水果過敏原及其致敏性消減技術研究進展

王 進， 張麗麗， 王雨欣， 史佳鷺

(東南大學 公共衛(wèi)生學院， 江蘇 南京 210009)

全球有0.1%～4.3%的人口正在經受水果過敏的困擾[1]。EuroPrevall研究結果發(fā)現，不論是成人還是兒童，整個歐洲的食物過敏發(fā)生率和致病食物都存在很大的地域差異，但植物性食物在其中占主導地位[2-3]。尤其是在地中海地區(qū)(葡萄牙、西班牙等)，桃子是誘發(fā)過敏的常見水果，這可能與日常花粉接觸和不同食物消費有關[4-5]。對于成人，桃子和蘋果是波蘭羅茲、荷蘭烏得勒支和瑞士蘇黎世最常見的致敏水果，桃子也是希臘雅典和西班牙馬德里的3大致敏水果之一[2]。對于大多數歐洲國家的兒童，桃子和獼猴桃是水果過敏的主要來源[3]。除此以外，英國懷特島的研究結果顯示，不同年齡段的水果過敏率從0.3%到0.9%不等，水果過敏問題在18歲時最為普遍，常見易引發(fā)過敏的水果包括草莓、獼猴桃、橙子、香蕉和蘋果等[6]。

對于北美洲地區(qū)，一項關于18～50歲墨西哥成年人的食物過敏調查問卷表明：最常見的致敏食物是水果和蔬菜(6.12%)。由水果引發(fā)食物過敏的發(fā)生率中：桃子最高(1.3%)，其次是蘋果(0.5%)、獼猴桃(0.5%)、草莓(0.5%)、鱷梨(0.5%)、香蕉(0.3%)[7]。而在墨西哥庫利亞坎的5～13歲兒童中，草莓(0.6%)是引起速發(fā)型食物過敏的第一水果過敏原[8]。在南美洲哥倫比亞，一項兒童的自我調查問卷報告結果顯示，水果過敏的發(fā)生率為0.41%[9]。然而，在美國和薩爾瓦多水果過敏并不常見，更常見的是由花生、牛奶、貝類、樹堅果等引起的食物過敏[10-11]。

亞洲地區(qū)關于食物過敏發(fā)生率的數據有限，但水果過敏逐漸可能成為亞洲人的常見過敏原之一[12-17]。在印度南部，成年人食物過敏的患病率為1.2%，主要是牛奶過敏(0.5%)和蘋果過敏(0.5%)[12]。在中東地區(qū)，黎巴嫩3～17歲兒童自我報告的食物過敏率為6%，水果和蔬菜占其中的16.58%[13]。此外，韓國的一項研究顯示，6～16歲兒童水果過敏的患病率為1.41%，是引起食物過敏的主要因素之一[14]。另一項日本全國性研究發(fā)現，嬰幼兒1歲、2歲和 3歲時，速發(fā)型水果過敏的患病率分別為0.4%、0.4%、0.3%[15]。隨著年齡的增長，中國臺灣兒童主要的食物過敏原從牛奶轉為海鮮以及一些水果(如芒果和奇異果等)[16]，而桃子是北京協和醫(yī)院4～9歲兒童的過敏反應中最常見的水果觸發(fā)因素[17]。

目前治療食物過敏的手段主要包括飲食干預、過敏原特異性免疫治療(allergen-specific immunotherapy，AIT)等，但在日常生活中食物過敏成分難以完全避免，AIT則存在副作用大、時效短等問題，并不適合臨床使用[18]。研究發(fā)現食品加工，如熱處理、高壓處理、化學處理等方法，可在一定程度上消減水果的致敏性。因此，開發(fā)既能夠降低水果致敏性，又可以延長保質期和保留水果感官特性的新型食品過敏消減技術尤為重要。本文詳細概述了常見致敏水果的主要過敏原，并探討了多種水果致敏性消減技術的優(yōu)缺點，提出了未來解決水果致敏性面臨的機遇與挑戰(zhàn)，以期為低致敏或脫敏水果產品的開發(fā)與產業(yè)化的應用提供科學依據。

