电生功能水清洗对鲜切蔬菜农药残留去除的影响

1、PAGE 18 -电生功能水清洗对鲜切蔬菜农药残留去除的影响蔬菜富含水溶性维生素、矿物质和膳食纤维等微量营养素，是保障人体健康需求的重要来源1-2。鲜切蔬菜因其新鲜、方便、安全和100%可食用等特点，在发达国家，尤其是西欧、美国和日本，对增加蔬菜消费起着至关重要的作用3-5。相对而言，在欠发达国家和大多数发展中国家，鲜切蔬菜市场仍处于新兴阶段6。在我国，由于相关政策措施的实施，如各地蔬菜配送中心的建立等，鲜切蔬菜产业发展迅速，越来越受到消费者的青睐。据全国蔬菜产业发展规划(20222022年)要求，2022年我国采后蔬菜商品化处理率将提高到60%。我国农产品质量安全例行监测数据表明，导致我国蔬

2、菜不合格的主要原因为农药残留超标。据文献数据分析7，我国蔬菜农药残留超标率由2022年的6.70%下降到了2022年的2.31%，但限用农药仍有超标，超标种类多，地域分布广，且禁用高毒农药也有检出，其中超标频次前6位的分别为毒死蜱、氧化乐果、甲胺磷、克百威、甲拌磷和氯氰菊酯。因此，蔬菜鲜切加工中除机械损伤、生理性衰老、营养物质损失和微生物污染等可导致产品质量下降外，农药残留依然是影响其卫生安全的首要化学危害因子。目前，去除蔬菜中农药残留的方法主要有浸泡、去皮、漂烫、超声波等物理方法以及含氯清洗剂、臭氧等化学方法8-9，但由于效率、成本以及引入二次污染等问题，限制了其在蔬菜农药残留降解中的应用范

3、围。近年来，电生功能水(electrolyzedfunctionalwater，EFW)用于去除蔬菜中农药残留的相关研究报道逐年增多。EFW是电解质溶液经电场处理，使其pH、氧化还原电位(oxidation-reductionpotential，ORP)和有效氯含量(availablechlorinecontent，ACC)等发生改变而产生的具有特殊功能的酸性电生功能水(acidicelectrolyzedwater，AcEW)和碱性电生功能水(alkalineelectrolyzedwater，AlEW)的总称10-11。中外学者12-13已证实了EFW的毒理学安全性，而且日本和我国相继于2

4、022年和2022年将其引入到食品杀菌和消毒工艺中14-15。目前认为，AcEW的强酸性及高ORP和高ACC带来的强氧化性，及AlEW的表面活性作用是EFW起到降解农药残留作用的主要原因16。EFW与超声波和等离子体等清洗方法相比，生成装置成本低且操作简便；与去皮和烫漂等传统方法相比，降解农药残留效率高，且同时具有抑制酶促褐变和微生物生长等其他作用17-20。EFW作为新兴的农药残留降解技术，国内相关研究报道较少，且多只针对单一果蔬的有机磷农药降解研究，缺乏针对不同种类蔬菜及农药的系统、全面的农药去除效果研究，极大限制了其在蔬菜采后清洗工艺中的推广应用。本研究以冀西北坝上甘蓝、西兰花和彩椒为研

5、究对象，分别代表叶类、花类和果类蔬菜，探究EFW处理对上述3种鲜切蔬菜中有机磷(甲拌磷、毒死蜱)、拟除虫菊酯类(高效氯氟氰菊酯、氟氯氰菊酯)和杀菌剂(腐霉利、百菌清)三类农药的去除规律，以期为建立科学有效的针对各类鲜切蔬菜的EFW清洗加工工艺，提升鲜切蔬菜产品安全品质提供理论依据与技术支撑。1材料与方法1.1材料与试剂甲拌磷、毒死蜱、高效氯氟氰菊酯、氟氯氰菊酯、腐霉利、百菌清农药标准品(标准值100g/mL，扩展不确定度0.13g/mL，纯度95%)，农业部环境保护科研监测所；甲拌磷(3%颗粒剂)，安徽华微农化股份有限公司；毒死蜱(45%乳油)，济南绿霸农药有限公司；高效氯氟氰菊酯(2.5%微

