食品中常见过敏原及检测技术研究进展

食品中常见过敏原及检测技术研究进展

发布时间:2022-08-21 03:33:04 来源:188bet体育在线 作者:188体育平台下载

内容简介:  本文介绍了8 类常见致敏食品中主要过敏原的结构与致敏特点,对常用的食物过敏原方法以及现阶段一些新兴的检测技术进行了综述,并对检测方法未来的发展方向进行展望。  食物过敏是指过敏原蛋白引起的异常或过强的免疫反应,从免疫学机制而言,可以将食物过敏反应分为4 种类型,即:免疫球蛋白(Ig)E介导的I型超敏反应、II型细胞毒性超敏反应、III型免疫复合型超敏反应以及T细胞介导的迟发性超敏反应。目前可以从广义的角度将食物过敏分为IgE介导和非IgE介导两大类,其中以IgE介导的食物过敏反应最为常见。IgE介导的过敏反应是指过敏原与特异性抗体...
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  本文介绍了8 类常见致敏食品中主要过敏原的结构与致敏特点,对常用的食物过敏原方法以及现阶段一些新兴的检测技术进行了综述,并对检测方法未来的发展方向进行展望。

  食物过敏是指过敏原蛋白引起的异常或过强的免疫反应,从免疫学机制而言,可以将食物过敏反应分为4 种类型,即:免疫球蛋白(Ig)E介导的I型超敏反应、II型细胞毒性超敏反应、III型免疫复合型超敏反应以及T细胞介导的迟发性超敏反应。目前可以从广义的角度将食物过敏分为IgE介导和非IgE介导两大类,其中以IgE介导的食物过敏反应最为常见。IgE介导的过敏反应是指过敏原与特异性抗体形成复合物后,与细胞(如肥大细胞、嗜碱性细胞)相结合,随后细胞释放组胺、5-羟色胺及白三烯等大量活性介质,这些物质作用于组织与器官,引起局部或者全身性的过敏反应。

  河北科技大学食品与生物学院的宁亚维和河北省食品检验研究院的李 强*、张 岩*等人介绍了8 类常见致敏食品中主要过敏原的结构与致敏特点,对常用的食物过敏原方法以及现阶段一些新兴的检测技术进行了综述,并对检测方法未来的发展方向进行展望,期望能对促进食物过敏原检测方法的开发提供参考。

  大豆引发的过敏为IgE抗体介导的速发型过敏反应,会损害患者的皮肤系统、呼吸系统以及消化系统,引发荨麻疹和皮疹等皮肤病,呼吸障碍、呼吸急促、哮喘等呼吸道疾病,腹痛、腹泻等消化道症状,甚至会导致过敏人群发生过敏性休克。世界过敏原数据库收录数据显示,引起过敏反应的大豆过敏原43 种,但大多数过敏反应由两种主要过敏原蛋白引起,即大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白。

  小麦中蛋白含量占10%~15%,按其在不同溶剂中的溶解度不同主要分为4 类:清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白,这些蛋白成分是小麦中的重要营养物质,同时也是小麦过敏原的主要来源。与小麦过敏相关的疾病主要有小麦运动激发过敏症、接触性荨麻疹、特异性皮炎、面包师哮喘症、恶心呕吐以及腹泻等,大多数小麦过敏涉及的是轻度反应,在某些特殊情况下也会导致生命危险。世界卫生组织/国际免疫学会联合会过敏原命名小组分委员会已经提供了13 种小麦过敏原,包括Tri a 14、Tri a 18、Tri a 19、Tri a 20、Tri a 25、Tri a 26、Tri a 36、Tri a 37、Tri a 41~Tri a 45。

  能够引起过敏反应的坚果类食物主要包括杏仁、腰果、核桃、榛子、开心果、巴西坚果等,过敏人群食用后,会出现胸闷、咽喉痛,呼吸困难以及恶心、胃痉挛,呕吐腹泻等症状。坚果一般作为植物的种子或者果实,因此大多数坚果蛋白属于3 种保守的种子贮藏蛋白,包括2S白蛋白、7S豆球蛋白和11S豆球蛋白。2S白蛋白属于醇溶蛋白超家族,此家族中的植物源性过敏原具有低分子质量和序列中含有多个半胱氨酸残基的特征。通常,8 个半胱氨酸参与建立4 条链内的二硫键,构成蛋白质三维结构所必需的α-螺旋。醇溶蛋白超家族的大多数过敏原由于其结构小而紧凑,对热、pH值和胃肠道酶具有高度耐受性。

