桑葚農(nóng)藥殘留處理技術(shù)研究

孫 路

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程學(xué)院，陜西 咸陽 712100）

桑椹是一種具有特殊風(fēng)味的果實，富含花青素、蕓香甙等多種營養(yǎng)物質(zhì)，集食用和藥用于一體，受廣大消費者青睞，我國已將其列入“兼有食物和藥物”的農(nóng)業(yè)類產(chǎn)品。隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施以及“三產(chǎn)融合”快速發(fā)展，桑葚汁、桑葚酸奶等桑葚衍生品逐漸進(jìn)入大眾視野，同時，桑葚的種植與加工也成為扶貧致富的特色產(chǎn)業(yè)，在全國范圍內(nèi)的種植面積呈遞增趨勢。其中，四川桑葚的總產(chǎn)量超過了4 萬t，僅桑葚種植帶來的經(jīng)濟(jì)利益就達(dá)2.5 億元。攀枝花市鹽邊縣是我國生產(chǎn)時間最早、規(guī)模最大、品質(zhì)最好的桑樹種植基地，也被譽為“中國果桑之鄉(xiāng)”，其主要栽培品種有蜀椹1 號、云桑二號、黑金椹等，年產(chǎn)桑樹果實近120 萬t，在國際上極具競爭力。當(dāng)前，危害桑樹生產(chǎn)的主要病蟲害是菌核病，由于種植人員在生產(chǎn)過程中對噻蟲嗪、抗蚜威、吡蟲啉等殺蟲劑使用不當(dāng)，造成了桑樹果實的農(nóng)藥殘留問題，導(dǎo)致桑椹中的化學(xué)殺蟲劑殘留量超標(biāo)，嚴(yán)重影響了人體健康與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1 桑葚農(nóng)藥殘留檢測技術(shù)

1.1 噻蟲嗪殘留檢測技術(shù)

噻蟲嗪是第2 代尼古丁的經(jīng)典代表，其主要作用于昆蟲的中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS），具有很強的抗病毒活性。昆蟲和脊椎動物的煙堿型乙酰膽堿受體在結(jié)構(gòu)上存在著明顯差別，使煙堿型乙酰膽堿受體在殺蟲劑中表現(xiàn)出較高的選擇性，但在高等動物上卻表現(xiàn)出較低的毒性。這種藥劑對鞘翅目、雙翅目、鱗翅目，特別是對同翅目的昆蟲具有較高活性，可以對各種蚜蟲、飛虱類等昆蟲進(jìn)行有效防治，并且對吡蟲啉、啶蟲脒、烯啶蟲胺沒有互抗性，目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用。噻蟲嗪殘留的檢測技術(shù)是利用乙腈萃取、石墨化碳黑氨基復(fù)合柱提純、超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)，對桑椹中的噻蟲嗪進(jìn)行檢測。結(jié)果表明，所建立的方法具有良好的預(yù)處理效果，可用于測定桑椹中噻蟲胺的殘留量［1］。

1.2 抗蚜威殘留檢測技術(shù)

抗蚜威是一種具有觸殺、熏蒸、滲入等特點的氨基甲酸鹽農(nóng)藥，在果樹、蔬菜、糧食作物等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景，其在果蔬、糧食及其他食物中的最大殘留限量在《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中農(nóng)藥最大殘留限量》（GB 2763—2019）中有明確規(guī)定。抗蚜威檢測技術(shù)用乙腈法對桑椹進(jìn)行了萃取，用石墨化的炭黑-氨基組分復(fù)合柱純化，用UHPLC-MS/MS法對桑椹中的抗蚜威進(jìn)行分析檢測。結(jié)果表明，該方法具有較好的預(yù)處理效果，可用于桑椹中的抗蚜威殘留檢測［2］。

1.3 烯酰嗎啉殘留檢測技術(shù)

烯酰嗎啉是一種對卵菌具有較強殺滅作用的新型殺菌劑，同時具有內(nèi)吞、治療和抑制芽孢生成等功能，對卵菌生長全過程均具有較強的滅殺作用。在細(xì)菌中，通過調(diào)控細(xì)菌的分子水平，抑制細(xì)菌的細(xì)胞壁聚集，從而抑制細(xì)菌的細(xì)胞壁形成。因此，烯酰嗎啉可有效控制霜霉、疫霉菌引起的多種農(nóng)作物病害，并對甲霜靈、苯霜靈等苯酰胺類除草劑不產(chǎn)生任何抗藥性。烯酰嗎啉檢測技術(shù)以乙腈法萃取、GC/NH4/UPLC-MS/MS 法為基礎(chǔ)，以基體匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線為校準(zhǔn)指標(biāo)，以紫外分光光度法為技術(shù)手段，對桑椹中的烯酰嗎啉殘留進(jìn)行分析。結(jié)果表明，該方法具有良好的預(yù)處理效果，可用于桑椹中的烯酰嗎啉殘留測定［3］。

1.4 吡蟲啉和啶蟲脒殘留的檢測技術(shù)

