畜禽血液的開發(fā)與研究進(jìn)展

■ 鄭召君 張日俊

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)飼料生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

近年來，隨著養(yǎng)殖業(yè)的飛速發(fā)展，全球畜禽產(chǎn)量不斷攀升，并帶動(dòng)了飼料產(chǎn)量的增長，2012年全球飼料產(chǎn)量達(dá)9.59億噸，其中我國飼料產(chǎn)量位居世界第一。而隨著飼料產(chǎn)量的增加，飼料原料的需求量不斷加大，尤其是具有重要營養(yǎng)生理功能的蛋白質(zhì)原料，已成為影響我國畜牧業(yè)發(fā)展的第一大原料供給瓶頸。因此，如何開發(fā)利用現(xiàn)有的飼料蛋白資源，提高蛋白質(zhì)品質(zhì)和有效利用率，“變廢為寶”是解決我國蛋白飼料原料短缺，促進(jìn)我國養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的一個(gè)極其重要的途徑與措施。而具有代表性的副產(chǎn)物就是畜禽血液，其因營養(yǎng)價(jià)值高，含有大量可食用的營養(yǎng)蛋白及必需氨基酸等營養(yǎng)成分，而成為極具發(fā)展前景的飼用蛋白源。本文在簡(jiǎn)要介紹畜禽血液資源概況及特性的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)畜禽血液的研究方向、存在問題及解決方案進(jìn)行綜述，并簡(jiǎn)單歸納畜禽血液開發(fā)利用的熱點(diǎn)及深加工產(chǎn)品的應(yīng)用前景。

1 畜禽血液資源概況及其研究意義

作為畜禽屠宰加工過程中的主要副產(chǎn)物，畜禽血液營養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量約17%～22%，且必需氨基酸含量高，脂肪含量低（0.15%～0.2%），素有“液態(tài)肉”之稱。畜禽血液不僅營養(yǎng)高，而且產(chǎn)量高。

據(jù)初步估計(jì)，全世界每年可利用的畜禽血液總量是相當(dāng)可觀的。1994年以來，全世界每年大約宰殺30億頭牛、豬和羊，血產(chǎn)量近億噸。而我國各種動(dòng)物血尤為豐富，是世界上動(dòng)物血液資源最豐富的國家之一，特別是家禽家畜類血液。從1990年以來，我國肉類生產(chǎn)量一直居世界首位，其中生豬產(chǎn)量接近世界總量的二分之一，2011年中國生豬供應(yīng)量已達(dá)6.4億頭。雖然畜禽血液產(chǎn)量尚未有精確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但以每頭豬約可收集3L血液計(jì)算，粗估我國2011年豬血產(chǎn)量可達(dá)2 000萬噸。而以血液蛋白含量為18%計(jì)算，這些血液相當(dāng)于360萬噸蛋白。此外，我國每年家禽出欄數(shù)超過100億羽，肉牛出欄數(shù)超過5 000萬頭，羊出欄數(shù)超過2億頭。由此可見，我國畜禽血液資源豐富，具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，畜禽血液的利用仍以血豆腐、血粉、血漿粉等初級(jí)加工形式為主，深加工技術(shù)落后，產(chǎn)業(yè)化程度較低，利用率不到10%，致使大量營養(yǎng)資源流失，并造成環(huán)境污染。廢棄的血液形成嚴(yán)重的污染源，其BOD高達(dá)250 000 mg/l，COD達(dá)375 000 mg/l。依據(jù)我國肉類加工工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13457-92），畜禽屠宰后排入下水道的污染物的BOD應(yīng)低于300 mg/l，COD不超過500 mg/l。為防治畜禽血液排放造成的環(huán)境污染，需投入大量的人力物力。因此，大力開發(fā)利用動(dòng)物血資源，使血液加工向系列化、多樣化和高附加值方向發(fā)展，已經(jīng)成為了畜禽血液加工利用的一個(gè)重要研究方向。

