紅棗農藥殘留檢測方法與降解策略的研究進展

秦曉慧，曹穎，孫子捷，崔烓堃，劉繼超，孫中貫,

1.棗莊學院食品科學與制藥工程學院（棗莊 277160）；2.山東恒糅生物科技有限公司（棗莊 277099）

棗又名大棗、干棗、棗，是鼠李科植物，原產中國，在中國已有8000多年的種植歷史。紅棗在我國廣泛種植，大多分布在山西、山東、新疆等地，抗逆性強，營養價值和經濟價值高。紅棗營養價值較高，其果肉中含有多肽類小分子物質、糖類、礦物質成分和微量元素，以及多種維生素、黃酮類、腺苷、生物堿，具有抗氧化、提高免疫力、清除體內自由基的能力。近年來紅棗的栽培面積不斷擴大，但病蟲害發生率也隨之增加，為提高產量而大量使用農藥引起的紅棗質量安全問題日益突顯，這嚴重影響紅棗產業的健康發展。因此，研究農藥殘留的檢測方法及降解方法，減少農藥殘留對人們健康的影響迫在眉睫。文章在簡述紅棗農藥殘留問題的同時，從標記免疫分析法、膽堿酯酶抑制法、離子色譜法及氣相質譜法等方面進行了農藥殘留檢測方法的分析，并從微生物降解法、臭氧降解法及光催化降解法等途徑概述解決農藥殘留問題。

1 紅棗農藥殘留問題的概述

由于紅棗豐富的營養價值和藥用保健作用，以及其顯著的經濟效益和社會效益，近年來紅棗在我國被廣泛栽培。因紅棗種植的氣候、土壤環境和生物環境無法完全控制，易引發病蟲害，這使得紅棗的產量和質量大幅度下降。化學防治是果園有害生物防控技術的重要組成部分，尤其在病蟲害高發期，化學防治對于保障紅棗的產量和質量至關重要?；瘜W防治不僅使用成本低，而且能夠快速發揮作用，其限制條件少，適合大規模機械化施用。它們可以在短時間內以較小的劑量將害蟲的密度控制在控制閾值以下。然而農藥的錯誤使用，會引起紅棗中農藥殘留超標及生態環境的污染問題。

紅棗生長過程中易被蟲類侵染，通常采用殺蟲劑來治愈所出現的癥狀；當其被真菌類生物侵染時，則采用三唑銅、苯醚甲環唑、多菌靈等殺菌劑；紅棗農藥殘留的快速準確檢測以及綠色無污染農藥降解方法的應用，是提高紅棗食用安全性，促進紅棗產業健康、快速發展的關鍵所在。

2 紅棗農藥殘留的檢測方法

目前，紅棗農藥殘留的檢測方法主要為標記免疫分析技術法、膽堿酯酶抑制法、離子色譜法以及氣相色譜法。

2.1 標記免疫分析技術

標記免疫分析技術是用酶、熒光素等標記物標記抗體或抗原，同時保持抗體或抗原的活性，從而通過標記物與被標記物復合物體來定量分析目標物質，酶、熒光素等標記物的信號放大可以提高免疫分析技術的靈敏度。標記免疫分析技術早期主要是應用于糖尿病患者的血漿胰島素含量的測定和蛋白的定性與跟蹤。但近年來隨著相關技術的成熟，該技術對小分子化合物的定量測定也具有較高的應用價值。現如今，標記免疫分析技術在食品安全檢測領域發揮重大作用。目前標記免疫分析技術主要包括放射免疫分析技術、熒光免疫分析技術和酶免疫分析技術。

2.1.1 放射免疫分析技術

放射免疫分析（Radio immunoassay，RIA）是一種新的方法，將高靈敏的放射性核素示蹤技術與特異性的免疫化學技術相結合，許多植物病毒和病原菌可以用此項技術測定。放射免疫分析技術使用抗體或抗原作為結合試劑并且通過核素標記物的放大效應提高待測物質的檢測限，大大提高了檢測方法的特異性，具有準確性高、價格低的優點。

