动物源性食品中抗生素残留的危害及检测方法*

黄 璐，杨成雄，刘生鹏

(1 武汉工程大学化工与制药学院，湖北 武汉 430205；2 荆楚理工学院医药创新研究院，湖北 荆门 448000)

抗生素是天然产生或者合成的具有抗菌活性的化合物，在人类和动物感染性疾病的治疗中是一种非常有用的药物，可口服、肠外或局部使用，用于人类和动物预防疾病，并促进食用动物的生长[1]。目前自然界中大约存在200多种抗生素，而半合成或改性的抗生素超过250种。抗生素可分为10大类，根据不同化学结构所具备的功能可以分为：氨基糖苷类、β-内酰胺类、林可酰胺类、大环内酯类、多肽类、喹诺酮类、磺胺类、四环素类、氯霉素类等[2]。

抗生素作为医学的支柱，在世界范围内大规模使用。2010年，全球排名前7位的抗生素类药物每人每年消费大约700亿次，而这一数据还在逐年递增。由于中国人口众多，每年约2.1亿公斤的抗生素使用量，使得中国的抗生素的生产量和消费量均排在世界前列，其中有46.1%用于畜牧业[3]。在动物身上使用抗生素主要有三个作用：治疗动物疾病；作为预防剂使用以防止动物感染，例如四环素和氨基糖苷类药物被用于预防果树火疫病；作为生长促进剂，可提高牲畜饲料的利用率提高牲畜产量[4]。磺胺类(SAs)和四环素类(TCs)作为一种低成本、广谱抗生素，通常用于预防和治疗奶牛的几种细菌感染，或作为添加剂促进家畜生长[5]。

虽然抗生素给人类的生产生活带来了诸多益处，但是抗生素残留也是威胁食品安全的一大难题。在动物身上使用抗生素可以对人类健康产生直接或间接的影响，这其中最主要的原因是引起人类疾病的细菌的抗生素耐药性[6]。

食品安全问题关系到我们每一个人，我们在合理地使用抗生素类药物的同时，也要规范和提高针对抗生素残留的分析检测技术。本文对动物源性食品中抗生素残留的危害和检测技术进行了综述。

1 抗生素残留的危害

根据欧洲联盟(EU)和兽药中心给抗生素残留的定义是“在给药过程中残留在动物源性食品中的具有药理活性的物质(无论是活性物质、受体还是降解产物)及其代谢产物”[7]。如在使用抗生素的过程中微量的抗生素可能残存在肉类产品中，主要是磺胺类、四环素类、氨基糖苷类和β-内酰胺类。在乳制品和奶牛饲料中使用抗生素，可能导致牛奶中有抗生素残留的沉积。使用抗生素喂养不当或处理不当的蛋鸡也可能会产生被抗生素残留污染的鸡蛋[8]。

抗生素之所以被大规模的使用，部分原因是基于卫生专业人员和公众的认知，他们认为抗生素是安全的，即便是有些副作用也往往被人们认为是轻微的可以忽略掉的[9]。人们往往只在意抗生素使用带来的直接有用的益处，而对背后的隐患置之不理。

1.1 抗生素残留对环境的影响

抗生素可以以各种方式进入人类生活中，如城市生活用水、制造业用水、畜牧业的污水排放，以及经抗生素处理的垃圾渗滤液等[10]。由于在畜牧业中需要使用大量的抗生素用于疾病治疗和促进动物生长，而动物肠道又对大多数抗生素吸收不良，残留的抗生素便通过粪便和尿液排泄到环境中[11]，然后在重复施用粪便后的土壤中存留和积累[12]。抗生素作为一种有机污染物虽然大多数的半衰期并不长，但由于其使用的频度和广度以及不间断的排放，就造成了抗生素残留对环境持续性的污染。

某些抗生素作为兽药被批准用于水产养殖业，如土霉素、硫霉素、红霉素、沙拉沙星和甲氧苄氨嘧啶[13]。在世界范围内，许多国家均已经在成品水甚至自来水中发现了几种抗生素类药物及其代谢产物，由于这些物质中的大多数具有药理和生理活性，如果无意中通过饮用水摄入人体，那即使在非常低的浓度下也会影响到人体内的平衡机制[14]。

1.2 抗生素残留对人体健康的影响

人类健康与环境直接相关，环境中的抗生素残留与抗生素耐药性对人类健康的威胁主要是通过食物链或其他方式将耐药细菌从动物身上转移到人类身上[15]。人体摄入抗生素残留会给肠道菌群带来潜在的风险、促进耐药细菌出现耐药性并且寄生在人体内[16]。由于人类每天从环境中摄入的抗生素残留大部分会进入人体胃肠道，抗生素残留一旦进入人体，就可能与人体微生物群系发生相互作用，如果肠道细菌产生了抗生素抗性，并且大量繁殖就有可能会进化成超级细菌[17]。抗生素残留对人体有巨大的危害，它会扰乱人体的微生态，导致菌群失调；导致细菌产生耐药性；产生过敏反应；产生毒性作用；产生致畸、致癌、致突变的反应等[18]。

