超高壓技術(shù)對水產(chǎn)品過敏原消減的研究進(jìn)展

張 悅，胡志和

（天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津300134）

超高壓技術(shù)在食品中的應(yīng)用研究已經(jīng)有100多年的歷史了，早在1899年，美國的化學(xué)家Hite[1]就發(fā)現(xiàn)450MPa的高壓能延長牛乳的貯藏期。之后也有許多研究證實(shí)超高壓技術(shù)對各種食品的殺菌效果。1914年P(guān) W Bridgeman[2]提出在500MPa的靜水壓下蛋白質(zhì)可變性凝固，在700MPa靜水壓下可形成凝膠，他憑借此研究獲得了1946年諾貝爾物理學(xué)獎。但是由于超高壓技術(shù)上的難題以及當(dāng)時各方面的條件，這些研究成果沒有引起食品工業(yè)的足夠重視[3]。直到1986年，在日本京都大學(xué)的林立丸教授的倡導(dǎo)下，日本開始研究超高壓技術(shù)用于殺滅食品中的微生物的方法，在此之后，日本的許多研究人員對超高壓應(yīng)用于食品工業(yè)進(jìn)行了研究，在他們的共同努力下，第一批超高壓食品——果醬（7個風(fēng)味系列）問世，引起了日本加工業(yè)的轟動。由于超高壓技術(shù)在日本的成功應(yīng)用，迅速引起了美國及歐洲其他國家的高度重視，他們對高壓加工食品的原理、方法、技術(shù)條件等進(jìn)行了深入而廣泛的研究，并且進(jìn)一步擴(kuò)大了研究的深度和廣度[4]。美味的水產(chǎn)品是人們?nèi)粘＋@取優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的重要來源之一，其營養(yǎng)價值高，富含人體的必需氨基酸[5-7]，但由于其被列入世界糧農(nóng)組織公布的八大食物過敏原[8]，使很多過敏人群無法享受這些美味。傳統(tǒng)的水產(chǎn)品加工方式如蒸煮、油炸等，不僅會破壞水產(chǎn)品中的色素、風(fēng)味物質(zhì)等小分子，導(dǎo)致大量營養(yǎng)物質(zhì)和活性成分流失、產(chǎn)生毒素[9]，對致敏原的消除效果也不是十分理想。本文介紹了超高壓技術(shù)的基本原理，并綜述了水產(chǎn)品中過敏原的主要性質(zhì)，以及超高壓技術(shù)在各類水產(chǎn)品過敏原消減方面的研究進(jìn)展。由于目前超高壓技術(shù)在水產(chǎn)品過敏原的消減方面還沒有商業(yè)化，所以研究的資料和數(shù)據(jù)都有限，但相信隨著科技的進(jìn)步，超高壓技術(shù)在水產(chǎn)品加工方面的研究一定會越來越深入。

1 水產(chǎn)品中過敏原性質(zhì)

隨著社會進(jìn)步和發(fā)展，由過敏導(dǎo)致的疾病越來越多。全世界約有30%～40%的疾病由過敏引起，且發(fā)病率和死亡率呈逐年上升的趨勢[10]。其中由食物造成的過敏疾病會對人體產(chǎn)生重要影響，常見的臨床癥狀有皮膚、呼吸道、胃腸道以及心血管系統(tǒng)的不適，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致休克和死亡[11]。到2005年9月12日已被IUIS（International Union of Immunological Societies）認(rèn)定的食物過敏原共有127種，其中動物產(chǎn)過敏原有22種，植物過敏原有105種[11]。水產(chǎn)品就是其中的一類重要的過敏原，因?yàn)榻┠陣鴥?nèi)外有關(guān)食用魚、蝦、蟹類等水產(chǎn)品導(dǎo)致過敏的報道屢見不鮮。

過敏指的是機(jī)體和某一物質(zhì)（抗原或過敏原）接觸以后。使機(jī)體對這種物質(zhì)的反應(yīng)增強(qiáng)，當(dāng)機(jī)體再與這種物質(zhì)接觸的時候，抗原就會與體內(nèi)對應(yīng)的抗體反應(yīng)，從而刺激機(jī)體細(xì)胞放出5-羥色胺和組織胺等活性物質(zhì)，使機(jī)體的血管通透性增強(qiáng)，導(dǎo)致機(jī)體的組織滲出，產(chǎn)生水腫，作用于呼吸道、腸道、皮膚等，從而引起一系列的過敏癥狀[12]。水產(chǎn)品的過敏也是同樣的道理，大都是由IgE介導(dǎo)免疫引起的速發(fā)型過敏反應(yīng)[13]。由于水產(chǎn)品有許多不同的過敏組分，因此，導(dǎo)致人體過敏的水產(chǎn)品過敏原可能是主要致敏組分（major allergen），也可能是次要致敏組分（minor allergen）。水產(chǎn)品中的過敏原對人的影響很大，而且大多不會隨著年齡增長而消失或減退[14]。

