臭氧降解小麦中呕吐毒素的工艺优化

李心悦 严雷雷 万忠民 张崇彬

摘要：通过单因素分析臭氧质量浓度和臭氧处理时间、小麦水分含量对臭氧处理降解小麦中呕吐毒素的影响，并通过正交试验优化臭氧降解小麦中呕吐毒素的工艺参数。结果表明：呕吐毒素含量随着臭氧质量浓度、臭氧处理时间和小麦水分含量的增加均显著降低（P<0.05）。臭氧降解小麦中呕吐毒素含量的最佳条件为臭氧质量浓度100 mg/L、臭氧处理时间60 min、小麦水分含量12.5%。该处理条件下，小麦中呕吐毒素的降解率为56.33%。

关键词：臭氧；呕吐毒素；小麦；降解率

中图分类号：TS210 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20220416

Optimization of Ozone Degradation Process for Vomiting Toxin in Wheat

Li Xinyue， Yan Leilei， Wan Zhongmin， Zhang Chongbin

（School of Food Science and Engineering， Nanjing University of Finance and Economics/ Jiangsu Modern Grain Circulation and Security Collaborative Innovation Center， Nanjing， Jiangsu 210023 ）

Abstract： The effects of ozone concentration， ozone treatment time and wheat moisture content on the degradation of vomit toxin in wheat were analyzed by single factor， and the process parameters of ozone degradation of vomit toxin in wheat were optimized by orthogonal test. The results showed that the content of vomit toxin decreased significantly with the increasing of ozone concentration， ozone treatment time and moisture content of wheat （P < 0.05）. The optimum conditions for ozone degradation of emetic toxin content in wheat was ozone concentration of 100 mg/L， ozone treatment time of 60 min and wheat moisture content of 12.5%. Under in this treatment condition， the degradation rate of vomiting toxin in wheat was 56.33%. Key words： ozone， DON， wheat， degradation rate

呕吐毒素（DON），学名脱氧雪腐镰刀菌烯醇，是禾谷镰刀菌代谢反应产生的一种具有毒性的化合物，因猪中毒呕吐而得名。世界上许多地区的农作物都被检测出呕吐毒素，其存在较为广泛。DON不仅降低粮食的品质、造成农产品加工营养价值损耗，产生经济损失。同时随着DON 含量增大，小麦的容重、硬度指数、千粒重均呈下降趋势，不完善粒的含量呈上升趋势[1]。而且当人和动物食用了被污染的小麦，会出现恶心、呕吐、腹泻、神经紊乱等毒性效应[2-3]。DON在普通的加工生产过程中难被破坏、其耐热、耐酸和耐藏力强，病麦经长达4年的贮藏后DON毒性仍不消失，且能在人畜体内蓄积，具有细胞毒性、遗传毒性和免疫毒性，严重损害人畜健康[4-5]。目前用于DON的降解方法主要包括：物理法、化学法和生物法，但是存在能耗高、安全性低和破坏谷物营养特性等缺点，远远不能满足粮食生产与加工的需要[6]。因此不仅需要从源头对DON进行防控，还需要对已经污染了DON的粮食进行脱毒化处理 [7]。对于安全、高效的DON降解方法的研究，一直是粮食领域的重要研究内容。

臭氧（O3）具有非常强的氧化性，可以对真菌毒素结构中的双键进行破坏，生成毒性较低的物质，且臭氧会自动分解生成清洁无污染的氧气，不会在食物中留下任何残留物[8-9]。臭氧对有机分子的破坏一般有两种方式：直接氧化、间接氧化。直接氧化是有机分子被臭氧分子直接破坏；间接氧化是由臭氧分子进入水中与水结合反应生成的羟基基团来破坏有机分子[10]。

国内外关于臭氧降解DON的研究进展，大致可以分为3个层面：臭氧处理粮食对于DON的降解率，粮食经过臭氧处理后自身品质的改变，经臭氧处理后对于粮食的安全性评估。臭氧可以导致食物或饲料感官属性的改变、颜色损失、脂质氧化、酚化合物和维生素的降解[11]；可以通过提高小麦粉的白度和减少黄度来潜在地改善小麦粉的品质[12]。Violleau等[13]研究發现，适宜浓度的臭氧处理会使小麦粉的延展性减小、韧性增大，但臭氧浓度过高或时间太长会引起蛋白质聚合/解聚合之间的竞争。目前臭氧已用于控制花生、小麦、玉米和面粉等产品中的不同霉菌毒素[14]。随着其他真菌毒素的臭氧降解方法研究日益增多，臭氧降解DON也受到越来越多的关注和研究[15-16]。本研究采用臭氧降解法来降解污染小麦中的呕吐毒素，研究臭氧处理对呕吐毒素的降解效果，优化臭氧降解小麦中呕吐毒素的参数。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂1.1.1 材料

