β-羟基-β-甲基丁酸在食品工业中的应用

谭蒙，张勋力，张迎庆*

1. 湖北工业大学生物工程与食品学院（武汉 430068）；2. 北京纳百恩食品有限公司（北京 102200）

骨骼肌质量的维持取决于蛋白质周转的动态平衡，在所有支链氨基酸中，亮氨酸具有最显著的合成特征，可作为启动蛋白质合成的触发元素，其代谢中间产物β-羟基-β-甲基丁酸（β-hydroxy-β-methylbutyric acid，HMB）同样具有显著的蛋白质调节作用[1]。另外，Baxter等[2]证明补充HMB-Ca安全有效，无明显毒副作用。目前，国内对于HMB在食品工业中的开发利用已有较为详细的报道。研究表明：在食品或日常膳食中补充HMB能提高机体肌肉质量与力量，降低肌肉损伤[3]；而用于医用营养品和特殊膳食中，能改善肌肉消耗及促进伤口愈合[4]。就HMB的作用机制和代谢过程进行了简要概述，并着重阐述了HMB的制备方法、用途及其在食品工业中的最新应用。

1 HMB的简介

1.1 作用机制

HMB的蛋白质调控作用机制非常复杂，但目前可将其归纳为以下几种：①HMB通过PI-3K-AKT信号转导通路激活mTOR（氨基酸、胰岛素、生长因子等的感受器）来促进蛋白质的合成；②HMB通过抑制TNF-α的活性来减轻炎症反应或阻碍细胞凋亡，从而降低蛋白质的流失率；③HMB通过增加卫星细胞的活性来促进肌肉再生；④HMB通过泛素-蛋白酶体通路促进蛋白质的生成及抑制半胱天冬酶的活性，减少蛋白质的分解。总而言之，HMB发挥作用是通过促进蛋白的合成及抑制蛋白的降解，以此来调节蛋白质的周转和维护细胞膜的完整性[5]。

1.2 代谢过程

HMB的产生首先是在肝外通过可逆的转氨作用将亮氨酸转化成α-酮异己酸（α-KIC），接着被α-KIC转运至肝内，进入两种代谢途径，其中一部分通过胞液中的KIC双加氧酶合成HMB，再经过催化、酯化，最终生成胆固醇，用于修复肌体组织，维持细胞膜的完整性；另外一部分α-KIC通过肝脏中的支链酮酸脱氢酶的作用，合成异戊酰辅酶A，在合成酶的作用下转化成HMG-CoA[6]。通常情况，只有约5%的亮氨酸会被代谢为HMB，而研究表明HMB的补充剂量多为3 g/d，尽管HMB能够通过亮氨酸代谢产生，但要达到3 g/d的剂量则有必要额外补充HMB[7]。

2 HMB的制备方法

HMB一般以游离酸与钙盐两种形式存在，但由于其性质很活泼，工艺合成过程中常将其转化为钙盐进行生产。目前，HMB的制备方法主要有卤化法与酯化法，其中卤化法纯度高、污染小；酯化法成本低、质量稳定。

2.1 卤化法

目前，HMB钙盐的制备主要采用卤化法，该法是以二丙酮醇与次氯酸钠（次溴酸钠等）为原料进行卤化反应，再与含钙化合物反应生成钙盐而得到目标产物。王小曾等[8]采用该制备法，让二丙酮醇与次溴酸钠水溶液进行反应，然后通过酸化、异丁醇萃取，萃取物中的HMB酸最终与氢氧化钙成盐，得到产率为49.6%的HMB钙盐。李[9]采用该制备法进行连续、系统的操作，通过减少反应循环时间最终提高了产率，而且扩大了生产规模。该制备方法应用较多，但仍存在缺陷，比如在反应过程中会产生大量的氯仿（溴仿），这种副产物无法再利用，再者若采用分批模式系统，这样造成的损失就相当大，所以该制备方法虽然纯度大、污染小，但收率低、成本高，有待进一步改善。

2.2 酯化法

相比于卤化法，酯化法在操作步骤上较为复杂，但总体制备工艺较为简单。周应培等[10]采用该方法合成HMB钙盐，制备过程同样使用二丙酮醇作为其原料之一，不过与之进行酯化反应的是由冰醋酸、硫酸、过氧化氢反应后经减压蒸馏而得的过氧乙酸溶液，酯化过程加入乙酸甲酯作为溶剂，待反应结束后开始蒸馏收集70 ℃的馏分，然后将蒸馏剩余物加入水并用氢氧化钠调pH至6.0～7.0，再经加热溶解、过滤，向滤液中加氯化钙搅拌反应，接着调pH至6.5～7.0使HMB钙盐析出，最后经过滤、烘干得目标产品。酯化法具有污染小、质量稳定、成本低、收率高且易于推广的优点，使得该方法同样适用于HMB钙盐的制备。

3 HMB的用途

HMB最初作为饲料添加剂用于畜牧业，在前期的动物研究基础上后来被用于食品工业领域。根据相关规定，中华人民共和国卫生部于2010年批准HMB-Ca为新资源食品，自此便被广泛用于食品添加剂、膳食补充剂及肌肉增强剂[11]，这使得HMB及其钙盐在我国食品工业中得到较好的开发与利用。

