一种电化学氧化降解固体谷物中呕吐毒素的方法技术

本发明专利技术涉及电化学氧化降解固体谷物中呕吐毒素(脱氧雪腐镰刀菌烯醇，DON)的方法，属于食品安全技术领域。所述固体谷物包括小麦、玉米、大麦、燕麦等。本发明专利技术通过电化学氧化的方法，对DON污染的以小麦为代表的固体谷物进行处理，将小麦中超过90％的DON氧化降解为其他物质，实现了高效降解的目的。该方法操作简便，条件温和，具有巨大的应用潜力。通过对产物的结构与毒性分析，结果表明，降解过程中DON的产物毒性远低于DON，达到了无害级别。此外，电化学氧化处理后，小麦的营养、色度、粉质等特性均没有显著变化，没有对小麦品质产生影响。没有对小麦品质产生影响。没有对小麦品质产生影响。

【技术实现步骤摘要】
一种电化学氧化降解固体谷物中呕吐毒素的方法


[0001]本专利技术涉及一种电化学氧化降解固体谷物中呕吐毒素的方法，属于食品安全


技术介绍

[0002]脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivalenol，DON)又名呕吐毒素，是禾谷镰刀菌、黄色镰刀菌等镰刀菌属污染小麦、大麦、玉米等谷物产生的次级代谢物。DON可通过减少肠蠕动、增加饱腹感信号和释放促炎细胞因子导致动物呕吐和食欲不振。在氧化应激作用的基础上，DON具有包括肝毒性、免疫毒性和神经毒性在内的一系列毒性作用。此外，DON还能破坏mRNA的转录，影响细胞的增殖和发育，甚至导致死亡。世界卫生组织国际癌症研究机构在1998年将DON列为三类致癌物。因此，许多国家和地区都制定了谷物及其制品中呕吐毒素的限量标准，从200到2000μg/kg不等，我国限量标准为1000μg/kg。据联合国粮农组织估计，全球每年至少有25％的农作物受到真菌毒素的污染，给各国粮食生产造成巨大的经济损失，威胁人类和动物的健康。而在污染谷物的真菌毒素中，DON是分布最广的毒素之一。另外，我国居民膳食中小麦等谷物类占比相对较高，更增加了DON带来的潜在风险。
[0003]DON性质稳定，一般的生产、加工过程很难将其破坏。目前，常见的DON降解方法可分为三大类：物理法、化学法和生物法。物理法主要是通过热处理、辐照和吸附等方式破坏或去除DON，操作简便。热处理包括蒸煮、挤压等一般的加工手段，温度越高，降解效果越好，但通常需要140℃以上的高温才能发挥一定的作用，因此降解的同时也会破坏食品基质中的蛋白质、脂肪等营养物质。吸附主要是通过将样品和吸附剂(蒙脱石、膨润土、活性炭等多孔材料)混合，使DON被吸附剂吸附，从而达到降低DON在样品中浓度的目的。但吸附法对DON的去除并不彻底，同时由于对DON的吸附并不是特异性的，去除DON的同时也有可能会吸附营养物质，另外在吸附法通常在液体样品中应用较广，而在固体样品中的应用仍需进一步探究。辐照主要包括γ射线辐照，电子束辐照和紫外辐照。有研究发现γ射线辐照污染小麦可有效降低DON含量，但高剂量射线会对小麦的食用品质造成较大的影响。电子束辐照对水溶液中的DON降解效果较好，但不适用于小麦、玉米等固态物料。有学者研究发现，DON对紫外线敏感，辐照时间越长，辐照距离越小，溶液pH值越小，DON的降解效果也越明显。然而，紫外线处理还存在效果不稳定，穿透力差，容易破坏维生素等营养成分的问题需要解决。化学法包括碱处理、氧化和还原，通常可以取得较高的降解率，因而研究广泛。DON对碱液较为敏感，利用Na2CO3、NaHSO3处理DON污染小麦，降解率可达83.9％，但该方法仍需在高温条件下进行。臭氧作为一种强氧化剂，可以氧化破坏DON结构中的双键、环氧环、羟基等基团，生成毒性较小的产物，从而达到降解的目的。值得注意的是，超标的臭氧会对人体健康造成危害，使用时应特别注意安全。此外，有研究在污染玉米样品中添加一定量的亚硫酸钠，可反应生成DON
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磺酸盐，经过实验验证，这种磺酸盐对猪无毒。总之，化学法确实可以高效的降解不同基质中的DON，但应用的同时也可能会改变食品感官、降低适口性以及营养成分含量。生物法主要通过真菌、酵母或细菌的酶、生物活性代谢物和细胞壁吸附来降解DON。该方
法不会有额外污染，对样品基质也很友好。有学者通过筛选分离出一株高效降解DON的蜡样芽孢杆菌B.JG05，将该菌添加到饲料中后，可降解其中82.68％的DON。也有研究筛选出了三种降解效果较为明显的乳酸菌，对DON的吸附率都达到了80％以上。然而，菌种的选择、分离、培育等环节的成本问题以及反应所需的时间较长等弊端尚未完全解决。
[0004]近年来，电化学氧化因效率高，不添加或只添加少量化学品，没有额外污染和易于实现自动化等优点而广泛应用于处理废水中的有害污染物。有研究使用电化学氧化的方法在60分钟内完全降解了废水中的多氟烷基物质和全氟烷基物质。并且，电化学氧化的能耗低于传统的超声波、光催化、微波水热分解等方法的十分之一。如今，逐渐有些研究将电化学氧化用于降解真菌毒素。有学者通过电化学氧化的方法降解了湿玉米酒糟中90％以上的DON，大大降低了污染酒糟的危害，电化学氧化处理后酒糟的营养特性没有显著变化，这表明电化学氧化有潜力应用在降解谷物中的DON。但是湿态玉米酒糟是液态的，而谷物籽粒是固态的。考虑到电化学氧化需要电的参与，故整个体系是需要导电的，液态目标物只需在溶液实验的基础上放大即可，固态目标物需要通过额外添加电解液等方式改善体系导电性。另外，固体目标物在处理过程中的传质效率不如液体目标物，且过程中被氧化的程度是不均匀的，这些都导致了使用电化学氧化方法在降解固体基质中DON领域中应用受限，采用湿玉米酒糟类似方式的常规电化学方法，利用电化学氧化降解固体基质(谷物)中DON的研究还鲜有报道。
[0005]因此，本专利技术将电化学氧化用于小麦中DON的降解，通过调整参数，探索该方法实际应用的可能性。

