張 悅，胡志和

（天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津300134）

超高壓技術(shù)在食品中的應(yīng)用研究已經(jīng)有100多年的歷史了，早在1899年，美國(guó)的化學(xué)家Hite[1]就發(fā)現(xiàn)450MPa的高壓能延長(zhǎng)牛乳的貯藏期。之后也有許多研究證實(shí)超高壓技術(shù)對(duì)各種食品的殺菌效果。1914年P(guān) W Bridgeman[2]提出在500MPa的靜水壓下蛋白質(zhì)可變性凝固，在700MPa靜水壓下可形成凝膠，他憑借此研究獲得了1946年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。但是由于超高壓技術(shù)上的難題以及當(dāng)時(shí)各方面的條件，這些研究成果沒(méi)有引起食品工業(yè)的足夠重視[3]。直到1986年，在日本京都大學(xué)的林立丸教授的倡導(dǎo)下，日本開(kāi)始研究超高壓技術(shù)用于殺滅食品中的微生物的方法，在此之后，日本的許多研究人員對(duì)超高壓應(yīng)用于食品工業(yè)進(jìn)行了研究，在他們的共同努力下，第一批超高壓食品——果醬（7個(gè)風(fēng)味系列）問(wèn)世，引起了日本加工業(yè)的轟動(dòng)。由于超高壓技術(shù)在日本的成功應(yīng)用，迅速引起了美國(guó)及歐洲其他國(guó)家的高度重視，他們對(duì)高壓加工食品的原理、方法、技術(shù)條件等進(jìn)行了深入而廣泛的研究，并且進(jìn)一步擴(kuò)大了研究的深度和廣度[4]。美味的水產(chǎn)品是人們?nèi)粘＋@取優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的重要來(lái)源之一，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，富含人體的必需氨基酸[5-7]，但由于其被列入世界糧農(nóng)組織公布的八大食物過(guò)敏原[8]，使很多過(guò)敏人群無(wú)法享受這些美味。傳統(tǒng)的水產(chǎn)品加工方式如蒸煮、油炸等，不僅會(huì)破壞水產(chǎn)品中的色素、風(fēng)味物質(zhì)等小分子，導(dǎo)致大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和活性成分流失、產(chǎn)生毒素[9]，對(duì)致敏原的消除效果也不是十分理想。本文介紹了超高壓技術(shù)的基本原理，并綜述了水產(chǎn)品中過(guò)敏原的主要性質(zhì)，以及超高壓技術(shù)在各類水產(chǎn)品過(guò)敏原消減方面的研究進(jìn)展。由于目前超高壓技術(shù)在水產(chǎn)品過(guò)敏原的消減方面還沒(méi)有商業(yè)化，所以研究的資料和數(shù)據(jù)都有限，但相信隨著科技的進(jìn)步，超高壓技術(shù)在水產(chǎn)品加工方面的研究一定會(huì)越來(lái)越深入。

1 水產(chǎn)品中過(guò)敏原性質(zhì)

隨著社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展，由過(guò)敏導(dǎo)致的疾病越來(lái)越多。全世界約有30%～40%的疾病由過(guò)敏引起，且發(fā)病率和死亡率呈逐年上升的趨勢(shì)[10]。其中由食物造成的過(guò)敏疾病會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生重要影響，常見(jiàn)的臨床癥狀有皮膚、呼吸道、胃腸道以及心血管系統(tǒng)的不適，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致休克和死亡[11]。到2005年9月12日已被IUIS（International Union of Immunological Societies）認(rèn)定的食物過(guò)敏原共有127種，其中動(dòng)物產(chǎn)過(guò)敏原有22種，植物過(guò)敏原有105種[11]。水產(chǎn)品就是其中的一類重要的過(guò)敏原，因?yàn)榻┠陣?guó)內(nèi)外有關(guān)食用魚(yú)、蝦、蟹類等水產(chǎn)品導(dǎo)致過(guò)敏的報(bào)道屢見(jiàn)不鮮。

