魷魚墨汁中所含有的生物大分子多聚體的代稱，是已知唯一能夠保護(hù)生物體免受輻射傷害的天然內(nèi)源生物聚合體。含有多肽片斷、酸性多糖、酪氨酸酶等多種生物活性成分。具有清除自由基和結(jié)合潛在毒性離子（如一些過渡金屬）的特性，應(yīng)用潛力巨大。
簡介
魷魚是頭足綱海洋動(dòng)物中槍十腕總目和柔魚的俗稱。據(jù)報(bào)道，全世界大洋中頭足類的總資源量為4.2-6.5億噸。隨著世界遠(yuǎn)洋海洋生物資源的日益減少，魷魚因其味道鮮美、營養(yǎng)豐富而逐漸成為人類重要的蛋白質(zhì)資源。魷魚加工的品種主要有北太平魷魚（Ommastrephes bartrami）、阿根廷魷魚（Illes argentinus）、新西蘭魷魚（Nototodaras sloani）等，魷魚的可食部分接近80%，比一般魚類高出20%左右。每100克魷魚鮮品中含蛋白質(zhì)16-18%，脂肪1-2%，同時(shí)含有豐富的維生素及礦物質(zhì)，是一種營養(yǎng)豐富的水產(chǎn)品。
黑色素(melanin)是一種不溶于水的生物大分子多聚體，它廣泛存在于動(dòng)植物體內(nèi)。黑色素一詞來源于希臘語melanos，表示黑暗的意思，由瑞士化學(xué)家Berzelius首先提出。黑色素在動(dòng)植物體內(nèi)具有防御、保護(hù)功能，在人體內(nèi)的黑色素亦參加許多生理、病理活動(dòng)。它還是已知唯一能夠保護(hù)生物體免受輻射傷害的天然內(nèi)源生物聚合體。黑色素還能夠有效的清除活性氧自由基，這些是其保護(hù)生物大分子如脫氧核糖核酸免受氧化損傷的重要原因。黑色素根據(jù)產(chǎn)生前體不同可分為三類：真黑色素以由酪氨酸氧化而成的兩種吲哚結(jié)構(gòu)的分子為前體的，即DHI(5，6-二羥基吲哚),DHICA（5，6－二羥基吲酸），其顯深黑色；棕黑色素以Cys-Dopa（半胱氨酸多巴）為前體的，其分子中含有硫，一般顯棕色或者紅色；神經(jīng)元黑色素以多巴胺（同時(shí)含有吲哚和苯丙噻結(jié)構(gòu)）為前體。
液相色譜法微觀分析法是一個(gè)在分析黑色素上比較有用的工具。用高錳酸鉀氧化真黑素可以產(chǎn)生PTCA，用碘化氫還原水解棕黑素可以產(chǎn)生AHP異構(gòu)體，這兩種物質(zhì)可以通過液相色譜測定，從而給這種方法奠定了基礎(chǔ)。BorgesCR的研究表明，黑色素和黑色素的降解產(chǎn)品之間存在著定量關(guān)系；DHI通過過氧化氫的氧化作用可以成為PDCA（得率是0.037%），而真黑素中的DHICA通過一些強(qiáng)氧化劑比如（H2O2）的氧化可以生成PTCA（得率是4.8%）,棕黑素中的2-Cys-Dopa通過酸水解可以生成3-氨基酪氨酸（得率是16%），5-Cys-Dopa通過酸水解可以產(chǎn)生4-氨基-3羥基苯丙氨酸（得率是23%）。PDCA，PTCA，2-Cys-Dopa，5-Cys-Dopa可用HPLC測量，然后反推黑色素的含量及結(jié)構(gòu)。
魷魚墨黑色素是從魷魚墨汁中提取出的生物活性成分，即多糖-蛋白復(fù)合體，其多糖部分主要由等摩爾比例的葡萄糖醛酸(Glc A)、N-乙半乳糖胺(Gal NAc)和巖藻糖(Fuc)構(gòu)成，這種黑色素能和蛋白質(zhì)的交聯(lián)起到強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的功能；提供一些機(jī)械力并保護(hù)蛋白質(zhì)不被降解；黑色素中含有的一些親核性的基團(tuán)（如-SH，-NH2），使其獲得抗生素特性；它還與許多神經(jīng)系統(tǒng)的疾病密切相關(guān)等。日本還研究出利用魷魚墨黑色素以及檸檬酸等原料，來清除體內(nèi)殘留重金屬的食品。
理化性質(zhì)
結(jié)構(gòu)
