基于液相色譜-質譜聯用技術檢 測食物過敏原研究進展

熊麗姬，佟 平，肖 娜,3，陳紅兵,3,*

（1.南昌大學 食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌 330047；2.南昌大學環境與化學工程學院，江西 南昌 330047；3.南昌大學中德聯合研究院，江西 南昌 330047）

基于液相色譜-質譜聯用技術檢 測食物過敏原研究進展

熊麗姬1,2，佟 平1，肖 娜1,3，陳紅兵1,3,*

（1.南昌大學 食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌 330047；2.南昌大學環境與化學工程學院，江西 南昌 330047；3.南昌大學中德聯合研究院，江西 南昌 330047）

食物過敏是目前重要的食品安全問題，檢測食物過敏原對保護過敏患者具有重要意義。檢測食物基質中痕量的過敏成分依賴于可靠的分析方法。液相色譜-質譜聯用技術具有高靈敏性、高分辨率、高自動化等特點，被廣泛應用于食物過敏原蛋白質的研究中。本文主要闡述了液相色譜-質譜聯用技術在單一過敏食物中過敏原蛋白質的檢測方面和在復雜基質中多個食物過敏原蛋白質的檢測方面的應用，并簡要概述了提高液相色譜-質譜聯用技術檢測過敏原蛋白精確度的措施，指出液相色譜-質譜聯用技術在檢測食物過敏原方面還需要繼續深入研究。

液相色譜-質譜聯用；食物過敏原；檢測

食物過敏是過敏患者對某些食物蛋白質產生的一種不良免疫反應[1]，在發達國家影響著約1%的成人[2]和4%的嬰幼兒[3]，是食品安全中的主要問題之一。引起人體食物過敏的抗原物質稱為過敏原。過敏原組網站報道了2 294 種物種中的4 248 種過敏原，其中，雞蛋、牛奶、小麥、花生、大豆、堅果、魚類和貝類是易引起食物過敏的八大類食物，同時也是食品工業中的重要原材料。食物過敏的癥狀包括蕁麻疹、嘔吐和哮喘等，嚴重時甚至會威脅生命[4]，避免食用含有過敏原的食物是目前唯一有效的預防方法。詳盡的食物標簽可為消費者成功避免過敏原提供關鍵信息。歐 洲在2003和2007年兩次修改食物過敏原標簽法案，兩個法案都強制要求食品制造商標示出食品原材料中的13 種潛在過敏原，包括八大類食物過敏原以及芹菜、芥末、芝 麻、羽扇豆和軟體動物過敏原[5]。食物在生產、貯存和加工過程中可能發生交叉污染，食品制造商常以“可能含有”或者“在加工過程中產生”標示于包裝上。澳大利亞、新西蘭、加拿大、日本和美國也強制要求在標簽上標示食物過敏原[6]。

工業化的食品生產流水線可能會使食物污染過敏原，建立檢測這些“隱藏過敏原”的分析方法具有重要意義。故迫切需要建立強大的檢測食品中過敏原的方法，以期為食物過敏患者提供信息更全面的標簽，提高食物過敏患者的食用安全性。目前檢測食物過敏原常用的分析方法包括放射變應性吸附法（radioallergosorbent，RAST）、免疫印跡（immunoblotting）、酶聯免疫吸附法（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）、聚合酶鏈式反應（polymerase chain reaction，PCR）和液相色譜-質譜聯用（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）等，其中RAST、免疫印跡、ELISA法是基于蛋白質的免疫學方法，PCR是基于DNA的分子生物學方法，LC-MS是非免疫法。ELISA法能檢測0.1～10 mg/kg基質，結果存在假陰性和假陽性，影響著檢測的準確性，但有多種市售的ELISA試劑盒供選擇，是目前食品工業和官方食品機構最常用的方法。PCR法檢測食物過敏原時，取決于過敏原蛋白的濃度、物種、生長條件和DNA水平，不能直接檢測食物過敏原，限制了其在檢測食物過敏原中的應用[7]。另外，ELISA和PCR均不能區分過敏原的物種和品種。液相色譜-質譜聯用（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）是唯一鑒定食物中過敏原蛋白的非免疫技術，具有更快速、更靈敏和更準確等特點，是檢測蛋白質的核心技術[8]。目前已經有很多國外專家從不同角度綜述了液相色譜-質譜聯用在檢測食物過敏原上的應用，同時美國分析化學家協會（association of official analytical chemists，AOAC）在2011年的國際研討會上也將食物過敏原的檢測作為會議重點[9]。本文簡要綜述了液質聯用技術檢測單一食物及復雜基質中的多個食物過敏原中的應用。

