附量，這也是復合改性蒙脫石II 型對AFB1的吸附作用最強的原因。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結構有關。曾路等[19]研究表明，蒙脫石晶體結構內存在同質取代反應，其層面電負性不同時，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 結構內含有2 個酚羥基的內酯，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，蒙脫石經改性后可以提高對ZEN 的吸附作用[22]。在本試驗條件下，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%，而復合改性蒙脫石II 型對ZEN 的吸附率達25.30%。這是因為蒙脫石經十八烷基三甲基氯化銨處理后，其分子內晶層結構被改變，分子層間距也被擴大，晶層容積空間變大；此外，有機改性劑可覆蓋在蒙脫石疏水性的分子表面，使得其對有機物的吸附能力增強，這也是復合改性蒙脫石II 型對ZEN 的吸附效果最好的原因。在本試驗中，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。姚志成等[24]獲得的改性后蒙脫石對ZEN 的吸附率達到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。這可能是因為不同改性條件制備改性蒙脫石的分子晶層間距、離子特性等不一樣，導致其對ZEN的吸附作用也不一致。

4 結 論

在本試驗條件下，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。其中復合改性蒙脫石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%。由于本試驗是在體外進行的吸附性能研究，而動物腸道內環境復雜，是否會影響改性蒙脫石的吸附作用效果有待進一步研究。