（农产品加工及贮藏工程专业论文）动物源性食品中氯霉素辐射降解产物及机理的研究.pdf

摘要 兽药残留给食品安全带来了严重隐患。食品辐照技术是保障食品安全的一项重要技术。国家 “十一五”项目对食品安全予以重点关注，提出广泛采用高新技术，优化产业结构，提高产品档次， 保障食品安全，食品辐照技术是其中重要的一项。 论文的目的是通过研究含兽药残留的食品在辐照灭菌过程中的药残降解效应，证明用辐照技 术控制食品中的兽药残留是切实可行的，以扩大辐照技术的应用领域，更有力地保障食品安全。 选择近年来具有代表性的残留兽药一氯霉素为对象，以蜂蜜和海虾为食品基质，着重解决了氯霉 素能否被辐照降解、降解后的产物是什么、产物是否具有毒性、氯霉素是如何降解的、含药残的 食品被辐照后品质能否被接受等几个关系到辐照控制食品中药残这一技术是否可行的关键问题。 以氯霉素水溶液为模型，研究含水状态下氯霉素的辐射降解效果。结果表明，初始浓度为1 5 0 m g i 的氯霉素经过9 k g y 辐照后，降解率为9 9 。初始浓度和吸收剂量对氯霉素的降解均有影响。 吸收剂量越大，药物的降解率越高。初始浓度越低，越有利于药残的去除。氯霉素相对浓度随两 者的变化趋势用指数方程拟合：c c o = a e b d ，其中d 为吸收剂量，a 、b 为依赖c 0 的常数。 由于食品中氯霉素残留量极低，同样选用水溶液模型来研究氯霉素的辐射降解产物和辐射降 解机理。利用液相色谱串联质谱分析方法，解析出8 种氯霉素的辐射降解产物。8 种产物中有3 种与前人研究的固体氯霉素辐解产物相同，另外5 种是首次报道。通过检索毒性数据库，对辐解 产物的毒性作出评价，其中二氯乙酰胺和对硝基苯甲酸存在毒性记录，其他产物在毒性数据库中 均未检索到明显的记录。由于这些产物结构均与氯霉素近似，通过预测认为毒性也近似。在痕量 水平下，所有产物的毒性是可以忽略的。 通过不同气氛( 氮气、一氧化氮) 和添加剂( 双氧水、异丙醇、叔丁醇) 设置，借助辐射化 学产额g 值定量分析和液相色谱串联质谱定性分析，研究不同自由基( 羟自由基o h 、氢自由基 h 、水合电子e a q ) 在启动氯霉素降解和导致终产物生成两个过程中的作用，进而得出辐射降解 机理，研究具有创新性。在氯霉素辐射降解过程中o h 起主要作用，其次是h ，e 。- 彳艮难迅速启动 氯霉素的降解；在主要辐解终产物形成过程中，o h 。是主要的自由基，h 也会起一定的辅助作用， c a q 与主要辐解产物的形成关系不大。最终，提出氯霉素的辐射降解机理：水辐解产生的o h 和h 活 性粒子会首先导致抽氢反应，然后生成的自由基产物再发生分化和或自由基重排反应导致氯霉素 的降解和主要辐解产物的生成。研究还发现，o h 的加成反应在辐解过程中也发挥着重要作用。 研究了食品( 蜂蜜和海虾) 中低残留的氯霉素经过辐照后的降解效果和食品基质的品质变化 情况。采用气相色谱电子捕获检测器( g c e c d ) 的检测方法对痕量氯霉素进行定量，分别采用 国标g b t 1 8 7 9 6 2 0 0 5 和g b 2 7 3 3 2 0 0 5 中规定的检测指标及方法对食品品质进行分析。结果表明： 蜂蜜、海虾中氯霉素经y 射线辐照后的降解率均随吸收剂量增大而增大；在9 3 k g y 吸收剂量时， 两种食品中初始浓度为1 0 0 , u g k g 的氯霉素降解率均达到9 9 以上。食品中辐解产物的极痕量状 态使它们不能够被检测到，不存在毒性危害。经过9 3 k g y 的吸收剂量辐照后，蜂蜜和海虾中主 要营养成分无明显变化。 关键词食品安全兽药残留辐照降解降解产物机理 a b s t r a c t v e t e r i n a r yd r u g sr e s i d u a l si na n i m a ld e r i v e df o o db r i n ga b o u tp o t e n t i a lr i s k so nt h ef o o ds a f e t y i s s u e s f o o di r r a d i a t i o ni sak e yt e c h n o l o g yf o rf o o ds a f e t y f o o ds a f e t yi sf o c u s e do ni nt h es t a t e “1 1 恤 f i v ey e a r sp l a n ”s e v e r a lh i g h t e c h sa r ew e l c o m e dt oo p t i m i z et h ei n d u s t r i a ls t r u c t u r e ，i m p r o v ep r o d u c t q u a l i t ya n dt oe n s u r ef o o ds a f e t y f o o di r r a d i a t i o ni st h ek e yo n ea m o n gt h e m t h ew o r kc h o o s e sc h l o r a m p h e n i c o la st h eo b j e c t ，h o n e ya n ds h r i m pa