臭氧對蘋果汁中棒曲霉素的降解效果研究

李艷玲，惠 偉，*，趙政陽，王 燕

(1.陜西師范大學生命科學學院，陜西西安710062;2.西北農林科技大學園藝學院，陜西楊凌712100)

臭氧對蘋果汁中棒曲霉素的降解效果研究

李艷玲1，惠 偉1，*，趙政陽2，王 燕1

(1.陜西師范大學生命科學學院，陜西西安710062;2.西北農林科技大學園藝學院，陜西楊凌712100)

主要研究臭氧對蘋果汁中棒曲霉素(Pat)的降解效果及對果汁品質的影響。研究采用臭氧對水和蘋果汁中500、250、200、100、50μg/L Pat濃度進行5、10、15、20、30min的降解處理。結果表明，臭氧處理對各濃度的Pat都有降解作用，濃度越低，降解效果越好。隨著處理時間延長降解效果越好，15min以后降解率不再增加。臭氧處理15min，50μg/L的Pat降解效率最佳，在該條件下，臭氧對蘋果汁的pH、VC含量、可溶性固形物和色值均沒有明顯的影響，因此，臭氧處理是高效、安全、低廉的Pat降解方法。

臭氧，棒曲霉素，蘋果汁

我國蘋果汁的產量和出口量在世界上居首位，棒曲霉素(Patulin，簡寫為Pat)是出口果汁檢驗的指標之一。Pat是青霉屬、曲霉屬、裸囊菌屬等多種真菌的次生代謝產物，在果品、蔬菜、果蔬汁、果酒、谷物、糕點以及香腸等食品中都發現了Pat。Pat是一種具有神經毒性的真菌代謝產物，具有致癌、致畸和致突變作用［1－2］。所以，引起了世界各國衛生、毒理醫學、食品生產和安全等各方面專家學者的極大關注。世界衛生組織(WHO)制定了食品中Pat的最高限量為50μg/L［3］。由于原料中的Pat不能被通常加工過程的高溫所破壞，因而造成蘋果汁的普遍污染。因此蘋果汁中Pat的降解和去除是果汁加工中急需解決的問題。臭氧(O3)是一種具有特殊氣味的不穩定氣體，是己知最強的氧化劑之一，具有消毒、除臭、滅菌、防霉、保鮮、降解農藥殘留等多種作用。近年來臭氧的應用迅猛發展，在水處理、空氣凈化、食品加工貯藏、衛生保健、養殖業等領域得到廣泛應用。O3在水中強烈的氧化作用，能產生單原子氧(O)和羥基(OH)，其中羥基氧化還原電位為2.8V，在瞬間對水中的細菌、微生物、有機物進行降解。當O3濃度達到5mg/L就可以全部殺死貯藏環境和果實表面的所有病原微生物，從而有效防止霉變，延長貯藏時間。因為O3在短時間內降解成了氧，因此沒有二次污染［6］。1997年，美國電力研究所(EPRI)提出，與食品直接接觸的O3應用是非常安全的(ERAS)［7］。利用O3的強氧化性和殺菌消毒特點，其在果蔬保鮮、果汁加工、農藥殘留降解上應用的研究也越來越多。前人已經研究過吸附［4］、微波［5］的方法降解Pat。吸附的方法脫附時還會形成2次污染，微波的方法需要增加新的設備，增加加工的工藝過程，因而提高成本，微波也會帶來果汁溫度的變化。臭氧具有很強的氧化性，有殺菌作用。在蘋果汁加工中，原料的消毒、果汁的殺菌過程都用到臭氧，國外研究利用HPLC－DAD色譜法檢測，臭氧可以破壞水溶液和蘋果汁中的Pat［8］，然而對于將臭氧的強氧化性作用在Pat的降解上，至今國內未見報道。而本研究正是對這一設想的嘗試，研究了臭氧對蘋果汁中Pat的降解作用以及對果汁品質的影響，為臭氧在果汁加工中的應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅富士 陜西蘋果市場;Pat標準品 sigma公司;Pat溶液 準確稱取4mg Pat標準品，溶于1mL雙蒸水中，將配制好的溶液用雙蒸水分別稀釋成500、250、200、100、50μg/L的 Pat溶液;乙酸乙酯、碳酸鈉、冰乙酸 分析純;乙腈 色譜純;雙蒸水。

