Chinese Journal of Animal Nutrition >

2025 , Vol. 37 >Issue 5: 2911 - 2921

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2025.243

REVIEW

Research Progress of Rapid Detection Technology of Common Mycotoxins in Feed Materials

  • ZHAO Liyuan ,
  • QIN Yuchang ,
  • ZHANG Junmin ,
  • YU Ya'nan , *
Expand
  • State Key Laboratory of Animal Nutrition and Feeding, Institute of Animal Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China
* associate professor, E-mail:

Received date: 2024-10-12

  Online published: 2025-05-14

Fold

Abstract

Mycotoxins are widely present in feed materials and inadvertent ingestion by animals can jeopardize their safety and cause losses in the livestock farming industry, therefore monitoring of mycotoxins in feed materials is crucial. High performance liquid chromatography and mass spectrometry techniques have largely improved the accuracy of detection, but the techniques are operationally demanding and expensive. The development of rapid detection techniques provides an alternative to complex and costly detection methods. This paper describes the major mycotoxins in feed materials, summarizes the common rapid mycotoxin detection techniques used in recent years, and illustrates their advantages and disadvantages, in order to provide a reference for the further development of rapid mycotoxin detection.

Key words： feed materials; mycotoxin; rapid detection; research progress

Cite this article

ZHAO Liyuan , QIN Yuchang , ZHANG Junmin , YU Ya'nan . Research Progress of Rapid Detection Technology of Common Mycotoxins in Feed Materials[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2025 , 37(5) : 2911 -2921 . DOI: 10.12418/CJAN2025.243

目前饲料原料中霉菌毒素污染严重,黄曲霉毒素B1、伏马菌素、玉米赤霉烯酮、呕吐毒素、赭曲霉毒素A等霉菌毒素在谷物、青贮原料中广泛存在[1],霉菌毒素含量在超出其安全限量值后表现出较强毒性,被称为养殖业的“隐形杀手”。霉菌毒素进入动物体内,并通过食物链进行传递[2],对畜禽及人类的安全都构成严重威胁。霉菌毒素在自然界内存在广泛,具有普遍性与隐蔽性,且季节性差异不明显。根据2023年嘉吉全球霉菌毒素检测报告结果可知,全球饲料霉菌毒素污染仍高达70%,饲料或其原料被多种霉菌毒素同时污染的情况普遍存在。
为了减少霉菌毒素的污染风险,保证畜禽业的安全,国内外对饲料及谷物中霉菌毒素含量制定了严格的限量标准[3-4]。针对这些限量标准,大量快速灵敏的检测方法被开发出来。免疫吸附法、免疫层析法及电化学生物传感器是研究较多的3类方法,这些方法在不同的饲料原料及不同的霉菌毒素检测应用中分别有着优异的表现。

1 饲料原料中主要的霉菌毒素

黄曲霉毒素B1是最常见的高毒性、高致癌性毒素之一,常常污染花生和玉米。摄入被黄曲霉毒素B1污染的饲料会造成动物急慢性中毒及肝脏、肾脏等损伤。在炎热多雨的夏季黄曲霉会迅速生长,此时,由于饲粮或饲料原料储存不当,极容易发生猪黄曲霉毒素群体中毒,造成猪大批量死亡[5]。伏马菌素主要存在于玉米原料中,而玉米又是畜禽饲料配方中主要的能量饲料[6]。畜禽动物摄入含有伏马菌素的饲料会造成肝脏、肾脏及神经系统损伤,影响动物生长和体重增加。玉米赤霉烯酮具有稳定的化学性质和抗降解能力,使其能够在谷物和饲料中持续存在。接触过玉米赤霉烯酮的动物会产生生殖和发育毒性、免疫毒性、肝脏和肾脏毒性[7]。脱氧雪腐镰刀菌烯醇又被称为呕吐毒素,主要伤害肠道等脏器,引起的典型症状是呕吐和采食量降低,猪是对呕吐毒素敏感度最高的动物之一[8]。赭曲霉毒素A存在于各种谷物中,具有多种毒理效应,诱导肾脏、肝脏、消化系统损伤,具有神经毒性[9],危害着畜禽动物的健康。不同的来源、加工、贮藏或运输条件,会导致饲料中霉菌毒素的含量产生差异,一种用于现场快速便捷的霉菌毒素检测方法可以更加全面的确保饲料安全。

