資訊 > 專家原創(chuàng) > 花生的主要過敏原及其降敏研究進(jìn)展
隨著經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展,食品的生產(chǎn)、流通和消費(fèi)方式日趨國際化,花生過敏成為花生食品加工應(yīng)用中普遍關(guān)注的問題。研究花生蛋白致敏的機(jī)理、過敏原物質(zhì)和探索脫敏方法,對(duì)保證花生制品的安全性和開發(fā)低致敏性花生制品具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
目前,在食品工業(yè)中為了更安全健康地使用花生進(jìn)行生產(chǎn),通常采用熱加工、超高壓微射流、輻照、單一或復(fù)合酶解等方式對(duì)花生致敏蛋白進(jìn)行改性,以求破壞其致敏表位或降低其與免疫球蛋白E(IgE)的結(jié)合能力。
花生中的主要過敏原
花生中的過敏原主要是分子量在 10~70 kDa之間的高度糖基化蛋白質(zhì),它們分別屬于不同的蛋白質(zhì)家族。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)Ara h1、Ara h2、Ara h3、Ara h4、Ara h5、Ara h6、Arah7、Ara h8 和一種脂蛋白這9種蛋白成分能夠與特異性IgE 結(jié)合。其中Ara h1、Ara h2和Ara h3是主要的致敏蛋白,90%的病人血清都能識(shí)別他們。我國主要的致敏蛋白是Ara h1和Ara h3 多肽。
①Ara h1過敏原。Ara h1占花生蛋白總量的12%~16%,是一種分子量為63.5 kDa、等電點(diǎn)為4.55的糖蛋白,屬于cupin 家族。Ara h1具有熱穩(wěn)定性強(qiáng)、耐酶解、不易消化等特性。研究表明,高溫不能破壞 Ara h1 的主要抗原結(jié)構(gòu),高溫變性后的Ara h1 蛋白仍然具有天然的Ara h1 蛋白相類似的 IgE 結(jié)合活性。雖然熱處理過敏原 Ara hl 的蛋白構(gòu)象發(fā)生了變化,但是其抗原性卻沒改變。Ara h1 經(jīng)蛋白酶解后仍能激活樹突狀抗原呈遞細(xì)胞,還能導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生過敏反應(yīng)。
② Ara h2 過敏原。Ara h2是一種分子量約為 17.20 kDa 的糖蛋白,等電點(diǎn)為5.2,占花生蛋白總量的10%左右。研究表明,花生過敏原 Ara h2 可通過過氧化物酶酶解降低花生蛋白的致敏性,但是在酸性條件下Ara h2穩(wěn)定,能夠抵制胃腸道的酶解和人體的消化作用。在55℃或 70℃溫度下處理后,Ara h2蛋白抗原性略有升高,但在85、100℃或 115℃溫度下處理后,其抗原性卻顯著降低,且其抗原性且隨著溫度和時(shí)間的增加均不斷降低。
③Ara h3 過敏原。Ara h3是一種分子量為 57 kDa的糖蛋白,屬于雙cupin 類型。Ara h3 還有很多分子量 14~ 45 ku 的同源物。Ara h3 致敏蛋白熱穩(wěn)定性強(qiáng),不易被蛋白酶徹底水解。一定的離子強(qiáng)度條件下,Ara h3 能耐受70~92℃的溫度,其 IgE 結(jié)合位點(diǎn)四級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)完整。Ara h3 被水解為酸性堿性片段后,可進(jìn)一步被胰蛋白酶消化產(chǎn)生13~45kDa大小不等的可導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生過敏反應(yīng)的片段。
花生脫敏方法
1、熱加工
