南極磷蝦蛋白的研究進展

劉志東，王魯民，陳雪忠*，汪一紅，黃洪亮，曲映紅，汪雯瀚，馬慶保,，戚亭,，燕夢雅,

1(中國水產(chǎn)科學(xué)研究院 東海水產(chǎn)研究所，上海, 200090) 2(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海,201306) 3(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所，上海, 201403) 4(上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海, 200093)

南極磷蝦蛋白的研究進展

劉志東1，王魯民1，陳雪忠1*，汪一紅1，黃洪亮1，曲映紅2，汪雯瀚3，馬慶保1,2，戚亭1,3，燕夢雅1,3

1(中國水產(chǎn)科學(xué)研究院 東海水產(chǎn)研究所，上海, 200090) 2(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海,201306) 3(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所，上海, 201403) 4(上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海, 200093)

南極磷蝦蛋白作為一種生物資源量巨大的優(yōu)質(zhì)蛋白來源受到廣泛關(guān)注。該文綜述了南極磷蝦蛋白的組成、制備、營養(yǎng)、安全與功能特性；介紹了南極磷蝦蛋白及其衍生產(chǎn)品開發(fā)利用的現(xiàn)狀和存在的主要問題；展望了南極磷蝦蛋白的未來發(fā)展方向和應(yīng)用前景。

南極磷蝦；蛋白質(zhì)；制備；安全；功能特性；生物活性

南極磷蝦屬于節(jié)肢動物門(Arthropoda)，甲殼動物綱(Crustacea)，磷蝦目(Euphausiacea)，磷蝦科(Euphausiidae)，磷蝦屬(Euphausia)，磷蝦種(Euphausiasuperb)。一般將生活在南緯50°以南環(huán)南極海域的磷蝦統(tǒng)稱為南極磷蝦，但通常所講的南極磷蝦指的是南極大磷蝦(EuphausiaSuperba Dana)。南極磷蝦生物資源量約為1.25～7.5億t，但目前處于尚未充分開發(fā)利用的狀態(tài)[1-2]。因此，南極磷蝦被認(rèn)為是地球上最大，也是最后一個潛在動物性蛋白資源庫。隨著全球人口的剛性增加，食物短缺、尤其是優(yōu)質(zhì)動物性蛋白短缺的矛盾將日益突出。為了應(yīng)對人口增加產(chǎn)生的食物和營養(yǎng)需求，開發(fā)新的蛋白資源或者加強現(xiàn)有蛋白資源利用的深度挖掘迫在眉睫。國外關(guān)于南極磷蝦蛋白的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究取得了積極進展，但是也存在著研究相對分散的問題[3-4]。我國南極磷蝦蛋白的相關(guān)研究剛剛起步，對于南極磷蝦蛋白的認(rèn)知還亟待深入。因此，系統(tǒng)地總結(jié)南極磷蝦蛋白的相關(guān)研究，對于豐富我國優(yōu)質(zhì)動物性蛋白資源供應(yīng)和開發(fā)利用南極海洋生物資源均具有重要的意義。本文綜述了南極磷蝦蛋白研究的進展，以期為南極磷蝦蛋白資源的開發(fā)和利用提供參考。

1 南極磷蝦蛋白的含量及組成

南極磷蝦蛋白的化學(xué)組成及蛋白含量見表1～表3。

表1 南極磷蝦的化學(xué)組成[4] 單位：%

研究表明，南極磷蝦蛋白含有8種人體必需的氨基酸，并滿足FAO/WHO/UNU規(guī)定的成人和嬰兒需要量(盡管亮氨酸，色氨酸和組氨酸的含量略低)。南極磷蝦蛋白中必需氨基酸的含量和評分(0.85～1.00)低于參考蛋白(雞蛋蛋白的氨基酸評分為1.21)，但是高于FAO/WHO推薦的理想蛋白模型，南極磷蝦蛋白的生物價高于牛乳蛋白(如酪蛋白)和其他動物性蛋白，但低于雞蛋蛋白[4]。

表2 南極磷蝦肉蛋白含量[4] 單位：mgN/g

表3 南極磷蝦水溶性和鹽溶性蛋白含量[4] 單位：%

注：a水溶性蛋白采用磷酸緩沖液提取(15.5 mmol/L Na2HPO4+3.38 mA/KH2PO4, pH 7.5,I = 0.05);b鹽溶性蛋白采用磷酸緩沖溶液提取(0.45 A/KC1，pH 7.3, I = 0.5)。