6、乳剂)，青岛瀚生生物科技股份有限公司；氟氯氰菊酯(5.7%水乳剂)，江西巴菲特化工有限公司；腐霉利(43%悬浮剂)，中农立华(天津)农用化学品有限公司；百菌清(75%可湿性粉剂)，青岛奥迪斯生物科技有限公司；乙腈、乙酸乙酯(色谱纯)，美国Fisher公司；N-丙基乙二胺(primarysecondaryamine，PSA)，AgelaTechnologies公司；无水硫酸镁(分析纯)，天津百伦斯生物技术有限公司；次氯酸钠(分析纯)，天津市博华通化工产品销售中心；Liby立白新金桔洗洁精，天津立白日化有限公司；有机蔬菜甘蓝、西兰花、彩椒，超市；试验用水，如未特殊说明，均为超纯水。1.2仪器与设备

7、GCMS-TQ8050三重四极杆型气相色谱质谱联用仪，日本岛津公司；XYS-C-12电生功能灭菌水生成器，宝鸡新宇光机电有限责任公司；舜科2000潜水泵，广州世承五金机电有限公司；LE225D精密电子天平，德国Sartorius公司；SHH.W21.600智能恒温水箱，北京市长风仪器仪表公司；HeraeusMultifugeX1R高速冷冻离心机，美国ThermoFisherScientific公司；THZ-C-1全温振荡器，苏州市培英实验设备有限公司；KD200氮吹仪，杭州奥盛仪器有限公司；SK-1旋涡混合器，上海耀壮检测仪器设备有限公司；SX721pH/ORP计，上海三信仪表厂。1.3实验方

8、法1.3.1电生功能水及其他清洗液的制备调整电生功能灭菌水生成器电压为10.0V，控制电解时间为10min，电流变化范围为2.84.3A，电解5g/L的NaCl溶液，制得AcEWpH(2.900.1)，ORP(116010)mV，ACC(10010)mg/L和AlEWpH(11.400.1)，ORP(-89010)mV。低温避光保存，现制现用。用超纯水将NaClO溶液稀释1000倍，稀释后其ACC为(1005)mg/L。用超纯水将洗洁精稀释成为2g/L的溶液(稀释后pH为8.5，简称洗洁精溶液)。pH和ORP用pH/ORP计测定，ACC采用碘量法测定。1.3.2样品制备及模拟污染以新鲜有机蔬菜

9、甘蓝、西兰花和彩椒分别作为叶类、花类和果类的代表蔬菜进行试验(经检测不含甲拌磷、毒死蜱、高效氯氟氰菊酯、氟氯氰菊酯、腐霉利和百菌清，检测方法同1.3.4)。将3种蔬菜去掉非可食性部分，洗净，自然晾干，甘蓝取同层次或相邻层次完整叶片并切成6cm6cm的正方形，西兰花取完整且中等大小的花朵，彩椒去头去底并切成4cm4cm的小块，室温下在稀释后的甲拌磷、毒死蜱、高效氯氟氰菊酯、氟氯氰菊酯、腐霉利和百菌清6种农药混合液中浸泡20min，取出置于通风橱中避光自然风干待用。每种农药的浓度均根据其田间实际使用浓度确定，相关物理化学性质见表1。1.3.3不同清洗处理对蔬菜中农药残留去除规律研究1.3.3.1清

10、洗液对农药残留去除效果的影响取模拟污染处理的蔬菜样品各10g，室温下分别浸泡于400mL的AcEW、AlEW、自来水、洗洁精溶液和NaClO溶液中，20min后取出，避光条件下自然阴干，前处理后检测农药残留量。表1六种农药相关物理化学性质Table1Relatedphysicochemicalpropertiesofsixpesticides注：“*”表示20下该农药水溶性，未标识表示25下水溶性1.3.3.2样液比对农药残留去除效果的影响分别取模拟污染处理的蔬菜样品各10g，室温下浸泡于200、400、800、1600和3200mL筛选出的清洗液中，20min后取出避光条件下自然阴干，前处理

11、后检测农药残留量。1.3.3.3清洗温度对农药残留去除效果的影响分别取模拟污染处理的蔬菜样品各10g，在4、25和45下将甘蓝和西兰花分别浸泡于400mL和1600mL的AcEW中，同时将彩椒浸泡在800mL的AlEW中，20min后取出，避光条件下自然阴干，前处理后检测农药残留量。1.3.3.4清洗方式对农药残留去除效果的影响取模拟污染处理的蔬菜样品各10g，25下分别作浸泡(20min)、连续振荡(200r/min，20min)和间歇振荡(200r/min振荡30s，静置30s，循环20min)方式清洗，样品取出后避光条件下自然阴干，前处理后检测农药残留量。1.3.3.5清洗时间对农药残留

