南極磷蝦蛋白營養與功能特性及食用安全性研究進展

劉柯欣，林松毅,2,3，胡勝杰，張秀敏，孫 娜,2,3,*

（1.大連工業大學食品學院，遼寧 大連 116034；2.國家海洋食品工程技術研究中心，遼寧 大連 116034；3.海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協同創新中心，遼寧 大連 116034）

南極磷蝦（Euphausia superba）是地球上生物量最大的單種生物資源之一，總生物量約107～108t[1]。據南極海洋生物資源保護委員會統計，近10 年世界各國的南極磷蝦總捕撈量達2.23×106t，其中2018年捕撈量為3.13×105t[2-3]。南極磷蝦是挪威、烏克蘭、韓國、日本、智利、俄羅斯等世界各國開發的重要經濟戰略資源。我國對南極磷蝦資源也極為重視，于2009年將其列為“國家經濟戰略資源”，并發布探捕令，每年以上萬噸的捕獲量進入我國市場。

南極磷蝦因富含優質蛋白，被認為是地球上最大、也是最后一個潛在動物性蛋白資源庫[4]。國內外針對南極磷蝦蛋白的基礎研究和應用研究取得了積極進展，但是南極磷蝦蛋白尚未得到充分的開發利用，市面上的產品仍以蝦粉、蝦干等用于生產飼料的初級產品為主，缺乏高值化精深加工產品。因此，本文系統綜述了南極磷蝦蛋白的營養特性及其評價、功能特性及其改性、功能活性及其作用機制和食用安全性問題，以期為南極磷蝦蛋白資源的高值化利用提供理論依據，為我國優質動物性蛋白資源的補充供應、新型功能性食品的開發和南極海洋生物資源的合理利用提供參考。

1 南極磷蝦蛋白的營養特性及其評價

1.1 南極磷蝦蛋白的營養特性

南極磷蝦含有豐富的蛋白質且氨基酸種類齊全，具有較高的營養價值和廣闊的開發前景。南極磷蝦的蛋白質占其干質量的60%～65%，是一種完全蛋白質[5]。據報道，南極磷蝦蛋白質的生物價高于其他肉類蛋白質和牛奶蛋白質（如酪蛋白），但低于雞蛋蛋白質[6]。南極磷蝦不同產品中的蛋白質含量存在較大差異，研究顯示在普通蝦粉、脫脂蝦粉、脫氟蝦粉、蝦肉、蝦糜這5種南極磷蝦產品中，脫氟蝦粉的蛋白質含量最高，營養價值最高[7]；另外，相比于南極磷蝦蛋白，磷酸化后的南極磷蝦蛋白相對含量更高，在90%以上[8]。

南極磷蝦蛋白含量及其氨基酸組成易受多種因素的影響。一是受捕撈季節的影響。南極磷蝦的捕撈季節在3～8月，其蛋白質含量在5月份最低，3月份最高，其他月份沒有很大差異；氨基酸含量隨季節變化，一般氨基酸總量、游離氨基酸總量、谷氨酸含量和天冬氨酸含量均在3月份達到最高水平，6月份最低[9]。二是受生長階段的影響。研究發現，體長小于40 mm未成熟磷蝦個體的蛋白質含量顯著高于體長大于40 mm的成熟個體或高齡個體，這可能是因為未成熟個體吸收的營養物質主要以蛋白質和脂肪的形式儲存在生物體內，而成熟個體吸收的營養物質則轉化成精子和卵子[10]。三是受加工方式的影響。不同加工方式處理的南極磷蝦蛋白質損失情況也有所不同，油炸加工的蛋白質損失最大，其次為水煮，烘烤加工的蛋白質損失最小[11]；南極磷蝦經微波加熱比水浴加熱更有利于滋味的形成，微波加熱測得的游離氨基酸含量、必需氨基酸含量和鮮味氨基酸含量高于水浴加熱[12]。