研究表明，南極磷蝦肉中的蛋白約占完整南極磷蝦蛋白的41%，這表明約有50%的南極磷蝦蛋白在去除甲殼和內(nèi)臟器官的過程中失去。南極磷蝦肉中約有80%的氮化合物是蛋白氮，肌原纖維蛋白約占總蛋白的60%～70%。南極磷蝦肌原纖維蛋白主要由肌球蛋白，肌動蛋白和副肌球蛋白，與其他無脊椎動物的肌肉組成相似[4]。

研究發(fā)現(xiàn)，南極磷蝦富含谷氨酸、天門冬氨酸、甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸和蘇氨酸等呈味氨基酸，支鏈氨基酸(纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸)和芳香族氨基酸(苯丙氨酸和酪氨酸)(見表4)。南極磷蝦氨基酸的支/芳值為2.14，接近正常人的水平(支/芳值為3～3.5)[5]。因此，南極磷蝦蛋白是一種完全蛋白。此外，研究還發(fā)現(xiàn)南極磷蝦蛋白的含量和氨基酸組成主要取決于南極磷蝦捕獲的時間，海域，生長階段，性別以及處理和貯存方式等[3]。

2 南極磷蝦蛋白的營養(yǎng)特性

南極磷蝦蛋白來源的獨特性賦予了其特殊的營養(yǎng)特性。蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值表征指標(biāo)主要包括蛋白質(zhì)的氨基酸組成、消化率、生物價、凈蛋白利用率、生物利用度和蛋白質(zhì)功效比值等(見表5和表6)。假定全雞蛋蛋白的營養(yǎng)價值為100，煮熟南極磷蝦和酪蛋白相對蛋白營養(yǎng)價值分別為87.4和77.6，南極磷蝦蛋白的值略高于酪蛋白[4]。盡管南極磷蝦蛋白的蘇氨酸，亮氨酸，賴氨酸和含硫氨基酸(甲硫氨酸和半胱氨酸)含量高于酪蛋白，但仍低于乳清蛋白濃縮物。由于含硫氨基酸參與DNA的轉(zhuǎn)錄和RNA的翻譯，能夠在減少心血管疾病，癡呆和肝硬化，調(diào)節(jié)機體免疫代謝方面發(fā)揮作用[8-9]。

表4 南極磷蝦蛋白的氨基酸組成[4]

表5 南極磷蝦蛋白營養(yǎng)價值評價[13]

表6 南極磷蝦(脫脂)蛋白的效率比和生物價[4]

注：PER，蛋白效率比；NPR，凈蛋白率；BV，生物價；NPU，凈蛋白利用率。

深入研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)的動物體內(nèi)實驗提供了比體外評價更精確的評價結(jié)果，因為后者通常不涉及蛋白的消化和吸收。GIGLIOTTI等[10]分別采用酪蛋白和南極磷蝦蛋白飼喂大鼠。結(jié)果表明，二者具有相近的消化率、蛋白消化率校正后的氨基酸分?jǐn)?shù)(PDCAAS)和蛋白效率比(PER)分?jǐn)?shù)；但與酪蛋白相比，南極磷蝦蛋白的生物價(BV)和凈蛋白利用度(NPU)值略低，也更能夠促進雌性，幼年小鼠的生長。但NPU和BV評價也存在局限性，二者不能表征蛋白中的必需氨基酸含量。此外，南極磷蝦蛋白飼喂大鼠時，大鼠體內(nèi)氮貯留量較低，這可能是因為受到南極磷蝦蛋白中DL-甲硫氨酸的限制。因此，可以通過向南極磷蝦蛋白中添加DL-甲硫氨酸提高蛋白的品質(zhì)。IWANTANI等[11]采用完整南極磷蝦和雞蛋蛋白飼喂大鼠。結(jié)果表明，飼喂南極磷蝦組大鼠體重較實驗前減輕；飼喂南極磷蝦組的蛋白利用率、生物價以及凈蛋白利用度也低于飼喂雞蛋蛋白組。他們認(rèn)為南極磷蝦蛋白消化率的降低可能是由于南極磷蝦甲殼碎片的存在。因此，去除甲殼碎片是重要的，因為難以消化的多糖，如幾丁質(zhì)等會阻礙消化和吸收。SIDHU等[12]發(fā)現(xiàn)飼喂南極磷蝦蛋白與飼喂酪蛋白相比，二者在蛋白效率比方面相近；2組實驗動物的體重、肝臟重和血液中血紅蛋白的數(shù)量沒有顯著差異。TAMURA[4]以煮熟的南極磷蝦或完整的雞蛋為材料讓成年男性進食21 d。研究發(fā)現(xiàn)，南極磷蝦和雞蛋蛋白的凈蛋白利用率分別為55%和61%，這表明熟南極磷蝦的蛋白利用率約為全雞蛋蛋白的90%。因此，南極磷蝦蛋白具有較高的營養(yǎng)價值。

