杨艳红 潘静 曹旭 肖尧 赵敏

【摘要】本文简述了国内外畜禽粪和畜禽粪源有机肥中抗生素残留现状，并对畜禽粪及畜禽粪源有机肥中抗生素检测的样品制备、前处理方法进行了归纳，对国内外畜禽粪及其有机肥料中抗生素检测方法进行了总结，最后对畜禽粪及畜禽源有机肥料中抗生素测定的发展趋势进行了分析。

【关键词】抗生素；残留检测方法；畜禽粪源有机肥

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.01.030

Recent Advances on the Antibiotics Residue Determination in Manure Based Organic Fertilizers

YANG Yan-hong，PAN Jing，CAO Xu，XIAO Yao，ZHAO Min

（Comprehensive Technology Services Center of Chifeng Customs，Chifeng 024000，China）

Abstract：The paper briefly reviewed the current status of antibiotics residuals in manure and manure based fertilizers. We summarized the sample preparation and pre-treatment steps. The determination methods were also included. Lastly，we discussed the future trends of determination of antibiotics residuals in animal manure and organic fertilizers.

Key words：antibiotics；residual determination methods；manure based organic fertilizers

在我国农业生产中，有机肥的施用历史悠久。虽然其养分含量相对较低，且不稳定，难于控制，但是随着人民认识提高，政策优化调整，越来越引起人们的关注。有机肥能提供丰富的有机质和养分，以及独特的微生物体系，不仅能改善土壤酸碱度，增加土壤肥力，还能有效遏制土壤退化等普遍性问題。有机肥来源丰富，包括植物残体、畜禽粪污、沼液和残渣、海洋养殖业废弃物、泥炭、绿肥、酒糟等工业废弃物、以及餐厨垃圾等[1]，而动物粪便在其中的应用更为普遍。牛新胜等对近30多年来我国有机肥料资源与利用情况进行了统计概算，结果表明畜禽粪源在我国有机肥中占比高达2/3，其中猪粪是主要贡献源，这可能和我国的养殖结构有关[2]。

一直以来，为了预防、治疗、诊断动物疾病或者调节动物生理机能，抗生素广泛用于养殖业中。然而有研究表明，大部分的抗生素难于被动物体全部吸收，有高达90%的抗生素随代谢物排除动物体外，而粪便则是重要的载体[3，4]。倪治华等在分析2012—2013年浙江省和周边（上海）80多家规模有机肥料企业的有机肥产品中抗生素残留时，在采集的107个样品中检出的11种抗生素类化合物中，四环素类化合物的检出率最高，其次为氟喹诺酮类，磺胺类化合物的检出率最低。其中，检出率最高的是强力霉素（52%），其次是恩诺沙星（46%），以及磺胺二甲嘧啶（27%）[5]。杨威等调查我国有机肥原料及商品有机肥中四种常见四环素类抗生素残留情况时，发现在猪粪和鸡粪及以它们为粪源制备的有机肥中，抗生素检出率高于其他原料制备的有机肥。此外还发现商品有机肥中抗生素的检出率低于生产原料，这表明有机肥的堆肥化过程可以去除畜禽粪便中的抗生素，但是去除率仅在62.80%～ 77.81%[6]。所以，这些粪便或者由粪便制成的有机肥施用于耕地后，抗生素从土壤通过食物或地下水最终迁移到人体（见图1），对人体或者环境都存在着潜在的危害。Boxall等在施用了抗生素污染的畜禽粪土壤中的生菜中发现氟苯尼考、左旋咪唑和甲氧苄啶，而在胡萝卜中检测到了恩诺沙星、氟苯尼考和甲氧苄啶[7]。Li等发现植物中的抗生素残留和畜禽粪的抗生素含量间存在正相关[8]。因此，随着畜禽粪源有机肥的广泛施用，其中抗生素残留引起的潜在危害越来越受到人们的重视，建立灵敏、准确、多样的检测方法也显得尤为重要。

本文对国内外畜禽粪以及畜禽粪源有机肥中抗生素残留含量的现状的进行了归纳总结，结合目前国内外相关前处理方法以及检测标准，对今后畜禽粪源有机肥料中抗生素残留检测的发展趋势进行展望。

