王許蜜, 徐玲英, 楊孔談, 吳歡琪, 王祥云*, 潘道東

(1.寧波大學(xué) 食品與藥學(xué)學(xué)院, 浙江 寧波 315800; 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)藥殘留檢測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全營養(yǎng)研究所, 浙江 杭州 310021)

植物源發(fā)酵食品是人類巧妙地利用有益微生物菌群對(duì)植物進(jìn)行再加工和再創(chuàng)造的一種食品類型[1], 如泡菜、醬油、食醋、果醋、豆豉、腐乳、黃酒、啤酒、葡萄酒、普洱茶等。這些食品中因富含多種維生素、礦物質(zhì)和膳食纖維等營養(yǎng)素而被大眾喜愛[2]。隨著植物源發(fā)酵食品需要量的不斷增加, 食品的質(zhì)量安全及風(fēng)味品質(zhì)越來越受到人們重視。農(nóng)作物作為主要原料在栽培過程中易受病蟲害侵襲, 所以化學(xué)農(nóng)藥在保證其產(chǎn)量與質(zhì)量方面起到了關(guān)鍵作用。但由于農(nóng)藥不合理施用導(dǎo)致的農(nóng)殘超標(biāo)問題頻頻發(fā)生, 進(jìn)而給發(fā)酵食品的質(zhì)量和安全造成了不可忽視的影響。歐盟在2018 年食品農(nóng)藥殘留檢測的報(bào)告中顯示: 茄子中檢出了氧樂果, 甜椒中殘留毒死蜱與三唑酮[3]。2015—2019 年對(duì)葡萄檢測的結(jié)果指出, 1 664 批次國內(nèi)葡萄樣品中有1 408 批次檢出了農(nóng)藥殘留, 檢出超標(biāo)的農(nóng)藥有氯氟氰菊酯、氯氰菊酯、甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽和苯醚甲環(huán)唑等[4]。2014 年, 在進(jìn)口的轉(zhuǎn)基因大豆中檢測出3.908 mg·kg-1的草甘膦和3.364 mg·kg-1的氨甲基膦酸[5]。2019—2020 年從湖南不同地區(qū)采集的1 220 批次茶葉中有592 批次檢出農(nóng)藥殘留, 其中5 批次茶葉農(nóng)藥殘留超標(biāo)[6]。

食品在發(fā)酵過程中涉及的微生物對(duì)原料中的農(nóng)藥殘留行為及降解方式會(huì)產(chǎn)生顯著影響。Islam等[7]研究表明, 毒死蜱可被從泡菜中分離出來的短乳桿菌降解。除含量改變外有些農(nóng)藥在微生物的作用下生成了比母體毒性更大的代謝物。如黃瓜在發(fā)酵過程中毒死蜱的含量有所減少但其代謝物3,5, 6-三氯-2-吡啶酚 (TCP) 殘留量增多, 且TCP的毒性更大[8]。同樣, 農(nóng)藥也會(huì)對(duì)發(fā)酵過程中的微生物產(chǎn)生一定的負(fù)面影響, 從而影響發(fā)酵食品的品質(zhì)和風(fēng)味。當(dāng)百菌清的濃度高于0.03 g·L-1時(shí),能顯著抑制釀酒酵母的生長和酒精發(fā)酵效率, 當(dāng)百菌清濃度低于0.01 g·L-1時(shí), 發(fā)酵過程才能順利進(jìn)行[9]。

本文以植物源食品發(fā)酵過程為主線, 對(duì)食品發(fā)酵過程與農(nóng)藥殘留間的相互影響進(jìn)行總結(jié), 包括微生物在發(fā)酵過程中對(duì)農(nóng)藥降解和代謝行為的影響,以及農(nóng)藥殘留對(duì)食品感官品質(zhì)和理化性狀的干擾,旨在為今后植物性發(fā)酵食品中農(nóng)藥殘留的相關(guān)研究提供參考, 同時(shí)為農(nóng)作物在栽培過程中農(nóng)藥的規(guī)范使用提供理論依據(jù)。

1 發(fā)酵食品中微生物對(duì)農(nóng)藥殘留降解代謝的影響

發(fā)酵食品中的微生物大致分為3 大類, 即細(xì)菌、酵母菌、霉菌[10]。其中, 細(xì)菌包括乳酸菌、醋酸菌、芽孢桿菌、糖多孢菌和葡萄球菌等, 幾乎存在于所有的發(fā)酵食品中。酵母菌主要包括釀酒酵母、畢赤酵母、假絲酵母和德巴利酵母等, 是酒精發(fā)酵和甘油發(fā)酵的主要微生物, 這些微生物在發(fā)酵面團(tuán)、發(fā)酵酒、發(fā)酵醋等食品中不可或缺。與上述微生物相比, 霉菌中的根霉、毛霉和曲霉等則基本存在于醬油、醋、豆醬和豆豉等調(diào)味品中[11]。它們不僅能夠改善食品的口味, 提高食品的營養(yǎng)價(jià)值還可能降解食品中殘留的農(nóng)藥, 保證了食品安全。

