蘋果制品中棒曲霉素脫除技術(shù)的研究進(jìn)展

張曉瑞，郭玉蓉，孟永宏（陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安710062）

蘋果制品中棒曲霉素脫除技術(shù)的研究進(jìn)展

張曉瑞，郭玉蓉*，孟永宏
（陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安710062）

棒曲霉素（PAT），是一種具有致癌性、致畸性、細(xì)胞毒性、免疫毒性及生殖毒性的真菌代謝產(chǎn)物，經(jīng)常出現(xiàn)在霉變的水果及其制品中，以蘋果及其制品污染最嚴(yán)重。我國(guó)是蘋果制品生產(chǎn)第一大國(guó)，棒曲霉素污染及脫除問(wèn)題應(yīng)引起廣泛重視。本文從物理方法，化學(xué)方法和生物方法三方面介紹了目前國(guó)內(nèi)外去除棒曲霉素的主要研究，并討論了其優(yōu)點(diǎn)及存在問(wèn)題，以期為蘋果制品生產(chǎn)提供借鑒。

蘋果制品，棒曲霉素，脫除技術(shù)

隨著人們生活水平的提高，越來(lái)越多的人關(guān)注到食品營(yíng)養(yǎng)和安全的問(wèn)題，而有關(guān)真菌毒素引發(fā)的問(wèn)題層出不窮。棒曲霉素（Patulin，PAT），又稱展青霉素，是一種具有較強(qiáng)毒性的真菌代謝產(chǎn)物，晶體無(wú)色棱形，分子式為C7H6O4，分子量為154，化學(xué)結(jié)構(gòu)式見圖1，化學(xué)名稱為4-羥基-4-氫-呋喃（3，2-碳）駢吡喃-2（6-氫）酮[4-hydroxy-4-H-furo（3，2c）pyran-2（6H）-one][1]。長(zhǎng)期或短期接觸棒曲霉素會(huì)引起人及動(dòng)物嚴(yán)重的健康問(wèn)題。大量的研究表明，其具有基因毒性和細(xì)胞毒性，能導(dǎo)致哺乳動(dòng)物細(xì)胞的DNA損傷[2]，染色體畸變和微核形成[3-4]，并具有致癌性、致畸性、免疫毒性和生殖毒性[5-7]，在動(dòng)物活體內(nèi)，會(huì)損害腎臟、肝臟和腸等器官組織[8-11]。

圖1 棒曲霉素的結(jié)構(gòu)Fig.1 Molecular structure of patulin

除棒曲霉能產(chǎn)生棒曲霉素外，還有擴(kuò)張青霉、展青霉、棒型青霉、土壤青霉、新西蘭青霉、石狀青霉、粒狀青霉、梅林青霉、圓弧青霉、產(chǎn)黃青霉、蔞地青霉、巨大曲霉、土曲霉和雪白絲衣霉等真菌可以產(chǎn)生[12-13]。在許多因霉菌腐敗的水果，如蘋果、杏子、藍(lán)莓、櫻桃、葡萄、梨、桃子和李子及其制品中都曾發(fā)現(xiàn)棒曲霉素，以蘋果發(fā)霉最易產(chǎn)生該種毒素[14-17]。

我國(guó)是世界上水果產(chǎn)量最大的國(guó)家，是蘋果及蘋果制品生產(chǎn)和出口的第一大國(guó)，因而防控水果霉變和棒曲霉素污染水果制品十分重要。但在大規(guī)模生產(chǎn)中，一些企業(yè)為了追求利潤(rùn)最大化，將落地果、霉變果一并加工，棒曲霉素的污染普遍存在，該毒素在酸性條件下穩(wěn)定，耐熱，在蘋果制品生產(chǎn)過(guò)程中不易去除，成為判斷蘋果制品質(zhì)量安全性的一個(gè)重要指標(biāo)，受到世界各國(guó)及國(guó)際組織的極大關(guān)注，也是限制我國(guó)蘋果制品出口的一個(gè)瓶頸，例如歐盟在2004年就頒布了限制含棒曲霉素食品進(jìn)口的法令[18]（表1）。蘋果榨汁后的果渣主要應(yīng)用于飼料生產(chǎn)，其中殘留的棒曲霉素嚴(yán)重影響著果渣再利用。因此，研發(fā)環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、實(shí)用的棒曲霉素新型脫除技術(shù)具有重要意義。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)如何去除棒曲霉素做了大量研究，本文對(duì)其進(jìn)行歸納整理，為蘋果及其制品中棒曲霉素的脫除提供依據(jù)。

