吳素娟，劉戰(zhàn)民，王兆明，周 輝，周 凱,*，徐寶才,*

（1.合肥工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.上海大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，上海 200444）

中國是世界上畜禽資源最豐富的國家之一，畜禽業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的35%以上，且產(chǎn)值年均增長率達(dá)13%。但我國目前畜禽養(yǎng)殖以個體養(yǎng)殖戶為主體，缺乏專業(yè)全面的知識和技術(shù)，養(yǎng)殖水平參差不齊[1-2]，導(dǎo)致畜禽副產(chǎn)物的市場潛力一直被低估。動物血液被認(rèn)為是可提取高價值成分的重要副產(chǎn)物[3]。一方面，血液未經(jīng)處理、加工而直接排放會導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問題；另一方面，血液中富含極具營養(yǎng)價值和優(yōu)良功能特性的活性物質(zhì)，可以用于包括食品、動物飼料在內(nèi)的加工，不加利用而直接排放會導(dǎo)致資源的嚴(yán)重浪費，影響經(jīng)濟效益。據(jù)統(tǒng)計，2015—2019年我國肉類年均產(chǎn)量達(dá)到8 483萬 t，以生豬為例，全國年屠宰量約6.4億 頭，產(chǎn)生豬血約300萬 t，畜禽血液中蛋白質(zhì)含量高達(dá)18.9%，是一種理想的蛋白質(zhì)資源[2-4]。畜禽血液的營養(yǎng)價值不僅體現(xiàn)在其蛋白質(zhì)含量高，還體現(xiàn)在其營養(yǎng)成分的生物利用率高。例如血液富含鐵，血紅素鐵具有很高的生物利用率，比植物中的非有機鐵或食品強化常用的鐵鹽更容易吸收。研究表明，豬血中鐵的含量超過40 mg/100 g，而且多以結(jié)合鐵的形式存在[5]。目前，血液副產(chǎn)物主要被用作乳化劑、穩(wěn)定劑、澄清劑、增色劑和營養(yǎng)強化劑，廣泛應(yīng)用于食品、飼料、醫(yī)藥等領(lǐng)域[6]。

血紅蛋白主要應(yīng)用于傳統(tǒng)食品，如血豆腐、血腸等，隨著研究的深入和對其優(yōu)良功能特性的挖掘，血紅蛋白在食品中的應(yīng)用愈加廣泛[7]。例如，血紅蛋白著色效果良好且持久穩(wěn)定，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的亞硝酸鹽應(yīng)用在腌肉和灌腸中；去除血紅素后的珠蛋白具有良好的乳化性和起泡性，可以應(yīng)用于肉餡、餅干和面包中；血紅素鐵和血紅蛋白肽被廣泛應(yīng)用于保健品和功能性食品中作為補鐵劑[8-10]。此外，值得指出的是，相比于大麥、大豆等植物源蛋白和乳蛋白，血紅蛋白不具有致敏性，因此可能成為食品中廣泛使用的功能性成分替代品[11]。血紅蛋白的功能性質(zhì)是指食品體系在制備、加工、貯藏和消費期間影響蛋白質(zhì)在食品體系中性能的物理、化學(xué)性質(zhì)，如凝膠性、溶解性、起泡性、乳化性和黏性等[7]。研究在加工過程中不同處理對其結(jié)構(gòu)和功能特性的影響，不僅可以盡量避免所需蛋白質(zhì)功能特性遭到破壞，而且還能有目的地改性蛋白以產(chǎn)生或增強一些特性。本文將介紹血液副產(chǎn)物中血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)，并綜述該蛋白質(zhì)在食品加工中發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化，以及這些變化對其功能特性的影響。

1 血紅蛋白的結(jié)構(gòu)