2 畜禽血液的理化、營養(yǎng)及功能特性

2.1 畜禽血液的理化特性

作為一種具有重要生理功能的結(jié)締組織，血液是動(dòng)物生命存在的關(guān)鍵。血液在循環(huán)過程中，為其它器官和組織提供氧和營養(yǎng)物質(zhì)，并去除代謝產(chǎn)物。在理化角度上，全血的比重為1.06，呈弱堿性，pH值平均為7.47。血液因動(dòng)物種類而異，牛血約占活體重的8%，豬血約為5%，畜禽體內(nèi)血液的總量要占體重6%～8%。屠宰畜禽時(shí)所能收集的血液約占血液總量的一半，如牛血實(shí)際收集量占體內(nèi)血液總量的55%～65%，豬血40%左右，羊?yàn)?5%，其余滯留于肝、腎、皮膚和胴體中。畜禽血液的組成如圖1所示。

采用離心技術(shù)可將血液分離成血漿和血球（又稱血細(xì)胞）兩部分。血漿約占血液總量的65%，其中蛋白質(zhì)含量約為8%，主要為球蛋白、白蛋白和纖維蛋白原。而其它的約35%的濃稠的組分是血球，以紅細(xì)胞濃縮物為主，含有36%左右的蛋白質(zhì)，主要是血紅蛋白。雖然家禽與家畜血液組成相似，但在結(jié)構(gòu)上仍有差異。家禽血液的紅細(xì)胞不呈雙面凹形而是橢圓形，內(nèi)有細(xì)胞核，無血小板、嗜中性粒細(xì)胞而具有凝血細(xì)胞和異嗜性粒細(xì)胞。家禽血液因紅細(xì)胞含有細(xì)胞核等問題致使其研究繁瑣，因此關(guān)于家禽血液研究的報(bào)道不是很多。

2.2 畜禽血液的營養(yǎng)特性

畜禽血液本身營養(yǎng)價(jià)值高，蛋白質(zhì)含量高達(dá)20%左右，,必需氨基酸（Lys、Leu等）含量高（見表1），其營養(yǎng)價(jià)值可與畜禽胴體中6%～7%的瘦肉相媲美。此外，血液中還含有碳水化合物、脂肪、礦物質(zhì)、維生素、酶類及一些活性肽類物質(zhì)，都是動(dòng)物營養(yǎng)必須的物質(zhì)。據(jù)分析，畜禽的血液中干物質(zhì)含量為19%～21%。干物質(zhì)中蛋白質(zhì)含量高達(dá)90%，其中60%～65%為血紅蛋白，其它非蛋白類物質(zhì)中75%左右是類脂化合物。

動(dòng)物血液的營養(yǎng)成分因種類的不同而有所差異，但總體而言，其營養(yǎng)特性首先體現(xiàn)在蛋白質(zhì)含量上，全血含20%左右的蛋白質(zhì)，血球蛋白含量為30%～40%左右，而干燥血粉的蛋白質(zhì)含量約85%左右，是豆粕蛋白的2倍，較魚粉高30%。從氨基酸組成來看，血液蛋白質(zhì)的必需氨基酸含量高。優(yōu)質(zhì)血粉中賴氨酸含量幾乎比國產(chǎn)魚粉高出一倍，達(dá)7.2%～9.7%，色氨酸含量則比魚粉高出1～2倍，達(dá)1.0%左右。從蛋白互補(bǔ)的角度來看，谷物蛋白質(zhì)中蛋氨酸和胱氨酸含量高，異亮氨酸適量，賴氨酸含量低，而血液的高賴氨酸量使其成為一種很好的谷物蛋白質(zhì)的互補(bǔ)物，這對(duì)提高動(dòng)物性蛋白源的利用率、改善日糧營養(yǎng)具有重要意義。此外，畜禽血液還是制備補(bǔ)鐵劑的優(yōu)質(zhì)原料。血液中鐵含量較高，每100 g血液中鐵的含量高達(dá)40 mg（見表1）以上，主要以血紅素鐵的形式存在。而血紅素鐵是以原卟啉鐵的形式直接被腸粘膜上皮細(xì)胞吸收，且很少受其它膳食成分的影響，其吸收率是無機(jī)鐵的2～3倍，生物利用率（18%～29%）顯著高于非血紅素鐵。由此可見，畜禽血液營養(yǎng)高、來源廣、成本低，在改善缺鐵性貧血方面有良好的應(yīng)用前景。

