電子束輻照降解玉米中黃曲霉毒素B1及對玉米品質(zhì)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(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214122；2. 糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214122；3. 江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122；4. 江南大學(xué)生物工程學(xué)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(zhì)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(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214122；2. 糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214122；3. 江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122；4. 江南大學(xué)生物工程學(xué)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(zhì)的影響，試驗(yàn)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(zhì)，包括脂肪酸值、黏度值和色度的影響。結(jié)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(dāng)電子束輻照劑量大于15 kGy時(shí)，玉米理化性質(zhì)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(zhì)

在全球三大谷物之中，玉米產(chǎn)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(jīng)濟(jì)中的地位極為重要，其平均年產(chǎn)量(約2.0億t)已居于世界第二，且隨著逐年增長的消費(fèi)量，玉米的加工技術(shù)、儲藏技術(shù)也得到了快速發(fā)展[1-2]。然而，迄今為止，玉米在生長、運(yùn)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(guān)注的重點(diǎn)。

黃曲霉毒素(AFs)主要是由黃曲霉(Aspergillusflavus)和寄生曲霉(Aspergillusparasiticus)產(chǎn)生的一類有毒次級代謝產(chǎn)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(yán)重[3]。盡管隨著加工、儲藏技術(shù)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(diǎn)和難點(diǎn)。

AFB1化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，傳統(tǒng)加工方式很難將其降解或去除[3]。當(dāng)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(xué)法以及生物法[8]。由于破壞AFB1結(jié)構(gòu)需要268 ℃以上溫度，能耗高且對原料中營養(yǎng)物質(zhì)破壞很大，因此加熱法實(shí)際很少應(yīng)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(shí)，也可能吸附原料中的營養(yǎng)物質(zhì)從而降低營養(yǎng)素的利用率，更為關(guān)鍵的是，吸附的毒素有可能在動物體內(nèi)代謝過程中重新釋放，因此其應(yīng)用效果還有待進(jìn)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(yǎng)成分破壞嚴(yán)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(tài)原料，不適合籽粒、餅粕等固體原料，而且處理后化學(xué)物質(zhì)殘留率高[9]。因此，尋找安全有效的AFB1降解方法仍是當(dāng)前研究焦點(diǎn)。

經(jīng)過長期研究與實(shí)踐證明，輻照技術(shù)是一項(xiàng)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(yīng)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(lǐng)域，且已經(jīng)證實(shí)對真菌毒素的降解有一定效果[14-15]。電子束輻照技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)，在今后真菌毒素降解領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)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(jìn)行，工藝簡單、效率高，原料溫度變化較小，對原料品質(zhì)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(qiáng)，且具有經(jīng)濟(jì)、操作方便、使用安全和環(huán)保等優(yōu)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(zhì)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(jīng)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(biāo)的變化，評價(jià)電子束輻照對玉米品質(zhì)的影響，以期為今后電子束輻照降解AFB1污染糧食提供實(shí)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(dāng)?shù)厥袌觯?/p>

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?dú)猓航K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(shè)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(shù)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?dú)獯蹈蓛x：MD200-1型，杭州奧盛儀器有限公司；

超純水制備系統(tǒng)：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(yàn)方法

1.3.1 AFB1標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備和玉米樣品的準(zhǔn)備 準(zhǔn)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(shè)置0，5，10，15，20，50 kGy共6個(gè)輻照劑量，將準(zhǔn)備好的玉米及玉米粉放入電子束輻照設(shè)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(jié)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?dú)獯蹈?。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?dú)獯蹈伞? mL水—乙腈(體積比15∶85)溶解，渦旋混勻30 s，0.22 μm有機(jī)膜過濾，濾液至樣品瓶，待測。

高效液相色譜檢測條件，激發(fā)波長：360 nm；發(fā)射波長：440 nm；流動相：甲醇/水(體積比42∶58)；流速：1 mL/min；進(jìn)樣量：20 μL；檢測時(shí)間：20 min。