表1 歐盟對(duì)相關(guān)食品中含棒曲霉素的限量標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The limited standard of patulin in food of EU

1 物理吸附和降解技術(shù)

1.1 吸附脫除技術(shù)

一些物質(zhì)，如活性炭、硅膠、樹脂及其他的多孔物質(zhì)等具有很好的吸附作用，可以吸附棒曲霉素，以降低液態(tài)環(huán)境中的毒素含量。

1.1.1 活性炭吸附 用活性炭吸附以減少果汁中的棒曲霉素，同時(shí)具有澄清作用，可有效降低果汁中的棒曲霉素的含量，其處理效果取決于活性炭的用量和形態(tài)，粉末狀活性炭比顆粒狀活性炭對(duì)棒曲霉素去除效果好，且有利于保持和提高果汁品質(zhì)。溫度升高能促進(jìn)活性炭對(duì)棒曲霉素的吸附作用[19]。

Kadakal等[20-21]認(rèn)為用活性炭吸附去除棒曲霉素的最佳使用條件是加入3.0～5.0g/L活性炭，攪拌處理5min，不會(huì)對(duì)果汁的糖度、pH和富馬酸含量產(chǎn)生顯著影響，但可以使果汁中棒曲霉素含量大幅下降，澄清度提高，果汁的顏色變淺。然而，采用活性炭脫除棒曲霉素，脫色后易在超濾截留液中積累活性炭以及果汁固形物，使超濾負(fù)載增大，同時(shí)容易造成超濾系統(tǒng)生產(chǎn)能力降低，甚至造成超濾膜管的堵塞，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

將極為細(xì)小的活性炭顆粒吸附在石英砂顆粒上，制成一種表面積大、孔隙性好、體積密度大的新型炭吸附劑，裝入吸附柱中，能吸附阻擋76%以上的棒曲霉素，吸附效果好，可改善沉積堵塞問(wèn)題，但該處理卻對(duì)蘋果汁的外觀與風(fēng)味影響較大[22]。

故在工業(yè)生產(chǎn)中，活性炭脫除棒曲霉素的應(yīng)用受到了限制。

1.1.2 樹脂吸附 樹脂是許多有機(jī)高分子復(fù)雜化合物互相溶合而成的混合物，具有更好的吸附和再生性能。朱振寶等[23]研究發(fā)現(xiàn)，ZG150、ZG200、LSA-800、LSA-800B、LSA-800C、SD223、SD224、SD309八種型號(hào)大孔吸附樹脂對(duì)果汁中的棒曲霉素都有一定吸附作用，對(duì)果汁的理化指標(biāo)也都有一定的改善作用。LSA-800B型樹脂柱在流速為4BV/h，溫度為50℃時(shí)，對(duì)棒曲霉素的吸附效果最佳。劉華峰等[24]分別用LSA-900B、XDA-600、LS-803、LS-806、HPD-850、DM-2、DM-3和LKS01八種型號(hào)的大孔吸附樹脂吸附去除蘋果汁中的棒曲霉素，結(jié)果表明：LSA-900B、LS-803和XDA-600三種樹脂吸附效果較好，在50℃條件下對(duì)蘋果汁中棒曲霉素靜態(tài)吸附率分別達(dá)到92.55%、90.67%和89.01%。

研究表明，樹脂處理的開始階段可以將毒素全部吸附，但隨時(shí)間的延長(zhǎng)，其吸附能力會(huì)出現(xiàn)一定程度下降。但綜合來(lái)看，樹脂吸附吸附效果較好，可以再生，對(duì)蘋果汁的品質(zhì)影響較小，是目前果汁生產(chǎn)廠家最常用的一種吸附劑。

1.1.3 硅膠吸附 Appell等[25]用鍵合了丙基硫醇功能團(tuán)的SBA-15硅膠來(lái)吸附液態(tài)環(huán)境中的棒曲霉素。在這種材料上修飾的丙基硫醇功能團(tuán)可以與棒曲霉素以雙鍵形式結(jié)合，發(fā)生Michael反應(yīng)，在室溫下可有效減少pH7.0的液態(tài)環(huán)境中的棒曲霉素。它在低pH環(huán)境中效果不好，在熱的低pH環(huán)境，如60℃的蘋果汁中有很好的去除效果。因此他們認(rèn)為，利用帶丙基硫醇功能團(tuán)的SBA-15硅膠脫除液態(tài)環(huán)境包括蘋果汁中的棒曲霉素是可行的。然而，該吸附作用與pH環(huán)境和溫度關(guān)系密切，故在蘋果制品中應(yīng)用需考慮其適用范圍。

