以畜禽血液為原料製備的生化製品主要有血紅素、凝血酶、超氧化物歧化酶,其工藝方法成熟,成品已經被廣泛應用於食品、藥品、生化製劑以及臨床等領域,具有較高的附加值。
一、血紅素的加工
血紅素是高等動物血液、肌肉中的紅色素,它的基本結構,成分是由吡咯組成的卟吩(Porphin),帶上側鏈後形成卟啉(Porphyrin),再和一分子亞鐵構成鐵卟啉化合物即為血紅素。血紅素不溶於水,溶於丙酮及堿性水溶液,在溶液中易形成聚合物而使溶解度下降。
血紅素具有很高的應用價值,既可以作為生化製品,也可直接作為食品添加劑應用。在食品行業中,血紅素是肉類食品的天然著色劑,可直接利用提取出的血紅素添加到肉製品中,使肉製品產生一種誘人的鮮豔紅色,可代替熟肉製品中的發色劑——亞硝酸鹽及人工合成色素。不但外觀美觀而且提高了營養價值,更重要的是減少了硝酸鹽的使用量,降低了致癌因素的形成,增加了肉製品的安全性。如在西式火腿和紅腸製品中添加血紅素,其製品切麵色澤均勻、鮮豔美觀,保持肌肉固有的天然色彩。組織結構細密無空泡,口感韌性強,味道純正,同時增加了營養價值。在製藥行業中,血紅素可作為合成膽紅素的原料,而且也是製備抗癌特效藥的原料,具有很高的藥用價值。另外,血紅素含有豐富的鐵,是鐵的最好強化劑,廣泛用於治療缺鐵性貧血。亞鐵血紅素可直接被人體吸收。經研究證明,血紅素鐵的吸收率在所有的食品不同狀態下吸收率最高,吸收率高達10%~20%。
從血液中提取血紅素及血紅素補鐵劑,其數量是可觀的,將會帶來巨大的經濟效益。例如,平均每頭豬可得2kg血液,若年屠宰5000萬頭豬,則可得10萬t血液。而在Hb和Mb中血紅素約占3.8%。全血中血紅素含量5‰左右。
(一)血紅素的提取原理
血液中的血紅蛋白是由4分子亞鐵血紅素和1分子珠蛋白結合而成的,在pH小於3.0時,亞鐵血紅素與珠蛋白結合最疏鬆。根據此性質,提取時先從血液中分離出血球液,然後,加水將血球液溶解(即溶血),調節pH至3.0左右,加入適量丙酮,可使蛋白質凝固,亞鐵血紅素則溶於丙酮液中。此時若加入醋酸鈉和鞣酸,即可使血紅素沉澱析出。如加入羧甲基纖維素(CMC)陽離子交換劑,血紅素可被CMC吸附,然後過濾,就可以分離出血紅素。
(二)醋酸鈉法製備血紅素
1.工藝流程
2.工藝要點
(1)分離血球、溶血將新鮮豬血移入搪瓷桶中,加入0.8%檸檬酸三鈉(每100kg豬血加0.8kg)攪拌均勻,裝入離心管中,以3000r/min的速度離心15min,棄去清液(可供提取凝血酶用),收集血球,加入等量蒸餾水,攪拌30min,使血球溶血。然後加5倍量的氯仿,過濾出纖維。
(2)抽提4~5倍體積的丙酮溶液(其中含丙酮體積分數3%的HCl),用1mol/L HCl校正pH為2.0~3.0,攪拌抽提10min左右,然後過濾,濾渣幹燥得蛋白粉,收集濾液備用。
(3)沉澱將濾液移入另一搪瓷桶中,用1mol/L NaOH調pH為4.0~6.0,然後加濾液量1%的醋酸鈉,攪拌均勻,靜置一定時間,血紅素即以無定形黑綠色沉澱析出,抽濾(或過濾)得血紅素沉澱物。
(4)幹燥把血紅素沉澱用布袋吊幹,置於石灰缸中幹燥1~2d,即得產品(也可用幹燥器幹燥)。
(三)鞣酸法製備血紅素
1.工藝流程
2.工藝要點