12、去除效果的影响取模拟污染处理的蔬菜样品各10g，采用筛选出的清洗条件，分别进行5、10、15、20和25min清洗处理，取出后避光条件下自然阴干，前处理后检测农药残留量。1.3.4农药残留检测1.3.4.1样品前处理取切碎均匀样品5g于15mL离心管中，加1gNaCl，7mL乙腈，涡旋混匀后振荡20min，加2gMgSO4，混匀后5000r/min离心5min，上清液取出于另一15mL离心管，再加1.5gMgSO4和0.5gPSA，混匀后5000r/min离心3min，取上清液室温下氮气吹干，然后加2mL乙酸乙酯，混匀后过0.22m有机滤膜，待GC-MS分析测定。1.3.4.2标准溶液配制准确

13、量取甲拌磷、毒死蜱、高效氯氟氰菊酯、氟氯氰菊酯、腐霉利和百菌清6种农药标准品各1mL，分别使用乙酸乙酯溶解，混匀并定容为100mL标准贮备液，质量浓度均为1g/mL，置于-20冰箱中保存待用。1.3.4.3仪器检测条件色谱条件：Rtx-5SilMS毛细色谱柱(30m0.25mm，0.25m)；柱温升温程序60，2min，以25/min上升至150，以2/min上升至260(15min)；进样口温度：250；柱箱温度：50；载气：高纯氦气；进样量：1L；流速：1mL/min；进样模式：不分流进样。质谱条件：离子源：EI源；扫描方式：多反应监测方式；离子源温度：220；传输线温度：250；相对调谐

14、电压：0.5；电子轰击能量：70eV。6种农药质谱分析参数见表2。表2农药的质谱分析参数Table2Massspectrometricparametersforpesticides1.3.4.4农药残留去除率的计算农药残留去除率的计算如公式(1)所示：农药残留去除率/%(1)1.4数据处理每个试验平行重复5次，去除偏差较大的数据后取用3次结果进行分析，结果均以平均值表示。采用岛津GCSolution软件采集GC-MS检测数据；SPSS22.0软件对数据进行方差分析(ANOVA)和邓肯(DunCan)多重比较；使用Origin9.0软件绘图。2结果与分析2.1GC-MS检测方法的建立2.1.1线

15、性范围、线性方程、相关系数、检出限和定量限将各农药标准物质储备液配制成1、2、10、50、100、200、500g/L系列的标准工作液，在1.3.4.3的仪器检测条件下进行测定，经选择离子定量扫描，以目标组分的峰面积(Y)为纵坐标、质量浓度(X)为横坐标绘制标准曲线。结果表明,6种农药质量浓度在一定范围内与响应值呈线性关系，相关系数(r)均大于0.998。以信噪比(S/N)为3确定检出限(limitsofdetection,LOD)，S/N为10确定定量限(limitsofquantitative,LOQ)，方法LOD和LOQ分别在13和310g/L。线性范围、线性方程、相关系数、检出限和定量

16、限见表3。表3六种农药的线性范围、线性方程、相关系数、检出限和定量限Table3Linearranges,linearequations,correlationcoefficients,detectionlimitsandquantitativelimitsof6pesticides2.1.2添加回收率与相对标准偏差结果在空白甘蓝、西兰花和彩椒样品中添加10、20、50g/kg这3个水平6种农药的混合标准溶液进行回收率试验。每个质量浓度重复测定3次，计算添加回收率及测定结果的相对标准偏差(relativestandarddeviation，RSD)，具体结果见表4。甘蓝、西兰花和彩椒样品中各农

17、药添加回收率为92.14%99.56%，3次测定结果的RSD为4.1%8.7%，方法的准确性和精密性均符合分析要求。表4六种农药的添加回收率和相对标准偏差(n=3)单位：%Table4RecoveriesandRSDsofsixpesticides(n=3)2.2清洗液对农药残留去除效果的影响由图1可知，不同清洗液对不同蔬菜中的不同农药的去除效果差异明显。AcEW处理对甘蓝中6种农药残留的去除率最高，其次为NaClO溶液和其他清洗液；与NaClO溶液和其他清洗液相比，AcEW对西兰花中的甲拌磷、毒死蜱、高效氯氟氰菊酯和氟氯氰菊酯的去除效果较优，而AlEW处理对腐霉利和百菌清的去除效果更好；Al