1.1.4 分子印跡聚合物吸附 近年來(lái)，新興的分子印跡技術(shù)也可被應(yīng)用于降解棒曲霉素。以棒曲霉素結(jié)構(gòu)類似物為模板分子（印跡分子），與功能性單體混合接觸時(shí)會(huì)形成多重作用點(diǎn)，利用交聯(lián)劑使功能性單體聚合，這種作用就被記憶下來(lái)，當(dāng)模板分子除去后，多聚物內(nèi)部就會(huì)形成一個(gè)相對(duì)于模板分子的空間結(jié)構(gòu)，它與模板分子在結(jié)構(gòu)、大小、電荷等方面都具有非常好的互補(bǔ)性，因而這種聚合物具有特異性識(shí)別模板分子（印跡分子）的功能。

利用羥吲哚為模板，以甲基丙烯酸為功能性單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，以非共價(jià)鍵方式，通過(guò)自由基聚合制備了一種分子印跡聚合物，其顆?？裳b于萃取柱中，用來(lái)吸附蘋果汁中的棒曲霉素，吸附率達(dá)到80%以上[26]。上海交通大學(xué)趙大云等[27]利用自由基嫁接法為原理，以棒曲霉素為目標(biāo)分子，硅膠球?yàn)檩d體，6-羥基煙酸為模板，5-羥甲基糠醛為干擾物，制備了一種新的分子印跡聚合物，對(duì)棒曲霉素表現(xiàn)了特異性吸附，而對(duì)干擾物吸附較少。將其應(yīng)用于分子印跡固相萃取中，吸附率超過(guò)了90%。

與其他吸附材料相比，分子印跡聚合物有更好的吸附特異性和高效性。與傳統(tǒng)的特異性生物識(shí)別分子，如抗體和酶相比較，分子印跡聚合物具有更加好的機(jī)械強(qiáng)度，耐高溫和高壓，在極端環(huán)境中，比如酸、堿或有機(jī)溶劑、金屬離子存在的情況下，仍保持高度的生物識(shí)別特性，適用范圍廣泛。因此分子印跡技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用前景廣闊。

1.1.5 微生物細(xì)胞吸附 一些在食品中常用的微生物的細(xì)胞可以通過(guò)吸附作用排除其所處液態(tài)環(huán)境中的真菌毒素，例如一些乳桿菌、乳球菌可以吸附排除液體培養(yǎng)基中的赭曲霉素A，還有些乳酸菌可以吸附排除酸化MRS培養(yǎng)基中的伏馬菌素[28]，對(duì)玉米赤霉烯酮、單端孢霉烯族毒素也有吸附作用[29-30]。董媛等[31]采用固定化失活酵母、磁性固定化失活酵母和失活酵母粉脫除蘋果汁中棒曲霉素，比較三種處理的脫除效果，并分析了對(duì)蘋果汁感官品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，固定化失活酵母的去除率最高可達(dá)70.4%，且對(duì)果汁的色值、透光率、pH、可溶性固形物、總糖及總酸均無(wú)顯著影響。

滅活的釀酒酵母菌對(duì)棒曲霉素也具有吸附作用[32]。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)NaOH和丙酮處理能夠提高其對(duì)毒素的吸附能力，而經(jīng)過(guò)氨基甲基化和羧基酯化處理后吸附能力明顯下降，說(shuō)明釀酒酵母的細(xì)胞在吸附棒曲霉素過(guò)程中，氨基和羧基起到了重要的作用。進(jìn)一步分析吸附前后紅外光譜圖，推測(cè)酵母細(xì)胞表面與吸附作用有關(guān)的官能團(tuán)主要存在于細(xì)胞壁上的蛋白質(zhì)和糖類物質(zhì)中，包括：氨基、羧基和羥基。

微生物生長(zhǎng)迅速，繁殖快，短時(shí)間就可以獲得大量菌體，與其他吸附材料相比，生產(chǎn)成本較低。利用可食用菌體或滅活菌體安全性更好，也可在發(fā)酵蘋果制品中直接應(yīng)用。但目前的研究還僅限于實(shí)驗(yàn)室階段，有待更深入、更廣泛的研究。

