毕业论文文献综述食品质量与安全酶解法提取胶原蛋白的研究进展摘 要：胶原蛋白是一种重要的功能性多糖蛋白质。因具有良好的物理性能和生物学特性在医学、食品、美容保健等许多领域有着广泛的应用。因此胶原蛋白的提取一直是研究的热点。而酶提取法是目前比较理想的手段。本文介绍了酶提取法相较其他几种提取法的优点，并阐述了酶提取法的工艺流程以及在工艺条件上的研究，最后指出了目前胶原蛋白的应用状况。关键词：胶原蛋白；提取；酶解法；应用前景Research Progress About The enzymatic Extraction Of CollagenAbstract: Collagen protein is a kind of important functional polysaccharide protein. Due to its favorable physical and biological characteristics, collagen has a wide range of applications in many areas. Therefore the collagen extraction has been the research focus. And enzyme extraction is the relatively ideal means. This essay expounds the advantages of enzymatic extraction of collage compared with other extraction methods. Then introduces the enzymatic extraction process and the research in the technological conditions. Finally, it points out the application prospects of collagen.Key word: collagen; extraction; enzymatic extraction; application prospects1前言 胶原蛋白是哺乳动物内含量最丰富、分布最广泛的蛋白质，占人体内蛋白质总量的25%30%，相当于体重的6%。胶原蛋白是一种重要的功能性多糖蛋白质，与细胞再生、分化、运动、免疫、关节润滑、血压抑制、伤口愈合、衰老及疾病等有极其密切的关系。同时由于胶原蛋白独特的三重螺旋结构，使其分子结构非常稳定，并具有低免疫原性和良好的生物相容性。结构决定性质，性质决定用途，胶原蛋白的结构的多样性和复杂性决定其在许多领域的重要地位。其应用领域涉及医药、化妆品、食品等多个分支13。从19世纪40年代，Orekjovich等应用枸椽酸缓冲液从大鼠皮肤中溶解出与角蛋白、弹性蛋白同类的不溶性蛋白-胶原蛋白，翻开了胶原研究的篇章4以来到现在，对胶原蛋白的研究不断增多。而胶原蛋白的提取一直是研究的热点。2胶原蛋白的提取方法研究2.1提取方法的比较胶原蛋白的提取与纯化的目标是尽量使胶原提取的产率、纯度更高，并且使所提取的胶原能满足不同领域的要求。迄今为止，依据提取介质的不同，胶原蛋白的提取方法可分为五类，即热水浸提法、酸法、碱法、盐法以及酶法等5。热水提取法是原料经过各种预处理后，在一定条件下用热水抽提而得到水溶性胶原蛋白的方法。此法提取率高，但是所得的胶原蛋白已经不具有胶原蛋白的三螺旋空间结构。酸法提取主要采用低离子浓度酸性条件浸渍处理原料，从而破坏分子间的盐碱和希夫碱，而引起纤维膨胀、溶解。酸法提取比较迅速而且彻底，但色氨酸全部被破坏，且产品得率低，设备腐蚀严重，污染重。碱法提取是用碱溶液预处理后的材料，从而达到提取胶原蛋白的目的。