綜述臭氧處理對(duì)食品中農(nóng)藥殘留的影響

摘要：在農(nóng)業(yè)中，農(nóng)藥殘留一直對(duì)人體健康構(gòu)成重大安全危害。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，農(nóng)藥殘留的降解方法也應(yīng)運(yùn)而生。其中，臭氧處理基于其突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)而成為近年來(lái)流行的一種方法。本文對(duì)臭氧處理降解農(nóng)藥殘留的機(jī)理進(jìn)行了分析，并討論了當(dāng)前臭氧處理應(yīng)用于農(nóng)藥殘留降解的幾個(gè)限制。其中最為關(guān)鍵的問題是該工藝產(chǎn)生的臭氧副產(chǎn)物的潛在毒性，也是臭氧降解農(nóng)藥殘留研究的當(dāng)前重點(diǎn)。在對(duì)臭氧處理的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行權(quán)衡后，建議將其作為一種降解農(nóng)藥殘留的方法。

關(guān)鍵詞：降解;降解副產(chǎn)物;臭氧;農(nóng)藥殘留

中圖分類號(hào)：S-3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200215015

收稿日期：2020-01-02

作者簡(jiǎn)介：張美楊（1987-），女，碩士，農(nóng)藝師。研究方向：農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留檢測(cè)。

食品安全是關(guān)系國(guó)計(jì)民生重大問題。近年來(lái)，農(nóng)藥中毒事件頻發(fā)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，噴灑化學(xué)農(nóng)藥來(lái)控制和防治病蟲和害蟲的負(fù)面影響是提高作物產(chǎn)量的必要措施，相當(dāng)于防止約30%的經(jīng)濟(jì)損失。然而，這些殺蟲劑往往是有毒的，并且留下難以降解的殘留物，特別是在過度使用或以不受管制的方式使用時(shí)[1]。目前，在世界各地的農(nóng)產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)不同程度的農(nóng)藥殘留[2]，這造成了食品國(guó)際貿(mào)易的瓶頸。據(jù)估計(jì)，超過95%的農(nóng)藥可能影響非目標(biāo)生物，廣泛分布于環(huán)境中，造成各種類型的污染。某些殺蟲劑的影響甚至可能持續(xù)幾10年，這對(duì)土壤質(zhì)量和水土保持努力產(chǎn)生負(fù)面影響[3]。此外，許多農(nóng)藥殘留物表現(xiàn)出對(duì)人體有害水平的生物積累和生物放大作用[4]，因?yàn)槠渫ㄟ^食物鏈被擴(kuò)增，并且可以在肉、家禽、魚、植物油、堅(jiān)果和各種水果和蔬菜中檢測(cè)到[5]。人體內(nèi)微量的農(nóng)藥殘留會(huì)導(dǎo)致慢性危害，長(zhǎng)期食用含有農(nóng)藥殘留的食物可導(dǎo)致許多疾病的發(fā)展，如哮喘、糖尿病、白血病、帕金森病和癌癥[6]。因此，迫切需要制定“綠色”和有效的策略來(lái)減少食品中農(nóng)藥殘留量。

可以降解農(nóng)藥殘留量的處理技術(shù)繁多，如物理法、化學(xué)法、微生物法、酶和基因工程法。其中，臭氧處理是一種新興的技術(shù)，具有很大的發(fā)展?jié)摿蛢?yōu)點(diǎn)。

1 臭氧處理在農(nóng)藥殘留處理上的優(yōu)勢(shì)

臭氧在處理農(nóng)藥殘留方面有很多優(yōu)勢(shì)，如高廣譜性、高效、易于操作，成本低，能保證基質(zhì)不被破壞。因此，臭氧被廣泛用于處理飲用水和食物的保存，現(xiàn)在開始用于清洗水果及蔬菜農(nóng)藥殘留降解過程中，以保證食品安全。

