我国动物血液资源的开发利用研究进展.doc

我国动物血液资源的开发利用研究进展*靳义超*，杨葆春，李 全，韩银仓（青海省畜牧兽医科学院，西宁 810016）摘要：本文对动物血液资源的理化和营养特性进行了阐述，重点介绍了近年来动物血液产品在饲料、食品和医药工业领域的开发利用现状与应用研究进展，并对动物血液资源开发利用的不足以及今后的开发利用前景进行了综述。关键词：血粉；血浆蛋白；血红蛋白；血红素；超氧化物歧化酶；血液加工动物血液是富含动物性蛋白的营养源之一。动物血液约占其体重的8%，屠宰后可收集血液占屠宰重的4%5%。我国的动物血液资源十分丰富，估计在2.3109kg以上1，据估算青海省动物血液至少约50006000万kg，但利用率很低，尤其是牛、羊的血基本未被利用，甚至还造成严重的环境污染。我国是世界上拥有牦牛头数最多的国家, 主要产地为青海省和西藏自治区, 总头数达一千二百多万头。随着屠宰加工企业的兴起, 会产生大量的牦牛血液, 由于牦牛血液有较重的血腥味、适口性差, 只有少量加工成食品供人食用, 大量血液遭到丢弃。当前,发达国家肉品工业的特点是工厂设备现代化、管理科学化、工艺规模化、产品多样化。为了使动物资源得到最充分利用,“十一五”期间，由青海省畜牧兽医科学院、青海省安利牧生物技术公司联合申报，青海省科技厅下达了“特色牦牛藏羊血功能性食品的研发”项目，针对牦牛藏羊血液资源进行了有效的开发利用研究，首次从牦牛藏羊血液中提取了血红素和血红蛋白，研制生产了2种血红素功能性营养保健食品，取得了最新研究成果。当前，发达国家依靠深加工技术,将以前废弃的血液加工成矿物质强化剂、红色素等，既提高产品的附加值，又减少了环境污染。一些发展中国家也积极开发畜血资源作为解决营养不良的有效手段之一。1 动物血液的理化和营养特性1.1 血液的理化特性 血液对动物体十分重要,它是动物体内循环系统中的液体组织，在体内流动时，为其它器官和组织提供氧和营养物质，去除代谢产物。全血的体积质量为1.06个单位，呈弱碱性，pH平均为7.47。血液主要由血浆和血细胞组成，血浆占血液的65%，血浆中水分占92.17%，蛋白质占6.13%, 脂肪占0.11%，灰分占0.9%。用离子交换层析可将血浆蛋白分离为纤维蛋白、球蛋白和白蛋白三种主要蛋白质；血细胞约占血液的35%，主要成分是血红蛋白。血液中含有丰富的蛋白质和微量元素, 以及适量的矿物质、维生素、激素和其它一些生物活性物质2。1.2血液的营养特性 全血含有17%21%的蛋白质，干燥血粉的蛋白质含量达80%以上,是全乳粉的3倍。从氨基酸组成来看，血液蛋白质是一种优质蛋白质,其必需氨基酸总量高于人乳和全蛋，尤其是赖氨酸含量很高，接近9%。以全蛋为参比蛋白质，从化学成分计算可以看出血液蛋白质的第一限制氨基酸。是异亮氨酸，其次是蛋氨酸和胱氨酸(含硫氨基酸)，而其余的必需氨基酸的化学成分都接近或超过100分3。虽然较低的异亮氨酸含量，影响了蛋白质中必需氨基酸的比例，降低了血液 *项目资助：青海省科技厅科技型中小企业技术创新项目（2008-J-C12）。作者简介：靳义超，男，1958年8月生，研究员，硕士研究生，从事畜牧学与畜产品加工方向研究 蛋白质的质量，但如果从蛋白质互补的角度来看，由于谷物蛋白质中赖氨酸含量低，蛋氨酸和胱氨酸含量高，异亮氨酸适量，血液的高赖氨酸含量使其成为一种很好的谷物蛋白质的互补物，这对动物性蛋白资源相对贫乏的国家和地区改善膳食中总体蛋白质量很有意义。