低致敏水產(chǎn)品加工技術(shù)研究進(jìn)展

周林杰，施文正，盧 瑛,*

（1.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306；2.農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評估實(shí)驗(yàn)室(上海)，上海 201306；3.上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海 201306）

食物過敏是指過敏人群對食物蛋白質(zhì)的異常免疫反應(yīng)，是當(dāng)前世界上影響兒童和成人健康的重要公共衛(wèi)生問題。食物過敏會(huì)對人體產(chǎn)生不良影響，過敏患者在攝入過敏食物后會(huì)逐漸發(fā)展為多器官綜合征，嚴(yán)重的食物過敏會(huì)導(dǎo)致休克甚至死亡[1]。據(jù)世界糧農(nóng)組織2017-2018 年調(diào)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(chǎn)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(chǎn)品，因此研發(fā)出低致敏性水產(chǎn)品對過敏人群和食品工業(yè)至關(guān)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(shù)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(shí)別過敏原，抑制過敏原引起的過敏反應(yīng)。采用不同消減加工技術(shù)生產(chǎn)出低致敏性的水產(chǎn)品，是水產(chǎn)品加工行業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢。本文對水產(chǎn)品主要過敏原、加工消減過敏原技術(shù)、低致敏產(chǎn)品開發(fā)現(xiàn)狀及趨勢進(jìn)行了概述,對低致敏性水產(chǎn)品的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

1 水產(chǎn)品主要過敏原

水產(chǎn)品中富含優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)和不飽和脂肪酸等營養(yǎng)物質(zhì)，易被人體消化吸收，是人們攝入營養(yǎng)物質(zhì)的重要來源，但同時(shí)也是引起食源性過敏的主要食品之一。水產(chǎn)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(wěn)定性蛋白，主要存在于各種魚類的肌漿蛋白中。據(jù)報(bào)道，人們對于魚和魚類制品的過敏反應(yīng)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(guān)，因此即使是過敏人群也可能因?yàn)槭秤肞V 含量低的魚類特定肌肉部位而無過敏反應(yīng)。不同魚類的PV 之間存在著免疫學(xué)交叉反應(yīng)，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(dòng)物肌肉和非肌肉細(xì)胞中的酸性糖蛋白，分子量范圍為34～38 kDa，屬于熱穩(wěn)定蛋白。TM 的結(jié)構(gòu)是相同α-螺旋結(jié)構(gòu)的兩個(gè)亞基纏繞在一起形成超螺旋結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)肌動(dòng)蛋白結(jié)合位點(diǎn)。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(dòng)物時(shí)會(huì)發(fā)生過敏反應(yīng)[7]。精氨酸激酶（arginine kinase，AK）是一種存在于動(dòng)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(dòng)物中。AK 屬于不耐熱型蛋白，在40～80 ℃的溫度下很不穩(wěn)定，會(huì)部分展開形成新的抗原表位可能會(huì)導(dǎo)致IgE 反應(yīng)性增強(qiáng)，而高于80 ℃時(shí)，AK 會(huì)完全展開隨后其免疫原性降低[7]。

除上述幾類主要水產(chǎn)品過敏原外，還有其他水產(chǎn)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(jié)合蛋白和血藍(lán)蛋白等[8]。

2 水產(chǎn)品過敏原的消減加工技術(shù)研究

據(jù)現(xiàn)有研究可知，水產(chǎn)品過敏原的消減加工技術(shù)可分為物理法、化學(xué)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(xué)法主要有美拉德反應(yīng)和酶法，生物法主要有微生物發(fā)酵和基因工程技術(shù)，其中，物理和化學(xué)兩類消減過敏原方法的研究較為成熟，相關(guān)報(bào)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(chǎn)品的過敏原具有消減效果，操作簡單且成本低，水產(chǎn)品經(jīng)熱處理一段時(shí)間，消減效果會(huì)因處理時(shí)間、加熱溫度和樣品破碎狀態(tài)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(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)熱處理后的魚類PV 結(jié)構(gòu)依然保持完整性，這是因?yàn)镻V 在冷卻后會(huì)恢復(fù)其原始構(gòu)象。此外，PV 在加熱條件下會(huì)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(shù)聯(lián)合輔助加熱，可以更好的消減水產(chǎn)品過敏原，采用熱處理聯(lián)合美拉德反應(yīng)來處理甲殼類水產(chǎn)品相比于單一的美拉德反應(yīng)，聯(lián)合加工技術(shù)可顯著降低甲殼類水產(chǎn)品的致敏性[12]。因大部分魚類過敏原是耐熱性蛋白質(zhì)，采用單一的熱處理對過敏原的消減效果一般，且會(huì)影響其原有的營養(yǎng)與風(fēng)味價(jià)值[13]，故熱處理聯(lián)合其他消減技術(shù)更適合于魚類過敏原的消減。熱處理所使用的極端溫度會(huì)破壞正常蛋白質(zhì)或引起非酶褐變，導(dǎo)致食品營養(yǎng)流失和風(fēng)味的改變，影響食品品質(zhì)，一般不建議使用熱處理消減水產(chǎn)品過敏原。

