生物酶洗滌劑綜述

王珊珊，許 汝，谷 舞，李泰雅，康振宇 (沈陽工學(xué)院生命工程學(xué)院，遼寧撫順113122)

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對飲食安全的要求越來越高。目前蔬果的農(nóng)藥殘留的危害時刻被人們關(guān)注，同樣從20世紀(jì)40年代便有研究農(nóng)藥殘留的降解先例。現(xiàn)今被確定的最有效的降解方法是微生物降解。利用微生物本身來降解土壤和水體中的農(nóng)藥殘留已經(jīng)被廣泛地提及，而蔬果的生物酶清洗一直被人們向往著。我們認(rèn)為農(nóng)藥廠附近或經(jīng)常噴灑甲胺磷農(nóng)藥的農(nóng)田中，可以分離出農(nóng)藥降解菌，以霉菌為主要研究對象。

農(nóng)藥主要是人工合成的生物外源性物質(zhì)，很多農(nóng)藥本身對人類及其他生物是有毒的，而且很多類型是不易生物降解的頑固性化合物。農(nóng)藥殘留很難降解，人們在使用農(nóng)藥防治病蟲草害的同時，也使糧食、蔬菜、瓜果等農(nóng)藥殘留超標(biāo)，污染嚴(yán)重，農(nóng)藥廠排出的污水和施入農(nóng)田的農(nóng)藥等也對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，破壞了生態(tài)平衡，影響了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，威脅著人類的身心健康。農(nóng)藥不合理的大量使用給人類及生態(tài)環(huán)境造成了越來越嚴(yán)重的不良后果，農(nóng)藥降解菌可以通過其代謝產(chǎn)物降解環(huán)境及蔬果中的農(nóng)藥殘留。農(nóng)藥的污染問題已成為全球關(guān)注的熱點。因此，加強農(nóng)藥的生物降解研究，解決農(nóng)藥對環(huán)境及食物的污染問題，也是人類當(dāng)前迫切解決的問題之一。鑒于此，筆者介紹了生物酶洗滌劑，旨在為果蔬的安全食用提供借鑒。

1 農(nóng)藥的微生態(tài)降解

有機磷類化合物是農(nóng)業(yè)上使用最多的化學(xué)農(nóng)藥，如敵百蟲、對硫磷、甲基對硫磷、殺螟松等。在自然環(huán)境中農(nóng)藥的首要降解因素是微生物的代謝降解，次要因素則是化學(xué)降解。

有機磷類農(nóng)藥在土壤中分解速度很快，已有研究表明其主要以微生物降解為主［1］。微生物降解主要是對硫磷酸烷基或磷酸芳基的水解。部分有機磷農(nóng)藥的降解過程還包括氧化和還原。微生物降解受環(huán)境的影響，所以目前還不能確定每類有機磷農(nóng)藥的具體降解菌，但多種菌共同的作用效果要比單種菌好。例如，對含有硫磷的土壤分離到能夠降解硫磷的菌株，經(jīng)篩選發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌是通過改變環(huán)物化環(huán)境，進而分解硫磷，如果直接分離出該菌種，是幾乎不分解硫磷的，而節(jié)細菌可以直接利用自身產(chǎn)生的酶進行分解［2］。

近年來進行了殺螟松生物降解的研究，它經(jīng)微生物作用后水解生成3-甲基-4-硝基苯酚或經(jīng)還原形成氨基殺螟松。3-甲基-4-硝基苯酚進一步代謝為CO2。其最終產(chǎn)物對人體和環(huán)境都不造成危害［2］。

水解酶存在廣泛，而且水解產(chǎn)物的毒害比其母體低，對硫磷水解產(chǎn)物比母體低60～200倍［3］。

2 農(nóng)藥殘留對人體和環(huán)境的危害

農(nóng)藥對人體和環(huán)境都有著不可忽視的危害。糧食、果蔬農(nóng)藥殘留超標(biāo)，人在食用后將能引起農(nóng)藥中毒現(xiàn)象，出現(xiàn)頭暈、頭疼、腹痛、惡心、嘔吐、多汗等不良癥狀，重度中毒者還可能出現(xiàn)胸部和肌肉的不適反應(yīng)，或者致使呼吸急促及潛質(zhì)昏迷等嚴(yán)重現(xiàn)象。同時農(nóng)藥殘留累積在人體內(nèi)，到達某種指標(biāo)還會導(dǎo)致出現(xiàn)某些慢性疾病［4］。同時世界衛(wèi)生組織提供數(shù)據(jù)表明，全世界每年有超過20萬人死于農(nóng)藥中毒［5］。

農(nóng)藥對環(huán)境有著多方面的影響，包括大氣污染、土壤污染、地表水和地下水污染、農(nóng)作物污染及環(huán)境生物污染等［6］。

3 果蔬農(nóng)藥殘留的現(xiàn)狀

我國每年化學(xué)農(nóng)藥使用面積在2.8億hm2以上，施用量達50萬～60萬t，其中約80%的化學(xué)農(nóng)藥直接流入環(huán)境［6］。

