二氧化氯对玉米中真菌毒素的降解研究*

李 理 王 锦 陈晋莹 孙 群 刘 健 单晓雪 张宇冲 黄晨舒

(1 中储粮成都储藏研究院有限公司 610091)(2 四川大学 610065)(3 中国储备粮管理集团有限公司广西分公司 530031)

小麦、玉米等粮食谷物作为人类及动物主食的重要来源，其品质好坏不仅关系到加工业、畜牧业的经济利益，而且还关系到人畜的健康；适宜的温度、湿度为真菌的生长提供了有利的环境，导致粮食容易被感染从而产生真菌毒素。真菌毒素是一类有毒的次级代谢产物，污染农作物后可通过食物链传播的方式进入动物体内，使它们的身体机能等各个方面受影响；同时也会降低人类的免疫力，引发中毒危及生命健康[1]。

真菌毒素的脱毒方法主要有物理法、化学法和生物法。ClO2作为一种功能高效的氧化剂，从20世纪中期开始逐渐受到了人们的关注。1940年，美国率先使用ClO2对饮用水进行消毒处理，取得了良好的效果。随后ClO2得到迅速推广，广泛应用于水体的消毒杀菌、食品的防腐保鲜以及纤维制品的漂白等诸多方面[2]。在水体消毒过程中，ClO2能够有效杀灭水体中的病原体，从而阻止疾病的传播;在食品保鲜中，ClO2能够有效抑制细菌的生长，对果蔬等食品起到防腐保鲜的作用;在纤维制品的漂白中，ClO2通过破坏纤维中的杂质和色素，达到漂白的目的。由于ClO2的消毒效果优于其他消毒剂，并且几乎不产生有机卤化物等有毒有害的副产物，ClO2的使用得到了人们的广泛认可[3]。

目前关于ClO2在真菌毒素降解过程中的报道并不多，本文通过不同方法产生的ClO2对DON以及ZEN降解效果进行初步探究，为ClO2在真菌毒素降解方面的应用提供一定的参考价值和依据。

1 试剂与方法

1.1 材料与试剂

本方法所用试剂均为分析纯,水为GB/T 6682规定的一级水。

甲醇(CH3OH):色谱纯；乙腈(CH3CN):色谱纯；氯化钠(NaCl)；呕吐毒素、玉米赤霉烯酮免疫亲和柱:柱规格1 mL或3 mL，柱容量≥1500 ng，或等效柱:ClO2发生器；密封箱；ClO2浓度检测器；玉米筛下物样品(来自黑龙江临江直属库、自然产生的本身毒素超标的样品)，其中DON的含量为1789.22 μg/kg，ZEN的含量为331.75 μg/kg。

1.2 仪器与设备

高效液相色谱仪:配有紫外检测器、荧光检测器(Agilent Technologies 1290 Infinity II)；玻璃注射器:10 mL；天平:感量0.0001 g和0.01 g。

1.3 检测方法

检测方法为高效液相色谱法，ZEN参考条件如下:①色谱柱:C18柱,柱长150 mm,内径4.6 mm,粒度4 μm,或等效柱;②流动相:乙腈-水-甲醇(46∶46∶8,体积比);③流速:1.0 mL/min;④检测波长:激发波长274 nm,发射波长440 nm;⑤进样量:100 μL;f)柱温:室温。

DON参考条件如下:①液相色谱柱:C18柱(柱长150 mm,柱内径4.6 mm;填料粒径5 μm),或相当者;②流动相:甲醇+水(20+80);③流速;0.8 mL/min;④柱温:35℃;⑤进样量:50 μL;⑥检测波长:218 nm。

1.4 ClO2制备

ClO2的合成方法一般有电解法、化学合成法以及气固反应法。电解法的溶液通常为氯酸钠、亚氯酸钠和氯化钠[4]，电解法的缺点是电解得到的副产物较多，且电解成本较高。

化学合成法主要分为氯酸钠加还原剂反应生成ClO2(还原法)[5]、亚氯酸钠加氯气等氧化剂反应生成ClO2(氧化法)以及亚氯酸钠加盐酸等酸生成ClO2(酸化法)三大类[6]，其反应方程式为：

2NaClO3+4HCl→2NaCl+Cl2+ClO2+2H2O

2NaClO2+Cl2→2ClO2+2NaCl

5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O

由上可知，还原法制备的ClO2有副产物氯气生成，两者很难分离。而亚氯酸钠加氯气等氧化剂制备ClO2中反应物氯气是高危气体，不适合携带与存放[7]。同时，利用亚氯酸钠加无机酸制取ClO2，在常温下反应时间长，且加酸作用后会导致液体不稳定，当ClO2浓度上升到一定值后，又会慢慢下降，因而不能保持ClO2的浓度稳定，在实际中很难推广应用[8]。

而气固反应法则是在确保氯气气体完全反应的情况下，利用固体亚氯酸钠与氯气气体反应来制备ClO2[9]。然而，关于该方法的针对性研究则很少。

1.4.1 化学合成法 我们选择化学合成法来制备ClO2，通过向ClO2发生器的A、B液槽中分别加入对应的反应液体(有机酸与亚氯酸盐)，可持续产生高纯度且稳定浓度的ClO2气体。同时，ClO2浓度采用便携式ClO2检测仪测定。

1.4.2 无需活化生成法 同时，我们还选择了无需活化生成法来制备ClO2。在2.5 L密闭容器中按照水与ClO2制剂5∶1(mL∶g)，量取50 mL纯水，称取10 g ClO2制剂，加入到容器内迅速密闭，反复振荡均匀，置于黑暗处充分反应30 min。

