酶改性对食物蛋白质过敏原性的影响

程 伟，陈红兵*，高金燕，李 欣

(1.南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047；2.南昌大学中德联合研究院，江西 南昌 330047；3.南昌大学环境与化学工程学院，江西 南昌 330047；4.南昌大学生命科学与食品工程学院，江西 南昌 330047)

酶改性对食物蛋白质过敏原性的影响

程 伟1,2,3，陈红兵1,2,*，高金燕4，李 欣4

(1.南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047；2.南昌大学中德联合研究院，江西 南昌 330047；3.南昌大学环境与化学工程学院，江西 南昌 330047；4.南昌大学生命科学与食品工程学院，江西 南昌 330047)

酶法改性蛋白技术主要包括酶水解和酶交联方法，它可以改变蛋白质的结构和功能特性，已广泛用于食品加工。酶水解，包括胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶、糜蛋白酶，可以水解食物蛋白表面的过敏原表位，从而降低其过敏原性；酶交联，包括转谷酰胺酶、过氧化物酶、多酚氧化酶等，可以通过交联反应促使过敏原蛋白聚合而使其过敏原表位包裹在内部，因而也可以降低食物的过敏原性。总之，酶改性是降低食物蛋白过敏原性的一种有效方法，值得深入研究。

酶法改性；酶水解；酶法交联；过敏原性

食物过敏(food allergy，FA)是人体对食物产生的一种不良反应，属机体对外源物质产生的一种变态反应[1]。联合国粮食及农业组织(FAO，1995)认定，常见的食物过敏反应主要由八大类食物引起，包括牛奶、蛋类、花生、大豆、小麦、坚果、鱼虾和水生贝壳类动物[2-3]。由于食品加工会改变食品中过敏原蛋白的结构，影响其过致敏性，因而受到人们的普遍关注。

酶法改性蛋白技术是食品加工中常用的加工技术之一。酶法改性蛋白技术是利用蛋白酶在温和的条件下催化蛋白质进行水解或交联，改变蛋白质原有的空间结构。蛋白质结构的变化一方面可以改善蛋白质的功能特性。如热稳定性、凝胶特性、乳化性、流变学特性、保水性等[4]，另一方面会影响蛋白质的过敏原表位结构，从而对食品中过敏原的致敏性产生影响。近年来，随着食物过敏问题的日益严峻，低致敏食品的研发迫在眉睫。现有研究报道已经证实，多种常见蛋白酶可以通过催化食物蛋白水解或者交联而降低其过敏原性，并可以此加工技术为依托研发出各种类型的低致敏食品[5-7]。

1 食品加工中的酶法改性蛋白技术

目前，按酶法改性蛋白技术的作用机理，主要分为两类，包括酶法水解改性蛋白技术和酶法交联改性蛋白技术。

酶法水解改性蛋白技术是利用一种或多种蛋白酶对食品蛋白进行限制性水解的方法，它使蛋白水解成多肽或氨基酸，改变蛋白质的空间结构或线性结构，并可以达到改善蛋白质功能特性的目的。常用的酶主要有胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶、糜蛋白酶等。酶法交联改性蛋白技术则是利用酶催化蛋白发生交联反应的一种方法。该技术使蛋白质内部多肽链之间(分子内交联)或蛋白质之间(分子间)形成共价键[8]，改变蛋白质原有的空间结构，从而改善蛋白质的一系列功能特性。常用于催化蛋白质交联的酶有转谷酰胺酶、多酚氧化酶、过氧化物酶等。

2 酶改性对食物过敏原的影响

在酶法改性食品蛋白质过程中，无论是水解或交联，都会导致蛋白质结构发生改变，可能使蛋白质内部的某些表位发生变化，这种结构的变化会影响食品蛋白的过敏原性。

2.1 酶法水解对食物过敏原的影响

酶水解改性蛋白对其过敏原的作用主要有两个方面：一是通过对食品过敏蛋白的限制性水解，改变过敏原表位的三级结构，去除过敏原蛋白表面的一些过敏原表位，或者将蛋白内部的过敏原表位暴露出来；二是断裂肽键，使蛋白质部分水解成小肽或氨基酸，减小过敏原的分子质量，从而可能降低其致敏性[9]。目前，国内外已有许多关于酶水解对蛋白质过敏原性影响的研究报道。

