1、电子束辐照对 玉米品质及 赭曲霉毒素 A降解效果 的 探讨 郭东权 1, 2 王 娴 1 董威杰 1 崔 龙 1 范家霖 1 李庆鹏 3 吕晓华 1 陈海军 1 陈云堂 1* （河南省科学院同位素研究所有限责任公司；河南省科学院核农学重点实验室；河南省辐照加工工程技术研究中心 1， 郑州 450015） （北京林业大学水土保持学院 2，北京 100083） （中国农业科学院农产品加工研究所 3，北京 100193） 摘 要 以 玉米 和 赭曲霉毒素 A 纯品 为研究对象，研究了电子束辐照对 玉米品质的影响，探讨了辐照对 赭曲霉毒素 A 的 降解 效果。结果表明 ， 电子束辐照对玉米的常规营养成
2、分、氨基酸含量及其组成几乎没有影响，但 5 kGy 剂量的电子束辐照对玉米脂肪酸组成及脂肪酸值有显著影响。 赭曲霉毒素 A 的降解率随着辐照剂量的增加而提高 ，在 3kGy 的辐照剂量下，初始浓度为 310.0 g/L 的赭曲霉毒素 A 降解率为 49.55%， 当辐照剂量 增大到 5 kGy 时，降解率 达到 93.19%，此后降解率随辐照剂量增加的趋势 变缓 。 因此 ， 3 5kGy 剂量的电子束辐照 不会降低玉米品质，并能够 降解赭曲霉毒素 A。 关键词 电子束 辐照 玉米品质 赭曲霉毒素 A 降解 中图分类号： TL99 文献标识码： A 文章编号： 20170354 玉米 是全世界
3、人和动物重要的食物来源。我国是世界 上玉米 生产大国，也是消费大国，做好 玉米 储藏工作关系国家安全和社会稳定。 粮食 安全储藏是世界性的难题，据联合国粮农组织的调查统计，全世界每年“从农场到餐桌”粮食的巨大损失和浪费，事实上是足够养活全世界 8.7 亿饥饿人口的 4 倍多，而因 粮食 霉变及虫害等损失达谷物产量的 8%1。 霉变不仅影响粮食外观，更为严重的是会产生致癌性物质 真菌毒素。 在我国，真菌毒素 是 粮食产后损失的主要原因之一 2， 每年因霉变造成的粮食产后损失高 达 2 100 万 t，占全国粮食总产量的 4.2%， 是每年新增粮食产量的 4 倍多 3。 因此，如何减少和控制 真菌
4、毒素 对粮食基金项目： 河南省科技合作开放项目（ 162106000010），河南省食品辐照保鲜与加工创新型科技团队（豫科人事（ 2009） 2 号），河南省重点科技攻关计划项目（ 162102110057） 收稿日期： 2017-9-12 作者简介：郭东权，男， 1980 年出生，副研究员，食品辐照及天然高分子材料辐射改性技术应用 通讯作者：陈云堂，男， 1963 年 出生，研究员，农产品及食品辐照保鲜 与加工 的污染危害己经成为全球普遍关注的问题。 目前，国际上处理 真菌毒素 的方法可分为物理法、化学法和生物法 4。物理法 主要包括热处理和吸附剂吸附， 热处理可部分破坏真菌毒素，吸附剂能够
5、从水溶液中结合真菌毒素进而去除真菌毒素。 但是，加热法有效性有限，不宜对粮食和 饲料 进行处理； 吸附剂在吸附真菌毒素的同时也有可能大量吸附食品和饲料中的微量营养物质且还可能引起二次污染 5。 化学法包括 溶剂萃取法 和 氧化法（如过氧 化氢、次氯酸钠、臭氧等），溶剂萃取法、氧化法虽然去除效果好，但处理成本较高，且存在二次污染问题，目前欧洲和许多国家不允许使用化学法处理真菌毒素 。生物法 通过利用不产毒菌株来竞争性地抑制产毒菌株的生长，从而抑制真菌毒素的产生，但目前仍停留在实验室 实验 阶段。 研究表明， 辐照处理 对真菌毒素的降解是十分有效的 6-7，能够解决常规化学处理或生物处理过程复杂等
