臭氧和堿水降解枸杞中四種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留技術(shù)對比研究

葉 英，索有瑞，韓麗娟，胡 娜，王洪倫

（1.中國科學(xué)院西北高原生物研究所，青海西寧810001；2.中國科學(xué)院大學(xué)研究生院，北京100049）

臭氧和堿水降解枸杞中四種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留技術(shù)對比研究

葉 英1，2，索有瑞1，*，韓麗娟1，2，胡 娜1，2，王洪倫1

（1.中國科學(xué)院西北高原生物研究所，青海西寧810001；2.中國科學(xué)院大學(xué)研究生院，北京100049）

枸杞中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留超標(biāo)成了影響其品質(zhì)的問題。通過臭氧處理和堿處理對比研究，觀察兩種方法對枸杞中敵敵畏、樂果、馬拉硫磷、三唑磷這四種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的降解效果。實驗結(jié)果表明，臭氧和堿水對以上四種有機(jī)磷農(nóng)藥均有不同程度的降解作用，其中臭氧對枸杞中敵敵畏的降解率達(dá)到了97.83%，堿水對枸杞中敵敵畏的降解率達(dá)到了98.68%。

枸杞，農(nóng)藥殘留，堿水，臭氧，降解

枸杞作為藥食同源的中藥和保健食品一直以來深受人們喜愛。近年來，隨著現(xiàn)代醫(yī)藥學(xué)對枸杞藥理作用及成分的深入研究及人們健康意識的普遍提高，國內(nèi)外枸杞的消費量不斷攀升，同時也帶動了枸杞產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。然而，枸杞含糖量高，種植過程中病蟲害嚴(yán)重且防治難度大，采用化學(xué)農(nóng)藥防治病蟲害，目前仍是保證其產(chǎn)量必不可少的有效手段。隨著人們對食品安全問題的日益重視，各國針對食品農(nóng)藥殘留制定的標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格，目前我國尚難以在短期內(nèi)從源頭上解決農(nóng)藥殘留超標(biāo)的問題，為保障消費者的健康同時擴(kuò)大枸杞產(chǎn)業(yè)的國內(nèi)外市場，采取安全可靠的技術(shù)手段降解枸杞中的農(nóng)藥殘留便成了一項必要措施。

農(nóng)藥殘留降解的方法主要有生物降解[1-2]、化學(xué)降解[3-4]、光化學(xué)降解[5]、超聲波降解[6-7]、洗滌劑降解[8-9]、電離輻射降解[10]等，近年來臭氧在農(nóng)殘降解方面的應(yīng)用得到重視[11-14]。臭氧具有強(qiáng)氧化性，可與蔬菜、水果中殘留的有機(jī)農(nóng)藥發(fā)生反應(yīng)，強(qiáng)氧化劑或自由基的強(qiáng)氧化作用將農(nóng)藥分子的雙鍵斷開，苯環(huán)開環(huán)，破壞其分子結(jié)構(gòu)，生成相應(yīng)的酸、醇、胺或其氧化物等小分子化合物，這些小分子化合物大多無毒，溶于水，可被洗滌除去，且臭氧在水中可短時間內(nèi)自行分解，沒有二次污染。

有機(jī)磷農(nóng)藥作為一大類殺蟲劑，由于其快速高效的殺蟲特點被枸杞農(nóng)戶廣泛使用，因此長期以來枸杞中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留超標(biāo)也成了亟待解決的問題。據(jù)相關(guān)研究表明，堿對有機(jī)磷農(nóng)藥也有一定的降解作用。因此，本文將臭氧處理和堿處理這兩種成本相對低廉的方法進(jìn)行對比，觀察其對枸杞中四種常見有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的降解效果。在枸杞產(chǎn)業(yè)相關(guān)工藝技術(shù)研究中，枸杞農(nóng)殘降解方法研究鮮見報道，利用臭氧與堿水降解農(nóng)殘不但綠色環(huán)保，而且成本低廉，易于實現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，值得推廣。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮枸杞 采自格爾木枸杞基地；敵敵畏99.10%、樂果98.30%、馬拉硫磷98.91%、三唑磷99.60% 上海市農(nóng)藥研究所；乙腈、丙酮、碘化鉀、濃硫酸、硫代硫酸鈉、淀粉等 均為分析純；氯化鈉 140℃烘烤4h，置于干燥器內(nèi)備用。

Agilent 7980A型氣相色譜儀 具FPD檢測器，美國安捷倫科技有限公司；N-EVAPTM-112型氮吹儀 Organomation Associate Jnc；CD-313型多功能食品加工機(jī) 佛山市順德區(qū)肯德利電器實業(yè)有限公司；CF-YG5型臭氧發(fā)生器 北京山美水美環(huán)保高科技有限公司，臭氧產(chǎn)量5g/h。

