劉 玲 林永健

(中儲糧江蘇質(zhì)檢中心有限公司福建分公司 350002)

糧食作為膳食及基本營養(yǎng)的主要來源,是人類日常飲食中最為重要的一類食品,其全球年產(chǎn)量和消費量一直在不斷增長,高品質(zhì)的糧食對人類全面均衡的飲食至關(guān)重要。我國人口眾多,糧食安全是保障國計民生的重要前提,也是相關(guān)研究的重點[1,2]。

農(nóng)藥指用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各種藥劑的統(tǒng)稱,包括殺蟲劑、殺螨劑、殺真菌劑、除草劑、增效劑和生長調(diào)節(jié)劑等[3]。為了最大限度地提高產(chǎn)量,減少糧食在運輸和儲存過程中的損失,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)使用了大量的農(nóng)藥[4]。然而在農(nóng)業(yè)植物和環(huán)境中濫用農(nóng)藥,不僅破壞生態(tài)壞境,同時導(dǎo)致大量、高毒的農(nóng)藥及其降解產(chǎn)物在糧食等農(nóng)產(chǎn)品中殘留,使之融入食物鏈,對人類健康產(chǎn)生不利影響[5,6],如引起肌肉無力、內(nèi)分泌紊亂、呼吸紊亂、癱瘓、癌癥等[7]。稻谷和小麥經(jīng)初加工,如脫殼、拋光等步驟后農(nóng)藥殘留會得到較大程度的降低,近些年來,很少出現(xiàn)糧食中農(nóng)藥殘留超標(biāo)問題[8]。但農(nóng)藥殘留管理仍然是至關(guān)重要的,為了避免農(nóng)產(chǎn)品和食品中農(nóng)藥殘留所造成的危害,許多國家和組織都規(guī)定了農(nóng)藥最大殘留限量(Maximum Residue Limits,MRLs),并制訂了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。我國也頒布了多項標(biāo)準(zhǔn)對食品中農(nóng)藥殘留量進(jìn)行了限定,其中GB 2763-2021《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中農(nóng)藥最大殘留限量》規(guī)定了564種農(nóng)藥在376種食品中10092項殘留限量標(biāo)準(zhǔn),全面覆蓋了我國批準(zhǔn)使用的農(nóng)藥品種和主要植物源性農(nóng)產(chǎn)品[9]。

為了精準(zhǔn)分析糧食中目標(biāo)農(nóng)藥殘留量,需要將樣品中的農(nóng)藥殘留最大限度地提取出來,并消除檢測過程中的干擾物。因此開發(fā)高效分離和靈敏檢測的分析方法具有十分重要的意義。近年來國內(nèi)外學(xué)者在農(nóng)藥殘留檢測方法的開發(fā)方面進(jìn)行了大量研究,本文綜述了近年來糧食中農(nóng)藥殘留檢測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,以期為相關(guān)研究提供一定參考。

1 糧食中主要農(nóng)藥殘留的種類

1.1 有機氯類農(nóng)藥(Organochlorine pesticides)

有機氯農(nóng)藥是一類含有氯的有機殺蟲劑,從20世紀(jì)50年代到70年代,有機氯農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)中被廣泛使用[10]。一般分為兩大類:一類是滴滴涕類,包括六六六及滴滴涕等;另一類是氯化甲撐萘類,包括艾氏劑、狄氏劑、七氯等,我國曾使用較多的是六六六及滴滴涕[11]。由于該類農(nóng)藥具有殺蟲效力強、生產(chǎn)方法簡便、價格低廉等優(yōu)點,在防治害蟲方面發(fā)揮了重大作用,并提高了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量[12]。但有機氯農(nóng)藥的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,對微生物的降解有很強的抵抗力,因此在環(huán)境中降解十分緩慢,可以通過食物鏈進(jìn)行富集,即食物鏈末端產(chǎn)生比原始濃度顯著放大的濃度,一旦進(jìn)入人體,會對人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅[13]。1983年我國開始禁止生產(chǎn)六六六和滴滴涕等有機氯農(nóng)藥[14]。

