农残检测中酶抑制率法的数学原理阐释及其部分证明

林华锋 常彦磊

【摘要】酶抑制率法在农药残留检测中广泛应用，其基本检测原理是分光光度法.本文对农残检测中酶抑制率法的原理进行阐述并应用数学的方法来证明吸光度值A关于时间点t的曲线斜率K值的求解不需要运用入射光强度I0值.

【關键词】农残检测;酶抑制率法;数学原理;数学证明

【基金项目】“十三五”国家重点研发计划重点专项（2017YFF0104904）;广东省科技计划项目（2017B020207004）

前 言

食品安全问题是一个常谈常新的问题.农药在保证农作物产量和增加人类食物供给方面做出了巨大贡献，但是由于农药的过量使用或者滥用，食品及某些中药产品中的农药残留能对人类身体的生理健康造成一定程度的威胁.人们若是误食被农药污染的蔬菜水果等食品，则残留在其中的农药会逐渐在机体内累积或富集，当富集到一定浓度时，可以引起人体急性或慢性中毒[1].

有机磷农药自发明至今已有70余年的历史[2]，它对世界农业发展的重要性不言而喻.我国现已生产和投入使用的有机磷农药达到数十种之多，大多数呈无色或者黄色油状液体，有蒜臭味（比如：马拉硫磷、内吸磷等），少数为低熔点固体（比如：敌百虫）;农业实践上比较常用的有机磷农药分别有敌百虫、乐果、马拉硫磷、甲拌磷和敌敌畏等.目前引起人们关注和重视的是，有机磷农药存在着较高残留率和较高毒性的安全性问题.氨基甲酸酯类农药是继有机磷农药之后出现的一种广泛应用于粮食、蔬菜和水果等农作物的农药，该类合成农药种类已达1000多种，具有分解快、残留时间短、低毒高效和选择性强的特点[3].农业生产上常见的氨基甲酸酯类农药有西维因、呋喃丹（克百威）、涕灭威和除草剂等[4].随着各类农药的规模化投入使用和大众消费者对食品安全意识的提高，农药残留检测势在必行！

然而，由于气相色谱、液相色谱和气-液质联用等大型精密仪器检测在实际应用中存在检测时间长、检测成本高以及检测人员需要较高的科研技术水平等要求的限制而难以向基层生产推广和普及，因此，快速安全可靠的食品农药残留现场分析技术进入了大众的眼帘，为广大食品行业和农业从业者提供实在的便利.其中，以酶抑制率法为代表的农残快速现场检测技术便是首选，以其较高的专一性、较好的灵敏性和准确度以及较低成本的优势而迅速被各类食品、农产品生产基地所接受.

随着农业生产规模化发展步伐的进一步加快和食品安全责任意识的落实，农产品农药残留的快速现场检测和筛查技术将日益受到广大社会群体的青睐.

一、实验原理和理论阐述

蔬菜、水果中残留的有机磷和氨基甲酸酯类农药与昆虫的神经中枢及周围神经系统中的乙酰胆碱酯酶（AChE，是生物有机体神经正常传导中的一种关键性酶）形成的难逆性结合产物——磷酰化胆碱酯酶，致使AChE丧失酶催化活性，失去水解乙酰胆碱的能力，从而使昆虫体内乙酰胆碱不断累积而导致昆虫产生迟发性神经中毒而致死.酶抑制率法就是依据这一原理来检测产品中的有机磷农药和氨基甲酸酯类农药的残留量.

以乙酰胆碱为底物，在乙酰胆碱酯酶（AChE）的作用下，乙酰胆碱水解成胆碱和乙酸，胆碱和显色剂二硫双对硝基苯甲酸（DNTB）[5]产生显色反应，形成黄色反应产物——5-硫基-2-硝基苯甲酸（在光谱学上于410 nm波长处出现最大吸收峰值）.具体抑制情况主要分为以下三种：A. 采用乙酰胆碱酯酶测定农药残留量时，当AChE完全水解底物乙酰胆碱时，溶液显现黄色，其抑制率为0%;B. 当酶活性被农药抑制而部分水解乙酰胆碱，测定溶液显淡黄色，出现相应的抑制率（0%100%）;C. 当AChE完全被农药所抑制，被测溶液呈现无色，抑制率为100% .

值得注意的是，在酶抑制率法检测中所使用的酶主要有3种，分别是羧酸酯酶、丁酰胆碱酯酶、乙酰胆碱酯酶[6].其中研究资料显示乙酰胆碱酯酶敏感性和活性最好，为了保证检测质量和工作效率，乙酰胆碱酯酶相较于前两种酶应用更为广泛些[7].

二、数学推演与证明

根据酶促反应动力学原理，在缺少有机磷和氨基甲酸酯类农药时，底物在AChE的催化作用下发生水解，反应速率可以用吸光度值A随时间T的变化率K0来表示.当有机磷和氨基甲酸酯类农药存在于酶的显色体系中时，农药便抑制了乙酰胆碱酯酶的活性，减缓显色体系的反应速度，此时体系吸光度随时间的变化率为Kt.因此，有机磷和氨基甲酸酯类农药对乙酰胆碱酯酶活性的抑制率Y的计算公式如下：Y=

【参考文献】

[1] 李宝福. 农产品农药残留现状与对策 [J]. 农民致富之友，2014（21）： 61.

[2] 马瑾，潘根兴，万洪富等. 有机磷农药的残留、毒性及前景展望 [J]. 生态环境， 2003（2）： 213-215.

[3] 郭立，张清敏. 氨基甲酸酯类农药残留分析方法的研究进展[J]. 天津农学院学报，2001（4）： 15-18.

[4] 付晓陆，马丽萍，汪少敏等. 食品农产品认证及检验教程 [M].杭州：浙江大学出版社， 2018.

[5] 扶继军. 酶抑制率法农残速测技术及常见问题探究 [J]. 农业与技术，2014（2）： 29-29.

[6] 李卫霞. 乙酰胆碱酯酶法在农药残留检测中的应用及质量控制 [J]. 湖南农业科学，2010（3）： 71-73，76.

[7] 胡蓉. 酶抑制法在蔬菜农药残留快速检测中的应用 [J]. 辣椒杂志，2013（4）： 42-44.

[8] 王小红. 酶抑制法检测蔬菜中的有机磷农药残留的方法研究 [D]. 华中农业大学，2006.