6、问题。 辐照技术作为一项绿色、清洁、高效的物理处理手段，在现代食品加工企业中得到了越来越多的关注与应用，创造出了 巨大的经济和社会效益，其作用方式主要包括同位素产生的 射线、电子加速器产生的电子束和 X 射线。其原理是利用电离辐照产生的高能射线作用，使有机分子中的化学键在高能射线作用下发生断裂而被降解为小分子物质。 迟蕾 等 7、彭春红 等 8研究了 射线辐照 对 赭曲霉毒素 A 的降解效果 ，随着辐照剂量的增加，赭曲霉毒素 A 的降解率逐渐增加 。李国林等 9采用不同类型辐照处理黄曲霉毒素，认为原料不同，降解效果也不同。 张振山 10、王守经 等 11研究发现， 射线辐照对黄曲霉毒素 B1
7、具有良好的降解效果，黄曲霉毒素 B1的降解率均随辐照剂量的增加而增加。闫璐 12研究发现， 射线辐照可 以有效的降解小麦中的交链抱菌酮酸，其降解率随着辐照剂量的增加而增加 。 与 60Co 射线相比，电子束辐照具有 不可比拟的 技术优势 1315，近些年来 才 逐步地在我国 农产品食品 生产中得到推广应用，因此，电子加速器被公认为是我国新兴的食品辐照装备。 但是，电子束 辐照 对 粮食储藏 品质及 真菌毒素 的降解 效应还 鲜有 报道 ，研究开发其辐照效应及工艺具有重要意义 。因此，本 研究 以 玉米、 赭曲霉毒素 A 为研究对象，采用电子束对玉米和纯品 赭曲霉毒素 A 进行辐照处理，系统 研
8、究了 处理前后 玉米 的 品质 特性 ， 探讨 了赭曲霉毒素 A 的 降解 效应及规律 ，旨在为 电子束辐照技术在 降解粮食与饲料 中 真菌毒素方面 的 应用 提供 参考 。 1 材料 与方法 1.1 材料 赭曲霉毒素 A 标准品购自北京翰谱医药生物研究所 ，玉米购于河南省郑州市黑庄粮油市场。 1.2 仪器设备 ISO-0705 型 电子直线加速器 ；高效液相色谱仪（配有荧光检测器）， LC-20A 型。 1.3 辐照处理 1.3.1 玉米原粮的辐照 玉米用聚乙烯自封袋包装后，采用上述参数下的电子直线加速器进行辐照处理，采用电子直线加速器进行辐照处理，能量 为 7.5 MeV，扫描频率为 10
9、 Hz， 束 功率为 3 kW，束流范围为 0.07-0.40 mA， 辐照剂量分别为 0、 1、 2、 3、 5kGy，每个剂量设 3 次重复，每次重复为 500 g 样品。 1.3.2 赭曲霉毒素 A 纯品溶液辐照 加入少量甲醇将赭曲霉毒素 A 标准品溶解后，采用微量移液器吸收微量赭曲霉毒素 A溶液至一定体积的水溶液中，以配制成不同浓度的赭曲霉毒素 A 溶液样品，分装至 10 mL的具塞 塑料离心管 进行辐照处理 ， 辐照 剂量 为 0、 3、 5、 7、 9 kGy， 每个 剂量 3 次 重复。 1.4 检测方法 1.4.1 玉米营养成分分析 委托农业部农产品质量监督检验测试中心（郑州）
10、检测对样品的营养成分粗蛋 白质、粗脂肪、氨基酸含量进行检测。水分、粗蛋白的含量测定分别参照 GB/T 5009.3 2010食品中水分的测定、 GB/T 5009.5 2010食品中蛋白质的测定进行；氨基酸含量测定按GB/T5009.124 2003食品中氨基酸的测定进行，其中色氨酸的含量按 NY/T 57 1987谷物籽粒色氨酸测定法测定；脂肪酸组成分析按 GB/T 17377 2008动植物油脂脂肪酸甲酯的气相色谱分析进行。 1.4.2 玉米理化特性分析 水分活度测定按照 GB/T 23490-2009食品水分活度的 测定进行；游离脂肪酸值测定按照 GB/T 15684-1995谷物制品脂
11、肪酸值测定法进行；糊化特性参数测定按照 GB/T 24853-2010小麦、黑麦及其粉类和淀粉糊化特性测定进行。 1.4.3 赭曲霉毒素含量检测 移取 20 g 样品溶液， 参照 GB/T 23502-2009食品中赭曲霉毒素 A 的测定 的方法 ，采用免疫亲和层析净化高效液相色谱法测定样品液中赭曲霉毒素的残留浓度；然后以未辐照组的溶液样品作为对照，确定其降解效果。 1.5 数据处理与分析 采用 SAS 6.12 软件 GLM 程序对试验数据进行处 理和分析，差异显著者进行多重比较和相关回归分析。 2 结果与分析 2.1 电子束辐照对玉米 常规 营养成分 含量 的影响 辐照 前 后玉米 常规营
