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【研究】麻疯树种子壳活性炭在玉米赤霉烯酮霉菌毒素去污中的应用

发布日期:2018-11-10 11:11 来源:活性炭网 作者:活性炭网 浏览数:

在本研究中,活性炭(AC)来自 麻风树 ( Jatropha curcas )的种子壳, 并用于净化玉米赤霉烯酮(ZEA)霉菌毒素。 通过ZnCl 2 化学活化法制 备 麻疯树 (ACJC) 的AC, 并通过X射线衍射分析

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介绍

真菌毒素是真菌的有毒代谢物,在广泛的天气条件下,在收获前和收获后阶段的各个阶段感​​染农业商品(Iqbal等,2016)。负责真菌毒素污染的最重要的真菌是曲霉属,青霉属,镰刀菌属,链格孢,和葡萄穗Bräse等人,2013)。粮食及农业组织(粮农组织)评估说,全世界约有四分之一的农产品受到真菌和真菌毒素的影响(Dall'Asta和Berthiller,2015年)。霉菌毒素对人类和牲畜的健康产生有害影响,它们的发生对食品安全构成了巨大的挑战(Gamliel等,2017)。因此,欧盟国家(EU),粮农组织,粮农组织/世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会(JECFA)以及许多其他国家已经在国际贸易中对霉菌毒素建立了一定的监管限制(Van Egmond等,2007)。因此,农产品中霉菌毒素的出现是农民,消费者和政府最关心的问题(Udomkun等,2017)。到目前为止,随着新分析技术的创新,确定了大约1000种霉菌毒素,并且随着新分析技术的创新,它们的数量将会增加(Bräse等,2013))。在农产品中非常规律地污染的五种主要霉菌毒素是黄曲霉毒素B1,伏马菌素B1,脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON),赭曲霉毒素A和玉米赤霉烯酮(ZEA)(Richard,2007)。

ZEA也是众所周知的RAL或F-2毒素和专门知道的雌激素霉菌毒素。它具有耐热性,颜色和无味,以及白色结晶固体物质(Zinedine等,2007)。ZEA由镰刀菌属Fusarium spp )称为聚酮合酶(PKK)的一大类次级代谢途径产生包括F. cerealis,F。crookwellense,F。culmorum,F。equiseti,F。graminearumGibberella zeae)和F. semitectum这些是普遍存在于土壤中的真菌,广泛分布于全球温带和温暖气候,是谷物的常规污染物(Zinedine等,2007))。世界各地的可获取数据指出,玉米及其副产品最为突出,ZEA的发生率很高。虽然,大麦,燕麦,高粱,大米,黑麦,大豆和小麦及其副产品偶尔会被ZEA污染(欧洲食品安全局[EFSA],2004)。有时,在香料,调味成分,阿育吠陀和草药产品,发酵产品,素食食用油,饮料和饮用水中检测到ZEA(Gromadzka等,2008)。通过喂食ZEA污染饲料的动物的肉和其他副产品摄取食物具有很大的健康问题。发现包括鸡,火鸡,鸭,兔,猪和牛在内的几种物种的肉含有较低水平的ZEA及其代谢产物(Creppy,2002)。ZEA表现出相对较低的急性毒性作用,其口服LD50剂量在小鼠,大鼠和豚鼠中>2000-20,000μg/ kg体重,并且通过腹膜内给药毒性更大(Zinedine等,2007)。ZEA主要影响女性生殖系统,导致牲畜未成熟,流产和外阴阴道炎,偶尔也可能导致人类的过度雌激素过多(Vejdovszky等,2017)。国际癌症研究机构(IARC)已在体外检查了ZEA的致突变性,并被推荐为第3组致癌物(IARC,1999))。在最近的研究中,ZEA的毒性得到了很好的探索,并揭示了肝毒性,神经毒性,免疫毒性,内分泌毒性,致癌性和遗传毒性特征(Venkataramana等,2014 ; Kowalska等,2016)。在目前的情景中,为了维护食品安全,减少经济损失和拯救受污染的食品,非常需要消除受污染农产品ZEA的净化策略。采用各种去污方法,包括物理,化学和生物方法,以降低ZEA的毒性水平(Zinedine等,2007 ; Kalagatur等,2015 ; Gottardi等,2016 ; Kumar等,2016))。在物理去污方法中,向食品和饲料基质中添加营养惰性吸附剂是最近被广泛提出用于降低ZEA毒性的技术。通过使用吸附剂减轻ZEA霉菌毒性中毒的大多数研究主要集中在由粘土组成的硅铝酸盐上。不幸的是,应用硅铝酸盐来缓解ZEA是一个微小的成功。Avantaggiato等。(2014)报道活性炭(AC)和消胆胺是ZEA的良好吸附剂,可用作饲料添加剂以避免牲畜的过度雌激素。然而,AC和消胆胺的高成本会使它们的使用在经济上无法承受(Galvano等,2001))。最近,使用廉价,易得和环保的原料开发具有新颖物理化学性质的功能性纳米材料和AC是高度吸引的研究领域(Kumar和Sharma,2008 ; Patra和Baek,2017)。特别是,麻疯树的 AC 已经发现在各种有毒环境污染物的去污方面具有广泛的应用(Hsu等人,2014)。

