酶改性對食物蛋白質過敏原性的影響

程 偉，陳紅兵*，高金燕，李 欣

(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.南昌大學中德聯合研究院，江西 南昌 330047；3.南昌大學環境與化學工程學院，江西 南昌 330047；4.南昌大學生命科學與食品工程學院，江西 南昌 330047)

酶改性對食物蛋白質過敏原性的影響

程 偉1,2,3，陳紅兵1,2,*，高金燕4，李 欣4

(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.南昌大學中德聯合研究院，江西 南昌 330047；3.南昌大學環境與化學工程學院，江西 南昌 330047；4.南昌大學生命科學與食品工程學院，江西 南昌 330047)

酶法改性蛋白技術主要包括酶水解和酶交聯方法，它可以改變蛋白質的結構和功能特性，已廣泛用于食品加工。酶水解，包括胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶、糜蛋白酶，可以水解食物蛋白表面的過敏原表位，從而降低其過敏原性；酶交聯，包括轉谷酰胺酶、過氧化物酶、多酚氧化酶等，可以通過交聯反應促使過敏原蛋白聚合而使其過敏原表位包裹在內部，因而也可以降低食物的過敏原性。總之，酶改性是降低食物蛋白過敏原性的一種有效方法，值得深入研究。

酶法改性；酶水解；酶法交聯；過敏原性

食物過敏(food allergy，FA)是人體對食物產生的一種不良反應，屬機體對外源物質產生的一種變態反應[1]。聯合國糧食及農業組織(FAO，1995)認定，常見的食物過敏反應主要由八大類食物引起，包括牛奶、蛋類、花生、大豆、小麥、堅果、魚蝦和水生貝殼類動物[2-3]。由于食品加工會改變食品中過敏原蛋白的結構，影響其過致敏性，因而受到人們的普遍關注。

酶法改性蛋白技術是食品加工中常用的加工技術之一。酶法改性蛋白技術是利用蛋白酶在溫和的條件下催化蛋白質進行水解或交聯，改變蛋白質原有的空間結構。蛋白質結構的變化一方面可以改善蛋白質的功能特性。如熱穩定性、凝膠特性、乳化性、流變學特性、保水性等[4]，另一方面會影響蛋白質的過敏原表位結構，從而對食品中過敏原的致敏性產生影響。近年來，隨著食物過敏問題的日益嚴峻，低致敏食品的研發迫在眉睫。現有研究報道已經證實，多種常見蛋白酶可以通過催化食物蛋白水解或者交聯而降低其過敏原性，并可以此加工技術為依托研發出各種類型的低致敏食品[5-7]。

1 食品加工中的酶法改性蛋白技術

目前，按酶法改性蛋白技術的作用機理，主要分為兩類，包括酶法水解改性蛋白技術和酶法交聯改性蛋白技術。

酶法水解改性蛋白技術是利用一種或多種蛋白酶對食品蛋白進行限制性水解的方法，它使蛋白水解成多肽或氨基酸，改變蛋白質的空間結構或線性結構，并可以達到改善蛋白質功能特性的目的。常用的酶主要有胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶、糜蛋白酶等。酶法交聯改性蛋白技術則是利用酶催化蛋白發生交聯反應的一種方法。該技術使蛋白質內部多肽鏈之間(分子內交聯)或蛋白質之間(分子間)形成共價鍵[8]，改變蛋白質原有的空間結構，從而改善蛋白質的一系列功能特性。常用于催化蛋白質交聯的酶有轉谷酰胺酶、多酚氧化酶、過氧化物酶等。