1.2 南極磷蝦蛋白的營養評價

對南極磷蝦蛋白進行營養評價主要是通過必需氨基酸種類和數量的評分或通過喂食不同蛋白質所得大鼠體質量增加率來考量的[13-15]。

南極磷蝦蛋白含有人體必需的8種氨基酸[16]，必需氨基酸總量占總蛋白質含量的20%以上，氨基酸評分在0.85～1.00之間，雖然低于參考蛋白雞蛋蛋白的氨基酸評分，但南極磷蝦蛋白提供的必需氨基酸量超過了健康成年人所需量[5]，也高于大豆濃縮蛋白含量，與乳蛋白含量相近。其中，谷氨酸含量最高，其次是天冬氨酸，組氨酸含量最低，且其含量也符合嬰兒對氨基酸的需求。研究發現，南極磷蝦蛋白、蛋白分離物[17]及磷酸化蛋白[8]中賴氨酸含量也相對較高，對于以谷物食品為主的我國居民而言，攝入南極磷蝦有助于補充賴氨酸[18]。另外，南極磷蝦蛋白中所含的支鏈氨基酸（纈氨酸+亮氨酸+異亮氨酸）與芳香族氨基酸（苯丙氨酸+酪氨酸）的比值接近正常人和哺乳動物支鏈氨基酸/芳香族氨基酸，說明南極磷蝦蛋白中所含的氨基酸比例平衡[19]，合理攝入南極磷蝦有利于維持機體的營養與代謝平衡。聯合國糧食及農業組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）/世界衛生組織（World Health Organization，WHO）/聯合國大學（United Nations University，UNU）以嬰兒對氨基酸的需要量為最低限度提出：必需氨基酸與總氨基酸含量的比值在40%左右、必需氨基酸與非必需氨基酸含量的比值達到60%以上的蛋白質為優質蛋白[7,20]。南極磷蝦蛋白的必需氨基酸/非必需氨基酸含量比值、蛋白分離物必需氨基酸含量和磷酸化蛋白的氨基酸組成均符合FAO/WHO/UNU提出的理想模式[8,17,20]，由此可見，南極磷蝦蛋白是一種優質蛋白。

通過動物實驗對蛋白質價值進行營養評價比氨基酸評分更準確一些，因為前者包括消化和吸收方面，能更好地反映人體的消化吸收程度。Gigliotti等[14]用南極磷蝦濃縮蛋白和酪蛋白分別飼喂小鼠，結果表明，濃縮蛋白的消化率、蛋白質消化率校正后的氨基酸評分（protein digestion corrected for amino acid score，PDCAAS）和蛋白質功效比（protein efficiency ratio，PER）與酪蛋白相當。一些研究數據還表明，飼喂南極磷蝦蛋白質組大鼠的肝臟質量、胴體干物質和血紅蛋白含量與飼喂酪蛋白組相比沒有顯著性差異[13]。Suzuki等[15]還進行了人體試食實驗，利用南極磷蝦蛋白和全蛋蛋白質喂食5名成年男子，結果表明，煮熟的南極磷蝦蛋白質凈利用率是全蛋蛋白質的89%。通過以上氨基酸評分和動物實驗可以得出，南極磷蝦蛋白是高質量蛋白的良好來源。

不同產品形式南極磷蝦的氨基酸組成如表1所示。

表1 不同產品形式南極磷蝦的氨基酸組成Table 1 Amino acid composition in different types of Antarctic krill products

2 南極磷蝦蛋白的功能特性及其改性

2.1 南極磷蝦蛋白的功能特性

在對南極磷蝦蛋白的研究和開發應用過程中，功能特性尤為重要。南極磷蝦蛋白的功能特性主要包括溶解性、乳化性、凝膠性、穩定性等，這些性質對于南極磷蝦蛋白的應用具有重要意義。

2.1.1 溶解性

蛋白質的溶解性與等電點（pI）有關，通常表現為等電點附近溶解度最低，偏離等電點溶解度升高[24]。南極磷蝦蛋白的等電點為pH 4.6，此時溶液中分子間作用力減弱，蛋白質分子因沒有相同電荷的排斥而凝聚沉降。南極磷蝦蛋白在pH 4.6時顯示最低的溶解度，僅為0.61%；在pH 2.6～4.6和pH 4.6～6.6范圍內，南極磷蝦蛋白溶解度急劇增加，主要是因為在高于或者低于pI的酸堿度條件下，蛋白質分子根據酸堿度帶正或負電荷，分子間的靜電排斥作用有助于南極磷蝦蛋白溶解；pH＞6.6時，有90%的南極磷蝦蛋白發生溶解[17]。南極磷蝦蛋白質良好的溶解性是其他功能特性的基礎。

相比于南極磷蝦蝦肉和蝦糜，南極磷蝦蛋白的溶解度是最高的[25]。南極磷蝦肌肉外部組織中含有較多的水溶性肌漿蛋白，提取蛋白質需經多次酸沉堿溶，肌漿蛋白隨之進入上清液后沉淀，因此賦予了南極磷蝦蛋白較好的溶解性。

