Введение
Одной из глобальных проблем, с которой столкнулось человечество, является проблема питания. На фоне нарастающих экологических проблем все острее проявляется проблема безопасности пищевых продуктов и проблема пищевой аллергии. По данным статистики, в крупных городах с каждым годом увеличивается количество людей с аллергией на различные пищевые продукты [1]. Производители продуктов питания постепенно осознают всю масштабность этой проблемы. Поэтому разработка новых видов гипоаллергенных продуктов и методов снижения аллергенности пищевого сырья только начинает осуществляться или находится на стадии планирования разработок. Производство гипоаллергенных продуктов технически осуществимо. Однако в настоящее время имеется ряд проблем и ограничений, которые не дают абсолютной уверенности в том, что аллергенность у продукта отсутствует, а не замаскирована или, наоборот, усилена.
Среди огромного разнообразия химических веществ,
входящих в состав пищевого сырья и образующихся в процессе его переработки при получении продуктов питания, присутствуют соединения с высокими аллергенными свойствами. При употреблении таких продуктов возникает патология, называемая пищевой аллергией. Пищевая аллергия – это реакция гиперчувствительности, характеризующаяся неблагоприятными и воспроизводимыми реакциями на аллергены, источниками которых служит пища. Наиболее распространенный тип пищевой аллергии связан с иммуноглобулином E (IgE), который выявляется после приема пищи у чувствительных к специфическим аллергенам людей. Кроме того, выделяют не-IgE-зависимые аллергические реакции на пищу, к которым относятся иммуноглобулин G/иммуноглобулин М(IgG/IgM)-зависимые и T-зависимые реакции [2, 3].
Проявления IgE-зависимых аллергических реакций могут варьироваться от кожных реакций, отеков и желудочных расстройств до легкой и тяжелой анафилаксии, которая может быть опасна для жизни. Подобным образом проявляются и не-IgE-зависимые аллергические реакции, но они протекают несколько мягче. В виде приступов удушья пищевая аллергия проявляется примерно в 3 случаях из 100 [2, 4].
За последние десятилетия распространенность пищевой аллергии возросла в развитых странах и начинает повышаться в развивающихся. Это связано со снижением качества еды и заменой многих натуральных пищевых продуктов их дешевыми аналогами [5]. В зону риска пищевой аллергии входят дети. Самым распространенным типом пищевой аллергии, возникающей у детей, является аллергия на молоко, которая проявляется примерно у 1 % новорожденных, питающихся лишь материнским молоком. В дальнейшем около 70 % пациентов приобретают толерантность к молоку в возрасте 1 года, 90 % – к третьему году жизни [6]. С учетом других пищевых аллергенов (яиц, занимающих второе место по аллергенности среди детей, глютена, сои и др.) пищевая аллергия затрагивает 5–10 % новорожденных, около 5 % детей младшего возраста и 4,5 % детей школьного возраста [6–8]. Таким образом, сильнее всего пищевой аллергии подвержены новорожденные. Затем, по мере укрепления и развития иммунитета, количество аллергиков снижается вдвое. Некоторые исследователи считают, что причиной возникновения аллергии у новорожденных детей является медленный синтез иммуноглобулинов A, M, G и повышенный синтез иммуноглобулина E [9]. Пищевая аллергия на многие продукты сохраняется и у взрослых людей [10].
Помимо врожденной пищевой аллергии существует и приобретенная аллергия, вызванная попаданием в организм человека экзогенных веществ, вызывающих иммунный ответ. Появляются
Gromov D.A. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2021, vol. 51, no. 2, pp. 232–247
психосоматические аллергии, вызванные сильными стрессами и депрессиями. Подобный тип аллергий является наиболее распространенным и чаще всего проявляющимся у взрослого населения [11]. Возможны аллергии, вызываемые продуктами питания, широко распространенными в том или ином регионе. Например, у людей, живущих в приморских районах, аллергия на морепродукты проявляется гораздо чаще, чем у жителей других регионов. Подобные аллергии можно объяснить психосоматическими расстройствами [8]. С другой стороны, пищевая аллергия может являться перекрестной реакцией на ингаляционные аллергены, т. е. сопутствовать сезонной аллергии на пыльцу растений (поллинозу). Распространенность подобно- го типа аллергии сильно зависит от климато- географических регионов и от источников пыльцы. В России к наиболее распространенным аллергенным растениям относятся цветущие деревья (прежде всего береза, тополь, липа и др.), злаковые и сорные растения [2, 12]. Еще одним типом перекрестной аллергии является аллергия, вызванная сочетанием аллергенов сходных и несходных пищевых источников. Термостабильные аллергены лимона имеют перекрестные реакции как с аллергенами других цитрусовых (апельсинов, мандаринов, грейпфрутов), так и с аллергенами орехов (арахиса, кешью и грецкого ореха), что связано с аллергенами косточек [13].
