H2O2清洗对蔬菜中农药去除效果及机制的研究

摘要：为了提高蔬菜在清洗过程中的农药去除率，利用低浓度的H2O2清洗不同类型的蔬菜。结果表明，在酸性（pH=4.0）条件下，含铁量较高的蔬菜能较明显提高H2O2氧化去除敌敌畏的效率。通过叔丁醇试验发现，敌敌畏去除率的提高主要原因可能是由于蔬菜基质自身的Fe2+或Fe3+催化H2O2有效地产生了高活性的羟基自由基。试验进一步探讨了H2O2清洗几种典型的有机磷、有机氯和氨基甲酸酯类农药的降解，结果表明该体系针对不同类型的农药都具有降解效率。

关键词：清洗；敌敌畏；农药去除率；降解

中图分类号：TS201.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）20-3925-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.20.032

Abstract： In order to promote the removal rate of pesticides on vegetables in the cleaning process， the degradation of pesticide by hydrogen peroxide（H2O2） for different vegetables were studied. The results showed that vegetables which contained larger amount of iron could obviously improve the oxidation efficiency of the catalytic H2O2 process for dichlorvos degradation under pH 4.0. The tert-butyl alcohol addition tests indicated that the improvement of dichlorvos degradation was owing to generation of highly active hydroxyl radicals in the iron ion（in vegetables） catalytic H2O2 process. Further study about the degradation of several typical pesticidessuch asorganophosphorus，organochlorine and carbamaterevealed that the proposed processhad highly activity in degrading different kind of pesticides.

Key words： rinse； dichlorvos； removal ratio of pesticide； degradation

杀虫剂在蔬菜种植过程中普遍运用，但蔬菜杀虫剂残留污染会严重危害人们的身體健康甚至威胁生命[1-4]，中毒事件时有发生。究其原因主要是农药超剂量不按间隔期使用，加之蔬菜监测体系还不够完善，导致部分农药超标蔬菜流入市场。因此，蔬菜食用前的农药残留清洗技术成为防范有毒有害蔬菜流入餐桌前的一道屏障。

蔬菜的清洗方式一般为清水清洗、超声清洗、臭氧清洗等[5-7]。H2O2作为一种清洁的氧化剂，具有不产生二次污染等优点，GB 2760-2014[8]已允许其在食品领域中使用。它在氧化降解有机物过程中主要有两种方式，一是将H2O2与Fe3+或Fe2+组成Fenton试剂，通过氧化还原反应降解有机物；二是结合臭氧或紫外光形成高级氧化反应，促进羟基自由基的产生，从而达到去除有机物的目的[9-11]。这方面的技术在给排水与废水处理等领域得到较多的应用，但在蔬菜清洁方面应用较少[12，13]。方剑锋等[14]发现H2O2对有机磷具有氧化降解效能，但需要较长的时间。因此，通过催化H2O2提高氧化效率且不会产生二次污染成为关键。本研究利用蔬菜基质自身的高含铁量与H2O2形成Fenton试剂，产生高活性的物种氧化降解几种典型有机磷、有机氯及氨基甲酸酯类农药，现将结果报告如下。

1 材料与方法

1.1 材料

乙腈（色谱纯）、丙酮（色谱纯）、叔丁醇（色谱纯），天津市科密欧化学试剂有限公司；氯化钠（AR），上海瑞泉化工科技有限公司；95%氯菊酯，乳剂，广东翁江化工试剂有限公司；90%灭多威，粉剂，山东华阳农药化工集团；95%甲基毒死蜱，乳剂，湖北盛天恒创生物科技有限公司；77.5%敌敌畏、35%水胺硫磷，乳剂，湖北沙隆达股份有限公司；菠菜、白菜、番茄、萝卜、苋菜与金针菜均从农贸市场购买。实验室所用溶液均用去离子水配制，其他试剂均为分析纯。

1.2 方法

1.2.1 样品处理方法 农药稀释液配制：分别取77.5%敌敌畏、95%甲基毒死蜱、95%氯菊酯、90%灭多威和35%水胺硫磷用水稀释1 000倍。

模拟农药污染蔬菜的方法，将从市场上购买的新鲜蔬菜分别洗净，用吸水纸吸干表面水。将清洗过的蔬菜分别用敌敌畏或混合农药稀释液浸泡5 h，取出自然晾干，于室温放置12 h，待用。

1.2.2 样品前处理方法 采用 NY/T 761-2008的标准处理方法[15]。元素铁测定样品前采用GB/T 5009.90-2003[16]的标准处理方法。元素铜测定样品前采用GB/T 5009.90-2003[17]的标准处理方法。

