《Food Chemistry: X》：Antibody-based sensing of pesticide residues and mycotoxins in plant-derived foods: A narrative review of ELISA, lateral-flow immunoassays and immunosensors
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多年来，消费者已认识到适当营养和饮食在预防不同代谢性和慢性疾病中的重要作用（Mazzoni等，2021）。水果和蔬菜是健康饮食的重要组成部分，因为它们提供多种营养素，如维生素C和A、矿物质和电解质、纤维，以及具有抗氧化和抗菌等药理活性的各种植物化学物质（Sla
多年来，消费者已认识到适当营养和饮食在预防不同代谢性和慢性疾病中的重要作用（Mazzoni等，2021）。水果和蔬菜是健康饮食的重要组成部分，因为它们提供多种营养素，如维生素C和A、矿物质和电解质、纤维，以及具有抗氧化和抗菌等药理活性的各种植物化学物质（Slavin & Lloyd，2012）。全球范围内已开展多项研究以阐明多种蔬菜和水果的植物化学特征。此类研究有助于识别各种促进健康的生物活性植物化学物质，并揭示其作用模式以及与疾病预防和健康促进效应相关的通路（Mazzoni等，2021）。与蔬菜和水果一样，谷物及各种谷物制品是全球人类饮食的主要组成部分。水稻、小麦和玉米等谷物主要由淀粉等碳水化合物组成，其次是蛋白质和相对较低含量的脂肪（Silva等，2020）。因此，谷物是能量和营养素的主要来源，对全球粮食安全也至关重要（Laskowski等，2019）。
由联合国粮食及农业组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）联合设立、旨在制定确保食品安全的指南和标准的国际食品法典委员会将污染物定义为“未被有意添加到食品或饲料中、可能对动物和人类健康构成风险的物质”（FAO，2026）。类似地，欧洲食品安全局和美国食品药品监督管理局（FDA）等其他国际机构将污染物描述为食品和饮料中无意添加的物理、化学或生物因子，这些因子对人类健康构成风险并需要监测和风险评估（Bereda，2025）。一些常见的食品污染物包括毒素、过敏原、农药、微生物、重金属、染料和包装材料，这些物质可在加工、生产、处理、运输和储存过程中进入食品。污染物的其他来源可能是环境污染、农业实践，或为增加利润而进行的故意添加（Rodriguez等，2021）。WHO指出，食用掺假和受污染的食品可能对全球公共卫生和经济产生不利影响。WHO估计，近6亿人在食用受化学物质或病原体污染的食品后患病，约40万人因食用不安全食品而丧生（WHO，2024）。
根据美国环境保护署（EPA）的定义，农药是用于控制、驱避、预防或杀死被视为害虫的植物或动物的化学品。此外，EPA还将用作植物干燥剂、脱叶剂、调节剂或氮稳定剂的物质视为农药（US EPA，2014）。农药有助于提高作物品质和产量，保护作物免受植物病原体和害虫的侵害，并延长农产品的货架期（Saad等，2025）。据报道，只有约0.1%的农药到达预定目标，而大部分农药进入环境并污染空气、水和土壤（Chaudhary等，2024）。农药通过受污染的空气、水和土壤进入食物链，可危害人类和动物健康以及生态系统（Akhtar & Mannan，2020）。另一大类食品污染物是真菌毒素，即由链格孢属（Alternaria spp.）、曲霉属（Aspergillus spp.）、镰刀菌属（Fusarium spp.）和青霉属（Penicillium spp.）真菌分泌的次级代谢产物，存在于主要坚果、谷物和谷物制品中，可对健康产生不利影响。约400种真菌毒素，如黄曲霉毒素、伏马菌素、玉米赤霉烯酮和赭曲霉毒素，可在收获前和收获后阶段以及运输和储存期间污染作物和坚果（Niaz等，2025）。FAO估计，近25%的粮食作物受到真菌毒素污染。然而，其他报告表明真菌毒素污染要高得多，在60–80%的范围内，这可能归因于分析设备灵敏度的提高（Eskola等，2020）。人类可通过食用受污染的植物源食品或间接通过食用以受真菌毒素污染饲料喂养的家畜所获得的动物源产品而接触真菌毒素（Al-Jaal等，2019；Arce-López等，2020）。