超高压技术对水产品过敏原消减的研究进展

张 悦，胡志和

（天津市食品生物技术重点实验室，天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津300134）

超高压技术在食品中的应用研究已经有100多年的历史了，早在1899年，美国的化学家Hite[1]就发现450MPa的高压能延长牛乳的贮藏期。之后也有许多研究证实超高压技术对各种食品的杀菌效果。1914年P W Bridgeman[2]提出在500MPa的静水压下蛋白质可变性凝固，在700MPa静水压下可形成凝胶，他凭借此研究获得了1946年诺贝尔物理学奖。但是由于超高压技术上的难题以及当时各方面的条件，这些研究成果没有引起食品工业的足够重视[3]。直到1986年，在日本京都大学的林立丸教授的倡导下，日本开始研究超高压技术用于杀灭食品中的微生物的方法，在此之后，日本的许多研究人员对超高压应用于食品工业进行了研究，在他们的共同努力下，第一批超高压食品——果酱（7个风味系列）问世，引起了日本加工业的轰动。由于超高压技术在日本的成功应用，迅速引起了美国及欧洲其他国家的高度重视，他们对高压加工食品的原理、方法、技术条件等进行了深入而广泛的研究，并且进一步扩大了研究的深度和广度[4]。美味的水产品是人们日常获取优质蛋白质的重要来源之一，其营养价值高，富含人体的必需氨基酸[5-7]，但由于其被列入世界粮农组织公布的八大食物过敏原[8]，使很多过敏人群无法享受这些美味。传统的水产品加工方式如蒸煮、油炸等，不仅会破坏水产品中的色素、风味物质等小分子，导致大量营养物质和活性成分流失、产生毒素[9]，对致敏原的消除效果也不是十分理想。本文介绍了超高压技术的基本原理，并综述了水产品中过敏原的主要性质，以及超高压技术在各类水产品过敏原消减方面的研究进展。由于目前超高压技术在水产品过敏原的消减方面还没有商业化，所以研究的资料和数据都有限，但相信随着科技的进步，超高压技术在水产品加工方面的研究一定会越来越深入。

1 水产品中过敏原性质

随着社会进步和发展，由过敏导致的疾病越来越多。全世界约有30%～40%的疾病由过敏引起，且发病率和死亡率呈逐年上升的趋势[10]。其中由食物造成的过敏疾病会对人体产生重要影响，常见的临床症状有皮肤、呼吸道、胃肠道以及心血管系统的不适，严重的甚至会导致休克和死亡[11]。到2005年9月12日已被IUIS（International Union of Immunological Societies）认定的食物过敏原共有127种，其中动物产过敏原有22种，植物过敏原有105种[11]。水产品就是其中的一类重要的过敏原，因为近些年国内外有关食用鱼、虾、蟹类等水产品导致过敏的报道屡见不鲜。

过敏指的是机体和某一物质（抗原或过敏原）接触以后。使机体对这种物质的反应增强，当机体再与这种物质接触的时候，抗原就会与体内对应的抗体反应，从而刺激机体细胞放出5-羟色胺和组织胺等活性物质，使机体的血管通透性增强，导致机体的组织渗出，产生水肿，作用于呼吸道、肠道、皮肤等，从而引起一系列的过敏症状[12]。水产品的过敏也是同样的道理，大都是由IgE介导免疫引起的速发型过敏反应[13]。由于水产品有许多不同的过敏组分，因此，导致人体过敏的水产品过敏原可能是主要致敏组分（major allergen），也可能是次要致敏组分（minor allergen）。水产品中的过敏原对人的影响很大，而且大多不会随着年龄增长而消失或减退[14]。

水产品中的过敏原有很多，有些是一种过敏原引起过敏，有些是多种过敏原引起的。科学研究证实辐照、高压、加热等技术可以促进生物大分子的降解、交联和分子构象的改变，降低蛋白质的热稳定性，破坏其抗原决定簇，从而降低过敏原带来的致敏性[15]。1971年，Aas和Elsayed等[16-22]成功的从鳕鱼中分离出了导致过敏的过敏原Gad c1，并进一步证实大多数鱼类的过敏原属于小清蛋白。研究表明当外界温度达到100℃加热30min时，小清蛋白几乎不会发生降解；在pH=2.0的缓冲液中小清蛋白就会发生明显降解，但在pH=3.0～11.0时就不会发生明显变化；在模拟胃液消化实验中，小清蛋白5min时就发生明显降解，在15min时基本会降解完全[23]。近十几年，国内外对水产品中甲壳类及软体动物的研究越来越多，各种不同的研究都表明，这两类水产品的主要过敏源都是原肌球蛋白[24-30]。原肌球蛋白是来自肌肉组织中的一种结构蛋白，大多数为水溶性。它由两个不同的亚基团（α肽链）相互缠绕形成超螺旋结构。是一种糖蛋白，分子量大约为34～38ku，等电点为4.5，过敏性很稳定并且耐高温[31]。同时，原肌球蛋白对蛋白酶和酸的作用也有一定耐受性，因此采用常规的加工方法如蒸煮、加热等均不能有效降低其致敏性。当压力在200MPa以上时蛋白质三级结构会发生显著变化，压力高于700MPa时会使二级结构发生变化，并造成非可逆变性[32]。

