60Co－γ辐照对赤霉病小麦中DON的降解效果

李萌萌 关二旗 卞 科

（河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001）

60Co－γ辐照对赤霉病小麦中DON的降解效果

李萌萌 关二旗 卞 科

（河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001）

采用60Co－γ射线辐照技术处理赤霉病小麦，结果表明：此技术可以降解赤霉病小麦中一定量的DON，降解率随辐照剂量的增加而逐渐升高。当辐照达到安全剂量10 kGy时，赤霉病小麦籽粒中DON的降解率超过20%，若不结合其他小麦加工工艺，该技术可将DON含量低于1.25 mg/kg的赤霉病小麦降低到安全范围之内（DON含量≤1 mg/kg）；小麦的物理形态、籽粒含水量及赤霉病感染程度对DON的辐照降解无显著影响（P＞0.05）；此外，赤霉病麦粒经水浸泡后再辐照可以在很大程度上促进DON的降解，在安全剂量10 kGy时降解率最高可达到55.76%。

小麦赤霉病 脱氧雪腐镰刀菌烯醇 辐照 降解

小麦赤霉病是小麦的主要病害之一，它不仅造成小麦产量、品质降低，而且染病籽粒中含有真菌毒素脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON），会对人畜健康造成严重威胁[1]。目前关于谷物中真菌毒素的降解已有大量研究[2－5]，降解方法总体上分为物理、化学和生物3大类。多数方法虽然可以降解一定量的DON，但由于能耗高、操作复杂、可能引起食品原料的营养流失和口感变差、导致二次污染等因素的制约，并没有在实际生产中得到良好的推广应用。因此，寻找一种既安全又经济适用的DON降解方法是目前赤霉病小麦加工利用领域研究的热点。

食品辐照技术是近年来被广泛应用于食品工业中的一种无污染、低能耗的新技术，它是利用60Co、137Se等放射源产生的γ射线、5 MeV以下的X射线及电子加速器产生的10 MeV以下的高能电子束，对食品进行非热加工处理，可以起到很好的杀菌效果[6－7]。该技术已被应用于黄曲霉毒素[8]、赭曲霉毒素 A[9]、玉米赤霉烯酮[10]等谷物中常见真菌毒素的降解，且取得了良好的降解效果，但是将其应用于DON降解的研究较少，这可能与DON的理化性质以及降解特性有关。本研究以不同发病指数[11]的赤霉病小麦为研究对象，将60Co－γ射线辐照技术应用于赤霉病麦粒中DON的降解。通过控制不同的辐照剂量、样品形态、赤霉病感染程度以及籽粒的水分含量等因素来研究60Co－γ射线辐照对赤霉病小麦中DON的降解效果，从而为赤霉病小麦的去毒加工利用提供一种新的方法。

1 材料及仪器

1.1 原料

试验所用赤霉病小麦样品信息见表1。

表1 赤霉病小麦样品相关信息

1.2 试剂及仪器

DON纯品：Sigma－Aldrich公司，纯度≥99%。

60Co－γ射线辐照装置、重铬酸银剂量计：中国农业科学院农产品加工研究所；12165001B真菌毒素多功能净化柱：美国Agilent公司；2695Waters高效液相色谱仪：美国Waters科技有限公司。

2 方法

2.1 辐照处理

取一定量待辐照样品，密封于自封袋中，同一辐照剂量的样品放于同一个纸箱中，将纸箱放置于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3个重铬酸银剂量计跟踪比对，测定样品的实际吸收剂量，每个处理设置3个平行。