真菌毒素暴露也可能通过吸入和皮肤接触发生，尤其是在废物处理工人和农民中，他们可能在加工、碾磨或收获过程中接触受真菌毒素污染的粉尘，以及通过吸入受污染的室内空气（Al Hallak等，2023；Marcelloni等，2024）。真菌毒素能够在动物和人类中引起急性和慢性毒性（Sweeney & Dobson，1998）。通过使用检索字符串“food and pesticide residues”和“food and mycotoxins”，分别从Web of Science核心合集（WOSCC）中检索到总共8691篇和8469篇研究论文，并创建了如Fig. 1A和Fig. 1B所示的分级统计图。如Fig. 1A所示，中国发表的研究最多，其次是美国和西班牙；而在Fig. 1B中，研究产出最多的是中国，其次是美国和意大利。Fig. 1C和Fig. 1D分别显示了1991年至2025年间WOSCC索引的与“food and pesticide residues”和“food and mycotoxins”相关的年度发表文献数量和累计研究文章量。
用于农药和真菌毒素检测与监测的基于色谱或光谱技术的常规方法非常准确和灵敏，但存在局限性，如耗时、需要有毒有机溶剂、需要训练有素的人员、不适合现场监测、需要昂贵的试剂和精密设备，以及繁琐的样品前处理和净化过程（Jara等，2022；Thenuwara等，2025）。因此，对替代性快速、易用且廉价技术的需求多年来受到广泛关注（Jara等，2022）。
蛋白质是执行多种生物活性以增强宿主适应性和生存的最重要生物大分子之一（Morris等，2022）。蛋白质含有称为结构域的小亚基，这些结构域参与催化活性、与其他蛋白质或生物分子结合、信号传导、细胞和代谢通路调节、免疫以及细胞运输等功能（Morris等，2022）。在生物传感器和其他生物分析技术中，具有结合功能（如抗体）和催化功能（酶）的两个蛋白质结构域最为重要（Kumar等，2025）。抗体固定化是开发生物传感器和其他诊断工具的重要过程。适当的固定化确保抗体稳定附着在换能器表面，并保持抗体的功能和特异性，这是分析物识别所需的（Kumar等，2024）。
传感平台中使用的生物受体可以被工程化以改善与目标分析物的兼容性，并增强传感器整体的分析性能（Dkhar等，2022）。由于其高特异性和选择性，抗体通常被用作生物传感平台中的生物受体。将抗体整合到各种生物传感平台中显著推进了体外和体内生物传感器的发展（Dkhar等，2022）。以往关于该主题的综述侧重于特定的基于抗体的传感方法，如免疫传感器、侧向流动免疫分析（LFIA）和酶联免疫吸附测定（ELISA），主要关注分类和工作原理。相比之下，本综述不侧重于分类；它主要强调基于抗体的传感技术在检测水果、蔬菜、谷物和谷物制品中农药残留和真菌毒素方面的应用。此外，大多数已发表的综述侧重于单一检测方法，如生物传感器或免疫传感器，或侧重于检测特定污染物的特定技术，如农药或真菌毒素。相比之下，本综述全面概述了ELISA、LFIA和免疫传感器在谷物、水果和蔬菜中检测真菌毒素和农药的应用（Balkrishna等，2024；Ermolaeva等，2019；Gai等，2023；Ghosh等，2022；Maphaisa等，2025；Patel，2025；Reynoso等，2019）。本综述首先讨论了水果、蔬菜、谷物和谷物制品相关的质量和安全问题。然后阐述了用于检测不同食品基质中农药和真菌毒素的各种传统和现代方法。综述全面概述了用于监测农药和真菌毒素的各种基于抗体的传感平台。最后，讨论了基于抗体的传感方法的局限性，以及提高这些设备检测真菌毒素和农药的特异性和灵敏度的潜在策略。
论文解读文章
一、研究背景与研究意义
食品安全是全球公共卫生领域面临的重大挑战。消费者日益认识到合理膳食在预防代谢性和慢性疾病中的关键作用，水果、蔬菜和谷物作为健康饮食的核心组成部分，其安全性直接关系到公众健康。根据国际食品法典委员会的定义，污染物指未被有意添加到食品或饲料中、可能对动物和人类健康构成风险的物质。世界卫生组织（WHO）估计，全球每年近6亿人因食用受化学物质或病原体污染的食品而患病，约40万人因此丧生，食品安全问题造成的经济和健康负担不容忽视。
