不同清洗方式對生菜表面農(nóng)藥殘留的降解效果

韓禮，侯亞西，汪俊涵，陳芳

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京，100083)

近年來，由于農(nóng)藥的濫用或泛用，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品以及食品中的農(nóng)藥殘留問題成為令消費者擔憂的主要食品安全問題之一，受到政府、產(chǎn)業(yè)界以及消費者層面的普遍關(guān)注［1］。

有機磷農(nóng)藥由于具有品種多、對植物藥害小、防治對象多、廣譜性、高效性等諸多優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中［2］，約占所有殺蟲劑使用量的70%［3］。盡管有機磷農(nóng)藥的使用能有效地提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，但同時卻對農(nóng)產(chǎn)品、食物鏈以及生態(tài)環(huán)境造成污染。諸多研究表明，蔬菜中有機磷農(nóng)藥殘留量較高，且超標現(xiàn)象時有發(fā)生［4］。例如，楊江龍等［5］對蔬菜中敵敵畏、甲拌磷、樂果、馬拉硫磷、毒死蜱等農(nóng)藥的測定表明，豇豆、西紅柿、白菜中的敵敵畏、甲拌磷和馬拉硫磷的殘留量均達到允許的農(nóng)藥殘留濃度的最大限值。此外，有機磷農(nóng)藥已成為造成土壤污染的主要種類，在土壤中的殘留量一般占施藥量的20%～70%［6－8］。

人體內(nèi)有機磷農(nóng)藥的長期蓄積會引發(fā)慢性中毒，導(dǎo)致人體神經(jīng)功能紊亂，發(fā)生出汗、遲鈍、神經(jīng)失常和語言失常等癥狀。此外，有機磷農(nóng)藥還具有遺傳毒性、生殖毒性，從而危害人類健康［9］。

有關(guān)農(nóng)產(chǎn)品中有機磷農(nóng)藥殘留的去除方法主要分三類，為物理方法、化學(xué)方法和生物方法。物理方法主要有清洗、吸附、去皮等傳統(tǒng)的方法以及超聲波處理法。化學(xué)方法主要有氧化法、光降解法、水解法等，比如臭氧、次氯酸鹽、雙氧水等［10］。生物法主要是利用微生物的生命活動以及微生物產(chǎn)生的酶對農(nóng)藥產(chǎn)生降解作用。由于物理方法多需要大型設(shè)備，作為家庭使用成本較高，目前在食品加工業(yè)中應(yīng)用較多;生物法雖然安全，但對農(nóng)藥選擇性強，降解作用具有局限性;化學(xué)法中的臭氧降解法雖然高效，且目前已有用于果蔬清洗去毒的家用設(shè)備，但一些農(nóng)藥的氧化產(chǎn)物具有更強的毒性，其安全性有待評估，而堿性水處理則是應(yīng)用了有機磷農(nóng)藥在強堿條件下容易發(fā)生水解的原理［11］，其降解速率高、污染低、危害小、廉價、易于制備，更適用于家庭處理農(nóng)藥殘留而被廣泛看好。因此，本文以自來水和臭氧水為對照分別在水溶液體系和蔬菜體系研究堿性水對農(nóng)藥的降解效果。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

新鮮散葉生菜，購于中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)貿(mào)市場;農(nóng)藥標準品:樂果(純度48%、天津華宇農(nóng)藥有限公司)，敵敵畏(純度80%、山西化學(xué)廠)，馬拉硫磷(純度48%、天津華宇農(nóng)藥有限公司)，毒死蜱(純度48%、天機華宇農(nóng)藥有限公司);氯化鈉、氫氧化鈉、乙腈和二氯甲烷等都為分析純，丙酮為色譜純。

1.2 實驗儀器

臭氧發(fā)生器，北京愛思特公司;氣相色譜儀，GC，日本島津公司;RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海振捷實驗設(shè)備有限公司;SHZ-Ⅲ型循環(huán)水真空泵，上海亞榮生化儀器廠?；鹧婀舛葯z測器(FPD)日本島津公司;HZQ-C空氣浴振蕩器，哈爾濱市東明醫(yī)療儀器廠。

