儲藏和加工方式對稻谷中毒死蜱和三唑磷殘留量的影響

陳威 吳軍輝 萬娟

摘要 [目的]了解稻谷加工方式和儲藏方式對稻米中毒死蜱和三唑磷殘留動態(tài)的影響機制。[方法]采用液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜法同時檢測稻米中的毒死蜱及其代謝物3，5，6-三氯-2-吡啶酚（3，5，6-Trichloro-2-pyridinol，TCP）和三唑磷殘留，分析碾磨、蒸煮、發(fā)芽加工以及儲藏溫度（37和4 ℃）對毒死蜱和三唑磷殘留量的影響。[結(jié)果]毒死蜱及其代謝物TCP、三唑磷等農(nóng)藥殘留多數(shù)分布在米糠層；短時間的蒸煮無法明顯降低稻谷中毒死蜱的殘留量；發(fā)芽稻谷中毒死蜱及其代謝物TCP、三唑磷的殘留量顯著低于未發(fā)芽稻谷；在37 ℃儲藏條件下，毒死蜱的降解方程為C=0.899e-0.005t（R2=0.855 6），半衰期為138.6 d；三唑磷降解方程C=0.768e-0.009t（R2=0.822 8），半衰期77.0 d，近似滿足一級動力學模型方程；在4 ℃ 低溫儲藏條件下，稻谷中毒死蜱和三唑磷的殘留量變化不大。[結(jié)論]碾磨和發(fā)芽加工有利于降低稻谷的農(nóng)藥殘留量，低溫儲藏稻谷不利于殘留農(nóng)藥的降解。研究可為稻米加工過程的風險評估以及開發(fā)稻米中農(nóng)藥殘留的消解技術(shù)提供參考。

關(guān)鍵詞 三唑磷；毒死蜱；TCP；降解

中圖分類號 S509 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）25-0091-05

Abstract [Objective] To investigate the effect of rice processing and storage methods on the residual dynamics of chlorpyrifos and triazophos in paddy. [Method] The residues of chlorpyrifos and their metabolites 3，5，6Trichloro2pyridinol（TCP） and triazophos were detected by liquid chromatographytriple quadrupole mass spectrometry. The effect of milling， cooking， germination and storage temperatures （37 and 4 ℃） on the residues of chlorpyrifos and triazophos were investigated in the present research. [Result] The results showed that the pesticide residues such as chlorpyrifos and their metabolites TCP and triazophos were mostly distributed in the rice bran layer. Shortterm cooking could not significantly reduce the residues of chlorpyrifos in paddy. The residues of chlorpyrifos and their metabolites TCP and triazophos in sprouted paddy were significantly lower than that of unsprouted paddy. The degradation equation of chlorpyrifos was C = 0.899e-0.005t （R2 = 0.855 6）， the halflife period was 138.6 d， while the triazophos degraded equation was C = 0.768e-0.009t （R2 = 0.822 8） and the halflife period was 77.0 d， which satisfies the firstorder kinetic model equation. Under the condition of 4 ℃ low temperature storage， the residues of chlorpyrifos and triazophos in paddy did not significantly degraded. [Conclusion] The milling processing and germination processing are beneficial to reduce the pesticide residues in the paddy. Low temperature storage of paddy is not conducive to the degradation of residual pesticides. The results of this study can provide a reference for the risk assessment of paddy processing and the development of technologies to reduce pesticide residues in paddy.