2 霉菌毒素快速检测方法分类

饲料原料中霉菌毒素不仅影响着畜牧业发展,也通过食物链对人类健康产生威胁[10]。因此,近年来许多学者在快速检测领域开发了各种应用于饲料原料中常见的1种或多种霉菌毒素的定性定量检测方法。目前,应用于饲料原料中霉菌毒素快速检测的最常见的几种方法见图1。
图1 常见的几种用于饲料原料中霉菌毒素检测的方法分类示意图

Fig.1 Classification diagram of several common methods for mycotoxin detection in feed raw materials

3 霉菌毒素快速检测技术

3.1 免疫吸附法

免疫吸附法的原理是基于抗原和抗体之间的特异性结合,具有免疫活性的抗体(或抗原)吸附并固定在固相载体表面,将酶与固定化的抗体(或抗原)连接起来。用于测定霉菌毒素的酶联免疫吸附测定(ELISA)试剂盒早已获得美国农业部(USDS)谷物检验、批发及畜牧场管理局的批准使用,而且证明其与具有较高准确性的高效液相色谱法检出结果高度相关[11]。免疫吸附法操作相对简单、成本低廉、检出速度快,且应用技术成熟,在霉菌毒素检测中发挥着重要作用[12]。
随着纳米技术的发展和应用,量子点(QBs)作为具有良好的光稳定性和生物相容性的纳米材料半导体,成为免疫测定常用的载体。通过引入负载的量子点作为竞争性抗体(或抗原)结合的载体,Xiong等[13]开发了一种新的直接竞争荧光免疫吸附试验(dcFLISA),能够灵敏地检测出赭曲霉毒素A(图2)。装载量子点的大尺寸聚合物作为竞争抗原的载体,可以有效地降低抗原与抗体的结合亲和力,并增强了荧光信号强度。基于这种结构的dcFLISA具有超高的霉菌毒素检测灵敏度,结合了酶联免疫吸附测定和荧光免疫测定方法的优点,检测线降低为3.15 pg/mL,远远低于检测线在毫克或纳克级别的传统辣根过氧化物酶联免疫吸附测定方法的最低检测线[14]。
图2 用于超灵敏检测赭曲霉毒素A的deFLISA原理示意图

BLI:生物层干涉法 bio-layer interferometry;biosensor tip surface:生物传感器尖端表面;QBs-based dcFLISA:基于量子点的直接竞争荧光免疫吸附试验 quantum dots based direct competitive fluorescence-linked immunosorbent assay;HRP-based dcFLISA:基于辣根过氧化物酶的直接竞争荧光免疫吸附试验 horseradish peroxidase based direct competitive fluorescence-linked immunosorbent assay;OTA Concentration:赭曲霉毒素A浓度 ochratoxin A concentration;IC50:半抑制浓度 50% inhibiting concentration;QBs:量子点 quantum dots;BSA:牛血清白蛋白 bovine serum albumin;HRP:辣根过氧化物酶 horseradish peroxidase;OTA:赭曲霉毒素A ochratoxin A。

Fig.2 Schematic diagram of principle of deFLISA for ultrasensitive detection of ochratoxin A[13]

虽然免疫吸附法具有较高的准确性和可靠性,但在实际检测操作中,由于环境对酶的活性影响较大,容易出现假阳性结果,因此通常被用作饲料原料中霉菌毒素含量的初步检测方法。

3.2 免疫层析法

免疫层析技术是一种快速、简单、高效的筛选技术,它将特异性抗体固定在硝酸纤维素膜的特定区域。当硝酸纤维素膜干燥的一段浸入样品中时,样品在毛细作用下向前移动并与抗体特异性结合。侧流免疫层析(LFIA)因其成本低、易于生产而受到重视,并对其进行了许多改进和创新。基于免疫层析技术的检测方法广泛应用于生物医学、农业、食品和环境科学等领域,但传统的免疫层析技术多重检测能力相当有限。
Charlermroj等[15]利用发光有机化合物进行微阵列侧向流检测技术,设计了一种针对5种常见霉菌毒素的多重检测方法。微阵列平台与新型荧光染料相结合,为快速、经济的多目标检测平台提供了前沿替代方法(图3-A)。除此之外,量子点与免疫层析技术结合,通过调整发射波长和2种不同量子点的比例,合成黄色、橙色和红色3种发光的量子点纳米颗粒,将其分别与不同霉菌毒素的单克隆抗体结合,便可以开发出基于3种颜色的量子点多重免疫层析技术,用于同时检测玉米中玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素A和伏马菌素B 1[6],并通过高效液相色谱法验证了其检测的准确性。
图3 微阵列侧流免疫试纸条的制备及用于多重霉菌毒素检测的示意图(A)[15]、基于量子点微球的免疫层析试纸条结合便携式手持式试纸仪对多种霉菌毒素的现场检测示意图(B)[17]、时间分辨荧光免疫层析试纸条检测原理示意图(C)[20]

