非热加工技术在调控豆类蛋白质致敏性中的作用

《Food Science & Nutrition》：Role of Non-Thermal Processing Technologies in Modulating Protein Allergenicity in Legumes

　　

全球向植物性饮食（plant-based diets）的转变增加了豆类消费，这源于其健康和环境益处。然而，豆类中的储存蛋白，如白蛋白（albumins）、豌豆球蛋白（vicilins）和豆球蛋白（legumins），可引发免疫球蛋白E（immunoglobulin E, IgE）介导的过敏反应，症状范围从轻微到严重过敏性休克。本综述旨在评估非热加工技术（non-thermal processing technologies, NTTs）在降低豆类致敏性中的作用。现有证据表明，脉冲电场（pulsed electric field, PEF）、高压加工（high-pressure processing, HPP）、超声波（ultrasound, US）、冷等离子体（cold plasma, CP）、辐照及酶水解等NTTs可诱导致敏蛋白发生结构修饰，从而降低IgE结合能力。协同应用，特别是两种或多种NTTs的组合，尤其是与酶水解联用，能比单独NTT处理更有效地改变蛋白质结构并降低致敏性。该方法通过修饰蛋白质结构，同时更好地保留营养和感官属性，为烘烤、煮沸等常规热处理提供了替代方案。NTTs降低致敏性的主要机制包括蛋白质去折叠、聚集、片段化以及表位掩蔽或破坏，其中蛋白质去折叠是被众多研究者记录最多的机制。然而，其效果仍因豆类种类、蛋白质组成及加工条件而异。未来研究应优先关注加工参数的标准化、生理相关消化试验和临床验证，以促进安全低致敏性豆类食品的生产。

1 引言

全球对植物性饮食益处的认识提升，推动了对豆类需求的显著增长，豆类因高蛋白、必需营养素和膳食纤维而备受青睐。然而，豆类也构成健康风险，尤其是儿童可能对花生、大豆、鹰嘴豆和羽扇豆等过敏原产生不良免疫反应。豆类致敏性主要归因于种子储存蛋白，包括豌豆球蛋白（7S球蛋白）、豆球蛋白（11S球蛋白）和白蛋白，这些蛋白对热和消化酶具有显著抗性，且在不同豆类物种间因结构相似性而存在交叉反应性。传统热处理（如煮沸、烘烤）往往不能有效消除致敏性，甚至可能通过暴露或修饰表位而增强致敏性。非热加工技术（NTTs）如脉冲电场、高压加工、冷等离子体、超声波和酶水解等，可在不显著损害营养和感官品质的前提下，通过改变致敏蛋白结构来降低IgE结合能力。本综述旨在评估NTTs在降低或修饰豆类蛋白质致敏性方面的有效性，为植物性饮食中豆类蛋白的安全利用提供依据。

2 方法论

本综述综合了关于应用NTTs降低豆类蛋白质致敏性的现有证据。通过PubMed、Scopus、Web of Science和Google Scholar等主要科学数据库，使用“legume allergy”“protein allergenicity”“non-thermal processing”“high-pressure processing”“pulsed electric field”“cold plasma”“ultrasound”“IgE binding”等关键词组合进行全面文献检索。优先纳入以英文发表的研究论文、综述和官方报告。所选文献依据非热技术类型、致敏性降低的潜在机制、致敏蛋白的结构修饰、免疫学结果及不同豆类物种的报告效果进行批判性评估，特别关注IgE结合能力、蛋白质构象和表位修饰的变化，同时指出当前知识空白和未来研究重点。

3 豆类蛋白质致敏性

豆类致敏性主要由种子储存蛋白引起，包括豌豆球蛋白（vicilins，7S球蛋白）、豆球蛋白（legumins，11S球蛋白）和白蛋白（albumins）。这些蛋白对热和消化高度稳定，可诱导致敏个体产生IgE介导的免疫应答，且因结构相似导致豆类间广泛交叉反应，给食物加工和膳食管理带来巨大挑战。储存蛋白的保守氨基酸序列和三维构象共享IgE结合表位，例如花生Ara h 1（一种豌豆球蛋白）与扁豆或豌豆中的同源蛋白可能发生交叉反应。

