红枣农药残留检测方法与降解策略的研究进展

秦晓慧，曹颖，孙子捷，崔烓堃，刘继超，孙中贯,

1.枣庄学院食品科学与制药工程学院（枣庄 277160）；2.山东恒糅生物科技有限公司（枣庄 277099）

枣又名大枣、干枣、枣，是鼠李科植物，原产中国，在中国已有8000多年的种植历史。红枣在我国广泛种植，大多分布在山西、山东、新疆等地，抗逆性强，营养价值和经济价值高。红枣营养价值较高，其果肉中含有多肽类小分子物质、糖类、矿物质成分和微量元素，以及多种维生素、黄酮类、腺苷、生物碱，具有抗氧化、提高免疫力、清除体内自由基的能力。近年来红枣的栽培面积不断扩大，但病虫害发生率也随之增加，为提高产量而大量使用农药引起的红枣质量安全问题日益突显，这严重影响红枣产业的健康发展。因此，研究农药残留的检测方法及降解方法，减少农药残留对人们健康的影响迫在眉睫。文章在简述红枣农药残留问题的同时，从标记免疫分析法、胆碱酯酶抑制法、离子色谱法及气相质谱法等方面进行了农药残留检测方法的分析，并从微生物降解法、臭氧降解法及光催化降解法等途径概述解决农药残留问题。

1 红枣农药残留问题的概述

由于红枣丰富的营养价值和药用保健作用，以及其显著的经济效益和社会效益，近年来红枣在我国被广泛栽培。因红枣种植的气候、土壤环境和生物环境无法完全控制，易引发病虫害，这使得红枣的产量和质量大幅度下降。化学防治是果园有害生物防控技术的重要组成部分，尤其在病虫害高发期，化学防治对于保障红枣的产量和质量至关重要。化学防治不仅使用成本低，而且能够快速发挥作用，其限制条件少，适合大规模机械化施用。它们可以在短时间内以较小的剂量将害虫的密度控制在控制阈值以下。然而农药的错误使用，会引起红枣中农药残留超标及生态环境的污染问题。

红枣生长过程中易被虫类侵染，通常采用杀虫剂来治愈所出现的症状；当其被真菌类生物侵染时，则采用三唑铜、苯醚甲环唑、多菌灵等杀菌剂；红枣农药残留的快速准确检测以及绿色无污染农药降解方法的应用，是提高红枣食用安全性，促进红枣产业健康、快速发展的关键所在。

2 红枣农药残留的检测方法

目前，红枣农药残留的检测方法主要为标记免疫分析技术法、胆碱酯酶抑制法、离子色谱法以及气相色谱法。

2.1 标记免疫分析技术

标记免疫分析技术是用酶、荧光素等标记物标记抗体或抗原，同时保持抗体或抗原的活性，从而通过标记物与被标记物复合物体来定量分析目标物质，酶、荧光素等标记物的信号放大可以提高免疫分析技术的灵敏度。标记免疫分析技术早期主要是应用于糖尿病患者的血浆胰岛素含量的测定和蛋白的定性与跟踪。但近年来随着相关技术的成熟，该技术对小分子化合物的定量测定也具有较高的应用价值。现如今，标记免疫分析技术在食品安全检测领域发挥重大作用。目前标记免疫分析技术主要包括放射免疫分析技术、荧光免疫分析技术和酶免疫分析技术。

2.1.1 放射免疫分析技术

放射免疫分析（Radio immunoassay，RIA）是一种新的方法，将高灵敏的放射性核素示踪技术与特异性的免疫化学技术相结合，许多植物病毒和病原菌可以用此项技术测定。放射免疫分析技术使用抗体或抗原作为结合试剂并且通过核素标记物的放大效应提高待测物质的检测限，大大提高了检测方法的特异性，具有准确性高、价格低的优点。