2.3 畜禽血液的功能特性

畜禽血液中含有酶類、激素、維生素、小分子活性肽等功能性物質(zhì)，具有抗氧化、調(diào)節(jié)免疫、抑菌等功效。超氧物歧化酶（Superoxide Dismutase簡(jiǎn)稱SOD）是從畜禽血液中提取出來的具抗氧化特性并含有金屬元素的活性蛋白酶，能抵御超氧陰離子自由基對(duì)細(xì)胞的破壞，是中國衛(wèi)生部批準(zhǔn)的具有抗衰老、抗輻射、免疫調(diào)節(jié)、血脂調(diào)節(jié)、美容功能的物質(zhì)之一。畜禽血液蛋白中還含有某些阿片樣、抗氧化、抑菌等小分子活性肽，如Naima Nedjar-Arroume等從牛血紅蛋白中分離提取出30種具有抗菌活性的活性肽。此外，畜禽血液中含有的免疫球蛋白、凝血酶、纖溶酶、蛋白酶抑制劑等功能性物質(zhì)也與機(jī)體的健康密切相關(guān)。

3 畜禽血液研究現(xiàn)狀及其研究方向

3.1 國內(nèi)外畜禽血液的研究現(xiàn)狀

畜禽血液含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和生物活性物質(zhì)，完全符合人類和畜禽機(jī)體的需要，被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。國外畜禽血液利用的歷史比較長，已在飼料、食品、化工、醫(yī)藥、肥料、葡萄酒等方面取得突破性的研究進(jìn)展。德國、英國、日本、比利時(shí)等國家將血液制成液態(tài)飼料、著色劑或營養(yǎng)補(bǔ)劑，添加到日糧或香腸、布丁等食物中，以增加其營養(yǎng)價(jià)值；法國葡萄酒工業(yè)廣泛應(yīng)用以血液為原料制備的酒類澄清劑；美國也從牛血漿蛋白中提取血纖維組織制品。而現(xiàn)階段，國外畜禽血液的研究主要集中在從畜禽血液中提取具有抗氧化、降血壓血脂、免疫調(diào)節(jié)等作用的活性物質(zhì)方面，研究的角度也由初級(jí)加工的粗產(chǎn)品形式向深加工的精制品方向過渡。與國外相比，我國畜禽血液開發(fā)利用時(shí)間短，最初主要作食用，加工成傳統(tǒng)血豆腐、血腸，另有極少部分加工成飼用血粉，絕大部分血液被廢棄。而經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國對(duì)畜禽血液的開發(fā)利用程度有大幅度提高，多集中在血粉等畜禽飼料、營養(yǎng)強(qiáng)化劑、血紅素、血肽、SOD酶、氨基酸營養(yǎng)液方面，并逐步向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?、多元化的深加工體系發(fā)展。

3.2 畜禽血液研究方向

隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，畜禽血液的研究已由傳統(tǒng)營養(yǎng)研究模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代的分子營養(yǎng)，其應(yīng)用也由初始粗淺的初級(jí)加工產(chǎn)品形式向多元化的深加工方向發(fā)展。依據(jù)血液組分，從整體到局部，畜禽血液的研究方向可分為以下三部分。

3.2.1 畜禽血液整體研究

隨著我國蛋白資源的日益緊缺，動(dòng)物性蛋白飼料的開發(fā)利用已成為飼料行業(yè)的重要課題。作為動(dòng)物性蛋白源的典型代表，飼用血粉是以屠宰食用動(dòng)物獲得的新鮮血液為原料，經(jīng)化學(xué)、物理或生物的方法簡(jiǎn)單處理，后干燥而得的粗蛋白含量大于85%的產(chǎn)品（普通血粉、膨化血粉、發(fā)酵血粉、水解血粉等）。飼用血粉是市場(chǎng)上普遍存在的血液產(chǎn)品，其粗蛋白及氨基酸含量高，尤以高賴氨酸為主要特點(diǎn)，與相關(guān)原料（如羽毛粉、谷物等）配合可替代豆粕或魚粉[19]。但血粉制品仍存在“三差”（氨基酸組成平衡性差、可消化性差、適口性差）營養(yǎng)缺陷問題，發(fā)酵、酶解等方法并不能完全解決問題，這也是血粉制品不能完全替代魚粉的原因之一。因此，祛除或改善血粉的營養(yǎng)缺陷仍是當(dāng)前畜禽血液研究的熱點(diǎn)之一。