蔬菜和水果是人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵罚瑓s是農(nóng)藥殘留最嚴(yán)重的案例。2011年，王永釗調(diào)查了都市蔬果在不同季節(jié)及蔬果各部分農(nóng)藥的殘留狀況［7］。隨著種植技術(shù)的不斷進步，蔬果的生長周期也有所變短，農(nóng)藥的使用對環(huán)境的污染也與日俱增，病蟲害的威脅也不斷加劇。一方面，目前農(nóng)村種植基本仍以小面積自主方式為主，關(guān)于病蟲害防治的知識仍有限，缺乏全新的防治措施;另一方面，某些大面積種植戶以利益為重，對病蟲害的處置方式更暴力，蔬果高濃度的農(nóng)藥殘留現(xiàn)象更嚴(yán)重，已經(jīng)高出健康指標(biāo)［8］。

果蔬洗滌劑主要成分是表面活性劑(直鏈烷基苯磺酸鈉等)、助劑(檸檬酸鈉等)和一些輔助成分。其實就是表面活性劑和農(nóng)藥的成分可以化學(xué)結(jié)合，目的就是使本身不溶于水的農(nóng)藥殘留成分通過和表面活性劑結(jié)合，然后通過自來水沖洗掉。但農(nóng)藥殘留的成分很多［9］。因此，對高殘留農(nóng)藥的果蔬清洗是值得研究的課題。

4 目前的果蔬清理方法

目前的果蔬清理方法包括:清水浸泡法;面粉、淀粉去污漬;堿水浸泡法;鹽粒揉搓法;去除果皮［10］。但是上述清洗方法都不能徹底清洗蔬果表面的農(nóng)藥殘留物。因此，應(yīng)進一步研究使用微生物的代謝產(chǎn)物，即通過酶促反應(yīng)將蔬果表皮的農(nóng)藥殘留物轉(zhuǎn)化為對人體無害的水溶性物質(zhì)，并將其清洗干凈。

5 生物酶降解

環(huán)境中的農(nóng)藥殘留的降解方法主要有生物方法、化學(xué)方法和物理方法。物理處理方法有浸泡清洗法、去皮(根)、日光照射法、貯藏法、吸附法;化學(xué)處理方法有次氯酸鹽降解、臭氧降解、光催化降解、雙氧水降解等;生物處理方法有微生物和酶降解法［12］。

微生物酶的降解作用主要是通過其代謝產(chǎn)物酶的代謝來完成，其本質(zhì)為酶促反應(yīng)［1，13］。微生物降解的主要途徑有氧化、還原、水解、合成［14］。通常農(nóng)藥的微生物降解并不是只有1種酶進行的，而是多種酶共同完成的(下述稱之為“農(nóng)藥降解多酶體系”)［13］。多酶體系可以是多種酶分散的形式存在，也可以是多種酶聚合在一起的形式，例如ATP聚合酶是至少3種酶聚合在一起的。

對于異常環(huán)境條件，降解酶往往比其生產(chǎn)菌更能很好地適應(yīng)，如對硫磷水解酶在10%的無機鹽、1%的有機溶劑、50℃都能保持活性，而產(chǎn)生該酶的假單胞菌在相同條件下不能生長。并且在低濃度的農(nóng)藥殘留條件下，酶的降解效果遠超過微生物生產(chǎn)菌，因為在該種情況下，降解菌可以利用其他碳源而不能有效地利用農(nóng)藥為碳源［15］。因此，可以通過異常環(huán)境條件來進行微生物本身與降解酶的分離，獲取純凈的降解酶，從而排除微生物本身帶給人類的危害。

有機磷水解酶除去蔬果表面殘留農(nóng)藥的生物清洗劑，不同于化學(xué)洗滌劑采用化工原料用物理方法去除農(nóng)藥殘留的方式，其避免了化學(xué)洗滌劑農(nóng)藥殘留去除不徹底而且會形成二次污染的弊端。同時，有機磷水解酶還對已被農(nóng)藥污染的水和土壤有良好的修復(fù)作用，可用于江湖水域和土壤有機磷污染的生物修復(fù)［16－20］。

6 展望

農(nóng)藥的微生物降解近年來已得到了很大的認(rèn)定與發(fā)展。隨著生物工程中基因重組技術(shù)的提高，可采用能高效降解農(nóng)藥的酶來提高降解效率。該方法不僅能保持酶的活性，而且也解決了酶在環(huán)境中不穩(wěn)定存在的問題。目前，利用微生物資源解決生活中的問題也越來越廣泛。

微生態(tài)洗滌劑不僅在作為果蔬清洗劑方面，利用酶的特性來完成果蔬表皮農(nóng)藥殘留的清洗，將有毒的農(nóng)藥殘留轉(zhuǎn)化為無毒無害的水溶性物質(zhì)，并將其清洗，做到果蔬的食用安全，而且在解決土壤污染、水體的農(nóng)藥污染方面都有著積極作用，利用降解菌將土壤中的農(nóng)藥殘留轉(zhuǎn)化成無毒害物質(zhì)，為農(nóng)作物的生長提供了良好的營養(yǎng)環(huán)境，并且做到了化學(xué)農(nóng)藥到生物農(nóng)藥的使用轉(zhuǎn)變。因此，微生態(tài)洗滌劑不僅能夠使人類遠離農(nóng)藥危害，而且解決了農(nóng)藥對環(huán)境的污染問題。

另一方面，隨著基因工程技術(shù)的不斷進步，也可以通過對降解菌的基因進行改造，生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)的菌種，并進一步的優(yōu)化其代謝產(chǎn)物的分離技術(shù)，提高降解酶的純度及利用率，從而使生物技術(shù)更廣泛地應(yīng)用到人們的日常生活中。

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