LC－2010高效液相色譜儀 日本島津公司;RE－52AA旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠;SHB－Ⅲ循環水式多用真空泵 鄭州長城科工貿有限公司; KQ3200B超聲波清洗機 昆山市超聲儀器有限公司;JG9060臭氧發生器 陜西金陽電子科技有限公司，輸出臭氧量≥480mg/h。

1.2 樣品制備

1.2.1 臭氧處理對水中Pat的降解效果 取5個潔凈錐形瓶，分別放入20mL各濃度(500、250、200、100、50μg/L)的Pat溶液，打開臭氧發生器，將臭氧分別通入這5個錐形瓶中，通入時間為5min。

1.2.2 臭氧處理對蘋果汁中Pat降解效果研究 將優質蘋果洗凈，榨汁，共320mL，將其平均分成A、B兩組。A組中加入2μL已經配制好的4mg/mL的Pat溶液，搖勻。取20mL A組溶液，臭氧發生器處理15min。取5mL處理液，用20mL雙蒸水轉移至分液漏斗內，加入25mL乙酸乙酯，振搖1min，靜置分層，取水層，繼續用乙酸乙酯提取2次。合并提取液，1.4%碳酸鈉水溶液萃取(10s內完成)，乙酸乙酯提取碳酸鈉水層一次，合并提取液。加4滴冰醋酸，在45℃旋轉蒸發器上蒸發至近干，晾干。乙酸鹽緩沖液復溶后定容到1mL，經0.45μm針頭過濾器過濾，供HPLC測定［9］。

B組加入2μL已經配制好的4mg/mL的Pat溶液，搖勻。取5mL試樣，用20mL雙蒸水轉移至分液漏斗內，加入25mL乙酸乙酯，振搖1min，靜置分層，取水層，繼續用乙酸乙酯提取2次。合并提取液，1.4%碳酸鈉水溶液萃取(10s內完成)，乙酸乙酯提取碳酸鈉水層一次，合并提取液。加4滴冰醋酸，在45℃旋轉蒸發器上蒸發至近干，晾干。乙酸鹽緩沖液復溶后定容到1mL，經0.45μm針頭過濾器過濾，供HPLC測定［9］。

1.3 測定方法

1.3.1 水中臭氧濃度的測定 在100mL碘量瓶中加入20%碘化鉀溶液1.14mL，加入臭氧發生器產生的臭氧水20mL，混勻，加入3moL/L硫酸溶液5mL，用0.099mol/L的硫代硫酸鈉標準溶液滴定至近無色時加1%淀粉溶液1mL，繼續滴定至溶液無色，計算臭氧的含量。

1.3.2 Pat含量的測定 色譜柱:C18柱，25.0cm× 4.6cm;溶劑:乙腈－水(1∶10)，流速:1mL/min，檢測器:紫外檢測器UV=276nm;進樣量:15μL。通過標準曲線計算Pat含量。Pat降解率(%)=(對照雙蒸水中Pat含量－臭氧水作用后Pat含量)/對照雙蒸水中Pat含量×100%。

制作標準曲線:取100μL已經配制好的4mg/mL Pat溶液，用乙酸鹽緩沖液稀釋成100μg/mL的標準儲備液，用此儲備液再稀釋成濃度為10μg/mL的標準工作液。將上述標準工作液用乙酸鹽緩沖液分別稀釋至濃度為50、100、150、250和500μg/L的標準溶液。將20μL各標準溶液分別注入色譜儀，按色譜條件進行測定，以峰面積對Pat含量(單位為μg/L)作出標準曲線［10］。

1.4 臭氧處理對蘋果汁理化性質的影響

可溶性固形物按GB12143.1－89［11］的方法進行測定;色值按QB/T1687－93－5.4［12］的方法進行測定;pH按ISO1842－1975［13］的方法進行測定;維生素C含量用鉬藍比色法測定［14］。