2 酶改性對食物過敏原的影響

在酶法改性食品蛋白質過程中，無論是水解或交聯，都會導致蛋白質結構發生改變，可能使蛋白質內部的某些表位發生變化，這種結構的變化會影響食品蛋白的過敏原性。

2.1 酶法水解對食物過敏原的影響

酶水解改性蛋白對其過敏原的作用主要有兩個方面：一是通過對食品過敏蛋白的限制性水解，改變過敏原表位的三級結構，去除過敏原蛋白表面的一些過敏原表位，或者將蛋白內部的過敏原表位暴露出來；二是斷裂肽鍵，使蛋白質部分水解成小肽或氨基酸，減小過敏原的分子質量，從而可能降低其致敏性[9]。目前，國內外已有許多關于酶水解對蛋白質過敏原性影響的研究報道。

2.1.1 胃蛋白酶

胃蛋白酶(Pepsin) 是胃消化蛋白水解酶，屬于天冬氨酸蛋白水解酶類[10]，它主要作用于蛋白質及多肽分子中含苯丙氨酸或酪氨酸的肽鍵上，其主要分解產物是胨，進而產生多肽或氨基酸則較少。

Hussein等[11]用胃蛋白酶水解水牛和奶牛牛乳，檢測發現它們的水解產物對牛乳過敏患者血清的免疫活性分別只有原來的30%和16%，可見胃蛋白酶處理后的牛乳，其致敏性顯著降低；Hong等[12]研究發現經水解后的花生蛋白與IgE抗體結合的過敏原表位會部分消除，從而導致過敏原性下降，這種低致敏的水解產物可用于花生過敏病人的治療。此外，Lopez-Exposito等[13]在400MPa條件下，用胃蛋白酶催化水解卵白蛋白，并利用對卵白蛋白過敏的病人血清檢測其水解產物的過敏原性，發現由于卵白蛋白與IgE結合的位點被水解消除而導致其水解產物與IgE的結合能力顯著下降，以致降低了其致敏性。

2.1.2 胰蛋白酶

胰蛋白酶(Trypsin)是一種常用的蛋白水解酶，可專一作用于精氨酸、賴氨酸的羧基所形成的肽鍵，分子質量為23.8kD[14]。在食品加工中，胰蛋白酶被廣泛用于水解蛋白質。因此，它對食物蛋白過敏原的影響受到普遍關注。

Wigotzki等[15]發現用胰蛋白酶處理過的榛子，其過敏原性顯著降低。而Bernard等[16]用胰蛋白酶水解酪蛋白，則發現它可以水解肽鏈第1～52位和53～139位片段，這些多肽片段中包含有過敏原表位，經水解后可以使酪蛋白的過敏原表位破壞，可以降低酪蛋白的過敏原性。此外，Szymkiewicz等[17]發現，用胰蛋白酶催化水解豌豆球蛋白后，其免疫反應性比原蛋白降低了97.4%。

2.1.3 木瓜蛋白酶

木瓜蛋白酶(Papain)又稱木瓜酶，是一類半胱氨酸蛋白酶[18]。它對于多種蛋白質均具有很好的水解作用，能催化水解肽鍵、酯鍵、酰胺鍵[19]，也可以影響食物的過敏原性。

陳寶宏等[6]研究出一種利用木瓜蛋白酶分解大米中的過敏原而生產低致敏大米的新方法。另外，白振宇等[20]則用木瓜蛋白酶水解牛奶，而后用牛奶過敏者血清檢測其水解產物的過敏原性，研究發現經酶解過的牛奶中過敏原蛋白與過敏者血清IgE的結合能力顯著降低，而降低了牛奶的過敏原性。

2.1.4 堿性蛋白酶

堿性蛋白酶(Alcalase)是一種微生物蛋白酶，來源廣泛、活力比較高、水解速度快、成本低，是較理想的工業用酶[21]。堿性蛋白酶是內肽酶，主要催化由疏水性氨基酸的羧基形成的酰胺鍵，可水解蛋白質分子內部的肽鍵，生成相對分子質量較小的多肽，因而能破壞蛋白質分子內部的抗原結合位點，有效降低蛋白的過敏原性[22]。

