不同清洗方法結合磨油處理對臍橙全果降農殘的影響

舒楠,付復華,李高陽,單楊,李濤,羅彬彬,朱向榮,李綺麗*,張群*

1(湖南大學 研究生院隆平分院,湖南 長沙410125)2(湖南省農業科學院 農產品加工研究所,湖南 長沙,410125) 3(果蔬貯藏加工與質量安全湖南省重點實驗室,湖南 長沙,410125)4(湖南省果蔬加工與質量安全國際科技創新合作基地,湖南 長沙,410125)5(湖南省常德市農林科學研究院,湖南 常德,415000)

臍橙(CitrussinensisOsb.var.brasliliensisTanaka)是蕓香科柑橘屬植物甜橙的一類栽培品種,無核、多汁、味道甘美、營養豐富,經常食用有清火、降脂、養顏、防癌之功效[1]。臍橙果皮中富含多種天然成分如天然色素、果膠、黃酮、類胡蘿卜素等,為實現其全果利用,臍橙全果汁、全果粉、全果酒等應運而生[2-4]。然而,臍橙在種植過程中容易出現潰瘍病、瘡痂病、樹脂病、臍黃病、銹壁虱、潛葉蛾等病蟲害問題[5]。為保證臍橙的產量和質量,常采用農藥進行化學防治,雖然效果顯著,但存在超量、違規使用,導致臍橙農藥殘留檢出率高、超標率高、超標農藥種類多[6]。YI等[7]對湖北部分地區柑橘農藥殘留情況進行調查與分析,發現柑橘樣品農藥殘留檢出率高達91.9%,其中,禁用農藥檢出率為1.6%；限用農藥檢出率為9.5%；允許使用農藥檢出率為68.3%；未登記使用農藥檢出率為15.9%。

加工過程中清洗、磨油、濃縮、發酵等會對食品中農藥殘留的水平產生影響[8]。SOWIK-BOROWIEC等[9]發現清水沖洗能去除蘋果中35%～43%的農藥殘留。劉淑敏等[10]發現清水浸泡30 min可去除菜心中37%的農藥殘留。WANG等[11]發現2.0 mg/L的臭氧水處理白菜15 min,馬拉硫磷的降解率為53.0%。RODRIGUES等[12]發現去皮可去除西紅柿中68%～88%的農藥。WANWIMOLRUK等[13]發現去皮對番石榴樣品中9種農藥的去除率達到了76%～100%。不同清洗方式和加工過程對果蔬中不同殘留農藥的去除效果有所差異,這有待進一步比較研究。磨油處理是去除臍橙表皮油胞的過程,有關磨油處理對臍橙全果中農藥殘留的影響尚未見報道。本研究在前期調研的基礎上,篩選出臍橙中4種常用農藥[聯苯菊酯、2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-dichlorophenoxyacetic acid,2,4-D)、咪鮮胺、螺螨酯],以及1種禁止使用但易檢出農藥(水胺硫磷),采用清水浸泡、流動水沖洗、超聲波清洗、熱水浸泡、臭氧水清洗5種清洗方式,并結合磨油處理的加工方法,研究其共同作用對臍橙全果中農藥去除效果的影響,為后續臍橙全果利用提供安全保障。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

贛南臍橙,長沙新鄰居生活超市；聯苯菊酯、2,4-D、咪鮮胺、螺螨酯、水胺硫磷標準品,國家標準物質中心,純度均大于99%,-20 ℃避光保存；10% 聯苯菊酯水乳劑,河北中保綠農作物科技有限公司；85% 2,4-D可溶性粉劑,四川國光農化股份有限公司；45% 咪鮮胺水乳劑,上海悅聯化工有限公司；24% 螺螨酯懸浮劑,中國農科院植保所廊坊農藥中試廠；35% 水胺硫磷乳油,湖南沅江赤峰農化有限公司；丙酮、二氯甲烷,北京科展生物科技有限公司；乙酸乙酯,山東浩中化工科技有限公司；環己烷,天津市恒興化學試劑制造有限公司,以上試劑均為色譜純；NaCl優級純,上海國光試劑有限責任公司；試驗用水為超純水,美國Millipore Mili QRG超純水系統制備,電阻率為18 MΩ。

