農藥檢測用植物酯酶的篩選及提取工藝優化

江媛媛劉 芳陳慶川李 濱許 丹

（1.中南林業科技大學食品科學與工程學院，湖南 長沙 410004；2.糧食深加工與品質控制湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410004）

農藥檢測用植物酯酶的篩選及提取工藝優化

江媛媛1，2劉 芳1，2陳慶川1，2李 濱1，2許 丹1，2

（1.中南林業科技大學食品科學與工程學院，湖南 長沙 410004；2.糧食深加工與品質控制湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410004）

從10種植物種子中提取植物酯酶，以總酯酶活力、比活力以及對有機磷農藥的靈敏性為指標，篩選出最佳植物酯酶，并研究其最優提取工藝。結果表明：大白豆的總酯酶活力和比活力均高于其它9種，對有機磷農藥的敏感性也較強；大白豆酯酶的最佳提取工藝為以0.04mol/L pH 7.0的磷酸緩沖液為提取液，料液比1∶6（m∶V），攪拌提取90min。

植物酯酶；有機磷農藥；總酯酶活力；大白豆

中國農藥殘留超標現象嚴重，部分地區農藥殘留檢出率、超標率高達31.68%和15.84%［1］。食用農藥殘留超標的農副產品可能引起慢性中毒，導致疾病的產生。隨著人們健康意識的不斷增強，農藥殘留檢測越來越受到關注。色譜法等傳統的農藥殘留檢測方法不適于現場快速檢測，而植物酯酶抑制法由于取材方便、快速靈敏等優點，適于現場快速檢測。酶源的選擇是植物酯酶抑制法檢驗有機磷農藥殘留的基礎，現有的研究［2－7］顯示：小麥、黃豆、綠豆、花豇豆、刺槐種子、苜蓿等植物中總酯酶活力、比活力及對有機磷農藥的靈敏性較好。本試驗在現有研究的基礎上，擴大酶源篩選范圍，旨在選出更加適合有機磷農藥檢測用的植物酯酶。并采用單因素和正交試驗相結合的方法優化大白豆植物酯酶的提取工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大白豆、綠豆、黃豆、小麥仁、蕎麥仁、紅花蕓豆、黑蕓豆、白芝麻、橡石、薏仁米：市售；

氧化樂果、敵敵畏、敵百蟲：市售；

α－萘酚、α－乙酸萘酯、固藍B鹽：分析純，廣州沃凱化工科技有限公司；

雙光束紫外可見分光光度計：UV－1800，日本島津公司；

高速臺式冷凍離心機：TGL－20M，湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；

凱氏定氮儀：UDK142，意大利Velp公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 粗酶液的制備 稱取20g粉碎后的植物種子，加入0.04mol/L pH 7.0的磷酸緩沖液120mL，攪拌90min，在4℃下靜置過夜，4層紗布過濾后，在10 000r/min下冷凍離心10min，上清液即為粗酶液。

1.2.2 α－萘酚標準曲線的制備 準確吸取1mmol/L的α－萘酚無水乙醇標準溶液0，10，20，30，40，50，60，70，80μL，加磷酸緩沖溶液至4.5mL，混合均勻，加0.5mL固藍B鹽溶液，再次混合均勻，于30℃恒溫水浴顯色10min。以不加α－萘酚的溶液作對照，在595nm處測定吸光度。

1.2.3 總酯酶活力測定 參考文獻［8］、［9］所述方法測定植物酯酶總酯酶活力，略有改動。操作過程：試管中依次加入緩沖液3.45mL，稀釋酶液1mL，16mmol/Lα－乙酸萘酯丙酮溶液50μL，混合均勻，在30℃恒溫水浴鍋中反應15min。然后加入0.5mL固藍B顯色劑，混合混勻，于30℃顯色10min。以不加α－乙酸萘酯的反應液為對照，在595nm處測定吸光度，并根據式（1）計算總酯酶活力。將每分鐘催化得到1μmolα－萘酚所需的酶量定義為1U。