1.2.3 样品清洗方法 ①将污染的蔬菜在清水中分别浸泡 5、10、15、30 min，用流水冲洗1 min。将冲洗后的蔬菜用吸水纸吸干表面水，待提取、检测。空白为不经过清水浸泡的样品中所含有的农药残留量，经检测所购蔬菜本底均未检出农药残留。②将污染的蔬菜在过氧化氢水溶液中分别浸泡5、10、15、30 min后用流水冲洗1 min。再用吸水纸吸干蔬菜表面水，待提取、检测。空白为不经过过氧化氢水溶液浸泡的样品中所含有的农药残留量。

若无特殊说明，所有试验均在室温下进行，在有关溶液pH的调整中，所用试剂为0.1 mol/L H2SO4和0.1 mol/L NaOH溶液。

1.2.4 检测方法 ①有机磷测定。安捷伦6890N，色谱柱为DB-17（30 m×0.53 mm×1.0 um），检测器FPD，进样口温度220 ℃。程序升温，初始温度150 ℃，保持2 min，以8 ℃/min升至250 ℃，保持12 min。氮气10 mL/min，氢气75 mL/min，空气100 mL/min。检测器温度250 ℃，不分流进样。②有机氯测定。安捷伦6890N，色谱柱为DB-1（30 m×0.25 mm×0.25 μm），检测器ECD，进样口温度200 ℃。程序升温，初始温度150 ℃，保持2 min，以6 ℃/min升至270 ℃，保持8 min。氮气1 mL/min，尾吹60 mL/min。检测器温度300 ℃，分流进样（分流比10∶1）。③氨基甲酸酯测定。岛津LC20AD，色谱柱为C18（4.6 mm×25 cm，5 μm），柱温42 ℃，荧光检测器λcx 330 nm，λc m465 nm。流动相水-乙醇梯度洗涤。采用柱后衍生温度为室温。④微量元素铁采用原子吸收分光光度法测定。安捷伦200 seriesAA，吸收波长为248.3 nm，狭缝宽度0.5 nm，灯电流5 mA，保护气体流量1.5 L/min，干燥90 ℃，20 s；灰化20 s；升到800 ℃，20 s；原子化温度2 300 ℃。⑤微量元素铜采用原子吸收分光光度法测定。安捷伦200 seriesAA，吸收波长为324.8 nm，狭缝宽度0.5 nm，灯电流5 mA，保护气体流量1.5 L/min，干燥90 ℃，20 s；灰化20 s；升到800 ℃，20 s；原子化温度2 300 ℃。

1.3 农药去除率和残留率的计算

农药去除率和残留率的计算公式如下。农药去除率=[1-（经过清洗处理的蔬菜样品中农药含量/未经过清洗处理的蔬菜样品中农藥含量）]×100%。农药残留率=1-农药去除率。

2 结果与分析

2.1 H2O2水溶液清洗不同类型蔬菜去除敌敌畏的效果

普通家庭最常用的蔬菜清洗方法为清水浸泡，但清水浸泡去除农药的效果并不理想[18，19]。H2O2作为一种清洁的强氧化剂对农药具有一定的氧化降解效能[14]，本试验选择在pH为4.0条件下，利用H2O2水溶液（初始H2O2的浓度为100 μg/mL）浸泡6种不同类型蔬菜去除农药，结果见图1。由图1可知，菠菜在去离子水浸泡过程中随着浸泡时间增加，敌敌畏去除率呈现先增加后降低的趋势，而利用H2O2水溶液浸泡敌敌畏的去除率明显提高，且呈持续增加的趋势。去离子水浸泡去除率先升后降主要是由于敌敌畏在水中的溶解性差且是悬浮的乳剂，而蔬菜表面具有蜡质层，长时间浸泡，敌敌畏在蔬菜表面更易吸附和富集[19]，因而浸泡时间越长敌敌畏的去除率反而更差。苋菜、金针菇经H2O2水溶液浸泡后敌敌畏的去除率也较高，分别为66.5%和74.5%，但H2O2水溶液浸泡白菜、番茄、白萝卜后对敌敌畏的去除效果却较低，分别为31.9%、34.6%和36.6%。以上结果表明，H2O2水溶液能有效去除蔬菜上的敌敌畏农药，但并不是对所有的蔬菜具有去除效果，只对某些类型的蔬菜具有较强去除能力。

