水解动物蛋白

定义

水解动物蛋白指以动物蛋白质为底物，经水解后得到的、以肽和氨基酸为主要成分的混合物。美国食品药品监督管理局在食品物质名录中将其列为“PROTEIN, ANIMAL, HYDROLYZED”，CAS 登记号为 100085-61-8，其技术用途标注为增味剂、调味剂或助剂^[1]。中文文献中常把这一名称简写为 HAP，并把它归入食品添加剂中的天然氨基酸型调味料^[2]。

欧洲与日本的相关文献把这一类产物描述为由天然蛋白质水解获得的高纯度蛋白多肽及其衍生物，可作为化妆品原料使用^[3]。国内对海蛇水解动物蛋白粉的检测显示，其水解度约为 22.52%，水分约 4.35%，说明工业产品通常处于部分水解状态^[4]。

需要注意的是，该名称指向的是动物来源原料所得产物，与以豆粕、小麦蛋白等植物原料制得的酸水解植物蛋白属于不同原料体系的同类产物^[5]。

常见原料包括明胶、干酪素、鱼粉、血以及乳清蛋白、胶原蛋白、角蛋白等，不同原料所制成品在氨基酸组成和风味上差异明显^[2][6]。工业产品的外观多为淡黄色液体、糊状体、粉末或颗粒，粉末流动性较好^[7]。

原理

水解的化学实质是肽键断裂：肽键在水的参与下断开，生成一个羧基和一个氨基，反应体系的 pH 随之下降，因此在酶解过程中常以持续滴加碱液的方式把 pH 维持恒定，并据碱液消耗量推算水解程度^[8]。水解度以断裂肽键数占蛋白质总肽键数的比例表示，公式为 $DH = \frac{h}{h_{tot}} \times 100\%$，其中 $h$ 为每克蛋白质被裂解的肽键毫摩尔数，$h_{tot}$ 为每克原蛋白质的肽键毫摩尔数^[9]。

实现水解的途径主要有 3 类。酸水解法通常用盐酸或硫酸在高温下处理，水解迅速彻底且不引起消旋，但色氨酸被破坏，羟基氨基酸也会部分分解；碱水解法多用氢氧化钠，其缺点在于多数氨基酸受损并出现消旋，色氨酸则相对稳定；酶水解法条件温和、不破坏氨基酸也不产生消旋，但单一酶往往水解不彻底、耗时较长，实践中常用多种酶配合^[10]。

蛋白酶按作用部位分为内肽酶与外肽酶，前者切断肽链内部的肽键，后者从氨基端或羧基端逐个释放氨基酸残基；二肽、三肽形式的产物比等量游离氨基酸更易被吸收^[9]。酶的专一性决定切割位点，因此选择哪种蛋白酶会直接改变产物的肽段长度分布和生物活性^[11]。

以高压酶解工艺为例，其流程为：先将碎肉与水混合制成肉浆并去除浮脂，再加入占肉重 0.25% 至 5% 的蛋白酶，在 75 MPa 至 200 MPa、40 ℃ 至 60 ℃ 条件下水解 5 至 50 小时，随后冷却离心除去凝固脂肪与不溶性蛋白，上清液经灭酶、过滤、浓缩或干燥得到成品^[12]。

常规工业流程在反应结束后通过离心、过滤或微滤除去不溶物，必要时用活性炭脱色脱臭，经离子交换去除多余盐分，再以巴氏杀菌和喷雾干燥获得产品^[13]。

发展历程

水解蛋白作为食品配料的使用可追溯到 19 世纪后期，最初在欧洲和远东用酸法或酶法水解动植物蛋白制取，主要添加到肉汤、汤羹和酱汁中起调味作用^[14]。

20 世纪 30 年代末至 40 年代初，用胰酶消化酪蛋白制成的注射级蛋白水解物被用于肠外营养；50 年代发现经活性炭处理可除去酪蛋白水解物中大部分芳香族氨基酸，由此发展出针对苯丙酮尿症等代谢病婴儿的特殊配方^[14]。此后水解蛋白作为氮源广泛用于胃肠功能受损者的肠内喂养，并扩展到运动营养、体重控制和营养补充类产品^[14]。

