动物血液蛋白源生物活性肽（BBAPs）的绿色制备策略、结构–功能关系及食品–农业–生物医学高值化应用

《Food Innovation and Advances》：Unlocking bioactive peptides from animal blood proteins: production strategies, structure–function relationships, and applications

　　

动物血液（animal blood）是屠宰工业的主要副产品之一，在全球范围内的产量十分可观。然而，其利用率长期偏低，导致了严重的资源浪费、环境压力与经济负担。动物血液富含优质蛋白质（high-quality proteins），是生产具有多样化功能的生物活性肽（bioactive peptides, BAPs）的理想原料。因此，血液源生物活性肽（blood-derived bioactive peptides, BBAPs）的开发已成为食品工业的研究热点。本综述系统总结了过去5年来BBAPs的研究进展，重点关注制备技术、生物活性及其潜在机制。此外，还讨论了BBAPs在食品、农业和生物医学领域的潜在应用以及未来发展趋势。本综述旨在提供理论洞见与技术参考，以推动动物血液资源的高值化和可持续利用。

Preparation of BBAPs

Selection of raw materials
原料来源与状态是决定BBAPs组成和生物活性的根本因素。血液来源材料通常分为全血及其分离组分（血浆或血细胞）。全血作为最直接且经济高效的底物，因无需抗凝和离心预处理而降低了加工成本与时间，已成功实现牛、猪、鹿、驴和鸭全血的酶解，适用于饲料添加剂等低成本场景。然而，全血复杂的基质会阻碍蛋白水解，且内源性蛋白酶抑制剂限制了酶切效率；加工中血红铁释放也会导致色素沉着和异味，限制了终端产品应用。因此，血浆和血细胞分离组分日益受到青睐：血浆蛋白因浅色和良好溶解性，是生产血管紧张素转换酶（angiotensin-converting enzyme, ACE, EC 3.4.15.1）抑制肽的理想底物；血红蛋白则是抗菌、抗肿瘤肽及血红素铁提取的前体。原料选择应基于目标应用需求，在成本效益与产物纯度、感官特性之间进行权衡。

Pretreatment of raw materials
原料预处理通过修饰蛋白质构象暴露酶切位点，是酶解的关键步骤。热处理仍最常用，可诱导蛋白质变性、降低α-螺旋含量并增加β-折叠和无规卷曲，从而暴露疏水区域。除热加工外，超声波、微波、高压高静压（high hydrostatic pressure, HHP）和冷等离子体等新兴物理技术可在温和条件下改善酶解。研究表明，超声波预处理（0.5 W/mL, 30 min）可使牲畜血液血红蛋白溶解度提升至95.91%，总氨基酸浓度增加约4.2倍；微波与超声联用使牛骨蛋白水解度（degree of hydrolysis, DH）提高165.81%；超高压（500 MPa, 30 min）处理可提高荞麦球蛋白DH；冷等离子体处理则使大豆分离蛋白胰蛋白酶诱导DH从16.1%提高至27.2%。尽管存在高能耗、设备成本或加热均匀性等局限，物理预处理为血液蛋白绿色加工提供了可持续路径，其中超声波与微波更适合全血复杂基质的传质强化，而HHP与冷等离子体则适用于需保持蛋白质完整性的高价值产物制备。

Novel enzymatic hydrolysis
酶解是释放BAPs最广泛应用的技术，因其条件温和且肽键切割特异性强。系统分析2020–2025年54项原始研究可见，碱性蛋白酶、胃蛋白酶和Neutrase是主要工具，但蛋白酶的选择深刻影响肽段分子量分布与功能特性。例如，蚯蚓（Eisenia fetida）来源的纤溶酶（lumbrokinase）水解猪血蛋白产生的<1,000 Da肽段富集水解物，在1 mg/mL浓度下表现出77.85% ABTS自由基清除率、56.52% DPPH自由基清除率和86.21% ACE抑制活性；Cynara cardunculus来源的Cardosin B可特异性切割苯丙氨酸和亮氨酸残基相邻的肽键，释放强效ACE抑制肽LVVVPWTQRF；重组天冬氨酸蛋白酶TaproA1在毕赤酵母（Pichia pastoris）中高效表达，可在酸性条件下水解鸭血蛋白。值得注意的是，某些外源蛋白酶可能引发免疫反应，因此新引入蛋白酶的安全性需与功能益处同步评估，残留酶的充分去除和下游纯化至关重要。

