《食品科學》：河南工業大學張玉榮教授等：氧化石墨烯基功能材料在食品真菌毒素吸附脫除中的研究進展

真菌毒素是一類有毒的次生代謝產物，主要由青霉屬（Penicillium）、曲霉屬（Aspergillus）和鐮刀菌屬（Fusarium）等絲狀真菌產生。其污染不僅造成嚴重的經濟損失，還通過食物鏈危害人類及動物健康，已成為當前食品安全領域亟待解決的關鍵問題之一。為保障公共健康，各國已陸續制定嚴格法規，對食品中主要真菌毒素的含量設定限值，如黃曲霉毒素（AFs）、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）、展青霉素（PAT）、赭曲霉毒素A（OTA）和玉米赤霉烯酮（ZEN）等。

為有效控制真菌毒素污染，研究人員已開發出多種真菌毒素脫除方法，包括物理、化學和生物方法。然而，化學法可能引入二次污染，生物法對環境條件敏感，而物理吸附法因其操作簡便、普適性強且不破壞食品基質，被認為是一種極具應用潛力的控制策略。傳統吸附劑雖成本低廉，但普遍存在吸附容量有限、選擇性不高等瓶頸。盡管近年來以金屬有機框架（MOFs）等為代表的新興多孔材料在性能上取得了顯著突破，但其高昂的成本與復雜的制備工藝限制了其規模化應用。在此背景下，氧化石墨烯（GO）作為一種先進的二維碳納米材料，因其獨特的結構特性、易于規模化制備及優異的功能化潛力，在吸附領域展現出廣闊的應用前景。然而，要實現GO基材料在食品領域的有效應用，仍需深入探究其在復雜食品基質中的吸附性能與穩定性，并系統評估其作為納米材料可能帶來的生物安全風險。

河南工業大學糧食和物資儲備學院的張玉榮、李曄、杜耕安*等人全面梳理并分析GO基材料在真菌毒素脫除領域的研究進展顯得尤為必要。本文首先將其與傳統吸附材料及其他新興材料進行比較，明確其優勢。在此基礎上，重點闡述GO基吸附劑的設計、制備與性能優化策略，系統梳理近5 年來其在各類食品基質中的應用進展與作用機制。最后，深入探討其在實際應用中面臨的基質干擾與生物安全性挑戰，旨在為開發高效、高選擇性且安全可靠的新一代真菌毒素脫除材料提供理論依據與創新思路。

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傳統與新興吸附材料在食品真菌毒素脫除中的應用現狀與局限性

物理吸附法因其環境友好、操作簡便等優勢，在真菌毒素脫除領域備受關注。其效能主要取決于吸附劑的比表面積、孔徑分布、表面化學性質以及與毒素分子的相互作用機制。目前，常用的傳統吸附材料主要分為4 類：硅鋁酸鹽類礦物吸附劑、傳統碳基吸附劑、有機高分子吸附劑及生物源吸附劑（表1）。例如，活性炭對多種真菌毒素表現出良好的吸附效果，但其非特異性吸附常導致食品中的風味物質和營養成分損失。總之，傳統吸附材料雖具有成本低廉的優勢，但普遍面臨吸附容量有限、選擇性差、再生困難等問題，特別是對ZEN和DON等弱極性毒素，由于缺乏特異性識別位點，吸附效率顯著受限。這種固有的性能缺陷，限制了其在高效、精準脫毒應用中的推廣。

為克服傳統材料的局限性，以MOFs和共價有機框架（COFs）為代表的新興多孔材料得以快速發展，憑借其極高的比表面積、可精確調控的孔徑結構及豐富的活性位點，在真菌毒素吸附領域展現出卓越性能。例如，Du Qiuling等開發的MOF-235可在30 min內高效同步去除植物油中的多種真菌毒素，且不影響油脂品質。Ma Fei等以銅苯-1,3,5-三羧酸鹽（Cu-BTC MOF）為前體衍生的多孔碳，對AFB1的脫除率高達90%以上。同樣，磁性COF材料（Fe3O4@COFs）對水相中AFB1的吸附量可達420 μg/mg。而花狀COF纖維膜（PAN@COF FM）則表現出優異的循環穩定性。盡管MOFs和COFs在吸附性能上取得了重大突破，但其推廣應用仍面臨嚴峻挑戰。其復雜的合成工藝、苛刻的反應條件不僅導致生產成本較高，也為規模化制備帶來了阻礙。此外，部分MOFs材料在水相或復雜食品基質中的化學穩定性不足，可能導致結構坍塌或金屬離子浸出，引發二次污染。