18、EW处理对彩椒中6种农药残留的去除效果明显优于洗洁精溶液和其他清洗液(P0.05)。因此，为保证较好的农药残留去除效果，在后续试验中选取AcEW处理甘蓝和西兰花，选取AlEW处理彩椒。图2分别比较了AcEW和AlEW处理对6种农药残留去除率的影响，综合分析其在3种鲜切蔬菜中的农药残留去除表现可知，AcEW对拟除虫菊酯和有机磷农药的去除效果优于杀菌剂，而AlEW的农药残留去除效果由高到低依次为杀菌剂、拟除虫菊酯和有机磷。a-甘蓝;b-西兰花；c-彩椒图1清洗液对甘蓝、西兰花和彩椒中农药残留去除率的影响Fig.1Effectsofwashingsolutionsonpesticideremoval

19、ratesincabbage,broccoliandcolorpepper注：不同字母表示显著差异(P0.05)(下同)a-甘蓝;b-西兰花；c-彩椒图2AcEW和AlEW对甘蓝、西兰花和彩椒中农药残留去除率的影响Fig.2EffectsofAcEWandAlEWonpesticideremovalratesincabbage,broccoliandcolorpepper蔬菜表面农药残留的去除受多种因素影响，主要归纳为以下3个方面：(1)农药的理化性质，如正辛醇/水分配系数(lgKow)、作用方式和水溶性等；(2)清洗液的理化性质，如pH、氧化性和极性等；(3)蔬菜的表面结构，如表面的光滑程度

20、和是否覆有蜡质层等。本研究揭示，蔬菜的表面结构以及蔬菜与农药分子的相互作用对农药的吸附与解离影响最为显著，这与ZHOU等21的观点一致。果类蔬菜彩椒表面覆盖着由脂类组成的蜡质层，本研究所用的6种高lgKow的疏水性农药易于渗透该蜡质层中，因此AcEW很难实现其对农药分子的强氧化作用。而6种农药在碱性介质中均不稳定，易被碱水解(表1)，因此AlEW处理对彩椒中6种农药残留的去除效果最佳，此外碱性的洗洁精溶液(pH8.5)农药残留去除率紧居其后也验证了这一推测。叶类蔬菜甘蓝的表面为多孔的细胞结构，最外层的植物细胞壁由富含羟基的纤维素和木质素构成，易与农药分子形成氢键21，因此农药残留从甘蓝表皮被洗

21、脱需要外力破坏氢键对其的束缚。有研究表明，AcEW在低pH(3.0)和高ORP(1000mV)的有效氯存在下具有强氧化作用22-23，高ACC和长时间的EFW处理具有较好的农药去除效果24。因此，AcEW的强氧化性应该为去除甘蓝中农药残留的决定性因素。西兰花表面凹凸不平，更为粗糙，AlEW的增溶作用和表面活性效应在此条件下更易显现，因此AlEW对三类农药残留的去除率较甘蓝均有明显增加，而AcEW对西兰花和甘蓝中6种农药的去除效果大致相同，且均优于对彩椒(图2)。至于AlEW对杀菌剂的去除效果优于AcEW，可能与该类农药的物理化学性质有关。首先，腐霉利和百菌清缺少氢键受体，且分子质量较低，导致与

22、蔬菜表面的黏附力较差，因此更容易被清洗去除。此外，与另外其他4种农药相比，它们具有较低的lgKow(3.1和2.94)，多位学者25-29已证明，随着lgKow的降低，农药的去除率也随之增加，本研究结果与该观点一致。2.3样液比对农药残留去除效果的影响由图3可知，甘蓝在AcEW中6种农药残留去除率随着样液比的增加，呈现先升高后降低再升高的趋势，当样液比为10400时，第1次达到峰值，此时甲拌磷、毒死蜱、高效氯氟氰菊酯、氟氯氰菊酯、腐霉利、百菌清农药去除率分别为72.28%、77.23%、75.25%、84.16%、67.33%、58.42%；样液比为103200时农药残留去除率比10400时有

23、所提高，但考虑节省成本，尽可能减少清洗液用量等因素，处理甘蓝的最佳样液比确定为10400。西兰花在AcEW中农药残留的去除率随样液比增大呈先升高后降低趋势，最大去除率出现在101600，去除率分别为70.30%、80.20%、68.32%、83.17%、67.33%、63.37%。彩椒在AlEW中农药残留的去除率与甘蓝变化趋势类似，处理彩椒的最佳样液比为10800，去除率分别为68.32%、65.35%、73.27%、73.28%、76.24%、81.19%。a-甘蓝;b-西兰花；c-彩椒图3样液比对甘蓝、西兰花和彩椒中农药残留去除率的影响Fig.3Effectsoftheratioofsam

