植物蛋白过敏原的研究进展

宋天园，王 甜，肖 兰，道吉吉，唐 丽*

（1.民族医药教育部重点实验室（中央民族大学），北京 100081；2.中央民族大学药学院，北京 100081；3.北京协和医学院护理学院，北京 100144）

蛋白质是生物体三大营养物质之一，在生命体的机体组成、维持机体正常新陈代谢、修补更新机体组织、维持机体各种酶活性、电解质平衡及提供能量等诸多方面发挥着重要的生理功能。随着全球范围内对优质蛋白原料需求的不断增长，我国优质蛋白质资源匮乏情况也日益明显。植物蛋白因其来源广泛、营养丰富和绿色环保而广受关注，其工业生产近年来发展迅猛。随着营养、健康及可持续发展的理念逐渐被认同，现代营养科学、饲料科学等的发展，有效挖掘植物蛋白资源大有潜力，通过科学加工和技术创新可以开发出更多特性优良的植物蛋白[1-2]。中国目前是全球植物蛋白市场增速最快的国家之一，我国已经成功应用大豆蛋白、小麦面筋蛋白、花生蛋白、棉籽蛋白等开发了多种品类的植物蛋白商品[3-6]，植物蛋白在食品工业、饲料工业、新型绿色材料等领域作为可持续应用的蛋白质来源具有巨大的开发潜力。

在植物蛋白资源开发过程中，植物蛋白品种的质量及其营养和功能特性是关注的重点，除了对蛋白质含量、氨基酸平衡情况、低分子量蛋白和小肽含量等的深入研究之外，植物蛋白中所含有的过敏原及其引发的过敏反应，以及如何降低其致敏性的方法等问题也越来越引起重视。目前对于各类过敏原导致的过敏反应，相应疾病仍然没有高效精准的根除方法，严格避免接触和摄入过敏原仍是目前防止各类过敏反应的最直接有效策略和普遍应用的方法。因此对植物蛋白过敏原的来源与种类、致敏作用、抗原表位及性质、脱敏方法等开展深入系统的研究具有重要的意义。本文在梳理主要植物蛋白来源、加工方法和营养功能特性的基础上，针对植物蛋白中含有的主要过敏原种类、致敏作用、抗原表位及影响因素、降低致敏性的途径和方法等方面进行了整理和分析，以期为植物蛋白过敏原的检测分析提供基础，为评估植物蛋白过敏原的潜在风险以及开发低致敏性的植物蛋白品种提供参考。

1 植物蛋白的来源与性质

植物蛋白来源于植物，是具有多种生理和营养功能的优良蛋白质来源之一。从营养学角度大致可分为两类：一类是完全蛋白质，如大豆蛋白质，是一类含有各种必需氨基酸且比例适宜的蛋白质；另一类是不完全蛋白质，如谷类蛋白质，是指缺乏某一种或几种必需氨基酸的蛋白质。

目前我国植物蛋白主要是以各类富含蛋白质的植物为原料经过加工得到，具有蛋白质含量高、氨基酸组成均衡等特点。其中，最为重要的来源有豆类、谷类和坚果类，主要品种有大豆蛋白[3,7-12]、小麦蛋白[4,13-16]和花生蛋白[5,17]等，还有一些牧草类、种籽类等来源的植物蛋白。根据应用目的、加工方法和工艺的不同，各类植物蛋白的特性各有侧重，有的偏重营养性价值，有的偏重功能性价值。一些主要植物蛋白的来源、蛋白含量、加工方法、营养与功能特性、应用情况等见表1。

表1 续植物蛋白的种类、加工方法及营养功能特性

表1 植物蛋白的种类、加工方法及营养功能特性

1.1 大豆蛋白

大豆含蛋白质高达36%～40%，氨基酸组成较为合理，在机体内的利用率较高，是品质优良的植物蛋白。同时大豆中含有18%～22%的油脂和20%～30%的碳水化合物，故其兼有油脂资源和蛋白质资源的特点，且胆固醇含量极低，具有很高的营养价值。大豆蛋白产品主要分为脱脂大豆粉（Defatted soy flour，DSF）、大豆浓缩蛋白（Soy protein concentrate，SPC）和大豆分离蛋白（Soy protein isolate，SPI）等。其中大豆分离蛋白的蛋白质含量高达90%，是营养价值最高的大豆蛋白产品[7,12]。