2.1.2 凝膠性

凝膠性是蛋白質在食品應用中的一個重要功能特性，南極磷蝦肌球蛋白對其凝膠性的發揮起著非常關鍵的作用。南極磷蝦分離蛋白在不添加鹽或其他添加劑且質量濃度超過100 g/L的情況下能形成凝膠，這種凝膠在重復加熱/冷卻循環條件下表現出熱可逆行為[17]。在此基礎上，Wang Yanchao等[26]通過研究熱誘導南極磷蝦蛋白凝膠的流變行為和微觀結構來評價其增稠作用，為開發食品增稠劑提供了理論基礎。經過熱處理的南極磷蝦蛋白在pH 5.5～8.6的范圍內可以形成流體凝膠，其中，在pH值為5.5和7.2時的凝膠強度明顯高于其他pH值下的凝膠強度；在pH 7.2時，液體凝膠的表觀黏度明顯高于其他pH值條件下形成的凝膠。但是，南極磷蝦蛋白的凝膠性易受其內源性蛋白酶的影響，由于南極磷蝦蛋白內源性蛋白酶活性非常強，自身很容易被水解，從而產生自溶，失去其功能特性，尤其是凝膠特性，這阻礙了南極磷蝦商業化加工和重組磷蝦蛋白產品（如蝦滑等）的開發[27]。

2.1.3 乳化性和乳化穩定性

植物蛋白作為天然乳化劑在食品工業領域引起極大的關注[28-30]。事實上，南極磷蝦蛋白中含有的必需氨基酸比植物蛋白多，是一種很有開發前景的食品級乳化劑資源。南極磷蝦蛋白的疏水相互作用、二硫鍵和β-折疊結構對蛋白質聚集體的形成和穩定有重要影響。當pH值遠離等電點時，分子間排斥力的增加大大阻礙了蛋白質聚集，使分子尺寸更小、靈活性更高，促進蛋白質在油-水界面的吸附。在此基礎上制備的南極磷蝦蛋白穩定乳化劑顆粒粒徑小于20 μm，與已有的蛋白質或生物聚合物穩定的乳化劑相比，貯存30 d后仍能表現出較好的穩定性[31]。由此可見，新型南極磷蝦蛋白穩定乳化劑的構建可以提高南極磷蝦蛋白資源在食品工業中的高附加值利用。

2.1.4 起泡性和泡沫穩定性

蛋白質的起泡性在食品領域有著極為重要的應用，研究發現南極磷蝦蛋白具有一定的起泡能力和泡沫穩定性。南極磷蝦蛋白的起泡性和泡沫穩定性高于大豆分離蛋白，低于乳清分離蛋白，且均在質量濃度為40 mg/mL時最高[32]。相比于南極磷蝦蝦糜和蝦肉，南極磷蝦蛋白具有較好的溶解性，溶液中有效蛋白濃度較大，吸附到氣-液界面的蛋白質分子較多，有利于界面性質的發揮，因此南極磷蝦蛋白的起泡性最好。但南極磷蝦蛋白的泡沫穩定性低于蝦肉，所以南極磷蝦蛋白的起泡性和泡沫穩定性沒有必然聯系[25]。

2.1.5 吸水性和吸油性

吸水性是南極磷蝦蛋白很重要的功能特性之一，同時南極磷蝦蛋白對油脂的吸收能力在很大程度上影響著以南極磷蝦為原料食品的外觀、色澤和口感。南極磷蝦蛋白的吸水性很弱，但吸油性優于乳清濃縮蛋白和大豆分離蛋白[32]，這主要與蛋白質分子表面所含基團的性質有關。磷蝦蛋白吸水性在等電點處最低，主要是因為等電點處蛋白質發生聚集沉淀，表現出最弱的吸水能力[24]。

南極磷蝦蛋白的功能特性總結如表2所示。

表2 南極磷蝦蛋白的功能特性Table 2 Functional properties of Antarctic krill proteins

2.2 南極磷蝦蛋白的改性方法

南極磷蝦蛋白在常溫下溶解度很低、凝膠性也較弱，限制了其在食品行業中的應用。因此，對南極磷蝦蛋白進行改性可提高其功能性，擴大其應用范圍。

2.2.1 極磷蝦蛋白的物理改性

近些年，物理改性因其綠色、安全、成本低等優點廣泛應用于改善蛋白質功能特性方面[32,37-39]，但是目前研究報道涉及到對南極磷蝦蛋白的物理改性方式很少，主要集中在運用超聲波對南極磷蝦蛋白進行改性。

