微生物消减食品中有机磷农药残留的研究进展

□ 邱亦亦 阮子琦 吴 渊 金 迅 浙江大学生物系统工程与食品科学学院 解 芳 青海康普生物科技股份有限公司阮 晖 浙江大学生物系统工程与食品科学学院 孙允武 青海康普生物科技股份有限公司

1 有机磷农药微生物降解机制

1.1 微生物转化有机磷农药的代谢类型

①矿化作用。微生物以有机磷农药作为底物，通过所产水解酶的水解作用，将有机磷水解成简单结构的无机化合物。②共代谢作用。对于某些结构复杂特别是共轭键较多的有机磷农药，微生物虽然不能进行彻底降解矿化，但在其他辅助性底物存在的情况下，微生物能够对局部结构进行破坏，从而有机磷使农药部分降解而解毒。③去毒代谢作用。微生物所产非水解酶可以改变有机磷农药结构从而发挥解毒作用。

1.2 微生物转化有机磷农药的酶系及相关因素

大多数有机磷农药为磷酸酯或硫醇衍生物。转化酶系根据其催化反应类型，可分为水解酶、氧化还原酶、脱卤酶等。有机磷农药在结构上普遍为磷酸酯，因此，能够水解有机磷农药的酶统称为磷酸酯水解酶（PTH）。根据催化位点可分为有机磷水解酶（OPH）、甲基对硫磷水解酶（MPH）、有机磷酸酐酶（OPAA）等，特异裂解的键主要是P-O、P-F、P-S键。

在微生物水解或转化有机磷农药的代谢过程中，存在其他非酶不明因素的影响。例如，米曲霉能够高效降解久效磷，但其降解活力与久效磷降解率之间并不具备较好的相关关系。所以，在米曲霉的生长系统中，很可能存在除降解酶以外的其他关键因素对有机磷农药降解的效率发挥了显著影响，确定这种非酶因素对于构建有机磷农药的高效生物降解系统具有重要意义。

1.3 微生物降解有机磷农药的影响因素

1.3.1 微生物特性

微生物种类、代谢能力、适应能力、降解广谱性等都会对有机磷农药降解效果造成影响。保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌、副干酪乳杆菌在同一条件下培养24 h降解乐果，残留量分别为0.808、0.735、0.897 mg/kg。多种微生物混合培养降解农药往往比单一纯微生物效果更好。微生物转化有机磷农药还表现出广谱性，例如玫瑰单胞菌属细菌（Roseomonas）对辛硫磷和三唑磷的降解率分别为96%、98.9%。

1.3.2 农药特性

简单结构的比复杂结构的易降解，低分子量的比高分子量的易降解，易溶于水的比难溶于水的易降解。微生物对有机磷的转化，由易到难依次为脂肪酸类、有机磷酸盐类、长链苯氧基脂肪酸类、短链苯氧基脂肪酸类、单基取代苯氧基脂肪酸类、三基取代苯氧基脂肪酸类、二硝基苯类、卤代烃类。

1.3.3 底物特异性与浓度范围

对有机磷农药具有转化降解能力的微生物中，通常以有机磷农药为磷源，少量是利用有机磷农药作为碳源和氮源。

1.3.4 环境条件

温度、pH、生长因子、水分含量、氧化还原电位等环境中的理化因子与微生物转化有机磷农药的效率密切相关。例如，假单胞菌（Pseudomonas spinosa）、绿脓杆菌（P.aeruginosa）和洋葱伯克霍尔德菌（Burkholderia cepacia）降解硫丹的最适温度为30 ℃，最适pH为8.0。

2 能够转化有机磷农药的食品级安全微生物

益生菌如乳酸菌及芽孢杆菌等能产生种类丰富的水解酶，能够降解各种复杂结构化合物，在筛选高活力广谱水解酶菌株方面具备巨大的应用潜力。例如，乳酸乳球菌和发酵乳杆菌能够降解毒死蜱，48 h降解率分别为61%、70%，其代谢产物分别为一氧氯吡硫磷、三氯吡啶酚（TCP）和硫代磷酸二乙酯。短乳杆菌WCP902在泡菜体系中具有降解有机磷农药的能力。芽孢杆菌、不动杆菌、柠檬酸杆菌等12种菌株的混合菌群对甲基对硫磷和毒死蜱混合农药具有较好的降解作用。笔者选取部分乳酸菌，包括植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、乳酸乳球菌，用高效液相色谱法测定并计算乳酸菌对有机磷农药的降解促进作用，发现4种乳酸菌能够促进毒死蜱、敌敌畏、乐果降解，且降解率增长在一定时间范围内呈先快后慢的变化趋势。其中，植物乳杆菌降解能力最强，其对毒死蜱96 h降解率达47.5%。

3 微生物降解有机磷农药技术的发展与应用

3.1 固定化菌剂技术

微生物制成固定化菌剂后，可以持久保持其活性并反复使用，降解效率较高，而且不污染反应体系。例如，含有抗性库蚊酯酶基因的大肠杆菌具有降解有机磷能力，用3%海藻酸钠包埋固定该菌，降解对硫磷效果优于非固定化工程菌，且再生性能良好。

3.2 降解酶的制剂

降解酶的作用效率高于产酶微生物，其作用条件与产酶微生物存在差异，将降解酶做成酶制剂，可与降解微生物的生长系统互补使用。

3.3 基因工程菌

生物技术的发展为转化有机磷农药的微生物的基因优化重组提供了技术支撑，为构建具有更高转化效率、更好地适应环境条件的菌株开辟了一条新途径。

总体上，在利用食品级安全微生物转化有机磷农药方面已开展大量研究，筛选了诸多具有转化能力或潜力的菌株，但在有关菌剂开发上尚未取得突破性进展，离实际应用尚有距离。