血紅蛋白分子是由4 個亞基組成的具有一定空間構(gòu)象的四聚體，其中含有兩個α亞基和兩個β亞基，每個亞基由一條肽鏈（即珠蛋白）和一個血紅素分子構(gòu)成，肽鏈相互盤繞、折疊成球形，將血紅素分子包在里面[12]（圖1A）。血紅素是鐵原子和原卟啉構(gòu)成的復(fù)合物（圖1B），亞鐵離子位于卟啉環(huán)的中心，有6 個配位鍵，卟啉中4 個吡咯環(huán)上的氮原子與亞鐵離子配位結(jié)合，在卟啉環(huán)平面的兩側(cè)，鐵原子一邊結(jié)合組氨酸，一邊結(jié)合氧分子，當(dāng)血紅蛋白載氧時，有一個氧分子從卟啉環(huán)下方與亞鐵離子配位結(jié)合，而當(dāng)血紅蛋白不載氧時，氧的位置就由水分子代替[13]。珠蛋白上疏水的非極性氨基酸殘基在三級結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成疏水口袋，將血紅素嵌入其中，使血紅素不與水接觸而得到保護(hù)[14]。正是由于這種疏水的非極性氨基酸在分子內(nèi)部于血紅素周圍排列，而分子外部由親水的極性氨基酸組成的特殊結(jié)構(gòu)，使血紅蛋白處于高度水溶狀態(tài)，有利于其保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和功能特性的發(fā)揮。

圖1 血紅蛋白（A）和血紅素（B）的結(jié)構(gòu)Fig. 1 Structures of hemoglobin (A) and heme (B)

2 血紅蛋白的功能特性

蛋白質(zhì)的功能特性指蛋白質(zhì)所具有的影響最終產(chǎn)品質(zhì)量的特性，對食品和食品成分在制備、加工和貯藏過程中的物理特性起到非常重要的作用[15]。血紅蛋白的功能特性包括水合作用、黏結(jié)能力、表面性質(zhì)和流變學(xué)性質(zhì)，在食品中表現(xiàn)為在溶液中的溶解性、凝膠特性、起泡特性和乳化特性。

2.1 血紅蛋白的溶解性

蛋白質(zhì)的溶解性是蛋白質(zhì)-溶劑和蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間相互作用達(dá)到熱平衡的熱力學(xué)表現(xiàn)形式，它是實現(xiàn)蛋白質(zhì)功能特性的重要前提。血紅蛋白濃縮液具有高溶解性，血紅蛋白溶解性的大小對于其在食品加工中的應(yīng)用非常重要，一般來說，良好的功能特性要求具有較高溶解性，溶解性是受加工過程影響最大的功能特性。溶解性高度依賴于蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)，而蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)經(jīng)常會不可逆地被混合試劑、高壓、極端溫度改變[16]。血紅蛋白溶解性易受pH值、溫度、血紅蛋白濃度、鹽含量以及其他加工條件等影響[17]。álvarez等研究了pH值對血紅蛋白溶解性的影響，發(fā)現(xiàn)在pH 3～8范圍內(nèi)，血紅蛋白溶解性為75%～95%，而用雙氧水進(jìn)行脫色處理的血紅蛋白在pH值為7時溶解性僅為15%[18]。

2.2 血紅蛋白的凝膠特性

蛋白質(zhì)的凝膠特性是指蛋白質(zhì)分子變性導(dǎo)致聚集并形成有序的蛋白質(zhì)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的過程[19]。蛋白質(zhì)通過膠凝作用形成的凝膠具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它是蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間相互作用（氫鍵、疏水相互作用）、蛋白質(zhì)-水之間相互作用以及鄰近肽鍵之間的吸引力和排斥力這3 類作用力達(dá)到平衡時的產(chǎn)物，導(dǎo)致大量的液體被少量的蛋白質(zhì)所固定。凝膠的重要特性包括保水能力、凝膠能力以及凝膠的流變性能。血紅蛋白凝膠特性可以應(yīng)用于制備沙拉醬、肉制品和各種湯中[5]。Autio等發(fā)現(xiàn)血紅蛋白凝膠相對血漿蛋白凝膠較軟，但結(jié)合水能力更強[20]。Bah等研究表明NaCl的加入會降低血紅蛋白的保水能力，因為鹽增強了血紅蛋白形成隨機聚集體的趨勢[21]。Yang等證明了與酶解血紅蛋白相比，羧甲基纖維素鈉處理的血紅蛋白具有更好的凝膠能力，因為肽不能產(chǎn)生足夠的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[22]。因此，要使血紅蛋白具有良好的凝膠特性，在加工過程中要保證血紅蛋白結(jié)構(gòu)的完整性。

