李艷玲，惠 偉，*，趙政陽，王 燕

(1.陜西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，陜西西安710062;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西楊凌712100)

臭氧對(duì)蘋果汁中棒曲霉素的降解效果研究

李艷玲1，惠 偉1，*，趙政陽2，王 燕1

(1.陜西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，陜西西安710062;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西楊凌712100)

主要研究臭氧對(duì)蘋果汁中棒曲霉素(Pat)的降解效果及對(duì)果汁品質(zhì)的影響。研究采用臭氧對(duì)水和蘋果汁中500、250、200、100、50μg/L Pat濃度進(jìn)行5、10、15、20、30min的降解處理。結(jié)果表明，臭氧處理對(duì)各濃度的Pat都有降解作用，濃度越低，降解效果越好。隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)降解效果越好，15min以后降解率不再增加。臭氧處理15min，50μg/L的Pat降解效率最佳，在該條件下，臭氧對(duì)蘋果汁的pH、VC含量、可溶性固形物和色值均沒有明顯的影響，因此，臭氧處理是高效、安全、低廉的Pat降解方法。

臭氧，棒曲霉素，蘋果汁

我國(guó)蘋果汁的產(chǎn)量和出口量在世界上居首位，棒曲霉素(Patulin，簡(jiǎn)寫為Pat)是出口果汁檢驗(yàn)的指標(biāo)之一。Pat是青霉屬、曲霉屬、裸囊菌屬等多種真菌的次生代謝產(chǎn)物，在果品、蔬菜、果蔬汁、果酒、谷物、糕點(diǎn)以及香腸等食品中都發(fā)現(xiàn)了Pat。Pat是一種具有神經(jīng)毒性的真菌代謝產(chǎn)物，具有致癌、致畸和致突變作用［1－2］。所以，引起了世界各國(guó)衛(wèi)生、毒理醫(yī)學(xué)、食品生產(chǎn)和安全等各方面專家學(xué)者的極大關(guān)注。世界衛(wèi)生組織(WHO)制定了食品中Pat的最高限量為50μg/L［3］。由于原料中的Pat不能被通常加工過程的高溫所破壞，因而造成蘋果汁的普遍污染。因此蘋果汁中Pat的降解和去除是果汁加工中急需解決的問題。臭氧(O3)是一種具有特殊氣味的不穩(wěn)定氣體，是己知最強(qiáng)的氧化劑之一，具有消毒、除臭、滅菌、防霉、保鮮、降解農(nóng)藥殘留等多種作用。近年來臭氧的應(yīng)用迅猛發(fā)展，在水處理、空氣凈化、食品加工貯藏、衛(wèi)生保健、養(yǎng)殖業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。O3在水中強(qiáng)烈的氧化作用，能產(chǎn)生單原子氧(O)和羥基(OH)，其中羥基氧化還原電位為2.8V，在瞬間對(duì)水中的細(xì)菌、微生物、有機(jī)物進(jìn)行降解。當(dāng)O3濃度達(dá)到5mg/L就可以全部殺死貯藏環(huán)境和果實(shí)表面的所有病原微生物，從而有效防止霉變，延長(zhǎng)貯藏時(shí)間。因?yàn)镺3在短時(shí)間內(nèi)降解成了氧，因此沒有二次污染［6］。1997年，美國(guó)電力研究所(EPRI)提出，與食品直接接觸的O3應(yīng)用是非常安全的(ERAS)［7］。利用O3的強(qiáng)氧化性和殺菌消毒特點(diǎn)，其在果蔬保鮮、果汁加工、農(nóng)藥殘留降解上應(yīng)用的研究也越來越多。前人已經(jīng)研究過吸附［4］、微波［5］的方法降解Pat。吸附的方法脫附時(shí)還會(huì)形成2次污染，微波的方法需要增加新的設(shè)備，增加加工的工藝過程，因而提高成本，微波也會(huì)帶來果汁溫度的變化。臭氧具有很強(qiáng)的氧化性，有殺菌作用。在蘋果汁加工中，原料的消毒、果汁的殺菌過程都用到臭氧，國(guó)外研究利用HPLC－DAD色譜法檢測(cè)，臭氧可以破壞水溶液和蘋果汁中的Pat［8］，然而對(duì)于將臭氧的強(qiáng)氧化性作用在Pat的降解上，至今國(guó)內(nèi)未見報(bào)道。而本研究正是對(duì)這一設(shè)想的嘗試，研究了臭氧對(duì)蘋果汁中Pat的降解作用以及對(duì)果汁品質(zhì)的影響，為臭氧在果汁加工中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅富士 陜西蘋果市場(chǎng);Pat標(biāo)準(zhǔn)品 sigma公司;Pat溶液 準(zhǔn)確稱取4mg Pat標(biāo)準(zhǔn)品，溶于1mL雙蒸水中，將配制好的溶液用雙蒸水分別稀釋成500、250、200、100、50μg/L的 Pat溶液;乙酸乙酯、碳酸鈉、冰乙酸 分析純;乙腈 色譜純;雙蒸水。

