趙秀平 王 韌 王 莉 周蘊(yùn)宇 陳正行 黃 鑫

(糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江南大學(xué)食品學(xué)院1，無錫 214122)(無錫中糧工程科技有限公司2，無錫 214122)

黃曲霉毒素(aflatoxin，AFT)是黃曲霉(Aspergillus flavus)和寄生曲霉(A.parasiticus)等真菌產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物［1］。目前已分離和鑒定的黃曲霉毒素有 20 多種，常見的有 AFB1、AFB2、AFG1、AFG2、AFM1、AFM2等幾種。國際癌癥研究機(jī)構(gòu)于1993年將黃曲霉毒素劃定為I類致癌物，其中AFB1被公認(rèn)為致癌力最強(qiáng)的物質(zhì)［2］。黃曲霉毒素對熱穩(wěn)定，100℃下20 h也不被破壞，只有加熱到280℃以上時才能發(fā)生裂解［3－4］。黃曲霉毒素的存在范圍廣，是發(fā)展中國家食品中常見的污染物之一，極易污染花生、玉米、小麥、大米等農(nóng)產(chǎn)品，是危及食品安全和人類健康的主要因素［5－6］。周闖等［7］對全國的飼料及原料中AFB1等霉菌毒素的污染情況進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)霉菌污染情況嚴(yán)重，檢出率高達(dá)66.21%，超標(biāo)率高達(dá)27.75%;AFB1污染情況嚴(yán)重，最高值達(dá)488.86μg/kg，高出國家標(biāo)準(zhǔn)近25倍［8］。因此，如何防治和脫除食品中的 AFB1一直受到人們的廣泛關(guān)注。

目前，脫除黃曲霉毒素的方法主要有化學(xué)法、生物法和物理法［9］。物理法是采用溶劑萃取、輻射和吸附等方法除去原料中的黃曲霉毒素;其中，吸附法研究最為廣泛。吸附法是利用多孔的吸附材料(如沸石、活性硅藻土、膨潤土和蒙脫土等)與黃曲霉毒素作用形成惰性且不被動物體吸收的復(fù)合物，從而去除黃曲霉毒素的方法，已得到實(shí)際應(yīng)用［10－12］。但因?yàn)槲讲牧吓c物料無法分離，導(dǎo)致如下缺陷:1)吸附材料只能一次性使用，資源浪費(fèi);2)被吸附的毒素在體內(nèi)可能發(fā)生部分解吸而造成危害;3)已有吸附材料缺乏特異性，毒素和一些營養(yǎng)素同時吸附。為此，針對吸附材料缺陷的研究一直成為研究熱點(diǎn)。

磁性介孔材料作為一種新型功能復(fù)合材料，已成為眾多領(lǐng)域的一個研究方向。目前，磁性介孔材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域有:重金屬離子(Hg2+、Pb2+)及有機(jī)污染物(DDT)等的污水處理領(lǐng)域，蛋白質(zhì)、DNA分離、靶向藥物載體等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域及加氫催化劑、納米貴金屬催化、光催化等催化領(lǐng)域［13－15］，鮮有關(guān)于其對AFB1脫除的研究。此外，我國是水稻王國，稻殼是稻米加工中的副產(chǎn)物，直接燃燒利用價值不高，且污染環(huán)境。若能夠?qū)Φ練ぜ右跃C合利用，這樣不僅解決了稻殼的污染，同時也充分利用了資源?；诘練さ膹V泛存在且磁性介孔材料具有潛在的良好吸附、分離特性，因此，以稻殼為硅源制備廉價且高效、易分離的磁性介孔材料對于脫除糧油等液態(tài)食品中的AFB1具有很高的研究價值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

稻殼:中糧(江西)米業(yè);AFB1標(biāo)品(純度 ＞99.0%):Alexis公司;十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、三甲基苯(TMB))、γ－氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、乙醇、三氟乙酸、正己烷、水合肼、七水合硫酸亞鐵、六水和氯化鐵(分析純):國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;乙腈(色譜純):江蘇漢邦科技有限公司。