碱法提取也较迅速彻底，但是含羟基和硫基的氨基酸全部被破坏，且产生消旋作用，很难保留胶原蛋白的三股螺旋结构。因此，现代工业一般不采用此种方法。盐法是利用各种不同的盐在不同的浓度下提取盐溶性胶原蛋白的方法。但是其溶解和分级受中性盐效应影响。有的盐可以维持胶原蛋白的稳定性，而有的则可降低其构象稳定性，从而对提取天然胶原蛋白很不利。酶法提取是利用各种不同的酶主要是各种蛋白酶在一定的外界环境条件下提取胶原蛋白。由于胶原蛋白的三股螺旋结构对胃蛋白酶具有相当的稳定性。因此酶提取法对胶原蛋白破坏性小，能更好更完全地得到活性蛋白，同时其具有较高的回收率，无环境污染，。利用该方法提取胶原蛋白不仅能满足一些领域对胶原蛋白结构的特殊要求，而且符合当今生态化提取胶原蛋白的要求 68。金桂芬等人9对于海蜇胶原蛋白优化提取条件的研究中，发现采用酸法和酶法分别提取胶原蛋白，发现酶法提取可获得较高含量的胶原蛋白，并且胶原蛋白的纯度较高。周玉慧10等人采用较简单的酶法从猪皮中提取胶原蛋白，通过SDS-PAGE凝胶电泳、紫外光谱定性分析表明胶原蛋白具有完整的三螺旋结构，即具有生物活性。如今生物技术水平不断地提高，酶制剂来源广泛，活性不断提高，价效比也大幅度地降低，在酶法提取胶原蛋白显示了其他方法无法比拟的优越性。因此，目前用酶法提取胶原蛋白是比较理想的手段。2.2酶的选择能用于提取胶原蛋白的酶有很多。按照来源上可以分为植物蛋白酶（如菠萝蛋白酶、无花果蛋白酶、木瓜蛋白酶等）、动物蛋白酶（如胃蛋白酶、胰蛋白酶）、微生物蛋白酶（如枯草杆菌蛋白酶等）。根据酶的性质，又可以分为中性蛋白酶、酸性蛋白酶及碱性蛋白酶。由于各种酶之间存在差异性，单用一种酶往往会存在一些不足。王川等人11用胰酶、木瓜蛋白酶和胃蛋白酶三种酶从猪皮中提取胶原蛋白的研究中发现，胰酶得率最高，可操作性强，但相对其他两种结构破坏较严重；胃蛋白酶的结构保持了最大的完整性，分子量在10万Da左右。但得率是三种酶中最低的。木瓜蛋白酶的得率和结构都介于两者之间9。因此在实际操作中，大多数采用复合酶来提取胶原蛋白。3酶法提取胶原蛋白的工艺条件研究3.1酶法提取胶原蛋白的工艺流程酶法提取胶原蛋白的一般工艺为：预处理酶解盐析透析冷冻干燥12。预处理一般是除去皮源中不同杂志，如钙物质、脂肪等，以便后续操作，得到更多更纯的胶原蛋白。酶解过程主要是在预处理的原料中加入酶制剂等，在一定的反应条件，酶解一定时间的，将原料中胶原蛋白提取的过程。在这个过程中，由于原料的性质不同或者所选用的酶特性，可能在加入酶制剂的同时在加入其它的辅助试剂，例如采用胃蛋白酶做为酶制剂中，需要加入酸性介质，一般采用加入乙酸。刘霞13对鱼鳍和鱼鳞中胶原蛋白的提取中，采用柠檬酸做为介质，并与乙酸做比较，发现柠檬酸的提取效果更好。而后面的几个步骤主要是对胶原蛋白进行分析、纯化和保存。一般是通过加氯化钠进行盐析，然后用将得到的蛋白液移入透析袋进行透析，最后对得到的胶原蛋白进行冷冻干燥进行保存。在这个过程也包括一些过滤、离心、溶解等过程。3.2酶法提取胶原蛋白的工艺条件采用酶法提取胶原蛋白时，必须严格控制提取条件。影响酶提取法的因素很多，主要包括酶的用量、水解pH、水解时间、水解温度等8。例如水解温度对胶原蛋白的影响12，14。目前国内采用酶法提取胶原蛋白时的水解温度基本在50以上或4以下，而胶原蛋白在3738以上就会变性，生产明胶11。钟朝辉15等人在研究草鱼鱼鳞酸溶性胶原蛋白的提取及基本特性中发现用DSC测定草鱼鱼鳞PSC冷冻干品的变性温度时，PSC在37.1时存在吸热峰，表明此时胶原蛋白结构被破坏而发生变性。故较高温度下的提取物为变性胶原，其进一步应用受到限制。低温下虽然有助于胶原结构的完整，但酶解时间长12。而胶原的结构对于其在医学、保健等方面的应用有很大的影响，但在造纸工业以及制革工业等领域，胶原蛋白的结构对其影响相对较小。