2.1.1 赤霉病小麦籽粒的辐照处理

取染病程度不同的赤霉病小麦籽粒A～G，每个样品取3份平行，每份称取100 g，分装于密闭自封袋中，按2.1方法进行辐照处理。

2.1.2 赤霉病小麦全麦粉辐照处理

取赤霉病小麦样品C、D和G，采用高速万能粉碎机粉碎后过40目筛，每个样品取3份平行，每份称取100 g，装于密闭自封袋中，按2.1方法进行辐照处理。

2.1.3 赤霉病小麦调质后辐照

取赤霉病小麦样品G，测定其原始含水量，按照NY/T 1094.1—2006《小麦实验制粉第1部分：设备、样品制备和润麦》调节样品含水量至15%、20%和25%。

取赤霉病小麦样品G，测定其原始含水量，按照1∶2的料液比分别加蒸馏水浸泡 0、10、40、70 min，捞出沥干水分，在自然条件下风干麦粒表面的水分。

将2种调质后的样品按2.1中辐照方法进行处理，提取测定DON含量之前按照GB 5497—1985《粮食、油料检验水分测定法》中105℃恒重法测定小麦实际含水量。

2.2 DON的提取、净化及测定

DON的提取：将100 g处理后的赤霉病小麦样品分装于2个小型粉碎机中高速粉碎，混匀后准确称取25.0 g，置于300 mL烧杯中，并加入100 mL提取液（乙腈∶水＝84∶16，体积比），置于磁力搅拌器上高速搅拌20 min，静置5 min后备用。

DON的净化：吸取5mL静置后的上清液过DON多功能净化柱，速度为1～2滴/s，准确收集滤液4 mL，低温下氮气吹干，用流动相（乙腈∶水＝16∶84，体积比）溶解，混匀后置于高速离心机中10 000 r/min离心5 min，过0.45μm有机滤膜，置于低温避光环境中待测定。

DON的测定：采用Waters 2695高效液相色谱对DON定量，测定方法参照Cui等[12]并稍作修改，具体色谱条件：Waters色谱柱：Symmetry® C18柱，4.6 mm×250mm，粒度5μm；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：20μL；紫外检测器波长：218 nm。

标准溶液的配制：取一定量的DON标准储备液，在氮气下低温吹干，用流动相配制成质量浓度为0.01、0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、5、10μg/mL的 DON标准工作液，按液相条件进样测定。

3 结果与讨论

3.1 DON色谱图及标准曲线

将DON标准溶液和小麦籽粒中提取到的DON按2.2中高效液相色谱条件进样测定，得到一系列色谱图（见图1），并根据DON标准溶液峰面积与浓度的关系制作标准曲线（见图2）。根据保留时间对赤霉病小麦中的DON定性，根据峰面积对DON进行定量研究。

图1 标准溶液及小麦籽粒中DON液相色谱图

由图1可以看出，按2.2中高效液相色谱的条件进样，DON的保留时间约为12 min，小麦籽粒中提取的DON样品峰周围基线平稳，没有杂质峰干扰，此液相色谱条件可以很好的对DON进行定量测定。

图2 DON溶液标准曲线

由图2可以看出，DON标准溶液在0.01～10 μg/mL范围内呈良好的线性关系，线性方程为y＝85 466x＋614.85，相关系数R2为0.999 9，该方法能很好的满足DON的定量研究，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。

3.2 辐照对赤霉病小麦籽粒中DON的降解研究

取赤霉病小麦籽粒A～G，分别置于60Co－γ射线辐照装置中进行辐照处理，辐照剂量设置为0、5、10、20 kGy。辐照处理后，提取DON进行高效液相测定，DON含量变化趋势见图3。

图3 不同染病程度小麦籽粒中DON辐照降解效果图

利用辐照技术降解真菌毒素DON，一方面可以杀灭基质中的产毒微生物，另一方面辐照可以有效地破坏DON的化学结构，从而降低其毒性[8]。样品A－G中DON含量依次升高，即受赤霉病感染程度依次增加。从图3中可以看出，对于染病程度不同的赤霉病小麦样品，随着辐照剂量的增加，各样品中DON含量逐渐降低。在辐照剂量达到安全剂量10 kGy时，样品A～G中DON的降解率均超过20%，分别达到了 26.29%、29.84%、22.03%、24.47%、27.60%、23.05%和20.44%，通过显著性分析可知，染病程度不同的小麦籽粒在同一辐照剂量下，DON的降解率无显著差异，即染病程度对辐照降解赤霉病小麦籽粒中的DON无显著影响。

