中藥是指在中醫理論指導下,用以防病、治病的天然藥物及其簡單的加工品。近年來,中藥因其成分天然、療效確切、毒副作用小、調理養生等優點受到了國內和國際市場的青睞,使我國中藥產業迅速發展,中藥材出口量日益增加。據世界衛生組織(WHO)統計,世界上80%的人口依賴中醫藥進行健康護理。另外,中醫藥在疫情防控方面同樣也做出了重大貢獻,2019年,新型冠狀病毒肺炎暴發,并迅速蔓延至全球范圍,疫情初期在沒有疫苗和特效藥的情況下,多種中成藥和方劑被國家列入各類診治計劃,有效的阻斷了疫情的發展,提高了治愈率。然而,隨著中藥需求的增加,中藥的安全性和質量問題越來越受到人們的關注。為了滿足日益增長的市場需要和提高中藥材的產量,種植戶在中藥材生產過程中經常盲目濫用農藥。然而,過量使用農藥會帶來嚴重的農藥殘留問題,造成中藥材污染,這嚴重影響了中藥產業的健康發展。
我國是中藥材生產大國,然而我國中藥產品的總出口額卻僅占世界藥品銷售量的1%左右,其中一個重要的原因就是農藥殘留問題。目前,在中藥材中殘留的農藥主要有有機磷類、有機氯類、擬除蟲菊酯類,氨基甲酸酯類等。噴灑農藥后,大約80%會進入環境中,進而在水、土壤等環境介質中傳播,并隨著食物鏈的傳遞在生物體內累積,從而使整個生態系統的結構和功能遭到破壞,另外,大多數農藥還具有難降解,毒性高,易蓄積,易污染等特點。因此,為保證中藥材用藥的安全性,必須加強對農藥殘留量檢測的力度,提出合適的分析方法來監測和量化中藥材中的農藥,并且制定合理的脫除技術,提高中藥材在實際應用過程中的安全性。本文綜述了近年來中藥材中常見的農藥殘留的特點、危害及其檢測方法和脫除技術,并對其檢測和脫除技術的發展進行展望,這在保證中藥材質量安全、促進中藥產業國際化發展方面有著重要的意義。
1 中藥材中常見的農藥殘留種類
中藥材中的農藥殘留主要有3個方面的來源：中藥材生產過程中施用農藥防治病蟲害；中藥材貯藏過程中使用藥物防治病蟲害；環境農藥污染造成中藥材農藥殘留。其中在中藥材生產過程中使用農藥是導致中藥材中農藥殘留的主要原因。中藥材中常見的農藥殘留有有機磷類、有機氯類、擬除菊蟲酯類、氨基甲酸酯類等,其中有機磷農藥使用量占全部農藥用量的60%～70%。
1.1 有機氯類農藥
有機氯類農藥(OCPs)是1類高效、廣譜性的殺蟲劑,曾是使用量最大、歷史最長的1類農藥,常見的主要有六氯環己烷(BHC)、雙對氯苯基三氯乙烷(DDT)、五氯硝基苯(PCNB),六氯苯、氯丹和硫丹等。有機氯農藥在二十世紀六七十年代曾被廣泛使用,但由于其具有類雌激素和 ″三致″(致癌、致畸、致誘變)作用,并且容易通過植物吸收和食物鏈傳遞到人體中并大量堆積于肝、腎、脾等組織中,可致急性或慢性中毒,對人體健康造成嚴重的危害。我國已于1983年停止了該類藥劑的生產,并于1984年全面停止使用。但因理其化性質穩定,易殘留、不易分解、半衰期長,能長期在水域、土壤和生物體內貯存,再加上植物對其的富集作用,該類農藥仍可在各類環境土壤中檢出,且時常出現高殘留點位。在芍藥、延胡索、西洋參、人參、金銀花、當歸、三七等中藥材中經常檢出這類農藥殘留。
1.2 有機磷類農藥
