氟功能化的磁性共价有机框架用于提取黄曲霉素B及其两种前体，以实现对农产品早期预警

《Journal of Chromatography A》：Fluorine-functionalized magnetic covalent organic frameworks for the extraction of aflatoxin B 1 and two precursors for the early warning in agricultural products

黄曲霉毒素B1及其前体物（ST和AVN）的磁性氟化共价有机框架材料吸附特性与高效检测方法研究。通过构建F-COF@Fe3O4复合材料，利用F-O、F-π及π-π等多重相互作用实现AFB1、ST和AVN的高效吸附与富集，建立线性范围0.02-100 μg/L、检出限0.012-0.017 μg/L的检测方法，在花生、玉米等6种农副产品中验证了方法的适用性，为早期防控黄曲霉毒素污染提供新途径。

　　

朱文莉|徐柳润子|顾思恬|刘玉飞|杨青丽|侯秀丹

青岛农业大学食品科学与工程学院，中国青岛266109

摘要

监测黄曲霉毒素B₁（AFB₁）的前体是预防其产生的重要步骤。在本研究中，制备了一种新型的磁性氟化共价有机框架（F-COF@Fe₃O₄），用于提取AFB₁及其两种前体——甾地坪霉素（ST）和阿韦兰特霉素（AVN）。通过理论计算和仪器表征证实了F-COF与分析物之间的多种相互作用（如F-O、F-F等），这使得F-COF@Fe₃O₄对这三种目标物质具有优异的提取能力。因此，建立了一种用于测定AFB₁、ST和AVN的纯化和预浓缩方法，其线性范围为0.02-100 μg L^-1，检出限为0.012-0.017 μg L^-1。在实际样品中的应用表明，提取回收率为70.03-101.20%，基质效应为5.29-19.37%。该方法的应用为早期预警农产品中的AFB₁污染提供了新的途径。

引言

黄曲霉毒素是一类含有双呋喃环的毒素，由某些菌株如黄曲霉和寄生曲霉产生[1]。迄今为止，大量研究集中在开发黄曲霉毒素B₁（AFB₁）的检测方法和解毒技术上，因为它是毒性最强和致癌性最高的化合物，也是控制AFB₁产生的核心策略[2]。不幸的是，由于其极高的化学稳定性和热稳定性，AFB₁一旦产生就很难完全消除[3]。早期检测AFB₁污染可以为及时采取合理的预防和控制措施（如通风、冷却、干燥等）提供依据，从而防止AFB₁的产生并避免污染的扩散[4]。此外，对AFB₁的早期预警还可以预测污染风险，并有效防止其在农产品中的产生[5]。

追踪和监测谷物中AFB₁及其各种前体物质的动态变化是防止黄曲霉毒素污染扩散的关键措施[6]。阿韦兰特霉素（AVN）和甾地坪霉素（ST）是两种代表性的AFB₁前体，前者是第二稳定的前体[7]，后者在AFB₁的形成过程中产生[8]。AFB₁及其前体在生产和积累过程中存在动态变化[9]。从早期预警的角度来看，ST和AVN作为重要的中间产物会在大规模黄曲霉毒素形成之前出现[10]。对这些物质的监测可以在污染早期及时采取措施，为预防和控制争取更多时间。例如，在储存谷物期间，如果检测到ST和AVN的含量增加，可以立即采取通风和干燥等措施来阻止黄曲霉毒素的进一步合成[11]。在风险评估方面，ST和AVN的浓度与黄曲霉毒素的产量密切相关[12]，通常ST和AVN的浓度越高，产生的AFB₁也越多。检测ST和AVN有助于克服直接检测AFB₁的困难[13]。因此，在不同环境条件下监测它们有助于深入了解开发更有效预防和控制策略的理论基础，从而从根本上减少黄曲霉毒素的污染[14]。