Единственным полноценным методом предотвра- щения и лечения пищевой аллергии является полный отказ от продуктов, содержащих аллергены, что практически недостижимо. Однако возможно проведение профилактики и назначение специализированных диет, снижающих аллергические симптомы и нормализующих общий аллергический фон. Аллергология постепенно движется в направлении разработки персонализированных гипоаллергенных диет, назначаемых после полного изучения клинической картины пациента [14, 15]. В связи с этим особую актуальность приобретают научные исследования и разработки по созданию гипоаллергенных продуктов для массового питания. В работе приведены обобщенные данные по источникам пищевых аллергенов, классификация пищевых аллергенов по их стабильности и способности сохранять антигенные свойства при ферментативном и термическом воздействии, а также обобщен отечественный и международный опыт по способам снижения аллергенности компонентов пищевого сырья и производства гипоаллергенных пищевых продуктов.
Объекты и методы исследования
Объектами исследований послужили научные публикации за последние двадцать лет, посвященные вопросам пищевых аллергенов различного происхождения, способам снижения аллергенности пищевого сырья и получения гипоаллергенных
продуктов питания. В работе применяли методы анализа, систематизации и обобщения накопленных данных отечественных и зарубежных исследователей в области пищевой аллергии и методов борьбы с ней.
Результаты и их обсуждение
Источники аллергенов и их классификация. Человек постоянно подвергается воздействию большого количества пищевых белков. Однако только их малая часть действует как активирующие факторы, вызывающие сенсибилизацию, приводящую к выработке IgE и возникновению аллергических реакций у чувствительных людей. В настоящее время считается, что за значительные аллергические реакции ответственны семь продуктов питания: орехи, молоко, яйца, рыба, моллюски, соя и пшеница [16]. В связи с этим пищевые аллергены, по своему типу являющиеся экзоаллергенами, можно разделить по типу пищевого сырья на аллергены растительного и животного происхождения [17]. Достаточно полная на настоящее время классификация пищевых аллергенов дана в работе В. А. Ревякиной [18]. В данной работе предпринята попытка классифицировать пищевые аллергены по источнику их происхождения, по типам белков растительного и животного происхождения и по стабильности этих белков.
Аллергены растительного происхождения. Большинство растительных пищевых аллергенов могут быть объединены в несколько семейств и суперсемейств. Наиболее распространенными являются аллергены суперсемейства проламина (2S-альбумины, неспецифические белки-переносчики липидов, ингибиторы α-амилазы, протеазы, трипсина, α-глобулины и др.) и суперсемейства купина (гермины, вицилины, легумины). Часть растительных пищевых аллергенов гомологична белкам, участвующим в защите растений от факторов окружающей среды, и белкам устойчивости растений. Существуют несвязанные семейства белков (профилины, олеозины), которые содержат несколько растительных пищевых аллергенов [19–21].
Аллергены суперсемейства проламина получили свое название благодаря запасному белку злаков – проламину. Такие аллергены обнаруживаются в злаковых, в орехах (арахисе, лесном и грецком орехе, фундуке, фисташках и др.), бобовых (сое, чечевице, горохе, фасоли и др.), в некоторых фруктах (персиках, абрикосах, яблоках) и во многих других семенах и плодах. Наиболее распространенными представителем проламинового суперсемейства являются 2S-аль- бумины, обеспечивающие сенсибилизацию при употреблении арахиса, лесных орехов, бобовых и семян, и неспецифические белки-переносчики липидов, отвечающие за аллергенность фруктов [3, 16]. Большинство аллергенов, принадлежащих к суперсемейству проламинов, обладают высокой
Громов Д. А. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. № 2 С. 232–247
устойчивостью к температурному воздействию, pH и желудочно-кишечным ферментам благодаря своей небольшой и компактной структуре. Это затрудняет создание гипоалергенной продукции на основе подобных сырьевых источников [4, 20].
