抗生素殘留檢測方法在畜禽糞源有機肥中應用的研究進展

楊艷紅 潘靜 曹旭 肖堯 趙敏

【摘要】本文簡述了國內外畜禽糞和畜禽糞源有機肥中抗生素殘留現狀，并對畜禽糞及畜禽糞源有機肥中抗生素檢測的樣品制備、前處理方法進行了歸納，對國內外畜禽糞及其有機肥料中抗生素檢測方法進行了總結，最后對畜禽糞及畜禽源有機肥料中抗生素測定的發展趨勢進行了分析。

【關鍵詞】抗生素；殘留檢測方法；畜禽糞源有機肥

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.01.030

Recent Advances on the Antibiotics Residue Determination in Manure Based Organic Fertilizers

YANG Yan-hong，PAN Jing，CAO Xu，XIAO Yao，ZHAO Min

（Comprehensive Technology Services Center of Chifeng Customs，Chifeng 024000，China）

Abstract：The paper briefly reviewed the current status of antibiotics residuals in manure and manure based fertilizers. We summarized the sample preparation and pre-treatment steps. The determination methods were also included. Lastly，we discussed the future trends of determination of antibiotics residuals in animal manure and organic fertilizers.

Key words：antibiotics；residual determination methods；manure based organic fertilizers

在我國農業生產中，有機肥的施用歷史悠久。雖然其養分含量相對較低，且不穩定，難于控制，但是隨著人民認識提高，政策優化調整，越來越引起人們的關注。有機肥能提供豐富的有機質和養分，以及獨特的微生物體系，不僅能改善土壤酸堿度，增加土壤肥力，還能有效遏制土壤退化等普遍性問題。有機肥來源豐富，包括植物殘體、畜禽糞污、沼液和殘渣、海洋養殖業廢棄物、泥炭、綠肥、酒糟等工業廢棄物、以及餐廚垃圾等[1]，而動物糞便在其中的應用更為普遍。牛新勝等對近30多年來我國有機肥料資源與利用情況進行了統計概算，結果表明畜禽糞源在我國有機肥中占比高達2/3，其中豬糞是主要貢獻源，這可能和我國的養殖結構有關[2]。

一直以來，為了預防、治療、診斷動物疾病或者調節動物生理機能，抗生素廣泛用于養殖業中。然而有研究表明，大部分的抗生素難于被動物體全部吸收，有高達90%的抗生素隨代謝物排除動物體外，而糞便則是重要的載體[3，4]。倪治華等在分析2012—2013年浙江省和周邊（上海）80多家規模有機肥料企業的有機肥產品中抗生素殘留時，在采集的107個樣品中檢出的11種抗生素類化合物中，四環素類化合物的檢出率最高，其次為氟喹諾酮類，磺胺類化合物的檢出率最低。其中，檢出率最高的是強力霉素（52%），其次是恩諾沙星（46%），以及磺胺二甲嘧啶（27%）[5]。楊威等調查我國有機肥原料及商品有機肥中四種常見四環素類抗生素殘留情況時，發現在豬糞和雞糞及以它們為糞源制備的有機肥中，抗生素檢出率高于其他原料制備的有機肥。此外還發現商品有機肥中抗生素的檢出率低于生產原料，這表明有機肥的堆肥化過程可以去除畜禽糞便中的抗生素，但是去除率僅在62.80%～ 77.81%[6]。所以，這些糞便或者由糞便制成的有機肥施用于耕地后，抗生素從土壤通過食物或地下水最終遷移到人體（見圖1），對人體或者環境都存在著潛在的危害。Boxall等在施用了抗生素污染的畜禽糞土壤中的生菜中發現氟苯尼考、左旋咪唑和甲氧芐啶，而在胡蘿卜中檢測到了恩諾沙星、氟苯尼考和甲氧芐啶[7]。Li等發現植物中的抗生素殘留和畜禽糞的抗生素含量間存在正相關[8]。因此，隨著畜禽糞源有機肥的廣泛施用，其中抗生素殘留引起的潛在危害越來越受到人們的重視，建立靈敏、準確、多樣的檢測方法也顯得尤為重要。

