活性炭去除花生油中的黃曲霉毒素

黃曲霉毒素B1(AFB1)是黃曲霉和寄生曲霉產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，污染花生、玉米、高粱、油籽、動(dòng)物飼料和食品。它在田間普遍存在，并且在儲(chǔ)存期間能夠在谷物上生長。在中國主要花生產(chǎn)區(qū)的生花生和花生制品中發(fā)現(xiàn)了濃度為5-30%的AFB1。由于花生油在中國被普遍用作食用油，因此花生油被黃曲霉素污染是一個(gè)嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題。本研究的重點(diǎn)是使用活性炭以去除花生油中的AFB1。并且在合適的條件下比較二氧化硅、天然蒙脫石和活性炭對(duì)黃曲霉素的吸附行為進(jìn)行了比較。

　　為了降低AFB1污染的風(fēng)險(xiǎn)，已經(jīng)提出了幾種對(duì)花生油進(jìn)行解毒的方法，包括化學(xué)(堿和臭氧處理)、生物(微生物吸附和降解)和物理方法(紫外線照射、光催化、吸附)。盡管使用紫外線照射、光催化或臭氧處理時(shí)花生油的解毒率可達(dá)99%左右，但在花生油的解毒過程中可能會(huì)產(chǎn)生與AFB1同等或更高毒性的新毒素。AFB1的微生物降解由于微生物吸附的可逆性，其應(yīng)用可能有限。堿處理和吸附是花生油脫毒是比較常用的方法。然而，花生油堿處理過程中產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)可能被視為污染物。所以使用吸附法操作簡便，特別是對(duì)于不能通過堿處理脫毒的油類基質(zhì)，如花生油、芝麻油、菜籽油等。因此，吸附法可能是對(duì)被黃曲霉素污染的植物油進(jìn)行解毒的適當(dāng)策略。

　　黃曲霉毒素濃度的測定

　　將含黃曲霉毒素的上清液在30℃下用氮?dú)飧稍?，然后加?00μL三氟乙酸和200μL的己烷加入到小瓶中。將混合物立即攪拌15秒，在40℃下衍生化30分鐘，并在30℃下用氮?dú)飧稍铩埩粑锶芙庠?mL的水-乙腈溶液中，將所得混合物攪拌15秒，然后離心5分鐘。通過使用0.22μm微孔膜過濾純化上清液，然后轉(zhuǎn)移到色譜小瓶中。黃曲霉毒素的濃度由配備熒光檢測器記錄的色譜圖計(jì)算得出。激發(fā)和發(fā)射波長分別設(shè)置為360和440nm，再進(jìn)行色譜柱進(jìn)行分離，并使用甲醇-水二元溶劑作為流動(dòng)相來驗(yàn)證去除率。

　　三種吸附劑劑用量對(duì)吸附的影響

　　三種吸附劑對(duì)AFB1的吸附在25℃下進(jìn)行24小時(shí)。圖1顯示了活性炭和其它吸附劑用量的AFB1去除率。無論吸附劑劑量如何，使用活性炭時(shí)去除率更高，其次是二氧化硅和天然蒙脫石。正如預(yù)期的那樣，AFB1的去除率隨著吸附劑劑量的增加而增加，這可以通過AFB1與吸附劑之間的相互作用增加來解釋，包括氫鍵、孔填充和靜電吸引力。吸附劑量為1.0mg/mL時(shí)，黃曲霉毒素的去除率使用蒙脫石、二氧化硅和活性炭時(shí)，分別為73.23%、80.35%和85.09%。在較高的吸附劑量(1.5mg/mL)下，去除率分別略微增加至75.56%、83.48%和89.15%。在這個(gè)吸附系統(tǒng)中，當(dāng)吸附劑以較低濃度使用時(shí)，可用的吸附位點(diǎn)較少。因此，增加吸附劑濃度有效地增加了吸附位點(diǎn)的數(shù)量，從而提高了AFB1的去除率。但濃度過高時(shí)，吸附劑顆粒間會(huì)發(fā)生膠結(jié)、絮凝和團(tuán)聚現(xiàn)象。這導(dǎo)致可用吸附位點(diǎn)的數(shù)量穩(wěn)定或減少，并且去除率沒有進(jìn)一步提高。此外，當(dāng)吸收劑以高濃度使用時(shí)，可能會(huì)消除維生素E和甾醇等微量營養(yǎng)素，從而導(dǎo)致營養(yǎng)流失。因此，使用濃度為1.0mg/mL的吸附劑被認(rèn)為是合適的，因此在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中被采用。

　　圖1：考慮活性炭和其它吸附劑在不同濃度下在花生油中黃曲霉毒素的去除率。

　　吸附動(dòng)力學(xué)

　　在本研究中評(píng)估的吸附劑對(duì)黃曲霉毒素的吸附效率由吸附動(dòng)力學(xué)確定，其中測量AFB1的去除率和吸附時(shí)間。三種吸附劑對(duì)AFB1的吸附動(dòng)力學(xué)在25℃下進(jìn)行，吸附時(shí)間延長。如圖2所示a、b，在最初的120分鐘內(nèi)觀察到快速吸附，在處理960分鐘后證實(shí)吸附?jīng)]有顯著變化。這表明去除率在這個(gè)階段達(dá)到了明顯的平衡。由于位于吸附劑外表面上的更多吸附位點(diǎn)可用于反應(yīng)，因此初始去除速率相對(duì)較快。然而，隨著吸附劑的外表面被AFB1分子覆蓋，吸附速率逐漸降低然后趨于穩(wěn)定，這表明AFB1在吸附劑內(nèi)表面的吸附是通過層間擴(kuò)散發(fā)生的。與之前公布的結(jié)果相比，與在水溶液中相比，活性炭在油相中的吸附動(dòng)力學(xué)較慢可能是由于花生油的高粘度(25℃時(shí)為10.0cP)，這減少了AFB1分子在花生油的擴(kuò)散。 此外，油中的微量營養(yǎng)素，如維生素E和甾醇，可能會(huì)與AFB1競爭油相中活性炭上的結(jié)合位點(diǎn)。因此，AFB1的吸附在富含油的基質(zhì)(如花生油)中更具挑戰(zhàn)性。盡管如此，活性炭在去除花生油中的AFB1方面表現(xiàn)出良好的性能，因此具有巨大的工業(yè)應(yīng)用潛力。

　　圖2：(a)黃曲霉毒素在活性炭和其它吸附劑上吸附的擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合曲線和(b)擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合曲線。

　　活性炭去除花生油中的黃曲霉毒素，活性炭吸附劑由韓研定制，用于從花生油中去除黃曲霉毒。因?yàn)樗哂懈弑缺砻娣e、大孔體積和窄孔徑分布。當(dāng)以1.0mg/mL的濃度使用時(shí)，去除率為85.09%。AFB1在油體系中的吸附動(dòng)力學(xué)低于在水溶液中的吸附動(dòng)力學(xué)，主要是由于油基質(zhì)的復(fù)雜性。AFB1的吸附遵循準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)并符合Langmuir吸附等溫線?？偟膩碚f，定制的這款活性炭可能是一種適用于從花生油中去除AFB1的