一种降解小麦籽粒呕吐毒素的方法及其应用与流程

本发明涉及粮食收购、储藏及加工技术领域。更具体地，涉及一种降解小麦籽粒呕吐毒素的方法及其应用。

背景技术：

全球的粮食作物收获后产量年损失约是20％，其中40％以上的粮食损失是由于昆虫感染危害和产毒素真菌污染引起的。小麦、黑麦及燕麦等重要谷物的赤霉病引起的经济损失每年超过10亿美元，其中，小麦赤霉病是由禾谷镰刀菌、黄色镰刀菌等真菌引起的一种世界性小麦病害，多发生在气候温润多雨的的国家和地区(亚洲、北美洲等)。其发生、流行主要取决于适宜发病的暖湿气候条件，会造成小麦减产、品质劣变、籽粒毒素污染。

脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol，don)，俗称“呕吐毒素”(vomitoxin)，它是禾谷镰刀菌及黄色镰刀菌等真菌侵染谷物后所产生的次级代谢产物，是小麦赤霉病中最主要的真菌毒素。呕吐毒素会造成小麦产量严重损失、品质下降、毒素污染，而且呕吐毒素对人体伤害性极高，它在欧盟分类标准中是三级致癌物，虽不及t-2毒素的毒性强烈，但因其污染率和污染水平均居单端孢霉烯族毒素之首，并常与其他真菌毒素协同作用于人体，产生广泛的毒性效应，如急性毒性、慢性和亚慢性毒性、细胞毒性、免疫毒性等多种毒性作用。由呕吐毒素污染小麦引起的赤霉病在我国发生较为普遍，有关资料报道，不正常年份，我国华北部分区域的小麦呕吐毒素检出率高达70％以上。现行《粮食流通管理条例》明确规定，不符合食用卫生标准的粮食，严禁流入口粮市场。目前呕吐毒素的脱毒技术研究主要包括物理、化学及生物脱毒等手段。其中，化学脱毒虽然可以一定程度地去除粮食中的呕吐毒素，但是不能够满足食品安全的需求，包括反应产物的安全性，处理后的食品和饲料的营养特性会被改变。生物去毒是比较有效的，不足之处是生物有机体生长利用了食品营养素并释放出不期望的代谢物。物理去污染更有前景，如uv照射、臭氧化、电离、伽玛射线照射、紫外线照射及脉冲光照射均被报道能够降解呕吐毒素，其中，uv照射已经在实践中应用，但是uv照射条件的差异，降解效率变化范围较宽，需要较长的照射时间才能够达到满意的脱毒污染，这导致uv照射不能够用到大规模食品生产中。

冷等离子体(cp)技术作为食品行业的非热加工技术，在最近十年，对其应用研究有大量报道。这个技术的优势在于它的非热本性、成本低、设计多样化及环境友好。冷等离子体技术可用于脱除失活蔬菜、豆类及谷物上的寄生曲霉和青霉菌，提高谷物种子发芽率。等离子体内产生的活性氧和活性氮(rons)是高度有效的抗微生物试剂，能够降解真菌毒素，目前使用冷等离子体降解真菌毒素的研究主要集中于黄曲霉毒素上。黄曲霉素是一类毒性极强的物质，具有强致癌性和强免疫抑制性，广泛分布于发霉粮食及其制品中，特别是花生、花生油、玉米及其制品中。但是目前国内外的研究数据显示，冷等离子体降解黄曲霉素速率随毒素的类型和结构发生变化，即其效果并不稳定。也就是说，冷等离子体技术对不同的作用对象具有不同的处理效果，而不正常年份麦类谷物含有的带单端孢霉烯的呕吐毒素具有数目显著较高的真菌毒素分子，这意味着需要较大数目的rons去除，因此，冷等离子处理是否可以有效降解呕吐毒素这在现有技术中还没有定论。此外，关于小麦的呕吐毒素的分布遍及整个小麦籽粒，其最高浓度在籽粒的外部皮层，小麦研磨制粉中产生的麸皮和次粉中呕吐毒素含量远远高于面粉中呕吐毒素的含量，如何利用冷等离子体技术有效降解小麦籽粒中较高含量的呕吐毒素，是本发明要解决的主要技术问题。由此，本发明首次提出在粮食籽粒尺度水平研究和分析冷等离子体对小麦呕吐毒素的快速、有效的降解方法，以期为我国小麦收购环节提供一种新的脱毒思路和方法。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种降解小麦籽粒呕吐毒素的方法。

本发明的另一个目的在于提供一种降解小麦籽粒呕吐毒素的方法在防止小麦毒素污染中的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供了一种降解小麦籽粒呕吐毒素的方法，该方法包括将小麦籽粒进行低压强射频冷等离子体处理。

