农药在植物体内的代谢及农药多残留检测技术研究可行性研究报告

1 农药 在植物体内的 代谢及 农药 多残留检测技术 研究 可行性研究报告 一、项目摘要 本项目参考 OECD（ 501）、美国 EPA（ 860-1300） 等国际准则，开展农药在植物体内的代谢方法研究，完成一种新农药在代表性作物上的代谢分布及代谢产物的初步鉴定。同时以国 标 NY/T761-2008 农药多残留分析方法为模板， 并 参考 德国 DFG-S19 方法， 结合沈阳化工研究院有限公司安全评价中心现有农药残留检测基础， 开展 农药多残留检测 方法研究 ，在本实验室建立 一套可同时检测 150 种农药的多残留分析 方法，提升 农药 残留检测能力 ，并达到符 合国家级农产品残留检测能力的要求， 扩展业务范围。 二、 产品的国内外市场现状 OECD、欧盟、美国等国家和组织在农药评估过程中，不仅注重农药母体的安全性评价，而且非常重视农药代谢、降解产物的评价研究，并制定了相应的试验准则。而我国 对 农药的评估， 目前 还主要是针对其母体化合物 ，农药代谢、降解产物的评估研究还相对匮乏。而农药在植物体内的代谢、降解产物又是农产品中农药残留的重要组成部分，也是农药残留分析的重要对象，因此非常有必要 按照国际 准则进行农药（尤其是新农药）在植物体内的 代谢、降解产物 研究，为农药安全评估及农产品 中农药残留风险评估提供更多的数据支持 。 食品 （农产品） 中 农药 残留限量标准 及标准化的检测 方法 是保证食品（农产品）安全的有效手段。随着人们对食品（农产品）安全认 2 识的提高，食品（农产品）中农药残留限量标准的要求也越来越严格，这在保证 公民健康 的同时， 也 成为 发达国家设置技术性贸易壁垒的重要手段。准确、可靠的检验结果是保证食品 （农产品） 安全和国际贸易公平交易的科学依据，因此各国纷纷构建食品 （农产品） 安全保障体系，不断制 、修订食品中农药最大残留限量（ MRLs） ，同时也建立了相应的农药残留检测方法。目前国际食品法典委员会有 农药残留限量标准 3338 项，欧盟 14.5 万项，美国 1 万多项，日本 5 万多项，而我国仅有 807 项，远远落后于世界发达国家。同时德国、美国等国家还制定了 标准化的 多残留分析方法，如 DFG-S19 方法、 US-FDA 多残留分析方法及美国加州食品农业部化学分析中心 CDFA-MRSM 方法等。 目前，食品（农产品）安全问题已经严重影响到了公民的健康，解决食品（农产品）安全问题已经到了刻不容缓的地步。这已经引起政府的高度关注。 2010 年 4 月 12 日，农业部在北京召开了第一届国家农药残留标准审评委员会成立大会 ，并提 出力争在 3 年时间 内，使我国的农药残留标准达到 7000 项左右，基本健全我国农药残留限量体系。修订现行 478 项国家标准（ GB2763-2005），重新评估现行 329项行业标准。加快制定急需标准 ， 粮食、蔬菜、水果、茶叶等主要农产品、优势出口农产品的残留标准 ； 加快制定与农药残留限量标准相配套的检测方法、检验规程，增强标准制定的针对性和实用性。 同时大力加强基础研究 ， 进一步规范和完善毒理学、农药残留和膳食结构等数据，充分发挥农药残留风险评估在标准制定中的作用，建立符合我国国情的农药残留标准评估规则和制定程序。 3 三、国内外技术发展趋势 农药代谢方面，国际上通常采用同位素示踪法检测农药代谢产物。 同位素示踪 法 是使用 放射性 同位素 14C、 32P、 35S 或稳定性同位素 13C、 15N、 2D 作为示踪剂对目标农药进行标记的微量分析法 。