枸杞生物质废弃物衍生生物炭作为高效固相萃取材料用于水产品中抗生素残留检测的研究

本研究针对水产品中抗生素残留检测面临的复杂基质干扰问题，创新性地利用枸杞生物质废弃物衍生的生物炭（BC）作为固相萃取（SPE）吸附剂，成功实现了26种氟喹诺酮类和磺胺类抗生素的高效富集与检测。该生物炭具有介孔结构和优异吸附性能，60分钟可达吸附平衡，经HPLC-HRMS验证其检测限为1–320 μg·kg?1，回收率达75–119%，且可重复使用3次以上。研究为农业废弃物资源化利用和食品安全监测提供了环保、经济的解决方案。

　　

抗生素在现代水产养殖中的广泛应用导致水产品中残留问题日益严重，不仅可能引发细菌耐药性危机，还会通过食物链威胁人类健康。氟喹诺酮类和磺胺类抗生素因其广谱抗菌特性被大量使用，但它们在鱼虾等水产品中的残留检测却面临巨大挑战——高蛋白、高脂的复杂基质常常掩盖目标物信号，传统检测方法成本高昂且效率有限。如何从这些“干扰丛林”中精准捕获抗生素分子，成为食品安全领域亟待突破的技术瓶颈。

来自上海市食品安全重点实验室的研究团队独辟蹊径，将目光投向了一种看似不起眼的农业废弃物——枸杞加工残渣。在利用枸杞渣制备碳量子点的过程中，团队发现其副产品生物炭具有独特的珊瑚状多孔结构，表面富含氮元素。这一发现催生了一项创新研究：将这种“废料”转化为高性能固相萃取材料，用于水产品抗生素检测。相关成果发表在《Food Chemistry》上，为农业废弃物高值化利用和食品安全监测提供了双重解决方案。

研究团队采用三步关键技术路线：首先通过一步水热法同步制备碳量子点和生物炭，实现枸杞废料全组分利用；其次利用扫描电镜(SEM)和能量色散光谱(EDS)表征生物炭的介孔结构及氮掺杂特性；最后优化固相萃取(SPE)条件，结合高效液相色谱-高分辨质谱(HPLC-HRMS)建立26种抗生素的检测方法。实验选取14种氟喹诺酮和12种磺胺类抗生素作为目标物，以市售水产品为实际样本进行验证。

生物炭表征揭示吸附优势
SEM显示生物炭具有珊瑚状多孔结构，孔径集中在2-50 nm的介孔范围，比表面积达217 m²/g。EDS证实其含氮量达5.7%，这些氮原子通过增强电子供体-受体相互作用，显著提升对磺胺类抗生素的吸附效率。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)检测到丰富的含氧官能团（羧基、羟基），为氟喹诺酮类提供多重结合位点。

吸附动力学与机制解析
吸附实验表明，生物炭对两类抗生素的吸附在60分钟内达到平衡，符合准一级动力学模型。等温吸附数据用Langmuir模型拟合效果最佳，理论最大吸附量达89.3 mg/g。机理研究表明，π-π堆积、氢键和孔隙填充是主要吸附驱动力，氮掺杂产生的极性相互作用进一步强化了磺胺类化合物的捕获。

实际应用性能验证
将生物炭填充SPE柱用于市售鱼虾样本检测，在优化条件下（上样pH=6，洗脱剂为5%氨化甲醇），26种抗生素的回收率稳定在75-119%之间，检测限远低于国家标准GB 31658.17–2021的限量要求。方法精密度(RSD<8.2%)和重复使用性(≥3次)表现优异，且成本仅为商用HLB吸附剂的1/5。

这项研究实现了从农业废弃物到高端分析材料的华丽转身。枸杞生物炭不仅解决了传统SPE吸附剂成本高、选择性差的痛点，其介孔结构和氮掺杂特性更创造了“分子捕手”与“抗生素猎物”之间的多重相互作用网络。相比现有技术，该方法将样本前处理时间缩短40%，且避免了有机溶剂的过量使用。研究团队特别指出，这种“一石二鸟”的策略——即利用同一原料同步生产碳量子点和功能生物炭，为农业副产物的全组分高值化利用提供了范式。在食品安全监管趋严的背景下，该技术有望成为水产品抗生素残留常规筛查的有力工具，同时为循环经济理念在分析化学领域的实践注入新活力。