不同營養(yǎng)成分對乳蛋白致敏性的影響研究進展

劉衍辰，王 淇，許運鵬，牟光慶，錢 方，朱雪梅

（大連工業(yè)大學食品學院，遼寧 大連 116034）

中國居民膳食指南（2022）中指出，各種乳制品總攝入量應相當于每天300～500 g液態(tài)乳。牛乳是飲食中主要攝入的食物之一，其營養(yǎng)豐富，幾乎能夠提供人體所需的全部必需氨基酸。但由于牛乳中的蛋白類型及同源性與人乳相比具有較大差異，所以在攝入牛乳時，乳蛋白會被自身免疫系統(tǒng)認定為外來蛋白引起機體的不良反應，主要由免疫球蛋白E（immunoglobulin E，IgE）介導，從而引發(fā)過敏現(xiàn)象[1-2]。牛乳是聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織和世界衛(wèi)生組織認定的八大過敏原之一，牛乳過敏的發(fā)生率逐漸增長，已成為各國政府和公眾廣泛關注的食品安全問題。

目前普遍認為牛乳過敏是主要由IgE介導的速發(fā)性Ⅰ型超敏反應[3]，每100 mL牛乳中含3.0～3.5 g蛋白質，其中至少有25 種不同的蛋白質結構，所有這些蛋白質都可能成為過敏原[4]。酪蛋白中的αs1-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白分別含有典型過敏原表位Bos d 9、Bos d 11和Bos d 12，其致敏率分別為26%、35%和26%，乳清蛋白中的α-乳白蛋白（α-lactalbumin，α-LA）和β-乳球蛋白（β-lactoglobulin，β-LG）分別含有過敏表位Bos d 4和Bos d 5，致敏率分別達到12%和19%[5]。然而，在食品原料中過敏原并不是單獨存在，且在食品加工和膳食中這些過敏原也不是單獨攝入而是與其他食品組分一起加工并被攝入。這些營養(yǎng)成分既可以作為佐劑或免疫調節(jié)因子影響抗原的致敏性，也可以通過改變抗原的結構性質改變抗原的致敏性。雖然如今通過熱處理、高壓、糖基化、乳酸發(fā)酵等一些加工方法可通過改變乳蛋白結構，掩蓋抗原表位，降低其致敏性[6]。但這些方法并未完全消除過敏原潛在的致敏性。高靜水壓法甚至提升了β-LG的致敏性[7]。根據(jù)目前已有研究，發(fā)酵和水解2 種方法有希望將過敏原的致敏性降低到不引發(fā)過敏癥狀的程度[8]。但水解法可能影響乳粉的感官質量，產生苦味，并對其他功能產生不利影響[9]。此外，蛋白結構改變的程度與致敏性變化趨勢之間的關系與加工方法、加工程度和暴露時間，以及食物基質中的其他成分，如鹽、糖等的存在有密切聯(lián)系[8]。因此，本文在國內外已有文獻報道的基礎上，全面闡述食品中的不同營養(yǎng)組分對乳蛋白致敏性的影響，為食品加工和過敏人群的膳食選擇提供一定參考。

1 宏量營養(yǎng)素對乳蛋白致敏性的影響

1.1 糖類

以糖類為代表的碳水化合物是食品中主要組分之一，糖類成分根據(jù)其結構特點對乳蛋白結構、致敏性的影響較為復雜。研究表明，蛋白質與還原糖結合可有效降低食品蛋白的致敏性。近年來，也有眾多學者通過美拉德反應對蛋白質進行羰基化修飾，以改善蛋白質的功能特性，以此來降低乳制品的致敏性[10-11]。

