臭氧聯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

（江蘇科技大學糧食學院，江蘇鎮江212100）

真菌毒素是由各自所屬的真菌代謝生成的有機代謝物，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，造成重大經濟損失。據聯合國糧農組織（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，由此引發的危害和損失數據難以統計。

真菌毒素屬于天然化學污染物，目前，人們可以確定檢測的真菌毒素大概有300種，由350種真菌產生[1]。其中嘔吐毒素（學名為脫氧雪腐鐮刀菌烯醇，簡稱DON）被認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或者標準嚴格規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、生物和化學方法。由于嘔吐毒素具有耐熱性，導致物理方法的適用性不強，且降解產物難以確定，也難做出安全性評判；生物方法降解真菌毒素的研究已經取得了一定的進展，具有高效性和專一性，但性價比較低且較難適用于固體；化學方法主要是通過強酸、強堿或者強氧化劑對物質的分子結構進行破壞，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勢：它可以迅速破壞有機物中的雙鍵，具有極強的滲透性，可以分解為氧氣，不會產生有毒殘留，對環境無不良影響[9]。

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

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

面粉，江蘇鎮江某公司；嘔吐毒素標準品：FERMETEK公司；高純氧，鎮江市丹徒興達公司；氫氧化鈉、無水甲醇、碘化鉀，國藥集團化學試劑有限公司。

24 mm×250 mm紫外燈（波長可調，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）、石英反應容器（50 mm×250 mm）、鎮流器（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，鄭州長城科工貿有限公司；臭氧發生器，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 嘔吐毒素標準品的配制

用無水甲醇溶解1 mg嘔吐毒素標準品，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

高純氧外接臭氧發生器，通過調節高純氧的流量和玻璃轉子流量計來調節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，紫外燈進行直射（外面包裹錫紙防護），紫外燈波長為200 nm、254 nm、280 nm。

1.2.5 臭氧聯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，紫外燈進行直射（外面包裹錫紙防護），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，然后放在轉速為4000 r/min條件下進行離心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值。每組實驗測三次，取平均值，同時進行空白實驗比對。

1.2.7 數據計算與分析

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%。

對實驗數據研究表明，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、臭氧的質量濃度等因素有關。

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。實驗發現輻照距離也有影響，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，經過60 min的降解，含量降為190 μg/kg，降解率達78.4%。

2.3 臭氧聯合紫外光復合降解嘔吐毒素

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

圖3 臭氧聯合紫外光復合處理面粉嘔吐毒素效果

從圖3可以看出，紫外光聯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。實驗發現輻照距離也有影響，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，經過60 min的降解，含量為180 μg/kg，降解率達79.5%。

2.4 降解機理分析

2.4.1 臭氧降解嘔吐毒素機理

首先，臭氧與嘔吐毒素位點上的C8-C9雙鍵發生加成反應。

其次，經臭氧化物進一步分解生成含羰基的醛、酮和氧化羰。

最后，氧化羰與醛、酮在新的位點結合成臭氧化物。

根據以上步驟，經初步液質檢測，推測臭氧降解嘔吐毒素產物的可能為：

2.4.2 紫外光降解嘔吐毒素機理

紫外光照射增強了嘔吐毒素分子中電子的躍遷，對分子結構中的雙鍵影響較大，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物的質譜和核磁表征實驗還沒有進行，產生的降解物質計劃下一步進行解析。

2.4.3 臭氧聯合紫外光降解嘔吐毒素機理

臭氧聯合紫外光降解嘔吐毒素應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生躍遷，對分子結構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100 mg/L臭氧處理60 min，嘔吐毒素降解率為70.5%；面粉經200 nm紫外光處理60 min，嘔吐毒素降解率可達78.4 %；面粉經200 nm紫外光、100 mg/L臭氧聯合處理60 min，嘔吐毒素降解率達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，紫外光強度越大、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理為：臭氧通過氧化改變嘔吐毒素分子結構，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，加強了分子中電子的躍遷，從而破壞有機物中的雙鍵，降低其毒性。臭氧聯合紫外光可更好地降解面粉中嘔吐毒素。