改性蒙脱石对黄曲霉毒素B1 和玉米赤霉烯酮的吸附研究

张亚坤 ，王金荣*，赵银丽，陈勇江，黄 进，李林儒，高温婷，黎莉莉

（1.河南工业大学生物工程学院，河南郑州 450001；2.内蒙古宁城天宇膨润土科技有限公司，内蒙古宁城 024200）

黄曲霉毒素B1（Aflatoxin，AFB1）和玉米赤霉烯酮（Zearalenone，ZEN）是饲料中常见的2 种真菌毒素。AFB1是目前已知自然界中最强的致癌物质之一[1]，其理化性质比较稳定，不易降解[2]。家禽采食AFB1污染的饲料会导致自身肝脏损伤、繁殖力和生殖效率受损、产蛋量下降[3]、蛋壳质量降低[4]、胴体品质低劣和疾病易感性增加[5]等问题。猪的黄曲霉毒素中毒一般表现为肝损伤、肝出血[6]、肾衰竭，严重时可致猪死亡[7]。AFB1对牛的影响主要是体增重减少以及肝和肾损伤，同时牛奶产量也会减少[8]。ZEN 具有类似雌性激素的效果，可使畜禽产生雌性激素亢进症，引起动物繁殖机能异常甚至死亡[9-10]，给畜禽业造成经济损失。

饲料中添加霉菌毒素脱毒剂是最常用的脱毒方法之一。蒙脱石是由硅氧四面体和铝氧八面体按2:1 组成的层状硅酸盐类矿物，由于其晶层间2 个氧原子能够组成正六角形网孔可畸变成复（双）三角形网孔结构，使晶层硅氧烷型层面产生褶皱形状，从而在矿物表面形成各种活性位点[11]，因此具有特殊的化学和物理吸附特性，常用于吸附重金属、霉菌毒素等[12]。Olopade 等[13]研究表明，添加8%钠基蒙脱石可降低玉米粉中66%的T-2毒素。蒙脱石经改性后的吸附能力显著增强。通过采用不同改性工艺对蒙脱石处理，可以增强其对各种重金属、霉菌毒素的吸附作用。蒙脱石作为霉菌毒素吸附剂，经与其他饲料原料混合、调质、制粒得到饲料产品，饲料中的霉菌毒素能够被蒙脱石吸附，在通过畜禽消化道时避免被动物消化吸收而直接排到体外，降低饲料中霉菌毒素对畜禽的毒害作用。本研究采用体外吸附的方式，通过对喷浆玉米皮中添加不同比例的改性蒙脱石，研究其对ZEN 和AFB1的吸附作用，为蒙脱石在饲料行业中的合理利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料 改性蒙脱石：钠化蒙脱石、复合改性蒙脱石I 型（十六烷基三甲基氯化铵改性，阳离子交换容量为110 mmol/100 g，蒙脱石含量≥90%）、复合改性蒙脱石II 型（十八烷基三甲基氯化铵改性，阳离子交换容量为110 mmol/100 g，蒙脱石含量≥90%）和复合改性蒙脱石III 型（经碳酸钠改性制备，阳离子交换容量为96 mmol/100 g，蒙脱石含量≥90%），所有的改性蒙脱石均由某膨润土科技有限公司提供。

1.2 主要试剂 无水乙醇（分析纯，天津市天力化学试剂有限公司）；霉菌毒素污染的喷浆玉米皮（河南工业大学生物工程系自存样品，浅黄色有微香固体，其中AFB1含量为50 ng/g、ZEN 含量为100 ng/g）；玉米赤霉烯酮酶联免疫检测试剂盒、AFB1酶联免疫检测试剂盒（江苏省苏微微生物研究有限公司）。

1.3 主要仪器设备 高速冷冻离心机（Thermo Scientific，YZB/GER 1841-2014）；恒温培养振荡器（上海智城分析仪器制造有限公司，ZWY-240）；酶标仪（帝肯奥地利有限责任公司，1711012817）。