Wroblewska等[23]發現可以利用堿性蛋白酶水解乳清蛋白，降低乳清蛋白的抗原性，以此來制備低致敏牛奶。Szymkiewicz等[17]在50℃用堿性蛋白酶水解豌豆球蛋白，發現它的水解產物免疫反應性降低到原來的22%，這說明豌豆球蛋白經過堿性蛋白酶水解后，其過敏原性大大降低。此外，Penas等[24]利用此酶在200MPa下水解大豆乳清蛋白并檢測其水解產物，發現大豆中主要過敏原Gly m l 的過敏原性降低，進一步研究表明這是由于過敏原Gly m l 的表位暴露在酶中而被水解，因而降低了大豆的免疫反應性。

2.1.5 糜蛋白酶

糜蛋白酶又稱胰凝乳蛋白酶(Chymotrysin)，系從牛或豬胰中提取的一種蛋白水解酶，具有肽鏈內切酶的作用[25]，主要水解由芳香族氨基酸(如苯丙氨酸、酪氨酸等)的羧基與其他氨基酸的氨基所形成的肽鍵[26]。

利用糜蛋白酶的酶解特性，Lee等[27]用此酶水解大豆中主要過敏原大豆球蛋白，其水解產物用6個大豆過敏患者血清進行檢測，結果發現大豆的過敏原性顯著下降；Tanabe等[7]則研發出了一種用糜蛋白酶和鏈絲菌蛋白酶水解面粉，并制備低致敏面粉的方法；此外，Chicon等[28]在高壓下用糜蛋白酶處理乳清蛋白，發現其中的α-乳白蛋白與β-乳球蛋白被水解成較大的疏水多肽，降低了乳清蛋白的抗原性及其與血清中的IgE結合能力，減少了其潛在過敏性，可用于生產低致敏食品。

2.2 酶法交聯對食物過敏原的影響

酶法交聯改性蛋白質，會使蛋白質內部多肽鏈之間或蛋白質分子之間形成共價鍵，導致蛋白質聚集，使原先暴露在表面的過敏原表位包埋入蛋白質分子內部而消除其過敏原性；但同時蛋白質發生交聯會導致蛋白質分子間發生聚集，增大了蛋白質的分子質量，形成了較大顆粒的蛋白，而有可能增大其致敏性。

雖然目前對酶交聯后產物的過敏原性變化研究較少，但隨著酶法交聯技術越來越多的應用于食品加工中，酶交聯蛋白質后對其過敏原性的影響越來受到人們的關注。

2.2.1 轉谷氨酰胺酶

轉谷氨酰胺酶(Transglutaminase，TG)是催化酰基轉移反應的一種酶，可催化蛋白質賴氨酸上ε-氨基和谷氨酸上γ-羥酰胺之間的結合反應[29]，從而導致蛋白質-蛋白質、蛋白質-氨基酸之間發生交聯反應。通過這種蛋白質交聯反應，可使食品蛋白發生結構變化，從而影響蛋白質的過敏原性。Leszczynska等[30]研究出了一種利用轉谷氨酰胺酶生產低致敏面粉的方法：在30℃用轉谷氨酰胺酶處理面粉18h，用兔血清檢測產物中谷蛋白的過敏原性，發現其過敏原性降低了30%。Clare等[31]則在37℃用轉谷氨酰胺酶處理含有酪蛋白的花生粉6h后，生成了蛋白聚合物，用Western blotting進一步檢測發現，花生粉中主要過敏原Ara h 1、Ara h 2與過敏病人血清中Ig E的結合能力顯著下降。由此可見谷氨酰胺酶催化的蛋白質交聯反應在一定程度上降低了食物的過敏原性。

2.2.2 過氧化物酶

過氧化物酶(Peroxidase，POD)是一種由單一肽鏈與卟啉構成的血紅素蛋白，可催化多種酚類化合物的氧化[32]，也常用于催化蛋白質交聯。它可以催化蛋白質中的酪氨酸殘基轉變成自由基狀態，然后進一步聚合生成二酪氨酸、三酪氨酸[33]，進而導致蛋白質交聯反應的發生。如，Chung等[34]發現，在37℃，pH8的環境下，用過氧化物酶處理烘烤花生60min后，花生中主要過敏原Ara h 1和Ara h 2顯著減少，同時可以觀察到該花生樣品與IgE的結合能力減弱，可能是由于此酶促使蛋白質之間發生了交聯產生多聚體，使致敏蛋白上的結合部位被掩蔽，從而導致花生的過敏原性下降。

