电化学降解小麦中呕吐毒素和玉米赤霉烯酮的研究.pdf

摘要

摘要

呕吐毒素（Deoxynivalenol，DON）和玉米赤霉烯酮（Zearalenone，ZEN）是由镰刀

菌属产生的次级代谢物，具有生殖毒性、免疫毒性、细胞毒性等毒性作用，极易共同污

染小麦、玉米等谷物，发展高效、安全的降解方法对保障食品安全和人类健康至关重要。

与传统的吸附、氧化、酶法等降解方法相比，电化学方法（电化学氧化和电化学还原）

具有效率高、无二次污染、环境友好等优势。本文采用电化学氧化和电化学还原方法分

别对DON和ZEN及两者共存进行降解，采用质谱（Massspectrometry，MS）推测DON

和ZEN的降解产物结构，并通过ECOSAR软件模拟和细胞实验评估降解产物毒性，在

此基础上将优化的方法应用于小麦中DON和ZEN的降解。主要研究结果如下：

对DON，在溶液中研究电压、降解时间、NaCl浓度对电化学氧化和电化学还原降

解率的影响。结果表明，DON降解率随着电压增大、降解时间延长、NaCl浓度升高而

增加。采用电化学氧化时，1.5V下20min即可完全降解DON，而电化学还原时，-9.0

V下60min后仅取得49.36%±0.81%的降解率。随后，MS分析表明，电化学氧化产物

的结构变化主要集中在碳碳双键以及环氧环。之后的软件模拟表明，所有电化学氧化产

物的LC50和EC50均高于100mg/L，ChV均高于10mg/L，表明所有产物均达无害级别。

在此基础上将电化学氧化应用于小麦中，正交分析各因素的影响，另外优化了pH和固

液比，最终得到91.07%±1.83%的降解率以及符合国标限量的含量，产物也为无害级别。

对ZEN，电化学氧化和电化学还原可分别在8min（3.0V，0.20mol/LNaCl）和20

min（-9.0V，0.20mol/LNaCl）内完全降解溶液中的ZEN。MS分析表明，电化学氧化

产物结构变化主要在碳碳双键，而电化学还原产物变化主要在碳碳双键和酮基。软件模

拟结果显示，电化学氧化产物具有较低的急性和慢性毒性，并且9.0V下的产物为无害

级别（LC50/EC50100mg/L，ChV10mg/L）。CCK-8细胞活性实验进一步证实了其较

低的细胞毒性。然而，所有电化学还原产物的LC50、EC50和ChV模拟值均低于1mg/L，

细胞毒性也高于ZEN，表明其具有更高的毒性。在此基础上，选择电化学氧化应用于小

麦中，取得了最高92.32%±2.37%的降解率，含量符合国标限量，产物为无害级别。

对DON和ZEN的共存，根据前期研究的结果，采用电化学氧化进行研究。在溶液

中，DON和ZEN可分别在8min和12min内被完全降解（3.0V，0.20mol/LNaCl）。

两者电化学氧化产物的结构变化主要在碳碳双键。毒性方面，采用CCK-8法研究混合

产物的细胞毒性，结果发现，9.0V下的产物为无细胞毒性级别。在实际样品中，可将两

者含量均降低至国标限量，降解率分别可达80.90%±1.41%和90.58%±3.12%，降解产

物较为安全。此外，最佳条件处理后的小麦脂肪酸值、蛋白质含量、色度、流变特性没

有显著变化。

总之，本研究探索了电化学氧化和电化学还原降解真菌毒素的可能性，为降解谷物

中DON和ZEN，保障全球食品安全和人类健康提供了新的思路和理论基础。

关键词：电化学氧化；电化学还原；呕吐毒素；玉米赤霉烯酮；小麦

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Abstract

Abstract

Deoxynivalenol(DON)andzearalenone(ZEN)aresecondarymetabolitesproducedby

Fusariumspp.,whichcauseseveraladverseeffectsincludingreproductivetoxicity,im