Mixture of anti-mycotoxin antibodies:抗真菌毒素抗体的混合物;Goat anti-mouse antibody:山羊抗小鼠抗体;Sample pad:样品垫;Backing board:底板;Conjugation pad:结合垫;Mycotoxin panel:霉菌毒素面板;Signal pad:信号板;Absorbent pad:吸水垫;Flow direction:流向;Anti-AFB1 mAb:抗黄曲霉毒素B1的单克隆抗体 anti-aflatoxin B1 monoclonal antibody;Anti-OTA mAb:抗赭曲霉毒素A的单克隆抗体 anti-ochratoxin A monoclonal antibody;Anti-ZEN mAb:抗玉米赤霉烯酮的单克隆抗体 anti-zearalenone monoclonal antibody;Rabbit anti-Chicken lgY:兔抗鸡免疫球蛋白Y rabbit anti-chicken immunoglobulin Y;BSA:牛血清白蛋白 bovine serum albumin;QDM:量子点微球 quantum dot microsphere;AFB1:黄曲霉毒素B1 aflatoxin B1;OTA:赭曲霉毒素A ochratoxin A;ZEN:玉米赤霉烯酮 zearalenone;AFB1-BSA:黄曲霉毒素B1-牛血清白蛋白偶联物 aflatoxin B1-bovine serum albumin conjugate;OTA-BSA:赭曲霉毒素A-牛血清白蛋白偶联物 ochratoxin A-bovine serum albumin conjugate;ZEN-BSA:玉米赤霉烯酮-牛血清白蛋白偶联物 zearalenone-bovine serum albumin conjugate;Sample pretreatment:样品前处理;Grinding:研磨;Extraction:提取;Incubation:孵育;QDM probe preparation:量子点探针准备;Target detections:目标物检测;With target:目标物存在;Without target:目标物不存在;Test strip:试纸条;T line:检测线 test line;Binding:结合;Unbinding:未结合;Sample port:样品口;Test windows:检测口;Target quantifications:目标物定量;AFB1-OVA:黄曲霉毒素B1-鸡卵白蛋白偶联物 aflatoxin B1-ovalbumin conjugate;ZEN-OVA:玉米赤霉烯酮-鸡卵白蛋白偶联物 zearalenone-ovalbumin conjugate;

Fig.3 Schematic diagram of preparation of microarray transversal flow test paper and its application for multiple mycotoxin detection (A)[15], schematic diagram of immunochromatographic test strip based on quantum dot microspheres combined with a portable handheld test instrument for field detection of a variety of mycotoxins (B)[17] and schematic diagram of detection principle of time-resolved fluorescence immunochromatography strip (C)[20]

