輻射降解脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）的研究

李萌萌，卞科，關(guān)二旗，崔貴金

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南鄭州 450052）

脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON）又稱嘔吐毒素（vomitoxin），是小麥赤霉病病原菌禾谷鐮刀菌產(chǎn)生的最主要的一種單端孢霉烯族化合物[1]。DON化學(xué)名為 3，7，15－三羥基－12，13－環(huán)氧單端孢霉－9－烯－8酮，分子式為C15H20O6[2]。DON毒素純品為一種無(wú)色針狀結(jié)晶，微溶于水，易溶于甲醇、乙醇、乙腈或乙酸乙酯等極性溶劑，具有較強(qiáng)的熱抵抗力和耐酸性，在乙酸乙酯和乙腈中可長(zhǎng)時(shí)間保存[3]。DON具有較強(qiáng)的毒性，它不但嚴(yán)重污染小麥等糧食作物，并可在食物鏈中長(zhǎng)期存留，還可能產(chǎn)生致癌物質(zhì)，嚴(yán)重威脅著人和動(dòng)物的健康[4－5]。人食用了被DON毒素污染的食品后，主要表現(xiàn)為惡心、腹瀉、嘔吐等癥狀。動(dòng)物對(duì)DON毒素的中毒癥狀表現(xiàn)為厭食、嘔吐、運(yùn)動(dòng)失調(diào)、內(nèi)臟出血等[6]。因此，如何快速有效的去除小麥等糧食作物中的DON，保證糧食及食品安全是近些年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

食品輻照是20世紀(jì)40年代發(fā)展起來的一種食品滅菌保藏技術(shù)，它是指利用鈷 60（60Co）、銫 137（137Cs）產(chǎn)生的γ射線或電子加速器產(chǎn)生的低于10 MeV的電子束照射食品的加工或處理過程。與傳統(tǒng)的冷凍保鮮、滅菌常規(guī)方法相比，食品輻射的能源消耗約為加熱消毒的5%，可以節(jié)省70%～90%的能耗；同時(shí)，處理后無(wú)污染無(wú)殘留；食品輻照在常溫下進(jìn)行，不會(huì)引起內(nèi)部溫度的升高，因而可以較好地保持食品原有的色、香、味，已成為某些食品不可替代的滅菌方法[7]。將輻照技術(shù)用于真菌毒素的降解目前已有大量研究，Aquino小組[8]2007年報(bào)道了γ射線輻照可有效的抑制真菌毒素的生長(zhǎng)，降低鐮刀菌素的濃度，當(dāng)輻照劑量為10 kGy時(shí)，玉米中的鐮刀菌素可完全降解。尹青崗[9]的研究結(jié)果表明，當(dāng)輻照劑量為10 kGy，整粒玉米中玉米赤霉烯酮降解率可達(dá)94.1%?？梢?0Co－γ射線輻照對(duì)真菌毒素的降解效果明顯，本研究以小麥赤霉病毒素DON為研究對(duì)象，首先研究輻照對(duì)溶液中DON是否具有降解作用，從而為小麥赤霉病粒中真菌毒素的去除提供理論參考。

1 材料與儀器

1.1 試劑

脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）標(biāo)準(zhǔn)品：純度≥99%，美國(guó)Sigma公司；乙腈：色譜級(jí)，F(xiàn)isher公司；實(shí)驗(yàn)用水：超純水，小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 儀器

高效液相色譜儀：安捷倫1100，Eclipse plus C18柱，4.6 mm×150 mm，粒度5 μm，配備紫外檢測(cè)器；60Co－γ輻照裝置：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所；KH－300DE型數(shù)控超聲波清洗儀：昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司；DGG－9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：武漢利輝環(huán)境檢測(cè)設(shè)備有限公司；T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；重鉻酸銀劑量計(jì)：小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系實(shí)驗(yàn)室自制，與中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院輻射加工劑量計(jì)比對(duì)（NDAS計(jì)劃）劑量測(cè)量誤差＜±3%。

2 方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

DON毒素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：用一次性注射器吸取一定量的色譜級(jí)乙腈，注入含有1.0 mg DON標(biāo)準(zhǔn)品的瓶子中，振蕩使其完全溶解，用乙腈多次清洗試劑瓶，并定容到50 mL容量瓶中，制得標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液的濃度為20 μg/mL。

DON毒素標(biāo)準(zhǔn)工作液：根據(jù)需要將標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用流動(dòng)相分別配制成濃度為 5、2、1、0.5、0.2、0.1、0.05、0.01 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)工作液。