1.2 有機磷類農(nóng)藥(Organophosphorus pesticides)

有機磷類農(nóng)藥通常是五價磷酸酯,主要應(yīng)用于農(nóng)作物生長過程中殺蟲、除菌、除草等。該類化合物是目前最有效的農(nóng)藥類別之一,在農(nóng)業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用[15]。有機磷農(nóng)藥包括對硫磷、馬拉硫磷、甲基對硫磷、毒死蜱、二嗪農(nóng)、敵敵畏、四氯磷、三氮磷、氧磷和甲基氮磷[16]。有機磷農(nóng)藥是為取代有機氯農(nóng)藥發(fā)展起來的,它比有機氯農(nóng)藥容易降解,對環(huán)境的污染相對較小[17]。有機磷類農(nóng)藥的藥效高、化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、容易分解,因此不容易在生物體內(nèi)累積。但是如果使用不恰當(dāng),受到有機磷化合物污染的水源與食品會對人體健康產(chǎn)生不利影響。有機磷化合物的主要急性毒性是抑制乙酰膽堿酯酶的活性,而乙酰膽堿酯酶是中樞神經(jīng)系統(tǒng)正常運作所必需的[18]。因此導(dǎo)致乙酰膽堿的過度積累,從而引起神經(jīng)毒性[19,20]。

1.3 氨基甲酸酯類農(nóng)藥(Carbamate pesticides)

氨基甲酸酯類農(nóng)藥是一類合成的、廣普性的農(nóng)藥,在許多國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛用作殺蟲劑與除草劑[21]。該類農(nóng)藥在水中比較難溶解,容易溶解于有機試劑,在堿性和高溫的條件下容易分解,在酸性條件下比較穩(wěn)定[22]。氨基甲酸酯類農(nóng)藥殺蟲效果明顯,具有廣泛的生物活性,與有機氯類農(nóng)藥和有機磷類農(nóng)藥相比,氨基甲酸酯在自然條件下的持久性相對較低,對蟲害的根除效果較高,甲萘威、涕滅威和克百威等是代表性的氨基甲酸酯類農(nóng)藥[23]。氨基甲酸酯類農(nóng)藥也是膽堿酯酶抑制劑,其作用機制與有機磷農(nóng)藥相似[24]。

1.4 擬除蟲菊酯類農(nóng)藥(Pyrethroid pesticides)

擬除蟲菊酯類農(nóng)藥含有從菊花中提取的除蟲菊酯,是天然農(nóng)藥進(jìn)行改性后的合成化學(xué)物質(zhì),但經(jīng)過化學(xué)修飾以增加持久性和毒性[25,26]。該類農(nóng)藥的殺蟲范圍廣、高效、低殘留,對蚊、蠅和蟑螂等一些害蟲都有良好的毒殺效果,對哺乳動物的毒性低于有機磷類和氨基甲酸酯類化合物[27]。隨著對哺乳動物具有嚴(yán)重神經(jīng)毒性的有機磷農(nóng)藥被逐步淘汰,擬除蟲菊酯類殺蟲劑的使用在過去20年里增加。擬除蟲菊酯的預(yù)期作用機制主要是通過鈉通道過度激活導(dǎo)致害蟲因麻痹而死[28]。

1.5 三嗪類農(nóng)藥(Triazine pesticides)