3 南極磷蝦蛋白的制備

由于南極磷蝦獨特的生物學(xué)特性，因此，開展南極磷蝦蛋白制備技術(shù)(既有較高的提取率又能保持良好的功能和生物學(xué)性質(zhì))的研究尤為重要。目前，南極磷蝦蛋白的制備技術(shù)主要包括堿溶酸沉技術(shù)，魚糜加工技術(shù)，自溶技術(shù)，堿溶技術(shù)等及相關(guān)技術(shù)的聯(lián)合使用等。

ISP(isoelectric solubilization/precipitation)技術(shù)是一種基于體系pH值變化影響等電行為的蛋白溶解和沉淀過程的蛋白提取技術(shù)，能夠有效的保持分離蛋白的營養(yǎng)和功能性質(zhì)。CHEN等[10]將ISP技術(shù)應(yīng)用于南極磷蝦蛋白的提取。盡管采用ISP技術(shù)能夠從完整南極磷蝦中提取功能性蛋白，但ISP技術(shù)只能提取部分水溶性的肌漿蛋白且主要取決于離子強度。CHEN等[14]研究發(fā)現(xiàn),采用ISP技術(shù)提取蛋白(P<0.05)的必須氨基酸與非必須氨基酸含量較高，總必需氨基酸含量與總氨基酸含量之比也較整蝦高。必需氨基酸含量約占總氨基酸的50%左右。選擇極端的pH處理(pH 3，與pH12)能夠獲得最高的(P<0.05)必需氨基酸含量。所得南極磷蝦蛋白的品質(zhì)較高，其必需氨基酸含量滿足FAO/WHO/UNU關(guān)于成人和嬰幼兒的推薦量。此外，即使在加工前沒有去除外殼，堿性條件比酸性條件能夠更好地降低提取蛋白中的礦物質(zhì)和脂質(zhì)含量。因此，ISP技術(shù)能夠影響南極磷蝦蛋白的提取率、氨基酸組成和礦物元素含量(見表7)。

研究表明，采用ISP技術(shù)提取的南極磷蝦濃縮蛋白得率大約為46%(以干基計)；凍干后的組分約為3.3%水分，77.7%粗蛋白，8.1%脂質(zhì)和4.4%總灰分(以干基計)。與完整南極磷蝦相比，ISP技術(shù)降低了南極磷蝦蛋白中的總脂含量約33%，總灰分含量下降了約75%，而蛋白質(zhì)含量則保持相對穩(wěn)定。由于礦物元素主要集中在蝦殼和附屬物中。因此，灰分含量可以作為ISP技術(shù)提取南極磷蝦蛋白質(zhì)過程中，判斷雜質(zhì)分離程度的指標(biāo)(見表8)。南極磷蝦蛋白溶解階段，無論pH值為多少，提取的南極磷蝦蛋白中含有約5%的灰分，整蝦中約為17%[15-16]。李芳等[17]以蛋白質(zhì)溶解度和回收率為指標(biāo)，探索了南極磷蝦蛋白質(zhì)在不同pH 條件下的溶出、解離與回收規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，在pH1.5和12.0時南極磷蝦蛋白的回收率最大(分別為49.8%和45.7%)。認(rèn)為由于南極磷蝦自溶降解的原因，酸堿處理法分離蛋白的得率不高，分別占南極磷蝦總蛋白的37.76% 和37.13%。

表7 完整南極磷蝦，蛋白濃縮物的氨基酸組成[11]

注：FAO：聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織；WHO：世界衛(wèi)生組織；NUN：聯(lián)合國大學(xué)。

表8 pH處理對南極磷蝦蛋白組分的影響[14]

表9 南極磷蝦蛋白制備過程中間產(chǎn)品的得率和組成[4]

