电子束辐照对玉米品质及赭曲霉毒素A降解效果的探讨.docx

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电子束辐照对玉米品质及赭曲霉毒素A降解效果的探讨

郭东权1,2王娴1董威杰1崔龙1范家霖1李庆鹏3吕晓华1陈海军1陈云堂1*

（河南省科学院同位素研究所有限责任公司；河南省科学院核农学重点实验室；河南省辐照加工工程技术研究中心1，郑州450015）

（北京林业大学水土保持学院2，北京100083）

（中国农业科学院农产品加工研究所3，北京100193）

摘要以玉米和赭曲霉毒素A纯品为研究对象，研究了电子束辐照对玉米品质的影响，探讨了辐照对赭曲霉毒素A的降解效果。

结果表明，电子束辐照对玉米的常规营养成分、氨基酸含量及其组成几乎没有影响，但5kGy剂量的电子束辐照对玉米脂肪酸组成及脂肪酸值有显著影响。

赭曲霉毒素A的降解率随着辐照剂量的增加而提高，在3kGy的辐照剂量下，初始浓度为310.0μg/L的赭曲霉毒素A降解率为49.55%，当辐照剂量增大到5kGy时，降解率达到93.19%，此后降解率随辐照剂量增加的趋势变缓。

因此，3～5kGy剂量的电子束辐照不会降低玉米品质，并能够降解赭曲霉毒素A。

关键词电子束辐照玉米品质赭曲霉毒素A降解

中图分类号：

TL99文献标识码：

A文章编号：

20170354

玉米是全世界人和动物重要的食物来源。

我国是世界上玉米生产大国，也是消费大国，做好玉米储藏工作关系国家安全和社会稳定。

粮食安全储藏是世界性的难题，据联合国粮农组织的调查统计，全世界每年“从农场到餐桌”粮食的巨大损失和浪费，事实上是足够养活全世界8.7亿饥饿人口的4倍多，而因粮食霉变及虫害等损失达谷物产量的8%[1]。

霉变不仅影响粮食外观，更为严重的是会产生致癌性物质──真菌毒素。

在我国，真菌毒素是粮食产后损失的主要原因之一[2]，每年因霉变造成的粮食产后损失高达2100万t，占全国粮食总产量的4.2%，是每年新增粮食产量的4倍多[3]。

因此，如何减少和控制真菌毒素对粮食的污染危害己经成为全球普遍关注的问题。

目前，国际上处理真菌毒素的方法可分为物理法、化学法和生物法[4]。

物理法主要包括热处理和吸附剂吸附，热处理可部分破坏真菌毒素，吸附剂能够从水溶液中结合真菌毒素进而去除真菌毒素。

但是，加热法有效性有限，不宜对粮食和饲料进行处理；吸附剂在吸附真菌毒素的同时也有可能大量吸附食品和饲料中的微量营养物质且还可能引起二次污染[5]。

化学法包括溶剂萃取法和氧化法（如过氧化氢、次氯酸钠、臭氧等），溶剂萃取法、氧化法虽然去除效果好，但处理成本较高，且存在二次污染问题，目前欧洲和许多国家不允许使用化学法处理真菌毒素。

生物法通过利用不产毒菌株来竞争性地抑制产毒菌株的生长，从而抑制真菌毒素的产生，但目前仍停留在实验室实验阶段。

研究表明，辐照处理对真菌毒素的降解是十分有效的[6-7]，能够解决常规化学处理或生物处理过程复杂等问题。

辐照技术作为一项绿色、清洁、高效的物理处理手段，在现代食品加工企业中得到了越来越多的关注与应用，创造出了巨大的经济和社会效益，其作用方式主要包括同位素产生的γ射线、电子加速器产生的电子束和X射线。

其原理是利用电离辐照产生的高能射线作用，使有机分子中的化学键在高能射线作用下发生断裂而被降解为小分子物质。

迟蕾等[7]、彭春红等[8]研究了γ射线辐照对赭曲霉毒素A的降解效果，随着辐照剂量的增加，赭曲霉毒素A的降解率逐渐增加。

李国林等[9]采用不同类型辐照处理黄曲霉毒素，认为原料不同，降解效果也不同。

张振山[10]、王守经等[11]研究发现，γ射线辐照对黄曲霉毒素B1具有良好的降解效果，黄曲霉毒素B1的降解率均随辐照剂量的增加而增加。

闫璐[12]研究发现，γ射线辐照可以有效的降解小麦中的交链抱菌酮酸，其降解率随着辐照剂量的增加而增加。

与60Coγ射线相比，电子束辐照具有不可比拟的技术优势[13~15]，近些年来才逐步地在我国农产品食品生产中得到推广应用，因此，电子加速器被公认为是我国新兴的食品辐照装备。

