硫酰氟对中药材仓储害虫的杀虫活性及其残留量分析

由于中药材种类、性状、气味、储藏方式多样, 且相互交叉频繁, 导致中药材在储藏、运输过程中常受到多种害虫的危害。据统计, 有70%以上中药材易受仓储害虫的危害, 在危害仓储中药材的200余种害虫中, 药材甲、烟草甲、赤拟谷盗、咖啡豆象、印度谷螟等鞘翅目昆虫危害最为严重, 给中药材的储运带来巨大的经济损失[1,2]。探索中药材仓储害虫的绿色防控技术可以有效减少中药材损失。近几年一些新型化学熏蒸剂在防治仓储害虫中得到了较为广泛的应用, 其中硫酰氟具有扩散渗透性强、杀虫速度快、易散发、低残留, 且对物品无腐蚀性、无色泽影响等特点, 对数十种仓储害虫防效良好[3,4,5], 被多个国家批准应用于谷物及其加工品、火腿、干果、坚果等的熏蒸[6,7,8,9,10]。由于中药材的特殊性, 外来化学物质的残留是熏蒸药材仓储害虫时必须考虑的问题。本文研究了硫酰氟对中药材重要仓储害虫的防治效果, 并测定硫酰氟在不同中药材中的残留情况, 以寻求中药材仓储害虫的绿色防控技术。

药材薏苡 (Coic lacryma-jobi L.) 、苦杏仁 (Prunus armeniaca) 、黄芪 (Astragalus membranaceus Bge) 、党参 (Codonopsis pilosula Nannl) 和板蓝根 (Isatis indigotica Fort) 等购于郑州中药材市场, 在实验室对部分药材进行硫磺熏蒸;药材甲 (Stegobium paniceum) 、锯谷盗 (Oryzaephilus surinamensis Linne) 成虫采集于河南牧业经济学院制药工程学院中药材标本室, 在室内用薏仁、麦麸饲喂、增殖。

硫酰氟 (浙江利民化工有限公司) (有效成分含量≥99.8%) , 氟化钠基准试剂 (天津市科密欧化学试剂有限公司) , 其它试剂均为市售分析纯。

GC2002气相色谱仪, ZKAT-RPAI色谱柱 (农残Ⅱ号) , FPD检测器, 雷磁PHS-3C电位仪, PF-1氟离子选择电极, 232型饱和甘汞电极, BSA224S分析天平等均购自上海科创有限公司。

实验在20 L PC塑料桶内进行, 塑料桶配上合适的橡胶塞, 塞紧密封。橡胶塞的中部紧插一支玻璃管, 露出瓶嘴的一端, 套上乳胶管, 用止水夹夹紧, 胶管用于施药和抽气分析。将供试害虫及适量薏仁粉末置于两端开口的玻璃管内, 并用纱布将玻璃管两端结扎。将同批次相同重量的中药材置于塑料桶内, 桶中填充中药材量占桶容量约40%, 密封。将塑料桶置于实验室内。

采用注射器注射法施药, 硫酰氟投放浓度分别为0、3、6、10、20、30 g/m3。密闭熏蒸48h, 各设1次施药, 每个处理重复3次。

熏蒸结束后将塑料桶置于通风橱内散气, 并取出玻璃管内虫体, 检查其死亡情况;然后置于温度24℃、相对湿度70%的条件下培养7d, 并逐日观察, 若虫体无复苏现象即为死亡。

将1kg中药材置于上述塑料桶内, 密封。注入硫酰氟后密闭熏蒸72h, 在有通风设备的房间内开口散气。每个处理重复3次。

气相色谱条件:柱前压25.0KPa, 进样口温度200℃, 不分流进样, 检测器250℃, 升温程序:55℃1min, 10℃/min升温, 80℃保持2min, 阀箱温度60℃, 管路温度100℃, 进样1 min。

