气相色谱-串联质谱法考察茶汤中49种农药的迁移规律

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(贵阳市疾病预防控制中心,贵阳 550003)

茶是一种世界范围内广受欢迎的饮品,深受人们的喜爱。茶中的茶多酚、茶氨酸、茶多糖不仅有抗氧化的作用,还可以帮助喝茶人控制体重、愉悦精神等[1]。茶树在生长过程中需要喷洒农药,既可以预防病虫害,又可以提高产量。但是制茶过程中茶叶上的农药和重金属等有害物质会从新鲜茶树叶中残留在制好的茶叶上,随着冲泡过程迁移到茶汤中,并被人体摄入[2]。目前,尽管各国均制定了茶叶中的农药残留最大限量(MRL),但是以茶汤农残水平为依据制定茶叶MRL标准已经成为国际共识。

近年来,国内外研究茶汤中农药残留检测方法的文章较为常见[1,3-5],然而国外的研究方向已经从检测方法向茶叶到茶汤迁移情况深入。文献[1]研究了绿茶中多农药的转化率,以及以水为溶剂加压萃取时的提取效果。文献[5]研究了检测煮制茶汤中172种农药的检测方法,通过研究44份茶叶样品发现农药的物理性质会影响农药在茶汤中的迁移情况。文献[6]研究了8种农药从绿茶到茶汤中的迁移率,并得出溶解度会影响农药迁移率的结论。文献[7]研究了花茶中拟除虫菊酯类农药的迁移情况以及影响迁移情况的因素。

由于农药在泡茶过程中的迁移情况主要取决于农药在水中溶解度和农药的正辛醇-水分配系数(Log Kow)[8],本工作通过研究茶叶中的农药在不同泡茶频率时的迁移情况,考察多种农药从茶叶到茶汤的迁移率同各农药的物理性质(分配系数、溶解度)之间的关系。通过考察茶叶中农药到茶汤的迁移率,可以为制定茶叶中MRL提供参考依据,同时推荐茶叶种植过程中使用迁移率低的农药,对制定茶汤农残限量提供参考依据,并对茶汤农残健康风险评估及减少人体摄入具有重要意义。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

7890B/7000D型气相色谱-三重四极杆-质谱联用仪;3-30KS型离心机;XW-80A型旋涡混合仪。

二氯甲烷、农药标准品纯度为99.2%以上;氯化钠、无水硫酸纳为分析纯;乙腈、丙酮为色谱纯;试验用水为超纯水。

1.2 仪器工作条件

1)色谱条件 HP-5MS色谱柱(30 m×250μm,0.25μm);进样口温度280 ℃;载气为高纯氦气(纯度为99.99%);流量为1 mL·min-1;脉冲不分流,脉冲压力475.8 k Pa;进样量为1μL;柱升温程序:起始温度为40 ℃,保持1 min;以40 ℃·min-1速率升温至120 ℃;再以5 ℃·min-1速率升温至240 ℃;以6 ℃·min-1速率升温至300 ℃,保持6 min。

2)质谱条件 电子轰击(EI)离子源;电子能量为70 e V;离子源温度为230 ℃,辅助加热器温度为300 ℃;溶剂延迟时间为5 min。

1.3 试验方法

1.3.1 阳性样品制备

称取空白茶叶样品2.00 g,分别添加49种农药标准品,添加浓度为高浓度80μg·kg-1和低浓度40μg·kg-1,每个浓度制备6个平行样品,剧烈振荡混匀后于-20 ℃下冰箱冷冻24 h(冷冻条件保存并及时检测,既保证农药的稳定性[9-10],又有利于农药充分接触茶叶),用于考察泡茶过程中茶叶上的农药向茶汤中迁移的情况。

1.3.2 茶汤制备及前处理

根据国家标准GB/T 23776-2018茶叶感官评审方法中提供的泡茶方法制备茶汤。称取2.00 g茶叶于200 mL烧杯中,加入100 mL沸水,静置4 min泡茶并制取茶汤。将茶汤转移至烧杯中,冷却至室温,简称第一汤。将煮沸的水(100 mL)重新注入上述茶叶残渣中,然后收集第二次泡茶所得茶汤,简称第二汤。第一汤和第二汤分别用于检测农药的浸出情况。

将所得第一汤和第二汤分别全部转移至含有氯化钠10 g的分液漏斗中,使用100 mL二氯甲烷分3次萃取,萃取液过无水硫酸钠收集于150 mL梨形瓶中,于42 ℃温度下减压浓缩至近干,用丙酮定容至5 mL,过0.22μm滤膜,采用气相色谱-串联质谱法(GC-MS/MS)检测,分别计算得到农药于第一汤和第二汤的迁移率。

1.3.3 基质加标系列标准曲线的制作

称取一定量的各种农药,使用乙腈分别溶解配制成质量浓度为200 mg·L-1的农药单标储备溶液,于-20 ℃冰箱中避光保存;分别移取农药单标储备溶液1.00 mL于同一个100 mL容量瓶中,用乙腈定容,配制成2 mg·L-1标准溶液。

按照1.3.2节处理空白茶叶样品,滤液用氮吹至近干后,分别用5 mL质量浓度为31.25,62.5,125,250,500,1 000,2 000μg·L-1的标准溶液定容,得到质量浓度为31.25～2 000μg·L-1基质加标标准系列,以样品质量浓度对质谱响应绘制标准曲线。

1.3.4 茶叶中农药迁移率计算方法

茶叶中农药迁移率计算方法见公式(1)[1-2]:

式中:R为茶叶中农残向茶汤的迁移率,%;ρ为茶汤中农药质量浓度,μg·L-1;V为茶汤体积,L;m为茶叶中农药的含量,μg。

1.3.5 统计学分析

采用SPSS 22.0软件对数据进行统计学分析,采用Pearson直线相关回归分析方法,以P＜0.05有统计学意义。

2 结果与讨论

2.1 标准曲线和检出限

通过方法线性,准确度、灵敏度和最低检测浓度对方法学进行验证:49种农药在不同质量浓度范围内与其对应的质谱响应值呈线性关系,其线性参数见表1。

以3倍信噪比计算检出限(3S/N),以10倍信噪比计算测定下限(10S/N),结果见表1。

表1 线性参数、检出限和测定下限Tab.1 Linear parameters,detection limits and lower lomits of determination

表1(续)

2.2 精密度和回收试验

向100 mL茶汤中分别加入0.2,4.0μg标准物质,每个浓度制备6个平行样品,按照试验方法进行检测,并进行方法验证,结果见表2。

表2 精密度和回收试验结果Tab.2 Results of tests for precision and recovery

表2(续)

2.3 茶叶中农药向茶汤中的迁移率

按照试验方法制作12个阳性样品,分别为高浓度80μg·kg-1和低浓度40μg·kg-1,按照试验方法制备并检测茶汤,分为第一汤和第二汤,根据1.3.4节计算农药的迁移率,并计算两次浸泡农药迁移率之和,其中六氯苯、七氯、胺菊酯、联苯菊酯、甲氰菊酯、灭蚁灵、三氟氯氰菊酯、氯菊酯、氟氯氰菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯和溴氰菊酯等12种农药的迁移率均为零,其余37种农药的迁移情况见表3。

表3 泡茶过程中37种农药从茶叶向茶汤的迁移率(n＝12)Tab.3 Migration rate of 37 pesticides from tea leaves to tea soup(n＝12)

表3(续)

由表3可知:37种农药中有16种农药的迁移率超过20.0%,除甲草胺和草达灭外均为有机磷农药;迁移率高于20%的农药,第一汤迁移率与第二汤迁移率之比为3∶1～6∶1,迁移率介于10%～20%的农药,第一汤迁移率与第二汤迁移率之比为1∶1～2∶1,迁移率小于10%的农药,第一汤迁移率与第二汤迁移率几乎相等;根据该研究结果建议弃掉头次泡茶的茶汤,减少茶汤引起的农药暴露。

2.4 迁移率和农药理化性质之间的关系

2.4.1 迁移率与溶解度之间的关系

农药的水溶性是影响农药迁移率的主要原因之一,因为在泡茶过程中水是农药的载体,49种农药的溶解度[11]和迁移率之间的关系见表4。

表4 农药的溶解度与迁移率Tab.4 Values of solubility and migration rate of pesticides

表4(续)

对农药的迁移率与溶解度进行Pearson直线相关回归分析,Pearson相关系数为0.743,P＜0.01,差异有统计学意义,表明迁移率与溶解度呈正相关关系;溶解度低于20 mg·kg-1的农药的迁移率低于10%,随着农药的溶解度从24.4 mg·kg-1(亚胺硫磷)增大到1.0×106mg·kg-1(久效磷),农药的迁移率从15.7%(亚胺硫磷)提高到97.4%(久效磷)。而具有较高溶解度的农药如内吸磷、皮蝇磷、杀螟松的溶解度分别为666,40,38 mg·kg-1,并没有表现出更高的总迁移率,推测农药的迁移率不仅受农药溶解度影响,还受分配系数等因素影响。

2.4.2 迁移率与分配系数之间的关系

农药在辛醇-水溶液中的分配系数[11]与农药迁移率的关系见表5。

表5 农药的分配系数与迁移率Tab.5 Values of distribution coefficient and migration rate of pesticides

表5(续)

对农药的迁移率与农药在辛醇-水中的分配系数进行Pearson直线相关回归分析,Pearson相关系数为-0.984,P＜0.01,差异有统计学意义,表明迁移率与农药在辛醇-水中的分配系数呈负相关关系;分配系数低于3.82的农药的迁移率高于30%,随着农药的分配系数从-0.85(乙酰甲胺磷)增大到3.82(氯唑磷),农药的迁移率从92.5%(乙酰甲胺磷)降低到34.1%(氯唑磷)。而农药水胺硫磷、百菌清的分配系数分别为2.7,3.05并没有表现出很高的迁移率,说明农药的迁移率不仅受农药分配系数影响,还受其他因素如溶解度等的制约。

茶叶浸泡第一汤中农药的迁移率较高;茶汤中农药的总迁移率与溶解度呈正相关,与农药在辛醇-水中的分配系数呈负相关。农药的溶解度低于20 mg·kg-1时,农药的迁移率小于10%,农药的溶解度高于24.4 mg·kg-1时,农药的迁移率大于15.7%;农药的分配系数低于3.82时,农药的迁移率大于34.1%,农药的分配系数高于3.83时,农药的迁移率小于5.1%。

饮茶时建议弃掉头次泡茶的茶汤,减少茶汤引起的农药暴露;推荐使用水中溶解度低并且分配系数较高的农药,此时由茶叶浸泡到茶汤中的农药迁移率较低。本工作的研究同时可以为参照茶汤中农药的残留情况制定茶叶中农药的最大残留限量提供参考依据。