魚皮中的膠原蛋白和膠原多肽及其產業化

2021-02-08 水產養殖網
魚皮中的膠原蛋白和膠原多肽及其產業化2013-04-15 14:25:00　　水產養殖網　　出處：《海洋與漁業》雜誌        瀏覽量： 4327 次 我要評論
　　■&nbsp黃海水產研究所&nbsp王彩理&nbsp李娟&nbsp王志勇&nbsp朱伯清&nbsp滕瑜/&nbsp文

　　近幾年來中國魚類總產量超過3000&nbsp萬噸，其中魚皮佔有6%&nbsp以上。魚皮含有高達80%&nbsp的蛋白質，其中含量最高的是I&nbsp型膠原蛋白，是提取膠原潛在的原料。魚皮膠原蛋白具有低變性溫度、低抗原性、低過敏性、易酶解等特性，用於開發分子量小的活性肽明顯優於豬、牛皮膠原蛋白。全世界膠原蛋白的需求量每年以20%&nbsp的速度在增加，膠原蛋白及其多肽產業化有著巨大的發展前景。

　　一、膠原蛋白的特點

　　膠原蛋白(Collagen)&nbsp是人體內含量最多的蛋白質，佔人體蛋白質總量的25~30％，佔皮膚乾重70~80％，相當於人體重量的6％。它是一種細胞外蛋白質，其分子是由三條肽鏈相互纏繞形成的螺旋形纖維狀蛋白質顯微結構，在結締組織與彈性蛋白及多糖蛋白相互交織形成的網狀結構，形成具有極大伸展性的不溶性纖維，能使腱、骨、軟骨、牙、皮和血管等結締組織具有足夠的機械強度，具有一定的結構與機械力學性質，&nbsp如張力強度、拉力、彈力等以達到支撐、保護的功能，是承託人體曲線、體現挺拔體態的物質基礎，例如腱膠原蛋白的抗張強度約為20~30kg/mm，相當於12&nbsp號冷拉鋼絲的拉力。

　　每個成人體內含有3kg&nbsp左右的膠原蛋白，遍及人體組織的各個器官，骨折、腱和軟骨損傷都涉及組織中膠原蛋白基質的撕裂或伸張過度。它還具有調節人體新陳代謝、清除體內垃圾、強健脾胃、改善睡眠、延緩衰老的作用。近年來，&nbsp隨著膠原蛋白在食品、化妝品以及生物醫學等諸多領域的應用逐漸普及，充分認識膠原蛋白的結構特徵顯得日益重要。

　　二、膠原蛋白的類型和結構

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp膠原蛋白是糖蛋白、少量糖與5-&nbsp羥脯氨酸(Hy1)&nbsp殘基的8-&nbsp碳羥基共價連接，其胺基酸組成特徵是含有33％&nbspGly、13％&nbspPro、10％的羥脯氨酸和羥賴氨酸，形成3&nbsp條α&nbsp多肽鏈(&nbsp亞基)&nbsp纏繞的三股螺旋(triple&nbsphelix)，α&nbsp膠原蛋白在體內以膠原原纖維(collagen&nbspfibril)&nbsp或稱膠原纖維(collagen&nbspfiber)的形式存在，&nbsp膠原原纖維的基本結構單位是原膠原(protocollagen)&nbsp分子，其相對分子質量為2.85×105，由三股纏繞的多肽鏈組成，&nbsp每股長度約1000&nbsp個胺基酸殘基。原膠原分子長約300nm，直徑約1.5nm。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp根據膠原蛋白結構的不同，可分為纖維膠原、基膜膠原、微纖維膠原、錨定膠原蛋白、六邊網狀膠原、非纖維膠原蛋白、跨膜膠原蛋白、基膜膠原蛋白以及其它有特殊作用的膠原。

　　膠原蛋白存在於人體結締組織、骨骼及軟骨中，主要有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型、V&nbsp型……等26&nbsp種不同類型，前5&nbsp種膠原容易分離出來且產量比較高。Ⅰ型膠原蛋白主要存在於成人皮膚和骨組織、跟腱、血管壁中，&nbsp由兩條α1(I)&nbsp肽鏈和一條α2(I)&nbsp肽鏈構成，&nbsp即[α1(I)]2α2(I)；II&nbsp型膠原蛋白主要存在於軟骨組織、椎間盤和玻璃體中；III&nbsp型膠原蛋白主要存在於皮膚或血管內膜中，由3&nbsp條相同肽鏈[α1(&nbspⅢ&nbsp)]3&nbsp組成；Ⅳ型膠原蛋白主要存在於基底膜、胎盤、晶狀體中，分子形式有[α1(&nbspⅣ&nbsp)]2α2(&nbspⅣ&nbsp)、[α1(&nbspⅣ&nbsp)]3&nbsp和[α2(&nbspⅣ&nbsp)]&nbsp3；V&nbsp型膠原蛋白主要在皮膚和血管壁中，&nbsp其三條螺旋鏈有[α1(V)]2α2(V)&nbsp和α1(V)α2(V)α3(V)&nbsp的異三體兩種形式。
　　
　　三、膠原蛋白與美容

