臭氧降解稻谷中不同黄曲霉毒素B1初始含量效果研究

丁爱凤,包月红,周建新,黄永军,吴萌萌

(南京财经大学食品科学与工程学院/江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心/江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室,江苏南京 210023)

臭氧降解稻谷中不同黄曲霉毒素B1初始含量效果研究

丁爱凤,包月红,周建新*,黄永军,吴萌萌

(南京财经大学食品科学与工程学院/江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心/江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室,江苏南京 210023)

针对黄曲霉毒素B1(AFTB1)污染造成的食用安全性问题,研究了稻谷储藏过程中AFTB1含量随时间和黄曲霉量的变化规律以及臭氧降解率与稻谷中AFTB1初始含量的关系。结果表明:30 ℃时,16.0%水分的稻谷AFTB1含量(X)与储藏时间(T)呈极显著的抛物线型关系,回归方程为X=3.958T2-30.523T+45.049(R2=0.945,p<0.01),与黄曲霉量(M)呈正线性关系,回归方程为X=3.031E-005M+12.311(R2=0.955,p<0.01)。随着稻谷中AFTB1的初始含量增加,臭氧处理后的毒素降解率呈先上升后下降,降解率最大达到88.1%,在给定条件下,可将含68.42 μg/kg AFTB1的稻谷降解到国家限量标准(10 μg/kg)。

臭氧,稻谷,储藏时间,黄曲霉量,黄曲霉毒素B1,降解率

稻谷是我国南方主要的食物来源和储备粮品种,而在南方夏收时高温、高湿的气候下,高水分稻谷往往因不能及时干燥处理而导致霉变[1],并产生以黄曲霉毒素为代表的真菌毒素。黄曲霉毒素有多种衍生物,其中以B1毒性最强,与人类肝癌的发生有关系[2],给人们的身体健康带来巨大的伤害与经济损失[3]。因此粮食中黄曲霉毒素脱毒技术一直是研究的热点。黄曲霉毒素的脱毒方法主要有物理法、化学法和生物法,但大部分方法存在着处理时间长、成本高、脱毒效率低、损害品质和实践应用受到限制等问题,高效、安全、经济的方法很少[4]。臭氧氧化能力强,易分解为氧气,对环境和基质几乎不造成危害,因此,被广泛应用于粮食和果蔬的灭菌、杀虫和保鲜[5-9]。1997年,Mckenzie等[10]报道臭氧气体能降解伏马毒素、赭曲霉毒素、黄曲霉毒素等标准品,随后国内外利用臭氧降解真菌毒素的研究主要集中在降解粮食、果蔬黄曲霉毒素和赭曲霉毒素研究上[11-15],结果均表明臭氧对黄曲霉毒素及其他毒素均具有良好的降解效果。Luo等[16-19]阐明了臭氧解毒作用的机理是臭氧与AFBT1末端呋喃环的双键发生了共轭加成反应,形成产物的毒性大幅度降低,因此臭氧降解粮食、食品中黄曲霉毒素具有良好的应用前景。

本研究在臭氧处理稻谷降解黄曲霉毒素B1的工艺条件优化[20]的基础上,首次研究了高水分稻谷模拟储藏过程中黄曲霉毒素B1形成规律和臭氧降解稻谷中不同AFTB1初始含量的效果,为臭氧降解AFTB1污染的稻谷提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

晚粳稻谷 2012年产,江苏省南京市石埠寨粮库,2013年5～6月进行本实验。无水乙醇、95%乙醇(分析纯)、乙腈、甲醇(色谱纯) 南京丁贝生物科技有限公司;AFTB1标准品 Sigma-Aldrich公司。

臭氧脱毒专用装置 南京金仁环保科技有限公司,熏蒸箱工作室尺寸为360 mm×350 mm×500 mm,可控臭氧浓度:50～100 ppm,箱内装有可以转动的圆柱形桶(200 mm×150 mm),桶侧面均匀分布网孔,待脱毒的样品放置在圆桶内,按照设定条件进行操作;Agilent-1260型高效液相色谱仪 美国Agilent公司;HM11104型光化学衍生器、AFTB1型免疫亲和柱 北京华安麦科生物技术有限公司;KH5200型超声波清洗机 昆山禾创超声仪器有限公司;GNP-9160型隔水式恒温培养箱 上海三发科学仪器有限公司;FW80型高速万能粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 稻谷中AFTB1含量随储藏时间的变化规律的实验 稻谷平铺在超级工作台台面,计算水量,用喷雾器喷水,经常翻动,3 d后测定水分为16.0%,将此稻谷10 kg装入布袋,封口后,放入30 ℃培养箱,模拟储藏3周,每2 d取样,测定其AFTB1含量,每隔4 d的样品还需要测定霉菌菌量、菌相及百分比。

1.2.2 臭氧降解稻谷中不同黄曲霉毒素B1初始含量效果 将1.2.1模拟储藏每隔4 d的样品,其黄曲霉毒素B1初始含量不同,分别进行臭氧处理:浓度95 mL/m3,时间25 min,稻谷量1000 g[20],处理前后分别测定AFTB1含量,计算毒素降解率。