在此背景下，相較于結構復雜、成本高昂的MOFs和COFs，GO因其來源廣泛、制備工藝成熟，在成本控制與規模化生產方面具有顯著優勢，為真菌毒素的高效脫除提供了一種更具前景的可行路徑。GO不僅具有高比表面積，其表面豐富的含氧官能團（如羥基、羧基、環氧基）還能通過氫鍵、π-π堆積和靜電作用等多重機制與真菌毒素強效結合。更重要的是，GO是一種理想的二維功能平臺，易于進行復合與功能化改性。例如，其片層可有效負載Fe3O4等納米顆粒以實現磁性分離；表面官能團還可用于接枝特異性識別分子或構建三維多孔結構，從而實現性能協同優化。因此，深入探究GO基功能材料的設計、性能調控及其在食品體系中的應用，對于推動高效真菌毒素吸附技術的發展至關重要。

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GO基吸附材料的結構特性與功能化改性

GO作為一種單原子層厚度的二維碳納米材料，憑借其巨大的比表面積和豐富的表面官能團，在吸附領域展現出巨大潛力。然而，在實際應用中，GO片層間易因范德華力和π-π堆積作用發生不可逆的團聚現象，這不僅顯著降低了其有效比表面積和活性位點的利用率，也限制了其吸附脫除效率。為克服這些固有缺陷并進一步提升其吸附性能，研究人員致力于開發各種制備與改性技術。主要包括優化GO的制備方法（如通過化學氣相沉積、電化學剝離等方法以獲得高質量GO）、對G O 進行功能化修飾（如引入特定官能團、元素摻雜）以及將其與其他功能材料復合（如通過表面修飾、包覆等手段）。目前用于真菌毒素吸附的GO基材料大體上可分為3 類：GO本身、功能化GO以及GO基復合吸附劑（圖1）。

2.1 GO

GO通過天然石墨經強氧化剝離制備，其基面在保留部分sp2共軛結構的同時引入了大量含氧官能團：如基面隨機分布的羥基（—OH）和環氧基（C—O—C），以及邊緣富集的羧基（—COOH）和羰基（C＝O）（圖2）。這些官能團雖破壞共軛體系，卻賦予GO優異的分散性和穩定性。更重要的是，這些官能團賦予了GO多樣化的真菌毒素吸附機制。表面及邊緣的含氧基團作為主要活性位點，可與毒素分子中的極性基團（如羥基、羰基等）通過氫鍵和靜電相互作用發生結合；殘留的sp2共軛區域則通過π-π堆積作用有效捕獲具有芳香環結構的毒素分子；邊緣的羧基不僅參與靜電作用，還具備共價反應活性，可經酯化或酰胺化反應實現毒素的定向固定化。此外，GO的高比表面積和層間納米孔隙有助于通過物理吸附與孔道效應增強對毒素的截留能力，而部分疏水性sp2區域還可通過疏水作用吸附非極性或弱極性毒素片段。在實際吸附過程中，多種機制往往協同作用，其主導機制取決于毒素分子結構、溶液pH值及GO表面官能團組成等多重因素的共同調控。

許多研究已證明，未經特殊改性的GO對真菌毒素具有吸附能力。喻理等發現GO能夠吸附AFB1，其最大吸附量為62.5 ng/mg，且不受AFB2共存的影響。Horky等在小麥基質的體外實驗中觀察到，GO在pH 5.0條件下對AFB1、ZEN和DON分別表現出0.045、0.53、1.69 mg/g的吸附能力。Cui Yixuan等使用GO作為分散固相萃取（D-SPE）吸附劑，成功應用于雞肝樣品中痕量OTA的凈化與富集檢測。González-Jartín等的研究也表明包含GO的混合吸附劑對水溶液中的霉菌毒素具有去除效果，去除率可達70%（最大吸附量達598 ng/g）。GO雖已被證明具有真菌毒素吸附潛力，但其吸附容量普遍偏低且在復雜食品基質中易受干擾，選擇性有限。因而，亟需通過功能化與復合化策略進一步提升其綜合性能。

2.2 功能化GO

功能化GO是指通過化學或物理方法，在GO表面引入新的官能團或改變其表面化學環境而得到的一類衍生物材料。依據改性方式，主要可分為共價功能化、非共價功能化和元素摻雜。其中，元素摻雜可有效調控GO的電子結構特性，然而其制備過程通常需要依賴離子轟擊或高溫處理等苛刻條件，存在制備成本高且工藝復雜等問題，限制了該類材料在吸附領域的大規模實際應用。

