——上海海洋大学食品学院
周林杰 硕 士
卢 瑛 教 授
研究背景
食物过敏是指过敏人群对食物蛋白质的异常免疫反应，是当前世界上影响儿童和成人健康的重要公共卫生问题。食物过敏会对人体产生不良影响，过敏患者在摄入过敏食物后会逐渐发展为多器官综合征，严重的食物过敏会导致休克甚至死亡。据世界粮农组织2017～2018年调查全球约有4%的人群对食物过敏，其中包括3%～8%的儿童和1%～3%成人受到不同程度食物过敏的影响。目前尚无有效治疗食物过敏的方法，只能通过避免过敏原或治疗症状来控制疾病。
水产品是引起食源性过敏的主要食品之一，过敏食物中有两类是水产品，因此研发出低致敏性水产品对过敏人群和食品工业至关重要。过敏原的致敏性主要取决于抗原决定簇即“表位”，食品加工技术主要通过修饰或破坏改变过敏原上的表位，使免疫蛋白（immunoglobulin，Ig）E抗体不再能够识别过敏原，抑制过敏原引起的过敏反应。采用不同消减加工技术生产出低致敏性的水产品，是水产品加工行业的一个重要发展趋势。卢瑛团队对水产品主要过敏原、加工消减过敏原技术、低致敏产品开发现状及趋势进行了概述,对低致敏性水产品的发展趋势进行了展望。
1 水产品主要过敏原
水产品中富含优质蛋白质和不饱和脂肪酸等营养物质，易被人体消化吸收，是人们摄入营养物质的重要来源，但同时也是引起食源性过敏的主要食品之一。水产品主要包括鱼、虾和贝类等。
鱼类的主要过敏原是小清蛋白（parvalbumin，PV）分子量范围为10～13 kDa，是一种热稳定性蛋白，主要存在于各种鱼类的肌浆蛋白中。据报道，人们对于鱼和鱼类制品的过敏反应90%以上都是由PV引起的。不同肌肉部位的PV含量有很大差异，白肌中PV含量高于黑肌。有研究表明鱼的致敏性与PV含量有关，因此即使是过敏人群也可能因为食用PV含量低的鱼类特定肌肉部位而无过敏反应。不同鱼类的PV之间存在着免疫学交叉反应，这说明不同鱼类的PV之间具有较高的氨基酸序列同源性。
甲壳类的主要过敏原是原肌球蛋白（tropomyosin，TM），也是研究最为广泛的甲壳类过敏原。TM是一种存在于动物肌肉和非肌肉细胞中的酸性糖蛋白，分子量范围为34～38 kDa，属于热稳定蛋白。TM的结构是相同α-螺旋结构的两个亚基缠绕在一起形成超螺旋结构，包括多个肌动蛋白结合位点。TM之间的氨基酸序列同源性也很高，以至于很多对贝类过敏人群在摄入其他甲壳类动物时会发生过敏反应。精氨酸激酶（arginine kinase，AK）是一种存在于动物肌球蛋白原中的水溶性蛋白，理论分子量约为40.29 kDa，广泛存在于甲壳类动物中。AK属于不耐热型蛋白，在40～80 ℃的温度下很不稳定，会部分展开形成新的抗原表位可能会导致IgE反应性增强，而高于80 ℃时，AK会完全展开随后其免疫原性降低。
除上述几类主要水产品过敏原外，还有其他水产品过敏原，例如鱼类的胶原蛋白，磷酸乙醛脱氢酶和鱼卵蛋白等，以及甲壳类的肌球蛋白轻链，肌浆钙结合蛋白和血蓝蛋白等。
2 水产品过敏原的消减加工技术研究
据现有研究可知，水产品过敏原的消减加工技术可分为物理法、化学法和生物法三类。其中物理法主要包括热处理、辐照处理、脉冲紫外线处理、冷等离子体处理、超声处理和高压处理，化学法主要有美拉德反应和酶法，生物法主要有微生物发酵和基因工程技术，其中，物理和化学两类消减过敏原方法的研究较为成熟，相关报道较多，而生物法研究较少。
2.1 物理法
2.1.1 热处理