3.2.2 血漿層次的局部研究

作為血液的液體部分，血漿含水量為90%～92%，其他組分為血漿蛋白、電解質(zhì)等物質(zhì)。而血漿蛋白是一種由活性白蛋白和球蛋白組成的特定動(dòng)物蛋白，具有與脫脂干燥奶粉和酪蛋白相媲美的營養(yǎng)品質(zhì)，具有適口性好、蛋白含量高、氨基酸平衡且利用率高等特點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，血漿蛋白粉能顯著提高仔豬生長性能，降低免疫應(yīng)激，與乳清粉配合可有效替代豆粕。此外，血漿中存在的免疫球蛋白、酶類、小分子肽等活性物質(zhì)在抗氧化、免疫調(diào)節(jié)方面有著不可忽略的作用，也是備受當(dāng)代學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。

3.2.3 血球?qū)哟蔚木植垦芯?/p>

新鮮畜禽血液離心后的下層絳紅色沉淀即為血球，其蛋白含量約為35%～40%，營養(yǎng)價(jià)值高、易消化吸收且含有一定的生物活性成分，可作為一種優(yōu)質(zhì)蛋白原料直接應(yīng)用于早期斷奶仔豬和哺乳母豬日糧中。但血球本身黑紅或棕褐色的外觀限制其產(chǎn)品的推廣使用，而且當(dāng)前尚未有完善妥當(dāng)?shù)拿撋椒▉慝@得色香味俱全的脫色血球產(chǎn)品。血紅蛋白是血液行使生理功能的關(guān)鍵組分，約占血液蛋白總量的2/3，內(nèi)含多種功能性成分，是制備具有阿片樣活性、止痛、刺激細(xì)菌生長、抗菌等功能活性肽的主要資源。Andrey等從紅細(xì)胞溶解產(chǎn)物制備具有生物活性的肽段，而R.Froidevaux等、Q.Y.Zhao等和Chi-Yue Chang等利用蛋白酶處理畜禽血紅蛋白分別制備了具有抗菌活性、刺激細(xì)菌生長與抗氧化功能的生物活性肽，Aaron Low等采用過氧化氫脫色血紅蛋白的方法制備第二代生物塑料的原料。而隨著血紅蛋白研究的深入，珠蛋白（96%）和血紅素鐵（4%）作為血紅蛋白的組成部分，也逐漸成為飼料、食品、醫(yī)藥等行業(yè)研究的焦點(diǎn)，其提取制備技術(shù)也日趨成熟。研究表明，以珠蛋白為原料通過現(xiàn)代工藝制備的小分子活性肽具有溶解性好、黏度低、抗凝膠形成性等特點(diǎn)，在動(dòng)物體內(nèi)消化吸收率高。此外，從血球中分離提取生物酶、激素等物質(zhì)也是畜禽血液的研究方向之一。自1938年Mann和Keilin從牛紅細(xì)胞中分離提取出SOD以來，SOD的開發(fā)利用一直是微生物學(xué)、分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域及醫(yī)藥、化工、食品等生產(chǎn)行業(yè)的熱門研究課題，而目前SOD研究和應(yīng)用的深度及廣度已居我國酶類生化制劑的首位。因此，從畜禽血中制取具有抗菌、降血糖血壓、促進(jìn)傷口愈合、抗炎、調(diào)節(jié)免疫等作用的物質(zhì)并大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化仍是未來幾十年食品、飼料、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域目前研究的熱點(diǎn)。

4 畜禽血液產(chǎn)品存在的問題及其解決方案

雖然畜禽血液營養(yǎng)價(jià)值豐富，加工技術(shù)相對(duì)成熟，但血液的血腥味、成分等問題使其固有的營養(yǎng)潛力難以得到充分有效的發(fā)揮，極大限制了產(chǎn)品的使用和推廣。以最常見的血粉為例，畜禽血液產(chǎn)品主要存在適口性差、可消化性差、穩(wěn)定性差等缺陷，所以對(duì)血粉進(jìn)行加工處理是解決問題不可或缺的工序。