2.3 血紅蛋白的起泡特性

食品泡沫是指氣泡在連續(xù)的液相或含有可溶性表面活性劑的半固相中形成的分散體系。良好的起泡性能夠使蛋白質(zhì)分子快速地擴散到氣-液界面，易于在界面吸附、展開和重排，并且通過分子間的作用形成具有黏彈性的吸附膜。泡沫穩(wěn)定性取決于泡沫保持其體積的時間。Salvador研究發(fā)現(xiàn)血紅蛋白起泡能力取決于pH值以及干燥處理條件，經(jīng)過噴霧干燥處理后的血紅蛋白起泡能力得到顯著增強[23]。雖然血紅蛋白能夠產(chǎn)生大量的泡沫，但這些泡沫在長時間內(nèi)并不穩(wěn)定。因此，血紅蛋白常被用于制作蛋糕和各式糕點[5,24]。

2.4 血紅蛋白的乳化特性

食品乳化體系是分散的互不相溶的兩個液態(tài)相，常見的液態(tài)相為水相和油相。由于兩相的極性不同，兩相的界面張力較大，使得乳化體系在熱力學(xué)上不穩(wěn)定，因此需要通過乳化劑來降低表面張力，增加體系的穩(wěn)定性。血紅蛋白在乳化過程中能夠有效地吸附在油滴表面，并通過降低界面張力促使油滴進(jìn)一步破裂，從而形成穩(wěn)定的乳液。一般認(rèn)為，血紅蛋白一旦吸附至界面上，結(jié)構(gòu)就會發(fā)生去折疊，產(chǎn)生側(cè)向的引力（蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)），甚至?xí)l(fā)生變性和聚集，血紅蛋白在界面上結(jié)構(gòu)展開的能力與它們的乳化性能密切相關(guān)[25]。Lima等研究表明血紅蛋白乳化性與其濃度有關(guān)，并最終確定在pH值為6的條件下，在0.05～2.00 g/100 mL范圍內(nèi)，質(zhì)量濃度為0.1 g/100 mL的血紅蛋白具有最強乳化能力[26]。Lynch等研究結(jié)果與其基本一致，同時對于血紅蛋白及其衍生物，乳化能力隨蛋白質(zhì)量濃度的增加而增強，在質(zhì)量濃度為2～6 g/L時，珠蛋白的乳化能力不低于血紅蛋白，這通常是珠蛋白的結(jié)構(gòu)所致，位于血紅蛋白疏水口袋中的血紅素被去除，而這些疏水殘基可以與乳狀液油相結(jié)合[27]。與球蛋白相比，脫色血紅蛋白乳化能力的降低表明脫色過程對血紅蛋白結(jié)構(gòu)和功能具有一定的影響，導(dǎo)致蛋白變性，從而與脂肪結(jié)合能力降低。

3 物理因素引起的血紅蛋白結(jié)構(gòu)和功能特性變化

3.1 熱處理

在蛋白質(zhì)變性中，熱是最普遍的物理因素，且熱變性是最常見的蛋白質(zhì)變性形式。對于血紅蛋白，主要是利用光譜（如紫外-可見光譜、紅外、近紅外光譜）、熱力學(xué)（如差示掃描熱法等）、核磁共振等方法分析其熱變性及熱聚集時蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化情況，即由最初的折疊狀變成去折疊狀（熱變性）、展開狀到蛋白聚集（熱聚集）的一系列分子反應(yīng)[28]。