2.1.2 輻照處理 輻射處理水產(chǎn)品過敏原主要利用輻照使水產(chǎn)品內(nèi)部生成自由基，自由基易引起蛋白質(zhì)斷裂和聚集，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的二級和三級結(jié)構(gòu)改變，破壞過敏原與IgE 的結(jié)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(jié)果顯示蝦TM 與IgE 結(jié)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(fā)現(xiàn)只有當(dāng)輻射劑量達(dá)到10 kGy 以上，蝦的致敏性才會(huì)降低，且輻照劑量控制在一定范圍內(nèi)，不會(huì)破壞食品的營養(yǎng)成分[15]。同時(shí)，輻照消減水產(chǎn)品的過敏原是安全可靠的，目前還未有輻照處理食品產(chǎn)生有害物質(zhì)的報(bào)道[16?17]，在實(shí)際加工應(yīng)用中，輻照技術(shù)多與其他加工技術(shù)聯(lián)合使用，以增強(qiáng)水產(chǎn)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(shù),通過特殊的惰性氣體在燈管內(nèi)部以脈沖形式激發(fā)處理的紫外線。PUV通過誘導(dǎo)過敏蛋白發(fā)生聚集作用，使其構(gòu)象表位喪失，達(dá)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(fā)現(xiàn)蝦TM 與IgE 結(jié)合能力和致敏性均降低。Yang 等[20]將經(jīng)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(fā)現(xiàn)消化后蝦TM 與IgE 結(jié)合能力降低了30%。PUV 作為一種新型水產(chǎn)品過敏原消減技術(shù)，消減效果明顯且在大多情況下是不可逆的，但有時(shí)經(jīng)PUV 處理后，食物中殘留肽的重新結(jié)合可能會(huì)形成新的蛋白質(zhì)聚集體，這可能會(huì)形成更多新構(gòu)象的過敏原表位，反而增強(qiáng)水產(chǎn)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(shù)是一種新型食品加工技術(shù)，與傳統(tǒng)加工方法相比耗能更低，反應(yīng)溫度更低。作為第四種物質(zhì)狀態(tài)，等離子體是一種部分電離的氣體，可與蛋白質(zhì)發(fā)生相互作用改變其構(gòu)象，而等離子活性物質(zhì)誘導(dǎo)水產(chǎn)品過敏原蛋白二級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這或許是其降低水產(chǎn)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(huì)加速食品的脂質(zhì)氧化和破壞維生素，降低食品品質(zhì)，因此在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，需進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)電壓和頻率來減少對水產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響。

