魚鱗膠原蛋白的提取工藝研究【文獻(xiàn)綜述】

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畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述食品科學(xué)與工程魚鱗膠原蛋白的提取工藝研究[摘要]水產(chǎn)品加工過程中產(chǎn)生大量下腳料，不僅對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，同時也浪費大量有限的寶貴資源，不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。膠原蛋白是一種生物特性很強的蛋白，由于其特性突出被廣泛運用在食品加工、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)。同時據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年淡水魚加工業(yè)的廢棄物總量就達(dá)到200萬噸以上,其中魚鱗約占15%[1]，如若被合理利用將有利于提高加工的綜合效益及經(jīng)濟(jì)附加值。同時也是一種重要的功能性蛋白質(zhì)，具有良好的生物學(xué)特性。被廣泛運用于醫(yī)藥、食品加工、化妝品等眾多領(lǐng)域。本文論述了魚鱗膠原蛋白制備方法及應(yīng)用，闡述了魚鱗膠原蛋白的開發(fā)研究目的及良好發(fā)展前景。[關(guān)鍵詞]魚鱗；膠原蛋白；提取工藝；開發(fā)目的；前景1前言膠原蛋白是蛋白質(zhì)中的一種，是組成膠原纖維的一種蛋白質(zhì)，其分子在細(xì)胞外基質(zhì)中聚集為超分子結(jié)構(gòu)。其分子量為30萬道爾頓，它是由3條左手螺旋構(gòu)型α肽鏈結(jié)合而成的三螺旋結(jié)構(gòu)，互相盤繞成螺旋結(jié)構(gòu)。在膠原蛋白中甘氨酸（Gly）幾乎占總含量的1/3，脯氨酸（Pro）和羥脯氨酸（Hyp）的含量是都高于其他蛋白質(zhì)中的含量，且羥基賴氨酸（Hyl）僅在膠原蛋白中存在。膠原蛋白是哺乳類動物體內(nèi)含量最多的蛋白質(zhì)，占體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的25%，相當(dāng)于體重的6%[2]。由于其具有獨特的生理功能，在醫(yī)藥、食品加工、化妝品等領(lǐng)域都有廣泛的運用。在國內(nèi)外都有深入的研究。2膠原蛋白的制備由于膠原提取物的氨基酸組成各不相同，導(dǎo)致了膠原提取物的膠原類型和膠原特性也各不相同，經(jīng)研究分析可知魚鱗膠原提取物的組成符合I型膠原的組成特征。I型膠原為結(jié)締組織間最主要的成分，目前從組織提取膠原大多都采用鹽析方法。2.1傳統(tǒng)提取法 先將原料魚鱗用去離子水洗凈，再進(jìn)行脫色脫脂處理，而后用pH值在4~5范圍的鹽酸溶液浸泡進(jìn)行脫鈣處理，等到鱗片柔軟透明，隨后將魚鱗洗凈，再進(jìn)行浸灰處理使組織疏松，洗凈后熬膠，再經(jīng)過過濾、濃縮、切片、干燥后得成品。但是傳統(tǒng)提取法制備膠原蛋白，由于步驟繁多，耗時較長，提取過程中膠原蛋白的流失較大，成品得率較低，不符合可持續(xù)發(fā)展規(guī)律，因此，并不適合大規(guī)模生產(chǎn)，且難以工業(yè)化。2.2熱水提取法熱水提取法就是指將經(jīng)過處理的魚鱗加入到熱水中，并在一定條件下，用熱水浸煮，得到水溶性的膠原蛋白。根據(jù)文獻(xiàn)資料可知，魚鱗水法制膠工藝中，最佳工藝溫度范圍在60~70℃。當(dāng)溫度過高抽提率會有所下降，且膠原蛋白的膠質(zhì)也不高。錢曼等[3]在比較酶解法和熱水法提取魚鱗膠原蛋白的研究中發(fā)現(xiàn)，熱水法的提取率遠(yuǎn)高于酶解法。因為膠原蛋白對溫度比較敏感，當(dāng)溫度在40℃以上時，膠原蛋白的α三螺旋結(jié)構(gòu)在變性過程中被破壞，其中的疏水鍵和氫鍵相互斷裂；當(dāng)溫度升高至60℃以上，一些共價鍵都在變性過程中被破壞，使其發(fā)生降解；當(dāng)?shù)竭_(dá)125~127℃以上，絲氨酸、蛋氨酸、酪氨酸蘇氨酸以及蘇氨酸等的氨基酸殘基都被破壞，出現(xiàn)脫水、脫氨現(xiàn)象。因此，在實驗中測得的氨基酸總氮量應(yīng)該為變性后的膠原蛋白總氮量，因此計算所得的提取率并不十分準(zhǔn)確，實驗誤差相對比較大。2.3酸提取法酸提取法就是指利將處理好的魚鱗用酸溶液在一定的外界環(huán)境條件下提取獲得膠原蛋白的方法，使用的酸一般為鹽酸、檸檬酸、醋酸、乳酸等。但是由于酸提取膠原蛋白法步驟過于繁瑣，且在前處理中不能用酸進(jìn)行處理，從而導(dǎo)致一部分雜蛋白難以被去除，以至于使得成品得率低，實驗員工作量增加，且在常溫下提取，大量膠原蛋白損失，進(jìn)而使得提高生產(chǎn)成本，所以并不能被大規(guī)模推廣。