Аллергены суперсемейства купина представлены герминами (глобулинами с константой седиментации меньше 7S), вицилинами (7S-глобулинами), легуми- нами (11S-глобулинами) и другими белками, классифицированными на 57 семейств. Шире всего купины представлены в качестве запасных белков семян. Представители этого суперсемейства обнаруживаются в орехах (арахисе, грецком и бразильском орехе, кешью, фундуке), бобовых (сое, чечевице), косточковых плодах (яблоках, винограде, физалисе, томатах) и др. [3, 22].
Белки, связанные с патогенезом растений, представлены 14 группами, восемь из которых являются аллергенами (белки групп PR-1, PR-2, PR-3, PR-4, PR-5, PR-8, PR-10 и PR-14) [23]. Данные белки выполняют функцию защиты растений и вырабатываются в ответ на различные стрессовые ситуации, такие как патогенные инфекции, повреждения, химические воздействия, воздействия фитогормонов, металлов, ультрафиолетового излучения или неблагоприятных условий роста. Они ответственны за аллергенность некоторых розоцветных (яблок, персиков, абрикосов), зонтичных (моркови, сельдерея) и плодов (дыни, вишни, каштанов и др.). Некоторые из групп подобных белков участвуют в перекрестной реактивности иммуноглобулина E между растительной пищей и пыльцой березы, трав и др. [16, 24]. Например, в России яблоки часто считают гипоаллергенным продуктом и нередко включают в рацион аллергиков. Однако они являются одними из самых частых аллергенных продуктов среди фруктов за счет содержания защитных белков, купинов и перекрестной реактивности [25].
Профилины, олеозины и дефинзины не относятся ни к каким суперсемействам, но являются аллергенами орехов, бобовых, зерновых, плодовых и др. Белки семейства профилинов связаны с перекрестной сенсибилизацией и встречаются в сельдерее, дыне, персиках, орехах и др. Олеозины встречаются в арахисе, а дефензины, отвечающие за защиту растений от бактерий, – в сое, картофеле и др. [3, 20, 26].
Аллергены животного происхождения. Наиболее сильные пищевые аллергены животного происхождения присутствуют в молоке, яйцах, ракообразных, моллюсках и рыбе. Ученые выделяют для пищевых аллергенов животного происхождения 11 белковых семейств, среди которых семейства тропомиозина, казеина и парвальбумина [27].
Тропомиозин – это основной аллергенный белок, встречающийся у беспозвоночных. Он отвечает за регуляцию сокращения мышц, устойчив к тепловым воздействиям и ферментам желудочно-кишечного тракта. Он встречается в крабах, омарах, раках и
креветках [28]. Аллергенами некоторых видов рыб являются парвальбумины, связывающие кальций и отвечающие за работу мышц [29].
Аллергенные белки молока млекопитающих принадлежат к трем семействам и представлены α-лактальбумином, β-лактоглобулином и казеином. α-лактальбумин является кальций-связывающим белком, участвующим в синтезе лактозы. β-лактоглобулин действует в качестве переносчика липидов, гормонов, стероидов и т. д. Казеин, присутствующий в коровьем, козьем и овечьем молоке, является кальций-связывающим белком, который реагирует с иммуноглобулином E. Белки молока наиболее сильно воздействуют на организм новорожденных, вызывая аллергические реакции. Аллергены молока легко подвержены ферментативному и термическому разрушению. При этом возможно их частичное удаление посредством сепарирования [30]. Аллергенами в яйцах являются овомукоид, овальбумин, овотрансферрин и лизоцим, которые находятся в яичном белке, и α-ливетин, содержащийся в желтках. Овомукоид устойчив к термической и ферментативной обработке. Другие белки менее стабильны и легче разрушаются, теряя аллергенность. Пищевая аллергия на яйца занимает второе по распространенности место после аллергии на молочные продукты и сильно затрагивает детей младшего
возраста [31].