12、养成分 含量变化情况如表 1 所示。由表 1 可知，电子束辐照对玉米中水分、粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、粗纤维、粗淀粉的含量影响不明显 (P0.05)。 表 1 玉米 常规营养成分含量检测结果 指标 /% 辐照 剂量 /kGy 0 1 2 3 5 水分 13.760.07 13.830.04 13.810.11 13.700.09 13.790.08 粗蛋白质 6.920.06 7.190.00 6.940.03 7.000.01 7.120.04 粗脂肪 0.270.02 0.280.01 0.280.03 0.300.02 0.360.01 粗灰分 0.120.01 0.120.02 0.11
13、0.01 0.110.01 0.080.03 粗纤维 0.460.02 0.390.03 0.460.02 0.420.02 0.360.04 粗淀粉 76.700.15 77.050.24 76.420.35 76.520.18 76.580.22 2.2 电子束辐照对玉米 中氨基酸组成 的影响 辐照 前 后玉米中氨基酸的含量变化情况如表 2 所示。电子束辐照对玉米中氨基酸的含量与组成几乎无影响，对总必需氨基酸含量（ TEAA）和氨基酸平衡性（ EAAI）有一定影响但不明显 (P0.05)。 表 2 玉米中氨基酸组成 检测结果 指标 /% 辐照 剂量 /kGy 0 1 2 3 5 天冬氨酸
14、0.360.02 0.360.01 0.360.02 0.360.03 0.360.02 苏氨酸 0.220.01 0.230.03 0.230.01 0.230.02 0.230.01 丝氨酸 0.310.02 0.310.01 0.310.03 0.320.01 0.310.01 谷氨酸 1.480.03 1.500.01 1.520.04 1.500.03 1.500.02 甘氨酸 0.200.01 0.200.01 0.200.02 0.200.01 0.200.02 丙氨酸 0.500.01 0.520.03 0.520.01 0.510.02 0.510.02 胱氨酸 0.100.
15、01 0.100.02 0.110.02 0.100.01 0.100.01 缬氨酸 0.320.02 0.330.04 0.340.01 0.330.02 0.330.03 蛋氨酸 0.110.01 0.120.01 0.120.02 0.120.01 0.100.01 异亮氨酸 0.220.01 0.240.01 0.230.01 0.230.01 0.230.01 亮氨酸 0.990.04 1.010.03 1.020.01 1.020.02 1.010.02 酪氨酸 0.110.01 0.100.01 0.120.01 0.110.01 0.100.01 苯丙氨酸 0.420.03 0
16、.400.01 0.420.03 0.420.01 0.420.03 赖氨酸 0.120.01 0.120.01 0.120.00 0.120.01 0.120.02 组氨酸 0.220.01 0.220.02 0.220.02 0.220.01 0.220.01 精氨 酸 0.200.00 0.190.01 0.190.02 0.180.01 0.200.02 脯氨酸 0.680.01 0.690.04 0.690.01 0.700.03 0.680.01 色氨酸 0.070.01 0.070.00 0.070.01 0.070.00 0.070.01 TEAA(mg/g 蛋白 ) 419.