1 常見水果過敏原及交叉過敏

水果過敏原的蛋白聚類分析研究結果表明[19]，水果過敏原主要由7大類蛋白家族組成(見表1)，包括類甜蛋白(thaumatin like protein，TLPs，PR- 5)、Bet v 1同源蛋白(PR- 10)、脂質轉移蛋白(lipid transfer protein，LTPs，PR- 14)、抑制蛋白(profilin)、幾丁質酶(chitinase，PR- 3)、半胱氨酸蛋白酶(cysteine protease)和 β-1, 3-葡聚糖酶(β-1,3-glucanases，PR- 2)。除抑制蛋白外，其他蛋白因具有序列相似性均被歸類為病程相關蛋白(PR)。病程相關蛋白是植物在應激條件、病原體攻擊和非生物刺激下誘導產生的蛋白質。另外，某些過敏原之間還因含有相同的蛋白表位，而導致交叉過敏反應。例如食用相同科屬內的水果或不同科屬內的果實表現出過敏癥狀。

表1 水果過敏原蛋白家族

水果過敏通常是由多種蛋白質與花粉發(fā)生交叉反應引起的，特別是來自樺樹、豚草或艾蒿的花粉蛋白。交叉過敏反應是指具有相似抗原決定簇的過敏原引發(fā)的共同過敏反應，使得過敏患者難以完全規(guī)避過敏物，導致病情反復[20-21]。因二氧化碳、一氧化氮等溫室氣體的增加，花粉的豐度和敏感性有所提高，導致患花粉食物過敏綜合征的人群數量呈現上升趨勢[22]。Bet v 1是樺樹花粉的主要抗原，與薔薇科水果包括蘋果(Mal d 1)、桃子(Pru p 1)、櫻桃(Pru av 1)、杏(Pru ar 1)、獼猴桃(Act d 8)、梨(Pyr c 1)等主要過敏原含有同源序列，常引起水果過敏的交叉反應，引發(fā)口腔癥狀和全身性反應[23]。一項對特定食物引起過敏反應的全球系統(tǒng)評價發(fā)現，北歐人的水果過敏通常與樺樹花粉致敏有關，而在沒有樺樹花粉病的地中海國家，原發(fā)性桃子過敏主要是由于桃子過敏蛋白Pru p 3引起，蘋果過敏則歸因于過敏原 Mal d 3[1]。這兩種水果過敏原同屬于脂質轉移蛋白，容易引起交叉過敏反應，造成全身型過敏癥狀。在中國，桃子也是一種常見的過敏原，通常容易與艾蒿花粉過敏原Art v 3(LTP)產生交叉過敏反應[20]；與歐洲的脂質轉移蛋白(LTP)過敏相比，中國 LTP 相關的過敏反應通常是由于對艾蒿的原發(fā)性過敏導致。

相同科屬內的水果和不同科屬內的果實也會發(fā)生交叉過敏反應。獼猴桃(Act d 8)與不同水果、蔬菜中的部分蛋白質都同屬于PR- 10 家族，如櫻桃(Pru av 1)、杏子(Pru ar 1)、番茄(Sol al 4)、梨(Pyr c 1)、草莓(Fra a 1)、桃子(Pru p 1)、蘋果(Mal d 1)等，這些過敏原因含有相似的結構序列或決定簇，可能會導致明顯的交叉過敏反應[24]。此外，橡膠和水果(瓜、桃、獼猴桃、鱷梨和菠蘿)也存在廣泛的交叉過敏反應[25]。乳膠的主要過敏原(Hev b 6)與香蕉(Mus a 2)、獼猴桃(Act d 11)、鱷梨等水果中存在的幾丁質酶具有高度序列同源性[26]，有近40%的乳膠過敏患者也對水果過敏，而引起乳膠- 水果過敏綜合征[27]。

2 水果致敏性消減技術

研究發(fā)現食品加工，如熱處理、高壓處理、化學處理等方法，可在一定程度上消減水果的致敏性。表2總結了目前常見的水果致敏性消減技術對水果致敏性的影響[28-38]。

