抗生素殘留檢測方法在畜禽糞源有機(jī)肥中應(yīng)用的研究進(jìn)展

楊艷紅 潘靜 曹旭 肖堯 趙敏

【摘要】本文簡述了國內(nèi)外畜禽糞和畜禽糞源有機(jī)肥中抗生素殘留現(xiàn)狀，并對畜禽糞及畜禽糞源有機(jī)肥中抗生素檢測的樣品制備、前處理方法進(jìn)行了歸納，對國內(nèi)外畜禽糞及其有機(jī)肥料中抗生素檢測方法進(jìn)行了總結(jié)，最后對畜禽糞及畜禽源有機(jī)肥料中抗生素測定的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】抗生素；殘留檢測方法；畜禽糞源有機(jī)肥

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.01.030

Recent Advances on the Antibiotics Residue Determination in Manure Based Organic Fertilizers

YANG Yan-hong，PAN Jing，CAO Xu，XIAO Yao，ZHAO Min

（Comprehensive Technology Services Center of Chifeng Customs，Chifeng 024000，China）

Abstract：The paper briefly reviewed the current status of antibiotics residuals in manure and manure based fertilizers. We summarized the sample preparation and pre-treatment steps. The determination methods were also included. Lastly，we discussed the future trends of determination of antibiotics residuals in animal manure and organic fertilizers.

Key words：antibiotics；residual determination methods；manure based organic fertilizers

在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，有機(jī)肥的施用歷史悠久。雖然其養(yǎng)分含量相對較低，且不穩(wěn)定，難于控制，但是隨著人民認(rèn)識提高，政策優(yōu)化調(diào)整，越來越引起人們的關(guān)注。有機(jī)肥能提供豐富的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分，以及獨(dú)特的微生物體系，不僅能改善土壤酸堿度，增加土壤肥力，還能有效遏制土壤退化等普遍性問題。有機(jī)肥來源豐富，包括植物殘?bào)w、畜禽糞污、沼液和殘?jiān)?、海洋養(yǎng)殖業(yè)廢棄物、泥炭、綠肥、酒糟等工業(yè)廢棄物、以及餐廚垃圾等[1]，而動(dòng)物糞便在其中的應(yīng)用更為普遍。牛新勝等對近30多年來我國有機(jī)肥料資源與利用情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)概算，結(jié)果表明畜禽糞源在我國有機(jī)肥中占比高達(dá)2/3，其中豬糞是主要貢獻(xiàn)源，這可能和我國的養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)有關(guān)[2]。

一直以來，為了預(yù)防、治療、診斷動(dòng)物疾病或者調(diào)節(jié)動(dòng)物生理機(jī)能，抗生素廣泛用于養(yǎng)殖業(yè)中。然而有研究表明，大部分的抗生素難于被動(dòng)物體全部吸收，有高達(dá)90%的抗生素隨代謝物排除動(dòng)物體外，而糞便則是重要的載體[3，4]。倪治華等在分析2012—2013年浙江省和周邊（上海）80多家規(guī)模有機(jī)肥料企業(yè)的有機(jī)肥產(chǎn)品中抗生素殘留時(shí)，在采集的107個(gè)樣品中檢出的11種抗生素類化合物中，四環(huán)素類化合物的檢出率最高，其次為氟喹諾酮類，磺胺類化合物的檢出率最低。其中，檢出率最高的是強(qiáng)力霉素（52%），其次是恩諾沙星（46%），以及磺胺二甲嘧啶（27%）[5]。楊威等調(diào)查我國有機(jī)肥原料及商品有機(jī)肥中四種常見四環(huán)素類抗生素殘留情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)在豬糞和雞糞及以它們?yōu)榧S源制備的有機(jī)肥中，抗生素檢出率高于其他原料制備的有機(jī)肥。此外還發(fā)現(xiàn)商品有機(jī)肥中抗生素的檢出率低于生產(chǎn)原料，這表明有機(jī)肥的堆肥化過程可以去除畜禽糞便中的抗生素，但是去除率僅在62.80%～ 77.81%[6]。所以，這些糞便或者由糞便制成的有機(jī)肥施用于耕地后，抗生素從土壤通過食物或地下水最終遷移到人體（見圖1），對人體或者環(huán)境都存在著潛在的危害。Boxall等在施用了抗生素污染的畜禽糞土壤中的生菜中發(fā)現(xiàn)氟苯尼考、左旋咪唑和甲氧芐啶，而在胡蘿卜中檢測到了恩諾沙星、氟苯尼考和甲氧芐啶[7]。Li等發(fā)現(xiàn)植物中的抗生素殘留和畜禽糞的抗生素含量間存在正相關(guān)[8]。因此，隨著畜禽糞源有機(jī)肥的廣泛施用，其中抗生素殘留引起的潛在危害越來越受到人們的重視，建立靈敏、準(zhǔn)確、多樣的檢測方法也顯得尤為重要。