2.1.2 酶免疫分析技術

酶免疫分析技術（Enzyme immunoassay，EIA）是將抗原和抗體的特異性免疫反應與酶的高效催化原理有機結合的免疫分析技術。酶免疫分析法主要是利用免疫復合物上的酶，根據底物顏色的不同這一特點將其轉化成特定的顏色，通過分光光度計測定，最終測出待測物的量。Selisker等[1]采用競爭EIA法用兔抗百草枯抗體包被磁株固相檢測百草枯，從果蔬中提取百草枯僅需30 min，檢出限為10 ng/g，平均回收率為99%，而用分光光度計法樣品提取樣品則需要5 h，兩種檢測方法的相關系數為0.994。EIA技術還可以與其他技術相結合，能夠最大限度地放大其選擇性、靈敏性和快速測定等特點。

2.1.3 熒光免疫分析技術

熒光免疫分析技術（Fluorescence immunoassay，FIA）是以熒光物質作為標記物，根據其免疫反應對樣本中的某一成分進行檢測。周丹等[2]研究并制備出了一種能夠快速檢測農藥殘留的陣列芯片，對甲萘威和克百威進行定量分析，其檢測限分別為0.09和0.11 ng/g，線性范圍分別為0.18～1500和0.33～3000 ng/g，該方法能夠快速有效地檢測紅棗農藥殘留中的甲萘威和克百威。熒光免疫分析檢測法可通過抗原抗體反應進行精準的抗原定位，具有特異性強、靈敏度高和易直觀判斷等優點。

2.2 酶抑制檢測技術

酶抑制法的工作原理是有機磷和氨基甲酸酯能特異性抑制乙酰膽堿酯酶（AchE）的活性。將農產品提取物和待測指示劑在乙酰膽堿酯酶和乙酰膽堿酯酶共存的體系中混合，根據這一反應體系中AChE活性的抑制情況（由指示劑指示），能夠判斷出農產品中有機磷和氨基甲酸酯類農藥是否超過國家標準。膽堿酯酶抑制法是一種比較簡單的農藥殘留檢測方法，待檢測產品中有機磷或氨基甲酸酯類農藥殘留濃度與膽堿酯酶活性抑制率呈正相關。經過對待檢測產品中農藥殘留的測定，能夠間接通過其對膽堿酯酶活性的影響來判定農藥殘留的情況。Katsoudas等[3]采用乙酰膽堿酯酶抑制法測定水果中的氨基甲酸酯類農藥，其檢出限為0.1 μg/mL，并且在不同水果中的檢出限基本呈現出相同情況。李穎暢等[4]采用驢血清丁酰膽堿酯酶作為酶原，對多種有機磷農藥的檢測條件和方法展開探究，并選擇蔬菜作為研究目標，研究結果顯示樂果、敵百蟲、敵敵畏、馬拉硫磷對驢血清丁酰膽堿酯酶（BChE）的IC50分別為0.094，0.179，0.124和0.0078 mg/mL，驢血清BChE對這4種有機磷農藥靈敏度的大小順序為馬拉硫磷＞樂果＞敵敵畏＞敵百蟲。其中：樂果、敵敵畏對丁酰膽堿酯酶在15 min時抑制作用效果最佳；敵百蟲、馬拉硫磷對丁酰膽堿酯酶在20 min時的抑制效果較為明顯。

酶抑制檢測技術具有快速、簡便、靈敏、成本低等優點，通常用于檢測病蟲害引起的農藥殘留。在進行具體檢測的時候，借助相關工具輔助的前提下，酶抑制檢測技術在農藥檢測方面工作難度大幅度下降，也不需要大量人力與資金，能夠大大節省檢測方面的成本支出，所以該技術在農藥殘留檢測工作中得以大范圍運用。酶抑制法能夠提高檢測結果的準確性，從而保證食品中農藥殘留檢測結果的可靠性[5]。然而該檢測技術在應用時同樣會出現漏洞，對于酶的質量以及最低檢測限量有著嚴格要求，因此在注重酶試劑活性及其質量的同時，同樣要重視農藥標準所允許的限量范圍，如此才可獲得一個真實可靠的數據結果[6]。