SUZUKI等[4]提出了基于魚糜加工技術(shù)的南極磷蝦蛋白提取技術(shù)，開展了以南極磷蝦糜為原料提取蛋白(主要是肌原纖維蛋白及水溶性肌漿蛋白)的研究(見表9)。SUZUKI[18]研究發(fā)現(xiàn)，南極磷蝦蛋白的提取率約為10%～15%。因此，魚糜加工技術(shù)并不能顯著提高南極磷蝦蛋白的回收率。廖鄂[19]采用ISP技術(shù)和多級逆流技術(shù)相結(jié)合提取南極磷蝦蛋白和去除氟。結(jié)果表明，ISP技術(shù)和多級逆流技術(shù)具有較高的蛋白提取率和氟離子去除率。CLAUDIO等[20]以南極磷蝦去殼后的副產(chǎn)物為原料，開展了南極磷蝦蛋白的提取研究。分析了pH，離子強度，固/液比，提取時間等因素對蛋白質(zhì)溶解性的影響；pH，pH和熱的共同作用，凝結(jié)時間對南極磷蝦蛋白提取率的影響，確定了南極磷蝦蛋白提取和沉淀的最佳條件。CHEN等[14]采用轉(zhuǎn)速為20 000×g的鼓式離心機處理水解液，南極磷蝦蛋白得率約為45%～50%(以干基計)。高飛等[21]以冷凍南極磷蝦為原料，開展了南極磷蝦蛋白提取條件的優(yōu)化研究，為南極磷蝦蛋白的規(guī)?；崛√峁┝岁P(guān)鍵技術(shù)參數(shù)支撐。

由于南極磷蝦含有高活性的降解酶(蛋白酶，羧肽酶, 核酸酶和磷脂酶等)，南極磷蝦死后，這些降解酶很快就會釋放到周圍組織，引起南極磷蝦的自溶。因此，研究人員還開展了基于南極磷蝦自溶為基礎(chǔ)的蛋白提取技術(shù)研究。KOLAKOWSKI等[25]提出了一種基于南極磷蝦蛋白最佳自溶條件的提取方法，水解物得率達80%(以濕基計)；然而，獲得的南極磷蝦蛋白水解物的功能特性(如凝膠和持水性)損失較多。因此，它們僅可以作為食品添加劑用于水溶性食品中，而不能作為功能性成分用于需要膠凝強度好和持水性高的重組食品。KOLAKOWSKL等[26]比較了體系pH對部分自溶法提取南極磷蝦蛋白得率的影響。結(jié)果表明，在pH 5.8時，南極磷蝦蛋白的得率最高?；谏鲜鰌H范圍，采用不同方法獲得的南極磷蝦蛋白得率分別約為南極磷蝦總蛋白的80.9%和91.0%。確定了2個較優(yōu)的部分自溶法南極磷蝦蛋白提取pH范圍：偏酸性的pH值為4.50～6.25，偏堿性的pH 7.75～8.50，偏堿性的pH值較接近天然南極磷蝦的pH為(7.6 ± 0.2)。KOLAKOWSKL等[27]研究了溫度對部分自溶法提取南極磷蝦蛋白得率的影響。結(jié)果表明45～55 ℃條件下，特別是50～55 ℃，提取產(chǎn)物中含有高含量的非蛋白氮、多肽和游離氨基酸，熱沉蛋白含量較低；6～10 ℃條件下，提取產(chǎn)物中熱沉蛋白的含量較高。此外，KOLAKOWSKL等[28]在10～60 ℃內(nèi)比較了部分自溶法對新鮮南極磷蝦和冷凍南極磷蝦蛋白質(zhì)得率的影響。結(jié)果表明，新鮮南極磷蝦和冷凍南極磷蝦的較佳提取溫度范圍分別為20～30 ℃和10～20 ℃。影響新鮮南極磷蝦蛋白提取的主要因素是蛋白的酶解條件，影響冷凍南極磷蝦蛋白提取的主要因素是冷凍過程中冰晶造成的組織破壞。但是上述方法所得南極磷蝦蛋白水解物喪失了蛋白部分功能性質(zhì)。戴程程等[29]以氨基酸態(tài)氮含量和水解度為指標(biāo)，開展了南極磷蝦自溶研究并確定了主要影響因素。薛勇等[30]采用氨基態(tài)氮含量為指標(biāo)，確定并優(yōu)化了內(nèi)源酶對南極磷蝦的最佳自溶條件。王靈昭等[31]利用南極磷蝦內(nèi)源酶采用2段自溶技術(shù)酶解南極磷蝦蛋白質(zhì)。采用兩段自溶技術(shù)可以獲得較高的氨基酸氮含量和回收較多的總氮，產(chǎn)物可以用于制備高品質(zhì)的調(diào)味品。任艷[32]研究了南極磷蝦的自溶降解過程，建立了自溶降解的數(shù)學(xué)模型方程。確定并優(yōu)化了南極磷蝦ACE抑制肽的制備條件，探討了南極磷蝦蛋白酶解制備海鮮調(diào)味料的工藝。如上所述，研究人員以不同形式的南極磷蝦為原料，開展了南極磷蝦蛋白提取分離的相關(guān)研究。由于原料來源、保存條件、制備方法以及結(jié)果表示方法的差異，南極磷蝦蛋白的得率/提取率，組成等存在較大的差異，因此，還需要開展更多的實驗加以驗證。基于規(guī)?；苽涞囊暯?，還應(yīng)開展南極磷蝦蛋白及其衍生物的其他制備方法(生物轉(zhuǎn)化，熱解等)、分離、脫色、膜過濾(超濾和納濾等)、純化及干燥關(guān)鍵技術(shù)的研究。此外，還應(yīng)以不同終端產(chǎn)品用途(功能特性和生物活性等)為目的，審慎地選擇南極磷蝦蛋白規(guī)?；苽浞椒ê唾A藏方法，推動南極磷蝦蛋白的產(chǎn)業(yè)化進展。

