《Food Chemistry: X》：Harnessing meat byproducts for health: bioactive peptides to modulate gut microbiota and promote sustainability
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本文系统综述了将肉类加工副产物（如血液、骨骼、胶原蛋白）通过酶解、发酵等绿色技术转化为生物活性肽（BAPs）的最新进展。文章重点探讨了这些肽的抗氧化、抗高血压（ACE抑制）、抗菌等特性，及其通过调节肠道微生物群（如促进乳酸杆菌和双歧杆菌）以改善代谢健康（如肥胖、2型糖尿病）的机制。同时，文章强调了该策略在推动循环经济、减少环境污染方面的重要意义，并指出了大规模生产、口感优化和法规合规等未来挑战。
1. 引言
全球食物浪费对可持续性、人类健康和环境构成严峻挑战。肉类生产在屠宰和加工过程中产生了大量副产物。这些富含蛋白质和脂质的副产物，可以通过酶解或绿色提取技术转化为生物活性肽。这些肽具有多种有益特性，包括抗氧化、抗高血压、抗菌和抗炎活性，因此具有作为功能性食品和营养保健品的潜力。值得注意的是，生物活性肽可以通过促进有益菌种（如乳酸杆菌和双歧杆菌）同时抑制病原微生物来调节肠道菌群。这种相互作用有助于改善肠道屏障完整性、免疫反应和代谢健康。将肉类副产物的价值化纳入循环经济框架，不仅能减少环境污染，也为可持续食品创新创造了机遇。
2. 肉类废弃物：来源与潜力
动物副产物在牲畜屠宰中约占55%，包括内脏、血液、骨骼、皮和脂肪等。这些副产物富含胶原蛋白、血红蛋白等，是生成生物活性肽的理想底物。全球肉类消费量巨大，但约有20-30%的肉类被浪费，主要发生在消费和加工环节。因此，有效利用这些副产物对资源可持续性至关重要。
3. 当前处置方法与价值化机遇
传统的屠宰场废弃物处置方法如填埋、焚烧和化制存在环境和经济缺陷。相比之下，价值化策略如厌氧消化产沼气、生产有机肥料、生物柴油、生物塑料以及用于生物医学材料，更符合循环经济原则。例如，将废弃物转化为生物活性肽，不仅减少了废物排放，还创造了高附加值产品。
4. 肽的潜力：肉类副产物中的氨基酸谱与生物活性序列
肉类副产物是氨基酸和生物活性肽的宝贵来源。胶原蛋白富含甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸，而血液衍生的蛋白质则富含组氨酸和酪氨酸等具有抗氧化活性的氨基酸。特定的肽序列，如从猪肌原纤维蛋白中鉴定出的DSGVT等，已被证明具有抗氧化和ACE抑制活性。酶解（使用Alcalase、胰蛋白酶等）和绿色技术（如超声波、亚临界水提取）是释放这些肽的关键方法，其产生的肽段在功能食品和营养保健品中具有广泛应用前景。
5. 生物活性肽的提取与生产
酶解是生产生物活性肽的主要方法，其效率受pH、温度、酶浓度和水解时间等因素影响。微生物发酵，特别是乳酸菌发酵，也能通过蛋白酶水解蛋白质产生生物活性肽。绿色技术如超声波辅助提取能通过空化效应破坏胶原蛋白氢键，提高肽的得率和生物活性。例如，超声波处理鸡皮肤水解物能显著提升其抗氧化和ACE抑制活性。
6. 肉类副产物源肽的纯化：技术与工业挑战
从复杂的蛋白质水解物中纯化出目标生物活性肽是关键步骤。膜过滤（微滤、超滤）因其高通量、条件温和且能保持生物活性而成为优选方法。离子交换色谱（IEC）则利用肽段的电荷差异进行纯化。然而，色谱法和超滤在放大生产时面临成本高、耗时及分辨率限制等挑战。
7. 肉类副产物中生物活性肽的绿色提取
