謝丹丹,胡志和*,薛 璐,張博洋
(天津市食品生物技術重點實驗室,天津商業大學生物技術與食品科學學院,天津 300134)
超高壓結合酶法消減南美白對蝦蝦肉中的過敏原
謝丹丹,胡志和*,薛 璐,張博洋
(天津市食品生物技術重點實驗室,天津商業大學生物技術與食品科學學院,天津 300134)
以蝦肉為原料,研究超高壓對酶法消減南美白對蝦蝦肉過敏原的強化作用。將南美白對蝦去頭、去尾、去殼、去腸線后用勻漿機勻漿,制成蝦肉醬,分別采用超高壓法、超高壓處理后再用木瓜蛋白酶水解、超高壓條件下直接酶解的方法消減其過敏原,用間接酶聯免疫吸附法檢測過敏原消減效果,確定消減過敏原的條件。結果表明:采用超高壓法處理,其最佳條件為:壓力200MPa、溫度40℃、保壓時間35min,此條件下產物與抗體反應的OD492nm值為0.1986;先超高壓處理再用木瓜蛋白酶水解,其水解的最佳條件為:底物質量濃度10g/100mL、溫度60℃、酶與底物質量比1∶200,此條件下產物與抗體反應的OD492nm值為0.0487;超高壓條件下直接用木瓜蛋白酶處理,其最佳條件為:壓力300MPa、溫度40℃、保壓時間35min,產物與抗體反應的OD492nm值為0.0516。由此可見,超高壓處理對南美白對蝦過敏原有消減作用,先超高壓處理再用木瓜蛋白酶水解和超高壓條件下直接酶處理對過敏原的消減效果更好。
南美白對蝦;超高壓結合酶法;過敏原消減;酶聯免疫
根據統計,美國大約有6%的幼兒和3.7%的成年人對某些食品過敏[1-2],每年平均有100~125人死于食品過敏[3],其中海產品就是引起過敏的食品中的一種[4-5]。中國疾病預防控制中心營養與食品安全所調查的數據顯示,在15~24歲年齡段的健康人群中,大約有6%的人曾經患有食品過敏性疾病[6]。近年來也出現了許多關于食用海產品致敏的報道[7-12]。食物過敏已經嚴重威脅到人類的健康,甚至會對人類的生命安全造成極大危害[13]。本實驗以南美白對蝦為研究對象,采用超高壓法、超高壓處理后再用木瓜蛋白酶水解、超高壓條件下直接用木瓜蛋白酶水解的方法處理蝦肉,通過間接酶聯免疫技術對處理后的過敏原的消減程度進行檢測,比較其消減效果,為制備低過敏原的蝦肉制品提供依據。
1.1 材料與試劑
鮮活南美白對蝦 市售。
海蝦過敏人血清(3個過敏者血清混合)以及非過敏人血清(30個非過敏者血清混合)由天津商業大學校醫院提供,血清置于-25℃冰箱凍存。
木瓜蛋白酶(Papain,0.5~2U/mg)、HRP 標記的羊抗人IgE抗體A9667 美國Sigma公司;其他試劑均為分析純。
1.2 儀器與設備
HPP.L3型超高壓設備 天津市華泰森淼生物工程技術有限公司;DK-42型電熱恒溫水浴槽 上海精宏實驗設備有限公司;Sartorius PB-10 pH計 德國賽得利斯(北京)有限公司;3-18K型離心機 美國Sigma公司;Scientz-50N冷凍干燥機 寧波新芝生物科技股份有限公司;FA1104N型電子天平 上海精密科技儀器有限公司;RT-6000型酶標分析儀 深圳雷杜生命科學股份有限公司。
1.3 方法
1.3.1 南美白對蝦蝦肉樣品處理
將南美白對蝦去頭、去尾、去殼、去腸線后用勻漿機勻漿,勻漿時,每1g組織加入1mL生理鹽水,制成蝦肉漿,置于-20℃冰箱保存備用。
1.3.2 超高壓法對南美白對蝦蝦肉過敏原消減效果的影響
在前期單因素試驗基礎上,以壓力、溫度及保壓時間為影響因素,以492nm波長處的OD值為考察目標(每組做6個平行,取平均值),進行L9(33)正交試驗。
1.3.3 超高壓處理后再用木瓜蛋白酶水解消減南美白對蝦蝦肉過敏原的條件研究
1.3.3.1 超高壓處理后再用木瓜蛋白酶水解消減蝦肉過敏原的單因素試驗條件
用1.3.2節優化的條件,先將蝦肉進行超高壓處理,再對蝦肉進行木瓜蛋白酶水解。以底物質量濃度、溫度、酶與底物質量比為影響因素。具體單因素試驗為:在溫度60℃、酶與底物質量比1∶100、水解時間3h、pH6.5 的條件下,改變底物質量濃度(5、10、15、20g/100mL)進行水解;在溫度 60℃、底物質量濃度10g/100mL、水解時間3h、pH6.5的條件下,改變酶與底物質量比(1∶50、1∶100、1∶200、1∶400)進行水解;在底物質量濃度 10 g/100mL、酶與底物質量比1∶100、水解時間3h、pH6.5的條件下,改變水解溫度(50、55、60、65℃)進行水解。