1.4 喷浆玉米皮中AFB1和ZEN 的含量测定

1.4.1 AFB1含量测定 称取5.0 g 样品，加入25 mL 甲醇与水（1:1）混合液，充分震荡15 min 后，4 000 r/min离心6 min，取上清液用 ELISA 法检测AFB1含量，按照AFB1试剂盒说明书进行试验操作。

1.4.2 ZEN 含量测定 称取5.0 g 样品，加入25 mL 甲醇与去离子水（3:2）混合液，充分震荡30 min 后，5 000 r/min离心6 min，取上清液用 ELISA 法检测ZEN 含量，按照AFB1试剂盒说明书进行试验操作。

1.5 试验方法 ①将钠化蒙脱石、复合改性蒙脱石I 型分别以0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和1%的比例添加到喷浆玉米皮中，混匀后静置24 h 后，测定样品中ZEN 和AFB1含量。②复合改性蒙脱石II 型和III 型分别以0.1%、0.5%和1%的比例添加到喷浆玉米皮中，混匀并静置24 h 后，测定样品中ZEN 和AFB1含量。

1.6 统计分析 数据采用SAS 9.1 统计软件来进行单因素方差统计分析，试验结果以平均值± 标准差表示，P＜0.05 表示差异显著。

2 结果

2.1 改性蒙脱石对ZEN 的吸附效果 从表1 可以看出，随着蒙脱石添加量的增加，对喷浆玉米皮中ZEN 的吸附率增加，其中钠化蒙脱石对ZEN 的吸附率从6.02%增加到16.52%（P＜0.05），复合改性蒙脱石I 型对ZEN 的吸附率从10.66% 增加到30.80%（P＜0.05），复合改性蒙脱石II 型对ZEN 的吸附率从25.30% 增加到43.38%（P＜0.05），复合改性蒙脱石III 型对ZEN的吸附率从20.17%增加到40.36%（P＜0.05）。在相同蒙脱石添加量的情况下，复合改性蒙脱石II 型对ZEN的吸附率均大于钠化蒙脱石、复合改性蒙脱石I 型、III型（P＜0.05），且钠化蒙脱石对ZEN 的吸附率小于其余3 种蒙脱石（P＜0.05）。

表1 改性蒙脱石对ZEN 的吸附效果 %

2.2 改性蒙脱石对AFB1的吸附效果 从表2 可以看出，随着蒙脱石添加量的增加，对喷浆玉米皮中AFB1的吸附率增加，其中钠化蒙脱石对AFB1的吸附率从14.08% 增加到32.42%（P＜0.05），复合改性蒙脱石I型对AFB1的吸附率从13.42%增加到46.01%（P＜0.05），复合改性蒙脱石II 型对AFB1的吸附率从19.73%增加到62.60%（P＜0.05），复合改性蒙脱石III 型对AFB1的吸附率从14.32%增加到38.27%（P＜0.05）。在相同蒙脱石添加量的情况下，复合改性蒙脱石II 型对AFB1的吸附率亦大于钠化蒙脱石、复合改性蒙脱石I 型、III型（P＜0.05）。