Process optimization and industrial feasibility
工艺优化与反应器工程对BBAPs工业化至关重要。研究表明，在猪血红蛋白水解物中补充1% L-赖氨酸可通过氢键增强肽段结构有序性，使亚铁血红素回收率达93.88%、肽含量达15.30%及抗氧化活性提升37.85%。Abou-Diab等开发了基于双极膜电渗析（bipolar membrane electrodialysis, EDBM）的集成连续系统，以电化学酸化启动酶解、碱化终止反应，并通过电脱色去除血红素沉淀物，实现了无化学添加的高纯度脱盐BBAPs生产。工业可行性的关键参数包括能耗、膜寿命、酶成本以及血红素介导的氧化控制；金属螯合剂（如EDTA、植酸）可用于抑制金属催化氧化。未来需进一步整合新酶发现、过程控制与结构修饰，推动BBAPs向高价值商业化转化。

Functional characteristics of BBAPs

Antioxidant activity
抗氧化肽通过阻断Fenton反应、清除活性氧（reactive oxygen species, ROS）及激活Nrf2/ARE内源性防御通路发挥作用，可增强超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、过氧化氢酶（catalase, CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase, GSH-Px）活性。血液源抗氧化肽的分子量通常<3 kDa，且常含疏水氨基酸（亮氨酸、缬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸）及芳香族残基（酪氨酸、色氨酸），这些结构特征促进自由基清除与金属螯合。例如，绵羊源肽WEEPAM（761.85 Da）的ABTS清除活性IC₅₀低至0.14 mg/mL；马源八肽ALSPFFKE在0.3 mg/mL即可恢复H₂O₂诱导的Caco-2细胞中SOD、CAT和GSH-Px活性至约79%、75%和78%；猪源肽YDQLPEPRKPIE可直接清除细胞内ROS；牛血红素肽则通过Nrf2/HO-1通路抑制线粒体介导的细胞凋亡。这些发现证实BBAPs具有直接清除、通路激活及线粒体保护等多靶点抗氧化机制。

Antibacterial activity
抗菌肽（antimicrobial peptides, AMPs）通过静电作用吸附于带负电的微生物膜，经"carpet"、"barrel-stave"等机制破坏膜完整性，部分AMPs还可进入细胞内干扰DNA/RNA合成。其活性通常依赖净正电荷（+1至+9）、两亲α-螺旋结构及10–50个氨基酸残基。从血液蛋白中释放的BBAPs已表现出显著抗菌/抗真菌活性：源自鳄鱼血红蛋白模板设计的IL15.3（IKHWKKVWKHAKKVL）对革兰氏阴阳性菌MIC为4–12 μg/mL；鸡血浆源肽VSDH虽为中性电荷，但可通过抑制DNA合成和螯合Mg²⁺发挥胞内杀菌效应；猪血红蛋白源肽FRLLGNVIVVV和Pep5对胶红酵母（Rhodotorula mucilaginosa）及Paecilomyces spp.表现出低微摩尔级抗真菌活性，其中Pep5的正确两亲α-螺旋折叠是发挥活性的关键，而非单纯依赖疏水性。

ACE inhibitory activity
ACE抑制肽通过竞争性抑制ACE活性，阻断肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS），减少血管紧张素II生成，同时增强缓激肽水平，从而降低血压。具有2–12个残基、分子量<3 kDa的短肽通常表现出更强活性，C端芳香族残基/脯氨酸及N端疏水/碱性残基是关键结构特征。猪血源肽TPYPCV的ACE抑制IC₅₀低至2.58 μM；鸡血细胞水解物（BCH-III, <1 kDa）在自发性高血压大鼠（spontaneously hypertensive rats, SHR）模型中使收缩压降低约70.9 mm Hg；鸭血浆肽VALSSLRP通过与S1'口袋残基Glu162结合发挥强效抑制。分子对接揭示，这些肽段多通过Zn²⁺配位残基（如His383、His387）及疏水口袋锚定实现结合。部分肽段如IFPPKPKDTL还表现出血管紧张素II 1型受体（angiotensin II type 1 receptor, AT1R）阻断的多靶点抗高血压潜力。

