动物血浆蛋白水解物功能及应用研究进展

（1.中国农业科学院农产品加工研究所，农业部农产品加工重点实验室，北京 100193；2.西北农林科技大学理学院，生物物理研究所生物力学与工程研究室，陕西杨凌 712100）

摘要：动物血液是动物屠宰加工的主要副产物之一，蛋白质含量丰富、营养价值高，其中血浆蛋白作为重要的蛋白原料，可用于动物饲料和食品加工。研究表明，血浆蛋白经酶处理得到由小肽和氨基酸组成的水解物，更易被机体消化吸收，同时表现出抗氧化、抑制血管紧张素转化酶活性、减毒等功能特性，可作为潜在的营养补充剂、食品添加剂和营养保健品。本文对血浆蛋白水解物的酶解条件、特性以及应用进行综述，以期为动物血浆蛋白水解物的研究和应用提供参考。

动物血液是动物屠宰加工过程中产生的主要副产物之一，约占动物活体质量的4.0%～9.8%[1]。血液富含多种营养物质和生物活性成分，具有很高的营养和功能价值[2]。血液中蛋白质约占17%～22%，相当于胴体中瘦肉量的6%～7%[3]，又被称为“液体肉”[4]。我国每年动物血液产量可达几百万吨[5-6]，但利用率不足30%[7]，部分收集的血液主要用作加工血肠、血豆腐等传统食品或用作加工饲用血粉，而绝大部分的动物血液被直接丢弃[8-9]，造成极大的资源浪费和环境污染[10]。

血浆蛋白是血浆中最主要的固体成分，其氨基酸含量丰富，营养价值高。目前主要加工成血浆蛋白粉作为畜禽饲料或营养补充剂，或者作为原料或添加剂用于多种食品体系[11]。研究表明，血浆蛋白经特定的酶水解得到由小肽和氨基酸组成的水解物，更易被人体消化吸收，同时表现出抗氧化、抑制血管紧张素转化酶（angiotensin-converting enzyme，ACE）和减毒等功能特性，从中分离的多肽作为潜在的营养补充剂、食品添加剂和营养保健品得到了广泛的研究。血浆蛋白水解物改变了原有血浆蛋白粉的产品形式，提升了产品的功能特性，增加了血浆蛋白的价值，具有广阔的应用前景。目前，关于血浆蛋白水解物的研究已开展了一定的工作，但在酶的选择、工艺条件的控制、应用效果的评价方面还不够系统和完善。本文综述了血浆蛋白的组成、功能以及血浆蛋白水解物的功能和应用，并就存在的问题及应用前景进行展望，以期为血浆蛋白水解物的研究和应用提供参考。

1 血浆蛋白的组成与功能

血浆蛋白是血浆中蛋白质的总称，由超过上千种的蛋白质组成[12]，不同丰度的蛋白质浓度范围跨度可达10 个数量级，其中22 种丰度较高的蛋白占血浆蛋白总量的99%。白蛋白、免疫球蛋白的含量最为丰富[13]，分别为50%、23%～27%[14]。张映玉等[15]研究表明，猪血浆蛋白质包括8 种必需氨基酸和10 种非必需氨基酸在内的18 种氨基酸，除蛋氨酸外，其他的必需氨基酸含量接近甚至高于鸡蛋的全蛋白。血浆蛋白的组成受物种、品种、年龄、性别、饲养条件、外界环境等因素的影响，以不同动物来源的血浆蛋白为例，猪血中免疫球蛋白水平要高于牛、羊和鹿血（表1）。

表1 不同动物来源血浆蛋白主要蛋白含量（以全血计）
Table 1 Major plasma proteins from different animal sources (in whole blood)