1 液相色譜-質譜聯用的原理

液相色譜-質譜聯用技術始于20世紀70年代，主要用于藥物和環境分析等領域。20世紀90年代，質譜技術的改進使蛋白質組學發生了革命性的變化，隨著離子化技術的發展，電噴霧（electrospray ionization，ESI）和基質輔助激光解析（matrix assisted laser desorption ionization，MADLI）兩種軟電離方式的出現，使液相色譜-質譜聯用技術在蛋白質組研究中發揮越來越重要的作用[10]。在食品工業領域，利用液相色譜-質譜聯用技術檢測食品中的過敏原蛋白質，有利于在標簽上準確標識食品中的過敏成分[11]。

液相色譜-質譜聯用主要包含兩個部分，即液相色譜和質譜。液相色譜是利用蛋白質分子與固定相相互作用的強弱進行分離，其中高效液相色譜（high performance liqu id chromatography，HPLC）目前應用最廣泛[12]。質譜是將樣品分子離子化后，根據不同 離子間的質荷比（m/z）的差異進行分離，經質量分析器和檢測器檢測形成質譜圖，確定樣品的分子質量。質量分析器主要包括以下幾種類型：飛行時間（time of flight，TOF）、四極桿（quadrupole，Q）、離子阱（ion trap，IT）、傅里葉變換回旋共振（fourier transform ion cyclotron resonance，FT-ICR）和靜電場軌道阱（orbitrap）等。通常將質量分析器進行聯用，如三級四極桿質譜（TQ）、四極桿-離子阱質譜（QIT）、四極桿飛行時間質譜（Q-TOF）、離子阱飛行時間質 譜（IT-TOF）、線性離子阱靜電場軌道阱質譜（LTQ-orbitrap）和線性離子阱傅里葉變化離子回旋共振質譜（LTQ-FTICR）等。液相色譜-質譜聯用具有高靈敏性、高分辨率、高自動化等特點，被廣泛應用于食物過敏原蛋白質的研究中，但專業質譜設備成本較高，限制了其在食品工業中的廣泛應用。

2 液相色譜-質譜聯用在食物過敏原蛋白檢測中的應用

食物過敏原主要是在特定食品中含有的、天然存在的，通常相對分子質量介于10 000～70 000之間的蛋白質或糖蛋白[13]。過敏原蛋白一般具有酸性等電點，無生物化學和免疫化學的共性，也無統一的氨基酸序列，常具有耐熱、耐酸、耐酶解等特性，但果蔬主要過敏原除外[14]。

2.1 單一過敏食物中過敏原蛋白質的檢測

研究者們對食物中的過敏原的檢測開展了一系列的研究。β-酪蛋白是牛奶中的一種主要過敏原蛋白質，Benedé等[15]利用多肽微矩陣芯片法，鑒定出了β-酪蛋白與人血清IgE結合能力最強的肽段為AA57～93區域，β-酪蛋白經過模擬胃腸消化后，利用RP-HPLC-MS-MS鑒定出了消化后樣品的152 個多肽片段，研究發現β-酪蛋白消化后仍存在與人血清IgE結合能力較強的肽段AA57～68和AA82～93。食物過敏原蛋白質被酶解后能產生多種功能性多肽，鑒別和定量功能性多肽對于功能性食品的研發具有重要意義。牛奶作為生物活性多肽的重要來源，被廣泛研究，Holder等[16]建立了LC-ESI-MS-MS法分析檢測酪蛋白源和β-酪蛋白源的活性多肽，總共定量出11 個生物活性多肽，該方法能應用于各種樣品，包括水解產物、超濾后的滲透物和滯留物組分的檢測，這是首次建立的定量功能性乳制品多肽的參考方法。