我国国标中规定[13]，小麦及小麦粉中DON的限量为1 mg/kg，由研究结果可知，60Co－γ射线辐照可以使赤霉病小麦籽粒中的DON降解率达到20%以上。因此，在实际应用中，若不结合其他小麦加工工艺，60Co－γ射线辐照技术仅适用于赤霉病小麦籽粒中DON毒素含量低于1.25 mg/kg的样品，才能保证在安全剂量下辐照后样品中的DON含量不超标。

3.3 样品形态对辐照降解DON的影响

取样品C、D和G，采用高速万能粉碎机粉碎后装于自封袋中进行辐照处理，辐照剂量设定为0、5、10和20 kGy，辐照处理后，取样提取DON进行高效液相测定，DON含量变化趋势见图4。

图4 粉末状样品中DON辐照降解效果图

由图4可知，对于染病程度不同的赤霉病小麦粉末状样品，随着辐照剂量的升高，DON的含量逐渐降低。在辐照剂量达到安全剂量10 kGy时，样品C、D和G中DON的降解率分别达到了32.43%、17.55%和18.13%。虽然已有的研究表明，产生DON毒素的禾谷镰刀菌菌丝主要侵染附着在成熟小麦籽粒的表层，DON毒素也主要分布在小麦皮层[14－15]，但由于60Co－γ射线具有较强的穿透性和杀菌性[16]，因此将小麦样品粉碎后辐照和整籽粒辐照相比，DON的降解率没有显著差异。

3.4 调质过程对DON辐照降解的影响

3.4.1 籽粒水分含量对辐照降解DON的影响

取原始含水量为12.51%的赤霉病小麦样品G，将其含水量分别调为15%、20%和25%，然后进行辐照处理，研究小麦籽粒含水量对DON辐照降解效果的影响，结果见表2。

从表2可以看出，随着辐照剂量的增加，含水量不同的样品G中DON含量总体上呈逐渐降低的趋势，但DON降解率与原始含水量样品相比无显著差异（具体分析见3.5），说明籽粒含水量对辐照降解DON无显著影响（P＞0.05）。

表2 小麦籽粒含水量对辐照降解DON的影响

其中样品G－15%－5 kGy（即样品G水分调节为15%后在5 kGy剂量下辐照处理）的降解率为负值，这可能与镰刀菌的再度繁殖有关。禾谷镰刀菌适宜生长的相对湿度为85%，DON的最适产毒温度为22～28℃[17]。辐照处理空间温度为25℃左右，相对湿度为60%左右，而此时的温湿度对禾谷镰刀菌和黄色镰刀菌的生长相对比较适宜[18－19]，因此水分含量较高的样品中镰刀菌再度繁殖，可能会使原本已经降解的DON毒素含量再次升高。因此，辐照处理后的样品要及时冷藏并尽快提取测定。

3.4.2 水浸泡处理对辐照降解DON的影响

将原始含水量为12.51%的赤霉病小麦G分别用蒸馏水浸泡10、40、70 min，自然条件下晾干麦粒表面的水分，然后在不同剂量下辐照，研究浸泡不同时间对辐照降解赤霉病麦粒中DON的影响，结果如表3所示。

降解率1考察了水洗脱作用和辐照协同作用对赤霉病小麦籽粒中DON的降解效果。从表3中可以看出，浸泡10、40和70 min后，水的洗脱作用可使DON含量分别降低31.10%、31.72%和44.41%。这可能是由于DON的理化特性造成的，DON纯品是无色针状结晶，易溶于有机溶剂，微溶于水[20]。因此，在浸泡过程中主要集中于籽粒表层的DON溶解于浸泡液中，从而使籽粒中DON含量下降。