超聲處理能夠改變南極磷蝦蛋白的功能特性，通過改變蛋白質的空間結構，暴露親水基團，提高溶解度和吸水性，但會導致吸油性降低[36]。溶解能力改善的同時，南極磷蝦蛋白的乳化性也得到提升。在沒有超聲輔助的情況下，含2%南極磷蝦蛋白的穩定乳液在4 ℃下儲存30 d后顯示出明顯的乳狀液分層現象，然而由超聲處理的蛋白質穩定乳液的乳化程度顯著降低，特別是在處理20 min和30 min之后[35]。此外，超聲誘導南極磷蝦蛋白乳液產生的無序和不規則結構也有助于乳液的穩定性。超聲處理還改變了磷蝦蛋白質的表面疏水性，促進了蛋白質分子在水-空氣界面的展開和界面膜的形成[36]，提高了溶解度，減小了粒徑，有利于α-螺旋和β-折疊的轉變，促進了磷蝦蛋白的表面疏水基團和二硫鍵的形成，有助于增強磷蝦蛋白質的起泡能力、泡沫穩定性[35]。

2.2.2 南極磷蝦蛋白的化學改性

南極磷蝦蛋白的化學法改性研究應用較多，其方法簡單、效果顯著、易實現工業化[40]，研究重點主要為磷酸化、糖基化等。

對食品蛋白質的功能特性來說，磷酸化被證明是一種很有效的方式。南極磷蝦蛋白磷酸化后，其溶解性、吸水性、乳化性、乳化穩定性、起泡性、泡沫穩定性均有所提高，且變化趨勢相同，基本遵循“接近等電點時低，偏離等電點時高”的規律，但是也有例外，即磷酸化后的南極磷蝦蛋白吸油率低于未磷酸化的蛋白，泡沫穩定性在等電點附近時最高，而偏離等電點時降低[24]。

糖基化改性可以提高南極磷蝦蛋白質的功能特性，并保持性質穩定[41]。南極磷蝦蛋白糖基化對其功能特性的影響主要取決于兩個因素：一個是糖基供體，另一個是糖基供體與南極磷蝦蛋白的混合時間。采用葡萄糖對南極磷蝦蛋白進行糖基化改性可以提高其溶解性、乳化性和乳化穩定性，其分別在葡萄糖與蛋白反應45、60、15 min時達到最高；采用D-半乳糖對南極磷蝦蛋白改性60 min可以提高其吸水性，但是對起泡性的改善效果不是很明顯；采用D-木糖改性能夠提高南極磷蝦蛋白的吸油性，改性30 min時吸油性最大[32,42]。由此可見，可以根據不同的應用領域或目的，選擇合適的改性時間和糖基供體對南極磷蝦蛋白進行改性，以獲得高質量產品。

南極磷蝦蛋白與多糖結合可以改善其凝膠特性和持水能力。用等電點溶解/沉淀法提取的南極磷蝦分離蛋白由于內源性蛋白酶的存在，形成的凝膠質地非常差，顯示出不均勻、多孔和海綿狀的微觀結構。κ-卡拉膠的加入顯著提高了南極磷蝦蛋白的硬度、黏性、彈性和咀嚼性，其存在于南極磷蝦蛋白的間隙中，主要負責凝膠網絡的形成，與水結合形成氫鍵，提高持水能力進而形成空隙均勻規則的凝膠[27]。

2.2.3 南極磷蝦蛋白的生物改性

酶法改性被認為是一種比較優異且有潛力的蛋白質生物改性方式，能夠改善南極磷蝦蛋白的溶解性、吸水性、起泡性和泡沫穩定性，而改性后磷蝦蛋白的吸油性、乳化性和乳化穩定性均有一定程度的下降[32]。酶法改性過程中，南極磷蝦蛋白的水解度不斷增加，水解產生的較小肽暴露出極性基團，能與水形成氫鍵，使親水性提升，溶解度和吸水性增加；小肽在界面上快速移動和吸附，但在降低界面張力方面效率較低，不能像大分子蛋白一樣在界面上展開和重新定向，所以酶法改性后南極磷蝦蛋白的起泡性和泡沫穩定性較高，乳化性和乳化穩定性較低[43]。

南極磷蝦蛋白改性方式及其效果總結如表3所示。

表3 南極磷蝦蛋白改性方式及其效果Table 3 Modification of Antarctic krill proteins and its effects

