微生物消減食品中有機磷農藥殘留的研究進展

□ 邱亦亦 阮子琦 吳 淵 金 迅 浙江大學生物系統工程與食品科學學院 解 芳 青海康普生物科技股份有限公司阮 暉 浙江大學生物系統工程與食品科學學院 孫允武 青海康普生物科技股份有限公司

1 有機磷農藥微生物降解機制

1.1 微生物轉化有機磷農藥的代謝類型

①礦化作用。微生物以有機磷農藥作為底物，通過所產水解酶的水解作用，將有機磷水解成簡單結構的無機化合物。②共代謝作用。對于某些結構復雜特別是共軛鍵較多的有機磷農藥，微生物雖然不能進行徹底降解礦化，但在其他輔助性底物存在的情況下，微生物能夠對局部結構進行破壞，從而有機磷使農藥部分降解而解毒。③去毒代謝作用。微生物所產非水解酶可以改變有機磷農藥結構從而發揮解毒作用。

1.2 微生物轉化有機磷農藥的酶系及相關因素

大多數有機磷農藥為磷酸酯或硫醇衍生物。轉化酶系根據其催化反應類型，可分為水解酶、氧化還原酶、脫鹵酶等。有機磷農藥在結構上普遍為磷酸酯，因此，能夠水解有機磷農藥的酶統稱為磷酸酯水解酶（PTH）。根據催化位點可分為有機磷水解酶（OPH）、甲基對硫磷水解酶（MPH）、有機磷酸酐酶（OPAA）等，特異裂解的鍵主要是P-O、P-F、P-S鍵。

在微生物水解或轉化有機磷農藥的代謝過程中，存在其他非酶不明因素的影響。例如，米曲霉能夠高效降解久效磷，但其降解活力與久效磷降解率之間并不具備較好的相關關系。所以，在米曲霉的生長系統中，很可能存在除降解酶以外的其他關鍵因素對有機磷農藥降解的效率發揮了顯著影響，確定這種非酶因素對于構建有機磷農藥的高效生物降解系統具有重要意義。

1.3 微生物降解有機磷農藥的影響因素

1.3.1 微生物特性

微生物種類、代謝能力、適應能力、降解廣譜性等都會對有機磷農藥降解效果造成影響。保加利亞乳桿菌、植物乳桿菌、副干酪乳桿菌在同一條件下培養24 h降解樂果，殘留量分別為0.808、0.735、0.897 mg/kg。多種微生物混合培養降解農藥往往比單一純微生物效果更好。微生物轉化有機磷農藥還表現出廣譜性，例如玫瑰單胞菌屬細菌（Roseomonas）對辛硫磷和三唑磷的降解率分別為96%、98.9%。

1.3.2 農藥特性

簡單結構的比復雜結構的易降解，低分子量的比高分子量的易降解，易溶于水的比難溶于水的易降解。微生物對有機磷的轉化，由易到難依次為脂肪酸類、有機磷酸鹽類、長鏈苯氧基脂肪酸類、短鏈苯氧基脂肪酸類、單基取代苯氧基脂肪酸類、三基取代苯氧基脂肪酸類、二硝基苯類、鹵代烴類。

1.3.3 底物特異性與濃度范圍

對有機磷農藥具有轉化降解能力的微生物中，通常以有機磷農藥為磷源，少量是利用有機磷農藥作為碳源和氮源。

1.3.4 環境條件

溫度、pH、生長因子、水分含量、氧化還原電位等環境中的理化因子與微生物轉化有機磷農藥的效率密切相關。例如，假單胞菌（Pseudomonas spinosa）、綠膿桿菌（P.aeruginosa）和洋蔥伯克霍爾德菌（Burkholderia cepacia）降解硫丹的最適溫度為30 ℃，最適pH為8.0。

2 能夠轉化有機磷農藥的食品級安全微生物

益生菌如乳酸菌及芽孢桿菌等能產生種類豐富的水解酶，能夠降解各種復雜結構化合物，在篩選高活力廣譜水解酶菌株方面具備巨大的應用潛力。例如，乳酸乳球菌和發酵乳桿菌能夠降解毒死蜱，48 h降解率分別為61%、70%，其代謝產物分別為一氧氯吡硫磷、三氯吡啶酚（TCP）和硫代磷酸二乙酯。短乳桿菌WCP902在泡菜體系中具有降解有機磷農藥的能力。芽孢桿菌、不動桿菌、檸檬酸桿菌等12種菌株的混合菌群對甲基對硫磷和毒死蜱混合農藥具有較好的降解作用。筆者選取部分乳酸菌，包括植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、乳酸乳球菌，用高效液相色譜法測定并計算乳酸菌對有機磷農藥的降解促進作用，發現4種乳酸菌能夠促進毒死蜱、敵敵畏、樂果降解，且降解率增長在一定時間范圍內呈先快后慢的變化趨勢。其中，植物乳桿菌降解能力最強，其對毒死蜱96 h降解率達47.5%。

3 微生物降解有機磷農藥技術的發展與應用

3.1 固定化菌劑技術

微生物制成固定化菌劑后，可以持久保持其活性并反復使用，降解效率較高，而且不污染反應體系。例如，含有抗性庫蚊酯酶基因的大腸桿菌具有降解有機磷能力，用3%海藻酸鈉包埋固定該菌，降解對硫磷效果優于非固定化工程菌，且再生性能良好。

3.2 降解酶的制劑

降解酶的作用效率高于產酶微生物，其作用條件與產酶微生物存在差異，將降解酶做成酶制劑，可與降解微生物的生長系統互補使用。

3.3 基因工程菌

生物技術的發展為轉化有機磷農藥的微生物的基因優化重組提供了技術支撐，為構建具有更高轉化效率、更好地適應環境條件的菌株開辟了一條新途徑。

總體上，在利用食品級安全微生物轉化有機磷農藥方面已開展大量研究，篩選了諸多具有轉化能力或潛力的菌株，但在有關菌劑開發上尚未取得突破性進展，離實際應用尚有距離。