劉麗環(huán),陳純,黃藤波,曹濤*,李廣鵬,李森
(1. 深圳市億騰檢測科技有限公司,廣東 深圳 518100;2.廣東省檢迅檢測科技有限公司,廣東東莞 523843;3.深圳市深業(yè)航天食品與環(huán)境檢測科技有限公司,廣東 深圳 510100;4.深圳市匯知科技有限公司,廣東 深圳 518101)
苯甲酸也稱安息香酸,屬于芳香族酸,白色固體,微溶于水,其抗菌活性主要來源于未離解酸[1,2]。苯甲酸主要用作食品添加劑,具有抑制食品中微生物繁殖、防止食品腐敗與變質(zhì)、保持食品新鮮的作用,苯甲酸及其鈉鹽均是常用防腐劑之一[3-5]。有研究表明,苯甲酸不會在體內(nèi)蓄積,但過量添加苯甲酸可能對人體產(chǎn)生毒副作用[6],苯甲酸能破壞細(xì)胞膜有序結(jié)構(gòu),使膜的功能發(fā)生紊亂,擾亂細(xì)胞內(nèi)的各種平衡機制[7]。過量的苯甲酸鈉可能會引起腹瀉、腹痛和心跳加快等癥狀[8]。國家標(biāo)準(zhǔn)GB2760-2014《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》對允許使用的食品添加劑的名稱、分類、使用范圍、使用劑量等都做了明確的說明,規(guī)定了苯甲酸及鈉鹽在22種不同食品中限量標(biāo)準(zhǔn),限量范圍在0.2~2 g/kg不等[9]。
免疫分析方法是利用抗原抗體特異性結(jié)合來設(shè)計實驗,實現(xiàn)對目標(biāo)分析物的高靈敏、高特異性檢測的一種方法。近年來,基于抗原抗體也發(fā)展了幾種方法用于檢測食品中的苯甲酸。其中尤為突出的有熒光偏振免疫分析法和酶聯(lián)免疫吸附法[10]。雖然基于熒光偏振的方法具有較好的性能,然而該方法需要使用熒光標(biāo)記的抗原,且需要熒光偏振儀,導(dǎo)致檢測成本較高。而對于酶聯(lián)免疫的方法,樣品中基質(zhì)的干擾對檢測結(jié)果的影響較大,且需要受過專門訓(xùn)練的人進(jìn)行操作。本文將利用抗原抗體特異性識別的原理,建立一種基于膠體金的免疫層析試紙條用于對食品中的快速、半定量檢測。由于抗體高的特異性及層析試紙條的分離原理,該方法對水產(chǎn)品魚蝦僅需要幾步簡單處理且便捷、快速、不需要使用昂貴的儀器、無需專業(yè)人士操作。因此該方法適用于對食品中苯甲酸的現(xiàn)場篩查。
氯金酸(AR)、檸檬酸三鈉(AR)、吐溫(tween)-20(CP)、蔗糖(AR)、聚乙二醇 20000(AR)、疊氮鈉(AR)、苯甲酸、苯乙酸、苯酚、苯磺酸、苯丙氨酸購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;牛血清蛋白(BSA)(BR)、羊抗鼠IgG由美國SIGMA公司分裝;樣品杯、吸水紙、樣品墊、PVC 底板和硝酸纖維素膜(Millipore 135)購自美國Millipore;超純水由Milli-Q 超純水系統(tǒng)制備
冷凍離心機購自美國eppendorf;M3 basic渦旋儀和Topolino磁力攪拌購自德國IKA;TP-213 電子天平購自美國DENVER Instrument;DHG-9140A 電熱恒溫干燥箱購自上海精宏實驗設(shè)備有限公司;XYZ3060噴金劃膜儀購自美國BioDot;可編程切條機購自杭州峰航科技有限公司;DF-101S恒溫加熱器購自鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司;凍干機購自美國Labconc;高效液相色譜儀夠自日本島津。
所有制備的膠體金的玻璃器皿在制備前均需要經(jīng)酸處理。將所有玻璃器皿用超純水洗凈之后,加入王水涮洗并浸泡2小時,隨后沖洗干凈,烘干備用。
