降低小麦致敏性的食品加工研究进展

吕崇富，高金燕，袁娟丽，单玲克，陈红兵

(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.南昌大学生命科学与食品工程学院，江西南昌330047)

小麦是三种主要的粮食作物之一，品种繁多，世界上应用于种植的品种高达25000多种，每年产量高达6亿t［1］。但是小麦也是FAO(1995)报道中的八类常见的过敏食物之一［2］。尽管小麦过敏并没有完整的流行病学研究，但是小麦过敏引起的疾病已经广泛受到人们的关注和重视。小麦制品中含有的各种蛋白均具有致敏性并且导致一些过敏疾病。因此，对于小麦过敏患者而言，避免接触过敏原或者饮食低致敏小麦制品显得尤其重要。获得低致敏小麦制品可以通过生产加工方法得以实现。目前，降低小麦制品致敏性的加工方法主要是热加工处理，但是，新兴的非加工处理技术也逐渐被应用于降低小麦制品致敏性，并显示了强大的作用功能。

1 小麦中的主要过敏原

小麦过敏反应在临床上有速发型或迟发型症状［3］，至少有四种临床表现:乳糜泻，面包师哮喘，特异性皮炎以及食物依赖运动激发过敏症［4］。小麦蛋白根据Obsborne［5］的分类方法可分为水溶性的清蛋白，盐溶性的球蛋白，醇溶性的醇溶蛋白和溶于酸碱的谷蛋白四种。醇溶蛋白和谷蛋白也统称为麸质蛋白，麸质蛋白占总蛋白含量的80%左右，两者比例接近1∶1［6］。四种蛋白中，清蛋白和球蛋白分子量大多在40ku以下，是面包师哮喘和小麦特异性皮炎过敏症中的最主要的过敏原［7-8］。醇溶蛋白是单体蛋白，有 α/β-、γ-和 ω-型三种，其中 α/β-、γ-型醇溶蛋白分子量在30～45ku之间，富含半胱氨酸;ω-型醇溶蛋白分子量在45～75ku之间，但半胱氨酸含量较低［9］。Biagi等［10］认为醇溶蛋白是引起乳糜泻的主要蛋白，Morita 等［11］和 Palosuo 等［12］的研究则表明 γ-醇溶蛋白和ω5-醇溶蛋白是引发食物依赖运动激发性过敏症的主要过敏原。谷蛋白是一种非均质的复合蛋白，有4～6个高相对分子质量亚基(80～120ku)，3个低相对分子量亚基(40～80ku)［13］。Watanabe 等［14］和Soichi等［15］研究发现，小麦过敏患者中大多数对麸质蛋白亚基的谷氨酸-谷氨酸-谷氨酸-脯氨酸-脯氨酸五肽结构过敏。

2 热处理对小麦过敏原蛋白的影响

热处理改变过敏原的反应性主要是因为加热导致蛋白质的变性，蛋白分子内或者分子间的聚合和键合，二硫键的重排以及构象的改变［16］。热处理改变蛋白质的结构，可以破坏过敏原表位，降低其致敏性，但也可能暴露一些潜在的过敏原表位而增强其反应性［17］。同时，热处理也使得蛋白质聚合而导致消化性降低［18］。热处理的方法有干法和湿法两大类，其中干法包括烘焙、焙烧和微波三种，湿法包括煮沸、油炸、挤出、高压灭菌和蒸馏等五种。而文献报道的小麦致敏性的热处理加工有烘焙和高压灭菌两种。

2.1 烘焙处理

烘焙是一种常用的可增加谷物类食品营养价值和利用度的加工工艺。烘焙对小麦蛋白结构影响很大，因为高温能使蛋白变性降解，结构发生改变，因而过敏原表位可能被破坏，致敏性降低。Jansens等［19］对麸质蛋白粉进行热处理加工后发现，当温度为170℃时，麸质蛋白会发生裂解，谷蛋白和醇溶蛋白提取率降低。虽然对于麸质蛋白热处理后的致敏性并没有分析，但是由于蛋白结构的破坏裂解，致敏原蛋白构象表位和线性表位也可能被破坏，麸质蛋白的致敏性可能会降低。Varjonen等［20］研究也发现，小麦粉在加热过程中随着温度的升高(80～120℃)，中性或酸性致敏原蛋白 RAST值减小，与IgE结合能力显著降低。烘焙加工应用广泛，能在一定程度上降低小麦蛋白的致敏性，在低致敏小麦产品生产中有着广阔的前景。

