冷等离子体技术在农药降解及番茄果实品质评价中的应用

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在现代农业生产实践中,农药的应用对于提高作物产量和保护作物免受各种病虫害和真菌疾病的侵袭具有重要意义。然而这些农用化学品过度使用及其残留在农产品中已成为全球主要的环境和人类健康问题。因此,为了确保消费者的健康,必须降解农产品中的农药残留。近年来,冷等离子体(CP)技术作为一种新型、环保、高效、可持续的食品加工技术受到了广泛关注。等离子体可以有效地去除微生物污染、进行表面改性及降解农用化学品和其他工业过程产生的残留物。等离子体所产生的活性物质如活性氧(ROS)、活性氮(RNS)和羟基自由基(●OH)等能起到降解农用化学残留物的作用。这些活性物质经过多种连锁反应能形成臭氧(O3)和过氧化氢(H2O2)等降解农产品中农残的关键物质。水果和蔬菜,尤其是番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)含有大量的营养和矿物质,是健康饮食的重要组成部分。因此,明确等离子体与水果蔬菜中农用化学品之间的相互作用非常必要。(1)研究了介质阻挡放电(DBD)等离子体的不同处理时间(0、1、2、3、4和5 min)对番茄汁中苯胺类杀菌剂残留量的影响。结果表明,随着处理时间的延长,农药残留显著降低,5 min时农药残留量降解率最大为65%,番茄汁的p H值从4.28降低到4.18,可溶性固形物含量(TSS)从5.70增加到6.70。与未处理样品相比,处理样品的总酚含量、抗氧化活性、总黄酮含量和色度值均略有变化。研究结果表明,DBD等离子体处理是一种有效且省时的降解果汁中杀菌剂残留的技术。(2)研究了等离子体活化液(PAL)包括等离子体活化水(PAW)和等离子体活化缓冲液(PABS)对降低番茄果实中百菌清(CTL)和福美双(THM)两种杀菌剂残留的影响。使用射频(RF)等离子射流发生装置,以空气和Ar/O2混合气作为工作气体,激发产生等离子体处理蒸馏水和缓冲液制备PAL。等离子射流产生的活性氧和活性氮(RONS)包括O,O2,N,N2,●OH,可以酸化活性液、增加活性液的氧化电位(ORP)、电导率(EC)以及NO2含量,这些活性物质在杀菌剂残留的降解中起着至关重要的作用。研究结果表明,以大气压空气为工作气体处理10 min获得的PAW10和PABS10可使CTL的残留量分别降低85.3%和74.2%,THM残留量分别降低79.47%和72.21%。此外,增加处理时间可显著降低杀菌剂残留量。以Ar/O2为工作气体,增加PAL的处理时间,也能降低CTL和THM的残留量,处理10 min获得的PAW10和PABS10使CTL的残留量分别降低75.07%和69.89%,THM残留量分别降低65.89和61.91%。此结果证明用PAL清洗果实,对果实品质无明显影响。(3)研究了PAL(包括PAW和PABS)与超声(U)联合处理(PAL-U)对番茄中CTL杀菌剂残留的降解影响。重点比较了超声波、PAL和PAL-U处理对杀菌剂残留降解的影响。利用大气压等离子体空气射流(APAJ)对蒸馏水和缓冲液分别处理1、3、5和10 min得到PAL。对于单独处理,用PAL浸泡番茄15 min及用超声处理15min,对于联合处理,用PAL浸泡15 min后再超声处理15 min。结果表明,与单独使用PAL或超声处理相比,PAL-U的协同作用能有效降低杀菌剂残留量。PAW10-U和PABS10-U处理后的杀菌剂残留量分别降低了89.28%和80.23%(p≤0.05),而超声、PAW10和PABS10单独处理后分别降低48.76%、85.30%和74.20%。此外还研究了杀菌剂的降解途径。番茄品质评价结果表明,PAL和PAL-U处理对番茄品质无显著影响。(4)研究了PAL、PAL-U和超声单独处理(UW)对番茄贮藏12天中的CTL杀菌剂残留量的降解影响。用RF处理蒸馏水和缓冲液各5和10 min,得到PAW和PABS。高效液相色谱(HPLC)结果表明,PAW10和PABS10处理的杀菌剂残留量分别降低了74.11%和85.43%,而PAW10-U和PABS10-U使杀菌剂残留量分别降低了89.29%和80.30%(p≤0.05)。番茄在贮藏12天后,PABS、PAW、PABS-U10和PAW-U10使杀菌剂的残留量分别降低了91.52%、89.14%、97.26%和93.14%。此外,还评估了番茄在贮藏期间的品质,结果表明,与对照样品相比,各处理组对番茄的品质没有显著性影响。本研究首次报道了DBD等离子体在降解番茄汁中所含苯胺的应用,以及PAL包括PAW和PABS对番茄中CTL和THM残留降解的应用。首次提出了PAL与超声波联合处理(PAL-U)作为一种有前景的杀菌剂残留降解方法。其中,PAL对农药降解具有很大的潜力,可使农产品残留量降解后低于最大残留限量。此外,提出了杀菌剂处理后的降解途径,显示了中间体的结构。本研究的结论是,PAL和PAL-U处理是一种有效且短时的方法,可以在不影响产品质量的情况下去除农药残留,为工业化大规模处理奠定了基础。PAL和PAL-U是一种安全有效的降解农产品农药残留的方法,具有在食品加工业中大规模应用的潜力。
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