郭東權(quán) 王 嫻 董威杰 崔 龍 范家霖 李慶鵬 呂曉華 陳海軍 陳云堂

(河南省科學(xué)院同位素研究所有限責(zé)任公司；河南省科學(xué)院核農(nóng)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室； 河南省輻照加工工程技術(shù)研究中心1，鄭州 450015) (北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院2，北京 100083) (中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所3，北京 100193)

玉米是全世界人和動(dòng)物重要的食物來(lái)源。我國(guó)是世界上玉米生產(chǎn)大國(guó)，也是消費(fèi)大國(guó)，做好玉米儲(chǔ)藏工作關(guān)系國(guó)家安全和社會(huì)穩(wěn)定。糧食安全儲(chǔ)藏是世界性的難題，據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，全世界每年“從農(nóng)場(chǎng)到餐桌”糧食的巨大損失和浪費(fèi)，事實(shí)上是足夠養(yǎng)活全世界8.7億饑餓人口的4倍多，而因糧食霉變及蟲(chóng)害等損失達(dá)谷物產(chǎn)量的8%[1]。霉變不僅影響糧食外觀，更為嚴(yán)重的是會(huì)產(chǎn)生致癌性物質(zhì)—真菌毒素。在我國(guó)，真菌毒素是糧食產(chǎn)后損失的主要原因之一[2]，每年因霉變?cè)斐傻募Z食產(chǎn)后損失高達(dá)2 100萬(wàn)t，占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的4.2%，是每年新增糧食產(chǎn)量的4倍多[3]。因此，如何減少和控制真菌毒素對(duì)糧食的污染危害己經(jīng)成為全球普遍關(guān)注的問(wèn)題。

目前，國(guó)際上處理真菌毒素的方法可分為物理法、化學(xué)法和生物法[4]。物理法主要包括熱處理和吸附劑吸附，熱處理可部分破壞真菌毒素，吸附劑能夠從水溶液中結(jié)合真菌毒素進(jìn)而去除真菌毒素。但是，加熱法有效性有限，不宜對(duì)糧食和飼料進(jìn)行處理；吸附劑在吸附真菌毒素的同時(shí)也有可能大量吸附食品和飼料中的微量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)且還可能引起二次污染[5]?；瘜W(xué)法包括溶劑萃取法和氧化法(如過(guò)氧化氫、次氯酸鈉、臭氧等)，溶劑萃取法、氧化法雖然去除效果好，但處理成本較高，且存在二次污染問(wèn)題，目前歐洲和許多國(guó)家不允許使用化學(xué)法處理真菌毒素。生物法通過(guò)利用不產(chǎn)毒菌株來(lái)競(jìng)爭(zhēng)性地抑制產(chǎn)毒菌株的生長(zhǎng)，從而抑制真菌毒素的產(chǎn)生，但目前仍停留在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)階段。研究表明，輻照處理對(duì)真菌毒素的降解是十分有效的[6-7]，能夠解決常規(guī)化學(xué)處理或生物處理過(guò)程復(fù)雜等問(wèn)題。輻照技術(shù)作為一項(xiàng)綠色、清潔、高效的物理處理手段，在現(xiàn)代食品加工企業(yè)中得到了越來(lái)越多的關(guān)注與應(yīng)用，創(chuàng)造出了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，其作用方式主要包括同位素產(chǎn)生的γ射線、電子加速器產(chǎn)生的電子束和X射線。其原理是利用電離輻照產(chǎn)生的高能射線作用，使有機(jī)分子中的化學(xué)鍵在高能射線作用下發(fā)生斷裂而被降解為小分子物質(zhì)。遲蕾等[7]、彭春紅等[8]研究了γ射線輻照對(duì)赭曲霉毒素A的降解效果，隨著輻照劑量的增加，赭曲霉毒素A的降解率逐漸增加。李國(guó)林等[9]采用不同類(lèi)型輻照處理黃曲霉毒素，認(rèn)為原料不同，降解效果也不同。張振山[10]、王守經(jīng)等[11]研究發(fā)現(xiàn)，γ射線輻照對(duì)黃曲霉毒素B1具有良好的降解效果，黃曲霉毒素B1的降解率均隨輻照劑量的增加而增加。閆璐[12]研究發(fā)現(xiàn)，γ射線輻照可以有效的降解小麥中的交鏈抱菌酮酸，其降解率隨著輻照劑量的增加而增加。

與60Co γ射線相比，電子束輻照具有不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[13-15]，近些年來(lái)才逐步地在我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品食品生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用，因此，電子加速器被公認(rèn)為是我國(guó)新興的食品輻照裝備。但是，電子束輻照對(duì)糧食儲(chǔ)藏品質(zhì)及真菌毒素的降解效應(yīng)還鮮有報(bào)道，研究開(kāi)發(fā)其輻照效應(yīng)及工藝具有重要意義。因此，本研究以玉米、赭曲霉毒素A為研究對(duì)象，采用電子束對(duì)玉米和純品赭曲霉毒素A進(jìn)行輻照處理，系統(tǒng)研究了處理前后玉米的品質(zhì)特性，探討了赭曲霉毒素A的降解效應(yīng)及規(guī)律，旨在為電子束輻照技術(shù)在降解糧食與飼料中真菌毒素方面的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