過(guò)敏指的是機(jī)體和某一物質(zhì)（抗原或過(guò)敏原）接觸以后。使機(jī)體對(duì)這種物質(zhì)的反應(yīng)增強(qiáng)，當(dāng)機(jī)體再與這種物質(zhì)接觸的時(shí)候，抗原就會(huì)與體內(nèi)對(duì)應(yīng)的抗體反應(yīng)，從而刺激機(jī)體細(xì)胞放出5-羥色胺和組織胺等活性物質(zhì)，使機(jī)體的血管通透性增強(qiáng)，導(dǎo)致機(jī)體的組織滲出，產(chǎn)生水腫，作用于呼吸道、腸道、皮膚等，從而引起一系列的過(guò)敏癥狀[12]。水產(chǎn)品的過(guò)敏也是同樣的道理，大都是由IgE介導(dǎo)免疫引起的速發(fā)型過(guò)敏反應(yīng)[13]。由于水產(chǎn)品有許多不同的過(guò)敏組分，因此，導(dǎo)致人體過(guò)敏的水產(chǎn)品過(guò)敏原可能是主要致敏組分（major allergen），也可能是次要致敏組分（minor allergen）。水產(chǎn)品中的過(guò)敏原對(duì)人的影響很大，而且大多不會(huì)隨著年齡增長(zhǎng)而消失或減退[14]。

水產(chǎn)品中的過(guò)敏原有很多，有些是一種過(guò)敏原引起過(guò)敏，有些是多種過(guò)敏原引起的。科學(xué)研究證實(shí)輻照、高壓、加熱等技術(shù)可以促進(jìn)生物大分子的降解、交聯(lián)和分子構(gòu)象的改變，降低蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性，破壞其抗原決定簇，從而降低過(guò)敏原帶來(lái)的致敏性[15]。1971年，Aas和Elsayed等[16-22]成功的從鱈魚(yú)中分離出了導(dǎo)致過(guò)敏的過(guò)敏原Gad c1，并進(jìn)一步證實(shí)大多數(shù)魚(yú)類的過(guò)敏原屬于小清蛋白。研究表明當(dāng)外界溫度達(dá)到100℃加熱30min時(shí)，小清蛋白幾乎不會(huì)發(fā)生降解；在pH=2.0的緩沖液中小清蛋白就會(huì)發(fā)生明顯降解，但在pH=3.0～11.0時(shí)就不會(huì)發(fā)生明顯變化；在模擬胃液消化實(shí)驗(yàn)中，小清蛋白5min時(shí)就發(fā)生明顯降解，在15min時(shí)基本會(huì)降解完全[23]。近十幾年，國(guó)內(nèi)外對(duì)水產(chǎn)品中甲殼類及軟體動(dòng)物的研究越來(lái)越多，各種不同的研究都表明，這兩類水產(chǎn)品的主要過(guò)敏源都是原肌球蛋白[24-30]。原肌球蛋白是來(lái)自肌肉組織中的一種結(jié)構(gòu)蛋白，大多數(shù)為水溶性。它由兩個(gè)不同的亞基團(tuán)（α肽鏈）相互纏繞形成超螺旋結(jié)構(gòu)。是一種糖蛋白，分子量大約為34～38ku，等電點(diǎn)為4.5，過(guò)敏性很穩(wěn)定并且耐高溫[31]。同時(shí)，原肌球蛋白對(duì)蛋白酶和酸的作用也有一定耐受性，因此采用常規(guī)的加工方法如蒸煮、加熱等均不能有效降低其致敏性。當(dāng)壓力在200MPa以上時(shí)蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生顯著變化，壓力高于700MPa時(shí)會(huì)使二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并造成非可逆變性[32]。

