【背景及概述】[1][2][3][4]
鐵分是組成紅細(xì)胞的主要成分，在人體內(nèi)起著輸送氧氣的作用，是人體必需營(yíng)養(yǎng)元素之一，而鐵缺乏又是全球特別是發(fā)展中國(guó)家最主要的營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題之一，機(jī)體缺鐵能引起營(yíng)養(yǎng)性小紅細(xì)胞性貧血（缺鐵性貧血），并影響機(jī)體的免疫力；對(duì)兒童還能影響其智力發(fā)育，引起行為改變，如注意力分散、易煩躁、表情淡漠等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)營(yíng)養(yǎng)性貧血患者中有95.65%為缺鐵性貧血，7歲以下小兒缺鐵性貧血患病率約20%～70%。雖然鐵在食品中廣泛存在，但由于它在食品中存在的形態(tài)下利于機(jī)體對(duì)它的吸收利用，所以人們易患缺鐵癥，特別是輕度鐵缺乏較見，多見于兒童、妊娠婦女、哺乳婦女和慢性病患者。因此，在食品中強(qiáng)化鐵來(lái)防治鐵缺乏很有必要。傳統(tǒng)的補(bǔ)鐵劑如硫酸亞鐵、葡萄糖酸亞鐵、富馬酸亞鐵等都是無(wú)機(jī)鐵或植物鐵，雖然補(bǔ)鐵效果較好，但由于它們?cè)隗w內(nèi)的利用率低（吸收率一般為5%～8%）、副作用大（容易出現(xiàn)惡心、胃脹、消化器官障礙、腹瀉、便秘等癥狀），而且有特殊的金屬鐵銹味，難以長(zhǎng)期食用。
血紅素鐵是高等動(dòng)物的血液、肌肉中的紅色素，由卟啉和一分子鐵構(gòu)成，是一種生物態(tài)鐵，可能直接被腸粘膜細(xì)胞吸收，不會(huì)產(chǎn)生任何消化道刺激癥狀，生物利用率高（吸收率達(dá)15%～25%），由于血紅素鐵在腸道中的吸收率遠(yuǎn)較非血紅素鐵高，所以近年來(lái)，血紅素鐵在食品、醫(yī)藥方面的應(yīng)用研究進(jìn)展較快，在日本、美國(guó)等國(guó)家早已廣泛地用作食品營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑。
【結(jié)構(gòu)】[1]
血紅素鐵是由原卟啉（protoporphyrin）與1個(gè)二價(jià)鐵原子構(gòu)成的稱為卟啉鐵的化合物。由4個(gè)吡咯環(huán)通過(guò)四甲叉橋構(gòu)成的多雜環(huán)化合物稱為卟吩，卟吩的衍生物稱為卟啉，所以血紅素鐵又稱為原卟啉鐵(Ferric protoporphyrin)?；瘜W(xué)名：1,3,5,8-四甲基- 2, 4-二乙烯基卟吩- 6, 7-二丙酸鐵，分子式：C34H30FeN4O4，相對(duì)分子質(zhì)量為614.48，結(jié)構(gòu)式如下:
【理化性質(zhì)】[1] [2]
血液蛋白質(zhì)中最主要的組分是血紅蛋白，約占蛋白質(zhì)總量的2/3，其相對(duì)分子質(zhì)量為68 000，由4條多肽鏈構(gòu)成球狀結(jié)構(gòu)稱A-鏈和B-鏈，每條多肽鏈在其非極性氨基酸殘基富集的疏水區(qū)內(nèi)含有1個(gè)血紅素,血紅蛋白中血紅素和多肽鏈之間以非共價(jià)鍵結(jié)合，血紅素由卟啉環(huán)和二價(jià)鐵構(gòu)成。因此，當(dāng)血紅素鐵與珠蛋白分離后即自動(dòng)氧化成三價(jià)鐵，所以純亞鐵血紅素極難分離得到，一般都是羥高鐵血紅素或氯高鐵血紅素。血紅素鐵能溶于氫氧化鈉溶液、熱醇或氨，微溶于熱吡啶，不溶于水、稀酸、醚、氯仿等，在200℃分解而無(wú)熔點(diǎn)。血紅素鐵為紅紫色長(zhǎng)片狀晶體，其顏色隨所用純化溶劑不同差別很大，可能是黑綠色固體粉末或棕色粉末。血紅素鐵在干燥的固體狀態(tài)下較穩(wěn)定，但在光照或有氧化劑存在下則極不穩(wěn)定，很快被氧化。
【提取】[1][5]
1. 酸性丙酮提取法：使用酸性丙酮分離提取血紅素鐵的方法。
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(jié)合而成的。在pH> 3時(shí)，亞鐵血紅素與珠蛋白結(jié)合最疏松。根據(jù)此化學(xué)性質(zhì)，提取時(shí)先從血液中分離出血液,然后加水將血球液溶解，調(diào)節(jié)pH至3.0左右，加入適量丙酮，可使蛋白質(zhì)凝固，亞鐵血紅素則溶于丙酮液中。再加入醋酸鈉，鞣酸，稀堿或直接蒸餾，即可使血紅素鐵沉淀析出。