4 南極磷蝦蛋白的安全性

南極磷蝦蛋白作為一種新物種來源的蛋白在作為人類食物前，必須評估其安全性。研究發(fā)現(xiàn)，與喂養(yǎng)酪蛋白的實驗大鼠相比，采用ISP法提取得到的南極磷蝦蛋白的飼喂大鼠，發(fā)現(xiàn)很少引起實驗動物腎臟的鈣化和礦化。組織學(xué)評價進一步證實了喂養(yǎng)ISP法提取得到的南極磷蝦蛋白的實驗大鼠能夠降低腎組織的礦物質(zhì)沉積和減少腎微管鈣化。這表明南極磷蝦蛋白具有較高的安全性[33]。由于南極磷蝦蛋白提取過程中采用堿處理，破壞了南極磷蝦蛋白中的胱氨酸、絲氨酸和蘇氨酸，并產(chǎn)生賴氨酞胺丙氨酸，后者具有劑量累積毒性。研究發(fā)現(xiàn)，高蛋白飲食的攝入，增加了心臟，腎臟，骨骼和肝臟疾病發(fā)生的風(fēng)險，相關(guān)的研究還在進一步進行中[8]。

研究表明，食品蛋白對于部分人可能存在潛在的致敏性。約有1%～2%的成年人和5%～7%的兒童經(jīng)歷過食品致敏，癥狀伴隨著從輕微的皮疹到致命的過敏。因此，確定南極磷蝦中蛋白致敏原的存在及南極磷蝦的相對致敏活性是重要的。MIZUTA等[34]分離獲得南極磷蝦膠原蛋白的一種主要α組分，采用生化和免疫組化技術(shù)檢測了其特征。南極磷蝦膠原蛋白的主要α組分是α1(Kr)組分，約占總胃蛋白酶酶解物的80%以上，并表現(xiàn)出典型的甲殼動物主要膠原蛋白特征，丙氨酸的含量較低，羥賴氨酸的含量較高。α1(Kr)組分主要分布在相對厚的連接組織，肌外膜和肌束膜。研究結(jié)果表明，α1(Kr)組分可能與十足目膠原蛋白中主要α組分的功能相關(guān)，α1 (AR-I) (AR-I：節(jié)肢動物- I型)，并包含一種主要的膠原蛋白三聚體[α1(AR-I)3]。KANNA MOTOYAMA等[35]采用致敏患者血清通過IgE-免疫印跡法研究了南極磷蝦原肌球蛋白的免疫原性。南極磷蝦原肌球蛋白與十足目動物原肌球蛋白的交叉反應(yīng)性通過IgE免疫印跡法抑制。結(jié)果表明，南極磷蝦原肌球蛋白是南極磷蝦的主要致敏原，原肌球蛋白的序列通過補償性脫氧核苷酸克隆確定。南極磷蝦原肌球蛋白在13～42區(qū)具有多樣性改變，其氨基酸序列與十足目動物原肌球蛋白具有高度保守性，其序列一致性為(82.4%～89.8%)；ELISA定量檢測結(jié)果表明，南極磷蝦含有的原肌球蛋白幾乎與十足目動物原肌球蛋白含量相同。因此，南極磷蝦原肌球蛋白的致敏性與十足目動物原肌球蛋白幾乎相同。盡管已有的研究已經(jīng)表明，南極磷蝦蛋白是一種安全的新來源蛋白；但是，為了發(fā)掘潛在的南極磷蝦蛋白“非安全因子”，為人類提供更安全的優(yōu)質(zhì)蛋白，還需要開展更加深入、系統(tǒng)的南極磷蝦蛋白安全性研究。

5 南極磷蝦蛋白的功能特性及改性

食品蛋白的功能特性是指食品蛋白在加工、貯藏和消費過程中的綜合物理化學(xué)特性，是其應(yīng)用的基礎(chǔ)。研究表明，功能性添加劑(牛血清白蛋白，血漿蛋白，TGase，淀粉和磷酸等)能夠提高南極磷蝦蛋白凝膠的質(zhì)構(gòu)特性。溶解狀態(tài)下，南極磷蝦蛋白在酸性條件下的變性程度要比堿性條件下更嚴(yán)重。因此，堿性條件下提取的南極磷蝦蛋白凝膠比酸性條件下提取南極磷蝦蛋白凝膠更結(jié)實。此外，酸性條件溶解的蛋白由于含有較高的脂質(zhì)，形成的凝膠亮度更高。

