CN109939648B - 一种复合型广谱性霉菌毒素吸附剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合型广谱性霉菌毒素吸附剂，该吸附剂包括水合铝硅酸盐和生物高分子；其中，所述水合铝硅酸盐具有双极性，且具有二八面体层状结构或三八面体层状结构。所述水合铝硅酸盐为蒙脱石与伊利石或绿泥石的混层化合物；所述生物高分子是多糖类、腐植酸类、带有一个芳香族取代基的长链烷基和有机硅烷类中的一种或几种混合。本发明以混层铝硅酸盐为基质，与生物高分子复合成一种新型的有机/无机复合物，具有吸附不同霉菌毒素的多种活性点，与饲料混合后，在动物消化道中可以不可逆地快速捆绑各种霉菌毒素。

Description

一种复合型广谱性霉菌毒素吸附剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及农业、畜牧业及食品去毒技术领域，具体涉及一种混层水合铝硅酸盐/生物高分子复合型广谱性霉菌毒素吸附剂及其制备方法。

背景技术

1962年在英国伦敦附近，发生震惊世界的10万只火鸡幼禽食用黄曲霉素污染的花生仁中毒死亡事件。敏感的科学家从此事件中，意识到霉菌毒素对人类健康的影响是致命的，开始研究霉菌毒素的防治和毒理研究。到二十世纪八十年代末，欧美等发达国家对霉菌毒素的成因、作用机理、毒性已研究得非常透彻。迄今已研究清楚对人和动物有毒的主要真菌类及其毒素包括：曲霉属真菌产生的黄曲霉毒素，青霉菌属真菌产生的赭曲毒素，镰刀菌属真菌产生的伏马毒素，单端孢霉烯族类真菌产生的呕吐毒素，镰刀菌属真菌产生的玉米赤霉烯酮、T2毒素、串珠镰刀菌毒素，麦角菌属真菌产生的麦角毒素。对霉菌毒素毒性及处理方法的研究结果表明：除赭曲霉毒素是饲料在贮存、运输过程产生外，其余均是植物在田野生长过程中产生，并随气候和生长环境变化，霉菌毒素含量的差异变化不可捉摸，具有不可避免性，又被称为田野毒素。它们是霉菌在温度和湿度合适条件下，在各种植物、食物和饲料上次生代谢产生对脊椎动物和其它动物群有害的看不见、无嗅、无味、无法检测到的极低浓度剧毒物(ppb级浓度即可产生严重影响)。世界上没有一个地区能够逃脱霉菌毒素对动物和人类健康的负面影响。而全球饲料贸易的发展进一步增加了谷物混合物在特定饮食中产生霉菌毒素组合的可能性，在特定区域将出现不寻常的前所未有的霉菌毒素。

在家畜中，霉菌毒素对饲料摄取量、动物行为、繁殖率、生长效率、免疫防御等均有严重的负面影响，具有致癌性、诱变性、致畸性，可引起中枢神经系统震颤或损伤、出血热，并会对肝脏和肾脏造成损害。霉菌毒素在肝脏和肾脏以及消化道的微生物中代谢，根据环境和基质条件，多种霉菌毒素可能同时发生。研究表明，不同霉菌毒素的添加和协同作用可导致动物中毒加重，许多毒素集中在动物的肉、蛋和奶中，随食物链从动物到人体，对人体健康构成威胁。霉菌毒素进入人和动物机体后，分子中有毒基团与脏器组织分子、血液等形成结合物，导致脂质过氧化、细胞红色色素p450生物活化，与GS-转移酶结合，影响蛋白合成、抑制ATP生产，抑制酶系统，诱导造血细胞祖细胞和免疫细胞凋亡等一系列与脏器组织、分子间的相互作用。使肝脏、脾脏、肾脏、基因、免疫调节系统、神经系统变异、中毒，诱导并形成肿廇、造血细胞凋亡、生育繁殖障碍、变异免疫球蛋白、破坏免疫系统等慢性疾病。