1.5 數據處理

所有處理重復三次，取其平均值作為最后結果，圖中數據為平均值±標準誤差(ˉX±S)，圖中相同字母表示數據間差異不顯著(P＞0.05)。數據分析采用EXCEL和SPASS16.0專業版統計軟件進行處理。

2 結果與討論

2.1 實驗水中臭氧的含量

用碘量法測定水中的臭氧濃度，由表1可以得出，水中臭氧濃度受到通氣時間的影響。在水體積相同的條件下，通氣時間越長，則臭氧濃度越高。由于臭氧的不穩定，臭氧在水中的濃度不單是量的積累，且伴隨著逸出和分解。所以，不能簡單的根據臭氧產量和時間推算臭氧濃度，而應該以碘量法測定不同時間點時水中的臭氧濃度。

表1 水體積，通氣時間和臭氧濃度之間的關系Table 1 Relationship between the volume of water，ventilation time and the concentration of ozone

2.2 臭氧對Pat的降解效果

2.2.1 臭氧對水中Pat的降解效果 由圖1得出，臭氧處理500、250、200、100、50μg/L的Pat溶液15min后，Pat含量均降低，其中500、250μg/L Pat溶液處理后差異不顯著;Pat溶液濃度越低，臭氧處理降解效果越好，差異越顯著(P＜0.05，n=3);50μg/L的Pat溶液降解到10.5μg/L，降解率為79%，降解效果最好。因此，50μg/L的Pat溶液為臭氧處理的最佳處理濃度。

Cataldo用高劑量的O3發生器(12%，w/w)處理濃度為6.8×10－3mmol/L(相當于1000μg/L)的Pat水溶液，Pat降解率達到92%［8］。

由圖2可知，50μg/L的Pat溶液，臭氧處理5、10、15、20和30min后，Pat含量均有顯著降低(P＜0.05，n=3);其中臭氧處理時間越長，降解效果越好;但處理15min以后的降解效果并沒有顯著增加;臭氧處理15min時降解率達到93.63%。因此，臭氧處理15min為最佳處理時間。

圖1 臭氧處理15min后對不同濃度Pat的降解率(ˉX±S，n=3)Fig.1 The degradation results of ozone on Pat solution after 15min treatment(ˉX±S，n=3)

圖2 不同臭氧處理時間對50μg/L的Pat降解效果(ˉX±S，n=3)Fig.2 The effects of degradation Pat of 50μg/L that ozone treatments for different times(ˉX±S，n=3)

2.2.2 臭氧處理對蘋果汁中Pat降解效果 根據上面的實驗結果，總結得出臭氧處理15min，Pat濃度為50μg/L時效果最明顯，因此以下實驗都依據這個條件進行臭氧處理。從圖3中可知，臭氧對蘋果汁中Pat有明顯降解效果，且降解率較高，降解了約為43.22%，差異顯著(P＜0.05，n=3)，臭氧處理效果明顯。Cataldo用高劑量的O3發生器(12%，w/w)處理Pat濃度為2.4×10－3mmol/L(當于370μg/L)的蘋果清汁，臭氧處理后Pat基本檢測不到［8］。

樹脂吸附法是去除Pat最常用的方法，在用樹脂處理果汁的初始階段可以將果汁中的Pat全部除去，但運行12h后，吸附棒對果汁中Pat的吸附效率逐漸下降［5］;微波處理也是降解棒曲霉素一種常用的方法，降解率較高，然而需要增加新的設備和工藝過程，提高了成本;而臭氧對蘋果汁中Pat降解效率較高。

2.3 臭氧處理對蘋果汁理化性質的影響

由表2可以看出，臭氧處理對蘋果汁色值有一定的影響，但并不顯著，它使蘋果汁的色值升高，主要原因是其存在帶有發色團和助色團的有機物。臭氧氧化能破壞發色團和助色團的共軛體系，將其氧化成小分子的有機物或無機物，使其失去發色能力，從而使蘋果汁色值升高，顏色變淺［15］。