此外，血液蛋白在食品加工中表现出良好的功能性质，含有60%白蛋白的血浆蛋白质具有较高的持水性和脂肪结合能力，可以用来增加肉制品的蛋白质含量，改善其结构和质量，而在焙烤工业中，利用血浆蛋白质极好的发泡能力，可以减少鸡蛋蛋白的用量。血液蛋白质中最主要的组分是血红蛋白，约占蛋白质总量的2/3，其分子量为68000，由四条多肽链构成球状结构，称-链和-链，每条多肽链在其非极性氨基酸残基富集的疏水区内含有一个血红素，血红蛋白中血红素和多肽链之间以非共价键结合，血红素由卟啉环和二价铁构成，血液中铁的含量高达40mg/100g ,而瘦牛、羊、猪肉中只有2.6、2.0和1.6 mg。人体对这种铁的吸收率是无机铁的3倍，因此血液中的卟啉铁，对于改善缺铁性贫血效果明显。2 动物血液产品在饲料工业上的应用2.1 干燥血粉在饲料工业上的应用干燥血粉通常呈黑褐色粉末状，一般含水5%8%，粗蛋白80%，粗脂肪1.4%，灰分4.4% ,赖氨酸5.37%，蛋氨酸1.05%，苏氨酸3.87%，精氨酸4.49%。血粉最大的特点就是氨基酸含量高, 但是氨基酸组成不平衡,异亮氨酸含量尤其缺乏。血粉还含有可帮助消化的多种酶类和维生素A、维生素B2、维生素B6、维生素C等，但与其他动物性蛋白质饲料相比,维生素B12和核黄素的含量较低。而且血粉饲料在实际应用中存在以下问题:血液在干燥时，使其细胞变硬，畜禽难以消化和吸收；干燥得到的血粉在短时间内即会腐败，即干燥血粉不宜长期保存，其主要原因是血粉易吸潮、结块、生蛆、发霉、腐败4。Steidingen 等5报道, 由于血粉产品的组分变化较大，所以在生长猪日粮中添加不同来源的动物血浆制品，对猪的生产性能的影响差异较大。而且, 在血粉干燥过程中，液态血液在被干燥之前短暂贮存时间里， 微生物将会大量繁殖，导致血粉的pH值下降，散发出异味，这些都有可能导致血粉的营养价值降低。Dero uchey 等( 2003) 报道，血粉干燥前的贮存时间会影响血液的pH值以及血液中氨气的浓度, 但是血粉营养价值的评定，不能只以pH 值为唯一的指标，因为饲养试验结果表明，在仔猪日粮中添加5%的喷雾干燥血粉能够提高仔猪的日增重和饲料的转化率，但是随着pH值的降低，氨气浓度以及不愉快气味增强，不同pH值血粉饲料间的饲喂效果差异不显著。2.2 微生态血粉在饲料工业上的应用把多种产蛋白酶能力较强的菌株如真菌类的米曲霉、酵母菌，细菌类的地衣芽孢杆菌等接种在适宜的培养基成分上，选择最适的发酵条件，利用微生物发酵提高血粉蛋白的生物学利用率。发酵血粉经菌种优选和工艺改进，比直接干燥血粉或蒸煮血粉可消化氨基酸增加，适口性提高，且发酵过程中可产生多种B族维生素。这种工艺不仅能够提高蛋白消化利用率而且能够促进益生菌在动物肠道内的生长和繁殖，这对于改善幼龄动物的健康状况有着重要的意义。蒋长苗等6报道,采用芽孢杆菌、枯草杆菌等多株益生菌种发酵黄牛血液制成的微生态血粉，粗蛋白含量可达35.6%，含益生菌细胞5108个/g。动物试验结果表明，在基础日粮中添加5% 血粉能够提高肉鸡增重5.5% 和猪增重6.1%，而且临床试验证明，微生态血粉对鸡白痢和仔猪白痢的有效率分别达94.5%和89.6%。推测其原因为：微生态血粉含有较高浓度的菌体蛋白和游离的氨基酸，提高了蛋白质的生物学价值，而且益生菌所产生的大量蛋白酶、淀粉酶、维生素、有机酸也能够提高动物的饲料转化率。