在量子点的应用基础上,Lu等[17]开发了一种手持式微型仪器,通过免疫层析技术结合试纸条阅读器检测霉菌毒素,进一步简化了检测操作,利用量子点微球结合单克隆抗体合成探针,实现了谷物中霉菌毒素的现场检测。手持试纸条阅读器收集T线和C线的荧光信号,可在45 min内实现谷物中黄曲霉毒素B1、赭曲霉毒素A和玉米赤霉烯酮的现场定量检测(图3-B)。Kong等[18]利用金纳米粒子建立的多重免疫层析试纸条检测技术,同时检测20种霉菌毒素,研究证明了表面带负电荷的金纳米粒子能快速稳定吸收带正电荷的高分子材料,同时保持其生物活性,这种方法在20 min内就能实现肉眼对20种霉菌毒素的半定量分析,结合手持式试纸条阅读器完成定量分析。
时间免疫荧光分辨是利用延迟时间将有用的荧光信号与非特异性背景荧光区分开来,一般通过稀土元素独特的荧光特性作为示踪剂标记抗原、抗体等,根据荧光强度定量分析,因其Stocks位移大、荧光寿命长等特点,能减少非特异性荧光信号的干扰,达到高灵敏度检测的要求[19]。王序等[20]使用以镧系元素离子螯合物微球为标记物的时间分辨荧光微球,结合荧光免疫层析试纸条研制出时间分辨荧光免疫层析,用于谷物中黄曲霉毒素B1和玉米赤霉烯酮的定量检测,研究中与胶体金免疫层析法和酶联免疫层析法进行了比较,证明了检测方法的可行性(图3-C)。
时间分辨免疫测定法也可用于测定多种霉菌毒素。Liu等[21]基于智能手机建立了2种在谷物检测多种霉菌毒素的检测技术,分别结合金纳米颗粒和时间分辨荧光微球,设计了2种侧流免疫测定的定量检测装置,用于检测谷物中黄曲霉毒素B1、玉米赤霉烯酮、脱氧雪腐镰刀菌烯醇、T-2毒素和伏马菌素B1,结果证实,时间分辨荧光微球比金纳米颗粒具有更大的比表面积和更高的稳定性,同时构建的装置可连接智能手机传输检测信息,优化了检测操作过程。
免疫层析法是快速检测霉菌毒素的有效方法,可快速、简便地获得检测结果,但容易出现假阳性结果,灵敏度也有待提高。

3.3 电化学生物传感器

在对微量霉菌毒素污染进行检测之前,许多分析方法往往需要经过样品制备以及预处理等复杂程序。开发一种灵敏且快速、便携的现场检测设备非常重要。电化学生物传感器以其快速、灵敏的特性,成为霉菌毒素选择性测定的一种可行替代平台。以下列出了在霉菌毒素检测中研究最广泛的几类电化学生物传感器(表1)。
表1 检测饲料原料中霉菌毒素的电化学生物传感器

Table 1 Electrochemical biosensors for detecting mycotoxins in feed materials

传感器电极材料
Sensor electrode
materials		 分析物
Analyte		 方法
Method		 实际样品
Actual sample		 灵敏度
Sensitivity		 参考文献
Reference
镉铟硫化物/s-空位二硫化钼
CdIn2S4/V-MoS2		 AFB1、OTA、
ZEN		 免疫
传感器		 玉米粉 AFB1:0.017 ng/mL;OTA:
0.016 ng/mL;ZEN:
0.033 ng/mL		 [22]
聚-精氨酸-分子印迹/
羧酸官能化的碳纳米管
P-Arg-MIP/COOH-MWCNTs		 DON 分子印迹
传感器		 小麦粉 0.07 μmol/L [23]
金纳米颗粒@聚苯胺
AuNPs@PANI		 AFB1、FB1、
ZEN		 适配体
传感器		 玉米 3.2 ng/mL [24]
铂钯纳米颗粒/聚乙烯
亚胺-氧化石墨烯
PtPdNPs/PEI-rGO		 DON 适配体
传感器		 玉米粉 6.9 ng/L [25]
聚乙烯亚胺-氧化石墨烯/
铂@金纳米棒
PEI-rGO/Pt@AuNRs		 ZEN 免疫
传感器		 玉米 0.02 pg/mL [26]
丝网印刷碳电极/壳聚糖-
功能化碳纳米管-钯
SPCE/CS-CNT-Pd		 ZEN 免疫
传感器		 玉米 0.25 ng/mL [27]

AFB1:黄曲霉毒素B1 aflatoxin B1;OTA:赭曲霉毒素A ochratoxin A;ZEN:玉米赤霉烯酮 zearalenone; DON: 脱氧雪腐镰刀菌烯醇 deoxynivalenol;FB1:伏马菌素B1 fumonisin B1。