麻风树Jatropha curcas)是一种灌木,属于大戟科(Euphorbiaceae),原产于美国中部和墨西哥。如今,它是世界范围内热带和亚热带地区的高度栽培植物。麻疯树对盐水和干旱具有抗性,可以适应砾质,盐碱,低肥沃和干旱的沙漠条件(Chen等,2016 ; Lama等,2016)。麻疯树的种子包含约20%的饱和脂肪酸和80%的不饱和脂肪酸,并且产生平均34.4%的可用作生物柴油的油。该油是不可食用的并且广泛用于制备蜡烛,化妆品,洗涤剂和着色剂。油饼用于合成纤维和塑料的制备(Kumar和Sharma,2008)。种壳还含有大量的纤维素,半纤维素和木质素,并且可以是AC的丰富来源(Hsu等人,2014)。此外,麻疯树具有许多药用价值,乳胶生物碱富含抗萎缩蛋白,具有强大的抗癌活性,乳液被发现有效治疗皮肤,麻痹和类风湿病。嫩枝和叶汁分别用作牙痛和痔疮的药物,根提取物用作毒蛇咬伤的解毒剂(Kumar和Sharma,2008)。最近,麻疯树种子油的佛波酯部分在作物保护中发现了作为生物杀虫剂的创新作用(Ratnadass和Wink,2012)。最近,Chauhan等人。(2016)用叶提取物麻疯树合成银颗粒,并建议用作各种食源性细菌的抗菌剂。据我们所知,尚未报道使用来自麻疯树的 AC对ZEA进行净化在这方面,我们首次报道了具有大比表面积的多孔AC的合成,通过脆弱的麻疯树种壳的化,并评估其生物活性和ZEA去污的有效性。

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材料和方法

化学品和试剂

ZEA,二氯 - 二氢 - 荧光素二乙酸酯(DCFH-DA),罗丹明123,半胱天冬酶-3试剂盒和0.22μm注射器滤器获自Sigma-Aldrich(Bengaluru,India)。从Merck(Bengaluru,India)获得乙腈,甲醇,二甲基亚砜(DMSO)和分析级水。从HiMedia(孟买,印度)获得Dulbecco改良的Eagle培养基(DMEM),柠檬酸盐缓冲溶液(CBS),青霉素和链霉素的抗生素溶液,胎牛血清(FBS)和Dulbecco磷酸盐缓冲盐水(D-PBS)。活细胞/死细胞测定检测试剂盒获自Invitrogen Detection Technologies(Bengaluru,India),细胞培养用塑料器皿得自Nunc(Bengaluru,India)。

活性炭的合成

从印度泰米尔纳德邦地区收集麻疯树的种子,并用蒸馏水彻底洗涤,并在室温下干燥2周。将稻壳与种子分离并用微型锤磨机粉碎成粒度为500μm的细粉末。将450克细粉末与含有450克ZnCl 2的热蒸馏水混合保持1小时,在60±5℃的热空气烘箱中干燥。将剩余材料装入带有紧盖的钢制容器中,并用另一个同心钢容器重新包装。容器的线性空的空间用逐层形式的沙子填充到外部容器边缘。碳化的布置是在材料空隙之间的痕量氧下进行的,并且反应在炉中在800±5℃下进行60分钟。然后,冷却反应混合物并过量加入ZnCl 2通过在80±5℃的1M热HCl溶液中浸入烘箱中24小时,使其浸出。用热水洗涤该材料直至氯离子被分离(通过硝酸银法测试)并在105±5℃下在热空气烘箱中干燥并通过250-500μm尺寸的过滤器过滤。将获得的材料指定为麻疯树(ACJC)的AC,并在室温下在干燥的地方储存在干燥器中以用于进一步的目的。

ACJC的物理化学表征

使用各种分析技术研究制备的ACJC的物理化学特征,包括X射线衍射(XRD),拉曼光谱,扫描电子显微镜 - 能量色散X射线(SEM-EDX)和Brunauer-Emmett-Teller(BET)。进行XRD分析以使用X'Pert PRO X射线衍射仪(PANalytical,Spectris Technologies Pvt.Ltd。,India)在2θ范围内使用CuKα辐射源(λ= 1.541?)来理解ACJC的结构特征。从10°到70°,扫描速度为3°/ min。使用Scherrer方程(Patterson,1939)计算制备的样品的平均结晶尺寸)。使用Renishaw在Via Raman显微镜(Renishaw India,Bengaluru)中使用光谱仪附件记录ACJC的拉曼光谱。使用在低功率模式(最大功率的0.5%)下设置514nm波长的绿色激光来激发样品。使用SEM(Quanta 200,ICON Analytical Equipment Pvt.Ltd。,United States)连接的EDX检测器评估ACJC的表面微观形态和化学构型。使用BET表面积分析仪(Micromeritics TriStar II,United States)测定ACJC的精确表面积。

ACJC在ZEA吸附中的应用

 

实验计划

在室温(25±2℃)下,用各种参数(接触时间,ZEA和ACJC的浓度,以及培养基的pH)研究ACJC(吸附剂)对ZEA(吸附物)的吸附。在乙腈(10mg / mL)中制备ZEA原液,并在缓冲溶液(CBS和D-PBS)中进一步测试ZEA的浓度。将CBS用作培养基以在pH3,4,5和6下进行吸附研究,同时使用D-PBS作为在pH8,8和9下吸附的培养基。

 

