黄曲霉毒素(Aflatoxins,AFT)是由真菌黄曲霉和寄生曲霉等产生的次级代谢产物,其中,以黄曲霉毒素B1(AFB1)毒性最强,被国际癌症研究机构划定为IA类致癌物。由于AFB1广泛存在于污染的食品和饲料中,世界卫生组织已将控制食品中AFB1污染作为全球公共卫生管理的重要目标,其研究和安全管理也日益受到重视。挤压膨化和组织化是有效降解毒素污染粮食中AFB1的新型技术。然而,关于AFB1在污染毒素粮食挤压加工中的降解机理及其降解产物研究的相关报道还比较少。本课题以AFT污染的糙米和玉米为材料,研究了挤压膨化工艺对AFB1的降解效果;以AFT污染的花生粕为材料,研究了挤压组织化工艺对AFB1的降解效果;AFB1在挤压过程中的降解主要与挤压温度和物料水分有关,研究溶液体系中AFB1的热降解效果有助于理解AFB1的挤压降解机理以及降解产物的化学结构、降解路径,因此,本课题研究了溶液体系中AFB1的热降解。试验中还评估了AFB1污染的玉米挤压前后的毒性,有助于理解降解产物结构变化对其毒性的影响。本论文的研究内容和试验结果主要有以下五个方面:(1)挤压膨化技术降解AFT污染的糙米和玉米中的AFB1试验条件的优化。以AFT污染的糙米为原料,通过挤压膨化试验优化了糙米加工过程中的工艺参数:机筒温度160~180℃,物料水分21%~27%,喂料速度40~60 g/min,螺杆转速140~180 r/min。以AFT污染的玉米为原料,优化了玉米的挤压膨化工艺参数:机筒温度150~170℃,物料水分21%~27%,喂料速度42~54 g/min,螺杆转速120~160 r/min。通过响应面试验优化了挤压膨化过程中影响糙米中AFB1降解的工艺参数。试验中得到的最佳工艺条件为:机筒温度180℃,物料水分25%,喂料速度45 g/min和螺杆转速172 r/min,在该条件下AFB1降解率为53.8%。通过响应面试验优化了挤压膨化过程中影响玉米中的AFB1降解的工艺参数,得到最佳工艺条件为:机筒温度163℃,物料水分25%,喂料速度48 g/min和螺杆转速145 r/min,此时,AFB1降解率为39.6%。研究结果表明,物料水分和机筒温度对AFB1的降解率具有极其显著的影响。(2)挤压组织化技术降解AFT污染的花生粕中的AFB1试验条件的优化。以AFT污染的花生粕为原料,优化了花生粕的挤压组织化工艺参数:130~150℃,物料水分38%~42%,喂料速度16~20 g/min,螺杆转速120~160 r/min。通过响应面试验优化了挤压组织化过程中影响花生粕中AFB1降解的工艺参数。试验中得到的最佳工艺条件为:机筒温度150℃、物料水分40%、喂料速度17 g/min和螺杆转速152 r/min,在该条件下AFB1降解率为77.6%。研究结果表明,物料水分和机筒温度对AFB1的降解率具有极其显著的影响。(3)AFB1挤压降解产物的研究。以液相色谱串联飞行时间质谱(HPLC-Q-TOF-MS)为检测工具,分析了AFB1的降解产物。由于花生粕中AFB1的含量较低,试验中花生粕经挤压处理后未能检出AFB1的降解产物。因此,试验中改进了研究方法,利用恒温电加热器、聚乙烯管加热甲醇水溶液体系中AFB1标准品,研究了温度对AFB1热降解率及其产物的影响,明确热降解产物结构。初始浓度20 mg/L的AFB1经120℃处理后,热降解效果不明显;经210℃处理后,热降解效果非常明显,降解率达到93.8%。利用HPLC-Q-TOF-MS分析了AFB1在甲醇水溶液体系中的2个热解产物的分子结构信息,其分子式分别为C17H14O7和C18H16O7。试验中利用定量构效关系评估了AFB1的热降解产物的毒性效应。呋喃环双键部位是AFB1的毒性活性结构。比较2个热解产物与AFB1的结构发现,热解产物的呋喃环双键被加成,不饱和度降低。因此,与同浓度AFB1相比较,热降解产物的毒性要小,进而推测挤压加工可能会降低AFB1的毒性。(4)溶液体系中AFB1热降解动力学研究。在100、120、150、160和180℃下对200μg/L AFB1溶液体系(pH值分别为5、7和9)进行热处理,发现溶液体系中AFB1的热降解率随着温度的升高和加热时间的延长而升高。pH值为9的AFB1溶液体系在100℃加热60 min后,AFB1的降解率低于11%;pH值为5、7和9的AFB1溶液体系在150℃加热60 min后,AFB1的降解率分别为56%,29%和78%;不同pH的AFB1溶液体系在160℃加热处理60 min后,AFB1的降解率都在81%以上;不同的pH的AFB1溶液体系在180℃加热处理60 min后,AFB1全部降解。研究发现,AFB1在pH值为7的溶液中最稳定,在pH值为9的溶液中最不稳定,在150℃以上降解较多。在120、150和160℃热处理时,不同pH的AFB1溶液体系中AFB1的热降解规律符合一级动力学模型。(5)挤压降解AFB1的安全性评价。AFB1在体外对人肝癌细胞的毒性研究结果表明,与对照组(未经AFB1处理的人肝癌细胞HepG2)的测定结果相比,未经挤压处理的AFB1污染的玉米样品可以显著抑制细胞生长,表现出很强的细胞毒性。AFB1污染的玉米样品经挤压处理后,对人肝癌细胞HepG2的抑制作用明显下降,表现出较弱的细胞毒性,此时,样品对人肝癌细胞HepG2的毒性仍高于对照组。人肝癌细胞HepG2凋亡的测定结果显示,与未经挤压处理的玉米样品相比,经过挤压处理后,AFB1污染的玉米样品导致的人肝癌细胞HepG2的凋亡量显著下降。