LC－2010高效液相色譜儀 日本島津公司;RE－52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠;SHB－Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司; KQ3200B超聲波清洗機(jī) 昆山市超聲儀器有限公司;JG9060臭氧發(fā)生器 陜西金陽電子科技有限公司，輸出臭氧量≥480mg/h。

1.2 樣品制備

1.2.1 臭氧處理對(duì)水中Pat的降解效果 取5個(gè)潔凈錐形瓶，分別放入20mL各濃度(500、250、200、100、50μg/L)的Pat溶液，打開臭氧發(fā)生器，將臭氧分別通入這5個(gè)錐形瓶中，通入時(shí)間為5min。

1.2.2 臭氧處理對(duì)蘋果汁中Pat降解效果研究 將優(yōu)質(zhì)蘋果洗凈，榨汁，共320mL，將其平均分成A、B兩組。A組中加入2μL已經(jīng)配制好的4mg/mL的Pat溶液，搖勻。取20mL A組溶液，臭氧發(fā)生器處理15min。取5mL處理液，用20mL雙蒸水轉(zhuǎn)移至分液漏斗內(nèi)，加入25mL乙酸乙酯，振搖1min，靜置分層，取水層，繼續(xù)用乙酸乙酯提取2次。合并提取液，1.4%碳酸鈉水溶液萃取(10s內(nèi)完成)，乙酸乙酯提取碳酸鈉水層一次，合并提取液。加4滴冰醋酸，在45℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上蒸發(fā)至近干，晾干。乙酸鹽緩沖液復(fù)溶后定容到1mL，經(jīng)0.45μm針頭過濾器過濾，供HPLC測(cè)定［9］。

B組加入2μL已經(jīng)配制好的4mg/mL的Pat溶液，搖勻。取5mL試樣，用20mL雙蒸水轉(zhuǎn)移至分液漏斗內(nèi)，加入25mL乙酸乙酯，振搖1min，靜置分層，取水層，繼續(xù)用乙酸乙酯提取2次。合并提取液，1.4%碳酸鈉水溶液萃取(10s內(nèi)完成)，乙酸乙酯提取碳酸鈉水層一次，合并提取液。加4滴冰醋酸，在45℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上蒸發(fā)至近干，晾干。乙酸鹽緩沖液復(fù)溶后定容到1mL，經(jīng)0.45μm針頭過濾器過濾，供HPLC測(cè)定［9］。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 水中臭氧濃度的測(cè)定 在100mL碘量瓶中加入20%碘化鉀溶液1.14mL，加入臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧水20mL，混勻，加入3moL/L硫酸溶液5mL，用0.099mol/L的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至近無色時(shí)加1%淀粉溶液1mL，繼續(xù)滴定至溶液無色，計(jì)算臭氧的含量。

1.3.2 Pat含量的測(cè)定 色譜柱:C18柱，25.0cm× 4.6cm;溶劑:乙腈－水(1∶10)，流速:1mL/min，檢測(cè)器:紫外檢測(cè)器UV=276nm;進(jìn)樣量:15μL。通過標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算Pat含量。Pat降解率(%)=(對(duì)照雙蒸水中Pat含量－臭氧水作用后Pat含量)/對(duì)照雙蒸水中Pat含量×100%。

制作標(biāo)準(zhǔn)曲線:取100μL已經(jīng)配制好的4mg/mL Pat溶液，用乙酸鹽緩沖液稀釋成100μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，用此儲(chǔ)備液再稀釋成濃度為10μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)工作液。將上述標(biāo)準(zhǔn)工作液用乙酸鹽緩沖液分別稀釋至濃度為50、100、150、250和500μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液。將20μL各標(biāo)準(zhǔn)溶液分別注入色譜儀，按色譜條件進(jìn)行測(cè)定，以峰面積對(duì)Pat含量(單位為μg/L)作出標(biāo)準(zhǔn)曲線［10］。

1.4 臭氧處理對(duì)蘋果汁理化性質(zhì)的影響

可溶性固形物按GB12143.1－89［11］的方法進(jìn)行測(cè)定;色值按QB/T1687－93－5.4［12］的方法進(jìn)行測(cè)定;pH按ISO1842－1975［13］的方法進(jìn)行測(cè)定;維生素C含量用鉬藍(lán)比色法測(cè)定［14］。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有處理重復(fù)三次，取其平均值作為最后結(jié)果，圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(ˉX±S)，圖中相同字母表示數(shù)據(jù)間差異不顯著(P＞0.05)。數(shù)據(jù)分析采用EXCEL和SPASS16.0專業(yè)版統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)水中臭氧的含量