防止饲料霉变以及处理饲料中含有的霉菌毒素是国际性难题，通过添加饲料防霉剂可在一定程度上起到防霉的效果，但原有霉菌毒素无法被消除。清除霉菌毒素的方法包括以下几种：(1)化学法：化学试剂，例如酸、碱(如氨、烧碱)、氧化剂(如过氧化氢、臭氧)、还原剂(如亚硫酸氢盐)、氯化剂和甲醛等，被用于降解受污染饲料中的霉菌毒素，特别是黄曲霉毒素。然而，这些技术效率不高，费用昂贵，产生大量化学废物，而且一般不安全；(2)酶转化法：某些乳酸菌、丙酸菌和双歧杆菌的细胞壁结构可以结合霉菌毒素，并限制它们在动物体内的生物利用度。然而，这些生物过程通常是缓慢的，效率低下，并且可能产生有毒代谢物；(3)吸附法：通过加入各种霉菌毒素吸附剂降低其生物利用度，从而减少霉菌毒素被血液和靶器官的吸收。优点是成本低、安全性好、使用方便。

吸附剂，又称捆绑剂(binding agents)，国外公开报导并商品化的是一类不溶于水和有机溶剂的水合铝硅酸盐矿物或生物高分子。水合铝硅酸盐类矿物有层状结构类蛭石，蒙脱石，绿泥石，伊利石，高岭土，凹凸棒土，滑石，海泡石和骨架型结构的天然沸石等。生物高分子类主要是多聚糖(Polysaccharide)等。

水合铝硅酸盐类矿物作为吸附剂使用时，黄曲霉菌毒素类分子中毒性基团双酮类键与水合铝硅酸盐类矿物层间或边缘暴露阳离子之间螯合形成稳定的六元环基团，从而被捆绑住。然而，在实际使用中，层状结构水合铝硅酸盐吸附霉菌毒素的效果受天然矿中存在的各种杂质和本身层堆叠微结构等因素的影响，活性点被覆盖，暴露少，亲水性强，与有机化合物间亲和性低，存在使用量多(达到10Kg/吨饲料的添加量)、重金属铅(Pb)等严重超标、吸附的选择性下降(吸附杂质改变了粘土表面的选择性吸附性质)、易吸附营养物质维生素等缺陷。此外，对非极性、弱极性类霉菌毒素的吸附效果不佳。

生物高分子类吸附剂作为霉菌毒素吸附剂，目前用的主要是多聚糖(Polysaccharide)，例如酵母细胞壁水解产物葡聚多糖、甘露寡糖等。它的吸附机制是多糖分子构型(糖苷多碳分子链相互连接方式)的多样性，形成分子内的空穴。小分子霉菌毒素分子陷入其空穴，靠疏水键、氢键和范德瓦尔力，被捆绑在空穴中。缺点是吸附不稳定、吸附速度慢、吸附效率低。

现有吸附剂的另一问题是呕吐毒素类大分子等弱极性、非极性霉菌毒素既进不了蒙脱石的间层空间，也不可能陷入生物大分子内的空穴，没有对它吸附效果较好的产品，一般都靠添加活性炭来解决。活性炭吸附是范瓦德尔力，吸附力弱，无选择性，在胃肠道环境，活性点易被营养物质抢先吸附而封闭，即使吸附了霉菌毒素，也易被解吸。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供一种混层水合铝硅酸盐/生物高分子复合型广谱性霉菌毒素吸附剂。该吸附剂对多种霉菌毒素具有强吸附能力，自身安全性高。此外，本发明还提供一种混层水合铝硅酸盐/生物高分子复合型广谱性霉菌毒素吸附剂的制备方法。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种复合型广谱性霉菌毒素吸附剂，该吸附剂包括水合铝硅酸盐和生物高分子；其中，所述水合铝硅酸盐具有双极性，且具有二八面体层状结构或三八面体层状结构。

