等离子体活化水中活性氧氮物种降解黄曲霉毒素B1的密度泛函理论研究：机制、动力学与毒性评估

本研究针对黄曲霉毒素B1（AFB1）污染这一全球性食品安全难题，通过密度泛函理论（DFT）揭示了等离子体活化水（PAW）中活性氧氮物种（RONS）的降解机制。研究发现•OH和O3是高效降解关键物种（表观速率系数达109和104 M?1s?1），其作用于呋喃环乙烯键的路径占主导（分支比>82%），降解产物毒性显著降低，为食品安全控制提供了理论依据。

　　

黄曲霉毒素B₁（AFB₁）作为国际癌症研究机构（IARC）认定的1类致癌物，其污染问题长期困扰全球农产品和食品工业。这种由曲霉菌产生的剧毒物质，毒性远超氰化氢和砷化物，仅需1-50 mg/kg剂量即可对多数动物致死。尽管物理、化学和生物降解方法层出不穷，但传统技术存在处理不均、破坏食品品质等局限。近年来，冷等离子体技术因其高效环保特性崭露头角，但其生成的等离子体活化水（PAW）中多种活性氧氮物种（RONS）的作用机制仍不明确。

为破解这一难题，国内研究人员采用密度泛函理论（DFT）在M06-2X/aug-cc-pVTZ理论水平系统研究了PAW中•OH、O₃、•O₂^–等物种降解AFB₁的机制。通过计算扩散速率系数（~10⁹ M^?1s^?1）、活化能（17-19 kJ/mol）等关键参数，结合定量构效关系（QSAR）评估产物毒性，揭示了RONS选择性攻击AFB₁分子薄弱位点的规律。该成果发表于《Journal of Molecular Graphics and Modelling》，为开发精准降解技术奠定了理论基础。

研究主要采用三种关键技术：1）密度泛函理论计算（M06-2X泛函结合6-31G(d)基组优化结构）；2）隐式溶剂模型（SMD模拟水环境）；3）过渡态理论计算（获得热力学和动力学参数）。通过比较7个潜在反应位点的能量剖面，结合表观速率系数和分支比分析，明确了不同RONS的反应活性差异。

计算结果与讨论
•OH和O₃主导降解：能量剖面显示二者攻击末端呋喃环C8=C9乙烯键的能垒最低（17.02和18.96 kJ/mol），表观速率系数分别达10⁹和10⁴ M^?1s^?1，分支比超过82%。而•O₂^–、•NO等物种活性极低（系数<10^–7 M^?1s^?1）。

毒性演变规律
QSAR分析表明：原始AFB₁对蚯蚓和水生生物无急性毒性，但对大鼠剧毒。氧化产物因乙烯键断裂和呋喃环修饰，致突变性消失，且毒性普遍降低。这与Shi等实验观察到的生物活性减弱现象一致。

该研究首次从量子化学角度阐明了PAW降解AFB₁的分子机制，证实•OH和O₃的靶向作用价值，为优化等离子体食品处理参数提供了理论指导。未来研究可结合分子动力学模拟，进一步探索复杂食品基质中的降解动力学。