2 超高壓技術(shù)對(duì)魚(yú)類過(guò)敏原的消減

魚(yú)類是人們?nèi)粘ｏ嬍持胁豢扇鄙俚拿朗持?，但有很多人也因?yàn)槭秤敏~(yú)類導(dǎo)致過(guò)敏。根據(jù)研究表明，各種魚(yú)類（包括海水魚(yú)和淡水魚(yú)）的主要過(guò)敏原是一種廣泛存在于肌肉組織中的叫做小清蛋白的蛋白質(zhì)[22，33-34]。它是一種存在于細(xì)胞內(nèi)的水溶性鈣結(jié)合蛋白，其等電點(diǎn)約為4.1～5.2[35]。農(nóng)小獻(xiàn)等[34]的研究顯示，通過(guò)X-射線衍射譜分析和主序列的數(shù)據(jù)說(shuō)明鯉魚(yú)小清蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)包含了6個(gè)α螺旋，并兩兩形成相同的蛋白模體。同時(shí)，大量的質(zhì)譜及圓二色譜的測(cè)試顯示，小清蛋白結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性取決于其與Ca2+結(jié)合時(shí)產(chǎn)生的重折疊能力和構(gòu)象的差異。此外，國(guó)外的研究學(xué)者對(duì)鯛魚(yú)[35]、鯖魚(yú)[36]等中的小清蛋白結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行的研究。

超高壓技術(shù)主要作用于蛋白質(zhì)的三、四級(jí)結(jié)構(gòu)的非共價(jià)鍵，王章存和徐賢[37]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)作用壓力超過(guò)200MPa時(shí)，蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生顯著變化。同時(shí)，超高壓的作用還可以提高肌原纖維蛋白的溶解性。因此，通過(guò)200MPa以上的超高壓作用就可以將魚(yú)肌肉組織中的小清蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)破壞，使組織發(fā)生改變，以此來(lái)消減小清蛋白的致敏性。

國(guó)內(nèi)的蔡秋鳳、郭城等[38]就以白鰱為原料，將其進(jìn)行超高壓處理，并通過(guò)Tricine-SDS-PAGE、Western blot和c-ELISA法檢測(cè)小清蛋白的含量和免疫活性，最終發(fā)現(xiàn)經(jīng)高壓處理的樣品中小清蛋白的含量明顯減少，并且用Western blot也檢測(cè)不到其免疫活性。這說(shuō)明超高壓技術(shù)相對(duì)于其他的烘烤、蒸煮、油炸等加工方式對(duì)小清蛋白的結(jié)構(gòu)影響最大，使其三級(jí)結(jié)構(gòu)遭到破壞，與Ca2+結(jié)合能力變差，才導(dǎo)致小清蛋白的免疫活性降低的最多，從而達(dá)到了對(duì)魚(yú)類過(guò)敏原消減的效果。此外，國(guó)外的Pan[39]從羅非魚(yú)中分離純化出了一種膠原蛋白和它的兩個(gè)亞基（α1和α2），并且證明了這種蛋白具有IgE的結(jié)合活性，也就是說(shuō)這種膠原蛋白及其兩個(gè)亞基也具有致敏性。Liu[40]在武昌魚(yú)中又發(fā)現(xiàn)了2種新的過(guò)敏原—烯醇酶和肌酸激酶，并通過(guò)雙向結(jié)合質(zhì)譜的分析方法鑒定出著兩種酶也會(huì)導(dǎo)致人過(guò)敏。由于超高壓可以破壞蛋白質(zhì)的三四級(jí)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致酶類失活，那么采用適當(dāng)?shù)母邏鹤饔糜诹_非魚(yú)和武昌魚(yú)時(shí)，其中的膠原蛋白、烯醇酶和肌酸激酶的結(jié)構(gòu)和活性一定會(huì)受到影響甚至失去活性。

經(jīng)過(guò)超高壓處理的樣品可以通過(guò)酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA法）檢測(cè)其變態(tài)反應(yīng)原性的強(qiáng)弱，國(guó)外學(xué)者[41-42]研制出了用于檢測(cè)抗鯰魚(yú)和鱈魚(yú)小清蛋白的抗體，并采用ELISA方法檢測(cè)處理后魚(yú)體中小清蛋白的含量。

