血红素铁的制备及应用研究进展_卫乐红_时亚文_陈石良_姜无边

血红素铁的制备及应用研究进展

卫乐红，时亚文，陈石良，姜无边

（湖北奥彤生物制品科技有限公司，湖北 孝感 432600）

摘 要：血红素铁是与血红蛋白或肌红蛋白结合的铁，能以卟啉铁的方式直接被肠黏膜上皮细胞吸收，不受植酸根等抑制因素影响，且生物利用率高，不会产生任何消化道不适症状，是理想的生态补铁剂，被广泛用于食品保健品领域。此外，血红素铁还被作为抗癌药、功能性材料应用于医药、化工等行业。本文就血红素铁的制备纯化及功能、应用等方面做相关阐述。

关键词：血红素铁；制备；应用；补铁剂

中图分类号：R973+.6 文献标识码：A 文章编号：1672-979X （2013）05-0357-04

Progress on Preparation and Application of Heme Iron

WEI Le-hong, SHI Ya-wen, CHEN Shi-liang, JIANG Wu-bian (Hubei Aotong Biotechnology Co., Ltd., Xiaogan 432600, China )

Abstract: Heme iron combined with hemoglobin or myoglobin can be absorbed by intestinal epithelial cells directly in the form of ferroporphyrin. It is an ideal ecological iron agent that will not cause adverse reaction and phytic acid ion does not affect the absorption of hemoglobin, so it is widely used in food and health care products. In addition, heme iron is also used as an anti-cancer drug or functional material in medicine, chemical industry and so on. This paper will introduce the preparation, function and application of heme iron.Key Words: heme iron; preparation; application; iron supplement

收稿日期：2013-02-28

作者简介：卫乐红（1987-），女，湖北鄂州人，工程师，从事功能食品及生物医药原料研发 E-mail ：weibian68@

血红素铁（又称血红素）是人体中血红蛋白和肌红蛋白的活性部位，其核心部分为亚铁离子，具有携氧能力，维持人体各器官的正常运转。其基本结构是由四个吡咯环通过亚甲桥连接而成的卟吩，再通过侧链相连形成卟啉，卟啉与一分子亚铁离子结合便是卟啉铁化合物[1]。其结构见图1

。

图1 血红素铁结构

100 mL 猪血中平均约含10~12 g 血红蛋白，血红素铁的相对分子质量为633.49，约为血红蛋白质量的3.9 %，即100 mL 猪血中含有390~468 mg 的血红素铁[2]。血红素铁是暗紫色有光泽的细微针状结晶，或棕色到黑褐色颗粒，颜色随纯化溶剂的不同而略有区别；在干燥的固体状态下较稳定，光和氧化物存在时易被破坏；能溶于酸性丙酮、碱性溶液、热醇等溶液中，不溶于水、稀酸、醚和氯仿等，且对热比较稳定，等电点为4.6～6.5，无熔点。1 血红素铁的制备

制备血红素铁首先需分离血液中的红细胞，破坏红细胞的膜结构，释放其中的血红蛋白。血红蛋白由卟啉环中的铁经组氨酸连接后与4个珠蛋白分子相连，pH 值≤3时，亚铁血红素易脱离珠蛋白，然后再提取血红素铁。因血红素铁脱离珠蛋白后结合的亚铁会自动氧化成三价铁（Fe 3+），形成高铁血红素，高铁血红素与溶液中氯离子结合成氯化高铁血红素（又称氯化血红素）。所以，从动物

血液中提取的血红素一般是氯化高铁血红素（hemin ），纯

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的亚铁血红素很难得到。目前国内外文献报道制备氯化血红素中比较常见且工艺成熟的方法主要有酶法、酸性丙酮法、冰醋酸法、羧甲基纤维素钠（CMC-Na）法和醋酸钠法。

1.1 酶法

酶法制取血红素铁是利用蛋白酶将血红蛋白中的珠蛋白水解成水溶性的氨基酸和多肽，血红素铁不溶于水，沉降后经过纯化、干燥得到血红素肽。酶法制取血红素铁由于不用其他有机试剂，是最环保的一种方法，但收率较低。吴保承等[3]分别选取胃蛋白酶、胰蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶酶解血红蛋白。结果显示，中性蛋白酶效果最好，酶解最充分，其次是碱性蛋白酶和胰蛋白酶，胃蛋白酶效果最差。张亚娟[4]采用预处理的血红蛋白粉为原料，分别用单一酶和复合酶水解血红蛋白，发现不同原料的处理方式和复合酶水解未对酶解反应起到十分明显的作用，并通过单因素试验和正交试验确定最佳水解条件为：温度60 ℃，pH值7.5，底物浓度5 %，酶底比4 %。酶法由于生产技术不成熟，限制了它的工业化生产。