3.3.1 分子印迹传感器

目前,分子印迹技术和抗原抗体免疫结合方法在电化学生物传感器中的应用比较广泛。分子印迹技术是指制备能够识别目标分子聚合物的技术,分子印迹电化学传感器将分子印迹技术与电化学传感技术相结合,具有特异性强、稳定性高、可重复使用、成本低廉、检测灵敏等特点。用于霉菌毒素检测的分子印迹聚合物电化学传感器制备的方法主要是原位电化学沉积法和光诱导聚合方法。
Singh等[28]通过化学氧化聚合法,以聚苯胺为基质合成了黄曲霉毒素B1和伏马菌素B1的分子印迹聚合物,采用原位电化学沉积放在结合氧化锡铟电极,最终通过电化学方法用于检测霉菌毒素(图4-A)。光诱导聚合是使用由功能单体(例如甲基丙烯酸)、交联剂(例如乙二醇二甲基丙烯酸酯)、光引发剂(例如偶氮异丁腈)和模板分子组成的溶液混合物,通过紫外光照射,在电极表面形成分子印迹聚合物膜[29-30]。基于此,Sergeyev等[31]开发了一种基于独立分子印迹聚合物的智能手机仿生光学传感器,用于快速、灵敏地检测黄曲霉毒素B1。其中黄曲霉毒素B1在紫外照射下被膜选择性结合,引发黄曲霉毒素B1的荧光,继而被荧光传感器系统获取,通过智能手机传输出霉菌毒素浓度定量信息。
图4 基于分子印迹聚合物的霉菌毒素简易检测平台的示意图(A)[28]、利用聚苯胺纳米纤维和金纳米颗粒依此修饰的氧化铟锡圆盘电极构建出的黄曲霉毒素B1的免疫传感平台的示意图(B)[34]、核酸适配体传感器制作的示意图(C)[41]

AFB1:黄曲霉毒素B1 aflatoxin B1;FuB1:伏马菌素B1 fumonisin B1;APS:过硫酸铵 ammonium persulphate;Template removal:移除模板;MIP:分子印迹聚合物 molecularly imprinted polymer;ITO:氧化锡铟 indium tin oxide;PANI:聚苯胺 polyaniline;AuNP:金纳米颗粒 gold nanoparticles;GA:戊二醛 glutaradehyde;BSA:牛血清白蛋白 bovine serum albumin;AFB1:黄曲霉毒素B1 aflatoxin B1;|Z|:阻抗大小 impedance magnitude;ITO disk electrode:氧化锡铟圆盘电极;O2 plasma:氧等离子体;Aniline:苯胺;PANI:聚苯胺 polyaniline;deposition:沉积;Au-PANI:金-聚苯胺 gold-polyaniline;Antibody immobilization:抗体固定;BSA blocking:BSA封闭;CAFB1 bindings:黄曲霉毒素B1浓度匹配 aflatoxin B1 concentration bindings;|Z| monitoring:阻抗大小监测 impedance magnitude monitoring;MB-cDNAⅠ:亚甲基-互补DNAⅠ methylene-complementary DNAⅠ;aptⅠ-SiO2@CdTe:适配体Ⅰ-二氧化硅@碲化镉 adaptorⅠ-silica@cadmium telluride;MB-cDNAⅠ/aptⅠ-SiO2@CdTe:亚甲基-互补DNAⅠ-适配体Ⅰ-二氧化硅@碲化镉 methylene-complementary DNAⅠ-adaptorⅠ-silica@cadmium telluride;MB-cDNAⅡ:亚甲基-互补DNAⅡ methylene-complementary DNAⅡ;aptⅡ-SiO2@PbS:适配体Ⅱ-二氧化硅@硫化铅 adaptorⅡ-silica@lead sulfide;MB-cDNAⅡ/aptⅡ-SiO2@PbS:亚甲基-互补DNAⅡ-适配体Ⅱ-二氧化硅@硫化铅 methylene-complementary DNAⅡ-adaptorⅡ-silica@lead sulfide;FB1:fumonisin B1 伏马菌素B1;OTA:赭曲霉毒素A ochratoxin A;SWV:方波伏安法 square wave voltammetry;aptⅠ-OTA complex:适配体Ⅰ-赭曲霉毒素A复合物 adaptorⅠ-ochratoxin A complex;aptⅡ-OTA complex:适配体Ⅱ赭曲霉毒素A复合物 adaptorⅡ-ochratoxin A complex。

Fig.4 Schematic diagram of a simple detection platform based on molecularly imprinted polymer for mycotoxins (A)[28], schematic diagram of immune sensing platform for aflatoxins B1 was constructed using an indium tin oxide disk electrode modified by polyaniline nanofibers and gold nanoparticles(B)[34] and schematic diagram of nucleic acid aptamer sensor fabrication (C)[41]

