基于食品物理加工技术对大豆过敏原的影响

祖琴琴，华萍，龚育清，杨安树 *，陈红兵

(1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047；2.南昌大学中德联合研究院，江西 南昌 330047；3.江西省食品工业研究所，江西 南昌 330029）

大豆含有蛋白质、异黄酮、低聚糖、皂苷及磷脂等营养因子，因此其具有增强体质和改善机体的抗病能力，还有降血压，降低癌症（包括肠和肾脏）、糖尿病和肥胖的发生率等许多重要的生理功能[1]。正因为如此，大豆及其制品深受广大消费者青睐，其需求量也逐年上升。然而，大豆又是联合国粮农组织（FAO）认定的八大类过敏食品之一[2]，其过敏反应90%都是由IgE介导而引发的[3]。据报道[4]大豆过敏患者约占食品过敏总人数的25%，而且多数为儿童，其中，大豆过敏儿童约占儿童过敏总人数的6%。迄今为止，大豆过敏尚无特效疗法，应严格避免食用含大豆的食品是大豆过敏患者的最佳选择，但不是最佳的方法。因此，为了减少大豆过敏的危害，利用食品加工方法开发低致敏或脱敏的大豆制品刻不容缓。

目前脱敏食物加工方法主要包括物理加工和生物加工，本文则重点介绍物理加工对大豆过敏原的影响。

1 大豆主要过敏原

目前已发现38种大豆过敏原，其中认为Gly m Bd 30K、Gly m Bd 28K和β-伴豆球蛋白中的Gly m Bd 60K是大豆3种主要过敏原[5]。

Gly m Bd 30K，又称P34，是一种由379个氨基酸残基组成、分子质量为34u的单体，主要存在于7S蛋白中，约占大豆蛋白总含量的1%。目前发现，P34最少有5个表位能被过敏患者IgE所识别，分别位于氨基酸链中3～12、110～119、229～238、299～308和311～340处[6]，这些表位能被65%大豆过敏患者的血清所识别。因此，P34是大豆中致敏性最强的储藏蛋白。

Gly m Bd 28 K，是一种由476个氨基酸残基组成、分子质量为26u、等电点为6.1的糖蛋白，主要存在于7S蛋白中。其致敏性表位最主要体现在N-末端氨基酸序列：FHDDEGGDKKSPKSLFLMSSTR[7]，可被25%大豆过敏患者血清所识别，它与多糖的结合位点位于多肽链170位天冬酰胺处，该多糖由甘露糖、N-乙酰氨基葡萄糖、木糖及海藻糖以3:2:1:1的比例组成，去糖基化作用后可使其致敏性完全消失。

Gly m Bd 60K被定义为β-伴豆球蛋白的α亚基，是一种由543个氨基酸残基组成、分子质量为67u、等电点为4.9的糖蛋白，主要存在于7S蛋白中，含量约占β-伴豆球蛋白总量的45%。Gly m Bd 60K拥有15个线性表位，能与过敏患者血清结合的线性表位主要有 5个，分别位于氨基酸序列中 5～33、55～80、130～158、200～229和338～368处[4]，可被25%大豆过敏患者血清所识别。Gly m Bd 60K中的β-转角和无规则卷曲易暴露在蛋白表面而与抗体结合，所以，其致敏性主要由β-转角和无规则卷曲的含量所决定。

2 物理加工对过敏原的影响

迄今为止，物理加工广泛应用于食品生产中，主要利用加热、高压、剪切力、辐照能等作用提高食品加工效率和降低食品中的有害因子。通过物理加工生产低致敏食品已受到国内外食品企业的高度关注，其优势在于可以避免或者减少化学或生物学方法对食品造成的污染，防止营养成分严重破坏和克服传统加工耗时、投资成本高等缺陷。常见的物理加工过敏原的方法主要包括热加工、辐照、高压、高压脉冲电场和超声波等。

2.1 热加工

热加工是最常见的食品加工方法之一，其对食品致敏性会产生影响，研究表明[8]：加热能使蛋白质在一些共价或非共价作用下形成分子内或分子间聚合物，这些聚合物在一定程度上掩盖了过敏原的表位，进而影响蛋白质的致敏性。

抗原表位包括线性表位和构象表位，线性表位比构象表位稳定，加热主要通过改变蛋白质的二级和三级结构，使其构象表位发生改变，从而影响其致敏性[9]。Wilson[10]等研究发现大豆分离蛋白煮沸5min后P34的致敏性增强，而持续煮沸60min后致敏性则会减弱，这是因为P34在煮沸过程中抗原表位先暴露后又被掩盖，光谱学表征是二级结构中α-螺旋含量发生变化。另有报道[11]，P34在加热温度为121.1℃时，蛋白结构会重新折叠，暴露出更多的过敏原表位，并与抗体结合，导致其致敏性增强。Bueks[12]等发现在80℃时7S和11S蛋白组分的致敏性会降低，而在100℃时又恢复到正常水平。另外，通过不同加热方式处理豆类时，发现降低致敏性的效果与豆类的品种及含水量有关，如挤压、烘烤、高压蒸汽和微波处理扇羽豆后，结果表明仅有高压蒸汽可以显著地降低扇羽豆的致敏性[13]。