2.2 高压灭菌

高压蒸汽灭菌是一种迅速而有效的灭菌方法，该方法可靠，应用广泛。高压灭菌处理降低小麦致敏性可归因于高压和高温共同作用，使蛋白发生变性，结构发生改变，因而致敏性降低。如，Kwak等［21］用高压灭菌、微波以及两种方法相结合分别处理小麦醇溶蛋白，发现单独用高压灭菌处理50min后，其SDS-PAGE和免疫印迹图中醇溶蛋白带消失。竞争抑制ELISA的结果也发现，醇溶蛋白与抗体的结合程度降低至69%，而单独的微波处理则没有影响，微波与高压灭菌同时处理的蛋白则与抗体结合程度降低至73%，与单独高压灭菌处理并没有显著差别。这说明了高压灭菌能降低小麦醇溶蛋白的致敏性，可以被用于低致敏小麦的加工当中。但是这种方法对于操作要求比较严格，需注意安全以防爆炸，而且对于生产工业中大规模的加工应用难度比较大。

3 非热加工处理对小麦过敏原蛋白的影响

非热加工处理方法是新兴的降低食物过敏原致敏性的方法。非热加工能使物料保持良好的感官特性、营养和风味等优点，而且能明显地降低食物致敏性，在目前的研究和实际应用中具有重要的作用。迄今为止，非热加工处理降低小麦致敏性的加工研究主要包括静态超高压、脉冲紫外光、酶法改性以及梯度抛光和酸解、γ辐射等。

3.1 静态超高压处理

静态超高压(HHP)是广泛用于食物体系的非热杀菌技术，它能均匀地处理产品，并且能致死微生物，同时能钝化酶。超高压归因于改变共价键，如静电引力和疏水相互作用，从而导致构象的改变。如，Gomes等［22］发现 HHP 在低于 600MPa时，小麦粉中淀粉酶的活性增强，而600MPa以上时，能显著抑制α-淀粉酶的活性，使其结构部分发生改变。Apichartsrangkoon等［23］用 200～800MPa的 HHP 处理小麦麸质蛋白时，发现小麦麸质蛋白发生改性和变性，尤其在400～800MPa时二硫键的结合度显著增加。静态超高压能显著的改变小麦蛋白的结构，尽管缺乏静态超高压对小麦蛋白致敏性影响的数据，但是，已经证实了静态超高压可以改变其它过敏食物蛋白如大豆蛋白的构象，并且能降低大豆蛋白的致敏性，因此，静态超高压也能作为改变小麦致敏性的方法。

3.2 脉冲紫外光处理

脉冲紫外光技术是一项强大广泛的工业技术，可应用到水处理、空气杀菌、食品加工、制药、农副产品等众多领域。脉冲紫外线强度是传统紫外线强度的几千倍，能瞬时发出高强度的脉冲光能量杀灭各类微生物，并且其光热作用、聚合作用以及催化效应能改变过敏原结构［24］，使蛋白质聚合［25］。如，Nooji等［26］研究结果表明，脉冲紫外(45s)配合热处理(100℃)或者不配合热处理均能降低小麦麸质蛋白的致敏性，但是前者能更大程度地降低小麦麸质蛋白的致敏性，而在这个温度下，单独的热处理不会影响麸质蛋白致敏性。由此可见，脉冲紫外结合热处理以及单纯的脉冲紫外照射，均能很好地降低小麦粉的致敏性，前者的应用更加具有实际意义。但是，脉冲紫外辐照时间过长会升高物料温度，水分丢失，而且穿透力有其局限性，在实际操作过程中应该拟定合理的工艺参数。

3.3 酶法改性处理

酶法改性是利用酶试剂使蛋白质的氨基酸残基和多肽链发生变化，引起结构的改变，从而达到降低小麦致敏性的目的。目前用于降低小麦致敏性的酶改性方法主要有水解、脱酰胺两种。

