藻类改性粘土材料吸附饲料中伏马毒素B1(FB1)的体外评估与机理研究

《Mycotoxin Research》：In vitro adsorption of Fumonisin B1 by multiple algae-modified clay formulations

为降低伏马毒素B1(FB1)对畜牧业的危害，研究人员开发了体外吸附评价方案，测试了五种由无机粘土与不同藻类提取物复配的产品。研究结果显示，藻类，特别是绿藻的添加可显著提升产品的吸附能力，为开发新型高效、安全的饲料霉菌毒素吸附剂提供了有前景的方向。

　　

谷物是牲畜饲料的重要组成部分，但也为某些真菌的生长提供了温床。这些真菌会产生一类有毒的次级代谢产物——霉菌毒素。在众多霉菌毒素中，伏马毒素B₁(Fumonisin B₁， FB₁)是饲料中最为普遍的毒素之一，尤其在玉米及其副产品中检出率很高。FB₁不仅会严重危害动物健康，导致马脑白质软化症、猪肺水肿、降低家禽产蛋量等问题，影响畜牧业生产力，更被国际癌症研究机构归类为2B类致癌物（可能对人类致癌），与人类食道癌有关。由于霉菌毒素在生产和储存过程中难以完全避免，当粮食已经受到污染，预防措施便已失效，这时采取有效的缓解策略来去除、降解或钝化毒素就显得至关重要。

在众多策略中，物理吸附法因其成本相对较低、安全性好且易于作为饲料添加剂使用的优点，成为一种有吸引力的选择。传统上用于吸附霉菌毒素的吸附剂主要分为无机吸附剂（如膨润土、蒙脱石）和有机吸附剂（如酵母细胞壁）。然而，对于FB₁这种分子较大、结构复杂的毒素，尤其是对于由镰刀菌属(Fusarium)产生的毒素，无机吸附剂的吸附效率往往有限。如何提高吸附剂对FB₁的吸附能力，成为保障饲料安全和动物健康的关键挑战。近年来，将无机粘土与有机生物材料（如藻类提取物）相结合，以增加粘土的层间距和表面积，从而创造更多霉菌毒素结合位点，成为了一种新颖的思路。藻类因其细胞壁富含多糖、蛋白质等成分，在重金属生物吸附领域已被熟知，但其在霉菌毒素吸附方面的潜力和机理尚待深入探索。为了评估和筛选出能有效吸附FB₁的藻基产品，研究人员亟需一套标准化、可重复的体外评价方法，这正是本研究开展的核心驱动力。

为了探究不同藻类改性粘土产品对FB₁的吸附效能，并建立可靠的体外评价方案，来自Olmix（法国Bréhan）的研究团队开展了一项系统的体外研究。研究人员首先建立并验证了用于定量FB₁的高效液相色谱-串联质谱(High-Performance Liquid Chromatography coupled with triple quadrupole mass spectrometry, LC-MS/MS)分析方法，确保了检测的准确性和灵敏度。随后，他们利用一种绿藻粗水提物与膨润土的复配产品（代号A2）作为模型吸附剂，系统评估了不同酸碱度(pH值)和不同FB₁浓度对吸附效果的影响，以确定最佳的体外测试条件。在此基础上，研究人员构建了吸附等温线模型，分析了吸附行为。最后，在最优条件下，他们比较了五种由无机粘土分别与不同藻类（绿藻和红藻）提取物复配的商业化及开发中产品的FB₁吸附能力，并以活性炭(Activated Charcoal, AC)作为阳性对照。

研究结果

pH值和FB₁浓度对吸附能力的影响

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  pH值的影响：研究发现，介质pH值对藻基产品A2的吸附效率有显著影响。在酸性最强的pH 3条件下，FB₁吸附率最高（88.06%），接近活性炭对照（>90%）。当pH升至5时，吸附率几乎减半，降至48.06%。而在中性pH 7条件下，吸附率极低（2.8%）。鉴于pH 5条件下的吸附率适中，变异系数合适，且回收率高于pH 3条件，最终选择pH 5作为后续比较实验的条件。
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  FB₁浓度的影响：在pH 5条件下，测试了1至10 μg/mL不同浓度的FB₁。结果显示，随着FB₁浓度从1 μg/mL增至5 μg/mL，A2的吸附率从33%上升至45%。然而，在10 μg/mL浓度下，平均吸附率下降了约10%，这表明较高的毒素浓度可能导致产品结合位点趋于饱和。这一结果为选择合适浓度的毒素进行产品间比较提供了参考。