稳定同位素与放射标记同位素的同时使用，有助于利用各种波谱手段如质谱（ MS）或核磁共振（ NMR）等对代谢物进行鉴别 。 同位素示踪法 是跟踪农药及其代谢产物最有效的手段，能准确定量地测定农药及其代谢产物，追踪农药的转移和转变。 液 -质联用仪 也 越来越广泛用于农药及其代谢产物的定量和定性。质谱是代谢研究中用到的一个关键性的分析工具，因为 它可以识别代谢 物，确定代谢发生的位点。因为灵敏度高和 具有 分析复杂混合物的能力，液相色谱与质谱联用 (LC-MS/MS)法已经成为代谢鉴定的特别技术。 LC/MS 技术首先通过 LC 的分离，使 MS 可以分析具有大量杂质的混合物中的待测物，并提高分析的专一性和灵敏度，而且色谱无法分离的化合物，也可以进行检测鉴定。同时，如果使用 MS/MS或 MSn 技术能得到更高的灵敏度，更多的代谢物结构信息。由于多数农药的代谢物保留了原药分子的骨架结构或一些亚结构，因此，代谢物可能进行与原药相似的裂解，丢失一些相同的中性碎片或形成一些相同的 特征离子。用串接的 MS/MS 分别进行中性丢失扫描、母离子扫描以及子离子扫描，即可迅速找到可能的代谢物，并鉴定出结构。相比同位素示踪，液相色谱与质谱联用虽然对农药代谢产物的追踪能力相对较差，但却可以同时提供定量和定性（结构信息），且安全性好，不必建立特殊的放射性同位素实验室。因此国内外越来越的用液 4 相色谱与质谱联用仪对农药代谢产物的研究被报道。 农药残留检测的发展方向主要有以下三个方面： 一是检测方法的开发，二是样品 前处理设备的改进，三是分析仪器定性、定量能力的提高。 检测方法开发 方面 ， 目前国际上特别是发达国家已 广泛推广采用多残留检测技术和快速筛选检测技术 ， 即 同时 检测 多种农药、兽药、添加剂、环境污染物 。 最具代表性的多残留分析方法主要有美国 FDA多残留方法（可检测 360 多种农药）、德国 DFG-S19 方法（可检测325 种农药）、荷兰卫生部多残留分析方法（可检测 200 种农药）、加拿大多残留检测方法（可检测 251 种农药，其中 GC-MS 检测 239种， HPLC-Fluor 检测 12 种）。同时为了适用于不同介质样品的分析，一些国家（如美国 FDA 等）将农药残留分析主要步骤， 如 样品的采集、制备、提取、净化、浓缩、分析、确证等各步骤采用 的不同方法建成不同的模块，根据样品及分析要求的不同，而组合成不同的处理分析流程，从而建立起一个多残留检测选择检索程序的前处理技术平台，使复杂的技术流程简化而又保证分析质量。国内近几年来在多残留 检测 方法的开发和标准制定方面也有了相当大的进展，农业部、国家质检总局等相关行业都推出了一批多残留的标准检测方法，这些方法大多数都是由国外的相应方法移植或改造而来，这些方法的引入推动了我国多残留检测水平的提高 。 样品前处理方面， 日益趋向于高技术化、系列化、快速化，近年来在使用全自动化前处理方法方面有了明显的进步，减少了检 测周期，如快速溶剂提取系统 (ASE)、 固相萃取 系统 (SPE)、超临界萃取系 5 统 (SPF)、免疫亲和层析柱 (IAC)、凝胶净化系统 (GPC)等样品 提取 、净化、 浓缩技术的应用，能够对食品中很多痕量级成分进行提取、纯化； 并 实现自动化 ； 与传统方法相比，对微量、痕量成分提取更加简化和快速 。 分析仪器方面， 由于残留检测限量的要求越来越低，需要 检测 的目标物也越来越多，大型精密（甚至超精密仪器）在国外一些发达国家的发展 也越来越块，在高选择性、高灵敏度、高通量性、多 检测 能力上均得到了相当大的提高 和改进 。