Key words Paddy；Triazophos；Chlorpyrifos；TCP；Degradation

稻米是我國居民的主食之一，然而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，水稻常常遭受病蟲的危害，毒死蜱和三唑磷是目前防治水稻害蟲的常用有機磷農(nóng)藥[1]。因此，監(jiān)測和降低稻米中農(nóng)藥殘留量是保證稻米質(zhì)量安全的重要手段。目前，常用的農(nóng)藥殘留檢測方法包括氣相色譜法、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法、液相色譜法和液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法等[2-4]，這些方法已被廣泛用于監(jiān)測稻米中農(nóng)藥的殘留量以及評估大米中農(nóng)藥殘留的膳食風險。如張存政等[5]研究了江蘇的毒死蜱和氟蟲腈農(nóng)藥殘留情況并進行暴露風險評估，結(jié)果表明大米中殘留的毒死蜱對人群的健康風險較大，田間應(yīng)減量使用；應(yīng)興華等[6]研究認為，三唑磷在穗中的累積具有顯著的滯后性，在水稻抽穗前應(yīng)嚴格控制三唑磷用量和施用次數(shù)。錢允輝等[7]的研究結(jié)果表明，糙米中農(nóng)藥殘留量與水稻中后期用藥有關(guān)，殘留量與施藥次數(shù)、農(nóng)藥劑量呈正相關(guān)。同時，為更好地開展食品風險評估和風險預警，研究食品加工對農(nóng)藥殘留動態(tài)的影響機制顯得尤為重要。李云成等[8]和Kaushik等[9]分別綜述了常用食品加工方式對農(nóng)藥殘留的影響，認為大部分加工過程可降低食品中的農(nóng)藥殘留，如清洗、去皮、榨汁、殺菌、發(fā)酵等；但也有一些如濃縮、干燥以及油脂提煉等過程，可能會導致農(nóng)藥殘留水平升高；另外，加工過程還可能使某些農(nóng)藥成分發(fā)生改變。梁穎等[10]采用元分析方法研究發(fā)現(xiàn)，食品加工如自來水清洗、多種溶液清洗、去皮、水煮、清炒、漂燙、烘烤等對果菜中農(nóng)藥的去除率在40%以上。

近年來，關(guān)于稻米加工如碾磨、清洗、烹飪、釀酒等以及儲藏條件對稻米中甲基毒死蜱、毒死蜱、馬拉硫磷等母體農(nóng)藥殘留消解規(guī)律的研究報道不少[11-16]，但極少關(guān)于稻米儲藏和加工后可能產(chǎn)生殘留農(nóng)藥的高毒代謝物的研究報道。韓卉等[17]研究發(fā)現(xiàn)，大米清洗、蒸煮、煮粥、蒸煮后再炒飯等加工后，殘留的毒死蜱會降解產(chǎn)生 3，5，6-三氯-2-吡啶酚（TCP），該代謝產(chǎn)物也是毒死蜱在水體環(huán)境中的降解產(chǎn)物[18]，與母體毒死蜱存在協(xié)同效應(yīng)的毒性更強[19]。為此，筆者建立了液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜法同時檢測毒死蜱及其代謝物TCP和三唑磷方法，探討稻谷加工方式（碾磨、蒸煮、發(fā)芽）和儲藏方式對稻米中毒死蜱和三唑磷殘留動態(tài)的影響機制，為稻米加工過程的風險評估以及開發(fā)稻米中農(nóng)藥殘留的消解技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料。

試驗稻谷為2015年收獲的早秈稻。

1.1.2 主要儀器設(shè)備。

液質(zhì)聯(lián)用儀（API4000Q），美國Sciex公司；液質(zhì)聯(lián)用儀（LC-20ADXR），日本Shimadzu公司；礱谷機（THU35C），日本佐竹機械（蘇州）有限公司；植物研磨機（Cyclotec 1093），丹麥FOSS公司；旋渦振蕩器（Multi Rveax），德國Heidolph；氮吹儀（8125），美國Organomation Associates；旋渦混合器（SI-T256），美國SCIENTIFIC INDUSTRIES；離心機（5810R），德國 EPPENDORF公司；檢驗?zāi)朊讬C（JNMJ3），浙江臺州糧儀廠；生化培養(yǎng)箱（LRH-250A），韶關(guān)市泰宏醫(yī)療器械有限公司；多功能電磁爐（C21-WT2118），廣東美的生活電器制造有限公司。

1.1.3 主要試劑。

甲醇（HPLC）、乙腈（HPLC），Sigma-Aldrich公司；丙酮（HPLC），TEDIA公司；氯化鈉、碳酸氫鈉和氯化鈣（AR），廣州化學試劑廠；硫酸鎂（AR）和乙二胺-N-丙基硅烷（PSA），美國Agilent公司。