吸附研究

接触时间(分钟)对ACJC吸附ZEA的影响用不同浓度的ZEA(25,50,75和100μg/ mL)和1 mg / mL的ACJC在pH 7下测量3小时。 。以适当的时间间隔收集50μL体积的样品溶液并用于定量ZEA。ZEA的吸附饱和的时间定义为吸附平衡时间,并用作进一步研究的恒定时间段。为了确定pH对ACJC吸附ZEA的影响,在不同pH(3,4,5,6,7,8和9)下用1 mg / mL ACJC和不同浓度的ZEA(25)进行实验。在吸附平衡时间,50,75和100μg/ mL)。改变ACJC浓度的影响(0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5,在pH7和吸附平衡时间研究了ZEA(100μg/ mL)的吸附和4mg / mL)。在所有实验装置中,在整个实验过程中,将测试样品在145rpm和室温下在黑暗中涡旋。在适当的时间间隔,收集所需的测试样品并通过0.22μm注射器过滤器过滤,并将滤液用于使用HPLC定量ZEA。在没有ACJC的缓冲溶液中制备的ZEA测试溶液在整个实验中称为对照。使用22μm注射器过滤器和滤液用于使用HPLC定量ZEA。在没有ACJC的缓冲溶液中制备的ZEA测试溶液在整个实验中称为对照。使用22μm注射器过滤器和滤液用于使用HPLC定量ZEA。在没有ACJC的缓冲溶液中制备的ZEA测试溶液在整个实验中称为对照。

 

解吸研究

通过改变培养基的pH来确定ACJC对ZEA吸附的稳定性。ZEA吸附研究在pH 7下用25,50,75和100μg/ mL的ZEA和1mg / mL的ACJC进行一段吸附平衡时间。接着,通过以4000rpm离心从测试样品中除去吸附剂,并在pH3下悬浮并在黑暗下以145rpm涡旋30分钟。吸附和解吸研究的上清液用于ZEA的定量。

 

通过HPLC定量ZEA

根据我们先前报道的方法(Kalagatur等, 2015)。由ACJC吸附的ZEA的量被确定为对照中的ZEA的量与具有ACJC的测试样品的上清液之间的差异。与ACJC结合的ZEA的量由以下公式确定:

È = [(Ç 0  -  C ^ ëV ] / 
(1)

其中e是特定量ACJC吸附的ZEA量(μg/ mg),0是对照上清液中ZEA的初始量(μg/ mL),e是测试样品上清液中剩余的ZEA量。平衡时间(μg/ mL),V是实验溶液的体积(mL),m是ACJC的量(mg)。

 

吸附等温线

通过Freundlich和Langmuir模型的平衡等温线,将获得的吸附研究数据应用于优化吸附设计。Langmuir模型建立在吸附是一类化学过程并且吸附层被测量为单分子的假设的基础上。线性形式Langmuir模型可表示如下:

CËqË1qËbC.Ëq0
(2)

其中0表示ACJC的吸附容量(μg/ mg),e是ACJC在平衡时吸附的ZEA量(μg/ mg),b表示吸附能量(mL / mg)。

ACJC 的吸附容量(0)和吸附能(b)由e / ee的线性曲线的斜率和截距确定拟合优度由拟合曲线的相关系数确定。Langmuir等温线的基本特征可以通过称为平衡参数(L的无量纲常数来表达,其表示等温线的类型。所述ř 大号表明吸附是有利的(0 < ř 大号 <1),直链(ř 大号 = 1),不可逆的(řL = 0),不利(L > 1)(El-Sayed等,2014)。所述ř 大号使用以下公式中扣除:

L = 1 /(1 +  0
(3)

Freundlich等温模型假设吸附的吸附剂与吸附物的量之比是溶液的函数。经验模型与异质表面的特征和活动中心的指数分布一致。因此,吸附的吸附剂的量(e)与溶液中吸附物的平衡浓度(e)相关。Freundlich的非均相吸附模型可表示如下:

qËK.FCnË
(4)

F决定了吸附过程的有利性。采用对数两侧的线性化方程可表示如下:

ln e = ln F + 1 / n ln e
(5)

体外应用ACJC作为抗ZEA诱导毒性的解毒剂

 

实验设计

在该研究的最终目的中,利用ACJC的吸附特性建立ACJC作为体外研究中针对ZEA诱导的毒性的解毒剂ACJC的解毒剂施用针对ZEA诱导的毒性是在神经细胞2A(神经母细胞瘤的评估小家鼠通过确定活细胞和死细胞),细胞内活性氧类物质(ROS),线粒体膜电位(ΔΨ 中号),胱天蛋白酶和3活动。神经-2a细胞系来自印度浦那的国家细胞科学中心(NCCS)。使细胞在添加有10%FBS,50mU / mL青霉素和50μg/ mL链霉素的DMEM中在5%CO 2和95%空气的潮湿环境下于37℃ 生长细胞在75cm 2中生长烧瓶,培养基在另一天更换,汇合细胞用于实验。将实验设计成四组:组I:仅用D-PBS(对照)暴露细胞。组II:用ZEA(25μg/ mL)在D-PBS中暴露细胞。组III:将细胞暴露于D-PBS中的1mg / mL ACJC。第IV组:将ZEA(25μg/ mL)和ACJC(1mg / mL)在D-PBS中混合并暴露于细胞。

 

活/死细胞分析

根据制造商的说明(Haugland等,1994,使用钙黄绿素AM和乙锭同型二聚体-1荧光染料进行活/死双重染色测定大约5×10 4将细胞接种在12孔板中,使细胞沉降6小时。将细胞暴露于ZEA,ACJC,以及ZEA和ACJC的组合,如“实验设计”部分所述,并孵育6小时。然后,将细胞用D-PBS洗涤两次,并用2μM的钙黄绿素AM和4μM在D-PBS中制备的乙锭同型二聚体-1染色15分钟。随后,用D-PBS洗涤细胞两次,并使用倒置荧光显微镜(EVOS,Life Technologies,United States)在绿色荧光蛋白(GFP)和红色荧光蛋白(RFP)的滤光器下捕获图像。对于钙黄绿素AM,在485和530nm的激发和发射下记录荧光强度,对于使用多板读数器(Synergy H1,BioTek,United States)的乙锭同型二聚体-1,记录530和645nm的荧光强度。Garcia-Recio等,2015):