大豆等其他食物的多肽同樣具有眾多生物活性，如血管緊張肽Ⅰ型轉酶抑制性[17]、抗氧化性[18]、抗癌性和降血壓等，適用于營養保健食品的研發[19]，常應用液相色譜-質譜聯用對其過敏原進行分析。榛子在焙烤后壓碎或研磨成糊狀，可作果仁糖和巧克力產品的原材料，定量榛子中的主要過敏原蛋白有利于食品加工行業的安全。Rigby等[20]應用LC-ESI-MS和MALDI-TOF-MS鑒定出榛子中的3 種主要過敏原蛋白為脂質轉移蛋白（lipidtransfer protein，LTPs）、7S球蛋白（Cor a 11）和11S球蛋白（Cor a 9）。2S白蛋白是很多植物性食物的主要過敏原，在巴西堅果中含量豐富，其高特異質性加大了鑒定的困難。Moreno等[21]運用RP-HPLC-ESI-MS成功從巴西堅果中鑒定出2S白蛋白中最主要的兩種亞型，該方法能有效應用于其他蛋白質家族的亞型的鑒定，對未來研究突變、翻譯后修飾過敏原蛋白特性至關重要。玉米中的LTPs蛋白也是一種主要過敏原，在食品加工和蛋白酶解過程中極度穩定，由于分子非均質性和穩定性，使得鑒定LTPs成為一個巨大挑戰。Kuppannan等[22]運用LC-UV-MS第一次鑒定出玉米粒的LTPs蛋白質中的3個亞型。Chassaigne等[23]建立了毛細管液相色譜和nano-ESIQ-TOF-MS-MS聯用法，鑒定出生花生和烤花生中一組高度穩定的花生過敏原特異性肽段，用于鑒別Ara h 1和Ara h 3/4的不同亞型。綜上所述，液相色譜-質譜聯用技術可廣泛應用于鑒定天然的和加工后的食物中的過敏原蛋白質及其不同亞型。

2.2 復雜基質中多個食物過敏原蛋白質的檢測

多個過敏原在食品基質中的檢測與定量是擬待解決的關鍵問題。在歐洲和美國，食物過敏的發病率越來越高，但是目前尚未建立過敏原對過敏患者造成最小損害的最低閾值[2]。

在高度加工食品中，過敏反應能在低濃度蛋白質水平上發生，故需要建立選擇性強和靈敏度高的方法來檢測痕量水平上（過敏原1～10 mg/kg基質）食物過敏原的存在。Monaci等[24]采用固相萃取和液相色譜-質譜聯用法，建立了檢測飲料中牛奶過敏原蛋白質的方法，他們從市售的15 種混合果汁中鑒定出痕量的3 種牛奶蛋白質乳白蛋白、乳球蛋白A和B，檢測限低至1 μg/mL，能協助保護 牛奶過敏患者的健康。Azarnia等[25]則利用LC-ESI-MS和ELISA試劑盒兩種方法分別檢測出蛋清、全蛋和用含有蛋清或全蛋的面團制成的意大利面條中的卵白蛋白，運用LC-ESI-MS成功識別出用于檢測雞蛋過敏原存在的4 個特異性肽段：GGLEPINFQTAADQAR、LTEWTSSNVMEER、VTEQESKPVQMMYQIGLFR和EVVGSAEAGVDAASVSEEFR，但兩種方法均不能用于檢測烹調后意大 利面中的卵白蛋白，說明復雜基質和加工方式會影響面條中雞蛋過敏原的檢測。