2.2 高效液相色譜條件

色譜柱：安捷倫 1100，Eclipse plus C18柱，4.6 mm×150 mm，粒度 5 μm；柱溫：40℃；流動(dòng)相：乙腈：水（16∶84，體積比），在線脫氣；流速：0.4 mL/min；進(jìn)樣量：20 μL；紫外檢測(cè)器波長(zhǎng)：218 nm。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

分別取 20 μL 濃度為 5、2、1、0.5、0.2、0.1、0.05、0.01 μg/mL的DON標(biāo)準(zhǔn)工作液，按HPLC的條件進(jìn)樣，分別得到各濃度DON毒素標(biāo)準(zhǔn)品的峰面積，根據(jù)峰面積與標(biāo)準(zhǔn)品濃度建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算相關(guān)系數(shù)，建立回歸方程。

2.4 輻照處理

按如下方法取一定濃度的DON溶液，于60Co－γ輻照裝置中進(jìn)行輻照處理，平均劑量率為0.55 kGy/h，同時(shí)每個(gè)劑量輻照樣品中放入三個(gè)重鉻酸銀劑量計(jì)跟蹤比對(duì)，測(cè)定樣品的實(shí)際吸收劑量。其中，輻照劑量為2 kGy和4 kGy的樣品中放入量程為0.4 kGy～4 kGy的小量程劑量計(jì)，其余輻照劑量樣品中放入量程為4 kGy～40 kGy的大量程劑量計(jì)。每個(gè)樣品設(shè)置三個(gè)重復(fù)。

2.4.1 不同輻照劑量對(duì)DON降解率的影響

將初始濃度為0.5 μg/mL的DON水溶液置于60Co－γ輻照裝置中進(jìn)行輻照處理，輻照劑量設(shè)定為0、2、4、6、8、10、20 kGy。

2.4.2 不同初始濃度對(duì)DON降解率的影響

將初始濃度為2 μg/mL和0.5 μg/mL的DON水溶液置于60Co－γ輻照裝置中進(jìn)行輻照處理，輻照劑量分別設(shè)定為 0、2、4、6、8、10、20 kGy。

3 結(jié)果與分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及精密度

3.1.1 DON標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖

取2.3中不同濃度的DON標(biāo)準(zhǔn)工作液按照2.2中高效液相色譜的條件進(jìn)樣，得到一系列DON標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖，保留時(shí)間穩(wěn)定在7 min左右。其中0.5 μg/mL和2 μg/mLDON的色譜圖見圖1和圖2。

圖1 0.5 μg/mLDON標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖Fig.1 Chromatographic peak of 0.5 μg/mL DON

圖2 2 μg/mLDON標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖Fig.2 Chromatographic peak of 2 μg/mL DON

3.1.2 DON標(biāo)準(zhǔn)曲線

用DON標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制出峰面積關(guān)于濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，采用外標(biāo)法定量，見圖3。

圖3DON標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 Standard curve of deoxynivalenol

由圖3可以看出，DON標(biāo)準(zhǔn)溶液在0.01 μg/mL～5 μg/mL范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，線性方程為y=72.789x+1.161 1，相關(guān)系數(shù)R2為0.999 9，該方法能很好的滿足DON的含量測(cè)定，由信噪比3倍法求得此法檢測(cè)DON的最低檢測(cè)限為0.01 μg/mL。

3.1.3 檢測(cè)方法的精密度

為驗(yàn)證檢測(cè)方法的精密度，分別取高（2 μg/mL）、低（0.5 μg/mL）兩種不同濃度的DON標(biāo)準(zhǔn)溶液，在同一天內(nèi)連續(xù)進(jìn)樣5次，以峰面積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差來測(cè)定日內(nèi)精密度，見表1。

表1 儀器進(jìn)樣日內(nèi)精密度結(jié)果（n=5）Table 1 Result of within-day precisions（n=5）

由表1可以看出，0.5 μg/mL和2 μg/mL兩個(gè)濃度的DON標(biāo)準(zhǔn)溶液一天內(nèi)連續(xù)5次進(jìn)樣，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均較低，分別為1.36%和0.33%，說明儀器穩(wěn)定性良好，檢測(cè)方法的精密度較高，可以很好地滿足本實(shí)驗(yàn)中DON測(cè)定的需要。

3.2 輻照對(duì)DON降解率的影響

3.2.1 不同輻照劑量對(duì)DON降解率的影響

將初始濃度為0.5 μg/mL的DON溶液置于60Co－γ輻照裝置中進(jìn)行輻照處理，輻照劑量設(shè)定為0、2、4、6、8、10、20 kGy，平均劑量率為 0.55 kGy/h，每個(gè)樣品設(shè)置三個(gè)平行。將輻照后的樣品根據(jù)2.2中的高效液相色譜條件進(jìn)樣測(cè)定，由液相色譜峰面積對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線求得不同劑量輻照后DON溶液的濃度，并計(jì)算出降解率，具體結(jié)果見表2。

