CN1253204C - 获得含血红素铁的食物制品的方法及由此制得的食物制品 - Google Patents
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Abstract
本发明的含血红素铁的食物制品，其获得方法包含如下步骤：将第一份动物血，例如猪血或牛血或者其衍生物如血块用受控的酶水解法进行处理从而获得一种包含与大肽相复合的血红素铁复合体的第一种水解产物；用超滤对第一种水解产物进行富集从而获得一种富含血红素铁-肽复合体的水解产物溶液；平行地，将第二份动物血或其衍生物如血块用深度酶水解法进行处理从而获得一种与小分子肽高度复合的外源性血红素溶液；将富含血红素铁-肽复合体的水解产物溶液与外源性血红素溶液进行混合从而使得外源性血红素被固定在该水解产物溶液的大肽上，从而获得具有高含量的可溶解于酸性pH的铁的血液肽部分。
Description
本发明涉及一种具有高含量的可溶解于酸性介质中的血红素铁-肽复合体的用于预防和治疗铁缺乏的食物制品、以及制备该制品的生物学方法。
铁缺乏是一种主要的健康问题，并且在工业化国家和发展中国家中同样普遍，世界人口的约20％受缺铁问题的影响。
就数量而言，铁是生物体中最重要的微量元素并且对于维持细胞的生存而言是必需的。其特别是对于氧和电子的转运以及DNA合成而言是必需的，并且是在许多细胞功能中起重要作用的多种分子的活性元素，所说的分子包括血红蛋白(其携带氧)、细胞色素(呼吸道中的电子载体)和血红素酶(触酶，过氧化物酶)。
所推荐的铁的摄取量(mg/天)如下：
6-12个月 7
1-3岁 7
4-9岁 7
10-12岁 8
年龄为13-19岁的青春期的男性 12
年龄为13-19岁的青春期的女性 14
成年男性 9
行经的女性 16
绝经的女性 9
哺乳的女性 10
孕妇 25-35
食物来源的铁以两种形式存在：非血红素铁和血红素铁，它们以不同的吸收机制被空肠的肠上皮细胞所吸收。
血红素铁存在于两种食物蛋白——血红蛋白和肌红蛋白中，其主要是存在于红色的肉类中。
血红素由位于包含四个通过次甲基桥相连的吡咯核以及八个侧链的非-蛋白的有机平面环状结构中心的铁原子所组成。
血红素铁的吸收(20至30％)远远高于非血红素铁的吸收，这是因为饮食因素和胃分泌对血红素铁的吸收不会产生太大的影响。
非血红素铁占存在于食物中的铁的约90％：实际上，60％动物来源的铁和植物铁中的所有铁都是非血红素铁；在谷类、干燥的豆类、水果、奶产品和蔬菜中可以发现该类物质。
非血红素铁的吸收量低于血红素铁的吸收量(2至20％)并且随着饮食的组成而变化。其吸收可以被某些饮食因素所促进或相反地被其它因素所抑制。
目前，专家提供了许多方法来治疗铁缺乏(改变饮食、向食物中加入铁或者补铁剂)。
作为一种治疗和预防铁缺乏的方法，目前在市场上可以得到的所有制品都是以铁盐(硫酸铁、葡萄糖酸铁、延胡索酸铁等等)为基础的。
但是，这种非血红素铁有许多缺点，包括：
-其吸收随着饮食的组成而变化
-消化耐受性差(铁盐的收敛性在20％的病例中造成了肠问题，其意味着不能再继续进行该治疗)
-氧化作用(其危险性是在结肠中产生自由基，已经证明了其有害性)。
本发明的目的是提供一种特别适于治疗和预防铁缺乏的食物制品，其将克服这些缺陷并表现出极佳的生物利用度。
已经发现，血红素铁是铁最易于被吸收的形式并且与矿质铁相比，其很少产生不希望出现的作用。
血红蛋白是血红素铁的一种重要来源，血红蛋白是一种易于获得的副产品并且其并不昂贵。