本发明查阅文献后认识到，冷等离子体内产生的活性氧和活性氮(rons)是高度有效的抗微生物试剂，能够降解真菌毒素。目前使用冷等离子体降解真菌毒素的研究主要集中于黄曲霉毒素上，并且由于冷等离子体降解黄曲霉素速率随毒素的类型和结构发生变化，其效果并不稳定。此外，一般来说冷等离子体降解毒素的效果与等离子体的功率、处理时间成正相关，而本发明首次从试验结果发现，冷等离子体在处理呕吐毒素含量较高的小麦籽粒时，在特定的功率和处理时间内可以快速、有效的降解呕吐毒素，且处理效果可以长期保持，若是功率或处理时间过高或过低，小麦籽粒的呕吐毒素的降解效率均会降低。

进一步，所述低压强射频冷等离子处理是在氦气或氧气为喂料气体的条件下进行。

进一步，所述低压强射频冷等离子处理的压强为140pa；功率为120-180w；时间为30-180秒。

进一步，所述低压强射频冷等离子体处理时间为30-150秒。

进一步，所述低压强射频冷等离子体处理的时间为60-120秒。

进一步，所述小麦籽粒保留有皮层。

为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种降解小麦呕吐毒素的方法在防止小麦毒素污染中的应用。

本发明的有益效果如下：

本发明提供了一种利用低压强射频氦气或氧气冷等离子体降解小麦籽粒呕吐毒素的方法，该方法属于低成本、环境友好的降解粮食真菌毒素的物理方法，本发明的方法对小麦籽粒的品质几乎没有负面影响且在较短处理时间内可以达到较高的毒素降解率，以本发明方法处理后的小麦籽粒呕吐毒素含量可以符合国家限量标准800ppb。因此有望成为降解小麦呕吐毒素的实用技术。

本发明首次提出利用低压强射频氦气或氧气冷等离子在粮食籽粒尺度水平降解小麦呕吐毒素，并利用了冷等离子的环流作用，刻蚀籽粒表皮细胞，在小麦籽粒表面形成微孔和断裂，可以显著降低小麦籽粒的水滴接触角，增加小麦籽粒吸水率，而且冷等离子处理小麦籽粒后所达到的效果能够长期稳定保持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出实施例20的小麦籽粒样品8处理前后在不同温度的储藏过程中水滴接触角对比图。

图2示出实施例20的小麦籽粒样品8处理前后的扫描电镜图；a示出实施例20的小麦籽粒样品8未经处理时的扫描电镜图；b示出实施例20经处理后的小麦籽粒样品8的扫描电镜图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。下述实施例中的材料，如无特殊说明，均为本领域常用材料，均可从商业途径得到。

本发明呕吐毒素(don)含量的测定方法：采用美国charmrosa检测系统测定呕吐毒素。具体步骤包括：①一次稀释提取物：将小麦籽粒样品充分混匀后，制成粉末，过20目筛。称取5g粉末样品至干净的50ml离心管中，加入25ml的纯净水，剧烈振荡1min，静置1min，移取少量上清液至10ml离心管，以4000r/min离心40s，再移取上清液100μl至10ml离心管，加入1.0ml缓冲液稀释，密闭、混合、标记，得到一次稀释提取物。②二次稀释提取物：移取300μl的一次稀释提取物，加入1.0ml缓冲液稀释，密闭、混匀、标记，得到二次稀释提取物。③检测步骤：检查孵育器的温度，确保为45±1℃。标记检测条，避免挤压样品室，将检测条平放入rosa孵育器中，小心撕开检测条的薄膜至指示线。保持移液器竖直，缓慢移取300μl二次稀释提取物至样品室中，盖上孵育器的盖子，计时器自动开始计时，红灯闪烁。孵育结束后，取出检测条，读数前使样品室一端向下放置，2min内读取结果。

don降解率(％)＝(处理前的小麦籽粒don含量-处理后的小麦籽粒don含量)/处理前的小麦籽粒don含量*100

通用线性模型方差分析：本发明使用spss统计软件中通用线性模型方差分析探索两组及其以上变量之间的关系。

前期探索试验：测试小麦籽粒样品1-4及各小麦籽粒样品在制粉过程不同成分的呕吐毒素的含量，具体结果如表1所示

表1：

注：小麦籽粒样品1-4指不同产地的小麦籽粒；数据为平均值±标准差；同一行不同小写字母表示差异达到显著水平(p<0.05)。

由表1可知，制粉过程中麸皮的呕吐毒素含量最高，其次是次粉，然后是小麦籽粒和面粉。为此，根据小麦收购储藏和加工的需要，以本发明的方法降解小麦麸皮呕吐毒素，包括以下步骤：

将200克的呕吐毒素超标的表1所示的麸皮样品3或4置于低压强射频放电室中，待压强降低到20pa，开启喂料气体，工作压强是140p，具体喂料气体、工作功率和处理时间等条件如表2所示。

表2：

注：呕吐毒素降解率为两个平行测定的均值。

由表2可知，以麸皮为原料，分别采用氩气、氦气或氧气为喂料气体，采用本发明的方法对麦麸进行处理，与处理前麦麸样品进行比较，120w和180w功率的等离子体降解麦麸的呕吐毒素效果均不稳定。由此，虽然麸皮的呕吐毒素的含量最高，但是低压强射频冷等离子体降解其呕吐毒素的方法行不通。为此，为了满足小麦收购的毒素限量规定，本发明选择含呕吐毒素较多的小麦籽粒为降解目标。