进一步地，所述水合铝硅酸盐为蒙脱石与伊利石或绿泥石的混层化合物。

进一步地，所述蒙脱石与伊利石的质量比为1:(0-2)，所述蒙脱石与绿泥石的质量比为1:(0-3)。

进一步地，所述水合铝硅酸盐为蒙脱石、伊利石和绿泥石的混层化合物。

进一步地，所述生物高分子选自多糖类、腐植酸类、带有一个芳香族取代基的长链烷基和有机硅烷类中的一种或几种混合；其中，所述多糖类的可溶性为10％以上。

进一步地，所述吸附剂中生物高分子的含量为10-30wt％。

本发明的第二方面，提供一种复合型广谱性霉菌毒素吸附剂的制备方法，用于制备上述复合型广谱性霉菌毒素吸附剂，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过物理方法从粘土矿物膨润土、伊利石、绿泥石、高岭土中分别进行提纯获得具有二八面体层状结构或三八面体层状结构的铝硅酸盐；

S2、将步骤S1中经提纯得到的铝硅酸盐按照相应的配比进行称取混合后加入足量的水，再向其中加入0.5-5.0wt％分散剂，然后置入强力球磨机中球磨10-20小时形成具有混层结构的铝硅酸盐；

S3、将步骤S2中得到的具有混层结构的铝硅酸盐进行杂质分离，然后进行浓缩，浓缩后含固量在10-30wt％之间；

S4、将PH值调至3-5，搅拌并升温至50-140℃，加入生物高分子，搅拌保温5小时左右，形成混层水合铝硅酸盐/生物高分子复合物，经压滤后，将滤饼在60-100℃下进行干燥后粉碎，即得成品。

进一步地，所述步骤S1中，经过提纯获得的具有二八面体层状结构或三八面体层状结构的铝硅酸盐的含量达80wt％以上。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

蒙脱石、伊利石、绿泥石是三种性质类似的水合铝硅酸盐，差异是分散性、疏水性不同，本发明中选用不同种类的具有层状结构的铝硅酸盐组合成混层结构，吸附活性点增多，并改善了单一蒙脱石亲水性强的性质；另外，变成混层结构后，集聚层片遇动即散开，散开层片实现了以自组装方式包裹吸附(捆绑)大分子的霉菌毒素，并以氢键等方式将毒素分子捆包住；将具有混层结构的铝硅酸盐与生物高分子结合，形成无机/有机复合物，其具有捆绑不同霉菌毒素的三类不同活性的吸附中心：二价钙、镁、铁；分子识别；自组装包围。小分子霉菌毒素分子以螯合、氢键、疏水键等方式被不可逆的选择性方式吸附、捆绑，与活性碳吸附剂比较，本发明中的吸附剂具有选择性和不可逆性。

具体实施方式

实施例1

具有混层结构的水合铝硅酸盐的制备及其对各种霉菌毒素的吸附能力测试

霉菌毒素吸附能力的评价方法：

缓冲溶液的配置：称8gNacl，0.1gMgCl2·6H2O，0.2gKCl和0.13gCaCl2·2H2O用纯水溶解，定容到1L，分为两份各500mL的溶液，在第一份溶液中加入0.6528gKHPO4，然后用10％H3PO4调PH至2.5，在第二份溶液中加入0.1gKH2PO4和1.14gNa2HPO4，再用10％NaOH溶液调pH至8.0。

称取20mg样品于15mL离心管中，加上述缓冲溶液5mL(用两个不同PH值的缓冲溶液分别处理样品)，再加入霉菌毒素标准溶液(100μg/L)10μL，涡旋，放置于37℃恒温箱震荡4h后，加入4mLtBME(塑丁基甲醚)，离心20min，取上清液氮吹干，用200μL乙腈复溶，转移至进样瓶待上液相色谱质联用仪测定。上清液中毒素量(吸附阶段)/对照组毒素含量100％＝％被吸附毒素量。

