张 超 马 越 赵晓燕 汪 芬 曾雅丽

热处理对玉米粉中黄曲霉毒素B1含量变化的影响

张 超 马 越 赵晓燕 汪 芬 曾雅丽

(北京市农林科学院蔬菜研究中心农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室农业部都市农业(北方)重点实验室，北京 100097)

黄曲霉毒素B1(AFB1)是霉菌的次级代谢产物，是玉米的主要污染物之一，对人类和家畜的健康均有较大危害。研究热处理对玉米粉中黄曲霉毒素B1(AFB1)含量变化的影响，建立玉米粉中AFB1含量变化与处理条件的动力学模型。试验结果显示在热处理过程中，玉米粉中AFB1的残留率随着处理温度的升高而降低，随着处理时间的延长而降低。依据阿伦尼乌斯方程，玉米粉中AFB1含量变化属于一级反应，其活化能为42．2 kJ/mol，在100～200℃范围内，该模型可以有效预测玉米粉中AFB1在热处理过程中含量变化规律，模型预测值与实测值相关系数高于0．80。

玉米粉 黄曲霉毒素B1热处理 动力学 食品加工

黄曲霉毒素B1(AFB1)是霉菌(Aspergillus flavus，Aspergillums nomius和Aspergillusparasiticus)的次级代谢产物，是玉米的主要污染物之一［1］，对人类和家畜的健康均有较大危害［2－3］。目前，AFB1暴露量主要通过食品摄入［4］，预测加工过程中食品AFB1含量变化规律将为人类健康提供保证。近年来，开展热处理对谷物中AFB1含量变化影响因素的研究已有很多，Castells等［5］研究挤压温度和时间对大米中AFB1的影响;Hwang等［6］研究清洗和热处理2种方式对小麦中AFB1含量变化的影响;Raters等［7］系统研究不同基质，如碳水化合物和蛋白质等，在热处理中对AFB1含量的影响。同时，也开展了一些关于AFB1含量变化动力学模型的研究，刘睿杰［8］采用动力学的方法模拟紫外处理对AFB1含量变化的影响;殷芬等［9］研究AFB1在大鼠体内的毒物代谢动力学特征。但是，系统研究玉米粉中AFB1含量变化规律，建立热处理过程中玉米粉中AFB1含量变化动力学模型的研究还未见报道。

本研究以玉米粉为研究对象，研究在热处理过程中玉米粉中AFB1含量变化规律，依据阿伦尼乌斯方程，建立玉米粉中AFB1含量变化与处理条件的动力学模型，预测在食品加工过程中AFB1残留量的变化规律，为食品加工工艺设计提供理论支持。

1 材料与方法

1．1 材料与试剂

玉米粉:欧尚超市(北京金四季店);Aspergillus flavus:中国普通微生物菌种保藏管理中心3．6303;黄曲霉毒素净化柱:PuriToxSRTC－M160，Trilogy Analytical Laboratory，IncWashington，MO，USA;HPLC 色谱柱:C18 ODS，5 μm，150 mm ×46 mm。

乙腈、衍生剂:Sigma公司，色谱纯;其他试剂均为分析纯。

1．2 仪器与设备

HPLC 1260高效液相色谱:美国Agilent Technologies有限公司;DHG－9240A电热恒温鼓风干燥箱:北京雅士林试验设备有限公司;Pulverisette 15剪切磨:德国弗里茨有限公司;3543恒温恒湿二氧化碳培养箱:Thermo Fisher科技有限公司。

1．3 玉米粉的热处理

将Aspergillus flavus菌种接种至玉米粉，在28℃和相对湿度为50%的环境中培养4周，灭菌。污染的玉米粉采用Pulverisette 15进行粉碎，达到所有物料混合均匀，测定最终含水率为12．3%(105℃恒质量法测定)，AFB1质量分数为2．73 ×10－5%。

将200 g AFB1污染的玉米粉加入1 000 mL三角瓶，分别在 60、100、120、150 和 190 ℃，加热 5、10、20、30、60、90 和 180 min，迅速水浴冷却至 20 ℃，测定AFB1含量。AFB1残留率(α)的计算见式(1)。

