不同粘土矿物对霉菌毒素和营养物质的吸附和解吸效果研究

徐 瑞，王改琴，刘春雪，耿文静，沈 波

(安佑生物科技集团股份有限公司，江苏 苏州 215437)

粘土类矿物质主要由水合硅铝酸盐组成，颗粒较小，因其独特的多面体结构而具有较大的比表面积，表现出较强的吸附能力和阳离子交换能力，同时还具有良好的物化性能，如良好的流散性、粘结性等，所以可作为霉菌毒素吸附剂、预混料载体、颗粒饲料粘合剂等添加使用[1-2]。粘土中可用作霉菌毒素吸附剂的类型主要有蒙脱石、凹凸棒土、高岭土、沸石粉、云母、海泡石等[3-4]，其中蒙脱石、凹凸棒土的应用较多，尤其是蒙脱石除具有较强的吸附能力外，还有一定的抗腹泻能力，被广泛用作毒素吸附剂外，目前还被开发为成人用药。市面上粘土矿物产品的种类较多，结构与成分比例差异较大，对饲料中常见毒素的吸附不一致，对营养物质的吸附检测指标不统一，且各种文献报道的检测结果差异较大，国家和行业对此类产品的评估目前还没有统一的标准。我们选择普通的凹凸棒土、蒙脱石及其他3种以蒙脱石为主要成分的功能性粘土产品进行试验，首先测定这5种粘土产品对黄曲霉毒素，玉米赤霉烯酮及呕吐毒素的吸附率，再以饲料中比较常见的营养物质如VB1、VB2及赖氨酸的添加为例(以饲料中常见的VB1、VB2及赖氨酸含量：10、20 mg/kg及1.35%为基础来进行试验)，进行营养物质的吸附与解吸的评估，为此类产品的检测与评估提供参考数据。

1 材料与方法

1.1 材料

从国内市场购买的普通凹凸棒土、蒙脱石及其他3种以蒙脱石为主要成分的功能性粘土：吸附型粘土(坡蒙石)、粘结型粘土、止泻型粘土，分别记为样品1、2、3、4、5。

1.2 主要试剂

黄曲霉毒素(AFB1)、玉米赤霉烯酮(ZEN)、呕吐毒素(DON)标准品购自北京华安麦科生物科技有限公司，色谱级甲醇，色谱级乙腈等，所用化学试剂均为色谱纯，水为去离子水。

1.3 主要仪器

精确至0.000 00的分析天平、离心机、恒温水浴振荡器、高效液相色谱分析仪(安捷伦)、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的标准溶液：取黄曲霉毒素B1标准品1 mg溶于100 ml甲醇溶液中。

(2)配制100 mg/kg ZEN的标准溶液：取玉米赤霉烯酮标准品1 mg溶于10 ml乙腈溶液中。

(3)配制100 mg/kg DON的标准溶液：取呕吐毒素标准品1 mg溶于10 ml甲醇溶液中。

(4)配制260 mg/kg VB1的标准溶液：0.026 g VB1溶于100 ml的0.01 mol/L盐酸溶液中。

(5)配制60 mg/kg VB2标准溶液：0.006 07 g VB2溶于100 ml的0.01 mol/L盐酸溶液中。

(5)配制人工胃液：取浓盐酸3.84 ml，加水1 000 ml。

(6)配制人工小肠液(pH6.8)：取磷酸二氢钾6.8 g，加水500 ml溶解，用0.1 mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至6.8。所有试剂不用时4℃低温储藏。

1.4.2霉菌毒素吸附率的测定

称取待评估的粘土样品0.02 g于离心管中，加入9.9 ml水，按表1所示添加量依次向离心管内先加入一级水，再分别加入相应的已配置好的毒素标准溶液。37℃ 120 r/min孵育1 h后，5 000 r/min离心15 min。转移清液，过0.22 μm膜后HPLC分析毒素含量。

表1 毒素标准溶液、一级水的添加量

1.4.3对营养物质VB1、VB2、赖氨酸的吸附率及解吸附率测定

称取待评估的粘土样品0.02 g，按表2所示添加量依次向装有样品的离心管，先加入人工胃液，再分别加入相应的VB1、VB2溶液及赖氨酸。分别于37℃ 120 r/min孵育1 h后，5 000 r/min离心10 min。取清液过0.22 μm后进行HPLC分析。