24、pletowashingsolutiononpesticideremovalratesincabbagebroccoliandcolorpepper尽管目前已有研究农药降解率与农药初始附着量关系的文献30-31，但样液比对农药残留去除的影响还鲜有报道。本研究表明，随样液比的增加，3种鲜切蔬菜中6种农药残留的去除率在最大值和变化趋势上存在较大差异，但各类农药在每种蔬菜上的变化趋势基本是一致的，再次证明了蔬菜表面结构比农药和清洗液的理化性质对农药去除效果的影响更大。2.4清洗温度对农药残留去除效果的影响如图4-b和图4-c所示，对鲜切西兰花和彩椒而言，45与25相比对农药残留去除率的影响不显著(P

25、0.05)，但两者均显著高于4下多数农药残留的去除率(P0.05)。甲拌磷、毒死蜱和氟氯氰菊酯3种农药残留在鲜切甘蓝中的去除率随温度变化也呈现出类似的规律(图4-a)，而其他3种农药残留的去除率在45下显著高于25和4下的结果(P0.05)。由上述分析可知，25和45对EFW去除农药残留的影响普遍较小，而低温(4)可显著降低EFW对农药残留的去除作用。综合考虑清洗工艺的操作难度及可能对蔬菜品质造成的影响等因素，选取25为最佳处理温度，此时3种鲜切蔬菜的农药残留去除率分别为66.34%83.16%，61.39%84.16%和65.35%82.18%。a-甘蓝;b-西兰花；c-彩椒图4清洗温度对甘

26、蓝、西兰花和彩椒中农药去除率的影响Fig.4Effectsofwashingtemperatureonpesticideremovalratesincabbage,broccoliandcolorpepper有关清洗温度对蔬菜中农药残留去除效果影响的研究极少，其中多为煮沸工艺的相关报道32，其作用机理可能与高温加速了农药残留的分解及在水中的溶解有关。LIN等33证明了天然清洗剂的最佳清洗温度为室温(25)，而盐水和蒸馏水则需更高温度才能达到较好的清洗效果。胡朝晖等34研究了清洗温度对AcEW去除韭菜中乐果和毒死蜱2种有机磷农药的影响，认为2050对AcEW去除蔬菜中有机磷农药无显著影响，本研究

27、结果与其观点基本一致，并得出了清洗温度对不同种类蔬菜和农药残留去除率的影响规律。2.5清洗方式对农药残留去除效果的影响如图5所示，浸泡、连续振荡和间歇振荡3种清洗方式下农药残留去除效果差异显著(P0.05)。鲜切甘蓝的最佳清洗方式为AcEW间歇振荡，鲜切西兰花和彩椒的最佳清洗方式分别为AcEW连续振荡和AlEW连续振荡，此时3种鲜切蔬菜的农药残留去除率分别为73.27%90.09%、75.25%90.10%和74.26%88.12%，且3种鲜切蔬菜的质构特性未受到显著影响，营养成分损失较少。a-甘蓝;b-西兰花；c-彩椒图5清洗方式对甘蓝、西兰花和彩椒中农药去除率的影响Fig.5Effects

28、ofwashingmethodonpesticideremovalratesincabbage,broccoliandcolorpepper对3种鲜切蔬菜而言，连续振荡去除农药残留效果均优于浸泡处理，这说明EFW与振荡等物理处理相结合有助于提高农药残留去除效果，这与前人的研究结果一致。如LIN等22证明EFW振荡清洗对蔬菜中甲胺磷和乐果有显著的去除效果(P0.05)。SUNG等35研究发现AcEW浸泡10min后进行机械喷淋清洗可有效去除柑桔中的农药残留。连续振荡优于浸泡处理的农药残留去除效果可能是由于振荡强化了EFW对果蔬表面农药的冲刷作用，以及有利于化学反应的扩散，从而使EFW可充分与农药

29、分子接触并使其与蔬菜分离；而间歇振荡处理对3种蔬菜中农药残留的去除效果差异较大，这可能与蔬菜表面的光滑程度及微观结构有关，确切机理需进一步深入研究。2.6清洗时间对农药去除效果的影响由图6可知，随清洗时间的延长，鲜切甘蓝、西兰花和彩椒中6种农药残留的去除率呈现出一致的变化趋势，即初期(515min)呈几乎直线快速增长，随后(1520min)缓慢上升并趋于平缓(2025min)。由此可推断，AcEW和AlEW对农药残留的去除均为先急剧上升后逐渐平稳的变化过程。考虑到长时间清洗可能会引起蔬菜品质下降、营养物质流失及耗时耗能等因素，因此选取20min作为理想的清洗时间。在此条件下，鲜切甘蓝、西兰花和彩