对虾养殖业作为全球水产经济的核心支柱产业之一,在规模化、集约化发展进程中,病害防控始终是制约产业提质增效的关键环节。为降低鱼虾病害死亡率,各类抗菌、抗真菌药剂被广泛应用,其中孔雀石绿因抑菌谱广、效果明显、价格低廉等特点,曾在水产养殖领域占据重要地位。
然而,孔雀石绿具有强致癌性、致畸性与致突变性,其残留可通过食物链富集,对人体肝脏、甲状腺等器官造成不可逆损伤,引发贫血、脏器衰竭甚至恶性肿瘤等疾病。鉴于其严重的健康危害,包括中国在内的全球多数国家已将孔雀石绿列为水产养殖违禁药物,明令禁止在生产与流通环节使用。
但在利益驱动下,部分养殖主体仍存在私下滥用孔雀石绿的行为,给水产食品安全带来极大隐患。因此,建立一套快速、精准、低成本的孔雀石绿残留检测技术,成为保障对虾产品质量安全、规范水产养殖行业发展的迫切需求。
当前主流的孔雀石绿检测方法如液相色谱法、电化学法等,虽具备较高的检测精度,但存在设备昂贵、操作流程复杂、依赖专业技术人员、难以实现现场快速检测等弊端。同时,现有检测前处理环节中使用的吸附材料,普遍存在合成工艺繁琐、生产成本高、规模化应用受限等问题。在此背景下,胡志明市工业大学研究团队聚焦农业废弃物资源化利用,以香蕉茎为原料开发新型吸附检测材料,为破解孔雀石绿检测痛点提供了创新思路。
一、孔雀石绿检测技术现状与痛点
(一)主流检测方法及局限性
目前,孔雀石绿的检测方法主要分为仪器分析法与快速检测法两大类。液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)是公认的权威检测方法,其检测精度高、定性定量准确,但设备购置与维护成本高昂,样品前处理步骤繁琐,需耗费大量有机溶剂,检测周期长,仅适用于实验室精准检测,无法满足养殖场、市场监管等现场快速筛查需求。
紫外-可见吸收光谱法(UV-Vis)因操作简便、仪器便携、检测成本低等优势,在基层检测中应用广泛,但该方法对样品中孔雀石绿的浓度要求较高,直接检测灵敏度不足,需借助吸附材料对目标物进行富集后再测定。电化学法则依赖特异性电极,电极制备工艺复杂,易受水体中其他离子干扰,检测稳定性有待提升。
(二)传统吸附材料的应用瓶颈
为提升检测灵敏度,样品前处理阶段通常会使用吸附材料对孔雀石绿进行分离富集。常见的吸附材料包括石墨烯基复合材料、活性炭、纯TiO₂纳米粒子等。但这些材料存在明显短板:石墨烯基复合材料的制备需经历氧化、还原等多道复杂工序,原料成本高;活性炭吸附选择性差,易吸附水体中其他杂质;纯TiO₂纳米粒子吸附容量低,对低浓度孔雀石绿的富集效果有限。
此外,上述材料的生产过程往往伴随高能耗、高污染问题,与绿色环保的产业发展趋势相悖。因此,开发一种低成本、高吸附性能、易制备的新型吸附材料,成为突破孔雀石绿检测技术瓶颈的核心方向。
二、香蕉茎基纤维素/TiO₂复合材料的制备与吸附机理
(一)原料优势:香蕉茎的资源化潜力
香蕉作为全球产量最大的热带水果之一,其种植过程中会产生大量农业废弃物,其中香蕉茎的利用率极低,多数被直接丢弃,造成资源浪费与环境污染。研究表明,香蕉茎中纤维素含量高达30%-40%,是一种优质的天然高分子原料。
纤维素分子链上富含大量羟基、羧基等活性官能团,具备优异的吸附性能;同时,香蕉茎来源广泛、价格低廉,其干燥、粉碎等预处理工艺简单,无需复杂设备,为大规模制备吸附材料提供了可行性。
(二)复合材料的制备工艺
胡志明市工业大学研究团队采用绿色简便的工艺路线,制备纤维素/TiO₂复合吸附材料,具体步骤如下:
1、原料预处理:将新鲜香蕉茎去除外皮与髓芯,切割成小块后置于60-80℃烘箱中干燥至恒重,粉碎后过筛得到香蕉茎粉末。
