電子束輻照降解玉米中黃曲霉毒素B1及對玉米品質的影響

羅小虎 齊麗君 房文苗 潘麗紅 王 韌 王 莉 余曉斌 陳正行

(1. 江南大學食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122；2. 糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室，江蘇 無錫 214122；3. 江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122；4. 江南大學生物工程學院，江蘇 無錫 214122)

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電子束輻照降解玉米中黃曲霉毒素B1及對玉米品質的影響

羅小虎1,2,3齊麗君1,2,3房文苗1,2,3潘麗紅1,2,3王 韌1,2,3王 莉1,2,3余曉斌4陳正行1,2,3

(1. 江南大學食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122；2. 糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室，江蘇 無錫 214122；3. 江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122；4. 江南大學生物工程學院，江蘇 無錫 214122)

為考察電子束輻照對玉米中黃曲霉毒素B1(aflatoxin B1，AFB1)的降解效果及對玉米品質的影響，試驗選取AFB1污染的玉米為原料，研究0～50 kGy劑量輻照下玉米中AFB1的降解效果，并考察電子束輻照對玉米理化性質，包括脂肪酸值、黏度值和色度的影響。結果表明，隨著電子束輻照劑量的升高(5～50 kGy)，玉米中AFB1含量顯著降低(P<0.05)；當電子束輻照劑量大于15 kGy時，玉米理化性質變化較明顯，其中脂肪酸值顯著升高(P<0.05)，黏度值顯著下降(P<0.05)，L*值無顯著變化(P>0.05)，a*，b*值顯著下降(P<0.05)。

黃曲霉毒素B1；玉米；電子束輻照；降解；品質

在全球三大谷物之中，玉米產量居首位，約占35%左右。玉米作為中國重要的糧食作物之一，在中國國民經濟中的地位極為重要，其平均年產量(約2.0億t)已居于世界第二，且隨著逐年增長的消費量，玉米的加工技術、儲藏技術也得到了快速發展[1-2]。然而，迄今為止，玉米在生長、運輸、加工和貯藏過程中，仍易受到蟲害和真菌毒素的侵染，其安全性一直是關注的重點。

黃曲霉毒素(AFs)主要是由黃曲霉(Aspergillusflavus)和寄生曲霉(Aspergillusparasiticus)產生的一類有毒次級代謝產物的總稱，常污染玉米、花生、大豆等糧油原料及其制品，這其中尤以黃曲霉毒素B1(AFB1)毒性最大、污染范圍最廣、對人類健康危害最為嚴重[3]。盡管隨著加工、儲藏技術的提高，但迄今仍很難避免AFB1的污染。因此，如何有效降解玉米中AFB1已成為近年來研究的熱點和難點。

AFB1化學性質穩定，傳統加工方式很難將其降解或去除[3]。當前，AFB1的降解方法主要有加熱法[4]、吸附法[5]等物理法和氧化法[6]、堿法[7]等化學法以及生物法[8]。由于破壞AFB1結構需要268 ℃以上溫度，能耗高且對原料中營養物質破壞很大，因此加熱法實際很少應用。常用吸附劑有硅鋁酸鹽、活性炭等，近幾年，改性吸附劑也逐步研究，但是使用吸附劑并不能消除AFB1毒性，而且在吸附原料中AFB1的同時，也可能吸附原料中的營養物質從而降低營養素的利用率，更為關鍵的是，吸附的毒素有可能在動物體內代謝過程中重新釋放，因此其應用效果還有待進一步研究。氧化法中常用的有次氯酸鈉、臭氧、過氧化氫等，這些方法雖然效果明顯，但原料中維生素等營養成分破壞嚴重。堿法主要有氨化法和氫氧化鈉法，該法較適用于含水量較高的青貯飼料以及液態原料，不適合籽粒、餅粕等固體原料，而且處理后化學物質殘留率高[9]。因此，尋找安全有效的AFB1降解方法仍是當前研究焦點。