作为生物分子的一种替代方法,分子印迹技术具有很高的特异性和快速的响应性,此类电化学传感器往往具有良好的分析性能。

3.3.2 免疫传感器

电化学免疫传感器是电化学检测技术与免疫分析技术相结合的一种传感检测方法,利用抗体特异性识别抗原,将抗原浓度转化为电信号,再对电信号进行进一步处理,最终以数字方式呈现检测结果,从而达到定量检测的目的。其中,抗原和抗体的特异性识别增加了检测的特异性。
Riberi等[32]将多壁碳纳米管/聚乙烯亚胺分散体和金纳米颗粒的复合材料修饰在碳网印刷电极上,再将玉米赤霉烯酮多克隆抗体固定在其表面,利用玉米样品的玉米赤霉烯酮和被辣根过氧化物酶标记的玉米赤霉烯酮抗原竞争原理,建立了一种测定玉米中玉米赤霉烯酮的电化学免疫传感器。
一般来说,无标签的生物传感器往往比标签生物传感器具有更高灵敏度,因为后者的高背景信号常导致非特异性吸附,导致检测结果出现误差[33]。因此,Yagati等[34]利用聚苯胺纳米纤维和金纳米颗粒依次修饰的氧化铟锡圆盘电极检测玉米样品中的黄曲霉毒素B1。抗体与金-聚苯胺(Au-PANI)之间形成强共价连接,从而成功构建出无标签的免疫传感平台,因其高表面积、高电化学导电性和生物相容性可以检测出更低浓度的黄曲霉毒素B1(图4-B)。
电化学免疫传感器具有良好的灵敏度和选择性,在监测饲料原料中的各种霉菌毒素污染方面表现出卓越的性能和效率。然而,其在合成单克隆抗体及霉菌毒素偶联物具有一定挑战性,生产价格相对昂贵。

3.3.3 适配体传感器

适配体传感器已成为近年来研究热点。采用适配体的生物传感器包括2个基本部分:用于识别目标分子的识别元件,以及负责将产生的信号转换为光学或电子形式传感器装置。
目前,在霉菌毒素检测领域中应用最广泛的适配体传感器是电化学适配体传感器[35-37],少数是光电化学适配体传感器[38-40]。其中,电化学适配体传感器由于灵敏度相对较高、体积小、检测时间短等优点被研究的最多。Wang等[41]用碲化镉(CdTe)量子点和硫化铅(PbS)量子点包被的二氧化硅作为特异性适配体的标记,互补DNA功能化的磁珠作为捕获探针,开发了可同时检测赭曲霉毒素A和伏马菌素B1的磁控电化学适配体传感器,建立了同时电化学检测赭曲霉毒素A和伏马毒素B1的方法(图4-C)。该传感器具有高特异性,为霉菌毒素的高通量筛选提供了新的途径。
Li等[42]提出了一种基于双功能锆基金属-有机骨架(Zr-MOF)的荧光电化学双通道生物传感器,用于赭曲霉毒素A的检测。Zr-MOF负载的赭曲霉毒素A的特异性适配体设计信号探针,在提高了传感可靠性的同时,简化了探针制造过程。根据赭曲霉毒素A浓度增加的双通道信号变化,实现了既可以直观的看到赭曲霉毒素A检测结果,同时又可以利用电化学分析获得赭曲霉毒素A的准确检测信息。
适配体传感器极大地了提高检测的灵敏度,与依赖抗体的检测相比,基于适配体的霉菌毒素检测具有稳定性好、免疫原性低、成本低等优势,是检测食品及饲料原料中霉菌毒素的重要方法之一[43-44]。

3.4 无损检测方法

除了研究热门的快速检测方法外,Kim等[45]利用可见光、近红外和短波红外光谱反射率、365 nm紫外激发荧光和785 nm激光激发拉曼光谱等多种高光谱成像技术检测玉米粉中的黄曲霉毒素,并根据各种算法对黄曲霉毒素进行定量分析。与传统的湿化学方法相比,该方法成本更低,操作更简单,有望成为一种应用广泛的快速检测方法。目前,用于霉菌毒素非破坏性的检测方法很少。除了高光谱成像技术外,Ma等[46]开发了一种基于全细胞生物传感器阵列的霉菌污染精确无损监测方法。研究通过在大肠杆菌中筛选响应谷物霉变前期标志性有机挥发物的启动子,构建了融合14种应激响应启动子和发光细菌荧光素酶基因的全细胞生物传感器阵列,结合优化的机器学习模型,可实现对谷物霉变前期的无损高准确度监测。
无损快速检测方法减少了样品预处理过程,对仓储谷物或饲料原料的霉变监测意义重大,但数据处理较为复杂,测定过程需要专业人员才能完成。