付祖姣等7报道, 利用高产蛋白酶的米曲霉作为主出发菌株, 辅以酵母菌和细菌发酵经喷雾干燥的猪血粉, 不仅可以将血粉和辅料中大量的大分子蛋白质降解成小分子蛋白质、多肽和游离氨基酸, 还可降解羽毛粉等原料中的淀粉和纤维素等物质, 而且发酵菌株所产生的植酸酶发酵培养基中的钙磷的消化吸收率。据冯东勋8、惠禹9、考桂兰等10报道，发酵血粉部分替代鱼粉，能够取得与鱼粉相同的效果。发酵血粉虽然有着广阔的前景，但是由于对其研究起步较晚，目前仍处于发酵菌株的筛选以及发酵工艺参数确定的研究阶段，尚未形成产业化生产的规模。3 动物血液产品在食品工业上的应用国外畜禽血液在食品加工上的应用历史比较长，日本将血色素作香肠的着色剂，将血浆粉代替肉作为香肠原料。德国和比利时曾大量进口血浆粉，作为食品粘结剂和乳化剂。瑞典、丹麦把血浆用于肉制品中，保加利亚用血生产酸乳酪，前苏联除利用猪血制作血肠外，还利用血浆作饺子馅。研究报道，一升血液可提取血红素1015g，同时可产400 g左右的蛋白，加工工艺简单，成本低，其中血红素可作为营养缺乏或不良以及贫血的人群的营养补充剂，而且血红素补血无毒无害，吸收率高，可望取代目前常用的补铁剂，将成为受欢迎的新一代产品。猪血中除含有凝血酶和血红素外，还含有人体必需的8种氨基酸，且含量丰富。用猪血制备的食用蛋白，广泛应用于食品加工中，可以提高食品营养价值，改善人们的膳食结构。目前, 畜禽血液在我国食品工业上应用还不多，主要是将血液经降解、脱色、干燥、粉碎，制成高蛋白富铁食品。另外, 从畜禽血液中提取水解蛋白、血色素、超氧化物岐化酶、胸腺因子多肽激素、免疫球蛋白、干扰素等也是我国近年来在血液资源开发和利用上所取得的重要科技成果11。3.1 血浆蛋白血液经分离所得血浆,除提取凝血酶外,剩余的部分可制备血浆蛋白或脱色血浆蛋白粉。经研究，血浆蛋白完全能代替全能蛋白,其真消化率为92.1% ,生物效价为87.0% ,蛋白质利用率为80%。目前血浆蛋白多用于食品和饲料加工工业,并日益受到重视。用面粉和血浆液按51 制成的银丝面条(含水在13 %以内) ,色、香、味和抗拉性优于普通面条,深受群众喜爱；用血浆蛋白代替1/31/2 鸡蛋制作的蛋糕、蛋卷等,色、香、味正常,应用效果良好；在午餐肉内用血浆代替18.0%的水,可使午餐肉红色加深,弹性增加,品质提高12。在食品中添加血浆蛋白优于添加鸡蛋蛋白,具有良好的市场前景。3.2 血红蛋白(Hb)血液分离后所得红细胞,加蒸馏水制成溶血血液,在提取SOD后,其血红蛋白可制成Hb粉。Hb 粉在食用方面优于脱色Hb粉,这是因为铁在脱色中发生变化而不利于吸收和利用。Hb粉的真消化率为83.0% ,生物效价72.0% ,蛋白质利用率为60.0%。它主要用于巧克力糖、饼干等营养食品中13,可以提高蛋白质和铁的含量,成本低,食用安全,工艺简单,有很大的应用价值。3.3 血红素血红素的提取方法很多, 基本上可分为化学方法和酶解法。化学方法有酸性丙酮法、冰醋酸法、乙醇法、表面活性剂催化法、CMC吸附法等。酶解法是以胃蛋白酶将血液蛋白质水解，使血红蛋白所含的血红素形成不溶性胶状微粒沉淀, 通过煮沸、 中和、过滤或离心将血红素与蛋白水解物分离，得到血红素。