使用天然食用香料复垦黄曲霉毒素的食品质量损伤

文摘

某些天然食用香料,除了使用在食品调味和保存,有能力消除或降低一系列的化学致癌物。在目前的研究中,明智地选择天然食用香料的水提取物进行评估的能力降低黄曲霉毒素B1 (AFB1)。总共9香料包括大蒜(大蒜)、姜(生姜),黑孜然(黑种草一),丁香(气味清香植物),神圣罗勒(罗勒属basilicum)、柠檬草(Cymbopogon citratusl . (DC)Stapf))、百里香(胸腺schimperi)、胡芦巴(生长foenum-graecum),和柠檬调味埃塞俄比亚社会传统和保护被认为是。黄曲霉毒素降解功效的香料提取物通过extract-treated毒素的测定和研究了参与样品使用质/女士。退化为特征通过电化学方法基于特征而导致的酚羟基氧化峰的降解毒素治疗后提取。的各种香料,大蒜显示最高35.8%(30分钟)到61.7%(1小时)上升至46.7%(30分钟)到68.3%(1小时)和实际样本(受污染的玉米)治疗减少其次是柠檬34.2%(30分钟)到56.0%(1小时)上升至41.1%(30分钟)到60.6%(1小时)在实际样本治疗25°C。在实际样本处理减少的水平是高于飙升。这表明吸附的贡献矩阵除了化学降解。当前的研究结果揭示了隐性的好处使用天然食用香料作为AFB1退化和有效的解决方案去污的食物。

1。介绍

食品质量障碍由食源性致病菌是全世界的重大公共卫生问题之一1]。这些致病与真菌毒素所阐述的相关问题是某些种类的真菌。其中最重要的真菌毒素、黄曲霉毒素(AFs)被认为是最产毒素的。AFs主要次生代谢产物产生的黄曲霉和曲霉属真菌寄生(2,3]。这些真菌感染作物收获之前或之后,产生黄曲霉毒素。黄曲霉毒素由一群大约20相关化合物,尽管只有黄曲霉毒素B1 (AFB1) B2 (AFB2), G1和G2常见饲料和食品大宗商品(4]。AFs,黄曲霉毒素B1 (AFB1)是人类最有毒的,可以是一个重大风险,可能导致重大的经济损失。

大量研究报道,AFB1可以诱发肝癌在许多种类的实验室和野生动物,包括近似人类的灵长类动物,是人类的强大hepatocarcinogen [5- - - - - -9]。的基因毒性AFB1与宿主动物的肝脏的环氧化反应。环氧形式性质非常活泼,能结合DNA和血清白蛋白,形成加合物,从而导致DNA损伤(10]。因此,黄曲霉毒素影响蛋白质合成和可能导致抑制免疫反应的10- - - - - -12]。除了健康影响,黄曲霉素也深刻的经济后果。作物水平不可接受的黄曲霉毒素常常被摧毁。另外,受污染的粮食有时会转移成动物饲料,进而会导致降低增长率,疾病和死亡的动物。此外,动物消耗aflatoxin-contaminated提要可以产生包含毒素残留的肉和奶,另一个有毒的生物转化产品,黄曲霉毒素M1 (AFM1) [13]。

考虑黄曲霉毒素的社会经济影响,不同的国家和组织有规定的最大容许水平AFs食品和饲料中商品。美国食品和药物管理局(USFDA)总黄曲霉毒素,设置为低于20磅的州际贸易食品和饲料和限制AFM1十亿分之0.5以下销售的牛奶(14]。欧盟(EU)监管委员会没有规定8 165/2010µ克/公斤AFB1食品进行排序或物理治疗人类消费之前,和相应的2µ克/公斤AFB1供人类直接消费和0.05µ牛奶中g / L AFM1 [15]。