表2中，C代表不同劑量輻照后DON標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，C0代表DON溶液原始濃度，即0.5μg/mL，（1－C/C0）%代表DON的降解率。將上述DON濃度隨輻照劑量的變化用曲線表示，并用多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，得到擬合方程為y=0.010 1x2－0.165 8x+0.661 5，相關(guān)系數(shù)R2=0.993，見圖 4。

表2 濃度為0.5 μg/mL的DON溶液不同劑量輻照降解率Table 2 Degradation rate of 0.5 μg/mL DON in differentirradiation doses

圖4 濃度為0.5 μg/mL的DON溶液不同劑量輻照降解率Fig.4 Degradation rate of 0.5 μg/mL DON in different irradiation doses

從圖 4 可以看出，60Co－γ 輻照對(duì) 0.5 μg/mL DON標(biāo)準(zhǔn)溶液的降解有非常明顯的效果，輻照劑量為1 kGy時(shí)已開始降解，隨著輻照劑量的增加，DON溶液的濃度持續(xù)降低，DON的降解率持續(xù)提高，輻照劑量為10 kGy時(shí)降解率達(dá)到90%以上，這與K.O'NEILL等[10]的研究結(jié)果相符。

3.2.2 不同初始濃度對(duì)DON降解率的影響

將初始濃度為2 μg/mL和0.5 μg/mL的DON水溶液置于60Co－γ輻照裝置中進(jìn)行輻照處理，輻照劑量分別設(shè)定為 0、2、4、6、8、10、20 kGy，平均劑量率為0.55 kGy/h，每個(gè)樣品設(shè)置三個(gè)平行。將兩種濃度輻照后的樣品根據(jù)2.2中的高效液相色譜條件進(jìn)樣測(cè)定，由液相色譜峰面積對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線求得兩種濃度下不同劑量輻照后DON溶液的濃度，并計(jì)算出降解率，具體結(jié)果見表3。

以輻照劑量為橫坐標(biāo)，以降解率為縱坐標(biāo)，將上述兩種濃度DON溶液在不同劑量下輻照后的降解率作圖，見圖5。

表3 不同濃度的DON溶液不同劑量輻照后降解率比較Table 3 Comparison on degradation rate of DON in two concentrations

圖5 不同濃度的DON溶液不同劑量輻照后結(jié)果比較Fig.5 Comparison on degradation rate of DON in two concentrations

由圖5可以看出，在相同的輻照劑量下，初始濃度越低，其降解率越高。例如在8 kGy時(shí)，0.5 μg/mLDON標(biāo)準(zhǔn)溶液的降解率為88.35%，而2 μg/mL的DON標(biāo)準(zhǔn)溶液的降解率僅為為48.59%。隨著輻照劑量的增加，低濃度DON溶液的降解率快速升高，在10 kGy時(shí)降解率已超過90%，在20 kGy時(shí)DON幾乎完全降解；而高濃度DON溶液在20 kGy時(shí)降解率僅為75.95%。

造成上述現(xiàn)象的原因可能是，當(dāng)DON水溶液受到60Co-γ射線時(shí)，射線將促使溶液中的物質(zhì)產(chǎn)生輻射效應(yīng)，水分子被激發(fā)或電離，形成氫離子、氫氧離子和自由基OH·、H2O-和H·。在相同的輻照劑量下，可認(rèn)為DON溶液中輻照生成的活性離子也是大致相同的，因此，溶液的濃度越低，溶液中的每個(gè)溶質(zhì)分子與活性離子反應(yīng)的幾率就越大[11]，故低濃度的DON溶液在相同的輻照劑量下降解率相對(duì)較高?？梢?，對(duì)于高濃度的DON溶液來說，要到達(dá)相同的降解率需要的輻照劑量就越大。

4 結(jié)論

60Co-γ射線輻照技術(shù)對(duì)溶液中DON的降解效果明顯，0.5 μg/mLDON標(biāo)準(zhǔn)溶液在輻照劑量為10 kGy時(shí)降解率已超過90%，在20 kGy時(shí)DON幾乎完全降解。如圖5所示，2 μg/mL和0.5 μg/mL的DON標(biāo)準(zhǔn)溶液的降解率都隨著輻照劑量的增加而升高；但是在相同的輻照劑量下，低濃度溶液降解率較高，如在10 kGy時(shí)，0.5 μg/mL的 DON標(biāo)準(zhǔn)溶液的降解率已達(dá)到93.85%，而2 μg/mL的DON標(biāo)準(zhǔn)溶液的降解率僅為54.75%，因此，要達(dá)到相同的降解率，高濃度溶液所需的輻照劑量越大。

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