CN107156605A - 一种利用碱性电解水消降谷物中呕吐毒素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用碱性电解水消降谷物呕吐毒素的方法：将碱性电解水与污染谷物以质量比例为2‑10:1的比例混合接触后，去除碱性电解水得到消降呕吐毒素的谷物；所述碱性电解水的制备方法为：在隔膜为阳离子交换膜的电解槽中，阳极、阴极均为惰性电极，从电解槽的入水口连续通入浓度为0.04‑0.1kg/L NaCl水溶液，流速为4.7‑6.7L/min，设定电解槽电流为8.4‑8.7A，施加电压9V，电解NaCl水溶液，通过调配阴极产物与阳极产物的混合量，收集pH值范围在8.5‑12.5的阴极产物即为所述碱性电解水，氧化还原电位为1097‑1109mv，有效氯浓度为30‑80ppm。本发明不仅消降有毒小麦等谷物中的呕吐毒素，而且不会造成二次污染，处理后的籽粒外观无变化，其水分含量、脂肪含量和蛋白质含量等主要品质指标无变化，小麦籽粒中的毒素含量消降率达到70％以上。

Description

一种利用碱性电解水消降谷物中呕吐毒素的方法
技术领域
本发明涉及一种操作简单、制作成本低的利用碱性电解水消降小麦等谷物呕吐毒素的方法。
背景技术
呕吐毒素，学名脱氧雪腐镰刀菌烯醇，简称DON，是由小麦赤霉病菌禾谷镰刀菌复合群产生的单端孢霉烯族毒素，具有较强的热稳定性和化学稳定性。
DON可以干扰核糖体肽基转移酶的活性，阻碍核糖体循环、抑制蛋白质的合成，引起头疼、头晕、嗜睡、呕吐、食欲丧失、肠道损伤、腹泻、中枢神经系统紊乱、共济失调、皮肤坏死、胃肠功能障碍、免疫功能障碍等症状。呕吐毒素被联合国粮农组织和世卫组织定位最危险的自然发生污染物，被列入国际研究的优先地位，严重危害人畜的安全。
小麦赤霉病是引起谷物呕吐毒素污染的主要原因，广泛分布于温暖潮湿地区。在我国赤霉病发生区域过去主要集中于长江中下游地区、华南冬麦区和东北春麦区，近年来在黄河流域及其附近区域也有发生，逐渐向北拓展蔓延。每年因赤霉病危害损失的小麦产量200-300 万吨，造成巨大的经济损失，并严重危害人和动物的健康。
为了严格控制食品安全，保障人和动物的健康，并且减少巨大的经济损失，研发和改进消降呕吐毒素的方法一直是学者研究的重大课题。基于近年来对呕吐毒素的生物合成、发病过程、病理研究和检测方法等方面的大量研究，目前发展起来的用于呕吐毒素消降的方法主要有物理法、化学法、生物法等。
1物理法
物理法主要包括机械加工法、高温灭菌、低温灭菌以及辐照法，其中机械加工法对呕吐毒素的脱除效果较小。辐照法是利用电子束照射或γ射线照射引发的分子内部反应，进而实现对毒素的脱除。高温和低温灭菌法的原理相似，都是通过改变温度，促进毒素的降解。
2化学法
化学法一般是利用化学试剂对麦粒进行洗涤，从而对呕吐毒素进行消降解。比较常用到的化学试剂有碳酸钠、亚硫酸氢钠、臭氧、双氧水或石灰水，这种方法脱除毒素不完全，而且可能会造成二次污染，影响谷物食用品质。
3生物法
生物法包括微生物防治、转基因法和生物酶解法。
微生物防治法一般在田间进行，主要是利用细菌或者真菌对呕吐毒素产生抑制作用。转基因法是基于基因工程技术的一种方法，对小麦进行基因转录，从而产生抗呕吐毒素的基因，从根本上防止毒素的产生。但是转基因食品对人体的研究尚未明了，转基因食品安全目前受到人们的担忧。酶解法主要是选用特种酶，利用其降解作用，使得呕吐毒素受到破坏或降低其毒性，具备有效性、专一性等优点。但是其费用高，效果不稳定制约着该方法的广泛应用，且酶解后的产物化学结构不明了、无法定性呕吐毒素降解酶的降解效率、生物发酵法生产的降解酶活性不高，有待进一步研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用碱性电解水消降小麦籽粒中呕吐毒素的方法，具有简单可行、处理成本低、安全无毒、无污染残留、不改变谷物食品品质等优点。
本发明采用以下技术方案：