JYL-Y96型破壁料理機,山東九陽股份有限公司；Classic Acti-Carb活性炭固相萃取柱,德國Simon-Aldrich生物與化學品有限公司；KQ-700DE型超聲波清洗器,昆山市超聲儀器有限公司；AS 220 R2型分析天平,蘇州培科實驗室儀器科技有限公司；HP 6890 型氣相色譜儀(帶FPD檢測器),美國安捷倫公司；臭氧發生裝置,青島鴻帆凈化設備有限公司；Nano LAB TYPE型微射流均質機,諾澤流體科技(上海)有限公司；RE-52AA型旋轉蒸發器,上海亞榮生化儀器廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品染藥處理

為保證所有樣品中均有目標農殘檢出,需要用人工法強化樣品中的農藥殘留量[14]。將聯苯菊酯,2,4-D,咪鮮胺、螺螨酯、水胺硫磷5種農藥分別按產品說明中允許最大用量進行配制(農藥用量及稀釋倍數見表1),并按此方法制備3批混合農藥浸泡池。將120 kg臍橙原料分為3份,每份40 kg,分別放入以上3個農藥池中浸泡,浸泡時間為30 min,取出晾干即為浸染農藥后的樣品,放入4 ℃[15]冷庫待用。

表1 浸果所用農藥劑量

1.2.2 樣品清洗

將農藥處理晾干后的臍橙樣品(共3份,每份40 kg)再次均分成6小份,1份不做清洗處理為未處理組,其余5份樣品分別采用清水浸泡、流動水沖洗、超聲波清洗、熱水浸泡、臭氧水清洗5種方式進行處理。

1.2.2.1 清水浸泡

將樣品放入清水池中,分別浸泡5、10、15和20 min,按處理完成時間每次取出1/4的臍橙樣品,晾干,放入4 ℃冷庫待用,共3份樣品,即3次平行。

1.2.2.2 流動水沖洗

用流速為2 L/min的清水沖洗樣品,沖洗時間分別為5、10、15和20 min,后續操作同1.2.2.1。

1.2.2.3 超聲波清洗

將樣品置于功率1 000 W的超聲波清洗機中分別超聲5、10、15和20 min,后續操作同1.2.2.1。

1.2.2.4 熱水浸泡

將樣品放入45 ℃熱水中,分別浸泡5、10、15和20 min,后續操作同1.2.2.1。

1.2.2.5 臭氧水清洗

參照NIAHIJIMA等[16]的處理方式,臭氧質量濃度為1 mg/L,分別清洗5、10、15和20 min,后續操作同1.2.2.1。

1.2.3 磨油處理

取1.2.2處理后的臍橙樣品,再次分為2份,1份直接全果制漿,1份先用工具刀去除臍橙油胞層,再制漿,備用。

1.2.4 樣品提取與凈化

參照GB/T 5009.218—2008《水果和蔬菜中多種農藥殘留量的測定》的標準處理方法[17],并略有改動。稱取約25 g按1.2.3制備的臍橙全果漿的樣品(去油胞與不去油胞)于250 mL具塞錐形瓶中,加入20 mL水,搖勻后放置1 h。加入100 mL丙酮,高速均質提取3 min,將提取液抽濾放入250 mL濃縮瓶中。殘渣用50 mL丙酮提取,合并濾液,于40 ℃水浴中旋轉濃縮至約20 mL。將濃縮提取液轉移至250 mL分液漏斗,加入100 mL 20 g/L NaCl水溶液和100 mL二氯甲烷,振搖3 min,靜置分層,收集二氯甲烷相。水相再用2×50 mL二氯甲烷重復提取2次,合并二氯甲烷相。經無水硫酸鈉柱脫水,收集于250 mL濃縮瓶中,于40 ℃水浴中旋轉濃縮至近干,加入5 mL乙酸乙酯-環己烷(體積比1∶1)溶解殘渣,并用0.45 μm濾膜過濾。

取2 mL溶解液傾入已預淋洗后的活性炭固相萃取柱中,用30 mL乙酸乙酯-正已烷(體積比2∶3)進行洗脫。收集全部洗脫液于50 mL濃縮瓶中,于40 ℃水浴中旋轉濃縮至干。用乙酸乙酯溶解并定容至2.0 mL,待測。

1.2.5 檢測條件

色譜條件：HP-5MS毛細管柱(30 m×25 mm,0.25 μm)。進樣口溫度為260 ℃,程序升溫：初始溫度為50 ℃,以20 ℃/min程序升溫至120 ℃,再以3 ℃/min程序升溫至280 ℃,保持15 min。載氣為氦氣,純度 ≥ 99.999%,流速1 mL/min[18]。進樣量2 μL,不分流進樣。以保留時間定性,峰面積外標法定量。