Bhomia采用圓二色光譜和紫外-可見光譜研究了溫度對牛血紅蛋白二級結(jié)構(gòu)和構(gòu)象變化的影響，隨著溫度的升高，氫鍵斷裂導(dǎo)致血紅蛋白分子中α-螺旋含量減少，牛血紅蛋白分子中大部分為α-螺旋（60%～70%），其余是β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲（20%～30%）；溫度的初始升高導(dǎo)致氫鍵鍵能降低，使蛋白質(zhì)側(cè)鏈暴露在溶劑中，如果在前期階段停止加熱，蛋白質(zhì)易恢復(fù)自身的固有形態(tài)，然而，持續(xù)的加熱使分子內(nèi)氫鍵斷裂，使水與蛋白質(zhì)中的酰胺氮原子和羰基氧原子之間產(chǎn)生新的氫鍵[29]。此外，另有研究從宏觀上觀察血紅蛋白的熱變性，Yan Yongbin等用二維紅外相關(guān)光譜研究血紅蛋白熱變性過程，發(fā)現(xiàn)在30～44 ℃下，血紅蛋白處于結(jié)構(gòu)擾動階段；44～54 ℃過程中血紅蛋白解折疊，處于熱伸展階段；54～70 ℃過程中蛋白發(fā)生熱變性并聚集[30]。因此，蛋白的熱聚集過程包括界限分明的不同階段，且隨著溫度的升高，血紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)越來越松散，當(dāng)高疏水區(qū)域解折疊并暴露在肽鏈外部時，引發(fā)血紅蛋白熱聚集。也就是說，在一定的溫度范圍內(nèi)，血紅蛋白經(jīng)加熱處理后可以恢復(fù)原來結(jié)構(gòu)，這對選擇血紅蛋白適宜處理溫度以降低其溶解性損失具有重要意義。Vidal等用差示掃描量熱法測出固體粉劑血紅蛋白解鏈溫度為120 ℃，解離溫度為210 ℃，當(dāng)溫度不超過120 ℃時，血紅蛋白變性，解鏈的過程引起蛋白的熱容量增加，而溫度一旦達(dá)到解離溫度時，一部分血紅蛋白則會喪失其熱容量[31]。當(dāng)血紅蛋白被水或磷酸鹽緩沖液溶解后，其解鏈溫度則降低到63～67 ℃。

對于血紅蛋白的變性過程，采用Lumry-Eyring模型分析較為合適，Lumry-Eyring模型假設(shè)蛋白質(zhì)變性不可逆過程包括兩步：N→U→D（N指天然蛋白，U指蛋白解折疊或部分解折疊，D指蛋白完全變性或指蛋白聚集），其中N→U是快速平衡過程，是可逆的；U→D是不可逆過程。血紅蛋白經(jīng)過熱處理發(fā)生聚集或變性作用，使疏水基團外露，導(dǎo)致其溶解性降低[32]。

3.2 高靜水壓處理

高靜水壓處理是一種非熱處理技術(shù)，最初是為了延長食品的保質(zhì)期，現(xiàn)在被認(rèn)為是利用各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蛋白質(zhì)生產(chǎn)高附加值肽段的有效手段。目前，高靜水壓已成為一種在食品加工中廣泛應(yīng)用的技術(shù)。經(jīng)高靜水壓處理后，食品的功能特性、營養(yǎng)特性以及感官品質(zhì)一般都能得到保持，但蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)象會發(fā)生一定的改變[33]。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)在一定壓力和溫度下是穩(wěn)定的，然而，隨著溫度的升高和壓力的增加，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，高靜水壓處理過程不涉及加熱步驟，但其壓力足以使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開[34]。蛋白質(zhì)溶液在100 kPa的靜水壓力下會發(fā)生體積減小，且蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)被破壞、變性，出現(xiàn)沉淀、凝固、凝膠化等現(xiàn)象[35]。

Toldra研究了血紅蛋白在噴霧干燥之前施加高靜水壓處理（400 MPa、20 ℃、15 min）對其功能特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高靜水壓的應(yīng)用增加了噴霧干燥對血紅蛋白的變性作用，尤其是在pH值為7時（等電點），觀察到蛋白質(zhì)溶解性下降。高靜水壓的使用還會降低血紅蛋白的起泡能力，但對泡沫穩(wěn)定性沒有負(fù)面影響，對紅細(xì)胞濃縮液的彈性、黏附性和保水性均沒有影響[36]。