降解率2考察了辐照处理对浸泡后赤霉病小麦样品中DON的降解效果，从表3中可以看出，浸泡10、40和70 min后，辐照剂量为10 kGy时，辐照作用使籽粒中的DON降解率分别达到了19.05%、20.74%和24.59%。由于经水浸泡后样品会膨胀、松散，内部结构会发生一系列的变化，从而对辐照处理过程产生一定的影响，因此不再与原始籽粒中的DON降解效果进行差异分析。

表3 浸泡不同时间后辐照对麦粒中DON降解率的影响

3.5 辐照降解DON影响因素的差异分析

为了分析辐照降解DON的影响因素，表4和表5分别进行了显著性检验，以确定样品状态和含水量是否会对辐照降解DON产生影响。

表4 不同辐照剂量下DON含量变化/mg/kg

由表4中数据可以看出，对于同一品种的赤霉病小麦样品，在同一辐照剂量下，除了G－5 kGy样品组存在显著差异外，其他各组样品数据之间均不存在显著差异。这可能是由于60Co－γ射线穿透力很强，作用于赤霉病小麦样品时，籽粒状和粉末状样品接收到的射线能量相当[21]。因此，本研究认为小麦样品的物理形态对DON毒素的辐照降解无显著影响。

样品G在调质过程中，当含水量为15%且辐照剂量为5 kGy时，DON的降解率为－4.17%，这可能是由于镰刀菌的再度繁殖或是试验操作中的人为误差造成的，因此从表5中可以看出，除了15%含水量样品经5 kGy剂量辐照后与对照组有显著差异外，其他组均无显著差异，即样品含水量对辐照降解DON不存在显著影响。

表5 不同辐照剂量下DON含量变化/mg/kg

4 结论

60Co－γ射线辐照技术可以降解赤霉病小麦中的真菌毒素DON，经安全剂量10 kGy辐照处理后，赤霉病小麦籽粒中DON的降解率均超过20%，且样品的物理形态形态、含水量对辐照降解DON没有显著影响（P＞0.05）。因此，为了符合国家标准中要求的DON安全限量，在不结合其他小麦加工工艺的前提下，60Co－γ射线辐照技术仅适用于赤霉病小麦籽粒中DON毒素含量低于1.25 mg/kg的样品。此外，赤霉病小麦籽粒经过水浸泡后再辐照处理，总体上可以很大程度的降低DON毒素的含量，在安全辐照剂量下DON最高降解率课达到55.76%，且此过程是水洗脱和辐照作用的共同结果。在实际应用中，60Co－γ射线辐照技术可以结合风选、表面处理、重力分级、色选等小麦清理工艺，以及制粉工艺、分层碾磨工艺等加工方法将赤霉病小麦样品中的DON含量降低到安全范围之内。

[1]刘景松.小麦赤霉病研究进展[J].中国农村小康科技，2008（11）：54－56

[2]Pronyk C，Cenkowski S，Abramson D.Superheated steam reduction of deoxynivalenol in naturally contaminated wheat kernels[J].Food Control，2006，17（10）：789－796

[3]Ito M，Sato I，Koitabashi M，et al.A novel actinomycete derived from wheatheads degrades deoxynivalenol in the grain of wheat and barley affected by Fusarium head blight[J].Applied microbiology and biotechnology，2012，96（4）：1059－1070

[4]Moreau M，Lescure G，Agoulon A，et al.Application of the pulsed light technology tomycotoxin degradation and inactivation[J].Journal of Applied Toxicology，2013，33（5）：357－363

[5]McCormick SP.Microbial Detoxification of Mycotoxins[J].Journal of Chemical Ecology，2013，39（7）：907－918

