蒙脱石对霉菌毒素吸附原理与指标的关系

蒙脱石对霉菌毒素吸附原理与指标的关系

齐国友（赤峰和正美化工有限公司）

蒙脱石被称为“霉菌毒素吸附之王”，对一些大肠杆菌、霍乱弧菌、空肠弯曲菌等表面带有粒编码蛋白（CS31A）的带电致病病原菌有吸附作用，对病菌产生的毒素有固定作用，然后随肠蠕动排出体外，从而避免肠粘膜损伤，起到了治疗腹泻的作用。

2012年6月1日中华人民共和国农业部公告第1773号制定了《饲料原料目录》将蒙脱石列入饲料原料，编号为11.1.7。标识要求有：吸蓝量、吸氨值。然而，目前市场上，在竞争环境下，各厂家推出了一代、六代、八代蒙脱石，推出了改性、改色、改离子蒙脱石，推出了325目、800目、2000目蒙脱石……更应用了蒙脱石含量、吸附力、阳离子交换量、膨胀倍、膨胀容、胶质价、比表面积等十几项技术指标反映蒙脱石性能，让用户不知考虑哪些指标，让用户不知如何选择。那么，究竟哪些指标是饲料用蒙脱石应该关注的？哪些指标影响饲料中蒙脱石对霉菌毒素的吸附作用呢？

我们需要清楚两点：一、蒙脱石的特殊结构；二、蒙脱石对致病菌的吸附机理。

一、蒙脱石的特殊结构

蒙脱石(montmorillonite)又名微晶高岭石其结构式 Ex(H2O)4

｛(Al2-x,Mgx)2［(Si,Al)4O10］(OH)2｝，式中E为层间可交换阳离子，主要为Na+、Ca2+，其次有K+、Li+等。x为E作为一价阳离子时单位化学式的层电荷数，一般在0.2～0.6之间，呈层状结构，不规则片状结晶。Al2-x,Mgx为八面体中的阳离子；Si,Al为四面体中的阳离子。

蒙脱石由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的铝（镁）氧（氢氧）八面体片，构成2:1型含结晶水的T-O-T周期性层状排列结构硅酸盐矿物，属单斜晶系，a0=5.17nm,b0=0.894nm,c0=1.52nm。由于异价类质同晶置换，其结构四面体中Si4+被Al3+的取代；八面体中Al3+被 Mg2+、Fe2+等取代，造成晶格电荷不平衡，端面产生强弱不同的永久性负电荷。当蒙脱石遇水时，其晶格中Si-O键Al-O 键发生断裂，造成端面破键，产生更强的电负性，为保持电性平衡，致使层间存在着大量的可交换阳离子如K+、Na+、Ca2+,这些离子可以发生同电性离子的等电量交换，从而使得蒙脱石具有离子交换的性能。蒙脱石无论对亚甲基蓝的吸附还是对带电致病菌的吸附都是基于这种离子交换的特性，即化学吸附占主要作用。

二、蒙脱石对致病菌的吸附机理

吸附：指气体、蒸气以及溶液里的溶质被吸着在固体或液体物质表面上的作用。具有吸附性的物质叫做吸附剂，被吸附的物质叫吸附质。吸附作用实际是吸附剂对吸附质质点的吸引作用，分为物理吸附和化学吸附。

物理吸附是以分子间的作用力相吸引的，产生的吸附热少。如活性炭对气体的吸附属于这一类，被吸附的气体很容易解脱出来，而不发生性质上的变化。物理吸附的过程是可逆的。

化学吸附是以类似于化学键的力相互吸引，产生的吸附热较大。化学吸附的过程大都是不可逆的。同一物质，可能在低温下进行物理吸附而在高温下进行化学吸附，也可能两者同时进行，依物质性质和条件而定。

浙江大学胡秀容等在《天然蒙脱石与细菌相互作用的研究》一文中认为：蒙脱石对细菌的主要作用是吸附，吸附力强弱与带电性有关，蒙脱石具有“车厢式”的结构，蒙脱石的凝胶性能将细菌固定到“车厢”中，这种独特的吸附方式是吸附并清除霉菌及其毒素，从而预防及治疗腹泻的药理基础。

西南大学动物科技学院雷春龙等在《日粮中添加蒙脱石和酵母细胞壁对肉牛体内内毒素吸附、养分消化率及生产性能的影响》一文中研究发现，内毒素吸附剂——蒙脱石发挥吸附作用，主要是依靠一些带正电荷或可以形成正电荷基团的配体，这些配体与内毒素脂多糖LPS上的电负性基团（磷酸根）通过静电力发生吸附作用。Abend 等（2000）发现蒙脱石具有独特的电荷特性，其纳米层片

结构的端面带正电，层面带负电，其层片结构被打开时，由于电荷吸附效应使单元层相互剥离，形成一种不稳定的带电微粒且互相运动的“卡片宫”结构，其在外力作用下很容易遭到破坏并重新搭建又将释放出微电流，从而具有持续性的效果。这种电荷特性较好的解释了蒙脱石作为无机型吸附剂在肠道对LPS持续而有效的化学吸附作用。

吴平霄和廖宗文研究认为：蒙脱石对有机物的吸附可能存在着分子吸附、氢键吸附、配位吸附、质子转移吸附等(吴平霄和廖宗文,1999),pH<4.17时,等电点为4.17的AFB1带正电荷,PH>4.17时,带负电荷,蒙脱石对AFB1有静电引力吸附。由于APB1含量通常很低,这种静电吸附可能不是主要的。

蒙脱石及改性蒙脱石在不同温度下对AFB;的吸附量无明显改变,可以认为

蒙脱石与改性蒙脱石对APB1的吸附有选择性,且吸附牢固,可能以化学吸附为主。

Sarr等(1990)推测,这可能是由于AFB;上的羰基与铝硅酸盐类矿物边面上的铝离子发生配位结合,产生了化学吸附。

另外，蒙脱石对细菌的吸附特性指标，如吸附等温曲线、蒙脱石层间电荷密度，以及用电荷性很小的绢云母做比较实验，也充分说明了蒙脱石对细菌的吸附主要是上述的化学吸附。

三、蒙脱石在动物体内的作用环境

蒙脱石随饲料被动物采食后以食糜的状态进入消化系统，食糜呈半流质状存在，其中水分含量非常高（80-90%）。蒙脱石在水中有膨胀、分散的特性，于是形成了带负电的板块表面和带正电的边缘，形成了“表面-边缘”的“车厢式”悬浮物，正是这种“车厢式”悬浮物将有害菌及其产生的毒素吸附固定在“车厢”内，“车厢”通过肠蠕动而排出体外，从而将其吸附的霉菌及毒素清除掉，保护了肠道粘膜免受损伤。

由此可见，蒙脱石对细菌的吸附主要是化学吸附，对细菌的清除能力决定于蒙脱石的电负性、离子交换量。这从医药蒙脱石要求的主要技术指标：吸蓝量（蒙脱石中的层间离子与水溶液中呈一价阳离子进行交换；而亚甲基蓝是一种有机极性分子，它在水溶液中产生一价阳离子，能取代蒙脱石中可交换的阳离子而被吸附）、阳离子交换量、吸附力也能看出。