有機磷農藥(OPPs)屬于廣譜性殺蟲劑,具有易分解,殘留少的特點,是我國使用范圍最廣、用量最大的一類農藥。目前已生產了20多個品種的有機磷農藥推廣應用,包括敵敵畏、甲拌磷、樂果和氧樂果等。在這些品種中,大多數具有高毒或中等毒性,少數為低毒。根據有機磷化合物作用機制,它們極易通過皮膚、肺和胃腸道吸收,進而結合乙酰膽堿酯酶(AChE),使其是去活性,導致乙酰膽堿(Ach)在神經元突觸和神經肌接頭處過量蓄積,引起神經功能紊亂。有機磷化合物抑制膽堿酯酶的速度,與其化學結構中的X基團有一定關系,該基團越容易離去則抑制作用越強。磷酸酯類如對氧磷、敵敵畏等,在體內能直接抑制膽堿酯酶；而硫代磷酸酯類如對硫磷、樂果等,必須在體內經過活化作用后才能抑制膽堿酯酶,故其對膽堿酯酶的抑制作用較慢,持續時間相對較長。有機磷農藥大部分是通過人工噴灑的方式進入中藥材,因此花類、葉類和全草類的中藥材更易檢測出該類農藥。有機磷類農藥超標較為嚴重的藥材主要是三七、莪術、太子參、人參、黃連、菊花、白芷等,其中超標量最大的農藥是甲胺磷。
1.3 擬除蟲菊酯類農藥
擬除蟲菊酯類農藥是一類結構或生物活性類似天然除蟲菊酯的仿生性藥物,屬高效殺蟲劑,具有殺蟲廣譜、殘留低、較易降解、低毒農藥、性質穩定、不易光解、安全系數高、使用濃度低、觸殺作用強、藥效快、殘效期長、對環境友好、安全性系數高等優點,曾被稱為殺蟲劑研發的新突破。常見的擬除蟲菊酯類農藥有氯氰菊酯、氰戊菊酯、甲氰菊酯和氯氟氰菊酯等。擬除菊蟲酯類農藥已成為有機氯類農藥的替代品并廣泛應用于中藥材的生產、運輸和貯存等過程。其可通過消化系統、呼吸系統或皮膚吸收等途徑進入人體,干擾神經傳導過程,具有神經毒性并且屬于擬雌性激素物質,易導致生物體內分泌紊亂而具有生殖內分泌毒性。目前,在中藥材中這類農藥超標較為嚴重的是菊花、金銀花、枸杞等。
1.4 氨基甲酸酯類農藥
氨基甲酸酯類農藥是人類針對有機氯和有機磷農藥的缺點而開發出的一種新型廣譜殺蟲、殺螨、除草劑,具有選擇性強、高效、廣譜、對人畜低毒、易分解和殘毒少的特點,在農業、林業和牧業等方面得到了廣泛的應用。氨基甲酸酯類農藥已有1000多種,其使用量已超過有機磷農藥,銷售額僅次于擬除蟲菊酯類農藥位居第二。其中,速滅威、西維因、涕滅威、克百威、葉蟬散和抗蚜威等使用量較大。
1.5 其他
除了上述幾種農藥外,還有其他類農藥也常用于中藥材的害蟲防治,如煙堿類,有機氮類農藥。新煙堿類殺蟲劑是人工合成煙堿的衍生物,對害蟲具有較強的殺滅作用。通過影響昆蟲中樞神經系統的突觸,阻止神經細胞間的傳遞而起效。有機氮農藥是一類新的化學農藥,此類農藥具有對害蟲毒力的選擇性強、殺蟲效果好,對人、畜毒性低,無積累中毒,殘留毒性低等優點,是當前較為理想的一類有機農藥。
2 中藥材農藥殘留檢測研究進展
目前農藥殘留檢測方法種類繁多,常規方法包括薄層色譜、氣相色譜、液相色譜、核磁共振波譜、色質聯用等。這些方法具有應用范圍廣、準確性高、檢測限低、靈敏度高等優點,但同時也具有一定的局限性,如儀器昂貴、耗時長、操作復雜、定性能力差。另外,快速檢測法則包括酶抑制法、免疫分析法、光化學法等,具有高效、快速、儀器成本低等優點,但同時檢測精度低,抗干擾能力差。
2.1 常規方法
2.1.1 氣相色譜(GC)
