制粉和分層研磨對(duì)小麥中赭曲霉毒素A的去除效果

彭春紅 王 麗 安鳳平 李淑榮 羅紅霞 王 強(qiáng)

(北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院食品生物技術(shù)學(xué)院1，北京 102442)

(福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院2， 福州 350002)

(農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所3，北京 100193)

制粉和分層研磨對(duì)小麥中赭曲霉毒素A的去除效果

彭春紅1,2,3王 麗1安鳳平2李淑榮1羅紅霞1王 強(qiáng)3

(北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院食品生物技術(shù)學(xué)院1，北京 102442)

(福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院2， 福州 350002)

(農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所3，北京 100193)

以人工染菌的小麥為原料，對(duì)小麥進(jìn)行掃描電鏡觀察、制粉和分層研磨，分析小麥中赭曲霉菌絲體的分布規(guī)律以及加工工藝對(duì)赭曲毒素A(OTA)的去除效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，赭曲霉菌絲體主要依附在小麥兩端的表皮上，并逐步向內(nèi)延伸。OTA含量為2.26～185.4 μg/kg的小麥制得的小麥粉中OTA含量減少了50%～68%。麩皮和細(xì)麩中OTA平均總量之和約為72.75%，OTA主要分布于小麥的麩皮和細(xì)麩中，而在胚乳中則很少。通過(guò)檢測(cè)小麥經(jīng)分層碾磨設(shè)備后各樣品的OTA含量，發(fā)現(xiàn)分層研磨可以有效去除小麥中的OTA毒素。經(jīng)3次研磨后，脫皮率約為18%，脫皮小麥中OTA的含量減少了44%～63.06%。在制粉和分層研磨過(guò)程中并沒(méi)有促進(jìn)OTA的生成或消除，只是對(duì)其進(jìn)行重新分布。

小麥 OTA 制粉 分層研磨 去除

赭曲霉毒素A(Ochratoxin)是主要由赭曲霉(Alochraceus)、純綠青霉(Plverrucosum)和碳黑曲霉(Alcarbonarius)產(chǎn)生的一種真菌次級(jí)代謝產(chǎn)物，具有致癌、致畸和致突變性，以及強(qiáng)烈的腎毒性、肝臟毒性、神經(jīng)毒性和免疫毒性[1-2]。OTA是小麥貯藏中最常見(jiàn)的真菌毒素之一，在小麥生長(zhǎng)后期以及收獲后的加工、貯存、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)中很容易被其污染[3]。調(diào)查顯示，我國(guó)小麥及其制品中存在著不同程度的OTA污染。談敦芳[4]對(duì)我國(guó)6個(gè)不同省區(qū)的128份小麥樣品進(jìn)行了調(diào)查，OTA的檢出率為12.43%，最大污染水平為1.47 μg/kg。楊家玲[5]對(duì)我國(guó)主要食品中OTA污染水平的研究發(fā)現(xiàn)，51個(gè)掛面樣品中有6個(gè)樣品超過(guò)國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)5 μg/kg。食用被真菌毒素污染的小麥及其制品，可造成急性或慢性毒性，危害人類(lèi)健康[6]。中國(guó)作為一個(gè)以植源性食物為主的國(guó)家，特別是在北方主要以面制品為主食，潛在危害就更大[7]。因此，尋找有效降低OTA進(jìn)入面制品乃至食物鏈機(jī)率的方法顯得越來(lái)越迫切。