3 超高壓技術(shù)對(duì)甲殼類過(guò)敏原消減的研究

隨著人們對(duì)鮮美食物的追求，甲殼類的海產(chǎn)品越來(lái)越受到人們的喜愛(ài)，也是我們攝入的優(yōu)質(zhì)蛋白來(lái)源之一。我們?nèi)粘Ｊ秤米疃嗟募讱ゎ惡．a(chǎn)品主要是指蝦類和蟹類。研究表明，蝦類中導(dǎo)致人過(guò)敏的主要過(guò)敏源為原肌球蛋白[43-44]。Helfe等[45]在選取了雪蟹肉的提取物和18個(gè)過(guò)敏血清樣本進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)果有十個(gè)樣本和分子量為25～45ku的蛋白條帶特異性作用顯陽(yáng)性。據(jù)Leung等[23]的闡述，第一個(gè)被鑒定出的蟹類的主要過(guò)敏源蛋白的分子量為34ku。并且Leung等[46]認(rèn)為這種過(guò)敏是由肌肉蛋白原肌球蛋白引起的。這也就表明，像龍蝦、蟹類等甲殼類海產(chǎn)品的主要過(guò)敏原也是原肌球蛋白。原肌球蛋白是生物體內(nèi)肌原纖維的細(xì)肌絲中與肌動(dòng)蛋白結(jié)合的一種結(jié)構(gòu)蛋白，是一種耐高溫的糖蛋白[47]，分子量約為35～38ku，等電點(diǎn)為4.5[48]。它的空間結(jié)構(gòu)由兩個(gè)亞甲基組成，其中每個(gè)亞甲基呈α螺旋結(jié)構(gòu)，同時(shí)與另一個(gè)亞甲基纏繞形成超螺旋的結(jié)構(gòu)。超高壓技術(shù)能夠改變分子內(nèi)和分子間的非共價(jià)鍵作用從而影響生物的大分子結(jié)構(gòu)。董曉穎等[49]就通過(guò)100～500MPa間的不同高壓作用于蝦過(guò)敏蛋白。結(jié)果表明，壓力在100～400MPa之間時(shí)，通過(guò)間接酶聯(lián)免疫的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)蝦中的致敏蛋白活性隨著壓力的增大而降低，這也許是由于隨著壓力的增大使原肌球蛋白的結(jié)構(gòu)不斷遭到破壞，過(guò)敏源的表位被覆蓋導(dǎo)致了致敏性的下降。但當(dāng)壓力增大到500MPa以上時(shí)，對(duì)致敏性的抑制效果反而不明顯，這也許是由于過(guò)大的壓力使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)再一次發(fā)生變化，導(dǎo)致過(guò)敏源的表位又顯露出來(lái)，所以過(guò)敏性反而增強(qiáng)。謝丹丹[50]在利用超高壓技術(shù)消減蝦肉中過(guò)敏時(shí)的結(jié)果也顯示，當(dāng)壓力為200MPa，40℃，保壓時(shí)間為35min時(shí)對(duì)過(guò)敏源的消減效果最好。說(shuō)明在這個(gè)壓力條件下蛋白質(zhì)的空間結(jié)果被破壞的程度最大，過(guò)敏源的表位也最大程度的遭到破壞或者掩蓋，因此對(duì)過(guò)敏性消減的效果也最好。國(guó)外的Kim等[51]的研究也顯示超高壓技術(shù)對(duì)蝦類的過(guò)敏源消減有一定作用。集美大學(xué)的余惠琳、曹敏杰等[52]通過(guò)蒸煮結(jié)合超聲波及超高壓的方法處理蟹類過(guò)敏原的研究表明，經(jīng)超高壓處理的蟹類過(guò)敏原—原肌球蛋白的致密活性下降最多，并經(jīng)過(guò)免疫印跡和抑制性ELISA檢測(cè)結(jié)果均顯示超高壓處理過(guò)的原肌球蛋白致敏程度下降程度最大。這也說(shuō)明了超高壓技術(shù)能夠破壞蟹類中原肌球蛋白結(jié)構(gòu)并降低其致敏性。