常用于加工花生的處理方法可分為熱加工與非熱加工兩類,作為使用率最高的加工方式,熱加工可充分促進(jìn)花生產(chǎn)生香氣及良好的口感。生產(chǎn)者通常對(duì)花生整體施以熱加工,加熱溫度和時(shí)間的不同會(huì)顯著影響致敏蛋白結(jié)構(gòu)的變化,同時(shí)花生中的脂肪和糖類也會(huì)在此過程中與蛋白反應(yīng),結(jié)合在致敏蛋白表面,形成糖蛋白,致使蛋白的致敏表位破壞或者暴露,有時(shí)也會(huì)形成新的過敏表位,從而增強(qiáng)花生致敏性。
研究表明,溫度和時(shí)間對(duì)致敏原結(jié)構(gòu)的改變有著重要作用,當(dāng)熱處理的溫度高于70℃時(shí),致敏原的三級(jí)、二級(jí)結(jié)構(gòu)都將發(fā)生不可逆的改變,同時(shí)較大的蛋白質(zhì)分子內(nèi)部發(fā)生解離,蛋白質(zhì)分子間也會(huì)發(fā)生聚集。由于熱處理中使用的溫度、時(shí)間、傳熱介質(zhì)不同,致敏原的致敏性呈現(xiàn)上升或降低的程度也各不相同。
水煮已被證實(shí)是一種可以降低花生致敏性的加工方式。有研究證實(shí),隨著水煮時(shí)間延長,致敏原結(jié)構(gòu)的松散程度顯著增加,其致敏性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這可能是由于水煮過程中大量水分子進(jìn)攻致敏蛋白,降低了蛋白結(jié)構(gòu)的致密程度,使得一些保守結(jié)構(gòu),尤其是α-螺旋、β-折疊等含量降低,從而失去了對(duì)致敏表位的保護(hù)作用。
有研究對(duì)花生施以烘烤,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)烘烤溫度超過130℃,時(shí)間超過20 min,蛋白的表面疏水性指數(shù)上升到最高值,α螺旋的含量降低,β折疊和無規(guī)則卷曲的含量上升,蛋白結(jié)構(gòu)達(dá)到較松散的狀態(tài),此時(shí)花生的致敏性顯著下降。但也有研究表明,烘烤使得致敏蛋白發(fā)生美拉德反應(yīng),該反應(yīng)對(duì)致敏原的修飾作用可能使其形成新的致敏表位,導(dǎo)致其致敏性上升。
2、非熱加工
隨著非熱加工在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛,許多學(xué)者也嘗試使用非熱加工的方式處理致敏蛋白。酶解法由于其安全、高效、環(huán)保的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)生產(chǎn)中。酶交聯(lián)技術(shù)可以使蛋白質(zhì)之間發(fā)生聚合反應(yīng),從而遮蔽某些致敏表位,降低致敏性。有學(xué)者使用酪氨酸酶處理花生致敏原,結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ara h2的致敏性有所提升,而花生蛋白整體的致敏性并沒有顯著改變。酶分解技術(shù)則是將致敏原大量分解,降低致敏原含量,破壞其表位結(jié)構(gòu)及降低其與IgE的結(jié)合特性。
研究表明,使用超聲波輔助酶解法可以大幅降低花生主要過敏原Ara h1、Ara h2、Ara h3的含量,從而減少其與IgE結(jié)合的機(jī)會(huì),降低致敏性。與此類似的還有使用微生物發(fā)酵法分解致敏蛋白的相關(guān)研究??莶菅挎邨U菌發(fā)酵不僅可使Ara h1、Ara h2的含量大幅降低,而且可將此二種致敏原與IgE的結(jié)合能力下調(diào)為零,納豆芽孢桿菌可使Ara h1與IgE的結(jié)合能力下降48%。
脈沖電場處理、輻照技術(shù)及高壓蒸汽處理等物理方法也可降低致敏原與抗體的結(jié)合特性。對(duì)致敏蛋白進(jìn)行脈沖處理,發(fā)現(xiàn)致敏蛋白與IgE抗體結(jié)合的能力顯著降低;采用電子束輻照處理花生過敏原,發(fā)現(xiàn)輻照劑量超過10 kGy時(shí),致敏原與IgE結(jié)合的能力明顯下降。