生产上常将血浆从经过抗凝的新鲜血液中分离出来后，经喷雾干燥制成血浆蛋白粉，用作动物饲料。具有如下功能：1）提高动物免疫力、降低动物机体发病率和死亡率，提高其存活率、健康状况和生长性能，尤其是对幼畜和弱畜的作用更为明显；2）缓解应激，尤其是缓解仔猪的断奶应激，促进仔猪的健康生长，特别是在饲料条件差的环境下血浆蛋白粉的作用更加明显；3）促进仔猪采食，增加日增重；4）改善消化酶的分泌量和活性，有效促进营养物质的消化和吸收，提高饲料的利用率[19-20]。

血浆蛋白由于具有较好的凝胶、乳化、保水等功能特性，可用作食品添加剂，主要包括以下几方面的功能：1）血浆蛋白经过加热可形成凝胶。将其添加到肉制品中，可以部分替代脂肪[21]，减少食盐的添加量[22]，提高产品凝胶特性，改善肉制品的质构和口感[23]；2）血浆蛋白可替代蛋清和乳蛋白作为黏合剂应用于肉制品、乳酪中[24]。虽然血浆蛋白黏合能力不如蛋清蛋白，但优于其他黏合剂，如肉粉、明胶、小麦蛋白、大豆分离蛋白以及海藻酸钠和碳酸钙的结合物[25]；3）血浆蛋白具有很好的发泡性，研究表明4%的血浆蛋白在pH 6时发泡性最好，pH 7时发泡性减弱[26]；4）血浆蛋白可作为乳化剂用于面包、肉和乳制品中，在低脂肪肉制品中代替脂肪与其他成分结合，产品感官品质可与全脂奶制品相媲美；5）血浆蛋白还可以部分替代蛋清用于焙烤类食品中[26]，发挥其保水作用。

2 血浆蛋白水解物的酶解条件

水解蛋白质的方法分为化学降解法和酶降解法。化学降解即通过酸碱水解蛋白质，其水解条件剧烈、氨基酸破坏严重，甚至产生有毒物质。与化学法相比，酶法水解条件温和、反应过程可控、产生的多肽结构完整，不仅可降低氨基酸的破坏程度，还可以根据不同酶的特异性酶切位点产生特定的肽段，因此获得的产品营养价值也相应提高[27]。

根据来源可将蛋白质水解酶分为植物蛋白酶、动物蛋白酶以及微生物蛋白酶。目前，血浆蛋白水解所使用的酶主要包括风味蛋白酶、碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶、复合蛋白酶、中性蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶以及微生物蛋白酶。一些研究者对不同酶的水解效果进行了研究，刘骞等[28]通过在相同底物浓度条件下研究不同种类酶解，筛选出水解猪血浆的最佳用酶为碱性蛋白酶。周亚迪等[29]通过添加风味蛋白酶和碱性蛋白酶研究不同酶解时间、不同种类酶以及不同酶的加入顺序对猪血浆蛋白酶解产物的抗氧化性的影响，结果表明，双酶解的作用效果要优于单酶解，且先加入碱性蛋白酶后加入风味蛋白酶，其作用效果更好。Clara等[30]还发现，使用真菌蛋白酶，产生的水解物具有较高的抗氧化特性。此外，Hyun等[31]通过碱性蛋白酶水解血浆蛋白、白蛋白和球蛋白，发现其水解物还具有血管紧张素转换酶抑制活性。表2总结了血浆蛋白水解常用的酶种类、水解时间、pH值与水解产物的功能特性。

表2 不同的血浆蛋白酶水解物特性比较
Table 2 Characteristics of plasma protein hydrolysates produced with different enzymes

