紫玉米成熟期以及不同干燥方式條件下花青素和兩種毒素的含量變化

肖麗霞，汪 芬，于洪濤，趙曉燕*，胡曉松

紫玉米成熟期以及不同干燥方式條件下花青素和兩種毒素的含量變化

肖麗霞1，汪 芬1，于洪濤1，趙曉燕2,*，胡曉松3

(1.揚(yáng)州大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，北京 100097；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100087)

建立高效液相色譜方法準(zhǔn)確檢測(cè)紫玉米中富馬毒素B1和黃曲霉毒素B1、B2、G1、G2。在紫玉米成熟、不同干燥過程中監(jiān)測(cè)苞葉、穗軸、籽粒三部分的毒素及花青素含量的變化情況，從而找到最佳的采收時(shí)間、最佳干燥方法。結(jié)果表明：從紫玉米種植開始，10周后為最佳采收時(shí)間；紫玉米苞葉中花青素含量最高且易干燥；微波干燥解毒能力強(qiáng)，但花青素?fù)p失較多且很難用于工業(yè)化操作；鼓風(fēng)干燥適合用來干燥籽粒；日光干燥苞葉和穗軸花青素幾乎沒有損失，能降低50%左右的毒素，經(jīng)濟(jì)適宜，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

紫玉米；花青素；富馬毒素；黃曲霉毒素；干燥

紫玉米(Zea Mays L.)原產(chǎn)于南美安第斯山區(qū)，其籽粒和植株呈紫黑色，有“黑珍珠”之稱[1]，且富含天然色素——花青素?；ㄇ嗨鼐哂锌寡趸?、清除自由基、增強(qiáng)人體免疫力等生理功效，市場(chǎng)前景十分廣闊[2-3]。但是紫玉米生長(zhǎng)、儲(chǔ)藏過程中極其容易受真菌感染而產(chǎn)生富馬毒素(FB1)和黃曲霉毒素(AFs)[4-5]，而AFs毒性是氰化鉀的10倍，為砒霜的68倍。國際癌癥中心將AFs定為一類致癌劑[6-7]，將FB1定為人類可能的致癌物[7]。在提取紫玉米花青素時(shí)，原料中的毒素會(huì)通過濃縮、純化等工藝進(jìn)一步聚集，使花青素提取物中的毒素含量超標(biāo)[8]，從而影響到從紫玉米中提取花青素的工業(yè)化推廣。本研究確定最佳的采收時(shí)期和適宜的干燥方式，使紫玉米中毒素的增長(zhǎng)得到有效地控制，對(duì)紫玉米花青素的生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫玉米(苞葉、穗軸、籽粒)：北京市延慶農(nóng)場(chǎng)2008年種植。

FB1標(biāo)準(zhǔn)品、AFs標(biāo)準(zhǔn)品(AFB1、AFB2、AFG1和AFG2) 美國Sigma公司；巰基乙醇(分析純)、三氟乙酸(分析純) 北京索來寶科技有限公司；鄰苯二甲醛(分析純) 北京金龍化學(xué)試劑有限公司；乙腈、甲醇(均為色譜純) 迪馬科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DGU-20A5高效液相色譜儀(配RF-10AXL熒光檢測(cè)器)日本島津公司；C18反相柱 美國Waters公司；SUPELCO固相萃取裝置、TC-F120富馬毒素專用富集柱、PuriToxSR多功能凈化柱 北京銳鑫農(nóng)科貿(mào)有限公司；DZQ-500型抽真空機(jī) 北京日上公司；UV-3802紫外分光光度計(jì) 美國Unic公司；TTL-DCⅡ型氮吹儀 余姚長(zhǎng)江溫度儀表廠；格蘭仕WD800型微波爐 順德格蘭仕電器廠有限公司；DHG-9240A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 北京雅仕林實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；ALPHA 2-4 LD凍干機(jī) Christ公司。