热处理对某些水产品的过敏原的具有消减效果，操作简单且成本低，水产品经热处理一段时间，消减效果会因处理时间，加热温度和样品破碎状态存在差异。但加热处理消减过敏原也有明显的弊端，Keshavarz等研究热处理对鱼类PV稳定性的影响，发现热处理后的鱼类PV依然保持结构完整性，这是因为PV在冷却后能够恢复其原始构象，此外，PV在加热条件下会形成二聚体，该聚集体具有抗消化作用，不易被人体胃肠消化液破坏，与未处理的PV相比具有更高的致敏性。热处理与其他加工技术联合辅助加热，可以更好的消减水产品过敏原，采用热处理联合美拉德反应来处理甲壳类水产品相比于单一的美拉德反应，联合加工技术可显著降低甲壳类水产品的致敏性。因大部分鱼类过敏原是耐热性蛋白质，采用单一的热处理对过敏原的消减效果一般，且会影响其原有的营养与风味价值，故热处理联合其他消减技术更适合于鱼类过敏原的消减。热处理所使用的极端温度会破坏正常蛋白质或引起非酶褐变，导致食品营养流失和风味的改变，影响食品品质，一般不建议使用热处理消减水产品过敏原。
2.1.2 辐照处理
辐射处理水产品过敏原主要利用辐照产生自由基，自由基易引起蛋白质断裂和聚集，导致蛋白质的二级和三级结构改变，破坏过敏原与IgE的结合表位，使过敏原的致敏性降低。Liu等采用10 kGy剂量的辐照处理虾，结果显示虾TM与IgE结合能力减少约20％。还有研究采用不同剂量的γ射线辐照处理虾，发现只有当辐射剂量达到10 kGy以上，虾的致敏性才会降低，且辐照剂量控制在一定范围内，不会破坏食品的营养成分。同时，辐照消减水产品的过敏原是安全可靠的，目前还未有辐照处理食品产生有害物质的报道，在实际加工应用中，辐照技术多与其他加工技术联合使用，以增强水产品过敏原的消减效果。
2.1.3 脉冲紫外线处理
脉冲紫外线（pulsed ultraviolet，PUV）是一种利用瞬间放电的脉冲技术和特殊的惰性气体灯管，以脉冲形式激发处理的紫外线。PUV通过诱导过敏蛋白发生聚集作用，使其构象表位丧失，达到降低食品的致敏性的目的。Shriver等用PUV处理大西洋白虾提取物4 min后，发现虾TM与IgE结合能力和致敏性均降低。Yang等将经PUV处理的虾提取物放入模拟消化液（含模拟胃液和肠液）中消化，发现消化后虾TM与IgE结合能力降低了30%。PUV作为一种新型水产品过敏原消减技术，消减效果明显且在大多情况下是不可逆的，但有时经PUV处理后，食物中残留肽的重新结合可能会形成新的蛋白质聚集体，这可能会形成更多新构象的过敏原表位，反而增强水产品的致敏性。
2.1.4 冷等离子体处理
冷等离子体是一种新型食品加工技术，与传统加工方法相比耗能更低，反应温度更低。作为第四种物质状态，等离子体是一种部分电离的气体，可与蛋白质发生相互作用改变其构象，而等离子活性物质诱导水产品过敏原蛋白二级结构发生变化，这或许是其降低水产品致敏性的原因。有研究表明，在30 kV、60 Hz条件下，对虾过敏蛋白提取物采用冷等离子体处理5 min，虾TM的致敏性降低了76％，但处理后也会加速食品的脂质氧化和破坏维生素，降低食品品质，在实际生产应用中，需进一步优化反应电压和频率来减少对水产品感官品质的影响。
2.1.5 超声处理