17、1 408.9 432.3 424.3 411.5 EAAI1 0.7056 0.6921 0.7265 0.7129 0.6913 EAAI2 0.7435 0.7293 0.7656 0.7512 0.7284 注： EAAI1、 EAAI2分别以 FAO/WHO/UNU(1985)中鸡蛋、牛奶为标准蛋白来计算； 余 同。 2.3 电子束辐照对玉米 中脂肪酸组成 的影响 玉米中含有大量的不饱和脂肪酸，有阻止人体血清中胆固醇沉积的特殊功能，因此玉米的营养价值较高。电子束辐照后玉米中脂肪酸的含量变化情况如表 3 所示。电子束辐照能影响玉米中脂肪酸的构成。辐照剂量高于 2kGy 时，亚麻酸含量较
18、未辐照组明显下降 (P0.05)，基本不影响玉米脂肪酸构成。 表 3 玉米中脂肪酸组成 检测结果 指 标 /% 辐照 剂量 /kGy 0 1 2 3 5 棕榈酸 15.500.00 a 14.400.07 a 12.600.00 a 14.000.00 a 25.200.07 b 硬脂酸 3.100.01 3.940.03 3.980.02 3.760.02 5.100.01 油酸 37.200.00 37.000.07 37.200.07 38.000.07 40.600.00 亚油酸 39.600.00 a 39.500.07 a 42.800.00 a 39.000.00 a 25.70
19、0.00 b 亚麻酸 1.750.01 a 1.960.09 a 0.600.01 c 1.060.01 b 0.960.01 b 花生酸 1.290.01 1.190.00 1.120.01 1.480.00 0.970.04 二十碳一烯酸 0.900.01 0.520.01 0.720.00 0.570.01 二十二碳六烯酸 1.200.01 1.920.01 山嵛酸 1.520.02 0.940.38 0.970.00 SFA 21.41 20.47 17.70 19.24 32.24 UFA 78.55 79.36 82.32 80.70 67.83 SFA/UFA 0.27 0.26
20、 0.22 0.24 0.48 2.4 电子束辐照对玉米中脂肪酸值的影响 脂肪酸值是衡量玉米新鲜程度的一个重要指标。玉米中含有一定量的、以不饱和脂肪酸组成为主的脂肪，在外界因素（光、热、水等）作用下，玉米自身及微生物的代谢作用加剧使玉米中不饱和脂肪酸发生氧化、分解反应，产生的游离脂肪酸增加，引起玉米酸败。所产生游离脂肪酸的多少可用脂肪酸值来表示；脂肪酸值越高，玉米的品质劣变越严重。因此，本研究通过测定玉米中脂肪酸值的变化来衡量电子束辐照对玉米品质劣变程度的影 响。 辐照 前 后玉米中脂肪酸值的含量变化情况如图 1 所示。由图 1 可知，随着辐照剂量的增加，脂肪酸值 增大 。当辐照剂量为 5kG
21、y 时，脂肪酸值 与对照相比提高 了 15.39% (p0.05)。 这可能是由于 随着辐照剂量的增加，电离作用越强，从而导致脂类物质降解产生的游离脂肪酸含量增加。 注： C0、 C1、 C2、 C3、 C4所代表辐照剂量分别为 0、 1、 2、 3、 5 kGy；肩标字母相异者表示两者差异显著 (P0.05)； 下同。 图 1 电子束辐照对玉米中脂肪酸值的影响 2.5 辐照剂量对赭曲霉毒素 A降解效应的影响 不同 剂量 电子束 辐照 后， 水溶液中赭曲霉毒素 A 的 含量检测结果 见表 4。由表 4 可知，随着辐照剂量的升高，水溶液中赭曲霉毒素 A 的降解效率增强。当辐照剂量 小于 5kGy
22、 时，初始浓度为 310.0 g/L 溶液中赭曲霉毒素 A 降解率低于 50%，但当辐照剂量为 5 kGy 时，其中赭曲霉毒素 A 的降解率明显增强至 93%以上， 在 7 kGy 及以上的辐照剂量下， 赭曲霉毒素 A 将近完全降解。 表 4 赭曲霉毒素 A 含量检测结果 辐照 剂量 赭曲霉毒素 A 浓度 / g/L 降解率 / kGy 初始浓度 残留浓度 （ %） 0 310.0 310.0 - 3 310.0 156.4 49.55 5 310.0 21.1 93.19 7 310.0 4.7 98.48 9 310.0 2.4 99.23 2.6 初始浓度对赭曲霉毒素 A降解 效果 的影
23、响 初始浓度对电子束降解水溶液中赭曲霉毒素 A 的影响情况见图 2， 由图 2 可知，当辐照剂量为 3 kGy 时，几乎能使水溶液中浓度为 30 g/L 的赭曲霉毒素 A 完全降解，而对浓度为310.0 g/L 赭 曲霉毒素 A 的降解率为 49.55%， 当 辐照剂量 增加 至 9 kGy 能使其降解效率达99.40%； 9 kGy 辐照剂量对 不大于 2 000.0 g/L 赭曲霉毒素 A 水溶液的降解率接近 100%。 图 2 初始浓度对赭曲霉毒素 A 降解 效果 的影响 3 结论 15 kG 剂量的电子束辐照对玉米的品质无显著影响， 辐照 前后 玉米的常规营养成分和氨基酸含量及组成 基
