64学年论文

本科生学年论文

题目：水产胶原蛋白的来源及提取方法

学 院 生命科学学院 学科门类 工学 专 业 生物工程 学 号 2011447064 姓 名 杨光煦 指导教师 李彦艳

2014年 7月 13 日

摘 要

胶原蛋白的提取除传统的牛、猪、羊等来源,还拓展到海洋生物。随着学者们的不断研究， 整个鱼体都得以充分利用，如鱼鳞、鱼皮、鱼鳔等。其提取方法主要有碱法、酸法、酶法和热处理等方法。

关键词：胶原蛋白；提取方法；来源

The source and extraction method of Aquatic Collagen Protein

Abstract

Extraction of Collagen Protein in addition to the traditional cattle, pigs, sheep and other sources, but also extended to the marine biology.With the continuous research of scholars, the whole fish body can be fully utilized,such as fish scale, Fish skin fish，swimming bladder. Key words：Collagen Protein；extraction method ；source

前言

胶原蛋白( 也称胶原)是蛋白质中的一种,胶原蛋白的来源广泛,提取一般集中于皮肤和肌键等含胶原较为丰富的组织.长期以来,人们都是使用猪、牛的皮和骨,以及禽类组织提取胶原蛋白。然而水产动物尤其是其加工废弃物——— 皮、骨、鳞中含有丰富的胶原蛋白,具有开发利用价值。

1 水产胶原蛋白的来源

1.1 鱼肉中的胶原蛋白

在鱼的普通肉中,至少存在两种胶原蛋白,即Ⅰ型和Ⅴ型胶原蛋白,它们被认为是主要胶原蛋白和次要胶原蛋白。Nishimoto等研究了日本黄尾鱼中普通肉和深色肉中的胶原蛋白, 发现Ⅰ型和Ⅴ型胶原蛋白为其主要胶原蛋白和次要胶原蛋白,这与Yaya等的报道相符。研究表明,鱼肌肉胶原蛋白对原料鱼肉和烹饪鱼肉质地的形成非常重要,胶原蛋白含量越高, 鱼肉的质地越硬。近年来鱼肉的嫩化被认为与Ｖ型胶原蛋白降解有关,其肽键的破坏引起的细胞外周胶原纤维的裂解被认为是肌肉嫩化现象的主要原因,这一现象已引起广泛关注。

1.2 鱼皮中的胶原蛋白

人们对哺乳动物的皮进行了较多的研究与利用,而对鱼皮利用的研究甚少。鱼皮的蛋白质含量很高,傅燕凤等[1]研究发现,鲢鱼、鳙鱼和草鱼鱼皮的蛋白质含量分别为25.9%、23.6%和29.8%,均高于各自相应鱼肉的蛋白质含量:17.8%、15.3%和16.6%。而鱼皮中的胶原含量最高可超过其蛋白质总量的80%,较鱼体的其它部位要高许多,有研究报道真鲷鱼皮中胶原蛋白占粗蛋白的80.5%,鳗鲡则高达87.3%。从得率考虑,从鱼皮中提取胶原蛋白具有重

要的经济意义。

1.3 鱼骨胶原蛋白

在鱼骨胶原蛋白中,至少含有两个不同的α链—α1和α2链,这说明骨中的主要胶原蛋白类型是型胶原蛋白,即使存在α3链,由于电泳条件的限制也没法使α3 与α1分离开来。据报道, 鱼皮和鱼骨所含的Ⅰ型胶原蛋白是其主要胶原蛋白。Morimura等研究了黑石首鱼和羊头海鲷的骨和鳞的酸性胶原蛋白(ASC)的电泳类型,发现在电泳谱带上可以清楚地看到β、γ、α1 和α2 组分,且α1 的分子量为130kDa,α2 的分子量为110kDa,这与Ogawa等报道的这两种鱼皮的胶原蛋白的电泳类型相似。与提取鱼皮胶原蛋白不同,在提取鱼骨胶原蛋白时, 常用EDTA溶液除钙。Nagai等提取的骨胶原蛋白得率很高:如小鲔鲣42.5%;日本海鲈40.7%;香鱼53.6%;黄海鲷40.1%;竹荚鱼43.5% (均以干重计)。来自日本海鲈、鲐鱼、大头鲨和眼斑鲀的皮胶原蛋白的变性温度为25.0～26.5℃,而来自日本海鲈、小鲔鲣、香鱼、黄海鲷和竹荚鱼的骨胶原蛋白的变性温度则为29.5～30.0℃。可见,骨胶原蛋白的变性温度范围整体上比皮胶原蛋白的变性温度范围要高。骨胶原蛋白和皮胶原蛋白在不同ｐＨ时的溶解度不同。这表明皮和骨胶原蛋白的分子特性和构型存在差异。据报道,当PH为2～5时,胶原蛋白的溶解度最高;当PH>6时,大眼鲷皮胶原蛋白的溶解度比其骨胶原蛋白的高,表明皮胶原蛋白的交联程度比骨的低。

