1、引言
联合国粮农组织将农药定义为旨在驱赶、消灭或控制害虫，或调节植物生长的化学或生物成分的混合物。根据农药的化学结构、来源和目标生物，可将其分为无机合成农药和生物农药。生物杀虫剂来源于天然来源，例如植物和细菌。生物农药专门针对害虫和与之密切相关的生物，其危害性远低于传统农药。因此，它们只需要少量使用就能有效，并且能在环境中迅速降解，大大减少了污染问题。未来，生物农药可以与传统农药结合使用，以减轻对生态系统和人类健康的威胁。
3、样品制备
为改善动物源性食品中农药残留的监测水平，有必要开发具有足够灵敏度和特异性的分析方法。然而，农药分析的一个主要挑战是存在干扰基质，如脂质，这可能导致实验误差和失败。有效的样品制备技术对于高效提取分析物和去除干扰至关重要，其直接影响检测限（LOD）和定量限（LOQ）。用于检测动物源性食品中农药残留的样品制备方法通常包括两个主要步骤：提取和纯化。通过使用这两个步骤，可以从复杂的食品样品中分离出痕量农药。
3.1提取方法
提取的目的是实现分析物从样品基质到提取溶剂的完全转移。不同的提取方法会表现出不同的性能，所需的时间和人力资源投入也各不相同。
动物源性食品中农药最常用的提取技术是直接固液提取（SLE）。该过程包括使用均质机、搅拌机和摇床研磨切碎的样品，并用选定的有机溶剂高速提取分析物多次。液-液提取（LLE）是一种应用广泛的分离技术，其提取原理与SLE一致。这些方法涉及使用溶剂从脂肪基质中提取农药。对于高极性农药（HPP），还需要乙腈、甲醇等强极性溶剂来提取。无论是非极性还是高极性农药，乙腈都是提取生物样本的首选溶剂。这是因为它具有减少共提取脂质、提供良好回收率等优点。这主要归功于乙腈能够沉淀高极性蛋白质和酶的能力，以及它对食物中常见的非极性脂肪、盐和糖溶解性低。因此，乙腈被广泛用于提取动物性食品样品中的农药残留。
此外，由于动物性食品的pH值范围较宽，因此有必要在提取剂中加入甲酸或乙酸来中和提取系统，这有助于提高农药提取效率，减少农药与基质或水之间的相互作用，有效地将农药转移到有机溶剂中。此外，缓冲盐可以调节提取液的pH值。通过盐析效应，缓冲盐在将农药从水相分离到有机相中起着至关重要的作用。在提取过程中加入缓冲盐可以提高各种食品样品中农药残留的提取效率和回收率。
在提取过程中，复杂基质中的各种成分也会进入到有机溶剂中。因此，通常需要在样品提取后进行纯化处理，以去除干扰并最大程度地降低色谱分析过程中的基质效应。许多纯化步骤都非常耗时，需要大量的溶剂。此外，由于农药会吸附在吸附剂上，或其中一些纯化过程可能会导致农药的流失。因此，有必要对纯化方法进行优化，以确保有效去除干扰，同时最大限度地减少目标分析物的损失。
冷冻是去除高脂肪样品中脂肪的有效方法。这种方法虽然耗时，但减少了溶剂的消耗，而且对环境无害。不过，为缩短样品纯化所需时间，通常会使用乙腈和正己烷进行有效的液-液分配来替代冷冻法。这种方法可以加快纯化过程，同时也能将含有大部分脂肪的脂肪相从水相中分离出来。
1996年，经过优化的EN1528方法在欧洲开始实施。该方法专门用于高脂肪食品中残留物的提取和纯化。它的优点之一是能够有效地分离甘油三酯，确保有效地从样品基质中去除脂质。此外，EN1528方法可以减少50%的溶剂消耗，使其成为一种更可持续的方法。
GPC（凝胶渗透色谱）是另一种有助于将低分子质量化合物（如农药）与高分子质量基质成分（如脂类）分离的技术。利用GPC，可以最大限度地减少基质干扰，并可以分离目标分析物进行准确分析。
SPE（固相萃取）也被用作纯化步骤，以去除可能与各种动物源性食品中的各类农药共提取的干扰化合物。该方法具有良好的精度和准确性，可用于分析极性范围广泛的不同类型的有机氯和拟除虫菊酯化合物。此外，该方法还可用作其他动物源性食品样本的净化程序
