辉光放电等离子体降解苹果汁中棒曲霉素机理研究

Patulin is one of the mycotoxin that has stable chemical structure and strong toxicity. High content of patulin in apple juice can cause severe food safety problem.．In order to reduce the content of patulin and improve the safety of apple juice, effective, inexpensive, and easily operated technologies are badly needed for treating patulin. Glow discharge plasma (GDP) is a novel kind of electrochemical process; it can degrade organic chemicals effectively. But there was no application in degradation of patulin by GDP. In allusion to the problem that it is difficult to degrade Patulin and eliminate its toxicity, the research will be the first to focus on the study of the degradation mechanism of Patulin in apple juice by GDP based on its structure and properties. Firstly, the effective degradation conditions of Patulin by GDP will be studied according to the degradation efficiency. Secondly, the content and the chemical structure characteristic of the intermediate products will be detected by HPLC, Raman spectra, Infrared spectra; aroma compounds of apple juice will be detected by GC-MS; The biological toxicity of the intermediate products will be tested by the experiment of inhibition of seeds sprouting and HepG2 cell toxicology test. At last, Principal component analysis (PCA) will be applied to find change rules of intermediate products and the major factors of apple juice quality, and in turn to establish the degradation mechanism of Patulin by GDP and the model of apple juice quality evaluation. The results of the research would provide new theory for effective degradation of Patulin. in apple juice by GDP.

棒曲霉素（Patulin.Pat）是性质稳定毒性较强的真菌毒素。苹果汁中Pat的高含量会导致严重的食品安全问题。为了降低Pat的含量提高苹果汁食用安全性，亟需一种高效、廉价、易操作的方法处理Pat。辉光放电等离子体（GDP）是一种新兴的电化学方法，能有效降解有机物。但在降解Pat中未见应用。针对Pat难以降解及脱毒的问题，本项目拟率先在研究Pat化学结构与性能的基础上，研究GDP对苹果汁中Pat的降解机理。首先，依据降解率研究GDP降解Pat的最优条件；其次，利用HPLC，拉曼光谱和红外光谱等方法测定降解中间产物的化学结构与含量，通过种子发芽和HepG2细胞毒性试验研究降解前后毒性，利用气质色谱测定苹果汁香气成分。最后，采用主成分分析法确定降解中间产物的主要官能团和变化规律以及决定苹果汁品质主要因素，依此建立GDP降解Pat的机理及苹果汁品质评价模型。为寻求有效降解Pat的方法提供新理论。

棒曲霉素（Patulin，PAT），主要由棒曲霉（Aspergillum clavatus）及扩展青霉（P. expansum）等真菌产生的一种具有毒性的代谢产物。PAT 广泛存在于霉变的水果、蔬菜和谷物中，在苹果及其制品中最为稳定，而人类饮食中 PAT 主要来源于以苹果和梨等为原材料的制品。大量研究表明，PAT 具有很强的毒性，可能会引起临床上一系列急性症状，如激动、溃疡及呕吐等；并具有遗传毒性、神经毒性和致畸性，可导致人体细胞内部免疫系统失衡。苹果汁是苹果最主要的加工品，但榨汁所用的果实采收和采后处理粗放，易被病原菌侵染。虽然在榨汁前通过分选可将大部分症状明显的感病果实剔除，但仍有部分会被榨汁，导致果汁被真菌孢子污染，从而造成PAT的积累。辉光放电等离子体（glow discharge plama, GDP）是一种新型的等离子体杀菌技术，具有处理温度低、高效、无残留的特点。近年来，在 GDP 的应用方面，研究人员发现GDP产生的高能活性粒子对细菌、真菌和病毒等具有高效的清除率，其生成的强氧化性物质·OH和H2O2等，特别适合食品中毒素的降解以及微生物的灭活，且无二次污染物的生成，是一种更安全，更高效、更环保的技术方法。.本课题主要研究了 GDP 处理对 P. expansum、F. sulphureum、F. solani、A. elegans 生长、发育和致病力的影响，优化了处理条件，探讨了 GDP 的作用机制。此外，还评价了 GDP处理对PAT的降解作用。结果表明：GDP电压、处理时间和极距是显著影响杀菌率的因素，通过改变参数可以对水中的F. sulphureum、F. solani和A. elegans孢子有明显的抑制作用；在优化后的处理条件下，GDP可以通过诱导活性氧的积累和破坏孢子细胞膜的完整性来灭活苹果汁中的P. expansum孢子；GDP能够有效降解苹果汁梨汁和山楂汁中的棒曲霉素，并且能够提高三种果汁的澄清度和抗氧化能力，但对果汁的还原糖、可溶性固形物 、总酸、总酚及总黄酮等基本营养成分和香气物质均无显著影响。在工业意义方面，GDP装置由高压直流电源、电极和反应容器组成，易于与物料管道连接，适用于液体的处理。因此，GDP可应用于食品工业中被真菌孢子污染的液体的处理。