1.4 鱼鳞胶原蛋白

鱼鳞与鱼骨同为钙化组织,许多学者从同一种鱼的鱼骨和鱼鳞中分别提取胶原蛋白,并将二者进行比较。Kimura等研究了鲤鱼的鱼鳞和鱼骨中的Ⅰ型胶原蛋白,发现鱼骨胶原蛋白的提取得率比鱼鳞胶原蛋白要高,分别为20%和7%,经凝胶电泳检测显示,鱼骨和鱼鳞胶原蛋白均由两种不同的α链—α1和α2构成,同时还有少量与α1迁移速率相同的α3。在交联度上, 鱼骨和鱼鳞胶原蛋白则有显著不同。鱼鳞胶原蛋白主要由α链构成,而鱼骨胶原蛋白则包含相当一部分β,γ和由α链分子内和分子间交联衍生而来的高度交联链与鱼皮和鱼肉胶原蛋白相比,鱼鳞和鱼骨胶原蛋白中含有较多的α3 链,而鱼鳔胶原蛋白中则没有α

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链,只存在(α1)2α2这种异三聚体。对可溶性胶原蛋白而言,α3链在鲤鱼Ⅰ型胶原蛋白中存在组织专一性。对于(α1)2α2和α1α2α3的共同存在及它们之间的功能差异还需进一步研究,目前还未分离出α1α2α3异三聚体。

1.5 鱼鳍胶原蛋白

提取鱼鳍胶原蛋白时也需要用EDTA溶液除钙。Nagai等[10]报道以日本海鲈的尾鳍提取酸性胶原蛋白的得率很低,仅为5.2%,而酶促溶胶原蛋白(PSC)的得率却很高,为36.4%。该鱼的ASC的变性温度为28.0℃,PSC为29.1℃,介于其皮的变性温度(25.0～26.5℃)和其骨的变性温度(29.5～30.0℃)之间。将这两种胶原蛋白用SDS-PAGE检测,显示出不同的链如α,β,γ,且其内部和中间交联成分很少。这些胶原蛋白显示出单一的α组合,为α1。尽管这些胶原蛋白含有α2 链,但很少。这与黄海鲷和竹荚鱼的骨胶原蛋白的特性相似。

2水产胶原蛋白的提取方法

2.1 热水浸提提取法

在胶原的生产中,含脂量要求一般低于2%。含脂量过高,在提取过程中会生成难溶的沉积与骨表面的脂肪酸钙结块,进一步影响胶原的色泽、透明度和亲水性,严重影响胶原的提取.在一定条件下将经过各种前处理的原料用热水浸提可得到水溶性胶原,并且胶原在溶液中的溶解性与提取的温度成正比。但此法常与酸法提取相结合使用,赵睿等[2]采用此法提取鳕鱼鱼皮胶原, 最佳提取条件是pH5.0,在42℃提取25.72h,得率为83.75%。林家福等[3]用热水浸提罗非鱼鳞胶原蛋白在温度90℃,pH6.0,固液比1:13,提取2h效果最优,蛋白得率为212mg/g。但此法提取的胶原在高温下极易变性,不具有胶原的三螺旋结构,不能用于医用生物材料。

2.2 酸法提取

酸法提取主要利用低离子浓度酸性条件下使分子间的盐键破坏而引起纤维的膨胀及溶解。酸法提取不仅可以使没有交联的胶原分子溶解出来,也可使含有醛胺类交联的胶原纤维溶解.朱秀灵等[4]采用此法以鲫鱼为原料,乙酸质量浓度0.41mol/L,液料比12mL/g,提取54.81h,胶原得率为20.68%。陈丽丽等[5]采用此法对鱼回鱼皮中胶原进行提取,最佳工艺固液比1:50,在15℃下用0.5mol/ L 的醋酸浸提72 h,提取率达62.05%。胡建平[6]采用此法提取鱼鳞胶原,乙酸质量浓度0.6mol/L,提取温度36℃,提取时间6h,料液比1:30,羟脯氨酸含量为2.7522mg/mL,提取率达73,32%.酸法提取的胶原最大程度的保持了其三螺旋结构,更适用于医用生物材料及原料的制备。

2.3碱法提取

碱法提取是利用碱性物质为外界环境的条件下进行浸渍处理以提取胶原的方法。郝文芳[7]从黑木耳中提取胶原碱法最优,最佳条件:NaOH质量浓度0.22mol/L,提取时间6.46h 料液比1:58.82,得率达0.645%.此法提取的胶原乳化性、吸油性较高。但目前关于碱法提取胶原的报道尚少,可能是碱法提取易导致蛋白变性,发生消旋现象,故一般此法常与酸法提取结合应用。