表2 样品、VB1、VB2、氨基酸、人工胃液的添加量

向离心后的沉淀中加入10 ml人工肠液，充分摇晃分散后，于超声波水浴中15 min，离心(5 000 r/min，10 min)，取清液过0.22 μm后进行HPLC分析测定VB1、VB2、赖氨酸的含量，最后计算解吸的量。

维生素及赖氨酸的测定方法参考GB/T 14700—2018饲料中维生素B1的测定；GB/T 14701—2019饲料中维生素B2的测定；GB/T 18246—2000饲料中氨基酸的测定。

2 结果与分析

2.1 不同样品对黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和呕吐毒素的吸附率

不同样品对黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和呕吐毒素的吸附率见表3。

表3 不同样品对黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和呕吐毒素的吸附率

由表3可看出，与普通的蒙脱石1、凹凸棒土2相比，其他3种以蒙脱石为主要成分的功能性粘土对黄曲霉毒素的吸附率较高。其他的功能性粘土产品之间相比，吸附型粘土3、止泻型粘土4对黄曲霉毒素吸附率较高；吸附型粘土3对玉米赤霉烯酮和呕吐毒素的吸附率较高，止泻型粘土4、粘结型粘土5对玉米赤霉烯酮及呕吐毒素的吸附率均较低。

2.2 不同样品对营养物质B1、B2、赖氨酸的吸附及解吸率

不同样品对营养物质B1、B2、赖氨酸的吸附及解吸率见表4。

表4 不同样品对营养物质VB1、VB2、赖氨酸的吸附及解吸率

由表4可以看出，蒙脱石1对VB1的吸附率高于凹凸棒土2，解吸附率低于凹凸棒土2；对VB2的吸附率凹凸棒土2略高于蒙脱石1，解吸附率数据相近。二者相比，蒙脱石对VB1的吸附较多，且不易解吸出来；凹凸棒土对维生素B2的吸附较多。其他粘土产品对VB1、VB2的吸附率从高到低排序均为：吸附型粘土3>止泻型粘土4>粘结型粘土5。试验结果显示，吸附型粘土3对VB1、VB2的吸附率最高，粘结型产品5对VB1的吸附率较低(略大于凹凸棒土)，吸附型粘土3、止泻型粘土4对VB1的吸附率均高于蒙脱石；吸附型粘土3、止泻型粘土4、粘结型粘土5对VB2的吸附率均高于普通蒙脱石。

普通蒙脱石和凹凸棒土对赖氨酸的吸附率较低，其他粘土产品对赖氨酸吸附率高于普通蒙脱石和凹凸棒土，但数值均在10%以下。

3 讨论

吸附型产品3对三种毒素黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮及呕吐毒素均有较好的吸附效果，这可能是厂家添加了黑色煤系高岭土(分散剂)的原因；吸附型粘土3、止泻型4、粘结剂型5的黄曲霉毒素吸附率较高，玉米赤霉烯酮和呕吐毒素吸附率较低。综上，4、5分别单独作为止泻剂、粘结剂使用时，同时对黄曲霉毒素具有一定的吸附作用。

蒙脱石和凹凸棒土因其特殊的片状和针状物理结构对饲料中霉菌毒素有一定的吸附能力，但同时也会吸附饲料中的营养物质VB1、VB2和赖氨酸。研究结果表明，不同文献中蒙脱石或者以蒙脱石为主要成分的粘土对毒素吸附率的差异较大(本试验室测定黄曲霉毒素的吸附率为(70%～94%)，营养物质吸附的评价体系相差也较大，这可能是因为不同种类的产品其结构和成分比例差异较大，对霉菌毒素及VB1、VB2的吸附结果不一致。不同的粘土添加量和维生素底物浓度条件下，吸附和解吸结果相差较大，如：何万领等[5]实验室发现在蒙脱石添加量为0.2%、VB2为6～30 mg/kg的条件下，随着VB2添加量的增加(6～30 mg/kg)，吸附率逐渐增加(0～75%)，这种吸附符合Nerset方程[6]。常威等[7]在实验室条件下模拟胃液(蒙脱石添加量1.5%，VB1含量250 mg/kg，VB2含量100 mg/kg)测定蒙脱石散对VB1的吸附率为97.7%，VB2的吸附率为97%。王虎[8]实验室检测不同的霉菌毒素吸附剂(蒙脱石、硅铝酸盐型及蒙脱石类，添加量为0.1%)对VB2的吸附率为0.01%～5.65%(0.1%添加量情况下，毒素吸附率也较低)。齐德生等[2]在pH 1～10、维生素含量0～20 mg/kg条件下，测定蒙脱石对对VB2的吸附率为5.0%～18.8%。肖长峰等[9]测定改性硅铝酸盐霉菌毒素吸附剂(添加量为0.1%)对仔鸡日粮中VB1的吸附率为14.8%～25.14%，VB2的吸附率为9%～13%。本试验中矿土产品的模拟添加量为0.2%，VB1和VB2的终浓度为10、20 mg/kg，止泻型粘土4对VB2的吸附率与何万领的研究结果近似，为67.92%[5]。考虑到止泻型粘土4对VB1和VB2的解吸附，饲料中添加使用该产品时，可把VB1添加量增加至原来的1.3倍左右，VB2可增加至原来的1.5倍左右。粘结型粘土5对VB2的吸附率较低，且在胃肠中有一定的解吸附，做饲料粘结剂使用时，VB1、VB2可直接按原剂量添加，也可略微提高添加量。