3.1 豆类中的主要过敏原

各主要豆类均含有结构相关的储存蛋白，构成其致敏潜力和交叉反应的基础。以下按物种分述。

3.1.1 花生
花生（Arachis hypogaea）是全球重要食品，但其过敏原影响数百万人的健康。世界卫生组织/国际免疫学会联合会（WHO/IUIS）过敏原命名小组委员会已认定16种花生过敏原，包括cupins（Ara h 1和Ara h 3）、2S白蛋白（Ara h 2、Ara h 6、Ara h 7）、profilin（Ara h 5）、PR-10（Ara h 8）、非特异性脂质转移蛋白（LTP）等。其中Ara h 1、Ara h 2、Ara h 3和Ara h 6是临床相关性最高的过敏原。花生过敏可导致从轻度到危及生命的过敏性休克，影响美国约2%的人口。

3.1.2 大豆
大豆（Glycine max）是蛋白质和异黄酮的重要来源，但也是主要致敏食物。已认定的大豆过敏原包括Gly m 4和Gly m Bd 30K等。Gly m 4可引发皮肤、胃肠道或呼吸道局部症状，且能在加热后重新折叠并触发IgE反应。大豆过敏患病率存在地域差异，自报患病率在日本约2%、美国0.6%、欧洲0.5%。严重的全身反应多与Gly m 3至Gly m 6相关，部分病例中运动是大豆过敏反应的辅助因素。

3.1.3 豆类（菜豆等）
红腰豆（Phaseolus vulgaris）的主要过敏原是菜豆素（phaseolin）。豆类过敏相对少见，但常与其他豆类发生IgE交叉反应。白豆、绿豆和利马豆等也有过敏案例报道。例如，白豆过敏患者血清可识别植物凝集素、LEA蛋白、脂氧合酶和豆球蛋白等过敏原。大多数案例属于罕见事件，人群总体风险较低。

3.1.4 豌豆
豌豆（Pisum sativum）蛋白含量高，常用于肉类替代品生产。近年来豌豆过敏案例报告增多，包括儿童和青少年出现严重反应。豌豆的主要免疫优势过敏原为储存蛋白Pis s 1，但部分LTP过敏患者可耐受豌豆LTP（Pis s 3）。交叉反应主要涉及豌豆vicilin样蛋白。

3.1.5 扁豆
扁豆（Lens culinaris）蛋白具有抗氧化和抗炎益处，但其过敏可通过摄入、吸入和皮肤接触等多种途径引发。案例包括儿童摄入扁豆汤后发生过敏性休克，以及吸入烹饪蒸汽导致过敏反应。扁豆过敏也可表现为运动诱发的过敏反应。

3.1.6 鹰嘴豆
鹰嘴豆（Cicer arietinum）广泛用于素食食谱，但过敏发生率低。已有罕见病例报道与食用鹰嘴豆后运动相关的FDEIA，患者对鹰嘴豆的皮肤点刺试验阳性，IgE滴度升高。

3.1.7 羽扇豆
羽扇豆属（Lupinus）种子用作食品成分，可致敏，且与花生交叉反应明显。WHO/IUIS已认定Lup an 1（β-conglutin）、Lup an 3（nsLTP）和Lup a 5（profilin）等过敏原。羽扇豆过敏常被称为“隐藏过敏原”，因加工食品中未声明或交叉污染导致。

3.1.8 豇豆
豇豆（Vigna unguiculata）耐旱，其蛋白与多种豆类过敏相关。研究发现豇豆中有潜在过敏原属于2S白蛋白家族（25 kDa），该家族对消化高度抵抗，并可与膜相互作用，是致敏性的关键因素。

总体而言，豆类过敏的主要特征是主要种子储存蛋白间的结构同源性，导致保守表位共享和交叉反应，但结构相似性并不总能预测临床过敏，还受表位可及性、消化稳定性、食物基质效应和患者免疫状态影响。

4 非热加工技术在调节豆类过敏中的应用

NTTs是无需高温即可灭活微生物并改变食品成分的先进加工方法，可保持产品营养和感官完整性。NTTs分为物理、辐射/电磁、机械、化学辅助及组合类别。相比传统热处理，NTTs能保留质地、风味和流变特性。例如，超声可改变猕猴桃组织微观结构，脉冲光可修饰蛋白质结构，HPP可诱导蛋白质展开从而暴露或掩蔽表位。

4.1 高压加工（HPP）
HPP在100–800 MPa压力下操作，可改变化合物和蛋白质功能，导致蛋白质不可逆或可逆的结构修饰，包括聚集、凝胶化和变性。HPP通过使蛋白聚集和变性降低免疫反应性。研究表明，600 MPa处理豆乳5分钟可显著增加蛋白含量，300 MPa处理5分钟可降低大豆Kunitz胰蛋白酶抑制剂（SKTI）抗原结合能力。HPP与其他技术（如酶水解或PEF）联用可进一步降低致敏性。