1.3.3.2 超高壓處理后再用木瓜蛋白酶水解消減南美白對蝦蝦肉過敏原條件優化
先將蝦肉進行超高壓處理(超高壓法處理蝦肉的最優條件為:壓力200MPa、溫度40℃、保壓時間35min),再對蝦肉進行木瓜蛋白酶水解。根據單因素試驗結果,以底物質量濃度、溫度以及酶與底物質量比為影響因素,以492nm波長處的OD值為考察指標(每組做6個平行試驗,取平均值),進行L9(33)正交試驗。
1.3.4 超高壓條件下直接用木瓜蛋白酶水解消減南美白對蝦蝦肉過敏原條件優化
將木瓜蛋白酶與蝦肉同時進行超高壓處理,將蝦肉的pH值調至6.5,綜合方法1.3.2節的試驗結果(即壓力200MPa、溫度40℃、保壓時間35min)和方法1.3.3.2節的試驗結果(底物質量濃度10g/100mL、溫度60℃、酶與底物質量比1∶200),設計超高壓條件下直接用木瓜蛋白酶水解蝦肉中過敏原蛋白的因素和水平。以492nm波長處的OD值為評價指標(每組做6個平行試驗,取平均值),進行L9(33)正交試驗。
1.3.5 間接酶聯免疫檢測過敏原
1.3.5.1 樣品的制備
將各個條件處理后的蝦肉于4℃、10000r/min離心15min,取上清液,再冷凍干燥,所得的蝦肉凍粉即抗原,將該抗原與包被液(100mL含0.16g Na2CO3、0.29g NaHCO3)配成質量分數為1%的溶液,即為待測物。
1.3.5.2 檢測
包被抗原時每個樣品做6個平行孔,在酶標板上每孔加100μL待測物,于4℃包被過夜。用洗液洗5次,每次3min,拍干。每孔加封閉液200μL(100mL PBST緩沖液含1g牛血清白蛋白(BSA),37℃水浴3h,洗滌后拍干,每孔加入100μL一抗(用封閉液稀釋20倍的過敏人血清),37℃水浴2h,洗滌后拍干,加入用HRP 標記的羊抗人IgE(用封閉液稀釋200倍的二抗),37℃水浴2h。洗滌拍干,每孔加鄰苯二胺100μL,37℃顯色15min,每孔加50μL終止液(2mol/L H2SO4),最后在492nm波長處測定OD值[14]。檢測時用未處理的蝦肉凍干粉作為陽性對照,用正常人血清為一抗作陰性對照。
2.1 超高壓法對南美白對蝦蝦肉過敏原消減效果的影響
由表1可知,通過超高壓處理蝦肉所得的產物,經酶聯免疫檢測,得出3個因素對OD值的影響大小依次為A>B>C,即壓力>溫度>保壓時間,較好的實驗方案為A2B2C3,即壓力200MPa、溫度40℃、保壓時間35min,此條件下處理產物與抗體反應的OD492nm值為0.1986。該值雖不在正常人血清與抗體反應的OD492nm值范圍(0.03~0.05)內,但是較陽性對照(陽性對照值為0.5850±0.0142)已經有很大程度的降低。超高壓處理主要作用于非共價鍵,能夠破壞蛋白質的空間結構,從而使過敏原的表位被掩蓋或者被破壞,因此,超高壓技術能夠對蝦肉中過敏原的消減起到一定的作用。
表1 超高壓法消減蝦肉過敏原正交試驗結果(,n=6)Table 1 Orthogonal array design and results for optimizing allergen elimination from Litopenaeus vannamei by ultra-high pressure treatment (x± s,n=6)

表1 超高壓法消減蝦肉過敏原正交試驗結果(,n=6)Table 1 Orthogonal array design and results for optimizing allergen elimination from Litopenaeus vannamei by ultra-high pressure treatment (x± s,n=6)
試驗號 A壓力/MPa B溫度/℃ C保壓時間/min 平均OD492nm 1 1(150) 1(35) 1(25) 0.2718±0.0234 2 1 2(40) 2(30) 0.2767±0.0232 3 1 3(45) 3(35) 0.2497±0.0167 4 2(200) 1 2 0.2354±0.0129 5 2 2 3 0.1986±0.0143 6 1 0.2425±0.0173 7 3(250) 1 3 0.3442±0.0169 8 3 2 1 0.2968±0.0241 2 3 2 0.2874±0.0281 K1 0.7982 0.8514 0.8111 K2 0.6765 0.7721 0.7995 K3 0.9284 0.7796 0.7925 k1 0.2661 0.2838 0.2704 k2 0.2255 0.2574 0.2665 k3 0.3095 0.2599 0.2642 R 0.0840 0.0264 0.0062最優水平 A2 B2 C3 9 3 3