1.3 實驗方法

1.3.1 堿性水的配制

將適量NaOH加入到去離子水中分別配置成pH=10.5和pH=11.5的水溶液，攪拌均勻，備用。

1.3.2 臭氧水的制取

在臭氧發(fā)生器中加入6 L去離子水，采用碘量法測定水中臭氧的濃度，當臭氧發(fā)生器工作10 min后溶液中臭氧濃度基本穩(wěn)定在0.343 mg/L，保持臭氧發(fā)生狀態(tài)，備用。

1.3.3 農(nóng)藥溶液的制備

敵敵畏、樂果、馬拉硫磷、毒死蜱分別用丙酮準確配制成濃度為4 000 mg/L的母液，于－18℃貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.4 生菜樣品制備

于容器中配制濃度約1 mg/L的4種農(nóng)藥的混合溶液2 L，將生菜葉片逐片剝離浸泡其中，使水全部沒過所有葉片，5 min后取出，通風(fēng)處晾置12 h后觀察，蔬菜葉片表面干爽時，隨機取樣進行GC分析，當蔬菜的農(nóng)藥殘留濃度為0.5～1 mg/L時為適宜濃度。若殘留濃度不夠，則反復(fù)進行上述程序。

1.3.5 污染生菜的清洗處理

分別配置6L清水和堿性水(pH=10.5和pH=11.5)于10 L的塑料箱中，取生菜樣品適量于塑料箱中使其完全浸沒于處理液中，加蓋，置于空氣浴振蕩器中處理以模擬動態(tài)清洗環(huán)境。轉(zhuǎn)速為100 r/min。

取生菜樣品適量于臭氧發(fā)生器中，使其完全浸沒于已制備好的臭氧水處理液中，加蓋進行臭氧清洗。

各清洗處理均從生菜放入塑料箱中計時，分別于0、5、10、15、20 min 取出約 80 g 生菜樣品，置于清水中漂洗以除去表面殘留溶液。

1.4 有機磷農(nóng)藥的測定

1.4.1 樣品前處理

樣品前處理參考農(nóng)業(yè)部標準NY/T 761－2004方法，并略作改進［11］。用榨汁機將處理后的生菜樣品勻漿，準確稱取20.00 g樣本置于200 mL具塞三角瓶中，加入0.5 g活性炭。向三角瓶中加入50.00 mL乙腈，蓋好塞子，放入空氣浴振蕩器震蕩提取30 min。過濾混合液，將濾液收集到裝有7 g NaCl的100mL具塞量筒中，蓋上塞子劇烈振搖1 min，室溫下靜置10 min，使乙腈相和水相分層。吸取10.00 mL乙腈相溶液，在40℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至近干，用丙酮定容至2 mL。

1.4.2 樣品檢測方法

GC-FPD檢測4種有機磷農(nóng)藥。氣相色譜分析條件為:柱溫240℃，進樣口溫度240℃，F(xiàn)PD檢測器溫度(配磷濾光片)250℃;升溫程序采用120℃初溫保持 1 min，15℃/min的速度升至 240℃，30℃/min的速度升至280℃保持3 min;載氣(N2)流速1.5 mL/min;氫氣(H2)流速80.0 mL/min;空氣流速120 mL/min;進樣量1.0 μL;進樣方式為不分流進樣。采用外標法定量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

每項測定設(shè)置3個平行，取其平均值，使用ORIGIN7.5作圖。

2 結(jié)果分析

2.1 四種有機磷農(nóng)藥的總體均降解情況

基于偶發(fā)的有機磷農(nóng)殘超標的情況，本實驗建立的生菜污染模擬體系的農(nóng)藥污染濃度為0.5～1 mg/kg，處理后生菜4種農(nóng)藥的污染量見表1。將該生菜分別在臭氧水、自來水、pH 11.5和pH 10.5堿性水中進行不同時間的動態(tài)清洗后的結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明，pH 11.5堿性水對敵敵畏、馬拉硫磷、樂果和毒死蜱4種農(nóng)藥的平均降解率最高，分別達到72%、54%、63%、70%。與臭氧水清洗相比，堿性水清洗對4種農(nóng)藥的平均降解率為臭氧水的2.32、1.15、1.75和2.91倍。此外，農(nóng)藥降解情況基本在處理10～15 min時趨于平緩，為減少處理過程對蔬菜造成的機械損傷，建議清洗操作15 min為宜。