1样品制备

对于抗生素残留检测来说，人们往往更加关注于样品的提取、净化、浓缩及各种检测仪器、设备的创新和开发等。但是作为残留分析第一步的样品制备却是最容易被忽视的。越来越多的实验证明，90%的实验误差其实来自于样品的采集及制备[9]。因此对于畜禽粪或者有机肥这种非常复杂的样品，样品制备就极易被忽略却又尤为重要。

样品在运送到实验室后，为了保证均一性，一般都通过干燥、均质以及过筛等步骤，然后再进行下一步检测（见表1）。真空冷冻干燥是在真空条件下，将样品中的溶剂（水或者其他有机溶剂）通过升华，从冻固态不经过液态直接转换成气态，最后得到浓缩干燥的样品。和传统干燥方式相比，不仅可以提高干燥效率、降低能耗，更重要的是可以极大程度地减少样品中抗生素的降解，更好地保证检测结果的准确性。畜禽粪及畜禽类有机肥水分含量高，某些抗生素不稳定，易于降解，所以真空冷冻干燥技术的使用已经十分普遍。

众所周知，样品的粒径是决定样品的重现性及准确性的关键因素，它们之间的影响已经在很多食品基质的研究中得到了证明[10]。但是在畜禽粪及有机肥样品中的差异却很大，这就很容易造成检测结果重现性及可比性之间出现差异。因而，人们应该加强对样品制备的重视，就样品粒径对有机肥中抗生素检测影响开展研究，在保证时间和经济成本的条件下，制备出满足要求的均一样品。

2样品前处理

随着我国养殖业不断扩大化、规模化，养殖过程中会使用不同性质、不同种类的抗生素以达到不同的治疗目的，这就需要建立多残留、高通量的检测方法。毫无疑问，液质方法占据了绝对的主导地位。但是畜禽粪及有机肥中天然有机质含量高，样品经提取后，共提取物多，颜色较深呈棕色。因此无论是从保护液质仪器还是降低基质效应角度出发，有效净化去除萃取液中杂质都成为建立检测方法中重要的一步，也有利于提高检测方法的灵敏度。

固相萃取技术（Solid-phase Extraction，SPE），由于填料种类多变、选择性好、回收率和富集倍数高、试剂使用量少、操作简单快速，在有机肥领域的应用已十分广泛。文献报道中常用的固相萃取柱的填料有商品化的HLB[11]、MCX[12，13]、SCX或者是合成的多壁碳纳米管[14]等。Feng等比较了HLB、C18以及NH2对畜禽粪的净化效果，结果发现HLB的净化效果最佳[15]。HLB在畜禽粪源有机肥检测中应用的也最为广泛。HLB固相萃取柱在pH值0～14范围内的水溶液和有机溶剂中都稳定，吸附容量是C18的3～10倍。其填料主要是由亲水性的N-乙烯吡咯烷酮和疏水性的二乙烯基苯聚合物，这一独特的亲水—亲油平衡结构，对各种极性和非极性化合物都具有均衡的吸附能力。Ho等采用Oasis HLB柱在25分钟内同时检测了肉鸡粪和肉鸡粪有机肥中10种抗生素残留，方法定量限分别在3～16μg/kg和5～15μg/kg（干基计），回收率分别在63%～113%和63%～119%范围内[16]。Zhang等建立了基于HLB和液质的检测方法，同时分离畜禽粪便（猪、鸭、鸡和牛）以及市售畜禽粪有机肥种四大类17个抗生素化合物[17]。

除此以外，串联固相萃取技术也越来越受人们的重视，如使用强或弱离子交换柱就可以减少基质中腐殖酸等的共流出。葛峰等利用强阴离子交换柱（SAX）-亲水亲脂平衡萃取柱（HLB）串联净化技术建立了适用于有机肥中7种磺胺类、4种氟喹诺酮类、4种四环素类和3种大环内酯类残留的的液质方法[18]。置于前端的SAX柱上的季铵盐官能团，几乎在任何条件下都带正电荷，所以非常适合吸附弱阴离子，如腐殖酸或黄腐酸等，并且可以避免HLB的阻塞。同样的方法也被唐春玲用于检测畜禽粪便类有机肥中四环素类抗生素的残留[19]以及Guo等用于检测畜禽粪便中23种抗生素的残留[20]。