3.3 脫水處理

脫水處理能降低血紅蛋白質(zhì)量，以便運輸并增強穩(wěn)定性，延長貯藏時間，干燥會使血紅蛋白提取液水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)從90%降低到5%～10%。將血紅蛋白溶液的水分全部去除會引起血紅蛋白的大量聚集，這是由于蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，尤其是在高溫下除去水分就會導(dǎo)致血紅蛋白表面活性和溶解性的降低[37]。并且干燥條件也會影響粉末顆粒尺寸以及內(nèi)部和表面的孔隙，從而改變蛋白質(zhì)吸附水分的能力和溶解性。血紅蛋白最常見的脫水處理方式為噴霧干燥和冷凍干燥。

噴霧干燥易于設(shè)計，操作可連續(xù)進(jìn)行，并且可應(yīng)用于熱敏性產(chǎn)品[38]。在噴霧干燥過程中，液體進(jìn)料被霧化成熱干燥空氣，從而使微米級的液滴迅速脫水成干燥顆粒，在此脫水過程中顆粒形態(tài)的變化在很大程度上決定了粉末的品質(zhì)[39-40]。Delaney在185 ℃的進(jìn)口溫度條件下對血紅蛋白濃縮液進(jìn)行噴霧干燥，結(jié)果表明血紅蛋白濃縮液pH值在2～10的范圍內(nèi)時，血球蛋白粉在水中的溶解性為75%～95%；pH 7.2時溶解性最低；在pH值為3時，離子濃度對血紅蛋白在水中的溶解性有顯著影響（在4.0 mol/L NaCl存在下溶解性從95%（無NaCl存在）降到3%）。血紅蛋白濃縮液在47～55 ℃的溫度范圍內(nèi)發(fā)生凝聚，凝聚的程度和速度取決于蛋白質(zhì)的濃度[41]。Salvador研究了pH值、蛋白質(zhì)濃度對未處理和噴霧干燥豬血紅蛋白濃縮液起泡性和乳化性的影響，噴霧干燥后的血紅蛋白粉末的起泡性能要優(yōu)于未經(jīng)過處理的血紅蛋白濃縮液[23]。此外，隨著pH值和蛋白質(zhì)濃度的不同，噴霧干燥對乳化性能的影響也不盡相同。

相對于噴霧干燥，真空冷凍干燥在低溫、低氧條件下進(jìn)行，真空冷凍干燥過程中血紅蛋白濃縮液首先由液態(tài)凍結(jié)成冰晶，干燥后期壓力降低導(dǎo)致冰晶在較低溫度下升華，保證了蛋白質(zhì)的完整性，能夠最大程度地保護(hù)其性質(zhì)不受影響。冰晶升華后形成多孔結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品具有高吸濕能力，但耗時、低溫、高真空以及由此產(chǎn)生的高運行成本限制了真空冷凍干燥技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用，且在真空冷凍干燥過程中蛋白質(zhì)表面殘留的水分會形成冰晶，從而破壞蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)[42-43]。通常真空冷凍干燥只應(yīng)用于具有非常高附加值的血液制品[44]。宋璇等研究了在血紅蛋白濃縮液中添加葡萄糖對真空冷凍干燥后血紅蛋白結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用，發(fā)現(xiàn)葡萄糖不僅能使血紅蛋白粉末的水分含量增加，還能明顯增強干燥血紅蛋白在pH值、溫度和NaCl環(huán)境改變時的穩(wěn)定性[45]。從以上研究結(jié)果可以看出，無論哪種干燥方式，pH值與鹽離子濃度對血紅蛋白的功能特性影響均較大。

