基于光谱分析的典型食品农药残留检测与降解关键技术研究

摘要

农药的大量使用而导致的污染危害问题已越来越严重，有关研究已引起世界各国广泛关注，许多国家都制订了相关法规政策禁止高污染农药的施用。研究食品农药残留检测新方法是食品发展的研究热点。与此同时，在研究新型有效的农药残留检测技术基础上，采用多种有效技术对农药残留进行降解，也是减少环境农药污染、降低农药毒副作用的一个重要研究方向。
　　根据上述背景，本文开展了相关技术研究。首先对果汁中农药残留检测进行深入研究，提出并建立了基于光谱技术定量分析农药残留的数学模型；基于臭氧、紫外光以及与药食同源类中药材相互作用等技术进行农药降解特性研究；同时综合运用多种光谱分析方法构建农药与生物分子相互作用信息体系，通过所建立农药降解前后的作用信息体系这一关键技术，分析农药降解结果，探究农药毒性变化规律。本研究是对农药残留的检测、降解直至农药与生物分子相互作用的系统性研究，为保障食品安全、降解农药污染和研究药物作用机理提供依据，研究内容具有重要的实用意义。
　　论文主要研究内容和创新工作如下：
　　（1）提出基于紫外-可见吸收光谱和荧光光谱技术实现纯果汁中农药残留检测方法，系统研究了4种农药（吡虫啉、多菌灵、阿维菌素和百菌清）及其与3种果汁（苹果汁、橙汁和桃汁）混合体系光谱药物特征峰强度和药物浓度之间的相互关系，通过建立农药残留光谱检测数学模型函数，计算相关系数基本都超过0.99，同时从回收率、检出限和定量限等方面对模型函数进行了评价分析；对多菌灵-果汁混合体系吸收光谱分析处理，结果表明Savitzky-Golay光谱平滑处理有利于模型函数相关系数提高；对阿维菌素-桃汁混合体系吸收光谱微分处理，结果明确了导数光谱有利于提高预测模型函数的分辨率，相对原始光谱其检出限和定量限参数值提高接近5倍。上述研究结果表明：利用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱技术直接对果汁中农药残留进行检测方法是可行的，为农药残留的快速检测提供了一种新技术，为研制相关的检测仪器提供了理论指导依据。
　　（2）设计并搭建基于臭氧和紫外光两种农药残留降解技术硬件平台，提出了从农药特征峰吸光度变化的角度来表征农药残留降解效果，并根据降解作用时间与吸光度对应关系建立降解模型函数，同时结合所构建的吸收光谱农药残留检测模型函数，计算得出不同降解时间所对应降解率；农药（吡虫啉、阿维菌素和恶霉灵）与纯果汁（苹果汁和桃汁）混合体系紫外光降解实验表明：吡虫啉降解效果最好，其降解率为阿维菌素和恶霉灵的3倍左右；农药（吡虫啉、阿维菌素和百菌清）臭氧降解实验表明：阿维菌素降解效果最优，而且对其可建立降解模型函数，但是对吡虫啉和百菌清农药降解不能实现准确建模；提出了利用药食同源类中药材与农药进行相互作用，从药物荧光特征峰强度改变的角度探索研究了农药降解变化规律，为农药降解提供了新途径。
　　（3）利用荧光光谱、紫外吸收光谱和同步荧光光谱等光谱技术，对农药（多菌灵和恶霉灵）与牛血清白蛋白之间的结合机制进行了深入研究，构建了农药-血清白蛋白相互作用信息体系，体系参数包括结合常数、结合位点数、结合距离、荧光猝灭类型、相互作用力类型以及药物对蛋白质构象变化的影响等信息。提出利用所建作用信息体系从分子角度来分析研究农药经紫外光照射和臭氧降解后的变化情况，研究结果表明：臭氧降解将会导致恶霉灵猝灭类型发生变化（静态猝灭变为动态猝灭）；紫外光和臭氧降解能够改变两种农药与牛血清白蛋白之间结合常数，并且会改变多菌灵药物与牛血清白蛋白之间相互作用力类型（静电作用力变为氢键和范德华力）；紫外光降解导致恶霉灵与牛血清白蛋白之间结合距离减小，而臭氧降解导致其结合距离增加；多菌灵和恶霉灵经紫外光和臭氧降解后会对蛋白质构象形成影响，其同步荧光光谱（Δλ=60nm）都发生了蓝移。研究成果为从分子水平上阐明农药的降解效果和毒性变化规律提供参考。

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注释表

第一章 绪论

1.1研究目的与意义

1.2农药残留含量测量研究进展

1.3农药残留降解技术研究进展

1.4药物与蛋白质相互作用光谱技术研究与进展

1.5 本论文研究内容及其结构

第二章 光谱分析方法理论基础

2.1紫外-可见吸收光谱基本理论

2.2 荧光光谱基本理论

2.3光谱数据处理方法研究

2.4 本章小结

第三章 农药残留吸收光谱检测方法与实验研究

3.1引言

3.2 检测方法与实验

3.3 结果与分析

3.4 本章小结

第四章 农药残留荧光光谱检测与分析

4.1引言

4.2 方法与实验

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 农药残留降解系统设计与实现

5.1引言

5.2紫外光和臭氧降解农药原理

5.3 紫外线降解农药系统设计与实现

5.4 臭氧降解农药系统设计与实现

5.5中药降解农药探究

5.6 本章小结

第六章 基于药物与蛋白结合作用农药降解光谱特征变化研究

6.1引言

6.2 实验

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 论文工作总结

7.2 创新点总结

7.3 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文