3 南極磷蝦蛋白衍生肽的功能活性及其作用機制

南極磷蝦蛋白衍生肽一般通過酶解反應獲取，且不同氨基酸組成的肽鏈具有不一樣的功能活性[44]。目前，已從南極磷蝦蛋白中獲取多種生物活性肽，其功能活性包括抗氧化活性、促礦物質吸收活性、抗骨質疏松活性、降血壓及降血糖活性、抗炎活性等。

3.1 抗氧化活性

迄今為止，抗氧化肽是研究人員探索最多的一種功能性肽，抗氧化活性與氨基酸組成[45]或序列[46]有關，如含有疏水性氨基酸[47]、芳香族氨基酸[48]、-Glu-Leu-[49]、His、Pro[50]等會提升肽的抗氧化性。如表1所示，南極磷蝦肽含有較高含量的芳香族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸）、谷氨酸、脯氨酸等[22]，因此，南極磷蝦肽具有潛在的抗氧化活性。目前已從南極磷蝦蛋白中分離獲取了多種具有抗氧化活性的多肽。鄭景如等[51]采用酶解-超濾-Sephadex G-25凝膠層析制備南極磷蝦抗氧化肽組分，發現3～10 kDa南極磷蝦肽組分的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除能力最高，分子質量低于3 kDa南極磷蝦肽組分的2,2’-聯氮-雙-(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS）陽離子自由基清除率、抗氧化能力指數、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活力顯著高于其他肽組分。同樣地，張元元[44]利用不同分子質量的南極磷蝦多肽分別進行體內、體外抗氧化實驗，結果表明不同分子質量多肽具有不同程度的抗氧化能力，其中分子質量不超過5 ku的多肽抗氧化能力最佳。另外，Lan Chen等[52]采用連續酶水解工藝從南極磷蝦蛋白中制備出高F值（支鏈氨基酸與芳香族氨基酸的物質的量比大于20）寡肽，具有高自由基清除活性、還原能力和抑制脂質過氧化的能力。若將南極磷蝦肽應用在功能性食品和食療食品的開發中，有望提高食品的抗氧化性能。

3.2 促礦物質吸收活性

南極磷蝦肽富含谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸等，易與鈣離子[53-54]、鋅離子[55]、鐵離子[56-57]螯合形成肽-鈣、肽-鋅、肽-鐵復合物，可以明顯提高金屬離子在胃腸道環境下的溶解度和穩定性，增加金屬離子吸收利用率，改善人體礦物質元素缺乏情況。

Hou Hu等[54]從南極磷蝦蛋白水解物中純化出Val-Leu-Gly-Tyr-Ile-Gln-Ile-Arg，研究發現鈣離子螯合至Gln、Ile和Arg殘基的氨基或羰基上，與氨基氮原子和水分子相比，鈣離子更容易與帶負電荷的羧酸基團形成配合物。鋅可以與南極磷蝦肽的羧基氧、氨基氮[55]和羰基等[58]官能團螯合，螯合過程中肽與鋅的相互作用破壞了肽表面原有的致密結構，螯合后肽鋅復合物的粒徑、ζ電位增加，分子質量低于1 000 Da的肽含量降低，分子質量高于1 000 Da的肽含量增加。利用螯合后的肽鋅復合物、硫酸鋅和葡萄糖酸鋅分別進行模擬胃腸道消化實驗，在胃消化階段，三者的鋅溶解度基本一致，進入腸消化階段時，硫酸鋅的溶解度急劇下降，其次為葡萄糖酸鋅，而肽鋅復合物溶解度保持在最高水平。由此可見，南極磷蝦肽鋅復合物在胃腸道消化過程中具有良好的穩定性[55]。鐵離子主要結合到南極磷蝦肽Asp和Glu的羧基或Ser和Thr的磷酸基團上，使肽結構發生折疊，以納米級球形顆粒通過胃腸道，并在模擬胃腸道消化過程中表現出顯著的轉運活性[57]。研究人員進一步篩選出具有更高鐵結合能力的南極磷蝦九肽（DTDSEEEIR），Fe3+螯合到九肽的羧基和氨基上形成的簇狀九肽-鐵螯合物粒徑較小，為新的晶體形態[59]。在胃腸道消化過程中，南極磷蝦九肽能夠保持一定程度的穩定性（（93.89±1.37）%），且能夠顯著增強鐵離子在腸道中的吸收[59-60]。綜上所述，南極磷蝦肽通過特定基團或殘基與鈣、鋅、鐵3種金屬離子螯合形成礦物螯合肽，在模擬胃腸道消化過程中能夠保持一定程度的穩定性，提高礦物質生物利用度，具有成為新型礦物質補充劑的潛力。