有研究顯示,脈沖紫外光(PuV)處理后的花生致敏原與IgE結(jié)合能力下降了至少6.7%,γ射線輻照可使得花生致敏原與IgG的結(jié)合能力降低。有學(xué)者使用高壓蒸汽處理花生仁,結(jié)果表明花生致敏原的IgE結(jié)合能力顯著降低。
3、糖基化
糖基化作為經(jīng)常使用的蛋白特性改良方法,也被許多學(xué)者應(yīng)用在花生降敏的開發(fā)中。采用濕法糖基化可以使糖類較快以共價(jià)鍵形式與蛋白質(zhì)結(jié)合。據(jù)報(bào)道,糖蛋白由于體積較大,可以有效降低與其他致敏蛋白交聯(lián)的幾率,從而一定程度上降低致敏性。
此外,糖類易與肽鏈中的賴氨酸結(jié)合,從理論上來說可以遮蔽賴氨酸參與的致敏表位。但由于致敏蛋白的多樣性和表位的復(fù)雜性,很難將糖基化作為降低致敏性的有效手段。有學(xué)者對(duì)Ara h2及Ara h6蛋白進(jìn)行提取純化,然后施以熱加工或葡萄糖糖基化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ara h2與Ara h6在熱加工過程中二級(jí)結(jié)構(gòu)遭到破壞,致敏能力顯著下降。
而另有研究研究表明,與熱處理后的Ara h1蛋白相比,糖基化后的Ara h1并未顯現(xiàn)出較低的致敏原性。糖基化并不一定可以降低花生致敏性,花生主要致敏原Ara hl中某些致敏表位位于亞基之間相互纏繞的地方,這可能使其受到保護(hù)而避免了與糖類分子的結(jié)合,故而無法有效降敏。
4、基因工程
基因工程方法是通過消除花生內(nèi)源基因從而來根除蛋白質(zhì)的過敏性。國際上公認(rèn)的幾種主要花生過敏原的cDNA 已經(jīng)被分離、測序和克隆重組,目前學(xué)者們正在探索通過基因“沉默”,來抑制主要過敏原的表達(dá),從而降低花生制品的致敏性。目前該技術(shù)方法已取得一定進(jìn)展。
還有一些學(xué)者為了探究二級(jí)結(jié)構(gòu)變化與致敏性之間的相關(guān)關(guān)系,采用轉(zhuǎn)基因構(gòu)建新致敏原的方法進(jìn)行研究。如采用定點(diǎn)突變的方法依次敲除Ara h2蛋白的二硫鍵,結(jié)果發(fā)現(xiàn),敲除羧基端的第5號(hào)二硫鍵可以有效降低Ara h2在Balb/c小鼠中的致敏性。不少學(xué)者使用基因沉默技術(shù)處理Ara h2蛋白的DNA序列,使得Ara h2的表達(dá)發(fā)生突變,致敏表位遭到破壞,故其致敏性顯著降低。
理論上來說,脫除致敏性最簡單的方法是采用基因突變,重新編輯致敏原的序列,敲除編輯致敏表位的氨基酸,在一級(jí)結(jié)構(gòu)上除去線性表位。但線性表位的確定工作繁重復(fù)雜,使用不同地區(qū)過敏患者的血清池檢測出的過敏表位也不盡相同。
而且目前市售花生多采用熱加工,由于熱加工條件變化較多,花生籽粒內(nèi)部基質(zhì)如淀粉、脂肪等參與反應(yīng),使花生構(gòu)象型表位變化多樣?;蛑亟M是當(dāng)今乃至未來過敏反應(yīng)學(xué)的重要研究方向,將為開發(fā)低敏性花生開辟一條新的途徑。
花生果具有很高的營養(yǎng)價(jià)值,內(nèi)含豐富的脂肪和蛋白質(zhì),并含有多種礦物質(zhì)、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)?;ㄉ^敏反應(yīng)由于具有長期性、嚴(yán)重性以及發(fā)病率不斷增加等特點(diǎn),從而限制了花生制品的開發(fā)利用。因此,將花生脫敏,開發(fā)出低致敏性花生制品具有重大的意義。
參考資料:
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作者簡介:
小泥沙,食品科技工作者,食品科學(xué)碩士,現(xiàn)就職于國內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司,從事營養(yǎng)食品的開發(fā)與研究
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