超声处理会引起食品内部空腔发生周期性生成和塌陷，这些塌陷的空腔周围会形成高压和高温的局部区域，导致过敏蛋白的结构发生构象变化，进而影响致敏性。Li等研究高强度超声（high intensity ultrasound，HIU）对虾TM与IgE结合能力的影响，分别在0和50 ℃下用高强度超声（30 Hz，800 W）处理1.5 h，发现在50 ℃下HIU处理后虾的致敏性显著低于0 ℃处理和未处理的虾，这说明超声时间和温度对过敏原消减效果有一定影响。Zhang等研究发现HIU处理后的TM会发生降解，α-螺旋含量降低，虾的致敏性降低。但Gao等通过对虾仁和虾糜分别进行超声和酶法处理，发现单一使用超声方法，并不能降低虾的致敏性，这可能是因为HIU只能使过敏蛋白表位暴露，与酶发生反应才会消减过敏蛋白。超声对消减过敏蛋白无毒害作用，且可促进其他加工消减作用更好地渗透到食物系统中，改变过敏原蛋白构象，降低致敏性。如Liu等采用超声联合高温处理大黄鱼鱼卵蛋白后，发现过敏原结构被改变，致敏性显著降低。
2.1.6 高压处理
高压处理（high pressure process，HPP）的压力通常在100～800 MPa之间。高压处理后的水产品过敏蛋白会发生变性或聚集作用，蛋白结构发生改变，使其致敏性下降。Long等将虾在55 ℃，500 MPa下处理10 min后，色谱结果显示过敏原的构象被改变，TM与IgE的结合能力降低了73.59％。但应用高压处理对水产品过敏蛋白的消减还有待进一步研究。董晓颖等在对虾过敏原致敏性的研究中发现，经100～500 MPa的压力处理后，虾的致敏性先降低后增加，在400 MPa时致敏性最低。这可能是因为过敏原的表位开始被掩盖，随着压力增加其表位逐渐暴露，随着压力继续增加蛋白质结构发生可逆变化，致敏性一定程度上发生恢复。高压技术与其他加工技术组合使用能够增强水产品致敏蛋白的消减作用，有研究发现经高压结合酶法处理的虾肉的过敏原性消减率达到97%，虾中大部分过敏原已被消除。高压处理可有效降低水产品的致敏性，又因其加工特性可以保持水产品原有的风味和营养，故是一种值得推广的过敏原消减技术。
2.2 化学法
2.2.1 美拉德反应
美拉德反应是食物中蛋白质或氨基酸和还原糖之间发生的一系列复杂反应，研究发现美拉德能够对过敏蛋白的免疫活性产生影响。美拉德反应可修饰过敏蛋白上一些与IgE结合的关键氨基酸表位，利用美拉德反应能够降低青蟹的TM的致敏性。还有研究发现鱼类PV通过美拉德反应可对赖氨酸残基进行糖基化修饰，PV的致敏性也会降低。美拉德反应对致敏性的影响还取决于还原糖的种类，如采用果糖和木糖与对虾的TM发生美拉德反应，发现TM的致敏性并没有降低，而以葡萄糖为底物的会显著降低TM的致敏性。此外，研究发现美拉德反应过程中可能会导致形成新的致敏化合物或新的过敏原。美拉德反应可以实现对水产品过敏原的有效消减，但需要针对不同过敏原选择合适的还原糖和反应条件（如时间）来增强其消减效果。
2.2.2 酶法
目前应用于水产品过敏原消减的主要是通过蛋白酶对过敏蛋白的肽键水解作用，来破坏其线性表位和空间结构，降低过敏原的免疫活性。不同蛋白酶对过敏原的消减效果也不同，Lesakan用碱性蛋白酶和植物蛋白酶处理整只虾后，只有碱性蛋白酶显著降低了虾的TM的IgE的免疫活性。但酶的水解作用也可能会形成新的过敏表位中心，增强食品的致敏性。与其他消减技术相比，酶法处理由于其高效和环保等特性而被广泛应用，被认为是一种适用于低致敏性食品开发的消减技术，但酶法也存在特异性强，需要特定的反应温度和pH条件，以及给食品风味带来负面影响等缺点。为减少这些缺点的影响，酶法消减多与其他加工消减技术组合使用，以在保证产品品质前提下，达到更好的消减效果。
2.3 生物法
2.3.1 发酵法