1.1.6 其他吸附 其他一些多孔或分支的化學(xué)物質(zhì)也有較好的吸附效果，如聚乙烯聚吡咯烷酮（PVPP）或β-環(huán)糊精（β-CD）等，可以降低蘋果汁中的棒曲霉素含量，同時(shí)也降低了蘋果汁中的總酚類物質(zhì)含量，對(duì)蘋果汁的酶促褐變起到有效的抑制作用。Appell等[33]分析了多種聚氨酯-β-環(huán)糊精聚合物對(duì)液態(tài)環(huán)境中棒曲霉素的吸附作用，以2，4-二異氰酸甲苯酯（tolylene-2，4-diisocyanate）作為交聯(lián)劑的聚合物更適合吸附蘋果汁中的棒曲霉素。他們認(rèn)為棒曲霉素與聚合物存在多種結(jié)合方式，可與環(huán)糊精上的氫氧根形成分子間氫鍵。這些納米多孔的環(huán)糊精聚合物無(wú)毒、廉價(jià)，已在脫除食品基質(zhì)中的有毒有害成分方面表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，有望應(yīng)用于蘋果汁加工產(chǎn)業(yè)。

1.2 微波降解技術(shù)

微波法降解棒曲霉素早在1993年就已在杏汁中得到應(yīng)用，微波處理15min可使棒曲霉素降低95%以上，且對(duì)杏汁的風(fēng)味無(wú)顯著影響[34-35]。張小平等[36]優(yōu)化了處理方案，對(duì)乙酸鹽緩沖液（pH4.0）中的棒曲霉素中火處理90s，當(dāng)棒曲霉素濃度為100～1000μg/L時(shí)，其去除率可以達(dá)到100%。進(jìn)一步分析，他們認(rèn)為微波對(duì)棒曲霉素的破壞作用，除了高頻波動(dòng)效應(yīng)以外，主要是熱效應(yīng)。一些蘋果制品，如蘋果汁、蘋果酒與乙酸鹽緩沖液（pH4.0）同為酸性體系，微波法對(duì)其中的棒曲霉素可能有效，但目前還沒有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)證明。

1.3 輻照降解技術(shù)

1.3.1 γ-射線輻照 輻照處理，如利用γ-射線輻照，能降解處理有機(jī)污染物，不需要加入任何化學(xué)試劑，也不會(huì)產(chǎn)生二次污染，具有降解效率高、反應(yīng)速度快、污染物降解徹底等優(yōu)點(diǎn)，作為一種新興的降解技術(shù)，也可應(yīng)用于脫除棒曲霉素。

0.35 kGy的γ-射線輻照可以降低蘋果汁中50%的PAT，對(duì)其非酶褐變無(wú)促進(jìn)作用[37]。Yun等[38]對(duì)含50mg/L棒曲霉素的水溶液和蘋果汁分別進(jìn)行60Co-γ射線輻照，當(dāng)輻照劑量為1kGy時(shí)，水溶液中的棒曲霉素幾乎降解完全，而蘋果汁中的還殘留33%，存放30d，蘋果汁中仍殘留25.8%。劑量增加到5kGy時(shí)，蘋果汁中的棒曲霉素可降解到99%以上。

由于棒曲霉素在低pH的環(huán)境中穩(wěn)定，耐熱性和抗化學(xué)分解性較強(qiáng)，因此蘋果汁的酸性環(huán)境可能增強(qiáng)了棒曲霉素的抗輻射降解性?？傮w說(shuō)來(lái)，γ-射線輻照無(wú)化學(xué)添加，對(duì)棒曲霉素有良好的降解作用，而且在劑量小于2.5kGy時(shí)對(duì)果汁的營(yíng)養(yǎng)成分和感官特性沒有影響，是可以推薦果汁生產(chǎn)廠使用的一種技術(shù)。

1.3.2 脈沖光輻照 脈沖光是一種非加熱的可替代常規(guī)流程的保鮮技術(shù)，高能量的脈沖光可以引起微生物的DNA，蛋白質(zhì)，細(xì)胞膜和其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)的改變，被美國(guó)食品藥品管理局認(rèn)可用于凈化食品和食品表面。近期研究發(fā)現(xiàn)，脈沖光可以減少液體環(huán)境中一些真菌毒素，如玉米赤霉烯酮，脫氧雪腐鐮刀菌烯醇，黃曲霉毒素B1和赭曲霉毒素的含量[39]。

Funes等[40]將含有棒曲霉素的緩沖液，蘋果汁和蘋果醬樣品暴露在2.4～35.8J/cm2的脈沖光中，發(fā)現(xiàn)棒曲霉素含量均有顯著降低。35.8J/cm2的脈沖光處理30s，在緩沖液中大約殘留5%～15%，在蘋果汁中大約殘留22%。有研究表明，14J/cm2以下脈沖光對(duì)蘋果汁的pH、糖度、色澤、總酚含量、總抗氧化能力、甜味、酸度和氣味無(wú)明顯影響，而更高的劑量對(duì)香味和抗氧化能力均有負(fù)面影響[41]。

