植物蛋白過敏原的研究進展

宋天園，王 甜，肖 蘭，道吉吉，唐 麗*

（1.民族醫藥教育部重點實驗室（中央民族大學），北京 100081；2.中央民族大學藥學院，北京 100081；3.北京協和醫學院護理學院，北京 100144）

蛋白質是生物體三大營養物質之一，在生命體的機體組成、維持機體正常新陳代謝、修補更新機體組織、維持機體各種酶活性、電解質平衡及提供能量等諸多方面發揮著重要的生理功能。隨著全球范圍內對優質蛋白原料需求的不斷增長，我國優質蛋白質資源匱乏情況也日益明顯。植物蛋白因其來源廣泛、營養豐富和綠色環保而廣受關注，其工業生產近年來發展迅猛。隨著營養、健康及可持續發展的理念逐漸被認同，現代營養科學、飼料科學等的發展，有效挖掘植物蛋白資源大有潛力，通過科學加工和技術創新可以開發出更多特性優良的植物蛋白[1-2]。中國目前是全球植物蛋白市場增速最快的國家之一，我國已經成功應用大豆蛋白、小麥面筋蛋白、花生蛋白、棉籽蛋白等開發了多種品類的植物蛋白商品[3-6]，植物蛋白在食品工業、飼料工業、新型綠色材料等領域作為可持續應用的蛋白質來源具有巨大的開發潛力。

在植物蛋白資源開發過程中，植物蛋白品種的質量及其營養和功能特性是關注的重點，除了對蛋白質含量、氨基酸平衡情況、低分子量蛋白和小肽含量等的深入研究之外，植物蛋白中所含有的過敏原及其引發的過敏反應，以及如何降低其致敏性的方法等問題也越來越引起重視。目前對于各類過敏原導致的過敏反應，相應疾病仍然沒有高效精準的根除方法，嚴格避免接觸和攝入過敏原仍是目前防止各類過敏反應的最直接有效策略和普遍應用的方法。因此對植物蛋白過敏原的來源與種類、致敏作用、抗原表位及性質、脫敏方法等開展深入系統的研究具有重要的意義。本文在梳理主要植物蛋白來源、加工方法和營養功能特性的基礎上，針對植物蛋白中含有的主要過敏原種類、致敏作用、抗原表位及影響因素、降低致敏性的途徑和方法等方面進行了整理和分析，以期為植物蛋白過敏原的檢測分析提供基礎，為評估植物蛋白過敏原的潛在風險以及開發低致敏性的植物蛋白品種提供參考。

1 植物蛋白的來源與性質

植物蛋白來源于植物，是具有多種生理和營養功能的優良蛋白質來源之一。從營養學角度大致可分為兩類：一類是完全蛋白質，如大豆蛋白質，是一類含有各種必需氨基酸且比例適宜的蛋白質；另一類是不完全蛋白質，如谷類蛋白質，是指缺乏某一種或幾種必需氨基酸的蛋白質。

目前我國植物蛋白主要是以各類富含蛋白質的植物為原料經過加工得到，具有蛋白質含量高、氨基酸組成均衡等特點。其中，最為重要的來源有豆類、谷類和堅果類，主要品種有大豆蛋白[3,7-12]、小麥蛋白[4,13-16]和花生蛋白[5,17]等，還有一些牧草類、種籽類等來源的植物蛋白。根據應用目的、加工方法和工藝的不同，各類植物蛋白的特性各有側重，有的偏重營養性價值，有的偏重功能性價值。一些主要植物蛋白的來源、蛋白含量、加工方法、營養與功能特性、應用情況等見表1。

表1 續植物蛋白的種類、加工方法及營養功能特性

表1 植物蛋白的種類、加工方法及營養功能特性

1.1 大豆蛋白

大豆含蛋白質高達36%～40%，氨基酸組成較為合理，在機體內的利用率較高，是品質優良的植物蛋白。同時大豆中含有18%～22%的油脂和20%～30%的碳水化合物，故其兼有油脂資源和蛋白質資源的特點，且膽固醇含量極低，具有很高的營養價值。大豆蛋白產品主要分為脫脂大豆粉（Defatted soy flour，DSF）、大豆濃縮蛋白（Soy protein concentrate，SPC）和大豆分離蛋白（Soy protein isolate，SPI）等。其中大豆分離蛋白的蛋白質含量高達90%，是營養價值最高的大豆蛋白產品[7,12]。