魷魚墨黑色素的形成是一個(gè)復(fù)雜的過程。它是酪氨酸在酪氨酸酶及TRP1，TRP2等一系列的酶作用下最后形成黑色素聚合物。具有以下特性：單體（DHI和DHICA）的高度聚合性、單體間通過橫向和縱向相互連接、聚合度的不均一性、聚合方式隨著外部條件改變而改變。如隨著溶液pH變化，金屬離子，糖，蛋白質(zhì)等含量的變化，黑色素的聚合方式也發(fā)生變化。Christine M R，認(rèn)為黑色素首先是由一些由5-6個(gè)單體聚合而成的平行低聚體通過π電子的堆疊和相鄰低聚體之間的羥基相互作用形成分子量較大的聚合體，該聚合體通過一系列酶的作用繼續(xù)聚合，形成了黑色素大分子聚合體。
國際上對(duì)于黑色素的研究越來越重視，但是和蛋白質(zhì)相比，對(duì)其結(jié)構(gòu)的研究仍不是非常清楚：在基本構(gòu)成單元上，蛋白質(zhì)主要由20種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸組成，而真黑色素的基本組成為DHI,DHICA；蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)主要通過肽鍵，二硫鍵，而黑色素的以及結(jié)構(gòu)的研究還不清楚，可能包括一些橫向和縱向的連接；蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)包括α-螺旋,β-折疊，和其他一級(jí)基礎(chǔ)上的特殊多級(jí)結(jié)構(gòu)，而對(duì)于黑色素，其初步合成的一些酶類雖然已經(jīng)確定，但是和黑色素聚合相關(guān)的酶類尚未確定。
從魷魚墨黑色素的紫外光譜分析可以看出，高速離心法提取的魷魚墨黑色素在310nm和410nm附件有兩個(gè)明顯的吸收峰，文獻(xiàn)將這兩個(gè)吸收峰分別歸屬于DHI的特征吸收和亞氨基與金屬離子螯合的特征吸收。而酸解后，魷魚墨黑色素的這兩個(gè)吸收峰都明顯減弱，這說明魷魚墨黑色素在酸水解過程中發(fā)生了降解。同樣，堿水解雖然能夠相對(duì)較好的保護(hù) 310nm 處的 DHI 單元，但是 410nm處的特征吸收峰的降低說明堿水解過程中也發(fā)生了脫氨基反應(yīng)。
魷魚墨黑色素的紅外光譜大體上可以作以下歸屬：3200-87500px-1為吲哚和吡咯結(jié)構(gòu)單元中的N-H(~80000px-1)和O-H(~85000px-1)的伸縮。42750px-1為COOH中的C=O伸縮振動(dòng)；1610-42250px-1為芳香環(huán)中C=C和C=N的彎曲以及C=O伸縮(非羧酸集團(tuán))；39500px-1為離子化了的COO-的C=O；而31250px-1為酚羥基和羧羥基。另外，73750px-1為烷基中的羧基的伸縮。
光吸收性質(zhì)
黑色素多聚物最顯著的特性是由于其高度的共軛效應(yīng)而產(chǎn)生的廣譜光吸收特性。他能吸收多數(shù)可見光的結(jié)果，甚至還包括一些低能量的輻射，并能將吸收的光能量轉(zhuǎn)化為熱量。最低的能量轉(zhuǎn)移發(fā)生在不成鍵軌道到反鍵軌道的躍遷中，這一情況主要發(fā)生在C=O鍵中，而黑色素中有很多這樣的結(jié)構(gòu)。黑色素還吸收紫外區(qū)域的光譜，能量從成鍵軌道到反鍵軌道的轉(zhuǎn)移，這主要發(fā)生在不飽和的碳鍵中，由于共軛中的電子離域效應(yīng)，使得這種由成鍵軌道到反鍵軌道的躍遷更加容易。Rosei等研究了合成黑色素的光譜和光電性質(zhì)，作為一種合成的多巴黑色素生物聚合體，它與光電導(dǎo)性效應(yīng)以及電荷傳導(dǎo)性都有關(guān)系。