(1)分離血球、溶血將新鮮豬血放入搪瓷桶中,加入0.8%檸檬酸三鈉,攪拌均勻,裝入離心管中,以3000r/min的速度離心10min,棄去血漿,收集血球。加入等量蒸餾水,在0~4℃條件下攪拌30min,使血球溶血,然後按1∶5的比例加入氯仿(即1份溶血液加入5份氯仿),過濾收集濾液(含血球)備用。
(2)提取將血球濾液移入另一容器中,加4~5倍體積含3%HCl的丙酮溶液,充分攪拌,攪拌抽提10min以上,過濾,收集提取液,濾渣經幹燥得蛋白粉。
(3)沉澱提取液中加5%鞣酸,攪勻靜置過夜,血紅素呈針狀結晶析出,離心分離血紅素沉澱物,用蒸餾水洗3~4次,至洗出液變清為止,然後用布袋吊幹。
(4)幹燥把幹沉澱包好放入石灰缸中,幹燥1~2d,即得血紅素成品,裝瓶保存。
(四)羧甲基纖維素(CMC)法製備血紅素
1.工藝流程
2.工藝要點
(1)分離血球將新鮮豬血移入搪瓷桶中,加入0.8%檸檬酸三鈉,攪勻後在離心機上以3000r/min的速度離心15min,分出血球,棄去血漿。
(2)提取將血球移入另一搪瓷桶中,加3倍左右蒸餾水,攪拌30min溶血,用1mol/L HCl調節pH至2.0~3.0,按血球液體積1∶10或1∶15的比例加入CMC懸浮液,攪勻,靜置3~4h後在離心機上分出清液。
(3)沉澱將分出的清液,用2mol/L NaOH調節pH至5.5左右,靜置沉澱分層,然後離心分出沉澱。
(4)幹燥把沉澱物壓幹,置於60~70℃真空幹燥器中,幹燥後研磨,過80目篩,即得CMC亞鐵血紅素粉。
(五)冰醋酸法製備血紅素
1.工藝流程
2.工藝要點
(1)提取先將豬血4倍體積的冰醋酸放入密閉的提取缸中,然後加入新鮮豬血,加熱至90℃,攪拌下恒溫30min,然後在室溫下靜置過夜。
(2)沉澱-洗滌-幹燥室溫靜置過夜後,缸中即有亮晶晶的沉澱物析出,然後濾出沉澱,沉澱分別用50%醋酸溶液、蒸餾水、乙醇、乙醚洗滌,即得粗品血紅素。
(六)血紅素的精製
1.工藝流程
2.工藝要點
(1)提取先將血紅素4倍量的吡啶、7倍量的氯仿倒入瓶中,然後加入粗品血紅素,充分攪拌30min過濾後收集濾液。濾渣用氯仿洗滌,合並二次濾液。
(2)沉澱先把適量冰醋酸加熱至沸騰後,加入各占1/7體積(相對於冰醋酸而言)的飽和NaCl溶液和HCl,隨後加入濾液,攪勻後過濾,濾渣用氯仿洗滌,合並二次濾液,靜置過夜,過濾收集濾餅,用冰醋酸洗滌後,幹燥即得產品。
(七)血紅素提取注意事項
①血紅素粗品應放在潔淨的厚紙上晾幹,不要曬幹,幹後裝入棕色瓶子中避光保存,溫度保持在0℃以下。
②血紅素作為製藥原料使用時,需經製藥廠進行檢查驗收,要選用化學純試劑。
③冰醋酸回收時,將上清液收集於蒸餾燒瓶中,液麵達到燒瓶容積的2/3處即可,將燒瓶放在甘油浴鍋中加熱,油浴溫度保持在135℃左右,收集117~120℃餾分即為冰醋酸,成品需保存於有磨口塞的瓶中。
④鹽酸、氫氧化鈉屬強酸強堿,具有腐蝕性;乙醇、乙醚、丙酮易揮發且具有毒性,應密封操作,防止對環境的汙染。
(八)血紅素製備工藝評價
提取血紅素的方法雖然很多,歸納起來,主要有以上四種,前三種都比第四種方法實用。一般1L血液可得血紅素10mg左右,同時可產生400g左右的蛋白質,而且丙酮易回收,成本低,收率高。而冰醋酸提取血紅素每3L血液可提取4g,冰醋酸難以回收,成本高,收率低。此外,鞣酸法提取的產品為紅紫色晶體,在顯微鏡下呈針狀結晶,容易鑒定,這一特點使鞣酸法較其他方法更優越,目前以鞣酸法提取血紅素是國內的最新工藝。
(九)血紅素質量標準及檢驗方法
1.質量標準