TG酶在调控食物过敏原致敏性中的应用进展_支陈.pdf

常熟理工学院学报（自然科学）Journal of Changshu Institute of Technology（Natural Sciences）第 37 卷第 2 期2023 年 3 月Vol.37 No.2Mar.,2023TG 酶在调控食物过敏原致敏性中的应用进展 支 陈，施一凡，闵 星，邢广良（常熟理工学院 生物与食品工程学院，江苏 常熟 215500）摘要：谷氨酰胺转氨酶（简称TG 酶）可以催化蛋白质分子间或分子内通过酰基转移反应形成-（-谷氨酰基）赖氨酸交联键 通过共价交联将蛋白质分子粘合起来，改善蛋白质的凝胶性、乳化性等功能特性 本文综述了 TG 酶的来源、作用机制、常见的食物过敏原类型以及 TG 酶在调控食物过敏原致敏性方面的应用，以期为 TG 酶在食物过敏的控制、低敏性或无敏性食品的研发，以及保障食物致敏原安全等方面的研究提供参考 关键词：谷氨酰胺转氨酶；食物过敏；致敏性；交联中图分类号：TS201.6 文献标志码：A 文章编号：1008-2794（2023）02-0058-07收稿日期：2022-05-15基金项目：常熟理工学院2022届本科毕业设计（论文）重点资助课题“TG酶在调控食物过敏原致敏性中的应用进展”（LG22084）通信作者：邢广良，讲师，博士，研究方向：食品微生物与生物技术，E-mail：食物过敏是易感个体因摄入某些食物而引发的免疫系统的异常或夸张反应，可导致呕吐、腹泻、胃肠道疼痛、荨麻疹、血管性水肿、特应性皮炎、哮喘等，严重时可能出现休克，甚至死亡 1 因此，如何消减食物中过敏原的致敏性成为目前的研究重点现阶段针对过敏原蛋白的脱敏措施包括物理法（如热加工处理、超高压处理等）或生化法（如化学试剂、微生物发酵、酶水解处理等）2 这些方法的使用可以使氨基酸残基和多肽链的结构发生变化，从而引起蛋白质大分子空间结构和理化性质的改变，由此达到降低或消除过敏原蛋白致敏性的目的但上述方法均存在一定的缺陷，如热处理很难有效消除过敏原蛋白的致敏性；超高压处理对设备要求较高且难以普及；微生物发酵及酶水解处理会导致苦味肽的产生，影响产品风味及口感谷氨酰胺转氨酶（简称 TG 酶）被誉为“21 世纪超级黏合剂”，它在促进蛋白交联，改善蛋白加工性能方面具有巨大的优势和使用价值 3 TG 酶在使用过程中不影响食品风味，故经常被用于食品加工有研究表明，TG酶通过包埋或者破坏某些线性和构象表位，可以有效减少或消除过敏原蛋白的致敏性 4 因此，利用TG 酶生产低敏性甚至无敏性加工食品具有广阔的前景1 TG 酶的来源TG 酶在动物组织、微生物细胞甚至在植物中均有发现 5，它参与许多生理生化过程，如凝血、光合作用和抗菌免疫反应等因此，TG 酶按其来源可分为三种：来源于动物组织（如动物肝脏）、来源于植物组织以及通过微生物发酵获得 这三种TG酶的催化性质和催化机理虽然相似，但在氨基酸组成和酶学特性上却有很多不同，这也导致了它们在食品工业中的应用有所不同DOI:10.16101/32-1749/z.2023.02.010第 2 期591.1 动物来源的 TG 酶1973 年首次在豚鼠的肝脏中发现了动物源 TG 酶，但因存在产量低、纯化困难、价格昂贵、无法实现工业化生产等问题，所以并未引起人们的兴趣 6 在欧洲，早期人们从牛和猪的血液中提取 TG 酶，但这种来源的 TG 酶很少用于食品工业，一方面是因为血红素的沉积通常会影响产品的外观，另一个方面是因为动物源TG 酶是钙离子（Ca2+）依赖性的，只有当底物中存在 Ca2+时，才能发生构象变化，暴露出活性位点但是大多数食品蛋白，如酪蛋白、大豆球蛋白，很容易被 Ca2+沉淀，所以动物源 TG 酶不能用于大多数食品中1.2 植物来源的 TG 酶植物源 TG 酶存在于细胞壁中，它参与蛋白质的翻译后修饰，稳定基质和调节整联蛋白与纤粘连蛋白受体的相互作用 7 与动物源 TG 酶相比，植物源 TG 酶对光敏感 