目前，物理方法是脫除真菌毒素的主要手段之一。吸附、熱處理、漂洗、γ-射線等方法對(duì)真菌毒素都有一定的脫除效果[8]，但是這些方法會(huì)破壞小麥的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及產(chǎn)生二次污染，而加工處理不僅能去除真菌毒素，還能保持小麥的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。國(guó)內(nèi)外有很多關(guān)于加工去除小麥中脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(deoxynivalenol，DON，亦稱嘔吐毒素)的研究。通過(guò)制粉，小麥粉中DON的含量降低了79%～90%[9]。分層研磨和剝皮工藝也可有效去除小麥中DON毒素[10-12]。剝皮處理去除了大部分集中在小麥表皮的細(xì)菌、農(nóng)藥殘留、重金屬殘留和灰塵，不但大大提高了食品的安全性，而且縮短了粉路，提高了出粉率，降低了動(dòng)力消耗，在一定程度上提高了小麥粉產(chǎn)品的商業(yè)價(jià)值[12-14]。受不同含量水平OTA污染的小麥加工成的饅頭、面條是否可以作為安全的食品為人們食用是亟需解決的問(wèn)題[3]。國(guó)內(nèi)外關(guān)于小麥中OTA的分布規(guī)律以及加工去除的研究較少，本研究以不同污染程度的小麥為原料，探索小麥中OTA在加工過(guò)程中降解以及轉(zhuǎn)移規(guī)律，控制加工鏈中的OTA毒素，為小麥制品的食用安全提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥：北京農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；OTA標(biāo)品：新加坡Pribolab公司；乙腈、甲醇、乙酸(色譜級(jí))：美國(guó)Fisher公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SL-100型高速多功能粉碎機(jī)：浙江省永康市松青五金廠；PriboFast赭曲霉毒素免疫親和柱：新加坡Pribolab公司；Prominenece UFLC高效液相色譜儀：日本島津公司； S-70型掃描電子顯微鏡：日本日立公司；LRMM8040-3-D試驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī)、LFS-30粉篩：無(wú)錫錫糧機(jī)械制造有限公司；JNMJ-3型檢驗(yàn)?zāi)氚讬C(jī)：臺(tái)州市新恩精密糧儀有限公司；60Co源：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 小麥染菌

小麥浸泡過(guò)夜，含水量達(dá)到25%左右，10 kGy下進(jìn)行輻照殺菌處理。將10 mL濃度為106CFU/mL的赭曲霉菌液接種到350 g小麥中，置于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。在第3天、第5天和第7天取樣，分別記為小麥A、小麥B和小麥C。在50 ℃條件下烘干，測(cè)定小麥中OTA的含量。小麥A、B、C中OTA的含量分別為2.26、10.56、185.40 μg/kg。

1.3.2 掃描電鏡觀察小麥上赭曲霉菌絲體分布規(guī)律

小麥用植物固定液室溫下固定48 h，將小麥放入臨界點(diǎn)干燥器樣品室，進(jìn)行CO2臨界點(diǎn)干燥，將制好的干燥樣品用鋒利的雙面刀切成0.2 mm厚的薄片，然后粘到導(dǎo)電性好的黏合劑樣品臺(tái)上，采用離子濺射鍍膜機(jī)噴金后，進(jìn)行掃描電鏡觀察。

1.3.3 制粉工藝

對(duì)小麥樣品進(jìn)行清理，去除樣品中的雜質(zhì)。采用105 ℃恒重法對(duì)小麥的含水量進(jìn)行測(cè)定。然后將500 g清理后的小麥與潤(rùn)麥所需的加水量放入聚丙烯桶中混合20 min，將桶密封24 h，使磨粉前小麥的含水量達(dá)到14.5%左右。將備好的小麥放入磨粉機(jī)內(nèi)進(jìn)行研磨，得到麩皮、細(xì)麩、皮磨粉和心磨粉4個(gè)組分。

1.3.4 小麥的分層研磨工藝

取小麥100 g進(jìn)行研磨，分5批進(jìn)行，每批研磨3次，碾磨時(shí)間60 s。研磨完后，取出料斗，收集表皮。為了減少組間差異，將每批得到的表皮和脫皮小麥統(tǒng)一收集。檢測(cè)OTA的含量，重復(fù)3次，取3組平均值。

1.3.5 OTA的提取與凈化

1.3.5.1 溶液的制備

提取液：甲醇與水的體積比為80∶20；PBS緩沖液：稱取8 g氯化鈉，1.2 g磷酸氫二鈉，0.2 g磷酸二氫鉀，0.2 g氯化鉀，用990 mL純水溶解，然后用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值至7.0，最后用純水稀釋至1 000 mL。