2.3 離子色譜法

離子色譜法是以離子交換樹脂作為固定相填充于色譜分離柱中，通過淋洗液作為流動相進行淋洗，當待測樣品從柱的一端隨淋洗液流經色譜分離柱時，由于不同種類的待測組分與離子交換樹脂表現出的親和力呈現出不同的狀況，所以在色譜柱上移動的速度有所差異，待測樣品隨淋洗液從色譜柱的另一端依次流出，最終達到組分分離的目的。雖然大多數可用HPLC或者GC分析，但是對于一些不需要光吸收就可以電離的化合物，離子色譜是更好的選擇。

一些強極性類農藥水溶性較強，在水溶液中易形成離子化合物，可供離子色譜進行檢測。魏丹等[7]將柱切換技術與離子色譜結合，通過大體積進樣，對茶葉中的敵草快和百草枯凈化、收集、分離、檢測，檢出限分別為0.75和0.30 μg/kg，紅棗樣品回收率范圍為86.9%～102.9%。離子色譜法在測定親水性農藥殘留方面具有特殊優勢，但有部分雜質對結果有干擾作用、其靈敏度偏低的問題。離子色譜與串聯質譜聯用能夠有效地減少上述問題的影響，大大提高目標物的靈敏度和分辨率，不受雜質干擾[8]。

離子色譜法檢測待測樣品需要量少，它具有專屬性強、靈敏度和準確度高、自動化程度高、操作簡便等優點，適合于分析農藥中各種離子、有機酸、堿、胺類和糖類[9-10]。目前，離子色譜法能夠檢測的無機陰陽離子及有機化合物等物質有200多種，且此方法可同時測定多種離子化合物。離子色譜法的缺點是時間長、定性能力差，為了克服這一問題，離子色譜法可以與具有定性能力的分析技術聯用[11]。

2.4 氣相色譜法

氣相色譜法的出現解決了過去其他技術無法克服的農藥殘留問題。由于氣相色譜儀配備不同種類的檢測器，可以根據農藥的特點選擇不同的檢測器，使檢測結果具有靈敏度高、分析速度快、穩定性好、準確度高等特點[12]，因此，它被廣泛用于檢測揮發性或可轉化的液體和固體農藥殘留，是紅棗中農藥殘留檢測的主要方法。研究人員在氣相色譜法的基礎上，不斷對前處理技術進行改進優化，分析紅棗中各類農藥殘留情況，進而得出測試結果是否能夠滿足食用安全檢測要求，如：杭廣林[13]利用基質固相分散技術結合氣相色譜法建立了果蔬中有機磷農藥、有機氯農藥和擬除蟲菊酯類農藥多組分殘留的方法；劉大鵬等[14]、石亞亭等[15]都選用Qu EChERS（Quick Easy Cheap Rugged Safe）前處理技術，建立果蔬中兩種有機磷農藥殘留的分析方法；陳姣姣[16]通過改進的QuEChERS技術測定了果蔬中高效氯氟氰菊酯的含量，線性關系關聯性極高（R2=0.999），檢出限為0.12～0.15 μg/kg，定量限為0.38～0.50 μg/kg；楊濤等[17]運用氣相色譜法檢測蔬菜中的農藥殘留得到8種有機氯農藥標準色譜圖，通過色譜圖觀察8種待測有機氯農藥在30 min內能夠得到良好分離，且峰形呈現對稱，能夠滿足該方法要求。

3 紅棗農藥殘留降解的方法

自農藥問世以來，其被廣泛應用于果蔬的種植，因而農藥殘留也引發了比較嚴重的問題。農藥殘留無論是對環境污染還是人體健康都有很大的影響，為了達到可持續發展的目標，必須降低農藥殘留，保障食品安全。為了解決農殘問題，我們需要研發出更高效、綠色的降解方法。農藥降解方法不計其數，但多數方法成本高、可能產生新的污染物，且處理過程中反應需要苛刻的條件[18]。但是微生物降解法、臭氧降解法、光催化降解法，很好地克服了這一難題，有效地解決了農藥殘留問題。

3.1 微生物降解法

微生物降解法是微生物對農藥有降解作用，能夠將農藥中大分子的有害物質分解為小分子化合物，從而將產品表面附著的農藥去除，防止對人體造成不必要的傷害[19]。微生物降解是一種酶促作用，即微生物在降解酶的作用下將農藥中的有害物質分解為可去除的小分子化合物便可以將農藥去除。另一種是非酶促作用，它是微生物通過氧化、還原、脫烴等方式對農藥的有害物質進行降解，從而去除農藥殘留物[20]。