发酵法是重要的食品加工工艺，通过微生物发酵可修饰和破坏过敏原蛋白的线性和构象表位，达到降低过敏原蛋白致敏性的目的。王梦梦等在37 ℃条件下对小龙虾进行发酵加工处理，结果表明TM含量和免疫活性均降低。Zhu等研究发酵菌种对发酵鱼过敏原的免疫学特性，发现与木糖葡萄球菌和酿酒酵母菌相比，植物乳杆菌发酵降低IgE的结合能力的效果最佳，且对鱼的品质无明显影响；Gao等研究发酵对鲈鱼免疫活性的影响，采用木糖葡萄球菌发酵60 h后，发现海鲈鱼PV与IgE结合能力显著降低，同时也更易被胃蛋白酶降解。与传统的物理化学法消减水产品过敏原相比较，发酵法在降低过敏原的同时，还能改善水产品的风味营养，其应用前景更为广阔，但要注意选择合适的发酵菌种和发酵时间。
2.3.2 基因工程
基因工程技术是从基因的角度出发，通过改变或消除关键抗原表位的编码基因，导致编码基因不能正常参与蛋白表达过程，从而影响食品的致敏性。有研究通过定点诱变和表位缺失构建了两种经过基因工程改造的虾过敏原MEM4和MED171，与野生型过敏原Mete1相比，其在体内和体外与IgE结合能力和致敏性均显著降低。梅雪娇等对TM和AK构象表位中关键氨基酸和半胱氨酸进行基因定点突变，发现通过TM和AK的分子改造可得到低致敏性的突变型蛋白及适配体小肽，采用此技术可有针对性的降低甲壳类水产品主要过敏原的致敏性。基因工程技术可以直接将过敏原的关键致敏表位的氨基酸破坏或者改变，影响致敏表位的表达，达到改变致敏性的目的。
3 水产品过敏原消减技术概述
比较水产品过敏原不同消减技术的优缺点，如表1所示。从消减技术应用方面来看，生物法的应用相较于传统物理化学方法应用面更小，国外对物理化学法相关应用研究较多,国内在生物消减技术应用方面研究较少仍处于起步阶段。当前，针对水产品过敏原消减仍以热处理、高压、美拉德反应和酶处理等传统加工技术为主，冷等离子体和脉冲紫外线等技术尚未得到普遍应用，由于技术专业性要求高，且缺乏相关机理研究，目前还没有形成完整的应用体系。在实际的加工应用中，单独使用某一消减技术处理水产品有时难以降低其致敏性，故多选用多种加工技术联合的方式消减过敏原。
4 低致敏水产品的开发现状
避免食用致敏食物是预防食物过敏最有效的手段，也可以通过一定的加工技术降低食物致敏性，减少或降低过敏原对易过敏人群的影响。热处理、高压、酶解法和美拉德反应是当前应用较为广泛的几种食品加工脱敏方法。如采用酶法交联反应生产出低致敏性的蟹肉松和热处理结合酶法催化虾肉加工出低致敏性的虾排。微生物发酵在加工脱敏水产品中应用广泛，有利用木糖葡萄球菌发酵鱼糜，生产出低致敏性的鱼糜，还有通过乳酸菌和混合发酵剂在超声条件下对蟹肉进行二次发酵处理，超声协同发酵剂发挥作用，制作出保持原有的口感与风味的低致敏性蟹肉。研究低致敏性水产品，同时还应考虑到消减处理对食品原有风味和营养的影响，这样才助于脱敏产品的推广。
5 展望
近年来，随着我国水产品消费量的增加，由水产品引起的过敏问题日趋增多。因此了解水产品加工技术对其过敏原致敏性的影响，对水产品加工的过敏原风险分析和控制至关重要。尽管水产品加工过程不能完全消除过敏原，但可以结合消减技术来开发低致敏性水产制品。全面了解水产品中的过敏原种类，针对不同的过敏原研发相应的菌种进行发酵或联合加工技术，并有针对性地开发新的方法来降低或消除过敏原活性，研制出高品质的低致敏性水产品，将成为未来水产品加工的重点研究方向。
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