2 超高压技术对鱼类过敏原的消减

鱼类是人们日常饮食中不可缺少的美食之一，但有很多人也因为食用鱼类导致过敏。根据研究表明，各种鱼类（包括海水鱼和淡水鱼）的主要过敏原是一种广泛存在于肌肉组织中的叫做小清蛋白的蛋白质[22，33-34]。它是一种存在于细胞内的水溶性钙结合蛋白，其等电点约为4.1～5.2[35]。农小献等[34]的研究显示，通过X-射线衍射谱分析和主序列的数据说明鲤鱼小清蛋白的三级结构包含了6个α螺旋，并两两形成相同的蛋白模体。同时，大量的质谱及圆二色谱的测试显示，小清蛋白结构的稳定性取决于其与Ca2+结合时产生的重折叠能力和构象的差异。此外，国外的研究学者对鲷鱼[35]、鲭鱼[36]等中的小清蛋白结构等方面进行的研究。

超高压技术主要作用于蛋白质的三、四级结构的非共价键，王章存和徐贤[37]通过研究发现，当作用压力超过200MPa时，蛋白质的三级结构就会发生显著变化。同时，超高压的作用还可以提高肌原纤维蛋白的溶解性。因此，通过200MPa以上的超高压作用就可以将鱼肌肉组织中的小清蛋白三级结构破坏，使组织发生改变，以此来消减小清蛋白的致敏性。

国内的蔡秋凤、郭城等[38]就以白鲢为原料，将其进行超高压处理，并通过Tricine-SDS-PAGE、Western blot和c-ELISA法检测小清蛋白的含量和免疫活性，最终发现经高压处理的样品中小清蛋白的含量明显减少，并且用Western blot也检测不到其免疫活性。这说明超高压技术相对于其他的烘烤、蒸煮、油炸等加工方式对小清蛋白的结构影响最大，使其三级结构遭到破坏，与Ca2+结合能力变差，才导致小清蛋白的免疫活性降低的最多，从而达到了对鱼类过敏原消减的效果。此外，国外的Pan[39]从罗非鱼中分离纯化出了一种胶原蛋白和它的两个亚基（α1和α2），并且证明了这种蛋白具有IgE的结合活性，也就是说这种胶原蛋白及其两个亚基也具有致敏性。Liu[40]在武昌鱼中又发现了2种新的过敏原—烯醇酶和肌酸激酶，并通过双向结合质谱的分析方法鉴定出着两种酶也会导致人过敏。由于超高压可以破坏蛋白质的三四级结构，导致酶类失活，那么采用适当的高压作用于罗非鱼和武昌鱼时，其中的胶原蛋白、烯醇酶和肌酸激酶的结构和活性一定会受到影响甚至失去活性。

经过超高压处理的样品可以通过酶联免疫吸附法（ELISA法）检测其变态反应原性的强弱，国外学者[41-42]研制出了用于检测抗鲶鱼和鳕鱼小清蛋白的抗体，并采用ELISA方法检测处理后鱼体中小清蛋白的含量。