2.1.5 超聲處理 超聲處理會(huì)引起食品內(nèi)部空腔發(fā)生周期性生成和塌陷，這些塌陷的空腔周圍會(huì)形成高壓和高溫的局部區(qū)域，導(dǎo)致過敏蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生構(gòu)象變化，進(jìn)而影響致敏性[24]。Li 等[25]研究高強(qiáng)度超聲（high intensity ultrasound，HIU）對蝦TM 與IgE 結(jié)合能力的影響，分別在0 ℃和50 ℃下用高強(qiáng)度超聲（30 Hz，800 W）處理1.5 h，發(fā)現(xiàn)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(shí)間和溫度對過敏原消減效果有一定影響。Zhang 等[26]研究發(fā)現(xiàn)HIU 處理后的TM 會(huì)發(fā)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(jìn)行超聲和酶法處理，發(fā)現(xiàn)單一使用超聲方法，并不能降低蝦的致敏性，這可能是因?yàn)镠IU 只能使過敏蛋白表位暴露，與酶發(fā)生反應(yīng)才會(huì)消減過敏蛋白。超聲對消減過敏蛋白無毒害作用，且可促進(jìn)其他加工消減作用更好地滲透到食物系統(tǒng)中，改變過敏原蛋白構(gòu)象，降低致敏性。如劉妍妘等[28]采用超聲聯(lián)合高溫處理大黃魚魚卵蛋白后，發(fā)現(xiàn)過敏原結(jié)構(gòu)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(chǎn)品過敏蛋白會(huì)發(fā)生變性或聚集作用，蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)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(jié)果顯示過敏原的構(gòu)象被改變，TM 與IgE 的結(jié)合能力降低了73.59%。但采用高壓處理對水產(chǎn)品過敏蛋白的消減還有待進(jìn)一步研究，董曉穎等[30]在對蝦過敏原致敏性的研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)100～500 MPa 的壓力處理后，蝦的致敏性先降低后增加，在400 MPa 時(shí)致敏性最低。這可能是因?yàn)檫^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(xù)增加蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生可逆變化，致敏性一定程度上發(fā)生恢復(fù)。高壓技術(shù)與其他加工技術(shù)組合使用能夠增強(qiáng)對水產(chǎn)品致敏蛋白的消減作用，有研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)高壓結(jié)合酶法處理的蝦肉的過敏原性消減率達(dá)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(chǎn)品的致敏性，又因其加工特性可以保持水產(chǎn)品原有的風(fēng)味和營養(yǎng)，故是一種值得推廣的過敏原消減技術(shù)。

2.2 化學(xué)法

2.2.1 美拉德反應(yīng) 美拉德反應(yīng)是食物中蛋白質(zhì)或氨基酸和還原糖之間發(fā)生的一系列復(fù)雜反應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)美拉德能夠?qū)^敏蛋白的免疫活性產(chǎn)生影響[32]。美拉德反應(yīng)可修飾過敏蛋白上一些與IgE 結(jié)合的關(guān)鍵氨基酸表位，利用美拉德反應(yīng)能夠降低青蟹的TM 的致敏性[33]。還有研究發(fā)現(xiàn)魚類PV 通過美拉德反應(yīng)可對賴氨酸殘基進(jìn)行糖基化修飾，PV 的致敏性也會(huì)降低[34]。美拉德反應(yīng)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(fā)生美拉德反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)TM 的致敏性并沒有降低[36]，而以葡萄糖為底物會(huì)顯著降低TM 的致敏性[37]。此外，研究發(fā)現(xiàn)美拉德反應(yīng)過程中可能會(huì)導(dǎo)致形成新的致敏化合物或新的過敏原[38]。美拉德反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)對水產(chǎn)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(yīng)條件（如時(shí)間）來增強(qiáng)其消減效果。

2.2.2 酶法 目前應(yīng)用于水產(chǎn)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(jié)構(gòu)，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(huì)形成新的過敏表位中心[41]，增強(qiáng)食品的致敏性。與其他消減技術(shù)相比，酶法處理由于其高效和環(huán)保等特性而被廣泛應(yīng)用，被認(rèn)為是一種適用于低致敏性食品開發(fā)的消減技術(shù)，但酶法也存在特異性強(qiáng)，需要特定的反應(yīng)溫度和pH 條件，以及給食品風(fēng)味帶來負(fù)面影響等缺點(diǎn)。為減少這些缺點(diǎn)的影響，酶法消減多與其他加工消減技術(shù)組合使用，以在保證產(chǎn)品品質(zhì)前提下，達(dá)到更好的消減效果。

2.3 生物法

2.3.1 發(fā)酵法 發(fā)酵法是重要的食品加工工藝，通過微生物發(fā)酵可修飾和破壞過敏原蛋白的線性和構(gòu)象表位，達(dá)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(jìn)行發(fā)酵加工處理，結(jié)果表明TM 含量和免疫活性均降低。Zhu 等[43]研究發(fā)酵菌種對發(fā)酵魚過敏原的免疫學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)與木糖葡萄球菌和釀酒酵母菌相比，植物乳桿菌發(fā)酵降低IgE的結(jié)合能力的效果最佳，且對魚的品質(zhì)無明顯影響；Gao 等[44]研究發(fā)酵對鱸魚免疫活性的影響，采用木糖葡萄球菌發(fā)酵60 h 后，發(fā)現(xiàn)海鱸魚PV 與IgE 結(jié)合能力顯著降低，同時(shí)也更易被胃蛋白酶降解。與傳統(tǒng)的物理化學(xué)法消減水產(chǎn)品過敏原相比較，發(fā)酵法在降低過敏原的同時(shí)，還能改善水產(chǎn)品的風(fēng)味營養(yǎng)，其應(yīng)用前景更為廣闊，但要注意選擇合適的發(fā)酵菌種和發(fā)酵時(shí)間。