亚临界水提取（SWE）是一种环保高效的提取技术。水在高温高压（100-374 °C，高于其蒸汽压）下维持液态，其介电常数降低，能像有机溶剂一样溶解中低极性化合物。SWE已成功应用于从猪血红蛋白、牛血浆和鸡皮等副产物中提取具有抗氧化和ACE抑制活性的肽，符合肉类行业的循环经济目标。
8. 生物活性肽：组成与作用机制
生物活性肽通常是分子量在0.4-2 kDa、含有2-20个氨基酸残基的短链肽。其生物活性取决于氨基酸组成、序列和疏水性。富含疏水性和芳香族氨基酸（如亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸）的肽通常具有更强的自由基清除和ACE抑制能力。这些肽通过多种机制发挥健康效益：抗氧化肽可清除活性氧（ROS）；抗菌肽能破坏微生物膜；抗高血压肽主要通过抑制血管紧张素转换酶（ACE）实现；而抗炎肽则参与调节免疫反应。此外，肽段还能作为氮源被有益肠道微生物（如乳酸杆菌）利用，促进其生长并产生短链脂肪酸（SCFAs），如乙酸、丙酸和丁酸，这些脂肪酸对维持肠道屏障完整性和抗炎至关重要。
9. 肉类源肽对肠道菌群及健康的作用机制
9.1. 肠道菌群及其在健康中的作用
人体肠道内栖息着复杂的微生物群落，主要包括厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门和变形菌门。这些微生物在消化、免疫、营养代谢等方面发挥关键作用。肠道菌群失调与肥胖、2型糖尿病、心血管疾病、神经退行性疾病等多种慢性疾病密切相关。
9.2. 肽作为肠道菌群组成的调节剂
膳食蛋白源肽可以通过提供必需氨基酸作为氮源，选择性促进有益菌（如乳酸杆菌和双歧杆菌）的生长，同时抑制病原菌（如大肠杆菌和产气荚膜梭菌）。研究表明，乳清肽、金枪鱼寡肽、核桃源肽等都能显著改变动物模型的肠道菌群结构，增加有益菌丰度，改善肠道健康。
9.3. 肽作用的生化与微生物机制
肽段调节菌群的机制包括：为益生菌提供营养；增强益生菌对肠道酸性环境的耐受性；刺激微生物的蛋白酶和氨肽酶活性；以及通过其直接的抗菌特性抑制有害菌。肽段还能增强细菌在肠道黏膜的定植能力。这些相互作用共同促进了健康的肠道微生态。
10. livestock副产物肽的健康意义与前景
肠道菌群通过调节能量代谢、免疫和神经行为过程在健康中发挥核心作用。源自肉类副产物的生物活性肽有望通过调节菌群，对代谢、免疫和神经系统健康产生积极影响。未来的研究需要侧重于临床验证和个性化营养策略的开发。
11. livestock副产物肽的功能性食品应用
11.1. 融合：肽在饮料、补充剂和强化食品中的应用
生物活性肽可以融入各种功能性食品中，如饮料、蛋白棒和即食食品，以增强其健康功效。例如，源自猪血红蛋白的抗菌肽可用于延长食品保质期，而胶原蛋白肽则用于促进关节和皮肤健康的产品。挑战在于肽的苦味和加工过程中的稳定性，可通过微胶囊化等技术解决。
12. 肽利用：关键挑战、实用解决方案与新趋势
将肉类副产物肽推向市场面临技术（如规模化生产、肽稳定性）、法规（如安全性评估、全球标准统一）和消费者接受度（如对副产物来源的顾虑、肽的异味）等多重挑战。解决方案包括利用生物信息学筛选低苦味、高活性序列；开发高效的提取和纯化工艺；以及通过教育和创新营销提升公众认知。跨学科合作对于开发经济可行、环境友好且被社会接受的肽产品至关重要。
13. 结论
利用肉类副产物生产生物活性肽是一项具有双重效益的策略：既能通过开发具有健康促进作用的功能性成分（尤其是调节肠道菌群）来提升公共健康水平，又能通过减少废弃物和资源循环利用来减轻环境压力，符合循环经济原则。尽管在技术、法规和感官特性方面仍存在挑战，但通过生物技术和绿色工艺的持续进步，这一领域有望为可持续食品系统和人类健康做出重要贡献。