2.2.3 多酚氧化酶

多酚氧化酶(Polyphenoloxidase，PPO)屬核編碼含銅金屬酶，廣泛存在于植物、真菌、昆蟲機體中[35]。多酚氧化酶可催化蛋白交聯，其反應原理如圖1所示[36]：

多酚氧化酶已成功地應用于食物過敏原的研究中，如，Garcia等[37]研究發現，用多酚氧化酶催化處理蘋果中的主要過敏原Mal d 1，其產物與IgE的結合能力顯著下降，從而導致了Mal d 1的過敏原性的降低。

圖1 PPO催化蛋白質產生交聯的原理圖Fig.1 Enzymatic cross-linking of proteins with polyphenol oxidase (PPO)

3 結 語

據統計，世界上有5%～8%的兒童和1%～2%的成

人患有食物過敏[38]，食物過敏的潛在性、廣泛性和長期性使其成為食品工業中重大的安全問題之一。美國和歐盟已先后頒布了新的食品標簽法規，要求八大類過敏食品都應在食品標簽中明確標示[39-40]，但這并不能從根本上解決食物過敏問題。消除或降低食品的過敏性，生產出低致敏或無致敏的“安全食品”已成為食品科學的研究熱點之一。

目前，利用酶水解牛乳生產低致敏嬰兒奶粉的技術已廣泛應用于工業生產中[5]，在一定程度上降低了牛乳對過敏體質兒童的危險性。然而牛乳在酶解過程中，不可避免地會產生苦味肽，這大大影響了牛乳原有的風味，制約著低致敏奶粉的發展。與此同時，利用酶改性技術研發其他種類低致敏食品尚處于起步階段，因此今后有必要加強以下幾個方面的應用研究：1)探索利用新型蛋白酶水解食物過敏原，并利用已知食物過敏原表位信息對過敏原進行定向水解，在降低食物致敏性的同時制備出風味更佳的安全食品；2)深入研究酶交聯技術對食物蛋白質過敏原性的影響，利用蛋白質交聯包埋食物過敏原表位，并將此技術應用于低致敏食品的開發。總之，酶法改性食品蛋白技術可以降低甚至消除食品的過敏原性，為低致敏食品的研發提供了一個很好的思路，具有廣闊的應用前景。

[1]邵潔, 夏振煒, 李云珠, 等. IgE 介導的食物過敏診斷程序及臨床評價[J]. 臨床兒科雜志, 2007, 25(1): 23-25.

[2]MONACI L, VISCONTI A. Immunochemical and DNA-basedmethods in food allergen analysis and quality assurance perspectives[J]. Trends in Food Science & Technology, 2010, 21(6): 1-12.

[3]MAFRA I, FERREIRA I M, OLIVEIRA M. Food authentication by PCR-based methods[J]. European Food Research and Technology ，2008, 227:649-665.

[4]LORENZEN P C. Renneting properties of transglutaminase-treated milk [J]. Milchwissenschaft, 2000, 55(8): 433-436.

[5]HEFLE S L. Impact of processing on food allergens[J]. Adv Exp Med Biol, 1999, 459: 107-119.

[6]陳寶宏, 朱永義. 木瓜蛋白酶分解大米過敏原的研究[J]. 糧食與飼料工業, 2004(3): 9-11.

[7]TANABE S, WATANABE M. Production of hypoallergenic wheat flour[J]. Food Science and Technology Research, 1999, 5(4): 317-322.

[8]FEENEY R E, WHITSKER J R. Importance of cross-linking reactions in protein[J]. American Association of Cereal Chemists, 1988, 9: 21-46.