但是，由于饮食原因，不能想象在添加物中使用血红蛋白，这是因为其仅包含0.34％重量的铁，其余部分都是蛋白。
因此，以治疗剂量将血红蛋白进行给药将可能会造成蛋白水平失调，在其饮食已经非常富含蛋白的工业化国家中尤其如此，在一些情况中甚至太富含蛋白；在实践中，为了满足所推荐的铁的日摄取量，必需摄取6g纯血红蛋白。
鉴于这种情况，希望发现一些用于治疗铁缺乏的、基于血红素铁的制品，其得自血红蛋白，铁含量远远超过0.34％(w/w)。
已经提出了许多方法来获得该类制品。
但是，由于生物利用度问题，迄今为止，这些方法中没有任何一种方法是完全令人满意的。
为了增加血红蛋白的铁含量，一些研究小组用使用有机溶剂的方法将珠蛋白与血红素分离，所有这些方法都得到了具有高血红素铁含量的制品。但是，这些制品中血红素铁的吸收是有限的。
根据Uzel C.和Conrad M.E.(1998)公开的题目为“血红素铁的吸收”，Semin.Hematol.35，27-34中公开的内容，由其所进行的研究发现，如果独立于珠蛋白地进行给药，则在男性中血红素铁的吸收很差。发现当不被珠蛋白转运时，血红素会形成聚集体，其在与胃的酸性pH接触时发生沉淀，不能被小肠所吸收。显然，由血红蛋白的分解所获得的产物，即肽，通过与其复合从而限制其聚集而在血红素铁的吸收中起着重要的作用。
根据Schümann K.、Elsenhans B.和Murer A.(1998)在标题为“补铁”，J.Trace Elements Med.Biol.12，129-140中公开的内容，在服用血红素时加入完整的蛋白似乎可以增加生物利用度。
因此，已经进行的这些不同的研究表明血红素铁的生物利用度似乎与其是复合状态的事实有关系：孤立的血红素铁形式在胃的酸性pH下形成聚集体而变得不溶，从而不能被肠所吸收，而与蛋白(如在血红蛋白的情况中)或肽复合的血红素铁很少聚集，并且在胃的酸性pH下完全可以溶解；因此，其可以被吸收。
鉴于这种情况，专家尝试提出一些以与肽或蛋白复合的血红素为基础的制剂以使其在胃中的酸性pH下可以溶解。
因此，一些研究小组建立了将血红蛋白酶水解，然后将得自这种水解的肽水解产物进行超滤以制备铁浓度高于血红蛋白的血液肽(haemicpeptide)级分。
但是，迄今为止，一直没有提出确保可制备具有高血红素铁/肽比例的血液肽级分并且其中可将血红素与限制其聚集状态并确保其能在酸性pH下溶解的大肽复合的方法。
作为实例，Eriksson C.(1982)在标题为“富含血红素-铁的氨基酸和制备富含血红素-铁的氨基酸的方法”，以及专利文献US-4411915中，提出了一种用动物血，例如猪血或牛血或者其衍生物如血块作为获得血红素和短的肽序列的复合制剂的方法，该制剂中的铁/肽比例比血红蛋白高，可高至15倍。
这种富含铁的制剂是由将变性血红蛋白进行深度水解(advancedhydrolysis)的方法所获得的。通过离心或超滤或通过将离心和超滤进行组合来进行富集。
但是，存在于这种级分中的血红素是高度聚集的形式，这将限制其吸收。实际上，血红素是与非常小的肽复合的，其不能防止这些大的血红素聚集体在酸性pH下的沉淀。
虽然已经证实可获得比血红蛋白高的铁富集度(在某些情况下可高至15倍)，但是，这种铁不能被生物利用，这是因为其是与不能防止其在酸性pH下沉淀的较小的肽相复合的。