1.2 小麦蛋白

小麦蛋白属于谷类蛋白，谷类一般含蛋白质6%～10%，属于不完全蛋白质。谷物来源的蛋白质中缺少赖氨酸，单独使用时不能维持机体的氮平衡和生长发育需求。小麦蛋白的组成较为复杂，依据其在不同溶剂中的溶解度差异分为4类，分别为可溶于水的清蛋白（占5%～15%）、溶于稀盐溶液的球蛋白（3%～10%）、溶于乙醇的醇溶蛋白（35%～45%）和溶于稀碱的谷蛋白（40%～50%）。其中麦谷蛋白和麦醇溶蛋白也称为小麦面筋蛋白（Wheat gluten protein，WGP），存在于胚乳中，是洗去小麦粉中的淀粉及其他可溶性物质后的面筋粉体，约占小麦蛋白总量的75%～85%[13-16]。

1.3 花生蛋白

花生蛋白属于完全蛋白，含有丰富的氨基酸，包含人体必需的8种氨基酸，其中蛋氨酸含量稍低，赖氨酸、苏氨酸、色氨酸的含量接近联合国粮农组织（FAO）规定的标准，其他4种氨基酸的含量超过此标准。花生蛋白的功能接近大豆蛋白，且其所含的不消化糖、棉籽糖和水苏糖含量仅为大豆蛋白的1/7，故不产生食用大豆蛋白后出现的腹胀和嗝气等反应，比大豆蛋白更易吸收和利用，可起到改善食品和饲料品质、强化营养等作用[5,17]。

1.4 其他植物蛋白

我国植物蛋白资源丰富，除了上述主要植物蛋白种类之外。其他来源的植物蛋白还有玉米蛋白[18-20]和藜麦蛋白[21-22]（谷类蛋白）、核桃蛋白[23-24]和杏仁蛋白[25-26]（坚果类蛋白）、豌豆蛋白[27-28]和芸豆蛋白[29-30]（豆类蛋白）、苜蓿叶蛋白[31-33]（牧草类蛋白）、棉籽蛋白[34-36]、油菜籽蛋白[37-38]（种籽类蛋白）和双孢蘑菇蛋白[39]（食用菌类蛋白）等。

2 植物蛋白过敏原的主要种类

过敏原是指能够刺激机体选择性激活免疫细胞，诱导机体产生特异性免疫球蛋白E（IgE），引起过敏反应的抗原性物质，又称为致敏原或变应原。过敏原在自然界中广泛存在，据文献报道，90%以上的食物过敏是由大豆、花生、小麦、坚果类、水果类、奶类、禽蛋类和水产品类等所引起，除后3种外其他均为植物性过敏原。目前已鉴定的绝大多数植物性过敏原都是分子量为10～100 ku的蛋白质或糖蛋白物质[40-41]。其中最常见的大豆、谷物、坚果等植物性过敏原所占比例最大。随着植物蛋白资源的广泛深入开发与利用，由植物蛋白中的过敏原所引发的各类潜在风险也不断增加。目前，国内外对植物蛋白过敏原的关注和研究主要集中在大豆、花生和小麦等品种上，对这些植物蛋白中的过敏原种类及其致敏作用特点等开展了大量的研究。

花生在西方国家是引起食物过敏反应比例最高的食物之一，会引起人及畜禽产生严重甚至是致命的过敏反应，对其过敏原的研究较为深入。世界卫生组织-国际免疫学联合会（WHO-IUIS）收录的花生过敏原共有17种，分别命名为Ara h 1～17。其中Ara h 1、Ara h 2、Ara h 3和Ara h 6被鉴定为主要过敏原，Ara h 1约占花生总蛋白的12%，是花生中丰度最高的过敏原，且90%的花生过敏患者血清中都能够检测到Ara h 1的特异性抗体[42-43]。

大豆中发现的过敏原超过40种，其中已经鉴定且经致敏原数据库（http://www.allergenonline.org/）收录的大豆过敏原有12种，分别为Gly m 1～6、Gly m Bd 28K、Gly m Bd 30K和Gly m Bd 60K等。其中Gly m 5和Gly m 6被认为是大豆的主要过敏原，在欧洲地区，30%～50%的大豆过敏是由这两种过敏原引起；Gly m Bd 30K能被65%的大豆过敏患者的血清识别，认为是大豆中致敏性最强的过敏原[44-45]。