另有一些报道[14]发现热加工在降低大豆致敏性效果方面并不理想，这是因为加热仅会使大豆蛋白中的巯基和二硫键发生相互转变，该转变作用只对Kunitz胰蛋白酶抑制剂等产生作用，而大豆中多数过敏原如P34等表位结构比较稳定，受热加工的影响较小，所以单一的热加工难以达到降低致敏性的效果。另外，热加工还可能带来食品安全隐患，严重时甚至会产生致癌物质[15]。

2.2 辐照

辐照的作用机理是当射线与食品接触后，将其部分能量传递给食品中的分子和原子，使原子变成离子，离子再通过电离辐射在食品中产生物理、化学和生物学效应，以达到食品加工预期的要求和目的[16]。人们对辐照食品有所顾虑，通常认为人体摄入辐照剂量不超过10kGy的食品是安全的[17]。

辐照能显著的降低食品的致敏性，这是因为辐照能使生物大分子降解、交联和分子构象发生变化。辐照产生的能量促使蛋白质从原来有序的紧密卷曲结构向无序的松散结构转变，使分子内部的疏水基团暴露在分子表面，掩盖过敏原表位，降低了食品的致敏性[18]。另外，顾可飞[19]认为辐照降低食品致敏性主要通过两种途径，包括:（1）破坏B细胞或T细胞抗原表位的结构；（2）辐照导致生物大分子交联作用，使抗原表位被屏蔽。

Shawrang[20]等研究表明：经γ辐照处理后的β-伴豆球蛋白α，和α亚基在瘤胃中消化降解的时间延长，而β亚基没有变化，同时发现，大豆球蛋白的酸性亚基发生降解，而碱性亚基没有明显变化，这是因为辐照处理使碱性亚基表面更加紧密且含有更多的疏水区域，难以与消化酶接触而发生降解[21]。利用辐照降低食品致敏性时，水分含量起着重要作用，如γ辐射对干大豆中Kunitz胰蛋白酶抑制剂活性影响不大，当大豆中含有一定量水分时，即使辐射剂量很低也可使Kunitz胰蛋白酶抑制剂活性丧失，从而降低甚至完全消除Kunitz胰蛋白酶抑制剂的致敏性[22]。Kasera[23]等将加热结合γ辐射来处理四季豆、黑绿豆和花生，这三种豆类在体内诱导产生的IgE的量分别减少了89%、87%和73%，而单独使用γ辐射处理的豆类，致敏性并没有明显变化。另外，降低大豆蛋白的致敏性还可通过辐射处理获得缺失过敏原的突变体来实现，如，日本科学家[24]通过γ辐射处理获得了大豆的突变体即Tohoku124，该突变体缺失Gly m Bd 28K以及β-伴豆球蛋白的α，和α亚基。印度科学家[25]通过辐照处理获得了缺乏大豆球蛋白A3亚基和β-伴豆球蛋白的α，和α亚基的大豆植株。

辐照改变蛋白的构象主要取决于辐照剂量、样品水分含量及蛋白浓度。辐照可促使过敏蛋白的一级、二级和三级结构发生变化，使抗原表位被掩盖或丢失，且该种变化是不可逆的，因此，在辐照加工过程中，通过工艺控制可有效的降低过敏食品的致敏性。

2.3 高压

高压处理是指在室温或加热条件下将食品放入液体介质中，利用100～1,000MPa的压力作用一段时间使食品中相关成分的理化性质发生变化。高压主要通过改变过敏原蛋白的三级和四级结构来影响其致敏性[26]。压力强度的改变对过敏蛋白致敏性的影响不同。研究显示[27]，在200～300MPa高压时，蛋白分子内部的二硫键遭到破坏，导致天然蛋白结构展开，同时游离的巯基含量增加，疏水基团暴露在分子表面从而掩盖过敏原表位，使大豆蛋白的致敏性降低；当压力达到300MPa时，大豆的致敏性降低了48.6%；但压力超过300MPa时，蛋白分子中二硫键又会重新缔合，游离的巯基含量和疏水性会逐渐减少，致敏性则会有所增强。有文献报道[28]：将高压和酶解相继作用于大豆乳清时，可以显著地降低过敏原Gly m 1的致敏性，且比单一处理效果更好。Peñ as[29]等在300Mpa高压下处理大豆15min后再进行发芽，发现经高压处理比未高压处理的大豆芽的致敏性明显降低，这可能是由于高压处理促进大豆在发芽的过程中，释放出更多的内源蛋白酶，使得过敏蛋白的水解更彻底。