水產(chǎn)品中的過敏原有很多，有些是一種過敏原引起過敏，有些是多種過敏原引起的?？茖W(xué)研究證實(shí)輻照、高壓、加熱等技術(shù)可以促進(jìn)生物大分子的降解、交聯(lián)和分子構(gòu)象的改變，降低蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性，破壞其抗原決定簇，從而降低過敏原帶來的致敏性[15]。1971年，Aas和Elsayed等[16-22]成功的從鱈魚中分離出了導(dǎo)致過敏的過敏原Gad c1，并進(jìn)一步證實(shí)大多數(shù)魚類的過敏原屬于小清蛋白。研究表明當(dāng)外界溫度達(dá)到100℃加熱30min時，小清蛋白幾乎不會發(fā)生降解；在pH=2.0的緩沖液中小清蛋白就會發(fā)生明顯降解，但在pH=3.0～11.0時就不會發(fā)生明顯變化；在模擬胃液消化實(shí)驗(yàn)中，小清蛋白5min時就發(fā)生明顯降解，在15min時基本會降解完全[23]。近十幾年，國內(nèi)外對水產(chǎn)品中甲殼類及軟體動物的研究越來越多，各種不同的研究都表明，這兩類水產(chǎn)品的主要過敏源都是原肌球蛋白[24-30]。原肌球蛋白是來自肌肉組織中的一種結(jié)構(gòu)蛋白，大多數(shù)為水溶性。它由兩個不同的亞基團(tuán)（α肽鏈）相互纏繞形成超螺旋結(jié)構(gòu)。是一種糖蛋白，分子量大約為34～38ku，等電點(diǎn)為4.5，過敏性很穩(wěn)定并且耐高溫[31]。同時，原肌球蛋白對蛋白酶和酸的作用也有一定耐受性，因此采用常規(guī)的加工方法如蒸煮、加熱等均不能有效降低其致敏性。當(dāng)壓力在200MPa以上時蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)會發(fā)生顯著變化，壓力高于700MPa時會使二級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并造成非可逆變性[32]。

2 超高壓技術(shù)對魚類過敏原的消減

魚類是人們?nèi)粘ｏ嬍持胁豢扇鄙俚拿朗持?，但有很多人也因?yàn)槭秤敏~類導(dǎo)致過敏。根據(jù)研究表明，各種魚類（包括海水魚和淡水魚）的主要過敏原是一種廣泛存在于肌肉組織中的叫做小清蛋白的蛋白質(zhì)[22，33-34]。它是一種存在于細(xì)胞內(nèi)的水溶性鈣結(jié)合蛋白，其等電點(diǎn)約為4.1～5.2[35]。農(nóng)小獻(xiàn)等[34]的研究顯示，通過X-射線衍射譜分析和主序列的數(shù)據(jù)說明鯉魚小清蛋白的三級結(jié)構(gòu)包含了6個α螺旋，并兩兩形成相同的蛋白模體。同時，大量的質(zhì)譜及圓二色譜的測試顯示，小清蛋白結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性取決于其與Ca2+結(jié)合時產(chǎn)生的重折疊能力和構(gòu)象的差異。此外，國外的研究學(xué)者對鯛魚[35]、鯖魚[36]等中的小清蛋白結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行的研究。

超高壓技術(shù)主要作用于蛋白質(zhì)的三、四級結(jié)構(gòu)的非共價鍵，王章存和徐賢[37]通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)作用壓力超過200MPa時，蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)就會發(fā)生顯著變化。同時，超高壓的作用還可以提高肌原纖維蛋白的溶解性。因此，通過200MPa以上的超高壓作用就可以將魚肌肉組織中的小清蛋白三級結(jié)構(gòu)破壞，使組織發(fā)生改變，以此來消減小清蛋白的致敏性。