细胞%)F.530 SAMF.530 F530 最大F.530 × 100细胞%)F.645 SAMF.645 F645 最大F.645 × 100

其中F(530)samF(645)sam分别是在530和645nm用钙黄绿素AM和乙锭同型二聚体-1标记的样品的荧光。F(530)min是530nm处样品的荧光,仅用乙锭同型二聚体-1标记,其中所有细胞都存活。F(530)max是在530nm处的样品的荧光,其仅用钙黄绿素AM标记,其中所有细胞都是活的。F(645)min是在645nm处的样品的荧光强度,其仅用钙黄绿素AM标记,其中所有细胞都是死的。最高F(645) 是用单独的乙锭同型二聚体-1标记的645nm样品的荧光强度,其中所有细胞都死亡。

 

细胞内ROS的测定

使用DCFH-DA荧光探针(Venkataramana等,2014进行细胞内ROS分子的估计大约5×10 4将细胞接种在12孔细胞培养板中并孵育6小时以将细胞附着到平板上。然后,将细胞暴露于“实验设计”部分中提到的不同实验组,并孵育6小时。将细胞用D-PBS洗涤两次,并用5μM的DCFH-DA染色5分钟。随后,用D-PBS洗涤细胞两次,并使用倒置显微镜(EVOS,Life Technologies,United States)在GFP过滤器下捕获细胞的荧光显微图像,并使用多板读数器测量光密度(Synergy H1,BioTek,美国)激发和发射分别为495和550 nm。结果以相对于对照释放的荧光百分比表示。

 

线粒体膜电位测定(ΔΨ 中号

所述ΔΨ 中号的小区的用若丹明123荧光探针来确定(Venkataramana等人,2014)。将大约5×10 4个细胞接种在12孔细胞培养板中并使其静置6小时,并如“实验设计”部分中所述用差异实验组处理并孵育6小时。然后,用D-PBS洗涤细胞两次,并用5μM罗丹明123染色15分钟。再次,用D-PBS对细胞进行两次洗涤,并使用倒置荧光显微镜(EVOS,Life Technologies,United States)在GFP过滤器下捕获图像,并使用多板读数器(Synergy H1,在534nm处监测光密度)。 BioTek,美国)。结果以ΔΨ的百分比表示M与控制有关。

 

Caspase-3试剂盒对细胞凋亡的分析

caspase-3试剂盒用于估计caspase-3和凋亡(Riss等,2016)。将大约5×10 4个细胞接种在12孔细胞培养板中并使其静置6小时,并如“实验设计”部分中所述用差异实验组处理并孵育6小时。然后,将细胞用D-PBS洗涤两次,并按照制造商的技术公告用半胱天冬酶-3荧光试剂盒处理,并分别在360和460nm的激发和发射下记录光密度。从荧光分子7-氨基-4-甲基香豆素(AMC)释放的标准计算胱天蛋白酶-3水平。结果以相对于对照的胱天蛋白酶-3释放的百分比表示。

统计分析

实验分别进行六次(n = 6),结果以平均值±SD表示。在Dunnett检验后通过单向ANOVA进行统计学分析,并且p值<0.05被证明具有统计学显着性(p <0.05,** p <0.01,和*** p <0.001)。

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结果和讨论

ACJC的合成与理化性质

自上个十年以来,世界各地的研究人员一直高度重视从丰富且廉价的自然资源开发低成本AC。由于其高纤维素和半纤维素含量,植物来源非常适合于AC的合成,并且纤维素和半纤维素对各种有毒化合物表现出高的潜在吸附能力(Correa等,2017 ; Ooi等。 ,2017)。此后,在本研究中,将麻疯树的富含纤维素和半纤维素的种子壳用作通过ZnCl 2化学活化方法合成AC的原料

合成ACJC的结晶相,由XRD结果(识别的如图一1)。衍射图案与标准JCPDS文件(41-1487)很好地吻合,这证实了石墨碳的晶体结构的形成。所获得的衍射峰指向石墨碳的(002),(100)和(101)晶面的相应峰。在26°附近存在一个尖峰,证实了ACJC的晶体结构,它描绘了无序石墨碳层的优良排列,形成结晶乱层结构(Li et al。,2007))。由对应于(002)晶面的高强度峰的FWHM值计算ACJC的平均微晶尺寸。发现ACJC的平均微晶尺寸为1.07nm。在X射线衍射峰中观察到的峰分裂是由于碳从高度对称相转变为较低对称相。它还显示了ACJC的微孔壁结构的存在。XRD结果证实ACJC具有更好的晶体结构,因为组织良好的芳香碳比非晶状碳更稳定,并且这些结果通过拉曼光谱分析进一步评估。

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图1

制备麻疯树(ACJC)的活性炭(AC)的X射线衍射(XRD)图

Figure22示出了通过激发使用绿色激光与514nm的激发波长的样品记录的拉曼光谱。ACJC的拉曼光谱阐明了制备的样品的化学结构和结晶性质。514nm选择性地激发sp 2杂化碳分子的π状态在1303和1589cm -1附近获得的拉曼峰分别指向石墨碳颗粒的D带和G带。G带代表对应于振动模式的峰值,这是由于与存在于碳分子链或芳环中的sp 2杂化碳原子对相关的键的拉伸而产生的E2g对称模式在1589厘米左右G带中的-1确认ACJC中存在高度结晶和有序的石墨碳性质。与1575 cm -1附近的石墨G带相比,ACJC样品的G带在1589 cm -1处的峰值较高归因于样品中的C-C键弯曲,这是由于ACJC的多孔性质。在1303cm -1附近观察到的D带对应于被称为格子呼吸模式的A1g模式。A1g呼吸模式的存在揭示了样本中的结构紊乱。此外,对应于ACJC中不存在的D3带的峰,这证实在ACJC样品中不存在石墨层之间的碳的非晶相。因此,它证实了ACJC样品具有高度结晶性(Lazzarini等,2016)。