1.1 細(xì)菌

參與發(fā)酵蔬菜制作酸泡菜的微生物有乳酸菌、酵母菌、醋酸菌以及霉菌, 但乳酸菌是優(yōu)勢(shì)菌[12]。酸泡菜中常見的乳酸菌有植物乳桿菌、腸膜明串珠菌和短乳桿菌, 這些細(xì)菌在無氧條件下能夠發(fā)酵多種糖類產(chǎn)生乳酸及少量乙醇、乙酸、二氧化碳等,增添了泡菜的風(fēng)味[13]。蔬菜經(jīng)過發(fā)酵后其農(nóng)藥殘留往往有所減少, 這是因?yàn)槲⑸飳?duì)其具有降解作用。遲濤等[14]在酸菜的低溫發(fā)酵實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn), 經(jīng)過高溫滅菌處理的酸菜中久效磷和氧樂果的降解半衰期為111.8 周和123.8 周, 接種了3 株植物乳桿菌的酸菜中久效磷和氧樂果的降解半衰期為26.8 ～37.3 周。另外, 含有天然菌株的酸菜中久效磷和氧樂果的降解半衰期分別為29.0 周和30.9 周, 這表明, 植物乳桿菌具有促進(jìn)久效磷和氧樂果降解的作用, 同時(shí)天然菌株也具有相同的作用。為更加直觀地了解乳酸菌對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥毒死蜱的降解情況,Maden 等[15]從發(fā)酵黑橄欖的鹽水中分離出的植物乳桿菌 LB-1 和LB-2 在MS 培養(yǎng)基中進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn), 菌株LB-1 和LB-2 在MS 培養(yǎng)基中對(duì)毒死蜱和溴氰菊酯的降解率在3 d 后分別達(dá)到96%、90%和24%、53%。申 文 熹 等[16]研 究 了α-666、β-666、ppDDE、ppDDD 等4 種有機(jī)氯農(nóng)藥在酸菜中的降解情況, 發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵15 d 后4 種有機(jī)氯農(nóng)藥已完全降解。趙越[17]發(fā)現(xiàn), 手性農(nóng)藥多效唑在黃瓜和白菜腌制過程中都存在對(duì)映體轉(zhuǎn)化的情況, 并且S對(duì)映體轉(zhuǎn)化成R 對(duì)映體的速率較快; 手性農(nóng)藥多效唑在黃瓜腌制過程中不存在選擇性降解行為, 而在白菜腌制過程中存在選擇性降解, S 對(duì)映體比R對(duì)映體降解快。

1.2 酵母菌

酵母菌作為兼性厭氧菌, 對(duì)農(nóng)藥具有潛在的降解作用。Han 等[18-19]研究了高粱在發(fā)酵過程中對(duì)多種農(nóng)藥殘留量的影響發(fā)現(xiàn), 在3 個(gè)添加水平條件下, 釀酒酵母對(duì)甲基毒死蜱降解率分別為14.8%、18.8%和19.0%。單治國等[20]研究發(fā)現(xiàn), 普洱茶接種微生物固態(tài)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)中接種釀酒酵母處理的聯(lián)苯菊酯殘留降解率為36.79%, 顯著優(yōu)于傳統(tǒng)發(fā)酵、黑曲霉、產(chǎn)黃青霉處理。Lu 等[21]在醬油釀造過程中發(fā)現(xiàn), 當(dāng)用米曲霉作為發(fā)酵劑時(shí), 禾草靈沒有表現(xiàn)出立體選擇性行為, 但是在魯氏酵母作為發(fā)酵劑時(shí), S-禾草靈降解比 R-禾草靈快。An 等[22]研究發(fā)現(xiàn), 在葡萄發(fā)酵過程中乙酰甲胺磷降解了58.9%, 但其有毒代謝物甲胺磷的量是原來的2倍。有報(bào)道稱酵母菌不僅能生物降解農(nóng)藥還能對(duì)某些農(nóng)藥進(jìn)行吸附達(dá)到減少農(nóng)藥殘留的目的[23]。Zhang 等[24]發(fā)現(xiàn)了釀酒酵母對(duì)擬除蟲菊酯類農(nóng)藥具有很好的吸附作用, 并證實(shí)了發(fā)酵蘋果汁中氯氰菊酯被酵母菌吸附。