2.2 初始H2O2浓度对敌敌畏去除率的影响

在H2O2氧化降解农药过程中，初始H2O2浓度对氧化效果有重要的影响。当pH=4.0时，初始H2O2浓度对菠菜中敌敌畏去除的效果见图2。由图2可知，随着初始H2O2的浓度从10 μg/mL增加至50 μg/mL，敌敌畏的去除率逐步增加，从60.2%增加至77.4%。当H2O2浓度增加至100 μg/mL时，敌敌畏的去除率（72.2%）反而下降。这说明水溶液中H2O2浓度过高会猝灭H2O2分解产生的高活性自由基，从而抑制了敌敌畏的分解，因而初始H2O2浓度为50 μg/mL较合适。

2.3 初始pH对敌敌畏去除率的影响

在氧化体系中，溶液pH是一个很重要的工艺因素，其一方面可以影响农药的分解率，另一方面也可影响水中H2O2的分解速率。反应液初始pH对50 μg/mL H2O2氧化降解菠菜中敌敌畏的影响见图3。由图3可知，反应液碱性和酸性条件下，敌敌畏去除率分别为55.6%和77.4%，较中性去除率（26.5%）高，表明强酸或强碱性条件下有利于H2O2降解敌敌畏，且酸性条件比强酸性条件更有利于农药的降解。同时随着碱性增强H2O2的自身分解速率很高且无效分解增加，弱化了氧化效能。

2.4 催化氧化反应机制

Fenton[20]、Ensing等[21]发现Fe2+或Fe3+在酸性条件能极大地促进H2O2氧化分解产生羟基自由基，Fe2+或Fe3+是促进H2O2能否氧化分解的关键。基于图1的试验结果，H2O2浸泡不同类型的蔬菜，在30 min后具有截然不同的氧化效能，本试验测定了蔬菜中几种金属的含量见表1。由表1可知，菠菜含铁含量最高，苋菜、金针菇次之，白萝卜、白菜、番茄含铁量最低，6种蔬菜中锰、铜含量基本处于同一水平。结合图1可知，H2O2在浸泡蔬菜过程中敌敌畏的去除率大小与含铁量高低呈正相关。因此推测蔬菜中铁含量多少对H2O2氧化去除敌敌畏有重要的影响。

试验探讨了典型羟基自由基猝灭剂叔丁醇（TBA）对体系氧化效能的影响，结果见图4。由图4可知，酸性（pH=4.0）条件下，菠菜在H2O2溶液（50 μg/mL）中加入叔丁醇（100 μg/mL）后，随着浸泡时间的延长，敌敌畏去除率先增加后降低，在15 min时达到最大值，与去离子水浸泡菠菜敌敌畏的去除效果表现一致，即由于自由基猝灭剂叔丁醇的加入，H2O2氧化降解敌敌畏的去除率明显降低，这说明羟基自由基是菠菜在H2O2浸泡过程中氧化降解敌敌畏的主要活性物。以上结果表明敌敌畏降解可能是由于蔬菜自身的Fe2+或Fe3+和H2O2在酸性条件中形成芬顿体系从而产生大量羟基自由基，从而极大提升了敌敌畏的去除效率。

2.5 体系的无选择性

基于羟基自由基机理的高氧化性和无选择性，试验考察了该体系对典型有机磷、有机氯和氨基甲酸酯类农药的氧化降解能力，结果见图5。由图5可知，酸性（pH=4.0）条件下菠菜在H2O2溶液（50 μg/mL）中浸泡30 min后有机氯类农药氯菊酯的去除率达64.6%，对氨基甲酸酯类的灭多威去除率为68.5%，对有机磷类的甲基毒死蜱、敌敌畏和水胺硫磷氧化降解去除率分别达66.4%、77.4%和73.6%。以上结果表明该体系对有机磷、有机氯及氨基甲酸酯类农药都具有氧化降解效能。

3 小结

1）酸性（pH=4.0）条件下，利用适宜浓度的H2O2浸泡蔬菜30 min后，含铁量高的蔬菜能促进H2O2分解，提高敌敌畏的去除率，而含铁量低的蔬菜对敌敌畏的去除率较弱。

2）敌敌畏去除率的提高主要原因可能是由于蔬菜基质自身的Fe2+或Fe3+和H2O2形成Fenton试剂从而有效地产生了高活性的羟基自由基。基于羟基自由基的强氧化性和无选择性，该体系也能对有机磷和有机氯、氨基甲酸酯类等其他农药具有相同的氧化降解能力，这对于蔬菜农药残留绿色清洁技术具有重大意义。

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