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

1、电子束辐照对玉米品质及赭曲霉毒素A降解效果的探讨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

2、有影响，但5 kGy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310.0 g/L的赭曲霉毒素A降解率为49.55%，当辐照剂量增大到5 kGy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，35kGy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。

3、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2 100万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

4、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

5、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，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

6、研究发现，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60Co 射线相比，电子束辐照具有不可比拟的技术优势1315，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.

7、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7.5 MeV，扫描频率为10 Hz，束功率为3 kW，束流范围为0.07-0.40 mA，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500 g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

8、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10 mL的具塞塑料离心管进行辐照处理，辐照剂量为0、3、5、7、9 kGy，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/T 5009.32010食品中水分的测定、GB/T 5009.52010食品中蛋白质的测定进行；氨基酸含量测定按GB/T5009.1242003食品中氨基酸的测定进行，其中色氨酸的含量按NY/T 571987谷物籽粒色氨酸测

9、定法测定；脂肪酸组成分析按GB/T 173772008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/T 23490-2009食品水分活度的测定进行；游离脂肪酸值测定按照GB/T 15684-1995谷物制品脂肪酸值测定法进行；糊化特性参数测定按照GB/T 24853-2010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20 g样品溶液，参照GB/T 23502-2009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

10、.5 数据处理与分析采用SAS 6.12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 (P0.05)。表1 玉米常规营养成分含量检测结果指标/%辐照剂量/kGy01235水分13.760.0713.830.0413.810.1113.700.0913.790.08粗蛋白质6.920.067.190.006.940.037.000.017.120.04粗脂肪0.270

11、.020.280.010.280.030.300.020.360.01粗灰分0.120.010.120.020.110.010.110.010.080.03粗纤维0.460.020.390.030.460.020.420.020.360.04粗淀粉76.700.1577.050.2476.420.3576.520.1876.580.222.2 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 (P0.05)。表2 玉米中氨基酸组成检测结果指标

12、/%辐照剂量/kGy01235天冬氨酸0.360.020.360.010.360.020.360.030.360.02苏氨酸0.220.010.230.030.230.010.230.020.230.01丝氨酸0.310.020.310.010.310.030.320.010.310.01谷氨酸1.480.031.500.011.520.041.500.031.500.02甘氨酸0.200.010.200.010.200.020.200.010.200.02丙氨酸0.500.010.520.030.520.010.510.020.510.02胱氨酸0.100.010.100.020.110.0

13、20.100.010.100.01缬氨酸0.320.020.330.040.340.010.330.020.330.03蛋氨酸0.110.010.120.010.120.020.120.010.100.01异亮氨酸0.220.010.240.010.230.010.230.010.230.01亮氨酸0.990.041.010.031.020.011.020.021.010.02酪氨酸0.110.010.100.010.120.010.110.010.100.01苯丙氨酸0.420.030.400.010.420.030.420.010.420.03赖氨酸0.120.010.120.010.12

14、0.000.120.010.120.02组氨酸0.220.010.220.020.220.020.220.010.220.01精氨酸0.200.000.190.010.190.020.180.010.200.02脯氨酸0.680.010.690.040.690.010.700.030.680.01色氨酸0.070.010.070.000.070.010.070.000.070.01TEAA(mg/g蛋白)419.1408.9432.3424.3411.5EAAI10.70560.69210.72650.71290.6913EAAI20.74350.72930.76560.75120.7284注

15、：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 (P0.05)，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)，基本不影响玉米脂

16、肪酸构成。表3 玉米中脂肪酸组成检测结果指标 /%辐照剂量/kGy01235棕榈酸15.500.00 a14.400.07 a12.600.00 a14.000.00 a25.200.07 b硬脂酸3.100.013.940.033.980.023.760.025.100.01油酸37.200.0037.000.0737.200.0738.000.0740.600.00亚油酸39.600.00 a39.500.07 a42.800.00 a39.000.00 a25.700.00 b亚麻酸1.750.01 a1.960.09 a0.600.01 c1.060.01 b0.960.01 b花生酸

17、1.290.011.190.001.120.01 1.480.000.970.04二十碳一烯酸0.900.010.520.010.720.000.570.01二十二碳六烯酸1.200.011.920.01山嵛酸1.520.020.940.380.970.00SFA21.41 20.47 17.70 19.24 32.24 UFA78.55 79.36 82.32 80.70 67.83 SFA/UFA0.27 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

18、、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% (p0.05)。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

