酶联免疫吸附法在食品中重金属残留检测中的应用

摘 要：酶联免疫吸附法（Enzyme Linked Immunosorbent Assay，ELISA）以其高特异性、高灵敏度等优势，在食品重金属残留检测领域展现出广阔的应用前景。本文综述了ELISA检测水产品中汞、谷物中镉、蔬菜中铅、奶制品中铬和食用油中砷的研究进展，重点阐述了抗原设计、抗体制备、样品前处理和检测条件优化等关键技术。针对不同食品基质，提出了进一步提升ELISA检测性能的建议，为食源性重金属分析提供参考。

关键词：酶联免疫吸附法；重金属；食品安全

Abstract： Enzyme linked immunosorbent assay （ELISA） has shown broad application prospects in the field of heavy metal residue detection in food due to its advantages of high specificity and sensitivity. This article reviews the research progress on ELISA detection of mercury in aquatic products， cadmium in grains， lead in vegetables， chromium in dairy products， and arsenic in edible oils， and focuses on key technologies such as antigen design， antibody preparation， sample pretreatment， and optimization of detection conditions. Suggestions have been put forward to further improve the performance of ELISA detection for different food matrices， providing reference for foodborne heavy metal analysis.

Keywords： enzyme-linked immunosorbent assay; heavy metals; food safety

重金属作为一类有毒有害物质，在食品中的残留问题日益受到人们的关注[1]。酶联免疫吸附法（Enzyme Linked Immunosorbent Assay，ELISA）以其高特异性、高灵敏度、快速、简便等优势，在食品中重金属残留检测领域展现出广阔的应用前景。本文综述了酶联免疫吸附法检测食品中汞、镉、铅、铬、砷等重金属残留的研究进展，重点阐述了该方法在水产品、谷物、蔬菜、奶制品和食用油等典型食品基质中的应用。

1 食品中重金属残留类别

常见的食源性重金属包括汞、镉、铅、铬、砷等，它们主要来源于环境污染和食品加工过程中的污染。汞在自然界广泛存在，可通过生物富集进入食物链，主要以甲基汞的形式残留于鱼类、贝类等水产品中，具有很强的生物毒性。镉是一种致癌物质，在植物性食品如谷物、蔬菜中含量相对较高，长期摄入可导致骨质疏松、肾功能损伤等。铅作为神经毒素，对儿童的生长发育危害尤为突出，易残留于农作物和畜禽产品中。铬主要以六价铬的形式呈现毒性，可通过工业污染进入奶制品等食品中[2]。无机砷是一级致癌物，广泛存在于水环境和土壤中，经农作物吸收、生物富集后可在米面油等食品中检出。这些重金属元素在食品加工、包装、储运等环节也可能引入，如镉可通过镀层从金属包装迁移至食品中。

2 酶联免疫吸附法的特点与优势

ELISA是一种基于抗原抗体特异性结合的免疫分析技术，具有高灵敏度、高特异性、快速、简便等突出优势，在食品中重金属残留检测领域展现出巨大的应用潜力。与传统的仪器分析方法如原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法相比，ELISA无须复杂的样品前处理，可实现痕量重金属的快速筛查。该方法利用重金属与载体蛋白偶联制备免疫原，通过动物免疫获得特异性抗体，再借助酶标记物实现信号放大和比色检测。例如，采用半抗原偶联技术制备甲基汞-牛血清白蛋白（Bovine Serum Albumin，BSA）免疫原，免疫小鼠获得单克隆抗体，建立间接竞争ELISA方法，可实现水产品中甲基汞的高灵敏检测[3]。特别地，纳米材料如量子点、金纳米颗粒等的引入可赋予ELISA更优异的性能，如采用量子点标记抗体替代传统的酶标记，可获得更宽的线性范围和更低的检出限。此外，ELISA与其他先进技术如毛细管电泳、微流控芯片等联用，有望实现重金属残留的自动化、微型化和高通量检测。ELISA在食源性重金属分析中的应用持续深入，新型抗原合成策略、信号放大技术、仪器集成方案不断涌现，促进了食品安全检测向快速、便携、智能化的方向发展。