小麦中已发现有70多种蛋白质可致敏，但是只有部分蛋白质被明确鉴定，根据国际免疫学会命名委员会公布的数据，小麦过敏原共有18种，主要为Tri a 12、Tri a 14、Tri a 17～21、Tri a 25～28、Tri a 36～37和Tri a 40～45。其中Tri a 14、Tri a 19和Tri a 36是小麦的主要过敏原，Tri a 14是小麦中引起哮喘症和鼻炎等过敏反应的主要过敏原，Tri a 19和Tri a 36是导致小麦运动激发过敏症的主要过敏原[46-47]。

3 植物蛋白过敏原的致敏作用

植物蛋白过敏原能引起人和一些动物发生明显的Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅳ型过敏反应，其中以Ⅰ型过敏反应最为常见。植物蛋白致敏的机制复杂，目前对其引发的主要病理环节及免疫机制有所认识，但其病理过程的具体环节尚未完全阐明，一般情况下将过敏反应分为致敏阶段和效应阶段。当植物蛋白过敏原进入消化系统后，激活胃肠道免疫反应产生IgE，与肥大细胞和嗜碱性粒细胞膜上特异性受体结合，使机体处于致敏阶段。当机体再次接触过敏原时，诱导细胞脱颗粒从而释放各类炎性介质，引发消化系统或全身性的各种变态反应[48-50]。植物蛋白过敏原引发的过敏反应尤其在动物幼龄阶段容易发生，主要是因为幼龄动物的胃肠道屏障和肠黏膜发育尚未健全，通过食入途径进入机体的植物蛋白未能充分良好地得到消化分解，其中的过敏原类物质容易引发以消化系统症状为主的各类过敏反应[51-52]。

植物蛋白来源不同、过敏原种类复杂，不同类别的植物蛋白过敏原都有可能致敏，其对不同人群或者动物分别产生不同的致敏性和致敏机制，同时由于致敏途径不同，人或畜禽种类及器官组织反应性不同等因素均会影响机体表现出不同的过敏反应症状，有些变态反应发病迅速，有的起病延迟。植物蛋白过敏原诱发的过敏病症及机制非常复杂，通常涉及机体多个系统，出现包括胃肠道、呼吸道、皮肤、中枢神经系统及全身各类过敏反应症状。

常见的大豆、小麦和花生等来源的植物蛋白过敏原会引起各类胃肠道过敏反应或皮肤过敏反应，主要症状有恶心、呕吐和腹泻等过敏性胃肠炎症状，口舌和咽部出现红斑和肿大等局部过敏症状，有时非常严重甚至致命。大豆蛋白过敏原引发的过敏病症主要有过敏性结肠炎、荨麻疹等。在畜禽生产中，由于大豆蛋白过敏原引起的日粮过敏反应可导致仔猪和犊牛等的腹泻、肠黏膜细胞增生甚至死亡等严重过敏状况[51-52]。大豆蛋白过敏原对断奶仔猪和犊牛的致敏作用，通常经历一段过敏时期会引起小肠绒毛萎缩、脱落及隐窝增生等肠道损伤，养分消化率下降，产生腹泻等过敏反应，并且大豆蛋白产生的过敏反应对犊牛的影响更普遍。花生蛋白过敏原引发的致敏作用主要涉及胃肠道，表现为口周皮肤和口咽黏膜等局部的过敏反应，其他的过敏靶器官还涉及皮肤和呼吸系统，花生过敏有时可引起过敏性休克，甚至危及生命[53]。小麦蛋白过敏原引发的常见病症有乳糜泻、小麦运动激发过敏症、哮喘症、鼻炎和特异性皮炎等[54]。

目前国内外针对各类植物蛋白原料来源的过敏反应仍是采用避免接触和禁止食入过敏原为主要的防控手段，或者通过使用抗过敏药物缓解过敏症状，也有很多研究集中于植物蛋白品种的选育改良、蛋白加工工艺和方法改进、降低致敏性或脱敏技术开发等方面。

4 植物蛋白过敏原的抗原表位及影响因素

植物蛋白过敏原的致敏性和引发的各类过敏症状是由于其所包含的抗原表位的结构和性质决定的。过敏原蛋白的抗原表位即抗原决定簇，是蛋白抗原结构表面的可引起机体产生抗体或与免疫细胞结构中抗原受体产生结合的基本结构单元区域，其结构一般由5～17个氨基酸残基或5～7个多糖残基或核苷酸组成。按照其免疫特性和结构有两种分类方法，一种是依据其被T细胞或抗体的特异性识别将其分为T细胞表位和B细胞表位，另一种是依据其结构的连续性将其分为线性表位和构象性表位[43,55]。植物蛋白过敏原并不是通过完整分子引发过敏反应，而是通过过敏原表位与抗体产生免疫反应，过敏原的抗原表位是其抗原性及抗原抗体反应的基础，其作用是与抗体结合引起过敏反应，表位组成和空间构型等特征决定了抗原的特异性。有研究表明构象性表位为过敏原蛋白表位的90%以上，占绝对优势，故过敏原抗原表位的空间结构对其致敏性能的影响最大[56-57]。对植物蛋白过敏原的抗原表位结构与性质进行研究是深入开展其致敏性、致敏机制、脱敏技术、开发低致敏性品种及研究相关过敏疫苗的重要基础。