表1 生菜表面有機磷農(nóng)藥初始濃度 mg/kg

圖1 不同清洗方法對蔬菜體系四種有機磷農(nóng)藥平均降解效果

2.2 不同清洗方法對敵敵畏的降解效果

在4種水溶液中敵敵畏的降解趨勢如圖2所示。當農(nóng)藥濃度為0.5 mg/kg時，敵敵畏在pH 11.5的堿性水中的降解率呈直線上升，降解趨勢在前10 min降解較為迅速，此后降解率增加慢，作用20 min時的降解率接近72%，降解效果明顯優(yōu)于pH 10.5的堿性水。另外，臭氧水與自來水對于敵敵畏的降解程度在處理前15 min較為緩慢，至20 min才有明顯效果;與堿性水相比，堿性水在20 min內(nèi)對敵敵畏的降解效果優(yōu)于臭氧水的降解效果。

圖2 生菜體系中敵敵畏的降解效果

2.3 不同清洗方法對馬拉硫磷的降解效果

由圖3可以看出，馬拉硫磷在堿性水中的降解效果優(yōu)于臭氧水和清水。4種清洗方式對于馬拉硫磷的降解主要為前10 min較明顯;至10 min時，pH 11.5與pH 10.5的堿性水對馬拉硫磷降解率分別為49.9%和47.8%，而臭氧水與自來水對其降解率分別為 32.9% 和 31.7%;至 20 min時，pH 11.5、pH 10.5、臭氧水和自來水對馬拉硫磷的降解率分別為53.8%、50.9%46.8%和42%，可見堿性水對馬拉硫磷的降解率明顯高于臭氧水，其中，臭氧處理和清水降解效果近似。

圖3 生菜體系中馬拉硫磷的降解效果

2.4 不同清洗方法對樂果的降解效果

由圖4可看出，樂果降解在前5 min降解迅速，10 min后降解趨勢平緩。其中pH 11.5的堿性水降解效果最佳，在20 min時其降解率可達55%左右，而臭氧水和清水處理在20 min時的降解率分別為32%和30%左右。

2.5 不同清洗方法對毒死蜱的降解效果

圖4 生菜體系中樂果的降解效果

毒死蜱的降解效果與樂果降解有相似之處。其中2種堿性水降解效果相近，臭氧水和清水清洗降解效果近似。堿性水中，毒死蜱的降解呈逐步上升趨勢，在20 min時為65%左右，而在臭氧水和清水中毒死蜱降解效果較差，臭氧水處理20 min的降解率僅為20%左右，是堿性水在相同條件下處理的1/3，自來水的降解效果則更差。

圖5 生菜體系中毒死蜱的降解效果

3 討論

3.1 堿性水和臭氧水作用機理

在本研究中，4種有機磷農(nóng)藥都表現(xiàn)出在pH 11.5的堿性水中降解速率快于pH 10.5。對其機理進行分析認為，對含有磷?；蛄虼柞；鶊F的有機磷農(nóng)藥來說(多數(shù)有機磷農(nóng)藥含有此類基團)，在堿性條件下均會發(fā)生水解;在該類化合物中，極化的磷?；诹自由袭a(chǎn)生一個正電荷，因而親電性強，極易與親核試劑反應(yīng)從而發(fā)生水解;在堿性水中，有大量親核性的羥基離子存在，羥基可以進攻磷酸酯或硫代磷酸酯(含有 P—O(S)—C)中的磷原子，使 P—O(S)鍵斷開，此外，羥基也可以進攻碳原子，使 O(S)—C鍵斷開;但由于磷酰的P是硬酸中心，C四面體是一個軟酸，羥基離子是一個硬堿，因而它優(yōu)先進攻磷原子。因此，對有機磷農(nóng)藥的堿降解而言，就是堿性水中的羥基有選擇的進攻磷原子，伴以P—O(S)鍵斷開的過程。此外，堿性條件的水解反應(yīng)主要受羥基離子催化，pH值每增加一個單位，水解速率幾乎增加10倍。但在pH值相同的條件下，由于受有機磷農(nóng)藥本身結(jié)構(gòu)的影響，各農(nóng)藥的降解速率會有很大不同。這取決于與磷酸酯或硫代磷酸酯中與中心原子磷相連的那個原子電負性的大小以及有無共軛效應(yīng)等。有機磷農(nóng)藥之所以容易水解，是由于其磷酸酯結(jié)構(gòu)中與磷原子相連的基團和H3CO-具有拉電子特性，因此使磷原子的親電性增強，更易于受羥基攻擊而發(fā)生水解［12］。