式中:α为AFB1的残留率/%;C为处理后物质的含量/%;C0为处理前物质的原始含量/%。

1．4 AFB1含量的检测方法

样品中AFB1的提取及检测参照AOAC方法［10］。将1 g样品与30 mL提取液(乙腈∶水=9∶1，体积比)高速磁力搅拌1 h，过滤，滤液进一步使用黄曲霉毒素净化柱过滤。净化后的滤液与衍生剂在60℃下水浴10 min。衍生后的样品进行HPLC检测，HPLC柱:C18 ODS，5 μm，150 mm × 46 mm;进样量:10 μL;洗脱液:MeOH∶CAN∶H2O=1∶1∶4，体积比;检测器:荧光检测器，激发光360 nm，发射光440 nm;流速:1．0 mL/min;柱温:20℃。样品的定量根据标准曲线的峰面积进行计算，计算结果显示标准曲线的线性度高于0．999。

1．5 AFB1含量变化动力学模型的建立方法

阿伦尼乌斯方程广泛应用于描述物质在热处理过程中含量与反应条件规律的研究［11］，已经应用于黄曲霉毒素M1含量变化规律的研究中，显示较高准确性［12］。AFB1与黄曲霉毒素 M1的同系物，其转化或降解的途径较相近，因此，进一步采用阿伦尼乌斯方程研究AFB1的含量变化动力学模型。依据阿伦尼乌斯方程，反应转化率(α)见式(2)。

式中:α为反应转化率/%，n为反应级数，k是反应速率/mol/(L·S)。

而反应转化率一般与温度有关，见式(3)。

式中:Z为指前常数，Ea是转化的活化能/kJ/mol，R为气体常数/J/(mol·K)，T为绝度温度/K。由式(2)和式(3)可以推出式(4)。将式(4)两边取对数，可获得式(5)。

根据上述结果，即可以对AFB1的热转化规律进行描述。反应时间与反应温度和转化率的关系参见式(6)。

反应转化率与反应时间和温度的关系见式(7)。

1．6 数据处理

热处理试验重复3次，每次试验做3个平行试验，试验结果为9次结果的平均值，用平均值±标准误差表示。试验结果用Origin软件进行方差分析和制图。

2 结果与分析

2．1 热处理对玉米粉中AFB1含量的影响

AFB1是二氢呋喃氧杂萘邻酮的衍生物，相对分子质量为312，熔点为268℃，单体在很高的温度下不会破坏。但是，AFB1所处的环境将影响其稳定性，比如玉米粉中的水分，蛋白质或是淀粉等均有可能在较高的温度下与AFB1发生相互作用，从而引起AFB1含量降低。热处理对玉米粉中AFB1含量的影响见图1。热处理温度为60和100℃处理3 h后，玉米粉中AFB1含量未发生显著变化，该结论与Castells等［5］和 Hwang等［6］的结论相似。温度为 120、150 和190℃的热处理显著降低AFB1的残留率。在相同的热处理时间下，AFB1残留率随温度的升高而下降，该结论与Raters等［7］的结论相符合。比如，在190℃热处理5 min时，AFB1残留率为8．0%，而在150和120℃热处理5 min，其AFB1残留率分别为71．8%和78．4%。因此，玉米粉中AFB1残留率随温度的升高和时间的延长降低。

图1 热处理对玉米粉中AFB1含量的影响

2．2 玉米粉中AFB1含量变化动力学模型的建立

依据阿伦尼乌斯方程，当反应转化率的对数［Ln(C/C0)］的与反应时间呈现线性关系时，该反应可以称为一级反应［12－13］，图2显示玉米粉中 AFB1的 －Ln(C/C0)与时间的关系。在不同温度下，AFB1的－Ln(C/C0)与时间呈现线性关系，并且其相关系数R均高于0．8。因此，玉米粉中AFB1含量变化属于一级反应，其活化能为 42．2 kJ/mol。