黑色素具有保護(hù)體內(nèi)細(xì)胞免受輻射損傷的功能，即光保護(hù)作用。Sarna等研究了光照射魷魚墨黑色素產(chǎn)生活性氧族的情況，盡管黑色素在可見光和紫外光區(qū)都有吸收，但是在400nm左右處吸收光產(chǎn)生活性氧族較多。而且，隨著聚合度的增加，產(chǎn)生活性氧族的含量減少。黑色素的聚合程度可能就是細(xì)胞色素作為光保護(hù)劑和光毒素的之間轉(zhuǎn)換的一個(gè)原因。Nofsinger等進(jìn)行光譜研究發(fā)現(xiàn)，聚集度越高，吸收光譜的能級(jí)低，越穩(wěn)定，能吸收光，具有光保護(hù)性質(zhì)，而且黑色素能夠在被光激發(fā)后，又很快恢復(fù)到基態(tài)電子狀態(tài)，并且把光轉(zhuǎn)化為熱量。表明黑色素的吸收光性質(zhì)和聚合度有重要的關(guān)系。Menter等通過體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)魷魚墨黑色素對(duì)脯乳動(dòng)物的酸溶性膠原蛋白有一定的光保護(hù)作用。黑色素能夠有效的提高果蠅在輻射條件下的存活率。同時(shí)魷魚墨黑色素已經(jīng)被成功的用于保護(hù)蘇云金芽胞桿菌生物殺蟲脒劑，使得其免受陽光紫外線的損害，延長其殺蟲時(shí)效。
氧化還原性
黑色素有顯著的氧化還原性，這主要是由于在正醌和多聚物兒茶酚部分之間的電子離域，使其產(chǎn)生很多半醌自由基。黑色素可以參與一些單價(jià)或雙價(jià)的氧化還原反應(yīng)，并且光吸收的結(jié)果使這種色素產(chǎn)生光氧化，使其所含羰[tāng]基數(shù)增加，從而改變黑色素的吸收特性，即所謂即刻色素變黑反應(yīng)(IPD)。這種光氧化過程產(chǎn)生超氧自由基。
金屬離子的影響
魷魚墨黑色素具有很強(qiáng)的陽離子螯合特性，它主要通過如羧基和去質(zhì)子化羥基等陰離子起作用。黑色素與金屬離子的結(jié)合能夠起著保護(hù)細(xì)胞的功能。然而，在高濃度的金屬離子下，色素的完整性將會(huì)受到影響，這將導(dǎo)致它會(huì)釋放出一些可以引起對(duì)細(xì)胞急性傷害的重金屬離子。比如帕金森病患者病人的大腦神經(jīng)元黑色素中三價(jià)鐵離子的含量就比正常人的高，導(dǎo)致Fe(III)代謝不正常。
通過對(duì)魷魚墨黑色素溶液研究發(fā)現(xiàn)，其溶液中主要存在對(duì)苯二酚和苯醌兩種基團(tuán)。其中：對(duì)苯二酚的等電點(diǎn)在9-13之間，苯醌（QI）是6.3。在不同的pH條件下，兩種基團(tuán)在吸收金屬離子過程中分別起著主導(dǎo)作用。Barbara Bilin′ska等人采用IR分析了Cu2+在不同的pH條件與人頭發(fā)黑色素的絡(luò)合波譜圖，發(fā)現(xiàn)Cu2+是通過羧基和羥基與不同的黑色素大分子絡(luò)合。Bruno Szpoganicz等人分析了Cu2+和Zn2+與膠狀黑色素的絡(luò)合位點(diǎn)，并通過電位滴定法分析了這種絡(luò)合位點(diǎn)的數(shù)量。Jonas Stainsack等人用EPR和FTIR研究了VO2+, Cu2+與合成黑色素的結(jié)合，并認(rèn)為這兩種金屬分別與黑色素上的酚羥基，羧基和亞胺基結(jié)合。在魷魚墨中加入一些金屬離子后用SEM（掃描電鏡）和AFM來研究它的結(jié)構(gòu)形態(tài)。在和Na(I), Ca(II)，Mg(II)或則Fe(III)等結(jié)合，并在云母上干燥后，這些含大量DHICA的黑色素顯示了明顯的二維聚合結(jié)構(gòu)。
Liu Y等還對(duì)對(duì)烏賊墨與金屬離子的結(jié)合進(jìn)行了一系列的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Fe3+和 Mg2+/Ca2+結(jié)合在不同的位點(diǎn)；同時(shí)采對(duì)金屬離子含量對(duì)黑色素顆粒的形態(tài)的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)含不同濃度Fe3+的黑色素形態(tài)差異并不大。因此可以認(rèn)為有機(jī)基團(tuán)和金屬離子間的離子力對(duì)已經(jīng)聚合的天然黑色素分子的表面形態(tài)并沒有影響。而對(duì)超聲波降解后的烏賊墨黑色素（分子量<10kDa）與金屬離子（Na+, Ca2+，Mg2+和Fe3+）螯合后，用sem（掃描電鏡）和AFM來研究它的結(jié)構(gòu)形態(tài)，發(fā)現(xiàn)黑色素顯示了明顯的二維聚合結(jié)構(gòu)，與未與金屬離子螯合的黑色素結(jié)構(gòu)形態(tài)差異明顯，這表明金屬離子中幫助建立黑色素三維結(jié)構(gòu)的過程中起了重要的作用。