技术实现思路

[0006]技术问题：为实现上述目的，本专利技术研究比较得到DON的最佳电化学氧化条件，降低了小麦等固体谷物中DON含量，分析了降解产物的结构，并通过软件评估了其毒性，为降解小麦等固体谷物中的DON提供了一种新方法。
[0007]技术方案：具体地，本专利技术通过以下技术方案实现。
[0008]本专利技术的第一个目的是，提供一种电化学氧化降解呕吐毒素的方法，该方法包括以下步骤：H型电解池中，电解池用质子膜隔开，阳极池中的溶液为含有DON的电解质溶液，阴极池中的溶液为电解质溶液，控制恒定电压降解溶液中的DON。
[0009]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述电解质溶液为含氯离子的电解质，包括但不限于NaCl溶液、KCl溶液。
[0010]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述电解质溶液为NaCl溶液。
[0011]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述电解池的阳极为铂片电极，阴极为石墨片电极。
[0012]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述电解池中，电压为0.5～9.0V，电化学氧化处理时间为1～20min。
[0013]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述阳极池的NaCl溶液浓度为0.05～0.30mol/L。
[0014]本专利技术的第二个目的是，提供一种电化学氧化降解呕吐毒素的装置，该装置包括H型电解池，所述电解池用质子膜隔开，阳极池中的溶液为含有DON的含氯离子的电解质溶
液，阴极池中的溶液为含氯离子的电解质溶液，控制恒定电压降解溶液中的DON。
[0015]本专利技术的第三个目的是，提供一种电化学氧化降解固体谷物中呕吐毒素的方法，所述方法包括以下步骤：阴阳极平行放置在电解池中，固定电极间的距离，待处理的固体谷物籽粒润湿后置于电解池底部电极附近，使固体谷物籽粒与阳极接触，加入电解液，使用直流电源保持恒电压输出，电解时产生的羟基自由基和氯基氧化剂作为氧化剂，氧化降解谷物中的呕吐毒素；所述固体谷物包括小麦、玉米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学氧化降解固体谷物中呕吐毒素的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：阴阳极平行放置在电解池中，固定电极间的距离，待处理的固体谷物籽粒润湿后置于电解池底部的阳极表面，加入电解液，使用直流电源保持恒电压输出，电解时产生的羟基自由基和氯基氧化剂作为氧化剂，氧化降解谷物中的呕吐毒素；所述固体谷物包括小麦、玉米、大麦、燕麦。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的阳极为氯电极，阴极为不锈钢片，所述电极的电极间距为3.0～6.0cm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳极在电解池底部，待处理的固体谷物籽粒润湿后平铺在阳极表面。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的润湿的方法包括：加入固体谷物自身质量5％
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20％的水，充分搅拌润湿。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈晓芳，於铭航，庞月红，冯云琪，杨成，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：