既要有好的脫除效果又不影響蘋果制品的營(yíng)養(yǎng)成分和感官特征，選擇合適的脈沖光劑量十分重要，而在保持蘋果制品品質(zhì)的前提下，棒曲霉素雖顯著減少卻未被徹底除去。

1.3.3 紫外線輻照 紫外線輻照也可以減少或消除棒曲霉素[42]。暴露于14.2～99.4mJ/cm2的UV中，新鮮蘋果汁中棒曲霉素的含量呈線性減少（9.4%～43.4%），照射不到15s時(shí)減少量最大，且蘋果汁的化學(xué)組成和感官特征無(wú)變化。最近的研究表明，253.7nm的單色紫外線用于蘋果汁或蘋果酒的商業(yè)生產(chǎn)具有可行性[43]。

該方法操作簡(jiǎn)便，高通量，成本效益好，同時(shí)具有殺菌作用。日光中含有紫外線，可以推測(cè)，在日光下暴曬也可以一定程度上減少棒曲霉素的含量，該方法可以嘗試用于脫除蘋果渣中的棒曲霉素，而難以應(yīng)用于蘋果汁和蘋果醬的工業(yè)化生產(chǎn)。

此外，應(yīng)用熱處理模擬巴氏消毒也可以降低蘋果制品中的棒曲霉素[44-45]。

2 化學(xué)降解

化學(xué)脫毒的方法也表現(xiàn)出一定效果。通過(guò)氧化，可將棒曲霉素轉(zhuǎn)化為毒性更小的化合物，如在酸、堿環(huán)境中用高錳酸鉀氧化含棒曲霉素的實(shí)驗(yàn)室廢棄物，其含量可減少99.99%以上；或者氨化，處理實(shí)驗(yàn)室廢棄物中的棒曲霉素，含量也可以減少99.9%，在果汁中可減少99.8%[46]，效果顯著，但不適合于可食用的蘋果制品生產(chǎn)。

2.1 含硫化合物的作用

用各種含硫化合物處理棒曲霉素也是人們嘗試過(guò)的方法，例如，使用SO2與之生成一些混合物。大多數(shù)研究一致認(rèn)為，在SO2存在下，棒曲霉素是不穩(wěn)定的[47-48]。有實(shí)驗(yàn)表明，每1kg蘋果汁中加100mg SO2可以減少42%的棒曲霉素。然而，也有實(shí)驗(yàn)采用食品企業(yè)允許使用SO2的最大劑量200ppm，處理果汁24h只降低了其中12%的棒曲霉素，2000ppm處理2d后方可減少90%[13]?？梢姡琒O2對(duì)蘋果制品中的棒曲霉素的脫除作用是不徹底的。

在生物體系中含硫化合物常常與棒曲霉素的毒性有關(guān)，研究認(rèn)為谷胱甘肽，半胱氨酸和巰基乙酸鹽可以與其反應(yīng)生成非生物活性產(chǎn)物[49-50]，殺菌作用和對(duì)小鼠的致死作用均大大減弱，雖然該處理可以降低棒曲霉素的毒性，但在蘋果制品中應(yīng)用的研究極少。王麗等[12]選用的兩類巰基類物質(zhì)，即還原型谷胱甘肽和β-乳球蛋白，對(duì)澄清蘋果汁中棒曲霉素進(jìn)行降解。二者均有微小緩慢的作用，β-乳球蛋白會(huì)致使澄清果汁迅速發(fā)生嚴(yán)重混濁，故認(rèn)為還原型谷胱甘肽和β-乳球蛋白不宜用于蘋果汁中的棒曲霉素降解。

2.2 維生素類的作用

人們也嘗試?yán)酶鞣N有機(jī)酸和維生素脫除棒曲霉素，由于采用的是食品級(jí)的添加物，因而這被認(rèn)為是安全的。

維生素B族，如硫胺素、維生素B6及泛酸鈣，對(duì)蘋果濃縮汁中棒曲霉素含量具有降低作用，該作用與果汁的保存溫度有關(guān)。添加它們的果汁在4℃貯藏6個(gè)月后，棒曲霉素的降低幅度為55.5%～67.7%，而對(duì)照的降低率為35.8%；在（22±2）℃下貯藏6個(gè)月后，果汁中的棒曲霉素可被完全降解，但在此條件下，果汁的品質(zhì)會(huì)顯著劣變。含有1g/kg和2.5g/kg泛酸鈣的果汁在（22±2）℃下貯藏1個(gè)月時(shí)能維持較好的果汁質(zhì)量，且棒曲霉素的含量可分別降低73.6%和94.3%，而對(duì)照僅降低了42.1%[51]。它們對(duì)蘋果汁中的PAT均有一定程度的降解作用，但在保持果汁品質(zhì)的前提下均不能完全清除。