众多研究结果表明，高压被认为是降低大豆致敏性最有效的方法之一。高压加工改变大豆蛋白致敏性受压力强度、时间、大豆前处理等条件的影响。在一定的低压范围内，过敏原表位被掩盖，导致其抗原的致敏性降低；超过这一低压范围，过敏原表位会再次暴露，致敏性则会轻微的增强；但是压力超过某一极限值以后，过敏蛋白的一级和二级结构发生变化，且是不可逆的。

2.4 高压脉冲电场

高压脉冲电场（PEF）是以高电压、短脉冲及温和的温度条件处理液态或半固态食品，由于脉冲处理时间短，热能消耗少且几乎不产生热量，是一种新型的绿色加工技术[30]。利用PEF可改变大豆蛋白的分子结构。已有文献报道：在PEF处理大豆分离蛋白过程中，随着电场强度的增加和处理时间的延长，蛋白表面的游离巯基、疏水性及溶解度都会发生改变，说明PEF对大豆分离蛋白的二硫键和疏水作用有一定的影响；同时，发现PEF对大豆分离蛋白的二级结构影响并不显著[31]。但也有报道称[32]PEF会使大豆分离蛋白中β-折叠和不规则卷曲的含量增加。而中国科学家[4]就曾发现Gly m Bd 60K的致敏性主要是由β-折叠和不规则卷曲的含量决定的。PEF可以作用于7S和11S蛋白的表面极性氨基酸，使7S的α和α，亚基的末端氨基酸断裂，同时极化了表面非极性氨基酸，从而破坏了空间结构连接键，导致蛋白质中亚基组成发生变化[33]。上述研究表明：PEF显示出调控过敏原致敏性表位的潜在价值。Robert[34]认为高压脉冲电场作用于蛋白溶液时会瞬间释放一定的能量来改变蛋白分子间的自由焓，使氢键和范德华力发生变化，进而改变分子间的静电作用和疏水作用，从而可能对过敏原的致敏性产生影响。另有研究显示[35]，PEF可以显著地增强乳清蛋白与葡聚糖的糖基化交联反应，形成的聚合物可能会在一定程度上掩盖过敏蛋白的表位。

目前关于高压脉冲电场对食品致敏性的影响鲜有研究，国外关于高压脉冲电场的研究才刚刚起步。相信，未来一段时期，高压脉冲电场将在大豆及其制品的脱敏应用中具有广阔的前景。

2.5 超声波

超声波瞬间产生的空化作用使能量高度聚集，能量在崩溃瞬间会产生高温、高压等一系列极端的物理效应，从而改变蛋白质的空间结构[36]。

超声波处理促使Kunitz胰蛋白酶抑制剂分子中二硫键断裂，巯基和 β-折叠含量明显增加，而β-转角和不规则卷曲含量则会降低，从而引起二级结构发生变化[37]。而Arzeni[38]研究显示：当大豆蛋白经超声波处理后，巯基含量并没有发生变化，但表面疏水性却显著提高。超声处理常作辅助手段结合其他方法加工处理大豆蛋白。如 Lin[39]研究发现，超声波可以显著改善大豆分离蛋白中一些亚基(α-7S和 A-11S)与水解酶接触的难易程度；高强度的超声波可以通过影响氢键、相互疏水作用来改变蛋白的三级结构，使更多的水解位点暴露于分子表面，促进亚基与水解酶充分接触。Mónica[40]在高强度超声条件下使用胰蛋白酶消化鱼中的主要过敏原β-小清蛋白，结果显示超声处理使该过敏原酶解更彻底。另有研究显示[41]，低频超声可使7S蛋白发生聚合，使其一级结构发生变化，聚合物的形成可能使抗原表位被掩盖。

超声波能改变蛋白质的空间结构，而大豆的致敏性与过敏原的空间结构紧密关联，因此，超声处理大豆过敏原势必会导致其致敏性发生变化。虽然，目前国内外借助超声波降低致敏性的研究很少，但其在降低大豆及其制品致敏性的应用方面很令人期待。

3 展望

加工能够影响过敏原表位的结构，进而改变其致敏性，这是加工调控食物过敏原致敏性的重要支撑。如何采取有效的加工手段来降低或去除大豆及其制品的致敏性是解决大豆过敏的一项重要举措。但某些单一的物理加工在降低大豆致敏性效果方面并不十分的理想，如辐照处理水分含量较低的过敏食品时很难降低其致敏性，而将各种物理加工以及物理-化学相结合的方法可显著降低食品致敏性。另外，在食品过敏原蛋白的脱敏过程中，若从理论分析出发，将表位监测和致敏性评估相结合，可以建立更加科学和精准的脱敏新技术。总之，在降低大豆致敏性方面，物理加工的工艺优化和影响大豆致敏性机制等方面还有待进一步研究。

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