但是，电子束辐照对粮食储藏品质及真菌毒素的降解效应还鲜有报道，研究开发其辐照效应及工艺具有重要意义。

因此，本研究以玉米、赭曲霉毒素A为研究对象，采用电子束对玉米和纯品赭曲霉毒素A进行辐照处理，系统研究了处理前后玉米的品质特性，探讨了赭曲霉毒素A的降解效应及规律，旨在为电子束辐照技术在降解粮食与饲料中真菌毒素方面的应用提供参考。

1材料与方法

1.1材料

赭曲霉毒素A标准品购自北京翰谱医药生物研究所，玉米购于河南省郑州市黑庄粮油市场。

1.2仪器设备

ISO-0705型电子直线加速器；高效液相色谱仪（配有荧光检测器），LC-20A型。

1.3辐照处理

1.3.1玉米原粮的辐照

玉米用聚乙烯自封袋包装后，采用上述参数下的电子直线加速器进行辐照处理，采用电子直线加速器进行辐照处理，能量为7.5MeV，扫描频率为10Hz，束功率为3kW，束流范围为0.07-0.40mA，辐照剂量分别为0、1、2、3、5kGy，每个剂量设3次重复，每次重复为500g样品。

1.3.2赭曲霉毒素A纯品溶液辐照

加入少量甲醇将赭曲霉毒素A标准品溶解后，采用微量移液器吸收微量赭曲霉毒素A溶液至一定体积的水溶液中，以配制成不同浓度的赭曲霉毒素A溶液样品，分装至10mL的具塞塑料离心管进行辐照处理，辐照剂量为0、3、5、7、9kGy，每个剂量3次重复。

1.4检测方法

1.4.1玉米营养成分分析

委托农业部农产品质量监督检验测试中心（郑州）检测对样品的营养成分粗蛋白质、粗脂肪、氨基酸含量进行检测。

水分、粗蛋白的含量测定分别参照GB/T5009.3—2010《食品中水分的测定》、GB/T5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》进行；氨基酸含量测定按GB/T5009.124—2003《食品中氨基酸的测定》进行，其中色氨酸的含量按NY/T57—1987《谷物籽粒色氨酸测定法》测定；脂肪酸组成分析按GB/T17377—2008《动植物油脂脂肪酸甲酯的气相色谱分析》进行。

1.4.2玉米理化特性分析

水分活度测定按照GB/T23490-2009《食品水分活度的测定》进行；游离脂肪酸值测定按照GB/T15684-1995《谷物制品脂肪酸值测定法》进行；糊化特性参数测定按照GB/T24853-2010《小麦、黑麦及其粉类和淀粉糊化特性测定》进行。

1.4.3赭曲霉毒素含量检测

移取20g样品溶液，参照GB/T23502-2009《食品中赭曲霉毒素A的测定》的方法，采用免疫亲和层析净化高效液相色谱法测定样品液中赭曲霉毒素的残留浓度；然后以未辐照组的溶液样品作为对照，确定其降解效果。

1.5数据处理与分析

采用SAS6.12软件GLM程序对试验数据进行处理和分析，差异显著者进行多重比较和相关回归分析。

2结果与分析

2.1电子束辐照对玉米常规营养成分含量的影响

辐照前后玉米常规营养成分含量变化情况如表1所示。

由表1可知，电子束辐照对玉米中水分、粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、粗纤维、粗淀粉的含量影响不明显（P>0.05）。