毒死蜱標準品（Chlorpyrifos，2921-88-2，99%），批號：30902，Dr.Ehrenstorfer GmbH公司；三唑磷標準品（Triazophos，24017-47-8，95.6%），批號：25690，Accustandard公司；三氯吡啶酚標準品（3，5，6-Trichloro-2-pyridinol，TCP，6515-38-4，99.0%），批號：40122，Dr.Ehrenstorfer GmbH公司；以上農(nóng)藥分別使用色譜純丙酮溶解配制成1 000 mg/L的儲備液，使用甲醇稀釋至10.00 mg/L的混合溶液，再使用空白樣品待測液配制成校準溶液。

1.2 方法

1.2.1 稻谷碾磨加工方法。

取500 g稻谷礱谷后碾磨，分別收集稻殼、糙米、糠粉和精米，粉碎過40目篩，待測。

1.2.2 不同加工處理方法。

蒸煮處理：分別稱取100 g 稻谷于蒸鍋中，加入2 000 mL去離子水或者5%（W/V）氯化鈉溶液，置于電磁爐（1 000 W）蒸煮30 min，濾干，自然晾干，待測。

發(fā)芽處理：分別稱取100 g 稻谷先用0.2%（W/V）碳酸氫鈉溶液清洗3次，去離子水浸泡18 h，濾干，平鋪在含去離子水介質(zhì)或者0.5%（W/V）氯化鈣介質(zhì)的發(fā)芽皿中，37 ℃培養(yǎng)箱中發(fā)芽24 h，濾水，自然晾干，待測。

1.2.3 不同溫度儲藏試驗。

分別取500 g 稻谷置于37 ℃培養(yǎng)箱和4 ℃冰箱中儲藏90 d，取樣時間分別為1、7、14、21、30、45、60、90 d，測試毒死蜱、TCP和三唑磷的殘留量。

1.3 測試條件

1.3.1 樣品預處理方法。

稻谷樣品脫殼后，粉碎過40目篩，待測。稱取5.00 g糙米粉樣品于50 mL具塞離心管中，加 10 mL水完全濕潤樣品，浸泡30 min，加20.00 mL乙腈，旋渦振蕩提取15 min，加3.5 g氯化鈉劇烈振蕩 1 min，通過3 000 r/min以上速度離心3 min。稱取100 mg PSA、400 mg無水硫酸鎂于15 mL離心管中，吸取離心50 mL離心管中的上清液6 mL于其中，劇烈振搖1 min，以8 000 r/min以上速度離心3 min。吸取4 mL上清液于刻度離心管中，使用氮氣50 ℃水浴中吹至近干，用1.00 mL 乙腈+水（1+2）溶液溶解，旋渦混合后過0.2 μm的濾膜待測。

1.3.2 色譜和質(zhì)譜條件。

液相色譜條件：

色譜柱為Phenomenex C18柱（4.6 mm×100 mm，2.6 μm，P/N：528230-87）；梯度洗脫，洗脫程序見表1；柱溫35 ℃；進樣量10 μL。

質(zhì)譜條件：

離子源為電噴霧離子源（ESI），正離子模式；掃描方式為多反應(yīng)監(jiān)測（MRM）；氣簾氣為137.89 kPa；碰撞氣為41.37 kPa；霧化氣為344.74 kPa；輔助加熱氣為379.21 kPa；電噴霧電壓5 500 V；離子源溫度600 ℃。監(jiān)測離子：監(jiān)測離子及參數(shù)見表2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)方差分析采用SPSS16.0（SPSS公司），數(shù)值擬合采用Origin 8.0（OriginLab 公司）。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法性能驗證

將10.00 mg/L的毒死蜱、TCP及三唑磷混合標準溶液添加至空白糙米粉中，使其在樣品中含量分別為0.020、0.050、0.200 mg/kg，按照上述方法“1.3”進行處理并上機測定，考察方法的回收率和精密度（n=9）。結(jié)果表明（表3），該方法測定毒死蜱、TCP和三唑磷的檢測限分別為2、10和1 μg/kg，線性范圍分別為10～1 000、10～1 000和2～250 μg/L，相關(guān)系數(shù)均大于0.99，回收率為93.4%～99.1%，RSD 為1.7%～5.6%。由此可見，該方法可以同時準確定量稻谷中毒死蜱、TCP和三唑磷的殘留量。

