臭氧联合紫外光降解面粉中呕吐毒素的研究

张淑涵 胡懿玭 方晓晓 刘洪顺 钱淳豪 盛建国

（江苏科技大学粮食学院，江苏镇江212100）

真菌毒素是由各自所属的真菌代谢生成的有机代谢物，广泛分布在自然界中，对人类的食物和饲料造成了广泛的污染，造成重大经济损失。据联合国粮农组织（FAO）估计，全球每年约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费，由此引发的危害和损失数据难以统计。

真菌毒素属于天然化学污染物，目前，人们可以确定检测的真菌毒素大概有300种，由350种真菌产生[1]。其中呕吐毒素（学名为脱氧雪腐镰刀菌烯醇，简称DON）被认为是世界上常见的危害物中最危险的类型，在镰刀菌毒素之中，呕吐毒素对谷物造成的污染率和污染水平是最高的[2]。世界上很多国家都通过法规或者标准严格规定了呕吐毒素在粮食及其制品中限量。因此，如何去除谷物（特别是小麦和玉米）中的呕吐毒素，以减少其进入面制品甚至食物链的研究需求越来越迫切。

呕吐毒素的降解方法主要有物理、生物和化学方法。由于呕吐毒素具有耐热性，导致物理方法的适用性不强，且降解产物难以确定，也难做出安全性评判；生物方法降解真菌毒素的研究已经取得了一定的进展，具有高效性和专一性，但性价比较低且较难适用于固体；化学方法主要是通过强酸、强碱或者强氧化剂对物质的分子结构进行破坏，致使毒素被降解[3]。

近年来，臭氧被利用于减少粮食和食品中的真菌毒素如赭曲霉毒素A、黄曲霉毒素B1的研究比较多，在实践中也得到肯定[4-8]，但对臭氧降低面粉中呕吐毒素的研究相对较少。臭氧自身具有很大优势：它可以迅速破坏有机物中的双键，具有极强的渗透性，可以分解为氧气，不会产生有毒残留，对环境无不良影响[9]。

紫外辐照加强了分子中电子的跃迁，能破坏有机物中的双键，从而降解面粉中的呕吐毒素。因此研究臭氧联合紫外光降解面粉中的呕吐毒素含量的工艺参数，对于确保食品安全，具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

面粉，江苏镇江某公司；呕吐毒素标准品：FERMETEK公司；高纯氧，镇江市丹徒兴达公司；氢氧化钠、无水甲醇、碘化钾，国药集团化学试剂有限公司。

24 mm×250 mm紫外灯（波长可调，主波长为254 nm），上海季光特种照明电器厂；石英套管（30 mm×300 mm）、石英反应容器（50 mm×250 mm）、镇流器（功率为28 W），上海季光特种照明电器厂；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，郑州长城科工贸有限公司；臭氧发生器，深圳市飞立电器科技有限公司；FD-100荧光定量免疫分析仪，上海飞测生物科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 呕吐毒素标准品的配制

用无水甲醇溶解1 mg呕吐毒素标准品，将其定容于250 mL棕色容量瓶中，搅拌均匀，作为储备液在4℃条件下，密封保存，待用。

1.2.2 臭氧的制备

高纯氧外接臭氧发生器，通过调节高纯氧的流量和玻璃转子流量计来调节臭氧的浓度和输送速率，臭氧初始浓度为100 mg/L。

1.2.3 臭氧降解呕吐毒素[10-13]

取100 g受呕吐毒素自然污染的面粉，放于装有搅拌器的250 mL石英玻璃三口烧瓶中，一孔通入臭氧，一孔外接尾气处理（碘化钾溶液），一孔连接搅拌器连杆，降解时间为20 min、30 min、40 min、60 min；臭氧输送速率为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 紫外光降解呕吐毒素[14]

取100 g受呕吐毒素自然污染的面粉，放于装有搅拌器的250 mL石英玻璃三口烧瓶中搅拌，降解时间为20 min、30 min、40 min、60 min，紫外灯进行直射（外面包裹锡纸防护），紫外灯波长为200 nm、254 nm、280 nm。

1.2.5 臭氧联合紫外光降解呕吐毒素

取100 g受呕吐毒素自然污染的面粉，放于装有搅拌器的250 mL石英玻璃三口烧瓶中，一孔通入臭氧，一孔外接尾气处理（碘化钾溶液），一孔连接搅拌器连杆，紫外灯进行直射（外面包裹锡纸防护），降解时间为20 min、30 min、40 min、60 min；臭氧浓度为25 mg/L、50 mg/L、75 mg/L、100 mg/L，输送速率为1.4 L/min，紫外灯波长为200 nm。

1.2.6 呕吐毒素检测

取10 g面粉、50 mL提取液（超纯水∶无水甲醇=1∶4）于100 mL离心管中，在旋涡混合器中斡旋5 min，然后放在转速为4000 r/min条件下进行离心2 min，取上清液100 μL，稀释液1000 μL斡旋2 min，将试剂条放入37℃孵化器中，取100 μL混合液，滴入试剂条中，孵化8 min，取出试剂条在荧光定量免疫分析仪中读取数值。每组实验测三次，取平均值，同时进行空白实验比对。