3.4 脫色處理

盡管血紅蛋白在食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛，但血紅蛋白在食品配方中所呈現(xiàn)的深棕色在一定程度上限制了其作為食品工業(yè)原料的使用[46-48]。為了擴大血紅蛋白的使用范圍，研究人員對其脫色進(jìn)行了大量的研究，大多數(shù)技術(shù)是基于將血紅素鐵轉(zhuǎn)化為非血紅素鐵[27]。另一種使血紅蛋白變色的方法是去除血紅素，留下蛋白。血紅蛋白含有血紅素，其中心含有一個鐵原子，能夠形成血紅素顏色，血紅素通過非共價鍵與珠蛋白鏈結(jié)合，游離血紅素和結(jié)合血紅素之間存在平衡，加入酸會改變這種平衡，從而有利于離解[49]。

Shi Jing等[50]研究了曲霉谷氨酰胺肽酶在豬血紅蛋白脫色中的應(yīng)用，并對脫色后的豬血紅蛋白水解產(chǎn)物的功能特性進(jìn)行評估。結(jié)果顯示曲霉谷氨酰胺肽酶能夠有效地使血紅蛋白脫色，雖然使血紅蛋白水解度增加不到3%，但脫色率達(dá)到90%，且水解產(chǎn)物具有良好的乳化性、起泡性和吸水性。酶解脫色法是目前血紅蛋白最常用的脫色方法，水解后不僅珠蛋白與血紅素分離達(dá)到良好的脫色效果，而且蛋白質(zhì)自身被降解成多肽，功能特性得到很大提高。但是單一的酶解產(chǎn)物并非完全脫色，所以在加工過程中要輔以其他方法才能使其完全脫色。

4 化學(xué)因素引起的血紅蛋白結(jié)構(gòu)和功能特性變化

4.1 酸堿處理

血紅蛋白所處介質(zhì)的pH值對變性過程有很大影響，在一定的pH值范圍內(nèi)血紅蛋白是穩(wěn)定的，但在極端pH值環(huán)境中血紅蛋白會發(fā)生變性，因為在極端酸堿環(huán)境中，分子內(nèi)離子基團強烈的靜電排斥會導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子伸展，結(jié)構(gòu)遭到破壞[51]。

Kristinsson等研究了不同pH值對血紅蛋白構(gòu)象的影響，在低pH值（1.5～3.5）時，隨著pH值的降低，血紅蛋白展開速度加快[52]。在堿性（pH 10～12）條件下，對血紅蛋白構(gòu)象的影響比在酸性條件下小得多。在血紅蛋白的不同展開階段將pH值調(diào)整為中性，重組血紅蛋白的肽鏈恢復(fù)程度與pH值調(diào)整前的展開程度成正比，即蛋白質(zhì)的展開程度越大，重組血紅蛋白的恢復(fù)程度越低。血紅蛋白展開越多，則內(nèi)部疏水基團暴露越多，溶解性越低。若血紅蛋白的加工條件為高酸高堿，適當(dāng)控制展開時間和再折疊時間對減少血紅蛋白溶解性的損失具有重要意義。

4.2 磷酸化處理

磷酸化修飾是改善蛋白質(zhì)功能特性的一種廉價且有效的化學(xué)方法，食品蛋白質(zhì)的磷酸化可以改變其水化性質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用有關(guān)的性質(zhì)、表面活性等，擴大應(yīng)用范圍。在此方法中，磷酸化試劑選擇性地與蛋白質(zhì)側(cè)鏈基團反應(yīng)，引入多個帶負(fù)電的磷酸化基團，磷酸化試劑提供的無機磷與蛋白質(zhì)中氨基酸羥基氧原子（如絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸）或特定氮原子（如賴氨酸的ε-NH2、組氨酸咪唑環(huán)的1,3-氮、精氨酸的胍基氮）反應(yīng)形成C—O—P和C—N—P結(jié)構(gòu)。磷酸化蛋白作為改性蛋白質(zhì)的一種常用方法能有效改善蛋白質(zhì)的乳化能力和乳化穩(wěn)定性，這是由于磷酸化的蛋白質(zhì)離子基團中帶有大量的磷酸根基團，使整個蛋白質(zhì)體系的電負(fù)性增強，蛋白質(zhì)分子間靜電排斥作用使折疊蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)伸展，導(dǎo)致其在介質(zhì)中更易分散，因而提高了蛋白溶解性。此外，帶負(fù)電磷酸根基團的引入也降低了蛋白質(zhì)體系乳化液表面張力，使其更易形成乳狀液，同時也增加了液滴之間的斥力，因此改性蛋白質(zhì)的乳化能力及乳化穩(wěn)定性等夠得到較大的改善[53-54]。

