电子束辐照降解玉米中黄曲霉毒素B1及对玉米品质的影响

罗小虎 齐丽君 房文苗 潘丽红 王 韧 王 莉 余晓斌 陈正行

(1. 江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江苏 无锡 214122；2. 粮食发酵工艺与技术国家工程实验室，江苏 无锡 214122；3. 江南大学食品学院，江苏 无锡 214122；4. 江南大学生物工程学院，江苏 无锡 214122)



电子束辐照降解玉米中黄曲霉毒素B1及对玉米品质的影响

罗小虎1,2,3齐丽君1,2,3房文苗1,2,3潘丽红1,2,3王 韧1,2,3王 莉1,2,3余晓斌4陈正行1,2,3

(1. 江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江苏 无锡 214122；2. 粮食发酵工艺与技术国家工程实验室，江苏 无锡 214122；3. 江南大学食品学院，江苏 无锡 214122；4. 江南大学生物工程学院，江苏 无锡 214122)

为考察电子束辐照对玉米中黄曲霉毒素B1(aflatoxin B1，AFB1)的降解效果及对玉米品质的影响，试验选取AFB1污染的玉米为原料，研究0～50 kGy剂量辐照下玉米中AFB1的降解效果，并考察电子束辐照对玉米理化性质，包括脂肪酸值、黏度值和色度的影响。结果表明，随着电子束辐照剂量的升高(5～50 kGy)，玉米中AFB1含量显著降低(P<0.05)；当电子束辐照剂量大于15 kGy时，玉米理化性质变化较明显，其中脂肪酸值显著升高(P<0.05)，黏度值显著下降(P<0.05)，L*值无显著变化(P>0.05)，a*，b*值显著下降(P<0.05)。

黄曲霉毒素B1；玉米；电子束辐照；降解；品质

在全球三大谷物之中，玉米产量居首位，约占35%左右。玉米作为中国重要的粮食作物之一，在中国国民经济中的地位极为重要，其平均年产量(约2.0亿t)已居于世界第二，且随着逐年增长的消费量，玉米的加工技术、储藏技术也得到了快速发展[1-2]。然而，迄今为止，玉米在生长、运输、加工和贮藏过程中，仍易受到虫害和真菌毒素的侵染，其安全性一直是关注的重点。

黄曲霉毒素(AFs)主要是由黄曲霉(Aspergillusflavus)和寄生曲霉(Aspergillusparasiticus)产生的一类有毒次级代谢产物的总称，常污染玉米、花生、大豆等粮油原料及其制品，这其中尤以黄曲霉毒素B1(AFB1)毒性最大、污染范围最广、对人类健康危害最为严重[3]。尽管随着加工、储藏技术的提高，但迄今仍很难避免AFB1的污染。因此，如何有效降解玉米中AFB1已成为近年来研究的热点和难点。

AFB1化学性质稳定，传统加工方式很难将其降解或去除[3]。当前，AFB1的降解方法主要有加热法[4]、吸附法[5]等物理法和氧化法[6]、碱法[7]等化学法以及生物法[8]。由于破坏AFB1结构需要268 ℃以上温度，能耗高且对原料中营养物质破坏很大，因此加热法实际很少应用。常用吸附剂有硅铝酸盐、活性炭等，近几年，改性吸附剂也逐步研究，但是使用吸附剂并不能消除AFB1毒性，而且在吸附原料中AFB1的同时，也可能吸附原料中的营养物质从而降低营养素的利用率，更为关键的是，吸附的毒素有可能在动物体内代谢过程中重新释放，因此其应用效果还有待进一步研究。氧化法中常用的有次氯酸钠、臭氧、过氧化氢等，这些方法虽然效果明显，但原料中维生素等营养成分破坏严重。碱法主要有氨化法和氢氧化钠法，该法较适用于含水量较高的青贮饲料以及液态原料，不适合籽粒、饼粕等固体原料，而且处理后化学物质残留率高[9]。因此，寻找安全有效的AFB1降解方法仍是当前研究焦点。