劉穎等[36]開展南極磷蝦蛋白的糖基化改性研究。結(jié)果表明，糖基化反應(yīng)能夠改善南極磷蝦蛋白的功能特性。韓曉銀等[37]將南極磷蝦蛋白用于裹面鱈魚的預(yù)油炸研究。結(jié)果表明，南極磷蝦蛋白具有降低預(yù)油炸裹面鱈魚含油量的效果；采用微波處理，通過控制油炸時間和溫度能夠進一步降低最終產(chǎn)品的含油量。WANG等[38]開展了南極磷蝦蛋白熱致液體凝膠的流動特性和微觀結(jié)構(gòu)以評估其增稠功能，為其用于食品增稠劑提供了基礎(chǔ)信息。ZHANG等[39]研究發(fā)現(xiàn)，南極磷蝦蛋白酶解物能夠束縛肌原纖維中的自由水，增加蛇鯔魚肌原纖維中自由水與凍結(jié)水的比例，抑制蛇鯔魚肌原纖維冷凍、儲藏期發(fā)生肌纖維變性。這表明南極磷蝦蛋白質(zhì)酶解物可以用作抗凍劑。ZHANG等[40]研究還發(fā)現(xiàn)，南極磷蝦蛋白酶解物能夠穩(wěn)定蛇鯔魚肌原纖維蛋白與水分子間的結(jié)合，抑制蛇鯔魚肌原纖維脫水過程中的變性，但其效果弱于葡萄糖和谷氨酸鈉。這表明南極磷蝦蛋白酶解物可以用作肌原纖維蛋白脫水抑制劑和保水劑。此外，南極磷蝦蛋白作為一種優(yōu)質(zhì)的動物性蛋白，有望成為其他蛋白的潛在替代品，用于模擬肉制品，營養(yǎng)補充劑，運動飲料，嬰兒配方食品，代乳品以及重構(gòu)的高附加值食品等領(lǐng)域。

6 南極磷蝦蛋白及其衍生物的生物活性

6.1南極磷蝦蛋白的生物轉(zhuǎn)化

蛋白的生物催化/轉(zhuǎn)化(酶解，自溶和微生物發(fā)酵等)是一種安全、溫和的生物加工方法。研究人員分別以南極磷蝦及加工副產(chǎn)物和南極磷蝦蛋白相關(guān)產(chǎn)品為底物，以外源酶(胃蛋白酶、胰蛋白酶、α-胰凝乳蛋白酶、胰酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶、復(fù)合蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶、木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶等)、內(nèi)源酶和微生物為催化劑，開展了降解因素(酶與底物比/接種量，溫度，時間，體系pH等)對目標(biāo)產(chǎn)物得率，功能及生物活性響應(yīng)條件的確定及優(yōu)化，產(chǎn)品開發(fā)及作用機制的多維度，多層次研究。在這些技術(shù)中，酶解技術(shù)由于具有快速、可控、定向及改善酶解物營養(yǎng)特性和功能特性等優(yōu)點，成為研究人員采用最多的技術(shù)。

優(yōu)化是定性地分析系統(tǒng)特征和定量地評價系統(tǒng)性能，針對系統(tǒng)做出科學(xué)決策的關(guān)鍵。呂傳萍[41]等以短肽得率和水解度為指標(biāo)，以冷凍南極磷蝦為原料開展了南極磷蝦酶解實驗，通過單因素和響應(yīng)面實驗確定并優(yōu)化了較佳的酶解條件。王彥超[42]以脫脂南極磷蝦粉為原料，開展了磷酸化南極磷蝦蛋白和南極磷蝦肽的理化特性和生物活性的研究。結(jié)果表明，磷酸化南極磷蝦蛋白溶解性好，熱穩(wěn)定性高；中性條件下，具有潛在的促進腸道鈣吸收和生物礦化組織修復(fù)的能力。中性蛋白酶和堿性蛋白酶酶解物具有較好的ACE抑制活性；胰蛋白酶酶解物具有較好的抗氧化活性。曹文靜[43]以南極磷蝦多相鹽析萃取的殘渣為實驗材料開展了酶解(木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和胃蛋白酶)研究并優(yōu)化了酶解條件。李姝婧[44]研究認(rèn)為采用南極磷蝦內(nèi)源酶對南極磷蝦蛋白提取得率較低；采用堿性蛋白酶處理南極磷蝦蛋白，研究了噴霧干燥因素對南極磷蝦酶解物性質(zhì)的影響。何晨[45]開展了南極磷蝦金屬結(jié)合肽的制備、性質(zhì)，酶解(胰蛋白酶、堿性蛋白酶和中性蛋白酶)條件優(yōu)化及其金屬結(jié)合機理的研究。賈曉玲[46]以南極磷蝦粉為原料，采用地衣芽抱桿菌產(chǎn)蛋白酶和米曲霉固態(tài)發(fā)酵南極磷蝦粉，對比了2種微生物及其發(fā)酵工藝對南極磷蝦蛋白的降解效果。目前，關(guān)于南極磷蝦蛋白生物轉(zhuǎn)化物的研究主要集中在酶的篩選，酶解/轉(zhuǎn)化條件的優(yōu)化等方面；關(guān)于南極磷蝦肽及其功能性組分結(jié)構(gòu)，性質(zhì)及其生物活性機制的研究尚較少。