2.4酶提取法膠原蛋白酶提取法就是將預(yù)處理好的膠原蛋白利用各種不同的酶在相應(yīng)的外界環(huán)境條件下提取膠原蛋白，常采用的酶有胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、中性蛋白酶等。用不同的酶試劑提取得到酶促溶性膠原蛋白。由于在提取過程中，隨著酶水解作用的不斷進(jìn)行， 水解產(chǎn)物中容易出現(xiàn)苦肽等一系列現(xiàn)象。經(jīng)相關(guān)專家研究發(fā)現(xiàn)苦味肽的生成與水解度呈線性關(guān)系。所以，選擇一個合適的水解度能夠有效的控制苦味肽等這類物質(zhì)的生成，因此，在膠原蛋白的酶提取法的過程中找到一個苦肽生成量少，水解度高的關(guān)鍵點是十分重要的。3膠原蛋白的應(yīng)用膠原蛋白本著其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，已被廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域。3.1在食品行業(yè)中的應(yīng)用膠原蛋白在食品中的應(yīng)用，主要產(chǎn)品有食用明膠和可食性功能性食品經(jīng)常食用含膠原蛋白豐富的食品，能有效地增加皮膚組織細(xì)胞的儲水能力，增強和維持肌膚良好的彈性，強化肌膚的韌性，延緩肌體的衰老。同時，膠原蛋白可以作為補鈣成分用于保健食品，因為將血漿中的鈣運輸?shù)焦羌?xì)胞的運載工具是羥基脯氨酸，而羥基脯氨酸是來自膠原蛋白的，骨細(xì)胞中的骨膠原本是羥基磷灰石的黏合劑，它與羥基磷灰石一同構(gòu)成了骨骼的主體。此外，膠原蛋白還能降低血甘油三酯和膽固醇，用于制作減肥降血脂食品。3.2膠原蛋白醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用膠原蛋白因為其具有良好的生物特性，是一種性能十分優(yōu)良的生物材料，所以，目前在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中已被廣泛的運用。3.2.1膠原蛋白與臨床止血呈海綿狀的膠原蛋白制品因為有良好的組織相容性，而且海綿狀的結(jié)構(gòu)還具有良好的吸水和滲水能力，在局部止血應(yīng)用中能夠起到相當(dāng)良好的止血作用。膠原蛋白能夠加強局部血小板的聚集和黏附，從而進(jìn)一步啟動內(nèi)源性的凝血途徑。于此同時，膠原蛋白有利于提高創(chuàng)面的黏附性，在一般情況下只需通過較短的時間壓迫就能夠達(dá)到十分滿意的止血效果，且使用起來十分方便[4]。和其它一般的止血材料相比，膠原蛋白在功能恢復(fù)和促進(jìn)組織再生方面一樣具有獨特的效果，也十分有利于局部創(chuàng)傷止血以后的愈合與恢復(fù)。3.2.2藥物緩釋膠將膠原蛋白作為主要成分的給藥系統(tǒng)已被十分廣泛的應(yīng)用，可以將膠原蛋白的 水溶液塑造成各種形式的給藥系統(tǒng)，如燒傷或創(chuàng)傷使用的膠原海綿、眼科方面使用的膠原蛋白保護(hù)物、膠原蛋白的凝膠形式、蛋白質(zhì)傳輸?shù)奈⒘?、透過皮膚給藥的調(diào)控材料以及基因傳輸?shù)募{米微粒等[5]。此外，還可作為組織工程包括人工血管和瓣膜的支架材料、細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)的基質(zhì)等[6]。膠原蛋白的臨床應(yīng)用形式有凝膠、水溶液、薄膜、海綿和顆粒劑等。同時這些形狀都可以被用于藥物緩釋，現(xiàn)已獲得許可上市和正在研發(fā)的膠原蛋白藥物緩釋大都集中應(yīng)用在眼科中抗感染和青光眼治療，創(chuàng)傷中的局部治療及傷口修復(fù)的控制感染，婦科的宮頸發(fā)育異常和外科的局部麻醉等[7]。3.3在化妝行業(yè)中的應(yīng)用當(dāng)今社會越來越多的人開始關(guān)注自己的皮膚，都想通過各種法方留在青春和美麗，然而皮膚的老化是人體衰老的外在表現(xiàn)，主要原因是因為皮膚膠原蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、失去原有的彈力。雖然皮膚老化是不可逆轉(zhuǎn)的必然趨勢，不管采取什么措施，都無法改變這一趨勢。然而采取一定的保護(hù)措施，可以改變皮膚老化的速度。膠原蛋白的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)賦予了它是美容的基礎(chǔ)。它具有防皺、美白、保濕、營養(yǎng)、修復(fù)、減肥等美容美體作用[8]。膠原蛋白是皮膚護(hù)理的最重要的活性成分，能夠控制或調(diào)節(jié)皮膚老化進(jìn)程，保護(hù)受損的皮膚，延緩皮膚老化進(jìn)程，對保持皮膚的正常結(jié)構(gòu)和功能，維持集體的正常生理活動和代謝具有重要意義，所以補充膠原蛋白能使皮膚保持年輕。