胶原多肽的结构、组成及检测方法研究进展

胶原多肽的结构、组成及检测方法研究进展

明胶主要存在于动物的皮肤、骨头、软骨、牙齿、肌肉、韧带和血管中。这是一种重要的结构单元，可以支撑器官，保护身体。胶原蛋白由3条α多肽链构成三股螺旋结构，其分子结构十分稳定，相对分子量在30KDa以上，不利于人体直接吸收。国内外研究表明，水解胶原蛋白的主要产物胶原多肽，具有保护胃粘膜、抗溃疡、抑制血压上升，促进骨形成、皮肤胶原代谢等营养及生理功能，在食品及医药等领域具有巨大的开发前景。1结构和性能1.1合的末端羧基、氨基、羧酸和氨基酸胶原蛋白经水解后主要形成相对分子量较小的胶原多肽，其吸收利用率更高，且可以促进食品中的其它蛋白质的吸收。胶原多肽除了肽链的两端含有未缩合的末端羧基和氨基外，在侧链上还含有Lys的ε-NH2以及Asp和Glu的-COOH。胶原多肽可完全溶解于水（冷水亦可溶解），水溶液低粘度，在60%的高浓度下也有流动性，耐酸碱性能好，在酸、碱存在的情况下均无沉淀；耐高温性能好，200℃加热亦无沉淀，同时它还具有良好的吸油性、起泡性和吸水性等。等电点的测定可用等电聚焦法、Zata电位法，不同来源的胶原蛋白的水解产物的等电点在4.41～7.00之间不等。1.2胶原多肽的体外膜ndb胶原蛋白的水解产物含有多种氨基酸，其中以甘氨酸最为丰富。陈申如等通过对顶灰星鲨鱼皮、骨胶原蛋白的氨基酸组成研究发现，除甘氨酸外,含量多的依次是丙氨酸、谷氨酸和精氨酸，半胱氨酸含量很低。林炜采用茚三酮法分析了猪皮和牛皮胶原多肽的氨基酸组成，发现胶原多肽含有19种氨基酸，其中包括7种成人必需氨基酸和2种幼儿必需的半必需氨基酸；而且氨基酸总量高达90%以上。分子量的测定方法目前常用的SDS，凝胶色谱法以及质谱法，曹健等采用凝胶过滤色谱法测定了脱铬革屑中胶原水解产物分子量分布在16.1KDa左右。通过飞行时间质谱法，韩凤杰等测定比目鱼皮胶原寡肽分子量的分布主要集中在0.6～1.8KDa。蒋哲等发现动物蛋白酶水解后的胶原多肽的分子量在2～7Ku，比植物蛋白酶水解的胶原多肽分子量范围更广，可能是由于各种酶的酶切位点不同造成的，此外，他们还用原子吸收法检测出胶原多肽中含有Cu、Zn、Ca、Fe、Na、K等人体所需的矿质元素，显示较高的营养保健价值。孙爱梅等利用液质联用技术研究了I型和II型胶原蛋白水解物中的多肽混合物，分析其多肽序列，识别出了不同类型胶原蛋白中的特征肽段。1.3胶原蛋白多肽的抗氧化活性研究近年来，关于多肽类物质功能性的研究逐渐成为热点，研究人员已从多种动植物中提取或通过酶的水解得到具有多种生物活性的多肽，而作为胶原蛋白主要水解产物的胶原多肽的功能性也逐渐被人们所了解。北京大学营养与食品卫生学系研究的海洋胶原肽经动物实验表明，它具有一定的降血脂，调节血糖，抗氧化，增强免疫力，增加骨密度等活性作用。林琳等研究了鱿鱼皮胶原蛋白水解多肽抗氧化活性，结果表明，鱿鱼皮胶原多肽分子量小于2KDa组分对超氧自由基和羟自由基具有较好的清除效果，该活性多肽组分可以提高小鼠血液及皮肤中超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活力，降低丙二醛（MDA）含量，并能提高小鼠皮肤组织中羟脯氨酸（Hyp）的含量。海棒槌胶原蛋白水解产物其5KDa以下的组分经凝胶层析后得到了具有较强清除超氧阴离子和羟自由基活性的多肽。胶原多肽具有降血压的功效，阿拉斯加鳕鱼皮和比目鱼皮中均可提取出具有抑制血管紧张素转化酶活性的多肽，SaigaA.等人从鸡肉中提取出了一种具有此类活性的肽，经氨基酸序列分析表明与胶原蛋白结构极为一致。此外，据文献报道，胶原多肽还具有抑制血小板凝集活性，抗肿瘤等活性，胶原多肽-铬（III）螯合物对四氧嘧啶诱发的小鼠糖尿病也具有显著的保护作用。