1.2 小麥蛋白

小麥蛋白屬于谷類蛋白，谷類一般含蛋白質6%～10%，屬于不完全蛋白質。谷物來源的蛋白質中缺少賴氨酸，單獨使用時不能維持機體的氮平衡和生長發育需求。小麥蛋白的組成較為復雜，依據其在不同溶劑中的溶解度差異分為4類，分別為可溶于水的清蛋白（占5%～15%）、溶于稀鹽溶液的球蛋白（3%～10%）、溶于乙醇的醇溶蛋白（35%～45%）和溶于稀堿的谷蛋白（40%～50%）。其中麥谷蛋白和麥醇溶蛋白也稱為小麥面筋蛋白（Wheat gluten protein，WGP），存在于胚乳中，是洗去小麥粉中的淀粉及其他可溶性物質后的面筋粉體，約占小麥蛋白總量的75%～85%[13-16]。

1.3 花生蛋白

花生蛋白屬于完全蛋白，含有豐富的氨基酸，包含人體必需的8種氨基酸，其中蛋氨酸含量稍低，賴氨酸、蘇氨酸、色氨酸的含量接近聯合國糧農組織（FAO）規定的標準，其他4種氨基酸的含量超過此標準。花生蛋白的功能接近大豆蛋白，且其所含的不消化糖、棉籽糖和水蘇糖含量僅為大豆蛋白的1/7，故不產生食用大豆蛋白后出現的腹脹和嗝氣等反應，比大豆蛋白更易吸收和利用，可起到改善食品和飼料品質、強化營養等作用[5,17]。

1.4 其他植物蛋白

我國植物蛋白資源豐富，除了上述主要植物蛋白種類之外。其他來源的植物蛋白還有玉米蛋白[18-20]和藜麥蛋白[21-22]（谷類蛋白）、核桃蛋白[23-24]和杏仁蛋白[25-26]（堅果類蛋白）、豌豆蛋白[27-28]和蕓豆蛋白[29-30]（豆類蛋白）、苜蓿葉蛋白[31-33]（牧草類蛋白）、棉籽蛋白[34-36]、油菜籽蛋白[37-38]（種籽類蛋白）和雙孢蘑菇蛋白[39]（食用菌類蛋白）等。

2 植物蛋白過敏原的主要種類

過敏原是指能夠刺激機體選擇性激活免疫細胞，誘導機體產生特異性免疫球蛋白E（IgE），引起過敏反應的抗原性物質，又稱為致敏原或變應原。過敏原在自然界中廣泛存在，據文獻報道，90%以上的食物過敏是由大豆、花生、小麥、堅果類、水果類、奶類、禽蛋類和水產品類等所引起，除后3種外其他均為植物性過敏原。目前已鑒定的絕大多數植物性過敏原都是分子量為10～100 ku的蛋白質或糖蛋白物質[40-41]。其中最常見的大豆、谷物、堅果等植物性過敏原所占比例最大。隨著植物蛋白資源的廣泛深入開發與利用，由植物蛋白中的過敏原所引發的各類潛在風險也不斷增加。目前，國內外對植物蛋白過敏原的關注和研究主要集中在大豆、花生和小麥等品種上，對這些植物蛋白中的過敏原種類及其致敏作用特點等開展了大量的研究。

花生在西方國家是引起食物過敏反應比例最高的食物之一，會引起人及畜禽產生嚴重甚至是致命的過敏反應，對其過敏原的研究較為深入。世界衛生組織-國際免疫學聯合會（WHO-IUIS）收錄的花生過敏原共有17種，分別命名為Ara h 1～17。其中Ara h 1、Ara h 2、Ara h 3和Ara h 6被鑒定為主要過敏原，Ara h 1約占花生總蛋白的12%，是花生中豐度最高的過敏原，且90%的花生過敏患者血清中都能夠檢測到Ara h 1的特異性抗體[42-43]。

大豆中發現的過敏原超過40種，其中已經鑒定且經致敏原數據庫（http://www.allergenonline.org/）收錄的大豆過敏原有12種，分別為Gly m 1～6、Gly m Bd 28K、Gly m Bd 30K和Gly m Bd 60K等。其中Gly m 5和Gly m 6被認為是大豆的主要過敏原，在歐洲地區，30%～50%的大豆過敏是由這兩種過敏原引起；Gly m Bd 30K能被65%的大豆過敏患者的血清識別，認為是大豆中致敏性最強的過敏原[44-45]。