1.3 數據處理

本試驗用加工因子(processing factor,PF)衡量不同處理方式對臍橙全果中各種農藥的去除效果,計算如公式(1)所示：

(1)

式中：Ca,加工后樣品中農藥含量,mg/kg；Cb,加工前樣品中的農藥含量,mg/kg。PF=1,說明加工方式對農藥去除沒有影響；且PF<1,說明加工方式對農藥去除有促進作用,PF值越低,農藥的殘留濃度越低；PF>1,說明加工方式對農藥去除有反作用[11]。

每項指標測定設置3個平行,取其平均值,使用SPSS 26.0軟件進行差異顯著性分析,P<0.05表示差異顯著；Origin 2018軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 五種農藥在臍橙全果中的初始殘留量

供試5種農藥浸染臍橙后,樣品中的初始殘留量分別為：聯苯菊酯(0.166 4±0.008 0)mg/kg、2,4-D(0.036 7±0.004 2)mg/kg、咪鮮胺(2.602 5±0.087 9)mg/kg、螺螨酯(0.548 3±0.029 6)mg/kg、水胺硫磷(6.439 0±0.226 4)mg/kg。

2.2 清水浸泡結合磨油處理對臍橙全果中殘留農藥的去除效果

由圖1-a可知,清水浸泡不同時間,臍橙全果中2,4-D、咪鮮胺、螺螨酯、水胺硫磷的PF值存在顯著性差異(P<0.05),在15 min時均達到最小值,即農藥殘留量最低,去除效果最好。清水浸泡對聯苯菊酯、咪鮮胺、螺螨酯去除效果較好,PF值分別為(0.463 4±0.010 3)、(0.576 0±0.020 9)、(0.462 0±0.022 3)；對水胺硫磷去除效果相對較差,PF值為(0.847 2±0.015 9)。清水浸泡15 min后,隨著浸泡時間的延長,農藥的PF值不再減小,反而有增加的趨勢,這可能是因為長時間浸泡導致農藥反吸附到臍橙果皮的角質層和油胞層。柑橘角質層主要由角質和蠟質組成,蠟質屬于疏水性化合物,農藥易與其相溶[19-20]。油胞層是位于柑橘外果皮與中果皮交界處的薄壁組織,含有大量的芳香物質[21],檸檬烯是臍橙果皮中主要的芳香物質,易溶于有機相,與農藥相溶的同時容易穿過果皮表層而殘留在油胞中[22]。劉淑敏等[10]對油麥菜進行不同時間的清水浸泡處理,結果顯示,隨著浸泡時間延長,農藥去除率反而降低,也是因為油麥菜表面具有蠟質層的緣故。因此清水浸泡對果蔬中殘留農藥的去除并不是時間越長效果越佳。

圖1-b是臍橙全果在清水浸泡不同時間后分別進行磨油處理,根據5種農藥殘留量計算的PF值。聯苯菊酯、2,4-D、咪鮮胺、螺螨酯、水胺硫磷的最小PF值分別為(0.024 7±0.001 4)、(0.001 0±0.001 8)、(0.024 0±0.001 7)、(0.029 1±0.003 6)、(0.139 1±0.002 7)。

a-未磨油處理；b-磨油處理

清水浸泡后磨油處理的臍橙全果的PF值分別只有清水浸泡后未經磨油處理的樣品的5.33%、0.14%、4.17%、6.30%、16.41%。磨油處理后農藥殘留顯著降低,這是因為以上農藥內吸性較弱或是沒有內吸性,浸染樣品后主要分布在臍橙表皮的蠟質層和油胞層,果肉中含量極微少[15],而磨油處理去除臍橙油泡層的同時,蠟質層也被去除,因此農藥去除效果好。水胺硫磷由于具較強的內吸性,容易穿過表皮進入果肉[23],因此PF值相對較大,去除效果相對較差。

2.3 流動水沖洗結合磨油處理對臍橙全果中殘留農藥的去除效果

由圖2-a可知,流動水清洗不同時間,臍橙全果中5種農藥含量均表現出不同程度的降低,存在顯著性差異(P<0.05)。聯苯菊酯的PF值為(0.705 5±0.032 8)～(0.820 1±0.005 2),2,4-D的PF值為(0.519 5±0.070 1)～(0.794 7±0.003 8),咪鮮胺的PF值為(0.580 7±0.037 9)～(0.813 8±0.020 0),螺螨酯的PF值為(0.701 2±0.035 5)～(0.804 4±0.018 7),水胺硫磷的去除效果最差,水洗20 min后PF值為(0.899 6±0.034 5)。由于農藥被沖洗后會隨流動水流走,因此流動水沖洗時樣品不會被農藥反吸附。但與清水浸泡相比,流動水沖洗對農藥殘留的去除效果無明顯降低,這可能與水的流速、沖洗角度、樣品大小等有關,此外由于臍橙表皮大都不光滑,其凹凸不平的表面易于沉積農藥,這加大了樣品中農藥的清洗難度。

