富血紅素多肽研究進展

孟俊祥 張秀民 鄒國慶 王小喬 陸銀勝 安徽寶迪肉類食品有限公司 235000

引言

豬血是一種可以大量獲得的工業(yè)副產(chǎn)品，同時是一種營養(yǎng)豐富的蛋白質(zhì)資源。因此，豬血被人們譽為“液體肉”［1］。豬血中的血紅蛋白占全血蛋白質(zhì)總量的2/3 以上，是豬血中的重要營養(yǎng)成分。豬血紅蛋白的消化、吸收利用率較低，所以其很少被直接添加到食品中。目前，隨著酶法水解技術(shù)的興起，利用生物酶水解蛋白制備蛋白肽的研究越來越多。酶法制備的優(yōu)點在于，可以避免酸、堿水解血紅蛋白時出現(xiàn)的生產(chǎn)周期長、腐蝕設(shè)備和污染環(huán)境等缺陷，而且擴大了水解產(chǎn)物的應(yīng)用范圍[2]。血紅蛋白在被降解成多肽的同時，釋放出血紅素或血紅素肽。而適當?shù)拿附饽軌蜥尫懦鲅t素/多肽氮比率高、酸溶性好(血紅素與多肽脂鍵連接可阻礙大的不溶性血紅素聚集物的形成)和消化利用率高的富血紅素多肽［3］。已有研究證明，豬血紅蛋白多肽具有降血壓、抗氧化、抗菌和增強免疫力等多種生物活性。血紅素或血紅素肽則是一種優(yōu)良的補鐵劑，與硫酸亞鐵補鐵劑相比，血紅素鐵的生物利用率高出23%［4］。因此，通過酶解豬血紅蛋白生產(chǎn)富血紅素多肽，能夠變廢為寶，具有巨大的經(jīng)濟價值和重大的環(huán)保意義。國內(nèi)外正掀起利用酶法水解豬血紅蛋白制備富血紅素多肽的研究熱潮。

1 血紅蛋白簡介

血紅蛋白是使血液呈紅色的蛋白質(zhì)，由血紅素(heme)與珠蛋白(globin)結(jié)合而成。珠蛋白分子量為68000 道爾頓，它是由4 分子肽鏈（兩條α 鏈和兩條β 鏈）結(jié)合而成的呈四面體、緊密的球狀結(jié)構(gòu)，每一條肽鏈以非極性基結(jié)合一個血紅素分子。每一個多肽鏈的螺旋結(jié)構(gòu)形成一個疏水性的空間，可保護血紅素分子不會與水接觸，F(xiàn)e2+不被氧化。Fe2+與卟啉環(huán)的4 個吡咯基、O2及多肽鏈上的組氨酸形成六配位體，位于血紅素卟啉環(huán)的中央。血紅蛋白的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 血紅蛋白結(jié)構(gòu)示意圖

2 酶法制備富血紅素多肽

血液中的血紅素鐵是一種有機鐵，其吸收機制與非血紅素鐵不一樣，不受食品中其他成分的影響，吸收率遠遠高于非血紅素鐵。作為血紅素鐵的主要來源，血紅蛋白已成功應(yīng)用于強化鐵的食品中。但是，由于其存在鐵吸收率低于肌肉鐵、易發(fā)生熱變和鐵含量較低(0.35%)等缺點，限制了它在缺鐵性貧血治療中的應(yīng)用。然而，從血紅蛋白中提取、精制得到的純血紅素溶解性很差，僅在堿性條件下溶解，酸性和中性條件下基本不溶，生物利用率較低。目前，血紅素的提取方法有有機溶劑法、酶水解法、CMC 法、表面活性劑法和堿基物有機溶劑法。以上幾種方法各有不同程度的缺點，目前酶解法被認為是最環(huán)保的提取血紅素的方法。

血紅蛋白經(jīng)適度酶解后能得到血紅素/多肽氮比率高、酸溶性好(血紅素與多肽脂鍵連接可阻礙大的不溶性血紅素聚集物的形成)和消化利用率高的富血紅素多肽，擴大了應(yīng)用范圍。楊萬根使用四種不同的蛋白酶在最適水解pH 值及溫度下水解豬血紅蛋白，考察影響血紅素含量和多肽含量的因素。結(jié)果得出，底物質(zhì)量分數(shù)是影響粗多肽含量的重要因素，酶種類是影響血紅素含量的重要因素。此試驗結(jié)果為利用豬血制備富血紅素多肽產(chǎn)品提供了依據(jù)［5］。楊萬根利用木瓜蛋白酶和AS1398 中性蛋白酶組成的復合酶對豬血紅蛋白進行水解，制備富血紅素多肽。試驗得出復合酶水解豬血紅蛋白制備富血紅素多肽的最佳工藝條件：底物質(zhì)量分數(shù)6%、pH 8、水解溫度55℃和加酶比例5∶5(木瓜蛋白酶∶中性蛋白酶)。在此工藝條件下，豬血紅蛋白水解產(chǎn)物具有較高的蛋白質(zhì)回收率和血紅素含量［6］。楊錫洪采用酶法水解血紅蛋白制備亞鐵血紅素肽，血紅蛋白經(jīng)過蛋白酶處理，去掉一些不需要的肽鏈，保留維持血紅素鐵穩(wěn)定的肽鏈，分離得到血紅素鐵的復合體。它可直接添加到食品中作為補鐵劑，是一種較好的利用途徑［7］。瞿桂香在適當?shù)臏囟群蚿H 條件下，先后用中性蛋白酶和風味酶水解豬血紅蛋白，水解過程中加入抗氧化劑以防止Fe2+氧化。將酶解液先后經(jīng)10kD 和3kD 的濾膜進行超濾，超濾的滯留液中亞鐵血紅素與肽的比值達到9.92%，即制備出富亞鐵血紅素肽溶液［8］。

