中国农业大学马永强教授发表高水平论文：通过改性碳化细菌纤维素来疏水作用脱除茶汤中的六种有机磷农药

以下文章来源于食品放大镜 ，作者文献解读

研究背景

茶是世界上仅次于水的最受欢迎和最广泛被消费的饮料。这是因为茶具有许多潜在的健康益处，如抗氧化、预防癌症、保护心血管和调节免疫。中国被誉为茶之乡，是世界上种植和生产茶叶最多的国家。在茶叶生产中，病虫害的发生严重影响了茶叶的产量和质量。因此，使用农药是不可避免的。

有机磷农药（OPPs）具有成本低、效率高、广谱等优点，是茶叶种植中使用的主要农药之一。然而，由于OPPs的过量和不当使用，茶叶或茶叶加工产品中农药残留超标的情况时有发生。OPPs具有剧毒，可导致肺损伤、呼吸衰竭，并对脑组织有急性毒性，以及神经系统毒性。饮茶已经成为很多人日常生活中不可缺少的一部分，饮茶过程中接触农药所导致的健康风险不容忽视。一般情况下，随着茶水温度和泡茶时间的增加，农药在茶水中的浸出率也会增加。目前，关于从茶汤中去除农药的研究较少。其中，物理吸附法因其操作简单、成本低、效率高、无副产物产生而被认为是最受欢迎和最具有竞争力的方法之一。然而，目前的研究也存在一些不足，例如，吸附剂的低清除效率、对吸附机理的探讨较少，对去除茶汤中OPPs的报道较少。因此，开发更有效的吸附剂去除茶汤中的OPPs，丰富该领域的研究是十分必要的。

细菌纤维素（BC）被认为是一种具有天然、无毒、可生物降解和生物相容性等优点的生物质材料。直接焙烧得到的碳化细菌纤维素（CBC）具有丰富的sp2杂化C骨架和更光滑的表面。然而，原始CBC相对有限的吸附能力无法满足实际应用的需要。碳材料的改性被认为是提高其吸附性能的有效途径。酸或碱处理是两种常见的改性方法。有报道称HNO3改性可以增加材料表面酸性含氧官能团的数量，如羧基和羟基。用NaOH处理材料可以减少酸性基团，破坏纤维素分子之间的氢键。此外，另一种改善吸附性能的方法是引入N等杂原子，可以增加吸附位点的数量。用于制备N掺杂碳基材料最受欢迎方法的之一是使用富含N前体来在合成过程中保留很多含氮基团。为了提高CBC基材的吸附性能，进一步了解其吸附机理，研究人员进行了以下研究。首先，用10% HNO3、10% NaOH和30%水合肼溶液处理CBC制备了3种改性材料（H-CBC、OH-CBC和N-CBC）。然后，利用这些材料去除茶汤中的6种OPPs（乐果、百治磷、噻唑磷、甲基嘧啶磷、水胺硫磷和三唑磷），筛选出最有效的吸附材料，并对吸附条件（吸附剂用量、吸附时间、脱附时间）进行优化。此外，对吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学进行了深入的研究和分析，进一步讨论了N-CBC对OPPs可能的吸附机理。最后，通过对吸附后的茶汤品质研究来评价了N-CBC去除农药的可行性。

结论与展望

研究人员发现N-CBC对茶汤中农药的吸附效果最好，对农药百治磷的去除率是CBC的13倍。伪二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型更适合描述OPPs在N-CBC上的吸附，表明该吸附体系为单层均匀吸附体系。此外，热力学参数的结果表明，吸附过程是自发的、吸热的、随机增加的。深入研究证明，疏水相互作用在吸附中发挥最重要作用。N-CBC吸附后茶汤质量无明显变化。本研究表明，N-CBC可以快速高效地去除茶汤中的OPPs，有望成为实际工业中用于制备过滤装置（如滤芯或过滤膜）的一种有前景的材料，以降低人类接触农药的风险。

参考文献：

[1] Jianhui Zhu, Jingyang Yu, Bingjie Zhang,etal. Hydrophobic-action-driven removal of six organophosphorus pesticides from tea infusion by modified carbonized bacterial cellulose.Food Chemistry. 412(2023)135546.

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.135546

转自：“NANO学术”微信公众号

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