本文對國內(nèi)外畜禽糞以及畜禽糞源有機(jī)肥中抗生素殘留含量的現(xiàn)狀的進(jìn)行了歸納總結(jié)，結(jié)合目前國內(nèi)外相關(guān)前處理方法以及檢測標(biāo)準(zhǔn)，對今后畜禽糞源有機(jī)肥料中抗生素殘留檢測的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

1樣品制備

對于抗生素殘留檢測來說，人們往往更加關(guān)注于樣品的提取、凈化、濃縮及各種檢測儀器、設(shè)備的創(chuàng)新和開發(fā)等。但是作為殘留分析第一步的樣品制備卻是最容易被忽視的。越來越多的實(shí)驗(yàn)證明，90%的實(shí)驗(yàn)誤差其實(shí)來自于樣品的采集及制備[9]。因此對于畜禽糞或者有機(jī)肥這種非常復(fù)雜的樣品，樣品制備就極易被忽略卻又尤為重要。

樣品在運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室后，為了保證均一性，一般都通過干燥、均質(zhì)以及過篩等步驟，然后再進(jìn)行下一步檢測（見表1）。真空冷凍干燥是在真空條件下，將樣品中的溶劑（水或者其他有機(jī)溶劑）通過升華，從凍固態(tài)不經(jīng)過液態(tài)直接轉(zhuǎn)換成氣態(tài)，最后得到濃縮干燥的樣品。和傳統(tǒng)干燥方式相比，不僅可以提高干燥效率、降低能耗，更重要的是可以極大程度地減少樣品中抗生素的降解，更好地保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。畜禽糞及畜禽類有機(jī)肥水分含量高，某些抗生素不穩(wěn)定，易于降解，所以真空冷凍干燥技術(shù)的使用已經(jīng)十分普遍。

眾所周知，樣品的粒徑是決定樣品的重現(xiàn)性及準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素，它們之間的影響已經(jīng)在很多食品基質(zhì)的研究中得到了證明[10]。但是在畜禽糞及有機(jī)肥樣品中的差異卻很大，這就很容易造成檢測結(jié)果重現(xiàn)性及可比性之間出現(xiàn)差異。因而，人們應(yīng)該加強(qiáng)對樣品制備的重視，就樣品粒徑對有機(jī)肥中抗生素檢測影響開展研究，在保證時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本的條件下，制備出滿足要求的均一樣品。

2樣品前處理

隨著我國養(yǎng)殖業(yè)不斷擴(kuò)大化、規(guī)模化，養(yǎng)殖過程中會(huì)使用不同性質(zhì)、不同種類的抗生素以達(dá)到不同的治療目的，這就需要建立多殘留、高通量的檢測方法。毫無疑問，液質(zhì)方法占據(jù)了絕對的主導(dǎo)地位。但是畜禽糞及有機(jī)肥中天然有機(jī)質(zhì)含量高，樣品經(jīng)提取后，共提取物多，顏色較深呈棕色。因此無論是從保護(hù)液質(zhì)儀器還是降低基質(zhì)效應(yīng)角度出發(fā)，有效凈化去除萃取液中雜質(zhì)都成為建立檢測方法中重要的一步，也有利于提高檢測方法的靈敏度。

