紫外LED冷光解毒技术去除花生油中黄曲霉毒素B1的效能及其应用

《ACS Omega》：The Efficacy of Ultraviolet LED Cold Light Detoxification Technology in Removing Aflatoxin B1 from Peanut Oil and Its Application

　　

花生油易受黄曲霉毒素B₁（AFB₁）污染。传统的紫外（UV）照射方法在解毒方面效果有限，并可能损害油脂品质。为解决这一问题，研究人员开发了一种新型UV LED冷光源温控系统，为花生油生产中AFB₁的解毒提供了新方案。基于该系统，研究人员制备了添加不同浓度AFB₁的花生油样品，并在不同操作条件下进行处理。随后，定量测定解毒后油脂的AFB₁含量、酸值和过氧化值，以确定最佳的UV波长、照射时间和强度，用于AFB₁降解。研究人员还使用霉变花生压榨的油脂评估了该系统的效能。本研究中，365 nm UV LED冷光显示出比254 nm更高的降解效率。花生油中AFB₁浓度随照射时间和强度的增加而逐渐降低，实现了超过30%的提升。使用实际来源的霉变花生压榨的花生油也观察到了类似效果。经UV LED冷光处理后，油脂的酸值和过氧化值未见显著变化，表明降解过程不会损害脂质品质。总之，UV LED冷光系统为花生油中AFB₁的解毒提供了一种优越、低成本、低热损失的解决方案，有效克服了传统热UV方法的缺点。

黄曲霉毒素（AFs）被国际癌症研究机构（IARC）列为1类致癌物，其中黄曲霉毒素B₁（AFB₁）毒性最强、分布最广。花生油作为全球主要食用油之一，易受AFB₁污染，传统紫外（UV）照射方法解毒效果有限且可能损害油脂品质，现有物理吸附、高温处理、生物降解等技术存在降解不完全、成本高、营养损失或化学残留等问题。因此，开发一种高效、安全、无损的解毒技术成为迫切需求。本研究开发了UV LED冷光源温度控制系统，旨在解决传统热UV方法的缺陷，为花生油中AFB₁的解毒提供新方案。研究人员通过该系统开展实验，得出以下结论：365 nm UV LED冷光降解效率显著高于254 nm；AFB₁浓度随照射时间和强度增加而降低，降解动力学符合一级动力学模型（R² ≥ 0.9）；降解后花生油的酸值和过氧化值无显著变化，表明油脂品质未受损害。该技术具有低成本、低热损失、易于规模化生产等优势，为保障食用油安全、推动产业技术升级提供了重要基础。该论文发表在《ACS Omega》。

研究人员采用的主要技术方法包括：搭建UV LED冷光源温度控制系统（含玻璃管道、UV LED消毒灯、荧光传感器探头和PLC智能控制系统）；使用超高效液相色谱-高分辨质谱联用（UHPLC-MS）系统定量检测AFB₁含量；依据国家标准（GB 5009.229-2016）测定酸值和过氧化值；利用Origin 2024b软件进行动力学拟合（非线性曲线拟合，采用Levenberg-Marquardt算法）。样本来源：从市场购买正常花生和同一市场收集的霉变花生，经压榨分别获得AFB₁浓度为6.432 μg/kg（样品1）和29.004 μg/kg（样品2）的花生油。

**结构和工作原理**：UV LED冷光降解装置由玻璃管道（蛇形布局）、UV LED消毒灯、荧光传感器探头和PLC智能控制系统组成。花生油中AFB₁吸收UV能量后从基态跃迁至激发态，生成无毒光解产物。PLC系统维持恒温，确保进出口油温基本不变，避免油脂品质劣化。

**波长优化与温升效应分析**：通过对比UV LED冷光与传统UV灯照射15分钟后的油温，发现UV LED冷光组油温升高（32.9–33.2 °C）显著低于传统灯组（45.2–46.1 °C），平均升温速率仅为传统组的1/4（2.3 vs 8.7 °C/min）。在相同总功率（500 W）下，UV LED冷光强度（18,000 μW/cm²）远高于传统光源（5,500 μW/cm²）。进一步比较254 nm和365 nm波长对含30.1 μg/kg AFB₁花生油的降解效果，365 nm照射30分钟后AFB₁降至2.912 μg/kg（降解率90.3%），优于254 nm的7.238 μg/kg（75.95%）。此外，不同浓度AFB₁（0、4、10、20 μg/kg）的油样在降解前后颜色和透明度无显著变化，且室温避光储存15天后仍保持稳定。

**照射时间对AFB₁降解及脂质氧化指标的影响**：以初始AFB₁浓度分别为20、40、80、160、320 μg/kg的花生油为对象，在240–360秒照射范围内，AFB₁浓度随照射时间延长而降低，降解动力学拟合曲线符合一级动力学模型（R² ≥ 0.9）。酸值和过氧化值在照射前后无显著变化（酸值均值1.939 mg/g，过氧化值均值0.059 g/100 g）。

**照射强度对AFB₁降解及脂质氧化指标的影响**：在12,000–21,000 μW/cm²强度范围内，AFB₁浓度随强度增加而降低，同样符合一级动力学模型（R² ≥ 0.9）。酸值和过氧化值在不同强度处理后仍保持稳定。

**实际条件下照射时间和强度对AFB₁降解及脂质氧化指标的影响**：使用实际霉变花生压榨的样品1（6.432 μg/kg）和样品2（29.004 μg/kg）进行验证。在240–360秒或12,000–21,000 μW/cm²范围内，AFB₁含量随时间和强度增加而降低。ln(C_t/C₀)与照射时间的拟合相关系数分别为0.89042（样品1）和0.80722（样品2），与强度的拟合相关系数分别为0.69619和0.66404。降解前后样品的酸值和过氧化值均未因条件改变而发生显著变化（样品1酸值8.2 mg/g，过氧化值0.117 g/100 g；样品2酸值38.9 mg/g，过氧化值0.040 g/100 g）。

讨论部分总结：UV LED冷光降解AFB₁的机制涉及直接光解和间接光氧化，AFB₁分子吸收光子后跃迁至激发态，引发分子内重排或键断裂，同时可向周围氧分子传递能量生成活性氧（如单线态氧），促进光氧化降解。关键反应位点集中在末端呋喃环双键和内酯环，其破坏与毒性降低相关。365 nm波长因与AFB₁的吸收峰（约360 nm）匹配，光子能量被高效利用，而254 nm UVC能量虽高但偏离主吸收区，且易被花生油中不饱和脂肪酸等成分吸收散射，导致能量利用率低。降解动力学符合一级动力学模型，反应速率受光子通量限制。与过氧化氢、臭氧、酶法等技术相比，UV LED冷光技术兼具高效降解和保持油脂品质的双重优势，且技术成熟易于商业化。研究结论：UV LED冷光技术为花生油中AFB₁的解毒提供了一种高效、低成本、低热损失的解决方案，有效克服了传统热UV方法的缺点。该技术成熟且易于规模化生产，为保障食用油安全、加速技术升级和保护公众健康奠定了基础。