2.2 超高壓處理后再用木瓜蛋白酶水解消減蝦肉過敏原的效果
2.2.1 超高壓處理后再用木瓜蛋白酶水解消減南美白對蝦蝦肉過敏原的單因素試驗結果
表2 超高壓處理后再用木瓜蛋白酶水解消減蝦肉過敏原單因素試驗結果(,n=6)Table 2 Results of one-factor-at-a-time experiments on allergen elimination from Litopenaeus vannamei by ultra-high pressure treatment followed by papain hydrolysis (x± s,n=6)

表2 超高壓處理后再用木瓜蛋白酶水解消減蝦肉過敏原單因素試驗結果(,n=6)Table 2 Results of one-factor-at-a-time experiments on allergen elimination from Litopenaeus vannamei by ultra-high pressure treatment followed by papain hydrolysis (x± s,n=6)
組別 A底物質量 B溫度/℃ C酶與底物 平均OD492nm值濃度/(g/100mL) 質量比1 5 60 1∶100 0.0973±0.0271 2 10 60 1∶100 0.0538±0.0059 3 15 60 1∶100 0.0742±0.0213 4 20 60 1∶100 0.0818±0.0197 5 10 60 1∶50 0.0542±0.0206 6 10 60 1∶100 0.0538±0.0218 7 10 60 1∶200 0.0487±0.0128 8 10 60 1∶400 0.0523±0.0216 9 10 50 1∶100 0.0543±0.0184 10 10 55 1∶100 0.0712±0.0189 11 10 60 1∶100 0.0538±0.0274 12 10 65 1∶100 0.0732±0.0174陽性對照組 0.5850±0.0142陰性對照組 0.0383±0.0010
由表2可知,先用超高壓處理(壓力200MPa、溫度40℃、保壓時間35min)的蝦肉再用木瓜蛋白酶水解,水解產物與抗體反應的OD492nm值較陽性對照的OD492nm值都有所降低。當底物質量濃度不同時,底物質量濃度為10g/100mL時,水解產物與抗體反應的OD492nm值(0.0538)較低;當酶與底物質量比不同時,酶與底物質量比為1∶200時,水解產物與抗體反應的OD492nm值(0.0487)較低,在1∶400時又開始升高,因此,在正交試驗中可考察酶與底物質量比為1∶300的消減效果;當溫度不同時,溫度為60℃時,水解產物與抗體反應的OD492nm值(0.0538)較低。
2.2.2 超高壓處理后再用木瓜蛋白酶消減蝦肉過敏原的正交試驗條件優化
表3 超高壓處理后再用木瓜蛋白酶水解消減蝦肉過敏原正交試驗結果(,n=6)Table 3 Orthogonal array design and results for optimizing allergen elimination from Litopenaeus vannamei by ultra-high pressure treatment followed by papain hydrolysis (x± s,n=6)

表3 超高壓處理后再用木瓜蛋白酶水解消減蝦肉過敏原正交試驗結果(,n=6)Table 3 Orthogonal array design and results for optimizing allergen elimination from Litopenaeus vannamei by ultra-high pressure treatment followed by papain hydrolysis (x± s,n=6)