純化和制備
不同的分離純化方法對(duì)保持黑色素的生物活性性質(zhì)有著較大的影響。黑色素的分離純化主要有四種方法，有水洗法，酶解法，酸水解法以及堿水解法。水洗法指用雙蒸法重復(fù)洗滌以去除蛋白質(zhì)以及多糖等水溶性雜質(zhì)，只適合少數(shù)含雜質(zhì)較少的黑色素樣品制備，主要是用于魷魚墨等烏賊屬墨囊黑色素的分離。能夠較好的保持黑色素原有的性質(zhì)，而不影響其相關(guān)的一些活性。酸解法、堿解法（化學(xué)法）是指采用強(qiáng)酸強(qiáng)堿去除用品中的蛋白等雜質(zhì)來提取黑色素。但是進(jìn)來的研究表明強(qiáng)酸處理能夠?qū)е抡?a href="/hebeideji/7669097329692935572.html">黑色素脫去羧基，而且容易使蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成色素類似物，而其堿處理則會(huì)使黑色素和一些相關(guān)蛋白的化學(xué)成分發(fā)生變化。Liu Y等人對(duì)人的頭發(fā)進(jìn)行了酶解，酸解和堿解，發(fā)現(xiàn)堿解和酸解后的黑色素蛋白含量高，而且除去了大部分的金屬離子，并提出酸解，堿解后的樣品并不是原先的黑色素體，它對(duì)研究黑色素的光物性和化學(xué)性質(zhì)來說不是一個(gè)可行的提取方法。
酶解法主要通過酶的作用水解作用去除蛋白質(zhì)，脂質(zhì)等雜質(zhì)，這種方法條件相對(duì)溫和，能夠保持完整的黑素顆粒形態(tài)，是一種比較理想的提取純化黑色素的方法。早期的酶解由于難以找到合適的酶類，主要是酶解和酸堿處理相結(jié)合的方法。1956年，eck et等人采用尿素、木瓜蛋白酶、焦亞硫酸鈉從人的頭發(fā)中提取黑色素。Bratosin采用了兩步堿水解后，再用酶解的方法從老鼠的黑頭發(fā)里分離了黑色素。1981年Arnaud和Bore用蛋白酶PSF2019處理后，再用三步酸水解從頭發(fā)中分離了黑色素。2000年，Prota和他的同伴用先后用蛋白酶k,木瓜蛋白酶和蛋白酶XIV以及曲拉通X-100分別處理24h,從人的頭發(fā)和眼球中分離了蛋白質(zhì)。這是酶法水解提取黑色素的一大突破，被認(rèn)為是酶法提取黑色素的一個(gè)比較成功的應(yīng)用方法。JohnD.Simon等用膠原蛋白酶處理16h,胰液素處理2h，從牛的眼睛里提取了黑色素，優(yōu)化了Prota等人的方法。其他影響黑色素的制備的因素還有金屬離子以及干燥方法等。
不同的干燥方法會(huì)影響到黑色素的多孔性和單位質(zhì)量表面積，從而可以影響到黑色素的聚集方式，制備黑色素的干燥方式主要有真空冷凍干燥，減壓干燥，噴霧干燥，CO2超臨界干燥同的方法，而用的比較多的方法主要是真空冷凍干燥。
一種魷魚墨黑色素的制備方法，其特征在于取魷魚墨汁，加入蒸餾水攪拌、洗滌，用粗濾布除去雜物后，用堿液調(diào)pH至5．0－10．0；在攪拌下，加酶水解12－24h，酶解溫度為35－70℃，90－100℃加熱終止反應(yīng)；用酸液調(diào)pH至1．0－5．0，3000－5000×g室溫下離心收集沉淀；所得沉淀物經(jīng)蒸餾水反復(fù)洗滌、離心，至洗滌水為中性，FD食品。制得的產(chǎn)品純度為30%－99%，提取率為6%－19．9%。
生理功能
抗病毒活性