3.3 抗骨質疏松活性

隨著我國人口老齡化不斷加劇，越來越多的人受到骨質疏松癥的影響，而南極磷蝦無論是對原發性骨質疏松還是繼發性骨質疏松均有較明顯的改善效果。

原發性骨質疏松破壞了鈣磷代謝的平衡，導致骨吸收增加、骨小梁和皮質骨的骨量嚴重損失，而南極磷蝦磷酸化肽能以劑量依賴性地抑制骨吸收增加，顯著逆轉骨質疏松引起的骨吸收標志物的變化，對其骨小梁和皮質骨強度也均有明顯改善作用[8]。南極磷蝦蛋白水解獲得的南極磷蝦肽可以促進前胚細胞MC3T3-E1細胞的增殖，通過激活骨形態發生蛋白2（bone morphogenetic protein2，BMP2）/Smads和Wnt/β-連環蛋白分子途徑來改善老年骨質疏松癥，從而促進骨形成[61]。南極磷蝦磷酸化肽還可以通過促進軟骨骨痂的轉化和骨痂的重塑、調節軟骨內骨化相關基因的表達來促進去卵巢誘導的骨質疏松小鼠脛骨骨折的愈合[62]，這為南極磷蝦蛋白作為營養成分用于骨保護功能性食品的開發提供理論依據。

除了對原發性骨質疏松的改善作用，Han Lihua等[63]還研究了南極磷蝦磷酸化肽對地塞米松誘導的繼發性骨質疏松癥的影響。南極磷蝦磷酸化肽通過抑制絲裂原活化蛋白激酶磷酸酶（mitogen-activated kinase phosphatase，MKP）-1和大麻素受體（cannabinoid receptor，CB）1的基因表達，提高關鍵因子p38、細胞外信號調節激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）、絲氨酸/蘇氨酸特異性蛋白激酶（protein kinase B，AKT）、β-連環蛋白以及成骨核轉錄因子Runx2和OSX的表達，激活了下游成骨相關的絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）和PI3K/AKT/糖原合成酶激酶（glycogen synthase kinase，GSK-3β）信號通路，顯著改善骨轉換狀態，增加小鼠的骨小梁質量，減少骨丟失和微結構的退化，加速骨形成，逆轉了地塞米松對小鼠骨微結構的有害作用。這為南極磷蝦生物活性肽作為改善骨代謝的天然活性替代品提供了理論依據。

3.4 降血壓、降血糖活性

早在1992年，Kawamura等[64]在脫脂南極磷蝦蛋白質的消化水解物中分離并鑒定出有助于控制高血壓的血管緊張素轉換酶（angiotensin converting enzyme，ACE）抑制劑肽Lys-Leu-Lys-Phe-Val。Hatanaka等[65]通過改進前人的方法，從去皮的南極磷蝦尾肉蛋白中制備了有效的ACE抑制肽Val-Trp和Leu-Lys-Tyr，其對自發性高血壓大鼠具有抗高血壓作用。

南極磷蝦蛋白水解物還被認為是糖尿病治療中二肽基肽酶IV（dipeptidyl peptidase IV，DPP-IV）抑制肽的一種天然有效來源。Ji Wei等[66]通過超濾和色譜法從南極磷蝦蛋白水解物中純化出兩種DPP-IV抑制肽（Ala-Pro（AP）和Ile-Pro-Ala（IPA）），并通過分子對接技術將作為配體的AP和IPA與蛋白質靶標的DPP-IV對接，確定了結合位點。Ji Wei等[67]用相同的方法從南極磷蝦蛋白水解物中分離出兩條對ACE和DPP-IV有雙重抑制活性的肽，分別是Lys-Val-Glu-Pro-Leu-Pro和Pro-Ala-Leu，通過二者抑制ACE和DPP-IV活性的能力來調節血壓和血糖。因此，南極磷蝦蛋白水解產物可用于生產降血壓和控制血糖的功能性產品。

