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FSHW | 食品加工改变致敏蛋白的理化特性和免疫原性的表征

FSHW 食品科学与人类健康
2024年04月08日 07:51
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本文系Food Science and Human Wellness原创编译,欢迎分享,转载请授权。

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Introduction


食物过敏是一种应激反应,当免疫系统对特定食物成分产生不利反应时发生。食物过敏可分为免疫球蛋白E(IgE)介导型和非IgE介导型。IgE介导的食物过敏引起的临床症状包括腹泻、呕吐、皮疹、血管性水肿和支气管痉挛,这些症状通常在食用致敏食物后几分钟到几小时内出现。非IgE介导的过敏反应通常是慢性的,相对难以治愈。一般来说,IgE介导型在食物过敏中占大多数。简而言之,当身体首次接触食物过敏原时,机体会产生IgE抗体,并结合于肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面;当同一种过敏原再次进入体内时,它与特异性IgE结合,引发肥大细胞和嗜碱性粒细胞脱颗粒,释放过敏介质(如组胺、5-羟色胺、白三烯、前列腺素和嗜酸性细胞趋化因子),从而诱发临床过敏症状。据报道,食物过敏影响了全球10%的人口,这意味着它是一个全球关注的棘手问题。
 
食物中最常见的过敏原是蛋白质或糖蛋白。世界卫生组织/国际免疫学会联合会(WHO/IUIS)命名数据库列出了来自动物、植物、真菌和细菌的959种已知过敏蛋白。根据过敏原家族(AllFam)数据库,这些过敏原被分配到151个蛋白家族,但仍有83个过敏原未分类。蛋白质家族中的同源蛋白具有保守的结构和生物活性位点,可以帮助鉴定蛋白质的致敏性。迄今为止,已有160多种食物被确定为可引起食物过敏。小麦、鸡蛋、花生、大豆、牛奶、坚果、甲壳类和鱼类是八种最常见的致敏食物,可导致90%以上的食物过敏。个别国家发布了不同的避免食物过敏反应的指南,如过敏原含量的预防性标签,但发达国家和发展中国家在过敏原标签立法方面存在很大差异。
 
为了最大限度地减少食物过敏,降低过敏原的致敏性,同时防止食物其他营养物质的损失,可通过应用适当的食品加工技术并控制相关加工参数强度来实现。然而,食品加工不能完全消除致敏性,有时反而会增加致敏性。了解致敏蛋白的物化特性和免疫原性对于评估食品加工引起的致敏性变化以及优化食品加工条件是十分重要的。因此,本文综述了不同食品加工方式对致敏蛋白物化特性和免疫原性的影响机制,并总结了用于表征食物过敏原物化特性和免疫原性变化的检测技术和方法,旨在为进一步开发更加有效的食物降敏技术提供科学依据。


Results and Discussion


文献调查结果
2007年至2022年年中,通过检索关键词“食物”和“过敏原”对已发表文献进行了统计。近年来,该主题研究逐年增加(图1A),这表明人们对食品营养的需求和食品安全的担忧加剧。2007年至2022年年中已发表的相关论文主要集中于食品加工改变特定食品类别(如大豆、花生、牛奶和海鲜)的致敏性研究(图1B),这说明通过食品加工改变食物致敏性的课题已经引起了世界范围内越来越多的关注。
 
图片图1  Web of Science文献调查(2007—2022年年中)中以“食物”和“过敏原”为主题的出版物和引用数量(A);2007年至2022年年中发表的检索文章中研究的特定食物类目(B)
 