1.1 高廣譜性

臭氧處理可用于多種農(nóng)藥殘留的降解，主要包括有機(jī)磷農(nóng)藥、有機(jī)氯農(nóng)藥、擬除蟲菊酯類農(nóng)藥、氨基甲酸酯類農(nóng)藥。光化學(xué)法也可用于農(nóng)藥殘留的降解，但光化學(xué)法只能用于照明理想的條件下，不能在室內(nèi)或陰雨天氣應(yīng)用。例如，擬除蟲菊酯和有機(jī)磷農(nóng)藥是不穩(wěn)定的，對(duì)光敏感，暴露于光下達(dá)到激發(fā)態(tài)時(shí)，分子鍵斷裂，農(nóng)藥分解。微生物法長(zhǎng)期以來(lái)一直是農(nóng)藥殘留降解的常用方法，但是微生物方法涉及到特定的細(xì)菌或真菌菌株的分離和篩選，只能有效降解某些農(nóng)藥。因此，有些菌株不能滿足修復(fù)要求。雖然臭氧被廣泛用于降解農(nóng)藥殘留，但其也會(huì)使微生物失去活性，如各種細(xì)菌、真菌、原生生物和病毒。臭氧可以使食物表面的許多病原體失活，從而保持新鮮度并延長(zhǎng)保質(zhì)期。例如，用濃度為1.2mg/L的臭氧水浸泡蘋果5min后，膨脹性青霉菌的殺滅率可高達(dá)93%。此外，臭氧是一種昆蟲和微生物控制劑，可以減少霉菌毒素的豐度。一旦臭氧濃度達(dá)到必要?dú)⑺栏鞣N微生物所需的閾值，通過臭氧滅菌和消毒的速度很快，幾乎是瞬間完成的。

1.2 高效

水清洗方法是減少農(nóng)藥殘留的常見方法之一。能有效去除水溶性農(nóng)藥，但對(duì)許多水溶性農(nóng)藥的降解作用不大。例如，在實(shí)驗(yàn)中，分別用自來(lái)水、2%的鹽水和2%碳酸氫鈉（NaHCO3）水溶液清洗蔬菜，敵百蟲的洗脫率分別為9.21%、19.02%和25%，而且沖洗時(shí)間和農(nóng)藥去除率的關(guān)系不能準(zhǔn)確控制。使用臭氧降解農(nóng)藥能很好地解決這類問題，臭氧處理能在短時(shí)間內(nèi)高效準(zhǔn)確地降解大量農(nóng)藥殘留。

1.3 成本低

臭氧易于生產(chǎn)，因此臭氧處理農(nóng)藥殘留降解率成本低。相比之下，盡管過氧化氫、二氧化氯等化學(xué)試劑降解農(nóng)藥殘留非常有效，但相對(duì)昂貴。ZOHAIR等人用10%過氧化氫處理馬鈴薯中的農(nóng)藥殘留，發(fā)現(xiàn)甲基嘧啶磷、馬拉硫磷和丙溴磷的降解率分別為100%、93%和100%。雖然使用這種方法降解農(nóng)藥殘留物的效果更好，但是過氧化氫的運(yùn)輸和儲(chǔ)存需要特殊的工具和條件，增加了降解農(nóng)藥殘留的運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本。

1.4 保證基質(zhì)完整性

臭氧處理可以在去除農(nóng)藥殘留的同時(shí)確保水果和蔬菜的完整性。與剝皮法相比，該法使原材料損失最小。剝皮法雖然可以去除蘋果中98%的克菌丹和番茄中84.2%的多菌靈，但同時(shí)也去除了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高的表皮。因此，臭氧處理法能確保營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的保留并充分被人體吸收。

