不同营养成分对乳蛋白致敏性的影响研究进展

刘衍辰，王 淇，许运鹏，牟光庆，钱 方，朱雪梅

（大连工业大学食品学院，辽宁 大连 116034）

中国居民膳食指南（2022）中指出，各种乳制品总摄入量应相当于每天300～500 g液态乳。牛乳是饮食中主要摄入的食物之一，其营养丰富，几乎能够提供人体所需的全部必需氨基酸。但由于牛乳中的蛋白类型及同源性与人乳相比具有较大差异，所以在摄入牛乳时，乳蛋白会被自身免疫系统认定为外来蛋白引起机体的不良反应，主要由免疫球蛋白E（immunoglobulin E，IgE）介导，从而引发过敏现象[1-2]。牛乳是联合国粮食及农业组织和世界卫生组织认定的八大过敏原之一，牛乳过敏的发生率逐渐增长，已成为各国政府和公众广泛关注的食品安全问题。

目前普遍认为牛乳过敏是主要由IgE介导的速发性Ⅰ型超敏反应[3]，每100 mL牛乳中含3.0～3.5 g蛋白质，其中至少有25 种不同的蛋白质结构，所有这些蛋白质都可能成为过敏原[4]。酪蛋白中的αs1-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白分别含有典型过敏原表位Bos d 9、Bos d 11和Bos d 12，其致敏率分别为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）分别含有过敏表位Bos d 4和Bos d 5，致敏率分别达到12%和19%[5]。然而，在食品原料中过敏原并不是单独存在，且在食品加工和膳食中这些过敏原也不是单独摄入而是与其他食品组分一起加工并被摄入。这些营养成分既可以作为佐剂或免疫调节因子影响抗原的致敏性，也可以通过改变抗原的结构性质改变抗原的致敏性。虽然如今通过热处理、高压、糖基化、乳酸发酵等一些加工方法可通过改变乳蛋白结构，掩盖抗原表位，降低其致敏性[6]。但这些方法并未完全消除过敏原潜在的致敏性。高静水压法甚至提升了β-LG的致敏性[7]。根据目前已有研究，发酵和水解2 种方法有希望将过敏原的致敏性降低到不引发过敏症状的程度[8]。但水解法可能影响乳粉的感官质量，产生苦味，并对其他功能产生不利影响[9]。此外，蛋白结构改变的程度与致敏性变化趋势之间的关系与加工方法、加工程度和暴露时间，以及食物基质中的其他成分，如盐、糖等的存在有密切联系[8]。因此，本文在国内外已有文献报道的基础上，全面阐述食品中的不同营养组分对乳蛋白致敏性的影响，为食品加工和过敏人群的膳食选择提供一定参考。

1 宏量营养素对乳蛋白致敏性的影响

1.1 糖类

以糖类为代表的碳水化合物是食品中主要组分之一，糖类成分根据其结构特点对乳蛋白结构、致敏性的影响较为复杂。研究表明，蛋白质与还原糖结合可有效降低食品蛋白的致敏性。近年来，也有众多学者通过美拉德反应对蛋白质进行羰基化修饰，以改善蛋白质的功能特性，以此来降低乳制品的致敏性[10-11]。

