从农工废弃物到食品安全：基于橙皮与番石榴叶衍生可持续生物炭通过体外禽类模型去除家禽饲料中黄曲霉毒素B1的研究

《Foods》：From Agro-Industrial Waste to Food Safety: Sustainable Biochars Derived from Orange Peel and Guava Leaves for the Removal of Aflatoxin B1 in Poultry Feed Using an In Vitro Model

　　

家禽养殖饲料的黄曲霉毒素B1（AFB1）污染是食品安全的重要问题，因其损害动物生产性能并导致毒性物质向食物链转移。为此，研究人员以橙皮（B-OP）和番石榴叶（B-GL）两种农工废弃物为原料，经热解制备低成本可持续生物炭，评估其在体外禽类模型中去除AFB1的效率。生物炭经粒径、比表面积、形貌、表面电荷、表面化学及孔径表征。结果显示B-OP粒径更小（55.30 μm）、比表面积更大（31.50 m2/g）、孔径更小（2.38 nm），优于B-GL（82.88 μm、9.74 m2/g、6.24 nm），二者形貌、FTIR谱图与ζ电位各异。在体外禽类模型中，饲料基质使AFB1去除率低于单纯缓冲液体系；但肠道段B-OP（27.4%）显著优于B-GL（22.7%）。将上述农工废弃物增值转化为生物炭，代表一种经济可持续的AFB1去除策略，可强化食品安全。

研究背景与立项依据

家禽产业是全球增长最快的畜牧部门之一，禽肉与禽蛋在满足优质动物蛋白需求中占据支柱地位。然而饲料生物与化学污染直接制约生产效能与食品安全，其中由曲霉属真菌产生的黄曲霉毒素B1（AFB1）因热化学稳定性强、低浓度即具肝毒性与免疫抑制效应，且可在组织与蛋中残留转移给人类，成为重点防控对象。传统物理化学法与黏土类矿物吸附剂存在营养结合、非特异性及有毒杂质风险。生物炭（biochar）凭借高比表面积、多孔结构、含氧官能团与理化稳定性，被视为替代方案，但多数吸附研究仅在缓冲液中开展，缺乏生理相关性。研究人员因此选取柑橘加工巨量废弃物橙皮与番石榴修剪叶两种木质纤维素原料，构建模拟嗉囊-腺胃-肠段的体外禽类消化模型，在含玉米饲料基质与消化酶条件下评价生物炭对AFB1的吸附表现。

主要技术方法概括

研究人员采集墨西哥Veracruz州Tihuatlán橙皮与México州Tultitlán番石榴叶，经室温干燥、360 ℃限氧碳化、720 ℃活化、研磨过500 μm筛制得多孔生物炭B-OP与B-GL。采用激光衍射测粒径、SEM观形貌、FTIR-ATR析官能团、pH_pzc与ζ电位仪测表面电荷、N₂吸附BET-BJH算比表面积与孔径；AFB1以UPLC-PDA定量。先在醋酸/盐酸/磷酸缓冲液（pH 5.0/1.2/6.8）做静态吸附，再以125 mg玉米粉为饲料基质，按顺序模拟嗉囊（pH 5.0–5.2，30 min）、腺胃（加胃蛋白酶，pH 1.4–2.0，45 min）、肠段（加胰酶于NaHCO₃，pH 6.4–6.8，2 h）三相连续消化，离心取上清测残留AFB1，并以沸石与非商业酵母细胞壁为对照，单因素ANOVA-Tukey检验显著性。

研究结果

3.1 生物炭表征

激光衍射显示B-OP平均粒径55.30 μm小于B-GL的82.88 μm；BET表明B-OP比表面积31.50 m²/g、孔径2.38 nm、孔容0.038 cc/g，均优于B-GL（9.74 m²/g、6.24 nm、0.033 cc/g）。SEM下B-OP呈较均匀微孔断裂面，B-GL为层状纤维聚集体与微米级互联孔洞。FTIR-ATR检出二者均含脂肪C–H、芳香C=C、COO^?与芳醚C–O，B-OP独有腈基与苯环C–H，B-GL独现有芳香C–H与碳骨架带。pH_pzc二者同达10.7；ζ电位上B-GL在pH 1为正（16.1 mV）、pH 11为负（?35.9 mV）且等电点pH 1.9，B-OP全pH负电（pH 5最负?51.3 mV）无等电点。

3.2 缓冲液体系AFB1吸附

0.05%投加量、250 ng/mL AFB1条件下，B-OP在pH 5.0/1.2/6.8去除率100.0%/92.7%/90.3%，B-GL为70.0%/62.7%/52.0%，均在pH 5最佳。吸附后FTIR比对揭示B-OP主要通过芳香C=C的π–π堆积、COO^?氢键与偶极作用、芳醚C–O及苯环C–H的疏水作用结合AFB1；B-GL亦有类似但弱得多的官能团位移。

3.3 体外禽类模型吸附

模型优化发现玉米量越大本底吸附越高，选最低干扰的125 mg玉米；胃蛋白酶与胰酶本身不吸附AFB1，但会与生物炭竞争位点使效率下降，B-GL受抑更明显。在终末肠段，酵母细胞壁几乎无吸附，非商业沸石达89.6%，B-OP去除27.4%（约68.5 ppb）、B-GL 22.7%（约56.8 ppb），虽较缓冲液体系大降，仍超Codex限定饲料20 ppb阈值约三倍。

讨论与结论翻译

讨论指出，木质纤维素组分差异（橙皮纤维素占比高促微孔）导致B-OP结构优势；缓冲液高效不代表生理可行，饲料纤维与酶占用微孔及位点、与AFB1竞争共同拉低数值；沸石虽高效但非特异，可能结合养分或扰动菌群，酵母细胞壁受pH与占位限制表现差，B-OP因此具更可持续与低养分结合风险潜力，但需后续动物实验与重金属/PAH安全评估。局限在于未做等温线、未分段报嗉囊与腺胃吸附、缺体内验证。

结论部分译文：将橙皮与番石榴叶农工废弃物增值转化为生物炭（B-OP与B-GL）是循环经济用于食品安全的显著进展，既减废又提供低成本AFB1吸附路径。缓冲液体系可达100%去除，而含玉米基质的体外禽类模型因活性位点竞争使效率下降；即便如此B-OP凭更小孔径与更大比表面积在肠段去除68.5 ppb，显著优于B-GL的56.8 ppb，具超越20 ppb限量的生物学意义。在作为饲料添加剂前，仍需评估安全性、养分可用性与体内功效。该工作确立了B-OP类生物炭在体外条件下的可持续吸附潜力，为家禽AFB1缓控研究奠基。论文发表于《Foods》。