人类暴露于风险黄曲霉毒素污染食品和饲料的一种大宗商品,主要问题在埃塞俄比亚由于毒素的发生在不同种类的谷物和乳制品(13,16- - - - - -18]。黄曲霉毒素污染食品和饲料商品的流行在埃塞俄比亚被归因于气候条件(温度、湿度等)的扩散有利于即使真菌(16]。等其他因素诱发预处理和采后因素包括频繁的季节性干旱导致水土压力,缺乏抗病品种的同时,收获方法和储存设施也导致黄曲霉毒素的共同发病率在这个国家。问题是加剧了,在其他事物之外、缺乏对黄曲霉毒素的认识和与它们相关的风险在价值链的演员包括农民,商人,和消费者。农民常常喂剩饭发霉的谷物牲畜和通常使用不同的混合精矿提要等酿酒副产品(“atela”),麦麸,noug蛋糕,玉米谷物,青贮饲料增加产量。然而,这些产品都是容易与AFB1污染17,18]。因此,人类暴露自毒素或生物转化产品价值链上的积累。这就是为什么非洲农业全面发展项目(非洲)最近将黄曲霉毒素作为高优先级的研究领域,在非洲建立伙伴关系为控制黄曲霉毒素(天竺鼠)19]。尽管在一些地区发展,科学信息控制策略非常有限。特别是社区,低成本,安全,和容易实现大规模方法尚未开发。因此,开展的研究针对实际解决方案AFs的解毒是至关重要的为黄曲霉毒素控制设计有效的策略。

房颤的科学方法迄今报告控制主要集中在三种方法:预防食品和饲料的污染(主要是通过精心的真菌毒素答:flavus和答:寄生),去污的毒素污染的食品和饲料,和抑制黄曲霉素在胃肠道吸收的20.]。尽管预防可以被视为最合理、经济的方法,其实现是困难的在热带地区有利的环境和气候条件促进真菌生长。此外,黄曲霉毒素非常耐用,不可避免的在大多数情况下的存储、处理和加工食品或饲料(21]。在这种背景下,退化或黄曲霉毒素的解毒是最有前途的途径净化食物已经含有毒素。自两个关键站点AFB1毒性的双键在呋喃环和香豆素环内酯,切除双键或开放的内酯环可以尽可能的退化和解毒(20.]。

各种物理、化学和生物方法已经提出了黄曲霉毒素的解毒22- - - - - -24]。然而,所有这些方法都有自己的缺点。要想成功,然而,解毒策略必须确保粮食及农业组织的标准如破坏,灭活或删除的真菌毒素,不生产或离开有毒或致癌的残渣,而不是产品的营养和技术性能会显著改变,必须在技术上和经济上可行的25]。

天然植物提取物感兴趣的来源更安全或更有效的替代生物制剂对黄曲霉毒素解毒。黄曲霉毒素控制植物产品的使用已经被几位作者报道24]。然而,强调已经抑制了植物提取物对即使真菌的生长。此外,许多这些植物不适合用于食品,随着合成产品不能被人类。在这种背景下,天然食用香料的使用提供了一个诱人的机会作为一个社区(适合大规模实现),安全,节省成本,控制黄曲霉毒素和实用的方法。

在目前的研究中,水从明智地选择膳食天然香料提取获得的埃塞俄比亚社会传统的调味和保存进行评估的能力降低AFB1。

2。材料和方法

2.1。化学品和材料

在这项研究中使用的所有试剂和标准均为分析纯。黄曲霉毒素B1标准购买在穿越,新泽西,美国以结晶形式。原液AFB1 (2000µg / L)制备甲醇和储存在4°C。AFB1的工作解决方案的标准被稀释股票刚做好的解决方案与磷酸盐缓冲溶液(1.7毫米,pH = 7)。甲醇和乙腈是用于薄层色谱分析和样品制备。的高效液相色谱检测移动阶段质等级,从VWR购买国际(勒、比利时)。单碱的磷酸钾和磷酸氢二钠从西格玛奥德里奇(圣路易斯,密苏里州,美国),而醋酸、氨、硝酸和溴化钾来自默克(达姆施塔特,德国)。在所有的分析步骤,使用MQ Direct-Q3产生的水净化系统(微孔,Molsheim,法国)。液相色谱串联质谱(质/ MS)安捷伦科技1260高效液相色谱和三重四重6460系列是用于AFB1量化。