為避免食物基質和加工過程的多樣性對檢測過敏原蛋白質的影響，選擇穩定的特異性肽段十分重要，這對于安全評估新資源食品中潛在過敏原也具有重要價值[26]。特異性肽段是長度介于10～20 個氨基酸之間[27]的肽段，其選擇有特殊的標準。特異性肽段對目標蛋白具有專一性，且在質譜檢測中濃度較低時也能與其他肽段區分[28]。Carrera等[29]利用液相色譜-質譜聯用建立了一種快速檢測魚類主要過敏原β-小清蛋白的方法，利用篩選到的19 個特異性肽段，可以快速識別出不同食物中的β-小清蛋白。Houston等[30]在大豆10 個過敏原中，每個過敏原識別出2 個特異性肽段，但由于特異性肽段的選擇標準[26]，只有15 個肽段為理想特異性肽段。

在白葡萄酒制作中，牛奶、雞蛋和海鮮中的蛋白質常用于葡萄酒的澄清，在葡萄酒中的殘留對過敏消費者存在巨大危害，多個國家已經要求在標簽上標示過敏原信息。Losito等[31]運用LC-ESI-3D IT-MS定量分析白葡萄酒澄清過程中酪蛋白酸鈉（β-、αs1-和αs2-酪蛋白）的潛在殘留，結果鑒定出酪蛋白酸鈉的4 個特異性肽段，肽段GPFPIIV屬于β-酪蛋白，FFVAPFPEVFGK 和 YLGYLEQLLR屬于αs1-酪蛋白，ENLC（c）-STFC（c）K屬于αs2-酪蛋白，其中β-酪蛋白中的肽段GPFPIIV的質譜信號與酪蛋白酸鈉的濃度線性相關，是定量酪蛋白酸鈉的最佳特異性肽段。

Shefcheck等[32]運用LC-ESI-MS-MS和多反應檢測器識別出Ara h 1的兩個特異性肽段，可用于檢測黑巧克力中花生過敏原蛋白質Ara h 1，將花生過敏原Ara h 1的最低檢測限提高至2×10-6mg/mg，該方法可用于檢測其他食物基質和過敏蛋白質，為開發檢測基質中蛋白質的新型方法提供契機。Pedreschi等[33]以商業化的花生測試樣品IRMM-481（包含5 種不同種類和不同焙烤處理的花生的混合）為參考材料，在制作餅干時加入不同濃度的IRMM-481（0、10、100、1 000、10 000 μg/g食物基質），利用nano UPLC-ESI Q-TOF-MS-MS識別出Ara h 3/4的兩個特異性肽段AHVQVVDSNGNR和SPDIYNPQAGSLK，可應用于檢測焙烤餅干中痕量水平上（≥10 μg基質）的花生。

Heick等[34]在食物過敏原含量為10～1 000 μg/g的基質中，利用LC-MS識別出了特異性肽段YPILPEYLQCVK（雞蛋）、QCCQQLSQMDEQCQCEGLR（核桃仁）、YLGYLEQLLR（牛奶）、VFDGELQEGR（大豆） 、INTVNSNTLPVLR（榛子）、DLAFPGSGEQV EK（花生）、DLPNECGISSQR（核桃仁）和GNLDFVPPR（扁桃仁），其中，牛奶、核桃仁、花生和扁桃仁的最低檢測限均為10 μg/g基質，雞蛋和大豆的最低檢測限為50 μg/g基質，核桃仁為70 μg/g基質，這是第一次利用LC-MS同時檢測同一種食品中的7 種過敏原，且具有較低的檢測限。以上研究表明，液相色譜-質譜聯用檢測特定的食物過敏原具有優越性。 然而，選擇特異性肽段作為標準和參考物質還需要進一步的評估。