4.1 畜禽血液及其產(chǎn)品存在的問題

以血粉為例，血制品存在的主要問題有以下幾點(diǎn)：①血粉消化吸收少，氨基酸組成不平衡。血粉的第一限制性氨基酸是異亮氨酸，其次是蛋氨酸，飼喂動(dòng)物時(shí)需注意補(bǔ)加其限制性氨基酸。②血粉產(chǎn)品適口性差，有血腥味，呈黑褐色，并具黏性，極大限制了血粉的添加量。Pond等（1984）發(fā)現(xiàn)，生血粉固有的血腥味和一些不適宜加工將大大降低味覺敏感動(dòng)物的采食量。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，血粉在家畜日糧中的添加量為豬10%以下，雞3%～5%。若用量過大，易引起腹瀉，對(duì)畜禽生長有抑制作用。③產(chǎn)品成分變化大，貯存時(shí)間短。血粉產(chǎn)品成分變化大，影響飼喂效果，這可能與血液中微生物尤其是致病菌有關(guān)，微生物大量繁殖，降低pH進(jìn)而影響血粉的營養(yǎng)價(jià)值。而血粉易吸潮、結(jié)塊、生蛆、發(fā)霉、腐敗的特性，導(dǎo)致血粉不宜長期保存。④加工方面，畜禽血液的傳統(tǒng)加工工藝及其產(chǎn)品存在著固有缺陷。國內(nèi)外普遍采用的血粉加工方法可分為普通法(土法、蒸煮離心脫水法、血漿粉生產(chǎn)法和噴霧干燥法)、發(fā)酵法和酶解法。在普通法加工過程中，血液中細(xì)胞變硬，適口性差，不利于消化吸收；發(fā)酵法加工的血粉粗蛋白含量低且不穩(wěn)定，發(fā)酵時(shí)間長、載體用量大；酶解法成本高，酶解液易產(chǎn)生苦味。

4.2 克服畜禽血液缺陷的解決方案

畜禽血液產(chǎn)品適口性差、消化吸收少等問題主要是因?yàn)檠褐泻歇?dú)特的大分子蛋白及卟啉鐵。卟啉鐵是血液呈現(xiàn)血腥味、黑紅色的主因，采用相關(guān)化學(xué)、物理、生物等手段破壞其結(jié)構(gòu)或剔除卟啉鐵，即可達(dá)到脫色去味的效果，但目前保證血液產(chǎn)品色香味俱全的脫色方法尚未見報(bào)道。此外，肽理論表明，蛋白質(zhì)經(jīng)消化道酶促水解后主要以小肽的形式吸收，比完全游離氨基酸更易、更快被機(jī)體吸收利用。因此，采用高壓、化學(xué)降解、酶解、微生物發(fā)酵等多法相結(jié)合的手段，使血液中大分子蛋白降解為肽和氨基酸，提高養(yǎng)殖動(dòng)物的消化吸收能力。經(jīng)相關(guān)技術(shù)改善后的血液制品與乳清粉、谷物類等原料相搭配，可進(jìn)一步降低飼用血液產(chǎn)品在日糧中的添加限制，使其得到廣泛地應(yīng)用。

5 小結(jié)

隨著養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，動(dòng)物性飼料蛋白源的需求量也將不斷增加。大力開發(fā)畜禽血液資源，變廢為寶，使畜禽血液加工向多元化、系列化和高附加值方向發(fā)展，已成為血液加工的重要研究目標(biāo)。雖然血液加工的模式由初級(jí)加工逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯罴庸さ木纺Ｊ剑笄菅杭捌洚a(chǎn)品固有的缺陷尚未得到完善，仍是制約畜禽血液開發(fā)利用及產(chǎn)業(yè)化的主要因素。因此，尋求適宜的加工處理方式和脫色方法，改善血液產(chǎn)品的適口性，提高消化利用率，建立規(guī)范的工藝流程是開發(fā)利用畜禽血液的關(guān)鍵。還可進(jìn)一步從中制取具有抗氧化、抗菌、血脂調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)等作用的生物活性物質(zhì)，進(jìn)行機(jī)理和功能特性的研究，并推廣應(yīng)用于飼料、醫(yī)藥、食品、化工等各領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。然而也應(yīng)該看到，要全面實(shí)現(xiàn)這些活性物質(zhì)的商品化應(yīng)用，還需要進(jìn)行大量的科研性工作。