1.2 實驗方法

1.2.1 水中臭氧濃度的測定 吸取新制的臭氧水200mL，加入裝有20mL 20%碘化鉀溶液的碘量瓶中，混勻，再加入3mol/L硫酸溶液5mL，瓶口加塞，混勻后靜置5min，用0.005mol/L的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈淡黃色時加入0.50%淀粉指示劑1mL，繼續(xù)滴定至藍(lán)色恰好消失為止，記錄消耗的硫代硫酸鈉的總量，并計算臭氧含量。

臭氧含量（mg/L）：N=（24.00×M×V）/W 式（1）

式中，N：臭氧水濃度；M：硫代硫酸鈉溶液的摩爾濃度；V：滴定消耗的硫代硫酸鈉體積，mL；W：臭氧水的取樣量，mL。

同理，新制臭氧水分別放置5、10、15min后測定其濃度。

按上式計算得新制臭氧水濃度為3.24mg/L，新制臭氧水分別放置5、10、15min后其濃度分別為2.76、2.52、2.10mg/L。

1.2.2 枸杞樣品的制備與處理 配制50mg/L的敵敵畏、樂果、馬拉硫磷、三唑磷的混合農(nóng)藥。將清洗過的新鮮枸杞（100g/份）用配好的混合農(nóng)藥浸泡5min，取出，自然晾干表面藥液，待用。

將載藥枸杞分為4組，a組不經(jīng)任何處理（對照），b組清水處理，c組堿水處理，d組臭氧水處理。清水處理為枸杞用清水浸泡洗滌5、10、15min，堿水處理為枸杞用濃度為3.0%的Na2CO3溶液浸泡洗滌5、10、15min，臭氧水處理為枸杞用制備好的臭氧水浸泡洗滌5、10、15min，臭氧水中加入少量活性炭、雙氧水作為催化劑，初始臭氧水濃度為3.24mg/L。依次處理后，將枸杞樣品放入多功能食品加工機(jī)中勻漿，并準(zhǔn)確稱取25g勻漿后試樣，加入50mL乙腈，超聲提取5min，過濾，濾液收集到裝有6g無水氯化鈉的100mL具塞量筒中，收集濾液45mL，劇烈振蕩后室溫下靜置30min，使乙腈相與水相分層。從具塞量筒中吸取10mL乙腈溶液，置于梨形瓶中，45℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干，加入2mL丙酮，轉(zhuǎn)入刻度離心管中，再用3mL丙酮分三次洗滌梨形瓶，并轉(zhuǎn)移至離心管，最后定容至5mL，經(jīng)0.2μm微孔濾膜過濾后再進(jìn)行測定。每處理重復(fù)3次。

1.2.3 添加回收率測定 在25g未載藥枸杞勻漿中，添加4種農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品混合物，使添加濃度為0.5、1.0、1.5mg/kg，搖勻，靜置平衡30min，按1.2.2方法提取，氣相色譜檢測，計算添加回收率。

1.2.4 氣相色譜檢測 Agilent 7980A氣相色譜儀，具FPD檢測器。色譜柱：Agilent DB-1701 30mm× 0.25mm×0.25μm毛細(xì)管柱。操作條件：檢測器溫度250℃；進(jìn)樣口溫度220℃；程序升溫，起始柱溫120℃，保持5 min，以20℃/min升溫至260℃，保持20min。載氣為高純氮氣，流速1.0mL/min。

此條件下4種農(nóng)藥的保留時間分別約為：敵敵畏10.08min、樂果15.32min、馬拉硫磷16.80min、三唑磷28.49min。

四種農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)曲線線性回歸方程及回歸線相關(guān)系數(shù)為：敵敵畏，Y=1326.7X+152.13，R2=0.9999；樂果，Y=273.27X+72.10，R2=0.9998；馬拉硫磷，Y=493.41X+ 82.77，R2=0.9999；三唑磷，Y=476.13X+115.97，R2= 0.9998。

1.3 農(nóng)藥殘留降解率計算農(nóng)藥殘留降解率D（%）=（Rc-Rt）/Rc×100 式（2）式中，Rc為對照樣品殘留量（mg·kg-1），Rt為處理樣品殘留量（mg·kg-1）。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢測方法的準(zhǔn)確度、精密度和靈敏度

表1 四種農(nóng)藥的添加回收率與最低檢測限Table.1 Recoveries and LODs of four kinds of pesticides

圖1 四種農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品氣相色譜圖Fig.1 GC chromatogram of four kinds of pesticides standard sample

圖2 添加四種農(nóng)藥樣品氣相色譜圖Fig.2 GC chromatogram of sample added four kinds of pesticides