圖2-b為流動水清洗臍橙全果并進行磨油處理,計算得出的各農藥的PF值。相比流動水清洗后未經磨油處理的樣品,磨油處理后其農藥去除率明顯增加,PF值明顯降低。流動水清洗不同時間再磨油臍橙全果中各農藥PF值無顯著性差異(P>0.05)。聯苯菊酯、2,4-D、咪鮮胺、螺螨酯、水胺硫磷最小PF值分別為：(0.048 5±0.001 5)、(0.004 5±0.001 1)、(0.049 7±0.003 1)、(0.067 1±0.008 1)、(0.192 0±0.005 5)。

a-未磨油處理；b-磨油處理

2.4 超聲波清洗結合磨油處理對臍橙全果中殘留農藥的去除效果

由圖3-a可知,超聲波清洗后,臍橙中聯苯菊酯、2,4-D、咪鮮胺、螺螨酯、水胺硫磷最小PF值分別為：(0.417 7±0.021 3)、(0.820 2±0.023 8)、(0.678 4±0.014 0)、(0.627 9±0.032 0)、(0.856 2±0.017 1)。近年來,超聲波清洗被證明能不同程度地降低果蔬中的農藥殘留[24-25]。超聲波清洗是利用超聲空化作用產生的高溫、高壓導致水分子裂解形成自由基：H2O →·H +·OH；·OH +·OH → H2O2,這些自由基有很強的氧化性,在空化氣泡周圍界面重新組合,從而降解常規條件下難以處理的農藥污染物[26]。然而隨著超聲波清洗時間的延長,2,4-D、螺螨酯的PF值反而變大,即農藥殘留量增加,與劉偉森等[27]的研究結果相似。這是由于超聲空化作用形成自由基引起細胞破碎,影響果蔬表面細胞的滲透作用,從而導致農藥在檢測樣品中內吸和富集。

圖3-b為超聲波清洗臍橙樣品并進行磨油處理,計算得出的各農藥的PF值。超聲波清洗后磨油處理,臍橙全果中農藥去除效果明顯,經超聲波清洗5 min后磨油處理的臍橙全果農藥去除效果較好,此時聯苯菊酯、2,4-D、咪鮮胺、螺螨酯、水胺硫磷的PF值分別為：(0.047 2±0.002 8)、(0.115 4±0.005 8)、(0.045 4±0.001 5)、(0.041 6±0.004 3)、(0.232 8±0.010 7)。隨著超聲波清洗時間的延長,2,4-D、水胺硫磷的PF值無顯著性差異(P>0.05),而聯苯菊酯、咪鮮胺、螺螨酯的PF值增大。

a-未磨油處理；b-磨油處理

2.5 熱水浸泡結合磨油處理對臍橙全果中殘留農藥的去除效果

由圖4-a可知,熱水浸泡處理不同時間對臍橙全果中5種農藥的去除效果差異顯著(P<0.05)。熱水浸泡10 min時,聯苯菊酯、2,4-D、咪鮮胺、螺螨酯、水胺硫磷的PF值最低,分別為：(0.414 0±0.023 2)、(0.815 6±0.032 1)、(0.690 3±0.023 4)、(0.644 0±0.034 6)、(0.821 4±0.034 9),而熱水浸泡時間再延長,各農藥的加工因子均有變大的趨勢。溫度影響樣品中的農藥含量,溫度升高加速農藥揮發的同時還提高了農藥在水中的溶解度[28],因此,農藥在熱水中的去除效果理應比清水好,SOWIK-BOROWIEC等[9]用沸水清洗蘋果,15 min后氟吡菌酰胺和戊唑醇的PF值分別為0.28、0.22,清水沖洗時2種農藥的PF值分別為0.43、0.44。然而在本試驗中這種規律并不明顯,可能是由于特定溫度下,不同農藥的溶解度會有所差異[29]。王明明等[30]用清水、熱水、洗潔精浸泡沖洗番茄,發現這3種方法可以在一定程度上去除番茄中吡蟲啉殘留,但熱水和洗潔精清洗并不優于清水清洗。范珺[31]也發現熱水和洗潔精清洗黃瓜其喹啉銅和霜脲氰去除率并不優于清水清洗。

