臭氧聯(lián)合紫外光降解面粉中嘔吐毒素的研究

張淑涵 胡懿玭 方曉曉 劉洪順 錢淳豪 盛建國

（江蘇科技大學(xué)糧食學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212100）

真菌毒素是由各自所屬的真菌代謝生成的有機(jī)代謝物，廣泛分布在自然界中，對人類的食物和飼料造成了廣泛的污染，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）估計，全球每年約25%的谷物受到霉菌毒素的污染，平均有2%因不能食用而造成浪費(fèi)，由此引發(fā)的危害和損失數(shù)據(jù)難以統(tǒng)計。

真菌毒素屬于天然化學(xué)污染物，目前，人們可以確定檢測的真菌毒素大概有300種，由350種真菌產(chǎn)生[1]。其中嘔吐毒素（學(xué)名為脫氧雪腐鐮刀菌烯醇，簡稱DON）被認(rèn)為是世界上常見的危害物中最危險的類型，在鐮刀菌毒素之中，嘔吐毒素對谷物造成的污染率和污染水平是最高的[2]。世界上很多國家都通過法規(guī)或者標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格規(guī)定了嘔吐毒素在糧食及其制品中限量。因此，如何去除谷物（特別是小麥和玉米）中的嘔吐毒素，以減少其進(jìn)入面制品甚至食物鏈的研究需求越來越迫切。

嘔吐毒素的降解方法主要有物理、生物和化學(xué)方法。由于嘔吐毒素具有耐熱性，導(dǎo)致物理方法的適用性不強(qiáng)，且降解產(chǎn)物難以確定，也難做出安全性評判；生物方法降解真菌毒素的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，具有高效性和專一性，但性價比較低且較難適用于固體；化學(xué)方法主要是通過強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或者強(qiáng)氧化劑對物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，致使毒素被降解[3]。

近年來，臭氧被利用于減少糧食和食品中的真菌毒素如赭曲霉毒素A、黃曲霉毒素B1的研究比較多，在實踐中也得到肯定[4-8]，但對臭氧降低面粉中嘔吐毒素的研究相對較少。臭氧自身具有很大優(yōu)勢：它可以迅速破壞有機(jī)物中的雙鍵，具有極強(qiáng)的滲透性，可以分解為氧氣，不會產(chǎn)生有毒殘留，對環(huán)境無不良影響[9]。

紫外輻照加強(qiáng)了分子中電子的躍遷，能破壞有機(jī)物中的雙鍵，從而降解面粉中的嘔吐毒素。因此研究臭氧聯(lián)合紫外光降解面粉中的嘔吐毒素含量的工藝參數(shù)，對于確保食品安全，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

面粉，江蘇鎮(zhèn)江某公司；嘔吐毒素標(biāo)準(zhǔn)品：FERMETEK公司；高純氧，鎮(zhèn)江市丹徒興達(dá)公司；氫氧化鈉、無水甲醇、碘化鉀，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

24 mm×250 mm紫外燈（波長可調(diào)，主波長為254 nm），上海季光特種照明電器廠；石英套管（30 mm×300 mm）、石英反應(yīng)容器（50 mm×250 mm）、鎮(zhèn)流器（功率為28 W），上海季光特種照明電器廠；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；臭氧發(fā)生器，深圳市飛立電器科技有限公司；FD-100熒光定量免疫分析儀，上海飛測生物科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 嘔吐毒素標(biāo)準(zhǔn)品的配制

用無水甲醇溶解1 mg嘔吐毒素標(biāo)準(zhǔn)品，將其定容于250 mL棕色容量瓶中，攪拌均勻，作為儲備液在4℃條件下，密封保存，待用。

1.2.2 臭氧的制備

高純氧外接臭氧發(fā)生器，通過調(diào)節(jié)高純氧的流量和玻璃轉(zhuǎn)子流量計來調(diào)節(jié)臭氧的濃度和輸送速率，臭氧初始濃度為100 mg/L。

1.2.3 臭氧降解嘔吐毒素[10-13]

