高紅剛GAO Hong-gang 婁金培 -

(紹興高金冷凍空調(diào)設(shè)備有限公司，浙江 上虞 312300)

據(jù)調(diào)查[1-3]，中國農(nóng)藥的總產(chǎn)量呈穩(wěn)步上升的趨勢，2010年，其產(chǎn)量已達(dá)2.2622×106t，其中80%為有機(jī)磷農(nóng)藥產(chǎn)品。目前市面上，氨基甲酸酯類農(nóng)藥的種類已有1 000多種，其使用量也在逐步增加，并已超過有機(jī)磷農(nóng)藥產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用量。蔬菜中農(nóng)藥殘留問題日益受到關(guān)注。

目前常見果蔬農(nóng)殘降解法有超聲波技術(shù)、吸附和浸泡清洗等物理降解法[4]；臭氧降解[5-6]、雙氧水降解和光催化降解等化學(xué)降解法和微生物降解法[7]。超聲波降解法作為一種無二次污染的物理降解法正受到越來越多的重視?？栈碚摵妥杂苫碚撌浅暡ń到庥袡C(jī)物的兩個(gè)基本理論[8]。超聲波對農(nóng)藥的降解與液體中形成的空化氣泡的崩滅有著密不可分的聯(lián)系，超聲空化為其提供動(dòng)力[9]，通過超聲作用激活液體中的微小泡核，主要表現(xiàn)為以下一系列動(dòng)力學(xué)過程，諸如泡核的振蕩、生長、壓縮直至崩滅。該過程將能量集中在一起，瞬間形成高溫高壓，并伴隨著強(qiáng)烈沖擊波和高速微射流，不斷沖擊蔬菜表面，使殘留的農(nóng)藥迅速從蔬菜的表面剝落，從而達(dá)到降解蔬菜表面農(nóng)殘的目的[10]。同時(shí)這一系列過程伴隨著高溫、高壓的產(chǎn)生，使水分子被裂解，產(chǎn)生了大量的自由基：·OH 和·H。由于自由基極不穩(wěn)定，所以很容易再發(fā)生反應(yīng)成為性質(zhì)穩(wěn)定的分子。自由基能在空化過程中形成的微小氣泡周圍的界面重新結(jié)合、或者與可溶性溶質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而使常規(guī)條件下難以處理的農(nóng)藥污染物得以降解[11-13]。

本研究擬以新型超聲波農(nóng)藥降解機(jī)為主的凈菜加工生產(chǎn)線為研究對象，研究超聲波功率和時(shí)間對有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)殘的降解效果，旨在為凈菜農(nóng)殘降解提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

小青菜、包菜、豇豆和藕：取自某正規(guī)農(nóng)貿(mào)市場。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及方法

1.2.1 凈菜加工設(shè)備生產(chǎn)線 JBS-300型，紹興高金冷凍空調(diào)設(shè)備有限公司研發(fā)，該生產(chǎn)線主要由超聲波清洗機(jī)、氣泡漂洗機(jī)、浸泡護(hù)色機(jī)、風(fēng)力干燥機(jī)及輔助輸送帶和控制系統(tǒng)等組成，凈菜處理量：300 kg/h，補(bǔ)充水量：7.5 m3/h，內(nèi)置超聲波振板，工作頻率為30 kHz，超聲波發(fā)生器的超聲功率可在0～3 kW內(nèi)調(diào)節(jié)。生產(chǎn)線如圖1所示。其中連續(xù)式超聲波農(nóng)藥降解機(jī)為專利產(chǎn)品[18]。

1.2.2 處理流程 蔬菜經(jīng)超聲波清洗機(jī)降解農(nóng)藥后進(jìn)入氣泡漂洗機(jī)，通過氣泡漂洗掉殘留農(nóng)藥，然后進(jìn)入浸泡護(hù)色機(jī)對果蔬進(jìn)行護(hù)色處理，通過風(fēng)力吹干機(jī)把附著在蔬菜表面的水分吹掉，確保蔬菜表面基本沒有附著水，經(jīng)過凈菜加工設(shè)備生產(chǎn)線處理后的干凈蔬菜經(jīng)包裝后進(jìn)入冷鏈流通領(lǐng)域。

1.3 農(nóng)殘檢測儀器

食品安全智能分析系統(tǒng)：TIMAR8000型，杭州天邁生物科技有限公司，含農(nóng)藥殘光電比色法檢測模塊。該儀器采用GB/T 5009.199—2003的方法展開檢測，可同時(shí)檢測12個(gè)樣品；檢測波長：(410±2) nm；線性誤差：≤5%，透射比準(zhǔn)確度：±1.5%；透射比重復(fù)性：≤0.5%；光電流穩(wěn)定度：±1%/3 min；能自動(dòng)判斷酶試劑是否失效。該酶試劑主要成分為膽堿酯酶(Cholinesterase，ChE)，通過抑制膽堿酯酶活性來檢測果蔬中有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留量，當(dāng)抑制率>50%時(shí)檢測結(jié)果為陽性(不合格)，對陽性樣本進(jìn)行2次以上的重復(fù)檢測。

該檢測方法的基本原理為：在一定條件下，通過有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥對膽堿酯酶的抑制情況，來反映農(nóng)藥殘留量的多少，即抑制率越低，殘留的農(nóng)藥越少，農(nóng)殘的降解率越高，抑制率可用分光光度儀測定出的吸光度隨著時(shí)間的變化值來計(jì)算[19-21]。