Другим классификационным признаком пищевых аллергенов является их стабильность и способность сохранять антигенные свойства при ферментативном и термическом воздействии:
– класс I – пищевые белки, устойчивые к перева- риванию (ферментативной обработке) и термической обработке. Их аллергенность проявляется в желудочно- кишечном тракте, затрагивает его нормальное функционирование и приводит к желудочным расстройствам. К ним относятся белки молока, яиц, рыбы, арахиса и других пищевых источников, содержащих липид-переносящие белки [26].
– класс II – пищевые белки, легко подверженные температурному и ферментативному воздействию, аллергенность которых не прямая, а опосредованная и сопряженная с перекрестной реакцией на инга- ляционные аллергены растительного происхожде- ния. К подобным пищевым аллергенам относятся белки овощей, фруктов и в малой степени белки животного происхождения. Аллергенность подобных продуктов питания увеличивается до максимума при их употреблении в сыром виде, а действие таких аллергенов и симптомов аллергии ограничивается полостью рта и горла [16, 27].
Маркировка пищевых аллергенов. Аллергические реакции на пищу, в отличие от других побочных реакций, могут быть вызваны минимальным количеством аллергена. Для правового регулиро-
Gromov D.A. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2021, vol. 51, no. 2, pp. 232–247
вания маркировки пищевых аллергенов в 1963 г. Продовольственная и сельскохозяйственная орга- низация ООН (ФАО) и Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) совместными усилиями разработали «Кодекс Алиментариус» (англ. Codex Alimentarius) или «Продовольственный кодекс». Он регламентирует, какие аллергены должны быть указаны на этикетках пищевых продуктов. Соответствующая комиссия обеспечивает контроль за странами, находящимися в ведении ФАО и ВОЗ. Комиссия отвечает за создание правительствами стран необходимых правил для маркировки продуктов питания, которые различаются в разных странах [32]. В России принята обязательная маркировка пищевых продуктов, регламентируемая Техническим регламентом таможенного союза ТР ТС 022/2011
«Пищевая продукция в части ее маркировки» и
«Указаниями по маркировке пищевых аллергенов, пищевых добавок и формату даты» (2004 г.), установленными Россельхознадзором. Согласно этим законодательным актам компоненты пищевой продукции, способные вызывать аллергию, указываются в составе независимо от их количества. Помимо непосредственно пищевых источников аллергенов, маркировке подлежат добавленные к пищевым продуктам химические вещества (антиокислители, красители, ароматические и др. вещества), которые могут выступать как в виде аллергенов, так и в виде дополнительных факторов аллергенности. В соответствии с техническим регламентом не производится деление по источникам аллергенности, а выделяются отдельные сырьевые и связанные с ними источники (например, арахис, злаки, содержащие глютен, молоко и продукты их переработки и др.).
В целях повышения безопасности потребителей при маркировке продуктов питания необходимо указывать возможные аллергенные компоненты, не предусмотренные рецептурой продукта. Такая маркировка, согласно ТР ТС 022/2011, включает в себя дополнительные строки: «Данный продукт может содержать следы…» и т. д.
Производство гипоаллергенных продуктов. Одним из основных способов профилактики и борьбы с пищевой аллергией является производство гипоаллергенных продуктов, обладающих вкусовыми качествами, сопоставимыми со вкусовыми качествами натуральных аллергенных продуктов. Юридически для термина «гипоаллергенные продукты» не существует определения или стандартов. Но его применяют для продуктов, которые почти не вызывают аллергических реакций у человека. Также гипоаллергенные продукты определяются как продукты, у которых in vivo значительно снижена способность вызывать аллергическую реакцию по сравнению с природными продуктами [33].