dSPE（分散固相萃取）技术是在传统SPE原理的基础上发展起来的。该技术涉及将吸附材料与脂肪样品直接混合，从而提高提取效率。dSPE的优点之一是它只需要简单的实验室设备，如离心机和涡旋机。与传统的SPE相比，它使用的吸附剂材料更少，所需的样品量更小，吸附剂与提取物之间的相互作用更充分。dSPE最初用于分析水果和蔬菜中的农药残留，随后对其进行了优化，为吸附材料增加了盐析步骤，从而扩大了其应用范围，包括分析动物源性食品基质中的农药残留。
4、仪器测定
由于高灵敏度质谱法的出现，GC目前较少用于动物源性产品中的农药检测。这种转变的主要原因之一是食品基质的复杂性，其中含有有机酸、糖、脂肪、蛋白质和其他杂质，这些杂质会干扰色谱分析。
气相色谱-质谱（GC-MS）和液相色谱-质谱（LC-MS）被用于检测多残留农药。质谱是分离、鉴定和定量各种复杂样品中痕量成分的有力工具。GC-MS是分析具有高挥发性、极性低和热稳定性高的多种农药的实用方法。相比之下，LC-MS与GC-MS可以形成互补效应，主要用于热稳定性差、极性强的农药的检测。LC-MS对不适合GC-MS分析的化合物特别有用。需要注意的是，GC-MS和LC-MS方法在可覆盖的农药数量方面都有局限性。这是因为单四极杆质谱仪的灵敏度和扫描速度有限。因此，目前的方法可能无法完全满足对目前农业生产中广泛使用的各种农药的分析。尽管如此，GC-MS和LC-MS显著提高了农药分析的效率、准确性和灵敏度，从而可以按照监管机构设定的最高残留限量测定多残留农药。
在使用低分辨率质谱仪的全扫描模式检测非目标化合物时，HRMS是克服灵敏度和准确性限制的首选，在非靶标分析过程中能很好地避免农药和基质共通量的干扰。基于HRMS的方法极大地扩展了可监测的农药数量，可以15分钟内检测和定量近1000种分析物。这些方法可用于鉴定农药代谢物或生物转化产物。因此，HRMS仪器具有质量精度高、质量分辨率高、能够检测多种农药和非目标化合物等优点，尤其适用于需要检测未知化合物的非目标分析。HRMS方法扩大了农药分析的范围，能够快速、全面地筛选和鉴定复杂基质中的分析物。
4.6毛细管电泳
毛细管电泳（CE）是一种在狭窄毛细管（直径10~70 μm）中进行分析的技术。该技术在施加电压（通常为±10至±30kV）的影响下，根据迁移速率不同分离分子和离子。CE主要用于杀虫剂、杀菌剂和除草剂的检测，具有很高的灵敏度。然而，这些方法仅基于植物性食品样品，目前还没有针对动物源性食品基质的农药残留分析。CE也可用于分离手性农药。手性农药是指其结构中至少含有一个手性中心，由具有不同生物活性的对映体组成的一类农药。这些对映体在生物体中表现出选择性吸收、降解、转移、代谢和消除。使用CE分离对映体的主要原理是基于对映体和手性选择体之间形成非对映体复合物，然后在电泳和电渗的驱动下分离。
根据目前的参考文献，在各种动物源性食品（包括肉类、蛋类和奶类等）中都检测到了农药及其代谢物。值得注意的是，大多数检测到的残留浓度相对较低，在μg/kg范围内。
在未来，由于各种因素的影响，动物性食品中的农药残留问题将越来越受到人们的关注，这些因素包括在动物养殖中直接使用农药进行防虫、除草、消毒等。某些农药由于其高稳定性和在脂肪中的高溶解度，可以在动物产品中持续存在和积累较长时间。因此，人们越来越关注这些残留物对人类健康构成的潜在风险。为了解决这些问题，有关动物源性食品中农药最大残留限量的规定预计将增加并变得更加严格。
Turnipseed和Jayasuriya提出了监测食品中污染物的分析方法和技术。在他们的综述中，强调了利用仪器硬件、数据处理和样品纯化方面的未来技术进步来加强对食品的彻底监测的重要性。为了确保有效管理从这些综合分析中获得的结果，他们建议建立一个监管框架。该框架将有助于制定控制和减轻食品污染物的标准、指导方针和法规，这将确保采取适当措施保护消费者的健康和安全。通过利用先进的分析技术和实施全面的监管框架，可以更有效地监测和管理食品污染物，最终促进生产更安全和更高质量的食品。