例如用高分辨质谱分析和采用稳定性同位素稀释技术的严格质量控制手段，由于色质联机结合稳定性同位素稀释技术具有灵敏、特异、可靠的特点，不仅用于二噁英及多氯联苯等超痕量分析，在酱油中氯丙醇的痕量检测方面已成为欧盟唯一认可的方法。 值得注意的是国际上很多实验室的大型检测仪器实现了网络化管理及实验室信息系统化管理， 通过网络化连接将纯粹个人定点式仪器操作方式变为分布式自由操作方式，节省资源，提高效率，便于管理，并实现资源共享，简化系统管 理、降低运行成本 ，确保 数据的安全性和可靠性。 四、项目的意义和必要性 上世纪 60 年代研究发现 ， 除农药本身 外 ， 其 代谢产物也 可能导致 残留毒性 的发生 。 美国 (1969)报道 ， 加州农场工人进入喷施过对硫磷几天后的柑橘园发生了中毒事件 ， 研究发现是对硫磷的代谢产物对氧磷引起的 ， 这说明有时农药的代谢产物具有比母体化合物更大 的 毒性 。 乐果也是一种相对低毒的有机磷农药 ， 但当喷施到植物上 12 6 天后 ， 会氧化成为氧乐果 ， 其急性毒性提高 10 倍以上 。因此 OECD、欧盟、美国等发达国家和组织非常重视农药代谢、降解产物毒性的研究，并制定了相 应的试验准则，以提供农药安全性评估所需要的试验数据。 目前我国对 农药安全性 评估主要是针对其母体化合物进行 ，而针对代谢、降解产物的研究主要是由国外完成相关研究，国内再重现相关试验 。目前国内 还未有农药代谢研究的专门实验室，因此有必要在本中心进行农药在植物体内的代谢研究。 通过此项目的研究可以 初步掌握农药在植物体内的代谢研究的关键技术。 为集团的 新 农药或新化学品创制 提供技术支撑 ；同时为承接相应的国际 试验 项目奠定基础。 目前国内外对于食品安全评价的重视程度日愈提高，特别是在中国，近年来不断发生一系列重大食品 （农产品） 安 全事故， 如 2008年的 “ 三聚氰胺 ” 事件， 2010 年的海南“毒豇豆”事件和青岛“毒韭菜”事件等，严重损害了 人民的生命健康 ， 造成了巨大的经济损失和社会影响。 2010 年 4 月 12 日，农业部在北京召开了第一届国家农药残留标准审评委员会成立大会 ，并提 出力争在 3 年时间内，使我国的农药残留标准达到 7000 项左右，基本健全我国农药残留限量体系。修订现行 478 项国家标准（ GB2763-2005），重新评估现行 329 项行业标准。加快制定急需标准 ， 粮食、蔬菜、水果、茶叶等主要农产品、优势出口农产品的残留标准 ； 加快制定与农药残留限 量标准相配套的检测方法、检验规程，增强标准制定的针对性和实用性。 这说明农药残留限量标准制定及农药残留检测方法开发已经引起国家的高度重视，并会 7 投入大量资金 。 沈阳化工研究院 有限公司 安全评价 中心多年来一直是农业部农药检定所认定的农药残留试验单位， 目前已有 30 余年的农药残留试验历史， 但长期以来仅限于 农药登记残留试验 ，缺少对食品 （农产品）中 农药多残留 检测项目 ，这也使得我们在中国农药残留界的知名度不高，标准制定参与度低等 。 在国家高度重视农药残留问题的形势下，我们有必要开展农药多残留检测能力的建设， 提升 农药 残留检测能力 ，达到国家部级质检中心的水平 ，扩展业务范围。 同时，通过农药多残留检测方法的建设，也可以 提高沈阳化工研究院 有限公司 在行业中的优势地位，扩大 中化 集团 在公众 中 及社会上的影响力。 从当前国内检测实验室整体的发展情况来看，虽然 总体技术水平有了较大提高 ， 但管理与 分析质量保证体系 还 比较薄弱，并且绝大多数实验室未经过国际实验室认证 。 