小麥中已發現有70多種蛋白質可致敏，但是只有部分蛋白質被明確鑒定，根據國際免疫學會命名委員會公布的數據，小麥過敏原共有18種，主要為Tri a 12、Tri a 14、Tri a 17～21、Tri a 25～28、Tri a 36～37和Tri a 40～45。其中Tri a 14、Tri a 19和Tri a 36是小麥的主要過敏原，Tri a 14是小麥中引起哮喘癥和鼻炎等過敏反應的主要過敏原，Tri a 19和Tri a 36是導致小麥運動激發過敏癥的主要過敏原[46-47]。

3 植物蛋白過敏原的致敏作用

植物蛋白過敏原能引起人和一些動物發生明顯的Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅳ型過敏反應，其中以Ⅰ型過敏反應最為常見。植物蛋白致敏的機制復雜，目前對其引發的主要病理環節及免疫機制有所認識，但其病理過程的具體環節尚未完全闡明，一般情況下將過敏反應分為致敏階段和效應階段。當植物蛋白過敏原進入消化系統后，激活胃腸道免疫反應產生IgE，與肥大細胞和嗜堿性粒細胞膜上特異性受體結合，使機體處于致敏階段。當機體再次接觸過敏原時，誘導細胞脫顆粒從而釋放各類炎性介質，引發消化系統或全身性的各種變態反應[48-50]。植物蛋白過敏原引發的過敏反應尤其在動物幼齡階段容易發生，主要是因為幼齡動物的胃腸道屏障和腸黏膜發育尚未健全，通過食入途徑進入機體的植物蛋白未能充分良好地得到消化分解，其中的過敏原類物質容易引發以消化系統癥狀為主的各類過敏反應[51-52]。

植物蛋白來源不同、過敏原種類復雜，不同類別的植物蛋白過敏原都有可能致敏，其對不同人群或者動物分別產生不同的致敏性和致敏機制，同時由于致敏途徑不同，人或畜禽種類及器官組織反應性不同等因素均會影響機體表現出不同的過敏反應癥狀，有些變態反應發病迅速，有的起病延遲。植物蛋白過敏原誘發的過敏病癥及機制非常復雜，通常涉及機體多個系統，出現包括胃腸道、呼吸道、皮膚、中樞神經系統及全身各類過敏反應癥狀。

常見的大豆、小麥和花生等來源的植物蛋白過敏原會引起各類胃腸道過敏反應或皮膚過敏反應，主要癥狀有惡心、嘔吐和腹瀉等過敏性胃腸炎癥狀，口舌和咽部出現紅斑和腫大等局部過敏癥狀，有時非常嚴重甚至致命。大豆蛋白過敏原引發的過敏病癥主要有過敏性結腸炎、蕁麻疹等。在畜禽生產中，由于大豆蛋白過敏原引起的日糧過敏反應可導致仔豬和犢牛等的腹瀉、腸黏膜細胞增生甚至死亡等嚴重過敏狀況[51-52]。大豆蛋白過敏原對斷奶仔豬和犢牛的致敏作用，通常經歷一段過敏時期會引起小腸絨毛萎縮、脫落及隱窩增生等腸道損傷，養分消化率下降，產生腹瀉等過敏反應，并且大豆蛋白產生的過敏反應對犢牛的影響更普遍。花生蛋白過敏原引發的致敏作用主要涉及胃腸道，表現為口周皮膚和口咽黏膜等局部的過敏反應，其他的過敏靶器官還涉及皮膚和呼吸系統，花生過敏有時可引起過敏性休克，甚至危及生命[53]。小麥蛋白過敏原引發的常見病癥有乳糜瀉、小麥運動激發過敏癥、哮喘癥、鼻炎和特異性皮炎等[54]。

目前國內外針對各類植物蛋白原料來源的過敏反應仍是采用避免接觸和禁止食入過敏原為主要的防控手段，或者通過使用抗過敏藥物緩解過敏癥狀，也有很多研究集中于植物蛋白品種的選育改良、蛋白加工工藝和方法改進、降低致敏性或脫敏技術開發等方面。

4 植物蛋白過敏原的抗原表位及影響因素

植物蛋白過敏原的致敏性和引發的各類過敏癥狀是由于其所包含的抗原表位的結構和性質決定的。過敏原蛋白的抗原表位即抗原決定簇，是蛋白抗原結構表面的可引起機體產生抗體或與免疫細胞結構中抗原受體產生結合的基本結構單元區域，其結構一般由5～17個氨基酸殘基或5～7個多糖殘基或核苷酸組成。按照其免疫特性和結構有兩種分類方法，一種是依據其被T細胞或抗體的特異性識別將其分為T細胞表位和B細胞表位，另一種是依據其結構的連續性將其分為線性表位和構象性表位[43,55]。植物蛋白過敏原并不是通過完整分子引發過敏反應，而是通過過敏原表位與抗體產生免疫反應，過敏原的抗原表位是其抗原性及抗原抗體反應的基礎，其作用是與抗體結合引起過敏反應，表位組成和空間構型等特征決定了抗原的特異性。有研究表明構象性表位為過敏原蛋白表位的90%以上，占絕對優勢，故過敏原抗原表位的空間結構對其致敏性能的影響最大[56-57]。對植物蛋白過敏原的抗原表位結構與性質進行研究是深入開展其致敏性、致敏機制、脫敏技術、開發低致敏性品種及研究相關過敏疫苗的重要基礎。