st h et a r g e tf o o d t h ea i mo f t h ew o r ki st oa n s w e rs e v e r a lq u e s t i o n sw h i c ha r en e c e s s a r yt od e t e r m i n et h e i r r a d i a t i o ni sa l l a p p r o p r i a t et e c h n o l o g yt oe l i m i n a t i o nt h ev e t e r i n a r yd r u g sr e s i d u a l si na n i m a ld e r i v e df o o d t h e s e q u e s t i o n sa r e ：c a nv e t e r i n a r yd r u g sd e g r a d eu n d e ri r r a d i a t i o n ? w h a ta r et h em d i o l y s i sp r o d u c t s ， w h e t h e rt h e ya r et o x i c ? h o wd o e st h ed e g r a d a t i o nw o r k ? t h ed e g r a d a t i o ne f f e c to fc m o r a m p h e n i c o lu n d e ri r r a d i a t i o nw a sf i r s t l ys t u d i e db yu s i n ga q u e o u s s o l u t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tu n d e rt h ea b s o r b e dd o s e so f9k g y ，t h ec o n c e n t r a t i o no f c h l o r a m p h e n i c o ld e c r e a s e df r o m1 5 0m g li n i t i a l l yt o1 ，t h ed e g r a d a t i o nr a t ew a s9 9 t h eh i g h e r t h ea b s o r b e dd o s ew a s ，t h eb e t t e rt h er e m o v a le f f e c to fc h l o r a m p h e n i c o lw a s t h el o w e rt h ei n i t i a l c o n c e n t r a t i o nw a s ，t h em o r et h ed r u gw a sr e m o v e d t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nd e g r a d a t i o ne f f e c t ， a b s o r b e dd o s e sa n di n i t i a lc o n c e n t r a t i o nc a nb ee x p r e s s e db yt h ee q u a t i o n ：c c 0 = a e 。肋i nw h i c hd m e a n ta b s o r b e dd o s e ，a n dc o n s t a n t sabw e r er e l yo nt h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o nc 0 a c t u a l l y , s i n c et h ec h l o r a m p h e n i c o lr e s i d u a li nf o o di st o ol o wt od e t e c t ，t h ea q u e o u ss o l u t i o nw a s a l s oc h o s e nt os t u d yt h er a d i o l y s i s p r o d u c t sa n dm e c h a n i s m 8m a i nr a d i o l y s i sp r o d u c t s w e r e d e t e r m i n e db yl i q u i dc h r o m a t o g r a p h yt a n d e mm a s ss p e c t r o m e t r y ( l c m s m s ) a n a l y s i sm e t h o d ，3o f t h e mw e r ea l s ot h er a d i o l y s i sp r o d u c t so fs o l i dc h l o r a m p h e n i c o l ，o t h e r sw e r er e p o r t e da tt h ef i r s tt i m e t h et o