1.1.1 糖類對抗原結構及表位的影響

表位是過敏原與抗體結合的物質基礎，表位根據(jù)結構的不同一般分為由3 個連續(xù)氨基酸殘基序列組成的線性表位和由于蛋白質二級或三級結構折疊聚集在一起的構象表位[12]。Hattori等[13]將羧甲基葡聚糖（carboxymethyldextran，CMD）與β-LG進行共軛，二者通過抑制T細胞抗原表位可有效改善蛋白的乳化性能，增強熱穩(wěn)定性，降低蛋白的致敏性。同時，將酸性寡糖與β-LG共軛，通過對B細胞表位的掩蓋，也可達到相同的效果[14]。此外，還可通過改變β-LG結合位點的構象來降低其致敏性。Taheri-Kafrani等[15]通過60 ℃水浴加熱對β-LG進行溫和處理，破壞其二級和三級結構，結果顯示，在美拉德反應的早期階段，β-LG的適度糖基化基本不會降低IgE的識別能力，而在β-LG被高度糖基化后，其賴氨酸的ε-氨基與還原糖發(fā)生反應，對IgE識別的表位具有明顯的“掩蔽”作用。曹寒馨等[16]研究不同糖類對β-LG致敏性的影響，通過十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳與競爭酶聯(lián)免疫吸附（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）法將不同種類的糖與乳清蛋白進行美拉德反應后發(fā)現(xiàn)，五碳糖的效果最佳，其次為六碳糖、單糖及多糖。其中，熱穩(wěn)定性低的多糖效果要優(yōu)于熱穩(wěn)定性高的多糖，結合蛋白的褐變率來看，低聚木糖在保持較好產品風味的同時具有較好的降低蛋白致敏性的效果。此外，蛋白質與不同量和不同分子質量的糖結合也可降低牛乳蛋白的致敏性。β-LG與低聚果糖、低聚半乳糖和異麥芽寡糖通過美拉德反應結合，能有效降低過敏原β-LG的致敏能力。Hattori等[17]通過非競爭性ELISA方法檢測到β-LG與高含量的CMD共軛會使其致敏性顯著降低。Kobayashi等[3]在研究β-LG與相同含量、不同分子質量的CMD共軛時發(fā)現(xiàn)，只有當β-LG結合高分子質量的CMD時其致敏性才會顯著降低，而導致此現(xiàn)象產生的原因是CMD對細胞表位的掩蓋作用。美拉德反應的條件及程度同樣影響牛乳蛋白的致敏性。通過響應面法優(yōu)化美拉德反應的3 個自變量（蛋白質與糖的質量比、反應溫度及反應時間），體外競爭性ELISA檢測結果表明，α-LA和β-LG與葡萄糖發(fā)生共軛反應后會降低蛋白的致敏性，且在確定的最優(yōu)反應條件下，α-LA和β-LG的致敏性抑制率均超過90%[18-19]。此外，Hattori等[20]發(fā)現(xiàn)，殼聚糖可抑制β-LG聚集并降低抗原性，為降低其致敏性提供可能。

除了上述有關糖類與α-LA和β-LG相互作用研究的報道，糖類同樣影響過敏原酪蛋白的致敏性。楊錚[21]分別用低聚殼聚糖和低聚半乳糖對牛乳αs1-酪蛋白進行糖基化處理，通過ELISA實驗及動物實驗觀察其抗原性和免疫原性的變化，結果表明，2 種糖的處理均可使牛乳αs1-酪蛋白的抗原性和免疫原性顯著降低。

1.1.2 糖類提高機體免疫力，減輕過敏反應

多糖可通過提升機體的抗氧化能力，從而緩解過敏反應。Hu Shumin等[22]對從牛乳中分離得到的鼠李糖乳桿菌ZFM231胞外多糖進行抗氧化活性測試后發(fā)現(xiàn)，其具有可明顯清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼、羥基等自由基的能力。劉聰秀等[23]研究發(fā)酵乳桿菌LFQ153胞外多糖與氧化損傷的RAW264.7巨噬細胞間相互作用時發(fā)現(xiàn)，胞外多糖還可降低RAW264.7巨噬細胞內腫瘤壞死因子α、白細胞介素1β（interleukin 1β，IL-1β）及IL-6細胞因子的表達，從而減輕人體對乳蛋白的過敏反應。

1.2 脂質

在食品加工過程中，食物中的脂類可通過與乳蛋白的游離基團及具有可變性的空間結構相互作用從而影響蛋白特性。因此，具有高度乳化穩(wěn)定性的β-LG纖維化產物是探究脂質對乳蛋白致敏性過程中一個不可忽視的影響因素[24]。另外，研究表明，在自然條件下或在食品烘焙加工工藝、食品乳化過程和食品貯存時脂類氧化所產生的蛋白、脂質結合也可對蛋白潛在致敏性產生影響。脂質可通過提高腸上皮細胞頂膜上脂肪酸轉運蛋白的效率、腸道脂肪酸的吸收效率、促進過敏原刺激淋巴組織發(fā)生免疫反應，從而提高蛋白的致敏性[25-26]。還有研究發(fā)現(xiàn)，大部分過敏原是因其自身具有與脂質相結合的結構而與脂質結合，并非通過共價作用[27]，脂質還會增強病原體與受體的結合能力，從而使機體產生以Th2為主的免疫反應[28]，但脂質與乳蛋白中過敏原間的具體相互作用尚待探究。