1.2 酸性丙酮法

酸性丙酮法主要是利用血红蛋白中的血红素铁在pH值≤3时与珠蛋白结合最疏松，易脱离蛋白。血红素铁溶于酸性丙酮中，珠蛋白水化层被丙酮破坏，聚合成团沉淀，通过过滤或离心便可将血红素铁和珠蛋白分开，血红素铁留在酸性丙酮中，通过沉淀剂使其沉淀。酸性丙酮法由于提取纯度较高，提取率较大，是较通用的方法。鲁云风等[5]以牛血为原料，用酸性丙酮提取制备血红素铁，通过正交法确定最佳提取条件：3000 r/min离心15 min，酸性丙酮、水、氯仿的使用量分别为4倍、1倍和5倍，提取的血红素铁纯度可达99 %以上。汪长国等[6]应用超声波细胞破碎技术联合酸性丙酮-乙酸钠制备血红素铁，并用红外及紫外表征，结果表明，红细胞在有破碎剂存在（水:乙醇=15:1）的条件下，功率为0.8 kW时，得到的产品含量为92.67 %，得率为86.62 %。

1.3 冰醋酸法

冰醋酸提取血红素铁是较传统的方法[7]，其提取原理为：在冰醋酸中呈溶解状态的血红蛋白易分解成球蛋白和血红素铁，而血红素铁不溶于冰醋酸被分离出来。此法最早是由俄国学者Schalteieff应用于实验室中提取血红素铁，分离得到血红素铁的结晶。钟耀广[8]系统的研究了冰醋酸法，在新鲜猪血中加入抗凝剂柠檬酸钠做抗凝处理，用离心机分离血浆和血细胞。在配有回流冷凝管的三口烧瓶中加入一定量的冰醋酸与氯化钠，加热使氯化钠溶解，以细流加入抗凝猪血细胞，分别在一定温度下保持一定时间，然后停止加热，当反应液冷却至室温后，用布氏漏斗抽滤，便可得粗血红素铁，纯化后即得高纯度的氯化血红素。结果表明，其最佳的工艺条件为：冰醋酸与血细胞的比例为4.4:1，温度为105 ℃，提取时间为40 min，氯化钠的添加量为血细胞的1.5 %，得到的血红素铁含量约为50 %。冰醋酸法简单易行，现在仍被广泛用于生产。

1.4 CMC-Na吸附法

羧甲基纤维素钠（CMC-Na）是一种高分子阳离子型纤维素醚，由天然纤维素经化学改性后得到的纤维衍生物，是重要的水溶性聚合物之一，具有吸附性，可吸附血红素铁，与血红素铁形成络合物沉淀，经过滤或离心分离，得CMC-Na血红素铁络合物，可直接被用作补铁药物原料。杨娟[9]将抗凝猪血加一倍体积的去离子水搅拌溶血，用盐酸调节pH值小于3，抽滤后调节酸碱度，加入CMC-Na吸附氯化血红素，连续搅拌提取血红素铁，抽滤，洗涤后干燥即得氯化血红素粗品，收率和纯度平均值为56.05 %和29.42 %。CMC-Na法制备氯化血红素的收率较高，而纯度较低。用此法制备的氯化血红素性质较稳定，不用洗脱，可长久保存，且其副产物血红蛋白无有机溶剂污染，可继续加工利用。

1.5 其他方法

提取血红素铁的方法还有表面活性剂法，于酸化的血红蛋白溶液中加入适当的表面活性剂，在加热的条件下血红蛋白不会沉淀，而氯化血红素析出。酯化-水解法利用乙醇与血红素的酯化反应得到血红素二乙酯，用NaOH溶液水解后再用盐酸溶液酸化，血红素便会以结晶的方式析出，水洗至中性得到氯化血红素。此外氯化血红素的提取还有醇法和特异选择性溶剂法，由于这两种方法要求低温条件，工业化较难实施[10]。

2 血红素铁的功能

血红素铁具备铁的多种生理功能，在体内参与氧的运输、交换和组织呼吸过程，生产供给机体生命活动所需的细胞能量ATP（三磷酸腺苷）；作为血红素氧合酶的诱导酶，血红素铁可提高血胆红素水平和超氧化物歧化酶的活性；血红素铁还可提高机体抗炎、抗氧化等能力，改善微循环以及抑制细胞凋亡等，延缓慢性肾功能衰竭和高血压的发生和发展；对低温损伤也有保护作用；血红素铁为人体造血提供不可缺少的铁元素，铁在骨髓造血细胞中与卟啉结合形成高铁血红素，然后与珠蛋白结合成为血红蛋白[11]；血红素铁还能催化β-胡萝卜素转化为维生素A，促进药物在肝脏中的解毒和脂肪在血液中的转运等。

3 血红素铁及其衍生物的应用

血红素铁在食品、药品、化妆品和精细化工方面均有广泛应用，愈来愈受到关注。除了可作为良好的补铁剂用于治疗缺铁性贫血，具有生物利用度高、不产生铁积累中