综述：可持续新兴蛋白：食用昆虫、微藻和微生物中的致敏蛋白及脱敏加工技术

《Foods》：Sustainable Emerging Proteins: Allergenic Proteins in Edible Insects, Microalgae, and Microorganisms, and Desensitization Processing Technologies

本综述系统探讨了食用昆虫、微藻及微生物（SCP）等新兴可持续蛋白资源的营养价值、致敏蛋白（如Tropomyosin、Arginine kinase、Phycocyanin、Ribosomal protein P2等）及其交叉反应性，并评述了热加工（如油炸、煮沸）、非热加工（如高压、酶解、糖基化、辐照、超声波、脉冲电场、冷等离子体（CAPP）等）技术通过改变蛋白结构（如α-螺旋、β-折叠）降低IgE结合活性、减少过敏风险的潜力与挑战，为安全开发可持续蛋白体系提供重要参考。

　　

可持续新兴蛋白的致敏风险与脱敏策略

随着全球人口的持续增长和对蛋白质需求的不断增加，可持续的新兴蛋白资源——如食用昆虫、微藻和微生物蛋白——因其高营养价值和环境友好特性而成为研究热点。然而，这些新型蛋白源可能含有致敏成分，食用后存在引发过敏反应的风险。本文旨在系统梳理这些新兴蛋白中的主要致敏蛋白、其致敏分子机制，并探讨各种加工技术降低其致敏活性的潜力与挑战。

新兴蛋白资源的营养价值与致敏挑战

传统蛋白质生产高度依赖土地和水资源，难以满足日益增长的需求。因此，开发替代蛋白源成为当务之急。食用昆虫（如黄粉虫、家蚕、黑水虻）、微藻（如螺旋藻、小球藻）和微生物（如酿酒酵母、镰刀菌）蛋白展现出巨大潜力。

食用昆虫的蛋白质含量高达干重的40%-70%，且富含必需氨基酸、脂肪酸和矿物质（如铁、锌、B族维生素）。微藻中的螺旋藻蛋白质含量可达干重的60%-70%，远高于肉类和豆类，并富含藻蓝蛋白等生物活性物质。微生物蛋白，如酵母蛋白，其消化率可高达96%，净利用率达59%，且氨基酸评分与牛奶蛋白相当。

然而，这些蛋白源的致敏性是其安全应用的主要障碍。食物过敏是免疫系统将无害蛋白误认为威胁而引发的异常免疫反应，全球约影响5%的成人和8%的儿童。新兴蛋白中的致敏蛋白可与血清IgE结合，触发从皮疹、呕吐到哮喘甚至过敏性休克等一系列症状。

主要致敏蛋白及其交叉反应性

食用昆虫中的致敏蛋白

昆虫中的主要致敏蛋白包括原肌球蛋白和精氨酸激酶，它们是广泛存在于无脊椎动物中的“泛过敏原”。

• •
  家蚕：已鉴定出多种致敏蛋白，如精氨酸激酶（Bomb m 1）、原肌球蛋白（Bomb m 3）、血淋巴脂蛋白（Bomb m 4）以及30K蛋白家族成员（Bomb m 9）等。Bomb m 3与蟑螂、尘螨的原肌球蛋白具有高达73.5%至92.3%的序列同源性，存在交叉反应风险。
• •
  黄粉虫：其蛋白提取物中含有肌动蛋白、热休克蛋白70（HSP70）、α-淀粉酶、肌球蛋白轻链、精氨酸激酶和原肌球蛋白等多种潜在过敏原。其中原肌球蛋白与虾原肌球蛋白的序列一致性超过35%，对虾过敏的人群需警惕。
• •
  黑水虻：其主要过敏原也包括原肌球蛋白和精氨酸激酶。黑水虻原肌球蛋白与斑节对虾的原肌球蛋白具有约75%-80%的序列相似性。
• •
  蟑螂（美洲大蠊和德国小蠊）：两者已鉴定的过敏原均超过十种，如Bla g 1、Bla g 2、原肌球蛋白（Bla g 7/Per a 7）、精氨酸激酶（Bla g 9/Per a 9）等。蟑螂过敏与过敏性呼吸道疾病，尤其是哮喘，密切相关。
• •
  其他昆虫：如家蟋蟀和飞蝗，其致敏蛋白同样以原肌球蛋白和精氨酸激酶为主。研究表明，约9.7%的受试者对昆虫敏感，其中34%对原肌球蛋白有共同识别。

微藻与微生物中的致敏蛋白

微藻和微生物在食品、医药等领域的应用日益广泛，其致敏风险不容忽视。

• •
  微藻：螺旋藻中的主要过敏原是藻蓝蛋白。计算和蛋白质组学分析显示，螺旋藻中还有六种蛋白与其他食物过敏原（如玉米、鱼、虾）存在序列同源性。小球藻中也鉴定出多种致敏蛋白，如果糖二磷酸醛缩酶与食用鱼和甲壳类的对应蛋白有显著同源性，可能导致交叉反应。
• •
  真菌：链格孢是常见的室外真菌，其孢子是重要的空气过敏原。Alt a 1是其主要过敏原，约80%对该菌过敏的患者对其敏感。核糖体蛋白P2（Alt a 5）与镰刀菌（Fusarium culmorum）中的同源蛋白存在交叉反应性。
• •
  酵母：酿酒酵母广泛用于面包和啤酒生产。其烯醇化酶是主要的致敏蛋白，并与白色念珠菌提取物存在显著交叉反应。尽管加工过程中的热 inactivation 可能降低其致敏性，但仍有引发过敏的病例报告。
• •
  镰刀菌：用于生产 mycoprotein（如Quorn）。其核糖体蛋白P2（Fus c 1）是主要过敏原，与多种霉菌的核糖体蛋白具有高度序列同源性。