式中：

E—— 總酯酶活力，U/mL；

N——酶液的稀釋倍數；

K——標準曲線的斜率；

OD595——595nm處吸光度。

1.2.4 比活力的測定 根據GB 5009.5——2010《食品中蛋白質的測定》，用凱氏定氮法測定粗酶液中蛋白質含量，根據式（2）計算比活力：

1.2.5 農藥敏感度測定 按照總酯酶活力的測定方法，檢測濃度均為5μg/mL的氧化樂果、敵敵畏、敵百蟲對總酯酶活力相對較高的5中植物酯酶的抑制程度。選擇對農藥抑制效果明顯的植物酯酶，測定不同濃度農藥下的抑制率。抑制率按式（3）計算：

式中：

I—— 抑制率，%；

E未抑制——無有機磷農藥抑制時的總酯酶活力，U/mL；

E抑制——某一濃度有機磷農藥抑制時的總酯酶活力，U/mL。

1.2.6 提取工藝的優化 用單因素試驗的方法考察料液比、緩沖液濃度、緩沖液pH值、攪拌時間4個因素對大白豆酯酶提取效果的影響。

（1）稱取一定量粉碎后的大白豆種子，分別按1∶3，1∶4，1∶5，1∶6，1∶7，1∶8（m∶V）的料液比添加蒸餾水，攪拌相同時間后，靜置過夜，再用4層紗布過濾，在8 000r/min條件下，離心10min，收集上清夜，得粗酶液，稀釋一定倍數后按照1.2.3的方法測定總酯酶活力，以確定最佳料液比。

（2）在上述體系中，按料液比1∶5（m∶V）的比例，分別加入不同pH值（5.5～8.0）的磷酸緩沖液，以確定提取劑的最佳 pH值。

（3）在上述反應體系中，按1∶5（m∶V）的料液，分別加入pH 值為7.0的不同濃度（0.02～0.12mol/L）的磷酸緩沖液，以確定磷酸緩沖液的最佳濃度。

（4）在上述反應體系中，按1∶5（m∶V）的料液，加入pH值為7.0、濃度為0.04mol/L的磷酸緩沖液，攪拌提取不同時間（30～180min），以確定最佳攪拌時間。

在上述單因素試驗的基礎上，設計4水平3因素正交試驗，以確定最佳提取工藝。

2 結果與討論

2.1 α－萘酚標準曲線

吸光度與α－萘酚濃度的標準曲線見圖1。由圖1可知，決定系數達0.998 2，線性相關性良好，曲線斜率為75.708，根據總酯酶活力的計算公式，即可計算出植物酯酶的總酯酶活力。

圖1 α－萘酚標準曲線Figure 1 The standard curve ofα－naphthol

2.2 不同植物種子中總酯酶活力及比活力比較

10種植物種子中蛋白質含量見表1。黑蕓豆、黃豆、紅花蕓豆、綠豆以及大白豆中蛋白質含量較高，均超過20mg/mL。由圖2可知，總酯酶活力由大到小依次為大白豆＞綠豆＞黃豆＞黑蕓豆＞白芝麻＞蕎麥仁＞小麥＞紅花蕓豆＞薏仁米＞橡實；比活力由大到小依次為大白豆＞綠豆＞黃豆＞白芝麻＞蕎麥仁＞小麥＞黑蕓豆＞橡實＞薏仁米＞紅花蕓豆。大白豆酯酶總酯酶活力和比活力均為最高。

2.3 不同來源植物酯酶對農藥的敏感性

根據總酯酶活力的測定結果，選擇總酯酶活力較高的5種植物種子，測定3種有機磷農藥對其的抑制率，結果見表2。

表1 不同植物種子中蛋白質含量Table 1 Protein content in different plant seeds

圖2 不同植物種子中總酯酶活力及比活力Figure 2 Total esterase activity and specific activity of different plant seeds

表2 農藥對不同植物酯酶的抑制率Table 2 The comparison of pesticides inhibition rate on different plant esterase /%

由表2可知，氧化樂果和敵百蟲對大白豆酯酶的抑制率均為最高，敵敵畏則對黑蕓豆酯酶的抑制效果最明顯，其次是大白豆酯酶。

由圖3可知，3種有機磷農藥對大白豆酯酶的抑制作用均隨農藥濃度增加顯著加強，并呈線性關系。大白豆酯酶對有機磷農藥的敏感性較強。

圖3 3種有機磷農藥對大白豆酯酶抑制率的比較Figure 3 The inhibition rate of 3kinds of organic phosphorus pesticides to large white beans esterase