在枸杞樣品中添加0.5、1.0、1.5mg·kg-1的4種農(nóng)藥，添加回收結(jié)果及最低檢測限見表1，氣相色譜圖見圖1、圖2。由表1中數(shù)據(jù)可以看出，4種農(nóng)藥在3個添加濃度水平下，添加回收率均在90%～105%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差低于10%，符合農(nóng)藥殘留分析要求。四種農(nóng)藥在給定檢測條件下分離度良好，最低檢測限滿足檢測要求。

2.2 碳酸鈉堿水處理和臭氧處理對枸杞農(nóng)藥殘留的降解效果研究

為了對比碳酸鈉堿水處理和臭氧處理對枸杞殘留農(nóng)藥的降解效果，設(shè)未經(jīng)洗果的載藥枸杞為對照，同時用清水洗載藥枸杞5、10、15min作比較。

2.2.1 不同處理方式對枸杞中敵敵畏的降解作用

由圖3可知，清水洗載藥枸杞5、10、15min后，對敵敵畏的降解率在11.79%～67.51%；3%的碳酸鈉堿水（pH≈11）處理載藥枸杞5、10、15min后，對敵敵畏的降解率在87.73%～98.68%；用初始濃度為3.24mg/L的臭氧水處理載藥枸杞5、10、15min后，對敵敵畏的降解率在77.50%～97.83%。

圖3 不同處理方式對枸杞中敵敵畏農(nóng)藥的降解作用Fig.3 Effect of different treatments on the degradation of dichlorvos pesticide in Lycium barbarum L.

2.2.2 不同處理方式對枸杞中樂果的降解作用 由圖4可知，清水洗載藥枸杞5、10、15min后，對樂果的降解率在66.03%～68.14%；3%的碳酸鈉堿水（pH≈11）處理載藥枸杞5、10、15min后，對樂果的降解率在70.73%～81.87%；用初始濃度為3.24mg/L的臭氧水處理載藥枸杞5、10、15min后，對樂果的降解率在64.97%～73.16%。

圖4 不同處理方式對枸杞中樂果農(nóng)藥的降解作用Fig.4 Effect of different treatments on the degradation of dimethoate pesticide in Lycium barbarum L.

2.2.3 不同處理方式對枸杞中馬拉硫磷的降解作用

由圖5可知，清水洗載藥枸杞5、10、15min后，對馬拉硫磷的降解率在71.29%～87.32%；3%的碳酸鈉堿水（pH≈11）處理載藥枸杞5、10、15min后，對馬拉硫磷的降解率在85.21%～88.92%；用初始濃度為3.24mg/L的臭氧水處理載藥枸杞5、10、15min后，對馬拉硫磷的降解率在85.33%～90.18%。

圖5 不同處理方式對枸杞中馬拉硫磷農(nóng)藥的降解作用Fig.5 Effect of different treatments on the degradation of malathion pesticide in Lycium barbarum L.

2.2.4 不同處理方式對枸杞中三唑磷的降解作用由圖6可知，清水洗載藥枸杞5、10、15min后，對三唑磷的降解率在80.83%～85.26%；3%的碳酸鈉堿水（pH≈11）處理載藥枸杞5、10、15min后，對三唑磷的降解率在82.22%～90.97%；用初始濃度為3.24mg/L的臭氧水處理載藥枸杞5、10、15min后，對三唑磷的降解率在83.28%～88.05%。

圖6 不同處理方式對枸杞中三唑磷農(nóng)藥的降解作用Fig.6 Effect of different treatments on the degradation of triazophos pesticide in Lycium barbarum L.

2.2.5 不同處理方式對四種有機(jī)磷農(nóng)殘降解效果對比分析 清水洗載藥枸杞5、10、15min后，對敵敵畏的降解率最高達(dá)67.51%，對樂果的降解率最高達(dá)68.14%，對馬拉硫磷的降解率最高值可達(dá)87.32%，對三唑磷的降解率最高值達(dá)85.26%。這表明，對于水溶性好的農(nóng)藥，適當(dāng)時間的清水處理可以除去大部分農(nóng)藥殘留。

用3%的碳酸鈉堿水（pH≈11）處理載藥枸杞，也具有一定的降解有機(jī)磷農(nóng)藥的作用，與清水處理法相比，堿水對四種有機(jī)磷農(nóng)藥的降解率均有不同程度的提高，其中敵敵畏和樂果最為明顯，最高降解率分別可達(dá)98.68%、81.87%，這與農(nóng)藥的相關(guān)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)有很大的關(guān)系，可能是敵敵畏和樂果結(jié)構(gòu)中的磷酯鍵在堿性條件下更為不穩(wěn)定的原因。因此，在實際農(nóng)殘降解過程中，我們應(yīng)充分根據(jù)農(nóng)藥殘留的種類及結(jié)構(gòu)來選擇合適的降解方法，水溶性較好的農(nóng)藥可優(yōu)先考慮水處理法，化學(xué)結(jié)構(gòu)對堿不穩(wěn)定的農(nóng)藥可優(yōu)先考慮采用堿處理方法。