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图2

使用绿色激光在514nm的激发波长下捕获麻疯树(ACJC)的AC的拉曼光谱

SEM分析是为了确定合成的ACJC的表面形态和显微照片在如所示的不同的放大倍数(500×和1000×)记录Figure3A3A得到的图像显示出类似于碳颗粒的乱层形态的蜂窝状空隙结构,该结果与从XRD分析获得的结构数据完全一致。ZnCl 2化学活化法通过增加微孔的体积和表面积,建立了新的微孔以及加宽的微孔,并且这些孔是由于在碳化过程中ZnCl 2蒸发而形成的这些大量的微孔由ZnCl开发2有助于吞没污染物。微孔的体积和表面积取决于用于碳化目的的前体的结构。

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图3

(A)麻疯树(ACJC)的AC的SEM图像以(a) 500×和(b) 1000× 的不同放大率捕获(B)通过EDX光谱测定麻疯树(ACJC)的AC的元素组成

使用EDX技术进行ACJC的元素分析,结果表明麻疯树的种壳含有大量的碳。通过ZnCl 2化学活化使麻疯树的种壳碳化,增加了碳含量,并表明麻疯树种子壳的成功碳化导致ACJC的形成。Figure3B3B中ACJC和wt阐明碳(C)和氧(O)的存在。C和O的%分别为93.36和6.64。由于在热处理过程中碳的氧化,ACJC中存在少量氧。

AC的吸附能力取决于孔的体积,大小和比表面积(Dizbay-Onat等,2017)。基于BET方法从吸附实验评估ACJC的比表面,并通过计算吸附物体积来评估微孔体积(V)。所述分析-curve以测量吸附膜的厚度(Senniappan等人,2016)。BET分析有助于确定样品表面积和材料性质之间的关系以及活化温度,活化剂,浸渍比对孔隙形成的影响(Ab Ghani等,2017))。在本研究中,通过在较高温度下的ZnCl 2化学活化获得具有更大表面积的ACJC Liu等人,2016)。ACJC的多孔结构是由于ZnCl 2的电解作用引起的“溶胀效应”,其破坏了纤维素分子中的侧键并增加了麻疯树种壳的分子结构中的孔密度因此,ACJC的微孔率和表面积增加(Liu et al。,2016)。观察到ACJC 的S BET,微孔面积和平均孔径分别为822.78(m 2 / g),255.36(m 2 / g)和8.5980(Å)(4A,B)。为了支持我们的结果,IUPAC还从SBET结果得出结论,在水平高原处发生I型等温高压可能导致窄孔径散射微孔材料的发展。通过将Frenkel-Halsey-Hill(FHH)方程应用于N2吸附等温线来估计分形维数,其是ACJC表面粗糙度的量度结果表明,分形维数的变化不显着,ACJC表面孔隙的完全发展是由于ZnCl2的活化Carrott和Carrott,2007)。

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图4

通过BET分析测定麻疯树(ACJC)(A)比表面积和(B) AC的孔宽度

ACJC对ZEA的吸附

ACJC(吸附剂)和ZEA(吸附物)之间的接触时间是影响吸附过程的关键因素之一(El-Sayed等,2014)。采用不同初始浓度的ZEA(25,50,75和100μg/ mL)和1 mg / mL的ACJC,在pH7下研究了接触时间对ACJ吸附ZEA的影响。基于动力学研究,ZEA吸附的由ACJC(微克/毫克)与接触时间(分钟)的曲线图中,提出Figure5A5A结果显示ACJC在接触时间的最初15分钟内快速吸附ZEA。在接触时间之后,ZEA的吸附减慢直至获得平衡,并且获得吸附平衡时间所花费的时间为120分钟。对于不同的初始浓度25,50,75和100μg/ mL,1mg ACJC在平衡时吸附21.27±1.26,21.56±0.48,22.21±0.64和23.02±0.82μg的ZEA。分别是ZEA。ACJC吸附ZEA背后的原因可能是阳离子ZEA的阳性位点和ACJC的阴离子位点之间存在强吸引力(Lemke等,1998)。该研究在短时间内建立了ACJC的ZEA吸附能力,可有效地对ZEA进行净化。

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图5

玉米赤霉烯酮的吸附(ZEA)由AC 麻疯树(ACJC)下的各种参数(接触时间,ZEA和ACJC的浓度以及培养基pH)。(A)接触时间(分钟)对不同初始浓度的ZEA(25,50,75和100μg/ mL)吸附1mg / mL ACJC的影响。(B) ZEA对pH7和3的不同浓度的ACJC(0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5和4mg / mL )的吸附和解吸曲线。ACJC对ZEA的吸附在pH7下用100μg/ mL的ZEA进行吸附平衡时间。在pH3下研究了不同浓度ACJC的吸附ZEA的解吸附。(C) 在120分钟的吸附平衡时间,不同pH(3,4,5,6,7,8和9)对1mg / mL ACJC吸附ZEA(100μg/ mL)的影响。