用碘量法測(cè)定水中的臭氧濃度，由表1可以得出，水中臭氧濃度受到通氣時(shí)間的影響。在水體積相同的條件下，通氣時(shí)間越長(zhǎng)，則臭氧濃度越高。由于臭氧的不穩(wěn)定，臭氧在水中的濃度不單是量的積累，且伴隨著逸出和分解。所以，不能簡(jiǎn)單的根據(jù)臭氧產(chǎn)量和時(shí)間推算臭氧濃度，而應(yīng)該以碘量法測(cè)定不同時(shí)間點(diǎn)時(shí)水中的臭氧濃度。

表1 水體積，通氣時(shí)間和臭氧濃度之間的關(guān)系Table 1 Relationship between the volume of water，ventilation time and the concentration of ozone

2.2 臭氧對(duì)Pat的降解效果

2.2.1 臭氧對(duì)水中Pat的降解效果 由圖1得出，臭氧處理500、250、200、100、50μg/L的Pat溶液15min后，Pat含量均降低，其中500、250μg/L Pat溶液處理后差異不顯著;Pat溶液濃度越低，臭氧處理降解效果越好，差異越顯著(P＜0.05，n=3);50μg/L的Pat溶液降解到10.5μg/L，降解率為79%，降解效果最好。因此，50μg/L的Pat溶液為臭氧處理的最佳處理濃度。

Cataldo用高劑量的O3發(fā)生器(12%，w/w)處理濃度為6.8×10－3mmol/L(相當(dāng)于1000μg/L)的Pat水溶液，Pat降解率達(dá)到92%［8］。

由圖2可知，50μg/L的Pat溶液，臭氧處理5、10、15、20和30min后，Pat含量均有顯著降低(P＜0.05，n=3);其中臭氧處理時(shí)間越長(zhǎng)，降解效果越好;但處理15min以后的降解效果并沒有顯著增加;臭氧處理15min時(shí)降解率達(dá)到93.63%。因此，臭氧處理15min為最佳處理時(shí)間。

圖1 臭氧處理15min后對(duì)不同濃度Pat的降解率(ˉX±S，n=3)Fig.1 The degradation results of ozone on Pat solution after 15min treatment(ˉX±S，n=3)

圖2 不同臭氧處理時(shí)間對(duì)50μg/L的Pat降解效果(ˉX±S，n=3)Fig.2 The effects of degradation Pat of 50μg/L that ozone treatments for different times(ˉX±S，n=3)

2.2.2 臭氧處理對(duì)蘋果汁中Pat降解效果 根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)得出臭氧處理15min，Pat濃度為50μg/L時(shí)效果最明顯，因此以下實(shí)驗(yàn)都依據(jù)這個(gè)條件進(jìn)行臭氧處理。從圖3中可知，臭氧對(duì)蘋果汁中Pat有明顯降解效果，且降解率較高，降解了約為43.22%，差異顯著(P＜0.05，n=3)，臭氧處理效果明顯。Cataldo用高劑量的O3發(fā)生器(12%，w/w)處理Pat濃度為2.4×10－3mmol/L(當(dāng)于370μg/L)的蘋果清汁，臭氧處理后Pat基本檢測(cè)不到［8］。

樹脂吸附法是去除Pat最常用的方法，在用樹脂處理果汁的初始階段可以將果汁中的Pat全部除去，但運(yùn)行12h后，吸附棒對(duì)果汁中Pat的吸附效率逐漸下降［5］;微波處理也是降解棒曲霉素一種常用的方法，降解率較高，然而需要增加新的設(shè)備和工藝過程，提高了成本;而臭氧對(duì)蘋果汁中Pat降解效率較高。

2.3 臭氧處理對(duì)蘋果汁理化性質(zhì)的影響

由表2可以看出，臭氧處理對(duì)蘋果汁色值有一定的影響，但并不顯著，它使蘋果汁的色值升高，主要原因是其存在帶有發(fā)色團(tuán)和助色團(tuán)的有機(jī)物。臭氧氧化能破壞發(fā)色團(tuán)和助色團(tuán)的共軛體系，將其氧化成小分子的有機(jī)物或無機(jī)物，使其失去發(fā)色能力，從而使蘋果汁色值升高，顏色變淺［15］。

臭氧處理對(duì)蘋果汁的可溶性固形物含量幾乎無影響。以糖度為例，可能是由于臭氧不能氧化多羥基的醛酮，從而使果汁中的糖類物質(zhì)不發(fā)生變化，導(dǎo)致糖度不變［15］。