臭氧水對有機(jī)磷農(nóng)藥的降解主要是自由基的強(qiáng)氧化作用使農(nóng)藥分子分解，與清水處理法相比，初始濃度為3.24mg/L的臭氧水對四種有機(jī)磷農(nóng)殘降解率也有不同程度的提高，其中對敵敵畏的降解率提高最為明顯，最高可達(dá)97.83%。臭氧具有殺菌作用且無二次污染，該農(nóng)殘降解法值得推廣。

本實驗中，堿水處理與臭氧水處理法相比，堿水處理對敵敵畏和樂果的降解效果更佳，而這兩種處理方式對馬拉硫磷和三唑磷的降解效果差別不大，這主要是因為敵敵畏和樂果更容易在堿溶液中水解的緣故。

此外，同一處理方法適當(dāng)延長處理時間也有利于農(nóng)殘的進(jìn)一步降解，如清水處理敵敵畏，5min時降解率為11.79%，10min時降解率為16.97%，15min時降解率為67.51%。但同時也應(yīng)考慮到實際處理樣品的特性，比如本實驗中的枸杞，皮薄、易損傷、浸泡時間太長有效成分易滲出，因此不管是清水處理法、堿處理法還是臭氧處理法，處理時間都不宜過長，10～15min為最佳，時間過短農(nóng)殘降解效果不理想，時間太長易造成枸杞生理損傷及營養(yǎng)成分的損失。

3 結(jié)論

本實驗通過對比清水、堿水和臭氧水分別處理載藥枸杞5、10、15min的方法，對殘留的敵敵畏、樂果、馬拉硫磷、三唑磷這四種有機(jī)磷農(nóng)藥降解效果進(jìn)行了研究。從實驗結(jié)果可以看出，三種處理方法對以上四種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留均有一定的降解效果，對于水溶性相對較好的農(nóng)藥，如三唑磷，清水處理可降解80%以上；堿處理與清水處理相比，對四種有機(jī)磷農(nóng)藥的降解率均有不同程度的提高，其中敵敵畏、樂果提高最為明顯，最高達(dá)98.68%、81.87%；臭氧對四種有機(jī)磷農(nóng)藥的降解與清水處理相比，也有不同程度的提高，其中敵敵畏最為明顯，達(dá)97.83%；堿處理與臭氧處理法相比，對馬拉硫磷、三唑磷降解效果差別不大，而堿處理對敵敵畏、樂果降解效果更好。對于同一處理方法的不同處理時間，適當(dāng)延長時間有利于農(nóng)藥的降解。

因此，在實際農(nóng)殘降解過程中，我們應(yīng)當(dāng)充分考慮殘留農(nóng)藥的性質(zhì)，對于以上四種有機(jī)磷農(nóng)藥的降解，可以考慮將清水處理法、堿處理法、臭氧處理法結(jié)合起來，以達(dá)到最佳降解效果，具體最佳組合方法應(yīng)根據(jù)樣品實際農(nóng)藥殘留情況作進(jìn)一步研究。

本研究初步確定了堿水及臭氧對枸杞中敵敵畏、樂果、馬拉硫磷、三唑磷這四種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的降解效果，得到的結(jié)果具有實際應(yīng)用價值，為進(jìn)一步研究枸杞農(nóng)殘降解提供了依據(jù)。

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Degradation of four kinds of organophosphorus pesticides in Lycium barbarum L.by using ozone and alkali liquor respectively

YE Ying1，2，SUO You-rui1，*，HAN Li-juan1，2，HU Na1，2，WANG Hong-lun1
（1.Northwest Plateau Biology Institute of Chinese Academy of Sciences，Xining 810001，China；2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China）

Organophosphorus pesticide residues in Lycium barbarum L.affect products’quality.Degradation of four kinds of organophosphorus pesticides，such as dichlorvos，dimethoate，malathion and triazophos，in Lycium barbarum L.were investigated by using ozone and alkali liquor respectively，Experimental results showed that both ozone and alkali liquor could degrade these four organophosphorus pesticides，degradation rate of dichlorvos in Lycium barbarum L.reached to 97.83%by using ozone，and the degradation rate reached to 98.68%by using alkali liquor.

Lycium barbarum L.；pesticide residues；alkali liquor；ozone；degradation

TS201.6

A

1002-0306（2014）04-0101-04

2013－07－03 *通訊聯(lián)系人

葉英（1983-），女，在讀博士，研究方向：天然產(chǎn)物化學(xué)。

國家級星火計劃（2011GA870007）。