实施例1-22

一种降解小麦呕吐毒素的方法，包括以下步骤：

将300克的呕吐毒素超标的小麦籽粒样品置于低压强射频放电室中，待压强降低到20pa，开启喂料气体，工作压强是140p，具体喂料气体、工作功率和处理时间等条件如表3所示。

表3：

注：1.小麦籽粒样品5-8是指不同产地和品种的小麦籽粒；2.呕吐毒素降解率为三个平行测定的均值。

由表3可知，以呕吐毒素超标的小麦籽粒样品5和6为原料，以氦气或氧气为喂料气体，在压强140pa，功率120w或180w条件下的冷等离子处理处理30-180秒，呕吐毒素减少显著。以呕吐毒素超标的小麦籽粒样品7和8为原料，以氦气为喂料气体，在压强140pa，功率180w条件下的冷等离子处理30-120秒后，其呕吐毒素可稳定地降解。

一、对呕吐毒素降解率的影响因素分析

1、分析两种功率的氧气冷等离子体处理不同时间对小麦籽粒样品6呕吐毒素降解率的影响，结果如表4所示。

表4：

注：同一列不同小写字母表示差异达到显著水平(p<0.05)。

由表4可知，对于小麦籽粒样品6，首先，氧气冷等离子体的处理功率为120w对呕吐毒素的降解效果优于处理功率180w。其次，氧气冷等离子体的处理30-180秒均能有效降解呕吐毒素，其中处理60-150秒呕吐毒素降解效果更佳。

2、分析氦气冷等离子体处理不同时间对两种小麦籽粒样品7和8的呕吐毒素降解率的影响，结果如表5所示。

表5：

注：同一列不同小写字母表示差异达到显著水平(p<0.05)。

由表5可知，首先，小麦籽粒样品的产地和品种影响冷等离子体降解呕吐毒素的效果有限。其次，在功率180w的氦气冷等离子处理30-120秒，呕吐毒素降解率范围为24％-62％。

二、常规品质测试

水滴接触角测定：采用水滴角度测定仪测量小麦籽粒水滴接触角。具体步骤包括：将2.5μl去离子水滴加到小麦籽粒表面，采用固着液滴法测定。一滴去离子水在小麦籽粒表面沉积后立即分析，小水滴形状的动态变化采用ccd照相机每10秒记录一次。

吸水率测定：具体步骤包括：称取2g小麦籽粒置于50ml离心管，加入20ml去离子水，浸泡4h后用滤纸吸干后称重，计算吸水率。

冷等离子处理效果的稳定性测试：实施例20的处理后的小麦籽粒样品8在15℃、20℃及25℃储藏270天，储藏期间按照上述水滴接触角测定的方法再次测定其水滴接触角。结果如图1所示。

表面结构观察：小麦籽粒的表面形态采用台面扫描电镜(tm-1000，日本东京日立公司)观察。将实施例20的处理前后的小麦籽粒样品8分别用双面胶固定在样品架上，在2mbar喷金3分钟。结果如图2所示。

1、对比功率180w的氦气冷等离子处理不同时间后对小麦籽粒样品5(实施例1-5)生理和理化特性的影响，结果如表6所示。

表6：

注：同一行不同小写字母表示差异达到显著水平(p<0.05)。

由表6可知，对于小麦籽粒样品5，氦气冷等离子180w处理30-150秒，与处理前相比，其发芽势和发芽率保持不变，吸水率提高，而水滴接触角显著降低。

2、对比120w和180w这两种功率的氧气冷等离子处理不同时间后对小麦籽粒样品6生理和理化特性的影响，结果如表7所示。

表7：

注：同一行不同小写字母表示差异达到显著水平(p<0.05)。

由表7可知，首先，对于小麦籽粒样品6，120w和180w的氧气冷等离子体处理30-150秒后，与处理前相比，其发芽势、发芽率及接触角显著降低，而吸水率显著增加。其次，在120w处理的小麦籽粒样品6的吸水率显著高于在180w处理。

3、对比功率180w的氦气冷等离子处理不同时间后对小麦籽粒样品7和8的生理和理化特性的影响，结果如表8所示，

表8：

注：同一行不同小写字母表示差异达到显著水平(p<0.05)。

由表8可知，对于小麦籽粒样品7和8，氦气冷等离子在180w处理30-120秒，与处理前相比，其发芽率、发芽率、水滴接触角均显著降低，而吸水率显著提高；两个样品的来源对其发芽率、发芽率、吸水率及水滴接触角的影响不显著。

由图1可知，实施例20的处理后的小麦籽粒样品8与处理前比较，处理过的小麦籽粒接触角显著减少，而且分别在15℃、20℃及25℃条件下储藏270天期间，经处理的小麦籽粒样品3的接触角始终低于未处理的小麦籽粒样品8，由此表明用本发明方法处理过的小麦籽粒所达到的效果可以长期稳定保持。

由图2可知，实施例20的处理后的小麦籽粒样品8的表面出现蚀刻现象，由此引起表皮层细胞表面的破裂，而这有利于呕吐毒素的降解。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。