表2 各種水果致敏性消減技術對水果過敏原的影響

2.1 熱加工處理

熱加工處理是食品加工中最常用的技術之一[39]，包括蒸煮、油炸、烘烤、微波加熱等。在高溫條件下二硫鍵的斷裂與重排會影響蛋白質的結構穩(wěn)定性與活性，可導致蛋白質的三級結構喪失與二級結構損失，引起過敏蛋白的IgE結合能力降低，從而降低或消除食物的致敏性。但水果中的過敏原大都具有熱穩(wěn)定性，在不同加熱條件下其致敏性的變化不同。獼猴桃在100 ℃下加熱10 min后，過敏原Act d 1和Act d 2 的IgE結合能力降低，且引發(fā)的過敏反應癥狀減輕[28]。然而獼猴桃過敏原Act d 12和Act d 13在20～80 ℃處理下，其致敏性變化不大[29]。這主要是由于LTPs具有穩(wěn)定的三維結構可以抵抗熱處理的破壞。桃子過敏原Pru p 1在121 ℃下處理30 min后仍具有與IgE結合的能力[30]，煮熟的櫻桃仍具有致敏性[40]。而蘋果過敏原在100 ℃下處理2 h后才會發(fā)生較大變化[31]。此外，在熱處理過程中食物會發(fā)生美拉德反應。對蝦等食物而言，在合適的條件下，美拉德反應可以顯著降低其致敏性[41]，但對水果而言，美拉德反應卻能在一定程度上保護水果過敏原，使其過敏活性更加穩(wěn)定，從而導致水果的致敏性不易改變[42]。另外，熱處理往往會對水果及制品原有的風味與營養(yǎng)價值產生不良影響，例如熱處理會促使蘋果發(fā)生褐變，總酚與維生素C含量分別降低約33%和8%，導致其抗氧化活性顯著下降[43]。不同的熱處理方式還會導致水果發(fā)生不同程度的顏色暗沉[44]。可見，采用熱處理對水果過敏原的消減效果并不是很理想。因此，需要開發(fā)新型加工技術，既能降低水果的致敏性又可以保留其營養(yǎng)價值和感官品質。

2.2 高壓處理

高壓處理(high pressure，HP)是一種非熱加工技術，對食物品質與營養(yǎng)成分的影響較小，且可達到殺菌、延長保質期等作用，現已廣泛運用于食品行業(yè)中[45]。HP可影響蛋白質的結構，在一定時間內，根據施加的壓力(100～1 000 MPa)可增強或削弱氫鍵，破壞蛋白質的三和四級結構，從而起到降低食物致敏性的作用[46]。研究發(fā)現，蘋果過敏原Mal d 3在400～800 MPa，80 ℃條件下處理10 min，其致敏性顯著降低，而過敏原Mal d 1變化較小[33]。桃子過敏原Pru p 3在400 MPa，20 ℃下處理10 min后并無明顯變化，但在500 MPa的條件下Pru p 3變性程度較高，致敏性顯著降低[32]。另外有研究表明：HP與熱處理相結合可以更好地降低過敏原的致敏性。在700 MPa，115 ℃條件下高壓處理10 min后蘋果Mal d 1和Mal d 3的致敏性均明顯降低[34]。然而在皮膚點刺試驗中，并沒有發(fā)現HP可以顯著降低桃子過敏患者的過敏反應[47]。在體外實驗中，HP可以降低部分水果過敏原的致敏性，但暫無臨床研究報道指出HP可以降低水果過敏患者的過敏風險。HP是一種潛在的降低水果致敏性的消減技術，經HP處理后的水果過敏原大都呈現出不同程度的致敏性消減，且感官品質改變較小，但目前相關的臨床研究尚無報道。因此，關于HP加工技術及其脫敏機理的研究有待進一步開展。

2.3 脈沖電場處理

與傳統(tǒng)熱處理相比，脈沖電場(pulsed electric field，PEF)是一種具有用時短、耗能少、污染小等特點的新型非熱加工技術。PEF主要通過間歇的高壓短脈沖處理電極之間的物料，利用產生的電場(通常為0.1～80 kV/cm)誘導離子運動，促使細胞裂解，導致細胞內成分釋放，引起部分酶活性的喪失[48]，從而改變蛋白質的功能，因此，PEF廣泛應用于殺菌、活性物質提取等加工過程中。大量研究表明PEF可以有效地從果皮中提取活性物質，可以作為一種經濟有效且可持續(xù)的提取方法，具有極大的發(fā)展?jié)摿49]。但目前將PEF用于水果致敏性消減的研究較少，且大多研究都沒有達到理想的效果。在蘋果中，0～35 kV/cm的PEF處理對過敏原Mal d 3的二級結構沒有產生顯著的影響[34]。在桃子上，過敏原Pru p 3在20 ℃下以35 kV/cm處理后其二級結構沒有發(fā)生變化。當溫度升至50 ℃時，其致敏性有所降低但并不顯著[32]。與熱處理及其他非熱處理技術相比，PEF無法顯著降低水果過敏原的致敏性，未來關于PEF加工技術在水果致敏性消減中的應用還需要開展更多的研究。

