高濃度臭氧水對柑橘多菌靈的降解及其精油品質(zhì)的影響

朱玲風(fēng) 李高陽 張菊花 黃壽恩 郭佳婧

ZHU Ling－feng 1 LI Gao－yang 1 ZHANG Ju－h(huán)ua 1 HUANG Shou－en 2 GUO Jia－jing 1

（1.湖南省農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，湖南 長沙 410125；2.長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410114）

（1.Institute of Hunan Agricultural Product Processing，Changsha，Hunan 410125，China；2.Changsha University of Science﹠Technology，Changsha，Hunan 410114，China）

農(nóng)藥在農(nóng)產(chǎn)品病蟲防治、生產(chǎn)保收和保存方面的貢獻(xiàn)是不可磨滅的［1－3］。然而，農(nóng)藥污染和食品安全問題已成為世界各國關(guān)注的熱點(diǎn)，因此，加強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)控，有效降低農(nóng)殘量是當(dāng)務(wù)之急。目前降解果蔬農(nóng)殘的主要方法有：酶催化法［4］、清洗法［5，6］、吸附法［7］、超聲法［8］、氧化 法［9］、光化學(xué)法［10］，但大多數(shù)方法僅適合對水溶性強(qiáng)或?qū)饷舾械霓r(nóng)藥的降解，有些方法還存在二次污染和成本高等局限性，影響其在果蔬農(nóng)殘降解中產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。臭氧是一種氧化性比氯還要高的強(qiáng)氧化劑，在水中有極強(qiáng)的氧化分解能力，可選擇性的與化合物中雜原子發(fā)生反應(yīng)，使化合物最終產(chǎn)生小分子物質(zhì)。而大部分的農(nóng)藥本身含有雜原子，所以易被臭氧降解［11］。國外早在1996年 K.C.Ong等［12］分別用氯和臭氧處理蘋果表面農(nóng)殘，因試驗(yàn)所用臭氧水的濃度（0.25 mg／L）太低，試驗(yàn)結(jié)果表明臭氧降解農(nóng)殘的能力弱于氯。中國也有很多學(xué)者從事此方面的研究：如伍小紅等［13］研究了臭氧對3種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的降解，并取得了較為理想的效果；張寧［14］研究了臭氧對蔬菜中農(nóng)藥殘留的降解，發(fā)現(xiàn)臭氧對甲胺磷、氧化樂果、敵敵畏、對硫磷和溴氰菊酯均有較強(qiáng)的降解作用；楊挺等［15］研究了臭氧對蔬菜中擬蟲菊酯類農(nóng)藥的降解，取得較好的農(nóng)殘降解效果。但是，縱觀已有的大量臭氧降解農(nóng)殘的研究文獻(xiàn)幾乎都存在兩個不足：① 試驗(yàn)所用的臭氧濃度太低（傳統(tǒng)電暈法臭氧發(fā)生器理論上的臭氧濃度低于3 mg／L），而且無法實(shí)現(xiàn)在線檢測；② 試驗(yàn)過程的臭氧水大多數(shù)采用通氣鼓泡法，臭氧水的濃度更低，且極不穩(wěn)定，導(dǎo)致試驗(yàn)無法精確定量。這兩個問題長期制約著臭氧在農(nóng)殘降解中的廣泛應(yīng)用。

2013年，武漢威蒙環(huán)?？萍加邢薰净谖錆h大學(xué)的一項(xiàng)國際發(fā)明專利“電解式臭氧制備技術(shù)”，研發(fā)了工業(yè)用大功率高濃度臭氧發(fā)生堆、高效氣液混合裝置，以及臭氧濃度在線檢測系統(tǒng)，極大地超越了傳統(tǒng)電暈法：臭氧水濃度可以確保在5～25 mg／L之間任意設(shè)定并保持穩(wěn)定，最高可達(dá)50 mg／L。這無疑給臭氧的廣泛應(yīng)用和科研過程的精確性提供了技術(shù)支撐。中國是一個柑橘生產(chǎn)大國，柑橘農(nóng)殘是急需解決的問題，本研究擬選取柑橘種植過程中常用的農(nóng)藥——多菌靈作為研究對象，研究高濃度臭氧水對多菌靈的降解效果，以及降解過程對柑橘精油品質(zhì)的影響，為臭氧對柑橘等其他農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后降農(nóng)殘?zhí)幚硖峁├碚撝С帧?/p>

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

50%多菌靈濕性粉劑：山東華陽科技股份有限公司；

多菌靈標(biāo)準(zhǔn)溶液：濃度為100 mg／L，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；

甲醇：色譜純，天津市康科德科技有限公司；

乙腈：色譜純，天津康巢正興科技開發(fā)有限公司；

橘子：未噴過農(nóng)藥的柑橘。

1.1.2 主要儀器與設(shè)備

超高效液相色譜串聯(lián)四級桿液質(zhì)聯(lián)用儀：Acquity UPLC－TQD型，美國 Waters公司；

高濃度臭氧發(fā)生裝置：GCFZ101Z0型，武漢威蒙環(huán)?？萍加邢薰?；

氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀：7890C－5975A型，美國Agilent公司；