因此，温度的选择要根据胶原蛋白产品的最终用途相结合。同时又由于这些因素既是相辅相成，又是有主次的影响之分，所以在研究中需要总体考虑。也因为其的复杂性，对酶提法的工艺条件优化成为很多学者的研究对象。陈小娥等人16在对安康鱼皮中胶原蛋白的提取工艺研究中，进行了最佳酶处理条件的确定，主要是对最佳胃蛋白酶添加量、最佳料液比、最佳酶解时间、最佳酶解温度的确定，通过单因素实验和正交实验最后得到安康鱼皮胶原蛋白的最佳处理条件为：胃蛋白酶质量分数为1%，料液比为1:10，酶解时间为6h，酶解温度为5，最后平均提取率为11.01%，纯度为96.5%。王晨17等人以干鸡骨粉为原料，研究了用胃蛋白酶提取胶原蛋白的酶法提取工艺。得出的最佳酶解工艺为：加酶量150U/g，pH值为1.7、37条件下处理120min,然后在固液比6:1的情况下用水抽提5h.在上述条件下，提取率可达18.4%。此外，一些研究者还通过添加在酶提取中加入其他的处理来提高胶原蛋白的提取率等。Defu Li等人18在研究超声波对酶提取提取胶原蛋白的影响中发现，利用超声波照射后，胶原蛋白的提取率明显提高，大约是未进行超声波照射的124%，而且缩短了提取的时间。4胶原蛋白的应用前景胶原蛋白由于无毒、无致畸、无突变性能，生物相容性好，并在体内可以降解成无毒天然产物，在医学领域应用前景关阔，目前主要作为凝血材料、组织工程材料、药物载体材料和充填材料等1920。同时胶原蛋白具有紧密的螺旋结构从而显示出很强的任性和强度，氨基酸组成又使其具有优良的成膜能力，在食品行业保健行业被广泛应用，主要作为功能保健食品、食品添加剂、食品包装以及涂层材料等2122。而且从动物皮重提取的胶原蛋白中还含有透明质酸、硫酸软骨等蛋白多糖，它们含有大量极性集团，是保湿因子，且有阻止皮肤中的酪氨酸转化为黑色素的作用，故胶原蛋白有纯天然保湿、美白、防皱、祛斑等作用，可广泛应用于美容、美肤、美发用品中23。另外由于胶原蛋白独特的宏观物理特性，用于相纸定片、纺织、造纸等领域7。2425。正由于胶原蛋白在各个领域的应用前景广阔，因而它对胶原蛋白的提取也提出了更高的要求。胶原蛋白的提取既要做到高产率、清洁化的生态化提取，也要最大程度上保留胶原蛋白的生物学性能。参考文献1廖艳阳.胶原蛋白的研究进展J.长沙大学学报,2009,23(5):36382Kharagpur. Fish collagen: A Potential Material For Biomedical Application JIEEE,2010, 34383王丽珍、黄素珍.胶原蛋白的研究进展J.肉类研究,2010,131:16224郭文宇、代敏、杨丽红等.水生动物与陆生动物皮胶原特性及应用前景J.中国皮革,2007,36(17):55575郭恒斌、曾庆祝.水产胶原蛋白的功能特性及其制备与应用J.农产食品科技,2007,1(3):46506郭玉华、刘扬瑞、李钰金.鱼类胶原蛋白及胶原活性多肽的研究进展J.中国食品添加剂,2010,3:1751797肖高、施亦东、陈衍夏.胶原蛋白的提取及其对纺织材料的改性研究J.丝绸,2010,2:598胡立新、程骄、占稳等.鱼下角料中胶原蛋白的提取及应用J.化学与生物工程,2009,26(2):799金桂芬、裘俊红.海蜇胶原蛋白优化提取条件的研究J.浙江化工,2008,39(7):51010周玉惠、页正涛、肖立芳等.猪皮胶原蛋白的提取及其结构表征J.湖北大学学报,2008,30(3):28728911王川、李燕、马志英等.几种酶法从猪皮中提取胶原蛋白的对比研究J.食品科学,2007,28(1):20120512肖世佳、但年华、曾睿等.从动物皮中提取胶原蛋白的方法J.西部皮革,2009,31(15):17