1.2.3 指标测定方法 AFTB1测定参照文献[20]。霉菌菌量测定:GB 4789.15-2010,通过菌落和菌体形态进行菌种鉴定[21],并计算黄曲霉量。

1.2.4 数据处理 实验数据以平均值±标准差表示,并采用Excel系统和SPSS分析软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 稻谷中AFTB1含量与储藏时间相关性

稻谷中AFTB1含量随储藏时间变化情况如图1所示,从图中可看出,稻谷在刚开始储藏的2 d没有产生AFTB1,第4 d时,有少量毒素生成,毒素含量为2.41 μg/kg,至12 d时,稻谷中AFTB1缓慢增加,含量为13.17 μg/kg,超出国家规定的限量标准(10 μg/kg)。第14 d开始,AFTB1含量开始加速增加,到第20 d时,毒素含量已经达到202.41 μg/kg,远高于国家限量标准。储藏时间对AFTB1含量进行方差分析的结果如表1所示,经过F检验,储藏时间的显著性p<0.01,表明不同时间AFTB1含量存在极显著差异。对稻谷AFTB1含量(X)与储藏时间(T)进行回归分析,拟合结果为X=3.958T2-30.523T+45.049(R2=0.945,p<0.01),说明AFTB1含量与储藏时间呈极显著的抛物线型关系,相关性良好。

图1 稻谷AFTB1含量随储藏时间的变化Fig.1 Content change of AFTB1 in paddy with storage time

项目平方和df均方FSig.组间143129.2631014312.92650316.5590.000组内6.258220.284总数143135.52232

2.2 稻谷中AFTB1含量与黄曲霉量的相关性

在我国,稻谷中AFTB1的产生菌为黄曲霉[4],对稻谷中霉菌量和种类分析表明,初始稻谷中霉菌的种类比较多,除黄曲霉(占58%)外,还有交链孢霉(23%)、产黄青霉(14%)等,霉菌菌量3.4×103CFU/g,第12 d时,从感官判断,稻谷处于早期霉变阶段,霉菌量达到5.4×104CFU/g,黄曲霉成为绝对优势菌(占92%),此前AFTB1生成缓慢,之后,由于黄曲霉菌大量繁殖,代谢活动进入旺盛时期,次级代谢产物大量积累,导致AFTB1含量迅速上升,20 d时霉菌量达到6.4×106CFU/g,黄曲霉成为唯一的霉菌(占100%),稻谷出现典型的中后期霉变特征。黄曲霉量随储藏时间的变化如图2所示,通过储藏时间对稻谷中黄曲霉量的单因素方差分析,稻谷中黄曲霉量与储藏时间呈现极显著正相关(表2)。通过SPSS软件分析,稻谷中AFTB1含量与黄曲霉量呈现极显著正相关。对稻谷中AFTB1含量(X)与黄曲霉量(M)进行回归方程分析,其结果为:X=3.031E-005W+12.311(R2=0.955,F=338.661,p<0.01),说明稻谷中AFTB1含量与黄曲霉量呈线性关系。

图2 稻谷中黄曲霉量随储藏时间的变化Fig.2 Count change of Aspergillus flavus in paddy with storage time

2.3 稻谷中AFTB1初始含量与臭氧处理降解率的关系

分别测定模拟储藏稻谷臭氧处理前后AFTB1含量,稻谷中AFTB1初始含量与臭氧处理降解率如图3所示。从图3中可得,针对不同AFTB1初始含量的稻谷,臭氧对其降解率先上升后逐渐趋于平稳,降解率达到最大88.11%。模拟储藏16 d时,稻谷AFTB1含量达到68.42 μg/kg时,臭氧处理后为8.13 μg/kg,能将AFTB1降解到国家限量标准以下。

表2 储藏时间对稻谷中黄曲霉量的单因素方差分析

图3 臭氧处理前后稻谷中AFTB1含量及降解率Fig.3 Contents and degradation rate of AFTB1 in paddy before and after of ozone treatment

3 结论

30 ℃时,16.0%水分的稻谷AFTB1含量(X)与储藏时间(t)呈极显著的抛物线型关系,回归方程为X=3.958T2-30.523T+45.049(R2=0.945,p<0.01),与黄曲霉量(M)呈正线性关系,回归方程为X=3.031E-005M+12.311(R2=0.955,p<0.01)。随着稻谷中AFTB1的初始含量增加,臭氧处理后的毒素降解率呈先上升后下降,降解率最大达到88.1%,在给定条件下,可将含68.42 μg/kg AFTB1的稻谷降解到国家限量标准(10 μg/kg)。

[1]周建新,鞠兴荣,孙肖东,等. 不同储藏条件下稻谷霉菌区系演替的研究[J].中国粮油学报,2008,23(5):133-136.

[2]李群伟,王绍萍,鲍文生. 真菌毒素与人类疾病的研究进展与展望[J]. 中国地方病防治杂志,2001,16(1):24-25.

[3]王彦波,许梓荣,汪以真. 饲料中的霉菌毒素[J].饲料博览,2002(8):26-28.

