H2O2清洗對(duì)蔬菜中農(nóng)藥去除效果及機(jī)制的研究

藍(lán)小飛　謝琳　陳婷

摘要：為了提高蔬菜在清洗過程中的農(nóng)藥去除率，利用低濃度的H2O2清洗不同類型的蔬菜。結(jié)果表明，在酸性（pH=4.0）條件下，含鐵量較高的蔬菜能較明顯提高H2O2氧化去除敵敵畏的效率。通過叔丁醇試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，敵敵畏去除率的提高主要原因可能是由于蔬菜基質(zhì)自身的Fe2+或Fe3+催化H2O2有效地產(chǎn)生了高活性的羥基自由基。試驗(yàn)進(jìn)一步探討了H2O2清洗幾種典型的有機(jī)磷、有機(jī)氯和氨基甲酸酯類農(nóng)藥的降解，結(jié)果表明該體系針對(duì)不同類型的農(nóng)藥都具有降解效率。

關(guān)鍵詞：清洗；敵敵畏；農(nóng)藥去除率；降解

中圖分類號(hào)：TS201.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）20-3925-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.20.032

Abstract： In order to promote the removal rate of pesticides on vegetables in the cleaning process， the degradation of pesticide by hydrogen peroxide（H2O2） for different vegetables were studied. The results showed that vegetables which contained larger amount of iron could obviously improve the oxidation efficiency of the catalytic H2O2 process for dichlorvos degradation under pH 4.0. The tert-butyl alcohol addition tests indicated that the improvement of dichlorvos degradation was owing to generation of highly active hydroxyl radicals in the iron ion（in vegetables） catalytic H2O2 process. Further study about the degradation of several typical pesticidessuch asorganophosphorus，organochlorine and carbamaterevealed that the proposed processhad highly activity in degrading different kind of pesticides.

Key words： rinse； dichlorvos； removal ratio of pesticide； degradation

殺蟲劑在蔬菜種植過程中普遍運(yùn)用，但蔬菜殺蟲劑殘留污染會(huì)嚴(yán)重危害人們的身體健康甚至威脅生命[1-4]，中毒事件時(shí)有發(fā)生。究其原因主要是農(nóng)藥超劑量不按間隔期使用，加之蔬菜監(jiān)測(cè)體系還不夠完善，導(dǎo)致部分農(nóng)藥超標(biāo)蔬菜流入市場(chǎng)。因此，蔬菜食用前的農(nóng)藥殘留清洗技術(shù)成為防范有毒有害蔬菜流入餐桌前的一道屏障。

蔬菜的清洗方式一般為清水清洗、超聲清洗、臭氧清洗等[5-7]。H2O2作為一種清潔的氧化劑，具有不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，GB 2760-2014[8]已允許其在食品領(lǐng)域中使用。它在氧化降解有機(jī)物過程中主要有兩種方式，一是將H2O2與Fe3+或Fe2+組成Fenton試劑，通過氧化還原反應(yīng)降解有機(jī)物；二是結(jié)合臭氧或紫外光形成高級(jí)氧化反應(yīng)，促進(jìn)羥基自由基的產(chǎn)生，從而達(dá)到去除有機(jī)物的目的[9-11]。這方面的技術(shù)在給排水與廢水處理等領(lǐng)域得到較多的應(yīng)用，但在蔬菜清潔方面應(yīng)用較少[12，13]。方劍鋒等[14]發(fā)現(xiàn)H2O2對(duì)有機(jī)磷具有氧化降解效能，但需要較長(zhǎng)的時(shí)間。因此，通過催化H2O2提高氧化效率且不會(huì)產(chǎn)生二次污染成為關(guān)鍵。本研究利用蔬菜基質(zhì)自身的高含鐵量與H2O2形成Fenton試劑，產(chǎn)生高活性的物種氧化降解幾種典型有機(jī)磷、有機(jī)氯及氨基甲酸酯類農(nóng)藥，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 材料