1.3 霉菌

相較于細(xì)菌和酵母菌, 對(duì)霉菌的研究則明顯較少。Zhou 等[25]研究了豆腐發(fā)酵過程中四種有機(jī)磷農(nóng)藥降解情況, 發(fā)現(xiàn)4 種有機(jī)磷農(nóng)藥含量在豆腐發(fā)酵過程中呈現(xiàn)出明顯的加速下降趨勢(shì), 對(duì)照組中有機(jī)磷農(nóng)藥的降解率是56.0%～86.1%, 而接種毛霉發(fā)酵的毛豆腐中有機(jī)磷農(nóng)藥最終的降解率達(dá)到了79.7%～99.5%。Lu 等[26]研究了甲基敵草胺及其代謝物敵草胺在醬油釀造過程中的立體選擇性行為, 發(fā)現(xiàn)了醬油發(fā)酵中的米曲霉對(duì)甲基敵草胺和敵草胺的對(duì)映異構(gòu)體表現(xiàn)出了不一致的降解能力。

2 農(nóng)藥殘留對(duì)食品發(fā)酵的影響

2.1 農(nóng)藥殘留對(duì)發(fā)酵過程微生物的影響

農(nóng)作物在種植過程中噴施農(nóng)藥會(huì)對(duì)其表面的天然菌群產(chǎn)生較大影響, 一般情況下會(huì)降低菌群多樣性和豐富度, 使其優(yōu)勢(shì)菌群發(fā)生變化[27]。同樣發(fā)酵過程中殘留的農(nóng)藥也會(huì)對(duì)體系中人工添加的菌種產(chǎn)生影響, 如郭璐瑤[28]進(jìn)行了苯醚甲環(huán)唑、戊唑醇、吡唑醚菌酯、嘧菌酯以及噻蟲嗪5 種農(nóng)藥對(duì)釀酒酵母菌脅迫的影響實(shí)驗(yàn), 結(jié)果顯示: 苯醚甲環(huán)唑、戊唑醇對(duì)酵母菌的抑制作用是相對(duì)較強(qiáng)的, 且隨著農(nóng)藥濃度的增高抑制作用增強(qiáng); 吡唑醚菌酯、嘧菌酯抑制相對(duì)較弱或無作用; 噻蟲嗪對(duì)釀酒酵母菌無明顯生長毒性。農(nóng)藥對(duì)發(fā)酵微生物的影響不僅受農(nóng)藥種類的影響, 還受其濃度的影響。在小麥釀造實(shí)驗(yàn)中, 當(dāng)毒死蜱濃度為5 倍最大殘留限量(MRL) 濃度時(shí)對(duì)酵母在培養(yǎng)基中的生長抑制為53%, 在兩個(gè)最高劑量 (15 倍MRL 濃度, 20 倍MRL 濃度) 下達(dá)到了88.3%和90.1%[29]。農(nóng)藥的濃度達(dá)到一定水平后可能會(huì)延緩甚至中止發(fā)酵過程。添加百菌清的濃度越大, 對(duì)酒精發(fā)酵的抑制作用就會(huì)越加明顯, 發(fā)酵時(shí)間就越長, 當(dāng)其劑量達(dá)到0.2 g·kg-1時(shí)即可出現(xiàn)葡萄醪發(fā)酵停止現(xiàn)象, 即便再次向容器中添加酵母也不能完成發(fā)酵[30]。另外, 少數(shù)農(nóng)藥會(huì)通過刺激微生物的生命活動(dòng)從而促進(jìn)發(fā)酵過程, 如多效唑刺激了畢赤酵母的生長, 增加了其生 物 量[31]。Cabras 等[32-34]在滅菌丹對(duì)葡萄酒發(fā)酵的影響實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn), 隨著發(fā)酵過程的進(jìn)行,滅菌丹被降解為鄰苯二甲酰亞胺, 在一定程度上提高了酵母的發(fā)酵速率。

大量文獻(xiàn)表明, 微生物與農(nóng)藥之間存在相互選擇影響, 因此, 在種植農(nóng)作物過程中應(yīng)根據(jù)不同作物的發(fā)酵需求合理選擇農(nóng)藥以及用量, 既保證食品安全又能保證食品品質(zhì)。