1.2.7 数据计算与分析

呕吐毒素降解率的计算公式为：

式中：c（A，t）为样品中呕吐毒素经处理t时间后的含量/（μg/kg）；c（A，0）为样品中呕吐毒素的初始含量/（μg/kg）[11]。

2 结果与分析

2.1 臭氧降解呕吐毒素

图1为面粉在不同浓度臭氧处理呕吐毒素降解情况。

图1 臭氧处理面粉中呕吐毒素效果

图1可以看出，时间一定时，面粉中的呕吐毒素随着臭氧浓度速率增加呈下降趋势。臭氧浓度一定时，处理时间越长，面粉中呕吐毒素含量越低，开始面粉中呕吐毒素含量为880 μg/kg。从图中可以直观看出，在100 mg/L臭氧作用下，面粉中的呕吐毒素降解效果最好在前30 min降解较快，之后降解平缓；最低是在60 min时，呕吐毒素含量为260 μg/kg，降解率为70.5%。

对实验数据研究表明，臭氧在降解面粉中呕吐毒素过程中，在输送浓度较大、处理时间较短时，降解效果比较明显，随着时间的增加，输送浓度的降低，在一定程度上抑制呕吐毒素的降解，很可能是因为臭氧对于固体颗粒物的穿透能力有限，与臭氧与原料的接触程度、臭氧的质量浓度等因素有关。

2.2 紫外光降解呕吐毒素

图2为面粉在不同波长紫外光处理呕吐毒素降解情况。

图2 紫外光处理面粉中呕吐毒素效果

从图2可以看出，紫外辐射对呕吐毒素有明显的降解作用，辐照时间越长，紫外光波长越短，呕吐毒素的降解效果越明显。实验发现辐照距离也有影响，辐照距离越短，降解效果越好。以200 nm紫外光辐射为例，开始时面粉中呕吐毒素含量为880 μg/kg，经过60 min的降解，含量降为190 μg/kg，降解率达78.4%。

2.3 臭氧联合紫外光复合降解呕吐毒素

图3为面粉在200 nm紫外光联合100 mg/L臭氧处理呕吐毒素降解情况。

图3 臭氧联合紫外光复合处理面粉呕吐毒素效果

从图3可以看出，紫外光联合臭氧对呕吐毒素降解作用效果更加明显，辐照时间越长，呕吐毒素的降解效果越明显。实验发现辐照距离也有影响，辐照距离越短，降解效果越好。以200 nm紫外辐射为例，开始时面粉中呕吐毒素含量为880 μg/kg，经过60 min的降解，含量为180 μg/kg，降解率达79.5%。

2.4 降解机理分析

2.4.1 臭氧降解呕吐毒素机理

首先，臭氧与呕吐毒素位点上的C8-C9双键发生加成反应。

其次，经臭氧化物进一步分解生成含羰基的醛、酮和氧化羰。

最后，氧化羰与醛、酮在新的位点结合成臭氧化物。

根据以上步骤，经初步液质检测，推测臭氧降解呕吐毒素产物的可能为：

2.4.2 紫外光降解呕吐毒素机理

紫外光照射增强了呕吐毒素分子中电子的跃迁，对分子结构中的双键影响较大，可开双键或断裂共价键从而破坏呕吐毒素分子。紫外光降解呕吐毒素产物的质谱和核磁表征实验还没有进行，产生的降解物质计划下一步进行解析。

2.4.3 臭氧联合紫外光降解呕吐毒素机理

臭氧联合紫外光降解呕吐毒素应该是臭氧和紫外光共同作用以降解呕吐毒素，呕吐毒素位点上的C8-C9双键被破坏，同时，紫外光作用使呕吐毒素分子中电子产生跃迁，对分子结构中的双键和共价键断裂从而破坏呕吐毒素分子，从而降解呕吐毒素。

3 结论

臭氧和紫外光均可以有效降解面粉中的呕吐毒素含量。其中：面粉经100 mg/L臭氧处理60 min，呕吐毒素降解率为70.5%；面粉经200 nm紫外光处理60 min，呕吐毒素降解率可达78.4 %；面粉经200 nm紫外光、100 mg/L臭氧联合处理60 min，呕吐毒素降解率达79.5%。另外，臭氧降解呕吐毒素，随着臭氧处理浓度的提高和时间的延长，面粉中呕吐毒素降解率逐渐提高；紫外光降解呕吐毒素，在一定范围内，紫外光强度越大、波长越短，时间越长、照射距离越短，则呕吐毒素的降解率越高。

臭氧和紫外光降解机理为：臭氧通过氧化改变呕吐毒素分子结构，从而降低其毒性。紫外光则是利用呕吐毒素对其敏感的特性，加强了分子中电子的跃迁，从而破坏有机物中的双键，降低其毒性。臭氧联合紫外光可更好地降解面粉中呕吐毒素。