在pH7下研究了不同浓度的ACJC(0.5-4mg / mL)对ZEA(100μg/ mL)吸附的影响。随着ACJC剂量的增加,ZEA吸附浓度增加。ZEA吸附(微克/毫升)对ACJC(毫克/毫升)的浓度的一段吸附平衡时间(120分钟)的动力学模型中被描述了Figure5B5B剂量分别为0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5和4 mg / mL的ACJC吸附量分别为12.26±0.20,23.02±0.82,34.61±0.52,46.29±0.95,53.72±0.67,66.58±0.86,初始浓度为100μg/ mL的ZEA分别为71.15±1.46和86.92±1.39μg的ZEA。吸附ZEA的量随着ACJC剂量的增加而增加,结果表明其处于剂量依赖性模式。ZEA吸附增加的原因是由于ACJC浓度增加导致更多表面吸附位点的可用性(Sayğılı和Güzel,2016)。该研究得出结论,ACJC的浓度是吸附ZEA的决定性因素。

通过改变不同浓度ZEA的培养基的pH(3,4,5,6,7,8和9)来研究pH对ACJC吸附ZEA的影响(25,50,75和100μg/ mL)和1mg / mL的ACJC。通过ACJC(微克/毫克)对的培养基pH在吸附平衡时间(120分钟)ZEA吸附的动力学模型显示在Figure5C5C结果表明,随着培养基pH值的变化,ZEA的吸附明显不会改变。我们的结果与Avantaggiato等人的上一份报告一致。(2014)介质的pH值改变了吸附剂的表面电荷和吸附质的离子化程度,它可以改变吸附过程的动力学和平衡的变化,并且在静电相互作用过程中具有很高的显着性。通常,吸附物的电荷取决于其pK a值,并且吸附物主要以pH <pK a的质子化形式存在,并且在pH> pK a时以去质子化形式存在因此,pH对ACJC吸附ZEA的影响取决于电离分子的程度。但是,ZEA有pK a在pH7的水中存在具有二酚化合物结构和一些量的酚盐阴离子的值为7.6,并且ZEA的电离度可忽略不计。因此,pH对ZEA吸附的影响可以忽略不计(Avantaggiato等,2014)。

通过改变培养基的pH进行不同浓度的ACJC的解吸研究。ZEA吸附研究在pH 7下进行,使用100μg/ mL的ZEA和不同浓度(0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5和4 mg / mL)的ACJC,持续一段时间的吸附平衡时间和在pH3的介质中进行解吸研究30分钟。从吸附量的ZEA解吸的ZEA的量观察为1.59±0.02,2.77±0.14,4.08±0.31,5.38±0.24,7.06±0.71,9.24± 0.59,10.79±0.64,和12.85±0.72μg/ mL的0.5,1,1.5,2,2.5%,3,3.5和4mg / ACJC,分别为(毫升Figure5A5A)。结果表明,由于培养基pH值的变化,ZEA的释放量较低,表明ACJC对ZEA的吸附随着培养基pH值的变化而稳定。

通过在平衡条件下绘制每单位质量ACJC(e吸附的ZEA的量与外相中存在的ZEA的量(e)的关系来推导吸附等温线通过OriginPro 8.5软件程序的试验版分析获得的数据,以分别通过等式(2)和(5)拟合Langmuir和Freundlich的等温模型(El-Sayed等,2014)。Langmuir模型为等温吸附图提供了适当的相关性。通过增加ACJC的剂量,逐单增加每单位质量ACJC吸附的ZEA的量。等温线呈现一个指数曲线图和典型的朗缪尔形状(Figure6A6A)。等温线为实验吸附数据提供了良好的拟合线,方差小,相关系数(R2)为0.9989。Langmuir等温线模型的分离因子或平衡参数(RL)来自方程式1。3评估ACJC对ZEA吸附的有利性。所述ř大号观察值在0.0116和0.0451之间,并建议通过ACJC ZEA的吸附性良好(埃尔-赛义德等人,2014)。观察到吸附能(b)为0.8460mL / mg,ACJC的最大ZEA吸附容量为23.14μg/ mg。Freundlich等温模型用lnqe构建对LN Ç È下面的等式(5)(Figure6B6B)。获得的相关系数为0.7049表明高度方差并且模型不适合(El-Sayed等,2014)。该研究得出结论,ACJC对ZEA的吸附符合Langmuir等温模型而不是Freundlich,这些结果也证明了ZEA的单层吸附由ACJC的均相位点(El-Sayed等,2014)。

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图6

(A) Langmuir和(B) Freundlich等温模型,用于通过麻疯树(ACJC)的AC吸附玉米赤霉烯酮(ZEA )。

该研究的结果得出结论,ACJC作为ZEA的有效去污剂。应进一步调查,提出ZEA与ACJC的详细约束机制。此外,再生研究需要详细进行以回收吸附剂。这样可以提高净化过程的经济可行性。此外,食品和饲料基质中会遇到各种霉菌毒素,因此,需要用多组分霉菌毒素来评估ACJC的竞争性吸附潜力。

ACJC 体外分析作为抗ZEA诱导毒性的解毒剂

在治疗领域,AC已经发现了多种应用并且用作解毒剂以捕获肠道中的吞咽化学物质,毒素和过量药物并阻止它们进入血流。因此,本研究最后集中于评估ACJC 在体外研究中作为抗ZEA诱导的细胞毒性的解毒剂的吸附特征许多研究已经证明ZEA的细胞毒性,并报告说ZEA通过破坏细胞膜,细胞内产生ROS分子,耗尽线粒体膜电位(ΔΨ诱导毒性中号),和细胞凋亡过程(Venkataramana等人,2014)。通过评估细胞膜损伤,ROS分子的产生,线粒体膜电位和细胞凋亡来检查ACJC对ZEA诱导的毒性的解毒作用。