经过长期研究与实践证明，辐照技术是一项高效、安全的食品加工保藏方式[10]。特别是近年来，电子束辐照逐渐应用于食品中，如食品的贮藏加工[11]、果蔬保鲜[12]、灭虫杀菌[13]等领域，且已经证实对真菌毒素的降解有一定效果[14-15]。电子束辐照技术有以下优点，在今后真菌毒素降解领域具有广泛应用前景[16]。电子束辐照过程不需要加入试剂或药品，不会造成原料二次污染，安全性较高；辐照通常在常温常压下进行，工艺简单、效率高，原料温度变化较小，对原料品质影响小；可接受处理的原料类型较广泛，且包装后的样品也可处理。此外，与γ射线辐照相比，尽管电子束辐照穿透性较差，但对食品穿透力依然很强，且具有经济、操作方便、使用安全和环保等优势[17-18]。

然而，迄今尚未见电子束辐照降解玉米中AFB1效果及AFB1降解后玉米品质改变研究。因此，本研究采用AFB1污染的玉米为原料，研究不同辐照条件下AFB1的降解效果，并考察经电子束辐照后玉米原料的脂肪酸值、黏度和颜色等理化指标的变化，评价电子束辐照对玉米品质的影响，以期为今后电子束辐照降解AFB1污染粮食提供实践参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

AFB1污染玉米：AFB1含量106.4 μg/kg，江苏当地市场；

AFB1对照品：纯度≥98.0%，瑞士Alexis公司；

甲醇、乙腈：色谱纯，美国Fisher Scientific公司；

氮气：江苏无锡新南气体有限公司；

ZORBAX SB-C18色谱柱： 150 mm×4.6 mm, 5 μm，美国安捷伦科技有限公司。

1.2 主要仪器与设备

电子束加速器辐照装置：AB 5.0型，能量5.0 MeV，束流25 MA，无锡爱邦辐照技术有限公司；

高效液相色谱仪：Agilent HPLC 1260型，美国安捷伦科技有限公司；

氮气吹干仪：MD200-1型，杭州奥盛仪器有限公司；

超纯水制备系统：Simplicity UV型，法国Millipore公司；

高精密分光测色仪：Datacolor 600型，瑞士Datacolor公司；

快速黏度分析仪：RVA 4500型，澳大利亚Newport Scientific公司。

1.3 试验方法

1.3.1 AFB1标准溶液的制备和玉米样品的准备 准确称取5 mg AFB1对照品，甲醇(色谱纯)溶解配置成100 mg/L的储备液，放入-18 ℃下保存。取一定量的储备液，分别稀释成5，10，50 mg/L的工作液，待用。分别取不同浓度的AFB1工作液2 mL，待测。将玉米籽粒按四分法取样，200 g/份，共6份，密封于聚乙烯透明袋中，铺平，厚度2～3 cm。另外，按四分法取200 g/份玉米籽粒6份，粉碎过40目筛，密封于聚乙烯透明袋中，铺平，厚度2～3 cm。

1.3.2 电子束辐照处理 分别设置0，5，10，15，20，50 kGy共6个辐照剂量，将准备好的玉米及玉米粉放入电子束辐照设备下辐照处理2 min。

1.3.3 玉米中AFB1的提取与检测 玉米粉碎，过40目筛，称取25 g置于250 mL具塞锥形瓶中，加入100 mL乙腈—水(体积比84∶16)，45 ℃下200 r/min振荡提取45 min，结束后静置3～5 min，过滤，收集滤液。

取2 mL滤液于5 mL离心管中，50 ℃下氮气吹干。分别加入200 μL正己烷和100 μL三氟乙酸，涡旋混合30 s，(40±1) ℃恒温箱中衍生30 min，室温下氮气吹干。1 mL水—乙腈(体积比15∶85)溶解，涡旋混匀30 s，0.22 μm有机膜过滤，滤液至样品瓶，待测。

高效液相色谱检测条件，激发波长：360 nm；发射波长：440 nm；流动相：甲醇/水(体积比42∶58)；流速：1 mL/min；进样量：20 μL；检测时间：20 min。

1.3.4 脂肪酸值的测定 按GB/T 5510—2011《粮油检验 粮食、油料脂肪酸值测定》执行。

1.3.5 玉米粉质特性测定 玉米粉碎，使用快速黏度测定仪(RVA)对每个被辐照样品进行连续检测，并用TCW配套软件分析。根据玉米的水分含量，称取一定量的玉米粉，加入超纯水，配置成干基为7%的玉米粉糊样品28 g，于RVA专用铝盒内混匀。