1.4 試驗(yàn)方法

為了保證取樣具有代表性，小青菜、包菜取葉片的葉尖部作為樣本，豇豆和藕則從個(gè)體的表皮處取樣本。試驗(yàn)基本過程為：稱取剪碎至1 cm見方左右的樣本2.0 g于小燒杯中，加入10 mL緩沖溶液，振蕩器振蕩5 min，靜置取上清液。空白對照：依次在小試管內(nèi)分別加入2.5 mL緩沖溶液，100 μL 顯色劑，100 μL膽堿酯酶，于37 ℃水浴鍋中保溫10 min，10 min后再加入100 μL底物，迅速倒入比色皿中，放入儀器進(jìn)行測定。樣品檢測：2.5 mL樣本提取液代替緩沖溶液，其他步驟同空白對照。

試驗(yàn)過程僅改變超聲波農(nóng)藥降解機(jī)的超聲波功率，以及蔬菜通過超聲波農(nóng)藥降解機(jī)的時(shí)間，其他設(shè)備工藝參數(shù)保持不變。取一定數(shù)量的小青菜，分批經(jīng)過凈菜加工生產(chǎn)線，固定經(jīng)過超聲波農(nóng)藥降解機(jī)的時(shí)間為4 min。利用超聲波發(fā)生器調(diào)節(jié)超聲波功率為0.3，0.6，0.9，1.2，1.5，1.8，2.1，2.4，2.7，3.0 kW，其余設(shè)備參數(shù)相同，研究不同超聲波功率對有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)殘降解的影響。

另取一定數(shù)量的小青菜，超聲波功率固定為2.4 kW，使每批小青菜經(jīng)過超聲波農(nóng)藥降解機(jī)的時(shí)間分別為1，2，3，4，5，6 min，研究不同超聲波輻射時(shí)間對有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)殘降解的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 未處理蔬菜的農(nóng)殘

對未經(jīng)凈菜加工生產(chǎn)線的常見蔬菜進(jìn)行檢測，結(jié)果見表1。由表1可知，除了小青菜，其余蔬菜膽堿酯酶抑制率都<50%，為合格產(chǎn)品。小青菜的抑制率>50%，為不合格產(chǎn)品，可見其農(nóng)藥殘留比較多，有必要進(jìn)行降解處理。對比可以發(fā)現(xiàn)：葉菜要比根莖類菜的農(nóng)藥殘留多。

2.2 超聲波功率對小青菜農(nóng)殘降解的影響

超聲波功率是影響降解的一個(gè)重要因素，超聲波系統(tǒng)必須提供一個(gè)最小超聲功率以達(dá)到空化閾值，使有機(jī)物的降解能進(jìn)行[22-24]。

由表2可知：隨著超聲波功率的逐步提高，膽堿酯酶抑制率迅速下降，隨著超聲波功率進(jìn)一步增加其抑制率趨于穩(wěn)定。說明前期殘留的農(nóng)藥被降解得很快，后來趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)殡S著超聲波功率的提高，空化的能量也隨之得到提高，而空化的閾值隨之降低，從而增加了空化泡、·OH 和·H 的數(shù)量，使更多的反應(yīng)發(fā)生，有利于農(nóng)藥降解[25]。但當(dāng)超聲波功率再增加時(shí)，空化氣泡就會(huì)生長得過大，無法瞬間崩滅，從而使系統(tǒng)利用超聲能的效率大大降低，農(nóng)殘降解得不到進(jìn)一步提升[26]。

2.3 超聲波輻射時(shí)間對小青菜農(nóng)殘降解的影響

超聲波輻射時(shí)間也是影響農(nóng)殘降解的一個(gè)重要因素，時(shí)間太短，降解不完全，時(shí)間太長，生產(chǎn)效率降低[27-28]。

由表3可知：隨著超聲波輻射時(shí)間的延長，膽堿酯酶抑制率迅速下降，4 min后膽堿酯酶抑制率下降幅度變緩。說明小青菜葉殘留的有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥越來越少。這是因?yàn)樽杂苫臐舛扰c超聲波的輻射時(shí)間呈正比[12]，即輻射時(shí)間越長，自由基濃度越高，農(nóng)殘降解率也越高。當(dāng)超聲波的輻射時(shí)間繼續(xù)延長，系統(tǒng)內(nèi)空化氣泡和自由基的數(shù)量將繼續(xù)增加，從而使農(nóng)藥降解率得以進(jìn)一步提升。

表3超聲波輻射時(shí)間對農(nóng)殘降解的影響

Table 3 The influence of different ultrasonic irradiation time on the degradation of pesticide residues

3 結(jié)論

通過控制不同的超聲波功率和超聲波輻射時(shí)間，分析了其對小青菜表面殘留的有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥降解的影響。由此得到以下結(jié)論：

(1) 超聲波功率對有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥降解的影響非常明顯，但當(dāng)功率達(dá)到一定程度時(shí)農(nóng)藥降解趨于穩(wěn)定。

(2) 超聲波輻射時(shí)間與有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥降解的關(guān)系為：降解率隨著超聲波輻射時(shí)間的延長而提高。

(3) 考慮生產(chǎn)效率，對降解小青菜殘留的有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥，超聲波農(nóng)藥降解機(jī)的超聲波功率可取2.4 kW，通過超聲波農(nóng)藥降解機(jī)的時(shí)間以4 min為宜，降解率可達(dá)到80%。

(4) 本試驗(yàn)采用超聲波物理降解法來降解農(nóng)藥，下一步可結(jié)合臭氧等電化學(xué)降解法，或者在超聲波農(nóng)藥降解機(jī)中添加某些天然活性物質(zhì)，加速農(nóng)藥析出，提高降解率。

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