2.2。样本选择和收集

香料样本的选择是基于他们的大规模使用可食用的食品调味和保护产品和报道的植物化学成分组成和抑制能力的影响广泛的化学致癌物质(26- - - - - -28]。81(3样品的香料市场×3×9种香料)香料样本随机收集从当地零售交易商Hawassa城市周围,南部国家,民族和民族地区的埃塞俄比亚。样本收集在2017年1月至3月期间。收集到的样本由九(×9每个样本)不同种类的香料(大蒜(大蒜l .)、姜(生姜左轮枪),黑孜然(黑种草)、百里香(胸腺寻常的L)、胡芦巴(生长foenum-graecum),丁香(气味清香植物l .)、柠檬草(Cymbopogon柠檬酸(直流)。Stapf),神圣罗勒(罗勒属santcum),和柠檬(柠檬(l)))在三个不同的商业化市场(Aroge Gebeya, Addisu Gebeya,和拿督古利特)Hawassa附近城市。样品被随机挑选购买的三个样品中的香料市场。玉米样本收集从当地农民Hawassa城市周围。所有样品都是用蒸馏水洗净,干在烤箱65°C 72人力资源。然后每个样本的干物质地细粉并存储在塑料袋在4°C到分析的开始。

2.3。的筛选和制备玉米和香料提取物

筛选收集到的玉米和香料样品AFs的存在与否进行了利用薄层色谱对AFs分析社区协会官员称标准和分析方法(采用AOAC公认,1995)。首先,25通用每个香料和玉米的粉末样品加入250毫升锥形烧瓶。然后,100毫升的甲醇和水(85:15)补充说,加塞,与箔和保护。混合大力动摇了30分钟,通过绘画纸1号滤纸过滤。清理,20毫升的滤液的解决方案是转入分液漏斗125毫升含有20毫升的10%氯化钠溶液。然后,12.5毫升的正己烷添加和动摇了一分钟。阶段是可以分开的。上阶段(有机)被丢弃,下阶段(水)抽到第二个125毫升锥形烧瓶。水相,增加了12.5毫升氯仿和动摇了一分钟。阶段被允许分开。 The lower phase was allowed to pass through a bed rock of sodium sulphate into the 250 ml Erlenmeyer flask, and the upper phase was discarded. After chloroform extraction, the extract was concentrated by evaporating on a steam bath and dissolved in 10 ml of methanol and shaken very well. Finally, screening was carried out by spotting the samples and AFB1 standard on TLC. Diethyl ether: methanol: water in 96 : 3 : 1 was used as the solvent system for plate development. The spots were visualized under a long wavelength UV lamp (365 nm) to determine the presence or absence of AFB1 in the samples based on the bluish fluorescent characteristics of the toxin. Only clean (not contaminated with aflatoxin) spices were considered for further experiments. However, the contaminated maize samples were considered for the treatments after the determination of initial loads of the toxin using LC/MS/MS. For preparation of aqueous extracts of the spices, 20 g of dry powder plant material from each plant species was soaked in sterile PBS (10 ml of 2 mM PBS/g of plant material) and kept on a shaker for 24 hr. Then, the mixtures were filtered through muslin cloth followed by Whatman No. 41 filter paper to remove leaf debris and obtain a clear filtrate, respectively. The filtrate was kept at 4°C and used for detoxification studies.

2.4。检测黄曲霉毒素降解香料提取物

两种类型的样本,即标准AFB1样本(T1)和玉米样品自然AFB1污染(T2),被认为是治疗如图1。后者样品将这里视为真正的样本。在T1 100 ng AFB1添加到500年µl (50 mg / l原油)的植物提取物在PBS微型离心机管在37°C和孵化24小时在一个孵化器。一个类似的过程被用于实际样本的治疗。治疗前,然而,受污染的玉米样品粉末,均质,分为两个portions-portion 1和2部分。从两个部分,近17通用汽车在500年被停职µl在相同条件下的植物提取物和孵化。孵化后,黄曲霉素混合物中提取相同体积(500µl)氯仿。氯仿分数被蒸发热块60°C,和残渣溶解在10µl(甲醇和质/ MS分析。水的流动相组成:乙腈:甲醇:脂肪酸(60:25:15:0.1 v / v)。列温度保持在35°C。总操作时间是20分钟的流量0.5毫升·分钟⁻¹。女士条件如下:毛细管当前450 nA,气体流量是10 L·分钟⁻¹,50 ESI喷雾器用于电离。初AFB1含量测定(t= 0)和期间(t# 0)曝光时间。整体过程的简要概述,包括治疗如图1。