經過長期研究與實踐證明，輻照技術是一項高效、安全的食品加工保藏方式[10]。特別是近年來，電子束輻照逐漸應用于食品中，如食品的貯藏加工[11]、果蔬保鮮[12]、滅蟲殺菌[13]等領域，且已經證實對真菌毒素的降解有一定效果[14-15]。電子束輻照技術有以下優點，在今后真菌毒素降解領域具有廣泛應用前景[16]。電子束輻照過程不需要加入試劑或藥品，不會造成原料二次污染，安全性較高；輻照通常在常溫常壓下進行，工藝簡單、效率高，原料溫度變化較小，對原料品質影響小；可接受處理的原料類型較廣泛，且包裝后的樣品也可處理。此外，與γ射線輻照相比，盡管電子束輻照穿透性較差，但對食品穿透力依然很強，且具有經濟、操作方便、使用安全和環保等優勢[17-18]。

然而，迄今尚未見電子束輻照降解玉米中AFB1效果及AFB1降解后玉米品質改變研究。因此，本研究采用AFB1污染的玉米為原料，研究不同輻照條件下AFB1的降解效果，并考察經電子束輻照后玉米原料的脂肪酸值、黏度和顏色等理化指標的變化，評價電子束輻照對玉米品質的影響，以期為今后電子束輻照降解AFB1污染糧食提供實踐參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

AFB1污染玉米：AFB1含量106.4 μg/kg，江蘇當地市場；

AFB1對照品：純度≥98.0%，瑞士Alexis公司；

甲醇、乙腈：色譜純，美國Fisher Scientific公司；

氮氣：江蘇無錫新南氣體有限公司；

ZORBAX SB-C18色譜柱： 150 mm×4.6 mm, 5 μm，美國安捷倫科技有限公司。

1.2 主要儀器與設備

電子束加速器輻照裝置：AB 5.0型，能量5.0 MeV，束流25 MA，無錫愛邦輻照技術有限公司；

高效液相色譜儀：Agilent HPLC 1260型，美國安捷倫科技有限公司；

氮氣吹干儀：MD200-1型，杭州奧盛儀器有限公司；

超純水制備系統：Simplicity UV型，法國Millipore公司；

高精密分光測色儀：Datacolor 600型，瑞士Datacolor公司；

快速黏度分析儀：RVA 4500型，澳大利亞Newport Scientific公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 AFB1標準溶液的制備和玉米樣品的準備 準確稱取5 mg AFB1對照品，甲醇(色譜純)溶解配置成100 mg/L的儲備液，放入-18 ℃下保存。取一定量的儲備液，分別稀釋成5，10，50 mg/L的工作液，待用。分別取不同濃度的AFB1工作液2 mL，待測。將玉米籽粒按四分法取樣，200 g/份，共6份，密封于聚乙烯透明袋中，鋪平，厚度2～3 cm。另外，按四分法取200 g/份玉米籽粒6份，粉碎過40目篩，密封于聚乙烯透明袋中，鋪平，厚度2～3 cm。

1.3.2 電子束輻照處理 分別設置0，5，10，15，20，50 kGy共6個輻照劑量，將準備好的玉米及玉米粉放入電子束輻照設備下輻照處理2 min。

1.3.3 玉米中AFB1的提取與檢測 玉米粉碎，過40目篩，稱取25 g置于250 mL具塞錐形瓶中，加入100 mL乙腈—水(體積比84∶16)，45 ℃下200 r/min振蕩提取45 min，結束后靜置3～5 min，過濾，收集濾液。

取2 mL濾液于5 mL離心管中，50 ℃下氮氣吹干。分別加入200 μL正己烷和100 μL三氟乙酸，渦旋混合30 s，(40±1) ℃恒溫箱中衍生30 min，室溫下氮氣吹干。1 mL水—乙腈(體積比15∶85)溶解，渦旋混勻30 s，0.22 μm有機膜過濾，濾液至樣品瓶，待測。

高效液相色譜檢測條件，激發波長：360 nm；發射波長：440 nm；流動相：甲醇/水(體積比42∶58)；流速：1 mL/min；進樣量：20 μL；檢測時間：20 min。

1.3.4 脂肪酸值的測定 按GB/T 5510—2011《糧油檢驗 糧食、油料脂肪酸值測定》執行。

1.3.5 玉米粉質特性測定 玉米粉碎，使用快速黏度測定儀(RVA)對每個被輻照樣品進行連續檢測，并用TCW配套軟件分析。根據玉米的水分含量，稱取一定量的玉米粉，加入超純水，配置成干基為7%的玉米粉糊樣品28 g，于RVA專用鋁盒內混勻。