表2 改性蒙脱石对AFB1 的吸附效果 %

3 讨 论

3.1 改性蒙脱石对AFB1的吸附作用 蒙脱石改性后的化学结构、表明疏水性等特征均发生改变，其吸附能力大大增强[14]。蒙脱石通过与AFB1上的2 个羰基共用电子对形成共价键，使二者之间发生吸附现象[15]。改性蒙脱石增加了蒙脱石表面的电荷和空间结构，强化了这种吸附作用[16]。张立阳等[17]研究发现，在AFB1毒素浓度为2.0 μg/mL 的溶液中添加0.5%（w/v）铜、锌改性蒙脱石时，对AFB1的吸附率分别为71.86% 和81.74%。梁晓维等[18]研究表明，0.012 5 g/mL 钠化蒙脱石可吸附溶液中96.8%的AFB1。本试验条件下，添加0.1% 钠化蒙脱石时，有14.08% 的AFB1被吸附，当添加量达到1%时，钠化蒙脱石对AFB1的吸附率为32.43%，虽然随着蒙脱石添加量的增加对AFB1的吸附作用也提高，但并没有达到梁晓维等[18]试验的吸附效果。分析认为可能由于梁晓维等[18]研究所使用的样品是由AFB1制得的标准溶液，而本试验所用的试验样品为霉菌毒素污染的喷浆玉米皮，由于钠化蒙脱石的吸附不具有选择性，且吸附具有饱和性，在吸附AFB1的同时也会吸附喷浆玉米皮中的蛋白质、脂类等物质，进而降低了钠化蒙脱石对AFB1的吸附作用。此外，由于污染的喷浆玉米皮中的霉菌毒素是霉菌直接代谢的产物，与喷浆玉米皮紧密结合，在物理条件下不容易被吸附，导致试验结果偏低。此外，因为蒙脱石改性工艺及改性剂的不同，也可能导致结果不尽一致，但趋势相同。本试验条件下，4 种改性蒙脱石对AFB1都有显著的吸附作用，其中0.1% 复合改性蒙脱石I 型对AFB1的吸附率最低，为13.42%，对AFB1的吸附作用最强的是复合改性蒙脱石II 型，吸附率为62.60%。蒙脱石经十八烷基三甲基氯化铵处理后，其晶层内吸附有机离子，改变了蒙脱石晶层表面电荷，提高了蒙脱石的亲和性；此外，经十八烷基三甲基氯化铵改性后，有机离子增大了蒙脱石晶层间隔，提高了其吸附量，这也是复合改性蒙脱石II 型对AFB1的吸附作用最强的原因。随着蒙脱石添加量的增加，改性蒙脱石对AFB1的吸附率也提高。但是在同一添加水平下，4 种改性蒙脱石对AFB1的吸附能力存有差异，这种差异可能与改性蒙脱石特有的化学结构有关。曾路等[19]研究表明，蒙脱石晶体结构内存在同质取代反应，其层面电负性不同时，吸附能力亦不同。即改性条件的不同可使得改性后蒙脱石的颗粒大小、形状、比表面积及表面电荷等不同，其对AFB1吸附效果也不同。

3.2 改性蒙脱石对ZEN 的吸附作用 ZEN 结构内含有2 个酚羟基的内酯，在碱性条件下，酯键打开，此时ZEN 可以溶于水中[20-21]。ZEN 的这种双极性特质可减弱蒙脱石对其的吸附作用，但是并非所有的蒙脱石对ZEN 的吸附效果都很低，蒙脱石经改性后可以提高对ZEN 的吸附作用[22]。在本试验条件下，4 种改性蒙脱石中钠化蒙脱石对ZEN 的吸附最弱，在钠化蒙脱石添加量为0.1%时，其对ZEN 的吸附率仅为6.02%，而复合改性蒙脱石II 型对ZEN 的吸附率达25.30%。这是因为蒙脱石经十八烷基三甲基氯化铵处理后，其分子内晶层结构被改变，分子层间距也被扩大，晶层容积空间变大；此外，有机改性剂可覆盖在蒙脱石疏水性的分子表面，使得其对有机物的吸附能力增强，这也是复合改性蒙脱石II 型对ZEN 的吸附效果最好的原因。在本试验中，4 种不同的改性蒙脱石对ZEN 都有显著吸附作用，并且吸附率随添加量的增加而增加。这与王馨宇等[23]的研究结果一致，即改性后的蒙脱石对ZEN 的吸附率与剂量之间呈正相关。姚志成等[24]获得的改性后蒙脱石对ZEN 的吸附率达到92.44%，具有良好的脱毒效果。此外，不同改性蒙脱石在同一添加剂量下对ZEN 的吸附率不同。这可能是因为不同改性条件制备改性蒙脱石的分子晶层间距、离子特性等不一样，导致其对ZEN的吸附作用也不一致。

4 结 论

在本试验条件下，4 种不同改性蒙脱石对AFB1和ZEN 均具有吸附作用，且吸附作用随着蒙脱石的添加量增加而作用增强。其中复合改性蒙脱石II 型对AFB1和ZEN 的吸附效果最好，在添加量为1% 时，其对AFB1和ZEN 的吸附率分别为62.60%和43.38%。由于本试验是在体外进行的吸附性能研究，而动物肠道内环境复杂，是否会影响改性蒙脱石的吸附作用效果有待进一步研究。