1.3.4 脂肪酸值的測定 按GB/T 5510—2011《糧油檢驗(yàn) 糧食、油料脂肪酸值測定》執(zhí)行。

1.3.5 玉米粉質(zhì)特性測定 玉米粉碎，使用快速黏度測定儀(RVA)對每個(gè)被輻照樣品進(jìn)行連續(xù)檢測，并用TCW配套軟件分析。根據(jù)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(nèi)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(zhuǎn)速960 r/min，之后1 min內(nèi)降至160 r/min，并保持。根據(jù)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(jié)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(shí)，AFB1的降解率為20%～40%，當(dāng)輻照劑量升高到50 kGy時(shí)，AFB1的降解率達(dá)90%。Wang等[19]在研究電子束輻照對AFB1的降解效果及產(chǎn)物影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，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(jié)果是一致的。另外，本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原料形態(tài)發(fā)生變化時(shí)，AFB1的降解效果也會發(fā)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(jié)果表明，不同形態(tài)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(dāng)玉米粉碎后，AFB1反而均勻分布在玉米粉中，導(dǎo)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(dāng)輻照劑量為50 kGy時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)(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(dá)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(shí)間上，是有較大差別的。本研究認(rèn)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(chǎn)生的，是判定玉米品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。脂肪酸值的變化代表玉米原料的新鮮程度，同時(shí)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(xiàn)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(xiàn)象的原因：① 電子束射線對玉米中脂類物質(zhì)的變性作用，導(dǎo)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(nèi)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(dǎo)致游離脂肪酸增加，造成脂肪酸值變大。根據(jù)GB/T 20507—2015《玉米儲存品質(zhì)判定規(guī)則》，當(dāng)輻照劑量為5 kGy時(shí)，玉米脂肪酸值達(dá)到輕度不宜存儲(≤78 mg KOH/100 g·干基)；當(dāng)輻照劑量大于10 kGy時(shí)，玉米重度不宜存儲(>78 mg KOH/100 g·干基)。上述結(jié)果表明，為了保持玉米良好品質(zhì)，不宜采用過高劑量輻照玉米，但要保持較高AFB1降解率，適當(dāng)提高輻照劑量又是必要的，這就需要在玉米品質(zhì)保持和毒素消減效率方面綜合考慮，尋找一個(gè)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(zhì)的影響

與未處理原料相比，經(jīng)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(nèi)源淀粉比例、淀粉結(jié)構(gòu)等[26]。在輻照過程中，電子束會對支鏈淀粉長鏈中的碳?xì)滏I和氫氧鍵造成破壞，導(dǎo)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(guān)，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(gè)重要的外在品質(zhì)。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(xiàn)顯著下降趨勢(20～50 kGy)。當(dāng)輻照劑量達(dá)到20 kGy時(shí)，a*值下降了35%，b*值下降了14%。造成這一現(xiàn)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(wěn)定，對輻照較為敏感[28]。同時(shí)當(dāng)輻照劑量超過20 kGy時(shí)，玉米樣品的溫度升高幅度較大，玉米色素對熱不太穩(wěn)定，導(dǎo)致色素分子發(fā)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(zhì)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(jié)論

本研究表明，電子束劑量在0～50 kGy時(shí)，可以有效降解玉米中AFB1。當(dāng)電子束輻照劑量達(dá)50 kGy時(shí)，AFB1降解率高于90%，且電子束對玉米籽粒中AFB1降解效果優(yōu)于玉米粉。玉米經(jīng)過輻照處理后，理化性質(zhì)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(fā)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(jìn)一步研究輻照后樣品的安全性和質(zhì)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(yè)(糧食)科研專項(xiàng)(編號：201313005，201513006)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(編號：201203037)；國家自然科學(xué)基金(編號：31371874，31501579)；國家國際科技合作專項(xiàng)(編號：2015DFA30540)；江蘇省博士后基金(編號：1501078B)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(編號：JUSRP11510)

羅小虎，男，江南大學(xué)副教授，博士。

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

2016-05-27

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.10.026