根據(jù)文獻(xiàn)采用以下配方制備膠體金[11]。在250 mL圓底燒瓶中加入100 mL 0.1%的氯金酸溶液,在轉(zhuǎn)速為300 rpm的條件下加熱至溶液沸騰,加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 mL 1%的檸檬酸三鈉溶液,保持溫度為在100℃左右10分鐘,然后移除加熱及攪拌,自然冷卻至室溫。制備好的膠體金保存于4℃下。
取膠體金于400~700 nm可見光區(qū)域掃描其吸光度,并據(jù)此判斷其尺寸范圍。
2.3.1 最佳標(biāo)記 pH 的確定
在1.5 mL EP管中加入1 mL膠體金溶液,然后分別加入1 mol/L K2CO3溶液調(diào)節(jié)不同pH(7.5、8、8.5、9),然后在反應(yīng)體系加入6 μL濃度為的苯甲酸抗體,混合均勻后靜置4小時,然后10000 rpm離心10分鐘,取上清液紫外測試。以其OD530值為縱坐標(biāo),pH為橫坐標(biāo),其吸收最大的pH為最佳pH。
2.3.2 膠體金最佳標(biāo)記蛋白量的確定
在1.5 mL EP管中加入1 mL膠體金溶液,加入1 mol/L K2CO3條件pH 9.0,將純化后的抗體(1.0 mg/mL)分別取5 uL、10 uL、15 uL、20 uL加入反應(yīng)體系中,混合均勻后靜置4小時,然后10000 rpm離心10分鐘。去除上清液,并加入1 mL復(fù)溶溶液,于渦旋儀上2500 rpm渦旋30秒,觀察上清液及沉淀。出現(xiàn)最少沉淀的為最佳標(biāo)記條件,若有數(shù)個同等條件,則加入蛋白最少量的條件為最佳標(biāo)記量。
2.3.3 復(fù)溶溶液的確定
選 擇1 mol/L pH為7.5及8的Tris溶 液,加入0.5%及1%的不同活性劑(BSA, PEG8000,PEG2000,蔗糖,Tween 20)備用。在標(biāo)記并離心的膠體金沉淀中加入1 mL重懸液,渦旋儀2500 rpm上渦旋30秒,觀察上清液及沉淀,沉淀最少,分散時間最短的重懸液為最佳。
2.3.4 標(biāo)記備用液
綜合2.3.1至2.3.3,確認(rèn)最優(yōu)條件后,取50 mL膠體金,在渦旋條件下按最佳條件調(diào)節(jié)pH及標(biāo)記加入抗體量,靜置4小時,并加入終濃度為1%的BSA,渦旋均勻后放入4℃避光保存。
抗體標(biāo)記量及二抗的濃度決定了試紙條的靈敏度。在抗原濃度一定時,膠體金中標(biāo)記抗體量越少,T線越難顯色即越易消帶,試紙條的靈敏度越高;反之靈敏度越低。C線的二抗起著參比作用,應(yīng)根據(jù)要求T線的靈敏度來確定。其三者需要比對搭配達(dá)到最佳效果。
包被抗原及二抗?jié)舛鹊倪x擇:取不同量的包被抗原及二抗,噴涂于試紙條上,加入不同含量的苯甲酸進(jìn)行層析,并根據(jù)C線、T線的亮度對比和讀數(shù)判斷其合適濃度。在檢測限附近,其讀數(shù)為0.9~1.1,并且具有較好梯度為宜。
我們選取了流速為80 s/4 cm的硝酸纖維素(NC)膜、樣品墊、吸水紙、底板,按照圖1的方式搭配起來。
圖1 試紙條的組裝