2.1.2 酶免疫分析技术

酶免疫分析技术（Enzyme immunoassay，EIA）是将抗原和抗体的特异性免疫反应与酶的高效催化原理有机结合的免疫分析技术。酶免疫分析法主要是利用免疫复合物上的酶，根据底物颜色的不同这一特点将其转化成特定的颜色，通过分光光度计测定，最终测出待测物的量。Selisker等[1]采用竞争EIA法用兔抗百草枯抗体包被磁株固相检测百草枯，从果蔬中提取百草枯仅需30 min，检出限为10 ng/g，平均回收率为99%，而用分光光度计法样品提取样品则需要5 h，两种检测方法的相关系数为0.994。EIA技术还可以与其他技术相结合，能够最大限度地放大其选择性、灵敏性和快速测定等特点。

2.1.3 荧光免疫分析技术

荧光免疫分析技术（Fluorescence immunoassay，FIA）是以荧光物质作为标记物，根据其免疫反应对样本中的某一成分进行检测。周丹等[2]研究并制备出了一种能够快速检测农药残留的阵列芯片，对甲萘威和克百威进行定量分析，其检测限分别为0.09和0.11 ng/g，线性范围分别为0.18～1500和0.33～3000 ng/g，该方法能够快速有效地检测红枣农药残留中的甲萘威和克百威。荧光免疫分析检测法可通过抗原抗体反应进行精准的抗原定位，具有特异性强、灵敏度高和易直观判断等优点。

2.2 酶抑制检测技术

酶抑制法的工作原理是有机磷和氨基甲酸酯能特异性抑制乙酰胆碱酯酶（AchE）的活性。将农产品提取物和待测指示剂在乙酰胆碱酯酶和乙酰胆碱酯酶共存的体系中混合，根据这一反应体系中AChE活性的抑制情况（由指示剂指示），能够判断出农产品中有机磷和氨基甲酸酯类农药是否超过国家标准。胆碱酯酶抑制法是一种比较简单的农药残留检测方法，待检测产品中有机磷或氨基甲酸酯类农药残留浓度与胆碱酯酶活性抑制率呈正相关。经过对待检测产品中农药残留的测定，能够间接通过其对胆碱酯酶活性的影响来判定农药残留的情况。Katsoudas等[3]采用乙酰胆碱酯酶抑制法测定水果中的氨基甲酸酯类农药，其检出限为0.1 μg/mL，并且在不同水果中的检出限基本呈现出相同情况。李颖畅等[4]采用驴血清丁酰胆碱酯酶作为酶原，对多种有机磷农药的检测条件和方法展开探究，并选择蔬菜作为研究目标，研究结果显示乐果、敌百虫、敌敌畏、马拉硫磷对驴血清丁酰胆碱酯酶（BChE）的IC50分别为0.094，0.179，0.124和0.0078 mg/mL，驴血清BChE对这4种有机磷农药灵敏度的大小顺序为马拉硫磷＞乐果＞敌敌畏＞敌百虫。其中：乐果、敌敌畏对丁酰胆碱酯酶在15 min时抑制作用效果最佳；敌百虫、马拉硫磷对丁酰胆碱酯酶在20 min时的抑制效果较为明显。

酶抑制检测技术具有快速、简便、灵敏、成本低等优点，通常用于检测病虫害引起的农药残留。在进行具体检测的时候，借助相关工具辅助的前提下，酶抑制检测技术在农药检测方面工作难度大幅度下降，也不需要大量人力与资金，能够大大节省检测方面的成本支出，所以该技术在农药残留检测工作中得以大范围运用。酶抑制法能够提高检测结果的准确性，从而保证食品中农药残留检测结果的可靠性[5]。然而该检测技术在应用时同样会出现漏洞，对于酶的质量以及最低检测限量有着严格要求，因此在注重酶试剂活性及其质量的同时，同样要重视农药标准所允许的限量范围，如此才可获得一个真实可靠的数据结果[6]。