RVA测定温度程序：50 ℃保持1 min，以6 ℃/min上升到95 ℃(7.5 min)，保持5 min，再降到50 ℃(7.5 min)，保持2 min。起始10 s搅拌转速960 r/min，之后1 min内降至160 r/min，并保持。根据所获得的黏度变化曲线确定样品的糊化温度、峰值黏度、最低黏度和最终黏度，并与原料相比较，研究辐照后样品的黏度值变化。

2 结果与讨论

2.1 电子束辐照降解玉米中AFB1的效果

由图1可知，样品中AFB1的降解率随着辐照剂量的增加显著升高(P<0.05)。辐照剂量为5～15 kGy时，AFB1的降解率为20%～40%，当辐照剂量升高到50 kGy时，AFB1的降解率达90%。Wang等[19]在研究电子束辐照对AFB1的降解效果及产物影响时发现，辐照剂量与AFB1的降解率呈正比，随着辐照剂量的增加，AFB1的降解率也上升，这与本研究的结果是一致的。另外，本研究发现，当原料形态发生变化时，AFB1的降解效果也会发生改变。在相同辐照条件下，如15 kGy下，玉米籽粒中的AFB1降解率为40%，而玉米粉中AFB1降解率为35%。此结果表明，不同形态的玉米样品中AFB1的降解效果存在显著差异(P<0.05)。造成这种差异的原因可能是，AFB1在玉米中的污染由表及里，且主要分布在玉米籽粒的表面，当玉米粉碎后，AFB1反而均匀分布在玉米粉中，导致电子束辐照剂量相同，需要辐照的样品量增大，从而使得玉米粉中AFB1的降解率小于籽粒样品。当辐照剂量为50 kGy时，玉米籽粒和玉米粉中AFB1含量分别为10.64，19.15 μg/kg，低于中国在食品中的AFB1限量标准(20 μg/kg)。Diao等[20]用50 mg/L，流速5 L/min的臭氧处理AFB1污染花生60 h，AFB1降解率达89.40%。虽然该研究中AFB1的降解率与本研究的较为接近，但是处理时间上，是有较大差别的。本研究认为，造成差别主要是因降解方法、不同玉米的表面特性、AFB1污染程度差异，这些因素显著影响AFB1的降解效果。

2.2 电子束辐照对玉米中脂肪酸值的影响

脂肪酸值是玉米中的脂肪在脂肪酶的作用下或酸碱水解氧化的过程中产生的，是判定玉米品质的一个重要指标。脂肪酸值的变化代表玉米原料的新鲜程度，同时也代表玉米原料储存的适宜与否[21]。由图2可知，和未处理原料相比，辐照处理后的玉米脂肪酸值呈上升趋势，且随着辐照剂量的增加而增加。这一现象和Supriya等[22]研究电子束辐照对青刀豆中脂肪酸值的变化相同。造成这种现象的原因：① 电子束射线对玉米中脂类物质的变性作用，导致脂类分解、酸败，从而使游离脂肪酸增加[23-24]；② 辐照过程中温度略微上升，脂肪酶在一定范围内随着温度的升高其活性也逐渐升高[25]，使得脂肪水解加速从而导致游离脂肪酸增加，造成脂肪酸值变大。根据GB/T 20507—2015《玉米储存品质判定规则》，当辐照剂量为5 kGy时，玉米脂肪酸值达到轻度不宜存储(≤78 mg KOH/100 g·干基)；当辐照剂量大于10 kGy时，玉米重度不宜存储(>78 mg KOH/100 g·干基)。上述结果表明，为了保持玉米良好品质，不宜采用过高剂量辐照玉米，但要保持较高AFB1降解率，适当提高辐照剂量又是必要的，这就需要在玉米品质保持和毒素消减效率方面综合考虑，寻找一个合适的辐照条件。