1.3 方法

1.3.1 采樣

從紫玉米種植第8周起每隔一周去北京延慶農(nóng)場(chǎng)紫玉米試驗(yàn)田隨機(jī)采樣，包括苞葉、穗軸、籽粒，采樣6周。

1.3.2 干燥

對(duì)原料(未處理)分別采用不同方式進(jìn)行干燥。日光干燥：將原料在日光下曬20h；鼓風(fēng)干燥：將原料置于鼓風(fēng)干燥箱中60℃干燥16h；微波干燥：將原料置于微波爐中，調(diào)至中擋，籽粒和穗軸烘烤10min，苞葉烘烤5min；真空低溫干燥：將原料在凍干機(jī)中凍干72h。各種干燥方式都要達(dá)到原料中的水分含量小于10%。

1.3.3 AFs標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制和檢測(cè)

1.3.3.1 色譜條件

色譜柱：C18反相柱(150mm×4.6mm，5μm)；柱溫：20℃；激發(fā)波長(zhǎng)：360nm，發(fā)射波長(zhǎng)：440nm；流動(dòng)相：甲醇-乙腈-水體積比1:1:4，流速：1mL/min；衍生劑：三氟乙酸溶液(10mL三氟乙酸+5mL冰乙酸+35mL水)；進(jìn)樣量：10μL。

1.3.3.2 AFs標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

以1mL苯-乙腈(體積比98:2)溶解1mg AFB1、AFB1、AFB2、AFG1、AFG2標(biāo)準(zhǔn)品，將之分別配成1mL質(zhì)量濃度分別為1.2、0.2、0.6、0.2μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)品工作液，分別吸取90、180、270μL氮?dú)獯蹈珊笠?0mL乙腈溶解，取其200μL與700μL衍生劑于液相進(jìn)樣瓶混勻，60℃水浴下反應(yīng)10min后進(jìn)樣檢測(cè)。以AFs質(zhì)量為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線[9-12]。

AFB1、AFG1、AFB2、AFG2的線性回歸方程分別是Y=3.0×106X－63.506(R2=0.9996，P＜0.05)、Y= 3.0×106X+78.036(R2=0.9998，P＜0.05)、Y=734300X+ 404.2(R2=0.9974，P＜0.05)、Y=940629X+161.86(R2= 0.9968，P＜0.05)；檢出限分別為0.005、0.003、0.001、0.0015ng/mL。

1.3.3.3 測(cè)定的精密度、準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性

測(cè)定4種毒素的加標(biāo)回收率在84%～106%，平均回收率分別為95.7%、91.3%、99.8%、93.7%，平均變異系數(shù)分別為4.4%、3.1%、6.8%、3.7%，樣品檢測(cè)準(zhǔn)確度和精密度好，日內(nèi)變異系數(shù)和日間變異系數(shù)分別為2.8%和4.3%，說明方法的重現(xiàn)性好。

1.3.3.4 AFs的提取和測(cè)定

將干燥后的原料粉碎，過60目篩，稱取2g置于30mL乙腈-水(體積比9:1)的中，搖床振蕩1h后8000r/min離心20min，上清液過中性濾紙得AFs提取液，吸取3mL過PuriToxSR真菌毒素多功能凈化柱，得AFs凈化液[13]。取樣200μL衍生后進(jìn)樣檢測(cè)，計(jì)算質(zhì)量濃度(C)，毒力指數(shù)[14]計(jì)算公式為：

毒力指數(shù)=CAFB1+0.22CAFB2+ 0.5CAFG1+ 0.11CAFG2

1.3.4 FB1標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制和檢測(cè)

1.3.4.1 色譜條件

色譜柱：C18反相柱(150mm×4.6mm，5μm)；柱溫：23℃；激發(fā)波長(zhǎng)：335nm，發(fā)射波長(zhǎng)：440nm；流動(dòng)相：甲醇-0.1mol/L NaH2PO4(體積比78:22，磷酸調(diào)至pH3.3)，流速1mL/min；衍生劑：鄰苯二甲醛溶液(40mg OPA+1mL甲醇+5mL 0.1mol/L四硼酸鈉+50μL 2-巰基乙醇)；進(jìn)樣量：20μL。