2 臭氧降解農(nóng)藥殘留的機(jī)理

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，可以將有機(jī)氯化物、二噁英等污染物分解成二氧化碳等無(wú)毒物質(zhì)，還能氧化有毒有害物質(zhì)，如苯酚和氰化物。臭氧在水中發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的氧原子和羥基，瞬間可分解水中的有機(jī)物質(zhì)。臭氧溶于水，不僅能夠打破甲基對(duì)硫磷、馬拉硫磷、樂果、敵敵畏等有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)中烯炔、炔烴的碳鏈，而且還對(duì)二氯乙烯基、硝基、甲氧基、氨基等基團(tuán)有著強(qiáng)烈的氧化作用。這種打斷連接鍵和基團(tuán)氧化的雙重作用使得上述物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生徹底改變，改變了農(nóng)藥的性質(zhì)，從而起到解毒、降低農(nóng)藥殘留的作用。

臭氧氧化農(nóng)藥的產(chǎn)物是酸類、醇類、胺類或相應(yīng)的氧化物等低分子化合物。如有機(jī)磷農(nóng)藥馬拉硫磷與臭氧反應(yīng)先生成馬拉氧磷，繼續(xù)反應(yīng)分子鍵斷裂最終生成磷酸、硫酸、二氧化碳和水;硝基酚與臭氧反應(yīng)最終生成硝酸和二氧化碳。因此，用臭氧降解農(nóng)殘是安全可行的。

3 臭氧技術(shù)在農(nóng)藥殘留中的應(yīng)用前景

在農(nóng)藥殘留問題反復(fù)出現(xiàn)的今天，利用臭氧處理去除食品中農(nóng)藥殘留的前景無(wú)疑是十分廣闊的。臭氧在去除農(nóng)藥殘留方面有許多優(yōu)點(diǎn)，不僅能突破傳統(tǒng)降解方法的限制，還可以保證食品的質(zhì)量。

目前對(duì)降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究較多，但對(duì)反應(yīng)副產(chǎn)物的定性、定量和毒理評(píng)價(jià)的研究較少。因此，今后可以就以下幾個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行研究：在保持食品品質(zhì)的同時(shí)，有效提高臭氧技術(shù)的處理效率;確定農(nóng)殘副產(chǎn)品的種類并評(píng)估其毒性。目前仍然缺乏對(duì)農(nóng)殘副產(chǎn)物的研究以及對(duì)其安全性的評(píng)價(jià)，需要通過體內(nèi)和體外毒理學(xué)研究考察農(nóng)殘副產(chǎn)物對(duì)人體健康的影響;研究臭氧的降解作用機(jī)制在不同類型的農(nóng)藥殘留中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的產(chǎn)品安全監(jiān)管，包括解臭氧處理產(chǎn)生的各種副產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)的反應(yīng)機(jī)制和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)建模。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以預(yù)測(cè)農(nóng)藥殘留濃度的變化和農(nóng)藥殘留降解副產(chǎn)物的變化，從而精確地調(diào)控農(nóng)藥殘留的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] Ali，A，Ong，M.K. Effect of ozone preconditioning on quality and antioxidant capacity of papaya fruit during ambient storage[J].Food Chemistry，2014（142）：19-26.

[2] Bajwa，U.& Sandhu，K.S. Effect of handing and processing on pesticide residues in food-a review[J].Journal of Food Science and Technology，2014（51）：201-220.

[3] Banerjee，K.，Oulkar，D.P.，Patil，S.H.，Dasgupta，S. Degradation kinetics and satety evaluation of tetraconazole and difenoconazole residues in grape[J].Pest Management Science，2008（64）：283-289.

[4] Bourgin，M.，Albert，J.&Violleau，F(xiàn). Study of the degradation of pesticides on loaded seeds by ozonation[J].Journal of Environmental Chemical Engineering，2013（01）：1004-1012.

[5] 孔凡春，陸勝民，王群.臭氧在果蔬保鮮和農(nóng)殘降解上的應(yīng)用[J].食品與機(jī)械，2003（5）：24-26.

[6] 章維華，陳道文，楊紅，朱紅梅.用臭氧降解蔬菜中的殘留農(nóng)藥[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，26（3）：123-125.

（責(zé)任編輯 木易）