表1玉米常规营养成分含量检测结果

指标/%

辐照剂量/kGy

水分

13.76±0.07

13.83±0.04

13.81±0.11

13.70±0.09

13.79±0.08

粗蛋白质

6.92±0.06

7.19±0.00

6.94±0.03

7.00±0.01

7.12±0.04

粗脂肪

0.27±0.02

0.28±0.01

0.28±0.03

0.30±0.02

0.36±0.01

粗灰分

0.12±0.01

0.12±0.02

0.11±0.01

0.08±0.03

粗纤维

0.46±0.02

0.39±0.03

0.46±0.02

0.42±0.02

0.36±0.04

粗淀粉

76.70±0.15

77.05±0.24

76.42±0.35

76.52±0.18

76.58±0.22

2.2电子束辐照对玉米中氨基酸组成的影响

辐照前后玉米中氨基酸的含量变化情况如表2所示。

电子束辐照对玉米中氨基酸的含量与组成几乎无影响，对总必需氨基酸含量（TEAA）和氨基酸平衡性（EAAI）有一定影响但不明显（P>0.05）。

表2玉米中氨基酸组成检测结果

指标/%

辐照剂量/kGy

天冬氨酸

0.36±0.02

0.36±0.01

0.36±0.02

0.36±0.03

0.36±0.02

苏氨酸

0.22±0.01

0.23±0.03

0.23±0.01

0.23±0.02

0.23±0.01

丝氨酸

0.31±0.02

0.31±0.01

0.31±0.03

0.32±0.01

0.31±0.01

谷氨酸

1.48±0.03

1.50±0.01

1.52±0.04

1.50±0.03

1.50±0.02

甘氨酸

0.20±0.01

0.20±0.02

0.20±0.01

0.20±0.02

丙氨酸

0.50±0.01

0.52±0.03

0.52±0.01

0.51±0.02

胱氨酸

0.10±0.01

0.10±0.02

0.11±0.02

0.10±0.01

缬氨酸

0.32±0.02

0.33±0.04

0.34±0.01

0.33±0.02

0.33±0.03

蛋氨酸

0.11±0.01

0.12±0.01

0.12±0.02

0.12±0.01

0.10±0.01

异亮氨酸

0.22±0.01

0.24±0.01

0.23±0.01

亮氨酸

0.99±0.04

1.01±0.03

1.02±0.01

1.02±0.02

1.01±0.02

酪氨酸

0.11±0.01

0.10±0.01

0.12±0.01

0.11±0.01

0.10±0.01

苯丙氨酸

0.42±0.03

0.40±0.01

0.42±0.03

0.42±0.01

0.42±0.03

赖氨酸

0.12±0.01

0.12±0.00

0.12±0.01

0.12±0.02

组氨酸

0.22±0.01

0.22±0.02

0.22±0.01

精氨酸

0.20±0.00

0.19±0.01

0.19±0.02

0.18±0.01

0.20±0.02

脯氨酸

0.68±0.01

0.69±0.04

0.69±0.01

0.70±0.03

0.68±0.01

色氨酸

0.07±0.01

0.07±0.00

0.07±0.01

0.07±0.00

0.07±0.01

TEAA（mg/g蛋白）

419.1

408.9

432.3

424.3

411.5

EAAI1

0.7056

0.6921

0.7265

0.7129

0.6913

EAAI2

0.7435

0.7293

0.7656

0.7512

0.7284

注：

EAAI1、EAAI2分别以FAO/WHO/UNU（1985）中鸡蛋、牛奶为标准蛋白来计算；余同。

2.3电子束辐照对玉米中脂肪酸组成的影响

玉米中含有大量的不饱和脂肪酸，有阻止人体血清中胆固醇沉积的特殊功能，因此玉米的营养价值较高。

电子束辐照后玉米中脂肪酸的含量变化情况如表3所示。

电子束辐照能影响玉米中脂肪酸的构成。

辐照剂量高于2kGy时，亚麻酸含量较未辐照组明显下降（P<0.05），但变化趋势不明显；辐照剂量为5kGy时，玉米中棕榈酸含量明显增加（P<0.05）、亚油酸含量显著下降（P<0.05），饱和脂肪酸/不饱和脂肪酸比值（SFA/UFA）明显增大（P<0.05），玉米品质有劣变趋势。