國內(nèi)的蔡秋鳳、郭城等[38]就以白鰱為原料，將其進(jìn)行超高壓處理，并通過Tricine-SDS-PAGE、Western blot和c-ELISA法檢測小清蛋白的含量和免疫活性，最終發(fā)現(xiàn)經(jīng)高壓處理的樣品中小清蛋白的含量明顯減少，并且用Western blot也檢測不到其免疫活性。這說明超高壓技術(shù)相對于其他的烘烤、蒸煮、油炸等加工方式對小清蛋白的結(jié)構(gòu)影響最大，使其三級結(jié)構(gòu)遭到破壞，與Ca2+結(jié)合能力變差，才導(dǎo)致小清蛋白的免疫活性降低的最多，從而達(dá)到了對魚類過敏原消減的效果。此外，國外的Pan[39]從羅非魚中分離純化出了一種膠原蛋白和它的兩個亞基（α1和α2），并且證明了這種蛋白具有IgE的結(jié)合活性，也就是說這種膠原蛋白及其兩個亞基也具有致敏性。Liu[40]在武昌魚中又發(fā)現(xiàn)了2種新的過敏原—烯醇酶和肌酸激酶，并通過雙向結(jié)合質(zhì)譜的分析方法鑒定出著兩種酶也會導(dǎo)致人過敏。由于超高壓可以破壞蛋白質(zhì)的三四級結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致酶類失活，那么采用適當(dāng)?shù)母邏鹤饔糜诹_非魚和武昌魚時，其中的膠原蛋白、烯醇酶和肌酸激酶的結(jié)構(gòu)和活性一定會受到影響甚至失去活性。

經(jīng)過超高壓處理的樣品可以通過酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA法）檢測其變態(tài)反應(yīng)原性的強(qiáng)弱，國外學(xué)者[41-42]研制出了用于檢測抗鯰魚和鱈魚小清蛋白的抗體，并采用ELISA方法檢測處理后魚體中小清蛋白的含量。

3 超高壓技術(shù)對甲殼類過敏原消減的研究

隨著人們對鮮美食物的追求，甲殼類的海產(chǎn)品越來越受到人們的喜愛，也是我們攝入的優(yōu)質(zhì)蛋白來源之一。我們?nèi)粘Ｊ秤米疃嗟募讱ゎ惡．a(chǎn)品主要是指蝦類和蟹類。研究表明，蝦類中導(dǎo)致人過敏的主要過敏源為原肌球蛋白[43-44]。Helfe等[45]在選取了雪蟹肉的提取物和18個過敏血清樣本進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)果有十個樣本和分子量為25～45ku的蛋白條帶特異性作用顯陽性。據(jù)Leung等[23]的闡述，第一個被鑒定出的蟹類的主要過敏源蛋白的分子量為34ku。并且Leung等[46]認(rèn)為這種過敏是由肌肉蛋白原肌球蛋白引起的。這也就表明，像龍蝦、蟹類等甲殼類海產(chǎn)品的主要過敏原也是原肌球蛋白。原肌球蛋白是生物體內(nèi)肌原纖維的細(xì)肌絲中與肌動蛋白結(jié)合的一種結(jié)構(gòu)蛋白，是一種耐高溫的糖蛋白[47]，分子量約為35～38ku，等電點(diǎn)為4.5[48]。它的空間結(jié)構(gòu)由兩個亞甲基組成，其中每個亞甲基呈α螺旋結(jié)構(gòu)，同時與另一個亞甲基纏繞形成超螺旋的結(jié)構(gòu)。超高壓技術(shù)能夠改變分子內(nèi)和分子間的非共價鍵作用從而影響生物的大分子結(jié)構(gòu)。董曉穎等[49]就通過100～500MPa間的不同高壓作用于蝦過敏蛋白。結(jié)果表明，壓力在100～400MPa之間時，通過間接酶聯(lián)免疫的檢測發(fā)現(xiàn)蝦中的致敏蛋白活性隨著壓力的增大而降低，這也許是由于隨著壓力的增大使原肌球蛋白的結(jié)構(gòu)不斷遭到破壞，過敏源的表位被覆蓋導(dǎo)致了致敏性的下降。但當(dāng)壓力增大到500MPa以上時，對致敏性的抑制效果反而不明顯，這也許是由于過大的壓力使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)再一次發(fā)生變化，導(dǎo)致過敏源的表位又顯露出來，所以過敏性反而增強(qiáng)。謝丹丹[50]在利用超高壓技術(shù)消減蝦肉中過敏時的結(jié)果也顯示，當(dāng)壓力為200MPa，40℃，保壓時間為35min時對過敏源的消減效果最好。說明在這個壓力條件下蛋白質(zhì)的空間結(jié)果被破壞的程度最大，過敏源的表位也最大程度的遭到破壞或者掩蓋，因此對過敏性消減的效果也最好。國外的Kim等[51]的研究也顯示超高壓技術(shù)對蝦類的過敏源消減有一定作用。集美大學(xué)的余惠琳、曹敏杰等[52]通過蒸煮結(jié)合超聲波及超高壓的方法處理蟹類過敏原的研究表明，經(jīng)超高壓處理的蟹類過敏原—原肌球蛋白的致密活性下降最多，并經(jīng)過免疫印跡和抑制性ELISA檢測結(jié)果均顯示超高壓處理過的原肌球蛋白致敏程度下降程度最大。這也說明了超高壓技術(shù)能夠破壞蟹類中原肌球蛋白結(jié)構(gòu)并降低其致敏性。

