学术研究报告：谷物中霉菌毒素的快速磁固相萃取与LC-MS/MS分析方法

作者及机构
本研究由意大利罗马大学（University of Rome “La Sapienza”）化学系的Giorgia La Barbera、Anna Laura Capriotti、Chiara Cavaliere、Patrizia Foglia、Carmela Maria Montone、Riccardo Zenezini Chiozzi和Aldo Lagana合作完成，通讯作者为Riccardo Zenezini Chiozzi。论文于2017年4月21日发表在期刊*Toxins*（2017, 9, 147; DOI:10.3390/toxins9040147）上，主题为谷物中多种霉菌毒素的快速检测方法开发。

学术背景
霉菌毒素（mycotoxins）是由曲霉（*Aspergillus*）、镰刀菌（*Fusarium*）和青霉（*Penicillium*）等真菌产生的次级代谢产物，可污染谷物、油籽等农产品，对人类和动物健康构成严重威胁。其中，黄曲霉毒素（aflatoxins, AFs）、赭曲霉毒素A（ochratoxin A, OTA）和玉米赤霉烯酮（zearalenone, ZEN）是三类危害最大的霉菌毒素，分别具有致癌性、肾毒性和雌激素效应。欧盟已对谷物中这些毒素设定了严格的最大残留限量（MLs）。

传统检测方法如高效液相色谱（HPLC）或免疫分析法存在前处理复杂、通量低或特异性不足等问题。因此，本研究旨在开发一种基于磁固相萃取（magnetic solid-phase extraction, MSPE）的快速前处理方法，结合超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）技术，实现对玉米粉和硬质小麦粉中6种霉菌毒素（AFB1、AFB2、AFG1、AFG2、OTA和ZEN）的高灵敏度、高选择性检测。

研究流程与方法
1. 磁性石墨化碳黑（magnetic graphitized carbon black, mGCB）的制备与表征
- 通过硝酸氧化和溶剂热法将磁性纳米颗粒与石墨化碳黑（GCB）结合，形成mGCB吸附剂。
- 采用透射电镜（TEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）和热重分析（TGA）验证材料特性，确保其分散性和吸附能力。

1. 样品前处理优化

   • 提取溶剂：比较了乙腈/水/甲酸（80:19.8:0.2, v/v/v）与其他比例的效果，最终选择该混合溶剂以平衡回收率和基质效应。
     
   • 吸附条件：测试不同样品量与mGCB比例（1000 mg、500 mg、250 mg样品对应50 mg mGCB），发现250 mg样品时回收率最佳（>60%）。
     
   • 洗脱溶剂：采用二氯甲烷/甲醇（80:20, v/v）含0.2%甲酸，有效解吸目标物。
     

2. UHPLC-MS/MS分析

   • 色谱分离：使用Waters Cortecs UPLC C18+色谱柱（100 mm × 2.1 mm, 1.6 μm），以含5 mmol/L甲酸铵的甲醇/水梯度洗脱，分离6种毒素。
     
   • 质谱检测：采用电喷雾电离（ESI）正负离子切换模式，多反应监测（MRM）优化碰撞能量和离子对（如AFB1的m/z 313→285）。
     

3. 方法验证

   • 回收率与基质效应：在玉米粉和小麦粉中，所有毒素的回收率为67%~89%，基质效应（ME）为-50%~+20%（OTA受抑制最显著）。
     
   • 灵敏度：方法检测限（MLODs）为0.05~10.2 μg/kg，定量限（MLOQs）为0.1~34.6 μg/kg，满足欧盟MLs要求。
     

主要结果
1. mGCB的吸附性能：mGCB对AFs和OTA的吸附主要通过π-π作用和静电相互作用实现，而对ZEN则依赖疏水作用。
2. 方法效率：在250 mg样品量下，PE（过程效率）最高，且玉米粉中ZEN的天然污染需通过空白样品校正。
3. 实际样本检测：10份玉米粉中，1份检出OTA（1.3 μg/kg），8份检出ZEN（

结论与价值
本研究首次将mGCB应用于谷物中多类霉菌毒素的MSPE前处理，其优势在于：
1. 高效性：相比传统SPE，MSPE无需离心或过滤，可并行处理多个样本，缩短前处理时间。
2. 普适性：单次提取可覆盖3类化学结构差异显著的毒素，适用于复杂基质。
3. 应用潜力：为谷物安全监测提供了一种符合欧盟法规的高通量解决方案。

研究亮点
1. 创新材料：mGCB首次用于谷物毒素提取，解决了传统吸附剂对复杂基质适应性不足的问题。
2. 多毒素同步检测：通过优化色谱梯度与MRM参数，实现了AFs、OTA和ZEN的同步分析。
3. 实际应用验证：通过实际样本调查证实了方法的可靠性，为监管提供了技术支持。

其他价值
论文还探讨了mGCB重复使用的局限性（需大量溶剂清洗），并建议未来研究可进一步优化吸附剂再生工艺以降低成本。