3.1 食品添加剂

HMB作为食品添加剂可添加到饮料类、乳及乳制品等食品中，主要起到增强人体免疫力、减少体脂肪与肌肉蛋白消耗的作用。添加了HMB及其钙盐的食品，其营养程度得到了很大的提高。万正强等[12]研制的健身健美专用奶茶粉，其配方中加入了0.5%～3%的HMB-Ca，该食品集补钙壮骨与健美修身于一体。陈斌等[13]研制的乳清蛋白HMB-Ca运动饮料，其配方中加入了50 g HMB-Ca，乳清蛋白与HMB-Ca的联合使用有效地促进了运动恢复，起到迅速缓解疲劳、提高运动能力的作用。

3.2 膳食补充剂

一个正常人要维持日常生理活动都需补充一定的营养，所以对于一些营养供应不足或缺失严重的人来说，日常服用膳食补充剂就显得异常重要。在膳食补充剂中添加HMB及其钙盐，主要起到支持生长、增加瘦体重及维持身体健康的作用。戴维斯等[14]研制的低卡路里婴儿配方主要针对营养供给不足的早产儿，配方中加入了60 μg/L～6 000 mg/L组合物的HMB，该营养组合物可以以任何合适的口服形式配制，食用方便而且能够使早产儿满足日常所需的营养，得以健康成长。沃尔顿等[15]研制的HMB-Ca、酪蛋白磷酸肽和蛋白质的营养组合物，其配方中含0.4～4 g的HMB-Ca，三种物质组合在一起不仅提高了产品的稳定性，还促进了钙的吸收，达到强身健体的目的。

3.3 肌肉增强剂

HMB具有较强的蛋白周转作用，通过促进肌肉蛋白的合成及抑制肌肉蛋白的降解来维持人体内蛋白质调控的动态平衡。HMB被用于肌肉增强剂中主要是起到增强肌肉力量、促进肌肉恢复及预防肌肉萎缩的作用，这类食品尤其适用于老年人或运动员。刘岩[16]研发了一种具有增肌功能的组合物及其运动饮料，组合物中含5～20份HMB盐，该研发产品能有效地增加肌肉力量、提高运动能力。佩雷拉等[17]提出了一种使用HMB盐促进废用一段时期后肌肉恢复的方法，方法包括在使用期间个体给予包含有效量的HMB盐组合物，该发明对于促进肌肉恢复及增强肌肉功能、力量具有重要意义。

4 HMB的最新应用

4.1 在食品方面的应用

食品加工中常会适当地添加一些营养强化剂，HMB应用于食品领域就是起到提高食品营养价值的作用。考虑到HMB的代谢情况、作用机制及市场需求，国内外多家营养制剂公司着力于研发补充HMB的一系列全营养配方食品，用于预防和治疗老年人肌少症以及健身、运动员等群体的肌肉增强和修复。就老年人而言，肌少症使其生活质量下降，严重时会出现生活无法自理的情况；就健身人员或运动员而言，这一类人群日常蛋白质消耗量极大，且对维持肌肉质量和力量的要求较高，加上平时剧烈和超负荷的运动经常会造成肌肉组织损伤及肌肉力量的流失，因此对补充HMB有较大的需求。补充HMB对实验对象的身体组成及运动表现的相关研究如表1所示。

4.2 在医药方面的应用

肌肉萎缩能引发许多疾病，例如癌症恶病质、艾滋病、败血症、脓毒症，若是患肌无力症，严重时会导致瘫痪，对人体产生极大的危害[24]。正常情况下，肌肉质量是靠蛋白质合成与分解之间的平衡来维持的，一旦平衡被打破，蛋白质分解相对增加便会产生肌肉萎缩的现象，继而引发疾病，而且要是在恢复期间不让蛋白质的合成相对增加，便会延迟疾病修复或是伤口愈合。HMB能够防止术后肌肉质量的急剧下降，用于患者维持体重，还能对伤口愈合产生积极效应。值得注意的是，HMB和其他氨基酸或营养补充剂组合配方，具有协同作用，可明显改善疗效，能更好地发挥其调节蛋白质周转的作用。补充HMB对临床患者的影响的相关研究如表2所示。

表1 补充HMB对实验对象的身体组成及运动表现的相关研究

表2 补充HMB对临床患者的影响的相关研究

5 结语

纵观HMB在食品工业领域的开发利用，发现关于补充HMB在医药方面的应用研究并不多，多数疾病的治疗效果还只是在临床前研究的动物模型中得到证明[30-31]。加上，目前虽然在膳食中使用HMB已被证明可以减轻老年人和临床人群中的肌肉损失，但其深入机理研究及广泛的临床应用尚有待加强。此外，HMB作为膳食补充剂被用于临床患者食疗常会因研究对象的个体差异而呈现不同的结果，导致实验与预期结果并不完全一致，甚至有研究证明补充HMB时无效[32]。因此，希望今后更多的研究集中于HMB在医药方面的应用上，充分提高食品的营养价值以更好地改善人们的生活品质。