一种利用碱性电解水消降作物中呕吐毒素的方法，其特征在于：将碱性电解水与呕吐毒素污染谷物以质量比例为2-10:1的比例混合接触后，去除碱性电解水得到消降呕吐毒素的谷物；所述碱性电解水的制备方法为：在隔膜为阳离子交换膜的电解槽中，阴阳两极均为惰性电极，从电解槽的入水口连续通入浓度为0.04-0.1kg/L NaCl水溶液，流速为4.7-6.7L/min，设定电解槽电流为8.4-8.7A，施加电压9V，电解NaCl水溶液，通过调配阴极产物与阳极产物的混合量，收集pH 值范围在8.5-12.5的阴极产物即为所述碱性电解水。
进一步，本发明所述调配阴极产物与阳极产物的混合量可通过调节阴极产物出水阀或阳极产物出水阀的流速实现。
进一步，本发明采用上述碱性电解水的制备方法制得的碱性电解水的氧化还原电位为1097-1109mv，有效氯浓度为30-80ppm，pH8.5-pH12.5。
进一步，本发明所述呕吐毒素污染谷物为呕吐毒素污染的小麦、大麦或玉米。
进一步，本发明所述呕吐毒素污染谷物所述呕吐毒素为脱氧雪腐镰刀菌烯醇。
进一步，本发明所述呕吐毒素污染谷物所述呕吐毒素包括但不限于脱氧雪腐镰刀菌烯醇，还可为3-乙酰脱氧雪腐镰刀菌烯醇、15-乙酰脱氧雪腐镰刀菌烯醇或雪腐镰刀菌烯醇等单端孢霉烯族毒素。
进一步，本发明所述碱性电解水与呕吐毒素污染谷物的混合接触时间为5-75min。
进一步，本发明的利用碱性电解水消降作物中呕吐毒素的方法为: 将碱性电解水与呕吐毒素污染谷物以质量比例为2-10:1的比例混合接触后，去除碱性电解水得到呕吐毒素消降的谷物去除碱性电解水得到呕吐毒素消降的谷物，再将得到呕吐毒素消降的谷物再用所述碱性电解水混合接触，去除碱性电解水，重复1-3次，最终得到目标产物呕吐毒素消降的谷物。
进一步，本发明所述碱性电解水与所述呕吐毒素污染谷物的混合方式为浸泡或将碱性电解水对有毒作物籽粒进行持续的淋洗。
更进一步，所述碱性电解水与呕吐毒素污染谷物浸泡过程采用立式三叶旋桨式搅拌装备搅拌。
进一步，本发明所述碱性电解水的制备方法中：电解槽为树脂材料，居于槽中间的隔膜将其分成阳极和阴极两部分，隔膜材料为阳离子交换膜，只允许阳离子通过，而阴离子不能通过，即只有氢离子(H+) 和钠离子(Na+)可以通过，而氯离子(Cl-)和氢氧根离子(OH-)则不能通过，这样可以避免阴阳两极的离子溶液混合。阳极和阴极均为惰性电极，电极材料均为在钛板上面烧结含铂、铱和钌等重金属成分。
电解时阴、阳极发生如下的电化学反应：
阳极：
2H2O→O2+4H++4e-
2Cl-→Cl2+2e-
Cl2(aq)+H2O→HCl+HClO
H2O→H++·OH+e-
·OH+·OH→H2O2
H2O2→O2+2H++2e-
阴极：
2H2O+2e-→H2+2OH-
进一步，所述电解剂NaCl水溶液通过外置的一个脉冲计量泵从电解剂箱泵入后与过滤软化后的自来水混合在一起，混合溶液中浓度为NaCl浓度为0.04-0.1kg/L，并通过电解槽下端的入水口同时到达阴极和阳极并进行电解制备。
本发明的有益效果主要体现在：
1、本发明提供一种利用碱性电解水消降小麦等谷物呕吐毒素的方法，操作简单可行、处理成本低、碱性电解水安全无毒、无污染残留，不会对人体造成任何伤害等优点。
2、本发明中用碱性电解水处理后的小麦籽粒，没有出现破皮等外观变化的情况，且其水分含量、脂肪含量、蛋白质含量等主要品质指标无变化，小麦籽粒中呕吐毒素的消降率达到70以上％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
以下实施例所用自来水皆先经过砂滤、碳滤，过滤棉进行过滤，从而去除自来水中细小的颗粒杂质和游离氯，然后经过反渗透膜净化，去除掉自来水中钠、镁、钙等金属离子和其它阳离子，去除氟、氯、硝酸根、亚硝酸根、硫酸根等阴离子。
实施例1
在电压9V、电流8.7A、NaCl电解剂溶液浓度0.09kg/L的条件下，控制电解剂溶液进入电解槽的总流速为4.7L/min，通过调配电解槽中阴极产物与阳极产物的混合量,调节碱性电解水出水阀(即阴极产物出水阀)流速为2.5L/min，酸性电解水出水阀(即阳极产物出水阀)流速为2.2L/min，得到氧化还原电位1109mV、有效氯浓度70ppm、 pH为8.5的碱性电解水。
实施例2