2.1.1 胃蛋白酶

胃蛋白酶(Pepsin) 是胃消化蛋白水解酶，属于天冬氨酸蛋白水解酶类[10]，它主要作用于蛋白质及多肽分子中含苯丙氨酸或酪氨酸的肽键上，其主要分解产物是胨，进而产生多肽或氨基酸则较少。

Hussein等[11]用胃蛋白酶水解水牛和奶牛牛乳，检测发现它们的水解产物对牛乳过敏患者血清的免疫活性分别只有原来的30%和16%，可见胃蛋白酶处理后的牛乳，其致敏性显著降低；Hong等[12]研究发现经水解后的花生蛋白与IgE抗体结合的过敏原表位会部分消除，从而导致过敏原性下降，这种低致敏的水解产物可用于花生过敏病人的治疗。此外，Lopez-Exposito等[13]在400MPa条件下，用胃蛋白酶催化水解卵白蛋白，并利用对卵白蛋白过敏的病人血清检测其水解产物的过敏原性，发现由于卵白蛋白与IgE结合的位点被水解消除而导致其水解产物与IgE的结合能力显著下降，以致降低了其致敏性。

2.1.2 胰蛋白酶

胰蛋白酶(Trypsin)是一种常用的蛋白水解酶，可专一作用于精氨酸、赖氨酸的羧基所形成的肽键，分子质量为23.8kD[14]。在食品加工中，胰蛋白酶被广泛用于水解蛋白质。因此，它对食物蛋白过敏原的影响受到普遍关注。

Wigotzki等[15]发现用胰蛋白酶处理过的榛子，其过敏原性显著降低。而Bernard等[16]用胰蛋白酶水解酪蛋白，则发现它可以水解肽链第1～52位和53～139位片段，这些多肽片段中包含有过敏原表位，经水解后可以使酪蛋白的过敏原表位破坏，可以降低酪蛋白的过敏原性。此外，Szymkiewicz等[17]发现，用胰蛋白酶催化水解豌豆球蛋白后，其免疫反应性比原蛋白降低了97.4%。

2.1.3 木瓜蛋白酶

木瓜蛋白酶(Papain)又称木瓜酶，是一类半胱氨酸蛋白酶[18]。它对于多种蛋白质均具有很好的水解作用，能催化水解肽键、酯键、酰胺键[19]，也可以影响食物的过敏原性。

陈宝宏等[6]研究出一种利用木瓜蛋白酶分解大米中的过敏原而生产低致敏大米的新方法。另外，白振宇等[20]则用木瓜蛋白酶水解牛奶，而后用牛奶过敏者血清检测其水解产物的过敏原性，研究发现经酶解过的牛奶中过敏原蛋白与过敏者血清IgE的结合能力显著降低，而降低了牛奶的过敏原性。

2.1.4 碱性蛋白酶

碱性蛋白酶(Alcalase)是一种微生物蛋白酶，来源广泛、活力比较高、水解速度快、成本低，是较理想的工业用酶[21]。碱性蛋白酶是内肽酶，主要催化由疏水性氨基酸的羧基形成的酰胺键，可水解蛋白质分子内部的肽键，生成相对分子质量较小的多肽，因而能破坏蛋白质分子内部的抗原结合位点，有效降低蛋白的过敏原性[22]。

Wroblewska等[23]发现可以利用碱性蛋白酶水解乳清蛋白，降低乳清蛋白的抗原性，以此来制备低致敏牛奶。Szymkiewicz等[17]在50℃用碱性蛋白酶水解豌豆球蛋白，发现它的水解产物免疫反应性降低到原来的22%，这说明豌豆球蛋白经过碱性蛋白酶水解后，其过敏原性大大降低。此外，Penas等[24]利用此酶在200MPa下水解大豆乳清蛋白并检测其水解产物，发现大豆中主要过敏原Gly m l 的过敏原性降低，进一步研究表明这是由于过敏原Gly m l 的表位暴露在酶中而被水解，因而降低了大豆的免疫反应性。