工藝：紅細(xì)胞加適量水，進(jìn)行機(jī)械攪拌細(xì)胞破碎30 min后，加入紅細(xì)胞5倍體積的3%的酸性丙酮溶液，用1 mol/L的鹽酸調(diào)溶液的pH至2～3，抽提10 min，離心收集上清液，加入1 mol/L的氫氧化鈉，待進(jìn)一步提取，提取方法有以下4種：
1）醋酸鈉法：加濾液量1%的醋酸鈉攪拌均勻，靜止，抽濾，取沉淀，用蒸餾水，無(wú)水乙醇，乙醚依次沖洗2次，除去雜質(zhì)，干燥，回收丙酮；
2）蒸餾法：水浴回收丙酮，濾液濃縮后即產(chǎn)生沉淀，抽濾，干燥得到血紅素鐵成品；
3）稀堿抽提法：將酸性丙酮和血球混合液抽濾，濾液用酸性丙酮洗至淺灰色，合并濾液，用1mol/LNaOH溶液調(diào)pH至中性，析出沉淀，離心，取沉淀，用0.1 mol/L NaOH溶液溶解后離心，,取上清液，用1 mol/LHCl調(diào)pH至酸性，析出大量沉淀，離心，水洗沉淀3次至中性，干燥，得到血紅素鐵；
4）鞣酸鹽析法：向提取液中加入5%的鞣酸，攪勻靜置過(guò)夜，氯化血紅素呈針狀晶體析出，,離心收集沉淀，用蒸餾水洗滌3次，干燥后獲得氯化血紅素。
2. 冰醋酸提取法：最早在實(shí)驗(yàn)室用冰醋酸、氯化鈉和血共熱得到血紅素鐵結(jié)晶,此后Nippe氏在原有反應(yīng)的基礎(chǔ)上，在冰醋酸中加入少量NaCl、KCl、KBr、KI和血共熱得到血紅素鐵結(jié)晶，用此法制備少量血紅素鐵結(jié)晶速度更快，該法目前在工業(yè)上和實(shí)驗(yàn)室大量制備血紅素鐵時(shí)仍被使用。
3. 羧甲基纖維素(CMC)提取法：1983年芬蘭科學(xué)家介紹了用CMC提取血紅素的方法。CMC是一種無(wú)毒無(wú)害的高分子陽(yáng)離子型纖維素醚，可吸附血紅素，與血紅蛋白分離，提出的血紅素鐵不需洗脫，性質(zhì)穩(wěn)定，可以久存。CMC-血紅素鐵可為我國(guó)小兒鐵強(qiáng)化食品提供很有發(fā)展前途的新型理想鐵源。
4. 酸堿純化提取法：以粗品血紅素鐵為原料，經(jīng)稀堿、稀酸處理，通過(guò)正交試驗(yàn)分析，確定了純化條件，其產(chǎn)品純度大于96%，回收率大于80%。原理：利用血紅素鐵易溶于弱堿性溶液，珠蛋白則不溶于其中的特性，將血紅素鐵與珠蛋白分開，再利用血紅素鐵不溶于水和醋酸的特性，將堿性溶液酸化，血紅素鐵重新析出，再將析出的血紅素鐵過(guò)濾、干燥、獲得純品。
5. 酶提取法：蛋白酶水解法不僅將蛋白質(zhì)與血紅素鐵分開，還可以提高血紅蛋白的消化吸收利用率，以利于分別利用，是一種較好的利用途徑。且酶提取法沒有用到有機(jī)溶劑，被認(rèn)為是一種最環(huán)保的提取血紅素鐵的方法。原理：血紅蛋白是相對(duì)分子質(zhì)量約65 000的球狀蛋白質(zhì)，鐵含量約為0.3%，血紅蛋白經(jīng)蛋白酶處理，除去不需要的肽鏈，保留維持血紅素鐵穩(wěn)定的肽鏈，分離后得到血紅素鐵的復(fù)合體。工藝：以動(dòng)物血液作原料,在新鮮血液中添加抗凝劑，然后離心分離得到紅細(xì)胞，將紅細(xì)胞用大約3倍量水稀釋，調(diào)pH至8.5，用酶進(jìn)行水解，得到的上清液為珠蛋白，固體殘?jiān)鼮檠t素鐵。
【功能】[1][4]
1.抗貧血作用
血紅素鐵有良好的促進(jìn)骨髓造血和治療動(dòng)物溶血性和失血性貧血的作用，是人類迄今所知的最為理想的抗貧血藥物。利用血紅素鐵強(qiáng)化餅干對(duì)貧血女大學(xué)生進(jìn)行鐵營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化研究，發(fā)現(xiàn)適量增加貧血女大學(xué)生的血紅素鐵攝入量（6.0mg/d）可明顯地改善機(jī)體的鐵營(yíng)養(yǎng)狀況，有效地防治鐵鐵性貧血。試驗(yàn)組補(bǔ)鐵后血液紅細(xì)胞數(shù)上升，表明機(jī)體造血功能正在恢復(fù)。從試驗(yàn)組貧血恢復(fù)程度來(lái)看，其Hb水平1個(gè)月即明顯提高，試驗(yàn)至2個(gè)月時(shí)Hb水平進(jìn)一步增至11.56g/dL，同時(shí)PCV也顯著增加。