試驗號 A底物質量 B溫度/℃ C酶與底物 平均OD492nm值濃度/(g/100mL) 質量比1 1(5) 1(55) 1(1∶100) 0.0981±0.0258 2 1 2(60) 2(1∶200) 0.0852±0.0262 3 1 3(65) 3(1∶300) 0.1064±0.0231 4 2(10) 1 2 0.0532±0.0261 5 2 2 3 0.0514±0.0168 6 1 0.0732±0.0174 7 3(15) 1 3 0.1085±0.0208 8 3 2 1 0.0742±0.0213 2 3 2 0.0974±0.0242 K1 0.2897 0.2589 0.2455 K2 0.1778 0.2108 0.2358 K3 0.2801 0.2770 0.2663 k1 0.0966 0.0863 0.0818 k2 0.0593 0.0703 0.0786 k3 0.0934 0.0923 0.0888 R 0.0373 0.0220 0.0102最優水平 A2 B2 C2 9 3 3
由表3可知,先用超高壓處理(壓力200MPa、溫度40℃、保壓時間35min)的蝦肉再用木瓜蛋白酶水解,其水解產物經酶聯免疫檢測,得出3個因素對OD492nm值的影響大小依次為A>B>C,即底物質量濃度>溫度>酶與底物質量比,較好的試驗方案為A2B2C2,即底物質量濃度10g/100mL、溫度60℃、酶與底物質量比1∶200,經驗證實驗得,此條件下水解產物與抗體反應的OD492nm值為0.0487。該值在正常人血清與抗體反應的OD值范圍內。
超高壓處理能夠破壞蛋白質的空間結構,從而使過敏原的表位被掩蓋或者被破壞,一定程度上降低蝦肉的致敏性;此外,超高壓能夠使過敏原優先釋放到溶液中,這樣就更加有利于木瓜蛋白酶的水解,從而使先超高壓處理再用木瓜蛋白酶水解蝦肉達到較好的過敏原消減效果。
2.3 超高壓條件下直接用木瓜蛋白酶水解消減南美白對蝦蝦肉過敏原效果
表4 超高壓條件下直接用木瓜蛋白酶水解消減蝦肉過敏原正交試驗結果(,n=6)Table 4 Orthogonal array design and results for optimizing allergen elimination from Litopenaeus vannamei by ultra-high pressure treatment in the presence of papain (,n=6)

表4 超高壓條件下直接用木瓜蛋白酶水解消減蝦肉過敏原正交試驗結果(,n=6)Table 4 Orthogonal array design and results for optimizing allergen elimination from Litopenaeus vannamei by ultra-high pressure treatment in the presence of papain (,n=6)
試驗號 A壓力/MPa B溫度/℃ C保壓時間/min 平均OD492nm值1 1(200) 1(40) 1(20) 0.0754±0.0138 2 1 2(45) 2(35) 0.0683±0.0125 3 1 3(50) 3(50) 0.0986±0.0164 4 2(300) 1 2 0.0516±0.0053 5 2 2 3 0.0686±0.0341 6 1 0.0587±0.0172 7 3(400) 1 3 0.0548±0.0184 8 3 2 1 0.0807±0.0243 2 3 2 0.0647±0.0134 K1 0.2423 0.1818 0.2148 K2 0.1789 0.2176 0.1846 K3 0.2002 0.2220 0.2256 k1 0.0808 0.0606 0.0716 k2 0.0596 0.0725 0.0615 k3 0.0667 0.0740 0.0752 R 0.0212 0.0134 0.0137最優水平 A2 B1 C2 9 3 3
由表4可知,通過超高壓結合酶法處理蝦肉所得的產物,經酶聯免疫檢測,得出3個因素對OD492nm值的影響大小依次為A>C>B,即壓力>保壓時間>溫度,較好的試驗方案A2B1C2,即壓力300MPa、溫度40℃、保壓時間為35min,產物與抗體反應的OD492nm值為0.0516,該值接近正常人血清與抗體反應的最大OD值。