2.3.2 基因工程 基因工程技術(shù)是從基因的角度出發(fā)，通過改變或消除關(guān)鍵抗原表位的編碼基因，導(dǎo)致編碼基因不能正常參與蛋白表達(dá)過程，從而影響食品的致敏性[45]。有研究通過定點(diǎn)誘變和表位缺失構(gòu)建了兩種經(jīng)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(nèi)和體外與IgE 結(jié)合能力和致敏性均顯著降低[46]。梅雪嬌[47]對TM 和AK 構(gòu)象表位中關(guān)鍵氨基酸和半胱氨酸進(jìn)行基因定點(diǎn)突變，發(fā)現(xiàn)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(shù)可有針對性的降低甲殼類水產(chǎn)品主要過敏原的致敏性?；蚬こ碳夹g(shù)可以直接將過敏原的關(guān)鍵致敏表位的氨基酸破壞或者改變，影響致敏表位的表達(dá)，達(dá)到改變致敏性的目的。

3 水產(chǎn)品過敏原消減技術(shù)概述

比較水產(chǎn)品過敏原不同消減技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，如表1 所示。從消減技術(shù)應(yīng)用方面來看，生物法的應(yīng)用相較于傳統(tǒng)物理化學(xué)方法應(yīng)用面更小,國外對物理化學(xué)法相關(guān)應(yīng)用研究較多,國內(nèi)在生物消減技術(shù)應(yīng)用方面研究較少仍處于起步階段[48]。當(dāng)前，針對水產(chǎn)品過敏原消減仍以熱處理、高壓、美拉德反應(yīng)和酶處理等傳統(tǒng)加工技術(shù)為主，冷等離子體和脈沖紫外線等技術(shù)尚未得到普遍應(yīng)用，由于技術(shù)專業(yè)性要求高，且缺乏相關(guān)機(jī)理研究，目前還沒有形成完整的應(yīng)用體系。在實(shí)際的加工應(yīng)用中，單獨(dú)使用某一消減技術(shù)處理水產(chǎn)品有時(shí)難以降低其致敏性，故多選用多種加工技術(shù)聯(lián)合的方式消減過敏原。

表1 水產(chǎn)品過敏原消減技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Advantages and disadvantages of aquatic products allergen reduction technology

4 低致敏水產(chǎn)品的開發(fā)現(xiàn)狀

避免食用致敏食物是預(yù)防食物過敏最有效的手段，也可以通過一定的加工技術(shù)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(yīng)是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的幾種食品加工脫敏方法。如采用酶法交聯(lián)反應(yīng)生產(chǎn)出低致敏性的蟹肉松[49]和熱處理結(jié)合酶法催化蝦肉加工出低致敏性的蝦排[51]。微生物發(fā)酵在加工脫敏水產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，有利用木糖葡萄球菌發(fā)酵魚糜，生產(chǎn)出低致敏性的魚糜[52]，還有通過乳酸菌和混合發(fā)酵劑在超聲條件下對蟹肉進(jìn)行二次發(fā)酵處理，超聲協(xié)同發(fā)酵劑發(fā)揮作用，制作出保持原有的口感與風(fēng)味的低致敏性蟹肉[50]。研究低致敏性水產(chǎn)品，同時(shí)還應(yīng)考慮到消減處理對食品原有風(fēng)味和營養(yǎng)的影響，這樣才助于脫敏產(chǎn)品的推廣。

5 展望

近年來，隨著我國水產(chǎn)品消費(fèi)量的增加，由水產(chǎn)品引起的過敏問題日趨增多。因此了解水產(chǎn)品加工技術(shù)對其過敏原致敏性的影響，對水產(chǎn)品加工的過敏原風(fēng)險(xiǎn)分析和控制至關(guān)重要。盡管水產(chǎn)品加工過程不能完全消除過敏原，但我們可以結(jié)合消減技術(shù)來開發(fā)低致敏性水產(chǎn)制品。全面了解水產(chǎn)品中的過敏原種類，針對不同的過敏原研發(fā)相應(yīng)的菌種進(jìn)行發(fā)酵或聯(lián)合加工技術(shù)，有針對性地開發(fā)新的方法來降低或消除過敏原活性，研制出高品質(zhì)的低致敏性水產(chǎn)品，將成為未來水產(chǎn)品加工的重點(diǎn)研究方向。