近日，南京農(nóng)業(yè)大學食品科技學院楊潤強教授課題組在《Chemical Engineering Journal》在線發(fā)表了題為“Electrochemical advanced oxidation of glucosinolates derived from rapeseed meal: Parameter optimization, degradation mechanism and toxicity assessment”的研究型論文。該研究跨學科融合食品科學、化學、生物學等學科，首次采用摻硼金剛石（BDD）技術(shù)用于菜籽粕硫苷的氧化降解，并對其產(chǎn)物進行了生物安全性評價。
菜籽粕作為油菜籽加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，含有豐富的優(yōu)良蛋白質(zhì)和諸多活性成分，具備轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品的潛力。然而，在提取菜籽粕中的蛋白質(zhì)、膳食纖維等后，會產(chǎn)生大量含有硫代葡萄糖苷（硫苷，Glucosinolates）的廢液。硫苷在環(huán)境中可降解為腈類等環(huán)境不友好成分，在水體中的積累可能會對生態(tài)系統(tǒng)及動物健康構(gòu)成威脅。因此，開發(fā)綠色高效的硫苷降解技術(shù)對減輕由菜籽粕高值化利用過程帶來的環(huán)境壓力具有重要意義。摻硼金剛石（Boron-doped diamond，BDD）技術(shù)因其優(yōu)異的物理和化學特性，被認為是電解氧化處理有機污染物中理想的綠色高效電解技術(shù)之一。課題組首次采用BDD技術(shù)用于菜籽粕硫苷的氧化降解，通過篩選顯著變量后優(yōu)化工藝得到最佳硫苷降解參數(shù)，并研究了硫苷的降解機理，最后通過線蟲毒性試驗評估了降解產(chǎn)物的安全性。
首先，采用確定性篩選設(shè)計和中心復合旋轉(zhuǎn)設(shè)計從而確定了最佳硫苷降解工藝條件，即jappl為7.75 mA cm-2、流速為400 mL min-1和NaNO3濃度為2 mM。
其次，以硫苷家族結(jié)構(gòu)最常見且結(jié)構(gòu)簡單的烯丙基硫苷為例。通過結(jié)合計算化學和液質(zhì)分析，提出了烯丙基硫苷在BDD電極上的降解途徑，同時計算出了每種產(chǎn)物的急性和慢性毒性。
最后，選擇模式生物秀麗隱桿線蟲（線蟲）作為研究對象。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當線蟲暴露于硫苷電解產(chǎn)物中，相比于電解前，其繁殖率、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活力分別提高了63.06%、12.91%和26.28%，致死率、脂褐素和活性氧含量分別降低了26.80%、37.59%和21.31%。這揭示了BDD技術(shù)降解菜籽粕硫苷的有效性和潛在應(yīng)用價值。
南京農(nóng)業(yè)大學食品科技學院碩士研究生閆麗華為第一作者，楊潤強教授為通訊作者。該研究工作得到江蘇省重點研發(fā)計劃項目的資助。
日期：2024-07-18
菜籽粕作為油菜籽加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，含有豐富的優(yōu)良蛋白質(zhì)和諸多活性成分，具備轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品的潛力。然而，在提取菜籽粕中的蛋白質(zhì)、膳食纖維等后，會產(chǎn)生大量含有硫代葡萄糖苷（硫苷，Glucosinolates）的廢液。硫苷在環(huán)境中可降解為腈類等環(huán)境不友好成分，在水體中的積累可能會對生態(tài)系統(tǒng)及動物健康構(gòu)成威脅。因此，開發(fā)綠色高效的硫苷降解技術(shù)對減輕由菜籽粕高值化利用過程帶來的環(huán)境壓力具有重要意義。摻硼金剛石（Boron-doped diamond，BDD）技術(shù)因其優(yōu)異的物理和化學特性，被認為是電解氧化處理有機污染物中理想的綠色高效電解技術(shù)之一。課題組首次采用BDD技術(shù)用于菜籽粕硫苷的氧化降解，通過篩選顯著變量后優(yōu)化工藝得到最佳硫苷降解參數(shù)，并研究了硫苷的降解機理，最后通過線蟲毒性試驗評估了降解產(chǎn)物的安全性。
首先，采用確定性篩選設(shè)計和中心復合旋轉(zhuǎn)設(shè)計從而確定了最佳硫苷降解工藝條件，即jappl為7.75 mA cm-2、流速為400 mL min-1和NaNO3濃度為2 mM。
其次，以硫苷家族結(jié)構(gòu)最常見且結(jié)構(gòu)簡單的烯丙基硫苷為例。通過結(jié)合計算化學和液質(zhì)分析，提出了烯丙基硫苷在BDD電極上的降解途徑，同時計算出了每種產(chǎn)物的急性和慢性毒性。
最后，選擇模式生物秀麗隱桿線蟲（線蟲）作為研究對象。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當線蟲暴露于硫苷電解產(chǎn)物中，相比于電解前，其繁殖率、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活力分別提高了63.06%、12.91%和26.28%，致死率、脂褐素和活性氧含量分別降低了26.80%、37.59%和21.31%。這揭示了BDD技術(shù)降解菜籽粕硫苷的有效性和潛在應(yīng)用價值。
南京農(nóng)業(yè)大學食品科技學院碩士研究生閆麗華為第一作者，楊潤強教授為通訊作者。該研究工作得到江蘇省重點研發(fā)計劃項目的資助。
日期：2024-07-18