4魚鱗膠原蛋白研究目的近幾年來，我國水產(chǎn)品產(chǎn)量一直保持呈現(xiàn)高速發(fā)展的狀態(tài)，其中，2005年僅一年的水產(chǎn)品產(chǎn)量就高達(dá)達(dá)4900萬噸，大約占世界水產(chǎn)品總產(chǎn)量的35%，為世界首位。隨著我國漁業(yè)生產(chǎn)行業(yè)的快速蓬勃發(fā)展，水產(chǎn)品的進(jìn)一步深加工也越來越普遍，但是在加工過程中會產(chǎn)生大量的下腳料，如魚鱗，魚鰭等。其中的魚鱗通常被人們視為下腳料，這類下腳料在處理過程中往往被隨意丟棄，不但造成了大量寶貴資源的浪費，而且還污染環(huán)境。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年廢棄的魚鱗達(dá)到30萬噸以上[9]。如果加以合理的開發(fā)利用可以提高產(chǎn)品附加值，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益，且符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。魚鱗大約占魚體總重的2%~5%，據(jù)研究表明，魚鱗中含有豐富的蛋白質(zhì)、卵鱗脂和各種礦物質(zhì)，其中有機物占41%~55%[10]，鈣鹽為38%~46%。魚鱗主要由蛋白質(zhì)和羥基磷灰石組成，其中蛋白質(zhì)占魚鱗總重的70%左右，主要成份為膠原蛋白和魚鱗角蛋白。水產(chǎn)膠原蛋白比陸生動物膠原蛋白安全性更高，且具有陸生動物膠原蛋白無可比擬的特性， 由此可知以魚鱗作為原料提取膠原蛋白是一種很好的途徑。5膠原蛋白的發(fā)展前景由于膠原蛋白質(zhì)其結(jié)構(gòu)的多樣性與復(fù)雜性，功能的特殊性，使得它在許多研究領(lǐng)域都有及其重要的地位和廣闊的應(yīng)用前景。隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，膠原蛋白已被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、日用化學(xué)品工業(yè)、生物合成及膠原修飾等各個重要領(lǐng)域中，魚鱗膠原蛋白產(chǎn)品具有極強的發(fā)展?jié)摿洼^高的應(yīng)用價值，其高附加值產(chǎn)品已倍受人們的關(guān)注和青睞。魚鱗中含有大量的膠原蛋白，在水產(chǎn)品傳統(tǒng)加工過程中，一般將其作為廢棄物丟棄，這對有限的資源造成極大的浪費。本文總結(jié)了魚鱗膠原產(chǎn)品的制備技術(shù)與應(yīng)用，其中魚鱗膠原蛋白粉的加工技術(shù)已相對成熟，而作為生物醫(yī)用材料的膠原蛋白的開發(fā)尚處于起步階段。由此可知魚鱗膠原制備的一系列產(chǎn)品具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，橫跨化工業(yè)、食品行業(yè)、化妝品業(yè)、醫(yī)藥業(yè)，因此，該系列產(chǎn)品的開發(fā)有著美好的前景，可以真正達(dá)到“變廢為寶”，“化腐朽為神奇”的效果。參考文獻(xiàn)[1]羅紅宇.海魚魚鱗營養(yǎng)成分的分析[J].食品研究與開發(fā)，2003,24(3):63-66.[2]蔣挺大，張春萍.膠原蛋白.[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001,1-60.[3]錢曼，武賢壯，邱承光，等.熱力法和酶解法提取魚鱗膠原蛋白的工藝及性質(zhì)研究[J].食品工業(yè)科技，2007,(10):70-72.[4]王永勝，侯春林，陳愛民，等.膠原海綿止血功能的實驗研究[J].中國修復(fù)重建外科雜志，2001,15(3):140-143.[5]LeeCH,ShnglaA,LeeY.Biomedicalapplicationofcollagen[J].IntJPharm，2001,221(12):1-22.[6]KempPD.Tissueengineeringandcellpopulatedcollagenmatrices[J].InStreuliCGiantM(Eds)MethMoleBio，2000,139:287-293.[7]FriessW.Collagen-biomaterialfordrugdelivery[J].EurJPharmBiopharm，1998,45(2):113-136.[8]薛艷麗.膠原蛋白與美容[J].中國實用醫(yī)藥，2006,1(9):84. [9]劉文濤，李國英，繆煜清，等.魚鱗的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景.水利漁業(yè)，2006,(1):20-23.[10]郭慶，艾春香.魚鱗資源的開發(fā)利用.福建畜牧獸醫(yī)，2005,27(5):32-33.