1.1.1 糖类对抗原结构及表位的影响

表位是过敏原与抗体结合的物质基础，表位根据结构的不同一般分为由3 个连续氨基酸残基序列组成的线性表位和由于蛋白质二级或三级结构折叠聚集在一起的构象表位[12]。Hattori等[13]将羧甲基葡聚糖（carboxymethyldextran，CMD）与β-LG进行共轭，二者通过抑制T细胞抗原表位可有效改善蛋白的乳化性能，增强热稳定性，降低蛋白的致敏性。同时，将酸性寡糖与β-LG共轭，通过对B细胞表位的掩盖，也可达到相同的效果[14]。此外，还可通过改变β-LG结合位点的构象来降低其致敏性。Taheri-Kafrani等[15]通过60 ℃水浴加热对β-LG进行温和处理，破坏其二级和三级结构，结果显示，在美拉德反应的早期阶段，β-LG的适度糖基化基本不会降低IgE的识别能力，而在β-LG被高度糖基化后，其赖氨酸的ε-氨基与还原糖发生反应，对IgE识别的表位具有明显的“掩蔽”作用。曹寒馨等[16]研究不同糖类对β-LG致敏性的影响，通过十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳与竞争酶联免疫吸附（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）法将不同种类的糖与乳清蛋白进行美拉德反应后发现，五碳糖的效果最佳，其次为六碳糖、单糖及多糖。其中，热稳定性低的多糖效果要优于热稳定性高的多糖，结合蛋白的褐变率来看，低聚木糖在保持较好产品风味的同时具有较好的降低蛋白致敏性的效果。此外，蛋白质与不同量和不同分子质量的糖结合也可降低牛乳蛋白的致敏性。β-LG与低聚果糖、低聚半乳糖和异麦芽寡糖通过美拉德反应结合，能有效降低过敏原β-LG的致敏能力。Hattori等[17]通过非竞争性ELISA方法检测到β-LG与高含量的CMD共轭会使其致敏性显著降低。Kobayashi等[3]在研究β-LG与相同含量、不同分子质量的CMD共轭时发现，只有当β-LG结合高分子质量的CMD时其致敏性才会显著降低，而导致此现象产生的原因是CMD对细胞表位的掩盖作用。美拉德反应的条件及程度同样影响牛乳蛋白的致敏性。通过响应面法优化美拉德反应的3 个自变量（蛋白质与糖的质量比、反应温度及反应时间），体外竞争性ELISA检测结果表明，α-LA和β-LG与葡萄糖发生共轭反应后会降低蛋白的致敏性，且在确定的最优反应条件下，α-LA和β-LG的致敏性抑制率均超过90%[18-19]。此外，Hattori等[20]发现，壳聚糖可抑制β-LG聚集并降低抗原性，为降低其致敏性提供可能。

除了上述有关糖类与α-LA和β-LG相互作用研究的报道，糖类同样影响过敏原酪蛋白的致敏性。杨铮[21]分别用低聚壳聚糖和低聚半乳糖对牛乳αs1-酪蛋白进行糖基化处理，通过ELISA实验及动物实验观察其抗原性和免疫原性的变化，结果表明，2 种糖的处理均可使牛乳αs1-酪蛋白的抗原性和免疫原性显著降低。

1.1.2 糖类提高机体免疫力，减轻过敏反应

多糖可通过提升机体的抗氧化能力，从而缓解过敏反应。Hu Shumin等[22]对从牛乳中分离得到的鼠李糖乳杆菌ZFM231胞外多糖进行抗氧化活性测试后发现，其具有可明显清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼、羟基等自由基的能力。刘聪秀等[23]研究发酵乳杆菌LFQ153胞外多糖与氧化损伤的RAW264.7巨噬细胞间相互作用时发现，胞外多糖还可降低RAW264.7巨噬细胞内肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β（interleukin 1β，IL-1β）及IL-6细胞因子的表达，从而减轻人体对乳蛋白的过敏反应。

1.2 脂质

在食品加工过程中，食物中的脂类可通过与乳蛋白的游离基团及具有可变性的空间结构相互作用从而影响蛋白特性。因此，具有高度乳化稳定性的β-LG纤维化产物是探究脂质对乳蛋白致敏性过程中一个不可忽视的影响因素[24]。另外，研究表明，在自然条件下或在食品烘焙加工工艺、食品乳化过程和食品贮存时脂类氧化所产生的蛋白、脂质结合也可对蛋白潜在致敏性产生影响。脂质可通过提高肠上皮细胞顶膜上脂肪酸转运蛋白的效率、肠道脂肪酸的吸收效率、促进过敏原刺激淋巴组织发生免疫反应，从而提高蛋白的致敏性[25-26]。还有研究发现，大部分过敏原是因其自身具有与脂质相结合的结构而与脂质结合，并非通过共价作用[27]，脂质还会增强病原体与受体的结合能力，从而使机体产生以Th2为主的免疫反应[28]，但脂质与乳蛋白中过敏原间的具体相互作用尚待探究。

