食品中农药残留检测发展的新趋势

中国工程院院士 陈宗懋

（中国农业科学院茶叶研究所，杭州 310008）

随着科技的快速发展和人民生活水平的不断提高，世界各国对食品质量安全越来越重视。近年来我国因为农药残留造成的食品安全事件时有发生，农药残留已经成为制约我国食品质量提高，影响我国对外贸易的一个重要因素。在食品安全检测中，农药残留量已经成为重要的检测指标，农药残留检测技术和标准是保证食品安全的重要支撑。形势的快速发展强烈要求我国的农药残留检测技术及时更新，只有认清方向，把握机遇，积极采用先进的检测技术，才能真正确保人类食品的安全消费。

一、   时代对食品残留检测提出更高要求

随着科技的快速发展和人民生活水平的不断提高，世界各国对食品质量安全越来越重视。近年来我国因为农药残留造成的食品安全事件时有发生，农药残留已经成为制约我国食品质量提高，影响我国对外贸易的一个重要因素。在食品安全检测中，农药残留量已经成为重要的检测指标，农药残留检测技术和标准是保证食品安全的重要支撑。形势的快速发展强烈要求我国的农药残留检测技术及时更新，只有认清方向，把握机遇，积极采用先进的检测技术，才能真正确保人类食品的安全消费。

[H1] 时代的发展对食品残留检测的灵敏度要求越来越高，检测的范围也在扩大，不仅要求达到母体化合物的水平，还要达到异构体、对映体的水平。

(一)食品中的农药残留限量标准（MRL）日趋严格  20世纪50年代至今，全球对食品中的农药残留标准限量规定越来越严格，对检测灵敏度的要求也越来越高（见表1），这无疑对检测技术的要求也就越来越高。

表1  食品中农药残留标准限量（MRL）的变化

（二）对农药残留毒性有了更新的认识  20世纪60－70年代，人们通常认为农药残留不会引起急性毒性，只会引起慢性毒性，关心的是食品是否致癌，每天允许的摄入量（ADI）——长期摄入的慢性毒性是重要的评价标准。20世纪90年代中期以来，人们对农药残留毒性的认识有了很大的变化。在农药残留的风险评估上，越来越多的数据表明，农药残留不仅可能引起慢性毒性，同样也可引起急性中毒，特别是对儿童。1995年，有科学家提出了ARf D（急性参考剂量，Acute Reference Dose）——短期摄入的急性毒性这个新概念。到2001年，经过6年的时间，这个概念慢慢成熟，JMPR（FAO/WHO农药残留联席会议）建议世界卫生组织（WHO）成立一个工作组考虑制定一些农药的ARf D。ARf D是指在一个较短时间内，如一天或一餐，通过食品或饮用水而摄入的农药量（按体重计算）不致引起消费者任何健康损害的剂量。ARf D 值通常大于ADI值。如果ADI值大于 ARf D 值，则ADI值将重新制定。农药残留可能会超过ARf D值十到几十倍。CCPR（国际食品法典农药残留委员会）发现ARf D超标，对人的影响将远远超过ADI超标。因此，现在在评价一个农药时，要考虑ADI即农药的慢性毒性问题，也要从ARf  D考虑其急性毒性问题。很多农药的毒性由于人群、地区、膳食结构、食用方式不同是很不一样的。我们过去认为一些非常安全的、非常好的农药，现在通过国际组织和有关国家的评估认为，这些农药是不安全的，需要被慢慢淘汰。ARf D是JMPR在农药残留毒性问题上的一项创新，也增加了对农药残留的检测范围。