В настоящее время выгодным с экономической точки зрения является производство гипоаллергенных продуктов, в которых аллергенное сырье замещено на гипоаллергенное или ферментативно измененное аллергенное сырье. Так, помимо ферментированной лактозы и гидролизатов молочных белков, применяют ферментированный яичный белок, содержащий в себе значительное количество свободных аминокислот и сою [34, 35]. Замена соей многих видов аллергенного сырья – одна из самых распространенных производственных стратегий. Например, разработаны технологии создания безглютеновых хлебобулочных изделий, в которых зерновые культуры заменены на сою [36]. Часто соя является заменителем в мясных изделиях. Хотя это лишает их аллергенов животного происхождения, у потребителей может проявляться аллергия на белки сои [37]. Поэтому применение сои как замещающего сырья должно строго регламентироваться, а товары должны быть соответствующе маркированы.
Перспективной является идея создания комплексных гипоаллергенных продуктов питания, все компоненты которых являются сами по себе гипоаллергенными. Например, создание мясных паштетов, в которых аллергенные свинина и говядина заменены на гипоаллергенные баранину, конину, мясо перепелов, куриную печень и другие компоненты [38, 39]. Но данная идея ограничена спектром существующего гипоаллергенного сырья и требует разработки новых подходов к созданию гипоаллергенных источников продуктов питания. Однако в настоящее время большинство производителей находится на стадии разработки алгоритмов создания гипоаллергенных продуктов для их применения в будущем [40]. В связи с этим представляет практический интерес обзор существующих технологий и новых тенденций, исследований и разработок получения гипоаллергенного пищевого сырья.
Принцип гипоаллергенизации заключается в блокировании, уменьшении или устранении способности аллергенов вызывать новую сенси- билизацию или аллергические реакции у сенсиби- лизированных людей. Для устранения или уменьшения содержания аллергенных белков используется широкий спектр технологий обработки пищевых продуктов. Например, влажное и сухое термическое воздействие, ферментативный гидролиз, модификации белков, сбраживание, воздействие облучения, ультразвука, обработка высоким гидростатическим давлением, а также методы генной инженерии [41–43].
Обработка пищевых продуктов вызывает разнообразные физические и биохимические изменения белков, такие как денатурация, разрушение до низкомолекулярных структур, агрегация и деградация. Это приводит к различным обратимым и необратимым изменениям на уровнях четвертичных, третичных
Громов Д. А. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. № 2 С. 232–247
и вторичных структур, а также расщеплению или образованию внутри- и/или межмолекулярных ковалентных и нековалентных взаимодействий. Взаимодействие белков во время обработки с другими компонентами пищевого сырья, такими как углеводы и полисахариды, липиды, полифенолы и антоцианы, может привести к дополнительным модификациям [44]. Таким образом, через оказание на белки различного воздействия, IgE-эпитопы на аллергене могут быть либо разрушены, либо модифицированы или замаскированы, тем самым нарушая его способность распознаваться иммуноглобулином E [45].
Термическое воздействие является наиболее широко используемым видом технологической обработки. Оно подразумевает бланширование, пастеризацию, стерилизацию, варку, выпечку, жарку, паровую обработку и т. д. В настоящее время доказано, что термическая обработка может привести к значительным изменениям в структуре аллергена посредством денатурации, агрегации, фрагментации и реакции Майяра. Характер и степень таких изменений зависят от вида тепловой обработки, температуры и продолжительности, а также от внутренних характеристик белка и физико-химических условий его среды, приводя к повышенной, пониженной или неизмененной IgE-связывающей активности пищевых аллергенов [45, 46]. Однако на многие аллергены тепловая обработка не оказывает существенного влияния из-за устойчивости их структуры. Это отчетливо видно на примере различных орехов (арахиса, фундука, миндаля, кешью): тепловая обработка не дает положительных результатов. При варке происходит вымывание аллергенов в воду без потери ими сенсибилизирующей активности. Умеренные формы термообработки (температура менее 80 °C) сохраняют аллергенные свойства яичных и молочных белков [4, 47]. Частичное снижение аллергенности путем термообработки достигается путем разрушения конформационных эпитопов, в то время как сенсибилизация к линейным эпитопам сохраняется [45].