3分析仪器

抗生素及其代谢物大部分溶于水、极性大、不易挥发，因而具有分离能力的液相及基于液相的分析方法常用于检测畜禽粪源或有机肥中的抗生素残留。Li等通过优化前处理以及液相色谱的条件，建立了同时检测粪便中四环素、土霉素、金霉素以及强力霉素的液相色谱-紫外检测器（HPLC-UVD）的分析方法，回收率在81.89%～92.42%，重现性低于4.06%，并且在实际牛粪、猪粪等样品中都取得了较好的效果[21]。Osiński等利用配用荧光检测器的液相色谱方法（HPLC-FLD），成功分离了粪便及其有机肥中磺胺脒、磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲基异恶唑5种抗生素，回收率在77.00%～121.16%，检出限和定量限分别在3.53～23.30μg/kg和26.02～40.38μg/kg[22]。

随着其他液相色谱联用技术特别是串联质谱技术的出现，高灵敏度和优异的分辨率以及选择性使该技术在复杂基质方面的应用越来越受到欢迎，如土壤、食品、畜禽粪便及有机肥等。串联质谱技术通常第一个质谱部分是四极杆（Quadrupole，Q），最后一个质谱仪可能是四极杆（Q）、离子阱（Ion Trap，IT）或者是飞行时间质谱（Time of Flight，TOF）。Hamscher等建立了基于离子阱串联质谱技术的检测方法，测定畜禽粪便中的泰乐菌素、四环素、土霉素和金霉素，回收率、重现性以及检出限等结果都比较令人满意[23]。但是相对而言，目前最常用的是仍然是三重四极杆（Triple Quadrupole，QqQ）[24，25]。当前，大部分抗生素在净化、浓缩后都会复溶于溶剂中，相比大气压化学电离源（APCI），电喷雾电离源（ESI）能直接分析溶液樣品，更适用于极性、难挥发或热不稳定的物质，因而在畜禽粪源有机肥分析中基本上都采用的ESI源。抗生素一般在正离子模式下电离，但是也有例外，如BourdatDeschamps等就采用了正负离子混合模式[26]。

除了基于分离的液相色谱或者液质检测方法，在畜禽粪有机肥中还利用了其他的检测技术。Christian等采用酶联免疫技术（ELISA）可检测到粪中低至10 ng/L的磺胺二甲嘧啶，而且与磺胺甲噁唑以及磺胺嘧啶的交叉反应率小于0.1%[27]。Kwon等建立了基于放射免疫技术（Charm II）的快速筛查方法，用于检测畜禽粪有机肥中的四环素类、磺胺类和大环内酯类抗生素残留[28]。

4结语

随着有机绿色农业产业的兴起，以畜禽粪为主要原料的有机肥在粮食、蔬菜、花卉等种植业上已受到广泛使用[29]，在抗生素残留检测方法的建立方面也已经取得了一些进展。但是在样品制备上，虽然先进的真空冷冻干燥技术得以广泛应用，可是在决定样品均匀性的粒度方面差异较大，因而为了保证检测结果的准确性和可比性，需要加强对样品制备的重视及规范适用于有机肥这种状态复杂基质的制备方法。固相萃取技术因其填料种类多变、选择性好、回收率和富集倍数高、操作简单快速，非常适用于净化有机肥。除了固相萃取柱，未来也可以考虑采用分散固相萃取法、在线固相萃取法或者选择性更高的分子印迹萃取技术等提高净化效率。虽然三重四极杆质谱联用技术占据了有机肥中抗生素残留检测的主导地位，但是其他质谱联用技术，如高灵敏度的离子阱和高分辨率的飞行时间质谱（IT-TOF）也越来越引起人们的关注。液质方法确实具有准确、高效、能实现多残留检测，但因维护维修成本大，人员能力要求高，不太适用于在我国推广使用。另外一些快速筛查方法也不应受到忽视。总之，结合我国的养殖种植结构，应尽快尽好地制定出适用于我国国情的检测标准和限量要求，加大对畜禽类有机肥中抗生素的迁移及降解等方面的重视和研究力度[30-33]，为提高我国畜禽类有机肥的监管提供更多的参考。

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【作者简介】

杨艳红，女，1977年出生，高级工程师，博士，研究方向为产品质量安全研究及检测。

（编辑：李加鹏）