2.2.1 共價功能化

共價功能化是利用GO表面豐富的含氧官能團（主要有羧基、環氧基和羥基）作為反應位點，通過化學作用將特定的功能分子或基團，如氨基、巰基和硅烷基等，接枝到GO骨架上，從而增強其吸附特性。常見的化學反應包括氨基化、酰胺化、異氰化、環氧開環等。氨基化GO是通過GO與含氨基試劑（如乙二胺、聚乙烯亞胺（PEI）等）反應制備。引入的氨基在溶液中質子化后可與帶負電的毒素形成強靜電吸附；同時，氨基也可作為氫鍵供體或受體，增強GO與毒素分子中極性基團的相互作用，從而提高結合特異性。已有研究表明，氨基修飾能顯著增強GO對PAT的結合親和力，相關功能化材料已被廣泛用于制備針對PAT的分子印跡聚合物（MIP）。此外，研究發現巰基對某些毒素分子同樣具有較強的親和作用。Zhao Mengya等采用巰基修飾策略顯著提升了植物乳草粉對OTA的吸附性能，為開發高效巰基化GO真菌毒素吸附劑提供了新思路。

共價功能化策略通過精確調控GO表面官能團的種類、密度和分布，可同時保留其固有層狀結構和活性位點，并引入特異性識別基團，為開發高效選擇性真菌毒素吸附劑提供了新途徑。

2.2.2 非共價功能化

非共價功能化是利用π-π相互作用、氫鍵、離子鍵、靜電相互作用或范德華力等非共價鍵合力，將功能分子吸附或包覆在GO表面，通常不破壞GO本身的骨架結構。該策略能有效改善GO的分散性、穩定性，并引入新的功能特性。Choi等通過聚苯乙烯的質子化胺基與GO表面羧基之間的非共價作用進行改性，賦予了材料優異的溶劑分散性及吸附性能。Ge Xuesong等采用十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）對還原GO進行改性，所得材料在水中分散性良好，且對有機污染物的吸附能力顯著增強。

非共價改性策略靈活多樣。陰離子基團的引入能夠增加GO表面的負電荷密度，從而增強其對帶正電物質的靜電吸附能力；長鏈烷基分子的修飾可增強疏水作用，提升GO對有機污染物的捕獲能力；而芳香基團的修飾則可通過增強π-π堆積作用，提高GO對含苯環毒素分子的識別能力。在此類改性中，表面活性劑常扮演雙重角色，既能作為分散劑穩定GO，又可作為功能單元參與構建協同吸附體系。然而，目前非共價功能化GO在食品真菌毒素吸附領域的應用仍面臨一定挑戰，如改性劑可能因非共價鍵合力較弱而發生脫附，導致吸附性能不穩定或引入二次污染；同時，在復雜的食品基質中，還可能存在競爭吸附等問題，這些都需要進一步的研究與優化。

2.3 GO基復合材料

為突破單一GO材料的性能局限，充分發揮不同材料的協同優勢并賦予吸附劑多重功能，研究者通過物理、化學方法構建GO基復合材料，利用組分間協同效應實現吸附性能的集成優化，以滿足食品高效脫毒的復雜要求。在復合材料中，GO通常作為優良的二維基底或平臺，提供大的比表面積、豐富的連接位點和基礎的吸附能力。與之復合的功能組分則根據應用需求引入特定的功能。常見的復合方法包括：1）引入Fe3O4等磁性納米顆粒，賦予材料快速磁響應分離能力；2）結合MIP、抗體和核酸適配體等識別元件，賦予材料對目標毒素的高特異性識別與選擇性吸附能力；3）摻雜殼聚糖等生物相容性良好的高分子材料，提高其在食品中應用的安全性與適用性；4）復合其他納米材料，以期獲得更高的比表面積、更優異的孔道結構，或賦予材料光催化降解等附加功能。通過合理的設計和組分選擇，GO基復合材料通常能展現出較單一組分更為優異的綜合性能和應用潛力。

當前，根據復合組分的性質及其功能互補機制，GO基復合材料主要可分為3 類：GO-無機納米復合材料、GO-有機高分子復合材料及GO-多重復合材料（指含兩種及以上功能相的系統）。該分類體現了GO基吸附劑從“功能增強”到“多功能集成”的設計演進。GO-無機納米復合材料通過引入金屬氧化物或貴金屬等組分，有效抑制GO團聚，增加活性位點，并賦予磁分離或催化降解等附加功能。GO-有機高分子復合材料則利用高分子的生物相容性、機械強度或特異性識別能力，提升GO在復雜食品基質中的分散性、穩定性與選擇性。而GO-多重復合材料通過整合無機納米粒子、有機高分子乃至生物組分，實現吸附、降解與識別等功能的協同耦合，是當前研究的前沿方向。

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GO基材料在食品真菌毒素吸附脫除中的應用

近年來，各類GO基吸附劑在食品真菌毒素脫除領域的研究取得了顯著進展。然而，盡管對GO的改性策略（包括功能化與復合化）層出不窮，但對不同策略所制備的材料在實際食品基質中的性能差異、作用機制及構效關系鮮見系統性論述。基于前述GO基吸附材料的分類，本部分將系統梳理并綜述功能化GO及各類GO基復合材料在實際或模擬食品體系中的應用進展，并重點剖析其吸附機理，以期為高性能吸附劑的設計提供更清晰的指導。