x i c i t i e so ft h e mw e r ee v a l u a t e db yr e t r i e v i n gi n f o r m a t i o nf r o mt h et o x i c o l o g i c a ld a t a b a s e s a m o n gt h e s ep r o d u c t s ，2 ，2 - d i c h l o r o a c e t a m i d ea n d4 - n i t r o b e n z o i ca c i dw e r eo ft o x i ce f f e c t s ，w h i l et h e o t h e 璐h a dn ot o x i c o l o g i c a lr e c o r d sy e t h o w e v e r , t h es t r u c t u r e so ft h e s ep r o d u c t sw i t h o u tr e c o r d sw e r e s i m i l a rt oc h l o a m p h e n i c o l ，s ot h et o x i c i t i e sw e r ea l s os i m i l a r o nt h et r a c el e v e l ，a l lt h et o x i c i t i e so ft h e p r o d u c t sc a nb ei g n o r e d b ys e t t i n gd i f f e r e n ta t m o s p h e r e ( n i t r o g e n ，n i t r i co x i d e ) a n da d d i t i v e s ( h y d r o g e np e r o x i d e ， i s o p r o p a n o l ，t e r t b u t y la l c o h 0 1 ) ，d i f f e r e n tr a d i c a l ( h y d r o x y lr a d i c a l ，h y d r o g e nr a d i c a l s ，h y d r a t e d e l e c t r o n i c ) d o m i n a n t si nt h ei r r a d i a t i o np r o c e s sa n dd i f f e r e n td e g r a d a t i o ne f f e c t sa n dp r o d u c t sf o r m a t i o n e f f e c tw o u l db es t u d i e d b yi c m s m s q u a l i t a t i v e a n a l y s i s a n dr a d i a t i o nc h e m i c a ly i e l d ( g ) q u a n t i t a t i v e a n a l y s i s ，t h e r e s u l ts h o w e dt h a t o h p l a y e d t h e m a j o r r o l ef o rd e g r a d a t i o no f c h l o r a m p h e n i o c li nt h er a d i a t i o ns y s t e mo fa q u e o u ss o l u t i o n ，f o l l o w e db yh ，e n q 。c a nh a r d l yi n i t i a t et h e d e g r a d a t i o n t h er a d i c a l sa l s op l a y e dt h es i m i l a rr o l e s i n t h ef o r m a t i o no fr a d i o l y s i sp r o d u c t s u l t i m a t e l y ，t h ed e g r a d a t i o nm e c h a n i s mw a sp r o p o s e d ：i nt h ec h l o r a m p h e n i c o la q u e o u ss o l u t i o n ，t h e r a d i o l y s i so f w a t e ry i e l d sr e a c t i v es p e c i e ss u c ha so h a n dh w h i c hw i l lc a u s eh - a b s t r a c t i o nr e a c t i o n f i r s t l y , a n dt h e nf r a g m e n t a t i o na n d o rr e a r r a n g e m e n to fr a d i c a l sc a u s e dd e g r a d a t i o no fc h l o r a m p h e n i c o l a n di n f o r m a t i o no fm a i nr a d i o l y s i sp r o d u c t s i na d d i t i o n ，o h 。