低致敏水產品加工技術研究進展

周林杰，施文正，盧 瑛,*

（1.上海海洋大學食品學院，上海 201306；2.農業部水產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室(上海)，上海 201306；3.上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心，上海 201306）

食物過敏是指過敏人群對食物蛋白質的異常免疫反應，是當前世界上影響兒童和成人健康的重要公共衛生問題。食物過敏會對人體產生不良影響，過敏患者在攝入過敏食物后會逐漸發展為多器官綜合征，嚴重的食物過敏會導致休克甚至死亡[1]。據世界糧農組織2017-2018 年調查全球約有4%的人群對食物過敏，其中包括3%～8%的兒童和1%～3%成人受到不同程度食物過敏的影響[2?3]。目前尚無有效治療食物過敏的方法，只能通過避免過敏原或減緩癥狀來控制疾病。

水產品是引起食源性過敏的主要食品之一，過敏食物中有兩類是水產品，因此研發出低致敏性水產品對過敏人群和食品工業至關重要。過敏原的致敏性主要取決于抗原決定簇即“表位”[4]，食品加工技術主要通過修飾或破壞來改變過敏原的表位，使免疫蛋白（immunoglobulin，Ig）E 抗體不再能夠識別過敏原，抑制過敏原引起的過敏反應。采用不同消減加工技術生產出低致敏性的水產品，是水產品加工行業的一個重要發展趨勢。本文對水產品主要過敏原、加工消減過敏原技術、低致敏產品開發現狀及趨勢進行了概述,對低致敏性水產品的發展趨勢進行了展望。

1 水產品主要過敏原

水產品中富含優質蛋白質和不飽和脂肪酸等營養物質，易被人體消化吸收，是人們攝入營養物質的重要來源，但同時也是引起食源性過敏的主要食品之一。水產品主要包括魚、蝦和貝類等。

魚類的主要過敏原是小清蛋白（parvalbumin，PV）分子量范圍為10～13 kDa，是一種熱穩定性蛋白，主要存在于各種魚類的肌漿蛋白中。據報道，人們對于魚和魚類制品的過敏反應90%以上都是由PV 引起的[5]。不同肌肉部位的PV 含量有很大差異，白肌中PV 含量高于黑肌。有研究表明魚的致敏性與PV 含量有關，因此即使是過敏人群也可能因為食用PV 含量低的魚類特定肌肉部位而無過敏反應。不同魚類的PV 之間存在著免疫學交叉反應，這說明不同魚類的PV 之間具有較高的氨基酸序列同源性[6]。

甲殼類的主要過敏原是原肌球蛋白（tropomyosin，TM），也是研究最為廣泛的甲殼類過敏原。TM 是一種存在于動物肌肉和非肌肉細胞中的酸性糖蛋白，分子量范圍為34～38 kDa，屬于熱穩定蛋白。TM 的結構是相同α-螺旋結構的兩個亞基纏繞在一起形成超螺旋結構，包括多個肌動蛋白結合位點。TM 之間的氨基酸序列同源性也很高，以至于很多對貝類過敏人群在攝入其他甲殼類動物時會發生過敏反應[7]。精氨酸激酶（arginine kinase，AK）是一種存在于動物肌球蛋白原中的水溶性蛋白，理論分子量約為40.29 kDa，廣泛存在于甲殼類動物中。AK 屬于不耐熱型蛋白，在40～80 ℃的溫度下很不穩定，會部分展開形成新的抗原表位可能會導致IgE 反應性增強，而高于80 ℃時，AK 會完全展開隨后其免疫原性降低[7]。

除上述幾類主要水產品過敏原外，還有其他水產品過敏原，例如魚類的膠原蛋白，磷酸乙醛脫氫酶和魚卵蛋白等，以及甲殼類的肌球蛋白輕鏈，肌漿鈣結合蛋白和血藍蛋白等[8]。

2 水產品過敏原的消減加工技術研究

據現有研究可知，水產品過敏原的消減加工技術可分為物理法、化學法和生物法三類。其中物理法主要包括熱處理、輻照處理、脈沖紫外線處理、冷等離子體處理、超聲處理和高壓處理，化學法主要有美拉德反應和酶法，生物法主要有微生物發酵和基因工程技術，其中，物理和化學兩類消減過敏原方法的研究較為成熟，相關報道較多，而生物法研究較少[9]。