圖4-b為熱水浸泡臍橙全果并進行磨油處理,計算得出的各農藥的PF值。熱水浸泡不同時間磨油處理的臍橙全果中各種農藥去除效果存在顯著性差異(P<0.05),聯苯菊酯、2,4-D、咪鮮胺、螺螨酯、水胺硫磷的最小PF值分別為：(0.016 4±0.003 2)、(0.000 8±0.001 5)、(0.030 0±0.000 8)、(0.039 6±0.001 1)、(0.102 8±0.003 7)。

a-未磨油處理；b-磨油處理

2.6 臭氧水清洗結合磨油處理對臍橙全果中殘留農藥的去除效果

從圖5-a可知,隨著臭氧水清洗時間的延長,臍橙全果中的農藥殘留均表現出不同程度的降低,PF值存在顯著性差異(P<0.05)。臭氧水清洗20 min后,聯苯菊酯、2,4-D、咪鮮胺、螺螨酯、水胺硫磷的PF值分別為：(0.298 9±0.032 0)、(0.317 5±0.052 9)、(0.423 6±0.017 0)、(0.307 5±0.160 1)、(0.422 8±0.026 9),此時5種農藥的PF值均低于清水浸泡、流動水沖洗、超聲波清洗、熱水浸泡中各農藥的最低PF值,由此可見臭氧水浸泡處理對上述5種農藥的去除效果最好。臭氧是一種強氧化劑,在水中發生還原反應產生氧化能力極強的單原子氧(O)和羥基(·OH),可瞬間分解水中包括農藥殘留物在內的許多有機物質,而且降解過程中不會產生二次污染物[32]。研究顯示,臭氧水清洗對草莓中16種農藥的去除率在36.1%～75.1%[24],對稻谷中菊酯類農藥去除率可達90%以上[33]。此外,本試驗中臭氧水清洗對內吸性農藥水胺硫磷的去除效果優于其他清洗方法。蔣紅英[34]也發現臭氧對3種內吸性農藥(甲胺磷、乙酰甲胺磷、氧樂果)有明顯的降解優勢。

圖5-b為臭氧水浸泡臍橙全果并進行磨油處理,計算得出的各農藥的PF值。臭氧水浸泡磨油對臍橙全果中農藥去除比臭氧水浸泡未磨油效果好。臭氧水清洗20 min后磨油處理的臍橙全果各農藥的PF值最低,且均低于其他清洗方法磨油后的臍橙樣品,此時聯苯菊酯、2,4-D、咪鮮胺、螺螨酯、水胺硫磷的PF值分別為：(0.007 2±0.001 2)、(0.000 8±0.001 5)、(0.023 1±0.000 6)、(0.029 9±0.001 3)、(0.097 2±0.004 2)。

a-未磨油處理；b-磨油處理

3 結論

臍橙全果在不磨油的條件下,采用清水浸泡、流動水沖洗、超聲波清洗、熱水浸泡、臭氧水清洗對農藥殘留均有一定的去除效果。其中,臭氧水清洗效果最好,清洗20 min時PF值可達到(0.298 9±0.032 0)～(0.422 8±0.026 9),這是由于臭氧對農殘的氧化降解作用；而超聲波清洗效果較差,尤其是隨著超聲時間的延長,農藥殘留反而呈現增長趨勢,這是由于超聲空化作用導致農藥在樣品中內吸和富集。

臍橙全果采用磨油的加工方式后,農藥殘留的去除率整體有顯著提升,PF值只有未磨油臍橙全果的0.10%～27.19%。如果對臍橙進行全果加工利用,清洗后磨油處理不失為較好的去除農殘方式。

由于實驗室模擬浸染農藥樣品比田間樣品更容易獲得,研究過程中多使用實驗室模擬樣品。但實驗室模擬樣品是停止生長的植物,無論是噴霧還是浸泡的方法,供試農藥主要沉積于果蔬表面,因此內吸性農藥的實驗室模擬樣品與田間樣品的PF值會有差異[35]。劉英等[36]發現自來水清洗對芹菜的實驗室模擬樣品中內吸性農藥吡蟲啉的去除效果比田間樣品好,這可能是因為田間樣品中的吡蟲啉殘留大部分已被吸收到芹菜體內。本研究中,水胺硫磷屬于內吸性較強的農藥,在實驗室模擬樣品中已體現出較差的去除效果,為提高水胺硫磷的去除率,對田間臍橙樣品中水胺硫磷具體殘留動態有待進一步研究。