硫酰氟标准母液的配制:取50mg的硫酰氟纯气通入500 m L预冷 (-20℃) 的丙酮溶液中, 配成100mg/L标准母液。-20℃保存。

标准处理:将硫酰氟标准液用冷丙酮 (-20℃) 稀释得到标准系列。分别置于20mL空瓶中, 加入0.05 mol/L稀硫酸5mL和氯化铵0.05g, 50℃水浴30min, 待测。

样品处理:称取样品1g, 置于20mL空瓶中, 加入0.05mol/L稀硫酸5mL和氯化铵0.05g, 50℃水浴30min, 待测。

标准系列:吸取氟标准稀释液 (10ug/m L) 0.50、1.00、2.00、5.00、10.00mL分别置于50mL纳氏比色管中, 加入1mol/L盐酸溶液5 m L和总离子强度缓冲液 (3 mol/L乙酸钠溶液:0.75mol/L柠檬酸钠溶液=1∶1) 25mL, 加水定容至刻度, 摇匀, 备用。

样品提取:称取适量试样, 置于50mL纳氏比色管中, 加入1mol/L盐酸溶液5mL, 超声波密闭提取20min, 时时摇晃避免粘壁, 提取后加总离子强度缓冲液25mL, 加水定容至刻度, 摇匀, 过滤, 滤液备用。

测定:将氟离子电极和饱和甘汞电极连接在仪器上, 将电极放入水中, 磁力搅拌器恒速搅匀, 预热30min, 读取平衡电位。标准系列、待测液由低浓度至高浓度依次读取平衡电位, 绘制标准曲线, 读取样品氟离子浓度, 计算含量。

采用滴定法。称取试样5g, 置于蒸馏烧瓶内, 加入蒸馏水250mL, 装上冷凝装置, 冷凝管下端插入预先备有25 m L乙酸铅吸收液的碘量瓶的液面下。然后在蒸馏瓶中加入盐酸溶液 (1∶1) 10mL, 立即加塞, 加热蒸馏。当蒸馏液约200mL时, 使冷凝管下端离开液面, 再蒸馏1min。用少量蒸馏水冲洗插入乙酸铅溶液的装置部分。向已取下的碘量瓶中依次加入浓盐酸10mL, 碘标准溶液 (0.01mol/L) 20mL, 置于暗处放置2 min后迅速用硫代硫酸钠标准溶液 (0.01 mol/L) 滴定蒸馏溶液中过量的碘, 待溶液呈现浅黄色时加入1 m L-2 m L淀粉指示剂, 继续滴定至无色, 至30s不回蓝色即为终点。同时做空白实验。计算二氧化硫含量。

表1可知, 不同浓度的硫酰氟对药材甲、锯谷盗成虫和幼虫熏蒸处理后, 供试虫样均有不同程度的死亡现象, 且在同一浓度水平下幼虫较成虫对硫酰氟更为敏感。当硫酰氟施用浓度为10g/m3时, 在24℃条件下封闭熏蒸48h, 对药材甲、锯谷盗的成虫及幼虫均具有理想的杀灭效果。

测定不同浓度硫酰氟标准品的色谱吸收值, 以硫酰氟色谱峰面积为纵坐标 (y) , 硫酰氟质量浓度为横坐标 (x) , 得回归方程y=10153x-1829.5 (R2=0.9975) 。称取未熏蒸的板蓝根于空瓶中, 加入硫酰氟丙酮标准液, 分别得到药材中硫酰氟含量为1.5mg/kg和2.5mg/kg的标液药材, 然后按照样品处理方法进行后续处理、测定, 计算其回收率分别为82.74%和94.84%。不同浓度的硫酰氟熏蒸不同中药材72h, 开口散气不同时间后其在中药材中的残留量见表2。实验结果表明, 散气2d后, 硫酰氟在不同药材中的残留量存在较大差异, 在板蓝根中的残留量远超出安全标准;在散气15d后均未检出其残留。