乙腈（色譜純）、丙酮（色譜純）、叔丁醇（色譜純），天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；氯化鈉（AR），上海瑞泉化工科技有限公司；95%氯菊酯，乳劑，廣東翁江化工試劑有限公司；90%滅多威，粉劑，山東華陽(yáng)農(nóng)藥化工集團(tuán)；95%甲基毒死蜱，乳劑，湖北盛天恒創(chuàng)生物科技有限公司；77.5%敵敵畏、35%水胺硫磷，乳劑，湖北沙隆達(dá)股份有限公司；菠菜、白菜、番茄、蘿卜、莧菜與金針菜均從農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)購(gòu)買。實(shí)驗(yàn)室所用溶液均用去離子水配制，其他試劑均為分析純。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理方法 農(nóng)藥稀釋液配制：分別取77.5%敵敵畏、95%甲基毒死蜱、95%氯菊酯、90%滅多威和35%水胺硫磷用水稀釋1 000倍。

模擬農(nóng)藥污染蔬菜的方法，將從市場(chǎng)上購(gòu)買的新鮮蔬菜分別洗凈，用吸水紙吸干表面水。將清洗過的蔬菜分別用敵敵畏或混合農(nóng)藥稀釋液浸泡5 h，取出自然晾干，于室溫放置12 h，待用。

1.2.2 樣品前處理方法 采用 NY/T 761-2008的標(biāo)準(zhǔn)處理方法[15]。元素鐵測(cè)定樣品前采用GB/T 5009.90-2003[16]的標(biāo)準(zhǔn)處理方法。元素銅測(cè)定樣品前采用GB/T 5009.90-2003[17]的標(biāo)準(zhǔn)處理方法。

1.2.3 樣品清洗方法 ①將污染的蔬菜在清水中分別浸泡 5、10、15、30 min，用流水沖洗1 min。將沖洗后的蔬菜用吸水紙吸干表面水，待提取、檢測(cè)?？瞻诪椴唤?jīng)過清水浸泡的樣品中所含有的農(nóng)藥殘留量，經(jīng)檢測(cè)所購(gòu)蔬菜本底均未檢出農(nóng)藥殘留。②將污染的蔬菜在過氧化氫水溶液中分別浸泡5、10、15、30 min后用流水沖洗1 min。再用吸水紙吸干蔬菜表面水，待提取、檢測(cè)。空白為不經(jīng)過過氧化氫水溶液浸泡的樣品中所含有的農(nóng)藥殘留量。endprint

若無特殊說明，所有試驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行，在有關(guān)溶液pH的調(diào)整中，所用試劑為0.1 mol/L H2SO4和0.1 mol/L NaOH溶液。

1.2.4 檢測(cè)方法 ①有機(jī)磷測(cè)定。安捷倫6890N，色譜柱為DB-17（30 m×0.53 mm×1.0 um），檢測(cè)器FPD，進(jìn)樣口溫度220 ℃。程序升溫，初始溫度150 ℃，保持2 min，以8 ℃/min升至250 ℃，保持12 min。氮?dú)?0 mL/min，氫氣75 mL/min，空氣100 mL/min。檢測(cè)器溫度250 ℃，不分流進(jìn)樣。②有機(jī)氯測(cè)定。安捷倫6890N，色譜柱為DB-1（30 m×0.25 mm×0.25 μm），檢測(cè)器ECD，進(jìn)樣口溫度200 ℃。程序升溫，初始溫度150 ℃，保持2 min，以6 ℃/min升至270 ℃，保持8 min。氮?dú)? mL/min，尾吹60 mL/min。檢測(cè)器溫度300 ℃，分流進(jìn)樣（分流比10∶1）。③氨基甲酸酯測(cè)定。島津LC20AD，色譜柱為C18（4.6 mm×25 cm，5 μm），柱溫42 ℃，熒光檢測(cè)器λcx 330 nm，λc m465 nm。流動(dòng)相水-乙醇梯度洗滌。采用柱后衍生溫度為室溫。④微量元素鐵采用原子吸收分光光度法測(cè)定。安捷倫200 seriesAA，吸收波長(zhǎng)為248.3 nm，狹縫寬度0.5 nm，燈電流5 mA，保護(hù)氣體流量1.5 L/min，干燥90 ℃，20 s；灰化20 s；升到800 ℃，20 s；原子化溫度2 300 ℃。⑤微量元素銅采用原子吸收分光光度法測(cè)定。安捷倫200 seriesAA，吸收波長(zhǎng)為324.8 nm，狹縫寬度0.5 nm，燈電流5 mA，保護(hù)氣體流量1.5 L/min，干燥90 ℃，20 s；灰化20 s；升到800 ℃，20 s；原子化溫度2 300 ℃。