吡蟲啉和啶蟲脒是新一代的煙堿類殺蟲劑，具有殺蟲譜廣、持效期長、內(nèi)吸性強、不易揮發(fā)、高效低毒等優(yōu)點。吡蟲啉對鞘翅目、同翅目、鱗翅目、雙翅目等多種昆蟲均有較好的滅殺作用，并對一些對常規(guī)殺蟲劑產(chǎn)生耐藥的昆蟲也有一定的滅殺作用。二者在果桑生產(chǎn)中應(yīng)用較多，其主要可以用來防治如桑木虱、白粉虱、蚜蟲、桑毛蟲等有害昆蟲［4］。吡蟲啉和啶蟲脒檢測技術(shù)以丙烯酰胺為原料，以乙腈為萃取介質(zhì)，以石墨化的炭黑-氨基水溶液為色譜柱，利用超HPLC/MS/MS 聯(lián)用技術(shù)，建立了一種新型的高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)，對2 種農(nóng)藥殘留進(jìn)行快速、準(zhǔn)確測定［5］。

2 桑葚農(nóng)藥殘留的降解技術(shù)

目前，國內(nèi)外對桑葚中農(nóng)藥殘留的處理方式主要有3 種：物理法、化學(xué)法、生物法。其中，物理法主要有洗滌、超聲波、電離輻射和吸附等；化學(xué)法主要有水解、氧化和光化學(xué)降解；生物法主要有微生物、酶和工程菌法［6］。傳統(tǒng)的物理法和化學(xué)法有操作簡便、技術(shù)成熟、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但都存在著較大局限性。當(dāng)前，人們對降解菌種的篩選、降解途徑、降解酶的篩選以及基因調(diào)控等進(jìn)行了廣泛研究，但降解效果制約了其進(jìn)一步發(fā)展。近年來，由于分子水平不斷進(jìn)步，利用基因工程對降解菌種進(jìn)行改造的手段已逐漸受到人們關(guān)注。通過對該技術(shù)的進(jìn)一步研究，可以為有效控制桑葚農(nóng)藥殘留提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)［7］。

2.1 物理降解

桑葚殺蟲劑的物理降解主要有洗滌、超聲波降解、電離輻射和夾帶等，基本原理是通過對殺蟲劑水溶性、熱不穩(wěn)定性、光不穩(wěn)定性等理化性質(zhì)的分析，達(dá)到降解殺蟲劑的目的。

2.1.1 洗滌

洗滌是目前最常用的一種物理降解法。用清水清洗桑椹可有效去除水溶性的農(nóng)藥殘留。針對脂溶性的農(nóng)藥，使用洗滌劑可促進(jìn)其溶解，各種清潔劑均能有效脫除農(nóng)藥，但對不同種類桑類殺蟲劑的降解率存在較大差別。洗滌方式、溫度、水洗時間及水洗部位都會影響農(nóng)藥殘留的降解性。此外，清潔劑不恰當(dāng)使用還會產(chǎn)生較大傷害，部分人工合成的清潔劑，由于其吸附力較強，不易處理，易引起二次污染。

2.1.2 超聲波降解法

超聲波降解法是通過在液體中的空化作用、加速度作用及直進(jìn)流作用，將污物層分散、乳化、剝離，從而達(dá)到清洗的目的。利用高頻率、高強度的超聲清洗加快農(nóng)藥分子的移動速度，提高其溶解概率，有效解決傳統(tǒng)溶液中農(nóng)藥溶解速度緩慢、耗時長的問題，產(chǎn)生降解效果。目前，超聲技術(shù)在桑椹中的應(yīng)用還停留在實驗室層面，缺乏系統(tǒng)性研究，要實現(xiàn)其規(guī)模化應(yīng)用還存在困難［8］。

2.1.3 電離輻射

電離輻射可利用放射性同位素的多種高能射線破壞農(nóng)藥中的多種化學(xué)鍵，具有反應(yīng)速度快、反應(yīng)徹底、操作簡便、適用面廣、安全無污染等優(yōu)點。在不同輻射劑量下，對各種殺蟲劑的影響也不一樣。通過對甲基對硫磷、溴氰菊酯、氧化樂果和三氯殺螨醇4 種不同類型的殺蟲劑進(jìn)行電離輻射試驗，結(jié)果表明，殺蟲劑的降解率與照射濃度有關(guān)，但與照射濃度的關(guān)系并非完全成正比［9］。

2.1.4 夾帶法

采用具有吸附性的材料，如活性炭、石英砂等，將桑葚中的農(nóng)藥殘留物吸附或帶走。活性炭具有大比表面積、高孔隙率、高吸附性能和高安全性能，廣泛應(yīng)用于氣液分離精制、水處理、空氣凈化、資源循環(huán)利用等領(lǐng)域。在不同濃度、不同溫度、不同pH值及不同有機質(zhì)之間的競爭作用下，活性炭對不同農(nóng)藥的吸收效率均有不同程度的效果［10］。

