Food Science and Human Wellness丨水解血红蛋白作为非血红素铁强化剂的有效性和安全性评价

政务 2024-06-14 12:30 江苏

近年来，随着肉类需求增长，动物血液产量也增加。动物血液富含血红蛋白，是必需氨基酸和铁的重要来源，但因其暗红色、金属味和宗教信仰影响常被浪费。为发掘其商业价值，研究者提出酶法水解血红蛋白，去除不良味道并产生具有生物活性的肽。水解产物还有助于促进血红素铁吸收，但非血红素铁吸收效果待验证。针对全球铁缺乏问题，研究者关注血红蛋白水解物作为非血红素铁强化剂的潜力。然而，血红蛋白水解物是否能在体内促进非血红素铁吸收及其安全性仍需研究。本研究旨在探究血红蛋白水解物是否能促进小鼠体内非血红素铁吸收，并评估其安全性，对提高动物血液利用价值具有重要意义。

南京农业大学国家肉品质量安全控制工程技术研究中心李春保教授团队在Food Science and Human Wellness发表了一篇名为The efficiency and safety evaluation of hemoglobin hydrolysate as a non-heme iron fortifier（水解血红蛋白作为非血红素铁强化剂的有效性和安全性评价）的研究文章。该文章通过分析铁结合含量、铁循环和肝脏稳态来评价血红蛋白水解物是否促进小鼠对非血红素铁的吸收以及吸收铁的安全性。

研究成果

血红蛋白水解物在体外条件下表现出较强的非血红素铁结合能力及抗氧化能力

图 1 血红蛋白水解物的体外非血红素铁结合能力。(A)铁结合活性。(B)模拟消化中的铁结合含量。A-f，表示样本之间的差异。

图 2 血红蛋白水解物的体外抗氧化能力。(A)DPPH自由基清除活性。(2)清除O2·活性。(C)·OH清除活性。A-e，表示样本之间的差异。

血红蛋白水解物在体外能有效结合非血红素铁，其结合能力与水解物浓度成正比。在模拟的消化过程中，这种水解物能够与非血红素铁结合，经过胃和肠的消化后，其非血红素铁结合量分别显著增加至5.89和7.59 μg/mg，远高于未消化前的水平。

随着血红蛋白水解物浓度的增加，DPPH自由基清除率从26.22%增加到64.94%，O2 -·清除率从26.70%增加到87.37%，·OH清除率从10.88%增加到70.80%。

血红蛋白水解物饲料可显著提高小鼠体内铁水平并影响肝脏和十二指肠铁循环

图 3 血红蛋白水解物对机体铁水平的影响。(A)十二指肠铁含量。(B)血清中的UIBC浓度。(C)肝脏铁含量。Con：酪蛋白组; HHb：水解血红蛋白组; Heme：血红素组; Hb：完整血红蛋白组。a-c，表示3周时样品之间的差异; A-C，表示8周时样品之间的差异;

图 4 血红蛋白水解物对肝脏铁循环的影响。（A，C-H）参与铁循环的基因的mRNA水平。(B)DMT 1的内容。Con：酪蛋白组; HHb：水解血红蛋白组; Heme：血红素组; Hb：完整血红蛋白组。a-c，表示3周时样品之间的差异; A-C，表示8周时样品之间的差异;

图 5 血红蛋白水解物对海普西丁和FPN的影响(A)肝组织中海普西丁的mRNA水平。(2)血清中海普西丁的含量。(3)十二指肠内FPN含量。CON：酪蛋白组；HHB：血红蛋白水解物组；血红素：血红素组；HB：完整血红蛋白组。A-C，表示3周时不同样本之间的差异；A-C，表示8周时不同样本之间的差异。

饲粮类型和饲喂时间对动物肝脏、十二指肠和血清中铁含量有显著影响。初期（3周），血红蛋白水解物（HHb）、血红素（Heme）和血红蛋白（Hb）组提高十二指肠和肝脏铁含量，其中HHb组肝脏铁含量最高，且这些组的血清不饱和铁结合力（UIBC）较低。随时间推移（超过3周），十二指肠铁含量继续增加，但肝脏铁含量降低，同时Heme和Hb组UIBC水平升高。8周时，HHb组和对照组（Con）在肝脏铁和UIBC方面已无显著差异。