图2 玉米粉中AFB1的－Ln(C/C0)与时间的关系

图3 显示热处理过程中，玉米粉中AFB1含量变化实测值与动力学模型模拟值的关系。实测值与模拟值在60、100、120、150和190℃热处理时的相关系数分别为 0．033、0．824、0．986、0．986 和 0．875。因此，动力学模型在100～200℃范围内很好的预测玉米粉中AFB1在热处理过程中含量变化规律(相关系数 ＞0．8)。

图3 AFB1含量变化实测值与含量变化动力学模型模拟值的关系

2．3 玉米粉中AFB1在热处理中的变化规律

根据式(6)和式(7)，建立玉米粉中AFB1在热处理过程中的含量变化模型(图4)。AFB1在食品加工过程(如油炸、烟熏、焙烧等)中含量变化规律的研究已有一些报道［14－16］，但是还未见到与 AFB1含量变化动力学模型的相关研究。本研究采用动力学方法建立玉米粉中AFB1含量变化动力学模型，可以有效预测AFB1在食品体系中的残留率，为食品加工工艺设计提供理论支持。比如:希望通过工艺条件将玉米粉中AFB1降低至目前含量的10%，那么根据图4可以发现在200℃处理1 min，或在150℃热处理11 min，或在100℃热处理73 min等条件下均可以达到上述目的，进一步结合对最终食品感官、品质或其他指标的要求，将可以科学的确定一条最佳的食品加工工艺路线。因此，建立AFB1含量变化动力学模型，可以减少大量的重复AFB1测定工作，为食品加工工艺设计提供理论支持。

图4 玉米粉中AFB1在热处理过程中的含量变化模型

3 结论

动力学分析显示玉米粉中AFB1含量变化符合一级反应，建立的动力学模型可以准确反映其的在100～200℃热处理过程中含量变化规律，模型预测值与实测值相关系数高于0．80。该模型将有效预测AFB1在食品体系中的残留率，为食品加工工艺设计提供理论支持。

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［9］殷芬，郭仲秋．黄曲霉毒素在大鼠体内的毒物代谢动力学研究［J］．卫生毒理学杂志，1996(1):19－22

［10］AOAC．Aflatoxins in corn，almonds，Brazil nuts，peanuts，and pistachio nuts．Multifunctional column(Mycosep)method［S］［11］McNaught A D，Wikinson A．Compendium of Chemical Terminology［M］．2nd ed．Oxford:Blackwell Scientific Publications，1997

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Effect of Thermal Treatments on the Content of Aflatoxin B1in Corn Powder

Zhang Chao Ma Yue Zhao Xiaoyan Wang Fen Zeng Yali
(The Vegetable Research Center，Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences/Key Laboratory of Horticultural crops biology and germplasm creation(North China)，Ministry of Agriculture in North China/Key Laboratory of Urban Agriculture(North)，Ministry of Agriculture，Beijing 100097)

Aflatoxins(AFB1)is the secondary metabolite of mycotoxins，which is the one of the main dangerous pollution for corn and has a big haem on the health of human and animals．The effect of thermal treatments on the content of AFB1in corn power was evaluated and the kinetic model between the content of AFB1content and the treatment condition was established．The results indicated that the AFB1residual rate decreased with the increase of the treatment temperature during the thermal treatments．Moreover，varieties of AFB1content in the corn powder followed the first－ order reaction with the activation energy of 42．2 kJ/mol based on Arrhenius equation．The kinetic model was effective in predicting the rule of varieties of AFB1content during the thermal treatments in the range of 100～200 ℃ with the correlation factor between the predicted value and the measured value higher than 0．80．

corn powder，aflatoxin B1，thermal treatment，kinetics，food processing

TS201

A

1003－0174(2012)11－0010－04

现代农业产业技术体系专项资金资助(CARS－26－22)，北京市科技新星(2010B026)

2012－03－22

张超，男，1978年出生，副研究员，食品功能性因子

赵晓燕，女，1969年出生，研究员，食品功能性因子