組織樣(蝦要去掉頭和殼后徹底清洗干凈,魚要去鱗后洗凈)應(yīng)當(dāng)避光冷藏保存。取切碎的一定量的組織樣本,用均質(zhì)器均質(zhì);稱取2 g均質(zhì)于15 mL離心管中;用微量移液器加入4.0 mL乙酸乙酯,然后加入4.0 mL NaOH于15 mL離心管中。劇烈振蕩3 min后,室溫下4000 r/min離心5 min;用微量移液器移取3 mL上清于15 mL離心管中,用微量移液器加入1.0 mL正己烷,上下顛倒6次,室溫4000 r/min離心1 min,用微量移液器移取離心管刻度1.0 ~3.0 mL之間的液體(大約2.0 mL)到新的5mL離心管中,再加入MG氧化劑瓶內(nèi)的下層黃色液體0.1 mL,混合均勻1分鐘后,65℃加熱條件下,用空氣吹干;用微量移液器向吹干的離心管中加入300 μL復(fù)溶液,用微量移液器沖洗溶解試管內(nèi)壁上殘留物;靜置2分鐘;吸取待檢樣品溶液100 μL于金標(biāo)微孔中,用小滴管吹打完全溶解孔內(nèi)紅色物質(zhì),等待反應(yīng)5分鐘。
2.7.1 試紙條靈敏度測試
取苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)品,以購買并經(jīng)高效液相確認(rèn)為未含苯甲酸草魚作為基質(zhì),加入不同濃度下進(jìn)行加標(biāo)實驗。所有檢測會經(jīng)過肉眼判斷及讀數(shù)儀讀數(shù)判定。若T線顏色深度比C線更強,結(jié)果為陰性,此時讀數(shù)儀讀數(shù)應(yīng)為1.1以上;若T線顏色深度與C線相當(dāng)或叫C線弱,則結(jié)果為陽性,測試讀數(shù)儀讀數(shù)為1.1以下。當(dāng)T線顏色與C線相當(dāng),讀數(shù)儀讀數(shù)為0.9~1.1時,其苯甲酸濃度為檢測限濃度。若在檢測中發(fā)現(xiàn)C線無顏色,測試紙條已失效。實驗平行進(jìn)行3次。
2.7.2 試紙條假陽性率、假陰性率測試
取陰性草魚待檢樣品溶液200 μL,添加苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)品至不同濃度進(jìn)行加標(biāo)實驗。所有檢測經(jīng)過肉眼及讀數(shù)儀讀數(shù)判定,判定標(biāo)準(zhǔn)同上。
2.7.3 試紙條兼容性測試
選取鯽魚、對蝦待檢樣品溶液,添加苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)品至不同濃度進(jìn)行加標(biāo)實驗,所有檢測經(jīng)過肉眼及讀數(shù)儀讀數(shù)判定,判定標(biāo)準(zhǔn)同上。
2.7.4 試紙條交叉反應(yīng)率測試
選取一個經(jīng)確認(rèn)為陰性的草魚待檢樣品,分別添加1 mg/L苯甲酸為及10倍量的結(jié)構(gòu)類似物為進(jìn)行加標(biāo)實驗,結(jié)果通過肉眼及讀數(shù)儀進(jìn)行讀數(shù)判定,判定標(biāo)準(zhǔn)同上。
2.7.5 試紙條重復(fù)性測試
選取一個經(jīng)質(zhì)譜確認(rèn)為陰性的草魚待檢樣品,分別添加苯甲酸為4 mg/L進(jìn)行加標(biāo)實驗,結(jié)果通過肉眼及讀數(shù)儀進(jìn)行讀數(shù)判定,判定標(biāo)準(zhǔn)同上。觀察結(jié)果穩(wěn)定性及讀數(shù)穩(wěn)定性。
2.7.6 試紙條穩(wěn)定性測試
試紙條在37℃、50℃分別放置制定天數(shù),選取一個經(jīng)質(zhì)譜確認(rèn)為陰性的草魚待檢樣品,分別添加苯甲酸為1 mg/L進(jìn)行加標(biāo)實驗,結(jié)果通過肉眼及讀數(shù)儀進(jìn)行讀數(shù)判定,判定標(biāo)準(zhǔn)同上。觀察結(jié)果穩(wěn)定性及讀數(shù)穩(wěn)定性。
2.7.7 試紙條與高效液相色譜法的比對