在另一个实例中，专利文献KR 10-2000-0053778和M.J.Chae，H.J和Oh，N.S.(2002)“通过血红蛋白的酶水解来制备富含血红素的肽的方法”，Biores.Technol.84，63-68描述了由血红蛋白来制备具有高铁含量的肽级分的另一种方法。
这种制备方法是以将蛋白酶和超滤混合进行的血红蛋白的深度水解为基础的。
由这种方法获得的富集因子可高达14。
不幸地是，这种制剂中的血红素铁是与不能防止聚集体形成从而可在酸性介质中使其仍然维持溶液形式的较小的肽相结合的。
Lebrun F.、Bazus A.、Dhulster P.和Guillochon D，(1998)在“分子相互作用对用有机膜进行的牛血红蛋白水解物的超滤的影响”，J.Membr.Sci.146，113-124中描述了一种可以由猪血或牛血或者其衍生物如血块获得血液肽的水解产物的方法，其铁含量比血红蛋白高2.5倍并且其中血红素与大肽相结合。
由这种方法所获得的制剂包含在广泛的pH范围，包括酸性pH范围中可以溶解的血红素-肽复合体；这些大肽具有与血红蛋白中的珠蛋白相同的抑制血红素聚集的能力和在酸性介质中对其进行转运的能力。
但是，所获得的铁富集度是很不够的。
最后，Seligman P.A.、Moore G.M.和Rhoda B.S.(2000)，“HIP——一种口服的血红素-铁产品的临床研究”，Nutr.Res.20，1279-1286，用人对一种以包含1％铁，即天然血红蛋白铁含量的三倍的铁的血红素铁为基础的制剂进行了试验，但是其仅有一半在酸性pH下溶解。发现这种制剂表现出的人生物利用度远远高于浓缩血红素的生物利用度。
不幸地是，上述所有方法都只能产生富含血红素铁但该血红素铁在酸性pH下不溶解的制剂或者血红素铁可以溶解但是铁含量不够高的制剂。
在这种背景下，本发明的目的是提出一种以可以被生物利用的基于血红素铁的特别适用于铁缺乏的治疗的食物制品以填补这种空缺。
因此，本发明涉及一种制备具有高血红素铁含量的血液肽级分的方法，其中大部分血红素铁与大肽相复合。
由于希望将这种制品用作饮食补充物，所以该方法应当是一种不使用溶剂的生物方法是很必要的。
正如本发明所提出的那样，这种方法的特征在于下面的连续步骤：
-将第一份动物血，例如猪血或牛血或者其衍生物如血块用进行控制的酶水解法进行处理，从而获得包含与大肽相复合的血红素铁和未与血红素铁复合的小肽群体的第一种水解产物；
-将由此获得的第一种水解产物通过超滤进行浓缩，以除去未与血红素铁复合的肽群体并获得一种富含血红素铁-肽复合体的水解物溶液，从而得到血红素铁-肽复合体，其中，血红素铁与大肽相复合从而使其在酸性pH下可以溶解；
-平行地，将第二份动物血，例如猪血或牛血或者其衍生物如血块用深度酶水解法进行处理从而获得包含与小分子肽复合的血红素铁和未与血红素铁复合的小肽的群体的第二种水解产物；
-将由此而获得的第二种水解产物进行离心以除去大部分(约60％)未与血红素结合的小肽并获得具有很高的血红素浓度的离心残余物；
-使离心残余物溶解，特别是通过加入苏打使其溶解，从而获得一种其中血红素与小肽相结合和从而在酸性pH下完全不溶的血红素的外源性溶液；
-将富含血红素铁-肽复合体的水解产物溶液与外源性血红素溶液进行混合以使得外源性血红素被固定在浓缩水解产物溶液的大肽上并释放与该外源性血红素相结合的小分子肽；
-将所得的混合物进行离心以除去没有被固定在大肽上的外源性血红素；
和
-用超滤除去在混合步骤期间所释放的小肽，从而使所得的溶液富含血红素铁-肽复合体。
因此，本发明所提出的方法是以某些能固定额外量血红素的血红素铁-肽复合体的特殊性质为基础的。