平衡点与等温线曲线

在选定pH 5后，研究人员通过测试一系列FB₁浓度，构建了吸附等温线。实验数据表明，吸附量(Q_eq)与平衡浓度(C_eq)之间存在指数关系，且在本研究测试浓度范围内未达到完全的吸附饱和。通过用Freundlich和Hill两种等温线模型对数据进行拟合，发现Freundlich模型在较低FB₁浓度下与实验数据更为吻合，这反映了吸附表面的不均匀性和吸附过程的非线性特征。综合考虑回收率等因素，最终选择2.5 μg/mL的FB₁浓度用于后续不同产品的比较实验。

五种藻基产品的吸附能力比较

在pH 5、FB₁浓度2.5 μg/mL的标准条件下，对五种藻基产品（A1至A5）进行了吸附效能比较。结果显示，吸附性能最高的是产品A2（48%），其次为A3（42%）、A1（38.5%）、A4（38%）和A5（34%）。计算单位质量吸附剂吸附的FB₁量(Q_eq)也呈现相同趋势。值得注意的发现是，三种绿藻基产品（A1-A3）的平均吸附率（43.06%）显著高于两种红藻基产品（A4-A5，平均36.25%），这表明绿藻基配方在吸附FB₁方面可能更具优势。

研究结论与讨论

本研究成功开发了一套用于评估FB₁吸附的体外方案，并利用该方案比较了五种藻类改性粘土产品的效能。研究发现，介质的pH值是影响藻基产品吸附FB₁的关键因素，在酸性条件下（pH 3）吸附效率最高，这主要归因于藻类成分（如细胞壁多糖）在酸性环境下结构更稳定，提供了更多的结合位点，而不仅仅是依靠粘土矿物的电荷作用。这解释了为何在pH 5-7的中性条件下吸附效率下降，因为此时藻类成分的活性降低，而粘土的表面电负性也未达到最佳吸附状态。

对不同产品的比较揭示了一个重要结论：绿藻基产品的FB₁吸附能力显著优于红藻基产品。这一差异可能源于两类藻细胞壁组成的根本不同。绿藻细胞壁富含糖蛋白，具有多样的官能团（如氨基、羧基），可作为广泛的结合域；而红藻细胞壁主要含硫酸化半乳聚糖。这种结构差异可能导致绿藻在结合FB₁分子时具有更高的效率和容量。这与藻类在重金属生物吸附研究中观察到的趋势一致，进一步支持了藻类成分是吸附作用主要贡献者的观点。

本研究的意义在于，它不仅为快速、经济地筛选和评估新型霉菌毒素吸附剂提供了标准化的体外工具，更重要的是，它首次在霉菌毒素吸附领域系统比较了不同藻类来源产品的效能，并明确指出绿藻基产品在控制饲料中FB₁方面具有更优的潜力。将藻类提取物与无机粘土结合，有效克服了传统粘土吸附剂对FB₁等镰刀菌毒素吸附能力不足的缺点，为开发高效、多功能的饲料安全添加剂开辟了新途径。此外，藻类本身富含蛋白质、维生素和生物活性物质，将其作为饲料添加剂还可能兼具有改善动物免疫力和生产性能的益处，实现“解毒”与“营养”的双重目标。

当然，这项体外研究的结果仍需在更复杂的实际饲料基质中，以及在模拟动物胃肠道消化的动态条件下进一步验证，并通过体内实验最终确认其对FB₁生物利用度的降低效果及对动物健康的实际保护作用。尽管如此，本研究无疑为利用藻类这一可持续生物资源来解决畜牧业中的霉菌毒素污染问题，提供了强有力的初步证据和明确的研究方向。相关研究成果发表在专业期刊《Mycotoxin Research》上。