抗生素耐药性已成为一个日益严重的公共卫生问题，据统计在全世界范围内每年由抗生素耐药性造成的死亡多达70万人，每年造成100万亿美元的损失，如果不采取行动，到2050年这一数据大约可能增加到1000万人[19]。这不仅是对个体的风险，更是对全球人口的风险，因此我们必须要高度重视这一问题。

2 抗生素残留的检测方法

抗生素残留带来的危害很大，为了消费者的健康，监测食品样本中的抗生素残留是必要的。目前针对药物残留的检测方法有很多，主要在一些实验室和检测机构使用。

2.1 生物检测法

2.1.1 微生物检测法

微生物法主要利用某些微生物代谢物或由微生物所产生的抑菌圈和抗生素的浓度之间的关系来指示样品中是否含有抗生素残留，是公认的用来检测抗生素残留的方法，并且是检测抗生素残留最早采用的方法，其应用非常广泛，至今还经常被用来对大批量产品进行抗生素的初筛[20]。微生物法有STOP发、FAST法、纸片法、酶比色法等[21]。Melisa Tumini等[22]开发一种利用地衣芽孢杆菌孢子来测定牛奶中喹诺酮类药物残留量的微生物测定法。该方法对喹诺酮类药物敏感，适合以低成本分析大量样本，并且该方法易于开发，适合在实验室中使用。微生物检测法的优点是成本较低、操作简单、具有广谱性。但该方法的灵敏度不高，准确度也不高，不能够精准定量，检测限也高，因此该方法更适合检测浓度较高的抗生素残留的检测[23]。

2.1.2 免疫分析法

免疫分析法可以分为两大类：一是以抗原抗体识别为核心的酶联免疫吸附法；二是以受体配体识别为核心的受体吸附分析法[24]。免疫分析法主要有放射免疫分析、荧光免疫分析、酶免疫分析、酶联免疫吸附法和免疫传感器法[25]。酶联免疫分析法作为免疫分析法中使用最为广泛的方法，它是利用酶标记抗体进行抗原抗体反应，然后通过酶与底物产生颜色反应来定量测定[26]。张子群等[27]选用了r-biopharm公司的试剂盒并且进行了改进，用来检测肉类、牛奶、蜂蜜样品中四环素类抗生素残留，该方法在满足国内外四环素类抗生素残留初筛检测的各项要求的基础上还具有快速、特异性比微生物法高、仪器设备投资少、检测成本低、并可同时进行大量样品检验等优点，但是可能会存在一些交叉反应，因此该方法更多的在基层实验室中使用。

2.1.3 生物传感器法

生物传感器法涉及到生物、化学等多种学科，生物传感器法是通过固定化适体或抗体与目标分析物之间的化学作用或免疫识别，并将其转化为电信号来检测抗生素残留的一种新型检测方法[28]。生物传感器法更多地用于乳制品中抗生素残留检测。

虽然生物传感器法灵敏度高、响应快、并且操作简单且成本低。但这一方法仍然存在一些问题，如稳定性差，选择性不好，需要微型化和智能化等问题[29]。

2.1.4 蛋白芯片技术

蛋白质芯片技术是通过在固定相表面紧密排列蛋白质探针，来特异地捕获样品中分子，然后用CCD相机或激光扫描系统获取信息，最后用计算机进行定性定量分析的方法，又称蛋白质微阵列[30]。钟文英等[31]利用可视化蛋白芯片分析技术实现了快速、高灵敏度地同时检测牛乳中磺胺类和喹诺酮类抗生素残留的目的。作为一种在基因芯片技术之后发展起来的一种高通量的蛋白功能分析技术，蛋白质芯片技术的优点是微型化、高通量、检测误差小、操作简单、成本低，这些特点使得它更适用于高通量抗生素残留检测。

2.2 理化检测法

理化检测法是利用抗生素分子中的特殊基团的特殊反应或性质来测定其含量，高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱法(GC)、薄层色谱法(TLC)、毛细管电泳法(CE)和超临界流体色谱法(SFC)都属于理化检测法[32]。

2.2.1 薄层色谱法

薄层色谱法(TLC)的基本方法是把要分离的物质点在薄板下端，然后将薄板放在盛有溶剂的层析缸中，在毛细作用下，被分离组分随展开剂以不同速度向上移动，在吸附力的作用下，各组分会选择性地保留在原点和展开剂前沿之间的固定相上，最后取出层析板晾干，显色剂与被分离组分反应显出有色斑点[33]。虽然薄层色谱法操作简单并且成本不高，但是它的灵敏度和分离能力都比较差，此外薄层色谱法也不容易进行定量测定，所以这种方法在抗生素残留检测中已经很少使用。