三嗪類化合物主要用來阻止農(nóng)作物生長過程中的雜草生長,其功能主要是抑制植物的光合作用,因此該類農(nóng)藥化合物具有高效性[29]。三嗪類除草劑是一種選擇性很強的除草劑,對農(nóng)作物具有重要的保護(hù)作用,由于其具有特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu),因此其化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定、殘留時間長、水溶性強。該類農(nóng)藥在農(nóng)田種植過程中被廣泛使用,但同時也會給周邊環(huán)境帶來許多潛在的危害,如對土壤、農(nóng)作物、水源等造成一定程度的污染[30]。三嗪類農(nóng)藥及其降解產(chǎn)物能夠?qū)θ梭w的內(nèi)分泌和生殖系統(tǒng)進(jìn)行干擾或破壞,還可能導(dǎo)致人體產(chǎn)生癌癥和一些先天性缺陷[31]。

2 糧食中農(nóng)藥殘留檢測前處理技術(shù)研究進(jìn)展

隨著色譜技術(shù)快速發(fā)展,農(nóng)藥殘留分析儀器可以根據(jù)分析物的結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行檢測、鑒定和定量。盡管農(nóng)藥殘留測定的分析儀器的靈敏度較高,但通常需要進(jìn)行前處理,從糧食中提取和分離目標(biāo)分析物,排除干擾物,前處理技術(shù)是農(nóng)藥殘留分析過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接影響檢測的效率和準(zhǔn)確度。

在農(nóng)藥殘留檢測前處理中液-液萃取(Liquid-liquid extraction)、加速溶劑萃取(Accelerated solvent extraction)、固相萃取(Solid phase extraction)、固相微萃取(Solidphase microextraction)、基質(zhì)固相分散萃取(Matrix solid phase dispersion extraction)、QuEChERS(Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe)、超臨界流體萃取法(Supercritical fluid extraction)、凝膠滲透色譜(Gel permeation chromatography)等技術(shù)廣泛應(yīng)用。

2.1 液—液萃取

液—液萃取也稱為溶劑萃取和分離,主要是根據(jù)化合物在特殊的不混溶液體中的相對溶解度來分離化合物。液—液萃取是最古老、最完善的農(nóng)藥提取方法之一,該方法可靠、適應(yīng)性強,與大多數(shù)儀器兼容。液—液萃取使用了不同的提取溶劑,如己烷、乙腈和乙酸乙酯,乙酸乙酯是從食品基質(zhì)中提取農(nóng)藥最常用的中極性溶劑之一[32]。液—液萃取的主要缺點為溶劑消耗量大,分析時間長,難以自動化,以及對極性化合物的萃取效果不佳。

Wang等[33]采用氯仿、二氯甲烷兩種溶劑萃取,建立了糙米、玉米、小米和燕麥等谷物中7種新煙堿類殺蟲劑殘留的高效液相色譜分析方法。對于所有測試的農(nóng)藥,方法檢出限為0.002 mg/kg～0.005 mg/kg,相關(guān)系數(shù)r2≥0.99,回收率為76%～123%。

2.2 加速溶劑萃取

加速溶劑萃取法是一種快速萃取法,該方法結(jié)合了高溫、高壓條件,以提高目標(biāo)分析物的溶解度,從而實現(xiàn)從固體基質(zhì)中快速有效地提取分析物[34]。該技術(shù)已用于食品、蔬菜、水果、魚類等復(fù)雜基質(zhì)中的農(nóng)藥提取。與其他傳統(tǒng)樣品前處理方法相比,該方法可以使萃取過程在較短時間內(nèi)完成,且只需消耗少量的有機溶劑,萃取效率高,自動化程度高,選擇性好,操作比較安全,對目標(biāo)物回收率高,精密度高[35]。萃取壓力和溫度條件是加速溶劑萃取效率的主要影響因素。

Otake等[36]以加速溶劑萃取法分析糙米中鄰苯二甲酸酯等4種農(nóng)藥,在130℃下進(jìn)行加速溶劑萃取和水浸泡勻漿兩種方法的對比,回收率分別為75%～88%和87%～109%,結(jié)果表明,加速溶劑萃取法與水浸均質(zhì)法一樣,可用于分析糙米中的4種農(nóng)藥。