因此，这种方法包括将两份动物血，例如猪血或牛血或者其衍生物如血块平行地进行酶水解，即，一方面，控制第一份物质的水解以获得其中血红素铁与随后可以使其在酸性pH下溶解的大肽相复合的肽部分，另一方面，第二份物质的深度水解使得得到一种包含小肽的肽部分，其中一些与血红素相复合。
深度水解后，进行通过离心除去约60％未与血红素复合的小分子肽以获得一种具有高血红素铁浓度的肽部分(外源性血红素溶液)的步骤。然后，将这种血红素铁固定在得自受控制的水解的大肽上。
显然该外源性血红素是由于疏水性相互作用而被固定在该大肽上的。
应当指出的是，该外源性血红素在酸性pH下完全不溶，但是随后，由于其附着在大分子肽上而使其可以溶解。
在纯化后，这种方法使得可获得一种与血红蛋白相比具有十分高的铁含量的食物制品，其在pH1至pH3之间和pH5.5至pH12之间可以溶解，并且其中80％的铁与肽相复合从而使其可被生物利用。
对于本发明的目的而言，可以将最终具有高浓度铁的血液肽部分制备成液体形式，但优选对其进行干燥以获得适于治疗铁缺乏的粉末形式的食物制品。
该粉末可以有利地被混入到胶囊中，从而使其可以以饮食补充物的形式被吸收。
用于本发明目的的干燥方法(真空烘箱和研磨、喷雾或冷冻干燥和研磨)可以将一些性质(流动能力、分散能力等等)赋予最后所得的粉末。
已经证明在该粉末随后被引入到胶囊的情况中，用真空烘箱进行干燥，然后对其进行研磨是更为有利的。
对于本发明的目的而言，两份动物血，例如猪血或牛血或者其衍生物如血块最初的受控的酶水解和深度酶水解优选是用在酸性pH下有活性的酶进行的，特别是用猪的胃蛋白酶来进行。
应当指出的是，猪的胃蛋白酶具有许多优点。
实际上，其是一种允许在酸性pH下进行水解的消化酶，从而防止了细菌污染。此外，在所需阶段可以通过将pH再升高到8(胃蛋白酶在其下变性的pH)，特别是通过加入被稀释的苏打来容易地停止该酶反应。
根据本发明，已经发现受控的酶水解反应和深度酶水解反应最好是在小于6的pH下进行操作。
可以通过加入盐酸来将动物血，例如猪血或牛血或者其衍生物如血块的pH调节至所需的值。
作为实例，如果开始的原材料是血块，则将受控的酶水解步骤期间的水解度调节至小于或等于5％的值，而将深度酶水解步骤的水解度调节至15％或更高。
水解度相当于被切割的肽键的百分比；专家完全熟悉对该参数进行控制，特别是通过测量所释放的NH2分子来进行控制的方法。
水解度的选择是本发明方法的决定性的特性。
在实践中，已经发现低于某一尺度时，肽不再能使血红素在酸性pH下可溶或不能再固定额外量的外源性血红素。
因此，在受控的水解期间，必需确保在第一份动物血，例如猪血或牛血或者其衍生物如血块中可以获得足够高的铁富集，同时注意用于与血红素复合的肽的大小不能降低太大。
在深度水解期间，必需确保可获得一种足够纯但是与小肽相结合的血红素，该小肽可以使血红素被固定到通过受控水解所获得的部分中的大肽上，从而防止对于这种固定方法而言有害的高度聚集。
根据本发明的一个优选特性，在将富含血红素铁-肽复合体的水解产物与外源性血红素溶液进行混合的步骤中，所用溶液的量为，由外源性血红素溶液所提供的血红素的量比水解产物溶液中血红素的量多高达10倍。
对于本发明的目的而言，一般地，通过搅拌在环境温度下来完成两种溶液的混合。
然后通过用超滤进行浓缩的步骤来除去在混合步骤中所释放出来的小肽。
就本发明的另一个特性而言，超滤富集步骤使用具有约10kDa截留阈值的亲水性膜。
已经发现，使用该类膜可以确保以接近100％的血红素保留率除去未与血红素复合的肽。