從南極磷蝦蛋白中分離出的肽不僅可以降血壓、降血糖，還可能通過精氨酸供應一氧化氮（NO）來影響動脈粥樣硬化的發展從而保護內皮功能[68]。Zhao Yuqin等[69]從南極磷蝦蛋白水解物中成功純化了8種新肽，鑒定為Trp-Phe、Tyr-Arg-Lys-Glu-Arg、Tyr-Arg-Lys、Val-Asp、Tyr-Lys-Asp、Phe-Gln-Lys、Phe-Ala-Ser和Phe-Arg-Lys-Glu，其中小分子質量的Trp-Phe和Phe-Ala-Ser對ACE顯示出顯著的抑制活性，而且肽誘導NO的產生和抑制內皮素-1的表達保護了血管。這些發現均顯示了南極磷蝦蛋白衍生肽具有預防高血壓和動脈粥樣硬化的潛力。

3.5 抗炎活性

目前有研究報道，南極磷蝦肽對骨關節炎軟骨有保護作用，并能夠抑制內側半月板失穩誘導的骨關節炎中軟骨基質的損失。南極磷蝦肽通過降低關節軟骨中缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factor，HIF）-2α的水平、調節下游分解代謝基因、降低關節軟骨中促炎基因的表達并激活下游合成代謝基因以維持正常骨穩態。南極磷蝦肽抑制軟骨細胞凋亡的機制有兩個，其一是通過阻斷關節軟骨細胞Fas-FasL信號通路抑制軟骨細胞異常凋亡；其二是調節關節軟骨細胞中DR3-DR3L凋亡信號通路關鍵基因的表達[70]。南極磷蝦肽有潛力作為改善骨關節炎的功能性食品，并為骨關節炎的臨床治療提供新方向。

南極磷蝦蛋白衍生肽的功能活性及其作用機制總結如表4所示。

表4 南極磷蝦蛋白衍生肽的功能活性及其作用機制Table 4 Functional activities and mechanisms of action of Antarctic krill protein derived peptides

4 南極磷蝦蛋白的食用安全性

南極磷蝦作為新型食品蛋白質的來源，在食用前必須進行安全性評估。南極磷蝦蛋白的安全性問題主要體現在兩個方面：一個是含氟問題；另一個是致敏性問題。

4.1 含氟問題

南極磷蝦中氟的存在形式主要有水溶態氟、可交換態氟、氧化態氟、有機態氟和殘余態氟[72]，其中蝦肉中殘余態氟含量最高，其次為可交換態氟[73]。水溶態氟易被人體吸收利用，可交換態氟雖然也對生物體有較高的有效性，但其在一定條件下可用鈣鹽除去。南極磷蝦中的氟化物主要來自外骨骼、甲殼和頭胸部，肌肉中的水平相對較低[74]。南極磷蝦整蝦的氟含量在1 142～2 400 mg/kg，肌肉氟含量為250 mg/kg，甲殼中含量最高，達到2 566～4 260 mg/kg[75-76]。若捕撈之后及時將南極磷蝦的頭部和外骨骼與肌肉分離，會有效阻止氟由殼和頭胸部向肌肉中轉移，降低肌肉中氟的含量。

去除南極磷蝦中氟化物的方法正在逐步完善，這為南極磷蝦蛋白創造了更廣闊的應用前景。Wang Lingzhao等[6]通過在pH 4.6下沉淀磷蝦蛋白并用稀鹽酸沖洗獲得了低氟蛋白提取物，也證實了水洗滌法是一種非常有效的去除南極磷蝦蛋白中氟化物的方法。為了節約規模化生產過程中的用水量，Qi Xiangming等[33]使用多級逆流洗滌技術去除了南極磷蝦蛋白中98.58%的氟化物。Yin Li’ang等[77]先用食品級檸檬酸[78]、磷酸和鹽酸去除氟化物，再用等電點法沉淀蛋白質，獲得南極磷蝦低氟功能性濃縮蛋白。去氟后的南極磷蝦蛋白可作為人類消費的新型食物來源或添加劑，并且使用脫氟技術可大規模生產功能性南極磷蝦蛋白產品。

4.2 致敏性問題

據統計學數據顯示，蝦類過敏是食物過敏發生率占比最高的，在食物過敏人群中有26%的成年人及嬰幼兒對蝦及其制品過敏，而且亞洲地區蝦過敏率高于其他地區[79]。蝦類常見過敏原有原肌球蛋白、精氨酸激酶、肌漿鈣結合蛋白和肌球蛋白輕鏈等[80]。其中，原肌球蛋白是具有交叉反應性蝦的主要過敏原[81-82]，也被認為是南極磷蝦的主要過敏原[83]。