青海省畜牧兽医科学院的科研人员，在执行“特色牦牛藏羊血功能性食品的研发”课题中，采用不同的方法在实验室中经过反复试验，从牦牛藏羊血液中提取血红素、血蛋白获得成功，牦牛血红素、血蛋白纯度分别达到96.83%和81.94%，每千克牦牛血液可提取5.24g血红素，提取率达到89.4%；藏羊血红素、血蛋白纯度分别达到98.60%和87.30%，每千克藏羊血液可提取3.97g血红素，提取率达到86.1%，并研究开发出了牦牛藏羊血功能性保健食品，为今后工业化开发生产血红素提供了科学依据。4 动物血液产品在医药工业上的应用4.1 凝血酶凝血酶是机体凝血系统中的天然成分。目前国内主要从动物血浆以及人血浆制备凝血酶14,15。凝血酶在临床上应用广泛,局部止血效果好,而且无副作用,常常以干粉经局部涂于伤口或手术处,控制毛细血管血液渗出,多用于骨出血,扁桃体摘处,拔牙时出血等;也可以口服,用于胃和十二指肠出血。由于临床用凝血酶药日渐广泛,将使目前日益紧俏的凝血酶更趋紧缺,因此,市场前景较好。我国主要从猪血中提取凝血酶,产品已用于临床。但产量极小,满足不了国内市场的需要，因此开发凝血酶前景广阔。4.2 超氧化物歧化酶(SOD)超氧化物歧化酶是广泛存在于生物体内的金属蛋白酶，该物质能有效地清除超氧化自由基阴离子,保护细胞免受自由基阴离子的损害,可作为抗衰老药物，被科学家誉为21世纪最有发展前途的药用酶16。SOD在动物红细胞内含量较高,将柠檬酸抗凝血液采用分离洗涤方法获得纯净的红细胞,然后利用低渗作用使红细胞膨胀破裂释放出SOD ,再用一定的温度使Hb等蛋白质变性离心除去,在上清液中加入丙酮使SOD 沉淀，离心获得含有SOD的复合物(可应用于化妆品)。我国苏州医学院与苏州生化制药厂联合研制成功，为国内抗衰老研究等提供了重要的生化制剂。4.3 血卟啉衍生物是在原卟啉基础上经过分子结构修饰而制得，该物质可以与癌细胞中的核糖核酸紧密结合。杨州生化制药厂以血卟啉制得血卟啉衍生物，作荧光注射剂，注射后产生荧光反应，可定位癌细胞，然后用激光杀死癌细胞。通过对胃癌、食道癌等临床试验，疗效良好。4.4 氨基酸应用畜血制取的氨基酸有注射剂、口服液等多种形式，可作为营养补剂。江苏省食品公司黄桥肉联厂采用盐酸水解，从猪血中提取氨基酸，配成复方氨基酸输液，疗效明显。四川大学化学系研制出含有18种氨基酸的复合氨基酸营养剂。青岛生化药厂以猪血生产的碳酸精氨酸用于治疗支气管炎和胸膜炎，该厂生产的亮氨酸、甘氨酸用于治疗十二指肠溃疡。5 小结由于诸多原因，当前我国动物血液资源的开发利用率还很低，尤其是牛羊血液资源的利用率更低，大部分地区除极少部分以血粉形式供作饲料外，其余以污水形式排放，致使大量宝贵营养资源流失，且造成严重的环境污染。在保健食品盛行的今天，对动物血液资源进行大力开发利用，尤其是在青海高原天然草原超净地区盛产的牦牛藏羊血液中制取血红素、血蛋白、凝血酶、超氧化物歧化酶等营养保健功能因子，用于制造特定保健营养食品和各种临床医药制品，对提高畜产品附加值，延长产业链，提高农牧民收入，实现经济、社会和生态效益均具有重要意义。参考文献:1余伯良.发酵饲料生产与应用新技术M.北京:中国农业出版社,1999.2李芙琴,马黎明.浅谈家畜血液资源的开发利用J.养殖与饲料,2010,(6):7375.3钟耀广,南庆贤.国内外畜血研究动态J.中国农业科技导报,2003,5(3):2629. 4 陈喜斌.饲料学M.北京:科学出版社,2003.5 S