李 理 王 錦 陳晉瑩 孫 群 劉 健 單曉雪 張宇沖 黃晨舒

(1 中儲(chǔ)糧成都儲(chǔ)藏研究院有限公司 610091)(2 四川大學(xué) 610065)(3 中國(guó)儲(chǔ)備糧管理集團(tuán)有限公司廣西分公司 530031)

小麥、玉米等糧食谷物作為人類(lèi)及動(dòng)物主食的重要來(lái)源，其品質(zhì)好壞不僅關(guān)系到加工業(yè)、畜牧業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，而且還關(guān)系到人畜的健康；適宜的溫度、濕度為真菌的生長(zhǎng)提供了有利的環(huán)境，導(dǎo)致糧食容易被感染從而產(chǎn)生真菌毒素。真菌毒素是一類(lèi)有毒的次級(jí)代謝產(chǎn)物，污染農(nóng)作物后可通過(guò)食物鏈傳播的方式進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，使它們的身體機(jī)能等各個(gè)方面受影響；同時(shí)也會(huì)降低人類(lèi)的免疫力，引發(fā)中毒危及生命健康[1]。

真菌毒素的脫毒方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法。ClO2作為一種功能高效的氧化劑，從20世紀(jì)中期開(kāi)始逐漸受到了人們的關(guān)注。1940年，美國(guó)率先使用ClO2對(duì)飲用水進(jìn)行消毒處理，取得了良好的效果。隨后ClO2得到迅速推廣，廣泛應(yīng)用于水體的消毒殺菌、食品的防腐保鮮以及纖維制品的漂白等諸多方面[2]。在水體消毒過(guò)程中，ClO2能夠有效殺滅水體中的病原體，從而阻止疾病的傳播;在食品保鮮中，ClO2能夠有效抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，對(duì)果蔬等食品起到防腐保鮮的作用;在纖維制品的漂白中，ClO2通過(guò)破壞纖維中的雜質(zhì)和色素，達(dá)到漂白的目的。由于ClO2的消毒效果優(yōu)于其他消毒劑，并且?guī)缀醪划a(chǎn)生有機(jī)鹵化物等有毒有害的副產(chǎn)物，ClO2的使用得到了人們的廣泛認(rèn)可[3]。

目前關(guān)于ClO2在真菌毒素降解過(guò)程中的報(bào)道并不多，本文通過(guò)不同方法產(chǎn)生的ClO2對(duì)DON以及ZEN降解效果進(jìn)行初步探究，為ClO2在真菌毒素降解方面的應(yīng)用提供一定的參考價(jià)值和依據(jù)。

1 試劑與方法

1.1 材料與試劑

本方法所用試劑均為分析純,水為GB/T 6682規(guī)定的一級(jí)水。

甲醇(CH3OH):色譜純；乙腈(CH3CN):色譜純；氯化鈉(NaCl)；嘔吐毒素、玉米赤霉烯酮免疫親和柱:柱規(guī)格1 mL或3 mL，柱容量≥1500 ng，或等效柱:ClO2發(fā)生器；密封箱；ClO2濃度檢測(cè)器；玉米篩下物樣品(來(lái)自黑龍江臨江直屬庫(kù)、自然產(chǎn)生的本身毒素超標(biāo)的樣品)，其中DON的含量為1789.22 μg/kg，ZEN的含量為331.75 μg/kg。

1.2 儀器與設(shè)備

高效液相色譜儀:配有紫外檢測(cè)器、熒光檢測(cè)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 檢測(cè)方法

檢測(cè)方法為高效液相色譜法，ZEN參考條件如下:①色譜柱:C18柱,柱長(zhǎng)150 mm,內(nèi)徑4.6 mm,粒度4 μm,或等效柱;②流動(dòng)相:乙腈-水-甲醇(46∶46∶8,體積比);③流速:1.0 mL/min;④檢測(cè)波長(zhǎng):激發(fā)波長(zhǎng)274 nm,發(fā)射波長(zhǎng)440 nm;⑤進(jìn)樣量:100 μL;f)柱溫:室溫。

DON參考條件如下:①液相色譜柱:C18柱(柱長(zhǎng)150 mm,柱內(nèi)徑4.6 mm;填料粒徑5 μm),或相當(dāng)者;②流動(dòng)相:甲醇+水(20+80);③流速;0.8 mL/min;④柱溫:35℃;⑤進(jìn)樣量:50 μL;⑥檢測(cè)波長(zhǎng):218 nm。

1.4 ClO2制備

ClO2的合成方法一般有電解法、化學(xué)合成法以及氣固反應(yīng)法。電解法的溶液通常為氯酸鈉、亞氯酸鈉和氯化鈉[4]，電解法的缺點(diǎn)是電解得到的副產(chǎn)物較多，且電解成本較高。