　　膠原蛋白具有美白、保溼、防皺、修復、營養等作用，外部補充膠原可加強細胞與膠原的作用，引起細胞形態及生理發生改變，達到美容效果，其主要機制是促進表皮和真皮新陳代謝，恢復皮膚正常結構和功能，維持皮膚水分含量和電解質代謝，滋潤皮膚組織，促進皮膚組織不斷形成新的毛細血管。兒童皮膚以Ⅲ型膠原蛋白為主，成人皮膚以Ⅰ型膠原蛋白為主。膠原蛋白中的酪氨酸殘基能阻止皮膚中黑色素的形成，達到美白效果；膠原蛋白、膠原多肽中甘氨酸、丙氨酸、天門冬氨酸、絲氨酸等保溼因子的含量都比較豐富，親水基團(&nbsp氨基、羥基、羧基等)&nbsp富足，對皮膚具有良好的保溼性，起到類似天然保溼因子的作用；膠原蛋白與皮膚角質層結構相似，能填充在皮膚基質之間形成膜層，使皮膚豐滿、皺紋舒展，達到滋潤皮膚的目的；膠原蛋白可提供良好的營養，有利於上皮細胞增生修復，促進癒合，軟化疤痕，更新肌膚；膠原蛋白、膠原多肽能促進皮膚組織的新陳代謝，&nbsp增加微循環，滋潤皮膚、美容、消皺。

　　四、膠原蛋白與衰老

　　膠原蛋白的作用是促進表皮修復和癒合，促進皮膚傷口癒合和功能再生，&nbsp增強皮膚彈性，減少瘢痕形成，延緩皮膚衰老。膠原蛋白與機體的生長、衰老和疾病有密切關係，不但支撐器官、保護機體，而且更是皮膚、骨骼、肌腱、軟骨、血管的構成材料，能調控和延緩皮膚老化，所以補充膠原蛋白能使肌膚保持年輕。皮膚衰老時膠原蛋白明顯、喪失功能而不斷老化、乾燥，皮膚失去柔軟、彈性、潤滑感，皺紋增多。年輕時皮膚光滑、柔韌有彈性，主要原因在於膠原蛋白充足，皮膚角質層含水量較高。隨著年齡增長，膠原蛋白流失的速度加快，每年平均將以約1％的速度遞減，由螺旋型可溶性Ⅳ膠原蛋白轉變成互相交織的不可溶膠原蛋白，導致膠原纖維交聯固化，皮膚失去彈性並變薄老化，加上紫外線照射、生活習慣等不利因素的影響，使皮膚出現色斑、皺紋及松垮等一系列老化現象。

　　五、魚皮膠原蛋白及小肽的提取

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp常用的魚皮膠原蛋白提取方法有熱水法、酸鹼提取法、酶法提取、鹽法提取以及混合提取等，魚皮製取膠原蛋白的工藝大同小異，都是先加鹽去除非膠原蛋白，經離心、水洗得到膠原蛋白粗品；加酸溶脹，再均質、真空抽濾後得到膠原蛋白溶液。根據不同提取方法，&nbsp魚皮膠原蛋白提取率從10~20%&nbsp不等。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp魚皮經蛋白酶降解後，通過酶滅活、殺菌、乾燥，可進一步獲得膠原蛋白肽。膠原多肽作為膠原蛋白的進一步水解產物，具有很多獨特點：胺基酸種類豐富，蛋白質含量高，不含脂肪，可以在腸道直接被吸收，肽類比胺基酸有更大的吸收量。在日本，膠原蛋白及其水解產物作為眾多功能性食品和蛋白飲料的原料，已普遍地應用於食品工業；&nbsp在化妝品中，膠原多肽的功效主要有營養性、修復性、保溼性、配伍性、親和性這幾方面。魚皮膠原蛋白肽的提取率一般為10~20%。

　　六、膠原蛋白及多肽的產業化前景

&nbsp&nbsp　本團隊長期以來致力於魚皮膠原蛋白及多肽的研究與開發，通過一年時間中試運作，可將魚皮膠原蛋白及其膠原多肽產業化，通過優化魚皮生產膠原蛋白工藝，建成年產100&nbsp噸魚膠原蛋白及其膠原多肽加工廠，實現年銷售收入1000&nbsp萬元，年盈利超過500&nbsp萬元。由於膠原蛋白來源和應用相當廣泛，有著廣闊的經濟前景和開發前景，可以有目的地選擇富含所需膠原蛋白分子類型以獲取高純度膠原蛋白，進一步開展膠原蛋白及其多肽結構的研究，對於高效率提取、高附加值利用膠原蛋白資源，打開膠原蛋白這座生物質資源寶庫，造福人類，具有十分重要的現實意義和深遠的歷史意義。



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