霉菌毒素标准样品从Fermendek(Jerusalen，Israel)购买，购买了黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、呕吐毒素三种毒素标准样品。

样品A1：选用天然钙基蒙脱石作为对照实验，阳离子交换容量(CEC)为110mmol。

样品A2：蒙脱石与绿泥石混层(混层1)，其中蒙脱石与绿泥石的质量比为1：1，CEC为61mmol，制备方法如下：

S1、通过物理方法从粘土矿物膨润土、绿泥石中分别进行提纯获得具有二八面体层状结构或三八面体层状结构的铝硅酸盐，其中经过提纯获得的具有二八面体层状结构或三八面体层状结构的铝硅酸盐的含量达到86wt％；

S2、将步骤S1中经提纯得到的蒙脱石与绿泥石按照质量比为1：1进行混合，向其中加入0.6wt％的分散剂，然后置入强力球磨机中球磨16小时形成具有混层结构的铝硅酸盐。

样品A3：蒙脱石与绿泥石混层(混层2)，其中蒙脱石与绿泥石的质量比为6：4，制备方法参考样品A2。CEC为73mmol。

样品A4：Calibrin-Z，其中CEC为45mmol。

样品A5：Olmix产品，购自国外品牌脱霉剂产品供应商。

分别采用样品A1至样品A5对黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和呕吐毒素的吸附试验，试验方法如上所述，测试结果如表1所示。

表1

由表1中的实验结果可知，具有混层结构的铝硅酸盐样品相对于天然钙基蒙脱石而言，对黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和呕吐毒素具有优异的吸附能力。

实施例2

样品B1：混层1(80％)+葡聚糖(20％)，其制备方法如下：

S1、将得到的具有混层结构的混层1进行杂质分离，然后进行浓缩，浓缩后含固量在20wt％之间；

S2、将PH值调至3，搅拌并升温至70℃，加入生物高分子，搅拌保温2小时，形成混层水合铝硅酸盐/生物高分子复合物，经压滤后，将滤饼在80℃下进行干燥后粉碎，即得成品。

样品B2：混层2(80％)+葡聚糖(20％)，制备方法参考样品B1。

样品B3：混层1(80％)+甘露寡糖(20％)，制备方法参考样品B1。

样品B4：混层2(80％)+甘露寡糖(20％)，制备方法参考样品B1。

分别采用样品B1至样品B4对黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和呕吐毒素的吸附试验，试验方法如上所述，测试结果如表2所示。

表2

实施例3

样品C1：混层1(80％)+葡聚糖(10％)+季铵盐(10％)，其制备方法如下：

S1、将得到的具有混层结构的混层1进行杂质分离，然后进行浓缩，浓缩后含固量在10-30wt％之间；

S2、将PH值调至4，搅拌并升温至80℃，加入生物高分子(葡聚糖(10％)+季铵盐(10％))，搅拌保温2小时，形成混层水合铝硅酸盐/生物高分子复合物，经压滤后，将滤饼在60℃下进行干燥后粉碎，即得成品。

样品C2：混层2(80％)+甘露寡糖(10％)+季铵盐(10％)，制备方法参考样品C1。

样品C3：混层1(80％)+有机硅烷(10％)+葡聚糖(10％)，制备方法参考样品C1。

样品C4：混层2(80％)+甘露寡糖(10％)+有机硅烷(10％)，制备方法参考样品C1。

分别采用样品C1至样品C4对黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和呕吐毒素的吸附试验，试验方法如上所述，测试结果如表3所示。

表3

实施例4

样品D1：混层1(95％)+季铵盐(5％)，其制备方法如下：

S1、将得到的具有混层结构的混层1进行杂质分离，然后进行浓缩，浓缩后含固量在30wt％之间；

S2、将PH值调至5，搅拌并升温至90℃，加入生物高分子(季铵盐5％)，搅拌保温2小时，形成混层水合铝硅酸盐/生物高分子复合物，经压滤后，将滤饼在100℃下进行干燥后粉碎，即得成品。