2亲水处理方法2.1碱法水解反应一定浓度的酸液或碱液可以使胶原蛋白发生部分降解，然后释放到溶剂中。郑巧东等人以鸭掌为原料，用酸法水解胶原蛋白，得到的胶原多肽分子质量呈连续分布，随反应时间不同而分布不均，可在实际应用中针对不同要求加以控制。曹健等人采用碱法水解脱铬革屑制备胶原水解产物，确定了碱法水解的最佳条件：CaO用量4%（w/w），反应时间1h，反应温度60℃，水渣比7∶1。虽然酸法和碱法水解都迅速彻底，但是这两种方法都具有很大的局限性，酸水解法会使色氨酸全部被破坏，丝氨酸和酪氨酸部分被破坏，且产品得率低，设备腐蚀严重，并产生二次污染，而碱水解法则使含羟基和巯基的氨基酸，全部被破坏且产生消旋。2.2蛋白质水解胶原蛋白随着酶制剂工业和食品工业的迅猛发展，酶法水解反应温度低，反应时间短，无环境污染等优点逐渐被人们所发现。其水解产物产品营养价值高，以多肽和L型游离氨基酸为主，速溶性好，易于人体消化吸收。国内外关于酶法提取胶原多肽的研究有过不少报道。蛋白酶主要分3种：动物蛋白酶（如胰蛋白酶，胃蛋白酶），植物蛋白酶（如木瓜蛋白酶，菠萝蛋白酶），微生物蛋白酶（如碱性蛋白酶，中性蛋白酶）。在对酶法水解胶原蛋白的研究中，以碱性蛋白酶应用最多。以猪皮胶原蛋白为原料，BoLi等人用混合酶（牛胰蛋白酶，链霉菌蛋白酶，芽孢杆菌蛋白酶）水解制备并分离纯化得到具有很高抗氧化活性的胶原多肽。赵胜年等通过对比试验，确定了胰酶为最佳水解酶，并研究了水解胶原蛋白的工艺技术。张根生以提取的火鸡骨胶原蛋白液为原料，选用碱性蛋白酶和风味蛋白酶进行对比实验，确定了碱性蛋白酶水解火鸡骨胶原蛋白的最优条件和火鸡骨胶原蛋白多肽口服液最佳配方。在水生生物中，Soottawat和Benjakul研究了从牙鳕部分组织中提取的胶原蛋白的酶解利用，确定了碱性蛋白酶最佳水解条件为：酶用量20AU/kg，反应时间1h，料液比1∶1(w/v）。陈申如等用胰蛋白酶和蛋白酶K降解灰星鲨鱼皮、骨胶原蛋白，发现其水解产物分子量大小各异，蛋白酶K的用量比胰蛋白酶低得多但水解彻底。肖枫和曾明勇研究了菠萝蛋白酶对海棒槌胶原蛋白的酶解，其最佳水解条件为：酶用量240U/ml，底物浓度18mg/100ml,pH5.2，反应时间4h。3亲水胶的应用3.1胶原多肽的功能胶原多肽作为胶原蛋白的水解产物，具有很多优良的性能，它所含氨基酸种类丰富，蛋白质含量高，不含脂肪，符合人们对“低脂高蛋白”的食品需求。近年研究表明，胶原多肽可以在肠道直接被吸收，肽类和氨基酸以不同的途径被吸收，而且类比氨基酸具有更大的吸收量。在日本，胶原蛋白及其水解产物被作为众多功能性食品和蛋白饮料的原料，已普遍地应用于食品工业。在化妆品中，胶原多肽的功效主要有营养性、修复性、保湿性、配伍性、亲和性这几方面。近年来，研究人员还发现胶原多肽具有明显改善胶原合成能力的效果，并具有促进皮肤角质层的代谢回转效果，可见胶原多肽具有很好的美容效果。3.2在生物发酵培养基中的应用通过对废革回收提取得到的水解胶原蛋白研究发现，它是一种新型的生物发酵培养基，含氨基酸种类齐全，具有微生物培养的独特功效，是细菌培养、生物发酵培养基的最佳原料之一。这种培养基能有效促进菌丝生长，在含氮量和水溶物方面优势独特，同时具有菌丝生长快、粗壮等特点。胶原多肽在医药工业、临床医学和临床治疗中应用也有不少研究，胶原多肽对关节症等胶原病具有很好的预防及治疗作用，对伤口愈合有很好的促进作用，它还能够保护胃黏膜从而具有抗溃疡效果，能够抑制血管紧张素转移酶从而降血压，还可以提高骨骼强度。另外，胶原多肽还可以作为制造人造器官的原料。4酶解和鱼皮、鱼类的活性成分及应用我国是畜牧业和制革工业大国，但每年肉产品加工后所剩鲜骨和皮革边角废弃物的利用率却很低，而这些物质中都含有大量的胶原。近年来，科学工作者通过酶解等方法对其中胶原多肽进行研究，为资源的合理利用以及功能性成分的开发打下了良好基础