h a da n o t h e ri m p o r t a n tr o l eb yc a u s i n g o h a d d i t i o nr e a c t i o n n ed e g r a d a t i o ne f f e c to fl o wc h l o r a m p h e n i c o lr e s i d u a l si nf o o da n d q u a l i t yo ff o o da f t e r i r r a d i a t i o nw e r es t u d i e d n eg a sc h r o m a t o g r a p h y - e l e c t r o n c a p t u r e d e t e c t o rw a se x p l o r e df o r q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so ft r a c ec h l o r a m p h e n i c 0 1 n ei n d i c a t o r sa n dt h e i ra n a l y s i sm e t h o d so ff o o dq u a l i t y s t u d yw e r eu n d e rt h en a t i o n a ls t a n d a r dg b 厂r1 8 7 9 6 - 2 0 0 5a n dg b2 7 3 3 2 0 0 5 t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： w h e nt h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o nw a s1 0 0 比g k gi nh o n e ya n ds h r i m p ，t h ed e g r a d a t i o nr a t e sr e a c h e dm o r e t h a n9 9 b yi r r a d i a t i o no f9 3k g y t h er a d i o l y s i sp r o d u c t sw e r ct o ol o wt od e t e c t ，s ot h e r ew o u l db en o h a z a r d t h e r ew e r en os i g n i f i c a n c ec h a n g e so fm a j o rn u t r i e n t si nh o n e ya n ds h r i m pa f t e ri r r a d i a t i o n s o m ei n d i c a t o r ss u c ha sh m fi nh o n e ya n dv o l a t i l eb a s eo fn i t r o g e ni ns h r i m pe v e ng o ts i g n i f i c a n t l y b e t “玎t h a nb e f o r e i r r a d i a t i o n k e yw o r d s ：f o o ds a f e t yv e t e r i n a r yd r u gr e s i d u a l s i r r a d i a t i o n - i n d u c e dd e g r a d a t i o n r a d i o l y s i sp r o d u c m m e c h a n i s m 英文缩略表 v i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业科学院或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 粥豸 帆伽萨衫月 侈日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解中国农业科学院有关保留、使用学位论文的规定，即：中国农业科 学院有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业科学院可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 论文作者签名：谢勇时间：加g 年 f 月侈日 新签名形枷帆摊7 州日 中囝农、化科学院硕十学位论文第一章绪论 曼鼍舅。i i i i 一一。一i i _ m - - i ；- - _ o 曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇 第一章绪论弟一早 三百下匕 1 1 研究背景 1 1 1 动物源性食品中兽药残留现状、危害及原因 随着全球经济一体化和食品贸易国际化的进行，食品安全已经成为一个重要的公共卫生问题 ( w h o ，1 9 9 7 ) 。