本文對國內外畜禽糞以及畜禽糞源有機肥中抗生素殘留含量的現狀的進行了歸納總結，結合目前國內外相關前處理方法以及檢測標準，對今后畜禽糞源有機肥料中抗生素殘留檢測的發展趨勢進行展望。

1樣品制備

對于抗生素殘留檢測來說，人們往往更加關注于樣品的提取、凈化、濃縮及各種檢測儀器、設備的創新和開發等。但是作為殘留分析第一步的樣品制備卻是最容易被忽視的。越來越多的實驗證明，90%的實驗誤差其實來自于樣品的采集及制備[9]。因此對于畜禽糞或者有機肥這種非常復雜的樣品，樣品制備就極易被忽略卻又尤為重要。

樣品在運送到實驗室后，為了保證均一性，一般都通過干燥、均質以及過篩等步驟，然后再進行下一步檢測（見表1）。真空冷凍干燥是在真空條件下，將樣品中的溶劑（水或者其他有機溶劑）通過升華，從凍固態不經過液態直接轉換成氣態，最后得到濃縮干燥的樣品。和傳統干燥方式相比，不僅可以提高干燥效率、降低能耗，更重要的是可以極大程度地減少樣品中抗生素的降解，更好地保證檢測結果的準確性。畜禽糞及畜禽類有機肥水分含量高，某些抗生素不穩定，易于降解，所以真空冷凍干燥技術的使用已經十分普遍。

眾所周知，樣品的粒徑是決定樣品的重現性及準確性的關鍵因素，它們之間的影響已經在很多食品基質的研究中得到了證明[10]。但是在畜禽糞及有機肥樣品中的差異卻很大，這就很容易造成檢測結果重現性及可比性之間出現差異。因而，人們應該加強對樣品制備的重視，就樣品粒徑對有機肥中抗生素檢測影響開展研究，在保證時間和經濟成本的條件下，制備出滿足要求的均一樣品。

2樣品前處理

隨著我國養殖業不斷擴大化、規模化，養殖過程中會使用不同性質、不同種類的抗生素以達到不同的治療目的，這就需要建立多殘留、高通量的檢測方法。毫無疑問，液質方法占據了絕對的主導地位。但是畜禽糞及有機肥中天然有機質含量高，樣品經提取后，共提取物多，顏色較深呈棕色。因此無論是從保護液質儀器還是降低基質效應角度出發，有效凈化去除萃取液中雜質都成為建立檢測方法中重要的一步，也有利于提高檢測方法的靈敏度。

固相萃取技術（Solid-phase Extraction，SPE），由于填料種類多變、選擇性好、回收率和富集倍數高、試劑使用量少、操作簡單快速，在有機肥領域的應用已十分廣泛。文獻報道中常用的固相萃取柱的填料有商品化的HLB[11]、MCX[12，13]、SCX或者是合成的多壁碳納米管[14]等。Feng等比較了HLB、C18以及NH2對畜禽糞的凈化效果，結果發現HLB的凈化效果最佳[15]。HLB在畜禽糞源有機肥檢測中應用的也最為廣泛。HLB固相萃取柱在pH值0～14范圍內的水溶液和有機溶劑中都穩定，吸附容量是C18的3～10倍。其填料主要是由親水性的N-乙烯吡咯烷酮和疏水性的二乙烯基苯聚合物，這一獨特的親水—親油平衡結構，對各種極性和非極性化合物都具有均衡的吸附能力。Ho等采用Oasis HLB柱在25分鐘內同時檢測了肉雞糞和肉雞糞有機肥中10種抗生素殘留，方法定量限分別在3～16μg/kg和5～15μg/kg（干基計），回收率分別在63%～113%和63%～119%范圍內[16]。Zhang等建立了基于HLB和液質的檢測方法，同時分離畜禽糞便（豬、鴨、雞和牛）以及市售畜禽糞有機肥種四大類17個抗生素化合物[17]。