酶水解主要是通过水解作用将蛋白降解成小分子肽段从而影响过敏蛋白的线性表位来降低小麦麸质蛋白的致敏性。麸质蛋白过敏的主要表位是谷氨酸-X-Y-脯氨酸-脯氨酸。其中X，Y可被其它氨基酸残基所代替［15］。酶水解处理所使用的酶能水解脯氨酸残基附近的肽键来降低小麦致敏性。如，Tanabe等［27］用高专一性水解脯氨酸残基附近肽段和低淀粉酶活性的菠萝蛋白酶处理小麦粉，其SDS-PAGE结果显示蛋白分子量在20ku和30～40ku，这些蛋白被认为没有致敏性。但是Zorzi等［28］发现菠萝蛋白酶本身也是一种过敏原蛋白。因此，所用的酶也必须被考虑是否能成为新的过敏原。Watanabe［14，29］用纤维素酶、链酶蛋白酶、胶原酶水解处理小麦粉，SDSPAGE结果中，链酶蛋白酶处理的小麦粉蛋白分子量在40ku以下，另两种酶则在67ku以下，均低于对照组，而且ELISA结果均小于0.05，表明几种处理后的蛋白均具有较低致敏性。Watanabe等［30］同时也用动物哮喘模型验证了用纤维素酶和链酶蛋白酶处理小麦粉喂养的小鼠支气管肺泡细胞总数、嗜酸粒细胞、淋巴细胞、中性白细胞的数量减少，血清抗体水平显著降低。酶水解处理虽然能很好地降低小麦粉的过敏原性，但是由于水解，尤其是纤维素酶和链酶蛋白酶的水解，使得小麦粉的蛋白降解成较低分子量的肽段或者蛋白，导致麸质蛋白的网状结构被破坏而不能形成很好的面团。所以，虽然酶水解处理能较好地降低小麦粉的致敏性，但是在实际应用中不如热处理更具有加工意义。

脱酰胺作用也是食品蛋白改性中的一种常用方法。小麦中的麦醇溶蛋白和谷蛋白均含有丰富的谷氨酰胺残基，因此可以去除氨基以降低醇溶蛋白致敏性。小麦酶法脱酰胺作用主要是通过转谷氨酰胺酶来实现的。转谷氨酰胺酶是广泛应用于食品蛋白脱酰胺和酶交联的一种酶，用转谷氨酰胺酶脱酰胺的小麦粉具有较低的致敏性同时能保持较好的加工性能。如Yie等［31］用转谷氨酰胺酶对小麦麸质蛋白进行脱酰胺处理，蛋白的脱氨基程度达到72%，傅里叶红外结果显示了脱酰胺的蛋白分子间和分子内的β折叠程度降低，蛋白二级结构发生改变，ELISA结果表明了脱酰胺的蛋白的致敏性显著低于对照组，而且这些蛋白大分子的性质没有改变，具有良好的溶解性和乳化性。因此，转谷氨酰胺酶在低致敏小麦制品生产中有着重要作用和广阔的应用前景。

酶法改性处理的另一种表现形式是通过发酵来实现，即利用发酵过程中产生的一些内源性微生物酶来修饰小麦过敏蛋白，从而降低小麦致敏性。如，Nagano等［32］用酵母和短小芽孢杆菌处理小麦粉后，发现小麦粉的一些过敏原蛋白被降解至37ku以下，RAST 值只有对照组的1/20～1/30。Phromraksa等［33］则用枯草芽孢杆菌属中DB和SR处理麦醇蛋白，SDS-PAGE结果也发现了分子量为30～60ku的麦醇蛋白被降解，免疫印迹也检测不出这部分醇溶蛋白的致敏性，因此也可认为枯草芽孢杆菌能降低小麦的致敏性。这些微生物能降低小麦的致敏性，而且是用传统的发酵方法来实行，操作方法比较实用简易，具有很好的应用价值。

3.4 梯度抛光处理

梯度抛光是一种小麦粉精加工的加工方法。这种方法是用抛光机将小麦颗粒从外到内抛光去除谷物外周比较坚硬的成分，其抛光比例达到70%，可以降低其致敏性。如，Handoyo等［34］用梯度抛光处理小麦粉，发现抛光后剩余的30%的总小麦粉中蛋白的IgE结合能力显著降低，具有较低的致敏性，这是由于这部分的小麦粉含有的过敏原蛋白含量最少，清蛋白和球蛋白以及醇溶蛋白含量显著降低。这种方法降低小麦粉致敏性和小麦颗粒的各种过敏原蛋白的分布紧密相关。小麦中清蛋白和球蛋白承担了大部分的过敏原反应并且存储在小麦颗粒外周位置，而谷蛋白和醇溶蛋白虽均有分布，但在剩余30%小麦粉中含量较少。梯度抛光则将这些蛋白去除导致了小麦粉中过敏原蛋白含量的降低而使其具有低致敏性。梯度抛光处理进行精加工的小麦粉也许能作为低致敏小麦制品，因为这类小麦粉中致敏蛋白含量相对较低而不会引起过敏反应。但是梯度抛光去除了小麦粉中大量的蛋白，使得小麦粉中蛋白含量降低，营养性也随之降低了。

