苹果汁中棒曲霉素臭氧降解机制及安全性评价研究

Patulin is toxic to humans and animals, including carcinogenicity and teratogenicity. The contamination rate of patulin in apple juice is very high, so it is an important food safety problem needed to be resolved for fruit juice industries presently. The project will use ozone to degrade patulin in apple juice, and study the ozonolysis mechanism of patulin in the model system. The ozonolysis products of patulin are identified using the GC-MS, TLC, IR，and NMR. Exploring the factors influencing ozonolysis efficiency of patulin in apple juice, and establishing the kinetic model of degrading patulin with ozone. The changes in sensory quality and nutrient components of apple juice are measured after being treated by ozone. The edible safety of apple juice is evaluated after being detoxified preliminarily using Saccharomyces cerevisiae test and HepG2 cell toxicology test. The research results will not only be an important progress in illuminating the ozonolysis mechanism of patulin, but also provide theory evidence and technical help in developing the equipments degrading patulin in fruit juice and their application in the fruit juice industries. So it has a great market application prospects for this research.

棒曲霉素（Patulin）对人和动物具有致癌、致畸等毒性，在苹果汁中污染率很高，是果汁加工业亟待解决的重大食品安全问题。本项目拟利用臭氧降解苹果汁中污染的棒曲霉素，研究在模式系统下棒曲霉素的臭氧降解机制，采用气质（GC-MS）、薄层色谱（TLC）、红外光谱（IR）及核磁共振（NMR）等技术识别棒曲霉素臭氧降解产物；在苹果汁体系中探讨影响棒曲霉素臭氧降解效果的因素及大小，并建立苹果汁中棒曲霉素臭氧降解动力学模型，确定臭氧处理对果汁感官和营养品质的影响；通过酿酒酵母实验和HepG2细胞毒理学实验初步了解苹果汁中棒曲霉素臭氧降解后的食用安全性。解决这些问题不但在阐明棒曲霉素臭氧降解机制研究上是一项重大进展，而且为今后开发苹果汁中棒曲霉素臭氧脱毒设备及其商业化应用提供理论依据和技术支持，具有很大的市场前景。

棒曲霉素（Patulin，PAT）主要是由扩展青霉产生的次级代谢产物，具有致癌、致畸作用、诱变性、基因毒性和细胞毒性。棒曲霉素在苹果汁中的污染率很高，经常饮用棒曲霉素污染的苹果汁很容易导致急性或慢性中毒，严重威胁着消费者的健康，并给生产经营者造成巨大的经济损失。. 本研究利用臭氧技术降解苹果汁中污染的棒曲霉素，探讨了棒曲霉素臭氧降解机制、影响苹果汁中棒曲霉素臭氧降解的因素、臭氧降解棒曲霉素的动力学模型、臭氧处理对果汁品质的影响以及臭氧脱毒后的安全性评价。. 通过研究确定了棒曲霉素主要臭氧降解产物是PAT-1,2,3-三氧化物、PAT-1,2,4-三氧化物、1,4-二恶烷-2-醇、对二氧环己酮、乙醛酸（Glyoxylic acid）、乙二酸/草酸（Oxalic acid）、二甘醇酸（Diglycolic acid）和CO2等，棒曲霉素臭氧降解是按照Criegee反应机理进行，根据棒曲霉素臭氧降解产物，推断出棒曲霉素的臭氧降解路径。明确了棒曲霉素初始浓度、臭氧浓度、臭氧流速、果汁pH、臭氧处理时间以及果汁稀释倍数是影响棒曲霉素降解的主要因素；果汁棒曲霉素初始浓度、pH值、臭氧浓度以及果汁稀释倍数对棒曲霉素臭氧降解均遵循一级动力学方程，且其曲线拟合良好，其相关系数R2均大于0.97。臭氧处理对果汁总酸度、pH、可溶性固形物含量几乎无影响，而对果汁的色泽、有机酸和多酚类物质氧化破坏较大；通过酿酒酵母实验和HepG2细胞毒理学实验均证实，经臭氧脱毒处理后PAT及其氧化产物的毒性显著降低，在足够臭氧浓度和臭氧处理时间下，果汁中的棒曲霉素得到完全降解，果汁的食用安全性获得显著提高。臭氧脱毒技术与现有吸附技术相比，不仅具有脱毒效果好，而且效率高、成本低、果汁损失少、安全无污染、环保，不会造成二次污染等明显优势，因此，臭氧技术完全可以替代现有的吸附技术应用于果汁加工业。