每个香料提取物的功效评价的百分比降解毒素的治疗(T1和T2)与参与(T1C和T2C)样品使用以下公式: 在哪里C₀是AFB1的浓度开始时(混合后和样品提取)和C_tAFB1的残留水平校正基体效应的孵化后一段时间吗t。方法验证是由已知数量的激增AFB1粉玉米的标准样品。

2.5。电化学特性的退化

电化学实验进行了使用BAS简历50 w,是连接到戴尔个人电脑奔腾。的标准缓冲溶液pH = 12被用于这项研究。玻璃碳(GC)作为工作电极,Ag / AgCl作为参比电极,铂杆对电极是用来记录循环伏安法(CV)。GC抛光氧化铝悬浮液和用水洗前测量。CVs记录0和1.5 V之间50 mVs的扫描速率⁻¹之后,100年孵化µg·L⁻¹AFB1标准用大蒜提取48小时40°C。

2.6。植物化学的基础和机械的见解

定性筛选各种次生代谢物进行根据Ngbele [29日]。

2.6.1。检测生物碱

一毫升1%盐酸加入3毫升甲醇提取物的试管。混合物加热20分钟,冷却和过滤。然后,1毫升的滤液在0.5毫升Dragendorff试剂进行了测试。红棕色沉淀的形成被标记为积极的测试。

2.6.2。测试类黄酮

3毫升的提取是倒烧杯。一块镁带和3滴浓盐酸被添加到混合物。一个红色的颜色表明黄酮类化合物的存在。

2.6.3。检测酚类

为了测试苯酚的存在,3毫升的提取与3 - 4滴氯化铁溶液混合。形成蓝色黑色表明酚类化合物的存在。

2.6.4。测试萜类化合物

5毫米的提取与2毫升氯仿溶解在甲醇。然后,3毫升的集中H₂所以₄是补充道。红棕色颜色表明积极的测试结果。

2.7。统计分析

所有测量和分析本研究进行了一式三份。统计分析的数据进行了使用学生的t以及和单向方差分析测试是否有显著性差异( )减少AFB1水平之间的两个或两个以上的治疗相对于提取的存在与否。

3所示。结果与讨论

3.1。AFB1退化的特征提取使用质/女士

质/量化女士,1 - 10的标准中AFB1浓度范围µg·L⁻¹被用来构建校准曲线。质/量化女士,一个线性校准曲线的回归方程y= 1244.80x和R²= 0.997观察使用标准浓度AFB1的1 - 10的范围µg·L⁻¹。质/ MS的验证数据然后进行测定%复苏和变异系数(%的简历)。记录下了复苏飙升粉玉米样品3.5 ng / g (AFB1标准和确定恢复量。同时,一式三份测量相应%的简历是列表。记录%复苏介于89.7%和86.4之间% 2.4%的简历。在T1和T2 AFB1的残留水平测定µg·L⁻¹和µg·公斤⁻¹,分别。的初始水平AFB1污染污染玉米样品是7.47µg AFB1 /公斤玉米。这个水平高于欧盟的极限。有趣的是看治疗的食用香料提取物可以降低这个水平低于容许值。治疗,200年µg·L⁻¹标准AFB1 (T1)和250年µg AFB1 /公斤玉米(包含7.47近17转基因的玉米µ500年g AFB1 /公斤µL) (T2)准备在PBS。数据2(一个)和2 (b)显示AFB1的残留水平在两个治疗(T1和T2)曝光时间的函数到50 mg·L⁻¹,50 mg·公斤⁻¹分别提取的。减少AFB1含量从6.5%到35.8%不等(T1)和17.3%到46.7% (T2) 30分钟曝光后25°C。因此,30分钟接触足以观察一个重要( )区别对待和参与样本。的各种香料,大蒜显示最高35.8%(30分钟)到61.7%(1小时)T1和46.7%(30分钟)到68.3%(1小时)T2减少其次是柠檬34.2%(30分钟)到56.0%(1小时)T1和41.1%(30分钟),60.6%(1小时)在T2 25°C。在目前的实验中,减少相对最少的是观察和百里香。然而,所有的研究不同程度的提取物能显著降低AFB1水平相比,参与样品后24小时暴露在25°C。因此,大蒜和柠檬的影响被认为是为进一步研究集中在AFB1的速度减少。正如所料,减少的速率在T1和T2 AFB1含量增加与香料提取物的浓度(数字2 (c)和2 (d))。提取的功效与香料的类型之间存在着显著的差异。也略有区别观察药效之间的T1和T2的香料,这可能是最有可能由于基体效应。

