辐射降解脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）的研究

李萌萌，卞科，关二旗，崔贵金

（河南工业大学粮油食品学院，河南郑州 450052）

脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON）又称呕吐毒素（vomitoxin），是小麦赤霉病病原菌禾谷镰刀菌产生的最主要的一种单端孢霉烯族化合物[1]。DON化学名为 3，7，15－三羟基－12，13－环氧单端孢霉－9－烯－8酮，分子式为C15H20O6[2]。DON毒素纯品为一种无色针状结晶，微溶于水，易溶于甲醇、乙醇、乙腈或乙酸乙酯等极性溶剂，具有较强的热抵抗力和耐酸性，在乙酸乙酯和乙腈中可长时间保存[3]。DON具有较强的毒性，它不但严重污染小麦等粮食作物，并可在食物链中长期存留，还可能产生致癌物质，严重威胁着人和动物的健康[4－5]。人食用了被DON毒素污染的食品后，主要表现为恶心、腹泻、呕吐等症状。动物对DON毒素的中毒症状表现为厌食、呕吐、运动失调、内脏出血等[6]。因此，如何快速有效的去除小麦等粮食作物中的DON，保证粮食及食品安全是近些年来国内外学者研究的热点。

食品辐照是20世纪40年代发展起来的一种食品灭菌保藏技术，它是指利用钴 60（60Co）、铯 137（137Cs）产生的γ射线或电子加速器产生的低于10 MeV的电子束照射食品的加工或处理过程。与传统的冷冻保鲜、灭菌常规方法相比，食品辐射的能源消耗约为加热消毒的5%，可以节省70%～90%的能耗；同时，处理后无污染无残留；食品辐照在常温下进行，不会引起内部温度的升高，因而可以较好地保持食品原有的色、香、味，已成为某些食品不可替代的灭菌方法[7]。将辐照技术用于真菌毒素的降解目前已有大量研究，Aquino小组[8]2007年报道了γ射线辐照可有效的抑制真菌毒素的生长，降低镰刀菌素的浓度，当辐照剂量为10 kGy时，玉米中的镰刀菌素可完全降解。尹青岗[9]的研究结果表明，当辐照剂量为10 kGy，整粒玉米中玉米赤霉烯酮降解率可达94.1%。可见60Co－γ射线辐照对真菌毒素的降解效果明显，本研究以小麦赤霉病毒素DON为研究对象，首先研究辐照对溶液中DON是否具有降解作用，从而为小麦赤霉病粒中真菌毒素的去除提供理论参考。

1 材料与仪器

1.1 试剂

脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）标准品：纯度≥99%，美国Sigma公司；乙腈：色谱级，Fisher公司；实验用水：超纯水，小麦产业技术体系实验室自制。

1.2 仪器

高效液相色谱仪：安捷伦1100，Eclipse plus C18柱，4.6 mm×150 mm，粒度5 μm，配备紫外检测器；60Co－γ辐照装置：中国农业科学院农产品加工研究所；KH－300DE型数控超声波清洗仪：昆山禾创超声仪器有限公司；DGG－9140A型电热恒温鼓风干燥箱：武汉利辉环境检测设备有限公司；T6新世纪紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；重铬酸银剂量计：小麦产业技术体系实验室自制，与中国计量科学研究院辐射加工剂量计比对（NDAS计划）剂量测量误差＜±3%。

2 方法

2.1 标准溶液的配制

DON毒素标准储备液：用一次性注射器吸取一定量的色谱级乙腈，注入含有1.0 mg DON标准品的瓶子中，振荡使其完全溶解，用乙腈多次清洗试剂瓶，并定容到50 mL容量瓶中，制得标准储备溶液的浓度为20 μg/mL。