3.1 功能化GO吸附劑的應用

通過共價或非共價修飾手段在GO表面引入特定的功能基團，可以顯著提升其對目標真菌毒素的吸附選擇性、吸附容量以及在復雜基質中的分散穩定性。Bai Xiaojuan等將兩親性分子雙十二烷基二甲基溴化銨（dDDAB）作為修飾劑建立功能化GO（FGO），實現了玉米油中ZEN的高效去除（圖3A）。該過程涉及多重協同機制：DDAB的疏水長鏈促使FGO在油相中形成微膠束，顯著提升其分散性并增強與ZEN的疏水作用；堿性條件下FGO表面負電荷增加，削弱與ZEN的靜電排斥作用，促進吸附；同時，ZEN與GO表面含氧基團間的氫鍵及π-π共軛作用，以及其在GO層間的吸附，也協同促進了ZEN的高效吸附。熱力學分析證實該過程為自發吸熱反應。類似地，Liu Manshun等構建了巰基功能化的GO與硅藻土復合材料（GO-SH/硅藻土），用于果汁中PAT的脫除（圖3B）。其吸附以化學吸附為主導：GO-SH表面的巰基與PAT中的親電基團形成穩定共價鍵，賦予材料高選擇性，該過程由偽二級動力學模型證實為速率控制步驟；氫鍵與范德華力等物理作用也參與其中，弗羅因德利希等溫線表明吸附發生在非均質的多分子層表面；顆粒內擴散模型進一步揭示吸附受邊界層擴散與內擴散共同調控。該吸附劑在商業果汁中對PAT的去除率超過90%，且對果汁品質無顯著影響。上述研究表明，通過合理的功能化設計，可以有效調控GO基材料的表面性質和作用機制，從而開發出適用于特定食品體系和目標毒素的高效吸附劑。

3.2 GO-無機納米復合吸附劑的應用

將無機納米粒子（如金屬氧化物、金屬納米顆粒等）與GO復合，是利用不同組分間的協同效應，獲得兼具高比表面積、優良穩定性及特定功能的新型吸附材料的有效途徑。

3.2.1 GO-SiO2復合吸附劑

SiO2是常見的與GO復合的無機氧化物材料。王恒玲等將GO與氨基化SiO2微球偶聯，合成SiO2-GO復合固相萃取吸附劑，用于植物油中AFB1與AFB2的富集和檢測。該復合吸附劑機制在于多重作用力的協同：GO基底通過π-π堆積和氫鍵與AFB1和AFB2結合，而SiO2微球則作為三維骨架有效抑制了GO片層的堆疊，增加了吸附界面，共同實現了對植物油中毒素的高效富集。類似地，Yu Li等制備了SiO2包裹GO的復合吸附材料，并首次用于谷物樣品中AFs的吸附檢測（圖4）。SiO2不僅增強了機械穩定性，其表面修飾的氨基還提供了額外的靜電吸附和氫鍵位點，與GO的吸附能力形成互補，對玉米和水稻中AFs的回收率分別達到了76.8%～104.7%和81.1%～106.9%（相對標準偏差＜12.4%）。

3.2.2 GO-金屬及其氧化物復合吸附劑

與金屬納米顆粒或其他金屬氧化物復合是提升GO吸附性能的另一重要策略。金屬或金屬氧化物納米粒子可以有效地插層于GO片層之間，抑制GO片層的π-π堆積，從而維持其高比表面積；同時，GO也為這些納米粒子提供了優良的分散載體，避免了納米粒子自身的凝集。Guo Wenbo等利用L-半胱氨酸和VC還原GO制備了還原型GO（rGO）-金納米顆粒（AuNPs）吸附劑，引入的AuNPs作為關鍵功能組分，不僅插入rGO層間抑制其不可逆聚集，增大層間距并暴露更多活性位點，還通過增強復合材料整體導電性促進界面電子轉移。該復合吸附劑能高選擇性分離包括AFs、OTA、橘霉素和DON在內的29 種生物毒素，并已成功應用于實際樣品如花生、小麥和玉米中AFs的富集檢測。Jiang Keqiu等進一步將該復合材料用于牛奶中AFs、OTA和ZEA等9 種真菌毒素的萃取，證實了其在液體基質中同樣具有優異的吸附性能。