電子天平：FA1104型，上海楚定分析儀器有限公司；

粉碎機(jī)：YB－1500A型，上海運(yùn)邦信息科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 臭氧水濃度的測定 為了確保臭氧濃度的精確度，在對臭氧濃度進(jìn)行在線檢測的同時，本課題組還采用滴定法進(jìn)行臭氧濃度的即時測定。方法如下：在250 m L碘量瓶中加入20%碘化鉀溶液20 m L，加入臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧水100 m L，混勻，加入3 mol／L硫酸溶液5 m L，用0.005 mol／L的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至近無色時加0.5%淀粉溶液1 m L，繼續(xù)滴定至溶液無色，按式（1）計(jì)算臭氧的濃度。

1.2.2 多菌靈農(nóng)藥的配置 稱取50%可濕粉劑多菌靈0.6 g放于裝有10 L自來水的桶里，充分混勻，即得30 mg／L多菌靈溶液?，F(xiàn)配現(xiàn)用。

1.2.3 柑橘樣品的制備與處理 將購買的柑橘分成11份，每份6個，大小基本一致，其中一份作為原材料多菌靈農(nóng)藥對照，其他10份先放入30 mg／L多菌靈溶液中浸泡20 min后，撈出，陰干，處理方法見表1。

表1 柑橘不同處理方法Table 1 Using different processing methods for the citrus

表1 柑橘不同處理方法Table 1 Using different processing methods for the citrus

理論值是指試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案預(yù)設(shè)的濃度，但在應(yīng)用過程中臭氧水濃度在小范圍內(nèi)會有動態(tài)的偏差（±2%以內(nèi)），為盡可能符合生產(chǎn)實(shí)際，在試驗(yàn)過程中自來水與臭氧水均采用流動浸泡方式。

序號 農(nóng)藥浸泡處理 下一步處理方法1 未處理 未處理2 浸泡 未處理3 浸泡 自來水流動浸泡5 min 4 浸泡 自來水流動浸泡10 min 5 浸泡 自來水流動浸泡15 min 6 浸泡 持續(xù)通入理論值8 mg／L臭氧水浸泡5 min 7 浸泡 持續(xù)通入理論值8 mg／L臭氧水浸泡10 min 8 浸泡 持續(xù)通入理論值8 mg／L臭氧水浸泡15 min 9 浸泡 持續(xù)通入理論值11 mg／L臭氧水浸泡5 min 10 浸泡 持續(xù)通入理論值11 mg／L臭氧水浸泡10 min 11 浸泡 持續(xù)通入理論值11 mg／L臭氧水浸泡15 min

1.2.4 農(nóng)殘的檢測 將陰干后的橘子皮分別剝下，打漿機(jī)充分打碎，用超高效液相色譜串聯(lián)四級桿液質(zhì)聯(lián)用儀檢測，質(zhì)譜條件：ESI（＋）毛細(xì)管電壓3.0 k V；離子源溫度110℃；脫溶劑溫度365℃；脫溶劑氣流速度650 L／h；錐孔反吹氣流速50 L／h；碰撞氣及氬氣流速0.2 m L／min；正離子 MRM掃描。方法參照GB／T 20769—2008。

1.2.5 柑橘精油的提取與檢測

（1）精油的提?。好拷M稱取100 g柑橘皮，粉碎至2～3 mm，加入250 m L水和3.5 g NaCl，裝入1 000 m L圓底燒瓶浸泡3 h，加熱，水蒸氣蒸餾收集精油，待氣質(zhì)檢測。

（2） 氣 相 色 譜 條 件：HP－5MS 毛 細(xì) 管 柱 （30 m×0.25 mm×0.25μm），程 序 升 溫，初 始 溫 度 40 ℃，保 持1 min，以3℃／min升溫到220℃；載氣高純氦氣，流速1 m L／min；進(jìn)樣口溫度250℃，進(jìn)樣量1μL，分流比30∶1。

（3）質(zhì)譜條件：離子源為EI，電子能量70 e V；離子源溫度230℃；MS四級桿溫度150℃；接口溫度280℃；NIST08標(biāo)準(zhǔn)譜庫檢索；面積歸一法計(jì)算相對含量。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS 11.0統(tǒng)計(jì)軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 臭氧水濃度的測定結(jié)果

由表2可知，整個試驗(yàn)過程臭氧水的實(shí)際濃度基本上是恒定的，這不僅保證了降解試驗(yàn)理論需要的濃度，同時也證明了高濃度臭氧發(fā)生裝置的穩(wěn)定性。

表2 高濃度臭氧水對柑橘上多菌靈農(nóng)藥降解效果的影響Table 2 The data of the degradation test of carbendazim pesticide on the citrus with high concentration of ozone water