1.2.1 磷脂对乳蛋白致敏性的影响

乳脂球膜的主要成分为磷脂（包括磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺等）、鞘脂及多种蛋白，是乳制品中独有的物质[29]。有研究发现，带负电荷的磷脂基团可诱导β-LG改变其三级结构，暴露出疏水性残基，促使β-LG吸附在脂质表面[30]。Bøgh等[31]研究表明，β-LG功能及结构的完整性是影响其免疫原性及致敏性的关键因素。通过在挪威大鼠中进行模拟β-LG在胃、十二指肠的消化过程发现，只有结构完整的β-LG进入机体才能引发过敏反应，而消化后的β-LG不具备免疫原性和致敏能力。此外，Moreno等[32]在无磷脂酰胆碱的条件下进行体外模拟胃肠消化实验后发现，β-LG结构极易被消化酶所破坏；通过皮肤点刺实验的进一步探究，发现磷脂酰胆碱可保护β-LG被消化，以增强其致敏性，同时对牛乳中另一种过敏原α-LA具有相同的保护作用。研究表明，牛乳中脂质本身也可作为免疫佐剂，通过诱导Th细胞亚群产生标志性细胞因子来指导免疫反应，使机体倾向于Th2反应环境，进而刺激机体产生过敏反应[33-34]。

1.2.2 脂肪酸对乳蛋白致敏性的影响

脂肪酸是脂质的水解产物，食品中脂肪酸组成复杂且乳中的脂肪酸种类和结构更为复杂，目前已有研究发现其与人体的免疫机制及乳蛋白的致敏性有密切关系。Le等[35]研究发现，脂肪酸可通过改变蛋白结构或调节免疫系统，从而提高乳蛋白的致敏性。β-LG中EF环只有在打开的前提下才可与脂肪酸相结合，故脂肪酸只有在中性及碱性条件下才可对β-LG结构产生影响。孟轩夷[36]研究十八碳不饱和脂肪酸对α-LA和β-LG致敏性影响时发现，不饱和脂肪酸可通过打开α-LA和β-LG的结构来增强其抗原性，进而为IgE结合提供表位，其中效果最明显的为亚麻酸；且十八碳不饱和脂肪酸可通过乳蛋白刺激细胞释放组胺、IL-6等物质，激活IgE/FceRI介导的信号通路来增强乳蛋白的致敏效果；通过在加热条件下研究亚麻酸与乳蛋白之间的作用发现，增加温度可提高2 种蛋白与免疫球蛋白的结合能力，其最佳条件为脂肪酸与蛋白物质的量比为1∶50、温度60 ℃条件下作用30 min；此外，脂肪酸与蛋白的相互作用同样可以改变肠道淋巴组织对过敏原的免疫反应，降低过敏原的降解率，对蛋白致敏性产生影响。孟轩夷[36]还在体外模拟婴幼儿胃肠消化α-LA和β-LG时发现，十八碳不饱和脂肪酸可保护二者不被降解，以增强与IgE的结合能力，从而提高蛋白的致敏性；另外，亚麻酸与α-LA结合可抑制派尔集合淋巴结及肠系膜淋巴结树突状细胞、Th1因子和Tregs的表达，引导肠道发生IL-4过敏反应，从而增强过敏反应。