4.2 脉冲电场（PEF）
PEF使用0.1–80 kV/cm的短时高强度电场，增加细胞膜通透性并诱导致敏蛋白结构修饰。在大豆中，20–30 kV/cm场强可显著降低大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的致敏性，但针对花生Ara h 2/6的研究未发现显著结构变化，提示PEF效果可能依赖豆类物种。

4.3 冷等离子体（CP）
CP通过离子化气体产生电子、自由基、紫外光子等活性物质，氧化蛋白质氨基酸残基并裂解肽键，从而破坏构象和线性表位。CP处理花生分离蛋白可降低Ara h 1和Ara h 2抗原性达65%和66%；对大豆分离蛋白，中等强度处理可降低IgE结合达75%，但过度暴露导致聚集和功能下降。

4.4 超声波（US）
US通过空化作用引起气泡形成和崩溃，产生剪切力改变蛋白质结构。超声辅助发芽可降低花生过敏潜势11.0%–76.4%，超声预处理大豆发芽蛋白可降低IgE结合能力，可能是通过破坏表位实现。

4.5 酶水解
酶水解利用蛋白酶裂解肽键，破坏线性及构象IgE表位，从而显著降低免疫反应性。例如，胰蛋白酶和α-糜蛋白酶处理可降低花生Ara h 1和Ara h 2免疫反应性；菜豆、黑豆和花生的水解产物免疫反应性分别降低62.2%、87.1%和91.8%。酶水解可与HPP或US协同，提高酶可及性和蛋白展开效率。

4.6 加工技术的组合
联合处理表现出更强效果。例如，HPP可增强蛋白酶水解并降低银杏蛋白抗原性；γ射线、脉冲紫外光和CP联用可降低大豆蛋白免疫反应性91%–100%；加热/压力结合酶水解可显著降低花生nsLTP过敏原活性。组合策略具有工业应用潜力，但需精细优化参数。

5 NTTs调节致敏性的机制见解

NTTs通过改变蛋白质结构降低IgE抗体结合能力，主要机制包括蛋白质去折叠、聚集、片段化、表位掩蔽或破坏。HPP通过高压诱导蛋白质变性和聚集来掩蔽构象表位；PEF改变二级/三级结构影响表位可及性；US导致蛋白质降解和表位破坏；CP产生反应性氮/氧物质，氧化修饰抗原结构。蛋白质表面疏水性增加可能暴露或掩蔽疏水表位，具体效果取决于处理强度。

5.1 影响NTTs有效性的因素
NTTs效果与个体过敏原的固有特征（如结构稳定性、分子大小、二硫键含量、疏水性、构象与线性表位相对丰度）密切相关。食物基质成分、水分含量、pH、离子强度及与碳水化合物或脂质的相互作用也会影响蛋白质展开和表位可及性。因此，应针对特定过敏原优化加工参数，而非通用处理。

5.2 食物基质和胃肠消化的影响
加工后蛋白质与其他食物成分（碳水化合物、纤维、脂肪、多酚）的相互作用会影响溶解度、聚集、表位可及性和酶敏感性。胃肠消化过程中，NTT诱导的展开可能增强蛋白酶可及性并促进表位降解，但过度聚集或氧化可能减少酶可及性，导致耐消化肽段保留IgE结合能力。因此，评估NTTs处理豆类时应结合模拟胃肠消化和生物可及性研究。

6 结论与未来展望

豆类是植物性饮食的核心成分，但其储存蛋白结构稳定、耐消化且交叉反应广。本综述表明，HPP、PEF、CP、US等NTTs可通过改变蛋白结构，以比传统加热更具靶向性的方式降低豆类致敏性。现有研究中，单一NTTs可降低IgE反应30%–75%，组合方法可降低70%–100%，且比强烈热处理更好保留感官和营养品质。然而，效果因豆类种类、蛋白质基质和加工条件而异，某些过敏原表位仍具抵抗性。酶水解效果受蛋白酶特异性及抗营养因子影响。未来进展需要标准化加工参数、真实食品基质测试和更符合人体生理的消化模型，临床验证尤为关键，因为IgE结合降低不一定直接转化为临床风险降低。将NTTs与酶水解组合是极具前景的方针，应基于蛋白质结构、基质效应和加工目标设计豆类特异性方案，以推动低致敏豆类食品的开发。