1.2.1 磷脂對乳蛋白致敏性的影響

乳脂球膜的主要成分為磷脂（包括磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺等）、鞘脂及多種蛋白，是乳制品中獨有的物質[29]。有研究發(fā)現(xiàn)，帶負電荷的磷脂基團可誘導β-LG改變其三級結構，暴露出疏水性殘基，促使β-LG吸附在脂質表面[30]。B?gh等[31]研究表明，β-LG功能及結構的完整性是影響其免疫原性及致敏性的關鍵因素。通過在挪威大鼠中進行模擬β-LG在胃、十二指腸的消化過程發(fā)現(xiàn)，只有結構完整的β-LG進入機體才能引發(fā)過敏反應，而消化后的β-LG不具備免疫原性和致敏能力。此外，Moreno等[32]在無磷脂酰膽堿的條件下進行體外模擬胃腸消化實驗后發(fā)現(xiàn)，β-LG結構極易被消化酶所破壞；通過皮膚點刺實驗的進一步探究，發(fā)現(xiàn)磷脂酰膽堿可保護β-LG被消化，以增強其致敏性，同時對牛乳中另一種過敏原α-LA具有相同的保護作用。研究表明，牛乳中脂質本身也可作為免疫佐劑，通過誘導Th細胞亞群產生標志性細胞因子來指導免疫反應，使機體傾向于Th2反應環(huán)境，進而刺激機體產生過敏反應[33-34]。

1.2.2 脂肪酸對乳蛋白致敏性的影響

脂肪酸是脂質的水解產物，食品中脂肪酸組成復雜且乳中的脂肪酸種類和結構更為復雜，目前已有研究發(fā)現(xiàn)其與人體的免疫機制及乳蛋白的致敏性有密切關系。Le等[35]研究發(fā)現(xiàn)，脂肪酸可通過改變蛋白結構或調節(jié)免疫系統(tǒng)，從而提高乳蛋白的致敏性。β-LG中EF環(huán)只有在打開的前提下才可與脂肪酸相結合，故脂肪酸只有在中性及堿性條件下才可對β-LG結構產生影響。孟軒夷[36]研究十八碳不飽和脂肪酸對α-LA和β-LG致敏性影響時發(fā)現(xiàn)，不飽和脂肪酸可通過打開α-LA和β-LG的結構來增強其抗原性，進而為IgE結合提供表位，其中效果最明顯的為亞麻酸；且十八碳不飽和脂肪酸可通過乳蛋白刺激細胞釋放組胺、IL-6等物質，激活IgE/FceRI介導的信號通路來增強乳蛋白的致敏效果；通過在加熱條件下研究亞麻酸與乳蛋白之間的作用發(fā)現(xiàn)，增加溫度可提高2 種蛋白與免疫球蛋白的結合能力，其最佳條件為脂肪酸與蛋白物質的量比為1∶50、溫度60 ℃條件下作用30 min；此外，脂肪酸與蛋白的相互作用同樣可以改變腸道淋巴組織對過敏原的免疫反應，降低過敏原的降解率，對蛋白致敏性產生影響。孟軒夷[36]還在體外模擬嬰幼兒胃腸消化α-LA和β-LG時發(fā)現(xiàn)，十八碳不飽和脂肪酸可保護二者不被降解，以增強與IgE的結合能力，從而提高蛋白的致敏性；另外，亞麻酸與α-LA結合可抑制派爾集合淋巴結及腸系膜淋巴結樹突狀細胞、Th1因子和Tregs的表達，引導腸道發(fā)生IL-4過敏反應，從而增強過敏反應。