2.2 稻谷不同碾磨加工部分的毒死蜱和三唑磷的殘留量

收集稻谷的不同加工部分并測定其中的毒死蜱及其代謝物TCP和三唑磷的殘留量，考察碾磨加工對稻谷中農(nóng)藥消減的影響。結(jié)果表明，稻谷不同加工部分的毒死蜱、TCP和三唑磷的殘留量分布差異大。糠粉中毒死蜱的殘留量顯著高于稻谷、糙米、稻殼和精米；稻谷、糙米和稻殼中毒死蜱殘留量無顯著差異，并顯著高于精米中殘留量（圖1）。TCP是毒死蜱降解的主要產(chǎn)物[17-18]，糠粉中TCP殘留量顯著高于稻谷、稻殼、糙米和精米；稻谷、稻殼、糙米和精米中TCP殘留量則無顯著差異。三唑磷在稻殼中殘留量最高，糠粉中三唑磷的殘留量顯著高于稻谷、糙米和精米；糙米和稻谷三唑磷的殘留量無顯著差異；精米中三唑磷殘留量最低（圖1）。由此可見，毒死蜱和三唑磷的殘留多數(shù)分布在稻殼或糠粉中。因此可知，通過碾磨加工等處理方式能夠有效降低稻谷中的農(nóng)藥如毒死蜱和三唑磷等的殘留量。該試驗結(jié)果與孔志強[13]的研究稻谷脫殼和碾磨加工降低乙酰甲胺磷和甲胺磷的殘留量的結(jié)果一致。

2.3 稻谷不同加工方式對毒死蜱和三唑磷殘留量的影響

研究表明，清洗和蒸煮等加工對蔬菜和水果中農(nóng)藥殘留的去除效果顯著，但是清洗對農(nóng)藥殘留的去除效果與農(nóng)藥的理化性質(zhì)如辛醇/水分配系數(shù)（Kow值）、溶解度、蒸汽壓和清洗液的理化性質(zhì)，如溫度、pH、乳化性等密切相關(guān)[8-9]。韓卉等[17]研究認為，清水清洗能有效去除稻米上殘留毒死蜱。該研究結(jié)果則顯示，去離子水或者5%（W/V）氯化鈉溶液中蒸煮稻谷無法顯著降低毒死蜱殘留量（去除率分別為4.56%和6.12%），但是顯著降低三唑磷的殘留量（去除率分別為16.63%和12.73%）和TCP的殘留量（去除率分別為52.94%和52.45%）（圖2）。該結(jié)果可能與毒死蜱和三唑磷的溶解度等理化性質(zhì)差異有關(guān)，毒死蜱在稻谷蠟質(zhì)層分布更高，因此短時間的蒸煮無法明顯降低稻谷中毒死蜱的殘留量。

研究證實，發(fā)酵等加工方式是一種有效降解農(nóng)藥殘留的生物途徑[8-9]，如稻米釀酒能夠顯著降低甲基嘧啶磷和毒死蜱等7種農(nóng)藥的殘留量[14]。稻谷發(fā)芽亦是一種重要的稻谷深加工生物技術(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽處理的稻谷的營養(yǎng)活性成分如γ-氨基丁酸含量顯著提高[20]。該研究探討了發(fā)芽稻谷中毒死蜱和三唑磷的殘留量變化。結(jié)果表明，0.5%（W/V）氯化鈣介質(zhì)或者去離子水介質(zhì)中發(fā)芽稻谷的毒死蜱、TCP和三唑磷的殘留量顯著低于未處理稻谷，毒死蜱的去除率分別為24.69%和24.25%，TCP的去除率分別為31.42%和44.98%，以及三唑磷的去除率分別為25.79%和26.72%（圖2）。同時，預試驗發(fā)現(xiàn)，0.2%（W/V）碳酸氫鈉溶液清洗3次，測定稻谷中毒死蜱的殘留量差異不明顯（數(shù)據(jù)未發(fā)表）。稻谷發(fā)芽過程中，長時間的浸泡和發(fā)芽介質(zhì)氯化鈣增加了細胞的通透性[21]，以及由于發(fā)芽過程中微生物釋放的酶[22]或者稻谷的內(nèi)源酶作用加速了殘留農(nóng)藥的降解，因此，發(fā)芽稻谷中農(nóng)藥殘留量顯著下降。換言之，稻谷發(fā)芽是一種有效消減農(nóng)藥殘留的技術(shù)手段，這就為提升發(fā)芽稻谷產(chǎn)品的安全提供了新的技術(shù)支持。但是，該研究僅獲得初步結(jié)果，不同濃度氯化鈣對發(fā)芽和農(nóng)藥降解的影響機制仍需要進一步研究。