注：-.数据文献中未给出。

酶解条件优化的方法主要有响应面法、正交试验法、单因素和多因素试验设计方法等。Seo等[33]利用响应面法对牛血浆蛋白水解条件进行优化，分别建立了获得水解牛血浆蛋白的最大水解度、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（2,2-diphenyl-1-picrydrazyl，DPPH）自由基清除活性和Fe2+螯合活性的最优条件，得到牛血浆蛋白最优水解条件为pH 7.82～8.32、温度54.1 ℃、时间338.4～398.4 min。刘骞等[28]对猪血浆蛋白的水解条件进行了优化并对不同条件下水解物的抗氧化性进行了研究，筛选出最佳用酶为碱性蛋白酶，并发现水解时间为5 h、酶与底物浓度比例为2%、底物质量分数为4%时水解物的抗氧化能力较高。潘红梅等[37]采用正交试验法筛选出最佳水解用酶为胰酶，并优化蛋白酶-碱水解猪血浆蛋白的条件，最佳水解条件为先加入8 000 U/g的胰酶在55 ℃条件下水解5 h，再加入8%的碱，在80 ℃条件下水解3 h。张振环等[38]通过单因素和正交试验比较了胃蛋白酶、胰蛋白酶、碱性蛋白酶和中性蛋白酶对猪血浆蛋白粉的水解效果，表明制备ACE抑制肽的最佳用酶为胃蛋白酶，并得到最佳水解条件为pH 2.3、酶与底物质量比为1∶6、底物质量浓度为1 g/100 mL、水解时间为1.5 h。由于不同酶的最佳水解条件不同，作用的靶点也不同，不同的水解时间产物的功能特性也不同，因此，在研究血浆蛋白水解物时要根据酶的种类对水解条件进行优化。

3 血浆蛋白水解物的功能特性

利用酶解技术制备的血浆蛋白水解物氨基酸种类齐全，特别是赖氨酸及亮氨酸含量丰富，此外，还含有钙、钾、镁、磷等微量元素及多种维生素，具有很高的营养价值。蛋白质经水解后，降解为易于消化和吸收的多肽以及游离氨基酸。小肽吸收具有耗能低、速率快、载体不易饱和等特点，且与游离氨基酸相比，肽中的氨基酸残基吸收更快，还可避免氨基酸之间的吸收竞争，促进氨基酸的吸收。另外，水解生成的小肽可与矿物质离子结合形成螯合物，促进矿物质离子的吸收，提高矿物质元素生物学效价[39]。因此，血浆蛋白水解物可为动物和人体提供丰富的营养物质，具有极高的营养价值。

血浆蛋白水解物具有起泡性和乳化性，可作为一种潜在的食品添加剂应用于面包、蛋糕及饼干等食品的生产制造。邵秀芝等[34]通过使用中性蛋白酶水解猪血浆蛋白，发现在45 ℃、pH 7.0条件下酶解1 h，可使血浆蛋白的起泡性提高87%。但刘骞等[35]测定了不同水解度条件下猪血浆蛋白碱性蛋白酶水解物的起泡性和乳化性，发现水解物的乳化性和起泡性随水解度的增加而降低，且其表面活性随着pH值的改变而改变。因此，血浆蛋白水解物的起泡性和乳化性与血浆蛋白的种类、酶的选择以及水解条件密切相关。

血浆蛋白的水解物中富含组氨酸、苏氨酸、缬氨酸和半胱氨酸，这些氨基酸均具有很高的抗氧化活性。Clara等[30]对鹿血、猪血、羊血、牛血的水解物进行了分析，发现4 种血液的血浆均具有很强的抗氧化性，其中羊血浆的DPPH自由基清除能力最强，可达27.6%，猪血浆与鹿血、牛血、和羊血相比，其Fe3+还原活性最强。Liu Qian等[38]发现血浆蛋白用碱性蛋白酶水解5 h，所得水解物具有很强的抗氧化能力，对脂肪的氧化具有强烈的抑制作用。Xu Xueming等[32]用胃蛋白酶和木瓜蛋白酶分别制备了猪血浆的胃蛋白酶水解物（the pepsin hydrolysate，PPE）和木瓜蛋白酶水解物（the papain hydrolysate，PPA），在相同浓度条件下，在亚油酸体系中PPE和PPA的抗氧化性比VE高出数倍。血浆蛋白的还原能力随水解度的增加而增加[41]。Liu Qian等[40]发现血浆蛋白碱性蛋白酶的水解度随水解时间的延长而增加，当水解时间在0.5～5.0 h之间时，血浆蛋白的水解度急剧增加，但超过5.0 h后，血浆蛋白的水解度趋于平稳。随着水解时间的延长，其还原Fe3+的能力也随之增强。并且，经过预热处理的血浆蛋白，其蛋白分子更易变性，使得蛋白质分子充分伸展，从而使氢键基团和疏水基团充分暴露，增加蛋白质的水解度。因此将蛋白水解物或肽作为抗氧化剂，不仅可以改善食品的抗氧化性而且具有很高的营养价值，与其他天然抗氧化剂相比，也有着较大的优势，并且也为血浆蛋白的开发利用提供了新的思路。