維生素C、酚類等還原劑都能對(duì)棒曲霉素起到一定的降解作用。Drusch等[52]在含有2mg/L棒曲霉素的檸檬酸-磷酸二氫鈉緩沖液中加482mg/L的抗壞血酸，34d后可使棒曲霉素降解至30%，而對(duì)照降至68%～71%。其降解可能是由于抗壞血酸氧化為脫氫抗壞血酸時(shí)產(chǎn)生羥基自由基引起的，在有氧條件及金屬離子的催化作用下抗壞血酸快速氧化可導(dǎo)致棒曲霉素的減少，當(dāng)抗壞血酸完全氧化后，棒曲霉素則不再降解。由于食品包裝內(nèi)含氧量較低，抗壞血酸氧化緩慢，所以在果汁中加入抗壞血酸抑制棒曲霉素不能視為一種有效的降解手段。

2.3 臭氧的作用

臭氧可以殺菌，對(duì)真菌毒素也有一定的氧化降解和解毒作用。用2%、10%和20%質(zhì)量濃度的臭氧對(duì)30μmol/L的棒曲霉素水溶液進(jìn)行5min處理，分析表明，高濃度的臭氧（20%）能在15s時(shí)將PAT迅速降解，且無(wú)副產(chǎn)物生成。毒性測(cè)試表明，臭氧對(duì)棒曲霉素處理15s后可以顯著降低毒素的毒性[53]。

李艷玲等[54]采用臭氧對(duì)水和蘋果汁中500、250、200、100、50μg/L濃度的PAT進(jìn)行5、10、15、20、30min的降解處理。發(fā)現(xiàn)毒素濃度越低降解效果越好，處理時(shí)間越長(zhǎng)降解效果越好，處理15min，50μg/L時(shí)的降解率最高，而且該條件下蘋果汁的pH、VC含量、可溶性固形物和色值均沒有明顯的影響。

臭氧用于食品處理和加工，既可以降低蘋果制品中棒曲霉素的濃度，又可以去除毒性，與其他化學(xué)方法相比，是一種高效、安全、低廉的降解方法，應(yīng)進(jìn)一步研發(fā)有效的設(shè)備以應(yīng)用于蘋果制品的工業(yè)化生產(chǎn)之中。

2.4 其他物質(zhì)的作用

西北農(nóng)林科技大學(xué)師俊玲等[55]研究了經(jīng)米糠、麥皮等天然物質(zhì)發(fā)酵而成的果汁護(hù)色劑JPX，Na2SO3和維生素C對(duì)果汁中棒曲霉素的降解效果，發(fā)現(xiàn)0.8g/L JPX對(duì)棒曲霉素的降解率為61%，0.5g/L的Na2SO3對(duì)毒素的降解率為90%，而0.2g/L VC對(duì)毒素的降解率為38%。在蘋果濃縮汁加工的榨汁和酶解階段分別加入0.8g/L和1.6g/L的JPX，降解率可達(dá)70%～80%，且對(duì)果汁有很好的護(hù)色效果。

3 生物降解和解毒

3.1 細(xì)菌的降解作用

一些微生物，尤其是細(xì)菌，具有減少真菌毒素含量或降低其毒性的能力。乳酸菌作為最重要的胃腸道益生菌被廣泛應(yīng)用在食品工業(yè)中，它們對(duì)機(jī)體的保護(hù)作用之一就是對(duì)食品中的一些毒素，如：雜環(huán)芳香胺、多環(huán)芳烴、活性氧及真菌毒素等具有抗性[56]。前人研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌對(duì)強(qiáng)致癌物黃曲霉毒素有解毒作用[57]，近年來(lái)，也有一些學(xué)者研究了乳酸菌對(duì)液態(tài)環(huán)境中棒曲霉素的脫除作用。Fuchs等[56]研究了乳酸桿菌、雙歧桿菌，乳酸鏈球菌等20種30株可在食品中添加使用的乳酸菌對(duì)棒曲霉素及赭曲霉毒素的降解活性。菌種活化后，經(jīng)生理鹽水洗滌3次，與棒曲霉素一同添加到磷酸鹽緩沖液（pH5.0）中，與滅活死菌對(duì)照，37℃搖床振蕩4h，離心，HPLC檢測(cè)上清液，發(fā)現(xiàn)多株乳酸菌對(duì)棒曲霉素有降解活性，其中，動(dòng)物雙歧桿菌VM12的降解活性最高，可去除液體中大約80%的毒素。利用人的肝癌細(xì)胞株HepG2進(jìn)行微核測(cè)試（MCN）表明，一些菌株還可以大幅降低棒曲霉素對(duì)真核細(xì)胞的毒性。