2.1 物理法

2.1.1 熱處理 熱處理對某些水產品的過敏原具有消減效果，操作簡單且成本低，水產品經熱處理一段時間，消減效果會因處理時間、加熱溫度和樣品破碎狀態存在差異[10]。但加熱處理消減過敏原也有明顯的弊端，Keshavarz 等[11]研究熱處理對魚類PV 穩定性的影響，發現熱處理后的魚類PV 結構依然保持完整性，這是因為PV 在冷卻后會恢復其原始構象。此外，PV 在加熱條件下會形成二聚體，該聚集體具有抗消化作用，不易被人體胃腸消化液破壞，與未處理的PV 相比具有更高的致敏性。熱處理與其他加工技術聯合輔助加熱，可以更好的消減水產品過敏原，采用熱處理聯合美拉德反應來處理甲殼類水產品相比于單一的美拉德反應，聯合加工技術可顯著降低甲殼類水產品的致敏性[12]。因大部分魚類過敏原是耐熱性蛋白質，采用單一的熱處理對過敏原的消減效果一般，且會影響其原有的營養與風味價值[13]，故熱處理聯合其他消減技術更適合于魚類過敏原的消減。熱處理所使用的極端溫度會破壞正常蛋白質或引起非酶褐變，導致食品營養流失和風味的改變，影響食品品質，一般不建議使用熱處理消減水產品過敏原。

2.1.2 輻照處理 輻射處理水產品過敏原主要利用輻照使水產品內部生成自由基，自由基易引起蛋白質斷裂和聚集，導致蛋白質的二級和三級結構改變，破壞過敏原與IgE 的結合表位，使過敏原的致敏性降低。Liu 等[14]采用10 kGy 劑量的輻照處理蝦，結果顯示蝦TM 與IgE 結合能力減少約20%。還有研究采用不同劑量的γ射線輻照處理蝦，發現只有當輻射劑量達到10 kGy 以上，蝦的致敏性才會降低，且輻照劑量控制在一定范圍內，不會破壞食品的營養成分[15]。同時，輻照消減水產品的過敏原是安全可靠的，目前還未有輻照處理食品產生有害物質的報道[16?17]，在實際加工應用中，輻照技術多與其他加工技術聯合使用，以增強水產品過敏原的消減效果。

2.1.3 脈沖紫外線處理 脈沖紫外線（pulsed ultraviolet，PUV）是一種利用瞬間放電的脈沖技術,通過特殊的惰性氣體在燈管內部以脈沖形式激發處理的紫外線。PUV通過誘導過敏蛋白發生聚集作用，使其構象表位喪失，達到降低食品的致敏性的目的[18]。Shriver 等[19]用PUV 處理大西洋白蝦提取物4 min 后，發現蝦TM 與IgE 結合能力和致敏性均降低。Yang 等[20]將經PUV 處理的蝦提取物放入模擬消化液（含模擬胃液和腸液）中消化，發現消化后蝦TM 與IgE 結合能力降低了30%。PUV 作為一種新型水產品過敏原消減技術，消減效果明顯且在大多情況下是不可逆的，但有時經PUV 處理后，食物中殘留肽的重新結合可能會形成新的蛋白質聚集體，這可能會形成更多新構象的過敏原表位，反而增強水產品的致敏性[21]。

2.1.4 冷等離子體處理 冷等離子體處理技術是一種新型食品加工技術，與傳統加工方法相比耗能更低，反應溫度更低。作為第四種物質狀態，等離子體是一種部分電離的氣體，可與蛋白質發生相互作用改變其構象，而等離子活性物質誘導水產品過敏原蛋白二級結構發生變化，這或許是其降低水產品致敏性的原因[22]。有研究表明[23]，在30 kV、60 Hz 條件下，對蝦過敏蛋白提取物采用冷等離子體處理5 min，蝦TM 的致敏性降低了76%，但處理后也會加速食品的脂質氧化和破壞維生素，降低食品品質，因此在實際生產應用中，需進一步優化反應電壓和頻率來減少對水產品感官品質的影響。