除此以外，串聯固相萃取技術也越來越受人們的重視，如使用強或弱離子交換柱就可以減少基質中腐殖酸等的共流出。葛峰等利用強陰離子交換柱（SAX）-親水親脂平衡萃取柱（HLB）串聯凈化技術建立了適用于有機肥中7種磺胺類、4種氟喹諾酮類、4種四環素類和3種大環內酯類殘留的的液質方法[18]。置于前端的SAX柱上的季銨鹽官能團，幾乎在任何條件下都帶正電荷，所以非常適合吸附弱陰離子，如腐殖酸或黃腐酸等，并且可以避免HLB的阻塞。同樣的方法也被唐春玲用于檢測畜禽糞便類有機肥中四環素類抗生素的殘留[19]以及Guo等用于檢測畜禽糞便中23種抗生素的殘留[20]。

3分析儀器

抗生素及其代謝物大部分溶于水、極性大、不易揮發，因而具有分離能力的液相及基于液相的分析方法常用于檢測畜禽糞源或有機肥中的抗生素殘留。Li等通過優化前處理以及液相色譜的條件，建立了同時檢測糞便中四環素、土霉素、金霉素以及強力霉素的液相色譜-紫外檢測器（HPLC-UVD）的分析方法，回收率在81.89%～92.42%，重現性低于4.06%，并且在實際牛糞、豬糞等樣品中都取得了較好的效果[21]。Osiński等利用配用熒光檢測器的液相色譜方法（HPLC-FLD），成功分離了糞便及其有機肥中磺胺脒、磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲基異惡唑5種抗生素，回收率在77.00%～121.16%，檢出限和定量限分別在3.53～23.30μg/kg和26.02～40.38μg/kg[22]。

隨著其他液相色譜聯用技術特別是串聯質譜技術的出現，高靈敏度和優異的分辨率以及選擇性使該技術在復雜基質方面的應用越來越受到歡迎，如土壤、食品、畜禽糞便及有機肥等。串聯質譜技術通常第一個質譜部分是四極桿（Quadrupole，Q），最后一個質譜儀可能是四極桿（Q）、離子阱（Ion Trap，IT）或者是飛行時間質譜（Time of Flight，TOF）。Hamscher等建立了基于離子阱串聯質譜技術的檢測方法，測定畜禽糞便中的泰樂菌素、四環素、土霉素和金霉素，回收率、重現性以及檢出限等結果都比較令人滿意[23]。但是相對而言，目前最常用的是仍然是三重四極桿（Triple Quadrupole，QqQ）[24，25]。當前，大部分抗生素在凈化、濃縮后都會復溶于溶劑中，相比大氣壓化學電離源（APCI），電噴霧電離源（ESI）能直接分析溶液樣品，更適用于極性、難揮發或熱不穩定的物質，因而在畜禽糞源有機肥分析中基本上都采用的ESI源。抗生素一般在正離子模式下電離，但是也有例外，如BourdatDeschamps等就采用了正負離子混合模式[26]。

除了基于分離的液相色譜或者液質檢測方法，在畜禽糞有機肥中還利用了其他的檢測技術。Christian等采用酶聯免疫技術（ELISA）可檢測到糞中低至10 ng/L的磺胺二甲嘧啶，而且與磺胺甲噁唑以及磺胺嘧啶的交叉反應率小于0.1%[27]。Kwon等建立了基于放射免疫技術（Charm II）的快速篩查方法，用于檢測畜禽糞有機肥中的四環素類、磺胺類和大環內酯類抗生素殘留[28]。