目前,國標(biāo)采用高效液相色譜進(jìn)行測定,要確定試紙條的準(zhǔn)確性,需要與國標(biāo)進(jìn)行比對。在進(jìn)行液相色譜測試前,需使用苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行標(biāo)曲繪制,然后再進(jìn)行樣品測試。
膠體金的尺寸與其顏色相關(guān),尺寸不同,呈現(xiàn)的顏色也不同。尺寸在5~20 nm之間,波長為520 nm,顏色為酒紅色;尺寸在20~40 nm之間,波長為530 nm,顏色為深紅色;尺寸在60 nm時,溶液主要波長為600 nm,顏色為藍(lán)紫色。
如圖2,我們制得的膠體金的紫外圖譜最大吸收峰為529 nm,顏色為深紅色。根據(jù)文獻(xiàn),其尺寸為20~40 nm。
圖2 膠體金的紫外吸收光譜
pH對蛋白在膠體金上的標(biāo)記具有重要影響,當(dāng)pH不合適時容易造成”死金”現(xiàn)象,即膠體金顏色變灰褐色,如圖3。pH從左到右分別為7.5、8.0、8.5、9.0。由圖3中可知最佳標(biāo)記的pH為8.5及9.0。測試其波長在529 nm的吸收值,可見在pH為9.0時,其吸收值最大,說明溶液中的膠體金含量最多,此條件下標(biāo)記最穩(wěn)定。
圖3 左:pH從左到右分別為7.5,8.0,8.5及9.0 右:不同pH的膠體金吸光度
抗體純化后濃度稀釋為1 mg/mL,在調(diào)節(jié)至pH為9的1 mL膠體金中分別加入5 μL、10 μL、15 μL、20 μL。穩(wěn)定后觀察現(xiàn)象,結(jié)果如圖4。當(dāng)抗體含量逐漸增大,膠體金的顏色出現(xiàn)變化。含量為5 μL、10 μL、15 μL時,膠體金的顏色變化不明顯,當(dāng)抗體含量為20 μL時,膠體金顏色變?yōu)榛液稚?,即出現(xiàn)死金現(xiàn)象,說明抗體的量過大,使得膠體金團(tuán)聚,因此抗體標(biāo)記量不應(yīng)超過15 μL。隨后再將加入5~15 μL抗體的膠體金試管10000 rpm離心10分鐘,去除上清液,并加入1 mL重懸液(使用1% tween 20)渦旋,比較溶液顏色。結(jié)果如下圖4,可見當(dāng)抗體為15 μL時,膠體金溶液未能完全分散,說明蛋白量過多,而5 μL和10 μL的膠體金可完全重新分散,因此標(biāo)記量合適。考慮到節(jié)約成本的關(guān)系,我們最終確定最佳抗體標(biāo)記量為5 μg/mL。
圖4 抗體蛋白標(biāo)記量(從左到右抗體加入量分別為5 μL,10 μL及15 μL)
復(fù)溶液的合適選擇可以使得標(biāo)記后膠體金得到最大程度的回收。往離心后的膠體金沉淀中加入等體積不同復(fù)溶液,渦旋后比較不同復(fù)溶液中膠體金的分散情況,當(dāng)所需時間最短,沉淀最少,且無”掛壁”現(xiàn)象(即膠體金黏附于管壁)的為最佳復(fù)溶液。比較含量為0.5%~1%的含BSA,PEG8000,PEG2000,蔗糖及Tween 20的pH為9.0的0.5 M Tris 復(fù)溶液,效果最佳的為0.5%及1%的Tween 20。因此選用0.5%的Tween 20 pH為9.0的0.5M Tris為復(fù)溶液。
綜合3.2到3.4,可知膠體金標(biāo)記的最佳條件為pH為9.0,抗體標(biāo)記含量為5 μL,復(fù)溶液為0.5%的Tween 20 pH為9的0.5 M Tris。
