《LWT》：Non-thermal Reduction of Aflatoxin M1 in Milk Using a Continuous Venturi Tube Reactor and Liquid-Phase Plasma: Parametric Optimization and Quality Preservation
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本研究针对乳中热稳定的黄曲霉毒素M1（AFM1）难以通过常规巴氏杀菌去除的难题，开发了一套集文丘里管流体动力空化和液相等离子体于一体的连续式非热处理系统。研究表明，该系统能在5分钟内将AFM1浓度降低52.1%±1.1%，降至符合伊朗标准（<0.1 μg/kg）的0.096±0.002 μg/kg，同时有效保持乳的pH、脂肪、蛋白、乳糖、色泽等关键品质指标。这为在保障乳品营养与感官质量的前提下，安全高效地去除AFM1提供了创新型非热解决方案。
牛奶，这种伴随人类成长、滋养无数生命的白色液体，是日常饮食中不可或缺的一部分。然而，在它的营养光环之下，却可能潜藏着一类肉眼不可见的威胁——由特定霉菌产生的黄曲霉毒素。其中，黄曲霉毒素M1（AFM1）尤为棘手，它主要来源于被污染的动物饲料，并在奶牛体内代谢后分泌到乳汁中。更令人担忧的是，AFM1对热极其稳定，这意味着常规的巴氏杀菌、超高温瞬时杀菌等热处理手段对其束手无策，它得以安然无恙地“搭乘”牛奶，进入千家万户。其毒性不容小觑，被国际癌症研究机构列为可能的致癌物。如何在不损害牛奶本身鲜美口感和丰富营养的前提下，将这类顽固的“毒素乘客”请下车，一直是乳品工业和食品安全领域亟待攻克的难题。传统热加工方法在AFM1面前“败下阵来”，且可能因高温导致蛋白质变性、维生素损失和风味劣变。因此，探索新型、高效且能最大程度保留食品品质的非热加工技术，成为研究的前沿方向。
为此，来自伊朗设拉子大学的研究团队Kimia Taki, Bahram Hosseinzadeh Samani, Zahra Izadi, Sajad Rostmai, Firouzeh Nazari在《LWT - Food Science and Technology》期刊上发表了一项创新性研究。他们独辟蹊径，将两种非热技术——文丘里管流体动力空化和液相等离子体——巧妙结合，构建了一套连续式处理系统，旨在定向降解牛奶中的AFM1，同时全面评估其对牛奶核心品质的影响。
为开展此项研究，作者团队主要运用了以下几项关键技术方法：首先，自主设计并优化了文丘里管反应器的几何结构，利用计算流体动力学（CFD）软件模拟，以实现最佳的流体动力空化效应，为后续处理创造高效混合与传质条件。其次，开发了与文丘里管集成的液相等离子体发生模块，在反应器喉部前后设置钨电极，通过高压放电在流动的牛奶中直接产生富含活性氧物种（ROS，如•OH、H2O2、O3）的等离子体通道。再者，采用三水平四因素的Box-Behnken实验设计与响应面法（RSM），系统研究了电压（10-20 kV）、流速（2-8 L/min）、温度（30-50 °C）和处理时间（1-5 min）四个关键参数对AFM1降解率的影响并进行优化。此外，使用高效液相色谱-荧光检测法（HPLC-FLD）结合免疫亲和柱净化，精确量化处理前后牛奶中AFM1的浓度变化。最后，通过一系列理化分析（pH计、乳成分红外分析仪、色差计、硫代巴比妥酸反应物测定等）全面评估处理对牛奶品质（pH、脂肪、蛋白质、乳糖、色泽、氧化稳定性）的影响。研究所用原料为来自大学自有牧场、经检测AFM1本底含量低于检出限的新鲜牛奶，并人为添加AFM1标准品至0.2 μg/kg以模拟污染。
研究结果
3.1. 统计建模与AFM1降解优化
通过响应面法分析，建立了AFM1降解率与四个工艺参数的二次多项式模型。方差分析（ANOVA）显示模型高度显著，其中电压的影响最大，其次是处理时间。模型拟合优度高（R2= 0.9812），预测能力强。优化软件确定了最大化AFM1降解的最佳工艺参数组合。