动物食品安全一直是全世界关注的焦点，其中最突出的是兽药残留问题 ( f a 0 、o ，2 0 0 4 ) 。兽药残留给人们的生命安全带来隐患，人们在日常生活中通过食用动物 性食品而在体内蓄积残留的药物，将对身体造成严重的影响。每年由于兽药残留问题而导致的食 品安全事件时有发生，对社会安定、人民身体健康和国际贸易都带来了不利影响。 2 0 0 2 年欧盟以从中国进口的动物源性食品中氯霉素超标为由全面禁止进口中国的此类产品， 随后，美国、日本等国也纷纷提高检测标准，制约我国产品的出口。此次事件给我国造成了巨大 的经济损失，损害了我国农产品在国际上的声誉，我国农产品的出口受到严峻挑战( 肖乐，2 0 0 2 ) 。 2 0 0 5 年6 月，英国食品标准局在布拉德福德( b r a d f o r d ) 市内一家知名超市连锁店出售的鲑鱼体内 检出孔雀石绿残留，引起日本、欧盟和韩国等国家和地区的高度关注( t h o m a s ，2 0 0 5 ) 。8 月，我 国福建、江西出口鳗鱼产品中检出孔雀石绿药物残留后，主动停止烤鳗鱼对外出口，因此形成的 经济损失达几十亿元。2 0 0 6 年1 0 月上海在市售的多宝鱼( 学名大菱鲆) 中发现药物残留超标现 象严重，所抽样品全部被检出含有违禁药物，部分样品还同时检出多种违禁药物。接着各地食品 药品监督部门纷纷对所在地的多宝鱼进行了抽查和检测，发现很多多宝鱼样品中被检出硝基呋喃 类代谢物，部分样品还被检出孔雀石绿、恩诺沙星、环丙沙星、氯霉素、红霉素等多种禁用渔药 残留。其中，一些样品的呋喃唑酮代谢物的最高检出值达到1m g k g 。一时间，人们谈鱼色变，各 地区纷纷对多宝鱼进行封杀，多宝鱼产业几近全军覆没( 叶佳林，2 0 0 6 ) 。据2 0 0 5 年我国农产品 质量安全普查项目数据显示：蜂蜜抽检样品中禁用药氯霉素检出率6 8 、超标率4 1 3 ；四环素 检出率3 7 、超标率1 2 2 。奶粉和生鲜牛奶抽检样品抗生素不合格率分别为3 6 和6 0 3 。 动物源性食品中兽药残留对人体健康的危害是多种多样的，不仅可以直接产生过敏反应、毒 性反应、乃至“三致反应”，而且会引起细菌耐药性的增加，间接形成对人类健康的潜在威胁( 张 汉云等，2 0 0 7 ；谷虹等，2 0 0 7 ) 。 过敏反应：人体摄入超量的抗菌药物，如青霉素、四环素类、喹诺酮类、氯霉素类等，会部 分发生过敏反应甚至休克，并在短时间内出现血压下降、皮疹、喉头水肿、呼吸困难等严重症状 ( 杨连成等，2 0 0 0 ) 。 毒性反应：长期食用药物残留超标的食品后，当体内累积的药物浓度达到一定量时会产生多 种急、慢性中毒。近年来，国内外有很多关于人食用盐酸克伦特罗( 瘦肉精) 超标的猪肉及猪内 脏而发生急性中毒事件的报道( 刘国信，2 0 0 6 ) 。人体对氯霉素反应也十分敏感，特别是婴幼儿 的药物代谢功能尚不完善，氯霉素的超标可引起致命的“灰婴综合症”反应，严重时会造成人的 再生障碍性贫血( 周振新，2 0 0 3 ) 。 “三致”反应：研究( 0 b r i e n 等，1 9 9 6 ) 发现，很多药物具有致癌、致畸、致突变的“三致” 作用。如雌激素、克球酚、硝基呋喃类、氯霉素等已经被证明具有致癌作用；丁苯咪唑、丙硫咪 中同农业科学院硕l j 学位论文第一章绪论 唑和苯硫苯氨酯具有致畸作用；孔雀石绿在细胞分裂时阻碍蛋白肽的形成，使细胞内的氨基酸无 法转化为蛋白肽，细胞分裂受到抑制，因而具有高残留、高致癌、高致畸和致突变等副作用。 耐药菌株的产生：动物机体长期反复接触某种抗药药物后，其体内敏感菌株受到选择性的抑 制，从而使耐药菌株大量繁殖。耐药细菌使得一些常用药物的疗效下降甚至完全失去，如青霉素、 氯霉素、庆大霉素、磺胺等药物在畜禽中已大量产生抗药性，临床效果越来越差( 宋诗铎，2 0 0 4 ) 。 细菌对氯霉素耐药机制主要通过质粒介导产生的乙酰转移酶使氯霉素转化为乙酰化衍生物而灭 活( 尤启东，2 0 0 4 ) 。 引起兽药残留的主要原因：( 1 ) 违规用药：为了保证食品的安全性，世界各国都有各自的“食 品动物禁用的兽药及其化合物清单”，即禁药清单，如克伦特罗、氯霉素、己烯雌酚、氯丙嗪等 就属于禁药清单中的药物。( 2 ) 不正确的用药：用药剂量、给药途径、用药部位和用药动物的种 类不科学，如盲目加大用药剂量，不科学的联合用药等，可能延长药物在体内的存留时间( 薛华， 2 0 0 6 ) 。( 3 ) 没有遵守休药期的规定：休药期是指食用动物停止用药到许可屠宰或其产品许可上 市的间隔时间。不同的药物、不同的给药途径及不同的动物品种，其休药期是不相同的，而且都 有明确的规定。美国食品药品管理署( f o o da n dd r u g a d m i n i s t r a t i o n ，f d a ) 曾调查发现，没有遵 守休药期是引起兽药残留的第一原因，达到7 6 ( 李存，2 0 0 3 ) 。( 4 ) 药品标签的不明确标示： 生产厂家没有明确标示产品中的药物成分及其含量，兽医师不知情地用药，导致违规残留。此种 情况在我国比较严重，我国在兽药产品的监管等许多方面还存在不少漏洞。