微生物消減食品中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的研究進(jìn)展

□ 邱亦亦 阮子琦 吳 淵 金 迅 浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院 解 芳 青海康普生物科技股份有限公司阮 暉 浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院 孫允武 青海康普生物科技股份有限公司

1 有機(jī)磷農(nóng)藥微生物降解機(jī)制

1.1 微生物轉(zhuǎn)化有機(jī)磷農(nóng)藥的代謝類型

①礦化作用。微生物以有機(jī)磷農(nóng)藥作為底物，通過所產(chǎn)水解酶的水解作用，將有機(jī)磷水解成簡單結(jié)構(gòu)的無機(jī)化合物。②共代謝作用。對(duì)于某些結(jié)構(gòu)復(fù)雜特別是共軛鍵較多的有機(jī)磷農(nóng)藥，微生物雖然不能進(jìn)行徹底降解礦化，但在其他輔助性底物存在的情況下，微生物能夠?qū)植拷Y(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，從而有機(jī)磷使農(nóng)藥部分降解而解毒。③去毒代謝作用。微生物所產(chǎn)非水解酶可以改變有機(jī)磷農(nóng)藥結(jié)構(gòu)從而發(fā)揮解毒作用。

1.2 微生物轉(zhuǎn)化有機(jī)磷農(nóng)藥的酶系及相關(guān)因素

大多數(shù)有機(jī)磷農(nóng)藥為磷酸酯或硫醇衍生物。轉(zhuǎn)化酶系根據(jù)其催化反應(yīng)類型，可分為水解酶、氧化還原酶、脫鹵酶等。有機(jī)磷農(nóng)藥在結(jié)構(gòu)上普遍為磷酸酯，因此，能夠水解有機(jī)磷農(nóng)藥的酶統(tǒng)稱為磷酸酯水解酶（PTH）。根據(jù)催化位點(diǎn)可分為有機(jī)磷水解酶（OPH）、甲基對(duì)硫磷水解酶（MPH）、有機(jī)磷酸酐酶（OPAA）等，特異裂解的鍵主要是P-O、P-F、P-S鍵。

在微生物水解或轉(zhuǎn)化有機(jī)磷農(nóng)藥的代謝過程中，存在其他非酶不明因素的影響。例如，米曲霉能夠高效降解久效磷，但其降解活力與久效磷降解率之間并不具備較好的相關(guān)關(guān)系。所以，在米曲霉的生長系統(tǒng)中，很可能存在除降解酶以外的其他關(guān)鍵因素對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥降解的效率發(fā)揮了顯著影響，確定這種非酶因素對(duì)于構(gòu)建有機(jī)磷農(nóng)藥的高效生物降解系統(tǒng)具有重要意義。

1.3 微生物降解有機(jī)磷農(nóng)藥的影響因素

1.3.1 微生物特性

微生物種類、代謝能力、適應(yīng)能力、降解廣譜性等都會(huì)對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥降解效果造成影響。保加利亞乳桿菌、植物乳桿菌、副干酪乳桿菌在同一條件下培養(yǎng)24 h降解樂果，殘留量分別為0.808、0.735、0.897 mg/kg。多種微生物混合培養(yǎng)降解農(nóng)藥往往比單一純微生物效果更好。微生物轉(zhuǎn)化有機(jī)磷農(nóng)藥還表現(xiàn)出廣譜性，例如玫瑰單胞菌屬細(xì)菌（Roseomonas）對(duì)辛硫磷和三唑磷的降解率分別為96%、98.9%。

1.3.2 農(nóng)藥特性

簡單結(jié)構(gòu)的比復(fù)雜結(jié)構(gòu)的易降解，低分子量的比高分子量的易降解，易溶于水的比難溶于水的易降解。微生物對(duì)有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化，由易到難依次為脂肪酸類、有機(jī)磷酸鹽類、長鏈苯氧基脂肪酸類、短鏈苯氧基脂肪酸類、單基取代苯氧基脂肪酸類、三基取代苯氧基脂肪酸類、二硝基苯類、鹵代烴類。

1.3.3 底物特異性與濃度范圍

對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥具有轉(zhuǎn)化降解能力的微生物中，通常以有機(jī)磷農(nóng)藥為磷源，少量是利用有機(jī)磷農(nóng)藥作為碳源和氮源。

1.3.4 環(huán)境條件

溫度、pH、生長因子、水分含量、氧化還原電位等環(huán)境中的理化因子與微生物轉(zhuǎn)化有機(jī)磷農(nóng)藥的效率密切相關(guān)。例如，假單胞菌（Pseudomonas spinosa）、綠膿桿菌（P.aeruginosa）和洋蔥伯克霍爾德菌（Burkholderia cepacia）降解硫丹的最適溫度為30 ℃，最適pH為8.0。

2 能夠轉(zhuǎn)化有機(jī)磷農(nóng)藥的食品級(jí)安全微生物

益生菌如乳酸菌及芽孢桿菌等能產(chǎn)生種類豐富的水解酶，能夠降解各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)化合物，在篩選高活力廣譜水解酶菌株方面具備巨大的應(yīng)用潛力。例如，乳酸乳球菌和發(fā)酵乳桿菌能夠降解毒死蜱，48 h降解率分別為61%、70%，其代謝產(chǎn)物分別為一氧氯吡硫磷、三氯吡啶酚（TCP）和硫代磷酸二乙酯。短乳桿菌WCP902在泡菜體系中具有降解有機(jī)磷農(nóng)藥的能力。芽孢桿菌、不動(dòng)桿菌、檸檬酸桿菌等12種菌株的混合菌群對(duì)甲基對(duì)硫磷和毒死蜱混合農(nóng)藥具有較好的降解作用。筆者選取部分乳酸菌，包括植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、乳酸乳球菌，用高效液相色譜法測定并計(jì)算乳酸菌對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的降解促進(jìn)作用，發(fā)現(xiàn)4種乳酸菌能夠促進(jìn)毒死蜱、敵敵畏、樂果降解，且降解率增長在一定時(shí)間范圍內(nèi)呈先快后慢的變化趨勢。其中，植物乳桿菌降解能力最強(qiáng)，其對(duì)毒死蜱96 h降解率達(dá)47.5%。

3 微生物降解有機(jī)磷農(nóng)藥技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

3.1 固定化菌劑技術(shù)

微生物制成固定化菌劑后，可以持久保持其活性并反復(fù)使用，降解效率較高，而且不污染反應(yīng)體系。例如，含有抗性庫蚊酯酶基因的大腸桿菌具有降解有機(jī)磷能力，用3%海藻酸鈉包埋固定該菌，降解對(duì)硫磷效果優(yōu)于非固定化工程菌，且再生性能良好。

3.2 降解酶的制劑

降解酶的作用效率高于產(chǎn)酶微生物，其作用條件與產(chǎn)酶微生物存在差異，將降解酶做成酶制劑，可與降解微生物的生長系統(tǒng)互補(bǔ)使用。

3.3 基因工程菌

生物技術(shù)的發(fā)展為轉(zhuǎn)化有機(jī)磷農(nóng)藥的微生物的基因優(yōu)化重組提供了技術(shù)支撐，為構(gòu)建具有更高轉(zhuǎn)化效率、更好地適應(yīng)環(huán)境條件的菌株開辟了一條新途徑。

總體上，在利用食品級(jí)安全微生物轉(zhuǎn)化有機(jī)磷農(nóng)藥方面已開展大量研究，篩選了諸多具有轉(zhuǎn)化能力或潛力的菌株，但在有關(guān)菌劑開發(fā)上尚未取得突破性進(jìn)展，離實(shí)際應(yīng)用尚有距離。