CN110907241A

CN110907241A - 一种等离子体降解水溶液中脱氧雪腐镰刀菌烯醇的方法

Info

Publication number: CN110907241A
Application number: CN201911132206.9A
Authority: CN
Inventors: 杨宪立; 赵志勇; 王建华; 杨俊花; 陈珊珊; 周佳欣; 周昌艳
Original assignee: Shanghai Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Shanghai Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2020-03-24

Abstract

本发明提供了一种等离子体降解水溶液中脱氧雪镰刀菌烯醇的方法，属于真菌毒素削减技术领域，所述方法包括以下步骤：1)将脱氧雪镰刀菌烯醇与水混合获得样本溶液；2)用等离子体处理所述样本溶液进行降解；步骤2)中设置所述等离子体的电压为15～40kV；所述处理时间为15～125min。本发明提供的等离子体降解水溶液中脱氧雪镰刀菌烯醇的方法，操作简单，无二次污染，降解率高。

Description

一种等离子体降解水溶液中脱氧雪腐镰刀菌烯醇的方法

技术领域

本发明属于真菌毒素消减技术领域，尤其涉及一种等离子体降解水溶液中脱氧雪镰刀菌烯醇的方法。

背景技术

真菌毒素(Mycotoxin)是由真菌产生的次级代谢产物，在农作物产品、食品及饲料中的污染情况日趋严重。其中，由镰刀菌产生的B类单端孢霉烯族毒素是全球范围内发生率最高的一类真菌毒素。它广泛污染小麦、大麦、玉米等谷物其产品。据估计，每年全世界有25％的粮食作物受到真菌毒素的污染。据联合国粮食与农业组织(Food and AgricultureOrganization ofthe UnitedNations，FAO)估算，全世界每年由此造成的经济损失有数千亿美元。我国江淮地区是小麦、玉米等作物主产区之一，小麦、玉米等真菌毒素污染相对严重。来自这些产区谷物的真菌毒素脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)检出率较高。

DON能够引起动物拒食、呕吐、恶心、生长迟滞、神经内分泌紊乱和免疫抑制等症状。同时，它还具有很强细胞毒性(抑制DNA、RNA、蛋白质合成)、胚胎毒性(胚胎死亡、胎儿生长迟缓、功能发育不全)、一定致畸性、弱致癌性，并且影响人和动物的免疫系统。动物摄入后，在肝、肾、肌肉、血、乳汁及鸡蛋中可检出真菌毒素及其代谢产物，通过食物链对人类健康造成极大的潜在危害。

此外，近两年我国农业气候条件较差，江淮地区小麦、玉米等部分真菌毒素的含量已超出饲料限量标准。因此这部分谷物直接转为饲料用。虽然此部分饲料占比例较小，但总量还是很大的。动物用超限量，废弃不用浪费也大。

目前，降低真菌毒素最成熟有效的方式是吸附法，但吸附剂也会吸附维生素和微量元素等营养物质。降低真菌毒素最简单的方法是稀释法，即把真菌毒素含量超过标准限量的谷物、饲料与真菌毒素含量少的混合，从而使混合后的真菌毒素量不超过标准限量，但是真菌毒素总的污染量是没有变化的。另外，碾压、脱壳、去残渣、水洗、酸价化等也能减少食品、饲料中的真菌毒素，但上述处理手段都有一定的缺陷。

等离子放电技术特别是冷等离子体在农业与食品行业中有着良好的发展前景。冷等离子体技术具有原料简单、等离子体活性粒子不产生二次污染及氧化性强等多种优势，目前已经在初级和次级食品及农产品生产的多个环节得到了多种应用，包括原料处理，中间产品或成品处理，以及食品生产环境的处理等。Ten Bosch等证实了基于介质阻挡放电的冷大气压空气等离子体对食品和饲料安全中的真菌毒素降解的有效性。Park等研究了采用大气压下微波诱导的氩气等离子体处理悬浮在氯仿中的DON。Ten Bosch等研究了大气压介质阻挡放电与环境空气一起作为工作气体降解霉菌毒素的功效。