2.3 固相萃取

固相萃取廣泛應(yīng)用于水果、蔬菜、糧食等農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留的前處理,該方法主要用于凈化待測物質(zhì),通過固相萃取柱中的固體吸附劑進(jìn)行選擇性吸附,以此分離待測物質(zhì)與干擾物質(zhì)。固相萃取因其簡單、快速、處理量大且回收率高而成為最常用的方法[37]。固相萃取方法的優(yōu)化,主要在吸附劑材料的選擇和洗脫方案。實驗室常用的吸附劑材料包括:中性氧化鋁、硅酸鎂、C18、PSA、硅膠等[38]。該方法樣品中的懸浮物可能堵塞濾芯,而且吸附劑與樣品之間的相互作用可能會降低回收率[39]。

Aguilera等[40]人建立了一種固相萃取法結(jié)合氣相色譜技術(shù)對大米中三唑磷等22種農(nóng)藥進(jìn)行了分析。該方法具有較高的精密度、靈敏度和選擇性。16種多環(huán)芳烴檢出限范圍在2 ng/kg～60 ng/kg之間,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD均小于7.5%,回收率范圍為88%～103%。

2.4 固相微萃取

固相微萃取是Arthur和Pawliszyn于1990年提出的一種簡單的樣品制備方法,該方法集成了采樣、提取、濃縮和樣品導(dǎo)入于一個步驟[41]。微量的固體吸附劑或液體聚合物以適當(dāng)?shù)男问奖┞对跇悠分?將萃取相固定在熔融石英纖維或內(nèi)涂層上,然后將目標(biāo)分析化合物與基體進(jìn)行分配,在達(dá)到平衡狀態(tài)后,將纖維引入色譜系統(tǒng)等分析儀器中進(jìn)行檢測[42]。固相微萃取的優(yōu)點在于自動化程度高,靈敏度高,不需要溶劑和樣品預(yù)處理,從而最大限度地減少樣品污染。其主要缺點為纖維間重復(fù)性差和測定精度差。該技術(shù)適用于相對易揮發(fā)的化合物。

Saraji等[43]合成了一種涂覆多孔碳納米管——二氧化硅的高效固相微萃取纖維,并將其應(yīng)用于有機磷農(nóng)藥的檢測。結(jié)果表明,分析物在0.01 μg/L～3.0 μg/L范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系,該方法成功應(yīng)用于實際樣品中有機磷農(nóng)藥的測定。

2.5 基質(zhì)固相分散萃取

基質(zhì)固相分散萃取法最早由Barker等在1989年提出,是一種基于固相萃取的簡化方法,用研缽將樣品和吸附劑進(jìn)行均勻研磨,然后將獲得的混合物轉(zhuǎn)移到固相萃取柱,最后用適當(dāng)?shù)南疵撊軇⒛繕?biāo)化合物進(jìn)行洗脫[44]?；|(zhì)固相分散萃取的樣品制備和進(jìn)化在同一個步驟中進(jìn)行,且無需稀釋,吸附劑和溶劑消耗量大幅降低,減少了成本和分析時間,萃取效率得到提高,該方法主要的不足是缺乏自動化。

Tsochatzis等[45]采用優(yōu)化的基質(zhì)固相分散方法,以中性氧化鋁為溶劑,乙腈為洗脫溶劑,并結(jié)合高效液相色譜——二極管陣列檢測系統(tǒng)對稻谷中8種農(nóng)藥進(jìn)行分析。結(jié)果表明,線性回歸系數(shù)r2均大于0.9948。檢出限LOD和定量限LOQ分別為0.002 mg/kg～0.200 mg/kg和0.006 mg/kg～0.600 mg/kg,8種農(nóng)藥的回收率范圍為74%～127%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD低于12%。