2.2 高濃度臭氧水降解多菌靈的效果

由表2可知，未浸泡組測得的多菌靈含量為0 mg／kg，可確定試驗(yàn)所用的橘子無多菌靈農(nóng)藥，減少了試驗(yàn)誤差，保證了整個試驗(yàn)的有效性。從表2中多菌靈的降解結(jié)果可看出，清水可以沖洗掉一部分的多菌靈農(nóng)藥，清水處理15 min后，測的多菌靈的降解率達(dá)49.9%；高濃度臭氧水對多菌靈農(nóng)藥的降解效果是非常顯著的，尤其是11 mg／L的臭氧水處理后，降解率達(dá)86.3%，是自來水處理組的1.72倍。

由圖1可知：隨著臭氧水濃度的提高，多菌靈的降解率也在提高；不同濃度的臭氧水處理組，隨著處理時間的延長，多菌靈的降解率也依次提高，在處理的前10 min內(nèi)降解了68.6%～80.5%，說明經(jīng)高濃度臭氧水處理的柑橘皮中的多菌靈大部分在前10 min內(nèi)降解，這是由于在臭氧與多菌靈的反應(yīng)中，隨著底物濃度的減少，反應(yīng)的速率也在減緩，同時也說明強(qiáng)氧化劑臭氧和多菌靈的反應(yīng)是快速進(jìn)行的。

圖1 處理方式對柑橘中多菌靈降解效果的影響Figure 1 The effect of the degradation of cabendazim on the citrus with different treatments

2.3 高濃度臭氧水對柑橘精油品質(zhì)的影響

將10個試驗(yàn)組的柑橘皮粉碎提取其精油，通過氣相—質(zhì)譜聯(lián)用儀測得精油各成分及含量比，見表3。柑橘精油成分中易被氧化的物質(zhì)主要是烯烴類、醛類、醇類、酯類，故選取精油中主要的烯類、醛類、醇類、酯類為分析對象，通過對臭氧未處理組及臭氧處理組提取的精油主要的烯類、醛類、醇類、酯類分別求和，再進(jìn)行方差單因素分析。由表3可知，烯類、醛類、醇類、酯類的P值分別是0.09，0.59，0.47，0.41，均大于0.05，說明臭氧處理柑橘前后柑橘精油主要成分含量無明顯差別，即高濃度臭氧水浸泡柑橘對其精油品質(zhì)無影響，這主要由于柑橘皮精油貯存在密閉的油胞里，外面的臭氧短時間內(nèi)很難滲人油胞層，因此保護(hù)了柑橘精油未被氧化。

3 結(jié)論

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，在水中發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的單原子（O）和羥基（OH·），瞬間可分解水中的有機(jī)物質(zhì)，是強(qiáng)氧化劑及催化劑，可使有機(jī)物發(fā)生連鎖反應(yīng)，且反應(yīng)十分迅速［16］。臭氧微溶于水中，不僅可以將多菌靈中的碳碳雙鍵、碳氮雙鍵碳鏈開環(huán)，同時還對其氨基基團(tuán)具有強(qiáng)烈的氧化作用，這種雙重作用的方式，使得多菌靈的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大改變，改變了多菌靈農(nóng)藥的性質(zhì)，從而達(dá)到了降解多菌靈的效果。本研究結(jié)果表明：高濃度臭氧水降解多菌靈的能力強(qiáng)于低濃度臭氧；隨著處理時間的延長，高濃度臭氧水對多菌靈農(nóng)殘的降解效果增加；由于柑橘精油處于油胞層里，高濃度臭氧在短時間內(nèi)很難進(jìn)入并接觸發(fā)生反應(yīng)，因此可以推斷，利用高濃度臭氧水降解柑橘農(nóng)殘對柑橘精油品質(zhì)并無影響。

表3 高濃度臭氧處理對柑橘精油品質(zhì)的影響Table 3 The effect of quality essential oil in citrus by the high concentration of ozone water／%

關(guān)于本試驗(yàn)設(shè)定的臭氧水濃度及處理時間，主要是考慮到高濃度臭氧水在實(shí)際應(yīng)用中的效率問題，因本研究使用的高濃度臭氧發(fā)生裝置（產(chǎn)品型號GCFZ101Z0）是目前最先進(jìn)的制備臭氧水設(shè)備，設(shè)置在濃度為8 mg／L和11 mg／L時，其產(chǎn)臭氧水的量分別為1.2 t／h和1.0 t／h。如果濃度設(shè)定很高（即實(shí)際產(chǎn)臭氧水量很低），或處理時間延長，都會導(dǎo)致柑橘后續(xù)加工的效率降低。農(nóng)藥的品種、數(shù)量非常龐大，且體系繁雜，有有機(jī)的、無機(jī)的、植物源的、動物源的及微生物源的農(nóng)藥，目前所進(jìn)行的農(nóng)殘降解主要是針對有機(jī)農(nóng)藥，多菌靈僅僅是其中的滄海一栗。下一步研究將擴(kuò)大農(nóng)藥品種以及水果品種作為研究對象，研究高濃度臭氧水對不同水果中各種常見農(nóng)藥殘留的降解效果。

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