开心果壳活性炭改善玉米赤霉烯酮暴露小鼠健康指标：一种可持续的霉菌毒素解毒策略

《Toxicology Reports》：Activated Carbon from Pistachio Shells: A Promising Approach to Improve Health Metrics in Mice with Zearalenone Exposure

本研究针对玉米赤霉烯酮(ZEN)污染导致的饲料安全问题，开发了基于开心果壳的活性炭(AC)吸附剂。研究发现，化学活化使活性炭比表面积从4.1提升至275.9 m2/g，显著增强了对ZEN的吸附能力。动物实验表明，在日粮中添加0.5 g/kg活性炭可有效缓解ZEN引起的小鼠生长抑制、肝功能损伤（ALT、AST、ALP升高）和氧化应激（GPx、SOD、CAT降低），并改善空肠绒毛形态结构。该研究为农业废弃物高值化利用和饲料安全控制提供了创新解决方案。

　　

在全球粮食安全领域，霉菌毒素污染始终是困扰饲料和食品行业的隐形杀手。其中，由镰刀菌产生的玉米赤霉烯酮（Zearalenone, ZEN）作为一种强效雌激素样霉菌毒素，广泛存在于谷物及其制品中。这种毒素不仅会导致动物繁殖障碍，还具有肝毒性、免疫抑制和致癌风险，被国际癌症研究机构列为可能的人类致癌物。尽管各国制定了ZEN在食品饲料中的限量标准（通常为1-200 μg/kg），但在实际生产中，寻找高效、安全且经济的脱毒方法仍是行业面临的重大挑战。

传统上，物理吸附法因操作简便、成本低廉且对饲料营养成分影响较小而被广泛应用。活性炭（Activated Carbon, AC）因其高比表面积和可调控的孔隙结构，被认为是极具潜力的霉菌毒素吸附剂。与此同时，伊朗作为世界主要开心果产区，每年产生大量开心果壳废弃物（占收获重量的35-45%），这些富含木质纤维素的农业副产物为活性炭生产提供了理想的可再生原料。将农业废弃物转化为高附加值产品，既符合循环经济理念，又能为霉菌毒素治理提供可持续解决方案。

在这项发表于《Toxicology Reports》的研究中，伊朗马什哈德菲尔多西大学的研究团队创新性地利用开心果壳制备活性炭，并系统评估了其对ZEN诱导的小鼠毒性的保护效果。研究人员通过化学活化法对开心果壳进行改性处理，采用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和BET比表面积分析等技术对材料进行表征。动物实验将40只BALB/c小鼠随机分为4组：对照组、ZEN污染日粮组（10 mg/kg）、ZEN加非活性炭组（0.5 g/kg）和ZEN加活性炭组（0.5 g/kg），实验周期28天。

关键技术方法包括：通过化学活化制备开心果壳活性炭并进行理化性质表征；利用镰刀菌固体发酵生产ZEN并定量分析；建立小鼠ZEN暴露模型并设置不同干预组；检测血清生化指标、抗氧化酶活性和免疫球蛋白水平；进行组织病理学检查和空肠形态计量分析；采用qPCR技术检测抗氧化、炎症和免疫相关基因表达。

3.1. 扫描电子显微镜

SEM显微图像显示，活化后的碳材料表面形成了多种尺寸和形状的孔隙结构。这些可见的微孔和介孔与化学活化（特别是碱活化）过程中预期的表面蚀刻和部分氧化结果一致，表明活化过程成功创建了有利于吸附的微观结构。

3.2. 活性炭的理化特性

活化处理显著改善了碳材料的结构参数。比表面积从4.1 m²/g增加至275.9 m²/g，总孔体积从0.009 cm³/g提升至0.26 cm³/g，平均孔径从48.7 nm减小至10.2 nm。这种结构变化表明活化过程增加了微孔和介孔的数量，增强了材料对ZEN等小分子毒素的物理吸附潜力。

3.3. FTIR分析

FTIR光谱分析显示，活化碳在约1520 cm^-1处出现了更明显的吸收峰，这归因于羧基或内酯基团的C=O伸缩振动，表明活化过程引入了更多含氧官能团。这些酸性氧化官能团可能通过氢键或静电相互作用增强对极性分子如ZEN的吸附能力。

3.4. 增重和采食量

ZEN暴露显著降低了小鼠的平均日增重（从142.5 mg/天降至95.6 mg/天）和平均日采食量（从4.3 g/天降至3.2 g/天）。非活性炭部分改善了这些参数，而活性炭干预组表现出最显著的保护效果，日增重和采食量分别恢复至125.7 mg/天和3.9 g/天。

3.5. 血液生化参数

ZEN暴露导致血清肝酶（AST、ALT、ALP）活性显著升高，抗氧化酶（GPx、SOD、CAT）活性明显降低。活性炭干预有效逆转了这些变化，使肝酶活性趋于正常化，并显著恢复抗氧化防御系统功能。免疫球蛋白水平在各组间无显著差异，表明ZEN主要影响氧化应激和肝损伤通路而非体液免疫。

3.6. 组织病理学检查和形态学分析

虽然肝脏组织未观察到明显病变，但空肠形态计量学分析显示，ZEN暴露导致绒毛高度（从623 μm降至426 μm）和宽度（从123 μm降至85 μm）显著降低，隐窝深度（从204 μm增至278 μm）增加，表明肠道黏膜结构受损。活性炭补充显著改善了这些形态学参数，绒毛高度恢复至537 μm，宽度恢复至106 μm，隐窝深度降至226 μm。

3.7. 基因表达谱

在分子水平上，ZEN暴露显著下调了超氧化物歧化酶（SOD）和干扰素-γ（IFN-γ）基因表达，同时上调了诱导型一氧化氮合酶（iNOS）表达。活性炭干预逆转了这些基因表达变化，表明其在减轻氧化应激和炎症反应方面的保护作用。

研究结论表明，开心果壳衍生的活性炭能有效缓解ZEN引起的小鼠毒性反应。化学活化显著提升了材料的吸附性能，使其能够有效结合ZEN，减少肠道吸收，从而减轻系统性毒性。活性炭干预不仅改善了生长性能、肝功能指标和抗氧化状态，还保护了肠道形态完整性，并在分子水平上调节了氧化应激和炎症相关基因表达。

这项研究的重要意义在于它同时解决了两个关键问题：一是提供了应对ZEN污染的有效吸附剂方案，二是为开心果壳等农业废弃物找到了高值化利用途径。开心果壳活性炭作为一种低成本、可持续的霉菌毒素吸附剂，在饲料安全和食品工业中具有广阔应用前景。未来研究可进一步探索其吸附动力学、在畜禽生产系统中的实际应用效果以及与其他霉菌毒素的相互作用，推动这一创新材料从实验室向产业化迈进。