（三）对目标化合物的检测要求进一步提高  随着科学的发展发现，许多农药有代谢物，这些代谢物可能比他的母体化合物毒性更大。CCPR在制定目标农药的MRL时有一个“定义”，规定了目标化合物的检测范围。随着毒理学的发展，测定的范围除原来的母体化合物外，根据毒性大小又包括杂质及其代谢产物，有的甚至包括3～5个代谢产物。目前我国突出的农药中的杂质有三氯杀螨醇中的滴滴涕，2，4－滴和2，4，5－涕中的二噁英，有机磷中的氧化物，毒死蜱中的硫特普，还有代森类农药中的乙撑硫脲等。农药及其代谢物有乙酰甲胺磷与甲胺磷，马拉硫磷与马拉氧磷，涕灭威中的砜和亚砜代谢物，乐果与氧乐果，三唑酮中的羟基三唑酮等。Rode L 1969年就曾报道在美国加利弗尼亚州喷施对硫磷的柑橘园中出现工人中毒事件，发现是由于对硫磷在柑橘体内氧化为对氧磷引起的工人中毒。1976年WHO和美国援助巴基斯坦用马拉硫磷杀蚊治疟疾，由于马拉硫磷中的杂质马拉氧磷和异马拉硫磷比马拉硫磷毒性更高，使得数百人中毒，8人死亡。这些事件都推动了对农药杂质和代谢物毒性的研究。根据CCPR的标准，几种常见农药残留检测时需同时测定的代谢物见表2。由此可见，农药残留检测不仅要检测农药的目标物，还要对其毒性比较大的代谢物进行检测，这无疑对食品农药残留检测提出了更高的要求。

表2  农药残留检测时需同时测定的代谢物

（四）更加关注对农药手性问题的研究  1848年，Louis Pasteur 最早报道了酒石酸铵钠有两种不同的类型，就像一面镜子的两个镜像。1883年，Lord Kelvin将这种现象最早命名为手性（Chirality）。手性就是具有手征性，也就是指化合物本身与其镜像不能完全重合的一种特性。在农药中有手性特性的农药很多。1996年，全世界有25％的农药有手性中心，2006年达46％，我国有60％的农药具有手性。拟除虫菊酯类农药中有手性中心的农药有13个，有机磷农药中有手性中心的农药超过40个，三唑类农药中有9个。由于手性问题而引发的最大的事件是萨立多胺（Thalidomide）事件。Thalidomide是一种孕妇服用的减少怀孕反应的药。这种药具有R和S两种不同的对映体，R构型有强镇定作用，S构型则有很强的致畸作用。这种药在当时科学还不够发达的情况下推广后，导致诞生了1万多名没有手臂的海豹畸形儿。这就是没有考虑农药对映体的毒性问题得到的惨痛教训。既然农药有手性，那么它的残留就存在手性问题。菊酯类农药现在占世界农药市场30％，多含有1个或多个手性中心。目前研究比较多的农药联苯菊酯，其生物活性具有杀虫的毒性。它有两个对映体结构1S－cis－BF和1R－cis－BF。有资料表明，1R－cis－BF对靶标生物的活性效应明显大于1S－cis－BF。而比较联苯菊酯对映体内分泌毒性，1S－cis－BF的雌激素效应明显高于1R－cis－BF。所以，从效果来讲是R型比S型好，从毒性来讲是S型比R型大。而对联苯菊酯对映体的神经毒性和生殖毒性进行比较，S型的神经毒性和生殖毒性都明显大于R型。农药的不同对映体活性是不一样的，更重要的是它的毒性也不一样。

手性问题现已逐渐引起世界的广泛关注，许多国家已规定手性药物的登记，必须同时申报其所有对映体的生物活性和降解的资料。对手性农药的研究应有特别的要求，除了研究其不同异构体的活性、降解速度、毒性之外，还应研究其不同对映体的活性、降解速度和环境毒性。今后，植物和动物中农药残留的检测目标可能会由化合物水平扩大到异构体、对映体，因为不同的异构体和对映体可能具有差异明显的生物毒性和环境毒性。因此，手性问题对我们检测也提出了很高的要求。

二、食品农药残留检测技术的发展趋势

从农药残留检测技术来看，这几年有很大变化，主要表现在以下几个方面：检测范围由单个农药检测向多种农药检测发展，检测仪器从以GC检测为主转向以GC/MS特别是HPLC/MSn为主，检测方法特别是纯化方法有巨大变化，检测中试剂消耗上有明显减少。因此，在未来的食品农药残留检测中，我们应该更多关注以下两个方面。