24、本没有变化 。 1 3kGy 剂量的电子束 辐照对玉米脂肪酸含量和组成及脂肪酸值无 明显 影响， 5kGy 辐照 后， 玉米 中 饱和脂肪酸 与 不饱和脂肪酸 之比 明显增 大，脂肪酸值明显提高 。 不同初 始浓度的 赭曲霉毒素 A 水溶液 对电子束辐照 的 敏感 度不同 ，赭曲霉毒素 A 水溶液的初始浓度越低，辐照降解效率越高。当辐照剂量为 3kGy 时，初始浓度为 30g/L 的赭曲霉毒素 A 可以 完全 降解，而初始浓度为 310g/L 的赭曲霉毒素 A 降解率仅为 49.55%，经过 5kGy 剂量的电子束辐照后，其降解率可达到 93.19%。 综上所述 ， 3 5kGy 剂量的电子束
25、辐照辐照 可以 确保玉米品质不降低，并能有效降 解 赭曲霉毒素 A 的 纯品溶液，但玉米中 赭曲霉毒素 A 的 辐照 降解效果及产物解析需进一步深入研究。 参考文献 1 FAO. Efforts to end food losses and waste throughout the production chain OL. 2011-5-17.http： /www.fao.org/docrep/018/i2940c/i2940c02.pdf 2 尹国彬 . 近年我国粮食产后损失评估及减损对策 J. 粮食与饲料工业 , 2017, 12 (3) :1-3 YIN Guobin. Evaluati
26、on and countermeasures of grain loss after production in recent years in ChinaJ. CEREAL & FEED INDUSTRY, 2017, 12 (3) :1-3 3 刘阳 . 973 计划项目“主要粮油产品储藏过程中真菌毒素形成机理及防控基础”启动 J. 粮食与饲料工业 , 2013 (3): 63 LIU Yang. 973 Project “Start-up of Mycotoxins Formation Mechanism and Prevention and Control in Storage of
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37、he Qualities of Maize and Degradation of Ochratoxin A GUO dongquan1, 2, Wang xian1, Dong weijie1, CUI long1, FAN jialin1, Li qingpeng3, LV xiaohua1, CHEN haijun1, CHEN yuntang1 (Isotope Institute Co., Ltd., Henan Academy of Sciences / Key Laboratory of Nuclear Agriculture of Zhengzhou / Research Cen
38、ter of Irradiation Processing and Engineering of Henan1, Zhengzhou 450015) (School of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University2, Beijing 100083) (Institute of Agro-food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Science3, Beijing 100193) Abstract Maize and Ohratoxin A we
39、re irradiated by electronic beam to study the quality change and the degradation respectively. The results showed that the conventional nutrient content and amino acid composition of maize were not destroyed by electron beam irradiation, but the fatty acid value and composition were significantly ch
40、anged following the dose 5kGy. The degradation rate of ohratoxin A went up with the increase of irradiation dose. The degradation rate was 49.55% when the irradiation dose was 3 kGy, and the rate was 93.19% when the dose increased to 5 kGy, and then changed slowly. Thus, the electronic beam irradiation dose of 35kGy did not decrease the quality of maize, and it could degrade ochratoxin A. Key words electronic beam, irradiation, ochratoxin A, degradation, maize quality