食品加工对致敏蛋白物化特性和免疫原性的影响
目前,常用的食品加工方法包括热处理和非热处理,其中,热处理包括传统加热(如烘焙、蒸煮、煎炸等)和非传统加热(如微波加热、欧姆加热等);非热处理包括超声处理、超高压处理、微生物发酵、冷等离子体处理、膳食多酚共价结合等。每种方法都有各自的优势和劣势,对致敏蛋白的物化特性和免疫原性产生不同影响。有效的食品加工技术可以改变致敏蛋白的线性和构象表位,以减轻致敏性。值得注意的是,大部分食品加工不会降低过敏原的含量,只是由于引起过敏原的聚集或结构变化而导致其可检测性降低。并且,大多数食品加工技术不能使过敏原完全脱敏。相反地,有一些加工技术甚至可以提高过敏性。图2展示了由IgE介导的食物过敏原的致敏机制和过敏原-多酚共聚物在IgE介导的过敏反应中的脱敏机制。图3展示了不同加工工艺对不同食品降低致敏性的适用性。
 
图片图2  由IgE介导的食物过敏原的致敏机制和过敏原-多酚共聚物在IgE介导的过敏反应中的脱敏机制
 
图片图3  不同加工工艺对不同食品降低致敏性的适用性
 
食物致敏蛋白的物化特性和结构表征技术应用
食物过敏的主要诱因是含有具有IgE结合位点的致敏蛋白。适当的食品加工可以破坏致敏蛋白的线性或构象表位,降低其致敏性。这将在致敏阶段或激发阶段之前有效地预防食物过敏。为了明确致敏性的变化机制,有必要对致敏蛋白的结构进行表征。目前用于探索致敏蛋白结构变化的技术包括分析二酪氨酸、巯基和游离氨基酸含量;通过质谱(MS)鉴定一级结构(即氨基酸序列);通过圆二色光谱法(CD)或傅里叶变换红外光谱法(FTIR)测定二级结构;并用荧光光谱法(FS)或紫外吸收光谱法(UV)阐明三级结构。这些技术揭示了致敏蛋白的物理化学和结构特性,从而用于评估食品加工的有效性和安全性。
 

Conclusion


食品加工可以屏蔽或破坏致敏蛋白的线性和构象表位,降低其致敏性。然而,由于蛋白质构象的变化,食品加工也会产生新的表位,从而增强致敏性。因此,必须根据致敏蛋白的结构和免疫原性选择适当的食品加工技术和参数,以尽量降低致敏性。热处理、超声波处理、超高压处理、微生物发酵、冷等离子体处理以及与膳食多酚的共价结合是用于降低食物蛋白致敏性最常见的加工技术。这些通常通过掩蔽、修饰或破坏食物致敏蛋白的抗原表位来发挥作用。此外,目前也出现了一些新型技术应用于减轻食物蛋白致敏性,包括脉冲电场法、脉冲光法、蛋白结构修饰法(如糖基化、甲基化、磷酸化或乙酰化),以及酶解法等。事实证明,通过规避单一技术限制,实现多种加工方法的组合应用,可以更有效地降低食物蛋白质的致敏性。然而,由于其他食品组分的潜在干扰可能会掩盖或保护过敏原不被破坏。因此,目前大多数食品加工技术都是直接对纯化的食物过敏原进行测试,而不是对食物本身进行测试。因此,以天然食品为基础对过敏原进行改性,降低食物致敏性,仍是未来需要解决的难点之一。



第一作者

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周恩宁,男,硕士研究生,就读于中国农业科学院,主要从事农产品质量安全研究。目前以第一/共一作者在《Food Chemistry》、《Food Science and Human Wellness》、《Foods》等期刊上发表SCI论文4篇。获中国农业科学院研究生一等学业奖学金、课程学习优秀奖等。


通信作者

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李强强,博士,现为中国农业科学院蜜蜂研究所助理研究员。目前主持国家自然科学基金项目1项,主持中央级公益性科研院所基本科研业务费专项2项,参与国家自然科学基金项目4项;围绕农产品质量安全方向以第一/通讯作者在《Food Chemistry》、《Environment International》、《Journal of Agricultural & Food Chemistry》、《Food Research International》等期刊上发表SCI论文17篇,累计影响因子108.630。以第一完成人授权国家发明专利4项。担任《Oxidative Medicine and Cellular Longevity》、《Foods》等SCI期刊编辑,及多本SCI期刊审稿人。加拿大天然健康产物研究学会委员。主要从事蜂产品质量安全与风险评估研究。