彭倩將豬血紅蛋白進(jìn)行磷酸化后，比較發(fā)現(xiàn)磷酸化前后血紅蛋白在不同的pH值和不同濃度NaCl下溶解性、起泡性及泡沫穩(wěn)定性、乳化性活性及乳化穩(wěn)定性均會發(fā)生不同程度的變化[55]。在大多數(shù)情況下，磷酸化豬血紅蛋白的上述功能特性均優(yōu)于未磷酸化的血紅蛋白。在眾多的化學(xué)修飾中，磷酸化血紅蛋白是改善食物蛋白功能特性一個重要方法，為開發(fā)我國蛋白質(zhì)資源、解決蛋白質(zhì)缺乏提供了新途徑，但要注意其使用時存在的營養(yǎng)和安全問題[56]。

4.3 硝基化處理

色澤是反映食品品質(zhì)的一個重要指標(biāo)，硝酸鹽和亞硝酸鹽是肉制品加工中的傳統(tǒng)發(fā)色劑，但有研究表明，當(dāng)亞硝酸鹽使用量超過一定標(biāo)準(zhǔn)時會導(dǎo)致NO-大量殘留，蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)物仲胺會和殘留的NO-結(jié)合生成亞硝胺，而這些亞硝基結(jié)合物均為致癌因子，能夠?qū)е聦嶒瀯游锇l(fā)生癌變，故制備亞硝基血紅蛋白用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)發(fā)色劑[57]。

亞硝基血紅蛋白具有普通蛋白質(zhì)所具有的全部功能特性，尤其是起泡性和乳化性最為突出，在生產(chǎn)中，亞硝基血紅蛋白受熱形成膠膜，能夠提高肉制品的保水性、彈性。血紅蛋白經(jīng)亞硝基處理后制備成亞硝基血紅蛋白，產(chǎn)品的穩(wěn)定性、水溶性和乳化性能更好，已在肉制品中得到很好的應(yīng)用[58]。

施春權(quán)等發(fā)現(xiàn)亞硝基血紅蛋白乳化性較差，但具有較好的溶解性、持水性與持油性。亞硝基血紅蛋白溶液的起泡性在pH值為5時最低，低濃度的NaCl溶液對亞硝基血紅蛋白溶液起泡性有促進(jìn)作用，但高濃度的NaCl溶液對其有抑制作用，溫度升高（20～80 ℃）對起泡性也有促進(jìn)作用，但泡沫穩(wěn)定性會隨著NaCl溶液濃度（0.2～0.8 mol/L）增加或溫度的升高而降低；亞硝基血紅蛋白在等電點處具有最低的持水性，持水性也隨著NaCl濃度增加和溫度升高而降低[59-60]。針對傳統(tǒng)亞硝基血紅蛋白的不穩(wěn)定性，Hammad等利用牛血、改性淀粉和麥芽糊精制備了新型亞硝基血紅蛋白，發(fā)現(xiàn)其具有良好的穩(wěn)定性和著色性、抗氧化性，使其有潛力作為肉制品色素替代品用于增加產(chǎn)品的營養(yǎng)價值[61]。此外，由于血紅蛋白易光解，張軍等對亞硝基血紅蛋白進(jìn)行糖基化，結(jié)果表明，糖基化得到的亞硝基血紅蛋白色素經(jīng)真空冷凍干燥和60 ℃烘干后溶解性能良好，并且在-18 ℃貯藏條件下糖基化亞硝基血紅蛋白色素穩(wěn)定性較好[62]。亞硝基血紅蛋白糖基化產(chǎn)物的成功制備為提高血紅蛋白功能特性提供了高效的新思路，具有重要應(yīng)用價值。