在此類復合材料中，磁性GO（MGO）復合材料因其能夠在外加磁場下實現快速分離、易于回收再利用的突出優勢，成為當前研究的熱點。Gan Ningzhou等首次將GO與Fe3O4復合，構建了MGO，在pH 3.0～8.0范圍內，10 min內即可選擇性去除95%以上的AFM1，其吸附依賴于GO的疏水表面及芳香結構與AFM1疏水芳香環之間發生的疏水作用和π-π堆積。同時，在適宜pH值條件下，靜電引力會進一步增強吸附親和力。引入的Fe3O4不僅賦予材料超順磁性，實現高效磁分離，還能有效改善GO的分散性，抑制片層團聚。Ji Junmin等采用Hummer法合成GO，并經硼氫化鈉還原獲得rGO，隨后通過共沉淀法分別在GO和rGO上均勻負載Fe3O4納米顆粒，成功制備了MGO和磁性還原GO（MrGO）（圖5A）。該類材料融合了GO與rGO的多元吸附機制與Fe3O4的磁響應性及結構支撐作用，實現了對AFB1的高效捕獲與便捷分離。結果表明，MGO和MrGO對污染油樣中AFB1的去除效果顯著增強，最大吸附容量達0.71～1.68 ng/g，且經磁場快速分離后，油樣可直接用于后續檢測（圖5B）。表2系統總結了近年來MGO在食品毒素去除中的研究進展。

3.3 GO-有機高分子復合吸附劑的應用

將GO與殼聚糖、纖維素、海藻酸鈉和木質素等天然高分子材料進行復合，是實現優勢互補、構建高性能毒素吸附劑的新途徑。GO可顯著提升復合材料的比表面積和機械強度，而天然高分子則能賦予材料優良的生物相容性和功能多樣性。例如，接枝PEI可提供豐富的氨基吸附位點，復合羧甲基纖維素（CMC）則能引入良好的生物降解性。這些設計均有效拓展了GO在選擇性吸附中的應用范圍。

Tezerji等通過水熱法制備了β-環糊精（β-CD）功能化的多孔石墨烯（PG）納米復合物（β-CDPG）（圖6A）。該材料的協同吸附在于GO提供基礎吸附平臺，而β-CD則通過其疏水內腔的包合作用和親水外緣的氫鍵作用，特異性地捕獲AFs，實現了對食品及飼料樣品中痕量AFs的高靈敏度富集。事實上，許多GO-高分子復合材料的設計旨在解決粉末材料的回收困難與實際操作繁瑣難題。張俊苗等采用聚醚砜（PES）包覆，成功制備了具有核殼結構的GO@PES復合微球（圖6B）。該材料在保持GO吸附核心的同時，兼具了優良的機械強度和可回收性，為工業化應用提供了新方案。李珺沬等將經多巴胺修飾（以引入氨基增強靜電作用）的GO涂覆于攪拌棒表面，開發出一種新型攪拌棒吸附萃取技術，實現了對糧食中痕量AFs的便捷富集。

氣凝膠作為一種理想的三維多孔骨架，也為GO的固定化和高效利用提供了創新方案。Liu Manshun等將巰基功能化GO（GO-SH）嵌入以CMC/PEI構成的三維交聯網絡中，制備出結構穩定的GO-SH/氣凝膠復合吸附劑（圖6C），實現了對PAT的特異性吸附。其高效吸附能力源于吸附與傳質的協同優化：GO-SH作為吸附核心，其表面含氧官能團可提供靜電吸附位點，而引入的巰基則能與PAT分子中的親電基團形成穩定的共價鍵合，顯著提升吸附的特異性與結合強度；同時，氣凝膠作為傳質骨架，憑借其高度連通的三維多孔網絡結構，有效促進了PAT分子向材料內部活性位點的快速擴散，顯著提高傳質效率與吸附動力學。該復合材料對PAT的吸附容量達24.75 μg/mg，優于多數已報道的同類吸附劑。上述研究表明，GO-有機高分子復合策略通過協同整合GO的獨特性質與高分子的功能多樣性，在改善材料物理形態和機械性能的同時，實現了吸附性能、選擇性和可回收性的優化統一。

3.4 GO-多重復合吸附劑的應用

將GO與金屬氧化物、高分子聚合物、生物分子等功能材料進行協同組裝，制備具有特定集成功能的新型多重復合吸附劑。這類多組分復合材料突破了單一功能限制，可通過精準調控組分種類、比例及復合方式，實現吸附性能與其他功能的多重優化。當前，研究重點已從單純追求吸附性能的提升，逐漸轉向多功能化與可回收性的協同設計。