LXJ－Ⅱ型離心沉淀機(jī):上海醫(yī)用分析儀器廠;箱式電阻爐:上海實(shí)驗(yàn)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備廠;TGA/SDTA851e:梅特勒－托利多儀器有限公司;JW－BK靜態(tài)氮吸附儀:北京精微高博科學(xué)儀器有限公司;DCY－12G海科氮吹儀:青島海科儀器有限公司;D8型X射線衍射儀:德國布魯克AXS有限公司;Nicolet iS10傅里葉紅外變換光譜儀:美國賽默飛公司;Agilent 1260 Infinity(熒光檢測器，激發(fā)波長200～700 nm，發(fā)射波長280～900 nm):Agilent公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 磁性介孔SiO2(MMS)的改性

1.2.1.1 工藝流程及關(guān)鍵步驟

NMMS制備工藝流程見圖1。

圖1 NMMS制備工藝流程圖

1)稻殼灰溶液制備 將稻殼淘洗3次，干燥后粉碎，用2 mol/L HCl浸煮2 h，離心棄上清，沉淀用蒸餾水洗滌3次，50℃干燥后于馬弗爐中550℃煅燒5 h，得到白色粉末。準(zhǔn)確稱取所得白色粉末與NaOH固體(m/m，3.1/4.0)14.2 g，用250 mL蒸餾水加熱溶解，所得溶液即為稻殼灰溶液。

2)MMS制備 參考Hong等［16］的制備方法，采用添加還原劑法制備Fe3O4磁性納米顆粒，待用。將0.75 g CTAB溶于100 mL蒸餾水中，添加0.58 mL TMB及0.2 g磁性納米顆粒，超聲波處理使磁性顆粒均勻分散，80℃機(jī)械攪拌;快速加入50 mL預(yù)先制備的稻殼灰溶液，滴加2 mol/L HCl調(diào)pH至11.0，繼續(xù)攪拌2 h，80℃陳化24 h，離心棄上清，沉淀用無水乙醇和蒸餾水洗滌3次，50℃干燥，550℃焙燒6 h去除模板劑，所得粉末即為磁性介孔SiO2(MMS)。

3)MMS氨基改性［17］將0.5 g MMS樣品分散與80 mL甲苯溶液中，再加入APTES，不斷加熱(含冷凝回流)并攪拌;反應(yīng)后，離心取沉淀，無水乙醇洗滌3次，50℃干燥，得到氨基改性磁性介孔SiO2(NMMS)。

1.2.1.2 單因素試驗(yàn)

在MMS氨基改性的過程中，以氨基接枝率為指標(biāo)，考察攪拌時間、溫度及料液比(m/m)對氨基接枝率的影響，探索NMMS制備的最佳工藝條件，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，采用熱重分析(TGA)法測定氨基接枝率，計算式:

式中:m為樣品總量;m1為50～150℃樣品失重量;m2為200～800℃樣品失重量。

1.2.2 性質(zhì)表征

磁場分離法:將NMMS樣品分散于蒸餾水中，用磁鐵對該樣品富集，檢測其分離效果;紅外光譜法:采用KBr壓片法，波數(shù)范圍4 000～400 cm－1，分析樣品中含有的基團(tuán)，檢測氨基是否接枝成功;X射線衍射法:Cu靶Kα射線，λ=0.154 nm，工作電壓為40 kV，電流為 40 mA，掃描范圍 2θ =1°～80°掃描步長0.02(°)/s，分析樣品的物相;靜態(tài)氮吸附法:200℃脫氣2.5 h，－197℃測定吸附等溫線，采用BET和BJH法計算孔徑和比表面積。

1.2.3 AFB1的吸附試驗(yàn)

將AFB1用乙腈(分析純)配制成1μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)液，分別取10 mg NMMS和MMS樣品于10 mL離心管中，加入1 mL的AFB1標(biāo)準(zhǔn)液，再添加超純水至5 mL，置于搖床中(25℃，200 r/min)震蕩2 h，8 000 r/min離心10 min，取1 mL上清液，根據(jù) GB/T 5009.23—2006《食品中黃曲霉毒素 B1、B2、G1、G2的測定》［18］采用高效液相色譜法測得上清液中AFB1的濃度為c，得到NMMS對AFB1的脫除率，計算公式:

式中:m為 AFB1初始含量/μg;c為上清液中AFB1質(zhì)量濃度/μg·mL－1;v為吸附體系總體積/mL。

1.2.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)重復(fù)3次，采用Excel 2013和OriginPro 9.0作圖，并采用SPSS17.0進(jìn)行ANOVA方差分析(Tukey分析均值差異的顯著性，顯著水平P≤0.05)。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 攪拌時間對氨基接枝率的影響

在圖1的MMS氨基改性過程中，以料液比1∶3加入APTES，80℃下不斷攪拌，制備NMMS，考察攪拌時間對氨基接枝率的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，攪拌時間對氨基接枝率的影響顯著;當(dāng)攪拌時間在4～10 h范圍內(nèi)，隨著攪拌時間的延長，氨基接枝率明顯提高;在10 h時，氨基接枝率達(dá)到最大值(13.30±0.2)%;當(dāng)攪拌時間超過10 h，隨著攪拌時間的延長，氨基接枝率無明顯變化。因此，選用攪拌時間10 h較為合適。

圖2 攪拌時間對氨基接枝率的影響

2.1.2 溫度對氨基接枝率的影響

在圖1的MMS氨基改性過程中，以料液比1∶3加入APTES，不斷加熱攪拌10 h，制備NMMS，考察加熱溫度對氨基接枝率的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，加熱溫度對氨基接枝率的影響較大;當(dāng)加熱溫度在25～80℃范圍內(nèi)時，隨著溫度的升高，氨基接枝率明顯提高;在80℃時達(dá)到(13.33±0.21)%;當(dāng)溫度高于80℃時，隨著溫度的升高，氨基接枝率增長緩慢，基本無明顯變化。因此，80℃為最適合成溫度。

圖3 溫度對氨基接枝率的影響

2.1.3 料液比對氨基接枝率的影響

在圖1的MMS氨基改性過程中，按一定料液比加入APTES，80℃不斷攪拌10 h，制備 NMMS，考察料液比對氨基接枝率的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4可得，料液比對氨基接枝率的影響顯著;當(dāng)料液比大于1∶3時，隨著APTES添加量的增加，氨基接枝率明顯提高;當(dāng)APTES添加量增加到料液比為1∶3時，氨基接枝率達(dá)到最大值(13.31±0.17)%;當(dāng)料液比小于1∶3時，氨基接枝率達(dá)到平衡，基本保持不變。因此，最適料液比為1∶3。

圖4 料液比對氨基接枝率的影響

2.2 NMMS的磁分離效果

稱取0.3 g NMMS與50 mL燒杯中，加入50 mL蒸餾水，分散均勻，用磁鐵分離5 min，結(jié)果如圖5所示?？梢?，樣品能夠很好的用磁鐵分離，有利于實(shí)際應(yīng)用中與食品的分離及吸附劑的回收利用。

圖5 NMMS的磁分離特性

2.3 FTIR結(jié)果分析

圖6 為樣品的紅外光譜圖，圖中波數(shù)800、462、1 088、1 232 cm－1對應(yīng)樣品MMS 和NMMS 骨架中Si—O—Si的彎曲振動和伸縮振動峰，972、1 635 cm－1為Si—OH的彎曲振動峰，可見NMMS樣品的Si—OH振動峰強(qiáng)度明顯小于MMS樣品，表明NMMS樣品中的—OH數(shù)減少，這是由于嫁接了APTES的緣故;559 cm－1為Fe－O振動峰［19］，表明樣品中成功包覆了磁性顆粒，與XRD檢測結(jié)果一致;1 380 cm－1為C—H的特征吸收峰，同時在2 931、1 496 cm－1存在吸收峰，表明有甲基和亞甲基的存在;694、1 560 cm－1吸收峰分別對應(yīng)N—H的彎曲振動和—NH3+的對稱振動峰［20］，證明APTES成功的嫁接到了MMS材料上。