( 5 ) 环境污染：主要 指工业“三废”、农药和有害的城市生活垃圾这些有害物质进入农田，不仅直接伤害农作物， 导致减产、绝收，同时还会破坏水质，影响土壤。其中所含有害重金属、无机物、农药等经食物 链进入动物和人体引起多种疫病( 贺家亮等，2 0 0 6 ) 。 目前，国际食品法典委员会( n ec o d e x a l i m e n t a r i u sc o m m i s s i o n ，o 屺) 、食品添加剂联合 委员会( j o i n te x p e r tc o m m i t t e eo nf o o da d d i t i v e s ，j e c f a ) 和欧盟、美国等均有关于可食性动物 组织中兽药最高残留限量的规定，还加大了对食品安全研究的人力、财力和物力的投入，不断有 新的兽药残留限量和新的残留检测方法出台( f a o w h o ，2 0 0 4 ；f e r g u s o n a 等，2 0 0 5 ：l i 等， 2 0 0 6 ) 。 我国农业部于1 9 9 4 年首次制定并发布了3 4 种药物的最高残留限量标准；1 9 9 9 年修订并颁布 了1 0 9 种兽药在动物性食品中最高限量标准。2 0 0 2 年1 2 月以第2 3 5 号公布发布执行新的动物 性食品中兽药最高限量标准，提出了2 2 2 种兽药在动物体内的安全限量标准。经国家标准委批 准，从2 0 0 7 年3 月1 日开始，涵盖了目前世界上最为关注的1 8 类1 3 1 种兽药和7 种生物毒素残 留量的2 8 项兽药残留检测方法的国家标准正式实施。 当前国内外对动物源性食品中兽药残留做出的规定愈加严格，既反映出公众对食品安全的关 注程度不断提高，也从一个侧面折射出兽药残留的现状不容乐观。 1 1 2 食品辐照技术在保障食品安全上的优势 随着人们对兽药残留危害认识的加深和对食品安全的重视，各国都在采取严格的监控措施来 消除兽药残留。我国的专家学者也提出了很多的对策建议：建立完善的兽药残留监测体系；建立 健全配套法规；加强研制和推广使用天然药物和制剂；加强宣传教育，科学使用兽药等( 贺家亮， 2 中国农业科学院硕十学位论文第一章绪论 2 0 0 6 ) 。这些措施需要全社会共同努力去实践，短时间内是不能彻底解决兽药残留问题的。 国家“十五”项目中对食品安全予以重点关注，提出广泛采用高新技术，优化产业结构， 提高产品档次，保障食品安全( 中央政府门户网站，2 0 0 6 ) ，而食品辐照技术就是其中重要的一 项。 食品辐照技术是利用y 射线、x 射线以及电子束等电离辐射射线与物质作用产生的物理效应、 化学效应和生物效应，达到杀虫灭菌、防止霉变、提高食品的卫生质量、保持营养品质和风味及 延长货架期的目的。 从2 0 世纪4 0 年代开始，经过6 0 多年的研究与应用，食品辐照已被证明是一种高效、无污 染的物理加工手段。1 9 8 3 年食品法典委员会正式推荐使用食品辐照技术，公布了食品辐照通用标 准及其附件，明确地提出了在1 0k g y 剂量以下辐照食品不存在毒理学、营养学和微生物学问题， 并向世界各国推荐使用辐照食品。现在，在世界许多国家和地区都已经认为食品辐照是寻求合理 解决致病菌污染食品引起的食源性疾病的最好方法，认为食品辐照加工是2 1 世纪保障食品安全 的有效方法之一( 施培新，2 0 0 4 ) 。 食品辐照保藏不同于化学熏蒸法、腌制法，不需要加入添加物，与加热、冷冻等方法一样， 是一种物理保藏法，且属于冷处理技术，具有许多传统保藏法不可比拟的优点( 哈益明，2 0 0 6 a ) ： ( 1 ) 射线穿透力强，可对预先包装好的或烹调好的食品通过剂量控制和辐照工艺进行均匀彻底 处理，相比于热处理杀菌，辐照过程较易控制；( 2 ) 辐照处理是“冷加工”，可保持食品原有的 鲜度和风味，有的甚至可提高食品的工艺质量。如2 - - - , 4k g y 辐照可加速薯干酒的陈化；1 1 0k g y 辐照牛肉，其蛋白纤维会降解而使牛肉鲜嫩；辐照脱水蔬菜可提高其复水性等：( 3 ) 辐照食品不 会留下任何残留物，不污染环境可提高食品卫生质量并有利于环保；( 4 ) 节省能源，与热处理、 干燥和冷冻保藏食品法相比，能耗降低几倍到十几倍；( 5 ) 可对包装、捆扎好的食品进行杀菌处 理，消除了在食品生产和制备过程中可能出现的严重交叉污染问题；( 6 ) 杀菌效果好，并可通过 调整辐照剂量达到对各类食品杀菌的要求；( 7 ) 辐照灭菌速度快，操作简便，可连续加工，既经 济，又省力，适于大规模加工。 我国是国际上公认的辐照加工发展最快的国家( 哈益明，2 0 0 6 b ) ，截止到2 0 0 5 年底，辐照 食品保鲜产值已达3 5 亿元，已建有3 0 万居里以上的大型钻源近8 4 座，1 0 万居里以下有8 0 余座， 设计装源量达7 3 5 9 万居里；5 k w 以上电子辐照加速器8 3 台，总功率6 4 6 9 k w 。 1 2 本课题的研究目的和意义 2 0 0 3 年前后，国内学者刘春泉等( 2 0 0 3 ) 研究发现辐射技术在提高水产品卫生品质的同时， 还会引发诸如氯霉素降解等附加效应。随后，施惠栋等( 2 0 0 3 a ) 、伍玲等( 2 0 0 6 ) 分别对水产品 和蜂蜜进行辐照灭菌处理，结果发现辐照能够有效降解动物性食品中的氯霉素残留量。