屎腸球菌是可以應(yīng)用于酸奶、奶酪和飼料生產(chǎn)的一類乳酸菌。Topcu等[58]研究發(fā)現(xiàn)，屎腸球菌M74和EF031可脫除液體環(huán)境中的棒曲霉素，其作用隨培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)而增強(qiáng)。在pH4.0的環(huán)境中脫除率最高，48小時(shí)，M74死菌和活菌分別降解了38.6%和41.6%，而EF031死菌和活菌分別降解了36.4%和45.3%，在高pH環(huán)境中降解能力下降。由于活菌和死菌的作用效果不同，他們認(rèn)為屎腸球菌對(duì)棒曲霉素既有細(xì)胞壁的吸附脫除作用，又有細(xì)胞的代謝轉(zhuǎn)化作用。

3.2 真菌的降解作用

從1977年，Burroughs[59]發(fā)現(xiàn)酵母發(fā)酵可以去除大約90%的棒曲霉素后，真菌降解的研究對(duì)象主要為酵母菌，它們幾乎可以將毒素完全降解。

8株酵母菌培養(yǎng)2周，可降解發(fā)酵液中約99%的棒曲霉素，其中6株可降解至不可檢測(cè)的程度，而對(duì)于果汁，同樣條件卻只減少了10%[60]。Harwig等[61]研究得出了相似的結(jié)論，發(fā)酵2周，酵母菌未能使果汁中棒曲霉素含量顯著減少。用酵母菌的蛋白質(zhì)合成阻斷劑——十二碳三烯酸處理，完全阻斷了蛋白合成也就徹底阻止了酵母菌的降解作用，在毒素加入3h后，添加十二碳三烯酸，結(jié)果出現(xiàn)降解效果，表明蛋白可在3h內(nèi)被合成并能催化棒曲霉素的降解。因此，酵母菌對(duì)棒曲霉素的降解作用是活細(xì)胞中酶的催化作用，而非反應(yīng)加合脫除過(guò)程。

Shao等[62]用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析了啤酒酵母降解棒曲霉素過(guò)程中的72種代謝物，發(fā)現(xiàn)通過(guò)酵母發(fā)酵，棒曲霉素可以被轉(zhuǎn)化為6種降解產(chǎn)物，其中含量較大的是其還原性的合成前體ascladiol，結(jié)構(gòu)如圖2，作用96h，棒曲霉素殘余7.0%時(shí)ascladiol的濃度最大。

圖2 ascladiol的分子結(jié)構(gòu)Fig.2 Molecular structure of ascladiol

在自然發(fā)酵的葡萄酒中存在紅冬孢酵母菌[63]。Castoria等[64]將紅冬孢酵母的LS11菌株細(xì)胞（105CFU/ mL）與棒曲霉素溶液混合，23℃，150r/min培養(yǎng)72h。薄層色譜檢測(cè)發(fā)現(xiàn)棒曲霉素的斑點(diǎn)消失了，新出現(xiàn)了2個(gè)斑點(diǎn)，其中一個(gè)斑點(diǎn)一段時(shí)間后也會(huì)消失。進(jìn)一步利用HPLC和二維核磁共振譜研究該酵母菌的生物降解作用，鑒定出新的產(chǎn)物為脫氧的棒曲霉素酸（Desoxypatulinic Acid），結(jié)構(gòu)如圖3所示?？梢姡摷t冬孢酵母菌的代謝使棒曲霉素的內(nèi)酯被水解了，這既是一個(gè)生物降級(jí)途徑也是一個(gè)解毒途徑。

利用酵母菌進(jìn)行生物脫毒顯然是有效的，這主要是一些還原酶和內(nèi)酯降解酶發(fā)揮了作用。但作用于蘋果汁，效果并不樂(lè)觀，而且蘋果制品必須是可發(fā)酵的才能應(yīng)用。有一些酵母菌本身對(duì)棒曲霉素也是敏感的，當(dāng)其濃度大于200μg/mL時(shí)，解毒作用就會(huì)被完全抑制。

