呕吐毒素臭氧降解机制及其安全性评价
发布时间：2021-11-10 21:33
呕吐毒素（Deoxynivalenol,DON）是最常见的单端孢霉烯毒素之一,主要是由禾谷镰刀菌产生,具有急性毒性、致癌、致畸、致突变等危害。它主要存在于小麦、玉米、大麦等农作物中,尤其是小麦中呕吐毒素含量超标现象普遍,这严重威胁着人类健康和小麦加工产业的发展。近年来,臭氧在真菌毒素降解方面研究较多,但多数研究仅关注于呕吐毒素的臭氧降解效果。本研究探讨了影响小麦麸皮中呕吐毒素的臭氧降解因素,并对呕吐毒素降解动力学进行分析;利用臭氧降解纯水体系中的呕吐毒素,通过超高效液相色谱-串联四级杆飞行时间质谱（UPLC-QTOF-MS/MS）测定呕吐毒素的臭氧降解产物,并对其降解途径进行推测。最后通过细胞毒理学试验对臭氧降解前后呕吐毒素的毒性进行评价。研究结果为臭氧在小麦粉及其制品中的脱毒应用提供理论依据和技术支持。主要试验结果如下:（1）影响小麦麸皮中呕吐毒素的臭氧降解因素研究了小麦麸皮水分含量、臭氧浓度、臭氧处理时间、臭氧状态对臭氧降解呕吐毒素的影响。呕吐毒素的臭氧降解优化处理条件为:小麦麸皮水分含量40%,臭氧气体浓度为14 g/m3,臭氧处理时间为180 min,在此...
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
呕吐毒素化学结构式（分子式，C15H20O6）
呕吐毒素臭氧降解机制及其安全性评价12众所周知，食品中含有的呕吐毒素会对人体的健康造成潜在威胁，然而不同的降解方法产生的降解产物及其安全性一直是人们关注的焦点，He等（2010）研究指出，呕吐毒素的毒性与其C12-C13环氧环、C9-C10双键、乙酰基以及羟基的数量及位置有关。因此，环氧环的破坏、上双键的断裂与不同位置上-OH的破坏可作为呕吐毒素毒性降低的标志。（1）物理降解产物Bretz等（2006）在碱性条件下对呕吐毒素进行加热，通过MS跟NMR检测到norDONA、norDONB、norDONC、norDOND、norDONE、norDONF、9-羟甲基DON内脂7种降解产物（见图2）。7种降解产物C12-C13环氧环、C9-C10双键结构均遭到破坏，由此可初步推测，7种降解产物在碱性条件下加热处理后毒性降低，随后Bretz等人进一步通过IHKE细胞验证了降解产物norDONA、norDONB、norDONC的安全性，DON致IHKE细胞的EC50值为1.1μmol/L，norDONA、norDONB、norDONC致IHKE细胞的EC50值为100μmol/L，由结果可证实呕吐毒素降解产物毒性降低。图2呕吐毒素热解产物（5~20min，150℃~200℃。）Fig.2HeatingdegradationproductsofDON(5-20min，150-200℃.)Mishra等（2014）研究了温度和PH值对呕吐毒素水溶液的影响，并对其降解产物的结构以及毒性进行了探讨。结果表明，呕吐毒素在125℃~250℃下不稳定，其降解率可以达到16%~100%，在pH1~3时，呕吐毒素降解率能达到30%~66%。随后通过ESI-MS识别呕吐毒素降解产物的m/z为279，类似于已知的降解产物DOM-1，后1.6呕吐毒素降解产物及其安全性
山东农业大学硕士学位论文13续通过DOM-1标准品确认降解产物为DOM-1。细胞毒理学试验表明，呕吐毒素降解产物毒性对比呕吐毒素毒性显著降低。Zhou等（2019）通过制备的新型光催化剂UCNP@Tio2对呕吐毒素进行光催化降解，120min后呕吐毒素的降解率可以达到100%。呕吐毒素降解后利用ESI/MS进行中间产物的识别，其中共检测到3种中间降解产物，其m/z分别为329.399、311.293和280.913，降解产物结构如图3所示。由图3可以看出，三种降解产物C9，C10上的双键以及C12，C13上的环氧结构遭到破坏。随后Zhou等人利用HepG2细胞对三种降解产物进行了安全性评价，细胞毒理学试验结果表明，经光催化降解后呕吐毒素的毒性显著降低。图3呕吐毒素光催化降解产物Fig.3PhotocalalyticdegradationproductsofDON（2）生物降解产物Shima等（1997）通过从土壤杆菌属根瘤菌中分离得到一株细菌E3-39，该菌株是第一株被报道的能将呕吐毒素氧化为3-酮基-呕吐毒素的菌株，后续研究推测E3-39菌株分泌的胞外酶可完成相应的转化，形成呕吐毒素降解产物3-酮基-4-呕吐毒素（图4-①），其中该降解产物占代谢总产物的70%。He等（2017）从小麦赤霉病流行的麦田中分离出一株菌株S3-4，该菌株同样具有C3位氧化活性，可将呕吐毒素氧化为3-酮基-4-呕吐毒素。与E3-39菌株不同的是，该菌株属于鞘氨醇单胞菌株。MTT试验表明3-酮基-4-呕吐毒素的IC50值为呕吐毒素的3.03倍，随后通过BrDu试验进一步探讨了3-酮基-4-呕吐毒素与呕吐毒素对DNA合成的影响，结果显示3-酮基-4-呕吐毒素的IC50值是呕吐毒素的4.54倍，由此说明，相比于呕吐毒素，3-酮基-4-呕吐毒素的毒性显著降低（Heetal.,2017）。Wang等（2017）从麦田土壤中分离得到一株新的菌株DDB001，该菌株能够将呕吐毒素异构化为3-epi-呕?