氣相色譜是中藥材中農藥殘留檢測的主要方法之一,可用于如有機氯、有機磷、擬除蟲菊酯等相對分子質量較小、易氣化、熱穩定的農藥殘留分析,氣相色譜法具有高選擇性、高分離效能、高靈敏度、快速等優點,目前用于農藥殘留檢測的檢測器主要有電子捕獲檢測器(ECD)、微池電子捕獲檢測器( u-ECD)、火焰光度檢測器( FPD)、脈沖火焰光度檢測器( P-FPD)、氮磷檢測器(NPD)等。王元鴻等采用高分離效能的毛細管氣相色譜檢測了六氯環己烷(六六六)、滴滴涕(雙對氯苯基三氯乙烷)、六氯苯、五氯硝基苯、環氧七氯等有機氯農藥殘留量,結果表明樣品中和對照品中待測組分的保留時間保持一致,各組分檢測峰的分離效果令人滿意。
2.1.2 高效液相色譜(HPLC)
高效液相色譜在農藥殘留分析的應用越來越廣泛,適合于分離檢測極性強、相對分子質量大及離子型農藥,也可用于不易氣化或受熱易分解的農藥的檢測�，F常用于氨基甲酸酯類化合物分析測定。近年來,隨著新型高效固定相、高壓泵和高靈敏度的檢測器的出現,大大提高了檢測效率、靈敏度、速度和操作自動化程度。目前用于農藥殘留檢測最多是紫外吸收檢測器(UV)、兩極管陣列檢測器(DAD)和熒光檢測器(FLD)。與氣相色譜相比較,高效液相色譜的靈敏度較氣相色譜法低,且有流動相溶劑消耗量大、色譜柱難制備、檢測器種類少、價格昂貴等特點。譚君等建立了人參中3種有機磷農藥殘留檢測的HPLC方法,并對4種不同品種的人參進行檢測,殘留濃度較低,范圍為0.137～1.178mg.kg-1。
2.1.3 超臨界流體色譜
超臨界流體色譜具有液相色譜、氣相色譜沒有的特點,可應用于分析高沸點、不揮發的物質,比液相色譜法的柱效高、分離效果好,具有提取時間短,有機溶劑容量少,提取條件可控等優點。
2.1.4 氣相或液相與質譜聯用
相或液相與質譜聯用技術既具備了色譜的高分離效能優點,而且具備了質譜準確鑒定化合物結構的特點,可同時達到定性、定量的檢測目的,特別適合于農藥代謝物、降解物的檢測和多殘留檢測等,不過此法需要貴重儀器且操作繁雜困難,不適合于經常性的檢測。一般可用來做最后的確認工作。
2.1.5 液相色譜與質譜聯用
液相色譜與質譜聯用技術主要用于分析熱穩定性差,分子量大的物質,在農殘檢測中具有結果準確、高靈敏度、選擇性好、可同時進行定性定量分析等特點。吳永江等人使用高效液相色譜-質譜聯用技術檢測了鐵皮石斛、西洋參等中藥材的農藥殘留量,其結果準確、方法靈敏,能滿足鐵皮石斛、西洋參中農殘檢測的要求。
2.1.6 薄層色譜(TLC)
薄層色譜在農藥殘留量測定技術中是1種重要的檢測方法,其無需特殊設備,簡便易行,可同時分析多個樣品,多用于復雜混合體系的分離與篩選。吳桂江等對市售鮮桔皮中藥材氯氰菊酯殘留量進行薄層實驗,均說明農藥殘留量不同程度的存在于鮮桔及各種中藥材的花、莖、葉、果、根中,近期與遠期效果均對人體健康不利。
2.1.7 毛細管電泳(CE)