固相萃取技術(shù)（Solid-phase Extraction，SPE），由于填料種類多變、選擇性好、回收率和富集倍數(shù)高、試劑使用量少、操作簡單快速，在有機(jī)肥領(lǐng)域的應(yīng)用已十分廣泛。文獻(xiàn)報(bào)道中常用的固相萃取柱的填料有商品化的HLB[11]、MCX[12，13]、SCX或者是合成的多壁碳納米管[14]等。Feng等比較了HLB、C18以及NH2對畜禽糞的凈化效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HLB的凈化效果最佳[15]。HLB在畜禽糞源有機(jī)肥檢測中應(yīng)用的也最為廣泛。HLB固相萃取柱在pH值0～14范圍內(nèi)的水溶液和有機(jī)溶劑中都穩(wěn)定，吸附容量是C18的3～10倍。其填料主要是由親水性的N-乙烯吡咯烷酮和疏水性的二乙烯基苯聚合物，這一獨(dú)特的親水—親油平衡結(jié)構(gòu)，對各種極性和非極性化合物都具有均衡的吸附能力。Ho等采用Oasis HLB柱在25分鐘內(nèi)同時(shí)檢測了肉雞糞和肉雞糞有機(jī)肥中10種抗生素殘留，方法定量限分別在3～16μg/kg和5～15μg/kg（干基計(jì)），回收率分別在63%～113%和63%～119%范圍內(nèi)[16]。Zhang等建立了基于HLB和液質(zhì)的檢測方法，同時(shí)分離畜禽糞便（豬、鴨、雞和牛）以及市售畜禽糞有機(jī)肥種四大類17個(gè)抗生素化合物[17]。

除此以外，串聯(lián)固相萃取技術(shù)也越來越受人們的重視，如使用強(qiáng)或弱離子交換柱就可以減少基質(zhì)中腐殖酸等的共流出。葛峰等利用強(qiáng)陰離子交換柱（SAX）-親水親脂平衡萃取柱（HLB）串聯(lián)凈化技術(shù)建立了適用于有機(jī)肥中7種磺胺類、4種氟喹諾酮類、4種四環(huán)素類和3種大環(huán)內(nèi)酯類殘留的的液質(zhì)方法[18]。置于前端的SAX柱上的季銨鹽官能團(tuán)，幾乎在任何條件下都帶正電荷，所以非常適合吸附弱陰離子，如腐殖酸或黃腐酸等，并且可以避免HLB的阻塞。同樣的方法也被唐春玲用于檢測畜禽糞便類有機(jī)肥中四環(huán)素類抗生素的殘留[19]以及Guo等用于檢測畜禽糞便中23種抗生素的殘留[20]。

3分析儀器

抗生素及其代謝物大部分溶于水、極性大、不易揮發(fā)，因而具有分離能力的液相及基于液相的分析方法常用于檢測畜禽糞源或有機(jī)肥中的抗生素殘留。Li等通過優(yōu)化前處理以及液相色譜的條件，建立了同時(shí)檢測糞便中四環(huán)素、土霉素、金霉素以及強(qiáng)力霉素的液相色譜-紫外檢測器（HPLC-UVD）的分析方法，回收率在81.89%～92.42%，重現(xiàn)性低于4.06%，并且在實(shí)際牛糞、豬糞等樣品中都取得了較好的效果[21]。Osiński等利用配用熒光檢測器的液相色譜方法（HPLC-FLD），成功分離了糞便及其有機(jī)肥中磺胺脒、磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲基異惡唑5種抗生素，回收率在77.00%～121.16%，檢出限和定量限分別在3.53～23.30μg/kg和26.02～40.38μg/kg[22]。