ACE是一种含锌二肽羧基肽酶，在人体血压调节过程中具有重要的作用，它可催化血管紧张素Ⅰ转化为血管紧张素Ⅱ，此外，它还可以降解血管舒张剂舒缓激肽[42]，使其失去活性。ACE抑制肽可抑制ACE活性，减少血管紧张素Ⅱ的生成和激肽的破坏，从而达到预防和治疗高血压的目的[43]。研究表明，血浆蛋白及其分离蛋白的水解物具有抑制ACE的活性。Hyun等[31]研究工业蛋白酶对血浆蛋白及其分离蛋白白蛋白和球蛋白的酶解效果，结果表明获得的水解物可以抑制ACE，其中碱性蛋白酶水解血浆蛋白获得的ACE抑制肽最有效。Liu Xiaoyu等[44]通过蛋白质组学的方法，筛选出具有ACE抑制活性的九肽，并通过合成此九肽的方法证明该九肽具有很好的热稳定性、pH值稳定性和胃肠酶的耐受性。研究发现碱性蛋白酶水解的白蛋白活性肽分子质量低于1 kD，对ACE的抑制更为有效[31]。总之，血浆蛋白水解物表现出一定的抑制ACE活性，是一种有潜力的抗高血压功能食品原料。

Park等[45]通过不同的工业用酶水解牛血浆蛋白、血浆球蛋白及白蛋白，并利用彗星实验检测DNA损伤的减少程度。发现不同的酶水解牛血浆蛋白获得的肽段具有抗基因毒性的效果。结果表明，胃蛋白酶水解可产生活性最高的肽段，其中白蛋白的胃蛋白酶水解物可产生近乎完美的抗基因损伤作用；研究还发现肽段的抗基因毒性功能可能是因为肽段和细胞间的相互保护作用而非直接导致诱变剂失活，此活性肽的分子质量＜1 kD。Zhang Hao等[36]通过工业用碱性蛋白酶水解猪血浆白蛋白，并利用诱变剂4-硝基喹啉N-氧化物（4-nitroquinoline 1-oxide，4-NQO）对水解肽的活性进行测定。结果显示，酶解肽段可显著减少脂质过氧化。分子质量小的肽段（＜3 kD）活性高，同时也发现肽段是通过与细胞的相互保护作用发挥减毒作用，而不是通过肽段直接抑制4-NQO。

4 血浆蛋白水解物的应用

水解后的血浆得到的水解蛋白要高于奶粉中蛋白质的含量，将水解物添加到饼干、蛋糕、馒头和面包中，可以提高产品的营养价值。另外，由于水解物中富含不同的氨基酸、多肽和微量元素，可用于制作儿童食品的添加剂。血浆蛋白包含必需氨基酸和非必需氨基酸在内的18 种氨基酸，其水解产物具有很高的营养价值，可作为浓汤添加剂、沙司添加剂及浓汤调味剂或者方便汤料等的原料，还可用于治疗营养缺乏症、消瘦症，并可用于制作宇航员、运动员、探险家等的营养食品[46]。