2、纤维素提取:将香蕉茎粉末置于碱性溶液中加热回流,去除半纤维素与木质素,随后用酸性溶液中和洗涤,经抽滤、干燥后获得高纯度香蕉茎纤维素。
3、复合改性:将提取的纤维素与TiO₂粉末按一定比例混合,加入去离子水形成悬浮液,在恒温搅拌条件下充分反应,使TiO₂粒子均匀负载于纤维素表面。
4、成品制备:将反应后的悬浮液抽滤,收集固体产物并置于烘箱中干燥,研磨后得到纤维素/TiO₂复合吸附材料。
该制备工艺全程无需使用有毒有害试剂,操作步骤简便,可在常温常压下进行,明显降低了生产门槛与成本,适合工业化推广。
三、复合材料吸附性能与检测效果验证
(一)吸附容量测试:远超传统材料
研究团队通过静态吸附实验,测定了纤维素/TiO₂复合材料对不同浓度孔雀石绿溶液(5-1000mg/L)的吸附性能。结果显示,该复合材料对孔雀石绿的最大吸附容量可达79.42mg/g,远超石墨烯/羧甲基纤维素/TiO₂复合材料(66.67mg/g)与纯TiO₂纳米粒子(6.3mg/g)。
这一数据表明,香蕉茎基纤维素的引入,不仅大幅提升了材料的吸附容量,还增强了对孔雀石绿的靶向吸附能力,解决了传统材料吸附效率低的问题。
(二)检测灵敏度与准确性分析
将吸附孔雀石绿后的复合材料,采用紫外-可见吸收光谱法进行检测,实验结果显示:该方法对孔雀石绿的最低检测限为0.023mg/L,定量限为0.068mg/L,意味着即使水体或虾样品中孔雀石绿残留浓度极低,也能被精准识别。
同时,回收率实验结果表明,该检测方法的回收率稳定在96%左右,远高于行业标准要求的80%-120%区间,充分证明了检测结果的准确性与可靠性。
(三)实际样品检测适用性
为验证材料的实际应用价值,研究团队选取对虾养殖废水与新鲜虾样品进行检测。在养殖废水检测中,复合材料可快速富集水体中的孔雀石绿,经光谱检测后,能准确反映废水样品中的残留浓度;在虾样品检测中,通过简单的均质、提取、富集步骤,即可实现对虾组织中孔雀石绿残留的精准测定,且检测过程不会对虾样品造成二次污染。
这一系列实验结果表明,纤维素/TiO₂复合材料适用于复杂基质样品的检测,具备很强的实际应用潜力。
四、应用前景与产业价值
(一)水产养殖检测领域的革新
纤维素/TiO₂复合材料的研发成功,为对虾养殖及水产行业提供了一种低成本、高效率的孔雀石绿残留检测方案。相较于传统检测技术,该方案无需昂贵设备,操作简便,基层养殖户、市场监管人员均可快速掌握,可实现养殖场源头筛查、市场流通环节抽检的全流程覆盖,有助于打击孔雀石绿违禁使用行为,保障水产食品安全。
(二)农业废弃物资源化的新路径
香蕉茎作为农业废弃物,其高值化利用一直是行业研究的难点。本研究将香蕉茎转化为高性能吸附检测材料,不仅解决了废弃物污染问题,还创造了新的经济价值,为农业循环经济发展提供了可借鉴的模式。未来,这一思路可拓展至甘蔗渣、玉米秸秆等其他农业废弃物的资源化利用,推动绿色农业产业升级。
(三)环境监测领域的延伸应用
除孔雀石绿外,该复合材料还可通过改性,拓展对水体中其他重金属离子、有机污染物的吸附检测能力,应用于工业废水、生活污水等环境监测领域,具备广阔的市场前景。
五、结论
胡志明市工业大学研究团队开发的香蕉茎基纤维素/TiO₂复合吸附材料,以农业废弃物为原料,通过简单绿色的制备工艺,实现了对虾养殖及水生废水中孔雀石绿残留的高效富集与精准检测。该材料兼具吸附容量高、检测灵敏度强、成本低廉、易于推广等优势,不仅为水产食品安全检测提供了创新技术方案,也为农业废弃物资源化利用开辟了新路径。