赭曲霉毒素A標(biāo)準(zhǔn)品購(gòu)自北京翰譜醫(yī)藥生物研究所，玉米購(gòu)于河南省鄭州市黑莊糧油市場(chǎng)。

1.2 儀器設(shè)備

ISO-0705型電子直線加速器；LC-20A型高效液相色譜儀(配有熒光檢測(cè)器)。

1.3 輻照處理

1.3.1 玉米原糧的輻照

玉米用聚乙烯自封袋包裝后，采用設(shè)定參數(shù)下的電子直線加速器進(jìn)行輻照處理，采用電子直線加速器進(jìn)行輻照處理，能量為7.5 MeV，掃描頻率為10 Hz，束功率為3 kW，束流范圍為0.07～0.40 mA，輻照劑量分別為0、1、2、3、5 kGy，每個(gè)劑量設(shè)3次重復(fù)，每次重復(fù)為500 g樣品。

1.3.2 赭曲霉毒素A純品溶液輻照

加入少量甲醇將赭曲霉毒素A標(biāo)準(zhǔn)品溶解后，采用微量移液器吸收微量赭曲霉毒素A溶液至一定體積的水溶液中，以配制成不同濃度的赭曲霉毒素A溶液樣品，分裝至10 mL的具塞塑料離心管進(jìn)行輻照處理，輻照劑量為0、3、5、7、9 kGy，每個(gè)劑量3次重復(fù)。

1.4 檢測(cè)方法

1.4.1 玉米營(yíng)養(yǎng)成分分析

委托農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(鄭州)檢測(cè)對(duì)樣品的營(yíng)養(yǎng)成分粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、氨基酸含量進(jìn)行檢測(cè)。水分、粗蛋白的含量測(cè)定分別參照GB/T 5009.3—2010《食品中水分的測(cè)定》、GB/T 5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》進(jìn)行；氨基酸含量測(cè)定按GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的測(cè)定》進(jìn)行，其中色氨酸的含量按NY/T 57—1987《谷物籽粒色氨酸測(cè)定法》測(cè)定；脂肪酸組成分析按GB/T 17377—2008《動(dòng)植物油脂脂肪酸甲酯的氣相色譜分析》進(jìn)行。

1.4.2 玉米理化特性分析

水分活度測(cè)定按照GB/T 23490—2009《食品水分活度的測(cè)定》進(jìn)行；游離脂肪酸值測(cè)定按照GB/T 15684—1995《谷物制品脂肪酸值測(cè)定法》進(jìn)行；糊化特性參數(shù)測(cè)定按照GB/T 24853—2010《小麥、黑麥及其粉類(lèi)和淀粉糊化特性測(cè)定》進(jìn)行。

1.4.3 赭曲霉毒素含量檢測(cè)

移取20 g樣品溶液，參照GB/T 23502—2009《食品中赭曲霉毒素A的測(cè)定》的方法，采用免疫親和層析凈化高效液相色譜法測(cè)定樣品液中赭曲霉毒素的殘留濃度；然后以未輻照組的溶液樣品作為對(duì)照，確定其降解效果。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SAS 6.12軟件GLM程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，差異顯著者進(jìn)行多重比較和相關(guān)回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子束輻照對(duì)玉米常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量的影響

輻照前后玉米常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量變化情況如表1所示。由表1可知，電子束輻照對(duì)玉米中水分、粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、粗纖維、粗淀粉的含量影響不明顯 (P>0.05)。

2.2 電子束輻照對(duì)玉米中氨基酸組成的影響

輻照前后玉米中氨基酸的含量變化情況如表2所示。電子束輻照對(duì)玉米中氨基酸的含量與組成幾乎無(wú)影響，對(duì)總必需氨基酸含量(TEAA)和氨基酸平衡性(EAAI)有一定影響但不明顯 (P>0.05)。

表1 玉米常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量檢測(cè)結(jié)果

表2 玉米中氨基酸組成檢測(cè)結(jié)果

注：EAAI1、EAAI2分別以FAO/WHO/UNU(1985)中雞蛋、牛奶為標(biāo)準(zhǔn)蛋白來(lái)計(jì)算；余同。

2.3 電子束輻照對(duì)玉米中脂肪酸組成的影響

玉米中含有大量的不飽和脂肪酸，有阻止人體血清中膽固醇沉積的特殊功能，因此玉米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高。電子束輻照后玉米中脂肪酸的含量變化情況如表3所示。電子束輻照能影響玉米中脂肪酸的構(gòu)成。輻照劑量高于2 kGy時(shí)，亞麻酸含量較未輻照組明顯下降 (P<0.05)，但變化趨勢(shì)不明顯；輻照劑量為5 kGy時(shí)，玉米中棕櫚酸含量明顯增加 (P<0.05)、亞油酸含量顯著下降(P<0.05)，飽和脂肪酸/不飽和脂肪酸比值(SFA/UFA)明顯增大 (P<0.05)，玉米品質(zhì)有劣變趨勢(shì)。1～3 kGy輻照組與未輻照組間脂肪酸的含量與組成變化不明顯(P>0.05)，基本不影響玉米脂肪酸構(gòu)成。