該方法是利用毛細管及高電壓(15~30kW)分離各種農藥殘留物,非常適合于一些難于用傳統色譜法分離的離子化樣品的分離和分析,具有分離效率高,樣品需要量少,對樣品的預處理要求簡單應用范圍廣等優點,毛細管電泳法比HPLC有高10~1000倍的分析能力,而且所需藥緩沖液不危害環境,在短時間內(30min)就可以完成定性及定量分析。但由于毛細管的內徑通常只有100μｍ左右,采用光譜檢測方法時檢測光程較短,使得毛細管電泳的檢測靈敏度不如常規的分析方法,在實際應用中受到限制,后來各種分離模式相繼建立高性能的儀器不斷涌現,對于無電荷的分子,開發了膠束電動色譜法(MECC),拓寬了CE的應用范圍。闕未旺采用膠束毛細管電泳法測定有機磷農藥,分離檢測效果良好。
2.2 快速檢測法
2.2.1 酶抑制法
酶抑制法是研究最成熟、應用最廣泛的快速農殘檢測技術,主要根據有機磷和氨基甲酸酯類農藥對乙酰膽堿酶的特異性抑制反應。酶抑制率法由于具有快速、靈敏、操作簡便、成本低廉等特點,被列為國家推薦標準方法(GB-T5009.199-2003),已成為有機磷和氨基甲酸酯類農藥殘留進行現場快速定性初篩檢測的主流技術之一,得到了越來越廣泛的應用。
2.2.2 免疫分析法
免疫學檢測方法是根據免疫學理論設計的一系列測定抗原、抗體、免疫細胞及其分泌的細胞因子的實驗方法。此法具有操作簡單、反應靈敏的特點,且發展較快,在農藥殘留檢測、藥物殘留檢測等方面發揮著重要作用,最為常用的是酶聯免疫法(ELISA),主要有放射免疫分析和酶免疫分析, 基于抗原和抗體的特異性識別和結合反應,對于小分子量農藥需要制備人工抗原,才能進行免疫分析。殷玉應用菊酯類農藥廣譜性單克隆抗體,同時檢測枸杞中所有具有間苯氧基苯甲酸結構的擬除蟲菊酯類農藥,奠定了ELISA快速檢測此類農藥殘留的基礎。
2.2.3 化學法-速測靈法
化學速測法主要根據氧化還原反應,水解產物與檢測液作用變色,用于有機磷農藥的快速檢測,但是靈敏度低,使用局限性,且易受還原性物質干擾。
3 中藥材農藥殘留脫除技術
為了控制中藥材中的農藥殘留量,保障用藥安全,可采用一定技術對中藥材中的農藥殘留進行脫除。目前應用較多的有水洗法、炮制法、氧化和水解法、光化學法、超臨界流體萃取法。而中藥材農殘分析的前處理過程是進行農殘分析檢測的重要環節,一般包括提取和凈化過程。傳統的提取方法有浸漬法、索氏提取法、勻漿搗碎法超聲提取法、振蕩法、微波輔助提取法和消解法等。常見的凈化法有液液分配法、吸附色譜法、固相萃取法、凝膠滲透色譜法、磺化法、凝結劑沉淀法、薄層色譜法、冷凍法、氫氧化鉀凈化法等。部分中藥材的農藥殘留脫除方法以及提取和凈化方法見表3。
3.1 水洗法
水洗法是一種傳統的脫除方法,在實際應用過程中主要是借助清水和蒸汽作為清洗劑,對中藥材中的農藥殘留進行清洗。但是,這種方法在具體應用中有一定的局限性,主要適用于水溶性農藥或是附著在中藥材表面的農藥。而對脂溶性農藥的脫除效果不佳。而大多數農藥都屬于脂溶性,且穿透力強,容易進入植物內部,所以此法可能效果不佳。毛翼等研究了柴胡、厚樸、丹參水處理前后有機氯農藥殘留,實驗依照《全國中藥炮制規范》水處理工藝進行,結果證明中藥材中農藥殘留有一定的脫除效果。
3.2 炮制法
炮制法是在不破壞中藥材主要成分的基礎上,應用一定的設備,對中藥材進行加熱,使中藥材中殘留農藥分解或降解,進而完成中藥材中不同農藥殘留的脫除。相關研究表明,炮制法對中藥材中的農藥殘留脫除效果可以達到50%。