在众多食品污染物中，农药残留和真菌毒素是两类尤为突出的风险源。农药在提高作物产量和品质方面发挥重要作用，但全球每年约200万吨的农药使用量中，仅约0.1%到达预定目标，其余大部分进入环境并通过空气、水和土壤污染进入食物链。有机磷类农药如毒死蜱、二嗪农和马拉硫磷可通过抑制乙酰胆碱酯酶造成长期神经和精神损害；百草枯暴露可导致严重皮肤灼伤、肺纤维化和呼吸衰竭；氨基甲酸酯类农药如西维因、福美锌和克百威可造成内分泌干扰和生殖损伤。联合国粮食及农业组织（FAO）估计约25%的粮食作物受到真菌毒素污染，而其他报告显示实际污染率可能高达60–80%。真菌毒素是曲霉属、镰刀菌属、青霉属和链格孢属等真菌分泌的次级代谢产物，约400种已知真菌毒素（如黄曲霉毒素、伏马菌素、玉米赤霉烯酮和赭曲霉毒素）可在作物收获前后及运输储存阶段污染谷物、坚果和水果，具有急性和慢性毒性。
针对上述食品安全威胁，各国监管机构已建立了农药最大残留限量（MRLs）和真菌毒素限量标准。然而，传统的色谱和光谱检测方法虽然准确灵敏，但存在耗时、需要有毒有机溶剂、依赖训练有素人员和昂贵设备、不适合现场监测等固有局限。因此，开发快速、简便、经济高效的替代检测技术成为食品安全领域的迫切需求。基于抗体识别原理的传感技术——酶联免疫吸附测定（ELISA）、侧向流动免疫分析（LFIA）和免疫传感器——凭借其高特异性、高选择性和操作简便性，为食品污染物的快速筛查提供了极具前景的技术路径。本综述的开展旨在系统梳理这三类基于抗体的传感技术在谷物、水果和蔬菜中农药残留和真菌毒素检测方面的应用进展，填补以往综述仅聚焦单一检测方法或单一污染物类别的空白，为该领域的研究提供全面参考。
二、主要技术方法
研究人员通过系统检索Google Scholar、EBSCO、Scopus、PubMed和Web of Science等电子数据库，使用“pesticides”“mycotoxins”“fruits”“vegetables”“cereals”“cereal-based products”“ELISA”“LFIA”“immunosensors”和“challenges”等关键词组合，筛选2011至2026年间以英文发表且严格遵循实验研究设计的文献，最终纳入67项研究进行综合分析。综述涵盖ELISA（包括间接竞争ELISA、直接竞争ELISA、非竞争ELISA和夹心ELISA）、LFIA（竞争型和非竞争型，采用金纳米颗粒、时间分辨荧光微球、量子点、碳纳米颗粒等多种标记材料）以及基于电化学、光学等换能原理的免疫传感器等多种技术平台，系统比较了这些方法在不同食品基质中的检测性能。
三、主要研究结果
3.1 谷物及谷物制品中的农药残留与真菌毒素
研究显示，毒死蜱是小麦和水稻中最常检出的农药残留，检出率分别达44%和72%。印度哈里亚纳邦市场大米样品中检出β-氟氯氰菊酯、噻嗪酮、毒死蜱、己唑醇、稻瘟灵和丙环唑等多种农药，且浓度超过印度食品安全标准局（FSSAI）规定的允许限量。谷物加工过程中，农药残留在麸皮中浓度最高，白面粉中最低。在真菌毒素方面，土耳其市场140种谷物制品中黄曲霉毒素B1超标率达28.57%，总黄曲霉毒素超标率为26.43%。中国东南部2009至2015年间气候变化加剧了谷物真菌毒素污染，江苏2010至2012年降雨增多导致小麦脱氧雪腐镰刀菌烯醇污染激增。巴基斯坦旁遮普省229份谷物制品中，130份检出玉米赤霉烯酮、121份检出黄曲霉毒素B1、115份检出赭曲霉毒素A，多种样品超过最大限量。
3.2 水果和蔬菜中的农药残留与真菌毒素
FAO数据显示2023年全球农业农药使用量达373万吨。欧盟食品和饲料快速预警系统（RASFF）数据显示，1981至2020年间67.6%的农药残留通报与水果和蔬菜相关。土耳其爱琴海地区2010至2016年间两次大规模调查分别发现9.8%的蔬菜和8.4%的水果样品以及11.6%的果蔬样品超过本国MRL。欧盟多年协调控制计划分析11727份食品样品发现1.6%超标，苹果、草莓、桃、番茄和生菜是多残留检出频率最高的食品。在真菌毒素方面，巴基斯坦芒果制品中21.8%的样品棒曲霉素超过50 μg/kg的监管限量；阿根廷2005至2013年大规模研究在5958份水果及果汁样品中检出1997份含棒曲霉素，苹果污染率最高且浓度达19622 μg/L。
3.3 ELISA在食品安全检测中的应用