2.1.5 糜蛋白酶

糜蛋白酶又称胰凝乳蛋白酶(Chymotrysin)，系从牛或猪胰中提取的一种蛋白水解酶，具有肽链内切酶的作用[25]，主要水解由芳香族氨基酸(如苯丙氨酸、酪氨酸等)的羧基与其他氨基酸的氨基所形成的肽键[26]。

利用糜蛋白酶的酶解特性，Lee等[27]用此酶水解大豆中主要过敏原大豆球蛋白，其水解产物用6个大豆过敏患者血清进行检测，结果发现大豆的过敏原性显著下降；Tanabe等[7]则研发出了一种用糜蛋白酶和链丝菌蛋白酶水解面粉，并制备低致敏面粉的方法；此外，Chicon等[28]在高压下用糜蛋白酶处理乳清蛋白，发现其中的α-乳白蛋白与β-乳球蛋白被水解成较大的疏水多肽，降低了乳清蛋白的抗原性及其与血清中的IgE结合能力，减少了其潜在过敏性，可用于生产低致敏食品。

2.2 酶法交联对食物过敏原的影响

酶法交联改性蛋白质，会使蛋白质内部多肽链之间或蛋白质分子之间形成共价键，导致蛋白质聚集，使原先暴露在表面的过敏原表位包埋入蛋白质分子内部而消除其过敏原性；但同时蛋白质发生交联会导致蛋白质分子间发生聚集，增大了蛋白质的分子质量，形成了较大颗粒的蛋白，而有可能增大其致敏性。

虽然目前对酶交联后产物的过敏原性变化研究较少，但随着酶法交联技术越来越多的应用于食品加工中，酶交联蛋白质后对其过敏原性的影响越来受到人们的关注。

2.2.1 转谷氨酰胺酶

转谷氨酰胺酶(Transglutaminase，TG)是催化酰基转移反应的一种酶，可催化蛋白质赖氨酸上ε-氨基和谷氨酸上γ-羟酰胺之间的结合反应[29]，从而导致蛋白质-蛋白质、蛋白质-氨基酸之间发生交联反应。通过这种蛋白质交联反应，可使食品蛋白发生结构变化，从而影响蛋白质的过敏原性。Leszczynska等[30]研究出了一种利用转谷氨酰胺酶生产低致敏面粉的方法：在30℃用转谷氨酰胺酶处理面粉18h，用兔血清检测产物中谷蛋白的过敏原性，发现其过敏原性降低了30%。Clare等[31]则在37℃用转谷氨酰胺酶处理含有酪蛋白的花生粉6h后，生成了蛋白聚合物，用Western blotting进一步检测发现，花生粉中主要过敏原Ara h 1、Ara h 2与过敏病人血清中Ig E的结合能力显著下降。由此可见谷氨酰胺酶催化的蛋白质交联反应在一定程度上降低了食物的过敏原性。

2.2.2 过氧化物酶

过氧化物酶(Peroxidase，POD)是一种由单一肽链与卟啉构成的血红素蛋白，可催化多种酚类化合物的氧化[32]，也常用于催化蛋白质交联。它可以催化蛋白质中的酪氨酸残基转变成自由基状态，然后进一步聚合生成二酪氨酸、三酪氨酸[33]，进而导致蛋白质交联反应的发生。如，Chung等[34]发现，在37℃，pH8的环境下，用过氧化物酶处理烘烤花生60min后，花生中主要过敏原Ara h 1和Ara h 2显著减少，同时可以观察到该花生样品与IgE的结合能力减弱，可能是由于此酶促使蛋白质之间发生了交联产生多聚体，使致敏蛋白上的结合部位被掩蔽，从而导致花生的过敏原性下降。