3 酶联免疫吸附法在食品重金属残留检测中的应用

3.1 水产品中汞的检测

酶联免疫吸附法在水产品中汞残留检测领域具有较高的应用价值。该方法以特异性抗体为核心，通过巧妙的抗原合成策略和免疫方案，实现了对水体生物体内甲基汞的高灵敏检测。具体来说，采用半抗原偶联技术，以甲基汞为半抗原，以牛血清白蛋白为载体蛋白，制备甲基汞-BSA免疫原，经小鼠免疫获得单克隆抗体。借助该抗体，建立间接竞争ELISA方法，使样品中游离的甲基汞与包被抗原竞争性结合有限量的抗体，通过酶促显色反应实现信号转换和定量分析[4]。该方法无须烦琐的样品前处理，可直接测定鱼肉、贝类等样品中的甲基汞含量，线性范围宽，重现性好，为水产品汞残留的常规检测提供了有力工具。此外，量子点标记抗体、金纳米颗粒信号放大等新技术与ELISA的融合，进一步提升了检测灵敏度和特异性[3]。这些技术创新为揭示水生食物链中汞的生物富集规律、评估水产品汞污染风险提供了新思路。

3.2 谷物中镉的检测

酶联免疫吸附法检测谷物中镉残留的技术实施流程以半抗原分子的巧妙设计为起点，以Cd-EDTA-BSA复合物为免疫原，通过兔子的多次免疫、细胞融合和杂交瘤筛选等环节，可获得高亲和力、高特异性的抗镉单克隆抗体[2]。在实际检测过程中，游离镉与包被抗原竞争性结合该抗体，继而通过酶促底物反应引发比色信号的变化。为消除谷物基质的干扰，样品前处理是关键一环，采用EDTA-McIlvaine缓冲液超声辅助提取，可有效释放出谷物中的镉离子。在此基础上建立的直接竞争ELISA方法，操作流程简便，分析速度快，能够满足痕量镉检测的灵敏度要求。为进一步提高检测通量，可将ELISA与高通量检测技术相结合，利用96孔微孔板实现样品的并行分析。对包被条件、竞争反应时间、显色体系等参数进行精细优化，可有效缩短单个样品的分析周期。自动洗板机、酶标仪等仪器设备的引入，则实现了检测过程的自动化和标准化，显著提升了检测效率[5]。

3.3 蔬菜中铅的检测

酶联免疫吸附法检测蔬菜中铅残留，以特异性识别铅离子的单克隆抗体的制备为核心。以铅-异硫氰酸苄基乙二胺四乙酸（Isothiocyanobenzylethyl Enediamine Tetraacetic Acid，ITCBE）螯合物为半抗原，偶联牛血清白蛋白后免疫BALb/c小鼠，经脾脏细胞与骨髓瘤细胞融合，筛选出能稳定分泌抗铅抗体的杂交瘤细胞株[1]。将该抗体应用于竞争ELISA体系，样品中游离的铅离子与包被抗原竞争结合有限量的抗铅抗体，继而通过抗体复合物与酶标记的二抗结合，引发显色反应，根据颜色深浅判定铅的含量。蔬菜基质复杂多样，采用合理的样品前处理方案至关重要。以柠檬酸-硫脲溶液超声辅助提取叶菜中的铅，可有效破坏植物细胞壁，释放螯合态铅，获得理想的提取效率。根茎类蔬菜富含淀粉和多糖，利用蛋白酶水解预处理，能够去除非特异性干扰，提高检测的准确性。需要注意的是，通过包被抗原浓度、抗体用量、酶标记物选择等参数的优化组合，能够显著提升检测灵敏度和特异性，降低检出限。引入自动化样品处理平台、智能温控系统、多功能酶标仪等设备，可实现蔬菜铅残留检测的高通量、标准化分析，为批量化检测提供技术保障。

3.4 奶制品中铬的检测

将酶联免疫吸附法应用于奶制品中铬残留检测，技术实施流程环环相扣。起始于特异性识别六价铬的单克隆抗体的制备，以六价铬-ITCBE螯合物为半抗原，经牛血清白蛋白偶联后免疫BALB/c小鼠，融合脾脏细胞与骨髓瘤细胞，筛选出高亲和力的抗铬抗体分泌细胞株[4]。将该抗体引入间接竞争ELISA体系，样品中游离的六价铬与包被抗原竞争性结合抗铬抗体，再与酶标记的二抗结合，触发显色反应，根据吸光度值判定六价铬含量。奶制品基质复杂，富含蛋白质、脂肪、糖类等干扰物质，样品前处理策略的优化非常重要。采用Tris-HCl缓冲液超声辅助提取，可有效释放出奶制品中与蛋白质结合的六价铬。引入蛋白酶K酶解预处理，能够水解样品中的蛋白质，去除非特异性干扰。此外，巧妙利用固相萃取小柱富集净化样品，能够进一步提高检测的精准度。需要特别注意的是，通过包被抗原浓度、酶标记物种类、底物反应时间等参数的系统优化，可显著提升检测灵敏度，将检出限降低至纳克级。联用自动进样系统、密闭恒温反应器、高分辨率酶标仪等设备，可实现牛奶、奶粉等样品中六价铬的规模化筛查，为奶制品的质量控制提供有力支撑。随着量子点标记、磁性微球分离等新技术与ELISA的紧密结合，有望开发出更加灵敏、快速、高通量的奶制品铬残留检测新策略，助力食品安全风险监控。