Эффективным и специфическим воздействием на аллергенные белки является ферментативная обработка. Чаще всего применяется ферментативный гидролиз, в основе которого лежит разрушение пептидных связей и образование низкомолекулярных пептидов и аминокислот. Это ведет к нарушению структуры эпитопов, присутствующих в пищевых аллергенах. Степень гидролиза сильно зависит от аминокислотной последовательности, вторичной структуры, модификаций белка и специфичности фермента. Для этих целей используются различные ферменты микробного и растительного происхождения: трипсин, пепсин, химотрипсин, папаин, алкалаза, проназа и др. [46, 48]. Недостатком ферментативной обработки является возможность образования новых
аллергенных эпитопов вместо существующих. Кроме того, ферментативная обработка может не затронуть целевые участки аллергена, оставить фрагменты белка с сохраненным IgE-связыванием.
В настоящее время, благодаря ферментативной обработке, получают гипоаллергенные молочные продукты. Например, используя прямую фермента- тивную активность бактерий совместно с применением протеолитической активности ферментов (например, β-галактозидазы), получают низколактозное мороженое, насыщенное аминокислотами и другими метаболитами [49, 50]. Хотя непереносимость лактозы (гиполактазия) по факту не является аллергией, для снижения аллергенности молока применяются методы разрушения молочных аллергенов (α-лактальбумина, β-лактоглобулина и казеина) при помощи ферментов. Например, при помощи пептидазы, выделенной из желудка бабочек вида Danaus plexippus, проводился гидролиз казеина и сывороточных белков молока, после которого не происходила выработка антител. При этом аллергенность сывороточных белков проявлялась очень слабо [51]. В других исследованиях осуществлялось окисление ароматических соединений и цистеина при помощи лакказ, выделенных из Trametes hirsute, окисление тирозина при помощи тирозиназ, выделенных из Trichoderma reesei, и окисление ароматических соединений при помощи бактериальных пероксидаз. Это снижало аллергенность молочных продуктов. Также проводилось сшивание аминокислотных остатков глютамина и лизина, содержащихся в казеине, при помощи трансглутаминазы, сопровождаемое снижением аллергической реакции на эти аминокислоты и казеин в целом [52]. Обработка трансглутаминазой гидролизатов арахисового белка, полученных действием папаина, фицина или бромелаина, позволяет снизить на 85–95 % аллергенность при полном сохранении функциональных свойств этого вида пищевого сырья [53].
Путем ферментной обработки продуктов, содержащих аллергены, получают белковые гидролизаты из зернового сырья, молока и его компонентов. В дальнейшем они используются при создании функциональных продуктов питания (например, йогурт со сниженной аллергенностью сывороточных белков) или терапевтических средств (например, гипоаллергенный казеиновый гидролизат, применяемый для пероральной иммунотерапии на основе пептидов при аллергии на коровье молоко) [54–56].
Наряду с обработкой непосредственно ферментами появилось новое перспективное направление – использование ферментативной активности микроорганизмов для получения гипоаллергенного пищевого сырья и пищевых компонентов. Использование молочнокислых
Gromov D.A. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2021, vol. 51, no. 2, pp. 232–247
бактерий Lactococcus lactis и Lactobacillus delbrueckii позволяет существенно снизить аллергенность β-лактоглобулинов молока и сыворотки [57–59]. Применение Kluyveromyces marxianus в сочетании с предварительной ультразвуковой обработкой снижает аллергенность α- и β-лактоглобулинов сыворотки [60]. Гречиха, ферментированная грибами Rhizopus oligosporus, может стать основой для создания новых гипоаллергенных продуктов [61].
Новым подходом к гипоаллергенизации пищевого сырья и продуктов является частичное или полное удаление аллергенных белков путем их селективного связывания каким-либо активным компонентом. Например, осаждение β-лактоглобулина из молочной сыворотки хитозаном. Преимуществом метода является возможность регенерации хитозана с его последующим повторным применением. Обработанная молочная сыворотка является продуктом с пониженной аллергенностью. Это позволяет использовать ее в продуктах функционального назначения, как и в случае с белковыми гидролизатами [62]. Исследования показывают, что перспективными комплексообразователями для аллергенных белков могут выступать эпигаллокатехин-3-галлат и хлорогеновая кислота для тропомиозина креветок и α- и β-лактоглобулинов сыворотки, кофейная, хлорогеновая и ферулловая кислоты, экстракты черники и клюквы, содержащие полифенолы, для аллергенных белков арахиса [63–68].