4 超高壓技術(shù)對軟體類過敏原消減的研究

軟體類的海鮮產(chǎn)品像魷魚、牡蠣、文蛤等十分美味，但也有一些人食用后產(chǎn)生過敏的現(xiàn)象。據(jù)研究表明，這是因?yàn)檐涹w動物的體內(nèi)有一種與甲殼類海產(chǎn)品相同的致敏蛋白—原肌球蛋白[53-54]，主要存在于軟體動物的肌纖維內(nèi)，并且不同的水產(chǎn)品中的原肌球蛋白具有著極高的相似性，也就是說，軟體類動物的原肌球蛋白仍具有與甲殼類動物原肌球蛋白相同的性質(zhì)，因此導(dǎo)致人食用后產(chǎn)生過敏現(xiàn)象。趙偉、楊瑞金等[55]通過采用超高壓技術(shù)處理牡蠣的研究發(fā)現(xiàn)，35℃以下、10min，在100～600MPa壓力下，鹽溶性蛋白質(zhì)隨汁液流出并且含量下降，這可能是由于壓力的增大導(dǎo)致牡蠣中的水分向外溶出，隨之將原肌球蛋白這種水溶性蛋白也從牡蠣內(nèi)部帶了出來。通過高壓處理，牡蠣流失液中的游離氨基酸也隨壓力的增大增多，這可能是由于壓力的增大引起牡蠣肉中的某些蛋白水解酶活力增強(qiáng)，這也許對原肌球蛋白的消減起到一定的作用。同時還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力為200MPa和400MPa時，牡蠣肉表面的肌原纖維逐漸消失，紋理不清且表面模糊，當(dāng)壓力增大到600MPa時，肌纖維的結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全消失且表面結(jié)構(gòu)致密。這說明在超高壓的作用下，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)已經(jīng)受到嚴(yán)重破壞，并且隨著壓力的不斷增大，蛋白分子間的靜電力和疏水相互作用受到影響，氫鍵斷裂，蛋白分子產(chǎn)生了不可逆的變性，過敏原的表位遭到破壞，從而起到了消減過敏原的作用。M Cruz-Romero等[56]也通過在20℃、10min、100～800MPa壓力范圍內(nèi)處理牡蠣的研究發(fā)現(xiàn)隨著壓力的升高，牡蠣中的灰分和蛋白質(zhì)含量都有所下降。

5 展望

經(jīng)超高壓技術(shù)處理過的食品，不僅能夠殺死其中的致病微生物，還可以達(dá)到消減過敏原的效果。不僅可以保持食品原有的風(fēng)味，并且營養(yǎng)成分損失較少，同時在不添加任何添加劑的前提下，還保證了食品外觀的完整性，令消費(fèi)者不僅得到了味覺上的享受，在視覺上也得到了滿足。但由于超高壓技術(shù)在食品加工方面的應(yīng)用才剛剛起步，除了少數(shù)產(chǎn)品已投入到商業(yè)化生產(chǎn)，大部分產(chǎn)品仍處于研究階段，尤其是在消除食品過敏原方面的應(yīng)用研究較少。目前，在我國將超高壓技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)品過敏原消減方面的研究還處于初級階段，而且在我國的消費(fèi)市場上也尚未出現(xiàn)應(yīng)用超高壓技術(shù)處理的水產(chǎn)品，這也許是由于應(yīng)用超高壓技術(shù)還不成熟，因此，還可以考慮將超高壓技術(shù)與其他技術(shù)（如酶處理、熱處理等）結(jié)合的加工方式來處理過敏性水產(chǎn)品，從而可以擴(kuò)大超高壓技術(shù)的應(yīng)用市場。當(dāng)前，在消費(fèi)者追求綠色、環(huán)保、安全的食品要求下，相信不斷研究并發(fā)展超高壓技術(shù)加工水產(chǎn)品的市場一定十分廣闊。

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