ClO2浓度测定：参考GB 26366-2010测定ClO2浓度[10]。收集制备好的ClO2气体，先通过碘量法确定ClO2浓度，然后分别取0、2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL ClO2溶液，定容到50 mL，于430 nm波长下测定吸光值，确定标准曲线，然后换算成浓度与吸光值相关的标准方程。ClO2浓度标准曲线方程：y=0.084x-0.0006，r=0.9981(x：为ClO2水溶液OD值；y：为ClO2水溶液浓度)。用50 mL注射器从反应瓶中抽取10 mL待测的混合气体，将抽取的气体缓慢通入装在50 mL离心管中的40 mL纯水中溶解，轻轻混匀加入石英比色皿中，用紫外分光光度计测定在430 nm下的吸光度，通过标准曲线方程计算出ClO2浓度。而ClO2残留浓度则采用便携式ClO2检测仪进行测定。

1.5 样品处理

1.5.1 化学合成法中样品的处理 将玉米筛下物样品标记为1号样品。

1.5.1.1 分样 将样品混合均匀，分取50 g小样用于初始真菌毒素含量的测定，再分取1 kg用于ClO2毒素降解实验。

1.5.1.2 样品降解跟踪实验 将分取的1 kg 1号样品装入纸箱中，并将纸箱放入密封箱内，通入ClO2气体，维持ClO2在浓度为100 mg/m3的条件下处理24 h、48 h，见表1。反应结束后分别分取50 mg小样，用HPLC方法测定降解后样品中DON和ZEN的浓度。

表1 化学合成法制备的ClO2对样品的处理情况

1.5.2 无需活化生成法中样品的处理 准确称取适量DON、ZEN污染的1号样品玉米加入橡胶塞玻璃反应瓶中，样品量以覆盖瓶内面不重叠为最佳，用50 mL注射器抽取反应产生的ClO2，加入样品反应瓶中，至终浓度为3600 mg/m3和7200 mg/m3，置于黑暗处反应12 h。反应结束后取出样品，残存气体挥发后检测其中毒素含量。测试DON的样品分为3个平行组，标记为1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2。测试ZEN的样品分为2个平行组，标记为1-1、1-2、2-1、2-2。

表2 无需活化生成法制备的ClO2对第一批样品的处理情况

表3 无需活化生成法制备的ClO2对第二批样品的处理情况

1.6 毒素降解率计算公式

毒素降解率(%)=(毒素初始浓度-毒素处理后浓度)/毒素初始浓度×100%

1.7 样品中呕吐毒素和玉米赤霉烯酮的检测

样品中DON、ZEN含量分别按GB 5009.111-2016、GB 5009.209-2016标准进行测定[11-12]。

2 结果和讨论

2.1 化学合成法中毒素的降解情况

实验结果如表4所示。在ClO2浓度较低(100 mg/m3)的情况下处理样品(不论处理时间为24 h或48 h)后发现，DON和ZEN的降解效果极差。这可能是以下原因导致的：一方面，ClO2不稳定，受热或遇光后会有一定程度的分解，使得参与毒素降解反应的ClO2浓度降低；另一方面，由于玉米样品中毒素分布不均匀，尤其是DON，主要分布在籽粒皮层部位，由外及里呈递减趋势，导致有些样品降解后DON含量高于初始值。

表4 化学合成法制备的ClO2对玉米中DON、ZEN的降解情况

2.2 无需活化生成法中毒素的降解情况

实验结果如表5、表6所示。对于DON，无论用3600 mg/m3还是7200 mg/m3浓度ClO2处理样品12 h后，其降解率都较低。在3600 mg/m3ClO2浓度下，DON的降解率在12.67%以下；在7200 mg/m3ClO2浓度下，DON降解率最高才达到31.48%。而对于ZEN，用3600 mg/m3浓度的ClO2处理12 h后有明显降解效果，降解率最高可达69.43%；且ClO2浓度越高，ZEN的降解效果越好，用7200 mg/m3浓度的ClO2处理玉米样品，处理12 h后ZEN去除效果最高达到82.68%。

表5 无需活化生成法制备的ClO2对玉米中DON的降解情况

表6 无需活化生成法制备的ClO2对玉米中ZEN的降解情况

同时，经过12 h处理后，用ClO2检测仪检测处理后的ClO2气体浓度，发现几乎没有ClO2气体残留，说明ClO2进行了充分反应，见表7。

表7 无需活化生成法制备的ClO2处理后残余浓度

3 结论

两种方法测试对比后发现，对于DON和ZEN，在ClO2浓度较低的情况下处理样品后，降解效果较差。而当ClO2浓度达到3600 mg/m3、7200 mg/m3时，处理12 h后DON降解效果依旧较差(其降解率最高才达31.48%)，而处理12 h后ZEN则有明显降解效果(其降解率最高可达69.43%)，且ClO2浓度越高，降解效果越好，用浓度7200 mg/m3的ClO2去处理玉米样品，处理12 h后ZEN去除效果最高达到82.68%。

在较低浓度下，ClO2对玉米中DON、ZEN的降解效果较差，可能是由于ClO2不稳定，受热或遇光后会有一定程度的分解，使得参与毒素降解反应的ClO2浓度降低。

在较高浓度下，ClO2对玉米中DON的降解效果较差，可能是由于样本中DON分布不均匀，导致有些样品降解后DON含量高于初始值；而ClO2对玉米中ZEN的降解效果是比较显著的，最高降解率可达82.68%。

本工作采用ClO2处理，可有效控制高水分玉米霉变和品质劣变，是一项简单、方便、经济有效的高水分玉米综合治理措施。虽然ClO2技术有潜力成为一种降解真菌毒素的新技术，但该技术在应用过程中存在诸如易分解、渗透率低以及安全性等挑战，因此需要更多的后续研究来解决。