3.4.1 吸附-降解-回收一體化

這類材料旨在通過吸附富集毒素，并利用光催化等高級氧化技術將其原位降解，從而徹底脫除并避免二次污染。Sun Shumin等研究發現，MGO/TiO2復合材料能夠高效降解玉米油中的AFB1。在該體系中，MGO不僅增強了對AFB1的富集能力，還通過促進光生電子-空穴對的分離，顯著提升了TiO2的光催化活性。降解過程中，空穴（h＋）與羥自由基（·OH）作為主要活性物質，可分別直接攻擊AFB1分子及其活性基團。在紫外-可見光照射120 min后，AFB1的降解率可達96.4%，且處理后的油品在儲存180 d內保持穩定。劉亞杰等進一步證實了該材料存在顯著的吸附-光催化協同增效機制，在10 mg催化劑/10 mL AFB1溶液（2.5 μg/mL）體系中，經250 W汞燈照射120 min后，降解率高達96.1%。Sun Shumin等則制備了多孔石墨氮化碳/GO水凝膠微球，該微球在可見光照射120 min后，對花生油中AFB1的降解率可達98.4%，且循環5 次后效率仍保持95%以上，顯示出良好的穩定性和應用前景。此外，Cu-MOFs因其高氧化還原電位、優異的光催化活性及相對較低的成本，在污染物降解領域也備受關注。Samuel等制備了GO/Cu3(BTC)2/Fe3O4，通過融合GO的多孔吸附性能、Cu3(BTC)2的光催化活性及Fe3O4的磁性分離優勢，實現功能互補。該復合材料顯著提升了對AFB1的降解效能與操作便捷性，在麥芽和玉米糖漿中實現了高達99%的AFB1降解率。

3.4.2 吸附-特異性識別-回收一體化

將MIP、核酸適配體等高選擇性識別材料與GO復合，可賦予吸附劑特異性識別能力，實現復雜食品基質中目標毒素的精準去除與痕量富集。Ku Mengdan等在MGO/TiO2光催化劑的基礎上，進一步修飾了對AFB1具有特異性結合能力的核酸適配體，構建了MGO/TiO2-aptamer多功能材料。該材料不僅具備前述的吸附-降解性能，還能特異性識別并富集花生油中的痕量AFB1，實現了GO基復合材料在多功能協同與性能優化集成方面的重要進步。Yao Handong等則基于MGO磁性吸附劑與金屬有機框架材料UiO-66，構建了一種新型同質雙識別電化學適配體傳感器，用于AFB1的高效率富集及高準確度檢測。該傳感器中，MGO負責對復雜樣品中AFB1的識別與磁性富集，而UiO-66/二茂鐵甲酸（Fc）/適配體復合探針則兼具識別與信號輸出功能。兩者協同作用，在均相體系中實現雙重識別與信號放大，從而顯著提升檢測性能。Alilou等將MOF-808與MGO復合，并在此基礎上構建了表面MIP，制備了MGO/MOF-808@MIP復合材料。MOF-808的多孔結構提供了高比表面積和傳質通道，促進目標分子的傳輸與捕獲；MGO作為功能基底，不僅增強材料的機械穩定性，還有利于MIP層的穩固錨定。MIP層中預先設計的、與AFs空間構型和官能團匹配的識別空腔，可通過氫鍵和π-π堆積實現對AFs的特異性識別與高選擇性吸附。實驗結果表明，該材料對目標毒素的吸附性能顯著優于原始MOF-808和GO。Nurerk等則開發了一種基于杯[4]芳烴功能化氧化石墨烯/聚多巴胺-醋酸纖維素復合材料（GO-CA/PDA-CFs）的吸附材料。GO作為核心載體，通過π-π相互作用捕獲AFs的芳香環，并為PDA和杯芳烴提供穩定負載平臺；PDA通過其氨基形成氫鍵并構建疏水界面；杯芳烴則憑借酚羥基強化氫鍵作用，并利用其空腔結構提升選擇性。三者協同作用，通過氫鍵、疏水作用與π-π堆積顯著增強對AFs的吸附容量與特異性。其三維多孔結構可直接用作固相萃取柱填料，結合HPLC，成功實現了玉米樣品中AFs的高效富集與檢測（圖7A）。