Other bioactivities
除上述活性外，BBAPs还展现出金属螯合、抗肿瘤、抗疲劳和降血糖等新兴功能。猪、鸡和鸭血红蛋白源肽可分别形成稳定的肽-铁或肽-钙螯合物，提高矿物质吸收利用率；包封牛血红蛋白源肽的脂质纳米递送系统可抑制4T1乳腺癌细胞；鹿血源BPHs通过补充谷氨酰胺和支链氨基酸（branched-chain amino acid, BCAA）肽段增强肝糖原储备、延长游泳时间；鸡和驴血液源水解物可产生DPP-IV抑制肽（如GPF、IGL），其中GPF的IC₅₀为0.94 mM。尽管这些活性前景广阔，但相关研究仍处早期，需进一步阐明机制并验证体内功效。

Applications of BBAPs

Food industry

Food preservation
在食品工业中，BBAPs兼具防腐与品质改良功能。猪血浆蛋白水解物（PPPH）可通过亲水肽段干扰淀粉分子氢键并产生空间位阻，有效抑制玉米淀粉的长期回生，降低回生焓与结晶度。猪血浆水解物（PPH）在乳化猪肉香肠中改善硬度、内聚性与持水性，并在20 g/kg添加量下展现抗菌活性而不显著影响感官品质，提升了肉制品的稳定性。

Flavor improvement
苦味是血液源多肽的感官瓶颈。γ-谷氨酰转肽酶（γ-glutamyl transpeptidase, GGT）修饰猪血红蛋白可生成γ-谷氨酰肽，显著降低苦味并增强鲜味与kokumi（浓厚味）。分子对接表明，γ-Glu-Leu-Arg-Glu（γ-ELRE）与钙敏感受体（calcium-sensing receptor, CaSR）高亲和力结合，并与增味肽HLQLAIR协同抑制苦味。环糊精包埋、树脂吸附等脱苦策略亦为提升感官品质的实用补充。

Market supervision
BBAPs的上市需符合区域监管框架。美国要求GRAS通知或食品添加物申请；欧盟依据Regulation (EU) 2015/2283将此类原料纳入 novel food 管理，需完成安全评估；中国对蛋白水解物等新食品原料实施逐案审批。研发早期介入法规咨询是确保合规与市场准入的关键。

Agriculture and animal husbandry
在农业领域，水解血液蛋白主要作为功能饲料与生物刺激素。5%喷雾干燥猪血浆（spray-dried porcine plasma, SDPP）可提升金头鲷生长性能、降低皮质醇水平40%并增强全身与黏膜免疫；酶解猪血浆（enzyme-hydrolyzed porcine plasma, EHPP）富集低分子量BAPs，在动物模型中展现抗炎与抗氧化活性。在水产饲料中，2%鸭血蛋白水解物（DBPH）可优化肠道微生物群，并在病原攻击后调节炎症与抗氧化基因表达。此外，叶面施用猪BPHs可通过激活苯丙烷通路提高作物酚含量与抗氧化能力，并在盐胁迫下改善渗透调节与离子稳态。

Medical applications
在再生医学中，鹿角血肽（velvet antler blood peptides, VBPs）在软组织与硬组织修复中展现潜力。壳聚糖/海藻酸钠/VBPs复合水凝胶（CAVBPH）通过调控PI3K/AKT/mTOR和SIRT1/NF-κB通路，促进细胞增殖、血管生成与胶原沉积，加速皮肤创面愈合。注射型氧化海藻酸钠（oxidised sodium alginate, OSA）/N-Gel/DBP水凝胶通过激活Wnt/β-catenin通路促进MC3T3成骨细胞增殖、迁移与矿化，在大鼠颅骨缺损模型中显著增强新骨形成与血管化，为骨组织工程提供了新策略。

Conclusions
动物血液的高价值转化契合循环生物经济原则。通过酶解及先进预处理技术，血液蛋白可释放抗氧化、抗菌、ACE抑制及矿物质螯合、组织修复等多功能BBAPs。尽管工业推广仍面临生产成本、原料质量波动、消费者接受度及法规壁垒等挑战，但随着超声波、HHP、冷等离子体等物理预处理、in silico辅助筛选及微包埋/脂质体递送技术的进步，BBAPs在功能食品、饲料添加剂及组织工程材料领域具有广阔的应用前景。