[6]宋卫东，张宏娜，陈海军，等.γ辐照在食品加工中的作用及应用[J].食品工业科技，2011（9）：454－457

[7]张奇志，王文亮，孙宏春，等.我国辐照食品的研究现状及发展前景[J].中国食物与营养，2007（2）：29－31

[8]王峰.黄曲霉毒素B1的辐射降解机理及产物结构特性分析[D].北京：中国农业科学院农产品加工研究所，2012

[9]迟蕾.玉米中赭曲霉毒素A辐照降解技术研究[D].北京：中国农业科学院，2011

[10]尹青岗.玉米中玉米赤霉烯酮辐照降解技术研究[D].重庆：西南大学，2009

[11]谢茂昌，王明祖.小麦赤霉病发病程度与DON含量的关系[J].植物病理学报，1999，29（1）：41－44

[12]Cui L，Selvaraj JN，Xing F，et al.A minor survey of deoxynivalenol in Fusarium infected wheat from Yangtze-Huaihe river basin region in China[J].Food Control，2013，30：469-473

[13]GB 2761—2011，食品中真菌毒素限量[S]

[14]于洋.小麦及其加工产物中DON毒素的研究[D].重庆：西南大学，2010

[15]Jackowiak H，Packa D，WiwartM，etal.Scanning electron microscopy of Fusarium damaged kernels of spring wheat[J].International Journal of Food Microbiology，2005，98（2）：113－123

[16]Jalili M，Jinap S，Noranizan A.Effect of gamma radiation on reduction ofmycotoxins in black pepper[J].Food Control，2010，21：1388－1393

[17]林德书.利用植物抗体中和真菌毒素DON及提高赤霉病抗性的研究[D].福州：福建农林大学，2007

[18]Brennan JM，Fagan B，Maanen A，et al.Studies on in vitro growth and pathogenicity of European Fusarium Fungi[J].European Journal of Plant Pathology，2003，109（6）：577－587

[19]Doohan FM，Brennan J，Cooke BM.Influence of climatic factors on Fusarium species pathogenic to cereals[J].European Journal of Plant Pathology，2003，109（7）：755－768

[20]王文龙，刘阳，李少英，等.脱氧雪腐镰刀菌烯醇与人类健康[J].食品研究与开发，2008，29（6）153－157

[21]王瑞琦，刘睿杰，常明，等.粮油食品中黄曲霉毒素物理脱毒方法的研究进展[J].粮食与饲料工业，2013，12（7）：56－59.

Effects of60Co－γIrradiation on Degradation of DON in Scabbed Wheat

Li Mengmeng Guan Erqi Bian Ke

（College of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001）

The60Co－γirradiation technology was applied to treat scabbed wheat in this research，and results indicated that60Co－γirradiation degraded DON in scabbed wheat，and degradation rate rised with the increasing of irradiation dose.The degradation rate of DON exceeded 20%when the irradiation dose reached 10 kGy safe does.Without the combination of other wheat processing technologies，the irradiation technology detoxified the scabbed wheatwith DON content below 1.25 mg/kg to a safe range（DON≤1 mg/kg）.Sample's state，themoisture content of sample grains and the infection levels of samples had no significant effect on degradation rate of DON（P＞0.05）.Besides，the irradiated degradation rate of DON in the scabbed wheat greatly improved after being soaked in water and the highest degradation rate reached 55.76%when the irradiation dose was 10 kGy.

wheat scab，deoxynivalenol，irradiation，degradation

TS210

A

1003－0174（2015）10－0001－06

时间：2015－10－20 13：50：04

网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.2864.TS.20151020.1350.002.htm l

国家现代农业（小麦）产业技术体系建设专项（CARS－03－01A），国家粮食局公益性行业科研专项（2013 13005），河南工业大学高层次人才基金项目（2012BS 010）

2014－09－01

李萌萌，女，1987年出生，博士，粮食质量安全与品质控制技术

卞科，男，1960年出生，教授，博士生导师，粮油储藏科学与技术、农产品资源转化与利用