因此有必要开发基于等离子体放电技术的真菌毒素DON降解方法，以减少了高毒素含量粮食、食品及饲料的浪费，对保障粮食、饲料和食品供给、保护畜禽动物生长和保护消费者身体健康方面都具有重要意义，应用潜力巨大，市场前景广阔。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种操作简单、降解率高的利用等离子体降解水溶液中脱氧雪镰刀菌烯醇的方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种等离子体降解水溶液中脱氧雪镰刀菌烯醇的方法，包括以下步骤：

1)将脱氧雪镰刀菌烯醇样本与水混合获得样本溶液；

2)用等离子体处理所述样本溶液进行降解；

步骤2)中设置所述等离子体的电压为15～40kV；所述处理时间为15～125min。

优选的，所述样本溶液中脱氧雪镰刀菌烯醇的浓度为500～10000μg/L。

优选的，所述样本溶液中脱氧雪镰刀菌烯醇的浓度为1000～5000μg/L。

优选的，步骤2)中设置所述等离子体的电压为16～38kV。

优选的，步骤2)中设置所述等离子体的电压为17～35kV。

优选的，所述处理时间为30～121min。

优选的，所述处理时间为90～120min。

优选的，所述等离子体由等离子体发生器作用样本溶液后，液体放电生成。

优选的，所述等离子体发生器的电极材料为铁。

本发明的有益效果：本发明提供的等离子体降解水溶液中脱氧雪镰刀菌烯醇的方法，利用等离子体处理样本溶液，操作简单，无二次污染；所述方法降解率高；根据实施例的记载，脱氧雪镰刀菌烯醇的初始含量为5000μg/L的DON水溶液样品，在处理时间为120min，外加电压为35kV时，脱氧雪镰刀菌烯醇的含量降至300μg/L以下；脱氧雪镰刀菌烯醇的初始含量为1000μg/L的DON水溶液样品，在处理时间为120min，外加电压为35kV时，脱氧雪镰刀菌烯醇的含量降为0。

附图说明

图1为采用的等离子体发生器示意图；

图2为设定外加电压为35kV时，初始含量为1000、5000μg/L的水溶液中DON含量随时间变化趋势图。

图3为设定外加电压为17kV时，初始含量为1000、5000μg/L的水溶液中DON含量随时间变化趋势图。

具体实施方式

本发明提供了一种等离子体降解水溶液中脱氧雪镰刀菌烯醇的方法，包括以下步骤：1)将脱氧雪镰刀菌烯醇样本与水混合获得样本溶液；2)用等离子体处理所述样本溶液进行降解；步骤2)中设置所述等离子体的电压为15～40kV；所述处理时间为15～125min。

在本发明中，将脱氧雪镰刀菌烯醇与水混合获得样本溶液。在本发明中，所述样本溶液中脱氧雪镰刀菌烯醇的浓度优选为500～10000μg/L；更优选为1000～5000μg/L。在本发明中，所述脱氧雪镰刀菌烯醇样本为脱氧雪镰刀菌烯醇标准品或含有脱氧雪镰刀菌烯醇的物质；所述含有脱氧雪镰刀菌烯醇的物质包括含有脱氧雪镰刀菌烯醇的谷物、含有脱氧雪镰刀菌烯醇的饲料和含有脱氧雪镰刀菌烯醇的食品等。本发明对所述水的种类没有特殊限定，采用常规的自来水、纯净水、蒸馏水或超纯水均可。

本发明在获得所述样本溶液后，用等离子体处理所述样本溶液进行降解。在本发明中，设置所述等离子体的电压优选为16～38kV，更优选为17～35kV。在本发明中，所述处理时间优选为30～121min，更优选为90～120min。在本发明中，所述等离子体由等离子体发生器作用样本溶液后，液体放电生成。在本发明中，所述等离子体发生器包括高压电源、高压电极和腔体组成。所述等离子体发生器的高压电源的电压在2～40kV连续可调；电极材料优选为铁，电极顶端与接地极间隙优选为3cm；整个发生器的腔体为圆柱体，所述腔体优选的由石英玻璃制成，所述腔体的内管直径优选为3cm，所述腔体的体积优选为100mL。

在本发明中，对所述样本溶液、等离子体处理后的样本溶液中脱氧雪镰刀菌烯醇含量的测定参考国家标准方法(GB/T 23503-2009)。在本发明中，降解率优选的按如下公式计算：

η＝(C_t-C₀)/C_t

其中，C₀(μg/L)表示脱氧雪镰刀菌烯醇在溶液中的初始浓度，C_t(μg/L)表示处理后溶液中DON毒素浓度。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