饮食类型影响肝脏中铁循环相关基因和蛋白质的表达。HHb组在初期铁输入相关基因表达较高，且在整个饲养期间DMT1表达持续高于其他组。饲喂时间影响肝脏和血清中铁调素水平以及十二指肠中铁输出蛋白（FPN）水平，HHb组中观察到铁调素增加和FPN降低的变化。这些发现表明HHb饮食通过上调铁转运蛋白来增加肝脏铁含量。

血红蛋白水解物影响肝脏氧化应激和抗氧化能力以及肝细胞膜完整性

图 6 血红蛋白水解物对肝脏氧化应激的影响。(A)MDA含量。(B)CAT活动。(C)O2 ·清除活性。(D)·OH清除活性。Con：酪蛋白组; HHb：水解血红蛋白组; Heme：血红素组; Hb：完整血红蛋白组。a-c，表示3周时样品之间的差异; A-D，表示8周时样品之间的差异。

图 7 血红蛋白水解物对肝细胞膜通透性的影响。(A-B)AST和ALT活性。(C)PC浓度(D)肝组织H&E染色图像（放大倍数×100）。Con：酪蛋白组; HHb：水解血红蛋白组; Heme：血红素组; Hb：完整血红蛋白组。a-b，表示3周时样品之间的差异; A，表示8周时样品之间无差异。

在3周时，HHb、Heme和Hb组大鼠肝脏的MDA含量均高于Con组，但三者间无显著差异。饲养至8周时，这些组的MDA含量显著减少。饲料类型影响肝脏抗氧化能力，其中HHb组在整个饲养期间均表现出较高的抗氧化能力，尤其是3周时出现氧化应激，但8周时氧化应激消失。

此外，饲料类型和饲喂时间也影响血清AST和ALT活性以及肝脏PC含量。3周时，HHb、Heme和Hb组显示细胞膜渗漏，PC含量降低。8周时，细胞膜渗漏情况得到改善，HHb和Heme组PC含量继续下降，而Hb组PC含量增加。组织病理学检查也表明，随时间推移，肝脏的细胞结构恢复正常。

血红蛋白水解物对肝脏脂质合成的影响

图 8 血红蛋白水解物对肝脏脂质合成的影响。(A)TG的内容。(B)T-CHO含量。(C)LDL的含量。(D)CE的内容。(E)肝组织油红O染色图像（放大倍数×100）。Con：酪蛋白组; HHb：水解血红蛋白组; Heme：血红素组; Hb：完整血红蛋白组。a-b，表示3周时样品之间的差异; A-B，表示8周时样品之间的差异。

3周时，HHb、Heme和Hb组的TG、T-CHO、LDL和CE含量均高于Con组，但三组间无显著差异。随着饲喂时间延长，TG和CE含量逐渐降低。至8周时，各组间TG、T-CHO和CE含量无显著差异，但Heme组LDL水平稍高。这表明HHb、Heme和Hb饲料在初期增加肝脏脂质合成，但随时间延长，这种影响减弱。

结论

本研究旨在通过分析铁结合含量、铁循环和肝脏稳态来评价血红蛋白水解物是否促进小鼠对非血红素铁的吸收以及吸收铁的安全性。结果表明，血红蛋白水解物通过在消化过程中自发结合非血红素铁促进十二指肠对非血红素铁的高效吸收。第3周时，十二指肠铁通过膜铁转运蛋白进入血液，过量的铁进入肝脏，通过氧化应激影响肝细胞膜通透性和脂质合成。随着饮食干预时间的延长，表达上调的铁调素作用于膜铁转运蛋白，限制过量铁进入血液，使肝脏稳态恢复。此外，血红蛋白水解物增强肝脏的抗氧化能力。综上所述，血红蛋白水解物具有很强的促进体内非血红素铁吸收的能力，而且由于铁调素的调节，吸收的铁相对安全，研究结果有助于为血红蛋白类产品的高值化应用提供理论指导。

原文链接

Xue D, Jiang S, Zhang M, et al. The efficiency and safety evaluation of hemoglobin hydrolysate as a non-heme iron fortifier. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(2): 999-1010.

http://doi.org/10.26599/FSHW.2022.9250086

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