1.3.4.2 FB1標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

以1mL乙腈-水(體積比1:1)溶解1mg FB1標(biāo)準(zhǔn)品，分別配成0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)品工作液，取樣50μL與200μL衍生劑漩渦混勻，3min內(nèi)進(jìn)樣檢測(cè)，以標(biāo)準(zhǔn)液質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線[15-16]?；貧w方程為：Y=365961X+28412 (R2=0.9998，P＜0.05)，檢出限為0.1μg/mL。

1.3.4.3 測(cè)定的精密度、準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性

測(cè)定FB1的加標(biāo)回收率在76%～82%，平均回收率為79%，平均變異系數(shù)為4.1%，樣品檢測(cè)的準(zhǔn)確度和精密度好，日內(nèi)變異系數(shù)和日間變異系數(shù)為3.5%和5.3%，說明檢測(cè)方法重現(xiàn)性好。

1.3.4.4 FB1的提取純化及檢測(cè)

將干燥后的原料粉碎，過60目篩，稱取2g置于30mL甲醇-水(體積比3:1)中，振蕩1h后8000r/min離心20min，取上清液過中性濾紙得FB1提取液，用1mol/L NaOH溶液調(diào)pH值至5.8～6.5待用[17-18]。依次用5mL甲醇，5mL甲醇-水(3:1)溶液活化富馬毒素專用凈化柱，流速不超過1mL/min。吸取10mL FB1提取液過柱后，依次用5mL甲醇-水(3:1)，3mL甲醇淋洗，最后用10mL冰乙酸-甲醇(1:99)洗脫，收集洗脫液，60℃氮?dú)鈸]干。分析時(shí)用1mL乙腈-水(1:1)溶解，0.45μm有機(jī)溶劑濾膜過濾，取樣50μL衍生后進(jìn)樣檢測(cè)。

1.3.5 花青素的提取測(cè)定方法

花青素的提?。哼x用乙醇溶劑，料液比為1:15(m/V)，65℃條件下提取40min?；ㄇ嗨氐臏y(cè)定：采用pH示差法[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 AFs的液相色譜圖

圖1 AFs標(biāo)準(zhǔn)品液相色譜圖Fig.1 HPLC chromatograms of aflatoxin standards

圖2 紫玉米中AFs液相色譜圖Fig.2 HPLC chromatograms of aflatoxins in purple corn

利用高效液相色譜法柱前衍生法，以三氟乙酸作為衍生劑，熒光檢測(cè)器檢測(cè)，得到液相色譜圖，其中未標(biāo)示雜峰為溶劑峰。通過比較紫玉米的AFs和AFs標(biāo)準(zhǔn)品的液相色譜圖可知，AFB1、AFG1、AFB2、AFG2的保留時(shí)間分別為5.456、7.328、11.532、16.788min。AFB2未被檢測(cè)出，這與Muller的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致[20]。

2.2 FB1液相色譜圖

圖3 FB1標(biāo)準(zhǔn)品液相色譜圖Fig.3 HPLC chromatogram of fumonisin B1standard

圖4 紫玉米中FB1液相色譜圖Fig.4 HPLC chromatogram of fumonisin B1in purple corn

利用高效液相色譜柱前衍生法，以O(shè)P A為衍生劑，熒光檢測(cè)器檢測(cè)，得到液相色譜圖，其中未標(biāo)示雜峰為溶劑峰。通過比較紫玉米的FB1液相色譜圖和FB1標(biāo)準(zhǔn)品的液相色譜圖可知，F(xiàn)B1保留時(shí)間為7.652min。