样品D2：混层2(95％)+有机硅烷(5％)，制备方法参考样品D1。

样品D3：混层2(95％)+季铵盐(5％)，制备方法参考样品D1。

样品D4：混层1(95％)+有机硅烷(5％)，制备方法参考样品D1。

分别采用样品D1至样品D4对黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和呕吐毒素的吸附试验，试验方法如上所述，测试结果如表4所示。

表4

实施例5

样品E1：混层1(80％)+腐植酸(20％)，其制备方法如下：

S1、将得到的具有混层结构的混层1进行杂质分离，然后进行浓缩，浓缩后含固量在30wt％之间；

S2、将PH值调至5，搅拌并升温至90℃，加入生物高分子(腐植酸(20％))，搅拌保温2小时，形成混层水合铝硅酸盐/生物高分子复合物，经压滤后，将滤饼在100℃下进行干燥后粉碎，即得成品。

样品E2：混层2(80％)+腐植酸(20％)，制备方法参考样品E1。

样品E3：混层1(60％)+腐植酸(40％)，制备方法参考样品E1。

样品E4：混层2(60％)+腐植酸(40％)，制备方法参考样品E1。

分别采用样品E1至样品E4对黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和呕吐毒素的吸附试验，试验方法如上所述，测试结果如表5所示。

表5

由实施例2至实施例5中的实验结果可知，将具有将混层结构的铝硅酸盐样品与生物高分子组合形成无机/有机复合物，其具有捆绑不同霉菌毒素的多种活性点，能够快速不可逆的吸附各种霉菌毒素，其中生物高分子可选自可溶性为10％-20％的葡聚糖、可溶性为10％-20％的甘露寡糖、腐植酸、海藻多糖、有机硅烷、带有一个芳香族取代基的长链烷基中的一种或几种混合。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (3)

1.一种复合型广谱性霉菌毒素吸附剂的制备方法，其特征在于，该吸附剂包括水合铝硅酸盐和生物高分子；其中，所述水合铝硅酸盐具有双极性，且具有二八面体层状结构或三八面体层状结构；

所述水合铝硅酸盐为蒙脱石与伊利石或绿泥石的混层化合物;

所述蒙脱石与伊利石的质量比为1:（0-2），所述蒙脱石与绿泥石的质量比为1:（0-3）；

所述生物高分子选自多糖类、腐植酸类或有机硅烷类；其中，所述多糖类的可溶性为10%以上；

其制备方法，包括以下步骤：

S1、通过物理方法从粘土矿物膨润土、伊利石、绿泥石中分别进行提纯获得具有二八面体层状结构或三八面体层状结构的铝硅酸盐；

S2、将步骤S1中经提纯得到的铝硅酸盐按照相应的配比进行称取混合后加入足量的水，再向其中加入0.5-5.0wt%分散剂，然后置入强力球磨机中球磨10-20小时形成具有混层结构的铝硅酸盐；

S3、将步骤S2中得到的具有混层结构的铝硅酸盐进行杂质分离，然后进行浓缩，浓缩后含固量在10-30wt%之间；

S4、将pH值调至3-5，搅拌并升温至50-140℃，加入生物高分子，搅拌保温5小时，形成混层水合铝硅酸盐/生物高分子复合物，经压滤后，将滤饼在60-100℃下进行干燥后粉碎，即得成品。

2.根据权利要求1所述的复合型广谱性霉菌毒素吸附剂的制备方法，其特征在于，所述吸附剂中生物高分子的含量为10-30wt%。

3.根据权利要求1所述的复合型广谱性霉菌毒素吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，经过提纯获得的具有二八面体层状结构或三八面体层状结构的铝硅酸盐的含量达80wt%以上。