粘土类产品对营养物质赖氨酸的吸附与VB1、VB2结果类似，不同产品和实验室条件测定结果相差较大，在不同pH(1～10)和添加量的条件下，吸附率为10%～70%[2,5,10]。本试验与齐德生等的[2]试验条件与结果相近，对赖氨酸的吸附率较低，这可能是因为赖氨酸属于碱性氨基酸，pH 9.9，在大部分溶液中赖氨酸比较容易离解，并大多以正离子的形式存在[11]，胃液环境为酸性，所以对赖氨酸的吸附率不高。饲料中添加使用止泻型粘土4及粘结型粘土5时，赖氨酸可直接按原剂量添加，也可略微提高添加量。

吸附型粘土3对VB1和VB2的吸附率较高，且解吸附较低，这可能是厂家添加了黑色煤系高岭土(分散剂)的原因。煤系高岭土是一种煤矿开采时伴生的一种矿物原料，由高岭石、蒙脱石、方解石、勃母石、伊利石等多种矿物组分组成一种非金属矿物，还含有微少的有机质，其基本结构单元是由硅氧四面体层和铝氧八面体层组成的1∶1的层状结构，两者之间通过共同的O原子相互连接而成[12-15]。煤系高岭土由于利用率较低，且自燃后产生酸性有害气体，是工业固体废弃物的一种，改性后的煤系高岭土具备高比表面积和离子交换能力，因此具有较好的反应活性及吸附性能，可作为吸附材料使用[14]。但目前还没有对煤高岭土解吸附能力的报道，由本试验的结果推测，煤系高岭土与活性炭可能较类似，吸附能力较强，且对吸进去的物质难以脱附，添加到饲料中使用时，在动物消化道内比较容易吸附营养物质且不易解吸，所以不建议长期添加使用。同时，吸附型粘土3的主要成分为坡蒙石[1]，能查到的此类产品的相关文献较少[16]，文献描述坡蒙石是指凹凸棒土(坡缕石)-蒙脱石的天然混合矿物，主要分布于我国中东部地区的关山、盱眙，产量较少，结构为针棒状体与似鳞片状体共存，可以达到吸附霉菌毒素的同时不吸附营养物质，但本试验测定该类型产品对黄曲霉毒素、VB1和VB2的吸附率均较高，与文献的研究结果不一致。陈天虎等[17]实验室研究把凹凸棒土与蒙脱石进行分散、湿法悬浮后进行X射线和电镜分析，发现结合后影响X射线粉末衍射结果，控制悬浮条件，或许可能形成理想的凹凸棒土-蒙脱石结构体系，根据该文献的结果推测非天然改性坡蒙石的加工或许基于此原理。

4 结论

(1)对毒素和营养物质吸附均较多的产品如吸附型粘土3，不建议在饲料中长期添加使用。

(2)止泻型粘土4、粘结型粘土5对黄曲霉毒素的吸附率较高，做止泻剂、粘结剂使用时，可同时考虑其黄曲霉毒素吸附剂的附加价值。

(3)几种粘土产品对营养物质VB1、VB2和赖氨酸均有一定的吸附，结合试验数据，饲料中添加使用止泻型粘土产品4时，可根据该类型产品的吸附率与解吸附率相应增加营养物质的添加量。粘结型粘土5对VB1、VB2、赖氨酸的吸附率较低，且有一定的解吸附，使用该类产品时，VB1、VB2、赖氨酸可直接按原剂量或略微提高进行添加。