圖3 脫氧的棒曲霉素酸的分子結(jié)構(gòu)Fig.3 Molecular structure of desoxypatulinic acid

4 存在問(wèn)題與展望

各種生長(zhǎng)于蘋果及其制品中的霉菌是棒曲霉素產(chǎn)生的根源。多數(shù)研究工作集中于控制霉菌生長(zhǎng)，抑制霉菌產(chǎn)毒及阻止生產(chǎn)過(guò)程由原料中帶入棒曲霉素，這些工作可以在一定程度上發(fā)揮作用，然而大規(guī)模生產(chǎn)中殘次果及蘋果腐爛問(wèn)題很難避免，因此，尋找高效、安全脫除棒曲霉素的方法非常必要。

目前利用物理方法減少果汁中棒曲霉素的研究已取得了一定進(jìn)展，有些已應(yīng)用于生產(chǎn)，如樹脂吸附脫除技術(shù)，有些具有很好的應(yīng)用潛力，如分子印跡聚合物脫除技術(shù)等。然而，物理吸附脫除技術(shù)，棒曲霉素沒有得到根本的降解，而是轉(zhuǎn)移進(jìn)了吸附劑、水、果渣和沉淀物中，這些物質(zhì)的排放同樣對(duì)環(huán)境造成污染。輻照技術(shù)降解效果較好，其關(guān)鍵在于選擇合適的輻照劑量，否則會(huì)破壞蘋果汁的品質(zhì)。上述兩種方法只適用于液態(tài)的蘋果制品，對(duì)于粘度較大或固態(tài)制品，如蘋果醬、蘋果渣中的毒素?zé)o法發(fā)揮作用。微波處理降解效果好，穿透性強(qiáng)，現(xiàn)在僅限于實(shí)驗(yàn)室少量產(chǎn)品的處理，大規(guī)模應(yīng)用技術(shù)還不成熟。

化學(xué)方法脫除棒曲霉素的研究多用于液態(tài)環(huán)境，許多能顯著減少毒素的方法并不適合于蘋果制品。維生素類安全性高，但在保持果汁品質(zhì)的前提下均不能徹底清除毒素。另外，化學(xué)法還涉及到果汁品質(zhì)和處理成本等諸多問(wèn)題。臭氧處理是化學(xué)處理中最有效的方法，同樣涉及到處理成本和技術(shù)問(wèn)題，目前還未能大規(guī)模應(yīng)用。

生物脫除是最環(huán)保的一種方法，其特點(diǎn)是脫除效率高，未使用有害化學(xué)試劑，不會(huì)造成二次污染，安全性好，反應(yīng)條件溫和，對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值破壞小，但僅適用于可發(fā)酵的蘋果制品中。目前，研究主要集中在乳酸菌和酵母菌對(duì)棒曲霉素的降解及解毒作用，其他物種的降解能力還有待發(fā)現(xiàn)，其作用機(jī)理也有待進(jìn)一步探究。

近年來(lái)，更多的研究工作傾向于利用微生物脫除各種有毒、有害物質(zhì)，均有明顯的效果。與物理方法相比，微生物降解更徹底；與化學(xué)方法相比，用于食品更易于被消費(fèi)者接受。而且微生物的物種資源豐富，生長(zhǎng)代謝迅速，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用于脫除蘋果及其制品中的棒曲霉素蘊(yùn)藏著巨大潛力。微生物的酶在降解過(guò)程中發(fā)揮了主要作用，因此，加強(qiáng)對(duì)其酶類的研究，使其適用于更廣泛的蘋果制品，可更高效、更安全的除去棒曲霉素，應(yīng)用前景十分廣闊。

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Research progress in the elimination of patulin in apple products

ZHANG Xiao-rui，GUO Yu-rong*，MENG Yong-hong
（College of Food Engineering and Nutritional Science，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China）

Patulin（PAT）is a secondary metabolite of fungi which has carcinogenic，teratogenic，cytotoxic，immunosuppressive and embryotoxic effects，which is usually found in moldy fruits and their products，especial in the apple and its products.China is the largest producer of apple products in the world.It must be pay more attention on contamination and elimination of patulin.In this review，it was introduced that the latest research on reduction and elimination of PAT with physical，chemical and biological methods in the world.In addition，advantages and disadvantages of various technologies were discussed，which provided a reference to reduce PAT of apple products in industrial production.

apple products；patulin；elimination

TS255

A

1002-0306（2014）14-0363-07

10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.072

2013－10－09 *通訊聯(lián)系人

張曉瑞（1979-），女，博士，講師，主要從事食品化學(xué)和食品微生物方面的研究。

農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)基金資助（CARS-28）。