2.1.5 超聲處理 超聲處理會引起食品內部空腔發生周期性生成和塌陷，這些塌陷的空腔周圍會形成高壓和高溫的局部區域，導致過敏蛋白的結構發生構象變化，進而影響致敏性[24]。Li 等[25]研究高強度超聲（high intensity ultrasound，HIU）對蝦TM 與IgE 結合能力的影響，分別在0 ℃和50 ℃下用高強度超聲（30 Hz，800 W）處理1.5 h，發現在50 ℃下HIU處理后蝦的致敏性顯著低于0 ℃處理和未處理的蝦，這說明超聲時間和溫度對過敏原消減效果有一定影響。Zhang 等[26]研究發現HIU 處理后的TM 會發生降解，α-螺旋含量降低，蝦的致敏性降低。但Gao 等[27]通過對蝦仁和蝦糜分別進行超聲和酶法處理，發現單一使用超聲方法，并不能降低蝦的致敏性，這可能是因為HIU 只能使過敏蛋白表位暴露，與酶發生反應才會消減過敏蛋白。超聲對消減過敏蛋白無毒害作用，且可促進其他加工消減作用更好地滲透到食物系統中，改變過敏原蛋白構象，降低致敏性。如劉妍妘等[28]采用超聲聯合高溫處理大黃魚魚卵蛋白后，發現過敏原結構被改變，致敏性顯著降低。

2.1.6 高壓處理 高壓處理（high pressure process，HPP）的壓力通常在100～800 MPa 之間。高壓處理后的水產品過敏蛋白會發生變性或聚集作用，蛋白結構發生改變，使其致敏性下降。Long 等[29]將蝦在55 ℃、500 MPa 下處理10 min 后，色譜結果顯示過敏原的構象被改變，TM 與IgE 的結合能力降低了73.59%。但采用高壓處理對水產品過敏蛋白的消減還有待進一步研究，董曉穎等[30]在對蝦過敏原致敏性的研究中發現，經100～500 MPa 的壓力處理后，蝦的致敏性先降低后增加，在400 MPa 時致敏性最低。這可能是因為過敏原的表位開始被掩蓋，隨著壓力增加其表位逐漸暴露，隨著壓力繼續增加蛋白質結構發生可逆變化，致敏性一定程度上發生恢復。高壓技術與其他加工技術組合使用能夠增強對水產品致敏蛋白的消減作用，有研究發現經高壓結合酶法處理的蝦肉的過敏原性消減率達到97%，蝦中大部分過敏原已被消除[31]。高壓處理可有效降低水產品的致敏性，又因其加工特性可以保持水產品原有的風味和營養，故是一種值得推廣的過敏原消減技術。

2.2 化學法

2.2.1 美拉德反應 美拉德反應是食物中蛋白質或氨基酸和還原糖之間發生的一系列復雜反應，研究發現美拉德能夠對過敏蛋白的免疫活性產生影響[32]。美拉德反應可修飾過敏蛋白上一些與IgE 結合的關鍵氨基酸表位，利用美拉德反應能夠降低青蟹的TM 的致敏性[33]。還有研究發現魚類PV 通過美拉德反應可對賴氨酸殘基進行糖基化修飾，PV 的致敏性也會降低[34]。美拉德反應對致敏性的影響還取決于還原糖的種類[35]，如采用果糖和木糖與對蝦的TM 發生美拉德反應，發現TM 的致敏性并沒有降低[36]，而以葡萄糖為底物會顯著降低TM 的致敏性[37]。此外，研究發現美拉德反應過程中可能會導致形成新的致敏化合物或新的過敏原[38]。美拉德反應可以實現對水產品過敏原的有效消減，但需要針對不同過敏原選擇合適的還原糖和反應條件（如時間）來增強其消減效果。

2.2.2 酶法 目前應用于水產品過敏原消減的主要是通過蛋白酶對過敏蛋白的肽鍵水解作用，來破壞其線性表位和空間結構，降低過敏原的免疫活性[39]。不同蛋白酶對過敏原的消減效果也不同，Lesakan[40]用堿性蛋白酶和植物蛋白酶處理整只蝦后，只有堿性蛋白酶顯著降低了蝦的TM 的IgE 的免疫活性。但酶的水解作用也可能會形成新的過敏表位中心[41]，增強食品的致敏性。與其他消減技術相比，酶法處理由于其高效和環保等特性而被廣泛應用，被認為是一種適用于低致敏性食品開發的消減技術，但酶法也存在特異性強，需要特定的反應溫度和pH 條件，以及給食品風味帶來負面影響等缺點。為減少這些缺點的影響，酶法消減多與其他加工消減技術組合使用，以在保證產品品質前提下，達到更好的消減效果。