4結語

隨著有機綠色農業產業的興起，以畜禽糞為主要原料的有機肥在糧食、蔬菜、花卉等種植業上已受到廣泛使用[29]，在抗生素殘留檢測方法的建立方面也已經取得了一些進展。但是在樣品制備上，雖然先進的真空冷凍干燥技術得以廣泛應用，可是在決定樣品均勻性的粒度方面差異較大，因而為了保證檢測結果的準確性和可比性，需要加強對樣品制備的重視及規范適用于有機肥這種狀態復雜基質的制備方法。固相萃取技術因其填料種類多變、選擇性好、回收率和富集倍數高、操作簡單快速，非常適用于凈化有機肥。除了固相萃取柱，未來也可以考慮采用分散固相萃取法、在線固相萃取法或者選擇性更高的分子印跡萃取技術等提高凈化效率。雖然三重四極桿質譜聯用技術占據了有機肥中抗生素殘留檢測的主導地位，但是其他質譜聯用技術，如高靈敏度的離子阱和高分辨率的飛行時間質譜（IT-TOF）也越來越引起人們的關注。液質方法確實具有準確、高效、能實現多殘留檢測，但因維護維修成本大，人員能力要求高，不太適用于在我國推廣使用。另外一些快速篩查方法也不應受到忽視。總之，結合我國的養殖種植結構，應盡快盡好地制定出適用于我國國情的檢測標準和限量要求，加大對畜禽類有機肥中抗生素的遷移及降解等方面的重視和研究力度[30-33]，為提高我國畜禽類有機肥的監管提供更多的參考。

【參考文獻】

[1]杜為研，唐杉，汪洪.我國有機肥資源及產業發展現狀[J].中國土壤與肥料，2020（3）：210-219.

[2]牛新勝，巨曉棠.我國有機肥料資源及利用[J].植物營養與肥料學報，2017，23（6）：1462-1479.

[3] Awad Y M，Kim S C，El-Azeem S，et al.Veterinary antibiotics contamination in water，sediment，and soil near a swine manure composting facility[J].Environmental Earth Sciences，2014，71（3）：1433-1440.

[4] Wei，Ruicheng，Ge，et al.Occurrence of 13 veterinary drugs in animal manure-amended soils in Eastern China[J].Chemosphere，2016.

[5]倪治華，孫萬春，林輝，等.浙江省畜禽糞源有機肥質量安全風險與控制對策[J].浙江農業學報，2020，32（2）：299-307.

[6]楊威，狄彩霞，李季，等.我國有機肥原料及商品有機肥中四環素類抗生素的檢出率及含量[J].植物營養與肥料學報，2021，27（9）：1487-1495.

[7] Boxall A B，Johnson P，Smith E J，et al.Uptake of veterinary medicines from soils into plants[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006（6）：54.

[8] Li Y W，Wu X L，Mo C H，et al.Investigation of Sulfonamide，Tetracycline，and Quinolone Antibiotics in Vegetable Farmland Soil in the Pearl River Delta Area，Southern China[J].JAgric Food Chem，2011，59（13）：7268-7276.

[9]董亮.食品行業的樣品采集與制備[C]//.2010年第三屆國際食品安全高峰論壇論文集.[出版者不詳]，2010：127-128.

[10]楊艷紅，姜兆興，李玉玉，等.食品中有害物質分析樣品的制備[J].食品安全質量檢測學報，2013，4（2）：548-554.

[11] Min Q，Chen W，Su J，et al.Fate of tetracyclines in swine manure of three selected swine farms in China[J].環境科學學報：英文版，2012，24（6）：6.

[12] Zhiyong Zhao，Yanmei Zhang，Yanfang Xuan，et al.Ion-exchange solid-phase extraction combined with liquid chromatography-tandem mass spectrometry for the determina- tion of veterinary drugs in organic fertilizers[J].Journal of Chromatography B，2016，1022（4）：281-289.

[13]錢詩穎，藍雅瓊，劉倩，等.響應面優化超高效液相色譜-串聯質譜法同時測定有機肥中14種磺胺類抗生素[J].華東理工大學學報（自然科學版），2021，47（2）：209-216.

[14] Zheng Y，Fan L，Dong Y，et al.Determination of Sulfonamide Residues in Livestock and Poultry Manure Using Carbon Nanotube Extraction Combined with UPLC-MS / MS[J].FoodAnalytical Methods，2021，14（8）：1-12.

[15] FENG Y，WEI C，ZHANG W，et al.A simple and economic method for simultaneous determination of 11 antibiotics in manure by solid-phase extraction and high-performance liquid chromatography[J]. Journal of Soils and Sediments，2016，16（9）：2242-2251.