3 富血紅素多肽的作用

(1)抗氧化作用

豬血紅蛋白經(jīng)過酶解后可得到多肽、血紅素和血紅素多肽的混合物。Chang 對豬血血紅蛋白先采用堿性蛋白酶酶解4 h，再用風味蛋白酶酶解6 h后發(fā)現(xiàn)水解物具有較高的亞鐵離子螯合力；而采用堿性蛋白酶酶解4 h 后，水解物顯示出較高的DPPH 自由基清除活性［9］。有許多報道證實，蛋白水解多肽具有抗氧化活性，可以推測水解混合物中的血紅素多肽在抗氧化活性方面起到一定的作用，這方面的報道還需要進一步證實。

(2)優(yōu)良補鐵劑

富鐵血紅素肽可以防治鐵缺乏癥［10］。富血紅素多肽中含有大量的血紅素鐵，鐵吸收的主要部位是在十二指腸(pH 為6～7)，如補鐵劑在十二指腸及空腸的堿性溶液中仍可保持溶解狀態(tài)，有利于吸收。所以，補鐵劑在小腸環(huán)境中的溶解性可作為其生物利用度高低的評定標準。富血紅素多肽在模擬人體消化體系中的生物利用率可達91%，較對比樣有顯著提高。色譜圖表明，經(jīng)人體模擬消化后富血紅素多肽的分子量分布較對比樣更集中于小分子量范圍，比血紅蛋白更易于被生物吸收利用。李華在pH 為8.0、45℃、Protamex/Alcalase 為1∶1、E/S為2%和S%為10%的條件下，酶解12h 得到了血紅素/多肽氮比為359 的富血紅素多肽。酶解液經(jīng)透析或超濾精制后，血紅素/多肽氮比較精制前有所提高，其中二次超濾后血紅素/多肽氮比為473.6［3］。

(3)螯合鐵作用

富血紅素多肽酶解液本身含有血紅素鐵，吸收利用率比一般的無機鐵及有機鐵要高。但是，鐵的比率相對不高，作為缺鐵性貧血的治療藥物尚有不足。螯合無機鐵可極大地提高其鐵比率，臨床使用價值更高。在李華的試驗中，富血紅素多肽酶解液與鐵螯合反應(yīng)后形成了新的－C≡N 特征吸收峰，富血紅素多肽酶解液能穩(wěn)定溶液中的亞鐵離子，使其不被OH－沉淀［3］。由此推斷，富血紅素多肽與亞鐵離子有一定的相互作用。脂肪儲藏實驗表明，富血紅素多肽螯合鐵比富血紅素多肽酶解液和透過液更利于促進脂肪過氧化。

4 展望

目前，血紅素的提取和富血紅素多肽的研究來源都是豬血紅蛋白，只有少數(shù)研究報道是從藏羊血、牛血中提取血紅素。隨著畜牧業(yè)的發(fā)展，禽血也成為巨大的血液來源。因此，我們可以從禽業(yè)方面開展血紅素提取的探索研究。通過研究禽血的酶解條件，制備生物利用率高的富血紅素多肽?，F(xiàn)今，富血紅素多肽的研究都集中在提高其血紅素/多肽的氮比上，對于其溶解性問題，僅有少數(shù)科學家如Frederic Lebrun［11］作了研究，而酸溶性的研究尚無人進行。血紅素的常見問題就是容易氧化，合適的抗氧化劑或還原劑的尋找以及考慮利用微囊化改善溶解性等還有待進一步實驗研究。

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[2]李華,劉通訊.富血紅素多肽螯合鐵合成的初探[J].現(xiàn)代食品科技,2007,23(10):1～6.

[3]李華,劉通訊.富血紅素多肽吸收的模擬消化評價[J].食品工業(yè)科技,2007,28(4):207～209.

[4]于美娟,馬美湖,單楊等.生物法酶解豬血紅蛋白（HB）的研究[J].食品科技,2006,9:287～291.

[5]楊萬根,王衛(wèi)東,孫會剛等.富血紅素多肽產(chǎn)物制備用酶的比較研究[J].食品科學,2010,31(22):156～159.

[6]楊萬根,王衛(wèi)東,孫會剛等.復合酶水解豬血紅蛋白制備富血紅素多肽[J].食品科學,2011,32(6):7～10.

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[8]瞿桂香,黃耀江,董明盛等.血紅素制備工藝研究進展[J].中央民族大學學報,2007,16(1):19～22.

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[10]Man Jin In,Hee Jeong Chae,Nanr Soon Oh.Process development for heme enriched pepti de by enzymatic hydrolysis of hemoglobin[J].Bio resource Technology,2002(84):63～68.

[11]Frederic Lebrunet al.Solubility of Heme in Heme-Iron Enriched Bovine Hemoglobin Hydro lysate[J].Agric Food Chem,1998,46:5017～5025.