3.3. 工艺参数对AFM1降解的影响
三维响应曲面图直观展示了各参数间的交互影响。电压升高（10至20 kV）能显著提升降解率，因为高压增强了电场强度，产生了更多的羟基自由基等活性物种。处理时间延长（1至5分钟）同样有积极作用，但3分钟后的增益减缓。流速增加（2至8 L/min）通过增强空化和混合促进了降解，但超过5 L/min后提升有限。温度表现出非单调性影响，在40 °C左右存在最佳点，温度过高会削弱空化气泡溃灭的强度，并可能加速活性物种的复合，从而降低效率。
3.4. 工艺优化与模型验证获得最大AFM1降解
在最优条件下（电压19.93 kV，流速7.92 L/min，温度37.48 °C，时间4.78 min）进行验证实验。结果显示，AFM1降解率达到52.1% ± 1.1%，残留浓度降至0.096 ± 0.002 μg/kg，低于伊朗国家标准规定的0.1 μg/kg限值。实验结果与模型预测值高度吻合，验证了模型的可靠性。
3.5. 优化文丘里-液相等离子体处理对牛奶品质属性的影响
在最优参数下处理后，牛奶的关键品质指标保持稳定：pH值（6.69 ± 0.04）与对照相比无显著变化，处于正常范围。脂肪（3.68 ± 0.06%）、蛋白质（3.25 ± 0.04%）和乳糖（4.78 ± 0.05%）含量也几乎保持不变。色泽变化（总色差ΔE = 0.92 ± 0.13）低于肉眼可察觉阈值（ΔE < 1.0）。脂质氧化指标硫代巴比妥酸反应物略有增加（从0.16升至0.20 mg MDA/kg），但远低于酸败的临界值（>1.0 mg MDA/kg）。这些结果表明，该非热联合处理在有效降解毒素的同时，对牛奶的营养成分和感官品质影响甚微。
3.8. 联合文丘里-液相等离子体系统与传统巴氏杀菌方法的比较
与传统热加工方法（如低温长时间巴氏杀菌LTLT、高温短时巴氏杀菌HTST、超高温瞬时杀菌UHT）相比，本研究所用联合系统在AFM1降解方面具有显著优势。热处理方法对AFM1基本无效（降解率0-10%），且会导致蛋白质变性、维生素损失和明显的色泽变化。而非热联合系统实现了超过50%的AFM1降解，同时更好地保留了牛奶的品质。
3.9. 冷等离子体处理后黄曲霉毒素M1降解产物的鉴定与毒性评估
尽管本研究未直接进行降解产物的毒性实验，但基于文献和反应机理分析指出，等离子体产生的活性氧氮物种（RONS）会优先攻击AFM1分子中具有毒性的二氢呋喃环上的C8=C9双键，导致开环、羟基化等反应，生成极性和非平面衍生物，这些产物的DNA嵌入能力和生物活性预计会显著降低。已有研究通过液相色谱-质谱联用和体外细胞实验支持了冷等离子体降解AFM1产物毒性降低的结论。同时，处理牛奶中较低的氧化指标也间接表明未产生大量有害的氧化副产物。
结论与讨论
本研究成功开发并优化了一种结合文丘里管流体动力空化与液相等离子体的连续、非热系统，用于降低牛奶中的AFM1污染。该系统在最佳工艺条件下，能在5分钟内将AFM1水平降低52%以上，使最终含量满足严格的食品安全标准，同时卓越地保持了牛奶的pH、主要营养成分（脂肪、蛋白质、乳糖）、色泽和氧化稳定性。其核心优势在于利用了空化产生的剧烈混合和微射流效应，极大地增强了毒素分子与等离子体原位产生的活性氧物种之间的接触与反应效率，从而实现了高效、靶向的降解。
该研究的重要意义在于，它提供了一种切实可行的解决方案，以应对传统热加工无法消除AFM1的行业痛点。相较于热加工对营养和风味的负面影响，以及某些吸附去除法可能带来的营养损失或添加剂残留问题，这种非热联合技术展现出了“鱼与熊掌兼得”的潜力：既能有效管控致癌毒素的风险，又能最大程度地保留牛奶这一天然食品的原始品质与营养价值。研究还通过详实的实验设计和数据分析，建立了可靠的工艺模型，为技术的进一步放大和工业化应用奠定了理论基础。尽管未来仍需对降解产物的安全性进行更深入全面的毒理学评估，并对系统进行工程化放大和经济性分析，但本研究无疑为开发下一代安全、高品质的乳品非热加工技术开辟了一条充满希望的新路径。