臭氧處理對蘋果汁的可溶性固形物含量幾乎無影響。以糖度為例，可能是由于臭氧不能氧化多羥基的醛酮，從而使果汁中的糖類物質不發生變化，導致糖度不變［15］。

圖3 臭氧處理15min對蘋果汁中50μg/L的Pat的降解效果(ˉX±S，n=3)Fig.3 The degradation effects of ozone treatments of 15min on 50μg/L Pat in the apple juice(ˉX±S，n=3)

臭氧處理可使蘋果汁的pH降低，但差異不顯著。這主要是由于臭氧氧化使蘋果汁中總酸度提高，從而使游離的氫離子增多，pH減小［15］。

臭氧處理的蘋果汁VC含量有所下降。原因是VC有很強的還原性，很容易被強氧化劑臭氧氧化。由于此次臭氧濃度不是很高，因此影響不顯著。

Cataldo用高劑量的O3發生器(12%，w/w)對蘋果汁的處理過程中，沒有破壞可溶性糖的結構，不影響可溶性糖的含量。說明Pat是O3主要攻擊目標。不影響果汁品質［8］。復合吸附劑對蘋果汁的外觀與風味均產生較大的不良影響，進而影響了果汁的品質［16］。

表2 臭氧處理對蘋果汁色值、pH、VC含量和可溶性固形物的影響(ˉX±S，n=3)Table 2 Effect of ozone on color，pH，VCand soluble solids content of apple juice(ˉX±S，n=3)

3 結論

臭氧具有很強的氧化性，有殺菌作用，能有效降解蘋果汁中的Pat。臭氧處理15min對50～500μg/L的Pat都有降解效果，15min O3降解水中的50μg/L Pat降解率可以達到93.63%，對蘋果汁中的50μg/L Pat的降解可以達到43.22%。在0～15min的時間內隨著時間延長，臭氧濃度增加，降解效果也越好。表明O3降解Pat既安全又高效。實驗表明O3降解果汁中Pat的同時，對果汁的色值、可溶性固形物、pH、VC含量均沒有顯著的影響，不會影響果汁的品質。

另外，O3降解果汁中Pat是低投入高產出。臭氧降解可以避免吸附法和微波降解的不足，因為臭氧發生器價格低廉，在果汁加工過程中，臭氧已經應用于原料的清洗消毒以及果汁耐熱菌的消毒。因此，用臭氧處理降解Pat，不需要再添置特別的設備，比較經濟高效。吸附法也是降解Pat常用的一種方法，然而對于吸附劑的再生處理也是一個很棘手的問題，吸附劑的再生處理會污染環境。臭氧降解法卻可以避免這些不足，O3會再次轉變成氧，沒有任何的二次污染，符合食品安全的要求。

總之，利用臭氧來降解Pat有很多優點，如方便、經濟、有效，但是對于臭氧的處理條件，例如處理溫度、O3濃度等參數，還需進一步研究探討，進而找到最佳的工藝條件。

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Effect of ozone treatment on patulin degradation of apple juice

LI Yan－ling1，HUI Wei1，*，ZHAO Zheng－yang2，WANG Yan1
(1.College of Life Sciences，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China; 2.College of Horticulture，Northwest A＆F University，Yangling 712100，China)

The effect of ozone treatment on Pat degradation in apple juice and the impact on the juice quality were studied.Especially，the effect of ozone on the Pat degradation in the water and apple juice to different concentrations in 500，250，200，100，50μg/L Pat for different time 5，10，15，20，30min were studied.The results showed that ozone could degrade Pat，the lower the Pat concentration was，the better the effect of degradation was.With the degradation time prolonging，the results were better，after 15min the degradation rate would not increase.By ozone treatment 15min，degradation efficiency of apple juice inclusion 50μg/L Pat was the best，and in the experimental conditions，compared with control group，the pH，VCcontent，soluble solids and color values of apple juice were not significantly changed，so the ozone treatment was an effective，safe，inexpensive way to Pat degradation.

ozone;patulin;apple juice

TS255.44

A

1002－0306(2012)10－0120－04

2011－08－29 *通訊聯系人

李艷玲(1985－)，女，碩士研究生，研究方向:果蔬生理及貯藏保鮮。

2010年陜西省農業科技攻關項目(NC2010K01－11)。