β-环糊精聚合物高效清除生乳中黄曲霉毒素M1的物理化学机制研究与工艺优化

针对乳制品中难以降解的黄曲霉毒素M1（AFM1）污染问题，本研究通过优化β-环糊精聚合物（BCP）的吸附工艺参数（混合时间、离心速度、BCP添加量），在Ringer's溶液模型体系中实现71.9%的AFM1清除率，并在生乳中达到58%的清除效果。该技术不影响牛奶营养成分，为乳业安全生产提供了新型物理化学解决方案。

　　

黄曲霉毒素（Aflatoxins）作为真菌产生的剧毒次级代谢产物，长期以来是全球食品安全领域的重大挑战。其中黄曲霉毒素B₁（AFB₁）被国际癌症研究机构（IARC）列为1类人类致癌物，其在泌乳动物体内代谢后转化为黄曲霉毒素M₁（AFM₁），并通过乳汁进入人类食物链。尽管AFM₁的致癌性约为AFB₁的10%，但其对肝脏和肾脏的毒性以及在乳制品中的高稳定性（耐受巴氏杀菌和超高温处理）使其成为乳品安全的核心隐患。欧盟规定生乳中AFM₁限量为0.05 μg/kg，而婴幼儿食品标准更为严格（0.025 μg/kg），但气候变暖导致真菌污染范围向北欧扩张，使得乳制品污染风险持续升高。

现有AFM₁脱毒方法包括化学处理（臭氧、过氧化氢）、物理手段（紫外线、冷等离子体）和生物吸附（酶降解、微生物吸附），但均存在效率不足、营养损失或二次污染等问题。基于SCUFEERS概念（安全性、容量、通用性、经济性、生态性、效率、速度、选择性）评估，物理化学吸附法展现出最佳应用潜力。近年来，环糊精（Cyclodextrins, CDs）因其独特的疏水空腔结构，能够通过宿主-客体包合作用（host-guest inclusion）捕获毒素分子，成为环境与食品污染物去除的研究热点。

在此背景下，斯洛伐克理工大学的研究团队在《Applied Food Research》发表论文，系统研究了不溶性β-环糊精聚合物（Beta-Cyclodextrin Polymer, BCP）对AFM₁的吸附机制与工艺优化。研究首先以Ringer's溶液为模型体系，通过高效液相色谱-荧光检测法（HPLC-FLD）定量分析AFM₁浓度，优化了混合速度（1000 rpm）、混合时间（40分钟）、离心速度（1020 g）和离心时间（15分钟）等关键参数。随后将优化条件应用于生乳样本，并评估BCP处理对乳脂肪、蛋白质、乳糖等营养成分的影响。

关键技术方法

研究采用斯洛伐克农场提供的生乳样本，通过免疫亲和柱（IAC）提取和纯化AFM₁，利用HPLC-FLD进行定量检测。吸附实验通过Langmuir和Freundlich等温线模型分析BCP与AFM₁的相互作用机制，并通过MilkoScan FT3仪器全面评估牛奶营养成分的变化。

研究结果

3.1. 模型体系中AFM₁的去除优化

在Ringer's溶液中，BCP添加量（0.5-6% w/v）与AFM₁清除率呈正相关，最高清除率达71.9%（6% BCP）。吸附等温线分析显示Freundlich模型（R²=0.99）比Langmuir模型（R²=0.94）更符合实验数据，表明AFM₁吸附为多分子层异质表面过程，同时存在包合作用与表面吸附双重机制。异质性指数n=1.59（>1）证实吸附过程易于进行。

3.2. 生乳中AFM₁的去除效果

在初始浓度0.5 ng/ml的生乳中，2% BCP添加量可实现58.6%的AFM₁清除率，但进一步提高BCP浓度至4%反而使效率下降至44.3%。研究表明牛奶中的胆固醇、酪蛋白胶束等成分会与BCP竞争结合位点，且高浓度BCP可能引发聚合物聚集，导致空腔可及性降低。营养成分分析显示处理后的牛奶脂肪、蛋白质、乳糖、总固体及非脂固体含量均无显著变化（p>0.05），证实该技术具有良好的营养保留特性。

结论与意义

本研究首次系统阐明了BCP去除AFM₁的物理化学机制，证实其通过Freundlich型吸附主导的多模式作用（包合与表面吸附）实现高效毒素去除。在现实乳品基质中，BCP展现出58%的脱毒效率，且不影响牛奶核心营养成分，解决了传统吸附剂（如膨润土）导致的营养损失问题。该技术为乳制品工业提供了一种符合SCUFEERS标准的绿色脱毒方案，尤其适用于高污染风险地区的牛奶安全生产。未来研究需进一步优化BCP在工业化乳品加工流程中的集成应用，并扩展至奶酪、酸奶等衍生制品领域。