2.2.2 毛细管电泳法

毛细管电泳法(CE)是将已装入缓冲溶液的毛细管柱插入处于同一水平的两个缓冲液槽中，在高压直流电场的作用下，带电溶质朝着与其极性相反的电极方向移动，从而实现物质分离的电泳分析方法[34]。汪雪雁等[35]建立了高效毛细管电泳法来同时检测鸡肝中氟喹诺酮类和磺胺类药物残留，在紫外检测波长为262 nm，检测电压为22 kV，检测温度是25 ℃的电泳条件下，可以在10 min内完全分离3种氟喹诺酮类和2种磺胺类药物。

尽管毛细管电泳法具有效率高、检测速度快、取样量少的特点，但是这一方法的灵敏度不高，在检测时需要对样品进行进一步的处理才可以检测出残留。

2.2.2 高效液相色谱法

高效液相色谱法(HPLC)是以液体作为流动相，利用高压输送被测样品流经色谱柱，根据样品中各成分分配系数的差异进行分离，最后再经由检测器检测含量[36]。HPLC的特点是灵敏度高、检测限低、操作简单，应用范围广泛，操作自动化，是检测抗生素残留最常用的方法[37]。HPLC中反相高效液相色谱发展最快，应用最广。张筱艳等[38]建立了利用高效液相色谱法同时测定牛肉中6种磺胺类药物残留，该方法除了准确度和精密度满足检测要求之外，几类磺胺类药物还可以在十分钟内出峰，实现了快速检验的目的。

2.3 联用技术

为了满足不同的检测需求，现代分析检测中就出现了各种各样的联用技术。在色谱和质谱联用的技术中，用色谱来分离组分，质谱作为检测器检测含量。这主要是因为质谱除了具有高特异性和高灵敏度的特点之外，它还可以降低检测限(LOD)和定量限(LOQ)，更方便于微量检测。如薄层色谱-质谱法(TLC-MS)[39]、气相色谱-质谱法(GC-MS)、液相色谱-质谱法(LC-MS)[40-43]、毛细管电泳-质谱法(CE-MS)、液相色谱-核磁共振法(LC-NMR)。Clemente M等[44]采用LC-UV、LC-MS和LC-MS /MS检测方法实现了对土耳其肌肉样品中的每一种喹诺酮类化合物的分离和鉴定。Cepurnieks G等[45]建立一种快速、灵敏、可靠的方法，用超高效液相色谱-杂交四极轨道法测定牛奶和肉类中26种抗生素残留，实现了第一次用高选择性和高灵敏度的混合四极轨道质谱仪分析肉类和牛奶中的抗生素的技术。Zhao Y等[46]开发了一种高度集成的微流控芯片与多功能耦合质谱(MS)，该方法基于抗体的特异性，无需液相色谱分离，直接在全扫描模式下进行，并进一步采用串联的质谱来分析来鉴定目标的方法，在线分析了牛奶样品中七种不同的喹诺酮类化合物(QNs)，可同时实现样品提取、免疫亲和富集、磁分离、在线洗脱一系列操作，方便快捷。

3 结 语

由于动物源性食品众多，成分复杂，抗生素残留的种类也可能多种多样，这就为抗生素残留检测技术提出了越来越高的要求。现有的检测技术很难同时满足广谱性，高灵敏度，操作简单，检出限低等要求，这是今后研究过程中亟待完善和解决的问题。以目前应用最为广泛的是色谱-质谱联用技术为例，在它的基础上还需要开发新型色谱柱填料技术以达到更好的分离效果[47]。研发混合离子源以扩大可离子化的化合物范围，发展直接电离技术无需色谱分离而直接离子化后进行质谱分析地方法[47]。高分辨质谱(HRMS)是常规筛选和确认动物源性产品中抗生素残留的一种有前景的方法，利用数据库可以实现自动搜索和有效筛选的功能，从而快速、准确地得出检测结果，将使得多残留分析在质量和效率上达到新的层次[48]。

抗生素的发现为动物和人类健康带来了福音，但是由于抗生素的不合理的使用，抗生素残留又给人类健康造成了很大的威胁。虽然现有的检测方法有很多，但是各类检测技术还存在一些缺陷，因此在未来发展过程中我们必须寻找更完善检测方法。此外我们相关的监督机构也要制定和完善各项条款和法规，消费者也要高度重视这一食品安全问题，按照标准规范合理地使用抗生素类药物，这对维护食品安全和人类健康有着重要的意义。