  花生常引起食物过敏反应,过敏症状包括血管性水肿、低血压、腹痛到危及生命的哮喘和过敏性休克等。目前花生中已鉴定出16 种蛋白质过敏原,并将其命名为Ara h 1~17,由于Ara h 4与Ara h 3的序列重复率大于90%,因此2012年Ara h 4被重新命名为Ara h 3.0201,将其与Ara h 3作为相同的过敏原。50%以上过敏患者血清IgE检测结果表明,最常见的花生过敏原为Ara h 1~3和Ara h 6。

  牛奶含有丰富的蛋白质,主要包括酪蛋白和乳清蛋白两类,分别占乳蛋白总量的80%和20%。乳蛋白是主要的食物过敏原,常引起婴幼儿过敏性疾病。牛奶过敏通常表现为湿疹、特异性皮肤炎等皮肤症状以及恶心、呕吐、腹痛、腹泻和大便干燥等消化道症状。牛奶中的过敏原主要有3 种,分别是酪蛋白以及乳清蛋白中的α-乳白蛋白、β-乳球蛋白。

  鸡蛋也是引起食物过敏的主要食品之一,过敏症状主要表现为湿疹、皮炎和风团疹,消化道出现呕吐、腹泻、胃食道反流等。鸡蛋中的主要过敏原有6 种,蛋黄中存在2 种,分别是α-卵黄蛋白和卵黄糖蛋白;蛋清中有4 种,分别是卵类黏蛋白、卵白蛋白、卵转铁蛋白和溶菌酶,这4 种蛋白分别占蛋清蛋白总量的11%、54%、12%和3.5%。

  鱼类肉质鲜嫩且营养价值高,但是鱼类常引起过敏人群发生食物过敏反应。过敏症状主要表现为脸红、荨麻疹、恶心呕吐、腹泻、体温逆转、视力模糊等神经系统症状以及血压下降、心传导阻滞等心血管症状。鱼类主要过敏原为小清蛋白、醛缩酶和烯醇化酶。小清蛋白具有保守蛋白结构,分子质量为10~13 kDa,属于食物过敏原中最大的蛋白质家族之一的钙结合蛋白。小清蛋白的热稳定性极高,对食品加工和酶消化的耐受能力极强,不容易通过物理化学方法去除,因此小清蛋白是导致70%以上的鱼及鱼类产品引起过敏反应的原因。其次,醛缩酶和β-烯醇化酶也是重要的鱼类过敏原,分子质量分别为40 kDa和47~50 kDa。醛缩酶和烯醇化酶对热处理敏感,对食品加工的耐受度低于小清蛋白,因此过敏反应的发生概率也低于小清蛋白。

  甲壳及贝类食品味道鲜美且营养丰富,然而因含有过敏原常引起过敏人群发生海鲜过敏反应。过敏症状表现为恶心呕吐、腹泻腹痛的胃肠道症状,也会导致指尖和脚趾的刺痛感,甚至出现肌肉麻痹。甲壳及贝类过敏原主要存在于肉的可食用部分,其主要过敏原包括原肌球蛋白和精氨酸激酶。

  ELISA法基于免疫酶的特点对待测物质进行免疫测定,检测结果可根据底物与酶反应后的产物颜色对抗原进行定性或定量分析。ELISA法根据检测原理以及检测对象的不同分为多种类型,用于食物过敏原检测的主要是夹心法和竞争法。ELISA法是目前在食物过敏原的检测中应用最广泛的一种方法,特异性强、灵敏度高,现阶段多采用成品化的试剂盒进行样品检测。ELISA法检测结果的准确性依赖于抗体对致敏蛋白的识别,但由于食品加工过程中蛋白结构的改变使抗体无法准确识别结合部位,导致检测灵敏度下降,容易产生假阳性结果。虽然ELISA法存在一定局限性,但其仍是主要的食品过敏原定量方法,尤其是在检测花生、大豆和鸡蛋等过敏食物中的致敏组分应用较广。

  免疫层析技术是酶联免疫吸附技术原理的扩展应用,层析时,标记物与待测物之间形成的复合物被相应的配体捕获而聚集到硝化纤维膜上的检测线上,之后复合物在膜上呈现出标记物所带有的颜色,最后可通过纤维膜上显色条的有无、颜色的深浅和反射光线强弱等实现定性或定量检测。免疫层析技术多应用于花生、榛子等坚果的过敏原检测,也有研究人员将其应用到鱼类过敏原的检测中。