2.3 离子色谱法

离子色谱法是以离子交换树脂作为固定相填充于色谱分离柱中，通过淋洗液作为流动相进行淋洗，当待测样品从柱的一端随淋洗液流经色谱分离柱时，由于不同种类的待测组分与离子交换树脂表现出的亲和力呈现出不同的状况，所以在色谱柱上移动的速度有所差异，待测样品随淋洗液从色谱柱的另一端依次流出，最终达到组分分离的目的。虽然大多数可用HPLC或者GC分析，但是对于一些不需要光吸收就可以电离的化合物，离子色谱是更好的选择。

一些强极性类农药水溶性较强，在水溶液中易形成离子化合物，可供离子色谱进行检测。魏丹等[7]将柱切换技术与离子色谱结合，通过大体积进样，对茶叶中的敌草快和百草枯净化、收集、分离、检测，检出限分别为0.75和0.30 μg/kg，红枣样品回收率范围为86.9%～102.9%。离子色谱法在测定亲水性农药残留方面具有特殊优势，但有部分杂质对结果有干扰作用、其灵敏度偏低的问题。离子色谱与串联质谱联用能够有效地减少上述问题的影响，大大提高目标物的灵敏度和分辨率，不受杂质干扰[8]。

离子色谱法检测待测样品需要量少，它具有专属性强、灵敏度和准确度高、自动化程度高、操作简便等优点，适合于分析农药中各种离子、有机酸、碱、胺类和糖类[9-10]。目前，离子色谱法能够检测的无机阴阳离子及有机化合物等物质有200多种，且此方法可同时测定多种离子化合物。离子色谱法的缺点是时间长、定性能力差，为了克服这一问题，离子色谱法可以与具有定性能力的分析技术联用[11]。

2.4 气相色谱法

气相色谱法的出现解决了过去其他技术无法克服的农药残留问题。由于气相色谱仪配备不同种类的检测器，可以根据农药的特点选择不同的检测器，使检测结果具有灵敏度高、分析速度快、稳定性好、准确度高等特点[12]，因此，它被广泛用于检测挥发性或可转化的液体和固体农药残留，是红枣中农药残留检测的主要方法。研究人员在气相色谱法的基础上，不断对前处理技术进行改进优化，分析红枣中各类农药残留情况，进而得出测试结果是否能够满足食用安全检测要求，如：杭广林[13]利用基质固相分散技术结合气相色谱法建立了果蔬中有机磷农药、有机氯农药和拟除虫菊酯类农药多组分残留的方法；刘大鹏等[14]、石亚亭等[15]都选用Qu EChERS（Quick Easy Cheap Rugged Safe）前处理技术，建立果蔬中两种有机磷农药残留的分析方法；陈姣姣[16]通过改进的QuEChERS技术测定了果蔬中高效氯氟氰菊酯的含量，线性关系关联性极高（R2=0.999），检出限为0.12～0.15 μg/kg，定量限为0.38～0.50 μg/kg；杨涛等[17]运用气相色谱法检测蔬菜中的农药残留得到8种有机氯农药标准色谱图，通过色谱图观察8种待测有机氯农药在30 min内能够得到良好分离，且峰形呈现对称，能够满足该方法要求。

3 红枣农药残留降解的方法

自农药问世以来，其被广泛应用于果蔬的种植，因而农药残留也引发了比较严重的问题。农药残留无论是对环境污染还是人体健康都有很大的影响，为了达到可持续发展的目标，必须降低农药残留，保障食品安全。为了解决农残问题，我们需要研发出更高效、绿色的降解方法。农药降解方法不计其数，但多数方法成本高、可能产生新的污染物，且处理过程中反应需要苛刻的条件[18]。但是微生物降解法、臭氧降解法、光催化降解法，很好地克服了这一难题，有效地解决了农药残留问题。

3.1 微生物降解法

微生物降解法是微生物对农药有降解作用，能够将农药中大分子的有害物质分解为小分子化合物，从而将产品表面附着的农药去除，防止对人体造成不必要的伤害[19]。微生物降解是一种酶促作用，即微生物在降解酶的作用下将农药中的有害物质分解为可去除的小分子化合物便可以将农药去除。另一种是非酶促作用，它是微生物通过氧化、还原、脱烃等方式对农药的有害物质进行降解，从而去除农药残留物[20]。