1.3 農(nóng)藥去除率和殘留率的計(jì)算

農(nóng)藥去除率和殘留率的計(jì)算公式如下。農(nóng)藥去除率=[1-（經(jīng)過清洗處理的蔬菜樣品中農(nóng)藥含量/未經(jīng)過清洗處理的蔬菜樣品中農(nóng)藥含量）]×100%。農(nóng)藥殘留率=1-農(nóng)藥去除率。

2 結(jié)果與分析

2.1 H2O2水溶液清洗不同類型蔬菜去除敵敵畏的效果

普通家庭最常用的蔬菜清洗方法為清水浸泡，但清水浸泡去除農(nóng)藥的效果并不理想[18，19]。H2O2作為一種清潔的強(qiáng)氧化劑對(duì)農(nóng)藥具有一定的氧化降解效能[14]，本試驗(yàn)選擇在pH為4.0條件下，利用H2O2水溶液（初始H2O2的濃度為100 μg/mL）浸泡6種不同類型蔬菜去除農(nóng)藥，結(jié)果見圖1。由圖1可知，菠菜在去離子水浸泡過程中隨著浸泡時(shí)間增加，敵敵畏去除率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，而利用H2O2水溶液浸泡敵敵畏的去除率明顯提高，且呈持續(xù)增加的趨勢(shì)。去離子水浸泡去除率先升后降主要是由于敵敵畏在水中的溶解性差且是懸浮的乳劑，而蔬菜表面具有蠟質(zhì)層，長(zhǎng)時(shí)間浸泡，敵敵畏在蔬菜表面更易吸附和富集[19]，因而浸泡時(shí)間越長(zhǎng)敵敵畏的去除率反而更差。莧菜、金針菇經(jīng)H2O2水溶液浸泡后敵敵畏的去除率也較高，分別為66.5%和74.5%，但H2O2水溶液浸泡白菜、番茄、白蘿卜后對(duì)敵敵畏的去除效果卻較低，分別為31.9%、34.6%和36.6%。以上結(jié)果表明，H2O2水溶液能有效去除蔬菜上的敵敵畏農(nóng)藥，但并不是對(duì)所有的蔬菜具有去除效果，只對(duì)某些類型的蔬菜具有較強(qiáng)去除能力。

2.2 初始H2O2濃度對(duì)敵敵畏去除率的影響

在H2O2氧化降解農(nóng)藥過程中，初始H2O2濃度對(duì)氧化效果有重要的影響。當(dāng)pH=4.0時(shí)，初始H2O2濃度對(duì)菠菜中敵敵畏去除的效果見圖2。由圖2可知，隨著初始H2O2的濃度從10 μg/mL增加至50 μg/mL，敵敵畏的去除率逐步增加，從60.2%增加至77.4%。當(dāng)H2O2濃度增加至100 μg/mL時(shí)，敵敵畏的去除率（72.2%）反而下降。這說明水溶液中H2O2濃度過高會(huì)猝滅H2O2分解產(chǎn)生的高活性自由基，從而抑制了敵敵畏的分解，因而初始H2O2濃度為50 μg/mL較合適。

2.3 初始pH對(duì)敵敵畏去除率的影響

在氧化體系中，溶液pH是一個(gè)很重要的工藝因素，其一方面可以影響農(nóng)藥的分解率，另一方面也可影響水中H2O2的分解速率。反應(yīng)液初始pH對(duì)50 μg/mL H2O2氧化降解菠菜中敵敵畏的影響見圖3。由圖3可知，反應(yīng)液堿性和酸性條件下，敵敵畏去除率分別為55.6%和77.4%，較中性去除率（26.5%）高，表明強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性條件下有利于H2O2降解敵敵畏，且酸性條件比強(qiáng)酸性條件更有利于農(nóng)藥的降解。同時(shí)隨著堿性增強(qiáng)H2O2的自身分解速率很高且無效分解增加，弱化了氧化效能。