2.4 不同儲藏溫度對毒死蜱和三唑磷含量的影響

王松雪等[15]研究認為，不利儲藏環(huán)境（30 ℃，RH 75%）下糧食中馬拉硫磷的降解顯著。該研究中，在37 ℃條件下儲藏稻谷。結(jié)果表明，毒死蜱和三唑磷的降解過程近似滿足一級動力學模型方程（即負指數(shù)降解模型），毒死蜱的降解方程為C=0.899e-0.005t（R2=0.855 6）（圖3），半衰期為138.6 d；三唑磷降解方程C=0.768e-0.009t（R2=0.822 8），半衰期77.0 d（圖4）。該結(jié)果與王志強等[16]報道糙米中三唑磷和毒死蜱的降解動態(tài)規(guī)律一致。

TCP是毒死蜱的初級代謝物[17-18]。37 ℃儲藏條件下，21 d后稻谷中TCP含量最低，隨著稻谷中毒死蜱降解轉(zhuǎn)化成TCP，稻谷中TCP的殘留量增加（圖5）。毒死蜱和TCP存在協(xié)同效應(yīng)導致毒性增強[20]，因此，尚需進一步研究其降解動態(tài)規(guī)律。

將試驗稻谷置于4 ℃儲藏條件下儲藏90 d，稻谷中毒死蜱的殘留量變化不顯著[未儲藏的殘留量為（0.899±0.097）mg/kg，儲藏后的殘留量為（0.940±0.110）mg/kg]；TCP的殘留量降低但不顯著[未儲藏的殘留量為（0.818±0.090）mg/kg；儲藏后的殘留量為（0.725±0.103）mg/kg]；三唑磷的殘留量略有降低但不顯著[未儲藏的殘留量為（0.786±0.087）mg/kg，儲藏后的殘留量為（0.657±0.090）mg/kg]。該研究結(jié)果表明，低溫儲藏稻谷不利于殘留農(nóng)藥的降解，與已有的研究報道相符，如王松雪等[15]研究認為，低溫儲藏環(huán)境下，糧食中馬拉硫磷等農(nóng)藥的殘留量較高，降解速度慢；趙慧星等[23]研究認為，低溫冷藏條件下，敵敵畏、毒死蜱和甲基對硫磷等農(nóng)藥降解速度均下降。

3 結(jié)論

該試驗得出，毒死蜱及其代謝物TCP、三唑磷等農(nóng)藥殘留多數(shù)分布在米糠層，碾磨加工有利于降低稻谷的農(nóng)藥殘留量。

短時間的蒸煮無法明顯降低稻谷中毒死蜱的殘留量。發(fā)芽稻谷中毒死蜱及其代謝物TCP、三唑磷的殘留量顯著低于未發(fā)芽稻谷。發(fā)芽加工具備有效消減稻谷農(nóng)藥殘留的潛力。

在37 ℃儲藏條件下，稻谷中毒死蜱和三唑磷的降解過程近似滿足一級動力學模型方程。

在4 ℃ 低溫儲藏條件下，稻谷中毒死蜱和三唑磷的殘留量變化不大，可見低溫儲藏稻谷不利于殘留農(nóng)藥的降解。

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