圖3 臭氧處理15min對(duì)蘋果汁中50μg/L的Pat的降解效果(ˉX±S，n=3)Fig.3 The degradation effects of ozone treatments of 15min on 50μg/L Pat in the apple juice(ˉX±S，n=3)

臭氧處理可使蘋果汁的pH降低，但差異不顯著。這主要是由于臭氧氧化使蘋果汁中總酸度提高，從而使游離的氫離子增多，pH減?。?5］。

臭氧處理的蘋果汁VC含量有所下降。原因是VC有很強(qiáng)的還原性，很容易被強(qiáng)氧化劑臭氧氧化。由于此次臭氧濃度不是很高，因此影響不顯著。

Cataldo用高劑量的O3發(fā)生器(12%，w/w)對(duì)蘋果汁的處理過程中，沒有破壞可溶性糖的結(jié)構(gòu)，不影響可溶性糖的含量。說明Pat是O3主要攻擊目標(biāo)。不影響果汁品質(zhì)［8］。復(fù)合吸附劑對(duì)蘋果汁的外觀與風(fēng)味均產(chǎn)生較大的不良影響，進(jìn)而影響了果汁的品質(zhì)［16］。

表2 臭氧處理對(duì)蘋果汁色值、pH、VC含量和可溶性固形物的影響(ˉX±S，n=3)Table 2 Effect of ozone on color，pH，VCand soluble solids content of apple juice(ˉX±S，n=3)

3 結(jié)論

臭氧具有很強(qiáng)的氧化性，有殺菌作用，能有效降解蘋果汁中的Pat。臭氧處理15min對(duì)50～500μg/L的Pat都有降解效果，15min O3降解水中的50μg/L Pat降解率可以達(dá)到93.63%，對(duì)蘋果汁中的50μg/L Pat的降解可以達(dá)到43.22%。在0～15min的時(shí)間內(nèi)隨著時(shí)間延長(zhǎng)，臭氧濃度增加，降解效果也越好。表明O3降解Pat既安全又高效。實(shí)驗(yàn)表明O3降解果汁中Pat的同時(shí)，對(duì)果汁的色值、可溶性固形物、pH、VC含量均沒有顯著的影響，不會(huì)影響果汁的品質(zhì)。

另外，O3降解果汁中Pat是低投入高產(chǎn)出。臭氧降解可以避免吸附法和微波降解的不足，因?yàn)槌粞醢l(fā)生器價(jià)格低廉，在果汁加工過程中，臭氧已經(jīng)應(yīng)用于原料的清洗消毒以及果汁耐熱菌的消毒。因此，用臭氧處理降解Pat，不需要再添置特別的設(shè)備，比較經(jīng)濟(jì)高效。吸附法也是降解Pat常用的一種方法，然而對(duì)于吸附劑的再生處理也是一個(gè)很棘手的問題，吸附劑的再生處理會(huì)污染環(huán)境。臭氧降解法卻可以避免這些不足，O3會(huì)再次轉(zhuǎn)變成氧，沒有任何的二次污染，符合食品安全的要求。

總之，利用臭氧來降解Pat有很多優(yōu)點(diǎn)，如方便、經(jīng)濟(jì)、有效，但是對(duì)于臭氧的處理?xiàng)l件，例如處理溫度、O3濃度等參數(shù)，還需進(jìn)一步研究探討，進(jìn)而找到最佳的工藝條件。

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Effect of ozone treatment on patulin degradation of apple juice

LI Yan－ling1，HUI Wei1，*，ZHAO Zheng－yang2，WANG Yan1
(1.College of Life Sciences，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China; 2.College of Horticulture，Northwest A＆F University，Yangling 712100，China)

The effect of ozone treatment on Pat degradation in apple juice and the impact on the juice quality were studied.Especially，the effect of ozone on the Pat degradation in the water and apple juice to different concentrations in 500，250，200，100，50μg/L Pat for different time 5，10，15，20，30min were studied.The results showed that ozone could degrade Pat，the lower the Pat concentration was，the better the effect of degradation was.With the degradation time prolonging，the results were better，after 15min the degradation rate would not increase.By ozone treatment 15min，degradation efficiency of apple juice inclusion 50μg/L Pat was the best，and in the experimental conditions，compared with control group，the pH，VCcontent，soluble solids and color values of apple juice were not significantly changed，so the ozone treatment was an effective，safe，inexpensive way to Pat degradation.

ozone;patulin;apple juice

TS255.44

A

1002－0306(2012)10－0120－04

2011－08－29 *通訊聯(lián)系人

李艷玲(1985－)，女，碩士研究生，研究方向:果蔬生理及貯藏保鮮。

2010年陜西省農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(NC2010K01－11)。