3.4.3 吸附-多功能協同-回收一體化

GO基多重復合材料通過集成廣譜吸附、生物相容及抑菌等多功能特性，為新型吸附劑設計提供了更廣闊的研究方向。Ali Hosseini等開發了一種基于MGOSiO2/ZnO納米復合材料的固相萃取吸附劑。在該材料中，ZnO賦予了材料抑菌能力，SiO2提供了多孔結構以促進吸附，MGO則保證了磁回收的便利性。這種協同作用使得該材料能夠高效富集食品（小麥、豌豆、白胡椒）中的4 種AFs。Pirouz等通過將MGO納米粒子與殼聚糖進行三元復合，不僅利用了殼聚糖表面氨基提供的特異性吸附位點和Fe3O4納米粒子的超順磁性，還兼顧了材料良好的生物相容性，從而實現了對棕櫚仁餅中3 種典型真菌毒素（AFB1、OTA、ZEA）的協同高效去除。Karami-Osboo等采用一鍋法將MGO、CMC和聚苯胺（PANI）納米管復合，制備了MGO@CMC@PANI多組分復合材料。該材料利用各組分提供的π-π相互作用、氫鍵和靜電吸引等多重吸附位點，實現了對水稻樣品中AFB1和AFB2的高效吸附（圖7B）。黃靜等制備了GO/金屬離子復合改性的沸石（GO-Ca-Z）。GO作為功能組分，憑借其表面芳香結構通過π-π相互作用與AFB1的芳香環結合，其含氧官能團也參與形成范德華力作用。沸石組分則通過表面可交換Ca2＋與AFB1發生離子交換作用。吸附動力學符合準二級模型，表明化學吸附為主要控速步驟。在模擬胃腸道環境中對花生粕進行的體外吸附，該材料對AFB1展現出優異的吸附性能，顯示了其在飼料脫毒領域的應用潛力。Ma Fei等通過共培養和水熱法相結合的兩步策略，將MGO與真菌菌絲（FM）巧妙結合，制備了一種具有分層結構的FM@GO@Fe3O4復合吸附劑，用于同時去除AFB1和ZEN（圖7C）。首先，GO片層通過共培養包覆在菌絲體表面形成FM@GO復合材料；隨后，Fe3O4納米顆粒通過水熱法原位錨定到GO片層上。GO作為關鍵組分，憑借其sp2雜化碳結構通過π-π堆積作用與兩種毒素的芳香環結合；FM通過表面—NH2、—OH等官能團與毒素形成氫鍵，并通過疏水相互作用結合非極性基團；Fe3O4除賦予材料磁性分離功能外，其表面電荷也參與靜電吸附過程。三者協同實現了對AFB1和ZEN的多機制、高效吸附與便捷分離。實驗結果表明，該吸附劑對AFB1和ZEN的吸附容量分別達到了0.35 μg/mg和8.98 μg/mg，優于許多已報道的吸附材料。這種兼具高效吸附與便捷磁分離特性的生物基復合材料為植物油等食品的綠色脫毒提供了新的解決方案。

這些研究充分證明，通過“吸附-多功能協同-回收”的一體化設計，可以開發出針對性強、綜合性能優異的GO基多重復合吸附劑，為食品中真菌毒素的高效、安全、可持續控制提供了富有前景的新途徑。

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GO基吸附材料在復雜基質中的性能與生物安全性評估

GO基吸附劑在邁向實際食品應用的過程中，面臨從理想水溶液體系到復雜食品基質的重大挑戰，這種“基質效應”顯著影響材料的吸附性能與應用可靠性。首先，在高脂、高蛋白等復雜食品體系中，內源性成分（如脂質、蛋白質）易與真菌毒素競爭吸附位點，同時體系的高黏度也會抑制傳質過程，導致吸附效率普遍低于水相環境。其次，食品中的天然乳化成分（如蛋白質、磷脂）可能在GO表面吸附并誘導其團聚，不僅降低有效比表面積，還可能破壞食品的物理穩定性。更為關鍵的是，盡管磁性功能化可實現材料在水相中的快速分離，但在高黏度基質中其磁響應效率顯著下降，導致回收不完全，增加了納米材料殘留風險，為其食品實際應用帶來安全隱患。

正因如此，系統評估GO基吸附劑在脫毒過程中對食品品質的影響及其自身的生物安全性，已成為推動其實際應用的關鍵環節。多項研究表明，在優化工藝條件下，GO基材料對食品品質的影響總體可控。Sun Shumin、Ku Mengdan及Ma Fei等的研究均證實，經不同GO基復合材料處理后，食用油的脂肪酸組成、VE含量等關鍵營養指標保持穩定；酸值與過氧化值雖有輕微變化，但遠低于國家標準限值，且未檢出有害金屬離子殘留。在生物安全性方面，初步毒理學評估也展現出積極前景。多項研究通過檢測細胞活力證實，無論是材料本身還是處理后的食品，均未對多種細胞系表現出明顯毒性，細胞活力普遍保持在85%以上。更有研究表明，經GO基材料光催化降解AFB1后的產物，其致突變性顯著降低，且對斑馬魚胚胎發育無顯著負面影響。

然而，盡管現有品質與安全性評估結果總體積極，但當前研究大多處于實驗室階段，針對GO基材料在復雜食品體系中的長期、系統性安全數據仍嚴重匱乏。尤其是其在生物體內的遷移、蓄積與代謝行為，以及與食品基質組分的界面相互作用機制，仍是亟待闡明的關鍵科學問題。未來的研究不僅需進一步提升材料在復雜基質中的性能，更應構建全面、標準化的食品安全評價體系。這既是當前面臨的核心挑戰，也將成為該領域可持續發展的關鍵方向。