化學(xué)合成法主要分為氯酸鈉加還原劑反應(yīng)生成ClO2(還原法)[5]、亞氯酸鈉加氯氣等氧化劑反應(yīng)生成ClO2(氧化法)以及亞氯酸鈉加鹽酸等酸生成ClO2(酸化法)三大類(lèi)[6]，其反應(yīng)方程式為：

2NaClO3+4HCl→2NaCl+Cl2+ClO2+2H2O

2NaClO2+Cl2→2ClO2+2NaCl

5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O

由上可知，還原法制備的ClO2有副產(chǎn)物氯氣生成，兩者很難分離。而亞氯酸鈉加氯氣等氧化劑制備ClO2中反應(yīng)物氯氣是高危氣體，不適合攜帶與存放[7]。同時(shí)，利用亞氯酸鈉加無(wú)機(jī)酸制取ClO2，在常溫下反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，且加酸作用后會(huì)導(dǎo)致液體不穩(wěn)定，當(dāng)ClO2濃度上升到一定值后，又會(huì)慢慢下降，因而不能保持ClO2的濃度穩(wěn)定，在實(shí)際中很難推廣應(yīng)用[8]。

而氣固反應(yīng)法則是在確保氯氣氣體完全反應(yīng)的情況下，利用固體亞氯酸鈉與氯氣氣體反應(yīng)來(lái)制備ClO2[9]。然而，關(guān)于該方法的針對(duì)性研究則很少。

1.4.1 化學(xué)合成法 我們選擇化學(xué)合成法來(lái)制備ClO2，通過(guò)向ClO2發(fā)生器的A、B液槽中分別加入對(duì)應(yīng)的反應(yīng)液體(有機(jī)酸與亞氯酸鹽)，可持續(xù)產(chǎn)生高純度且穩(wěn)定濃度的ClO2氣體。同時(shí)，ClO2濃度采用便攜式ClO2檢測(cè)儀測(cè)定。

1.4.2 無(wú)需活化生成法 同時(shí)，我們還選擇了無(wú)需活化生成法來(lái)制備ClO2。在2.5 L密閉容器中按照水與ClO2制劑5∶1(mL∶g)，量取50 mL純水，稱取10 g ClO2制劑，加入到容器內(nèi)迅速密閉，反復(fù)振蕩均勻，置于黑暗處充分反應(yīng)30 min。

ClO2濃度測(cè)定：參考GB 26366-2010測(cè)定ClO2濃度[10]。收集制備好的ClO2氣體，先通過(guò)碘量法確定ClO2濃度，然后分別取0、2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL ClO2溶液，定容到50 mL，于430 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光值，確定標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后換算成濃度與吸光值相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)方程。ClO2濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線方程：y=0.084x-0.0006，r=0.9981(x：為ClO2水溶液OD值；y：為ClO2水溶液濃度)。用50 mL注射器從反應(yīng)瓶中抽取10 mL待測(cè)的混合氣體，將抽取的氣體緩慢通入裝在50 mL離心管中的40 mL純水中溶解，輕輕混勻加入石英比色皿中，用紫外分光光度計(jì)測(cè)定在430 nm下的吸光度，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算出ClO2濃度。而ClO2殘留濃度則采用便攜式ClO2檢測(cè)儀進(jìn)行測(cè)定。

1.5 樣品處理

1.5.1 化學(xué)合成法中樣品的處理 將玉米篩下物樣品標(biāo)記為1號(hào)樣品。

1.5.1.1 分樣 將樣品混合均勻，分取50 g小樣用于初始真菌毒素含量的測(cè)定，再分取1 kg用于ClO2毒素降解實(shí)驗(yàn)。

1.5.1.2 樣品降解跟蹤實(shí)驗(yàn) 將分取的1 kg 1號(hào)樣品裝入紙箱中，并將紙箱放入密封箱內(nèi)，通入ClO2氣體，維持ClO2在濃度為100 mg/m3的條件下處理24 h、48 h，見(jiàn)表1。反應(yīng)結(jié)束后分別分取50 mg小樣，用HPLC方法測(cè)定降解后樣品中DON和ZEN的濃度。

表1 化學(xué)合成法制備的ClO2對(duì)樣品的處理情況

1.5.2 無(wú)需活化生成法中樣品的處理 準(zhǔn)確稱取適量DON、ZEN污染的1號(hào)樣品玉米加入橡膠塞玻璃反應(yīng)瓶中，樣品量以覆蓋瓶?jī)?nèi)面不重疊為最佳，用50 mL注射器抽取反應(yīng)產(chǎn)生的ClO2，加入樣品反應(yīng)瓶中，至終濃度為3600 mg/m3和7200 mg/m3，置于黑暗處反應(yīng)12 h。反應(yīng)結(jié)束后取出樣品，殘存氣體揮發(fā)后檢測(cè)其中毒素含量。測(cè)試DON的樣品分為3個(gè)平行組，標(biāo)記為1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2。測(cè)試ZEN的樣品分為2個(gè)平行組，標(biāo)記為1-1、1-2、2-1、2-2。