19、为0、1、2、3、5 kGy；肩标字母相异者表示两者差异显著 (P0.05)；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310.0 g/L溶液中赭曲霉毒素A降解率低于50%，但当辐照剂量为5 kGy时，其中赭曲霉毒素A的降解率明显增强至93%以上，在7 kGy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 / g/L降解率/ kG

20、y初始浓度残留浓度（%）0310.0310.0-3310.0156.449.555310.021.193.197310.04.798.489310.02.499.232.6 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3 kGy时，几乎能使水溶液中浓度为30 g/L的赭曲霉毒素A完全降解，而对浓度为310.0 g/L赭曲霉毒素A的降解率为49.55%，当辐照剂量增加至9 kGy能使其降解效率达99.40%；9 kGy辐照剂量对不大于 2 000.0 g/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

21、降解效果的影响3 结论15 kG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。13kGy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30g/L的赭曲霉毒素A可以完全降解，而初始浓度为310g/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，35kG

22、y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。参考文献1 FAO. Efforts to end food losses and waste throughout the production chain OL. 2011-5-17.http：/www.fao.org/docrep/018/i2940c/i2940c02.pdf2 尹国彬. 近年我国粮食产后损失评估及减损对策J. 粮食与饲料工业, 2017, 12 (3) :1-3YIN Guobin. Evaluation and counte

23、rmeasures of grain loss after production in recent years in ChinaJ. CEREAL & FEED INDUSTRY, 2017, 12 (3) :1-33 刘阳. 973计划项目“主要粮油产品储藏过程中真菌毒素形成机理及防控基础”启动J. 粮食与饲料工业, 2013 (3): 63LIU Yang. 973 Project Start-up of Mycotoxins Formation Mechanism and Prevention and Control in Storage of Major Cereals and Oi

24、ls Products J. CEREAL & FEED INDUSTRY, 2013 (3): 634 靳婧, 哈益明, 王锋, 等. 生物毒素辐照降解技术研究进展J. 核农学报, 2016, 30(10): 1997-2004 JIN Jing, HA Yiming, WANG Feng, et al. Progress on the Irradiation Degradation Technology of Biological ToxinsJ. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2016, 30(10): 1997-20045 李萌萌,

25、 关二旗, 卞科, 等. 真菌毒素的辐照降解及产物解析研究进展J. 粮食与饲料工业, 2013, 12 (1) :14-18 Li Mengmeng, Guan Erqi，Bian Ke, et al. Research progress on irradiation degradation and product analysis of mycotoxinJ. CEREAL & FEED INDUSTRY, 2013, 12 (1) :14-186 Jalili M, Jinap S, Noranizan A. Effect of gamma radiation on reduction o

26、f mycotoxins in black pepperJ. Food Control, 2010, 21(10): 1388-13937 迟蕾, 哈益明, 王锋, 等. 玉米中赭曲霉毒素A的辐照降解效果J. 食品科学, 2011, 32(11): 21-24CHI Lei, HA Yiming, WANG Feng, et al. Effect of Irradiation on Degradation of Ochratoxin A in Maize J. Food Science, 2011, 32(11): 21-248 彭春红, 周林燕, 李淑荣, 等. 60Co-射线对赭曲霉毒素A

27、辐照的降解效果J. 中国食品学报, 2015, 15(7):174-179PENG Chunhong, ZHOU Linyan, LI Shurong, et al. Studies on the Effects of 60Co- Ray Radiation on the Degradation of Ochratoxin AJ. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2015, 15(7):174-1799 李国林, 陈曦, 陈梦玉, 等.不同类型辐照处理对黄曲霉毒素脱除效果分析J.核农学报, 2015,29

28、 (11): 2165-2171LI Guolin, CHEN Xi, CHEN Mengyu, et al. Effect Analysis of Aflatoxin Contamination Removal by Different Irradiation Types J. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2015, 29 (11): 2165-217110 张振山. 紫外光照射和射线辐照对大豆中黄曲霉毒素B-1降解的比较研究J. 现代食品科技, 2014, (9): 217-221ZHANG Zhenshan. Degradation

29、 of Aflatoxin B1 in Soybean by Ultraviolet and Irradiation J. Modern Food Science and Technology, 2014, (9): 217-22111 王守经, 柳尧波, 胡鹏, 等. 辐照处理对黄曲霉毒素B1的降解效果研究J. 山东农业科学, 2015, (11): 116-119 Wang Shoujing, Liu Yaobo, Hu Peng, et al. Study on Degradation Effect of Irradiation on Aflatoxin B1 J. Shandong Agricultural Sciences, 2015, (11): 116-11912 闫璐. 交链抱菌酮酸的辐照降解效果与产物解析研究D. 西安: 陕西师范大学, 2016: 40