取100 g受嘔吐毒素自然污染的面粉，放于裝有攪拌器的250 mL石英玻璃三口燒瓶中，一孔通入臭氧，一孔外接尾氣處理（碘化鉀溶液），一孔連接攪拌器連桿，降解時間為20 min、30 min、40 min、60 min；臭氧輸送速率為0.4 L/min、0.6 L/min、0.8 L/min、1.0 L/min、1.2 L/min、1.4 L/min。

1.2.4 紫外光降解嘔吐毒素[14]

取100 g受嘔吐毒素自然污染的面粉，放于裝有攪拌器的250 mL石英玻璃三口燒瓶中攪拌，降解時間為20 min、30 min、40 min、60 min，紫外燈進(jìn)行直射（外面包裹錫紙防護(hù)），紫外燈波長為200 nm、254 nm、280 nm。

1.2.5 臭氧聯(lián)合紫外光降解嘔吐毒素

取100 g受嘔吐毒素自然污染的面粉，放于裝有攪拌器的250 mL石英玻璃三口燒瓶中，一孔通入臭氧，一孔外接尾氣處理（碘化鉀溶液），一孔連接攪拌器連桿，紫外燈進(jìn)行直射（外面包裹錫紙防護(hù)），降解時間為20 min、30 min、40 min、60 min；臭氧濃度為25 mg/L、50 mg/L、75 mg/L、100 mg/L，輸送速率為1.4 L/min，紫外燈波長為200 nm。

1.2.6 嘔吐毒素檢測

取10 g面粉、50 mL提取液（超純水∶無水甲醇=1∶4）于100 mL離心管中，在旋渦混合器中斡旋5 min，然后放在轉(zhuǎn)速為4000 r/min條件下進(jìn)行離心2 min，取上清液100 μL，稀釋液1000 μL斡旋2 min，將試劑條放入37℃孵化器中，取100 μL混合液，滴入試劑條中，孵化8 min，取出試劑條在熒光定量免疫分析儀中讀取數(shù)值。每組實驗測三次，取平均值，同時進(jìn)行空白實驗比對。

1.2.7 數(shù)據(jù)計算與分析

嘔吐毒素降解率的計算公式為：

式中：c（A，t）為樣品中嘔吐毒素經(jīng)處理t時間后的含量/（μg/kg）；c（A，0）為樣品中嘔吐毒素的初始含量/（μg/kg）[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 臭氧降解嘔吐毒素

圖1為面粉在不同濃度臭氧處理嘔吐毒素降解情況。

圖1 臭氧處理面粉中嘔吐毒素效果

圖1可以看出，時間一定時，面粉中的嘔吐毒素隨著臭氧濃度速率增加呈下降趨勢。臭氧濃度一定時，處理時間越長，面粉中嘔吐毒素含量越低，開始面粉中嘔吐毒素含量為880 μg/kg。從圖中可以直觀看出，在100 mg/L臭氧作用下，面粉中的嘔吐毒素降解效果最好在前30 min降解較快，之后降解平緩；最低是在60 min時，嘔吐毒素含量為260 μg/kg，降解率為70.5%。

對實驗數(shù)據(jù)研究表明，臭氧在降解面粉中嘔吐毒素過程中，在輸送濃度較大、處理時間較短時，降解效果比較明顯，隨著時間的增加，輸送濃度的降低，在一定程度上抑制嘔吐毒素的降解，很可能是因為臭氧對于固體顆粒物的穿透能力有限，與臭氧與原料的接觸程度、臭氧的質(zhì)量濃度等因素有關(guān)。

2.2 紫外光降解嘔吐毒素

圖2為面粉在不同波長紫外光處理嘔吐毒素降解情況。

圖2 紫外光處理面粉中嘔吐毒素效果

從圖2可以看出，紫外輻射對嘔吐毒素有明顯的降解作用，輻照時間越長，紫外光波長越短，嘔吐毒素的降解效果越明顯。實驗發(fā)現(xiàn)輻照距離也有影響，輻照距離越短，降解效果越好。以200 nm紫外光輻射為例，開始時面粉中嘔吐毒素含量為880 μg/kg，經(jīng)過60 min的降解，含量降為190 μg/kg，降解率達(dá)78.4%。