表2 無(wú)需活化生成法制備的ClO2對(duì)第一批樣品的處理情況

表3 無(wú)需活化生成法制備的ClO2對(duì)第二批樣品的處理情況

1.6 毒素降解率計(jì)算公式

毒素降解率(%)=(毒素初始濃度-毒素處理后濃度)/毒素初始濃度×100%

1.7 樣品中嘔吐毒素和玉米赤霉烯酮的檢測(cè)

樣品中DON、ZEN含量分別按GB 5009.111-2016、GB 5009.209-2016標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定[11-12]。

2 結(jié)果和討論

2.1 化學(xué)合成法中毒素的降解情況

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。在ClO2濃度較低(100 mg/m3)的情況下處理樣品(不論處理時(shí)間為24 h或48 h)后發(fā)現(xiàn)，DON和ZEN的降解效果極差。這可能是以下原因?qū)е碌模阂环矫?，ClO2不穩(wěn)定，受熱或遇光后會(huì)有一定程度的分解，使得參與毒素降解反應(yīng)的ClO2濃度降低；另一方面，由于玉米樣品中毒素分布不均勻，尤其是DON，主要分布在籽粒皮層部位，由外及里呈遞減趨勢(shì)，導(dǎo)致有些樣品降解后DON含量高于初始值。

表4 化學(xué)合成法制備的ClO2對(duì)玉米中DON、ZEN的降解情況

2.2 無(wú)需活化生成法中毒素的降解情況

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5、表6所示。對(duì)于DON，無(wú)論用3600 mg/m3還是7200 mg/m3濃度ClO2處理樣品12 h后，其降解率都較低。在3600 mg/m3ClO2濃度下，DON的降解率在12.67%以下；在7200 mg/m3ClO2濃度下，DON降解率最高才達(dá)到31.48%。而對(duì)于ZEN，用3600 mg/m3濃度的ClO2處理12 h后有明顯降解效果，降解率最高可達(dá)69.43%；且ClO2濃度越高，ZEN的降解效果越好，用7200 mg/m3濃度的ClO2處理玉米樣品，處理12 h后ZEN去除效果最高達(dá)到82.68%。

表5 無(wú)需活化生成法制備的ClO2對(duì)玉米中DON的降解情況

表6 無(wú)需活化生成法制備的ClO2對(duì)玉米中ZEN的降解情況

同時(shí)，經(jīng)過(guò)12 h處理后，用ClO2檢測(cè)儀檢測(cè)處理后的ClO2氣體濃度，發(fā)現(xiàn)幾乎沒(méi)有ClO2氣體殘留，說(shuō)明ClO2進(jìn)行了充分反應(yīng)，見(jiàn)表7。

表7 無(wú)需活化生成法制備的ClO2處理后殘余濃度

3 結(jié)論

兩種方法測(cè)試對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，對(duì)于DON和ZEN，在ClO2濃度較低的情況下處理樣品后，降解效果較差。而當(dāng)ClO2濃度達(dá)到3600 mg/m3、7200 mg/m3時(shí)，處理12 h后DON降解效果依舊較差(其降解率最高才達(dá)31.48%)，而處理12 h后ZEN則有明顯降解效果(其降解率最高可達(dá)69.43%)，且ClO2濃度越高，降解效果越好，用濃度7200 mg/m3的ClO2去處理玉米樣品，處理12 h后ZEN去除效果最高達(dá)到82.68%。

在較低濃度下，ClO2對(duì)玉米中DON、ZEN的降解效果較差，可能是由于ClO2不穩(wěn)定，受熱或遇光后會(huì)有一定程度的分解，使得參與毒素降解反應(yīng)的ClO2濃度降低。

在較高濃度下，ClO2對(duì)玉米中DON的降解效果較差，可能是由于樣本中DON分布不均勻，導(dǎo)致有些樣品降解后DON含量高于初始值；而ClO2對(duì)玉米中ZEN的降解效果是比較顯著的，最高降解率可達(dá)82.68%。

本工作采用ClO2處理，可有效控制高水分玉米霉變和品質(zhì)劣變，是一項(xiàng)簡(jiǎn)單、方便、經(jīng)濟(jì)有效的高水分玉米綜合治理措施。雖然ClO2技術(shù)有潛力成為一種降解真菌毒素的新技術(shù)，但該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中存在諸如易分解、滲透率低以及安全性等挑戰(zhàn)，因此需要更多的后續(xù)研究來(lái)解決。