6.2抗骨質(zhì)疏松，降膽固醇及血壓活性

WANG等[47]采用干熱法對焦磷酸鈉和南極磷蝦蛋白進行磷酸化處理；采用胰蛋白酶水解磷酸化蛋白獲得南極磷蝦磷酸化肽，飼喂骨質(zhì)疏松大鼠(雙側(cè)卵巢切除)。結(jié)果表明，南極磷蝦磷酸化肽能夠以劑量依賴方式增加骨質(zhì)疏松大鼠中骨礦化的程度以保持骨礦物質(zhì)密度。南極磷蝦磷酸化肽增加骨密度和骨力量的機制與破骨細胞介導(dǎo)的骨重建密切相關(guān)，也與骨吸收標(biāo)志物的降低相關(guān)。XIA等[48]以去卵巢SD大鼠為實驗動物，研究南極磷蝦磷酸化肽對骨質(zhì)疏松癥的效果。結(jié)果表明，南極磷蝦磷酸化肽具有顯著的預(yù)防骨密度降低效果。南極磷蝦磷酸化肽通過抑制與破骨細胞激活有關(guān)的NF-κB途徑，抑制骨的再吸收改善大鼠的骨質(zhì)疏松效果。徐文思等[49]以高膽固醇大鼠模型為對象，研究了南極磷蝦富脂蛋白的降膽固醇和降血糖活性。結(jié)果表明，實驗動物攝入南極磷蝦富脂蛋白4周后，低、高劑量組大鼠血漿中的總膽固醇水平顯著降低、低密度脂蛋白膽固醇水平顯著降低；各劑量組大鼠血糖水平均下降，其中低劑量組大鼠血糖水平顯著降低。

6.3抗菌活性

ZHAO等[50]以南極磷蝦為研究對象，采用雙酶(胰蛋白酶，中性蛋白酶，木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶)酶解制備南極磷蝦抑菌肽混合物。采用超濾和陽離子交換層析對南極磷蝦抑菌肽混合物進行初步的分離純化，探討了其對金黃色葡萄球菌的抑制情況及抑菌機理。

6.4降血壓活性

日本學(xué)者開展了南極磷蝦肽(AKPP：Val-Trp和Leu-Lys-Tyr)的降血壓能力研究。結(jié)果表明，AKPP單劑量口服給藥能夠顯著降低自發(fā)性高血壓小鼠的的心臟收縮壓；兩者均具有抑制血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)的作用，IC50值分別為12.9μmol/L和10.1 μmol/L[11]。任艷[32]通過超濾膜將胰蛋白酶酶解物分離物不同的分子量片段，測定其抑制ACE的IC50值，發(fā)現(xiàn)活性最強的ACE抑制肽的分子量范圍為1～2 kDa。

6.5抗氧化活性

李明杰等[51]以水解度為評價指標(biāo)，確定并優(yōu)化了南極磷蝦肽的酶解條件；評價了南極磷蝦酶解物的DPPH自由基清除能力并確定了抗氧化活性最強的分子量范圍。王繼宏等[52]以自由基清除能力為指標(biāo)，優(yōu)化了南極磷蝦抗氧化肽的酶解條件并確定了抗氧化肽的分子質(zhì)量范圍。高穎等[53]研究了南極磷蝦肽的基本性質(zhì)及體外ACE抑制作用和抗氧化活性。結(jié)果表明，3種低氟南極磷蝦肽的體外活性與所用外源蛋白酶，氨基酸組成，分子質(zhì)量分布和其二級結(jié)構(gòu)有關(guān)。張元元等[54]優(yōu)化了南極磷蝦抗氧化肽的制備工藝并評價了其體外抗氧化活性。這些工作為南極磷蝦抗氧化肽的開發(fā)利用提供了技術(shù)支撐。