1.3.5.2 OTA提取

樣品用高速萬(wàn)能粉碎機(jī)磨碎至通過(guò)20目篩。準(zhǔn)確稱取5 g置于100 mL的三角瓶中，加入40 mL提取液，振蕩提取1 h。經(jīng)定性濾紙快速過(guò)濾，備用。取10 mL濾液于50 mL溶液瓶中，用PBS緩沖稀釋至刻度，經(jīng)玻璃纖維濾紙過(guò)濾，備用。

1.3.5.3 OTA凈化

將赭曲霉毒素免疫親和柱連接于10 mL注射器下端。準(zhǔn)確移取10 mL提取液于注射器中，調(diào)節(jié)壓力使提取液以2～3 mL/min流速緩慢通過(guò)免疫親和柱，再用10 mL的PBS緩沖液清洗1次，棄去全部流出液，以2～3 mL/min的流速緩慢通過(guò)免疫親和柱。用2 mL流動(dòng)相進(jìn)行洗脫，收集洗脫液，過(guò)0.2 μm濾膜，取1 mL洗脫液，供高效液相色譜測(cè)試時(shí)使用。

1.3.6 OTA檢測(cè)

采用高效液相色譜法(HPLC)對(duì)OTA進(jìn)行測(cè)定。

檢測(cè)條件：色譜柱為C18(250 mm×4.6 mm，5 μm)；流動(dòng)相為乙腈-水-乙酸溶液(99∶99∶2，體積比)；流速為1.0 mL/min；柱溫為35 ℃；進(jìn)樣體積為20 μL；420型熒光檢測(cè)器激發(fā)波長(zhǎng)333 nm，發(fā)射波長(zhǎng)477 nm。

標(biāo)準(zhǔn)曲線制備：取2、 5、10、 25、50、100、200 ng/mL OTA系列標(biāo)準(zhǔn)工作液，按HPLC的條件進(jìn)樣，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，采用外標(biāo)法定量。在2～200 ng/mL濃度范圍內(nèi)，色譜峰面積與OTA濃度成典型的線性關(guān)系，線性回歸方程y=10 583x-441.33，式中：y為峰面積；x為濃度；R2=0.999 9。

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

采用OriginPro 7.5對(duì)試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性測(cè)驗(yàn)，其中顯著性測(cè)驗(yàn)采用t檢驗(yàn)，取P=0.05。測(cè)定重復(fù)次數(shù)n=3。

2 結(jié)果與分析

2.1 染菌小麥上赭曲霉菌絲體分布規(guī)律

采用掃描電鏡觀察染菌小麥籽粒橫切面上赭曲霉菌絲體分布規(guī)律(圖1)，可以看到未染菌小麥表面無(wú)菌絲體附著，內(nèi)部保持小麥固有的狀態(tài)(圖1a)。染菌3 d后，有少量赭曲霉菌絲體緊密依附在小麥表皮外側(cè)，且有從外向內(nèi)延伸的趨勢(shì)(圖1b)。染菌7 d后，在小麥的表皮內(nèi)側(cè)和外側(cè)均有赭曲霉菌絲體的存在，且主要存在于小麥的頂端(圖1c)，原因在于小麥頂端是胚芽、水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量較其他部位高。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，赭曲霉菌絲體從表面逐漸向內(nèi)部延伸，侵染胚乳。小麥中赭曲霉菌絲體分布規(guī)律與小麥中DON菌絲體的分布規(guī)律相同[15]。