國內外已經有很多對蝦過敏原的消減研究,顧可飛等[15]利用輻照處理對蝦過敏原進行消減,發現蝦過敏原經輻照處理后,免疫活性有所降低。李振興[16]的研究發現輻照和加熱聯合作用可以顯著降低蝦過敏原蛋白的免疫活性,同時他還對超聲波消減蝦過敏原進行了研究,發現在50℃條件下的超聲波能夠對蝦的免疫活性產生明顯影響。經過1.5h的處理后,其免疫活性只有未處理蝦肉的20%。李慶麗等[17]發現麥芽糖、葡萄糖均使蝦過敏原蛋白免疫活性有所降低,其中,麥芽糖使蝦過敏原蛋白活性下降了60%,葡萄糖可使蝦過敏原蛋白活性下降約10%。吳海明等[18]對木瓜蛋白酶水解南美白對蝦蝦肉進行了研究,發現過敏原消減的最佳條件為:酶與底物質量比1∶100、底物質量濃度5g/100mL、pH6.5、溫度60℃,與過敏人血清反應的OD492nm值為0.049,雖然該值在正常人血清與抗體反應的OD值范圍內,但是同一正交試驗的其他條件所得產物與抗體反應的OD值大部分都大于0.1。本實驗的后兩種方法所得產物與抗體反應的OD值大部分都在0.1以下,這一結果表明,超高壓結合酶法對海蝦過敏原的消減具有增強作用。董曉穎等[19]通過100~500MPa壓力處理蝦過敏蛋白,經過不同壓力處理后分子質量大小沒有發生變化;Kim等[20]報道了超高壓處理使蝦過敏蛋白致敏性有所降低,這些研究結果表明單獨使用超高壓的方法,只對過敏原的空間表位產生影響,而不能消除線型表位,本實驗研究結果與之一致。另外也有關于超高壓法消減大米中過敏原的報道[21]。
本研究利用超高壓法、超高壓處理后再用木瓜蛋白酶水解、超高壓條件下直接酶解對南美白對蝦蝦肉過敏原進行消減,3種方法對蝦肉過敏原均有消減作用。超高壓處理后再用木瓜蛋白酶酶解以及超高壓條件下直接酶解的產物的抗原抗體反應OD492nm值均接近或在正常人血清與抗體反應的OD492nm值范圍內,表明超高壓結合酶法對南美白對蝦蝦肉過敏原的消減有增強作用。
[1] SAMPSON H A. Update on food allergy[J]. Allergy Clin Immunol,2004, 113(5)∶ 805-819.
[2] SICHERER S H, MUNOZ-FURLONG A, SAMPSON H A. Prevalence of seafood allergy in the United States determined by a random telephone survey[J]. Allergy Clin Immunol, 2004, 114(1)∶ 159-165.
[3] YUNGIGER J W. Fatal food-induced anaphylaxis[J]. Am Med Assoc,1998, 260(10)∶ 1450-1452.
[4] WOOD R A. The natural history of food allergy[J]. Pediatrics, 2003,111(6)∶ 1631-1637.
[5] DERBY C J, GOWLAND M H, HOURIHANE J O. Sesame allergy in Britain∶ a questionnaire survey of members of the anaphylaxis campaign[J]. Pediatr Allergy Immunol, 2005, 16(2)∶ 171-175.
[6] 呂相征, 劉秀梅, 楊曉光. 健康人群食物過敏狀況的初步調查[J]. 中國食品衛生雜志, 2005, 17(2)∶ 119-121.
[7] LEMIERE C, DESJARDINS A, LEHRER S, et al. Occupational asthma to lobster and shrimp[J]. Allergy, 1996, 51(4)∶ 272-273.
[8] GOETZ D W, WHISMAN B A. Occupational asthma in a seafood restaurantworker∶ cross-reactivity of shrimp and scallops[J]. Ann Allergy Asthma Immunol, 2000, 85(6)∶ 461-466.
[9] 安愛芝, 孫月芹. 食坑蝦引起過敏性休克1例[J]. 醫學理論與實踐,2003, 16(8)∶ 877.
[10] 許巖, 許紅. 食用蝦爬子引起過敏性休克1例[J]. 沈陽醫學院學報,2000, 2(2)∶ 108.