圖5 采樣周期內(nèi)花青素含量變化情況Fig.5 Change of anthocyanin in purple corn during the harvesting period

圖6 采樣周期內(nèi)毒素含量變化情況Fig.6 Changes of toxins in purple corn during the harvesting period

圖7 采樣周期內(nèi)AFB1含量變化情況Fig.7 Change of fumonisin B1in purple corn during the harvesting period

2.3 紫玉米在成熟期花青素與毒素含量的變化情況如圖5～7所示，采樣兩周后花青素質(zhì)量分?jǐn)?shù)增高約15倍，而毒素增加較為緩慢，成熟初期紫玉米生理活動(dòng)旺盛，能產(chǎn)生較多花青素并抑制霉菌的生長(zhǎng)。在成熟后期，花青素呈下降趨勢(shì)，可能是成熟后期紫玉米自身合成花青素能力下降、加之日曬、氧氣等條件下，花青素不穩(wěn)定而開始降解；而霉菌生長(zhǎng)分泌毒素快速增長(zhǎng)數(shù)倍達(dá)到較高水平后不再增長(zhǎng)。綜合看來，紫玉米種植開始第10周為最佳紫玉米采收時(shí)間，此時(shí)紫玉米中花青素含量最多且毒素含量相對(duì)較低，對(duì)后期紫玉米花青素加工中毒素控制有利。

2.4 不同干燥方式對(duì)花青素和毒素含量的影響

圖8 不同干燥方式對(duì)花青素含量的影響Fig.8 Effect of drying method on the content of anthocyanin in purple corn

如圖8所示，紫玉米三種部位相比，苞葉中花青素含量最高達(dá)到62.4mg/g。各種干燥處理中花青素均有所下降。日光干燥處理苞葉幾乎不會(huì)使花青素?fù)p失，而微波處理下苞葉花青素?fù)p失最多達(dá)到4%～13%。對(duì)于穗軸，微波干燥造成的損失依然較多達(dá)16.2%，其他3種處理在2%～4.5%之間，并不顯著。處理籽粒時(shí)，鼓風(fēng)干燥產(chǎn)生的損失相比更少為5.9%，其他3種處理差別不大在29.4%～30.4%之間?；ㄇ嗨卦诠狻⒀鹾蜔岬葪l件下不穩(wěn)定，易分解導(dǎo)致花青素的損失，但與霉菌的大量生長(zhǎng)導(dǎo)致分泌大量毒素相比，10%左右的花青素?fù)p失可以忽略不計(jì)，其中日光干燥更有利于花青素的保持。微波干燥用時(shí)最短，鼓風(fēng)干燥與日光干燥耗時(shí)差別不大，低溫干燥耗時(shí)太長(zhǎng)。

圖9 不同干燥方式對(duì)FB1含量的影響Fig.9 Effect of drying method on the content of fumonisin B1in purple corn

由圖9可知，干燥能不同程度的降低苞葉、穗軸、籽粒中的FB1，日光干燥、鼓風(fēng)干燥、低溫真空干燥和微波干燥下，苞葉中的FB1分別減少40.7%、30.1%、16.7%和53.6%，穗軸中的FB1分別減少37.0%、39.9%、62.0%和68.4%，籽粒中的FB1分別減少39.2%、52.3%、6.6%和31.5%。相比之下，微波干燥能使FB1平均減少51.2%，日光干燥和鼓風(fēng)干燥稍遜，分別為39.0%和40.8%。

表1 不同干燥方式對(duì)黃曲霉毒素含量的影響Table 1 Effect of drying method on the content of aflatoxins in purple corn