一些研究者將基于ELISA的免疫法和基于DNA的PCR法與液相色譜-質譜聯用法一起進行比較。Lee等[35]比較了3 種方法檢測6 種以雞蛋為原料的食物（生雞蛋、煮鵪鶉蛋、雞蛋餅干、蛋黃醬、波拉克干湯和冰淇淋）和5 種不含雞蛋的食物樣品（牛奶、橘子汁、餅干、雞肉和烤鴨）中的雞蛋過敏原。研究發現基于ELISA的免疫法能特異性地檢測出加工食物中微量的雞蛋過敏原，但卵類黏蛋白由于在尿素下不能變性并且耐胰蛋白酶消化，不能被基于LC-Q-TOF-MS-MS的方法所檢測；雞蛋和雞肉由于其組織的非特異性，不能被基于DNA的PCR法區分。Heick等[36]以面包作為模型基質，制作含有牛奶、雞蛋、大豆、榛子、花生、核桃 仁、扁桃仁7 種過敏食物的面包，運用LC-MS法和ELISA試劑盒分別同時檢測面包焙烤前后的7 種過敏原食物，研究發現兩種方法均能檢測出焙烤前后花生、榛子、核桃仁和扁桃仁的存在，LC-MS法還能檢出牛奶、雞蛋和大豆，比ELISA法具有更優越的檢測能力。Weber等[37]建立了離子交換色譜和濃縮離心設備對樣品進行預處理的方法，運用LC-MS-MS和ELISA分析研究6 種市售食物基質（巧克力、餅干、嬰兒食品、冷凍甜點、香腸和肉中酪蛋白）的存在，利用LC-MS-MS識別出αs1-酪蛋白的兩個特異性肽段，可用于篩 選基質中酪蛋白的存在，同時 發現兩種方法的結果具有一致性。液相色譜-質譜聯用法也可用于檢測食物中牛奶的其他過敏原蛋白質，且可與其他檢測分析方法的結果相互佐證。綜上所述，ELISA和PCR法常用于餐飲和食品工業的過敏原的常規篩查，而質譜法則較多應用于研究領域。

3 提高過敏原蛋白質檢測精確度的措施

新型質譜儀的問世，能有效彌補質譜在檢測食物過敏原的一些不足，如基質效應較高、樣品儲存過短等。電感耦合等離子體質譜（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）是一種新型的質譜，具有較低的基質效應和檢測限、優良的響應線性度、樣品的長期貯存和不同的元素標簽檢測多種分析物的能力等優點，最近也被應用于過敏原蛋白質的檢測與定量中。Careri等[38]應用基于ICP-MS的ELISA免疫法定量檢測谷物基質食物中隱藏的花生過敏原Ara h 1和Ara h 3/4，能檢測低至2 mg/kg的谷物基質。Careri等[39]以銪標記的ICP-MS免疫法和液相色譜-電噴霧電離串聯質譜分析兩種方法鑒定巧克力脆米花為基質中的花生過敏原，LC-MS-MS鑒定出花生蛋白質Ara h 2 和Ara h 3/4的4 種特異性肽段，檢測限分別為1 μg/g基質和5 μg/g基質；而間接ELISA-ICP-MS法為2.2 μg/g基質和5 μg/g基質。兩種方法并行分析策略能有效提高檢測和定量食物基質中過敏原蛋白的精確性。

復雜的食物基質對檢測結果的影響巨大，對樣品進行不同的預提取處理，可以提高結果的準確性，降低復雜基質對食物過敏原蛋白檢測的影響。Careri等[40]建立了一種新的提取蛋白質的方法——免疫磁珠法，用于提取早餐谷物中的花生過敏原蛋白Ara h 3/4。包被特異性抗體的免疫磁珠，能有效地從早餐谷物中選擇性地提取Ara h 3/4，降低基質的影響。在子離子和選擇反應監測兩種模式下，利用LC-ESI-IT-MS-MS識別出早餐谷物中微量花生過敏原Ara h 3/4兩個特異性肽段，檢測限為3 μg/g基質。綜上，在復雜基質中檢測和定量食物過敏原，選擇合適的樣品預處理方法，能克服基質的干擾，提高結果的精確性。