2.4 盐法提取

盐法提取主要是利用胶原在盐溶液中受盐溶液离子的影响打开离子键。所应用的盐主要有NaCl、KCl、CH3COONa等。由于盐溶液质量浓度偏低无法溶解胶原,故一般选用相对质量浓度较高的盐溶液,一般盐溶液质量浓度为0.5~2.0M。郝林华等[8]用0.5M乙酸-乙酸钠缓冲液从多棘海盘车中成功提取得到胶原。梁权[9]以猪皮为原料,在65℃下,用NaHSO3 和醋酸配置缓冲液、pH 值为315,盐处理115 h,酸处理115 h 为最佳提取工艺,基本保持原蛋白质特性,吸水性好。一般采用不同质量浓度的氯化钠溶液对提取的胶原进行盐析,可沉淀出不同类型的胶原。

2.5 酶法提取

酶法提取即利用不同的酶在一定的外界环境条件下进行提取而得到酶溶性的胶原。胶原对胶原酶以外的蛋白酶有抵抗作用,故较少有关于单独使用酶提取的研究,大多与酸等物质相结合使用,此法近几年来在医学和药物合成方面也是被关注的新途径。张鹤等[10]应用此法从鹿筋中提取制备胶原蛋白,采用醋酸体积分数5.5%、料液比1:7(mL/g)、浸提时间14h,胃蛋白酶与底物比1:1000(g/g)\\酶解时间24 h,得率达74.56%。李志洲[11]采用胰蛋白酶在超声条件下提取鳝鱼皮中胶原蛋白,酶加入量125U/g,pH值7.2,温度35℃,超声波辅助提取时间3min,酶解时间7h,得率达92.4%。酶法提取胶原蛋白含量高,杂蛋白含量低,具有反应速度快、时间短、条件温和、无环境污染等优点[12]。

3 结语

近年来，随着我国工业的快速发展, 生态环境受到严重污染, 陆生哺乳动物疫病爆发, 尤其是疯牛病、口蹄疫等疾病流行, 使得来源于牛、猪等动物皮骨中提取的胶原蛋白的安全性受到质疑与限制, 使水产胶原蛋白成为世界很多国家正在热衷于研究开发的新型生物材料。近年来, 科学工作者们利用不同的酶解方法进行处理得到胶原多肽并对其进行开发研究, 为资源的合理利用以及其功能特性的开发利用奠定了良好基础。此外, 由于动物胶原本身具有病原性, 科学工作者们把目光投向了海洋生物、植物等其他产品来源, 同时此类胶原自身具有良好的溶解性以及较低的抗原性等特点, 使其拥有更大的应用与开发价值。相信随着科学技术的不断发展和提高, 胶原的加工工艺也将日趋成熟, 必将使胶原在医药卫生、保健品、化妆品等行业中拥有更大的经济效益和应用前景。

参考文献

[1]傅燕凤,沈月新,杨承刚,等.淡水鱼鱼皮胶原蛋白的提取[J].上海水产大学学报,2004, 13(2):146-151.

[2] 赵睿,王晓丹,祖国仁,等.热水法抽提鳕鱼皮胶原蛋白条件的响应面分析[J].大连工业大学学报, 2011,30(2):98.

[3] 林家福,易美华,王锡彬,等.热水水解法提取罗非鱼鱼皮胶原蛋白的研究[J].中国热带医学,2008, 8(8):1317-1319.

[4]朱秀灵,戴清源,蔡为荣,等.响应面法优化鲫鱼鱼鳞酸溶胀性胶原蛋白的提取工艺[J].食品工业科技,2010,31(8):247-251.

[5]陈丽丽,赵利,刘华,等.有机酸提取鱼回鱼皮胶原蛋白的工艺研究[J].食品与机械,2010,26(5): 118-121.

[6]胡建平.鱼鳞胶原蛋白的酸法提取及性质研究[J].食品科技,2012(11):141-148.

[7]郝文芳.黑木耳胶原蛋白的分离提取及其功能特性的研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2008. [8]郝林华,李八方.多棘海盘车体壁胶原蛋白的研究[J].中国水产科学,1999,6(2):18-21. [9]梁权.低变性胶原蛋白的提取工艺研究[J].科技致富向导,2011,9(11),70+62.

[10]张鹤,赵雨,徐云凤,等.梅花鹿鹿筋胶原蛋白提取工艺条件优化[J].食品科学,2010,38(18):14- 17.

[11]李志洲.超声波条件下胰蛋白酶提取鳝鱼皮中胶原蛋白的工艺研究[J].精细化工,2010,27(6):553-557.

[12] Zhou JinLin, Gong hanyan, Zhou yongzhi. Identification of aglycine-rich protein from the tick Rhipicephalus haemaphysaloides and evaluation of its vaccine potential against tick feeding[J].Original Paper, 2006, 100(1) :77-84.

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