桑葚农药残留处理技术研究

2023-12-12孙路

种子科技 2023年19期

孙路

（杨凌职业技术学院生物工程学院，陕西咸阳 712100）

桑椹是一种具有特殊风味的果实，富含花青素、芸香甙等多种营养物质，集食用和药用于一体，受广大消费者青睐，我国已将其列入“兼有食物和药物”的农业类产品。随着乡村振兴战略实施以及“三产融合”快速发展，桑葚汁、桑葚酸奶等桑葚衍生品逐渐进入大众视野，同时，桑葚的种植与加工也成为扶贫致富的特色产业，在全国范围内的种植面积呈递增趋势。其中，四川桑葚的总产量超过了4 万t，仅桑葚种植带来的经济利益就达2.5 亿元。攀枝花市盐边县是我国生产时间最早、规模最大、品质最好的桑树种植基地，也被誉为“中国果桑之乡”，其主要栽培品种有蜀椹1 号、云桑二号、黑金椹等，年产桑树果实近120 万t，在国际上极具竞争力。当前，危害桑树生产的主要病虫害是菌核病，由于种植人员在生产过程中对噻虫嗪、抗蚜威、吡虫啉等杀虫剂使用不当，造成了桑树果实的农药残留问题，导致桑椹中的化学杀虫剂残留量超标，严重影响了人体健康与产业发展。

1 桑葚农药残留检测技术

1.1 噻虫嗪残留检测技术

噻虫嗪是第2 代尼古丁的经典代表，其主要作用于昆虫的中枢神经系统（CNS），具有很强的抗病毒活性。昆虫和脊椎动物的烟碱型乙酰胆碱受体在结构上存在着明显差别，使烟碱型乙酰胆碱受体在杀虫剂中表现出较高的选择性，但在高等动物上却表现出较低的毒性。这种药剂对鞘翅目、双翅目、鳞翅目，特别是对同翅目的昆虫具有较高活性，可以对各种蚜虫、飞虱类等昆虫进行有效防治，并且对吡虫啉、啶虫脒、烯啶虫胺没有互抗性，目前在农业生产中被广泛使用。噻虫嗪残留的检测技术是利用乙腈萃取、石墨化碳黑氨基复合柱提纯、超高效液相色谱-串联质谱技术，对桑椹中的噻虫嗪进行检测。结果表明，所建立的方法具有良好的预处理效果，可用于测定桑椹中噻虫胺的残留量［1］。

1.2 抗蚜威残留检测技术

抗蚜威是一种具有触杀、熏蒸、渗入等特点的氨基甲酸盐农药，在果树、蔬菜、粮食作物等领域具有较好的应用前景，其在果蔬、粮食及其他食物中的最大残留限量在《食品安全国家标准食品中农药最大残留限量》（GB 2763—2019）中有明确规定。抗蚜威检测技术用乙腈法对桑椹进行了萃取，用石墨化的炭黑-氨基组分复合柱纯化，用UHPLC-MS/MS法对桑椹中的抗蚜威进行分析检测。结果表明，该方法具有较好的预处理效果，可用于桑椹中的抗蚜威残留检测［2］。

1.3 烯酰吗啉残留检测技术

烯酰吗啉是一种对卵菌具有较强杀灭作用的新型杀菌剂，同时具有内吞、治疗和抑制芽孢生成等功能，对卵菌生长全过程均具有较强的灭杀作用。在细菌中，通过调控细菌的分子水平，抑制细菌的细胞壁聚集，从而抑制细菌的细胞壁形成。因此，烯酰吗啉可有效控制霜霉、疫霉菌引起的多种农作物病害，并对甲霜灵、苯霜灵等苯酰胺类除草剂不产生任何抗药性。烯酰吗啉检测技术以乙腈法萃取、GC/NH4/UPLC-MS/MS 法为基础，以基体匹配标准曲线为校准指标，以紫外分光光度法为技术手段，对桑椹中的烯酰吗啉残留进行分析。结果表明，该方法具有良好的预处理效果，可用于桑椹中的烯酰吗啉残留测定［3］。