2.4 超聲波處理

近年來，超聲波處理由于其高效節(jié)能、綠色環(huán)保的優(yōu)點，能明顯減少傳統(tǒng)加工技術帶來的化學和物理危害，并可保持食品較高的營養(yǎng)成分，在食品加工領域受到了關注。高于20 kHz的超聲波可通過振動壓力誘導食品發(fā)生不同程度的物理和化學變化，如處理過程中產生的“空化效應”可引起局部高溫和高壓，從而改變食品的組分和結構[50]。研究表明：超聲波可以破壞蛋白結構間的氫鍵，造成蛋白質結構的破壞[51]，從而對蛋白致敏性產生影響。研究發(fā)現，獼猴桃在經過20 kHz、400 W超聲波處理12 min后，其過敏原Act d 2的致敏性降低了36%。超聲波處理16 min后，其致敏性可降低高達50%[35]。這主要歸因于超聲波產生的高壓可影響蛋白質的二級結構，從而影響過敏原的致敏性。可見，超聲波處理可以作為一種潛在的水果致敏性削減技術。另外，研究也發(fā)現，超聲波處理與熱處理聯合使用時，并沒有減少桃子過敏原Pru p 3與IgE的結合能力[36]。雖然將超聲波處理運用于水果致敏性消減的研究較少，但超聲波已被證實可通過空化效應在短時間內改變組織細胞的微觀結構，改善果汁的感官品質，提高果片的干燥速率，極大的保留其營養(yǎng)成分的含量[52]。綜上所述，超聲處理可以作為一種潛在的減少水果致敏性的加工新技術，同時也可以極大地保留水果原有營養(yǎng)物質的含量和風味水平。

2.5 輻照處理

輻照技術作為一種新型食品加工技術，由于其射線和電子束的超強穿透能力，可以高效地殺死食品中的病原微生物及腐敗菌，輻照技術常用于水果保鮮、殺菌等過程中[53]。輻照劑量為10 kJ/m2時可以抑制柑橘采后的綠霉菌感染[54]；而采前進行輻照則可以促進藍莓的成熟與花青素的積累[55]。另外，有研究表明輻照可以促使蛋白分子發(fā)生脫氨、脫羧、二硫鍵斷裂等一系列反應，導致食物過敏原肽鏈斷裂或交聯，引起過敏原免疫活性的降低或消失[56]，如60Co-γ輻照處理可顯著改變花生過敏原Ara h 2蛋白的結構和抗原性，且隨著輻照劑量的增加，花生致敏性顯著降低[57]。然而，輻照加工技術目前在水果致敏性削減中的應用尚無報道。輻照加工技術是一項潛在的水果脫敏技術，但輻照設備成本較高，需要嚴格的審批才可購買輻射源，同時對從業(yè)人員的技術要求高，操作不當易造成人身安全問題，因此輻照技術難以投入大規(guī)模的商業(yè)化生產。輻照技術在水果致敏性消減的最佳劑量及暴露時間需要進一步研究，其安全性與可行性也有待進一步提升。