3 超高压技术对甲壳类过敏原消减的研究

随着人们对鲜美食物的追求，甲壳类的海产品越来越受到人们的喜爱，也是我们摄入的优质蛋白来源之一。我们日常食用最多的甲壳类海产品主要是指虾类和蟹类。研究表明，虾类中导致人过敏的主要过敏源为原肌球蛋白[43-44]。Helfe等[45]在选取了雪蟹肉的提取物和18个过敏血清样本进行反应，结果有十个样本和分子量为25～45ku的蛋白条带特异性作用显阳性。据Leung等[23]的阐述，第一个被鉴定出的蟹类的主要过敏源蛋白的分子量为34ku。并且Leung等[46]认为这种过敏是由肌肉蛋白原肌球蛋白引起的。这也就表明，像龙虾、蟹类等甲壳类海产品的主要过敏原也是原肌球蛋白。原肌球蛋白是生物体内肌原纤维的细肌丝中与肌动蛋白结合的一种结构蛋白，是一种耐高温的糖蛋白[47]，分子量约为35～38ku，等电点为4.5[48]。它的空间结构由两个亚甲基组成，其中每个亚甲基呈α螺旋结构，同时与另一个亚甲基缠绕形成超螺旋的结构。超高压技术能够改变分子内和分子间的非共价键作用从而影响生物的大分子结构。董晓颖等[49]就通过100～500MPa间的不同高压作用于虾过敏蛋白。结果表明，压力在100～400MPa之间时，通过间接酶联免疫的检测发现虾中的致敏蛋白活性随着压力的增大而降低，这也许是由于随着压力的增大使原肌球蛋白的结构不断遭到破坏，过敏源的表位被覆盖导致了致敏性的下降。但当压力增大到500MPa以上时，对致敏性的抑制效果反而不明显，这也许是由于过大的压力使蛋白质的结构再一次发生变化，导致过敏源的表位又显露出来，所以过敏性反而增强。谢丹丹[50]在利用超高压技术消减虾肉中过敏时的结果也显示，当压力为200MPa，40℃，保压时间为35min时对过敏源的消减效果最好。说明在这个压力条件下蛋白质的空间结果被破坏的程度最大，过敏源的表位也最大程度的遭到破坏或者掩盖，因此对过敏性消减的效果也最好。国外的Kim等[51]的研究也显示超高压技术对虾类的过敏源消减有一定作用。集美大学的余惠琳、曹敏杰等[52]通过蒸煮结合超声波及超高压的方法处理蟹类过敏原的研究表明，经超高压处理的蟹类过敏原—原肌球蛋白的致密活性下降最多，并经过免疫印迹和抑制性ELISA检测结果均显示超高压处理过的原肌球蛋白致敏程度下降程度最大。这也说明了超高压技术能够破坏蟹类中原肌球蛋白结构并降低其致敏性。

4 超高压技术对软体类过敏原消减的研究

软体类的海鲜产品像鱿鱼、牡蛎、文蛤等十分美味，但也有一些人食用后产生过敏的现象。据研究表明，这是因为软体动物的体内有一种与甲壳类海产品相同的致敏蛋白—原肌球蛋白[53-54]，主要存在于软体动物的肌纤维内，并且不同的水产品中的原肌球蛋白具有着极高的相似性，也就是说，软体类动物的原肌球蛋白仍具有与甲壳类动物原肌球蛋白相同的性质，因此导致人食用后产生过敏现象。赵伟、杨瑞金等[55]通过采用超高压技术处理牡蛎的研究发现，35℃以下、10min，在100～600MPa压力下，盐溶性蛋白质随汁液流出并且含量下降，这可能是由于压力的增大导致牡蛎中的水分向外溶出，随之将原肌球蛋白这种水溶性蛋白也从牡蛎内部带了出来。通过高压处理，牡蛎流失液中的游离氨基酸也随压力的增大增多，这可能是由于压力的增大引起牡蛎肉中的某些蛋白水解酶活力增强，这也许对原肌球蛋白的消减起到一定的作用。同时还发现，当压力为200MPa和400MPa时，牡蛎肉表面的肌原纤维逐渐消失，纹理不清且表面模糊，当压力增大到600MPa时，肌纤维的结构已经完全消失且表面结构致密。这说明在超高压的作用下，蛋白质结构已经受到严重破坏，并且随着压力的不断增大，蛋白分子间的静电力和疏水相互作用受到影响，氢键断裂，蛋白分子产生了不可逆的变性，过敏原的表位遭到破坏，从而起到了消减过敏原的作用。M Cruz-Romero等[56]也通过在20℃、10min、100～800MPa压力范围内处理牡蛎的研究发现随着压力的升高，牡蛎中的灰分和蛋白质含量都有所下降。

5 展望

经超高压技术处理过的食品，不仅能够杀死其中的致病微生物，还可以达到消减过敏原的效果。不仅可以保持食品原有的风味，并且营养成分损失较少，同时在不添加任何添加剂的前提下，还保证了食品外观的完整性，令消费者不仅得到了味觉上的享受，在视觉上也得到了满足。但由于超高压技术在食品加工方面的应用才刚刚起步，除了少数产品已投入到商业化生产，大部分产品仍处于研究阶段，尤其是在消除食品过敏原方面的应用研究较少。目前，在我国将超高压技术应用于水产品过敏原消减方面的研究还处于初级阶段，而且在我国的消费市场上也尚未出现应用超高压技术处理的水产品，这也许是由于应用超高压技术还不成熟，因此，还可以考虑将超高压技术与其他技术（如酶处理、热处理等）结合的加工方式来处理过敏性水产品，从而可以扩大超高压技术的应用市场。当前，在消费者追求绿色、环保、安全的食品要求下，相信不断研究并发展超高压技术加工水产品的市场一定十分广阔。

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