1.4 吡虫啉和啶虫脒残留的检测技术

吡虫啉和啶虫脒是新一代的烟碱类杀虫剂，具有杀虫谱广、持效期长、内吸性强、不易挥发、高效低毒等优点。吡虫啉对鞘翅目、同翅目、鳞翅目、双翅目等多种昆虫均有较好的灭杀作用，并对一些对常规杀虫剂产生耐药的昆虫也有一定的灭杀作用。二者在果桑生产中应用较多，其主要可以用来防治如桑木虱、白粉虱、蚜虫、桑毛虫等有害昆虫［4］。吡虫啉和啶虫脒检测技术以丙烯酰胺为原料，以乙腈为萃取介质，以石墨化的炭黑-氨基水溶液为色谱柱，利用超HPLC/MS/MS 联用技术，建立了一种新型的高效液相色谱-质谱联用技术，并以此为基础，对2 种农药残留进行快速、准确测定［5］。

2 桑葚农药残留的降解技术

目前，国内外对桑葚中农药残留的处理方式主要有3 种：物理法、化学法、生物法。其中，物理法主要有洗涤、超声波、电离辐射和吸附等；化学法主要有水解、氧化和光化学降解；生物法主要有微生物、酶和工程菌法［6］。传统的物理法和化学法有操作简便、技术成熟、稳定性好等优点，但都存在着较大局限性。当前，人们对降解菌种的筛选、降解途径、降解酶的筛选以及基因调控等进行了广泛研究，但降解效果制约了其进一步发展。近年来，由于分子水平不断进步，利用基因工程对降解菌种进行改造的手段已逐渐受到人们关注。通过对该技术的进一步研究，可以为有效控制桑葚农药残留提供理论依据和技术指导［7］。

2.1 物理降解

桑葚杀虫剂的物理降解主要有洗涤、超声波降解、电离辐射和夹带等，基本原理是通过对杀虫剂水溶性、热不稳定性、光不稳定性等理化性质的分析，达到降解杀虫剂的目的。

2.1.1 洗涤

洗涤是目前最常用的一种物理降解法。用清水清洗桑椹可有效去除水溶性的农药残留。针对脂溶性的农药，使用洗涤剂可促进其溶解，各种清洁剂均能有效脱除农药，但对不同种类桑类杀虫剂的降解率存在较大差别。洗涤方式、温度、水洗时间及水洗部位都会影响农药残留的降解性。此外，清洁剂不恰当使用还会产生较大伤害，部分人工合成的清洁剂，由于其吸附力较强，不易处理，易引起二次污染。

2.1.2 超声波降解法

超声波降解法是通过在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用，将污物层分散、乳化、剥离，从而达到清洗的目的。利用高频率、高强度的超声清洗加快农药分子的移动速度，提高其溶解概率，有效解决传统溶液中农药溶解速度缓慢、耗时长的问题，产生降解效果。目前，超声技术在桑椹中的应用还停留在实验室层面，缺乏系统性研究，要实现其规模化应用还存在困难［8］。

2.1.3 电离辐射

电离辐射可利用放射性同位素的多种高能射线破坏农药中的多种化学键，具有反应速度快、反应彻底、操作简便、适用面广、安全无污染等优点。在不同辐射剂量下，对各种杀虫剂的影响也不一样。通过对甲基对硫磷、溴氰菊酯、氧化乐果和三氯杀螨醇4 种不同类型的杀虫剂进行电离辐射试验，结果表明，杀虫剂的降解率与照射浓度有关，但与照射浓度的关系并非完全成正比［9］。

