双介质阻挡放电冷等离子体对玉米赤霉烯酮的解毒：效率、转化产物及细胞毒性评估

《Food Research International》：Detoxification of zearalenone by double dielectric barrier discharge cold plasma: Efficiency, transformation products, and cytotoxicity assessment

　　# 摘要- DDBD等离子体用于降解ZEN溶液（1 μg/mL），降解效率为99.15%。- 鉴定出DDBD等离子体处理后ZEN的6种新降解产物。- 首次在ZEN分解过程中观察到脱羟基和脱氢反应同时发生。- HepG2细胞和斑马鱼胚胎中毒性降低，验证了解毒效果。# 引言玉米赤霉烯酮（ZEN）是一种典型的镰刀菌毒素。在玉米收获、储存和加工过程中，镰刀菌可产生大量毒素，导致主要玉米产区ZEN污染发生率较高（Liang等，2026；Neuenfeldt等，2023；Tan等，2022）。ZEN进入生物体后，被代谢为α-玉米赤霉烯醇（α-ZEL）和β-玉米赤霉烯醇（β-ZEL），破坏人体和动物体的内分泌系统，对食品安全和健康构成威胁（Wielogorska等，2019）。ZEN通过模拟内源性β-雌二醇并与雌激素受体ERα和ERβ结合，发挥强烈的雌激素效应（Q. Zhang等，2025）。除生殖毒性外，ZEN还可抑制免疫反应，从而增加宿主对各种传染性疾病的易感性（Balázs等，2021）。为此，全球已对食品中ZEN制定了严格的限值标准，美国的范围为20至100 μg/kg，欧盟未加工玉米中为350 μg/kg，中国谷物中为60 μg/kg（Singh等，2024）。因此，开发一种有效的方法同时控制禾谷镰刀菌和ZEN解毒，对于保障粮食安全至关重要。传统的脱污方法包括物理方法（Nunes等，2021；Spasojevi?等，2021）、化学方法（Romero等，2021）和生物方法（MY Liu等，2024）。常见的物理方法（如干燥）可有效控制储存期间的霉菌生长和毒素形成，但对已形成的毒素则效果有限（Awuchi等，2021）。化学处理（如氧化、熏蒸）效率高，但存在残留污染和质量下降的风险（Molina-Hernandez等，2025）。生物策略（如微生物和酶降解）是一种环保方法，具有高特异性和对产品品质影响最小的特点。然而，由于在复杂食品基质中效果不稳定、工艺要求严格、引入微生物的潜在安全问题以及相比传统方法成本较高等挑战，其应用主要局限于动物饲料领域（Bezerra等，2023）。因此，迫切需要开发高效、无残留且安全的食品用脱污技术。冷等离子体技术作为一种有前景的非热方法，在食品和饲料中控制真菌污染和降解真菌毒素方面展现出巨大潜力（Amorim等，2023；M. Liu等，2024）。其通过产生活性物种，包括活性离子、电子和自由基，对微生物细胞和化合物造成氧化损伤（Chen等，2022；de Oliveira等，2024；Laika等，2024；Makari等，2021；Qiu等，2022）。该技术具有处理快速、操作温度低和安全可靠的优点（Liu等，2025）。与传统单介质阻挡放电（DBD）相比，双介质阻挡放电（DDBD）构型在放电间隙两侧均产生放电，实现更均匀的等离子体分布和更高的活性物种密度，因此具有更强的氧化能力，在污染物降解方面表现出更大的潜力。最近的研究已证明了其在各种等离子体系统中抑制真菌及其毒素的潜力。例如，通过扩散共平面阻挡放电（DCSBD）产生的大气压等离子体有效减少了玉米表面的镰刀菌属（Wang等，2022），而等离子体激活水（PAW）抑制了小麦中的禾谷镰刀菌感染（Guo等，2022）。此外，DBD等离子体在120秒内实现了ZEN的56.57%降解（Zheng等，2023），射频等离子体在10分钟暴露后实现了黄曲霉毒素B1（AFB1）高达88.3%的降解（Peng等，2026）。我们之前的工作也表明，15分钟的双介质阻挡放电（DDBD）等离子体处理实现了小麦中脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）的61%降解（Zhang等，2023）。尽管取得了这些进展，冷等离子体的效果受多种因素影响，包括处理参数、微生物特性和环境条件，需要进一步优化。此外，关于其用于降解ZEN的系统研究以及降解产物毒理学特征的研究尚未见报道。据此，本研究旨在通过DDBD冷等离子体建立ZEN去除方法，具有两个具体的研究目标：（1）筛选所选溶剂体系中ZEN降解的最佳处理条件，系统表征主要降解产物，并推断真菌毒素的合理转化和降解途径；（2）通过整合体外细胞毒性试验和体内毒性测试，全面评估降解产物的生物安全性。本研究获得的数据可为开发新型高效、非热且无化学添加的真菌毒素控制技术提供关键支持，从而显著提高食品安全水平。# 材料与方法## 材料与试剂ZEN标准溶液购自新加坡Puri生物工程公司。CCK-8检测试剂盒购自日本Dojindo公司。野生型AB品系斑马鱼（*Danio rerio*）胚胎（受精后4–6小时，4–6细胞期，形态正常，无损伤）购自南京耀顺鱼生物科技有限公司（中国南京）。胚胎在标准实验室条件下培养（28 ± 0.5 °C，14小时光照：10小时黑暗周期）。所有色谱级溶剂（≥99.9%）均为……## 施加电压的影响随着施加电压从60 V升至100 V，ZEN的降解效率显著增加，此后保持稳定，100 V、120 V和140 V之间无显著差异。60 V时降解效率最低，电压高于100 V时降解率超过96%（图2A）。施加电压直接决定DDBD反应器内部的电场强度。在低电压下，仅有少量气体分子……## 结论本研究验证了DDBD冷等离子体是一种环保且高效的ZEN解毒技术。与文献中广泛报道的传统单侧放电等离子体系统相比，本研究使用的DDBD构型产生更均匀的放电，在相当的处理时间内实现高效的ZEN降解，凸显了其作为高效且可扩展的解毒方法的潜力。在电流为1 A、占空比为……的固定条件下……## CRediT作者贡献声明**宋金歌：** 撰写初稿、方法学、调查研究、数据整理。**曹宏志：** 数据整理、概念设计。**李辉：** 撰写审阅与编辑、软件、资源。**庄天立：** 软件、资源。**邢长瑞：** 资金获取、形式分析。**严文静：** 撰写审阅与编辑、资金获取、形式分析。## 未引用参考文献Bezerra等，2023Liu等，2024Liu等，2024Zhang等，2025Zhang, Sun, Wang and Zhang, 2025## 利益冲突声明作者声明，不存在已知可能影响本论文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。## 致谢本研究得到国家重点研发计划（2024YFD2101104）和国家市场监督管理总局食品接触材料安全重点实验室（WJ202510R06）的资助。宋金歌|曹宏志|李辉|庄天立|邢长瑞|严文静