2.3 生物法

2.3.1 發酵法 發酵法是重要的食品加工工藝，通過微生物發酵可修飾和破壞過敏原蛋白的線性和構象表位，達到降低過敏原蛋白致敏性的目的。王夢夢[42]在37 ℃條件下對小龍蝦進行發酵加工處理，結果表明TM 含量和免疫活性均降低。Zhu 等[43]研究發酵菌種對發酵魚過敏原的免疫學特性，發現與木糖葡萄球菌和釀酒酵母菌相比，植物乳桿菌發酵降低IgE的結合能力的效果最佳，且對魚的品質無明顯影響；Gao 等[44]研究發酵對鱸魚免疫活性的影響，采用木糖葡萄球菌發酵60 h 后，發現海鱸魚PV 與IgE 結合能力顯著降低，同時也更易被胃蛋白酶降解。與傳統的物理化學法消減水產品過敏原相比較，發酵法在降低過敏原的同時，還能改善水產品的風味營養，其應用前景更為廣闊，但要注意選擇合適的發酵菌種和發酵時間。

2.3.2 基因工程 基因工程技術是從基因的角度出發，通過改變或消除關鍵抗原表位的編碼基因，導致編碼基因不能正常參與蛋白表達過程，從而影響食品的致敏性[45]。有研究通過定點誘變和表位缺失構建了兩種經過基因工程改造的蝦過敏原MEM4 和MED171，與野生型過敏原Mete1 相比，其在體內和體外與IgE 結合能力和致敏性均顯著降低[46]。梅雪嬌[47]對TM 和AK 構象表位中關鍵氨基酸和半胱氨酸進行基因定點突變，發現通過TM 和AK 的分子改造可得到低致敏性的突變型蛋白及適配體小肽，采用此技術可有針對性的降低甲殼類水產品主要過敏原的致敏性。基因工程技術可以直接將過敏原的關鍵致敏表位的氨基酸破壞或者改變，影響致敏表位的表達，達到改變致敏性的目的。

3 水產品過敏原消減技術概述

比較水產品過敏原不同消減技術的優缺點，如表1 所示。從消減技術應用方面來看，生物法的應用相較于傳統物理化學方法應用面更小,國外對物理化學法相關應用研究較多,國內在生物消減技術應用方面研究較少仍處于起步階段[48]。當前，針對水產品過敏原消減仍以熱處理、高壓、美拉德反應和酶處理等傳統加工技術為主，冷等離子體和脈沖紫外線等技術尚未得到普遍應用，由于技術專業性要求高，且缺乏相關機理研究，目前還沒有形成完整的應用體系。在實際的加工應用中，單獨使用某一消減技術處理水產品有時難以降低其致敏性，故多選用多種加工技術聯合的方式消減過敏原。

表1 水產品過敏原消減技術優缺點Table 1 Advantages and disadvantages of aquatic products allergen reduction technology

4 低致敏水產品的開發現狀

避免食用致敏食物是預防食物過敏最有效的手段，也可以通過一定的加工技術降低食物致敏性，減少或降低過敏原對易過敏人群的影響。熱處理、高壓、酶解法和美拉德反應是當前應用較為廣泛的幾種食品加工脫敏方法。如采用酶法交聯反應生產出低致敏性的蟹肉松[49]和熱處理結合酶法催化蝦肉加工出低致敏性的蝦排[51]。微生物發酵在加工脫敏水產品中應用廣泛，有利用木糖葡萄球菌發酵魚糜，生產出低致敏性的魚糜[52]，還有通過乳酸菌和混合發酵劑在超聲條件下對蟹肉進行二次發酵處理，超聲協同發酵劑發揮作用，制作出保持原有的口感與風味的低致敏性蟹肉[50]。研究低致敏性水產品，同時還應考慮到消減處理對食品原有風味和營養的影響，這樣才助于脫敏產品的推廣。

5 展望

近年來，隨著我國水產品消費量的增加，由水產品引起的過敏問題日趨增多。因此了解水產品加工技術對其過敏原致敏性的影響，對水產品加工的過敏原風險分析和控制至關重要。盡管水產品加工過程不能完全消除過敏原，但我們可以結合消減技術來開發低致敏性水產制品。全面了解水產品中的過敏原種類，針對不同的過敏原研發相應的菌種進行發酵或聯合加工技術，有針對性地開發新的方法來降低或消除過敏原活性，研制出高品質的低致敏性水產品，將成為未來水產品加工的重點研究方向。