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吴黎明,博士,博士生导师,研究员,中国农业科学院蜜蜂研究所副所长、蜂产品质量与风险评估创新团队首席科学家,第三批国家高层次人才入选者,科技部中青年科技创新领军人才,国家蜂产业技术体系岗位科学家,中国养蜂学会蜂业标准化研究工作委员会组长。主要从事蜂产品质量安全与风险评估等研究工作。主持国家自然科学基金等国家或省部级项目近20项,以第一或通讯作者在Cell Reports,Journal of Hazardous Materials等期刊上发表论文多篇。获各类成果奖12项,其中以第一完成人获国家技术发明奖二等奖1项、全国农牧渔业丰收奖一等奖1项、中国农业科技奖一等奖1项。2017年度入选中国农业科学院“B类领军人才”。



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Characterization of physicochemical and immunogenic properties of allergenic proteins altered by food processing: a review


Enning Zhoua,1, Qiangqiang Lia,1,*, Dan Zhub, Gang Chenc, Liming Wua,*

a Institute of Apicultural Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100093, China

b Department of Food Science, University of Otago, Dunedin 9016, New Zealand

School of Food and Health, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China

1 Both authors contributed equally.

*Corresponding author.

Abstract

Food allergens are mainly naturally-occurring proteins with immunoglobulin E (IgE)-binding epitopes. Understanding the structural and immunogenic characteristics of allergenic proteins is essential in assessing whether and how food processing techniques reduce allergenicity. We here discuss the impacts of food processing technologies on the modification of physicochemical, structural, and immunogenic properties of allergenic proteins. Detection techniques for characterizing changes in these properties of food allergens are summarized. Food processing helps to reduce allergenicity by aggregating or denaturing proteins, which masks, modif ies, or destroys antigenic epitopes, whereas, it cannot eliminate allergenicity completely, and sometimes even improves allergenicity by exposing new epitopes. Moreover, most food processing techniques have been tested on purif ied food allergens rather than food products due to potential interference of other food components. We provide guidance for further development of processing operations that can decrease the allergenicity of allergenic food proteins without negatively impacting the nutritional profile. 

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Reference:

ZHOU E N, LI Q Q, ZHU D, et al. Characterization of physicochemical and immunogenic properties of allergenic proteins altered by food processing: a review[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(3): 1135-1151. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250095.

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文章编译内容由作者提供
编辑:梁安琪;责任编辑:孙勇
封面图片来源:图虫创意




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    为进一步促进未来食品科学的发展,全面践行“大食物观”的指导思想,持续提升食品科技创新和战略安全。由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办,北京工商大学食品与健康学院、北京联合大学生物化学工程学院、河北农业大学食品科技学院、西华大学食品与生物工程学院、大连民族大学生命科学学院、齐齐哈尔大学食品与生物工程学院、河北科技大学食品与生物学院共同主办,北京盈盛恒泰科技有限责任公司、古井集团等企业赞助的“第一届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会” 即将于2024年5月16-17日中国北京召开。


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为提高我国食品营养与安全科技自主创新和食品科技产业支撑能力,推动食品产业升级,助力‘健康中国’战略,北京食品科学研究院、中国食品杂志社、国际谷物科技学会(ICC)将与湖北省食品科学技术学会、华中农业大学、武汉轻工大学、湖北工业大学、中国农业科学院油料作物研究所、中南民族大学、湖北省农业科学院、湖北民族大学、江汉大学、湖北工程学院、果蔬加工与品质调控湖北省重点实验室、武汉食品化妆品检验所、国家市场监管实验室(食用油质量与安全)、环境食品学教育部重点实验室共同举办“第五届食品科学与人类健康国际研讨会”。会议时间:2024年 8月 3—4 日,会议地点:中国 湖北 武汉

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