有趣的是，在一种植物中鉴定出了 8 种活性形式的 TG 酶，并且这些形式的 TG 酶显示出多种功能 8 由于植物 TG 酶的表达受光和其他与光合作用及光保护有关的因素影响，因此很难获得纯化的酶 植物 TG 酶的酶学性质和功能研究较少，然而，已经有研究证实植物源TG 酶仍是 Ca2+依赖性的 9 1.3 微生物来源的 TG 酶微生物 TG 酶可以在真菌的细胞壁中被发现 例如，在假丝酵母和酵母菌中，TG 酶形成结构糖蛋白的交联连接 第一例从微生物中纯化的 TG 酶源自Streptomyces mobaraensis，此后，发现了许多能产生TG酶的微生物菌株，其中大多数是链霉菌属 与动物源 TG 酶相比，微生物源 TG 酶具有一些优点，例如它们具有低分子量（约 40 kDa）并且在宽范围的 pH 条件下（从 4.58.0）图 1 微生物 TG 酶的三维结构图（a）脱酰胺基反应；（b）交联反应；（c）酰基转移反应图 2 TG 酶的作用机制 图 3 9 种主要的食物过敏原稳定，反应的最佳 pH 为 67，最佳反应温度为 55，并能在40 下保持完全活性 10 min 最重要的是，这种酶不依赖于Ca2+，这与动物源TG酶和植物源TG酶明显不同，该性质在修饰食物蛋白方面非常有利 此外，微生物源 TG 酶不需要复杂的提取过程，从而节约了能源，其三维结构如图 1 所示 10 2 TG 酶的作用机制TG 酶在参与催化反应时，酰基供体为该酶肽链上谷氨酰胺残基的-酰胺基，酰基受体可以为赖氨酸上的-氨基、伯氨基和水 因此，根据受体的不同，反应可分为蛋白质交联反应、酰基转移反应和脱酰胺基反应，其作用机制如图 2 所示 10 过敏原蛋白的结构是它发挥免疫学特性的基础，TG酶催化反应能够改变蛋白质原有的一级结构和空间结构，从而影响其致敏性3 常见的食物过敏原类型对于一小部分人来说，即使少量食用某些食物也会导致危及生命的食物过敏反应在发达国家，大约 4%8%的幼儿和2%4%的成年人患有食物过敏 1 尽管已知有170多种食物会引起过敏，但 9 种食物（及其衍生产品）被认为是主要过敏原，如图3所示 这些主要的食物过敏原包括牛奶、鸡蛋、大豆、花生、坚果、海鲜、含麸质谷物（如小麦、黑麦、大麦及其杂交品系和产品），芝麻和芥末 11 支陈，等：TG 酶在调控食物过敏原致敏性中的应用进展（a）（b）（c）常熟理工学院学报（自然科学）2023 年603.1 牛奶过敏原牛奶营养丰富，是人们日常膳食中蛋白质的重要来源 牛奶蛋白过敏是指人体对一种或多种牛奶蛋白存在异常免疫反应，部分人群在摄入牛奶之后会出现不良反应，如皮肤瘙痒、哮喘、腹泻等 据最新的调查显示，我国大约有 2.69%的婴幼儿对牛奶蛋白过敏，这与食物过敏家族史、较高的剖宫产率和较低的母乳喂养率密切相关 12 -乳球蛋白（-lactoglobulin，-LG，人乳中未发现）和酪蛋白，尤其是-s1-酪蛋白，被认为是牛奶中的主要过敏原已有研究指出，对牛奶过敏的人群中大约有 82%的人对-LG 过敏，因此该蛋白也被公认为牛奶中最主要的过敏原 13 在对-LG 过敏表位的一项研究中，JRVINEN 等 14 发现了 7 个免疫球蛋白 E（Immunoglobulin E，IgE）抗体结合表位和 6 个免疫球蛋白 G（Immunoglobulin G，IgG）抗体结合表位3.2 鸡蛋过敏原鸡蛋蛋白被用作蛋白质营养的标准，因为它营养丰富，含有人体所需的必需氨基酸 除了维生素C之外，鸡蛋是维生素 A、D、E 和 K 以及 B 族维生素的良好来源 全蛋和蛋衍生成分还具有优异的功能特性（例如凝胶化、乳化性和发泡性），这使得它们广泛用于加工各种食品 鸡蛋由蛋白和蛋黄组成，两者都含有致敏蛋白全蛋含有 12.8%13.4%的蛋白质、10.5%11.8%的脂肪、0.3%1%的碳水化合物和 0.8%1.0%的灰分（以湿基计）蛋清比蛋黄更容易引起过敏卵清蛋白和卵黄蛋白是两种最常见的鸡蛋过敏原，它们共同构成了 