在电压9V、电流8.7A、NaCl电解剂溶液浓度0.09 4kg/L的条件下，控制电解剂溶液进入电解槽的总流速为4.8L/min，通过调配电解槽中阴极产物与阳极产物的混合量,调节碱性电解水出水阀流速为 2.9L/min，酸性电解水出水阀流速为1.9L/min，得到氧化还原电位 1104mV、有效氯浓度75ppm、pH为9.5的碱性电解水。
实施例3
在电压9V、电流8.4A、NaCl电解剂溶液浓度0.1kg/L的条件下，控制电解剂溶液进入电解槽的总流速为4.9L/min，通过调配电解槽中阴极产物与阳极产物的混合量,调节碱性电解水出水阀流速为 3.3L/min，酸性电解水出水阀流速为1.6L/min，得到氧化还原电位1097mV、有效氯浓度80ppm、pH为10.5的碱性电解水。
实施例4
在电压9V、电流8.6A、NaCl电解剂溶液浓度0.09kg/L的条件下，控制电解剂溶液进入电解槽的总流速为6.0L/min，通过调配电解槽中阴极产物与阳极产物的混合量,调节碱性电解水出水阀流速为 4.8L/min，酸性电解水出水阀流速为1.2L/min，得到氧化还原电位1100mV、有效氯浓度80ppm、pH为11.5的碱性电解水。
实施例5
在电压9V、电流8.5A、NaCl电解剂溶液浓度0.085kg/L的条件下，控制电解剂溶液进入电解槽的总流速为6.7L/min，通过调配电解槽中阴极产物与阳极产物的混合量,调节酸性电解水出水阀流速为6.0L/min，碱性电解水出水阀流速为0.7L/min，得到氧化还原电位 1099mV、有效氯浓度65ppm、pH为12.5的碱性电解水。
实施例6：
(1)准备材料：已经霉变的小麦、按照实施例2制备的pH为9.5 碱性电解水与自来水(对照)。
(2)实验步骤：称取3组霉变小麦籽粒，每组3个重复，每个重复30g，都均匀地放置在相同的三角锥形瓶中。3组小麦样品分别进行处理为：未处理、以自来水与小麦籽粒质量比为6:1的比例加入自来水、以实施例2制得pH为9.5的碱性电解水与小麦籽粒质量比为 6:1的比例加入碱性电解水，放置在室温下浸泡45min，然后将小麦籽粒在45℃的烘箱中烘干，采用国标SN/T 1571-2005测定小麦籽粒中呕吐毒素的含量，其结果见表1。
表1碱性电解水对小麦籽粒的呕吐毒素消降效果
由表1可知，未任何处理的小麦籽粒，其呕吐毒素的含量为 2.63mg/kg±0.02mg/kg，而经过自来水浸泡后的小麦籽粒中呕吐毒素含量为2.14mg/kg±0.04mg/kg，毒素含量略有减少，效果不显著。经过 pH为9.5的碱性电解水处理的小麦籽粒中呕吐毒素含量1.01mg/kg±0.04mg/kg，毒素含量减少大，说明碱性电解水对呕吐毒素有一定的消降效果。
实施例7
对呕吐毒素污染小麦籽粒与碱性电解水的作用pH、料液比、作用时间与期间换水频率进行呕吐毒素的消降效果检测。
准备材料：呕吐毒素污染小麦籽粒、按照上述实施例1、2、3、 4、5分别制备的pH为8.5、9.5、10.5、11.5和12.5的碱性电解水。
实验步骤：
(1)将呕吐毒素污染小麦籽粒分成5组，每组3个重复，每个重复30g，分别装进相同的15个锥形瓶中，然后按照液料比为6:1向每组分别添加实施例1、2、3、4、5分别制备的pH为8.5、9.5、10.5、 11.5和12.5的碱性电解水，在室温下浸泡45min，其结果见下表2。
表2不同pH对小麦籽粒呕吐毒素的消降效果
由表2可知，碱性电解水的pH在8.5至12.5范围内，当pH小于9.5时，消降率随着pH的增大而增大，但是当pH大于9.5时，消降率随着pH的增大而逐渐减小，因而得到pH为9.5时的碱性电解水对小麦籽粒中呕吐毒素的消降效果最佳，达到 61.60mg/kg±0.02mg/kg。
(2)将呕吐毒素污染小麦籽粒分成5组，每组三个重复，每个重复30g，然后在室温条件下，将实施例2制得的pH为9.5的碱性电解水按照液料比为6:1置于装有小麦籽粒的锥形瓶中混合，其混合时间分别为15、30、45、60、75min，结果见下表3。
表3碱性电解水与小麦籽粒不同混合时间对呕吐毒素的消降效果
时间(min) 15 30 45 60 75