加工技术对蛋白致敏性的影响

食品加工技术可通过改变过敏原蛋白的空间构象，破坏或掩盖IgE结合表位，从而降低其致敏性。效果取决于蛋白质结构和加工参数。

热处理

热处理（如煮沸、油炸、微波）可诱导蛋白质变性、降解和聚集。

• •
  煮沸与油炸：对家蚕蛹蛋白加热至80^oC以上可降低其致敏性，但25-33 kDa的过敏原仍保持稳定。对黄粉虫而言，短暂煮沸（100^oC, 1-10分钟）或短时油炸（180^oC, 30秒）对其致敏性影响不大，但延长油炸时间至3分钟可部分降低交叉反应性。有趣的是，飞蝗经油炸（180^oC, 3分钟）后致敏性降低，而煮沸（100^oC, 5分钟）反而可能因暴露隐藏表位而增加致敏性。类似地，花生过敏原Ara h 2经煮沸后致敏性降低，而烘烤可能通过美拉德反应增强致敏性。
• •
  微波：微波处理能显著影响蛋白质和肽的结构与活性。研究表明，125^oC微波处理10分钟可显著降低虾原肌球蛋白的条带强度。

非热处理

非热加工技术能更好地保留食品风味和营养。

• •
  高压处理：200-600 MPa的高压可引起肌球蛋白重链变形和肌钙蛋白降解，改变蛋白空间构象，从而影响其致敏性。高温高压处理即食蛤肉可显著降低其原肌球蛋白的致敏性。
• •
  酶处理：包括酶解和酶交联。酶解可水解蛋白质，破坏其线性表位。碱性蛋白酶处理蟋蟀蛋白，当水解度达到60%-85%时，其原肌球蛋白的免疫反应性几乎消失。α-糜蛋白酶处理也能显著降低原肌球蛋白致敏性。然而，酶解具有特异性，有时可能暴露新的表位，因此常需与其他方法（如微波辅助酶解、高压辅助酶解）联用。
• •
  化学修饰：糖基化和美拉德反应可通过共价结合糖链来掩蔽或破坏过敏原表位。研究表明，原肌球蛋白与葡萄糖、麦芽三糖等糖类发生美拉德反应后，其α-螺旋减少，β-转角和无规卷曲增加，致敏性显著降低，尤其是以阿拉伯糖作为还原糖时效果更佳。
• •
  脉冲电场：PEF是一种非热杀菌技术。研究发现，PEF处理石莼可选择性抑制主要过敏原钙调蛋白的释放，而传统热化学法则会释放出超氧化物歧化酶（SOD）等多种潜在过敏原。
• •
  超声波：高强度超声波产生的空化效应和剪切力可改变蛋白质高级结构。处理虾原肌球蛋白可显著降低其IgE结合能力，且与热处理联用效果更佳。
• •
  辐照：γ射线或电子束辐照可通过产生自由基破坏过敏原蛋白的构象和表位。研究表明，10 kGy的辐照可使α-乳白蛋白的抗体结合能力下降约95%。但需注意低剂量辐照可能增强致敏性，而高剂量可能影响食品品质。
• •
  新兴技术：冷大气压等离子体（CAPP）等新兴技术显示出潜力。直接介质阻挡放电等离子体处理可使虾原肌球蛋白的致敏性降低60%。此外，具有光化学协同能力的磁性纳米复合材料也可通过改变磷脂酶A2（PLA₂）的构象（α-螺旋向β-折叠转变）来降低其致敏性，且易于分离。

挑战与未来展望

当前研究多集中于食用昆虫过敏原，对微藻和微生物过敏原加工减敏的研究仍较缺乏。藻类主要过敏原藻蓝蛋白的功能性使得破坏性加工受限。酵母蛋白虽被认为低敏，但仍有致敏案例，热加工可能是其减敏的有效途径。

未来研究应重点关注：

1. 1.
   深入表征：利用蛋白质组学和生物信息学全面鉴定和表征微藻、微生物中的过敏原，建立标准化的IgE面板。
2. 2.
   技术创新：针对藻类过敏原，探索非热加工或靶向酶解技术，在保留营养价值的同时实现精准减敏。对于微生物蛋白，可考虑通过基因工程开发低敏菌株或采用靶向提取技术。
3. 3.
   临床验证：任何有效的脱敏加工技术最终都需经过临床或动物试验验证其安全性和有效性。

结论

食用昆虫、微藻和微生物蛋白作为可持续的替代蛋白资源，在应对未来蛋白质需求方面前景广阔。然而，其固有的致敏蛋白（如原肌球蛋白、精氨酸激酶、藻蓝蛋白、核糖体蛋白P2等）带来的过敏风险是制约其广泛应用的关键因素。多种加工技术（热加工、高压、酶解、糖基化、辐照、超声波、等离子体等）通过改变蛋白质结构，在降低IgE结合活性方面展现出不同程度的效果，但其有效性高度依赖于过敏原的特性和加工参数的优化。未来需要通过多学科交叉研究，在发展高效低敏加工技术的同时，平衡其对产品营养、感官特性的影响，为安全、可持续的蛋白资源开发提供坚实保障。