为研究硫酰氟熏蒸对氟离子和二氧化硫含量的影响, 本试验分别选择了二氧化硫含量合格和不合格的中药材, 硫酰氟熏蒸72h后开口散气3d, 中药材中氟离子和二氧化硫的含量见表3。结果表明, 硫酰氟熏蒸后, 药材中二氧化硫含量普遍有所降低, 且同种药材中硫酰氟熏蒸浓度越高, 二氧化硫含量降低越明显, 其中党参降低极显著, 达40%以上;但苦杏仁在较低浓度熏蒸后二氧化硫含量提高了1.7倍。同种药材中的氟离子含量随着硫酰氟熏蒸浓度的增加而升高, 但其升高幅度与熏蒸浓度并不成比例, 党参、板蓝根中的含量增加显著, 苦杏仁、黄芪中的含量增加极显著, 其中最高的黄芪中氟离子增加了4倍。

硫酰氟是一种广谱性神经毒剂, 其蒸气对生物起杀灭作用, 杀虫效果随着浓度、温度的升高而增强[9]。美国环境保护局 (EPA) 规定, 储藏和加工食品中硫酰氟可以使用的最大熏蒸量 (CTP) 为1500g/h·m3, 相当于在熏蒸48h的情况下, 硫酰氟最大熏蒸浓度为31.25g/m3。研究表明, 大多数仓储害虫的成虫、幼虫和蛹在30g/m3硫酰氟熏蒸48h的死亡率都达到100%[8,10];而卵由于其表面存在特殊的“防护”区域, 即使将硫酰氟浓度提高至100g/m3熏蒸48h, 对部分仓储害虫卵的杀灭率也难以达到100%[9]。本研究结果表明, 在24℃条件下, 施用浓度为10g/m3的硫酰氟封闭熏蒸48h, 药材甲、锯谷盗幼虫和药材甲成虫的死亡率均达100%, 这一浓度远低于EPA的标准。这是由于硫酰氟具有极高的渗透能力。如硫酰氟处理距粮面23 cm以下的黑皮蠹幼虫、赤拟谷盗成虫时, 其死亡率均达100%, 渗透能力比溴甲烷高5~9倍[5]。与储粮相比, 中药材一般个体更大, 空隙充足, 更有利于硫酰氟的扩散和渗透, 因而表现出更强的杀虫能力。

硫酰氟性质稳定, 但在400℃以上时会分解为二氧化硫和氟化物。其在水中溶解度极低, 但被熏蒸物质中的水分影响硫酰氟的运动和扩散, 同时硫酰氟会在水中发生水解, 生成氟磺酸和氟化氢。硫酰氟也可与被熏蒸物质中亲核物质稳定结合, 如与蛋白质、氨基酸结合, 转化为硫酸盐和氟离子[5]。熏蒸物质的颗粒大小影响硫酰氟的吸附能力, 如颗粒小于180μm的面粉对硫酰氟的吸附能力比250μm~425μm的小麦碎粒更强[11]。因此, 被熏蒸物的水分含量、蛋白质含量与分布、颗粒大小等影响硫酰氟的吸附量和残留量。本研究中, 散气15d后, 在不同药材中均未检测到硫酰氟残留, 这是由于个体较大的中药材比表面积较小, 对硫酰氟的吸附能力较低, 散气时吸附较快。药材中的氟离子残留量随着硫酰氟浓度的增加而升高, 而药材中二氧化硫残留量与硫酰氟浓度呈负相关, 这可能是由于硫酰氟在通风散气时带走了部分二氧化硫。

通过施用较低浓度的硫酰氟 (如10g/m3) , 延长熏蒸时间 (如熏蒸72h) , 可实现对中药材仓储害虫的杀灭效果, 通过延长散气时间, 可避免硫酰氟及其分解产物在药材中的残留。据报道, 当每人每日氟的总摄入量为5.1 mg~7.7 mg时, 摄入与排出的氟平衡为0和0.8, 即体内无氟存留[5]。按照每日服用400g经硫酰氟熏蒸的中药材计算, 人体摄入的氟远低于上述标准, 与使用硫磺、磷化铝、磷化氢、溴甲烷等熏蒸剂相比, 其安全性更高。同时, 硫酰氟熏蒸对中药材的色泽、表面性状没有影响。由于中药材的特殊性, 硫酰氟对中药材成分、药性、疗效等影响还需进一步研究。