酸水解工艺的工业化也带来污染物问题。20 世纪 80 年代，在酸水解植物蛋白中首次发现氯丙醇类物质，90 年代的研究进一步确认以酸水解植物蛋白为配料的酱油中存在这类化合物^[5]。

中国在 2000 年修订酱油相关标准，并制定配制酱油和酸水解植物蛋白调味液两个行业标准，首次规定酸水解植物蛋白调味液中 3-氯-1,2-丙二醇的限量为 1 mg/kg^[15]。国际食品法典委员会于 2008 年通过降低酸性水解植物蛋白及含该配料产品中 3-MCPD 含量的操作规范，联合国粮农组织与世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会此前已将 3-MCPD 的暂定每日最大耐受摄入量定为每千克体重 2 μg^[5]。

应用

在调味品领域，水解动物蛋白主要作为天然氨基酸型调味料，用于鸡精、鸡粉、汤料、方便面调料、肉制品和膨化食品，可补充氨基酸、增加鲜味并掩盖异味，同时减少味精等化学调味料的用量^[16]。它与化学调味剂配合使用时，往往能形成特定风味^[2]。

在营养与医疗方面，水解蛋白可用于蛋白质与氨基酸强化，例如速溶氨基酸冲剂、运动饮料以及面包、乳酸菌饮料等发酵食品；因其分子量较小、不含胆固醇，也被用于特殊配方食品^[17]。中国药品标准中收载的口服水解蛋白由牛肉蛋白、鸡蛋蛋白等经蛋白酶水解制得，总氮应为 12.0% 至 16.0%，氨基氮不得少于总氮量的 50.0%，类别为胃肠营养药^[18]。

在动物营养中，动植物蛋白水解产生的肽被用于家禽与宠物饲料，其作用机制包括小肠对小肽的吸收效率高于等量游离氨基酸、肠道细菌对小肽的分解代谢较低等^[13]。

在化妆品与个人护理领域，水解角蛋白、水解胶原蛋白、水解蚕丝蛋白、水解牛奶蛋白等被用作调理剂与保湿剂；角蛋白占人发成分约 80%，与头发亲和性较高，可用于改善头发的强韧度与手感^[19]。相关研究显示，在软膏基质中加入 2% 角蛋白水解物可使角质层含水量明显上升，加入 4% 时经皮水分流失下降较多^[20]。

局限

水解程度难以一概而论地控制。水解度过高会产生大量游离氨基酸和小分子物质，造成原料利用上的浪费，短肽或氨基酸比例过高还会缩短原料在胃肠道中的停留时间^[21]。过度酶解还会带来苦味^[21]。另一方面，水解度提高并不必然意味着生物利用度更高，对乳清蛋白高、中、低 3 种水解度的对比研究未发现其与人体血浆氨基酸出现速率存在相关性^[22]。

各水解路线都有固有缺陷。酸水解会完全破坏色氨酸并损失部分含羟基氨基酸，碱水解使多数氨基酸受损并产生消旋，酶水解则常需多种酶协同且耗时较长^[10]。化学水解法还会造成氨基酸损失，并可能生成非天然结构，使其在食品加工中的应用受到限制^[8]。

酸水解路线存在氯丙醇类污染物风险。氯丙醇是在盐酸介导的水解步骤中，酸与原料残留脂类和磷脂反应生成的，仅靠使用脱脂蛋白源无法避免^[5]。技术上虽可将 3-MCPD 降至每千克 0.1 mg 以下，但鲜味与口感等感官品质可能随之下降^[5]。

此外，水解产物是成分随原料、酶种类、温度、时间而变的复杂混合物，批次间存在差异，需要通过肽谱分析等质量控制手段加以表征^[22]。

参见

• 蛋白质水解 —— 水解动物蛋白所依托的基本化学与生化反应过程。

• 水解植物蛋白 —— 以植物蛋白为原料制得的同类水解产物，常与水解动物蛋白并列讨论。

• 蛋白酶 —— 催化动物蛋白水解为肽和氨基酸的关键酶类。

• 水解度 —— 衡量蛋白质肽键断裂程度、决定产品性质的指标。

• 氯丙醇 —— 蛋白酸水解过程中可能生成的污染物，是相关限量标准的管控对象。

• 水解角蛋白 —— 水解动物蛋白在护发与护肤产品中的常见具体品种。