表3 玉米中脂肪酸組成檢測(cè)結(jié)果

2.4 電子束輻照對(duì)玉米中脂肪酸值的影響

脂肪酸值是衡量玉米新鮮程度的一個(gè)重要指標(biāo)。玉米中含有一定量的、以不飽和脂肪酸組成為主的脂肪，在外界因素(光、熱、水等)作用下，玉米自身及微生物的代謝作用加劇使玉米中不飽和脂肪酸發(fā)生氧化、分解反應(yīng)，產(chǎn)生的游離脂肪酸增加，引起玉米酸敗。所產(chǎn)生游離脂肪酸的多少可用脂肪酸值來(lái)表示；脂肪酸值越高，玉米的品質(zhì)劣變?cè)絿?yán)重。因此，本研究通過(guò)測(cè)定玉米中脂肪酸值的變化來(lái)衡量電子束輻照對(duì)玉米品質(zhì)劣變程度的影響。

輻照前后玉米中脂肪酸值的含量變化情況如圖1所示。由圖1可知，隨著輻照劑量的增加，脂肪酸值增大。當(dāng)輻照劑量為5 kGy時(shí)，脂肪酸值與對(duì)照相比提高了15.39%(P<0.05)，1～3kGy劑量輻照與對(duì)照的脂肪酸值相當(dāng)(P>0.05)。這可能是由于隨著輻照劑量的增加，電離作用越強(qiáng)，從而導(dǎo)致脂類(lèi)物質(zhì)降解產(chǎn)生的游離脂肪酸含量增加。

注：C0、C1、C2、C3、C4所代表輻照劑量分別為0、1、2、3、5 kGy；肩標(biāo)字母相異者表示兩者差異顯著 (P<0.05)，相同者表示兩者差異不明顯(P>0.05)；下同。圖1 電子束輻照對(duì)玉米中脂肪酸值的影響

2.5 輻照劑量對(duì)赭曲霉毒素A降解效應(yīng)的影響

不同劑量電子束輻照后，水溶液中赭曲霉毒素A的含量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，隨著輻照劑量的升高，水溶液中赭曲霉毒素A的降解效率增強(qiáng)。

表4 赭曲霉毒素A含量檢測(cè)結(jié)果

當(dāng)輻照劑量小于5 kGy時(shí)，初始質(zhì)量濃度為310.0 μg/L溶液中赭曲霉毒素A降解率低于50%，但當(dāng)輻照劑量為5 kGy時(shí)，其中赭曲霉毒素A的降解率明顯增強(qiáng)至93%以上，在7 kGy及以上的輻照劑量下，赭曲霉毒素A將近完全降解。

2.6 初始濃度對(duì)赭曲霉毒素A降解效果的影響

初始濃度對(duì)電子束降解水溶液中赭曲霉毒素A的影響情況見(jiàn)圖2。當(dāng)輻照劑量為3 kGy時(shí)，幾乎能使水溶液中質(zhì)量濃度為30 μg/L的赭曲霉毒素A完全降解，而對(duì)質(zhì)量濃度為310.0 μg/L赭曲霉毒素A的降解率為49.55%，當(dāng)輻照劑量增加至9 kGy能使其降解效率達(dá)99.40%；9 kGy輻照劑量對(duì)不大于2 000.0 μg/L赭曲霉毒素A水溶液的降解率接近100%。

圖2 初始濃度對(duì)赭曲霉毒素A降解效果的影響

3 結(jié)論

1～5 kG劑量的電子束輻照對(duì)玉米的品質(zhì)無(wú)顯著影響，輻照前后玉米的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分和氨基酸含量及組成基本沒(méi)有變化。1～3 kGy劑量的電子束輻照對(duì)玉米脂肪酸含量和組成及脂肪酸值無(wú)明顯影響，5 kGy輻照后，玉米中飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸之比明顯增大，脂肪酸值明顯提高。

不同初始濃度的赭曲霉毒素A水溶液對(duì)電子束輻照的敏感度不同，赭曲霉毒素A水溶液的初始濃度越低，輻照降解效率越高。當(dāng)輻照劑量為3 kGy時(shí)，初始質(zhì)量濃度為30 μg/L的赭曲霉毒素A可以完全降解，而初始質(zhì)量濃度為310 μg/L的赭曲霉毒素A降解率僅為49.55%，經(jīng)過(guò)5 kGy劑量的電子束輻照后，其降解率可達(dá)到93.19%。

綜上所述，3～5 kGy劑量的電子束輻照輻照可以確保玉米品質(zhì)不降低，并能有效降解赭曲霉毒素A的純品溶液，但玉米中赭曲霉毒素A的輻照降解效果及產(chǎn)物解析需進(jìn)一步深入研究。

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