[16] Y.B. Ho，Mohamad Pauzi Zakaria，Puziah Abdul Latif，et al. Simultaneous determination of veterinary antibiotics and hormone in broiler manure， soil and manure compost by liquid chromatography-tandem mass spectrometry[J]. Journal of ChromatographyA，2012，1262（11）：160-168.

[17] Zhang H，Luo Y，Wu L，et al.Residues and potential ecological risks of veterinary antibiotics in manures and composts associated with protected vegetable farming[J].Environmental Science & Pollution Research International，2015，22（8）：5908.

[18]葛峰，郭坤，譚麗超，等.有機肥中4類典型獸藥抗生素的多殘留測定[J].生態與農村環境學報，2012，28（5）：587-594.

[19]唐春玲.畜禽糞便類有機肥中主要環境污染物的分析檢測及對蔬菜生長、品質的影響研究[D].上海：華東理工大學，2011.

[20] Guo X Y，Hao L J，Qiu P Z，et al.Pollution characteristics of 23 veterinary antibiotics in livestock manure and manureamended soils in Jiangsu province，China[J].J Environ Sci Health B，2016，51（4-6）：383-392.

[21] LI L，SUN M，ZHOU H，et al.Response surface optimization of a rapid ultrasound-assisted extraction method for simultaneous determination of tetracycline antibiotics in manure[J].Journal ofAnalytical Methods in Chemistry，2015.

[22] OSI？SKI Z，PATYRA E，KWIATEK K.HPLC-FLD-based method for the detection of sulfonamides in organic fertilizers collected from Poland[J].Molecules，2022，27（6）：2031.

[23] HAMSCHER G，SCZESNY S，H？PER H，et al.Determina-tion of persistent Tetracycline residues in soil fertilized with liquid manure by high-performance liquid chromatography with electrospray ionization tandem mass spectrometry[J]. Analytical Chemistry，2002，74（7）：1509-1518.

[24] E Martínez-Carballo，C González-Barreiro，Scharf S，et al. Environmental monitoring study of selected veterinary antibiotics in animal manure and soils in Austria[J].Environmental Pollution，2007（2）：148.

[25] Furtula V，Huang L，Chambers P A . Determination of veterinary pharmaceuticals in poultry litter and soil by methanol extraction and liquid chromatography-tandem mass spectrometry[J]. Journal of Environmental Science & Health.part.b Pesticides Food Contaminants & Agricultural Wastes，2009，44（7）：717-723.

[26] Marjolaine Bourdat-Deschamps，Sokha Leang，Nathalie Bernet，et al.Multi-residue analysis of pharmaceuticals in aqueous environmental samples by online solid-phase extraction-ultra-high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry：optimisation and matrix effects reduction by quick，easy，cheap，effective，rugged and safe extraction[J].Journal of Chromatography A，2014，1349：11-23.

[27] Christian T，Schneider R J，Frber H A，et al.Determination of Antibiotic Residues in Manure，Soil，and Surface Waters[J].CLEAN - Soil，Air，Water，2003，31（1）：36-44.

[28] KWON SI，OWENS G，OK YS，et al.Applicability of the Charm II system for monitoring antibiotic residues in manure-based composts[J].Waste Management，2011，31（1）：39-44.

[29]楊玉愛.我國有機肥料研究及展望[J].土壤學報，1996，33（4）：414-422.

[30] JECHALKE S，HEUER H，SIEMENS J，et al.Fate and effects of veterinary antibiotics in soil[J].Trends in Microbiology，2014，22（9）：536-545.

[31] Rh A，Zg A，Sg A，et al.Assessment of veterinary antibiotics from animal manure-amended soil to growing alfalfa，alfalfa silage，and milk[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，224.

[32]張宇.天目湖白茶產區有機肥中抗生素在茶葉和茶園土壤中的傳遞試驗方案[J].鄉村科技，2020（1）：107+110.

[33]堵燕鈺，羅漪漣，殷雪琰，等.雞糞中抗生素在茶園土壤中的降解轉化及其對茶葉質量安全的影響[J].農業科技通訊，2020（4）：78-80.

【作者簡介】

楊艷紅，女，1977年出生，高級工程師，博士，研究方向為產品質量安全研究及檢測。

（編輯：李加鵬）