2.1.4 夹带法

采用具有吸附性的材料，如活性炭、石英砂等，将桑葚中的农药残留物吸附或带走。活性炭具有大比表面积、高孔隙率、高吸附性能和高安全性能，广泛应用于气液分离精制、水处理、空气净化、资源循环利用等领域。在不同浓度、不同温度、不同pH值及不同有机质之间的竞争作用下，活性炭对不同农药的吸收效率均有不同程度的效果［10］。

2.2 化学降解

利用具有相应功能基团的化学物质，通过与之相适应的化学反应，可以实现桑椹中农药残留物的降解，这一过程被称作化学降解，主要包括水解、氧化和光化学反应。

2.2.1 水解

桑葚使用的各种杀虫剂在特定的酸性和碱性条件下能发生水解反应。相关研究表明，在中性和酸性条件下，三唑磷的水解速度均比碱性条件下快得多。在pH 值为4、7、9 的情况下，对异恶唑草酮的水解速度进行比较，结果表明，pH 值为9 的情况下，异恶唑草酮的水解速度最快。

2.2.2 氧化分解

通过次氯酸盐、臭氧、过氧化氢等强氧化剂与桑葚上残留的农药发生反应，生成无毒的酸、醇、胺或其氧化物等小分子化合物，进而实现对农药残留的降解。研究表明，在7 mg/L 的臭氧浓度下，百菌清在5 min 内可完全降解；H2O2对甲胺磷、毒死蜱和久效磷在植株上的降解率也有一定增加［11］。采用臭氧作强氧化剂，可有效解决二次污染的问题。

2.2.3 光化学降解

光化学降解是指在光照条件下通过TiO2催化将桑葚中的农药残留分解成水、二氧化碳等无毒物质。TiO2具有无毒、廉价、高效、性能稳定等特点，是一种极有发展潜力的新型光催化材料。

2.3 生物降解

生物降解法通过微生物、高等动植物等途径将污染物转化为低分子物质，与物理和化学方法相比，生物法的降解速度较慢，但仍具有许多优势。一是可以使用环境中的微生物对桑椹农药进行处理，既简单又不会对环境造成破坏。二是杀虫剂的降解菌为天然物，价格低廉、分布广、品种多。三是微生物生长繁殖可对农药进行有效利用，其衍生物具有较低的毒性或无毒性，降低了对环境的二次污染。四是菌株具有较强的适应性和突变性，以及较高的广谱性，因此利用微生物处理技术处理农药残留是一种有效的方法。

2.3.1 基因工程技术

从微生物对农药残留的降解过程来看，酶起到了关键作用，归根结底，是因为微生物的某些基因让其拥有了对农药残留的降解能力。在这一基础上，利用遗传学技术，对有机体进行特定处理，使其能够有效降解桑椹中的农药残留。基因工程技术主要包括基因改组、基因重组和基因拼接3 个方面，将基因重组和基因拼接技术联合使用，可以获得更好的结果，极大地提高了微生物中多种酶的活性。1994年，美国Stemmer 等利用DNA 重组技术大幅度提高了降解酶的活力，并将其应用于农药残留降解。

2.3.2 固定化微生物技术

微生物对桑葚农药残留的降解过程，是酶促反应的结果。理论上只要保证细菌的酶解作用，就能彻底解决农药残留问题。在此基础上，通过将特定微生物固定到特定载体上，在保证其生物活性的前提下，可以达到高密度生长的目的，并在一定环境下快速、大规模生长。

2.3.3 多菌株复合体系

随着科技进步与农业生产的发展，农药应用越来越广泛，越来越多的农药品种出现了混用现象，桑葚中的农药残留种类日趋多元化。对于只对1 种农药有效的微生物来说，为了确保其高效的降解性，需要建立一个多菌系统，在不同种类微生物的协同下，才能稳定降解桑葚中的农药残留。在多菌协同作用下，由于其降解效率高、适应性广，尤其是在某些组分复杂的农药中表现出了更强的优越性，已成为当前研究的热点。