2 微量營養(yǎng)素對乳蛋白致敏性的影響

2.1 維生素

維生素及其代謝產物在乳蛋白過敏反應過程中還具有重要的免疫調節(jié)作用。視黃醇、VD和VE都可緩解乳蛋白的過敏癥狀。由腸道相關淋巴組織產生的VA代謝產物視黃酸可激活B淋巴細胞，表達出高水平的腸道歸巢受體，這一現(xiàn)象可能會有助于平衡腸道的免疫性及耐受性[37]。Wang Tiantian等[38]發(fā)現(xiàn)，VD可作為1,25-(OH)2-VitD3受體，促進IL-9、IL-13等物質發(fā)揮作用，改變原有的免疫系統(tǒng)，維護腸道屏障，從而避免暴露過敏原。目前Grar等[39]研究發(fā)現(xiàn)，補充VE可阻止β-LG誘導提升小鼠過敏腸道上皮細胞的通透性，從而減緩β-LG誘導的過敏癥狀。

此外，VC、VB6、VB2、VB12可保護酪蛋白發(fā)生氧化，保持其原有的結構及功能特性[40]。被氧化的酪氨酸與原結構相比，二硫鍵的斷裂使其結構舒展開來，會增強胃蛋白酶對其的水解程度，從而改善酪蛋白的致敏特性[41]。但研究發(fā)現(xiàn)，這4 種水溶性維生素的含量越高，對酪蛋白被氧化的抑制效果越好[40]。

2.2 礦物質

礦物質可通過與乳蛋白相互作用改變牛乳過敏原的結構，從而改變其致敏性。黃美佳[42]通過光譜學結構表征評估Ca2+與α-LA結合后發(fā)現(xiàn)，Ca2+可增強α-LA表面疏水性。謝秀玲[43]的研究得出了相同的結論。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)Cu2+可誘導β-LG形成二聚體和四聚體，進一步通過小鼠評估致敏性的實驗中發(fā)現(xiàn)，β-LG聚合物和β-LG二聚體可顯著提升小鼠血清中IgG、IgG1及肥大細胞蛋白酶的水平，在二次免疫中刺激小鼠分泌更多的γ干擾素。O’Kennedy等[44]發(fā)現(xiàn)，NaCl可加快Cu2+誘導β-LG聚合的速率。

另外，礦物質還可通過改變機體原本的免疫機制來對乳蛋白的致敏性產生影響。鈣含量的提升可降低機體血清與球蛋白的比值，對機體體液免疫的提升具有抑制作用。黃美佳[42]通過間接競爭ELISA法發(fā)現(xiàn)，與Ca2+結合的α-LA在兔子和人體內與IgG和IgE的結合能力顯著降低；此外，將過敏人群的血清與KU812細胞共同培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，α-LA在Ca2+的作用下可降低細胞釋放組胺與腫瘤壞死因子-γ的含量，從而減輕牛乳α-LA引起的人體過敏。硒可以抑制蛋白水解。Ianni等[45]用飼喂硒補充劑的奶牛所產的牛乳制作干酪，將干酪進行蛋白水解時發(fā)現(xiàn)，硒補充劑對αs1-酪蛋白和αs2-酪蛋白的降解具有保護作用。

3 功能活性成分對乳蛋白致敏性的影響

3.1 膳食多酚

膳食多酚可以與蛋白質共價或非共價相互作用。最近發(fā)現(xiàn)，一些膳食多酚能夠與牛乳蛋白相互作用形成復合物，通過改變蛋白質結構來改變蛋白質的功能特性，從而改變蛋白質的過敏性[46-47]。如在生理條件下將姜黃素、白藜蘆醇和染料木黃酮與β-LG結合后發(fā)現(xiàn)，多酚降低了β-LG的β-折疊結構含量、增大了其β-轉角含量[48]。膳食多酚與蛋白質之間的相互作用可降低一些食物過敏原的過敏性[49]。茶、咖啡、可可多酚提取物與β-LG的非共價相互作用可延遲蛋白被消化的時間，且在胃腸道中性pH值條件下可誘導蛋白β-折疊轉變?yōu)棣?螺旋，二者的相互作用越強，復合物的總抗氧化遮蔽效果越強[48]。研究表明，乳清分離蛋白（whey protein isolate，WPI）與綠原酸（chlorogenic acid，CHA）共價結合后形成的共價鍵影響了蛋白的構象和線性表位，阻止了IgE結合；與未修飾的WPI相比，WPI-CHA結合物表現(xiàn)出較低的IgE結合能力，且隨著消化時間的延長，消化后的WPI-CHA結合物中β-LG和α-LA的IgE結合能力低于消化后的WPI[50]。此外，與CHA共價結合可以通過提高蛋白質的溶解度、乳化活性、發(fā)泡性能和抗氧化能力等功能特性來降低WPI的體外致敏性[51]。但同時有研究表明，當酚類物質與乳蛋白混合時，其與酪蛋白的親和力遠高于與乳清蛋白的相互作用，酪蛋白的聚集程度會明顯增加[52]。通過將牛β-LG與兒茶素3-沒食子酸酯和CHA共價結合后進一步發(fā)現(xiàn)，反應中的相互作用可改變蛋白的二級結構，有效降低蛋白的IgE結合能力，降低致敏性[53]。此外，通過進行Western blotting分析和ELISA，Wu Xuli等[54]報道，β-LG與兒茶素3-沒食子酸酯、CHA結合后的綴合物可在避免蛋白質變性的前提下保持視黃醇結合活性，并提高了綴合物的抗氧化活性及熱穩(wěn)定性，且兒茶素3-沒食子酸酯的效果優(yōu)于CHA。多酚與乳蛋白的相互作用為降低β-LG的致敏性提供了一種新的方法。