3.5 酸解处理

酸解是一种化学方法，用以降低小麦粉致敏性，这种方法是用酸来改变小麦中过敏原蛋白的结构以得到低致敏的小麦粉。如，Maruyama等［35］用乳酸和盐酸来处理麸质蛋白，因为酸的作用，麸质蛋白中的谷氨酸残基在脱酰胺程度为30%时麸质蛋白功能性就已经发生了改变，脱酰胺程度为50%时，麸质蛋白与IgE结合能力显著降低。另外，Poutanen等［36］发现用酵母和乳酸发酵产生的乳酸和乙酸等其它的酸能够调节体系的pH，进而激活蛋白酶、半纤维素酶等一系列的酶。这些酶当中可能有些酶具有水解蛋白的作用，导致麸质蛋白的降解。虽然酸解能够降低小麦粉的致敏性，但是酸解能产生苦味，而且在实际应用中，用盐酸进行食品原料处理也被限制。因此，寻求一种可食用有机酸来降低小麦的致敏性有着更重要的意义。

3.6 γ辐射处理

食物辐射是国内外广泛使用的一种食品加工保藏技术，辐射会促进蛋白质的氧化，使蛋白质分解、聚集，也可能引发酶促反应。Vaz等［37］用γ辐射(1、10、25kGy)处理小麦胚芽凝集素(WGA)，发现10kGy或以上辐照剂量处理过的WGA分子肽键和完整多肽链发生断裂，而且蛋白分子结构发生解折叠，以无定形态聚合，WGA活性显著降低。而后作者用已致敏的瑞士白化小鼠动物实验发现处理后的WGA喂养小鼠体内嗜酸细胞活化趋化因子，白细胞介素-4、白细胞介素-5含量明显降低，小鼠肠组织切片淋巴细胞渗透物减少，小鼠的炎症反应减轻。这说明了高剂量的辐照能降低WGA致敏性。因为小麦中的麦醇溶蛋白是一种异凝集素，因此这也证实了γ辐射能降低小麦的致敏性，同时也为辐射处理降低小麦致敏性的加工提供了理论依据。

在实际生产加工中，降低小麦致敏性的方法研究具有广阔的前景。如，Men等［38］发现单宁等多酚类物质存在时，麦醇蛋白的提取率会降低，这可能是酚类物质能与麸质蛋白结合从而影响了麦醇蛋白的提取率，然而关于酚类物质与麸质蛋白的结合物缺乏致敏性的分析。Mazzaracchio等［39］研究发现麦醇溶蛋白能吸收花青素衍生物，之后麦醇蛋白的二级结构发生改变，但其结构改变是否导致麦醇蛋白的致敏性变化缺乏致敏性评估。显而易见，这些新成果能够为我们寻求低致敏小麦制品提供新思路。另外，可以降低其它过敏食物致敏性的加工方法，以及各种技术联合处理的方法都可以开拓我们的思路。

4 结语

小麦是国内外一种主要的粮食作物，随着人们对小麦的消费需求不断扩增，小麦引起的过敏疾病也引起了食品工业界的高度关注。如乳糜泻患者，必须终生严格执行无麸质蛋白饮食，并在饮食中避免小麦、大麦和黑麦等含麸质谷类食物［40］，其它类型的小麦过敏患者也必须避免接触这些过敏原。毫无疑问，小麦过敏人群的饮食存在很大的困扰。因此，生产低致敏小麦制品尤为重要。很遗憾，目前小麦粉的生产当中，国内外低致敏小麦粉产品几乎是一片空白。虽然加工不能完全去除小麦粉的致敏性，但是如果能够建立一种制备低致敏小麦粉的方法，更能满足实际的需求，将更具有实际应用价值。

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