DON毒素标准工作液：根据需要将标准储备液用流动相分别配制成浓度为 5、2、1、0.5、0.2、0.1、0.05、0.01 μg/mL的标准工作液。

2.2 高效液相色谱条件

色谱柱：安捷伦 1100，Eclipse plus C18柱，4.6 mm×150 mm，粒度 5 μm；柱温：40℃；流动相：乙腈：水（16∶84，体积比），在线脱气；流速：0.4 mL/min；进样量：20 μL；紫外检测器波长：218 nm。

2.3 标准曲线的制作

分别取 20 μL 浓度为 5、2、1、0.5、0.2、0.1、0.05、0.01 μg/mL的DON标准工作液，按HPLC的条件进样，分别得到各浓度DON毒素标准品的峰面积，根据峰面积与标准品浓度建立标准曲线，计算相关系数，建立回归方程。

2.4 辐照处理

按如下方法取一定浓度的DON溶液，于60Co－γ辐照装置中进行辐照处理，平均剂量率为0.55 kGy/h，同时每个剂量辐照样品中放入三个重铬酸银剂量计跟踪比对，测定样品的实际吸收剂量。其中，辐照剂量为2 kGy和4 kGy的样品中放入量程为0.4 kGy～4 kGy的小量程剂量计，其余辐照剂量样品中放入量程为4 kGy～40 kGy的大量程剂量计。每个样品设置三个重复。

2.4.1 不同辐照剂量对DON降解率的影响

将初始浓度为0.5 μg/mL的DON水溶液置于60Co－γ辐照装置中进行辐照处理，辐照剂量设定为0、2、4、6、8、10、20 kGy。

2.4.2 不同初始浓度对DON降解率的影响

将初始浓度为2 μg/mL和0.5 μg/mL的DON水溶液置于60Co－γ辐照装置中进行辐照处理，辐照剂量分别设定为 0、2、4、6、8、10、20 kGy。

3 结果与分析

3.1 标准曲线及精密度

3.1.1 DON标准品色谱图

取2.3中不同浓度的DON标准工作液按照2.2中高效液相色谱的条件进样，得到一系列DON标准品色谱图，保留时间稳定在7 min左右。其中0.5 μg/mL和2 μg/mLDON的色谱图见图1和图2。

图1 0.5 μg/mLDON标准品色谱图Fig.1 Chromatographic peak of 0.5 μg/mL DON

图2 2 μg/mLDON标准品色谱图Fig.2 Chromatographic peak of 2 μg/mL DON

3.1.2 DON标准曲线

用DON标准溶液绘制出峰面积关于浓度的标准曲线，采用外标法定量，见图3。

图3DON标准曲线Fig.3 Standard curve of deoxynivalenol

由图3可以看出，DON标准溶液在0.01 μg/mL～5 μg/mL范围内呈良好的线性关系，线性方程为y=72.789x+1.161 1，相关系数R2为0.999 9，该方法能很好的满足DON的含量测定，由信噪比3倍法求得此法检测DON的最低检测限为0.01 μg/mL。

3.1.3 检测方法的精密度

为验证检测方法的精密度，分别取高（2 μg/mL）、低（0.5 μg/mL）两种不同浓度的DON标准溶液，在同一天内连续进样5次，以峰面积的相对标准偏差来测定日内精密度，见表1。

表1 仪器进样日内精密度结果（n=5）Table 1 Result of within-day precisions（n=5）

由表1可以看出，0.5 μg/mL和2 μg/mL两个浓度的DON标准溶液一天内连续5次进样，相对标准偏差均较低，分别为1.36%和0.33%，说明仪器稳定性良好，检测方法的精密度较高，可以很好地满足本实验中DON测定的需要。

3.2 辐照对DON降解率的影响

3.2.1 不同辐照剂量对DON降解率的影响

将初始浓度为0.5 μg/mL的DON溶液置于60Co－γ辐照装置中进行辐照处理，辐照剂量设定为0、2、4、6、8、10、20 kGy，平均剂量率为 0.55 kGy/h，每个样品设置三个平行。将辐照后的样品根据2.2中的高效液相色谱条件进样测定，由液相色谱峰面积对照标准曲线求得不同剂量辐照后DON溶液的浓度，并计算出降解率，具体结果见表2。