[4]宫春波,姜连芳,张永翠,等.黄曲霉毒素在食品中的危害及去除方法[J].食品研究与开发,2004,25(1):120-123.

[5]耿玉秋,农绍庄,伊霞,等.臭氧对脱水蔬菜杀菌效果的影响[J].保鲜与加工,2006,7(5):40-42.

[6]施国伟,谢昌其,黄志宏.臭氧储粮灭菌杀虫技术研究[J].粮食储藏,2004,33(4):20-22.

[7]付晓记,祝水兰,林勇敢,等.粮油原料贮藏前臭氧预杀虫灭菌技术研究[J].农产品加工(学刊),2013,9(11):76-78.

[8]毕乃亮,韩尧堂.臭氧用于葡萄贮藏的实验研究[J].落叶果树,1990,25(3):4-6.

[9]Mendez F.,Maier D. E.,Mason L. J.,et al. Penetration of ozone into columns of stored grains and effects on chemical composition and processing performance[J]. Journal of Stored Products Research,2003,39(1):33-44.

[10]Mckenzie K S,Sarr A B,Mayura K,et al. Oxidative degradation and detoxification of mycotoxins using a novel source of ozone[J]. Food and Chemical Toxicology,1997,35(8):807-820.

[11]Prudente A,King J. Efficacy and safety evaluation of ozonation to degrade aflatoxin in corn[J]. Journal of Food Science,2002,67(8):2866-2872.

[12]Inan F,Pala M,Doymaz I. Use of ozone in detoxification of aflatoxin B1in red pepper[J]. Journal of Stored Products Research,2007,43(4):425-429.

[13]邓捷,陈文洁,郭柏雪,等.臭氧降解玉米中赭曲霉毒素A的效果及对玉米脂肪酸的影响[J].食品科学,2011,32(21):12-16.

[14]罗建伟,李荣涛,陈兰,等.臭氧去除粮食中黄曲霉毒素B1的方法研究[J].粮食储藏,2003,32(4):29-33.

[15]Zorlugen B,Kiroglu Z F,Ztekin S,et al. The influence of gaseous ozone and ozonated water on microbial flora and degradation of aflatoxin B1in dried figs[J]. Food and Chemical Toxicology,2008,46(12):3593-3597.

[16]Luo X H,Wang R,Wang L,et al. Effect of ozone treatment on aflatoxin B1 and safety evaluation of ozonized corn[J]. Food Control,2014(37):171-177.

[17]Luo X H,Wang R,Wang L,et al. Structure elucidation and toxicity analyses of the degradation products of aflatoxin B1 by aqueous ozone[J]. Food Control,2013(31):331-336.

[18]Zorlugenc B,Zorlugenc F K,Oztekin S,et al. The influence of gaseous ozone and ozonated water on microbial flora and degradation of aflatoxin B1 in dried figs[J]. Food and Chemical Toxicology,2008,(46):3593-3597.

[19]Kim J G,Yousef A E,Khadre M A. Ozone and its current and future application in the food industry[J]. Advances in Food and Nutrition Research,2003,45:167-218.

[20]周建新,吴萌萌,包月红,等. 臭氧处理稻谷降解黄曲霉毒素B1的工艺条件优化[J]. 粮食储藏,2014,43(4):17-21.

Study on effects of ozone detoxification on different initial content of AFTB1in paddy

DING Ai-feng,BAO Yue-hong,ZHOU Jian-xin*,HUANG Yong-jun,WU Meng-meng

(College of Food Science and Engineering/Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety/Key Laboratory of Grains and Oils Quality Control and Processing,Nanjing University of Finance and Economics,Nanjing 210023,China)

For food safety problems caused by aflatoxin B1(AFTB1)pollution the paddy,the change lows of content of AFTB1with the time and amount ofAspergillusflavusand the relationship between the initial content of AFTB1and degradation rate by ozone were investigated in storage of paddy. The results showed the content of AFTB1(X)was significantly parabolic relationship with storage time(T)and positive linear relationship with counts ofAspergillusflavus(M)in 16.0% moisture content of paddy at 30 ℃,and the regression equations were X=3.958T2-30.523T+45.049(R2=0.945,p<0.01)and X=3.031E-005M+12.311(R2=0.955,p<0.01),respectively. The detoxification rates of AFTB1rose in the first stage,and then decreased with the increase of the initial content of AFTB1in paddy. The maximum degradation rate of AFTB1was 88.1%,and the paddy with AFTB1of 68.42 μg/kg was reduced to the national limited standard(10 μg/kg)at given conditions.

ozone;paddy;storage time;counts ofAspergillusflavus;AFTB1;degradation rate

2015-04-09

丁爱凤(1972-),女,本科,讲师,研究方向:粮食储藏与加工,E-mail:dingafp@126.com。

*通讯作者:周建新(1964-),男,本科,教授,研究方向:粮食储藏与加工,E-mail:zhoujx1964@163.com。

国家科技支撑项目(2013BAD17B01-3);江苏高校优势学科建设工程资助项目。

TS210.1

A

1002-0306(2015)23-0072-03

10.13386/j.issn1002-0306.2015.23.006