国内外利用微生物降解有机磷农药残留的相关研究由来已久，早在二十世纪七八十年代，Carter等[21]从不同的土壤里富集培养，并筛选分离得到芽孢杆菌、镰孢霉菌、曲霉菌、根霉菌等多种可降解七氯的微生物。研究表明，混合培养芽孢杆菌、镰孢霉菌、曲霉菌、根霉菌对于降解七氯的效果显著提高。Purnomo等[22]研究了白腐真菌降解污染土壤中的七氯和环氧七氯，结果发现七氯的降解率在28 d达到89%。刘玉焕等[23]在长期受到有机磷农药污染的土壤中，分离得到一株降解乐果活性较高的曲霉Z58菌株，并研究了其最适产酶条件及酶的最佳反应条件，利用源自该菌株的农药降解酶在最优降解条件下反应30 min，其对乐果、氧乐果及甲胺磷的降解率分别为87%，83%和85%。

微生物降解法具有无毒、无二次污染，反应速度快、条件温和等优点，是近年来应用范围最为广泛的一种方法。

3.2 臭氧降解法

臭氧是一种强氧化剂，在水的参与下可以发生还原反应，产生氧化能力极强的单原子氧（O）和羟基（·OH），能够快速分解水中的有机物质。并且能够彻底改变有机物的分子结构，从而起到解毒的作用，减少农药残留。徐慧等[24]利用臭氧在水的参与下与含有有机磷、菊酯等八种农药的蔬菜发生还原反应，并深入研究臭氧对不同种类的农药的去除效果。研究结果显示，臭氧对于大部分农药均能够发生反应并能够有效去除，在10 min时达到最佳降解效果，对八种农药平均降解率平均超过30%，其农药残留降解程度基本达到最大值，若延长降解时间，降解效果呈现下降趋势。

臭氧降解法具有安全、广谱、无残留的特点，被广泛用于水产品处理和食品保鲜，同时也用于洗菜。

3.3 光催化降解法

光催化降解法是利用光源对催化剂进行照射，使催化剂的表面产生光生电子或光生空穴等活性物质，从而利用这些活性物质通过氧化或还原反应来去除重金属离子。目前利用半导体粉末TiO2作为光催化剂降解有机磷农药是在TiO2表面由羟自由基和超氧离子作用的结果，当近紫外光照射到TiO2表面时，TiO2的分解产物将有机磷农药氧化成CO2、H2O等。Zeng等[25]利用TiO2颗粒对蔬菜和土壤中农药的光降解作用进行了研究。研究结果表明，TiO2能显著提高农药光降解率，农药残留降解率提高了20%～30%，TiO2的最适宜的光降解质量浓度为0.2～0.4 g/L。

光催化降解具有能耗低、成本低、操作简单、适用范围广、降解速度快、去除率高、无毒无污染等优点。然而，催化剂对可见光的吸收率仍然较弱，需要开发更高效的光催化剂充分利用太阳光光能。

4 结语与展望

红枣产业在我国的分布范围较广，发展迅速，由此带来的农药残留问题也相对严重，残留的农药种类繁多，检测难度大，故探索出快速、高效的检测方法是我们当下需要解决的问题。文章介绍的三种方法，即标记免疫分析技术、抑制检测技术、离子色谱法，它们均有快速、简便、灵敏等优点，目前已在农药残留方面应用广泛。农药残留对我们生活的环境以及人类自身已经造成了巨大的影响，因此探索能够降解农产品中农药残留的技术是我们当下面临的重要课题。三种降解农残的方法即微生物降解法、臭氧降解法、光催化降解法。它们都具有降解完全、适用范围广泛、无二次污染等优点。随着科技水平的进一步提高，目前我们所拥有的技术必将得到更好的改进和提升，新的便捷检测方法会不断地涌现出来，结果的准确性也会得到质的飞跃，同时对农药残留的降解方法也会不断完善补充使其更具有适用性，红枣的农药残留问题必将得到有效的解决，红枣产业也将获得前所未有的发展。