3.5 食用油中砷的检测

将酶联免疫吸附法应用于食用油中砷残留检测，需要对技术实施流程的每一个环节进行精细优化和严格把控。抗砷抗体的制备是整个分析过程的核心，以三价砷-二甲基砷（Dimethylarsinic Acid，DMA）螯合物为半抗原，经EDC活化并与载体蛋白如血蓝蛋白（Keyhole Limpet Hemocyanin，KLH）偶联，制得人工合成的免疫原。以该免疫原多点多次免疫家兔，经过细胞融合技术与杂交瘤筛选，获得能稳定分泌高亲和力抗砷单克隆抗体的杂交瘤细胞株[2]。将制备的抗体应用于间接竞争ELISA检测体系，利用游离砷与包被抗原竞争性结合抗砷抗体，再通过酶标记的二抗与抗原抗体复合物特异性结合引发显色反应，根据吸光度值的高低判定样品中砷的含量。为了从复杂的食用油基质中富集提取游离态砷，需对样品前处理方案进行优化。采用去污剂辅助的乳化萃取技术，利用砷在两相体系中的分配行为，将其从含油基质转移至水相中，再经固相萃取小柱净化、浓缩，获得适合免疫分析的待测液。在建立检测方法时，通过包被抗原浓度、酶标记物种类、显色底物类型等参数的筛选组合，并优化竞争反应温度、时间、缓冲体系pH值等条件，可显著提高检测灵敏度和特异性，最终建立起适合食用油基质的砷残留检测新方法。

4 提高酶联免疫吸附法应用效果的建议

为进一步提升酶联免疫吸附法在食品重金属残留检测领域的应用效果，可从以下几个方面着手。①抗原设计与抗体制备是关键所在，采用计算机辅助设计与分子对接技术，优选出高度模拟重金属离子空间构象的半抗原分子，并通过定点突变和体外亲和力成熟等技术获得高特异性识别重金属的单克隆抗体，可从源头上提高检测的灵敏度和特异性。②样品前处理策略的创新也非常重要，针对不同食品基质选择合理的提取方案，如超声辅助提取、微波消解、离子液体萃取等，可有效减少基质干扰，提高待测物的回收率。③信号放大技术的引入能够突破酶联免疫法的灵敏度瓶颈，利用纳米材料的独特性质，如纳米金的表面等离子体共振效应、量子点的荧光性质等，构建新型信号放大系统，将检测灵敏度提高数个数量级。利用核酸适配体、多肽适配体等特异性结合重金属离子，可克服抗体制备周期长、批间差异大等不足，实现重金属的快速、灵敏检测。④将酶联免疫法与其他先进分析技术联用，如毛细管电泳、微流控芯片、生物传感器等，可发挥协同增效作用，实现重金属残留的自动化、微型化、现场化快速检测，为食品安全监管提供更加高效、快捷的技术手段。

5 结语

通过抗原分子设计、抗体制备、新型标记物和信号放大系统的优化组合，ELISA方法不断突破检测灵敏度瓶颈。未来，抗原合成、适配体筛选等生物技术的引入，有望进一步拓展ELISA在食源性重金属分析领域的应用，为保障食品安全提供更加强有力的技术支撑。

参考文献

[1]朱文嘉，陈江平，秦智慧，等.双抗体夹心酶联免疫吸附法检测鱼糜制品中鸡蛋卵白蛋白[J].食品安全质量检测学报，2023，14（6）：190-197.

[2]常学瑜，王永辉，任舒悦，等.磁分散固相萃取-酶联免疫吸附法检测金黄色葡萄球菌肠毒素A[J].食品安全质量检测学报，2022，13（8）：2558-2564.

[3]古丽娜孜·海如拉，库来汗·巴依多拉.酶联免疫吸附法在饲料安全检测中的应用[J].养殖与饲料，2022，21（3）：66-68.

[4]张缤月.酶联免疫吸附法和实时荧光定量PCR法检验EB病毒的效果比较[J].中国实验诊断学，2022，26（7）：1078-1081.

[5]吴菲菲.不同酶联免疫吸附法检测丙肝抗体的效果[J].国际医药卫生导报，2022，28（7）：946-949.