3.3 氧化和水解法
氧化法和水解法都是效果比較好的農藥殘留脫除方法,其中,氧化法是基于不同類型的氧化劑與農藥反應,進而生成無毒或毒性較低的產物,脫除中藥材中常見的農藥殘留的氧化劑有臭氧那,過氧化氫等。而水解法則是基于中藥材中的農藥發生水解,進而生成無毒或毒性較小的產物,達到脫除農藥或完全脫除農藥的目的。例如,在酸、堿性的環境下,利用雙氧水將苦參中的有機磷和擬除蟲菊酯類農藥進行處理,具體處理過程中具有不錯的降解效果,尤其是在堿性環境下,處理效果十分明顯,并且對于農藥的降解率與雙氧水濃度和處理的具體時長成正比關系。
3.4 光化學法
光化學方法是一種利用光能量激活反應物質而發生化學反應的方法。即中藥材中的農藥殘留物借助紫外光或自然光在特定環境下發生化學反應,進而脫除中藥材中的農藥殘留物。此外光化學方法對中藥材的影響不大,且紫外光和自然光在具體應用中都較易獲得,不僅成本低,而且污染小。相比較于其他方法,光化學方法具有較多優勢,在實際應用中有著廣泛的前景。例如,通過對催化劑和光化學法聯用,利用光敏劑銹蝕后的納米二氧化鈦,采用日光燈完成相應的照射,最終達到降解中藥材中殘留農藥的作用。
3.5 超臨界流體萃取法
超臨界流體萃取法是一種新型萃取分離技術。它利用超臨界流體,即處于溫度高于臨界溫度、壓力高于臨界壓力的熱力學狀態的流體作為萃取劑。從液體或固體中萃取出特定成分,以達到對中藥材的萃取與分離目的。此法分離效果好,成本較低,污染較小。相關研究結果表明,使用超臨界流體萃取法對中藥材中農藥殘留物的脫除率可以達到95.1%,是1種脫除效果較好的技術。李歡欣等利用超臨界CO2流體萃取法脫除黃芪中殘留的有機氯農藥,殘留農藥的脫除率達到87.6%。
4 結論及展望
我國是中藥材生產大國,也是中藥材的主要消費市場。殘留在中藥材中的農藥不僅嚴重影響我國消費者的生命健康,同時也制約了中藥材國際化、現代化的發展。目前常見的中藥材中農藥殘留檢測技術如氣相色譜法、液相色譜法等方法大多具有儀器昂貴、專業性強、耗時長等缺點,同時在實際應用中易受中藥材品種和農藥種類的影響,具有一定的局限性。為滿足市場上對農藥殘留檢測靈敏快速的檢測需求,一些快檢技術如酶抑制法被開發出來,但中藥材基質復雜,化學成分繁多,其檢測結果易受中藥材中復雜基質的影響而出現假陰性或假陽性,目前基于納米材料構建的多種傳感器已用于蔬菜和水果中的農藥殘留檢測,合成的量子點、碳點等多種納米材料能夠有效去除基質干擾,這為中藥材中農藥殘留檢測技術的發展提供了新思路。農藥脫除技術是有效去除中藥材中農藥殘留的方法之一,常見方法如水洗能夠去掉大部分殘留在中藥材表面的農藥殘留,但目前市面上常用的農藥大多數為內吸性農藥,導致殘留在中藥材體內的農藥難以通過水洗等方法簡單去除。為有效控制中藥材中內吸性農藥殘留,首先應當規范農藥使用,設立安全間隔期,通過農藥自然降解來降低其殘留量,并提倡綠色中藥材的種植,同時優化中藥材中農藥的提取和去除方法,在中藥材炮制加工過程中進一步去除殘留農藥,最后建立多種快速、高效、靈敏的農藥殘留檢測技術,嚴把中藥材產品的質量關,促進中藥材現代化和國際化,進一步推進中藥材產業的健康發展。