Химическая модификация аллергенных белков представляет собой перспективный подход в получении гипоаллергенных пищевых компонентов. Модификация β-лактоглобулина молока путем гликозилирования галактозой в сочетании с ультразвуковой обработкой сопровождается изменением вторичной и третичной структур белка, что снижает способность связывания с иммуноглобулином Е и G [69]. Модификация α-лактальбумина путем гликозилирования, фосфо- рилирования и ацетилирования приводит к изменению конформационной структуры белка и снижению аллергенности молочной сыворотки [70]. Модификация аллергенных белков гречихи обыкновенной (Fagopyrum esculentum) полисахаридами арабиногалактаном и ксилоглюканом по реакции Майяра привела к снижению аллергенности этих белков [71]. Несмотря на то, что эти результаты являются многообещающими, они нуждаются в обосновании и клинических испытаниях, чтобы окончательно подтвердить возможность их использования для производства гипоаллергенных продуктов питания.
Перспективными направлениями получения гипоаллергенных компонентов могут быть такие способы обработки пищевого сырья, как прямое воздействие высокого гидростатического давления, микроволнового, ультрафиолетового и гамма- излучения, фокусированного ультразвука высокой
интенсивности [43, 45]. Показано, что обработка креветок ультразвуком высокой интенсивности приводит к значительному снижению уровня тропомиозина [72]. Описано несколько примеров влияния высокого гидростатического давления на аллергенность таких продуктов, как молочный β-лактоглобулин, проростки сои и продукты тофу, белки колбасного фарша [73–75]. Экструзионная обработка соевого белка и кукурузной муки с влажностью 20 % приводит к получению низкоаллергенного сырья [76].
Разработка комбинированных методик получения гипоаллергенного сырья ведется уже длительное время. Предпринимаются попытки применять комбинации из уже известных классических методик (термической и ферментативной обработки) с различными физическими и химическими способами обработки. Комбинации разных типов процессов и видов обработки, которые могут действовать синергетически, оказываются эффективными в достижении снижения аллергенности белка. Применение этих технологий приводит к более глубокому разрушению аллергенов или модификации структуры белка и к частичному или полному снижению аллергенности пищевого продукта [77]. В исследовании, объединяющем влияние высокого давления и ферментативного гидролиза, было показано, что гидролизаты β-лактоглобулина молока, полученные посредством воздействия высокого давления (400 МПа) и ферментов (пепсина и хемотрипсина), не вызывали аллергию у мышей с аллергией на молоко. В данном случае высокое давление изменяло конформацию белка и облегчало его ферментацию [78]. Гидролиз сывороточных белков при помощи пепсина под давлением 400 МПа позволяет получать гипоаллергенный гидролизат, который может использоваться для лечения аллергии на молоко у диагностированных пациентов [79]. Использование комбинации высокого давления и ферментативного гидролиза препаратом Flavourzyme приводит к значительному снижению аллергенности соевых белков и может применяться для получения низкоаллергенных соевых ингредиентов [80]. Имеются исследования, в которых было изучено совместное влияние высокого давления и температуры. Обработка экстрактов креветочного тропомиозина при помощи давления в 500 МПа при 55 °C в течение 10 мин снижала аллергическую реакцию на белок у лабораторных мышей, а обработка при 650 МПа и 100 °C в течение 15 мин снижала аллергенность грецкого ореха [77, 81]. Современным подходом к созданию гипоал- лергенного сырья является генетическая модифи- кация сырья с целью подавления нативных генов, кодирующих аллергенные белки, селекция с использованием генотипов и генетических маркеров низкой аллергенности и селективный отбор низкоаллергенных сортов. Важной составляющей этого подхода является выделение и анализ
Громов Д. А. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. № 2 С. 232–247
структуры эпитопов, ответственных за связывание с иммуноглобулином Е и установление структуры комплементарной ДНК, кодирующей эти белки [82, 83]. С использованием генетической модификации были получены сорта сои, лишенные части аллергенных белков, и сорт пшеницы, лишенный гена, кодирующего
образование глиадина [45, 84–86].