受呕吐毒素污染小麦：产地江苏南京。

1.1.2 试剂

甲醇（色谱纯）：国药集团化学试剂有限公司；聚乙二醇（average Mn 8000）、脱氧雪腐镰刀菌烯醇标准品：上海麦克林生化科技有限公司；氯化钾（分析纯）、氯化钠（分析纯）：上海源叶生物科技有限公司；無水磷酸氢二钠（分析纯）、盐酸（分析纯）：南京化学试剂有限公司；呕吐毒素-免疫亲和柱：北京博尔西科技有限公司。

1.2 仪器与设备

SB25-12DTDN型超声波清洗机：宁波新芝生物科技有限公司；JM-B30001型电子天平：余姚市纪铭称重校验设备有限公司；WH-2型微型漩涡混合仪：上海沪西分析仪器厂有限公司；YG100型臭氧发生器：北京山美水美环保高科技有限公司；TG16WS型高速离心机：长沙湘智离心机仪器有限公司；GM-0.5B型隔膜真空泵：天津市津腾实验设备有限公司；Agilent 1100 Series型高效液相色谱仪：美国安捷伦公司；Ideal-2000型臭氧在线检测仪：淄博爱迪尔测控技术有限公司；一次性使用无菌注射器 5 mL：常州悦康医疗器材有限公司；PHS-3C型pH计：上海精密科学仪器有限公司；200～1 000 μL Top Pette型手动可调式移液器：大龙兴创实验仪器（北京）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；101-3AS型电热鼓风干燥箱：上海苏进仪器设备厂。

1.3 试验方法

1.3.1 小麦处理

（1） 水分调节：挑出杂质后取1 000 g的小麦样品，用干燥箱（60 ℃）干燥2 h，降低小麦水分含量。通过水分速测仪测定小麦水分含量，利用水分调节公式计算所需加水量，通过润麦增加至指定含水量，分别是10.0%、12.5%、15.0%、17.5%。

（2） 臭氧处理：将上述不同水分含量的小麦，各取100 g置于玻璃反应器中。反应器的底部铺满了玻璃珠，目的是使臭氧气体可以均匀分布。玻璃珠上部是待处理的小麦，两者之间由钢丝网隔开。臭氧质量浓度为：0、25、50、75、100 mg/L，处理时间为：0、20、40、60、80 min。经处理的样品在4 ℃条件下储藏，待测。试验装置如图1所示。

1.3.2 单因素试验方案

（1） 臭氧质量浓度：设置臭氧流速为2 L/min，准备4份水分含量为12.5%的样品各10 g，调节臭氧质量浓度分别为25、50、75、100 mg/L，每个样品处理60 min。

（2） 臭氧处理时间：设置臭氧流速为2 L/min，准备4份水分含量为12.5%的样品各10 g，用质量浓度为75 mg/L的臭氧分别处理20、40、60、80 min。

（3） 小麦水分含量：设置臭氧流速为2 L/min，准备4份样品各10 g，将样品水分含量分别调至10.0%、12.5%、15.0%、17.5%，不同水分含量的样品，用质量浓度为75 mg/L的臭氧处理60 min。

1.3.3 正交试验设计

设计正交试验表（见表1），根据正交试验设计表进行试验，优化臭氧降解小麦中呕吐毒素的工艺参数。

1.3.4 呕吐毒素测定

（1） 样品预处理：将10 g经臭氧处理的受呕吐毒素污染的小麦用高速万能粉碎机粉碎，注意不要磨成粉末。空白试验组为10 g未被臭氧处理的小麦。称取2.50 g的样品粉末放至规格为50 mL的离心管中，称取0.50 g聚乙二醇加入管中，加30 mL水混合均匀，放入超声清洗器超声30 min，离心（5 000×g，15 min），取出上清液保存。

（2） 净化：把免疫亲和柱连接到玻璃注射器，用注射器精确吸取预处理好的样品上清液2.0 mL。将注射器固定在空气压力泵上，设置压力、流速，使注射器中的溶液（1滴/s）滴入免疫亲和柱中，再从免疫亲和柱中排出，直到溶液完全排出，空气进到免疫亲和柱中，排出废液。先用注射器吸入5.0 mL PBS缓冲液，使其以1滴/s的速度滴入免疫亲和柱中，再从免疫亲和柱中流出，一直到溶液全部流出，空气进到免疫亲和柱中，排出废液。再用注射器吸入5.0 mL水，重复上述步骤，抽干免疫亲和柱。

（3） 洗脱：移液枪准确加入1.0 mL的色谱甲醇溶液于免疫亲和柱中，使其以1滴/s的速度滴出，洗脱毒素，收集至一次性塑料试管中。滴出的洗脱液置于微型旋涡混合仪工作台混合1 min，然后采用0.22 μm的滤膜过滤，注入精量瓶中，待高效液相色谱测定。