消降率(％) 50.38±0.02 55.51±0.02 66.35±0.02 65.97±0.03 78.87±0.02
由表3可知，随着碱性电解水与小麦籽粒混合的时间延长，其对呕吐毒素污染小麦籽粒的呕吐毒素消降效果增强，但是在45min时，消降率达到最高，后面随着时间的延长，消降率并没有显著增大，因而得出时间在45min时，其消降效果最佳。
(3)将呕吐毒素污染小麦籽粒分成5组，每组3个重复，每个重复30g，然后在室温条件下，将实施例2制得的pH为9.5的碱性电解水按照液料比为2:1、4:1、6:1、8:1和10:1与呕吐毒素污染小麦籽粒混合，混合时间45min，结果见下表4。
表4碱性电解水与小麦籽粒不同混合料液比对呕吐毒素的消降效果
料液比 1:2 1:4 1:6 1:8 1:10
消降率(％) 24.53±0.01 53.61±0.01 64.83±0.01 65.59±0.01 64.83±0.02
由表4可知，在液料比在2:1-6:1的范围内，随着碱性电解水和小麦籽粒混合的液料比的增大，其消降率也在不断增加，其后液料比增大，消降效果并不会持续地显著增强，因而得出，在料液比为6:1 时，其消降效果最佳。
(4)将呕吐毒素污染小麦籽粒分成3组，每组3个重复，每个重复30g，在室温条件下，将实施例2制得的pH为9.5的碱性电解水置于装有小麦籽粒的锥形瓶中混合45min，料液比为1：6，期间三份分别调换新配置的碱性电解水1次、2次、3次，结果见下表5.
表5碱性电解水与小麦籽粒混合时不同换水次数对呕吐毒素的消降效果
次数 1 2 3
消降率(％) 64.83±0.01 70.15±0.01 72.06±0.01
由表5可知，碱性电解水与呕吐毒素污染小麦籽粒混合45min 期间，随着更换新配置的碱性电解水的次数增大，其对呕吐毒素的消降率也增大，但是换水次数为3时，其消降率并没有显著增强，因而得出，更换电解水次数为2时，其对呕吐毒素的消降效果最佳。

Claims (8)

1.一种利用碱性电解水消降谷物呕吐毒素的方法，其特征在于：将碱性电解水与呕吐毒素污染谷物以质量比例为2-10:1的比例混合接触后，去除碱性电解水得到呕吐毒素消降的谷物；所述碱性电解水的制备方法为：在隔膜为阳离子交换膜的电解槽中，阴阳两极为惰性电极，从电解槽的入水口连续通入浓度为0.04-0.1kg/L NaCl水溶液，流速为4.7-6.7L/min，设定电解槽电流为8.4-8.7A，施加电压9V，电解NaCl水溶液，通过调配阴极产物与阳极产物的混合量，收集pH值范围在8.5-12.5的阴极产物即为所述碱性电解水。
2.如权利权利要求1所述的利用碱性电解水消降谷物中呕吐毒素的方法，其特征在于：所述调配阴极产物与阳极产物的混合量可通过调节阴极产物出水阀或阳极产物出水阀的流速实现。
3.如权利要求1所述的利用碱性电解水消降谷物中呕吐毒素的方法，其特征在于：所述呕吐毒素污染谷物为呕吐毒素污染的小麦、大麦或玉米。
4.如权利要求1所述的利用碱性电解水消降谷物中呕吐毒素的方法，其特征在于：所述呕吐毒素污染谷物所述呕吐毒素为脱氧雪腐镰刀菌烯醇。
5.如权利要求1所述的利用碱性电解水消降作物中呕吐毒素的方法，其特征在于：所述碱性电解水与呕吐毒素污染谷物的混合接触时间为5-75min。
6.如权利要求1所述的利用碱性电解水消降作物中呕吐毒素的方法，其特征在于：将碱性电解水与呕吐毒素污染谷物以质量比例为2-10:1的比例混合接触后，去除碱性电解水得到呕吐毒素消降的谷物去除碱性电解水得到呕吐毒素消降的谷物，再将得到呕吐毒素消降的谷物再用所述碱性电解水混合接触，去除碱性电解水，重复1-3次，最终得到目标产物呕吐毒素消降的谷物。
7.如权利要求1所述的利用碱性电解水消降作物中呕吐毒素的方法，其特征在于：所述碱性电解水与所述呕吐毒素污染谷物的混合方式为浸泡或将碱性电解水对有毒作物籽粒进行持续的淋洗。
8.如权利要求6所述的利用碱性电解水消降谷物中呕吐毒素的方法，其特征在于：所述碱性电解水与呕吐毒素污染谷物浸泡过程采用立式三叶旋桨式搅拌装备搅拌。
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