植物蛋白过敏原一般具有一定程度的耐热性和耐酸碱性，对胃酸和胃肠液中的消化酶有耐受性等。但是植物蛋白过敏原的抗原表位空间结构很不稳定，抗原表位的组成、数目、性质和空间构型决定了抗原的特异性，其所处的环境因素变化，如温度、pH和离子强度等，对其二级结构和空间构象影响较大，可改变抗原表位的结构，导致其抗原性发生变化，外界环境变化或者植物蛋白制备加工过程的工艺条件等因素会对植物蛋白过敏原的数量和空间结构产生影响，进而引起一些相应特性的改变[58-59]。比如品种多样的花生加工工艺可直接影响到花生蛋白的致敏性、分子聚集特性、消化吸收特性、乳化性和起泡性等加工特性[60]。可以通过研究各种工艺条件对植物蛋白过敏原的抗原表位空间结构影响而引起相应性质变化的规律，来探索能够定向影响植物蛋白过敏原抗原表位结构及其抗原特性和致敏作用的技术方法，从而为消减或降低植物蛋白过敏原致敏性的技术开发提供基础和依据。

5 降低植物蛋白过敏原致敏性的途径与方法

植物蛋白过敏原表位结构及其相应的生物学特性直接影响过敏原与抗体结合程度，从而对其致敏性和程度产生影响。一般认为植物蛋白过敏原表位的致敏结合位点如果受到影响或被破坏，有助于降低其致敏性。因此，可以通过对各类植物蛋白的制备加工工艺进行改进，从而筛选和构建消减技术以降低其过敏原蛋白的致敏性，已有大量文献报道针对各类植物蛋白过敏原的加工技术研究[61-67]。

目前应用的能够降低和消减植物蛋白过敏原致敏性或脱敏处理的方法有很多种，可归纳为物理方法、化学方法和生物技术方法三类。物理方法主要有热处理法、超高压法、辐照法、高压脉冲电场法和超声波法等；化学法主要有糖基化法（美拉德法）、甲基化修饰和蛋白磷酸化法等；生物技术方法主要有酶解法、酶交联法、发酵法和基因工程法等。热处理等物理方法在消减过敏原致敏性的同时，也可能会对植物蛋白的营养特点和功能特性产生一定的影响。盐析法等化学方法因为在加工处理过程中引入化学试剂或由于试剂残留而存在潜在的安全隐患。酶解和发酵等生物技术方法因其处理效率高和污染小近年来被广泛应用，在改善致敏性的同时也会对一些植物蛋白的特性产生影响。现阶段单一的处理方法和技术改性通常可能无法达到预期的脱敏效果，多种方法的联合应用研究为开发低致敏性或者无致敏性植物蛋白提供了有益的探索和参考。一些常用的致敏性消减和脱敏处理方法、基本原理、在植物蛋白过敏原脱敏中的主要应用及其特点与局限等情况见表2。

表2 续一些常用的致敏性消减技术方法及其在植物蛋白过敏原脱敏中的应用

表2 一些常用的致敏性消减技术方法及其在植物蛋白过敏原脱敏中的应用

6 小结

植物蛋白资源丰富，具有良好的营养特性与功能特性，其在食品加工和饲料工业等领域的应用日益增加。但同时植物蛋白过敏原所引发的人和畜禽等的过敏事件也越来越多，在植物蛋白原料及产品安全方面存在潜在的风险。目前国外对植物蛋白过敏原的来源、结构、致敏机制和降低过敏性的技术方法等方面开展了越来越丰富的研究，我国相关研究处于起步阶段，可充分借鉴相关研究进展，深入开展植物蛋白过敏原抗原表位结构、致敏机制等应用基础研究，研究各类蛋白致敏性消减技术，开发品种丰富的低致敏产品，在植物蛋白相关产业的发展中展示出巨大的应用开发潜力。