植物蛋白過敏原一般具有一定程度的耐熱性和耐酸堿性，對胃酸和胃腸液中的消化酶有耐受性等。但是植物蛋白過敏原的抗原表位空間結構很不穩定，抗原表位的組成、數目、性質和空間構型決定了抗原的特異性，其所處的環境因素變化，如溫度、pH和離子強度等，對其二級結構和空間構象影響較大，可改變抗原表位的結構，導致其抗原性發生變化，外界環境變化或者植物蛋白制備加工過程的工藝條件等因素會對植物蛋白過敏原的數量和空間結構產生影響，進而引起一些相應特性的改變[58-59]。比如品種多樣的花生加工工藝可直接影響到花生蛋白的致敏性、分子聚集特性、消化吸收特性、乳化性和起泡性等加工特性[60]。可以通過研究各種工藝條件對植物蛋白過敏原的抗原表位空間結構影響而引起相應性質變化的規律，來探索能夠定向影響植物蛋白過敏原抗原表位結構及其抗原特性和致敏作用的技術方法，從而為消減或降低植物蛋白過敏原致敏性的技術開發提供基礎和依據。

5 降低植物蛋白過敏原致敏性的途徑與方法

植物蛋白過敏原表位結構及其相應的生物學特性直接影響過敏原與抗體結合程度，從而對其致敏性和程度產生影響。一般認為植物蛋白過敏原表位的致敏結合位點如果受到影響或被破壞，有助于降低其致敏性。因此，可以通過對各類植物蛋白的制備加工工藝進行改進，從而篩選和構建消減技術以降低其過敏原蛋白的致敏性，已有大量文獻報道針對各類植物蛋白過敏原的加工技術研究[61-67]。

目前應用的能夠降低和消減植物蛋白過敏原致敏性或脫敏處理的方法有很多種，可歸納為物理方法、化學方法和生物技術方法三類。物理方法主要有熱處理法、超高壓法、輻照法、高壓脈沖電場法和超聲波法等；化學法主要有糖基化法（美拉德法）、甲基化修飾和蛋白磷酸化法等；生物技術方法主要有酶解法、酶交聯法、發酵法和基因工程法等。熱處理等物理方法在消減過敏原致敏性的同時，也可能會對植物蛋白的營養特點和功能特性產生一定的影響。鹽析法等化學方法因為在加工處理過程中引入化學試劑或由于試劑殘留而存在潛在的安全隱患。酶解和發酵等生物技術方法因其處理效率高和污染小近年來被廣泛應用，在改善致敏性的同時也會對一些植物蛋白的特性產生影響。現階段單一的處理方法和技術改性通常可能無法達到預期的脫敏效果，多種方法的聯合應用研究為開發低致敏性或者無致敏性植物蛋白提供了有益的探索和參考。一些常用的致敏性消減和脫敏處理方法、基本原理、在植物蛋白過敏原脫敏中的主要應用及其特點與局限等情況見表2。

表2 續一些常用的致敏性消減技術方法及其在植物蛋白過敏原脫敏中的應用

表2 一些常用的致敏性消減技術方法及其在植物蛋白過敏原脫敏中的應用

6 小結

植物蛋白資源豐富，具有良好的營養特性與功能特性，其在食品加工和飼料工業等領域的應用日益增加。但同時植物蛋白過敏原所引發的人和畜禽等的過敏事件也越來越多，在植物蛋白原料及產品安全方面存在潛在的風險。目前國外對植物蛋白過敏原的來源、結構、致敏機制和降低過敏性的技術方法等方面開展了越來越豐富的研究，我國相關研究處于起步階段，可充分借鑒相關研究進展，深入開展植物蛋白過敏原抗原表位結構、致敏機制等應用基礎研究，研究各類蛋白致敏性消減技術，開發品種豐富的低致敏產品，在植物蛋白相關產業的發展中展示出巨大的應用開發潛力。