5 酶解處理引起的血紅蛋白結(jié)構(gòu)與功能特性變化

酶解處理是當(dāng)前蛋白質(zhì)改性中的研究重點，與物理處理和化學(xué)處理相比，其反應(yīng)速度快、條件溫和、專一性強、作用過程可控、無氨基酸破壞或消旋現(xiàn)象，且原料中有效成分能夠完整保存、無副產(chǎn)物和有害物質(zhì)產(chǎn)生、無環(huán)境污染[63]。

酶解處理是利用蛋白酶將蛋白質(zhì)分子降解成肽類以及更小的氨基酸分子的過程。經(jīng)酶解后的蛋白質(zhì)分子質(zhì)量變小，很多可電離的羧基和氨基隨著水解暴露出來，蛋白質(zhì)表面的電荷分布被改變，使得等電點發(fā)生改變，蛋白質(zhì)在原來的等電點處帶凈負(fù)電荷或正電荷，分子中表面疏水性殘基的數(shù)量遠(yuǎn)低于親水性殘基的數(shù)量，帶電的氨基酸殘基的靜電排斥和水合作用促進(jìn)了蛋白質(zhì)的溶解。一般來說，蛋白質(zhì)的乳化能力與水解程度呈正相關(guān)，蛋白質(zhì)在水解過程中暴露出更多的疏水基團，從而提高了多肽在空氣-水界面上的融合速率和吸附能力，但會導(dǎo)致肽的表面活性降低，對泡沫穩(wěn)定性具有負(fù)面影響。

郭善廣等研究了脫色血紅蛋白酶解產(chǎn)物的功能特性，發(fā)現(xiàn)不同pH值環(huán)境下同時經(jīng)脫色和酶解后的血紅蛋白都具有很高的溶解性，氮溶解指數(shù)達(dá)到了92%以上，這是由于較小的具有強親水性的可溶性肽在酶解過程中大量生成，因此即使在等電點處也不發(fā)生聚集、絮凝[64]。Alves等通過堿性蛋白酶水解雞血粉，水解產(chǎn)物的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性與大豆分離蛋白相當(dāng)，且起泡能力隨著pH值的增加而增加，泡沫穩(wěn)定性則相反；但乳化活性（34.2～41.1 m2/g）低于大豆分離蛋白（142.1 m2/g）[65]。Zheng Zhaojun等采用中性蛋白酶與風(fēng)味蛋白酶協(xié)同作用水解鴨血紅細(xì)胞，水解液不僅含有豐富的多肽（68.14%）和大量必需氨基酸，而且具有良好的溶解性（＞80%）、乳化性和起泡性[66]。大量的研究表明，影響血紅蛋白酶解的主要因素包括酶的特性、pH值、離子濃度，其中酶的特性是關(guān)鍵因素。目前，酶解處理在我國血紅蛋白資源深加工中應(yīng)用力度不夠，基礎(chǔ)理論研究較薄弱，但酶解處理的諸多優(yōu)點使其具有廣闊的應(yīng)用前景。

6 結(jié) 語

血紅蛋白作為血液中最主要的蛋白質(zhì)，由于其具有優(yōu)良的功能特性，已在食品工業(yè)和生化醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本文在介紹血紅蛋白結(jié)構(gòu)和功能特性的基礎(chǔ)上，綜述了血紅蛋白在食品加工過程中發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化，以及這些變化對其作為食品加工助劑、功能性添加劑發(fā)揮功能特性時的影響。隨著科技的發(fā)展，新興加工技術(shù)層出不窮，對血紅蛋白的高值化加工也會進(jìn)一步提高，研究加工過程對血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能影響，可為加工過程中血紅蛋白品質(zhì)的控制提供強有力的理論依據(jù)，而對這一優(yōu)良的資源充分且合理地利用對于提高畜禽副產(chǎn)物綜合利用的程度和環(huán)境、經(jīng)濟、社會效益有著舉足輕重的作用。