5

結 語

本文系統綜述了GO基功能材料在應對食品真菌毒素污染方面的研究進展與應用前景。相較于傳統吸附劑及其他新興多孔材料，GO基材料憑借其低成本制備、優異的穩定性以及易于功能化的特點，在真菌毒素的高效吸附與快速富集方面展現出顯著優勢，為食品真菌毒素污染的問題帶來了富有前景的解決方案。然而，其在復雜食品基質中由“基質效應”引起的性能衰減，以及作為納米材料的長期生物安全性等問題，仍是限制其廣泛應用的關鍵瓶頸。未來研究需重點發展綠色低成本的規模化制備工藝，并在此基礎上，設計兼具吸附、靶向降解、抑菌等多功能于一體的智能復合材料。同時，必須建立系統、全面的安全性評價體系，深入探究其在體內的遷移、代謝規律。通過多學科協同創新，持續優化材料在真實食品環境中的性能，以推動GO基材料在食品安全領域的實際應用。

第一作者：

張玉榮教授

河南工業大學糧油食品學部 副主任

張玉榮，教授，現任學校糧油食品學部副主任，長期致力于糧油儲藏、糧食產后品質檢驗與控制及食品安全分析等領域的教學與科研工作。自1989年于鄭州糧食學院本科畢業并留校任教以來，始終深耕糧食科技領域。2000年在無錫輕工大學攻讀并取得碩士學位，2011年晉升教授，2019年受聘為專業技術三級崗位。主要研究方向涵蓋糧油安全儲藏、品質評價與控制技術。現擔任國家現代農業產業技術體系“小麥貯藏技術”崗位科學家、糧食儲藏與安全教育部工程研究中心負責人，并兼任中國糧油學會理事、糧油儲藏分會常務委員、全國糧食職業教育教學指導委員會糧油儲檢專業委員會委員等學術職務。近五年主講《糧油品質檢驗與分析》等本科與研究生核心課程，年均授課逾300 學時。主持完成省級教改項目2 項，主編的《糧油品質檢驗與分析》入選河南省“十四五”普通高等教育規劃教材并獲省級教材獎二等獎。副主編的《小麥工業手冊（第一卷）小麥儲藏》列入“十三五”國家重點出版物規劃項目。先后主持或參與國家級、省部級科研課題12 項，主持修訂國家標準1 項，制定行業與團體標準各1 項，參與多項國家及行業標準制定。發表學術論文102 篇，其中SCI/EI收錄23 篇；獲授權發明專利與實用新型專利共12 項，主持校企合作項目8 項，累計經費204.84萬 元。榮獲多項省部級及行業權威獎項，為推動糧食儲藏與安全技術進步作出了重要貢獻。

通信作者：

杜耕安講師

河南工業大學糧食和物資儲備學院

杜耕安，工學博士，現任河南工業大學糧食和物資儲備學院講師、碩士生導師，主要從事糧油品質安全與控制領域的研究，聚焦于基于物理與生物脫毒技術的糧油危害因子分離去除機制及安全評價體系構建。主持國家自然科學基金青年項目、河南省青年科學基金項目等多項科研項目，已在《Food Microbiology》《LWT-Food Science and Technology》《Food & Function》《Food Chemistry: X》《Food Bioscience》等國際權威期刊發表SCI論文20余篇，并擔任國際期刊《Food & Medicine Homology》青年編委。

引文格式：

張玉榮, 李曄, 杜耕安, 等. 氧化石墨烯基功能材料在食品真菌毒素吸附脫除中的研究進展[J]. 食品科學, 2025, 46(24): 361-372. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250616-110.

ZHANG Yurong, LI Ye, DU Geng’an, et al. Research advances in graphene oxide-based adsorbents for mycotoxin decontamination in foods[J]. Food Science, 2025, 46(24): 361-372. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250616-110.

實習編輯：李雄；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

為匯聚全球智慧共探產業變革方向，搭建跨學科、跨國界的協同創新平臺，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監督管理總局技術創新中心（動物替代蛋白）、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，西南大學、 重慶市農業科學院、 重慶市農產品加工業技術創新聯盟、重慶工商大學、 重慶三峽科技大學 、西華大學、成都大學、四川旅游學院、北京聯合大學、 中國-匈牙利食品科學“一帶一路”聯合實驗室（籌）、 普洱學院 共同主辦 的“ 第三屆大食物觀·未來食品科技創新國際研討會 ”， 將于2026年4月25-26日 （4月24日全天報到） 在中國 重慶召開。

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為系統提升我國食品營養與安全的科技創新策源能力，加速科技成果向現實生產力轉化，推動食品產業向綠色化、智能化、高端化轉型升級，由北京食品科學研究院、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，合肥工業大學、安徽農業大學、安徽省食品行業協會、安徽大學、合肥大學、合肥師范學院、北京工商大學、中國科技大學附屬第一醫院臨床營養科、安徽糧食工程職業學院、安徽省農科院農產品加工研究所、安徽科技學院、皖西學院、黃山學院、滁州學院、蚌埠學院共同主辦的“第六屆食品科學與人類健康國際研討會”，將于 2026年8月15-16日（8月14日全天報到）在中國 安徽 合肥召開。

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