表2中，C代表不同剂量辐照后DON标准溶液的浓度，C0代表DON溶液原始浓度，即0.5μg/mL，（1－C/C0）%代表DON的降解率。将上述DON浓度随辐照剂量的变化用曲线表示，并用多项式进行拟合，得到拟合方程为y=0.010 1x2－0.165 8x+0.661 5，相关系数R2=0.993，见图 4。

表2 浓度为0.5 μg/mL的DON溶液不同剂量辐照降解率Table 2 Degradation rate of 0.5 μg/mL DON in differentirradiation doses

图4 浓度为0.5 μg/mL的DON溶液不同剂量辐照降解率Fig.4 Degradation rate of 0.5 μg/mL DON in different irradiation doses

从图 4 可以看出，60Co－γ 辐照对 0.5 μg/mL DON标准溶液的降解有非常明显的效果，辐照剂量为1 kGy时已开始降解，随着辐照剂量的增加，DON溶液的浓度持续降低，DON的降解率持续提高，辐照剂量为10 kGy时降解率达到90%以上，这与K.O'NEILL等[10]的研究结果相符。

3.2.2 不同初始浓度对DON降解率的影响

将初始浓度为2 μg/mL和0.5 μg/mL的DON水溶液置于60Co－γ辐照装置中进行辐照处理，辐照剂量分别设定为 0、2、4、6、8、10、20 kGy，平均剂量率为0.55 kGy/h，每个样品设置三个平行。将两种浓度辐照后的样品根据2.2中的高效液相色谱条件进样测定，由液相色谱峰面积对照标准曲线求得两种浓度下不同剂量辐照后DON溶液的浓度，并计算出降解率，具体结果见表3。

以辐照剂量为横坐标，以降解率为纵坐标，将上述两种浓度DON溶液在不同剂量下辐照后的降解率作图，见图5。

表3 不同浓度的DON溶液不同剂量辐照后降解率比较Table 3 Comparison on degradation rate of DON in two concentrations

图5 不同浓度的DON溶液不同剂量辐照后结果比较Fig.5 Comparison on degradation rate of DON in two concentrations

由图5可以看出，在相同的辐照剂量下，初始浓度越低，其降解率越高。例如在8 kGy时，0.5 μg/mLDON标准溶液的降解率为88.35%，而2 μg/mL的DON标准溶液的降解率仅为为48.59%。随着辐照剂量的增加，低浓度DON溶液的降解率快速升高，在10 kGy时降解率已超过90%，在20 kGy时DON几乎完全降解；而高浓度DON溶液在20 kGy时降解率仅为75.95%。

造成上述现象的原因可能是，当DON水溶液受到60Co-γ射线时，射线将促使溶液中的物质产生辐射效应，水分子被激发或电离，形成氢离子、氢氧离子和自由基OH·、H2O-和H·。在相同的辐照剂量下，可认为DON溶液中辐照生成的活性离子也是大致相同的，因此，溶液的浓度越低，溶液中的每个溶质分子与活性离子反应的几率就越大[11]，故低浓度的DON溶液在相同的辐照剂量下降解率相对较高。可见，对于高浓度的DON溶液来说，要到达相同的降解率需要的辐照剂量就越大。

4 结论

60Co-γ射线辐照技术对溶液中DON的降解效果明显，0.5 μg/mLDON标准溶液在辐照剂量为10 kGy时降解率已超过90%，在20 kGy时DON几乎完全降解。如图5所示，2 μg/mL和0.5 μg/mL的DON标准溶液的降解率都随着辐照剂量的增加而升高；但是在相同的辐照剂量下，低浓度溶液降解率较高，如在10 kGy时，0.5 μg/mL的 DON标准溶液的降解率已达到93.85%，而2 μg/mL的DON标准溶液的降解率仅为54.75%，因此，要达到相同的降解率，高浓度溶液所需的辐照剂量越大。

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