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外主要粮油产品中真菌毒素限量、检测标准及风险评估现状分析[J]. 吴限鑫,林秋君,郭春景,王建忠,王雪鑫,李广. 中国粮油学报. 2019(09)
[2]山东地区生猪全价饲料与原料中AFB1、DON和ZEN污染调查报告[J]. 李安平,韩先杰,高善颂,陈甫,刘国文. 饲料研究. 2018(05)
[3]小麦赤霉病流行的原因及防控措施[J]. 刘荣,孙伟. 现代农业科技. 2018(11)
[4]小麦麸皮中呕吐毒素降解的研究[J]. 田启梅,方颂平,周鹏磊,马叶胜,管玉龙,梁臣臣,郭文杰. 粮食与饲料工业. 2018(05)
[5]臭氧降解玉米赤霉烯酮及其降解产物细胞毒性[J]. 王轶凡,孙秀兰,张银志,丁小霞. 食品与生物技术学报. 2018(04)
[6]国内外真菌毒素防控新技术[J]. 吕聪,邢福国,刘阳. 中国猪业. 2017(06)
[7]2016年山东省饲料原料及配合饲料霉菌毒素污染状况调查[J]. 朱风华,陈甫,刘文华,徐进栋,朱连勤. 中国畜牧杂志. 2017(06)
[8]单端孢霉烯族毒素及其去除方法研究进展[J]. 赵亚荣,马丽艳,王富华. 食品工业科技. 2016(21)
[9]臭氧降解污染小麦中呕吐毒素的效果及降解产物推测[J]. 王莉,罗颖鹏,罗小虎,王韧,李永富,李亚男,邵慧丽,陈正行. 食品科学. 2016(18)
[10]臭氧在粮油真菌毒素污染防控方面的应用[J]. 陈冉,周天智,吴秋蓉,陈军,邱艳,李婕妤,刘云. 粮油仓储科技通讯. 2016(01)
硕士论文
[1]玉米油中玉米赤霉烯酮的测定和脱除[D]. 朱文倩.江南大学 2018
[2]渥堆中普洱茶品质形成及陈化中真菌毒素状况的研究[D]. 吴静.南昌大学 2013
[3]我国主要饲料原料及产品中镰刀菌毒素污染及分布规律的研究[D]. 甄阳光.四川农业大学 2009
[4]小麦镰刀菌毒素的检测及其毒素污染分析[D]. 吴杰.河北大学 2009
[5]小麦品种对赤霉病和DON毒素积累抗性评价及其分子作图研究[D]. 张凯鸣.南京师范大学 2005
本文编号：3487983
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
呕吐毒素化学结构式（分子式，C15H20O6）
呕吐毒素臭氧降解机制及其安全性评价12众所周知，食品中含有的呕吐毒素会对人体的健康造成潜在威胁，然而不同的降解方法产生的降解产物及其安全性一直是人们关注的焦点，He等（2010）研究指出，呕吐毒素的毒性与其C12-C13环氧环、C9-C10双键、乙酰基以及羟基的数量及位置有关。因此，环氧环的破坏、上双键的断裂与不同位置上-OH的破坏可作为呕吐毒素毒性降低的标志。（1）物理降解产物Bretz等（2006）在碱性条件下对呕吐毒素进行加热，通过MS跟NMR检测到norDONA、norDONB、norDONC、norDOND、norDONE、norDONF、9-羟甲基DON内脂7种降解产物（见图2）。7种降解产物C12-C13环氧环、C9-C10双键结构均遭到破坏，由此可初步推测，7种降解产物在碱性条件下加热处理后毒性降低，随后Bretz等人进一步通过IHKE细胞验证了降解产物norDONA、norDONB、norDONC的安全性，DON致IHKE细胞的EC50值为1.1μmol/L，norDONA、norDONB、norDONC致IHKE细胞的EC50值为100μmol/L，由结果可证实呕吐毒素降解产物毒性降低。图2呕吐毒素热解产物（5~20min，150℃~200℃。）Fig.2HeatingdegradationproductsofDON(5-20min，150-200℃.)Mishra等（2014）研究了温度和PH值对呕吐毒素水溶液的影响，并对其降解产物的结构以及毒性进行了探讨。结果表明，呕吐毒素在125℃~250℃下不稳定，其降解率可以达到16%~100%，在pH1~3时，呕吐毒素降解率能达到30%~66%。随后通过ESI-MS识别呕吐毒素降解产物的m/z为279，类似于已知的降解产物DOM-1，后1.6呕吐毒素降解产物及其安全性