主要设备与试剂

等离子体发生器(结构如图1所示，由高压电源、高压电极和腔体组成。高压电源的电压在2～40kV连续可调；电极材料为铁，电极顶端与接地极间隙为3cm；整个发生器的腔体为圆柱体，由石英玻璃制成，腔体的内管直径为3cm，腔体的体积为100mL。)，高效液相色谱仪(美国Waters公司)，涡旋仪(海门其林贝尔公司)，氮吹仪(西安精大检测设备有限公司)，Milli-Q超纯水机(德国Millipore公司)。

标准品及试剂

真菌毒素DON标准品(≥99％，HPLC)，ROMER国际贸易(北京)有限公司；甲醇、乙腈均为色谱纯，购自德国MERCK公司；脱氧雪腐镰刀菌烯醇免疫亲和柱，ROMER国际贸易(北京)有限公司；其它试剂均购自国药化学试剂有限公司。

实验方法

1、溶液配制

以水为溶剂配制浓度分别为1000、5000μg/L的DON水溶液50mL，待处理。

2、等离子体处理

把上述配制好的DON水溶液置于等离子体发生器上，分别设定外加电压为17kV和35kV，每次处理分别重复3次，同时设定未处理样品为对照组。

3、DON浓度测定

参考国家标准方法(GB/T 23503-2009)对上述步骤中等离子体处理过的溶液样品及对照样品进行DON定量检测。

4、降解率计算

DON降解率计算按如下公式

η＝(C_t-C₀)/C_t

其中，C₀(μg/L)表示DON毒素在水溶液中的初始浓度，C_t(μg/L)表示处理后溶液中DON毒素浓度。

结果：设置外加电压分别为17kV和35kV，对初始浓度分别为1000、5000μg/L的DON溶液经过等离子体处理，其中35kV时处理结果如图2和图3所示。

从图2可以看出，初始浓度为1000μg/L的DON溶液，当设定外加电压为35kV，处理时间为15、30、45、60、75、90、105和120min时，DON降解率分别为85.9％、92.1％、95.2％、96.1％、97.4％、98.7％、99.0％和100％，其中在等离子体处理时间达到120min时，DON已完全降解；初始浓度为5000μg/L的DON溶液降解率分别为66.1％、82.1％、84.3％、85.4％、89.6％、92.5％、93.4％和94.1％，其中在等离子体处理时间达到第120min时，水溶液中DON含量仅为294μg/L。因此，水溶液中直接放电等离子体可以有效降解真菌毒素DON。

从图3可以看到，初始浓度为1000μg/L的DON溶液，当设定外加电压为17kV，处理时间为15、30、45、60、75、90、105和120min时，DON降解率分别为51.6％、68.1％、74.8％、80.4％、84.2％、88.1％、90.8％和91.9％，其中在等离子体处理时间达到120min时，水溶液中DON浓度仅为81.2μg/L；初始浓度为5000μg/L的DON溶液降解率分别为29.9％、45.2％、50.3％、59.2％、65.1％、73.4％、74.0％和74.8％，其中在等离子体处理时间达到第120min时，水溶液中DON含量降至2853μg/L。

由上述实施例可知，本发明提供的基于直接放电等离子体进行水中真菌毒素DON的降解方法，操作简单，无二次污染、降解率较高。利用本发明所述的方法可以使初始含量为5000μg/L的水溶液DON样品120min时DON含量下降至300μg/L以下。本发明所述方法解决了已报道方法的技术难题，对保障粮食、饲料和食品供给、保护畜禽动物生长和保护消费者身体健康提供了很好的技术支持。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种等离子体降解水溶液中脱氧雪镰刀菌烯醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将脱氧雪镰刀菌烯醇样本与水混合获得样本溶液；

2)用等离子体处理所述样本溶液进行降解；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述样本溶液中脱氧雪镰刀菌烯醇的浓度为500～10000μg/L。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述样本溶液中脱氧雪镰刀菌烯醇的浓度为1000～5000μg/L。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中设置所述等离子体的电压为16～38kV。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2)中设置所述等离子体的电压为17～35kV。

6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述处理时间为30～121min。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述处理时间为90～120min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体由等离子体发生器作用样本溶液后，液体放电生成。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述等离子体发生器的电极材料为铁。