Degradation of Patulin in Apple Juice by Ascorbic Acid and the Combination of Ascorbic Acid and Ferrous Iron

Abstract

Patulin is a mycotoxin produced by certain species of Penicillium and Aspergillus which are frequently found in moldy fruits. The concentration of patulin is strictly restricted during the production of various fruit juice products due to its potential maleficence toward quality and safety of the products. Ascorbic acid(AA), also known as vitamin C, is a water-soluble antioxidant that was proved to be able to reduce patulin contamination, although the optimal usage of AA was not established. Meanwhile, the performance of degradation of patulin by the combination of Ferrous sulfate and AA is of interest to be explored. Therefore, the current study aims to evaluate the effect of different concentrations of AA on the degradation of patulin in apple juice, and the ability of the combination of AA and ferrous iron to mitigate patulin combination. AA and ferrous iron were added to 100% pure apple juice. After 0h, 5h, and 24h incubation, the levels of patulin were analyzed by a high-performance liquid chromatography-UV detector. The results showed high linearity (R² =0.998) for patulin in the range of 0.1–2.0 µg/ml, The recovery rate of patulin in the apple juice was 86%–95% along with 6.3%–13.1% repeatability. In this study, patulin in apple juice was able to be degraded by AA after 5h incubation; average degradation rates were and 35% (0.5 g/mL AA added) and 37% (1.0 g/mL AA added), respectively. patulin in apple juice was able to be degraded by AA after 24h incubation; average degradation rates were and 65% (0.5 g/mL AA added) and 69% (1.0 g/mL AA added), respectively. The combination of AA and ferrous iron significantly reduced the content of patulin in apple juice. The patulin in the apple juice sample was mitigated up to 72% and 94% after 5h and 24h incubation. In conclusion, this study suggests the combination of AA and ferrous iron is the ideal method to degrade patulin in apple juice. |본 연구는 사과주스 중에 존재하는 곰팡이 유래 독성물질인 파튤린의 분해 위하여 (1) 두가지 농도의 아스코르브산 처리에 따른 사과주스 중 파튤린 함량 변화 (2) 아스코르브산과 제1철의 조합 처리에 따른 사과주스 중 파튤린 함량 변화를 조사하였다. 0시간, 5시간, 24시간 반응 후 각각 사과주스 중 파튤린 분석은 액체크로마토그래피법으로 분석하였으며, 검량선의 직진성은 상관계수 (R²)가 0.9981이상인 것으로 나타나 피크면적과 파튤린 농도 간에 높은 직선적 상관관계를 확인할수 있었다. 회수율의 경우 86%-95%, 반복성(Repeatability) 6.3%–13.1%로 실험 결과 모두 대상물질 기준 범위를 만족시키는 수준이었다. 사과주스의 효소적 갈변반응을 막기 위해 주로 사용하고 있는 아스코르브산의 사과주스 중 파튤린 분해에 미치는 영향을 살펴본 결과, 500 mg/mL아스코르브산을 첨가하고 24시간 반응 후에는 파튤린 분해율은 65%, 1000 mg/mL아스코르브산을 첨가하고 24시간 반응 후에는 분해율이 69%의 감소를 보였다. 반응시간에 따라 사과주스 중 파튤린 함량은 점차 감소하였다. 사과주스 중 파튤린 저감화를 연구하기 위해 제1철와 아스코르브산의 혼합첨가에 따른 파튤린 함량을 측정한 결과, 0.5 mmol/L 제1철(ferrous iron )과 아스코르브산 500 mg/mL을 함께 첨가한 경우, 24시간 반응 후에는 파튤린 분해율은 94%의 감소를 보였다. 아스코르브산 단독 첨가한 경우에 비해 파툴린 더 빠르게 감소하였다. 따라서 아스코르브산과 제1철을 혼합 첨가하여 주스를 제조하는 방법은 사과주스내의 파튤린 잔류함량의 감소를 발생시키며 파튤린에 오염된 사과를 가공하여 제품으로 제조할 때에는 이러한 방법이 효과적이라고 판단된다.