因試紙條采用比色法,當(dāng)T線與C線相當(dāng)或T線比C線顏色弱時,則結(jié)果為陽性;當(dāng)T線比C線深時,結(jié)果為陰性。在包被抗原濃度一定時,當(dāng)二抗?jié)舛仍礁撸珻線約亮,結(jié)果可能陰性偏高;當(dāng)標(biāo)記抗體濃度越高,T線越亮,其陽性結(jié)果越難呈現(xiàn)。而當(dāng)標(biāo)記抗體的量一定時,包被抗原濃度越高,T線越亮。因此標(biāo)記抗體、包被抗原濃度及二抗標(biāo)記濃度決定了試紙條的靈敏度,需要根據(jù)目標(biāo)的檢測限配合來調(diào)。
本次調(diào)試,希望苯甲酸能夠?qū)z測限調(diào)至1 mg/L。因此,加標(biāo)濃度選取0.5~4 mg/L。根據(jù)之前的篩選,選取最低標(biāo)記量的5 μL抗體標(biāo)記于膠體金。
首先,需要篩選合適的包被抗原。目前知道的包被抗原有對氨苯甲酸戊二醛-BSA,對氨苯甲酸N2-BSA,對氨苯甲酸環(huán)乳及對羥基苯甲酸-BSA。先選取二抗10 μL、標(biāo)記抗體10 μL、包被抗原均取5 μL,在試紙條上層析。結(jié)果如圖5,可知對羥基苯甲酸-BSA顯色條帶最明顯,因此優(yōu)選為包被抗原。
圖5 包被抗原選擇圖
其次,調(diào)整加標(biāo)條件。選取二抗10 μL,包被抗原選取對羥基苯甲酸-BSA(濃度為1 mg/mL)5 μL??贵w為5 μL,加標(biāo)分別為0.5 mg/L、1.0 mg/L、4.0 mg/L,結(jié)果如圖5所示,其C線過亮,T線較弱。因此,需要將二抗?jié)舛冉档?,并調(diào)高T線濃度。因此將二抗調(diào)至5 μL,抗體濃度分別為4 μL及8 μL。結(jié)果如圖6。在標(biāo)記抗體濃度為6 μL時,加標(biāo)4 mg/L,T線條帶亮度依然較高,因此依然需要配合C線進(jìn)行調(diào)節(jié)。但從效果看,已經(jīng)接近需求范圍。
圖6 不同添加量T線及C線效果
為了更準(zhǔn)確地調(diào)試試紙條條件,采用讀數(shù)儀對試紙條結(jié)果進(jìn)行判讀,當(dāng)讀數(shù)為0.9~1.1時,為弱陽性;小于0.9時為強陽性,大于1.1時為陰性。圖7 A、B及C,C線分別為5 μL、8 μL、10 μL,記抗體分別為6 μL、7 μL及7 μL。比較3圖中可見當(dāng)加標(biāo)量為1 mg/L時,圖B和圖C中數(shù)值為1.33和0.67,因此理想加標(biāo)量應(yīng)該落在兩者間。調(diào)節(jié)條件C線為9 μL,T線為7 μL,得圖D,當(dāng)加標(biāo)量為1 mg/L時,數(shù)值為0.96,落在檢出限判讀區(qū)間。因此確定C線(二抗噴涂量)為9.0 μL,T線(包被抗原噴涂量)為7.0 μL,而膠體金標(biāo)記抗體量為5.0 μL。確定此條件后,我們進(jìn)行了小量制備,噴涂2000份測試量進(jìn)行試紙條性能試驗。
圖7 不同添加量T線及C線效果及讀數(shù)
3.6.1 試紙條靈敏度測試
首先我們進(jìn)行了加標(biāo)實驗。取陰性草魚樣品,分別按下表加入苯甲酸進(jìn)行免疫層析測試。所有實驗平行進(jìn)行50次。
根據(jù)表1,可見試紙條在加標(biāo)量為1.0 mg/L時均可以報陽,報陽率100%。因此,其靈敏度可達(dá)到目標(biāo)設(shè)定的1.0 mg/L。
表1 苯甲酸試紙條靈敏度測試
3.6.2 試紙條假陽性率,假隱形率測試
取陰性草魚樣品溶液100 μL,分別按下表加入苯甲酸進(jìn)行免疫層析測試。所有實驗平行進(jìn)行10次。
根據(jù)表2,可見試紙條在加標(biāo)量為1.0 mg/L及更高時均可以報陽,報陽率100%,加標(biāo)量為0.5 mg/L時均顯示陰性,報陰率100%。因此,其假陽性率及假陰性率均為0%。