RVA測定溫度程序：50 ℃保持1 min，以6 ℃/min上升到95 ℃(7.5 min)，保持5 min，再降到50 ℃(7.5 min)，保持2 min。起始10 s攪拌轉速960 r/min，之后1 min內降至160 r/min，并保持。根據所獲得的黏度變化曲線確定樣品的糊化溫度、峰值黏度、最低黏度和最終黏度，并與原料相比較，研究輻照后樣品的黏度值變化。

2 結果與討論

2.1 電子束輻照降解玉米中AFB1的效果

由圖1可知，樣品中AFB1的降解率隨著輻照劑量的增加顯著升高(P<0.05)。輻照劑量為5～15 kGy時，AFB1的降解率為20%～40%，當輻照劑量升高到50 kGy時，AFB1的降解率達90%。Wang等[19]在研究電子束輻照對AFB1的降解效果及產物影響時發現，輻照劑量與AFB1的降解率呈正比，隨著輻照劑量的增加，AFB1的降解率也上升，這與本研究的結果是一致的。另外，本研究發現，當原料形態發生變化時，AFB1的降解效果也會發生改變。在相同輻照條件下，如15 kGy下，玉米籽粒中的AFB1降解率為40%，而玉米粉中AFB1降解率為35%。此結果表明，不同形態的玉米樣品中AFB1的降解效果存在顯著差異(P<0.05)。造成這種差異的原因可能是，AFB1在玉米中的污染由表及里，且主要分布在玉米籽粒的表面，當玉米粉碎后，AFB1反而均勻分布在玉米粉中，導致電子束輻照劑量相同，需要輻照的樣品量增大，從而使得玉米粉中AFB1的降解率小于籽粒樣品。當輻照劑量為50 kGy時，玉米籽粒和玉米粉中AFB1含量分別為10.64，19.15 μg/kg，低于中國在食品中的AFB1限量標準(20 μg/kg)。Diao等[20]用50 mg/L，流速5 L/min的臭氧處理AFB1污染花生60 h，AFB1降解率達89.40%。雖然該研究中AFB1的降解率與本研究的較為接近，但是處理時間上，是有較大差別的。本研究認為，造成差別主要是因降解方法、不同玉米的表面特性、AFB1污染程度差異，這些因素顯著影響AFB1的降解效果。

2.2 電子束輻照對玉米中脂肪酸值的影響

脂肪酸值是玉米中的脂肪在脂肪酶的作用下或酸堿水解氧化的過程中產生的，是判定玉米品質的一個重要指標。脂肪酸值的變化代表玉米原料的新鮮程度，同時也代表玉米原料儲存的適宜與否[21]。由圖2可知，和未處理原料相比，輻照處理后的玉米脂肪酸值呈上升趨勢，且隨著輻照劑量的增加而增加。這一現象和Supriya等[22]研究電子束輻照對青刀豆中脂肪酸值的變化相同。造成這種現象的原因：① 電子束射線對玉米中脂類物質的變性作用，導致脂類分解、酸敗，從而使游離脂肪酸增加[23-24]；② 輻照過程中溫度略微上升，脂肪酶在一定范圍內隨著溫度的升高其活性也逐漸升高[25]，使得脂肪水解加速從而導致游離脂肪酸增加，造成脂肪酸值變大。根據GB/T 20507—2015《玉米儲存品質判定規則》，當輻照劑量為5 kGy時，玉米脂肪酸值達到輕度不宜存儲(≤78 mg KOH/100 g·干基)；當輻照劑量大于10 kGy時，玉米重度不宜存儲(>78 mg KOH/100 g·干基)。上述結果表明，為了保持玉米良好品質，不宜采用過高劑量輻照玉米，但要保持較高AFB1降解率，適當提高輻照劑量又是必要的，這就需要在玉米品質保持和毒素消減效率方面綜合考慮，尋找一個合適的輻照條件。