2.2 農(nóng)藥殘留對(duì)發(fā)酵酒類品質(zhì)的影響

植物性發(fā)酵食品雖然眾多, 但對(duì)農(nóng)藥殘留影響發(fā)酵食品品質(zhì)的研究目前主要集中在啤酒以及各種果酒上。酒的品質(zhì)一般包括兩方面, 感官品質(zhì)和理化性狀, 前者包括香氣、滋味及顏色等, 后者主要涉及酒精度、總糖含量、殘?zhí)呛?、揮發(fā)酸含量等指標(biāo)。在酒的釀造過程中, 農(nóng)藥主要通過抑制微生物的活性來干擾發(fā)酵進(jìn)程, 改變微量成分以及代謝物含量, 導(dǎo)致發(fā)酵酒的品質(zhì)下降[35-37]。

2.2.1 農(nóng)藥對(duì)醇類物質(zhì)的影響

醇類化合物是葡萄酒酵母發(fā)酵的主要產(chǎn)物, 除乙醇之外, 葡萄酒中還有丙醇、丁醇、丁二醇、糠醇等, 對(duì)葡萄酒風(fēng)味構(gòu)成具有重要意義[38]。農(nóng)藥殘留對(duì)葡萄酒中醇濃度有較大影響, 如在葡萄酒發(fā)酵過程中丙森鋅、戊唑醇、吡唑醚菌酯、苯霜靈殘留改變了酵母和氨基酸的生物合成過程, 從而導(dǎo)致了葡萄酒中香葉醇和萜烯含量降低, 并且丙森鋅還降低了對(duì)香氣強(qiáng)度影響更大的異丁醇、正丁醇含量[39-41]。烯酰嗎啉、嘧菌胺分別降低了8%和10%的乙醇含量, 增加了異戊醇含量從而導(dǎo)致酒品質(zhì)下降[42]; 環(huán)酰菌胺氟喹唑、苯氧喹啉、肟菌酯、噁唑菌酮增加了正己醇含量, 從而產(chǎn)生令人反感的氣味, 使葡萄酒的品質(zhì)下降[43]。

2.2.2 農(nóng)藥對(duì)酚類物質(zhì)的影響

酚類物質(zhì)是酒中重要的品質(zhì)貢獻(xiàn)及功能性物質(zhì), 一直以來都是酒研究的重點(diǎn)。酚類物質(zhì)不僅可以影響酒的氣味、顏色、口感等品質(zhì)指標(biāo), 還具有抗氧化的功能[44]。農(nóng)藥殘留易改變多酚物質(zhì)含量,如經(jīng)過喹氧靈處理過的葡萄發(fā)酵后酚類化合物顯著高于對(duì)照組; 肟菌酯處理的葡萄酒總酚含量 (包括二苯代乙烯類) 明顯低于對(duì)照組; 經(jīng)甲基醚菌酯、噁唑菌酮和氟喹唑處理過的葡萄酒發(fā)酵后總酚含量微有下降[45]。Navarro 等[46]發(fā)現(xiàn), 在啤酒發(fā)酵的初期, 含有丙環(huán)唑、腈菌唑、殺螟硫磷和氟樂靈殘留物的樣品在發(fā)酵后總多酚含量都存在顯著差異。

2.2.3 農(nóng)藥對(duì)酯類物質(zhì)的影響

香氣是評(píng)判酒品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo), 葡萄酒中的香氣由800 余種揮發(fā)性物質(zhì)組成[47], 已有研究表明, 酯類化合物具有較低的閾值和濃郁的水果香味, 其濃度的變化對(duì)葡萄酒香氣的濃郁度和持久性具有重要影響[48]。農(nóng)藥殘留會(huì)影響酵母菌等微生物的代謝, 影響酯類物質(zhì)的產(chǎn)生, 對(duì)酒的品質(zhì)產(chǎn)生不利影響。如García 等[43]在2004 年研究殺菌劑殘留物 (嘧菌酯、咯菌腈和嘧霉胺) 對(duì)接種了不同釀酒酵母菌株的airen 白葡萄酒的芳香成分的影響時(shí), 發(fā)現(xiàn)己酸乙酯、辛酸乙酯和癸酸乙酯的總含量有所下降, 導(dǎo)致葡萄酒的香味不夠純正。Noguerol-Pato 等[40]研究了戊唑醇?xì)埩魧?duì)曼西亞紅葡萄酒香氣的影響發(fā)現(xiàn), 戊唑醇?xì)埩魷p少了柚子、熱帶果蔬類香氣, 增加了曼西亞紅葡萄酒的葡萄香、發(fā)酵香和花香, 破壞了原有香氣成分組成與比例, 并且經(jīng)蘋果酸-乳酸發(fā)酵后生成過多的乳酸乙酯, 從而降低葡萄酒的品質(zhì)。