活/死细胞测定是包含钙黄绿素AM和乙锭同型二聚体的双重染色技术。钙黄绿素AM是细胞渗透染料,在活细胞中,钙黄绿素AM在乙酰氧基甲酯通过细胞内酯酶水解后转化为绿色荧光钙黄绿素,因此,活细胞在GFP过滤器下呈绿色,而乙锭同源二聚体穿过受损细胞。膜和结合细胞核并在RFP过滤器下在死细胞中发出明亮的红色荧光(Haugland等,1994)。在本研究中,在ZEA处理的细胞中注意到8.69±3.30%的活细胞(绿色荧光细胞),并且死细胞(红色荧光细胞)的百分比显着(p与对照细胞相比,ZEA处理的细胞高<0.05),结果证明ZEA通过破坏细胞膜诱导细胞死亡(7A,B)。另一方面,用ACJC暴露的细胞呈现95.46±2.39%(p <0.05)的活细胞,结果显示ACJC无毒。与ACJC和ZEA一起暴露的细胞显示出90.28±5.44%(p <0.05)的活细胞,结果表明ACJC通过吸附降低培养基中ZEA的可用性降低了ZEA的细胞毒性。

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图7

利用麻疯树(ACJC)的AC的吸附性质,在体外研究中确定了作为抗玉米赤霉烯酮(ZEA)诱导的毒性的解毒剂(A)通过活/死细胞测定确定ACJC对神经-α细胞中ZEA诱导的毒性的解毒作用。p<0.05,** p <0.01,和*** p <0.001)。(B)对照细胞,ZEA暴露细胞,ACJC暴露细胞和与ZEA和ACJC一起以400倍放大率一起暴露的细胞的相差和荧光显微图像。

还通过DCFH-DA探针测定细胞内ROS分子来评估ACJC对神经-α细胞中ZEA诱导的毒性的解毒作用。DCFH-DA是一种常用的定量方法,用于测定氧化物种。通过细胞酯酶将DCFH-DA脱乙酰化为非荧光化合物,并通过细胞内ROS进一步氧化成2',7'-二氯荧光素(DCF)荧光分子(Kumar等,2016 ; Sellamani等,2016)。在本研究中,与对照组相比,ZEA处理细胞中细胞内ROS的百分比(267.24±19.46%)较高(p<0.05)。另一方面,在ACJC处理的细胞中,细胞内ROS分子的百分比没有太大影响(110.23±8.06),并且这些结果与活/死细胞测定一致并且证实了ACJC的无毒性(8A,B)。结果表明ZEA通过细胞内ROS分子的产生诱导氧化应激的细胞毒性(Venkataramana等,2014)。当细胞暴露于ZEA和ACJC的组合时,细胞内ROS分子的百分比(118.37±10.79%)相对较少且不受影响(p <0.05)。原因是ACJC通过吸附降低了ZEA在培养基中的可用性,因此,细胞内ROS分子的水平不受ZEA的影响。

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图8

(A)通过估计细胞内ROS分子,测定麻疯树(ACJC)的AC对神经节-2a细胞中玉米赤霉烯酮(ZEA)诱导的毒性的解毒作用p <0.05,** p <0.01,和*** p <0.001)。(B)对照细胞,ZEA处理细胞,ACJC处理细胞和与ZEA和ACJC一起以400×放大倍数处理的细胞的相差和荧光显微图像。

ACJC对神经细胞2A ZEA诱导的毒性解毒剂作用通过测定ΔΨ评估中号使用探针若丹明123若丹明123是细胞渗透性的,阳离子的探针,并且通过代谢活性的线粒体的螯合作用发出绿色荧光,并测量作为ΔΨ的指示符中号的小区的。在ΔΨ耗尽中号电池的停止三磷酸腺苷(ATP)分子的合成,并激活细胞凋亡过程(斯卡杜托和Grotyohann,1999)。在本研究中,ΔΨ 中号细胞是显著(p <0.05)消耗到32.53±6.17%的ZEA的曝光(9A,B)和另一只手,ΔΨ 中号与对照组相比,ACJC治疗明显不受影响(96.01±1.85)(p <0.05)。此外,对于和ZEA处理ACJC一起细胞是明显(p <0.05)未表现出ΔΨ耗尽中号(92.90±3.66)。结果得出的结论是ACJC吸附了ZEA和ZEA媒体的可用性较低,因此,玉米赤霉烯酮未能耗尽ΔΨ水平中号电池。

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图9

(A)的AC的建立麻疯树作为对抗玉米赤霉烯酮(ZEA)的解毒剂(ACJC)通过评估线粒体膜电位(ΔΨ诱导在神经细胞2A毒性中号)。p <0.05,** p <0.01,和*** p <0.001)。(B)对照细胞,ZEA处理细胞,ACJC处理细胞和与ZEA和ACJC一起以400×放大倍数处理的细胞的相差和荧光显微图像。