2.2.3 多酚氧化酶

多酚氧化酶(Polyphenoloxidase，PPO)属核编码含铜金属酶，广泛存在于植物、真菌、昆虫机体中[35]。多酚氧化酶可催化蛋白交联，其反应原理如图1所示[36]：

多酚氧化酶已成功地应用于食物过敏原的研究中，如，Garcia等[37]研究发现，用多酚氧化酶催化处理苹果中的主要过敏原Mal d 1，其产物与IgE的结合能力显著下降，从而导致了Mal d 1的过敏原性的降低。

图1 PPO催化蛋白质产生交联的原理图Fig.1 Enzymatic cross-linking of proteins with polyphenol oxidase (PPO)

3 结 语

据统计，世界上有5%～8%的儿童和1%～2%的成

人患有食物过敏[38]，食物过敏的潜在性、广泛性和长期性使其成为食品工业中重大的安全问题之一。美国和欧盟已先后颁布了新的食品标签法规，要求八大类过敏食品都应在食品标签中明确标示[39-40]，但这并不能从根本上解决食物过敏问题。消除或降低食品的过敏性，生产出低致敏或无致敏的“安全食品”已成为食品科学的研究热点之一。

目前，利用酶水解牛乳生产低致敏婴儿奶粉的技术已广泛应用于工业生产中[5]，在一定程度上降低了牛乳对过敏体质儿童的危险性。然而牛乳在酶解过程中，不可避免地会产生苦味肽，这大大影响了牛乳原有的风味，制约着低致敏奶粉的发展。与此同时，利用酶改性技术研发其他种类低致敏食品尚处于起步阶段，因此今后有必要加强以下几个方面的应用研究：1)探索利用新型蛋白酶水解食物过敏原，并利用已知食物过敏原表位信息对过敏原进行定向水解，在降低食物致敏性的同时制备出风味更佳的安全食品；2)深入研究酶交联技术对食物蛋白质过敏原性的影响，利用蛋白质交联包埋食物过敏原表位，并将此技术应用于低致敏食品的开发。总之，酶法改性食品蛋白技术可以降低甚至消除食品的过敏原性，为低致敏食品的研发提供了一个很好的思路，具有广阔的应用前景。

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A Review of the Effect of Enzymatic Modification on the Allergenicity of Food Proteins

CHENG Wei1,2,3，CHEN Hong-bing1,2,*，GAO Jin-yan4，LI Xin4
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China；2. Sino-German Joint Research Institute, Nanchang University, Nanchang 330047, China；3. School of Environmental and Chemical Engineering, Nanchang University, Nanchang 330047, China；4. School of Life Sciences and Food Engineering, Nanchang University, Nanchang 330047, China)

Enzymatic modification of protein technology, including enzyme hydrolysis and enzymatic cross-linking technology, with modification of the protein structure thus resulting in the change of functional properties, has been widely used in food processing. However, the effect of enzymatic modification on the allergenicity of food proteins has not been explored in full detail. Enzymes like pepsin, trypsin, papain, alcalase, and chymotrysin may digest allergen epitopes in food proteins and decrease its allergenicity, while transglutaminase, peroxidase, and polyphenoloxidase may polymerize the allergen proteins, package the allergen epitopes by enzymatic cross-linking, and thus reduce its allergenincity. Therefore enzymatic modification is an effective method to reduce the allergenicity of food proteins and needs further study.

enzymatic modification；enzymic hydrolysis；enzymatic cross-linking；allergenicity

TS201.2

A

1002-6630(2010)23-0391-04

2010-08-03

国家自然科学基金项目(30860220)；教育部“新世纪优秀人才支持计划”项目(NCET-08-07-04)；南昌大学食品科学与技术国家重点实验室目标导向项目(SKLF-MB-200807)

程伟(1986—)，男，硕士研究生，研究方向为生物加工工程。E-mail：chv2005@163.com

*通信作者：陈红兵(1967—)，男，教授，博士，研究方向为食品营养与安全。E-mail：chbgjy@hotail.com