臺(tái)灣科學(xué)家對(duì)烏賊屬的黑色素的抗菌和抗氧化能力進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)這些黑色素都有一定的抗菌能力，而且，還有一定的抗氧化和光保護(hù)能力。黑色素在HIV的預(yù)防上面還有重要的作用，可溶性的黑色素可以防止微生物穿過皮膚及粘膜層，并且能夠抑制此種病毒，從而可以減少感染的范圍。Rajaganapathi等人在2000年發(fā)現(xiàn)從魷魚幼體的墨的水溶液能夠抑制鼠科白血病病毒的逆轉(zhuǎn)錄。Fonsecaea pedrosoi（一類真菌病原體）產(chǎn)生的黑色素能夠?qū)е氯梭w產(chǎn)生抗真菌抗體并且能夠增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的抗菌能力，其他真菌黑色素也能起著抗原的作用。
自由基清除劑
衰老的自由基理論認(rèn)為，衰老和衰老相關(guān)聯(lián)的退化性疾病基本上可以歸因于自由基對(duì)細(xì)胞成分和連接組織的有害進(jìn)攻，其中起作用的主要是質(zhì)子化超氧陰離子和羥基自由基。超氧陰離子是氧毒性的主要因素，是生物體內(nèi)第一個(gè)生成的氧自由基，其他氧自由基都是從超氧陰離子衍生出來的。雖然它氧化作用不是最強(qiáng)，但它存在壽命長，擴(kuò)散的距離長。而羥基自由基的是氧化性最強(qiáng)的氧化劑，可以與所有生物大分子反應(yīng)。
魷魚墨黑色素是一種良好的自由基清除劑，是所知的唯一保護(hù)生物體免受輻射傷害的天然內(nèi)源生物聚合體。它能夠有效清除羥基自由基，氧自由基等自由基。人大腦神經(jīng)元中的黑色素是一個(gè)三價(jià)鐵離子儲(chǔ)存庫。帕金森病患者病人的大腦中，伴隨著三價(jià)鐵離子水平的升高以及神經(jīng)元黑色素的缺失，往往會(huì)造成神經(jīng)細(xì)胞的死亡。在正常的人腦細(xì)胞中，神經(jīng)元黑色素與鐵離子的螯合量少于最大螯合量的一半，剩余未與鐵離子螯合的神經(jīng)黑色素起到人腦細(xì)胞抵抗鐵離子的毒害的作用。然而，不正常的鐵離子的新陳代謝可以導(dǎo)致神經(jīng)元黑色素吸收過多的鐵離子。在黑人黑質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞中，神經(jīng)元黑質(zhì)中飽和的鐵將導(dǎo)致產(chǎn)生一種游離鐵，它能夠催化非酶氧化反應(yīng)，特別是一種高效的氧化反應(yīng)，如過氧化氫氧化成羥基自由基（·OH）。魷魚墨黑色素與鐵螯合以后，其抗氧化活性明顯下降，這可能是黑色素與三價(jià)鐵螯合時(shí)發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，發(fā)生對(duì)二苯酚/苯醌結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換而失去電子，從而降低了其清除自由基的活性。
除此之外，Rita de Cássia從黑曲霉中提取黑色素并研究了其抗氧化活性。發(fā)現(xiàn)它能有效的清除 次氯酸 和 H2O2氧化產(chǎn)生的自由基。RM.I.Blinovaa 等研究了黑酵母黑色素對(duì)人角化細(xì)胞和纖維原細(xì)胞的生長的影響，發(fā)現(xiàn)黑色素能夠抑制角化細(xì)胞的生長。我國科學(xué)家也對(duì)黑色素的自由基清除活性進(jìn)行了研究，李曉燕等的研究發(fā)現(xiàn)，工程菌產(chǎn)生黑色素在低劑量時(shí)的抗氧化能力強(qiáng)于其它幾種常用的抗氧化劑。黑色素還能夠與一些抗生素類藥物，減少此類藥物對(duì)人體的損傷作用。Rainer Knorle等研究了黑色素與藥物的結(jié)合的親和動(dòng)力學(xué)，并且發(fā)現(xiàn)黑色素能夠有效減緩此類藥物帶來的對(duì)小鼠的損傷。
參考資料 >