國內外利用微生物降解有機磷農藥殘留的相關研究由來已久，早在二十世紀七八十年代，Carter等[21]從不同的土壤里富集培養，并篩選分離得到芽孢桿菌、鐮孢霉菌、曲霉菌、根霉菌等多種可降解七氯的微生物。研究表明，混合培養芽孢桿菌、鐮孢霉菌、曲霉菌、根霉菌對于降解七氯的效果顯著提高。Purnomo等[22]研究了白腐真菌降解污染土壤中的七氯和環氧七氯，結果發現七氯的降解率在28 d達到89%。劉玉煥等[23]在長期受到有機磷農藥污染的土壤中，分離得到一株降解樂果活性較高的曲霉Z58菌株，并研究了其最適產酶條件及酶的最佳反應條件，利用源自該菌株的農藥降解酶在最優降解條件下反應30 min，其對樂果、氧樂果及甲胺磷的降解率分別為87%，83%和85%。

微生物降解法具有無毒、無二次污染，反應速度快、條件溫和等優點，是近年來應用范圍最為廣泛的一種方法。

3.2 臭氧降解法

臭氧是一種強氧化劑，在水的參與下可以發生還原反應，產生氧化能力極強的單原子氧（O）和羥基（·OH），能夠快速分解水中的有機物質。并且能夠徹底改變有機物的分子結構，從而起到解毒的作用，減少農藥殘留。徐慧等[24]利用臭氧在水的參與下與含有有機磷、菊酯等八種農藥的蔬菜發生還原反應，并深入研究臭氧對不同種類的農藥的去除效果。研究結果顯示，臭氧對于大部分農藥均能夠發生反應并能夠有效去除，在10 min時達到最佳降解效果，對八種農藥平均降解率平均超過30%，其農藥殘留降解程度基本達到最大值，若延長降解時間，降解效果呈現下降趨勢。

臭氧降解法具有安全、廣譜、無殘留的特點，被廣泛用于水產品處理和食品保鮮，同時也用于洗菜。

3.3 光催化降解法

光催化降解法是利用光源對催化劑進行照射，使催化劑的表面產生光生電子或光生空穴等活性物質，從而利用這些活性物質通過氧化或還原反應來去除重金屬離子。目前利用半導體粉末TiO2作為光催化劑降解有機磷農藥是在TiO2表面由羥自由基和超氧離子作用的結果，當近紫外光照射到TiO2表面時，TiO2的分解產物將有機磷農藥氧化成CO2、H2O等。Zeng等[25]利用TiO2顆粒對蔬菜和土壤中農藥的光降解作用進行了研究。研究結果表明，TiO2能顯著提高農藥光降解率，農藥殘留降解率提高了20%～30%，TiO2的最適宜的光降解質量濃度為0.2～0.4 g/L。

光催化降解具有能耗低、成本低、操作簡單、適用范圍廣、降解速度快、去除率高、無毒無污染等優點。然而，催化劑對可見光的吸收率仍然較弱，需要開發更高效的光催化劑充分利用太陽光光能。

4 結語與展望

紅棗產業在我國的分布范圍較廣，發展迅速，由此帶來的農藥殘留問題也相對嚴重，殘留的農藥種類繁多，檢測難度大，故探索出快速、高效的檢測方法是我們當下需要解決的問題。文章介紹的三種方法，即標記免疫分析技術、抑制檢測技術、離子色譜法，它們均有快速、簡便、靈敏等優點，目前已在農藥殘留方面應用廣泛。農藥殘留對我們生活的環境以及人類自身已經造成了巨大的影響，因此探索能夠降解農產品中農藥殘留的技術是我們當下面臨的重要課題。三種降解農殘的方法即微生物降解法、臭氧降解法、光催化降解法。它們都具有降解完全、適用范圍廣泛、無二次污染等優點。隨著科技水平的進一步提高，目前我們所擁有的技術必將得到更好的改進和提升，新的便捷檢測方法會不斷地涌現出來，結果的準確性也會得到質的飛躍，同時對農藥殘留的降解方法也會不斷完善補充使其更具有適用性，紅棗的農藥殘留問題必將得到有效的解決，紅棗產業也將獲得前所未有的發展。