同時，有機磷農(nóng)藥在臭氧存在的情況下能夠發(fā)生氧化反應(yīng)，其結(jié)構(gòu)中主要發(fā)生氧化的位點為:P=S或—S—，即發(fā)生P＝S→P＝O和—S—→的轉(zhuǎn)變生成氧化產(chǎn)物，例如，馬拉硫磷被氧化成馬拉氧磷，毒死蜱被氧化成氧化毒死蜱，樂果被氧化為氧化樂果。

在堿性水中，水解反應(yīng)是主要的降解途徑，而在臭氧水中，有機磷農(nóng)藥的降解可能是水解和氧化同時作用的結(jié)果。諸多研究表明，農(nóng)藥的化學(xué)結(jié)構(gòu)會對其降解過程造成重要的影響。這也是造成本研究中不同種類農(nóng)藥的降解趨勢有所差異的原因。

3.2 堿性水對果蔬品質(zhì)的影響

在水果或者蔬菜的表面，通常有一層蠟質(zhì)，采用短時低溫的堿水處理一般不會破外蠟質(zhì)層，因此，能夠在一定程度上阻止堿液向內(nèi)部滲入。由于清洗是個物理過程，其前提是不會破壞果蔬的完整性。但是，果蔬表層的結(jié)構(gòu)特點各不相同，因此不能一概而論。對于部分葉菜類蔬菜，其蠟質(zhì)層薄且不完整，可能會引起堿水的滲入，但目前未有前人關(guān)于這方面的報道。本試驗發(fā)現(xiàn)，生菜經(jīng)堿液動態(tài)清洗20 min后稍顯萎蔫，且顏色變深，這些現(xiàn)象表明可能表層組織受損，造成堿液滲入。有研究表明，將蔬菜在0.01%的氫氧化鈉等稀堿溶液中浸泡20～30 min，葉綠素可生成葉綠酸鹽、葉綠醇等，顏色為鮮綠色。

但通常情況下，由于果蔬完整性未收到破壞，且堿液的滲透作用并不明顯，所以，果蔬內(nèi)部的pH值和果肉風(fēng)味都不會受到影響。而如果有堿液滲入組織的話，則果蔬的pH值會表現(xiàn)為上升，但需要對不同種類的果蔬進行實驗驗證。

對于風(fēng)味來說，蔬菜中呈味物質(zhì)多是不飽和醇、醛類，這些物質(zhì)不會受堿性處理的影響。酯類主要存在于水果的果實內(nèi)部，且呈香物質(zhì)的閾值都非常低(例如，水中乙酸異戊酯含量達到5×10－6mg/kg，就會產(chǎn)生香蕉氣味)，盡管在堿性條件下，酯類容易發(fā)生降解，然而，可以推斷，堿性水清洗的滲透作用以及處理時間不足以影響到果蔬的味道。

4 結(jié)論

與臭氧水清洗相比，堿性水清洗對生菜所污染的敵敵畏、馬拉硫磷、樂果、毒死蜱的降解效果更為明顯。通過pH 11.5堿性水處理，對4種農(nóng)藥的去除率分別為臭氧水處理的2.31、1.38、1.36和1.36倍。同時，堿性水對4種有機磷農(nóng)藥的降解受溶液的pH值、處理時間的影響;同樣處理條件對不同種類有機磷農(nóng)藥的降解效果不同。

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