圖1 小麥籽粒橫切面掃描電鏡圖

2.2 小麥制粉過(guò)程中OTA含量的變化

制粉是將小麥中OTA的含量重新進(jìn)行分布的一個(gè)過(guò)程。對(duì)3種不同污染程度的小麥進(jìn)行研磨制粉，得到麩皮、細(xì)麩、皮磨粉和心磨粉4個(gè)組分，各組分OTA濃度如表1所示。由表1可知，高、中、低不同污染程度的小麥中OTA濃度分別為185.40、10.56和2.26 μg/kg，污染小麥制粉后與全麥相比，各組分中OTA濃度發(fā)生了明顯的變化。麩皮和細(xì)麩中OTA的濃度顯著升高(P<0.05)，分別為全麥中OTA濃度的1.67～1.91倍和2.10～2.42倍。細(xì)麩中OTA濃度明顯高于麩皮，可能是由于細(xì)麩的主要成分是胚芽，易受赭曲霉侵染。皮磨粉和心磨粉中OTA的濃度顯著降低(P<0.05)，均僅為全麥中OTA濃度的50%左右，且皮磨粉中OTA的濃度略高于心磨粉，進(jìn)一步說(shuō)明由外至里污染程度逐層降低。類(lèi)似的研究表明，通過(guò)制粉可以去除OTA含量較高的麩皮和細(xì)麩，制得的小麥粉中OTA的含量?jī)H為全麥的25%～33%[16]。本試驗(yàn)中，中、低OTA含量小麥制得的小麥粉中(心磨粉和皮磨粉)OTA平均濃度分別為3.47和1.11 μg/kg，低于國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)5 μg/kg。而高OTA含量小麥制得的小麥粉中(心磨粉和皮磨粉)OTA平均濃度為86.36 μg/kg，顯著高于國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)(5 μg/kg)。因此，在清理的過(guò)程中，必須重視對(duì)高OTA含量小麥的清理。

表1 小麥制粉各組分OTA濃度的變化

注：數(shù)據(jù)是平均值±標(biāo)準(zhǔn)值；a, b, c, d表示數(shù)據(jù)在P<0.05水平下呈顯著相關(guān)性， 余同。

高、中、低OTA含量小麥制粉后各組分中OTA的含量(組分中OTA濃度×組分質(zhì)量)所占比例分布情況如圖2所示。分析圖2可知，污染濃度對(duì)各組分中OTA含量所占的比例沒(méi)有明顯的影響，麩皮中OTA的平均含量所占比例為(41.39±4.09)%、細(xì)麩(31.36±2.73)%、皮磨粉(6.88±1.47)%和心磨粉(18.95±3.69)%。麩皮和細(xì)麩中OTA平均含量的總和為72.75%左右，可見(jiàn)OTA主要存在于小麥纖維含量較高的果皮和種皮中[17]。小麥粉中OTA的含量則相對(duì)較少(25.83%)，其殘留量與真菌侵入胚乳的程度有關(guān)[18]。各個(gè)組分中OTA含量的總和為98.58%左右，與全麥中OTA的含量大致相等，只有1.42%的損失。OTA在小麥中的分布規(guī)律與其它真菌毒素類(lèi)似[5]。然而，Zhang等[9]對(duì)含DON的小麥進(jìn)行制粉，發(fā)現(xiàn)各組分中DON含量的總和比全麥中DON的含量減少了30%～40%。因?yàn)樵谘心ミ^(guò)程中，溫度升高，DON與小麥中的成分發(fā)生作用，導(dǎo)致DON的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得DON的含量減少[5]。而OTA對(duì)熱很穩(wěn)定，在制粉過(guò)程中結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化，因此，OTA總含量沒(méi)有減少。雖然小麥中OTA的總含量沒(méi)有減少，但制粉可以去除OTA含量較高的麩皮和細(xì)麩，獲得OTA含量較低的小麥粉。

圖2 小麥制粉各組分OTA所占的比例

2.3 小麥分層研磨過(guò)程中OTA含量的變化

高、中、低OTA含量的小麥經(jīng)過(guò)連續(xù)3次研磨后，得到3道表皮和脫皮小麥。分別檢測(cè)樣品中OTA的含量，各組分中OTA的濃度隨著污染程度的增加而增加(表2)。3種不同OTA含量小麥得到的3道表皮中OTA的濃度均明顯高于全麥，表皮1、2、3中OTA的濃度分別為全麥的4.94～5.80倍、2.43～2.69倍、1.61～2.53倍，可以看出小麥表皮中OTA的濃度從外到內(nèi)逐層降低，差異顯著(P<0.05)。脫皮小麥中OTA的濃度明顯降低，僅為全麥的36.93%～56.21%。這一結(jié)果證明了2.1中電鏡下觀察的現(xiàn)象，赭曲霉由小麥外層向內(nèi)層逐漸入侵，因此表皮中的毒素顯著高于胚乳。