作为农业部第一批认证的 6 家 GLP试验机构，只有我们安全评价中心获得了农药残留试验 GLP 认可 ，因此 我们应该利用自己的 GLP 管理优势， 不断加快实验室 能力的提升 ，尽早 成为与国际先进检测水平接近的实验室 。 五、项目的前期工作基础 沈阳化工研究院 有限公司安全评价中心作为一家医药、农药、化学品安全评价综合实验室，已经通过国家食品药品监督管理局（ 2003）与农业部（ 2009） GLP 实验室认证，并通过国家实验室认可委认证。安评中心已有三十余年农药残留分析经验，目前已经建成了基本符合国内 GLP 标准的农药残留实验室（目前限于登记残留试验）并且通过了农业部农药残留 GLP 实验室的认证，是农业部认证的 农药 登记残留 8 试验单位。 并参与了农业部农药残留限量 CAC 标准转化项目。安评中心同时也是国内较早从事农药代谢研究的单位，目前已经 开展并承接了二十余项农药在动物体内的代谢试验项目，积累了一定的工作经验。 实验室 建设方面 ， 各功能实验室布局合理，具有独立的 样品贮存室、样品制备室、 样品前 处理室、大型分析仪器室、天平室、技术人员办公室 等 。配备了全自动化的高效液相色谱仪 12 台、液 /质联用仪2 台、全自动化的气相色谱仪 6 台、气 /质联用仪 1 台等大型分析仪器，以及用于样品提取、净化、浓缩等操作的前处理设备，如加速溶剂萃取仪 (ASE)、全自动凝胶净化系统 (GPC)、全自动固相萃取仪 (ASPEC)等。 技术人员队伍建设方面，目前农药代谢与残留检测专职人员 14人，其中高级工程师 2 人，工程师 7 人，助理工程师 4 人，且 8 人具有硕士以上学位。技术人员均经过 GLP 和专业培训，并在工作中积累了丰富的经验， 具有自主开发 农药代谢与 残留检测方法的能力， 可以胜任大型课题的研究 。 六、项目的总体目标 在现有条件和技术的基础上， 建立农药在植物体内的代谢与农药多残留检测方法，可以承担农药在植物体内的代谢与农药多残留检测项目， 达到符合国家级农产品残留检测能力的要求。 七、项目具体考核目标 1、 完成一种新农药在代表性作物上的代谢分布及代谢产物初步鉴定； 9 2、建立 一套可以同时检测蔬菜水果中 150 种农药的多残留分析分析方法。 八、项目主要研究内容 1、 农药在植物体内的代谢：主要研究 农药 （暂定丁烯氟虫腈或唑胺菌酯） 以直接或间接的方式应用于作物后活性成分的 代谢分布及主要 代谢产物的 初步鉴定 。 2、 以国标 NY/T761-2008 为模板，并参照德国 DFG-S19 方法 ，开展 农药多残留检测方法 研究，以建立一套 能基本满足国内外相关法规和残留限量标准的要求 ，可同时检测 150 种农药的多残留分析方法， 并 达到符合国家级农产品残留检测能力的要求 。 九、项目实施计划安排 本项目计划于 2012 年 9 月 完成。 1、 2010 年 810 月：立项准备阶段。 进行资料收集与编译， 组织编写 项目 总体实施方案。 2、 2010 年 1112 月 ： 项目正式启动。完成项目分解与设置，制订并落实具体实施方案，全面启动研究计划，确定项目各分 项 的负责人。 3、 2011 年 13 月：实施项目的各项内容， 采购研究中所使用的农药标准物质及仪器耗材和配件等，开展 试验方法开发工作 。 4、 2011 年 46 月： 农药在植物体内的代谢分布试验研究；蔬菜水果中 有机磷类 与有机氯类 农药 的 多残留 分析方法研究 。 