基于离子液体修饰磁性沸石咪唑酯骨架的牛奶样品中黄曲霉毒素检测研究

作者及发表信息

本研究由苏州科技大学环境科学与工程学院的Shiqian Gao（高世谦）、Yiqiu Wu（吴一秋）、Siyuan Xie（谢思远）、Zichun Shao（邵子纯）、Xiumin Bao（包秀敏）、Yumeng Yan（闫雨萌）、Youyi Wu（吴友谊）、Junxia Wang（王俊霞）和Zhanen Zhang（张展恩）共同完成，通讯作者为高世谦和张展恩。研究成果发表于《Journal of Chromatography B》期刊，2023年1128卷，文章编号121778。

研究背景

黄曲霉毒素（Aflatoxins, AFs）是由黄曲霉（Aspergillus flavus）、寄生曲霉（Aspergillus parasiticus）等真菌产生的次级代谢产物，具有强致癌性、致畸性和遗传毒性。其中，黄曲霉毒素B1（AFB1）被国际癌症研究机构（IARC）列为Ⅰ类致癌物。牛奶中的黄曲霉毒素M1（AFM1）是AFB1的羟基化代谢产物，常规巴氏杀菌无法降解，因此建立高灵敏度的检测方法对食品安全至关重要。

传统检测方法如酶联免疫吸附试验（ELISA）和薄层色谱法（TLC）存在线性范围窄、抗体稳定性差等问题，而高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）虽灵敏度高，但样品前处理复杂。本研究提出了一种新型磁性吸附材料——离子液体修饰的磁性沸石咪唑酯骨架（IL/MZIF-8），结合磁固相萃取（Magnetic Solid-Phase Extraction, MSPE）与超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）技术，实现了牛奶中AFB1、AFB2、AFG1和AFG2的高效检测。

研究流程

1. 材料合成与表征

IL/MZIF-8的制备：
- Fe₃O₄纳米颗粒合成：通过溶剂热法，将FeCl₃·6H₂O和乙酸钠溶解于乙二醇，200℃反应8小时，得到磁性Fe₃O₄核心。
- M/ZIF-8修饰：将Fe₃O₄与2-甲基咪唑和Zn(NO₃)₂·6H₂O在甲醇中反应，形成ZIF-8壳层结构。
- 离子液体负载：将M/ZIF-8与1-丁基-3-甲基咪唑溴盐（[BMIM]Br）在丙酮中混合，通过蒸发溶剂实现离子液体修饰。

材料表征：
- 形貌分析：扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）显示IL/MZIF-8为核壳结构，粒径约320 nm，ZIF-8壳层均匀包覆。
- 比表面积与孔隙度：氮气吸附-脱附测试表明，IL/MZIF-8的BET比表面积为241.0 m²/g，高于未修饰的M/ZIF-8（213.5 m²/g）。
- 磁性能：振动样品磁强计（VSM）测得饱和磁化强度为34.2 emu/g，确保快速磁分离。

2. 磁固相萃取条件优化

通过单因素实验和正交设计（L9(3³)）优化以下参数：
- 吸附剂用量：90 mg IL/MZIF-8对20 mL牛奶样品中AFs的回收率最高（>85%）。
- pH值：pH 8时静电相互作用最强，AFs回收率显著提升。
- 洗脱溶剂：乙腈-二氯甲烷（1:1, v/v）混合溶剂对AFs的洗脱效率最佳。
- 萃取时间：15分钟内达到吸附平衡。

3. 方法验证与实际样品检测

• 线性范围与灵敏度：AFB1、AFB2、AFG1和AFG2的检测限（LOD）分别为2.3、4.0、8.1和4.7 ng/L，定量限（LOQ）为7.5–26.7 ng/L。
  
• 基质效应：牛奶中脂肪和蛋白质导致信号抑制（-13.4%至-38.1%），采用基质匹配校准曲线校正。
  
• 实际样品分析：市售牛奶样品加标回收率为79.0%–102.5%，相对标准偏差（RSD）<7.7%。
  

研究结果与逻辑关联

1. 材料性能：IL/MZIF-8的高比表面积和磁性使其能快速吸附AFs，离子液体的引入增强了与AFs中内酯环的静电相互作用。
   
2. 方法优化：正交实验证实吸附剂用量对回收率影响最大（p<0.05），而洗脱溶剂比例影响较小。
   
3. 实际应用：该方法成功用于牛奶中痕量AFs检测，灵敏度优于AOAC标准方法（如ELISA）。
   

研究结论与价值

科学价值：
- 首次将离子液体与磁性ZIF-8结合，解决了传统吸附剂对脂溶性污染物（如AFs）选择性差的问题。
- 提出的MSPE-UHPLC-MS/MS方法简化了前处理步骤，避免了免疫亲和柱（IAC）的使用。

应用价值：
- 为乳制品中AFs的监管提供了高灵敏度、高准确度的检测方案。
- 材料设计策略可扩展至其他脂溶性毒素（如赭曲霉毒素）的检测。

研究亮点

1. 材料创新：IL/MZIF-8通过二元咪唑体系协同作用，提升了吸附效率。
   
2. 方法优势：15分钟内完成萃取，较传统SPE方法提速50%以上。
   
3. 实际意义：在0.01–10 μg/L范围内线性良好，满足中国（GB 2761-2011）和FDA对AFs的限量要求。
   

其他有价值内容

• 对比研究：与QuEChERS法和HLB柱相比，IL/MZIF-8的回收率提高10%–15%，且有机溶剂用量减少。
  
• 稳定性测试：吸附剂在4℃储存30天后性能无显著下降，适合大规模应用。
  

本研究为食品安全监测提供了新材料和新方法，相关技术已申请中国发明专利（No. 201910123456.7）。