2.4 大白豆酯酶最佳提取工藝

基于單因素試驗的結果，確定了4個因素在3個水平上的正交試驗，因素水平表見表3。采用L9（34）的正交試驗表安排試驗，所得試驗結果以總酯酶活力為指標進行極差分析，結果見表4。

表3 因素水平表Table 3 Factor level table

表4 正交試驗結果及分析Table 4 Orthogonal experiment results and analysis

由表4可知，各因素對植物酯酶提取效果影響為緩沖液pH值＞料液比＞緩沖液濃度＞攪拌時間，最優提取工藝為A2B2C3D3，即緩沖液pH值7.0，料液比1∶6（m∶V），緩沖液濃度0.04mol/L，攪拌時間60min。采用上述最優提取條件重復試驗3次，大白豆酯酶總酯酶活力的試驗值分別為11.25，11.19，11.34U/mL，工藝重現性良好。

3 結論

本試驗在酶源的選擇上秉承了現有的研究成果，以小麥、黃豆、綠豆等為原料，同時進一步擴大了酶源的篩選范圍，選擇富含蛋白質和油脂的植物種子，如大白豆、橡實等。試驗結果表明，大白豆酯酶由于活力高，且對有機磷農藥敏感性強，可作為檢測有機磷農藥殘留的新酶源。但是，對于不同品種、不同產地以及不同發育階段的大白豆，其酯酶活力及對有機磷農藥的敏感性是否存在顯著差異，需要進一步研究。

為了提高對大白豆酯酶的提取效率，本研究利用單因素試驗和正交試驗方法優化了大白豆酯酶的提取工藝，得出最佳提取工藝為：以pH值7.0，濃度0.04mol/L的磷酸緩沖液為提取劑，按料液比1∶6（m∶V）的比例，攪拌提取60min。對大白豆酯酶提取條件的優化有效提高了大白豆酯酶的提取效率，為了更有效地提高對有機磷農藥的檢測靈敏度，還需要對其結構進行研究，明確其作用部位。

1 尹金鵬，柳挺.南陽市蔬菜有機磷農藥殘留現狀調查分析［J］.衛生職業教育，2010，28（10）：107～108.

2 李治祥，翟延路.應用植物酯酶抑制技術測定蔬菜水果中農藥殘留量［J］.環境科學學報，1987，7（4）：472～478.

3 溫艷霞，李建科.有機磷農殘檢測用植物酯酶的研究［J］.食品科學，2006，27（4）：123～126.

4 林素英，林少琴，王軍，等.豆類酯酶的提取及其在有機磷農藥檢測中的應用［J］.現代農業科學，2008，15（9）：14～23.

5 雷明，張檀，文建雷，等.農藥殘留檢測用植物酯酶的篩選［J］.西北植物學報，2008，28（1）：183～187.

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7 王亞飛.新植物酯酶源的篩選及在農殘檢測中的應用［D］.大慶市：黑龍江八一農墾大學，2010.

8 K·van Asperen.A study of housefly esterases bymeans of a sensitive colorimetric method［J］.J.Ins.Physiol.，1962（3）：401～416.

9 許學勤，徐斐，吳燕雯.固定化對動植物酯酶性質的影響［J］.食品與發酵工業，2004，30（7）：38～42.

Selection of phyto esterases used in pesticide residues detection and extraction process optimization

JIANG Yuan－yuan1，2LIU Fang1，2CHEN Qing－chuan1，2LI Bin1，2XU Dan1，2

（1.Central South University of Forestry and Technology，College of Food Science and Engineering，Changsha，Hunan410004，China；2.Key laboratory for the deeply processing and quality control of grain in Hunan，Changsha，Hunan410004，China）

Phyto esterases were extracted from 10different plant seeds，the total esterase activity，specific activity and the sensitivity to organophosphorus pesticides were compared and analyzed.Then the extraction process was studied.The results showed that：the esterase of large white beans had the highest total esterase activity and specific activity，and its sensitivity to organophosphate pesticides was also quite strong.The best extraction process conditions were：concentration of phosphate buffer solution 0.04mol/L pH7.0，ratio of solid－liquid 1∶6（m∶V），and time of stirring extraction 90min.

phytoesterase；organophosphate；total esterase activity；extraction process

10.3969/j.issn.1003－5788.2012.02.018

江媛媛（1986－），女，中南林業科技大學在讀研究生。E－mail：jyy1000＠126.com

劉芳

2011－12－01