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)對(duì)照組Hb雖略有上升，但明顯低于試驗(yàn)組。試驗(yàn)結(jié)果表明了人對(duì)血紅素鐵的良好生物利用效率，這與試驗(yàn)相互印證。用大鼠血紅蛋白恢復(fù)試驗(yàn)研究血紅素鐵的抗貧血作用及生物利用效率，結(jié)果表明血紅素鐵具有良好的抗貧血作用。血紅素鐵的吸收率較高，明顯優(yōu)于FeSO4等無(wú)機(jī)鐵，動(dòng)物蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物能促進(jìn)它的吸收。
2. 生物功能
血紅素鐵保持鐵的多種生理功能：1）在體內(nèi)參與氧的運(yùn)送、交換和組織呼吸過(guò)程；2）與紅細(xì)胞形成和成熟有關(guān),在骨髓造血組織中進(jìn)行幼紅細(xì)胞內(nèi)，與卟啉結(jié)合形成正鐵血紅素，后者再與珠蛋白合成血紅蛋白；3）鐵作為含鐵酶類的成分，起著重要作用，如鐵為過(guò)氧化氫酶的組成成分，對(duì)清除體內(nèi)的過(guò)氧化氫，增進(jìn)健康起著重要作用；4）鐵還參與體內(nèi)其它重要功能，如催化促進(jìn)β-胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為維生素A、促進(jìn)體內(nèi)抗體的產(chǎn)生、藥物在肝中的解毒及脂類在血液中的轉(zhuǎn)運(yùn)等。
【應(yīng)用】[1][2]
1. 生化試劑方面
血紅素鐵是分析化學(xué)和生化研究的重要試劑,分析化學(xué)上用來(lái)鑒定銅。
2. 醫(yī)藥保健方面
血紅素鐵是制備抗癌特效藥—血卟啉衍生物的主要原料，與EDTA（乙二胺四乙酸）配合還可用于治療鉛中毒，血紅素鐵也是制備肝臟機(jī)能改善劑原卟啉二鈉鹽和激光血卟啉診治癌癥藥物的原料。在制藥行業(yè)中，血紅素鐵是制備膽紅素的前體，而膽紅素是配制人工牛黃的重要原料，由于天然牛黃的來(lái)源有限，血紅素鐵作為人工牛黃的間接來(lái)源有較大的市場(chǎng)需求。血紅素鐵在臨床上作為補(bǔ)鐵劑，可治療由缺鐵引起的貧血癥。目前臨床上用的非血紅素補(bǔ)鐵劑，主要從植物中提取，以氫氧化鐵絡(luò)合物形式存在。這種鐵絡(luò)合物在人體中吸收率低，并含有對(duì)人體有害的成分。而血紅素補(bǔ)鐵劑在腸腔內(nèi)可被腸黏膜細(xì)胞直接吸收，吸收率為25%～30%，且對(duì)腸道、胃壁不會(huì)造成損傷，并有較高的熱安全性，吸收率是無(wú)機(jī)鐵的3倍，且療效顯著,副作用少，具有生物利用度高、無(wú)體內(nèi)鐵蓄積中毒及胃腸刺激等不良反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，血紅素補(bǔ)鐵劑將取代目前常用的補(bǔ)鐵劑，成為深受歡迎的一代產(chǎn)品。
3. 食品行業(yè)方面
血紅素鐵可代替肉制品中的發(fā)色劑亞硝酸鹽及人工合成色素。日本市場(chǎng)上最常見的血紅素鐵強(qiáng)化食品有低熱量糖果和低熱量餅干兩種。前者每粒糖果中含0.7mg鐵分，后者每塊餅干中含0.5mg鐵分。有經(jīng)的婦女每天食用2～3粒，就可滿足所缺的鐵質(zhì)。在100g面條中添加100～200mg血紅素鐵，以及在100g漢堡包中添加400mg血紅素鐵,均會(huì)不影響產(chǎn)品的口味。此外，血紅素鐵還可用在方便湯料、果凍、海帶制品、奶制品及飲料中。除了作營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑外，,血紅素鐵還可加入火腿、灌腸等食品中作發(fā)色劑。血紅素可使肉制品產(chǎn)生種誘人的鮮艷紅色，增加肉制品的外觀美感，因此在食品行業(yè),血紅素可代替發(fā)色劑亞硝酸鹽及人工合成色素。
【主要參考資料】
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[5] 衛(wèi)樂紅, 時(shí)亞文, 陳石良, 等. 血紅素鐵的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 食品與藥品, 2013, 15(5): 357-360.