表2 小麥分層研磨各組分OTA濃度的變化

圖3為分層研磨各組分中OTA含量(組分中OTA濃度×組分質(zhì)量)所占的比例，可以看出污染濃度對(duì)各組分中OTA含量所占的比例沒(méi)有明顯的影響。高、中、低OTA含量小麥分層研磨得到的小麥表皮1、表皮2、表皮3和脫皮小麥中OTA的平均含量分別占到小麥中OTA總量的(37.64±3.05)%、(13.31±4.36)%、(10.62±3.11)%和(39.31±7.82)%?？梢?jiàn)，OTA主要存在于小麥表皮中，占OTA總量的61.54%。各組分OTA含量的總和(100.81%)與小麥中OTA的含量基本相等。因此在整個(gè)分層研磨過(guò)程中，并沒(méi)有促進(jìn)OTA的生成或消除。

經(jīng)過(guò)3次脫皮，小麥的脫皮率為18%左右，此時(shí)小麥皮層(10.6%)和糊粉層(7.65%)都被脫除[16]。脫皮小麥中OTA的殘留量隨著小麥污染程度的增加而增加。對(duì)于污染程度較低的小麥A和小麥B，脫除18%的表皮后，OTA濃度分別降低了49.11%和63.06%，脫皮小麥中OTA的濃度分別為1.15和3.90 μg/kg，顯著低于國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)5 μg/kg。對(duì)于OTA含量較高的小麥C，脫除18%表皮后，OTA的含量降低了44%，脫皮小麥中OTA的含量為104.22 μg/kg，顯著高于國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)5 μg/kg。由此可知，分層研磨可以有效去除OTA含量較低的小麥中的毒素。

圖3 小麥分層研磨各組分OTA所占的比例

3 結(jié)論

赭曲霉菌絲體主要依附在小麥兩端的表皮上，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，逐漸向內(nèi)部延伸，侵染胚乳。小麥制粉工藝是一種有效去除小麥中OTA毒素的方法，小麥粉中OTA的濃度降低了50%～68%。OTA主要分布于小麥的麩皮和細(xì)麩中，總量之和約為72.75%，而在胚乳中則很少。利用分層研磨工藝也可以有效去除小麥中的OTA毒素，經(jīng)3次研磨制得的脫皮小麥中OTA的濃度降低了44%～63.06%。

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Reduction Effect of Ochratoxin A During Wheat Milling and Dehulling Process

Peng Chunhong1,2,3Wang Li1An Fengping2Li Shurong1Luo Hongxia1Wang Qiang3

(Department of Food and Biological Engineering Beijing Vocational College of Agriculture1, Beijing 102442) (College of Food Science Fujian Agriculture and Forestry University2, Fuzhou 350002) (Key Opening Laboratory of Agricultural Products Processing and Quality Control, Ministry of Agriculture Institute of Agro-Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences3, Beijing 100193)

The distribution ofAspergillusochraceusin wheat and the reduction of OTA during milling and dehuliing process were investigated with artificial contamination wheat. It was observed thatAspergillusochraceushyphaewere mainly grown on the top and root of the wheat by scanning electron microscope. Ochratoxin are mainly depended on epidermis of two ends of wheat and extend to the inside.The concentration of OTA in flour was decreased by 50%～68% after the wheat with the OTA concentration of 2.26～185.4 μg/kg was milled. The average amount of OTA in bran and shorts accounted for about 72.75% of OTA in wheat, thus it decreased the content of OTA in endosperm. The dehulling process could remove OTA effectively by detecting the OTA in wheat and epidermis collected before and after layered milling. The content of OTA in wheat decreased by 44%～63.06% after about 18% of wheat tissue was removed. It was a redistribution process without OTA transferred or decomposed during milling or dehulling process.

wheat, OTA, milling, dehulling, reduction

TS213.2

A

1003-0174(2016)03-0007-05

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAD29B03)，北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院技術(shù)研發(fā)與示范推廣(XY-YF-14-22)

2014-07-24

彭春紅，女，1989年出生，碩士，食品加工理論與應(yīng)用

李淑榮，女，1968年出生，教授，農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工中的品質(zhì)控制