对于本发明的目的而言，在各超滤富集步骤后，优选用相同的膜进行至少一次，优选进行三次渗滤(dia-filtration)步骤以增加水解产物的富集并同时继续除去肽。
试验表明，当渗滤步骤超过三次以上后，并没有获得值得一提的进一步富集。
根据本发明，还优选在用超滤对其进行富集前对该第一种水解产物进行离心以除去聚集在离心残余物中的不溶性的肽。
试验证明，这种离心并不会导致血红素的损失并且特别是增加了超滤膜被阻塞前的时间。
本发明首次提供了一种可以由动物血，例如猪血或牛血或者其衍生物如血块获得基于血红素的食物制品的方法，所说的食物制品包含：
-高含量的铁，其铁含量可以比血红蛋白制剂的铁含量高高达10倍；和
-易于被吸收形式的血红素铁。
此外，本发明还首次提出了一种可以通过高达10的因子使动物血，例如猪血或牛血或者其衍生物如血块的酶水解物富含更易于被吸收的血红素铁的方法。
本发明进一步涉及一种特别适用于治疗铁缺乏的基于血红素铁的食物制品，其特别是通过实施上述方法而获得的。
该类食物制品可以被制备成具有超过2％，优选约3％的铁/肽重量比的血液肽的液体形式或粉末形式，其中这种铁的80％以上与肽复合。
该粉末在胃中的酸性pH下是可以溶解的。
因此，本发明提供了一种表现出良好的生物利用度的粉状饮食补充物，此外，与血红蛋白相比，该饮食补充物非常富含铁。
本发明特别有利的一种特性是，当被压缩时，这种粉末的重量/体积比接近1。
本发明进一步涉及一种胶囊形式的食物制品，其具有例如约0.5ml的体积容量，并且用粉状的血液肽进行填充。
该类胶囊可有利地是胃保护型的(gastro-protected)。
这种形式使得可以保护血液肽的制剂不受胃中不受控制的胃蛋白酶水解的影响。
该类水解过程将导致小肽和氨基酸的形成，其不能使该血红素聚集体溶解于在胃中占优势的酸性pH中。
因此，本发明为消费者提供了所推荐日摄取量的铁，为此，其每天必需服用三粒包含约0.5ml的胶囊，其相当于可接受的制剂。
在本发明的方法之后，将该具有高铁含量的血液肽部分在真空烘箱中进行干燥，可以获得一种具有下表所述物理-化学特性的粉末。
铁％(w/w) 2.1
复合的铁％(w/w) 1.7
肽％(w/w) 75
铁/肽％比例(w/w) 2.8
压缩的重量/体积比 0.80
附图中示出了作为pH的函数的这种干燥的血液肽部分中的铁的溶解度曲线。
为了获得该曲线，通过将该粉末用pH为1至12的缓冲溶液进行稀释来制备0.5％-浓度的溶液(w/v)。将这些溶液进行离心并对存在于上清液中的铁的量进行测量。该曲线表明，这种肽部分中的铁易于溶解于酸性pH范围(pH1至pH3)中，从而证实了该肽携带着血红素。应当指出的是，该铁在3.5至5的pH范围内不溶。这种沉淀区域与该肽的pH相一致。在沉淀时，后者带走了其所携带的血红素。
Claims (18)
1、由动物血或者血块获得基于血红素铁的适用于治疗铁缺乏的食物制品的生物学方法，其特征在于下面的连续步骤：
-将第一份动物血用进行控制的酶水解法进行处理，从而获得包含与大肽相复合的血红素铁和未与血红素铁复合的肽群体的第一种水解产物；
-将由此获得的第一种水解产物通过超滤进行浓缩，以除去未与血红素铁复合的肽群体并获得一种富含血红素铁-肽复合体的水解物溶液，从而得到血红素铁-肽复合体；
-平行地，将第二份动物血用深度酶水解法进行处理从而获得包含与小分子肽复合的血红素铁和未与血红素铁复合的肽群体的第二种水解产物；