4 超高壓技術(shù)對(duì)軟體類過(guò)敏原消減的研究

軟體類的海鮮產(chǎn)品像魷魚(yú)、牡蠣、文蛤等十分美味，但也有一些人食用后產(chǎn)生過(guò)敏的現(xiàn)象。據(jù)研究表明，這是因?yàn)檐涹w動(dòng)物的體內(nèi)有一種與甲殼類海產(chǎn)品相同的致敏蛋白—原肌球蛋白[53-54]，主要存在于軟體動(dòng)物的肌纖維內(nèi)，并且不同的水產(chǎn)品中的原肌球蛋白具有著極高的相似性，也就是說(shuō)，軟體類動(dòng)物的原肌球蛋白仍具有與甲殼類動(dòng)物原肌球蛋白相同的性質(zhì)，因此導(dǎo)致人食用后產(chǎn)生過(guò)敏現(xiàn)象。趙偉、楊瑞金等[55]通過(guò)采用超高壓技術(shù)處理牡蠣的研究發(fā)現(xiàn)，35℃以下、10min，在100～600MPa壓力下，鹽溶性蛋白質(zhì)隨汁液流出并且含量下降，這可能是由于壓力的增大導(dǎo)致牡蠣中的水分向外溶出，隨之將原肌球蛋白這種水溶性蛋白也從牡蠣內(nèi)部帶了出來(lái)。通過(guò)高壓處理，牡蠣流失液中的游離氨基酸也隨壓力的增大增多，這可能是由于壓力的增大引起牡蠣肉中的某些蛋白水解酶活力增強(qiáng)，這也許對(duì)原肌球蛋白的消減起到一定的作用。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力為200MPa和400MPa時(shí)，牡蠣肉表面的肌原纖維逐漸消失，紋理不清且表面模糊，當(dāng)壓力增大到600MPa時(shí)，肌纖維的結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全消失且表面結(jié)構(gòu)致密。這說(shuō)明在超高壓的作用下，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)已經(jīng)受到嚴(yán)重破壞，并且隨著壓力的不斷增大，蛋白分子間的靜電力和疏水相互作用受到影響，氫鍵斷裂，蛋白分子產(chǎn)生了不可逆的變性，過(guò)敏原的表位遭到破壞，從而起到了消減過(guò)敏原的作用。M Cruz-Romero等[56]也通過(guò)在20℃、10min、100～800MPa壓力范圍內(nèi)處理牡蠣的研究發(fā)現(xiàn)隨著壓力的升高，牡蠣中的灰分和蛋白質(zhì)含量都有所下降。

5 展望

經(jīng)超高壓技術(shù)處理過(guò)的食品，不僅能夠殺死其中的致病微生物，還可以達(dá)到消減過(guò)敏原的效果。不僅可以保持食品原有的風(fēng)味，并且營(yíng)養(yǎng)成分損失較少，同時(shí)在不添加任何添加劑的前提下，還保證了食品外觀的完整性，令消費(fèi)者不僅得到了味覺(jué)上的享受，在視覺(jué)上也得到了滿足。但由于超高壓技術(shù)在食品加工方面的應(yīng)用才剛剛起步，除了少數(shù)產(chǎn)品已投入到商業(yè)化生產(chǎn)，大部分產(chǎn)品仍處于研究階段，尤其是在消除食品過(guò)敏原方面的應(yīng)用研究較少。目前，在我國(guó)將超高壓技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)品過(guò)敏原消減方面的研究還處于初級(jí)階段，而且在我國(guó)的消費(fèi)市場(chǎng)上也尚未出現(xiàn)應(yīng)用超高壓技術(shù)處理的水產(chǎn)品，這也許是由于應(yīng)用超高壓技術(shù)還不成熟，因此，還可以考慮將超高壓技術(shù)與其他技術(shù)（如酶處理、熱處理等）結(jié)合的加工方式來(lái)處理過(guò)敏性水產(chǎn)品，從而可以擴(kuò)大超高壓技術(shù)的應(yīng)用市場(chǎng)。當(dāng)前，在消費(fèi)者追求綠色、環(huán)保、安全的食品要求下，相信不斷研究并發(fā)展超高壓技術(shù)加工水產(chǎn)品的市場(chǎng)一定十分廣闊。

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