（一）农药的多残留检测  从国际形势发展来看，多残留检测是一个趋势。多残留检测方法的特点是前处理简单、低成本、高灵敏度、高选择性、高效率、提供分子结构信息。目前世界各国的化学农药品种1 400多个，普遍使用的有100多种杀虫剂、50多种除草剂、50多种杀菌剂、20多种杀线虫剂和30多种其他化合物。从检测范围来看，目前有机磷农药还是占有很大的比例。叶类菜抽检中频率较高的有甲胺磷、敌敌畏、乐果、杀螟硫磷、甲基对硫磷和毒死蜱等，茶叶抽检中频率较高的有氰戊菊酯、联苯菊酯、吡虫磷、啶虫咪、甲氰菊酯、八氯二丙醚、三氯杀螨醇等，果品抽检中频率较高的有乐果、氧化乐果、三氯杀螨醇、杀螟硫磷、多菌灵、甲基托布净、克螨特等。

1.  多残留检测方法。1963年有了Mills法，到2003年有了QuEChERS法。这两个方法原理是一样的，但是后者简化了，在检测中的试剂消耗减少了，过去用大柱，现在用小柱，速度快了，溶剂量减少了。这是一个典型的方法转变的实例。

目前国际普遍采用的农残检测方法有美国检测方法和德国的DFG－S19方法。美国的方法是LUKE方法（经典方法）和CDFA方法（快速法）。CDFA农药残留检测方法是，样品经粉碎后用乙腈萃取，将脱水、过滤后的有机相取3份分别蒸干。第1份直接进样，经DB－1和DB－17气相色谱柱分离，由FPD（火焰光度检测器）检测；第2份经硅酸镁固相萃取洗脱收集和DB－1及DB－17分离，由ECD（电子俘获检测器）检测；第3份经氨基固相萃取洗脱收集，由C－18液相柱分离，荧光检测器检测。此法可对有机磷、有机氯和氨基甲酸酯类的农药残留进行一次性前处理分析，具有分析时间短、预处理较简单、灵敏度高等优点。目前很多国家都在采用。

德国的DFG－S19方法是，样品经粉碎后用乙酸乙酯/环乙烷萃取，将过滤、脱水后的有机相蒸发至1mL左右，经凝胶色谱柱（GPC）分离，接收馏分后，再蒸干用甲苯溶解，在硅胶柱中分级洗脱收集，将各馏分部分在两个GC系统中，使用两根柱分离，以及两个检测器检测；对出峰组分用GC－MS进一步定性测定。本法可对400种以上的农药和代谢产物的残留进行一次性前处理分析。

2.  多残留检测仪器。目前，质谱仪的发展非常快。质谱的类型有MS、MS/MS、MSn、TOF、Q－TOF、SECTOR、FT－ICR－MS等。离子化方式有EI、NCI、PCI、APCI、ESI、APPI（大气压光质解析电离源），可以与GC、LC等联接。用于农药多残留检测的主要有GC－MS、GC－MS/MS、GC－MSn、LC－MS/MS、GC（LC）－TOF。

3.  对多残留检测结果的要求。进入21世纪以来，欧盟制定了一系列的标准，2002年公布了关于分析方法和结果解释的欧盟指令（2002/1657/ EC），规定了对准确度怎样测定、对分析数据的变异系数、对质谱确证方法的要求（允许偏差等）。准确度是重复分析标准物质，测定的含量（经回收率校正后）平均值与真值的偏差。没有标准物质（CRM）时，准确度可以通过测定空白基质中加入已知量分析物的回收率获得。分析过程的质量控制精密度（变异系数）是指在重现性条件下，对参考标准或加标样重复分析的实验室间变异系数（CV），不得超出Horwitz方程CV = 2 × E（1－0.5logC）计算的水平。在重复性条件下，实验室内CV通常在上述数值的1／2～2／3之间。在实验室内重现性条件下进行的分析，其实验室内CV不应大于上述重现性CV。质量分数低于100μg/kg时，用Horwitz方程给出无法接受的高值。因此，浓度低于100 μg/kg的CV应尽可能低。分析过程的质量控制对质谱确证方法的要求包括3个方面，即对于每个诊断离子，信噪比＞3:1；测定至少一对离子丰度比；相对离子丰度最大容许偏差不能超过规定要求。

（二）农药残留检测前处理方法的改进  我国现在已经引进GC/MS、HPLC/MSn等先进检测设备，仪器设备水平和国外相比差异不大，差距是在样品的收集、提取、纯化等前处理上。所以，怎样在现有仪器水平的基础上提高前处理的水平是提高检测水平的关键。