圖1 電子束輻照降解玉米中AFB1的效果

圖2 不同輻照劑量下玉米中脂肪酸值的變化

2.3 電子束輻照對玉米粉糊化性質的影響

與未處理原料相比，經過電子束輻照過的玉米樣品的峰值黏度、最低黏度和最高黏度都有明顯的下降(見表1)。在輻照劑量為5 kGy的條件下，黏度值下降了60%；在50 kGy的輻照劑量下，下降了90%。玉米淀粉的回生值在輻照處理后也有明顯下降。在5 kGy劑量下，回生值下降了70%；在50 kGy的輻照劑量下，下降了90%。隨著輻照劑量的增加，樣品的糊化溫度略微上升，但是上升幅度并不明顯。影響玉米黏度的主要因素有內源淀粉比例、淀粉結構等[26]。在輻照過程中，電子束會對支鏈淀粉長鏈中的碳氫鍵和氫氧鍵造成破壞，導致支鏈淀粉的聚合度下降，而支鏈淀粉的聚合度和玉米淀粉的黏度呈正相關，因此玉米淀粉的黏度也隨之下降。其次，支鏈淀粉聚合度的下降也會使得淀粉顆粒變小且直鏈淀粉含量上升，直鏈淀粉含量越高則回生值越低，因此隨著輻照劑量的增加，回生值呈明顯的下降趨勢[27]。

2.4 電子束輻照對玉米色度的影響

玉米的色澤是其一個重要的外在品質。由表2可知，隨著輻照劑量的增加，L*值變化不明顯(0～50 kGy)，a*和b*值最初變化不明顯(0～15 kGy)，但隨著輻照劑量的增加，呈現顯著下降趨勢(20～50 kGy)。當輻照劑量達到20 kGy時，a*值下降了35%，b*值下降了14%。造成這一現象的原因主要是組成玉米黃色素的玉米黃素、葉黃素、β-胡蘿卜素、隱黃素不穩定，對輻照較為敏感[28]。同時當輻照劑量超過20 kGy時，玉米樣品的溫度升高幅度較大，玉米色素對熱不太穩定，導致色素分子發生降解，也會造成玉米色澤的變化[29]。

表1 電子束輻照對玉米粉糊化性質的影響?

? 同列字母不同表示組間差異顯著，P<0.05。

表2 不同輻照劑量下玉米粉色度的變化?

? 同列字母不同表示組間差異顯著，P<0.05。

3 結論

本研究表明，電子束劑量在0～50 kGy時，可以有效降解玉米中AFB1。當電子束輻照劑量達50 kGy時，AFB1降解率高于90%，且電子束對玉米籽粒中AFB1降解效果優于玉米粉。玉米經過輻照處理后，理化性質也有較明顯變化，其中脂肪酸值明顯升高，玉米粉的峰值黏度、最低黏度、衰減值等均顯著降低，玉米粉的L*值未發生顯著改變，a*、b*值顯著下降。對于今后采用電子束輻照降解玉米中AFB1，還需進一步研究輻照后樣品的安全性和質量，從而建立安全有效的輻照降解體系。

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Effects of electron beam irradiation on the degradation of aflatoxins and the physicochemical properties of corn

LUOXiao-hu1,2,3QILi-jun1,2,3FANGWen-miao1,2,3PANLi-hongWANGRen1,2,3WANGLi1,2,3YUXiao-bin4CHENZheng-xing1,2,3

(1.StateKeyLaboratoryofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China;2.NationalEngineeringLaboratoryforCerealFermentationTechnology,Wuxi,Jiangsu214122,China;3.SchoolofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China;4.SchoolofBiotechnology,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

To study the detoxification effect of electron beam irradiation on AFB1in corn, the effect of electron beam irradiation on the AFB1-contaminated corn based on the doses of 0～50 kGy was studied. Physicochemical properties including fatty acid, color and viscosity of AFB1-contaminted corn at different irradiated doses were also investigated. Results indicated that AFB1in corn significantly decreased with the irradiation dose (P<0.05). Moreover, physicochemical properties changed significantly when the irradiation dose was over 15 kGy, including the significant increase of fatty acid value (P<0.05) and the decrease of the viscosities (P<0.05). It was found that the whiteness didn’t change significantly (P>0.05), while the significantly decreased redness and yellowness (P<0.05) were observed.Keywords：Aflatoxin B1; corn; electron beam irradiation; degradation; quality

公益性行業(糧食)科研專項(編號：201313005，201513006)；公益性行業(農業)科研專項(編號：201203037)；國家自然科學基金(編號：31371874，31501579)；國家國際科技合作專項(編號：2015DFA30540)；江蘇省博士后基金(編號：1501078B)；中央高校基本科研業務費專項資金資助(編號：JUSRP11510)

羅小虎，男，江南大學副教授，博士。

陳正行(1960—)，男，江南大學教授，博士，博士生導師。E-mail:zxchen_2008@126.com

2016-05-27

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.10.026