图1 电子束辐照降解玉米中AFB1的效果

图2 不同辐照剂量下玉米中脂肪酸值的变化

2.3 电子束辐照对玉米粉糊化性质的影响

与未处理原料相比，经过电子束辐照过的玉米样品的峰值黏度、最低黏度和最高黏度都有明显的下降(见表1)。在辐照剂量为5 kGy的条件下，黏度值下降了60%；在50 kGy的辐照剂量下，下降了90%。玉米淀粉的回生值在辐照处理后也有明显下降。在5 kGy剂量下，回生值下降了70%；在50 kGy的辐照剂量下，下降了90%。随着辐照剂量的增加，样品的糊化温度略微上升，但是上升幅度并不明显。影响玉米黏度的主要因素有内源淀粉比例、淀粉结构等[26]。在辐照过程中，电子束会对支链淀粉长链中的碳氢键和氢氧键造成破坏，导致支链淀粉的聚合度下降，而支链淀粉的聚合度和玉米淀粉的黏度呈正相关，因此玉米淀粉的黏度也随之下降。其次，支链淀粉聚合度的下降也会使得淀粉颗粒变小且直链淀粉含量上升，直链淀粉含量越高则回生值越低，因此随着辐照剂量的增加，回生值呈明显的下降趋势[27]。

2.4 电子束辐照对玉米色度的影响

玉米的色泽是其一个重要的外在品质。由表2可知，随着辐照剂量的增加，L*值变化不明显(0～50 kGy)，a*和b*值最初变化不明显(0～15 kGy)，但随着辐照剂量的增加，呈现显著下降趋势(20～50 kGy)。当辐照剂量达到20 kGy时，a*值下降了35%，b*值下降了14%。造成这一现象的原因主要是组成玉米黄色素的玉米黄素、叶黄素、β-胡萝卜素、隐黄素不稳定，对辐照较为敏感[28]。同时当辐照剂量超过20 kGy时，玉米样品的温度升高幅度较大，玉米色素对热不太稳定，导致色素分子发生降解，也会造成玉米色泽的变化[29]。

表1 电子束辐照对玉米粉糊化性质的影响†

† 同列字母不同表示组间差异显著，P<0.05。

表2 不同辐照剂量下玉米粉色度的变化†

† 同列字母不同表示组间差异显著，P<0.05。

3 结论

本研究表明，电子束剂量在0～50 kGy时，可以有效降解玉米中AFB1。当电子束辐照剂量达50 kGy时，AFB1降解率高于90%，且电子束对玉米籽粒中AFB1降解效果优于玉米粉。玉米经过辐照处理后，理化性质也有较明显变化，其中脂肪酸值明显升高，玉米粉的峰值黏度、最低黏度、衰减值等均显著降低，玉米粉的L*值未发生显著改变，a*、b*值显著下降。对于今后采用电子束辐照降解玉米中AFB1，还需进一步研究辐照后样品的安全性和质量，从而建立安全有效的辐照降解体系。

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Effects of electron beam irradiation on the degradation of aflatoxins and the physicochemical properties of corn

LUOXiao-hu1,2,3QILi-jun1,2,3FANGWen-miao1,2,3PANLi-hongWANGRen1,2,3WANGLi1,2,3YUXiao-bin4CHENZheng-xing1,2,3

(1.StateKeyLaboratoryofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China;2.NationalEngineeringLaboratoryforCerealFermentationTechnology,Wuxi,Jiangsu214122,China;3.SchoolofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China;4.SchoolofBiotechnology,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

To study the detoxification effect of electron beam irradiation on AFB1in corn, the effect of electron beam irradiation on the AFB1-contaminated corn based on the doses of 0～50 kGy was studied. Physicochemical properties including fatty acid, color and viscosity of AFB1-contaminted corn at different irradiated doses were also investigated. Results indicated that AFB1in corn significantly decreased with the irradiation dose (P<0.05). Moreover, physicochemical properties changed significantly when the irradiation dose was over 15 kGy, including the significant increase of fatty acid value (P<0.05) and the decrease of the viscosities (P<0.05). It was found that the whiteness didn’t change significantly (P>0.05), while the significantly decreased redness and yellowness (P<0.05) were observed.Keywords：Aflatoxin B1; corn; electron beam irradiation; degradation; quality

公益性行业(粮食)科研专项(编号：201313005，201513006)；公益性行业(农业)科研专项(编号：201203037)；国家自然科学基金(编号：31371874，31501579)；国家国际科技合作专项(编号：2015DFA30540)；江苏省博士后基金(编号：1501078B)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(编号：JUSRP11510)

罗小虎，男，江南大学副教授，博士。

陈正行(1960—)，男，江南大学教授，博士，博士生导师。E-mail:zxchen_2008@126.com

2016-05-27

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.10.026