2.4 XRD結(jié)果分析

如圖7a所示，MMS 材料在 2θ =2.54°、4.52°、5.14°處有3個明顯的衍射峰，分別對應(yīng)介孔材料的100、110、200 3 個晶面，100 晶面的衍射峰強(qiáng)而窄，表明MMS材料為有序的六方結(jié)構(gòu)［21］;NMMS材料中110、200晶面對應(yīng)的衍射峰消失，則材料的長程有序度降低，但100晶面對應(yīng)的衍射峰仍存在，強(qiáng)度減小，說明改性后材料雖然有序度降低，但仍保持有序六方結(jié)構(gòu)。MMS和NMMS在2θ=15°～30°之間有1個寬的衍射峰(圖7b)，因此，2種材料均為無定型氧化硅結(jié)構(gòu)［22］。2θ =30.18°、35.64°、43.84°、53.90°、57.48°、63.10°處的衍射峰分別對應(yīng) MMS和 NMMS樣品中 Fe3O4的 220、311、400、422、511、440 6 個晶面，為有標(biāo)準(zhǔn)的尖晶石結(jié)構(gòu)［23］。

圖6 樣品的紅外譜圖

圖7 樣品的XRD圖譜

2.5 樣品的孔性特征分析

MMS和NMMS的N2吸附－脫附和孔徑分布曲線見圖8。由圖8a可知，2種樣品的N2吸附－脫附等溫線均為典型的LangmiurⅣ型吸附等溫線，具有明顯的H1型滯后環(huán)，說明MMS和NMMS材料的孔道均一，且為介孔材料;由圖8b的孔徑分布可知，NMMS樣品的孔徑分布均一性不如MMS且孔徑減小，NMMS的BET多點(diǎn)比表面積為205.884 m2/g，孔徑為2.03 nm，相比MMS都有一定程度的減小，這是由于APTES接枝到孔道中所致。

圖8 樣品的N2吸附－脫附曲線及孔徑分布圖

2.6 AFB1的脫除效果

HPLC法測得AFB1初始質(zhì)量濃度為0.2μg/mL時，樣品MMS和NMMS對其脫除效果見表1。從表1中可以看出:與MMS相比，NMMS對AFB1的單位吸附量和脫除率都提高了近1倍，因此氨基改性有利于磁性介孔材料對AFB1的吸附;NMMS對AFB1的脫除率高達(dá)(83.96±2.74)%，表明該材料在脫除AFB1方面有很好的應(yīng)用前景。

表1 樣品對AFB1的單位吸附量和脫除率

3 結(jié)論

以稻殼為硅源，APTES為改性劑，采用后接枝合成法成功合成了氨基改性的有序磁性介孔SiO2材料(NMMS)。研究表明，氨基改性的最佳工藝條件為:攪拌時間10 h，溫度80℃，料液比1∶3，在此條件下，氨基接枝率為(13.3±0.2)%;同時，在694 cm－1和1 560 cm－1處出現(xiàn) N—H吸收峰，表明氨基嫁接成功;NMMS的磁性相為Fe3O4，具有良好的磁分離特性;其孔道為有序的六方結(jié)構(gòu)，孔徑和比表面積分別為2.03 nm和205.884 m2/g;對AFB1的脫除率可達(dá)(83.96±2.74)%，約為未改性的磁性介孔 SiO2(MMS)的2倍。可見，氨基改性有利于NMMS材料對AFB1的吸附，能夠達(dá)到有效脫除AFB1的效果。由于NMMS以稻殼為硅源與傳統(tǒng)制備方法中以正硅酸乙酯為硅源相比原料廉價，且易分離、可重復(fù)利用，成本低，同時，能有效脫除AFB1，因此可作為脫除糧油等液態(tài)食品中AFB1的良好吸附材料。

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