山东农业大学硕士学位论文13续通过DOM-1标准品确认降解产物为DOM-1。细胞毒理学试验表明，呕吐毒素降解产物毒性对比呕吐毒素毒性显著降低。Zhou等（2019）通过制备的新型光催化剂UCNP@Tio2对呕吐毒素进行光催化降解，120min后呕吐毒素的降解率可以达到100%。呕吐毒素降解后利用ESI/MS进行中间产物的识别，其中共检测到3种中间降解产物，其m/z分别为329.399、311.293和280.913，降解产物结构如图3所示。由图3可以看出，三种降解产物C9，C10上的双键以及C12，C13上的环氧结构遭到破坏。随后Zhou等人利用HepG2细胞对三种降解产物进行了安全性评价，细胞毒理学试验结果表明，经光催化降解后呕吐毒素的毒性显著降低。图3呕吐毒素光催化降解产物Fig.3PhotocalalyticdegradationproductsofDON（2）生物降解产物Shima等（1997）通过从土壤杆菌属根瘤菌中分离得到一株细菌E3-39，该菌株是第一株被报道的能将呕吐毒素氧化为3-酮基-呕吐毒素的菌株，后续研究推测E3-39菌株分泌的胞外酶可完成相应的转化，形成呕吐毒素降解产物3-酮基-4-呕吐毒素（图4-①），其中该降解产物占代谢总产物的70%。He等（2017）从小麦赤霉病流行的麦田中分离出一株菌株S3-4，该菌株同样具有C3位氧化活性，可将呕吐毒素氧化为3-酮基-4-呕吐毒素。与E3-39菌株不同的是，该菌株属于鞘氨醇单胞菌株。MTT试验表明3-酮基-4-呕吐毒素的IC50值为呕吐毒素的3.03倍，随后通过BrDu试验进一步探讨了3-酮基-4-呕吐毒素与呕吐毒素对DNA合成的影响，结果显示3-酮基-4-呕吐毒素的IC50值是呕吐毒素的4.54倍，由此说明，相比于呕吐毒素，3-酮基-4-呕吐毒素的毒性显著降低（Heetal.,2017）。Wang等（2017）从麦田土壤中分离得到一株新的菌株DDB001，该菌株能够将呕吐毒素异构化为3-epi-呕?
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外主要粮油产品中真菌毒素限量、检测标准及风险评估现状分析[J]. 吴限鑫,林秋君,郭春景,王建忠,王雪鑫,李广. 中国粮油学报. 2019(09)
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[6]国内外真菌毒素防控新技术[J]. 吕聪,邢福国,刘阳. 中国猪业. 2017(06)
[7]2016年山东省饲料原料及配合饲料霉菌毒素污染状况调查[J]. 朱风华,陈甫,刘文华,徐进栋,朱连勤. 中国畜牧杂志. 2017(06)
[8]单端孢霉烯族毒素及其去除方法研究进展[J]. 赵亚荣,马丽艳,王富华. 食品工业科技. 2016(21)
[9]臭氧降解污染小麦中呕吐毒素的效果及降解产物推测[J]. 王莉,罗颖鹏,罗小虎,王韧,李永富,李亚男,邵慧丽,陈正行. 食品科学. 2016(18)
[10]臭氧在粮油真菌毒素污染防控方面的应用[J]. 陈冉,周天智,吴秋蓉,陈军,邱艳,李婕妤,刘云. 粮油仓储科技通讯. 2016(01)
硕士论文
[1]玉米油中玉米赤霉烯酮的测定和脱除[D]. 朱文倩.江南大学 2018
[2]渥堆中普洱茶品质形成及陈化中真菌毒素状况的研究[D]. 吴静.南昌大学 2013
[3]我国主要饲料原料及产品中镰刀菌毒素污染及分布规律的研究[D]. 甄阳光.四川农业大学 2009
[4]小麦镰刀菌毒素的检测及其毒素污染分析[D]. 吴杰.河北大学 2009
[5]小麦品种对赤霉病和DON毒素积累抗性评价及其分子作图研究[D]. 张凯鸣.南京师范大学 2005
本文编号：3487983
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