活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭去除花生油中的黄曲霉毒素

　　黄曲霉毒素B1(AFB1)是黄曲霉和寄生曲霉产生的次生代谢产物，污染花生、玉米、高粱、油籽、动物饲料和食品。它在田间普遍存在，并且在储存期间能够在谷物上生长。在中国主要花生产区的生花生和花生制品中发现了浓度为5-30%的AFB1。由于花生油在中国被普遍用作食用油，因此花生油被黄曲霉素污染是一个严重的公共卫生问题。本研究的重点是使用活性炭以去除花生油中的AFB1。并且在合适的条件下比较二氧化硅、天然蒙脱石和活性炭对黄曲霉素的吸附行为进行了比较。

　　为了降低AFB1污染的风险，已经提出了几种对花生油进行解毒的方法，包括化学(碱和臭氧处理)、生物(微生物吸附和降解)和物理方法(紫外线照射、光催化、吸附)。尽管使用紫外线照射、光催化或臭氧处理时花生油的解毒率可达99%左右，但在花生油的解毒过程中可能会产生与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，其应用可能有限。碱处理和吸附是花生油脱毒是比较常用的方法。然而，花生油碱处理过程中产生的化学物质可能被视为污染物。所以使用吸附法操作简便，特别是对于不能通过碱处理脱毒的油类基质，如花生油、芝麻油、菜籽油等。因此，吸附法可能是对被黄曲霉素污染的植物油进行解毒的适当策略。

　　黄曲霉毒素浓度的测定

　　将含黄曲霉毒素的上清液在30℃下用氮气干燥，然后加入100μL三氟乙酸和200μL的己烷加入到小瓶中。将混合物立即搅拌15秒，在40℃下衍生化30分钟，并在30℃下用氮气干燥。将残留物溶解在1mL的水-乙腈溶液中，将所得混合物搅拌15秒，然后离心5分钟。通过使用0.22μm微孔膜过滤纯化上清液，然后转移到色谱小瓶中。黄曲霉毒素的浓度由配备荧光检测器记录的色谱图计算得出。激发和发射波长分别设置为360和440nm，再进行色谱柱进行分离，并使用甲醇-水二元溶剂作为流动相来验证去除率。

　　三种吸附剂剂用量对吸附的影响

　　三种吸附剂对AFB1的吸附在25℃下进行24小时。图1显示了活性炭和其它吸附剂用量的AFB1去除率。无论吸附剂剂量如何，使用活性炭时去除率更高，其次是二氧化硅和天然蒙脱石。正如预期的那样，AFB1的去除率随着吸附剂剂量的增加而增加，这可以通过AFB1与吸附剂之间的相互作用增加来解释，包括氢键、孔填充和静电吸引力。吸附剂量为1.0mg/mL时，黄曲霉毒素的去除率使用蒙脱石、二氧化硅和活性炭时，分别为73.23%、80.35%和85.09%。在较高的吸附剂量(1.5mg/mL)下，去除率分别略微增加至75.56%、83.48%和89.15%。在这个吸附系统中，当吸附剂以较低浓度使用时，可用的吸附位点较少。因此，增加吸附剂浓度有效地增加了吸附位点的数量，从而提高了AFB1的去除率。但浓度过高时，吸附剂颗粒间会发生胶结、絮凝和团聚现象。这导致可用吸附位点的数量稳定或减少，并且去除率没有进一步提高。此外，当吸收剂以高浓度使用时，可能会消除维生素E和甾醇等微量营养素，从而导致营养流失。因此，使用浓度为1.0mg/mL的吸附剂被认为是合适的，因此在进一步的实验中被采用。

　　图1：考虑活性炭和其它吸附剂在不同浓度下在花生油中黄曲霉毒素的去除率。

　　吸附动力学

　　在本研究中评估的吸附剂对黄曲霉毒素的吸附效率由吸附动力学确定，其中测量AFB1的去除率和吸附时间。三种吸附剂对AFB1的吸附动力学在25℃下进行，吸附时间延长。如图2所示a、b，在最初的120分钟内观察到快速吸附，在处理960分钟后证实吸附没有显着变化。这表明去除率在这个阶段达到了明显的平衡。由于位于吸附剂外表面上的更多吸附位点可用于反应，因此初始去除速率相对较快。然而，随着吸附剂的外表面被AFB1分子覆盖，吸附速率逐渐降低然后趋于稳定，这表明AFB1在吸附剂内表面的吸附是通过层间扩散发生的。与之前公布的结果相比，与在水溶液中相比，活性炭在油相中的吸附动力学较慢可能是由于花生油的高粘度(25℃时为10.0cP)，这减少了AFB1分子在花生油的扩散。 此外，油中的微量营养素，如维生素E和甾醇，可能会与AFB1竞争油相中活性炭上的结合位点。因此，AFB1的吸附在富含油的基质(如花生油)中更具挑战性。尽管如此，活性炭在去除花生油中的AFB1方面表现出良好的性能，因此具有巨大的工业应用潜力。

　　图2：(a)黄曲霉毒素在活性炭和其它吸附剂上吸附的拟一级动力学模型拟合曲线和(b)拟二级动力学模型拟合曲线。

　　活性炭去除花生油中的黄曲霉毒素，活性炭吸附剂由韩研定制，用于从花生油中去除黄曲霉毒。因为它具有高比表面积、大孔体积和窄孔径分布。当以1.0mg/mL的浓度使用时，去除率为85.09%。AFB1在油体系中的吸附动力学低于在水溶液中的吸附动力学，主要是由于油基质的复杂性。AFB1的吸附遵循准二级动力学并符合Langmuir吸附等温线。总的来说，定制的这款活性炭可能是一种适用于从花生油中去除AFB1的吸附材料。该研究为资源化利用提供了经济可行的解决方案，可用于降低食品中黄曲霉毒素的污染。

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