这几项研 究对于将辐照技术用于食品中的兽药残留降解具有重要意开创意义。但是氯霉素的辐射降解机理 是什么，辐解产物是什么，对人畜有无危害等关键问题，并未进行深入的研究。 辐照技术目前已经广泛用于农产品贮藏保鲜领域，利用辐照技术在对食品进行灭菌处理、抑 制新陈代谢的同时又可以降解掉其中痕量的兽药残留，方便、有效、节约能源，这种一举多得的 优势是其它任何技术所无可比拟的。本论文的目的就是对动物性食品中的氯霉素辐射降解过程展 3 中同农业科学院硕十学位论文第一章绪论 曼量曼皇曼鼍曼皇曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼量曼m mmm m 皇曼曼曼曼曼曼曼曼量曼曼蔓曼皇曼曼曼 开深入研究，重点解决氯霉素的辐射降解效果、辐射降解机理、辐解产物及毒性、辐照后食品品 质的可接受性等问题，确定辐射降解氯霉素技术的可行性，扩大食品辐照技术的研究和应用领域， 为保障我国动物性食品安全作出贡献。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 以氯霉素为代表的药物残留及控制技术研究现状 氯霉素( c h l o r a m p h e n i c o l ，c a p ) 是目前兽药残留中具有代表性的一种抗生素，曾是兽医临 床最常用的抗生素，由e h r l i c h 在1 9 4 7 年从委内瑞拉链霉菌( s t r e p t o r n y c e sv e n e z u e l a ) 的培养液中 分离出的结晶性粉末状物质。因其结构简单，1 9 4 8 年用化学方法合成成功，成为第一个完全由人 工合成的抗生素。氯霉素对革兰氏阳性菌、阴性菌及其它微生物菌群均有显著的抑制作用，是一 种广谱抗菌药。另外，由于其价廉易得，2 0 世纪5 0 年代以来得到了大规模应用，特别是在对蛋鸡 和奶牛各种炎症的治疗上( n i t 等，2 0 0 6 ) 。后来，它的毒副作用也逐渐显现出来，其残渣被人 体吸收后会造成肠胃和神经肌肉的紊乱、贫血、红血球减少和婴儿的灰色综合症等症状。在欧盟 e e c n o2 3 7 7 侈0 的附录四中，氯霉素被列为动物性食品生产中的禁用药，据我国2 0 0 2 年度动物及 动物源食品监控的残留物质及动物种类表，氯霉素在所有动物源性食品中都受到监控，其受监控 范围是所有药残中最多的( 中华人民共和国广东出入境检验疫局，2 0 0 4 ) 。 2 0 0 2 年的氯霉素事件给我国的出口贸易及在国际上的声誉均造成了严重的负面影响，此后虽 然经过政府相关部门的努力，食品中氯霉素超标状况得到了很大改善，然而与其它兽药一样，由 于前述种种原因，氯霉素仍然能够进入食物链中。欧盟等国家基于公众安全的考虑，将氯霉素定 为“零容许”，这项要求对于兽药监控体系极为健全的欧盟，同样是很难做到的。首先，氯霉素 虽然在兽医临床上已经禁用，但是在人类临床上其仍可用于有特效作用的伤寒、副伤寒和立克次 体病等及敏感菌所致的严重感染。氯霉素在脑脊液中浓度较高，也常用于治疗其他药物疗效较差 的脑膜炎患者。因此医院废水、生活污水、生活垃圾等环节中的氯霉素残留很容易进入地下水和 地表水等系统，进而侵入食物链( h i r s c h 等，1 9 9 9 ：m a r c i n i e c 等，2 0 0 6 ) 。再次，氯霉素是一种天 然化学品，最初就是从委内瑞拉链霉菌中获得的。霉菌是一种革兰氏阳性丝状放线菌，它在土壤 中无处不在。在地表1 5 厘米的土壤中，每公顷中含有放线菌4 0 0 5 0 0 0 千克，霉菌中的链霉菌更是 众所周知的抗生素生产商。所以随着仪器分析技术的进步，这种从土壤环境带入的氯霉素也会被 检测到( h a n e k a m p ，2 0 0 3 ) 。 不论欧盟的“零容忍”是否合理，保障食品安全是该领域工作者的责任，必须采取合理有效 的措施降低或消除动物性食品中的氯霉素残留。对动物源性食品中兽药残留的控制方法，目前主 要有两种。其一是前期预防监控，通过在动物性食品生产加工过程中，运用h a c c p 理念减少环 境污染，控制抗生素的使用量，减少药物在动物体内的积累水平。其二是后期处理，采用现代高 新的食品加工处理技术，降低食品中污染物的含量和减少其危害。如前所述，虽然目前的监控措 施对于控制动物性食品中的氯霉素残留起到了积极作用，但是仍然不能完全杜绝氯霉素对食物链 的侵入，达到欧盟等国家设定的“零容许”，因此还需要寻找更加有效的通过后期处理控制动物 性食品中氯霉素残留的技术。 对于含氯霉素等兽药的废水，能够采用的控制技术众多，可以分为三类：生物法、物理法和 4 中国农业科学院硕十学位论文第一帝绪论 量| i - - = 一一曼曼曼曼量毫皇曼曼皇曼皇鼍曼曼皇曼曼曼鼍皇皇鼍曼曼皇皇曼孽寰 化学法。 生物法是目前应用最广泛的一种有机废水处理方法，它是利用微生物的新陈代谢，通过微生 物的凝聚、吸附、氧化分解等作用来降解污水中的有机物，具有应用范围广、处理量大、成本低 等优点。针对所要去除的污染物质，需投加专门培养的优势菌种，同时要保持优势菌的持续活力。 吸附法和膜技术是物理法降解废水中的两种主要技术。