Для создания гипоаллергенного сырья расти- тельного происхождения может применяться сайт- направленный мутагенез. Этот метод молекулярной биологии используется для внесения специфических и преднамеренных изменений в последовательность ДНК гена для получения гипоаллергенных мутантов специфического пищевого аллергена. Они могут применяться в иммунотерапии с небольшим количеством побочных реакций. Подход заключается в мутантном изменении последовательности IgE-связывающих эпитопов или изменении вторичной структуры белка посредством перекрытия (смещения одного или двух положений аминокислот), замены или разрушения дисульфидных мостиков в домене белка. Полученный гипоаллергенный вариант белка экспрессируется в Escherichia coli и тестируется на пониженную иммунореактивность IgE. Успешные результаты наблюдались в отношении яичных аллергенов: разрушение двух из девяти цистеин-цистеиновых мостиков посредством сайт- направленного мутагенеза позволило получить гипоаллергенный вариант белка Gal d 1 (овому- коида) [87]. Подобные эксперименты проводились с аллергенами креветок (белка Pen a 1) и арахиса (белков Ara h 1, Ara h 2 и Ara h 3). Однако их результаты не были апробированы клинически [88, 89]. Использование технологии CRISPR/Cas9 для получения куриных яиц с мутантным геном основного аллергенного белка – овомукоида – открывает перспективы создания гипоаллергенного варианта этого пищевого сырья [90]. Выделена комплементарная ДНК Ara h 3-im, родственная Ara h 3, кодирующей основной аллергенный белок арахиса. Белок арахин, кодируемый этой ДНК, обладает низкими аллергенными свойствами и потенциально может позволить выращивать менее аллергенный арахис [91]. Однако подобные генетические манипуляции затруднены многими законодательными актами и в России пока не нашли широкого распространения.
Выводы
В статье приведена классификация пищевых аллергенов по источникам их происхождения. Приведены основные аллергенные белки растительного и животного происхождения. Приведены два класса пищевых аллергенов по их стабильности и способности сохранять антигенные свойства при термической и ферментативной обработке.
Поскольку в настоящее время не определены пороговые значения основных аллергенов в продуктах
питания, производитель обязан указывать на этикетке компоненты пищевой продукции, способные вызывать аллергию независимо от их количества.
В настоящее время наиболее широко применяемыми методами получения гипоаллергенных компонентов пищевого сырья и продуктов питания являются ферментативная и термическая обработка. В последние годы появился ряд новых подходов снижения аллергенности компонентов пищевого сырья и получения гипоаллергенных продуктов. Ферментативную обработку комбинируют с такими видами физического воздействия на пищевое сырье, как высокое гидростатическое давление и ультразвук высокой интенсивности. Использование ферментативной активности микроорганизмов вместо обработки ферментами – новое перспективное направление в получении гипоаллергенного сырья.
Достижения протеомики открывают новые подходы к снижению аллергенности пищевого сырья, такие как химическая модификация аллергенных белков (гликозилирование, фосфорилирование, ацилирование) и комплексообразование с полифенолами, антоцианами и другими соединениями.
Наиболее перспективным подходом получения гипоаллергенного сырья считается его генетическая модификация с целью подавления нативных генов, кодирующих аллергенные белки, селекция с использованием генотипов и генетических маркеров низкой аллергенности и селективный отбор низкоаллергенных сортов. Однако современные методики гипоаллергенизации посредством генетических изменений все еще сложны, трудоемки и недостаточно изучены.
Несмотря на то, что по всем описанным подходам результаты являются многообещающими, они нуждаются в обосновании и клинических испытаниях, чтобы окончательно подтвердить возможность их использования для производства гипоаллергенных продуктов питания.
Критерии авторства
В. В. Бахарев руководил проектом. Д. А. Громов и А. В. Борисова выполнили основной литературный обзор.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution
-
-
Bakharev supervised the project. D.A. Gromov and A.V. Borisova reviewed the available scientific articles.
Conflict of interest
The authors declare that there is no conflict of interest regarding the publication of this article.
-