4 結 語

食物過敏原的檢測是食品安全領域的一個難題。液相色譜-質譜聯用法是分析食物過敏原的強大工具，能檢測過敏原蛋白質的存在、亞型、特異性肽段等，且在檢測復雜基質中的多個過敏原蛋白質具有優越性，為相關的食品行業和監管機構安全評估食物過敏原和食物過敏的正確標簽提供支持。新型質譜的問世、樣品預提取處理以及ELISA免疫法和液相色譜-質譜聯用非免疫法進行聯用等措施，能使結果更準確，且能提高食物加工鏈的安全性。目前液相色譜-質譜聯用法在檢測牛奶過敏原酪蛋白和花生過敏原中取得較大成就，但對其他食物過敏原蛋白質的研究相對較少。液相色譜-質譜聯用在檢測食物過敏原修飾包括氨基酸修飾、遺傳變異、脫酰胺基、氧化、糖基化、磷酸化和硫酸化等中也具有巨大潛力，但專業質譜設備成本較高，限制了其在食品工業中的廣泛應用。此外，液相色譜-質譜聯用檢測食物過敏原時的特異性、選擇性和可靠性等特性仍需繼續深入研究。

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[38] CARERI M, ELVIRI L, MANGIA A, et al. ICP-MS as a novel detection system for quantitative element-tagged immunoassay of hidden peanut allergens in foods[J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2007, 387(5): 1851-1854.

[39] CARERI M, ELVIRI L, MAFFINI M, et al. Determination of peanut allergens in cereal-chocolate-based snacks: metal-tag inductively coupled plasma mass spectrometry immunoassay versus liquid chromatography/electrospray ionization tandem m ass spectrometry[J]. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2008, 22(6): 807-811.

[40] CARERI M, ELVIRI L, LAGOS J B, et al. Selective and rapid immunomagnetic bead-based sample treatment for the liquid chromatography-electrospray ion-trap mass spectrometry detection of Ara h 3/4 peanut protein in foods[J]. Journal of Chromatography A, 2008, 1206(2): 89-94.

Progress in Detection of Food Allergens Based on Liquid Chromatography Coupled with Mass Spectrometry

XIONG Li-ji1,2, TONG Ping1, XIAO Na1,3, CHEN Hong-bing1,3,*
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China; 2. School of Environment and Chemical Engineering, Nanchang University, Nanchang 330047, China; 3. Sino-German Joint Research Institute, Nanchang University, Nanchang 330047, China)

Food allergy is currently an important problem in food safety, and the detection of food allergens is of great significance for protecting allergic consumers. The detection of trace allergenic proteins in a complex food matrix mainly relies on a reliable analysis method. Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) with the advantages of high throughput, high resolution and high automation is widely us ed to explore food allergen proteins. This article re views the application of LC-MS for detecting allergens in a single or complicated food matrix, and suggests ways to improve the accuracy of LC-MS. However, further studies are necessary for the detection of allergens in food matrices by LC-MS.

liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS); food allergen; detection

TS201.6

A

1002-6630（2014）21-0274-05

10.7506/spkx1002-6630-201421054

2014-06-27

國家高技術研究發展計劃（863計劃）項目（2013AA102205）；國家國際科技合作專項（2013DFG31380）；國家自然科學基金面上項目（31171716）；國家自然科學基金青年科學基金項目（31301524）；2011年度高等學校博士學科點專項科研基金項目（20113601110003）；江西省自然科學基金重點項目（20133ACB2009）；南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室項目（SKLF-ZZA-201302；SKLF-ZZB-201302）

熊麗姬（1990—），女，碩士研究生，研究方向為生物化工。E-mail：zedeck@163.com

*通信作者：陳紅兵（1967—），男，教授，碩士，研究方向為食品營養與安全。E-mail：chbgjy@hotmail.com