这一结果表明,食用香料可以用来有效地控制食品准备AFB1的水平。当前的结果与先前的研究的结果也一致(30.,31日)的观察减少黄曲霉毒素B1内容被污染的食物从56%变化到95%。Vijayanandraj et al。32),显示58.1,55.8,36.4,33.6% AFB1的减少生长foenum-graecum(胡芦巴),姜黄,气味清香的植物,罗勒属basilicum,分别。Rastegar et al。33]报道93.1% AFB1的还原焙烧过程中加入柠檬汁和/或柠檬酸。天天p et al。31日)报道,香料提取物浓度增加,曝光时间和温度显著增加减少AFB1的速率。观察到的退化AFB1的提取提出水溶性酚醛塑料和生物碱等植物化学物质的存在,在植物材料(27,32]。大蒜的最高的活动这样可以归因于这种化学物质和它们的相对丰度。最近,熊猫等。34减少AFB1)报道74.7%和70.2%在体外和大米,分别通过暴露于水提物罗勒属tenuiflorum(神圣罗勒)在高温下(85°C / h)。直接解毒也报道了其他作者(35,36]了毒素的解毒的异硫氰酸烯丙酯东方芥末。因此,当前的研究结果是一致的与现有文献并将值添加到它通过贷款信贷原住民知识为控制黄曲霉素膳食香料的使用符合他们的应用程序到食品调味和保存。

3.2。描述AFB1退化的香料

观察是否减少AFB1与香料提取物治疗后是由于吸附去除或降解不同的复合使用LC / MS / MS验证。在这种情况下,命运特征峰的色谱和分子基离子质谱的特定于AFB1作为基础解读AFB1的机制减少香料提取物。简而言之,100 ng AFB1标准和100毫升的水提物的大蒜和孵化25°C。一夜之间接触后,AFB1水平分析了混合质/女士。数据3(一个)和3 (b)显示选中的离子色谱和分子基离子质谱峰,分别获得的AFB1治疗之前和数字3 (c)和3 (d)治疗后的大蒜水提物。AFB1的质谱,最丰富的片段淋洗在7.5分钟的积极分子电离模式是质子化了的[M + H]⁺在m / z313针对AFB1 [37]。AFB1孵化时的水提物大蒜,色谱图的峰和分子离子峰基础m / z313具体AFB1消失了确认几乎完全退化AFB1的提取。相似的结果已经被先前报道的作者(32]。

黄曲霉毒素的毒性数据表明,双键的存在终端呋喃和内酯环的关键因素AFB1的有毒和致癌的活动。AFB1的消失在由天然香料提取物对治疗的反应表明毒素的降解,这可能是最有可能由于乳沟内酯环的酚醛和酸性组。

3.3。电化学表征AFB1退化

特征峰的消失在色谱和质谱选择基离子峰带领我们提出的结构性变化内酯环中的AFB1发生最有可能导致酚醛和酸性组。自降解产物酚组轴承是电活性与黄曲霉毒素B1,它可以作为一个基础电化学特性的退化。AFB1的溶液的循环伏安行为的标准0.1磷酸盐缓冲剂(pH = 12)治疗前后与柠檬酸和大蒜萃取物进行了研究。在PBS AFB1柠檬酸处理时,明显的阳极峰(曲线(B)在图4(一))800年和1000年之间观察mV。没有这个峰值(AFB1 0.1 KNO其他控制解决方案₃(一),在0.1 M KNO柠檬酸₃(C)和PBS (D))建议的峰值是由于产品治疗。同样的,当在PBS AFB1大蒜萃取物处理阳极峰,虽然减少,曲线(图C)4 (b)在同一地区之间)是观察。消极的扫描没有任何高峰。这些结果强化了我们的假设和确认的成功应用循环伏安法AFB1解毒的特性。