ELISA利用抗原-抗体特异性识别，以最少设备和资源快速检测多种污染物。间接竞争ELISA（icELISA）和直接竞争ELISA（dcELISA）是食品污染物检测中最常用的类型。在谷物方面，研究人员开发了检测吡蚜酮的icELISA，在小麦、玉米和大米中检出限为1.62–1.66 μg/kg，灵敏度与LC-MS/MS相当且成本更低、操作更简便。检测甲磺隆的dcELISA在燕麦、小麦和大米中检出限为0.01 mg/kg，回收率81.15%–101.85%。基于羊驼重链抗体可变结构域（VHH）的ELISA检测谷物中甲萘威，检出限为小麦72 ng/g、玉米和大米36 ng/g。在真菌毒素方面，检测雪腐镰刀菌烯醇的dcELISA线性范围为0.62–13.2 ng/mL，与脱氧雪腐镰刀菌烯醇无交叉反应。商业ELISA试剂盒在埃及市场检测中发现17.6%的进口意大利面和面条样品脱氧雪腐镰刀菌烯醇超过750 μg/kg的允许限量。夹心斑点ELISA（s-dot ELISA）检测印度卡纳塔克邦195份谷物样品，72份检出赭曲霉毒素A，且与其他真菌毒素无交叉反应。在果蔬方面，检测嘧霉胺的icELISA在苹果、黄瓜、葡萄、桃、草莓和番茄中检出限为0.02–0.04 μg/kg，回收率88.6%–102.3%。化学发光dcELISA检测2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）发现越南市场橙皮中含量（79–104 μg/kg）远高于柑橘皮（1.66–2.82 μg/kg）。
3.4 LFIA在食品安全检测中的应用
LFIA因检测时间短、操作简便和成本低廉而成为ELISA的有力替代方案。竞争型LFIA适用于检测具有有限抗原表位的小分子如真菌毒素和农药。在谷物农药检测方面，基于时间分辨荧光微球的LFIA（TRFMs-LFIA）检测小麦中噻虫胺和呋虫胺，结果与UPLC-MS/MS相当；检测多效唑的LOD为1.72 ng/mL；检测环丙嘧磺隆的LOD为玉米2.18 μg/kg、糙米和白米1.93 μg/kg。金纳米颗粒LFIA（Au-LFIA）检测小麦中戊唑醇的LOD为35.5 ng/g，检测水稻中三环唑的LOD为糙米13.58 μg/kg、精米6.74 μg/kg。在谷物真菌毒素检测方面，基于聚集诱导发射纳米粒子的多色竞争LFIA可同时检测玉米和小麦中玉米赤霉烯酮（LOD 26 pg/mL）和黄曲霉毒素B1（LOD 6.12 pg/mL）。量子点纳米珠LFIA（QBs-LFIA）检测玉米、大米和大豆中黄曲霉毒素B1和赭曲霉毒素A，回收率80.20%–130.05%，灵敏度优于传统LFIA。非晶碳纳米粒子LFIA（ACNP-LFIA）检测玉米中镰刀菌毒素，视觉LOD优于金纳米粒子和量子点，玉米赤霉烯酮LOD为1 μg/kg、T-2毒素为13 μg/kg、脱氧雪腐镰刀菌烯醇为20 μg/kg。在果蔬检测方面，金纳米花LFIA（AuNF-LFIA）检测柑橘和白菜中三氟羧草醚的LOD为7.79 ng/mL，比AuNP-LFIA低9.6倍。基于等离子体金纳米星的比色和光热LFIA检测白菜、韭菜和柑橘中苯菌灵的LOD分别为0.48 ng/mL和0.28 ng/mL。TRFM-LFIA检测橙子、番茄和黄瓜中三唑酮的LOD分别为5.811、1.047和0.135 μg/kg，18分钟内即可获得结果。
3.5 免疫传感器在食品安全监测中的应用
免疫传感器是固态生物传感器，利用抗体识别分析物并将免疫化学反应耦合至换能器元件，将免疫化学反应转化为可测量的物理信号。其具备小型化和便携化潜力、操作简便、对真菌毒素和农药检测具有高特异性和灵敏度，是现有分析设备的宝贵替代方案。
四、讨论与结论
本综述系统总结了ELISA、LFIA和免疫传感器三类基于抗体的传感平台在谷物、水果和蔬菜中检测农药残留和真菌毒素的应用现状。竞争型LFIA是所评文献中研究最广泛的LFIA形式。在LFIA开发所用的各类材料中，金纳米粒子（AuNPs）基复合材料在污染物检测传感器制造中占主导地位。AuNPs是成本效益高的标记选择，因其可通过简单廉价的方法合成、商业可获得性广，且信号检测所需仪器最少，常可通过肉眼或基本比色定量进行视觉判读。相比之下，铕纳米粒子、荧光染料、磁性纳米粒子和量子点等替代标记虽可能提供更高灵敏度，但通常涉及更高的材料成本、更复杂的制造工艺和不太成熟的商业供应链。基于抗体的传感方法仍面临特异性与灵敏度提升、多残留同时检测、复杂食品基质干扰消除等挑战，未来可通过纳米材料整合、抗体工程优化和多重检测平台开发等策略进一步改进。这些快速筛查技术为食品安全监管提供了有力的技术支撑，有助于保障消费者健康和全球食品安全。