[11] GADDIE J, LEGGE J S, FRIEND J A R, et al. Pulmonary hypersensitivity in prawnworkers[J]. Lancet, 1980, 316∶ 1350-1353.
[12] KIM W H, LEE S K, LEE H C, et al. Shell∶ grinder’s asthma[J]. Yonsei Med J, 1982, 23(2)∶ 123-130.
[13] BOCK S A. Prospective appraisal of complaint of adverse reaction to foods in children during the first 3 years of life[J]. Pediatrics, 1987, 79∶683-688.
[14] 白振宇. 牛奶中主要過敏原的消除及檢測技術的研究[D]. 天津∶ 天津商業大學, 2007.
[15] 顧可飛, 高美須, 李春紅, 等. 蝦過敏及蝦過敏原[J]. 食品工業科技,2007, 28(4)∶ 239-243.
[16] 李振興. 蝦過敏原免疫活性的研究[D]. 青島∶ 中國海洋大學, 2006.
[17] 李慶麗, 李振興, 林洪, 等. 蝦過敏原活性影響的研究[J]. 食品工業科技, 2009, 30(1)∶ 79-84.
[18] 吳海明, 胡志和. 凡納濱對蝦過敏原酶法消減技術的研究[J]. 食品科學, 2010, 31(19)∶ 38-41.
[19] 董曉穎, 高美須, 潘家榮, 等. 不同處理方法對蝦過敏蛋白分子量及抗原性的影響[J]. 核農學報, 2010, 24(3)∶ 548-554.
[20] KIM S M, PARK J G, KIM K B W R, et al. Study on the changes in allergen and allergenicity originated from shrimp by physical treatments[J]. Journal of Korean Society of Food Science and Nutrition, 2006, 35(8)∶ 990-996.
[21] KATO T, KATAYAMA E, MATSUBARA S, et al. Release of allergenic proteins from rice grains induced by high hydrostatic pressure[J]. Agric Food Chem, 2000, 48(8)∶ 3124-3129.
Allergen Elimination fromLitopenaeus vannameiMeat by Ultra-high Pressure Treatment Coupled with Papain Hydrolysis
XIE Dan-dan,HU Zhi-he*,XUE Lu,ZHANG Bo-yang
(Tianjin Key Laboratory of Food and Biotechnology, College of Biotechnology and Food Science,Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)
The aim of this study was to investigate the synergistic effect of ultra-high pressure treatment and papain hydrolysis on allergen elimination from the meat ofLitopenaeus vannamei. FreshLitopenaeus vannameiwas homogenized after removing the head, tail, shell, and catgut. Three methods, ultra-high pressure treatment, ultra-high pressure treatment followed by papain hydrolysis and simultaneous ultra-high pressure treatment and papain hydrolysis were used to eliminate allergens from theLitopenaeus vannameihomogenate. Indirect ELISA was used to evaluate the results of allergen elimination and the optimal conditions for allergen elimination were explored. The results showed that the optimal conditions for allergen elimination by ultrahigh pressure treatment were 200 MPa, 35 min and 40 ℃. Under these conditions, the optical density at 492 nm (OD492nm) after the reaction between antibody and treatedLitopenaeus vannameihomogenate was 0.1986. The optimal conditions for ultra-high pressure treatment followed by papain hydrolysis were substrate concentration of 10 g/mL, hydrolysis temperature of 60 ℃ and enzyme-to-substrate ratio of 1∶200, resulting in an OD492 nm of 0.0487. The optimal conditions for simultaneous ultra-high pressure treatment in the presence of papain were 300 MPa, 35 min and 40 ℃, which revealed an OD492nm of 0.0516. Based on the above studies, ultra-high pressure treatment is effective for allergen elimination fromLitopenaeus vannamei, but inferior to ultra-high pressure treatment followed by papain hydrolysis and ultra-high pressure treatment in the presence of papain.
Litopenaeus vannamei;ultra-high treatment coupled with papain hydrolysis;allergen elimination;ELISA
TS201.6
A
1002-6630(2012)03-0068-04
2011-09-30
謝丹丹(1986—),女,碩士研究生,研究方向為食品生物技術。E-mail:xddhjj03090512@163.com
*通信作者:胡志和(1962—),男,教授,碩士,研究方向為專用功能食品。E-mail:hzhihe@tjcu.edu.cn