臭氧对玉米中黄曲霉毒素B_1的降解效果及降解产物安全性评价

【摘要】黄曲霉毒素（Aflatoxins,AFs）主要是由黄曲霉和寄生曲霉产生的一类毒性极强的次级代谢产物的总称。在已发现的AFs中，常见黄曲霉毒素B1、B2、G1和G2（AFB1,AFB2,AFG1和AFG2）。其中AFB1分布最广，毒性最强，为1级致癌物。玉米是我国重要的食品和饲料原料，当收获、加工和储藏等措施不当时，AFB1污染玉米的问题较突出。尽管目前已建立了一些物理、化学和生物降解和脱除AFB1方法，但高效、安全、经济的绿色降解和脱除方法仍很少。因此，对AFB1降解和脱除的研究一直是热点。臭氧降解AFB1研究报道可追溯到上世纪60年代，但迄今研究仍局限于不同原料中AFB1的降解率，对臭氧处理后原料品质和毒性的改变研究较少，这极大限制了臭氧降解AFB1技术的应用。本研究利用超高效液相色谱串联四级杆飞行时间质谱（UPLCQ-TOFMS），对AFB1在不同臭氧体系下的降解产物结构进行分析，推测了降解产物生成途径和毒性，并以玉米为实样，研究臭氧降解AFs的动力学，评估臭氧处理AFB1污染玉米后的理化特性和毒性，以期为臭氧降解AFB1的应用提供理论和实践依据。研究主要结果概述如下：臭氧降解AFB1的产物结构研究。通过臭氧和臭氧水纯体系与AFB1反应，首次发现10个AFB1降解产物，根据其离子碎片信息和精确分子量，推测出各降解产物的分子式和结构式。臭氧降解AFB1产物结构分析表明，在臭氧和臭氧水纯体系中与AFB1的主要作用机制是AFB1的臭氧加成反应历程，据此推测了AFB1降解产物的生成途径。由降解产物的结构-效应关系，推测AFB1降解产物毒性显著降低。臭氧降解AFs的动力学研究。以AFs污染的玉米粉和玉米籽粒为实样的研究发现，玉米粉和玉米籽粒中AFs的臭氧降解率随着臭氧浓度和处理时间的增加而显著提高；当水分含量为17.40%的玉米粉经75mg/L的臭氧处理60min后，AFB1的含量由53.60μg/kg降低到11.38μg/kg，降解率为78.76%；而水分含量为13.47%和20.37%的玉米籽粒经90mg/L的臭氧处理40min后，AFB1含量分别由83.0μg/kg和77.6μg/kg降低到4.90μg/kg和21.42μg/kg，降解率分别为94.1%和72.4%。AFs臭氧降解的动力学模拟表明，不同原料中AFs臭氧降解规律符合一级动力学模型。玉米粉中AFs降解速率按以下次序递减：k75mg/L>k45mg/L>k30mg/L>k15mg/L，kAFB1>kAFs>kAFG1>kAFB2；玉米籽粒中AFB1降解速率按以下次序递减：k90mg/L>k65mg/L>k40mg/L，k13.47%玉米水分>k20.37%玉米水分。臭氧降解AFs的动力学参数中的动力学方程、反应速率常数、相关系数和半衰期，为最优地控制臭氧反应条件、臭氧降解对玉米品质改变及安全性评价奠定了理论和实践基础，也为臭氧降解AFB1污染的玉米应用的可行性提供了技术保障。臭氧处理对原料理化特性影响的研究。AFB1污染的玉米臭氧处理后理化特性变化结果表明，经75mg/L的臭氧处理60min后，玉米粉的水分含量从17.40%降至11.45%，经90mg/L的臭氧处理40min后，玉米籽粒的水分含量从13.47%降至9.90%，均远低于玉米长期储藏的安全水分（15.0%）。玉米经臭氧处理后，水分含量降低，有利于长期储藏。臭氧处理后的玉米粉脂肪酸值显著升高，远超国家规定的重度不宜存标准（>78mgKOH/100g干基）；而玉米籽粒脂肪酸值上升缓慢，符合国家宜存标准（<50mgKOH/100g干基）；玉米粉和玉米籽粒经臭氧处理后，色泽、黏度和糊化等性能均发生改变，玉米粉变化更明显，这对保持玉米原有品质是不利的。综合考虑臭氧对玉米的品质影响、操作的方便性、经济性、安全性、环保性和高效性等因素，臭氧对玉米籽粒中AFB1的降解是较佳选择。臭氧降解AFB1的安全性评价。体外毒性研究表明，与未经AFB1处理的HepG2人肝癌细胞相比，AFB1可以显著抑制细胞生长，细胞形态发生显著改变，凋亡细胞显著增多，细胞中p53蛋白表达显著减少，AFB1具有很强的细胞毒性（p<0.05）；AFB1臭氧降解产物对HepG2人肝癌细胞毒性实验结果表明，细胞形态与未经AFB1处理的细胞相比未发生显著改变，凋亡细胞显著减少，细胞中p53蛋白表达也无显著改变（p>0.05），臭氧处理显著降低AFB1的细胞毒性。昆明鼠体内毒性研究表明，与基础饲料组相比，AFB1污染玉米组昆明鼠平均增重和饲料消耗量显著降低，肝脏、肾脏与体重比显著增加，血清中谷丙转氨酶、谷草转氨酶和碱性磷酸酶活性显著升高，总蛋白、白蛋白和球蛋白含量显著降低（p<0.05），肝脏和肾脏产生明显组织学病变；臭氧处理AFB1污染玉米组昆明鼠平均增重、饲料消耗量、肝脏与肾脏体重比均无显著差异，血清中主要指标谷丙转氨酶活性、总蛋白、白蛋白和球蛋白含量也无显著差异（p>0.05），肾脏组织未见明显组织学病变；而谷草转氨酶和碱性磷酸酶活性显著升高（p<0.05），肝脏组织产生轻微组织学改变。上述结果表明，AFB1污染玉米对昆明鼠具有严重毒性，但AFB1污染玉米经臭氧处理后对昆明鼠的毒性显著降低。
【作者】罗小虎；
【导师】陈正行；
【作者基本信息】江南大学，粮食、油脂及植物蛋白工程，2014，博士
【关键词】黄曲霉毒素B1；玉米；臭氧；品质；毒性；

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