摘要
等离子体（Plasma）是指由电子、离子、自由基、激发态粒子等组成的整体为电中性的导电流体，一般通过气体放电产生。低温等离子体可以降解真菌毒素和农药残留，修饰食品基质功能特性，对农产品原材料进行灭菌等。低温等离子体是当前真菌毒素降解技术的研究热点，有着处理时间短、降解效果好以及安全性高等优势。玉米赤霉烯酮（Zearalenone,ZEN）是由镰刀菌产生的雌激素类真菌毒素，具有较弱的雌激素作用，人和动物食用被玉米赤霉烯酮污染的食物或饲料后会导致雌激素水平提高，造成生殖系统机能紊乱，危害人体健康。研究其降解规律对保障食品安全和粮食产业健康发展具有重要意义。 本文研究了大气压介质阻挡放电(DBD)低温等离子体用于玉米赤霉烯酮降解。首先，分别探究了低温等离子体不同处理电压、时间以及阻挡介质对玉米赤霉烯酮降解率的影响，对其降解过程进行动力学拟合。其次对低温等离子体降解玉米赤霉烯酮的机理进行研究，分析不同处理条件下的等离子体活性粒子成分，分析等离子体处理过程中产生的自由基类型，采用UPLC-Q-TOF-MS/MS对玉米赤霉烯酮降解产物进行分析；最后，研究了低温等离子体处理对感染玉米赤霉烯酮的玉米籽粒处理前后降解率的影响，对玉米的营养品质变化做出了评价。本文的主要研究内容及结果如下： 1.分别讨论了低温等离子体不同处理电压、时间以及阻挡介质对玉米赤霉烯酮降解率的影响，采用液相色谱串联质谱法（LC-MS/MS）对玉米赤霉烯酮进行定量分析，并对其降解过程进行了动力学拟合。结果表明，玉米赤霉烯酮的降解率随电压和时间的增加而增加，在50KV处理120s时，降解率可达98.28%。相同处理电压和时间条件下，不同介质材料对玉米赤霉烯酮的降解效果不同，这可能是和介质材料的介电常数有关。动力学分析表明，玉米赤霉烯酮的降解过程为一级反应，实验结果最符合指数函数模型(R2=0.987)。 2.对低温等离子体降解玉米赤霉烯酮的机理进行了研究，采用光学发射光谱(OES)对低温等离子体反应过程中的活性物质进行了监测，采用电子顺磁共振波谱(EPR)对低温等离子体反应过程中产生的自由基进行了测定，探讨了不同捕获剂测得的不同自由基类型。同时采用UPLC-Q-TOF-MS/MS对降解产物进行了分析，推断出了玉米赤霉烯酮可能的降解途径。结果表明，以空气为激发气体时，介质阻挡放电低温等离子体主要产生N2、1O2和·OH等活性粒子成分。随着处理电压的升高，活性粒子的含量也随之升高。采用不同捕获剂可以测得不同自由基类型，等离子体处理过程中主要产生了·OH、1O2、NO等自由基。此外，对Q-TOF实验结果讨论分析，降解后的玉米赤霉烯酮鉴定出一种主要化合物。其分子式为C18H22O7,质荷比m/z为349.1290。对其降解途径进行推测，可能是由于低温等离子体产生的臭氧使其发生了Criegee臭氧化反应，导致了其双键的断裂。也可能是在高能电场碰撞以及活性氧等自由基的氧化作用下，C=C双键发生断裂后发生了自由基加成反应。最终双键两端生成醛，形成了新的产物。本研究在一定程度上为玉米赤霉烯酮的降解提供了理论依据。 3.选用未检出玉米赤霉烯酮的干燥玉米原料进行染毒处理，探究低温等离子体不同处理时间、电压条件下对玉米籽粒表面的玉米赤霉烯酮降解率的影响，探究不同处理条件处理后玉米营养成分的品质变化，分别考察对玉米色泽、脂肪酸值、粗纤维含量以及粗蛋白含量的影响。结果表明，随着处理时间的增加，玉米中的赤霉烯酮降解率逐渐增加。当处理时间达到120s时，玉米中赤霉烯酮的降解率可达56.57%。与赤霉烯酮标准品的降解相比，低温等离子体处理的玉米中赤霉烯酮降解水平相对较低。这种差异可能是由于玉米赤霉烯酮与食物体系的化学相互作用有关。动力学分析表明，降解过程为一级反应，实验结果最符合幂函数模型(R2=0.968)。低温等离子体处理后玉米粒颜色更偏黄，色泽更深，与实际观察结果较符合，粗蛋白含量处理前后无显著性变化，粗纤维含量较处理前有所降低，一定程度上提高了玉米作为饲料的适口性。脂肪酸值较处理前有所升高，但仍然在国家标准可接受的范围内。实验结果为讨论低温等离子体技术用于玉米赤霉烯酮降解的可行性提供了理论依据，某种程度上验证了等离子体用于农产品保藏的可行性。
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