由于谷物基质复杂，在使用仪器进行检测之前需要对样品进行预处理[15]。磁性固相萃取（MSPE）利用Fe₃O₄的磁性特性，无需复杂设备即可高效吸附和富集分析物[16]。人们一直在探索新的吸附材料，通过匹配特定吸附位点来高效识别分析物[17]。共价有机框架（COF）由碳、氢、氧和氮等轻元素组成，具有有序规则的孔结构、低密度、优异的稳定性和易于功能修饰的特点[18,19]。高电负性的F原子可以与O原子和π键发生强烈相互作用，从而产生F-O和F-π相互作用[20,21]。对COF上的F原子进行功能修饰可以改善其疏水性，进而增强COF与目标物质之间的疏水相互作用[22,23]。Wang等人建立了一种F-COF-SPE-HPLC方法，用于测定花生和开心果中的黄曲霉毒素（B₁、B₂、G₁和G₂）。F-COF与分析物之间存在多种相互作用，包括F-O、F-π、π-π相互作用、伪氢键和疏水相互作用，有利于分析物的吸附[24]。Fang等人制备了两种新型COF（TF-COF和TH-COF），由于TF-COF中含有丰富的氟功能基团，其吸附能力（35-44 mg g^-1）高于TH-COF（26-37 mg g^-1）[25]。由于黄曲霉毒素前体是芳香杂环化合物，预计F-COF可以通过F-O[26]、F-π[20]、π-π相互作用和液-生物分子相互作用实现对其的良好吸附[26]。此外，F官能团与黄曲霉毒素苯环上的C-H之间形成了伪氢键，使黄曲霉毒素易于吸附在COF表面[27]。

本研究使用4,4"-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯胺（TATB）和2,3,5,6-四氟对苯二甲腈（TFTA）作为构建块，制备了一种具有疏水性的新型F-COF，用作农产品中AFB₁及其两种前体的MSPE吸附剂。由于F-COF与分析物之间存在多种相互作用，该吸附剂对AFB₁、ST和AVN的吸附能力显著增强。建立了F-COF@Fe₃O₄-MSPE-HPLC方法，优化了花生、玉米、小麦、黑豆、红豆和藜麦中这三种分析物的提取参数。

化学试剂

TATB、TFTA、AFB₁、ST、1,2-二氯苯、n-丁醇和四氢呋喃（THF）购自上海Aladdin生化技术有限公司。AVN购自北京Voacai生物技术有限公司。所有上述化学品的纯度至少达到分析级，可直接使用，无需进一步纯化。

仪器

扫描电子显微镜（SEM，JSM-6701S，日立，日本）、透射电子显微镜（TEM，日立，日本）、X射线

吸附剂的表征

F-COF@Fe₃O₄的SEM图像显示Fe₃O₄表面具有核壳结构（图2A）。通过SEM元素映射图像可以看出，C、O、N、F和Fe元素在吸附剂表面均匀分布。能量分散谱显示（图2B），相关元素的比例分别为：碳（C）47.86%、氮（N）0.48%、氧（O）20.08%、氟（F）7.52%、铁（Fe）24.06%。

F-COF@Fe₃O₄的官能团

结论

本研究成功合成了一种新型的F-COF@Fe₃O₄材料，并将其用作MSPE吸附剂，用于同时提取AFB₁及其两种前体ST和AVN。F-COF@Fe₃O₄的多孔结构提供了丰富的吸附位点，提高了三种分析物的吸附效率。DFT计算结果以及吸附后的FT-IR和XPS表征证实了多种相互作用的存在，包括疏水相互作用和π-π相互作用

作者贡献声明

朱文莉：概念构思、实验设计、数据整理、初稿撰写。徐柳润子：方法学研究、方法验证。顾思恬：方法学研究、方法验证。刘玉飞：方法学研究、方法验证。杨青丽：软件开发、方法学研究。侯秀丹：数据可视化、实验监督、资金筹措。

数据获取

数据可应要求提供。

作者贡献声明

朱文莉：初稿撰写、实验设计、数据整理、概念构思。徐柳润子：方法验证、方法学研究。顾思恬：方法验证、方法学研究。刘玉飞：方法验证、方法学研究。杨青丽：软件开发、方法学研究。侯秀丹：数据可视化、实验监督、资金获取。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

本研究得到了山东省高等教育“青年创新团队计划”（2023KJ165）、中央科技发展专项资金（24-1-8-xdny-15-nsh）、临沂市重点研发计划（2025017）以及国家自然科学基金（32402211）的财政支持。