表3 血浆蛋白水解物的应用
Table 3 Applications of animal plasma protein hydrolysates

血浆蛋白水解物具有良好的抗氧化性，用于肉制品中可抑制脂肪的氧化、增加肉糜色泽、降低脂肪氧化所产生的异味、延长肉制品的保质期（表3）。刘骞等[47]将用碱性蛋白酶水解5 h的猪血浆蛋白水解物添加到生猪肉糜中，与添加0.02%丁基羟基茴香醚的生猪肉糜进行比较，发现添加0.5%、1.0%、1.5%和2.0%的血浆蛋白水解物的生肉糜在7 d内可显著抑制脂肪的氧化，增加肉糜鲜红的色泽，且添加量越大效果越好。此外，猪血浆蛋白水解物在颜色、降低脂肪氧化异味等方面都具有较好的效果。以同样的方法将猪血浆蛋白碱性蛋白酶水解物添加到熟肉糜中，结果表明，冷藏过程中猪血浆蛋白水解物可显著抑制脂肪氧化，保持肉糜的鲜红色泽，且添加2%的水解物效果最好，同时可延缓不良气味的产生[48]。李菁等[49]将经美拉德反应修饰后的猪血浆蛋白水解物添加到生猪肉糜中，发现产品红度值始终高于对照组。因此，可将血浆蛋白水解物作为一种食品添加剂用于肉品加工中，从而抑制脂肪的氧化、延长肉品的保质期，发挥抗氧化剂的作用，为消费者提供安全健康的产品[33]。

血浆蛋白水解物中包含多种分子质量不等的多肽，具有提高免疫力、降血压、抗氧化等多种保健功能（表3）。研究表明，铁离子螯合肽可增加铁离子稳定性，提高铁的吸收率以及生物利用率。因此水解物中包含的铁离子结合多肽，可用作强化和补充体内铁吸收的功能性食品[53]。含有ACE抑制肽的血浆蛋白水解物可作为具有抗高血压功能的功能食品的原料[43]。另外，口服血浆蛋白水解物还具有保护肝脏氧化损伤和提高免疫力的保健功能[52]。

Lee等[50]通过凝胶渗透、离子交换和正相高效液相色谱的方法从猪血浆蛋白水解物中分离铁离子结合肽。Hyun等[31]通过使用不同的酶水解猪血浆及其分离蛋白获得可抑制ACE的水解物。张振环等[38]用胃蛋白酶水解猪血浆蛋白粉的方法制备出ACE抑制肽。Liu Qian等[51]采用CCl4诱导大鼠肝氧化损伤模型，饲喂分子质量小于3 kD的猪血浆蛋白水解物，表明猪血浆蛋白水解物可以保护大鼠肝脏免受CCl4诱导的氧化损伤。通过口服分子质量小于3 kD的水解物，可显著降低血清肝酶标记物（天冬氨酸氨基转移酶、丙氨酸转氨酶），并且与只经CCl4处理的组相比，饲喂了分子质量小于3 kD的血浆蛋白水解物的大鼠肝脏超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶活力均显著增加，丙二醛含量显著减少。李平[52]通过单一酶和复合酶分别对鹿血浆进行酶解，确定了中性蛋白酶与风味酶复合酶解效果最佳，在此基础上开发了具有提高免疫力、抗氧化、降血压等多种保健功能的鹿血浆肽冲剂产品。因此，血浆蛋白水解物作为一种原材料应用于功能食品、保健品领域，可提高人体免疫力、降低血压、抑制氧化等，为消费者提供天然健康的产品。

血浆蛋白水解物中包含可抑制ACE的抑制肽，可用于制备预防和治疗高血压的降压药。另外，血浆白蛋白水解获得的功能性肽段可与细胞产生相互保护作用，具有抗基因损伤和减毒作用，可作为化疗功能性肽段[36,45]。目前，关于血浆蛋白水解物在医药领域中的应用还处于开发阶段，其功能和应用有待进一步的研究和开发。