细胞凋亡是通过各种毒性化合物诱导细胞死亡的常见方式(Venkataramana等,2014)。在本研究中,ACJC对ZEA诱导的毒性的解毒作用通过使用半胱天冬酶-3检测试剂盒按照制造商的说明测量半胱天冬酶3的水平来确定。半胱天冬酶3是半胱氨酸 - 天冬氨酸蛋白酶家族的缔合物,其连续激活在细胞凋亡的实现中起主要作用。半胱天冬酶3水解乙酰基Asp-Glu-Val-Asp 7-酰氨基-4-甲基香豆素(Ac-DEVD-AMC)并释放荧光AMC。释放的AMC浓度与caspase 3和凋亡水平成正比(Riss等,2016)。释放的AMC浓度由AMC标准品的校准曲线确定。在本研究中,胱天蛋白酶3的水平升高至186.53±12.66%的ZEA的治疗与对照相比(p <0.05),它得出结论,ZEA诱导细胞通过凋亡(死亡Figure1010)。虽然用ACJC暴露的细胞明显(p <0.05)但没有表现出升高的caspase-3水平(102.77±3.31)。暴露于ZEA和ACJC组合的细胞也显着(p <0.05)未表现出升高的半胱天冬酶3水平(109.38±5.93),这是由于通过ACJC吸附ZEA在培养基中ZEA的可用性较低。

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图10

通过测定caspase-3水平(p <0.05,** p <0.01和*** p)分析麻疯树(ACJC)AC 对玉米赤霉烯酮(ZEA)诱导的神经-2a细胞毒性的解毒作用<0.001)。

所有上述研究共同得出结论,ACJC已经确立了作为抗ZEA诱导的细胞毒性的解毒剂。此外,需要体内研究来评估ACJC作为抗ZEA诱导的毒性的解毒剂的应用。然而,为了支持我们的研究Abdel-Wahhab等。(2015)评估了AC对大鼠DON诱导的细胞毒性和遗传毒性的解毒作用,并得出结论AC可以是治疗DON诱导的毒性的更好的解毒剂。JECFA还评估了通过ZnCl 2化学方法制备的AC的毒性,并推荐用作食品和饲料添加剂来净化各种有毒化合物(JECFA,2010))。因此,该研究的结论ACJC可以用作去污并抵靠ZEA诱导的毒性的解毒剂和研究的全面的结果是在图形设计在呈现Figure1111

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图11

的图解说明(A)玉米赤霉烯酮(ZEA)的吸附的AC 麻疯树(ACJC)和(B)的解毒剂下ACJC的动作针对ZEA引起的毒性在体外

去:

结论

我们采用ZnCl 2化学活化法麻疯树种壳中合成了AC 通过使用各种分析技术(包括XRD,拉曼光谱,SEM-EDX和BET表面分析)表征ACJC的物理化学特征。XRD光谱表明J. Curcas的原种壳成功碳化成结晶AC。从拉曼光谱分析获得的结果证实了ACJC的石墨相的形成。SEM图像描绘了ACJC由于其多孔结构和形态而表现出大的表面积,并且已经从BET结果证实了相同的结果。此外,通过EDX分析确认制备的ACJC样品中碳和氧的存在。用各种参数(接触时间,ZEA和ACJC的剂量,以及培养基的pH)研究ACJC对ZEA的吸附。ACJC在短时间内吸附了ZEA,并且在吸附平衡时间的建立之前注意到ZEA的吸附。ACJC的剂量有效地确定了ZEA的吸附,并显示吸附是剂量依赖性的。ACJC对ZEA的吸附对介质的不同pH影响不大。通过改变培养基的pH来研究ZEA的解吸,并且由于培养基的pH变化,少量的ZEA被解吸,结果表明ACJC对ZEA的吸附是稳定的。吸附研究结果与Langmuir吸附等温线模型吻合良好,这些结果证明了ACJC对ZEA的均匀吸附。ACJC对ZEA的最大吸附测定为23.14μg/ mg。该研究得出结论,ACJC对ZEA的去污有效。研究了ACJC对ZEA诱导的毒性的治疗应用 通过改变培养基的pH来研究ZEA的解吸,并且由于培养基的pH变化,少量的ZEA被解吸,结果表明ACJC对ZEA的吸附是稳定的。吸附研究结果与Langmuir吸附等温线模型吻合良好,这些结果证明了ACJC对ZEA的均匀吸附。ACJC对ZEA的最大吸附测定为23.14μg/ mg。该研究得出结论,ACJC对ZEA的去污有效。研究了ACJC对ZEA诱导的毒性的治疗应用 通过改变培养基的pH来研究ZEA的解吸,并且由于培养基的pH变化,少量的ZEA被解吸,结果表明ACJC对ZEA的吸附是稳定的。吸附研究结果与Langmuir吸附等温线模型吻合良好,这些结果证明了ACJC对ZEA的均匀吸附。ACJC对ZEA的最大吸附测定为23.14μg/ mg。该研究得出结论,ACJC对ZEA的去污有效。研究了ACJC对ZEA诱导的毒性的治疗应用 ACJC对ZEA的最大吸附测定为23.14μg/ mg。该研究得出结论,ACJC对ZEA的去污有效。研究了ACJC对ZEA诱导的毒性的治疗应用 ACJC对ZEA的最大吸附测定为23.14μg/ mg。该研究得出结论,ACJC对ZEA的去污有效。研究了ACJC对ZEA诱导的毒性的治疗应用体外神经细胞2a。结果表明,ACJC通过降低ZEA吸附ZEA在培养基中的可用性,成功地保护细胞免受ZEA诱导的细胞毒性。该研究得出结论,ACJC是ZEA的有效去污剂,可用作抗ZEA诱导的毒性的解毒剂。因此,我们证明了使用工业上可升级的技术从植物来源获得的经济上可行的ACJC可以是市场上商业上可获得的AC的有希望的替代品。我们坚信,这项工作将对用于净化真菌毒素的自然资源开发环保型功能性AC材料产生巨大影响。


(责任编辑:活性炭网)
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