  免疫印迹技术,又称蛋白质印迹技术。该法首先利用凝胶电泳根据蛋白质分子质量的不同将样品分离,随后将凝胶上的蛋白质样品转移至硝酸纤维素膜上,使用放射性物质或者酶标记抗体来进行样品的检测与分析。免疫印迹技术主要用于食物过敏原的鉴定以及半定量分析,Willison等利用小鼠单克隆抗体4C10对杏仁主要过敏原Pru du 6的构象表位进行定位,免疫印迹实验的分析中,该单克隆抗体与非还原性的Pru du 6发生反应,证明了该过敏原构象表位识别的准确性。

  生物传感器主要由生物识别元件和信号转换元件两大部分组成,通过将目标分析物与识别元件进行特异性结合后将产生的物理、化学信号转化为可以检测的光、电信号以达到检测目的。目前用于食物过敏原检测的传感器主要为免疫传感器,根据测定原理的不同可进一步分为电化学免疫传感器、场效应生物传感器和表面等离子体共振(SPR)传感器等。

  实时荧光定量PCR技术在体外模拟体内的DNA复制,利用扩增后的核酸产物来进行样品检测。通过在PCR体系中加入荧光基团,利用荧光基团产生的荧光信号变化来动态监测整个反应过程的实时荧光定量PCR技术在食物过敏原的检测中应用更加广泛。传统PCR技术主要对样品进行定性检测,而实时荧光定量PCR可以实现多种复杂食品中过敏原的定性定量分析以及物种的鉴定。

  LAMP是近些年发展起来的一种新型的核酸扩增技术,通过设计4~6 条特异性引物,使用具有链置换活性的DNA聚合酶,在等温条件下每小时将目标基因扩增9~10 倍。由于其操作简单、检测时间短,目前已经应用于食品微生物检测、转基因食品检测以及过敏原成分检测等多个方面。

  近年来,随着质谱技术的不断成熟与完善,在食品过敏原检测中的应用得到了越来越多的关注。使用质谱法检测食物过敏原时多与高效分离纯化技术如液相色谱、毛细管电泳等相结合,最常用的检测方法为 液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS),在选择合适的样品预处理方式和稳定的特征肽段的前提下,可以提高检测的灵敏度和准确性。尽管质谱法在应用时需要昴贵的仪器以及专业的技术人员,但质谱法具有快速、高特异性、高通量的优势,可以克服免疫学方法存在的通量低和交叉干扰的弊端,也克服了 PCR技术不能直接检测致敏蛋白质的缺点,具有较好的开发潜力。

  每种食物过敏原检测技术都兼具优缺点,没有一种单独的方法能够将所有优点结合起来,对所有相关的过敏性食品成分进行经济、可靠、快速和明确的识别和定量(图1)。对于一些复杂的分析样品,可能需要使用一种以上的技术来进行全面的检测。

  目前在世界范围内,过敏性疾病的发生率仍呈现不断上升的趋势,明确食品中的过敏原并建立相关的检测技术对于预防食物过敏的发生至关重要。在目前的食物过敏原检测技术中,基于蛋白水平的ELISA检测技术和基于核酸水平的实时荧光定量PCR技术应用最为广泛,已经逐渐商业化、标准化。蛋白质容易在加工过程中发生变性、聚集等现象,导致其线性表位以及构象表位发生改变,给过敏原的检测带来困难,因此更容易造成检测误差,出现假阳性以及假阴性结果。相比之下,核酸检测更不易于受到外界条件影响,但由于是间接性检测,无法检测到蛋白质谱引起的过敏反应。而质谱法既可以改善免疫学方法中存在的检测通量低和交叉干扰的影响,同时避免了核酸检测技术不能直接检测致敏蛋白的缺点,能够对蛋白质和多肽进行明确鉴定,并且可以同时检测多种过敏原。但昴贵的仪器成本以及对检测人员的高素质要求在一定程度上限制了其进一步的发展。为了减少过敏性疾病的发生,未来的主要发展方向有两点:一方面,开发有效的过敏原减除技术,如通过热加工、高压及微生物发酵降解等方式降解过敏原蛋白从而降低致敏性;另一方面,开发便捷、快速、高效的过敏原检测技术,以帮助消费者更好地避免摄入过敏原。

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