1~3kGy辐照组与未辐照组间脂肪酸的含量与组成变化不明显（P>0.05），基本不影响玉米脂肪酸构成。

表3玉米中脂肪酸组成检测结果

指标/%

辐照剂量/kGy

棕榈酸

15.50±0.00a

14.40±0.07a

12.60±0.00a

14.00±0.00a

25.20±0.07b

硬脂酸

3.10±0.01

3.94±0.03

3.98±0.02

3.76±0.02

5.10±0.01

油酸

37.20±0.00

37.00±0.07

37.20±0.07

38.00±0.07

40.60±0.00

亚油酸

39.60±0.00a

39.50±0.07a

42.80±0.00a

39.00±0.00a

25.70±0.00b

亚麻酸

1.75±0.01a

1.96±0.09a

0.60±0.01c

1.06±0.01b

0.96±0.01b

花生酸

1.29±0.01

1.19±0.00

1.12±0.01

1.48±0.00

0.97±0.04

二十碳一烯酸

0.90±0.01

0.52±0.01

0.72±0.00

0.57±0.01

二十二碳六烯酸

1.20±0.01

1.92±0.01

山嵛酸

1.52±0.02

0.94±0.38

0.97±0.00

SFA

21.41

20.47

17.70

19.24

32.24

UFA

78.55

79.36

82.32

80.70

67.83

SFA/UFA

0.27

0.26

0.22

0.24

0.48

2.4电子束辐照对玉米中脂肪酸值的影响

脂肪酸值是衡量玉米新鲜程度的一个重要指标。

玉米中含有一定量的、以不饱和脂肪酸组成为主的脂肪，在外界因素（光、热、水等）作用下，玉米自身及微生物的代谢作用加剧使玉米中不饱和脂肪酸发生氧化、分解反应，产生的游离脂肪酸增加，引起玉米酸败。

所产生游离脂肪酸的多少可用脂肪酸值来表示；脂肪酸值越高，玉米的品质劣变越严重。

因此，本研究通过测定玉米中脂肪酸值的变化来衡量电子束辐照对玉米品质劣变程度的影响。

辐照前后玉米中脂肪酸值的含量变化情况如图1所示。

由图1可知，随着辐照剂量的增加，脂肪酸值增大。

当辐照剂量为5kGy时，脂肪酸值与对照相比提高了15.39%（p<0.05），1～3kGy剂量辐照与对照的脂肪酸值相当（p>0.05）。

这可能是由于随着辐照剂量的增加，电离作用越强，从而导致脂类物质降解产生的游离脂肪酸含量增加。

注：

C0、C1、C2、C3、C4所代表辐照剂量分别为0、1、2、3、5kGy；肩标字母相异者表示两者差异显著（P<0.05），相同者表示两者差异不明显（P>0.05）；下同。

图1电子束辐照对玉米中脂肪酸值的影响

2.5辐照剂量对赭曲霉毒素A降解效应的影响

不同剂量电子束辐照后，水溶液中赭曲霉毒素A的含量检测结果见表4。

由表4可知，随着辐照剂量的升高，水溶液中赭曲霉毒素A的降解效率增强。

当辐照剂量小于5kGy时，初始浓度为310.0μg/L溶液中赭曲霉毒素A降解率低于50%，但当辐照剂量为5kGy时，其中赭曲霉毒素A的降解率明显增强至93%以上，在7kGy及以上的辐照剂量下，赭曲霉毒素A将近完全降解。

表4　赭曲霉毒素A含量检测结果

辐照剂量

赭曲霉毒素A浓度/μg/L

降解率

/kGy

初始浓度

残留浓度

（%）

310.0

156.4

49.55

310.0

21.1

93.19

310.0

4.7

98.48

310.0

2.4

99.23

2.6初始浓度对赭曲霉毒素A降解效果的影响

初始浓度对电子束降解水溶液中赭曲霉毒素A的影响情况见图2，由图2可知，当辐照剂量为3kGy时，几乎能使水溶液中浓度为30μg/L的赭曲霉毒素A完全降解，而对浓度为310.0μg/L赭曲霉毒素A的降解率为49.55%，当辐照剂量增加至9kGy能使其降解效率达99.40%；9kGy辐照剂量对不大于2000.0μg/L赭曲霉毒素A水溶液的降解率接近100%。

图2　初始浓度对赭曲霉毒素A降解效果的影响

3结论

1~5kG剂量的电子束辐照对玉米的品质无显著影响，辐照前后玉米的常规营养成分和氨基酸含量及组成基本没有变化。

1～3kGy剂量的电子束辐照对玉米脂肪酸含量和组成及脂肪酸值无明显影响，5kGy辐照后，玉米中饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸之比明显增大，脂肪酸值明显提高。

不同初始浓度的赭曲霉毒素A水溶液对电子束辐照的敏感度不同，赭曲霉毒素A水溶液的初始浓度越低，辐照降解效率越高。

当辐照剂量为3kGy时，初始浓度为30μg/L的赭曲霉毒素A可以完全降解，而初始浓度为310μg/L的赭曲霉毒素A降解率仅为49.55%，经过5kGy剂量的电子束辐照后，其降解率可达到93.19%。

综上所述，3～5kGy剂量的电子束辐照辐照可以确保玉米品质不降低，并能有效降解赭曲霉毒素A的纯品溶液，但玉米中赭曲霉毒素A的辐照降解效果及产物解析需进一步深入研究。

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