-将由此而获得的第二种水解产物进行离心以除去大部分未与血红素结合的小分子肽并获得具有很高的血红素浓度的离心残余物；
-使离心残余物溶解，从而获得一种其中血红素与小肽相结合的血红素的外源性溶液；
-将富含血红素铁-肽复合体的水解产物溶液与外源性血红素溶液进行混合以使得外源性血红素被固定在水解产物溶液的大肽上并释放与该外源性血红素相结合的小分子肽；
-将所得的混合物进行离心以除去没有被固定在大肽上的外源性血红素；和
-通过超滤除去在混合步骤期间所释放的小分子肽，从而使所得的溶液富含血红素铁-肽复合体。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，将最后一步获得的富含血红素铁-肽复合体的溶液进行干燥从而获得一种粉末形式的适用于治疗铁缺乏的食物制品。
3、如权利要求1和2中任意一项所述的方法，其特征在于，用在酸性pH下有活性的酶来进行两份动物血的开始的受控的酶水解和深度酶水解。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所说的酶是猪的胃蛋白酶。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所说的受控的酶水解和深度酶水解是在低于6的pH下进行的。
6、如权利要求1和2中任意一项所述的方法，其特征在于，如果开始的原材料是血块，则将受控的酶水解步骤中的水解度调节至小于或等于5％，而将深度酶水解步骤的水解度调节为至少15％。
7、如权利要求1和2中任意一项所述的方法，其特征在于，在将富含血红素铁-肽复合体的水解产物溶液与外源性血红素溶液进行混合的步骤中，所用溶液的量为，由外源性血红素溶液所提供的血红素的量比水解产物溶液中的血红素的量多高达10倍。
8、如权利要求1和2中任意一项所述的方法，其特征在于，其中的两步超滤富集步骤使用具有10kDa截留阈值的亲水性膜。
9、如权利要求1和2中任意一项所述的方法，其特征在于，在各超滤富集步骤后用相同的膜进行一次渗滤步骤以增加水解产物的富集并同时继续除去肽。
10、如权利要求1和2中任意一项所述的方法，其特征在于，在各超滤富集步骤后用相同的膜进行三次渗滤步骤以增加水解产物的富集并同时继续除去肽。
11、如权利要求1和2中任意一项所述的方法，其特征在于，在用超滤进行富集前将第一种水解产物进行离心以除去聚集在离心残余物中的不溶性肽。
12、如权利要求1和2中任意一项所述的方法，其中通过加入苏打使离心残余物溶解，从而获得一种其中血红素与小肽相结合的血红素的外源性溶液。
13、如权利要求1和2中任意一项所述的方法，其中的动物血是猪血或牛血。
14、通过实施如权利要求1至13中任意一项所述的方法而获得的基于血红素铁的适用于治疗铁缺乏的食物制品，其特征在于，其被制备成具有超过2％的铁/肽重量比的血液肽的液体形式或粉末形式，其中这种铁80％以上与肽相复合。
15、如权利要求14所述的食物制品，其具有超过3％的铁/肽重量比。
16、通过实施如权利要求1至13中任意一项所述的方法而获得的基于血红素铁的适用于治疗铁缺乏的食物制品，其特征在于，其被制备成胶囊形式，并用如权利要求14或15所述的粉状血液肽进行填充。
17、权利要求16所述的食物制品，其被制备成具有0.5ml的体积容量的胶囊。
18、如权利要求16或17所述的食物制品，其特征在于，该胶囊是胃保护型的。
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