此外，許多酚類物質被氧化成的醌類和異醌類物質還可以與蛋白上的半胱氨酸或賴氨酸發(fā)生共價反應，從而影響蛋白的性質[55]。在CHA與牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）研究中發(fā)現(xiàn)，CHA會導致BSA構象發(fā)生明顯變化，使BSA結構舒展且親水、降低BSA的消化率[56]。

3.2 生物堿

生物堿類物質是植物類食物中比較常見的一類化學組分，已有研究發(fā)現(xiàn)，生物堿同樣可對乳蛋白的致敏性產生影響。IgE介導的超敏反應是牛乳中最常見的過敏反應，而肥大細胞和嗜堿性粒細胞與受體結合是該反應的基礎[57]。吳玉杰[58]通過用燕麥生物堿處理大鼠嗜堿性粒細胞后發(fā)現(xiàn)，燕麥生物堿濃度越高，抑制細胞脫顆粒的現(xiàn)象越顯著，從而機體抗過敏能力越強。柳文鋒[59]通過將燕麥生物堿B與β-LG復合誘導嗜堿性粒細胞后得出了相同的結論。此外，通過將馬錢子堿與牛血清蛋白進行熒光光譜檢測后發(fā)現(xiàn)，牛血清紅蛋白和BSA原有的熒光被猝滅，馬錢子堿可高強度改變牛血清紅蛋白和BSA的二級結構[60]。Liu Yan等[61]通過傅里葉變換紅外光譜儀檢測發(fā)現(xiàn)，2 種喹啉類生物堿奎寧飛及奎尼丁飛可改變BSA的二級結構。而過敏原空間結構的改變則極有可能掩蓋或暴露過敏表位，從而影響過敏原的致敏性[43]。

4 其他物質對乳蛋白致敏性的影響

除食物基中營養(yǎng)素與功能活性成分外，研究發(fā)現(xiàn)，食物基中的κ-卡拉膠和蛋白肽段也會影響β-LG的致敏性。

Capron等[62]研究發(fā)現(xiàn)，在pH 7、0.1 mol/L NaCl條件下加入κ-卡拉膠可加速β-LG由低聚體聚合為高聚體。Croguennoc等[63]也得出了相同的結論，且高濃度的κ-卡拉膠還可使β-LG從溶液中析出。Kosters等[64]發(fā)現(xiàn)，蛋白肽段與β-LG之間的相互作用可在不影響蛋白二級結構的情況下降低蛋白的熱變性溫度，且具有游離羥基的肽段更易與β-LG聚合。聚合后蛋白的結構變化、過敏原結合價的上升、與血清中特異性抗原IgE親和力的改變等都會對乳蛋白的致敏性產生影響[43]。

5 結 語

食物基質中不同成分可能影響乳蛋白結構性質、消化率，甚至對過敏患者的免疫有一定的調節(jié)，進而影響乳蛋白的致敏性。目前單一成分對乳蛋白整體致敏性的影響研究還不夠系統(tǒng)完善，多成分對單一乳蛋白的致敏性影響結果還尚待研究。本文能夠為不同營養(yǎng)成分與牛乳致敏性之間關系的研究提供一些參考依據(jù)，為乳蛋白過敏人群的膳食指導提供一定參考，為未來乳蛋白過敏患者配方食品的開發(fā)提供借鑒。