固相萃取（Solid Phase Extraction，SPE）技术是近些年迅速发展起来的一种样品前处理技术，在我国也普遍应用。SPE在很大程度上取代了传统的液－液萃取法，具有节省溶剂、加快纯化速度的特点。近年来SPE技术发展很快，在以下几方面取得了新的进展。

1.  多相萃取技术（Mixed-Phase Extraction）。由于在农药残留分析的样品前处理中的基质和干扰化合物复杂，采用单一种类的SPE吸附剂有时难以有效去除，因此发展出了多相萃取技术。多相萃取是根据样品中目标组分的不同性质，采用两根或更多的柱串连，如用一根反相C18小柱和一根强阳离子交换柱串连，有机化合物留在第一根柱上，无机阳离子通过第一柱，但留在第二根柱上，从而使两类化合物获得了分离。分层吸附剂技术是比如上层填料为氨基吸附剂，下层是C18填料，该柱可以用来分离腐殖质中的农药。在分散性SPE材料的应用方面，比如氨基和PSA能去除脂肪酸，PSA比氨基具有广泛性。石墨碳黑（GCB）用来去除色素、类胡萝卜素、固醇和平面结构的基质干扰物，但去脂肪酸作用不大。GCB用量要适度，会吸附一些农残标样，特别是一些平面结构的农药，如六氯苯实验中发现六氯苯由于石墨碳黑的吸附，回收率会降30％以上。C18对除去干扰基质的能力要差于氨基或PSA，所以不同的柱子有不同的特性，如果组合得好可以解决很多问题。由于农药品种众多，性质差异较大，残留分析中SPE吸附剂种类也较多。几种常用的SPE吸附剂见表3。

2.  限制通行基质（RAM）。RAM用于分析药物和农药中的杂质和代谢物，最大的优点是可以直接进样。现在用得最普遍的是Dual-mode packings吸附剂。这个吸附剂外层是亲水的吸附剂层，内层是疏水的吸附层，有机化合物留在内层。RAM-SPE用于分析人血或其他蛋白质含量高的样品。RAM的吸附剂包括一个外层的diol层和一个C4疏水性内层。先在RAM 柱上去除蛋白质和亲水性化合物，再通过一个转换装置通过一个C18柱来分离代谢物。

3.  分子印迹聚合物（Molecular imprinted polymers，MIP）。MIP是2001 年以后发展起来的一项新技术。这是一种高稳定性的具有识别功能的聚合物。其原理是一个“锁和钥匙”的概念，也就是一个聚合物表面上的选择性受体或一个空位和用以制备MIP的模板分析物相匹配。从MIP 上去除模板非常重要。最好的方法是选择的模板和要分析的目标物相似。目前生产MIP的公司主要有英国Affinity Chromatography Ltd、美国Aspira Biosystems Inc、德国Ellipsa AG和Instruction AG、瑞典MIP Technologies公司。MIP应用范围包括生物样品中的药物分析、环境中农药分析、食品中的农药分析以及利用手性MIP的合成来分离手性化合物的对映体。

4.  免疫亲和SPE（IAE-SPE）。IAE－SPE的选择性更强，主要是根据生物学抗体－抗原反应的原理。IAE-SPE 柱2006年已在美国生产，用于分析食品中的黄曲霉素、维生素B12。此外，专用于测定各种雌激素和环境中的有机磷农药、有机氯农药的IAE-SPE产品也已有生产。

5.  基质固相分散提取技术（Matrix Solid-Phase Dispersion，MSPD）。MSPD现在用的比较多的是把固相样品如蔬菜磨成粉，和SPE填料一起磨，装柱后用溶剂淋洗下来。1989年最先由Barker SA 发展，用于固相、半固相、液相动物、植物样品的提取和纯化。优点是提取时间短，吸附剂、溶剂用量少，成本低，提取、纯化同时完成。因为把固体样品和SPE填料一起研磨，一起淋洗，这样一方面是转化的过程，一方面是提取的过程。MSPD本世纪以来用的很多。常用的吸附剂很多，C8、C18、GCB（石墨碳）、硅胶+硫酸、中性氧化铝、酸性氧化铝、Florisil、惰性的海沙都适用于MSPD。

来源：《农产品质量与安全》2010年第一期p.9-12