吸附法主要采用交换吸附、物理吸附 或化学吸附等方式，将污染物从废水吸附到吸附剂上，达到去除的目的。吸附效果受到吸附剂结 构、性质和污染物的结构和性质以及操作工艺等因素的影响，常用的吸附剂有活性炭、树脂、活 性炭纤维、硅藻土等。该法的优点是设备投资少、处理效果好、占地面积小。但由于吸附剂的吸 附容量是有限，吸附后的再生往往能耗很大，废弃后排放于环境易造成二次污染，这些因素限制 了该方法的实际应用。随着材料技术的进步，超滤法和反渗透法等膜技术也已用于废水的治理研 究，它不但可以治理废水，还可从废水中回收有用物质。但此法存在膜通量低，对小分子有机物 的截留效率低，膜易污染，专业设备费用高等缺点，仍在进一步研究中。 化学氧化技术常用于生物处理的前处理，一般是在催化剂的作用下，用化学氧化剂处理有机 废水可提高废水可生化性，或直接氧化降解废水中有机物使之稳定化。常用的氧化剂有0 3 、h 2 0 2 、 k m n 0 4 等。 食品与废水是完全不同的两种基质，因此同样是降低其中的氯霉素残留，对于食品中氯霉素 的控制技术则有相对更高的要求。现在能够应用在食品上的主要有两种方法：臭氧降解法和辐射 降解法。 臭氧具有强氧化作用，能将氯霉素分子中对硝基苯基和甲基之间的键、二氯乙酰基和氨基之 间的键、羟基和氨基之间的键打断，起到降解作用。孙爱东等( 2 0 0 2 ) 将臭氧应用到小龙虾中氯 霉素的辐射降解中。将臭氧通入含氯霉素的水溶液时，氯霉素的降解率达到7 2 5 ，效果相对理 想，但是用臭氧水漂洗含氯霉素的虾仁后，虾仁中是否还有氯霉素残留，并未提及。对食品品质 有无影响也未涉及。另外臭氧具有自发分解性，性能不稳，只能随用随生产，不适于储存和输送， 因此此技术的应用受到较大限制。 辐射降解法是利用放射源或加速器产生的射线与物质作用使之降解。浙江宁波超能科技股份 有限公司( 云环电子加速器技术研究所) ，采用高能电子束辐照虾仁中的氯霉素残留。单因子试 验、模拟试验和生产试验表明，电子束辐照冷冻虾仁，可以降解其中氯霉素，当残留量1 4 a g k g ， 辐照6k g y ，剂量率0 3k g y ，s ，可降低到0 1 g k g 以下的水平。辐照1 0k g y ，虾仁感观指标、 营养成份、理化指标、微量元素和重金属元素的含量与未辐照相比无明显变化( 施惠栋等，2 0 0 3 b ) 。 伍玲等利用c 0 r 射线辐照蜂蜜、蜂王浆，当氯霉素浓度在5 0 g k g 左右时，经过8 - 一1 0k g y 辐 照后氯霉素可降至0 1 g k g 以下，且产品品质仍能符合国标要求。可见，辐射对氯霉素的降解明 显，且对食品品质的影响小。 对比上述控制技术，可以看出辐射技术用于控制动物性食品中的氯霉素残留具有明显优势。 首先，由于它的杀菌效果明显，已经在农产品加工与贮藏领域得到了广泛应用，在辐照灭菌的过 程中完成对氯霉素的降解，一举多得。其次，由于射线的强穿透能力，对于包装好的食品能够达 到彻底处理效果，与臭氧降解处理相比，操作简单，易控制，经济省力，适于大规模加工。 5 中国农业科学院硕十学位论文第一章绪论 1 3 2 食品中药物残留的辐射降解研究现状 随着现代色谱分析技术的发展，分析精度也大大提高，分析化学的检测下限已进入“g k g ( 1 0 9 数量级) 。利用辐照处理对食品中化学污染物的降解作用，也显露出来，尽管这种效应在检测上 要求较高，但这些影响仍引起了国内外学者的关注。研究发现，利用电离射线处理可有效地降解 食品中的农药或兽药残留。针对近几年较为突出的一些激素类药物和抗生素类药物如盐酸克伦特 罗、氯霉素、磺胺、硝基呋喃代谢衍生物等的残留问题，国内外学者纷纷展开了研究。清华大学 研究了盐酸克伦特罗、呋喃唑酮、呋喃妥因以及代谢产物水溶液的电子束辐照降解效果：浓度为 3 0m g l 的呋喃唑酮和呋喃妥因水溶液，在吸收剂量为8k g y 时，已不能检测到溶质。浓度为6 6 7 g l 的氨基脲( 呋喃西林的代谢产物) 的水溶液在吸收剂量为4k g y 时，降解率达到7 6 。当克 伦特罗水溶液辐照剂量大于6k g y 时，克伦特罗降解率可达9 5 以上( 杨成对等，2 0 0 5 1 宋莉晖 等，2 0 0 5 ) 。南京大学以活度为1 8 5 x 1 0 1 5b q 的c 0 6 0y 射线为辐照源，研究了丫射线辐照对于水 溶液中的亚硝酸盐的去除效果。结果表明，6 0 c o 丫射线辐照对于水溶液中的亚硝酸盐具有良好的 净化效果，当辐照剂量为o 5k g y 时，0 2 5m g l 的亚硝酸盐水溶液可达到完全降解。另外，还做 了初始浓度、辐照剂量、初始p h 值、碱度的影响试验，并对试验结果进行了讨论( 顾春晖等， 2 0 0 5 ) 。利用电子束辐照茶叶降解其中拟除虫菊酯类农药试验，结果表明用预冷、三次等剂量辐 照等措施，累计剂量达3 0k g y 可以降解其中拟除虫菊酯类农药，但其降解后的含量还不能达到 出口标准( 9 5 ； 甲醇f i s h e r 公司，色谱纯；三氟乙酸分析纯；实验用水均为娃哈哈牌纯净水：氯霉素标准 溶液：用万分之天平准确称取氯霉素样品，在容量瓶中分别配制初始浓度为1 5 0m g l 和1 5 0 0 1 0 中同农业科学院硕 j 学位论文第二章水溶液中氯霈素辐射降解效果的硼f 冗 曼曼曼