表2 苯甲酸試紙條假陽性率及假陰性率測試
3.6.3 試紙條交叉反應(yīng)率測試
試紙條的交叉反應(yīng)率可以反映試紙條的特異性。取苯甲酸類似物甲苯、苯酚、苯乙酸、苯丙氨酸、苯磺酸,其加標(biāo)量為苯甲酸的10倍,進(jìn)行測試,所有測試平行10次。結(jié)果見表3。
根據(jù)表3,所有類似物在10 mg/L時試紙條均沒報陽,只有苯甲酸呈陽性,因此無交叉反應(yīng)。
表3 苯甲酸試紙條交叉反應(yīng)率測試
3.6.4 試紙條重復(fù)性測試
取陰性草魚檢樣品溶液100 μL,按表4添加苯甲酸,共測試30次,觀察判讀結(jié)果。
根據(jù)表4,試紙條重現(xiàn)性100%,重復(fù)性良好。
表4 苯甲酸試紙條重復(fù)性測試
此外,分別購買另外2個魚類樣品(鯽魚、鰱魚)和1個蝦類樣品(對蝦),每批次取10個樣品,分別為陰性樣本及1.0 mg/L添加,進(jìn)行重復(fù)性檢測。
結(jié)果如表5所示,在不同類別水產(chǎn)品中,試紙條均能檢出1.0 mg/L苯甲酸,未添加樣品均報陰性,因此試紙條重復(fù)性優(yōu)良。
表5 不同類別水產(chǎn)品苯甲酸重復(fù)性檢測結(jié)果
3.6.5 試紙條穩(wěn)定性測試
將試紙條分別置于37℃及50℃條件下,對其檢測性能進(jìn)行跟蹤。在不同時間抽取裝置對樣品進(jìn)行檢測,每次檢驗陰性及陽性樣品各5個。結(jié)果如下:
從表6可看出,苯甲酸試紙條在37℃可以至少存放35天,50℃可以存放6天左右,擁有足夠的穩(wěn)定性。
表6 苯甲酸試紙條穩(wěn)定性檢測結(jié)果
3.6.6 試紙條與高效液相色譜法檢測結(jié)果比對
目前國標(biāo)是使用高效液相色譜法(GB 5009.28-2016)。在測試前,先繪制標(biāo)曲。分別往陰性草魚中加入苯甲酸含量為0.5 mg/L、1.0 mg/L、2.5 mg/L、4.0 mg/L及5.0 mg/L,并進(jìn)行HPLC測試。結(jié)果如圖8,回歸方程為Y=56749.57X+247216.42(R2=0.99899),線性良好,復(fù)合要求。接著進(jìn)行苯甲酸樣品測試,添加樣品為1 mg/L及陰性樣品,分別進(jìn)行高效液相色譜及試紙條測試,平行重復(fù)5次,結(jié)果如表7所示,可知試紙條與液相色譜對比具有同樣的檢出性。
圖8 苯甲酸高效液相色譜標(biāo)準(zhǔn)曲線及其圖譜
表7 苯甲酸試紙條與高效液相色譜檢測結(jié)果比對
實驗選擇檸檬酸三鈉還原制備膠體金,制備的膠體金粒徑為20~40 nm;利用膠體金來標(biāo)記苯甲酸單克隆抗體,再將BA人工合成抗原(BA-BSA)和羊抗鼠二抗(IgG)分別包被在硝酸纖維素膜的T線和C線處,組裝成膠體金免疫層析試紙條;單抗的最佳標(biāo)記量為5.0 μg/mL,單抗標(biāo)記最佳的pH為9.0,復(fù)溶液為0.5%的Tween 20 pH為9.0的0.5 mol/L Tris;抗原的最佳包被量為7.0 μL,二抗的最佳包被量為9.0 μL,膠體金標(biāo)記抗體量為5.0 μL,膠體金免疫層析試紙條的目測檢測限為1.0 mg/L。試驗對苯甲酸試紙條的重復(fù)性、穩(wěn)定性、假陽性及假陰性率的測試驗證,結(jié)果良好。并研究了幾種與苯甲酸結(jié)構(gòu)類似物對試紙條的特異性,實驗結(jié)果顯示:試紙條對甲苯、苯乙酸、苯磺酸、苯丙氨酸等均不發(fā)生交叉反應(yīng)性。將試紙條方法和高效液相色譜法做比較,結(jié)果顯示試紙條和高效液相色譜法結(jié)果一致。