首先，动物源性食品中农药残留的检测有望在未来变得更简单、更高效、更准确、更灵敏。其中一个有待改进的方面是动物源性食品中农药残留的提取和纯化。QuEChERS等技术已被越来越多地采用。QuEChERS是一种样品制备方法，它将多个步骤（包括提取、纯化和过滤）集成到一个过程中。这种方法简化了样品制备工作流程，使其更快、更方便。此外，使用多针头过滤器等先进技术也能进一步提高样品制备的效率。这些过滤器简化了纯化过程，并允许将样品直接注入分析仪器中进行测定。通过采用这些简化和快速的样品制备方法，可以显著提高分析大量样品的效率和提高动物源性食品中农药残留分析的通量。
其次，为了简化样品制备方法，开发针对动物源性食品特性的新型吸附和纯化材料，将对提高农药残留分析水平起到至关重要的作用。利用这些材料进行有效的纯化和处理样品，减少仪器分析过程中的基质干扰。目前已经探索了几种有前景的用于食品安全筛选的材料，包括碳基材料、金属有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFS）、开放金属位点（OMS）、聚多巴胺（PDA）等新型纳米材料。这些材料具有独特的性能，使其适合于样品的选择性吸附和纯化，从而提高农药残留分析的准确性和灵敏度。
第三，进样前对提取物进行稀释至关重要，因为稀释可以有效降低基质效应，增强农药保留时间的稳定性，改善色谱峰形。
此外，目前大多数关于农药监测的研究都侧重于对已知农药进行具体分析的靶向方法。然而，重要的是要认识到农药可以在生物体内进行生物转化，导致转化产物（TPs）的形成，这可能会造成二次伤害。为了有效地监测和控制农药残留，有必要同时考虑生物（生物转化物）和非生物（原始农药）因素。转化途径包括（去）甲基化、（去）烷基化、氧化、还原、羟基化、水解和裂解。图2显示了三嗪类、氟虫腈和唑类的主要转化途径，因此，监测和控制策略应包括对原始农药及其转化产物的分析。HRMS，如QTOF-MS-MS，是鉴定和分析水生环境中转化产物的首选技术。HRMS具有高分辨率和精度，能够在各种样品中识别大量TPs。
图2 (a)三嗪类、(b)氟虫腈、(c)唑类的转化途径。
然而，鉴定复杂动物基质中潜在的农药生物转化过程仍然具有挑战性。当样品制备和仪器分析达到最高要求时，数据收集也会显著影响测试结果。类似地，虽然已经确定了农药种类，但每种农药的具体转化类型和数量是未知的。因此，有必要使用计算机预测，机器学习、软件（CMF-ID）和农药质谱数据库，筛选可疑物质，形成农药生物转化数据库，有助于对动物源性食品农药进行监管。如图2所示，利用计算机毒性预测软件，可以根据转化产物的分子结构预测其在不同生物体中的（d）急性毒性和（e）慢性毒性水平。相关鉴定过程如图3所示，通过精确的质量测量、同位素峰和其他特征信息，可以非常有效地筛选样品中的靶向或非靶向农药和代谢物。
同时，应更多地关注动物源性食品中存在低残留水平的农药代谢物的毒性，因为一些代谢物可能比母体农药表现出更高的毒性。在这方面，可以结合代谢组学、蛋白质组学技术以及体内或体外（人类、动物和细菌细胞）非靶标模型的组织学研究，以增强我们对这些代谢物的亚致死暴露及其对动物的生物学效应的理解和评估。反过来，这可以促进对农药生物转化的调控，并根据特定动物或动物组织制定严格的最大残留限量，筛选可疑物质，形成农药生物转化数据库，有助于对动物源性食品农药进行监管，这对于更全面、准确地分析动物源性食品中的农药残留和开展风险评估至关重要。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.137974.
指导老师：王战辉
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