2.6 QuEChERS

QuEChERS法是在食品農(nóng)藥殘留分析中最受歡迎的前處理技術(shù)之一。由Anastassiades等在2003年提出[46]。該方法是為了從水果和蔬菜中提取農(nóng)藥殘留而發(fā)展起來,由于其操作簡單、成本低、效率相對較高、步驟少等優(yōu)點,在不同的樣品基質(zhì)中分離農(nóng)藥方面迅速得到普及[37]。QuEChERS技術(shù)包括兩個步驟:液—液萃取和分散固相萃取凈化。該方法前處理的樣品足夠干凈,并且省去或取代了傳統(tǒng)方法中通常使用的許多復(fù)雜的分析步驟,采用手搖或渦旋提取均質(zhì)樣品,在不需要溶劑蒸發(fā)步驟的情況下獲得提取物[47]。

Kolberg[48]等利用QuEChERS方法對小麥、白面粉和麩皮中24種農(nóng)藥進(jìn)行前處理,并建立了液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法對目標(biāo)農(nóng)藥進(jìn)行分析。結(jié)果表明,小麥的線性范圍為1.0 μg/L～100 μg/L,面粉和麩皮的線性范圍為2.0 μg/L～200 μg/L,線性回歸系數(shù)r2均大于0.99。大多數(shù)化合物的回收率為70%～120%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD<20%。

2.7 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法是一種物理萃取技術(shù),它通過超臨界流體作為萃取劑,使目標(biāo)化合物組分從液體和固體中被分離出來[49]。二氧化碳是迄今為止從固體基質(zhì)提取各種農(nóng)藥使用最多的超臨界流體,先進(jìn)的技術(shù)可以精確調(diào)節(jié)溫度和壓力的變化,從而控制超臨界流體的溶解特性,這有助于萃取各種極性的天然產(chǎn)物[50]。該方法的主要優(yōu)點是選擇性強、耗時短、溶劑消耗少,且使用無毒,不易燃,廉價的流體。超臨界流體萃取技術(shù)在測定糧食中的農(nóng)藥殘留的限制因素主要是儀器的高成本。

2.8 凝膠滲透色譜

凝膠滲透色譜法作為提取后的凈化方法,用來對不同物質(zhì)進(jìn)行分離和鑒別,在實驗室植物油農(nóng)藥殘留檢測中應(yīng)用比較廣泛,樣品經(jīng)過多孔性凝膠時,其中的分子按照大小順序,大的一般先被洗脫下來[51]。該方法操作簡單,自動化程度高,適用范圍廣,可以使樣品基質(zhì)中的干擾物質(zhì)如脂肪、色素等有效地除去,有效提高了分析的精度和準(zhǔn)確性,同時可以延長色譜柱的壽命和儀器的使用壽命[52]。

3 討論與展望

本文以國內(nèi)外相關(guān)研究為參考,綜述了糧食中主要農(nóng)藥殘留的種類,以及前處理技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用。糧食中農(nóng)藥殘留污染仍然是世界各地的重點關(guān)注問題。及時追蹤新方法、新技術(shù)的研究進(jìn)展,不斷總結(jié)完善,探索更適用于糧食中農(nóng)藥殘留的檢測技術(shù),對加強我國糧食安全的風(fēng)險監(jiān)控,保障行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展及消費者的身體健康,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

由于農(nóng)藥的高經(jīng)濟(jì)效應(yīng),新的農(nóng)藥也在不斷開發(fā),需要檢測農(nóng)藥的種類也隨之增加。同時分析糧食中的多種農(nóng)藥的方法建立,仍然是一項極具挑戰(zhàn)性的任務(wù),由于樣品復(fù)雜的基質(zhì)會造成干擾增加,以及農(nóng)藥的化學(xué)性質(zhì)和極性不同,批量檢測難度大。在未來,高效分離和靈敏檢測的聯(lián)用技術(shù)仍然是多殘留農(nóng)藥分析的研究方向。高分離效率、低分析時間、高分辨率、低試劑消耗的檢測技術(shù)將是未來研究重點。