2.4 催化氧化反應(yīng)機(jī)制

Fenton[20]、Ensing等[21]發(fā)現(xiàn)Fe2+或Fe3+在酸性條件能極大地促進(jìn)H2O2氧化分解產(chǎn)生羥基自由基，F(xiàn)e2+或Fe3+是促進(jìn)H2O2能否氧化分解的關(guān)鍵?；趫D1的試驗(yàn)結(jié)果，H2O2浸泡不同類型的蔬菜，在30 min后具有截然不同的氧化效能，本試驗(yàn)測(cè)定了蔬菜中幾種金屬的含量見表1。由表1可知，菠菜含鐵含量最高，莧菜、金針菇次之，白蘿卜、白菜、番茄含鐵量最低，6種蔬菜中錳、銅含量基本處于同一水平。結(jié)合圖1可知，H2O2在浸泡蔬菜過程中敵敵畏的去除率大小與含鐵量高低呈正相關(guān)。因此推測(cè)蔬菜中鐵含量多少對(duì)H2O2氧化去除敵敵畏有重要的影響。

試驗(yàn)探討了典型羥基自由基猝滅劑叔丁醇（TBA）對(duì)體系氧化效能的影響，結(jié)果見圖4。由圖4可知，酸性（pH=4.0）條件下，菠菜在H2O2溶液（50 μg/mL）中加入叔丁醇（100 μg/mL）后，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，敵敵畏去除率先增加后降低，在15 min時(shí)達(dá)到最大值，與去離子水浸泡菠菜敵敵畏的去除效果表現(xiàn)一致，即由于自由基猝滅劑叔丁醇的加入，H2O2氧化降解敵敵畏的去除率明顯降低，這說明羥基自由基是菠菜在H2O2浸泡過程中氧化降解敵敵畏的主要活性物。以上結(jié)果表明敵敵畏降解可能是由于蔬菜自身的Fe2+或Fe3+和H2O2在酸性條件中形成芬頓體系從而產(chǎn)生大量羥基自由基，從而極大提升了敵敵畏的去除效率。endprint

2.5 體系的無選擇性

基于羥基自由基機(jī)理的高氧化性和無選擇性，試驗(yàn)考察了該體系對(duì)典型有機(jī)磷、有機(jī)氯和氨基甲酸酯類農(nóng)藥的氧化降解能力，結(jié)果見圖5。由圖5可知，酸性（pH=4.0）條件下菠菜在H2O2溶液（50 μg/mL）中浸泡30 min后有機(jī)氯類農(nóng)藥氯菊酯的去除率達(dá)64.6%，對(duì)氨基甲酸酯類的滅多威去除率為68.5%，對(duì)有機(jī)磷類的甲基毒死蜱、敵敵畏和水胺硫磷氧化降解去除率分別達(dá)66.4%、77.4%和73.6%。以上結(jié)果表明該體系對(duì)有機(jī)磷、有機(jī)氯及氨基甲酸酯類農(nóng)藥都具有氧化降解效能。

3 小結(jié)

1）酸性（pH=4.0）條件下，利用適宜濃度的H2O2浸泡蔬菜30 min后，含鐵量高的蔬菜能促進(jìn)H2O2分解，提高敵敵畏的去除率，而含鐵量低的蔬菜對(duì)敵敵畏的去除率較弱。

2）敵敵畏去除率的提高主要原因可能是由于蔬菜基質(zhì)自身的Fe2+或Fe3+和H2O2形成Fenton試劑從而有效地產(chǎn)生了高活性的羥基自由基?；诹u基自由基的強(qiáng)氧化性和無選擇性，該體系也能對(duì)有機(jī)磷和有機(jī)氯、氨基甲酸酯類等其他農(nóng)藥具有相同的氧化降解能力，這對(duì)于蔬菜農(nóng)藥殘留綠色清潔技術(shù)具有重大意義。

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