Motoyama等[83]研究表明，南極磷蝦熱提取物存在37 kDa的原肌球蛋白條帶，且在免疫印跡中與抗原肌球蛋白的單克隆抗體5G5E1發生反應。南極磷蝦原肌球蛋白的氨基酸序列與十足類甲殼動物具有高度序列同源性，說明二者的原肌球蛋白之間具有交叉反應性；另一方面，南極磷蝦的原肌球蛋白含量與十足類動物幾乎處于同一水平，這表明南極磷蝦引起過敏反應的可能性與十足類動物相同。研究顯示，南極磷蝦原肌球蛋白的序列與太平洋磷蝦、龍蝦和蟹原肌球蛋白的序列非常相似，序列同源性分別為98%、89%、84%；蝦過敏受試者血清的免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）E與南極磷蝦、龍蝦、蟹的肌肉蛋白提取物中38 kDa條帶蛋白反應，且重組南極磷蝦原肌球蛋白通過免疫印跡被識別為38 kDa。此外，重組南極磷蝦原肌球蛋白對IgE的吸收消除了IgE對重組原肌球蛋白和蛋白質提取物的反應性。綜上，南極磷蝦原肌球蛋白是一種潛在的、具有交叉反應性的過敏原[82]。

由于食用南極磷蝦易導致過敏現象的發生，因此降低或消除南極磷蝦過敏原的過敏性顯得尤為重要。有研究表明，通過酶解技術[84]、體外模擬胃腸道消化[80]、電子束輻照[85]、美拉德反應[86]、超高壓結合酶法[87]等方式可以降低蝦類過敏原的致敏性。董曉穎等[84]用5種蛋白酶酶解海白蝦，其中水解效果最好的是堿性蛋白酶。蛋白酶能使過敏蛋白的肽鏈斷裂，生成小肽或氨基酸，由此可能對過敏蛋白的致敏性有影響；王學麗[80]發現南美白對蝦原肌球蛋白在體外模擬胃液消化過程中會產生一些小分子降解產物，且部分抗原表位被破壞，但是原肌球蛋白在胃液中消化2 h仍具有免疫活性；Guan Aiyan等[85]利用電子束輻照大管鞭蝦（Solenocera melantho），通過改變原肌球蛋白的結構來降低其免疫反應性，其中以7 kGy輻照效果最顯著；Fu Linglin等[86]采用核糖、低聚半乳糖和殼寡糖進行美拉德反應消除中國對蝦原肌球蛋白的致敏性，通過誘導原肌球蛋白由α-螺旋轉變為β-折疊導致構象改變，進而降低致敏性；超高壓處理主要作用于非共價鍵，破壞蛋白質空間結構，從而掩蓋或破壞過敏原表位，降低致敏性。賈瑩等[87]研究發現，采用超高壓結合酶法對南美白對蝦蝦仁致敏性的消減效果好于超高壓法。但是目前有關減弱南極磷蝦原肌球蛋白致敏性的研究很少，有待進一步研究。

5 結 語

南極磷蝦蛋白因儲量豐富和較高的營養價值受到廣泛關注。南極磷蝦蛋白質含量高、必需氨基酸種類齊全，具有良好的起泡性、泡沫穩定性、乳化性、乳化穩定性、吸油性等功能特性，可以應用于泡沫型產品起泡劑、食品乳化劑的開發等；此外，目前已發現南極磷蝦蛋白衍生肽具有抗氧化、促礦物質吸收、抗骨質疏松、降血壓、降血糖、抗炎等功能活性。作為新型食物蛋白資源，南極磷蝦蛋白的含氟問題和致敏性問題也是不容忽視的，尤其是南極磷蝦原肌球蛋白致敏性的消減方法還未充分開發，未來還需要在此方面進行更加深入的研究。

盡管南極磷蝦蛋白的優勢很多、應用前景廣闊，但我國對南極磷蝦的精深加工和高值化利用起步較晚，南極磷蝦蛋白的部分功能特性也限制了其大規模工業化生產，其應用也僅僅停留在用南極磷蝦粉替代魚粉作為飼料，市面上并不常見將南極磷蝦蛋白及其衍生肽用作膳食補充劑的功能性產品。所以仍需更多的研究來闡明南極磷蝦蛋白的化學組成和功能之間潛在的關系，探索提高其溶解性、凝膠性等功能特性的技術，開發南極磷蝦蛋白衍生肽功能性產品，完善降低原肌球蛋白致敏性的方法及機制，這將有助于新型南極磷蝦蛋白產品高值化、產業化，并開發針對特定市場、特定功能的各種南極磷蝦蛋白產品。