2.2 化學(xué)降解

利用具有相應(yīng)功能基團(tuán)的化學(xué)物質(zhì)，通過與之相適應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，可以實現(xiàn)桑椹中農(nóng)藥殘留物的降解，這一過程被稱作化學(xué)降解，主要包括水解、氧化和光化學(xué)反應(yīng)。

2.2.1 水解

桑葚使用的各種殺蟲劑在特定的酸性和堿性條件下能發(fā)生水解反應(yīng)。相關(guān)研究表明，在中性和酸性條件下，三唑磷的水解速度均比堿性條件下快得多。在pH 值為4、7、9 的情況下，對異惡唑草酮的水解速度進(jìn)行比較，結(jié)果表明，pH 值為9 的情況下，異惡唑草酮的水解速度最快。

2.2.2 氧化分解

通過次氯酸鹽、臭氧、過氧化氫等強氧化劑與桑葚上殘留的農(nóng)藥發(fā)生反應(yīng)，生成無毒的酸、醇、胺或其氧化物等小分子化合物，進(jìn)而實現(xiàn)對農(nóng)藥殘留的降解。研究表明，在7 mg/L 的臭氧濃度下，百菌清在5 min 內(nèi)可完全降解；H2O2對甲胺磷、毒死蜱和久效磷在植株上的降解率也有一定增加［11］。采用臭氧作強氧化劑，可有效解決二次污染的問題。

2.2.3 光化學(xué)降解

光化學(xué)降解是指在光照條件下通過TiO2催化將桑葚中的農(nóng)藥殘留分解成水、二氧化碳等無毒物質(zhì)。TiO2具有無毒、廉價、高效、性能穩(wěn)定等特點，是一種極有發(fā)展?jié)摿Φ男滦凸獯呋牧稀?/p>

2.3 生物降解

生物降解法通過微生物、高等動植物等途徑將污染物轉(zhuǎn)化為低分子物質(zhì)，與物理和化學(xué)方法相比，生物法的降解速度較慢，但仍具有許多優(yōu)勢。一是可以使用環(huán)境中的微生物對桑椹農(nóng)藥進(jìn)行處理，既簡單又不會對環(huán)境造成破壞。二是殺蟲劑的降解菌為天然物，價格低廉、分布廣、品種多。三是微生物生長繁殖可對農(nóng)藥進(jìn)行有效利用，其衍生物具有較低的毒性或無毒性，降低了對環(huán)境的二次污染。四是菌株具有較強的適應(yīng)性和突變性，以及較高的廣譜性，因此利用微生物處理技術(shù)處理農(nóng)藥殘留是一種有效的方法。

2.3.1 基因工程技術(shù)

從微生物對農(nóng)藥殘留的降解過程來看，酶起到了關(guān)鍵作用，歸根結(jié)底，是因為微生物的某些基因讓其擁有了對農(nóng)藥殘留的降解能力。在這一基礎(chǔ)上，利用遺傳學(xué)技術(shù)，對有機體進(jìn)行特定處理，使其能夠有效降解桑椹中的農(nóng)藥殘留。基因工程技術(shù)主要包括基因改組、基因重組和基因拼接3 個方面，將基因重組和基因拼接技術(shù)聯(lián)合使用，可以獲得更好的結(jié)果，極大地提高了微生物中多種酶的活性。1994年，美國Stemmer 等利用DNA 重組技術(shù)大幅度提高了降解酶的活力，并將其應(yīng)用于農(nóng)藥殘留降解。

2.3.2 固定化微生物技術(shù)

微生物對桑葚農(nóng)藥殘留的降解過程，是酶促反應(yīng)的結(jié)果。理論上只要保證細(xì)菌的酶解作用，就能徹底解決農(nóng)藥殘留問題。在此基礎(chǔ)上，通過將特定微生物固定到特定載體上，在保證其生物活性的前提下，可以達(dá)到高密度生長的目的，并在一定環(huán)境下快速、大規(guī)模生長。

2.3.3 多菌株復(fù)合體系

隨著科技進(jìn)步與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，農(nóng)藥應(yīng)用越來越廣泛，越來越多的農(nóng)藥品種出現(xiàn)了混用現(xiàn)象，桑葚中的農(nóng)藥殘留種類日趨多元化。對于只對1 種農(nóng)藥有效的微生物來說，為了確保其高效的降解性，需要建立一個多菌系統(tǒng)，在不同種類微生物的協(xié)同下，才能穩(wěn)定降解桑葚中的農(nóng)藥殘留。在多菌協(xié)同作用下，由于其降解效率高、適應(yīng)性廣，尤其是在某些組分復(fù)雜的農(nóng)藥中表現(xiàn)出了更強的優(yōu)越性，已成為當(dāng)前研究的熱點。

3 結(jié)束語

隨著可持續(xù)發(fā)展思想深入人心，人們對環(huán)境保護(hù)、身體健康的重視程度越來越高，桑葚中的農(nóng)藥殘留問題也越來越受重視。近年來，由于桑椹中的農(nóng)藥殘留引起的食物中毒事故時有發(fā)生，如何使其更好地降解成為國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點。