5 结语

由于血浆蛋白水解物表现出的较高营养价值和较好的抗氧化、抑制ACE及减毒等功能特性，其已被用于食品加工中，用来延长食品的保质期、增加食品的营养和功能。但是血浆蛋白水解物的应用仍然存在许多问题，主要有以下几方面：1）由于存在潜在的动物疾病危害，使得诸如牛血浆蛋白及其水解物的应用受到限制或禁止；2）血浆蛋白水解物具有功能特性的肽段虽已经得到分离和鉴定，但对于血浆蛋白水解物活性肽段的结构研究仍旧十分有限，需要更深入的研究来探索多肽的活性机制；3）经过水解的血浆蛋白抗氧化肽乳化性、起泡性和凝胶性等功能特性会降低，这也直接影响了其在食品工业中的应用[41]；4）血浆蛋白水解物的制备主要是酶解的方法，经济成本相对较高，现有单一酶解或复合酶解对血浆蛋白的水解率仍旧较低，蛋白质不能被彻底水解，这也制约了血浆蛋白水解物的开发应用；5）血浆蛋白水解物的功能特性主要是在体外通过化学法进行研究的，而水解肽在人体中是否同样有效，需要进一步的研究确证；6）蛋白质在酶解生产小分子肽的过程当中，会产生许多不良风味，尤其是苦味，这也不利于血浆蛋白水解物在食品中的应用。

因此，利用技术手段改善血浆蛋白水解物的抗氧化等功能特性、分离纯化血浆蛋白水解物中的特定活性多肽成分、分析水解物中多肽结构与功能的关系是将来研究的方向。从经济角度出发，寻求更为经济高效的水解方法也是研究的重点。此外，动物血浆蛋白水解物在食品中的研究尚处于萌芽阶段，更多形式和功能的血浆蛋白水解物产品亟待开发。血浆蛋白水解物良好的功能特性为其开发应用提供了良好的前提，但将其作为产品应用于食品、保健品、药品等行业还有很多问题需要解决。选择合适的酶，寻求适宜的水解条件，建立和完善行之有效的去除苦味的方法，是其广泛应用到食品等工业中的前提。另外，如何利用先进的手段实现血浆蛋白水解物产品的批量化生产并降低生产成本也是将血浆蛋白水解物应用所面临的问题。

总之，我国动物血浆蛋白资源丰富，但目前加工利用水平低、产品附加值低。利用先进的技术将其充分开发利用，变废为宝，使我国血浆蛋白资源得到合理充分的利用，提高血浆蛋白的营养价值，既可以为人们提供安全、健康的产品，满足人们对安全食品的需求，同时也可提高动物血液的利用价值。

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Progress in Functional Properties and Applications of Animal Plasma Protein Hydrolysates

WANG Wenting1,2, HOU Chengli1,*, SONG Xuan1,2, WU Liguo1, ZHU Jie2, ZHANG Dequan1
(1. Key Laboratory of Agro-Products Processing, Ministry of Agriculture, Institute of Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China; 2. Laboratory of Biomechanics and Engineering, Institute of Biophysics, College of Science, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

Abstract：Animal blood, one of the major animal by-products from slaughterhouses, is rich in protein and has high nutritional value. Animal plasma protein can be used in animal feed and food processing as an important protein resource. It has been shown that enzymatic hydrolysates of animal plasma protein, consisting of small peptides and amino acids, can be used as potential food additives, nutritional supplements and health products because of its ease of digestion and absorption in the body and functional properties such as antioxidant activity, angiotensin-converting enzyme inhibitory activity and toxicity reduction. This review summarizes the enzymatic hydrolysis conditions, characteristics and applications of plasma protein hydrolysates, with the hope of offering some references for further researches and applications of plasma protein hydrolysates.

Key words：blood; plasma protein; hydrolysate; amino acids; nutritional supplements

王文婷, 侯成立, 宋璇, 等. 动物血浆蛋白水解物功能及应用研究进展[J]. 食品科学, 2017, 38(7): 309-314. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201707049. http://www.spkx.net.cn

WANG Wenting, HOU Chengli, SONG Xuan, et al. Progress in functional properties and applications of animal plasma protein hydrolysates[J]. Food Science, 2017, 38(7): 309-314. (in Chinese with English abstract)

基金项目：国家现代农业（肉羊）产业技术体系建设专项（CARS-39）

作者简介：王文婷（1989—），女，硕士研究生，研究方向为肉品加工。E-mail：wangwentingbiome@163.com