6.6抗疲勞耐缺氧活性

徐愷[55]研究發(fā)現(xiàn)南極磷蝦肽對小鼠缺氧、疲勞和衰老、免疫力具有明顯的提高作用。深入研究發(fā)現(xiàn)，南極磷蝦肽能夠提高小鼠血液中血細胞和血紅蛋白數(shù)量，促進紅細胞復(fù)原，提高紅細胞攜氧能力，提高小鼠的耐缺氧能力；也可抑制重鏈肌球蛋白的降解、鈣激活蛋白酶介導(dǎo)的蛋白水解，從而抑制疲勞引起的骨骼肌蛋白降解，提供能量抗疲勞。

上述研究表明，南極磷蝦蛋白及其衍生物具有抗菌、降血壓、抗氧化及抗疲勞耐缺氧等生物活性，這些工作為南極磷蝦蛋白及其衍生物的深度利用奠定了生物學(xué)基礎(chǔ)[56]。但是，關(guān)于南極磷蝦蛋白及其衍生物的吸收、生物利用度及其他生物活性等研究尚鮮見公開的報道；關(guān)于南極磷蝦蛋白及其衍生物的“體內(nèi)”活性也亟需開展深入、系統(tǒng)的研究，為南極磷蝦蛋白及其衍生物作為人類-食品/動物-飼料的開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

7 結(jié)論

南極磷蝦蛋白因其“綠色、天然”的特質(zhì)，獨特的營養(yǎng)和功能特性，巨大的生物資源量受到廣泛的關(guān)注。我國南極磷蝦蛋白研究與開發(fā)利用起步較晚，還有更多的基礎(chǔ)科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)問題亟待突破。因此，亟需圍繞南極磷蝦蛋白的組分特征，營養(yǎng)、功能和利用特性開展深入研究，促進南極磷蝦蛋白的高效利用。本文綜述了南極磷蝦蛋白的研究進展，期望通過南極磷蝦蛋白基礎(chǔ)特性的研究，現(xiàn)有技術(shù)的改進，新技術(shù)/新理念的引入為南極磷蝦蛋白研究與利用注入新的活力或產(chǎn)生新的發(fā)現(xiàn)。此外，探索南極磷蝦蛋白多樣化的應(yīng)用/產(chǎn)品形式及其特性，也將為南極磷蝦蛋白應(yīng)用領(lǐng)域的拓展和產(chǎn)品價值的深度挖掘提供科學(xué)支撐；南極磷蝦蛋白的開發(fā)利用也必將朝著高品質(zhì)、高附加值和高端利用的方向發(fā)展。因此，南極磷蝦蛋白作為一種新來源的蛋白質(zhì)也必將承載人類更多的希望。

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ResearchprogressontheproteinderivedfromAntarctickrill(EuphausiasuperbaDana)

LIU Zhi-dong1, WANG Lu-min1, CHEN Xue-zhong1*, WANG Yi-hong1, HUANG Hong-liang1, QU Ying-hong2, WANG Wen-hang3, MA Qing-bao1,2, QI Ting1,3, YAN Meng-ya1,3

1(East China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences. Shanghai, 200090, Chian) 2(College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China) 3(Institute of edible fungi, Shanghai Academy of Agricultural Sciences, Shanghai 201403, China) 4(School of Medical Instrument and Food Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

Antarctic krill (EuphausiasuperbDana) plays a central role in the Antarctic waters ecosystem. Protein derived from Antarctic krill has attracted much attention to food, pharmaceutical, nutraceutical, cosmeceutical scientists due to its abundant resources, good nutrition properties, functional properties and potential applicable values. This paper reviews the chemical composition, extraction and isolation techniques, nutrition, safety and functional properties of protein derived from Antarctic krill; it also introduces the present situation and exiting main problems of the processing and utilization of protein derived from Antarctic krill in domestic and abroad. The advances of research were summarized.

Antarctic krill； protein； production； safety； functional properties； bioactivity

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.013481

博士，副研究員(陳雪忠教授為通訊作者，E-mail：zdliu1976@163.com)。

國家自然科學(xué)基金(31471687)；上海市自然科學(xué)基金(13ZR1449900)；上海市科技興農(nóng)項目(滬農(nóng)科攻字(2015)第5-5號)；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項資金 (2016HY-ZD0903，2016HY-ZD1003)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201203018)

2016-11-24，改回日期：2016-12-29