5、 2011 年 79 月： 农药在植物体内的代谢产物初步鉴定； 蔬菜 水果中 拟除虫菊酯 类与氨基甲酸酯类 农药 的 多残留 分析方法研究。 6、 2011 年 1012 月： 项目材料汇总，及项目报告编写。 10 十、工艺路线 十一、 项目的主要创新点、关键技术 1、 主要创新点 建立农药在植物体内的代谢及农药多残留检测方法， 填补沈阳化工研究院 有限公司 在 农药在植物体内代谢及农药多 残留检测方面的技术空白。 2、 关键技术 (1) 将 痕量或超痕量的多类 农药母体及其代谢物 从基质 复杂的植物组织中 完全提取出来，并达到高通量的要求。 (2) 采用有效的分离技术和理想的富集技术把共萃取的大量干扰物分离 出去，使目标化合物得到净化和富集。 (3) 采用先进的检测技术实现高灵敏度、高分辨率、高选择性 、高通量检测 农药及其代谢物 ，并能准确的定量分析， 满足 各项技术指标要求。 十二、专利及知识产权状况分析 材料采购 技术培训 方法 开发 试验实施 项目验收 报告编写 5 标准编译 农药 在植物体内的 代谢与 农药多残留检测技术研究 技术路线图 11 目前我国有关农药残留检测系列的专利技术 从 1985年至 2009年已有 300 余项，其中主要 分为检测方法和检测技术两类，平均每年有二十余项，可见开发的空间和潜力是非常大的。 农药多 残留检测不论是在国内还是在国外都处在不断探索和发展的蓬勃时期，同时农药 多残留检测又是一个涉及多学科的综合性技术领域，例如生物、电子、化学等，又与 多种管理 体系 相关， 有很多问题亟待解决 。因此在这个技术领域里完全具有可能取得技术专利或知识产权，但这要求有一定的资金投入，必要的仪器设备、技术手段，经验的积累、优秀的科研团队。 十三、成果应用和产业化前景分析（包括经济、环境效益分析） 农药在动、植物体内的代谢作为农药安全性评价的重要部分，已经引起国家农药登记管理部门的重视，目前新的农药登记资料规定已经 明确提出 新农药正式登记时 “ 可视需要，提供该化合物在动物体内的吸收、分布、排泄、累积、转化和代谢物及其毒性资料。 ”，而农药在植物体内的代谢产物作为农药残留的一 部分，也会受到重视，并逐步纳入到农药登记资料要求中来。这说明农药企业在以后进行新农药登记时需要提供农药的代谢试验资料，而这将会为我们提供较大的市场，并带来较大的经济效益。 农药多残留检测方面，食品（农产品）中农药残留检测任务多由政府牵头出资建立的检测机构 承担 ，但由于体制或运行机制的问题，对市场上的常规监测以及突发事故的处理和反应能力十分有限。由于政府所属的检测实验室，在公信力以及责任感上与社会及公众的希望相距甚远，因此仅仅依靠现有的检测能力难以满足市场的需求，与国 12 外发达国家相比，我国在第三方检测实验室或社会 化检测实验室方面还 具有 广阔 的发展空间，因此企业化的检测实验室进入食品 （农产品）农药残留 检测领域 ， 是必然的发展趋势。沈阳化工研究院 有限公司安全评价中心 在农药及其它有机污染物残留检测方面具有较强的技术优势， 并有完善的 GLP 管理体系做保证， 政府相关主管单位的支持，因而 只要我们能够与时具进，不断提升自身的技术能力和管理水平，将会有很好的 发展前景， 同时 得到良好社会效益 与经济效益 。 十四、与国内外同类产品或技术的竞争力分析 国内具有农药代谢试验能力的单位还寥寥可数，尤其是农药在植物体内的代谢研究更少。农药残留检测方面， 目前国内 食品 （农产品）的农药残留检测 主要集中在农业部、卫生部及国家技术监督局的检测网络内， 但 就全国来看，我们现有 的 硬件条件、技术水平与位于前列的检测机构