隨著其他液相色譜聯(lián)用技術(shù)特別是串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)的出現(xiàn)，高靈敏度和優(yōu)異的分辨率以及選擇性使該技術(shù)在復(fù)雜基質(zhì)方面的應(yīng)用越來越受到歡迎，如土壤、食品、畜禽糞便及有機(jī)肥等。串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)通常第一個(gè)質(zhì)譜部分是四極桿（Quadrupole，Q），最后一個(gè)質(zhì)譜儀可能是四極桿（Q）、離子阱（Ion Trap，IT）或者是飛行時(shí)間質(zhì)譜（Time of Flight，TOF）。Hamscher等建立了基于離子阱串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)的檢測方法，測定畜禽糞便中的泰樂菌素、四環(huán)素、土霉素和金霉素，回收率、重現(xiàn)性以及檢出限等結(jié)果都比較令人滿意[23]。但是相對而言，目前最常用的是仍然是三重四極桿（Triple Quadrupole，QqQ）[24，25]。當(dāng)前，大部分抗生素在凈化、濃縮后都會(huì)復(fù)溶于溶劑中，相比大氣壓化學(xué)電離源（APCI），電噴霧電離源（ESI）能直接分析溶液樣品，更適用于極性、難揮發(fā)或熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，因而在畜禽糞源有機(jī)肥分析中基本上都采用的ESI源。抗生素一般在正離子模式下電離，但是也有例外，如BourdatDeschamps等就采用了正負(fù)離子混合模式[26]。

除了基于分離的液相色譜或者液質(zhì)檢測方法，在畜禽糞有機(jī)肥中還利用了其他的檢測技術(shù)。Christian等采用酶聯(lián)免疫技術(shù)（ELISA）可檢測到糞中低至10 ng/L的磺胺二甲嘧啶，而且與磺胺甲噁唑以及磺胺嘧啶的交叉反應(yīng)率小于0.1%[27]。Kwon等建立了基于放射免疫技術(shù)（Charm II）的快速篩查方法，用于檢測畜禽糞有機(jī)肥中的四環(huán)素類、磺胺類和大環(huán)內(nèi)酯類抗生素殘留[28]。

4結(jié)語

隨著有機(jī)綠色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的興起，以畜禽糞為主要原料的有機(jī)肥在糧食、蔬菜、花卉等種植業(yè)上已受到廣泛使用[29]，在抗生素殘留檢測方法的建立方面也已經(jīng)取得了一些進(jìn)展。但是在樣品制備上，雖然先進(jìn)的真空冷凍干燥技術(shù)得以廣泛應(yīng)用，可是在決定樣品均勻性的粒度方面差異較大，因而為了保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性，需要加強(qiáng)對樣品制備的重視及規(guī)范適用于有機(jī)肥這種狀態(tài)復(fù)雜基質(zhì)的制備方法。固相萃取技術(shù)因其填料種類多變、選擇性好、回收率和富集倍數(shù)高、操作簡單快速，非常適用于凈化有機(jī)肥。除了固相萃取柱，未來也可以考慮采用分散固相萃取法、在線固相萃取法或者選擇性更高的分子印跡萃取技術(shù)等提高凈化效率。雖然三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)占據(jù)了有機(jī)肥中抗生素殘留檢測的主導(dǎo)地位，但是其他質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，如高靈敏度的離子阱和高分辨率的飛行時(shí)間質(zhì)譜（IT-TOF）也越來越引起人們的關(guān)注。液質(zhì)方法確實(shí)具有準(zhǔn)確、高效、能實(shí)現(xiàn)多殘留檢測，但因維護(hù)維修成本大，人員能力要求高，不太適用于在我國推廣使用。另外一些快速篩查方法也不應(yīng)受到忽視?？傊?，結(jié)合我國的養(yǎng)殖種植結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡快盡好地制定出適用于我國國情的檢測標(biāo)準(zhǔn)和限量要求，加大對畜禽類有機(jī)肥中抗生素的遷移及降解等方面的重視和研究力度[30-33]，為提高我國畜禽類有機(jī)肥的監(jiān)管提供更多的參考。

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【作者簡介】

楊艷紅，女，1977年出生，高級工程師，博士，研究方向?yàn)楫a(chǎn)品質(zhì)量安全研究及檢測。

（編輯：李加鵬）