2.6 化學處理

化學處理是指利用化學堿液或酶法模擬消化，從而達到降低食物過敏性的一種加工方式，目前已有研究表明化學堿液去皮或酶解法可以改善水果的致敏性。桃過敏原Pru p 1蛋白主要存在于表皮中，經60 ℃、質量分數為10%的NaOH水溶液浸泡90 s去皮后，Pru p 1蛋白的IgE結合能力顯著降低[30]，表明堿液去皮是降低桃致敏性的有效手段；但由于蘋果過敏原Mal d 2均勻分布在果皮和果肉中[58]，去皮無法降低蘋果的致敏性。二硫鍵在部分過敏原抵抗胃腸道蛋白酶消化中起到重要作用，一旦二硫鍵被破壞，過敏原的致敏性將會受到影響。在獼猴桃中，用胃蛋白酶以1∶20的質量比處理120 min后，Act d 1和Act d 2的IgE結合能力均有所下降[37]；鱷梨過敏原Prs a 1經模擬胃液消化后被顯著地降解，在一定程度上降低了Prs a 1的致敏性[38]；但對木瓜過敏原Cari p 2蛋白來說，經胃蛋白酶消化后仍保留了IgE結合能力[59]，同時，LTPs作為薔薇科水果的過敏原之一，對胃蛋白酶消化具有很強的抵抗力[60]，因此，酶解法并不適用于所有水果過敏原。此外，采用化學處理可能會引入一些苦味等不愉悅的氣味，對食物品質和口感等產生一定的不良影響；同時，化學處理無法滿足消費者對天然無添加食品的需求，且會破壞部分營養(yǎng)物質，限制了其在食品加工中的應用。因此，仍需探索更多可以有效降低水果致敏性且對風味影響較小的化學處理條件。

3 總結與展望

由于食物過敏是免疫反應功能失調的結果，因此在特應性個體中可能更常見。在歐洲和美洲，由于花粉過敏等因素的影響，桃子、蘋果和獼猴桃引起過敏的現象較為常見。在亞洲，芒果和桃子過敏最為常見，且水果過敏的發(fā)生率更高，在兒童中較常發(fā)生。這種國家間的差異性使得水果的過敏研究具有一定的挑戰(zhàn)性。另外，關于過敏原披露的立法要求與每個地區(qū)或國家最常見的過敏原之間存在良好的一致性。但由于研究人群的復雜性和過敏確診方法的差異性，限制了對食物過敏發(fā)生率的研究。此外，在發(fā)展中國家，對過敏的臨床癥狀認識不足和重視程度不夠，往往會錯失最佳的確診和治療時機，使得對于食物過敏的研究具有挑戰(zhàn)性。

水果種植的環(huán)境不同，以及各地區(qū)的食品加工方式和飲食習慣不同，水果過敏的流行病學分布往往存在地域差異。蘋果在溫帶和涼爽地區(qū)廣泛種植，是北美洲和歐洲最常見的過敏水果之一。桃子廣泛分布于溫帶、亞熱帶和熱帶地區(qū)，常常引起歐洲、美洲及亞洲人群的食物過敏癥狀，甚至在患有花粉過敏癥的人群中會加重。而熱帶地區(qū)生產的芒果則在中國南部廣東省和中國臺灣地區(qū)較為常見，但隨著市場的全球化，熱帶水果的生產和消費量大幅增加，這種差異可能正逐漸減小。因此，關于水果過敏的流行性和未來發(fā)展趨勢的調查研究應被盡快開展。此外，研究發(fā)展中地區(qū)的相關風險因素對制定有針對性的預防策略至關重要。

大多數水果過敏原具有熱穩(wěn)定性、耐消化等特點，單一加工技術如脈沖電場、輻照技術等無法達到完全消除過敏原的作用。復合加工技術如高壓處理與熱處理的結合，可顯著降低水果如蘋果的致敏性，但對其風味會產生不良影響。相關報道顯示，超聲波作為一種非熱的加工技術，不僅可以有效地降低獼猴桃的致敏性(高達50%)，也可以有效地保留其營養(yǎng)物質，改善營養(yǎng)價值，有望成為一種潛在的水果致敏性消減新技術?，F有的水果致敏性消減技術還存在一定的局限性，并沒有完全消除水果及其制品的致敏性，新型高效的脫敏技術有待進一步的開發(fā)。未來水果致敏性消減技術可以更多地從聯合技術的角度入手，以最大限度地降低水果的過敏風險并保留其風味和營養(yǎng)價值。應用分子動力學模擬、Alphafold、冷凍電鏡等創(chuàng)新技術來解析各類水果過敏蛋白結構，靶向消除過敏原。結合生物育種和基因編輯技術，培育脫敏水果新品種，從源頭上解決水果致敏性的難題，讓水果過敏人群可以吃到健康安全的水果及制品。