2.3 臭氧聯(lián)合紫外光復(fù)合降解嘔吐毒素

圖3為面粉在200 nm紫外光聯(lián)合100 mg/L臭氧處理嘔吐毒素降解情況。

圖3 臭氧聯(lián)合紫外光復(fù)合處理面粉嘔吐毒素效果

從圖3可以看出，紫外光聯(lián)合臭氧對嘔吐毒素降解作用效果更加明顯，輻照時間越長，嘔吐毒素的降解效果越明顯。實驗發(fā)現(xiàn)輻照距離也有影響，輻照距離越短，降解效果越好。以200 nm紫外輻射為例，開始時面粉中嘔吐毒素含量為880 μg/kg，經(jīng)過60 min的降解，含量為180 μg/kg，降解率達(dá)79.5%。

2.4 降解機(jī)理分析

2.4.1 臭氧降解嘔吐毒素機(jī)理

首先，臭氧與嘔吐毒素位點(diǎn)上的C8-C9雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)。

其次，經(jīng)臭氧化物進(jìn)一步分解生成含羰基的醛、酮和氧化羰。

最后，氧化羰與醛、酮在新的位點(diǎn)結(jié)合成臭氧化物。

根據(jù)以上步驟，經(jīng)初步液質(zhì)檢測，推測臭氧降解嘔吐毒素產(chǎn)物的可能為：

2.4.2 紫外光降解嘔吐毒素機(jī)理

紫外光照射增強(qiáng)了嘔吐毒素分子中電子的躍遷，對分子結(jié)構(gòu)中的雙鍵影響較大，可開雙鍵或斷裂共價鍵從而破壞嘔吐毒素分子。紫外光降解嘔吐毒素產(chǎn)物的質(zhì)譜和核磁表征實驗還沒有進(jìn)行，產(chǎn)生的降解物質(zhì)計劃下一步進(jìn)行解析。

2.4.3 臭氧聯(lián)合紫外光降解嘔吐毒素機(jī)理

臭氧聯(lián)合紫外光降解嘔吐毒素應(yīng)該是臭氧和紫外光共同作用以降解嘔吐毒素，嘔吐毒素位點(diǎn)上的C8-C9雙鍵被破壞，同時，紫外光作用使嘔吐毒素分子中電子產(chǎn)生躍遷，對分子結(jié)構(gòu)中的雙鍵和共價鍵斷裂從而破壞嘔吐毒素分子，從而降解嘔吐毒素。

3 結(jié)論

臭氧和紫外光均可以有效降解面粉中的嘔吐毒素含量。其中：面粉經(jīng)100 mg/L臭氧處理60 min，嘔吐毒素降解率為70.5%；面粉經(jīng)200 nm紫外光處理60 min，嘔吐毒素降解率可達(dá)78.4 %；面粉經(jīng)200 nm紫外光、100 mg/L臭氧聯(lián)合處理60 min，嘔吐毒素降解率達(dá)79.5%。另外，臭氧降解嘔吐毒素，隨著臭氧處理濃度的提高和時間的延長，面粉中嘔吐毒素降解率逐漸提高；紫外光降解嘔吐毒素，在一定范圍內(nèi)，紫外光強(qiáng)度越大、波長越短，時間越長、照射距離越短，則嘔吐毒素的降解率越高。

臭氧和紫外光降解機(jī)理為：臭氧通過氧化改變嘔吐毒素分子結(jié)構(gòu)，從而降低其毒性。紫外光則是利用嘔吐毒素對其敏感的特性，加強(qiáng)了分子中電子的躍遷，從而破壞有機(jī)物中的雙鍵，降低其毒性。臭氧聯(lián)合紫外光可更好地降解面粉中嘔吐毒素。