65%的蛋清蛋白质成分尽管大多数人可以在饮食中耐受鸡蛋，但一小部分人，主要是儿童，在食用鸡蛋后会出现严重的过敏反应 鸡蛋过敏反应的症状包括呕吐、腹泻、胃肠道疼痛、荨麻疹、血管性水肿、特应性皮炎、哮喘和结膜炎一般人群中的鸡蛋过敏患病率估计在 1.6%3.2%，这使得鸡蛋成为仅次于花生的第二大食物过敏原3.3 大豆过敏原大豆（Glycine max）是豆科、大豆属的植物 以干重计，大豆含有 35%40%的蛋白质、17%23%的脂质、31%的碳水化合物和 4%5%的矿物质 大豆被认为是最有营养的植物食物来源之一 然而，大豆在加拿大、美国、澳大利亚和欧盟被列为食物过敏原，在用作食品成分时需要贴上标签 大豆过敏的症状与其他主要过敏原相似，包括皮肤、呼吸道和胃肠道反应 大豆致敏蛋白是指大豆及其制品中可以引起人或畜禽产生过敏反应的一些大分子蛋白质或糖蛋白可按照分离系数不同分为：2S、7S、11S、15S 这 4 种 15 大豆过敏原包括：Gly m 1Gly m 8，Gly m Bd 28 k 和 Gly m Bd 30 k 等 16 大豆球蛋白属于 11S 组分，-伴大豆球蛋白属于 7S 组分，两者约占总蛋白含量的 75%，是大豆中最主要的过敏原目前，根据国际免疫学会联合认定收录并于 2021 年 2 月 14 日发布的 AllergenOlineV21 报告可查询到的大豆致敏蛋白有 44 种 17 3.4 花生和坚果过敏原花生（Arachis hypogea）是一种豆科植物作为过敏原，最受关注的坚果有榛子（Corylus avellana）、杏仁（Prunus dulcis）、开心果（Pistachia vera）、澳洲坚果（Macadamia integrifolia）、腰果（Anacardium occidentale）、核桃（Juglans regia）、松树坚果（Pinus pinea）、山核桃（Carya illinoinensis）和巴西坚果（Bertholetia excelssa）在某些情况下，过敏患者摄入花生和坚果后的过敏反应包括口腔瘙痒、恶心、呕吐、荨麻疹、血管性水肿、支气管痉挛、支气管炎、低血压和死亡，该反应通常在进食后几分钟到几小时内发生在花生中鉴定出的主要过敏原是 Ara h 1（糖蛋白，vicilin，分子量为 63.5 kDa）、Ara h 2（糖蛋白、粘连蛋白，分子量为17.5 kDa）、Ara h 3（legumin，分子量为60 kDa）、Ara h 4（legumin，分子量为37 kDa）,Ara h 5（profilin，分子量为 1415 kDa），Ara h 6（conglutin，分子量为 14.5 kDa），Ara h 7（conglutin，分子量为 15.8 kDa）和 Ara h 8（pathogenesis-related protein，分子量为 16.9 kDa）Arah 1 和 Arah 2 被归类为主要过敏原，并能被超过 90%的花生过敏患者的血清识别 18 Ara h 3、Ara h 4、Ara h 5、Ara h 6、Ara h 7 和 Ara h 8 较少被花生过敏个体的血清识别，因此被归类为轻微过敏原3.5 鱼和贝类过敏原鱼类和贝类是成年人群中最常见的食物过敏原来源之一鱼类的主要过敏原是小清蛋白（Gad c 1），一种 12 kDa 的蛋白质 原肌球蛋白（分子量约为 36 kDa）是软体动物的主要过敏原，如虾、螃蟹、蜗牛和扇贝等第 2 期61支陈，等：TG 酶在调控食物过敏原致敏性中的应用进展接触，包括处理、食用和吸入来自鱼类和鱼类成分的空气传播颗粒，均可引起敏感个体的过敏反应海鲜引起的过敏反应通常与许多其他过敏性食物引起的反应相似 一项针对 30 名对虾敏感和 37 名对鱼类过敏的个体进行的研究报告了从全身瘙痒、荨麻疹到嘴唇和舌头肿胀的过敏症状 12 其他报告的症状包括呼吸困难、胃肠道不适和过敏性休克 随着消费者和食品行业越来越意识