研究结果与其他作者的报道一致。1976年,Cucullu和他的同事发现了氨化产品黄曲霉毒素B1 dihydro-4-hydroxy-6-methoxyfuro [38,39香豆酮和nonfluorescent酚类似于黄曲霉素D1缺乏环戊烯酮环分子量为206 (40]。AFB1的转换AFD1的柠檬酸也报道(41]。AFD1的毒性与开放的有关内酯环AFD1结构(42]。

3.4。功效对AFB1,即使把真菌之间的相关性

大多数以前的研究使用草药、药用和芳香植物提取黄曲霉毒素控制集中在抑制校长即使真菌的生长能力(答:flavus和答:寄生),因此,黄曲霉毒素的生产在文化媒体和食品。在目前的研究中,香料进行降解黄曲霉毒素的能力,不反对aflatoxegenic真菌生产。我们检查是否之间存在良好的相关性选择香料对黄曲霉毒素的功效(研究)和生产AFB1的a . flavus和寄生。结果如表所示1。

虽然可以观察到良好的相关性与某些香料如大蒜、柠檬和姜,很难得出一般结论。百里香,例如,被发现是最有效的阻碍增长剂两种真菌据几位作者42),但它至少活动在减少AFB1在当前的研究中观测到的。

3.5。植物化学的基础和机械的见解

为了支持退化的见解关于分子基础AFB1的植物提取物,我们进行了类的研究香料化合物的定性筛选他们精心制作的。结果显示在表中2。设想包括生物碱类化合物的存在和其他化合物含有胺或羟基官能团强烈支持拟议的机制退化是由于的存在等植物提取物的水溶性化合物活性的原则。几个作者称类似的发现黄曲霉毒素解毒的植物产品(32,38,47]。Vijayanandraj et al。32]报道生物碱作为观察活跃的原则叶提取黄曲霉毒素的解毒答:vasica。生物碱被认为是活跃的原则,因为其他潜在的化合物,如酚醛树脂类和萜类化合物没有发现叶提取物。换句话说,酚醛树脂和萜类化合物也可能有解毒活动如果出现在植物提取物。其他研究降解黄曲霉毒素的化学药剂解毒后发现黄曲霉毒素分子结构的改变。Ciegler et al。39,48)观察hydroxydihydro-aflatoxin B1作为解毒的产物。同一作者确定了氨化产品黄曲霉毒素B1 dihydro-4-hydroxy-6-methoxyfuro [2, 3 b]香豆酮,nonfluorescent酚类似于黄曲霉素D1缺乏环戊烯酮环分子量为206。Velazhahan et al。38)建议内酯环结构的修改AFG1黄曲霉毒素G1的解毒机制的种子中提取ajwain (T。ammi)。其他工人报道作物分子育种与降解黄曲霉毒素的能力作为替代战略管理黄曲霉毒素污染的农产品(49,50]。分子育种的自然饮食辛辣的植物可以更有趣。因此,可以得出结论,天然食用香料可以作为替代剂降解黄曲霉毒素的。

4所示。结论

AFB1的高效降解水提取物的天然食用香料已经成功演示了使用质/ MS。机制减少AFB1的香料提取使用质/女士和电化学方法研究了。在研究香料,大蒜显示的最大(61.7%)退化AFB1紧随其后的是柠檬(56.0%)在1小时暴露AFB1标准香料提取25°C。毒素母体化合物的化学转换到另一个化合物,最有可能缺乏内酯环,作为一个可能的机制提出了基于结果的AFB1降解质/女士和电化学表征机制减少AFB1的植物提取物。本研究因此借给原住民知识的隐性效益科学信贷使用天然香料调味和保护控制黄曲霉毒素。进一步研究降解产物和结构说明有效成分的高效的香料和其他类似的植物产品减少黄曲霉毒素是必要的。

数据可用性

使用的实验数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者非常感谢Hawassa大学研究和技术转让事务通过NMBU-HUICOPIV部分财政支持项目。MN也感谢化学系和Hawassa大学的研究生研究学院提供追求一个硕士学位的机会。

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