[9]李欣, 陳紅兵. 過敏原在食品加工中的變化[J]. 食品工業, 2005, 26: 50-52.

[10]王瑩, 張麗萍. 胃蛋白酶分離純化技術研究進展[J]. 中國食品添加劑, 2008(1): 110-113.

[11]HUSSEIN S, GELENCSER E, POLGAR M, et al. Effect of enzymatic modification on the biological activity and nutritive value of cow and buffalo casein[J]. Acta Alimentaria, 2000, 29(3): 273-288.

[12]HONG S J, MICHAEL J G, FEHRINGER A, et al. Pepsin-digested peanut contains T-cell epitopes but no IgE epitopes[J]. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 1999, 104(2): 473-477.

[13]LOPEZ-EXPOSITO I, CHICON R, BELLOQUE J, et al. Changes in the ovalbumin proteolysis profile by high pressure and its effect on IgG and IgE binding[J]. J Agric Food Chem, 2008 ,56:11809-11816.

[14]張黎明, 袁永俊, 徐夢虬. 固定化胰蛋白酶的制備研究[J]. 食品與發酵科技, 2009, 45(2): 18-21.

[15]WIGOTZKI M, SCHUBERT S, STEINHART H, et al. Effects of in vitro digestion on the IgE-binding activity of proteins from hazelnuts (Corylus avellana) [J]. Internet Symposium on Food Allergy, 2000, 2(1): 1-8

[16]BERNARD H, NEGRONI L, CHATEL J M, et al. Molecular basis of IgE cross-reactivity between human [beta]-casein and bovine [beta]-casein, a major allergen of milk[J]. Molecular Immunology, 2000, 37(3): 161-167.

[17]SZYMKIEWICZ A, JEDRYCHOWSKI L. Reduction of immunoreactive properties of pea globulins as the result of enzymatic modification [J]. Acta Alimentaria, 2005, 34(3): 295-306.

[18]AZARKAN M, EL MOUSSAOUI A, van WUYTSWINKEL D, et al. Fractionation and purification of the enzymes stored in the latex of Carica papaya[J]. Journal of Chromatography B, 2003, 790(1): 229-238.

[19]NORTH M J, MOTTRAM J C, COOMBS G H. Cysteine proteinases of parasitic protozoa[J]. Parasitology Today, 1990, 6(8): 270-275.

[20]白振宇, 龐廣昌, 劉瑞玲, 等. 利用牛奶過敏者血清檢驗牛奶中過敏原酶解程度的研究[J]. 食品科學, 2006, 27(12): 46-49.

[21]鄭海, 沈小琴, 布冠好, 等. 堿性蛋白酶水解乳清蛋白過敏原條件的優化[J]. 中國乳品工業, 2007, 35(4): 4-9.

[22]沈小琴, 鄭海, 羅永康, 等. 酶解對乳清蛋白抗原性影響的研究[J].中國乳品工業, 2006, 34(6):12-15.

[23]WROBLEWSKA B, TROSZYNSKA A. Enzymatic hydrolysis of cow s whey milk proteins in the aspect of their utilization for the production of hypoallergenic formulas[J]. Polish Journal of Food and Nutrition Sciences, 2005, 14(4): 349.

[24]PENAS E, PRESTAMO G, POLO F, et al. Enzymatic proteolysis, under high pressure of soybean whey: Analysis of peptides and the allergen Gly m 1 in the hydrolysates[J]. Food Chemistry, 2006, 99(3): 569-573.

[25]張藝川. 糜蛋白酶臨床應用進展[J]. 亞太傳統醫藥, 2007, 3(7): 94-96.

[26]許小紅, 高秀蓉, 許多光, 等. 糜蛋白酶效價測定[J]. 成都醫學院學報, 2006, 1(2): 123-124.

[27]LEE H W, KEUM E H, LEE S J, et al. Allergenicity of proteolytic hydrolysates of the soybean 11S globulin[J]. Journal of Food Science, 2007, 72(3): C168-C172.