4 快速检测方法优劣势比较分析

目前,霉菌毒素快速检测领域研究最广泛几种方法主要包括免疫吸附法、免疫层析法、电化学生物传感器及无损检测方法,其中电化学生物传感器又包括分子印迹传感器、免疫传感器、适配体传感器,以下列出其优缺点以供参考(表2)。
表2 目前霉菌毒素主要快速检测方法对比

Table 2 Comparison of main rapid detection methods of mycotoxins

方法
Methods		 优点
Advantage		 缺点
Disadvantage		 参考文献
Reference
免疫吸附法
Immunoadsorption method		 较高的准确性和可靠性 操作相对复杂、对环境和人员
要求高、环境和基质干扰严重		 [47-48]
免疫层析法
Immunochromatography method		 低成本、操作快速、简便 易出现假阳性结果、
灵敏度也有待提高		 [49-50]
分子印迹传感器
Molecular imprint sensor		 特异性强、稳定性高、可重复
使用、成本低、检测灵敏		 生物相容性差、传感器信号响应慢 [51-52]
抗原抗体免疫
Antigen antibody immunity		 快捷、灵敏、高效 易发生免疫交叉 [53-54]
适配体传感器
Aptamer biosensor		 稳定性好、高特异性、强亲和力 容易受到环境影响 [55-56]
其他Others 无损、成本更低,操作更简单 数据处理复杂 [45-46]
免疫吸附法基于抗原与抗体的特异性结合反应,对目标霉菌毒素具有高度的选择性,能够有效避免其他物质的干扰,因此准确性和可靠性相对较高。然而对于某些样品如含油、含盐或高蛋白质的饲料原料,需要进行复杂的前处理,否则会影响检测结果的准确性。免疫层析法操作简便快速,无需复杂的仪器设备和专业技术人员,一般5~10 min即可出结果,适合现场快速检测,且检测试纸条价格相对便宜,携带方便,适用于现场检测。但其缺点是灵敏度和特异性相对较低,容易出现假阴性或假阳性结果。分子印迹传感器优势是高特异性,能够在复杂的饲料原料样品中准确地识别和结合目标毒素,减少其他物质的干扰,提高检测的准确性。分子印迹聚合物具有较好的物理和化学稳定性,能够在不同的环境条件下保持其识别性能,因此可重复使用,降低了检测成本。其缺点是与一些快速检测方法相比,响应时间较长,生物相容性也较差。电化学生物传感器的检测过程相对简单,不需要复杂的样品前处理和长时间的分析过程,能够在短时间内得到检测结果,检测灵敏度高。但因为抗体的应用,检测过程可能存在交叉反应;适配体是通过体外筛选技术得到的寡核苷酸序列,能够特异性地识别目标霉菌毒素,与免疫反应相比,具有更高的特异性和亲和力,能够有效避免交叉反应,且适配体具有较好的化学稳定性和热稳定性。缺点是对复杂样品的适应性有限,在复杂的饲料原料样品中,可能存在一些干扰物质,如蛋白质、脂肪等,会影响适配体与目标毒素的结合,降低传感器的检测性能。与传统检测方法相比,无损检测方法能保持样品完整性,在短的时间内完成检测,大大提高了检测效率。无损检测方法在操作上相对简便,但对于仪器的操作、数据的分析和处理等方面,仍需要专业的技术人员进行,操作人员需要具备一定的仪器分析知识、化学计量学知识以及数据处理能力,否则可能无法正确操作仪器、准确解读检测结果。

5 小结

饲料原料的安全问题和畜牧业的发展与人类的饮食健康密切相关,开发一种用于饲料原料中霉菌毒素的快速便捷检测方法对降低动物养殖经济损失、保障人类饮食安全尤其关键。本文总结了近年来饲料原料中1种或多种霉菌毒素的快速检测方法,包括免疫分析法和近年来广泛研究的电化学、生物传感器等,并列举了每种方法的优缺点。与传统方法不同,快速检测方法在现场的检测方面展现出巨大潜力,在实时分析上有更多可能性。

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