（4） 高效液相色谱条件：色谱柱为C18柱（5 μm，150 mm×4.6 mm）；流动相为甲醇—水（20∶80）；流速0.8 mL/min；柱温35 ℃；进样量50 μL；检测波长218 nm。

（5） 呕吐毒素标准曲线绘制：用甲醇—水（20∶80）对呕吐毒素标准品进行稀释，配制成 0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 μg/mL标准系列，将其进行HPLC测定，横坐标为呕吐毒素标准溶液浓度、纵坐标为峰面积，绘制呕吐毒素标准曲线，求出线性回归方程。

1.3.5 数据处理

试验指标均重复测定3次，测定的数据通过Excel 2010处理，并用SPSS 20进行显著性（P<0.05）分析。

参 考 文 献

[1]孙宝胜.小麦中呕吐毒素分布特点及去除技术研究进展[J].现代面粉工业，2019，33（2）：11-14.

[2] GRAZIANI F， PUJOL A， NICOLETTI C， et al. The food-associated ribotoxin deoxynivalenol modulates inducible NO synthase in human intestinal cell model[J]. Toxicological Sciences， 2015， 145（2）： 372-382.

[3]罗颖鹏，陈正行，王韧，等.固相萃取柱净化-高效液相色谱法测定小麦粉中脱氧雪腐镰刀菌烯醇[J].食品科学，2015，36（20）：222-225.

[5]黄凯，黄明明，朱祖贤，等.呕吐毒素毒性研究进展[J].饲料博览，2013（12）：8-11.

[6]曹慧英，伍松陵，孙长坡.呕吐毒素（DON）生物合成和降解研究进展[J].中国粮油学报，2013，28（5）：116-123.

[7]唐语谦，刘晨迪，潘药银，等.呕吐毒素降解微生物的研究进展[J].食品与生物技术学报，2021，40（6）：1-7.

[8]邹忠义，黄斐，李洪军.紫外光辐照对脱氧雪腐镰刀菌烯醇和T-2毒素的去除作用[J].食品科学，2015，36（19）：7-11.

[9]王莉，罗颖鹏，罗小虎，等.臭氧降解污染小麦中呕吐毒素的效果及降解产物推测[J].食品科学，2016，37（18）：164-170.

[10] ZHU F. Effect of ozone treatment on the quality of grain products[J]. Food Chemistry， 2018， 264： 358-366.

[11]杨龙.臭氧水协同超声波处理对小麦中呕吐毒素的降解效果研究[D].郑州：河南工业大学，2018：6-7.

[12] KRSTOVI？ S， KRULJ J， JAK？I？ S， et al. Ozone as decontaminat- ing agent for ground corn containing deoxynivalenol， zearalenone， and ochratoxin A[J]. Cereal Chemistry， 2021， 98（1）： 135-143.

[13] VIOLLEAU F， PERNOT A G， SUREL O. Effect of Oxygreen？ wheat ozonation process on bread dough quality and protein solubility[J]. Journal of Cereal Science， 2012， 55（3）： 392-396.

[14] SANTOS ALEXANDRE A P， VELA-PAREDES R S， SANTOS A S， et al. Ozone treatment to reduce deoxynivalenol （DON） and zearalenone （ZEN） contamination in wheat bran and its impact on nutritional quality[J]. Food Additives & Contaminants： Part A， 2018， 35（6）： 1189-1199.

[15] SAVI G D， PIACENTINI K C， BITTENCOURT K O， et al. Ozone treatment efficiency on Fusarium graminearum and deoxynivalenol degradation and its effects on whole wheat grains （Triticum aestivum L.） quality and germination[J]. Journal of Stored Products Research， 2014， 59： 245-253.

[16] LI M M， GUAN E Q， BIAN K. Effect of ozone treatment on deoxynivalenol and quality evaluation of ozonised wheat[J]. Food Additives & Contaminants： Part A， 2015， 32（4）： 544-553.

[17] CHEN S， LI L， HAO Y H， et al. Study on the degradation of deoxynivalenol in corn and wheat both in the lab and barn by low concentration ozone[J]. Journal of Food Processing and Preservation， 2021： e15833.

[18]劉芳，李萌萌，刘远晓，等.臭氧对不同基质中呕吐毒素的降解效果研究[J].中国粮油学报，2021，36（9）：131-137.

[19]任东亮. 呕吐毒素臭氧降解机制及其安全性评价[D].泰安：山东农业大学，2020：43-45.

[20]唐洁，陈帅，赵艳妍，等.低浓度臭氧降解小麦呕吐毒素技术初探[J].粮食储藏，2020，49（5）：31-38.

[21] TIWARI B K， BRENNAN C S， CURRAN T， et al. Application of ozone in grain processing[J]. Journal of Cereal Science， 2010， 51（3）： 248-255.