2 微量营养素对乳蛋白致敏性的影响

2.1 维生素

维生素及其代谢产物在乳蛋白过敏反应过程中还具有重要的免疫调节作用。视黄醇、VD和VE都可缓解乳蛋白的过敏症状。由肠道相关淋巴组织产生的VA代谢产物视黄酸可激活B淋巴细胞，表达出高水平的肠道归巢受体，这一现象可能会有助于平衡肠道的免疫性及耐受性[37]。Wang Tiantian等[38]发现，VD可作为1,25-(OH)2-VitD3受体，促进IL-9、IL-13等物质发挥作用，改变原有的免疫系统，维护肠道屏障，从而避免暴露过敏原。目前Grar等[39]研究发现，补充VE可阻止β-LG诱导提升小鼠过敏肠道上皮细胞的通透性，从而减缓β-LG诱导的过敏症状。

此外，VC、VB6、VB2、VB12可保护酪蛋白发生氧化，保持其原有的结构及功能特性[40]。被氧化的酪氨酸与原结构相比，二硫键的断裂使其结构舒展开来，会增强胃蛋白酶对其的水解程度，从而改善酪蛋白的致敏特性[41]。但研究发现，这4 种水溶性维生素的含量越高，对酪蛋白被氧化的抑制效果越好[40]。

2.2 矿物质

矿物质可通过与乳蛋白相互作用改变牛乳过敏原的结构，从而改变其致敏性。黄美佳[42]通过光谱学结构表征评估Ca2+与α-LA结合后发现，Ca2+可增强α-LA表面疏水性。谢秀玲[43]的研究得出了相同的结论。此外，该研究还发现Cu2+可诱导β-LG形成二聚体和四聚体，进一步通过小鼠评估致敏性的实验中发现，β-LG聚合物和β-LG二聚体可显著提升小鼠血清中IgG、IgG1及肥大细胞蛋白酶的水平，在二次免疫中刺激小鼠分泌更多的γ干扰素。O’Kennedy等[44]发现，NaCl可加快Cu2+诱导β-LG聚合的速率。

另外，矿物质还可通过改变机体原本的免疫机制来对乳蛋白的致敏性产生影响。钙含量的提升可降低机体血清与球蛋白的比值，对机体体液免疫的提升具有抑制作用。黄美佳[42]通过间接竞争ELISA法发现，与Ca2+结合的α-LA在兔子和人体内与IgG和IgE的结合能力显著降低；此外，将过敏人群的血清与KU812细胞共同培养后发现，α-LA在Ca2+的作用下可降低细胞释放组胺与肿瘤坏死因子-γ的含量，从而减轻牛乳α-LA引起的人体过敏。硒可以抑制蛋白水解。Ianni等[45]用饲喂硒补充剂的奶牛所产的牛乳制作干酪，将干酪进行蛋白水解时发现，硒补充剂对αs1-酪蛋白和αs2-酪蛋白的降解具有保护作用。

3 功能活性成分对乳蛋白致敏性的影响

3.1 膳食多酚

膳食多酚可以与蛋白质共价或非共价相互作用。最近发现，一些膳食多酚能够与牛乳蛋白相互作用形成复合物，通过改变蛋白质结构来改变蛋白质的功能特性，从而改变蛋白质的过敏性[46-47]。如在生理条件下将姜黄素、白藜芦醇和染料木黄酮与β-LG结合后发现，多酚降低了β-LG的β-折叠结构含量、增大了其β-转角含量[48]。膳食多酚与蛋白质之间的相互作用可降低一些食物过敏原的过敏性[49]。茶、咖啡、可可多酚提取物与β-LG的非共价相互作用可延迟蛋白被消化的时间，且在胃肠道中性pH值条件下可诱导蛋白β-折叠转变为α-螺旋，二者的相互作用越强，复合物的总抗氧化遮蔽效果越强[48]。研究表明，乳清分离蛋白（whey protein isolate，WPI）与绿原酸（chlorogenic acid，CHA）共价结合后形成的共价键影响了蛋白的构象和线性表位，阻止了IgE结合；与未修饰的WPI相比，WPI-CHA结合物表现出较低的IgE结合能力，且随着消化时间的延长，消化后的WPI-CHA结合物中β-LG和α-LA的IgE结合能力低于消化后的WPI[50]。此外，与CHA共价结合可以通过提高蛋白质的溶解度、乳化活性、发泡性能和抗氧化能力等功能特性来降低WPI的体外致敏性[51]。但同时有研究表明，当酚类物质与乳蛋白混合时，其与酪蛋白的亲和力远高于与乳清蛋白的相互作用，酪蛋白的聚集程度会明显增加[52]。通过将牛β-LG与儿茶素3-没食子酸酯和CHA共价结合后进一步发现，反应中的相互作用可改变蛋白的二级结构，有效降低蛋白的IgE结合能力，降低致敏性[53]。此外，通过进行Western blotting分析和ELISA，Wu Xuli等[54]报道，β-LG与儿茶素3-没食子酸酯、CHA结合后的缀合物可在避免蛋白质变性的前提下保持视黄醇结合活性，并提高了缀合物的抗氧化活性及热稳定性，且儿茶素3-没食子酸酯的效果优于CHA。多酚与乳蛋白的相互作用为降低β-LG的致敏性提供了一种新的方法。