[28]CHICON R, BELLOQUE J, ALONSO E, et al. Antibody binding and functional properties of whey protein hydrolysates obtained under high pressure[J]. Food Hydrocolloids, 2009, 23(3): 593-599.

[29]FOLK J E, CHUNG S I. Transglutaminases[J]. Methods Enzymol, 1985, 113: 358-375.

[30]LESZCZYNSKA J, CKA A, BRYSZEWSKA M. The use of transglutaminase in the reduction of immunoreactivity of wheat flour[J]. Food and Agricultural Immunology, 2006, 17(2): 105-113.

[31]CLARE D A, GHARST G, MALEKI S J, et al. Effects of transglutaminase catalysis on the functional and immunoglobulin binding properties of peanut flour dispersions containing casein[J]. J Agric Food Chem, 2008, 56(22): 10913-10921.

[32]WHIJAKER J R. Principles of enzymology for the food sciences[M]. NewYork: Marcel Dekker InC., 2007.

[33]李丹, 崔凱. 食品蛋白質的改性技術[J]. 食品與發酵工業, 1999, 25 (6): 58-62.

[34]CHUNG S Y, MALEKI S J, CHAMPAGNE E T, et al. Allergenic properties of roasted peanut allergens may be reduced by peroxidase[J]. 2004, 52(14): 4541- 4545.

[35]吳紅梅, 蕭慧, 劉剛, 等. 多酚氧化酶的研究進展[J]. 茶業通報, 2004, 26(2): 62-64.

[36]PIERPOINT W S. Formation and behaviour of o-quinones in some processes of agricultural importance[J]. Rep Rothamsted Exp Stn, 1970, 2: 199-218.

[37]GARCIA A, WICHERS J H, WICHERS H J. Decrease of the IgE-binding by Mal d 1, the major apple allergen, by means of polyphenol oxidase and peroxidase treatments[J]. Food Chemistry, 2007, 103(1): 94-100.

[38]CREVEL R. Industrial dimensions of food allergy[J]. Proceedings of the Nutrition Society, 2007, 64(4): 470-474.

[39]FDA.Food allergen labeling and consumer protection act of 2004[S].

[40]The European Parliament and the Council of the European Union. Directive 2003/89/EC of the European Parliament and of the Council of 10 November 2003[S].

A Review of the Effect of Enzymatic Modification on the Allergenicity of Food Proteins

CHENG Wei1,2,3，CHEN Hong-bing1,2,*，GAO Jin-yan4，LI Xin4
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China；2. Sino-German Joint Research Institute, Nanchang University, Nanchang 330047, China；3. School of Environmental and Chemical Engineering, Nanchang University, Nanchang 330047, China；4. School of Life Sciences and Food Engineering, Nanchang University, Nanchang 330047, China)

Enzymatic modification of protein technology, including enzyme hydrolysis and enzymatic cross-linking technology, with modification of the protein structure thus resulting in the change of functional properties, has been widely used in food processing. However, the effect of enzymatic modification on the allergenicity of food proteins has not been explored in full detail. Enzymes like pepsin, trypsin, papain, alcalase, and chymotrysin may digest allergen epitopes in food proteins and decrease its allergenicity, while transglutaminase, peroxidase, and polyphenoloxidase may polymerize the allergen proteins, package the allergen epitopes by enzymatic cross-linking, and thus reduce its allergenincity. Therefore enzymatic modification is an effective method to reduce the allergenicity of food proteins and needs further study.

enzymatic modification；enzymic hydrolysis；enzymatic cross-linking；allergenicity

TS201.2

A

1002-6630(2010)23-0391-04

2010-08-03

國家自然科學基金項目(30860220)；教育部“新世紀優秀人才支持計劃”項目(NCET-08-07-04)；南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室目標導向項目(SKLF-MB-200807)

程偉(1986—)，男，碩士研究生，研究方向為生物加工工程。E-mail：chv2005@163.com

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