2.2.4 農(nóng)藥對(duì)理化性狀的影響

無論是白酒還是葡萄酒其理化性狀如酒精度、揮發(fā)性酸、總糖都易受到農(nóng)藥殘留的影響。殘留的農(nóng)藥通過影響發(fā)酵微生物的生長及代謝活動(dòng)而改變其含量, 最終導(dǎo)致了品質(zhì)變化。在含有烯唑醇、氟環(huán)唑、環(huán)丙唑醇、戊唑醇和粉唑醇的樣品中, 發(fā)酵結(jié)束時(shí)的酒精含量明顯低于對(duì)照組。此外, 在處理過的啤酒中發(fā)現(xiàn)更高量的殘余糖 (主要是麥芽糖和麥芽三糖)、更低的顏色強(qiáng)度和更高的色度[46]。邢世均等[49]研究了3 種殺菌劑對(duì)葡萄酒色澤的影響, 發(fā)現(xiàn)在甲霜靈和嘧菌酯的作用下, 葡萄酒花色苷含量顯著降低, 導(dǎo)致成品酒色素比例發(fā)生改變;甲基硫菌靈能顯著改變葡萄酒的色調(diào)、色度以及花色苷含量等指標(biāo), 從而影響葡萄酒色澤。李記明等[30]研究了農(nóng)藥殘留對(duì)葡萄酒理化指標(biāo)的影響發(fā)現(xiàn), 增加發(fā)酵醪中百菌清的濃度, 葡萄酒的酒精度降低, 揮發(fā)酸、總酸升高, 殘?zhí)巧吆透山鑫锖肯鄳?yīng)增加; 添加三唑酮使葡萄酒干浸出物含量顯著降低; 添加殺螟硫磷, 葡萄酒酒精度降低, 殘?zhí)?、總酸和揮發(fā)酸略升高; 添加氧化樂果, 葡萄酒中干浸出物有所降低。

2.3 農(nóng)藥殘留對(duì)植物源發(fā)酵食品品質(zhì)影響

農(nóng)藥殘留不僅能影響發(fā)酵酒的品質(zhì), 同樣對(duì)植物源發(fā)酵食品品質(zhì)也具有一定的影響。早在1998—1999 年Welkner 等[50]研究了農(nóng)藥混合物對(duì)發(fā)酵黃瓜品質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn), 與對(duì)照組比, 處理組的黃瓜顏色更綠, 硬度更低且空腔更多。Manthey等[51]研究了收獲前施用除草劑對(duì)小麥發(fā)酵面包制作品質(zhì)的影響, 結(jié)果顯示, 除草劑處理對(duì)面包體積、面包對(duì)稱性和面包屑顆粒以及質(zhì)地沒有明顯影響, Darwent 等[52]也觀察到了類似的結(jié)果, 報(bào)道中講述面包質(zhì)量不受收獲前施用草甘膦的影響。Randazzo 等[53]在橄欖發(fā)酵過程中發(fā)現(xiàn), 未處理的橄欖苦苷濃度緩慢下降, 在發(fā)酵過程結(jié)束時(shí)達(dá)到最低值, 經(jīng)過高嶺土和含銅農(nóng)藥處理的橄欖苦苷濃度在整個(gè)發(fā)酵過程中增加, 此外, 咸味、苦味、酸度、硬度和纖維性方面的值均高于相應(yīng)的未處理樣品。

3 總結(jié)與展望

農(nóng)藥的使用可以保證食物生產(chǎn)過程中的產(chǎn)量和品質(zhì), 但同時(shí)也帶來了農(nóng)藥殘留風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前微生物降解農(nóng)藥的安全性相對(duì)較高, 國內(nèi)外學(xué)者對(duì)農(nóng)藥微生物降解的研究也日益增多, 許多能降解農(nóng)藥的微生物菌株如細(xì)菌、真菌等已陸續(xù)得到分離與鑒定,但是對(duì)發(fā)酵過程作用于農(nóng)藥降解的研究還比較少,其中, 對(duì)農(nóng)藥影響發(fā)酵食品品質(zhì)的研究更多局限于葡萄酒和啤酒中。然而, 發(fā)酵食品因具有多種有益人體健康的優(yōu)點(diǎn)而受到越來越多人的追捧, 所以在未來的研究中要不斷深入探索農(nóng)藥在食物發(fā)酵過程中的降解和代謝規(guī)律, 以及農(nóng)藥殘留對(duì)發(fā)酵食品品質(zhì)的影響, 以充分確保發(fā)酵食品生產(chǎn)安全。