此外，许多酚类物质被氧化成的醌类和异醌类物质还可以与蛋白上的半胱氨酸或赖氨酸发生共价反应，从而影响蛋白的性质[55]。在CHA与牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）研究中发现，CHA会导致BSA构象发生明显变化，使BSA结构舒展且亲水、降低BSA的消化率[56]。

3.2 生物碱

生物碱类物质是植物类食物中比较常见的一类化学组分，已有研究发现，生物碱同样可对乳蛋白的致敏性产生影响。IgE介导的超敏反应是牛乳中最常见的过敏反应，而肥大细胞和嗜碱性粒细胞与受体结合是该反应的基础[57]。吴玉杰[58]通过用燕麦生物碱处理大鼠嗜碱性粒细胞后发现，燕麦生物碱浓度越高，抑制细胞脱颗粒的现象越显著，从而机体抗过敏能力越强。柳文锋[59]通过将燕麦生物碱B与β-LG复合诱导嗜碱性粒细胞后得出了相同的结论。此外，通过将马钱子碱与牛血清蛋白进行荧光光谱检测后发现，牛血清红蛋白和BSA原有的荧光被猝灭，马钱子碱可高强度改变牛血清红蛋白和BSA的二级结构[60]。Liu Yan等[61]通过傅里叶变换红外光谱仪检测发现，2 种喹啉类生物碱奎宁飞及奎尼丁飞可改变BSA的二级结构。而过敏原空间结构的改变则极有可能掩盖或暴露过敏表位，从而影响过敏原的致敏性[43]。

4 其他物质对乳蛋白致敏性的影响

除食物基中营养素与功能活性成分外，研究发现，食物基中的κ-卡拉胶和蛋白肽段也会影响β-LG的致敏性。

Capron等[62]研究发现，在pH 7、0.1 mol/L NaCl条件下加入κ-卡拉胶可加速β-LG由低聚体聚合为高聚体。Croguennoc等[63]也得出了相同的结论，且高浓度的κ-卡拉胶还可使β-LG从溶液中析出。Kosters等[64]发现，蛋白肽段与β-LG之间的相互作用可在不影响蛋白二级结构的情况下降低蛋白的热变性温度，且具有游离羟基的肽段更易与β-LG聚合。聚合后蛋白的结构变化、过敏原结合价的上升、与血清中特异性抗原IgE亲和力的改变等都会对乳蛋白的致敏性产生影响[43]。

5 结 语

食物基质中不同成分可能影响乳蛋白结构性质、消化率，甚至对过敏患者的免疫有一定的调节，进而影响乳蛋白的致敏性。目前单一成分对乳蛋白整体致敏性的影响研究还不够系统完善，多成分对单一乳蛋白的致敏性影响结果还尚待研究。本文能够为不同营养成分与牛乳致敏性之间关系的研究提供一些参考依据，为乳蛋白过敏人群的膳食指导提供一定参考，为未来乳蛋白过敏患者配方食品的开发提供借鉴。