由表1可知，紫玉米中黃曲霉產(chǎn)生的AFG1和AFG2更多，而毒力最強(qiáng)的AFB1極少。毒力指數(shù)是表征各種AFs的聯(lián)合毒性的一個(gè)指標(biāo)[13]。不同方式干燥后毒力指數(shù)均有大幅降低，日光干燥、鼓風(fēng)干燥、低溫真空干燥和微波干燥下，紫玉米不同部位AFs的毒力指數(shù)平均分別降低62.4%、49.9%、38.4%和64.4%。日光干燥與微波干燥對(duì)AFs都有較強(qiáng)的解毒能力。

剛收獲的苞葉、穗軸、玉米粒中含有的水分含量高，利于串珠鐮刀菌，黃曲霉菌，寄生霉菌等真菌的

生長(zhǎng)，產(chǎn)生對(duì)人體危害極大的FB1和AFs。干燥能降低紫玉米中水分，抑制霉菌的生長(zhǎng)產(chǎn)毒并能降低毒素含量，可能是干燥過程中毒素發(fā)生了分解轉(zhuǎn)化，而日光和微波加熱所具有的光熱作用能加快其分解轉(zhuǎn)化作用。

3 結(jié) 論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況，通過參考AOAC，建立了測(cè)定紫玉米中AFs和FB1的高效液相色譜法，方法準(zhǔn)確可靠，重現(xiàn)性好。紫玉米種植后第10周花青素質(zhì)量濃度最高，所含毒素較少，是最佳采收時(shí)間。苞葉、穗軸和籽粒中，苞葉中花青素遠(yuǎn)多于其他部位達(dá)到62.4mg/g，而且苞葉易干燥，是生產(chǎn)花青素的良好原料。所采用的幾種干燥方法均有解毒作用，其中微波干燥耗時(shí)短，解毒作用強(qiáng)，但花青素?fù)p失較多。日光干燥能較好的保持花青素，與微波干燥有相近的解毒能力，用來干燥苞葉和穗軸可以降解平均38.9%的FB1和63.5%的AFs，能耗小，是適合工業(yè)化生產(chǎn)的方法。鼓風(fēng)干燥解毒能力稍遜，但用來干燥籽粒能大幅減少花青素的損失，是干燥籽粒的好方法。花青素作為一種保健功能成分，具有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。本研究能為紫玉米花青素生產(chǎn)的原料準(zhǔn)備提供有效的指導(dǎo)作用。

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Effects of Maturity Degree and Drying Methods on Anthocyanin and Toxins Contents in Purple Corn

XIAO Li-xia1，WANG Fen1，YU Hong-tao1，ZHAO Xiao-yan2,*，HU Xiao-song3
(1. College of Food Science and Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225127, China；2. Vegetable Research Center of Beijing Academy of Agricultural and Forest Sciences, Beijing 100097, China；3. College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100087, China)

In order to explore the optimal harvesting season and drying method, the content changes of fumonisin B1 and aflatoxin B1, B2, G1 and G2 in husk, cob and grain of purple corn during mature period and different drying methods were determined by high performance liquid chromatography. Results indicated that the best time for harvesting purple corn was its plantation after 10 weeks; the husk of purple corn exhibited the highest content of anthocyanin and was easy to be dried at this harvesting time point. Microwave drying had strong detoxification capability, however, it also resulted in the loss of anthocyanin. Thus, microwave drying was not suitable for industrialized production. Airflow drying was suitable for kernels. The loss of anthocyanin in husk and cob of purple corn was less during sunlight drying. In addition, sunlight drying method could degrade 50% toxins. Therefore, sunlight drying is an economic drying method and suitable for industrialized production.

purple corn；anthocyanin；fumonisin；aflatoxin；drying

S509；S513

A

1002-6630(2010)21-0142-05

2010-06-17

北京市科委成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(Z08000503250821)

肖麗霞(1966—)，女，副教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品貯藏加工。E-mail：lxxiao@yzu.edu.cn

*通信作者：趙曉燕(1968—)，女，研究員，博士，研究方向?yàn)槭卟思庸ぁ-mail：zhaoxiaoyan@nercv.org