《Food Chemistry》：Comprehensive assessment of hydrolyzed pig hoof keratin (HPHK) as a potential food ingredient: Stability, techno-functional properties,
in vitro, and
in silico bioactivities
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猪蹄角蛋白水解物（HPHK）的结构、功能与生物活性研究。通过水解降低分子量至3.1 kDa，改善溶解性和生物利用度，显示抗氧化（IC50≈1 mg/mL）和ACE抑制（IC50≈8 mg/mL）活性，但热稳定性差。
王瑞灿|张颖|崔浩鑫|傅文辉|谭东飞|刘启静|纪雪萌|朱丽叶|王硕
天津南开大学医学院食品科学与健康重点实验室，中国天津300071
摘要
富含角蛋白的猪蹄废弃物由于溶解性差和生物利用度有限而未能得到充分利用。本研究旨在评估通过商业蛋白酶水解天然角蛋白（PHK）所得到的水解猪蹄角蛋白（HPHK）的结构、功能和生物活性特性。比较了PHK和HPHK的氨基酸组成、分子量（SDS-PAGE、SEC）、热稳定性（TGA）和结构（FTIR），并进一步评估了其功能性和生物活性。水解作用降低了β-折叠片含量和分子量（约3.1 kDa），提高了溶解性和消化率。HPHK表现出优异的持油能力（>4 g/g）和发泡能力（>200%），但乳化性能较差。体外和计算机模拟分析证实了其具有抗氧化（IC50约1 mg/mL）和ACE抑制（IC50约8 mg/mL）活性。酸、热处理和模拟消化过程降低了其生物活性。这些发现突显了HPHK作为功能性及生物活性成分的潜力，并强调了优化水解条件以实现所需功能性和生物活性的必要性。
引言
角蛋白是一种坚韧的纤维蛋白，存在于毛发、羊毛、羽毛、蹄子和角中，是含量最丰富的动物蛋白资源之一，但目前仍未得到充分利用（Chen等人，2022年）。尽管角蛋白具有生产成本低和毒性低的优点，但其高度交联且富含半胱氨酸的结构使其不溶于水，对抗蛋白酶的抵抗力强，生物利用度低（Giteru等人，2023年）。这些固有的限制降低了其营养价值，限制了其在食品系统中的功能性应用，导致富含角蛋白的副产品仅用于低价值用途，如动物饲料或肥料（Banasaz和Ferraro，2024年）。然而，最近的技术进步表明，可以将羊毛和羽毛等角蛋白废弃物转化为替代蛋白质来源（Giteru等人，2023年）。基于这些进展，通过酶促水解可以将角蛋白这种“不可食用”的生物聚合物转化为功能性食品成分。与化学或微生物降解方法相比，食品级蛋白酶在温和条件下可选择性地切割肽键和二硫键，生成分散性更好且具有抗氧化、抗菌和ACE抑制等潜在生物活性的水解角蛋白肽（Alahyaribeik等人，2021年；Kshetri等人，2022年；Olariu等人，2022年）。这些发现表明角蛋白水解物可作为功能性食品或营养保健品的可持续蛋白质来源。
在各种角蛋白废弃物中，猪蹄是全球猪肉产业中一个重要且特定的资源，因此亟需对其进行开发利用。猪蹄富含蛋白质（主要是角蛋白），占其干重的80%以上（Sule等人，2020年）。虽然来自羽毛和羊毛的角蛋白已得到广泛研究，但关于猪蹄角蛋白（PHK）及其水解产物HPHK在人类营养方面的系统研究仍较为缺乏。鉴于猪蹄的年产量巨大，这一知识空白既是一个废物管理挑战，也是一个实现高价值利用的机会（Al-Zohairi等人，2023年）。
近年来，通过使用食品级蛋白酶的专有酶促水解工艺，已开发出多种动物来源的水解角蛋白商业产品。这些产品具有不同的分子量和理化性质，主要应用于化妆品和动物营养等非食品领域（Perinelli等人，2025年）。虽然在中国可以买到使用食品级酶处理的商业HPHK产品，但其结构和功能特性尚未在食品相关应用中进行系统研究。尽管具体的水解参数未公开，但对这类材料进行表征可以为优化角蛋白水解条件和评估食品相容性提供客观数据。
因此，本研究旨在对一种商业HPHK材料（平均分子量3.1 kDa）及其天然前体PHK的分子、理化和技术功能特性进行评估。具体而言，我们比较了它们的氨基酸组成、二级结构、热稳定性和体外消化率；评估了HPHK的溶解性、表面疏水性、乳化性、发泡能力和持油能力；并在不同环境条件下测定了其抗氧化活性。此外，还鉴定出了具有生物活性的肽序列，并通过体外和计算机模拟方法分析了其ACE抑制潜力。
通过提供首个关于商业猪蹄角蛋白水解物食品相关功能和生物活性的综合数据集，本研究为改进工业角蛋白水解工艺奠定了科学基础，并支持了猪肉副产品的可持续利用。
材料
商业化的猪蹄角蛋白（CAS：68238-35-7）和HPHK（CAS：169799-44-4）粉末产品由河南罗河汇生药业有限公司提供。据制造商称，HPHK是通过食品级蛋白酶对PHK进行水解得到的，但具体使用的酶和水解条件属于商业机密未公开。制造商的分析证书见补充材料S1，其中近似的成分结果已在实验室得到验证。
HPHK与PHK的理化性质比较
尽管已有商业化的PHK和HPHK产品，但关于猪角蛋白材料的结构和功能特性的信息仍然有限（Li等人，2019年）。本研究同时分析了商业化的PHK和HPHK样品，以比较它们的物理和化学性质。虽然提取和水解过程属于商业机密，但其近似成分在补充材料S1和表1中提供。在干基条件下，HPHK表现出...
结论
本研究系统地评估了商业水解猪蹄角蛋白（HPHK）与其天然前体（PHK）的特性，以探讨其作为多功能食品蛋白的适用性。虽然具体的水解条件未公开，但商业化的HPHK的DH为23.2%，表现出显著的分子量和β-折叠片含量降低，从而提高了溶解性、发泡能力和持油能力，但热稳定性和乳化性能有所下降。
作者贡献声明
王瑞灿：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法学设计，资金获取，数据分析，概念构思。张颖：数据收集与分析。崔浩鑫：数据收集与分析。傅文辉：数据收集与分析。谭东飞：数据收集与分析。刘启静：数据收集。纪雪萌：资金获取。朱丽叶：数据收集。利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢中国国家重点研发计划（项目编号：2023YFF1103900）和南开大学基本科研业务费（项目编号：63241462）的资助。同时感谢河南双汇投资发展有限公司提供的角蛋白原料。
